Brevet FR2931252A1 — publié le 20091120

Circuits optiques imprimés et procédé de fabrication La présente invention concerne un procédé de fabrication de circuit optique qui met en œuvre des techniques connues d'impression, comme par exemple l'offset, la flexographie, le jet d'encre, ou la sérigraphie. L'objectif poursuivi est de pouvoir transporter de la lumière de façon organisée, pour réaliser toutes sortes de dispositifs optiques comme des écrans lumineux, des écrans de télévision souples, des réseaux lenticulaires, ainsi que des cartes optiques qui sont l'équivalent des cartes électroniques pour les ordinateurs utilisant l'optique. Le procédé proposé est un procédé de fabrication de circuit optique imprimé, consistant à créer des protubérances transparentes par le dépôt d'une substance liquide transparente sur un média 1, et à rendre ensuite cette substance solide par tout moyen connu comme le refroidissement, le séchage ou la polymérisation, caractérisé par le fait que l'on dépose successivement au moins deux couches Cn et Cn+l de ladite substance liquide sur des parties différentes dudit média 1 pour créer des protubérances transparentes, et que le dépôt d'une couche Cn est suivi d'un durcissement avant l'impression d'une couche Cn+l suivante. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : • on dépose une couche de matériau réfléchissant sur au moins une partie d'une protubérance transparente • l'invention est un circuit optique imprimé réalisé selon le procédé, comportant des fibres optiques constituées d'un volume élastique entouré dudit matériau réfléchissant ; le circuit optique imprimé comprend des protubérances au moins une couche de matériau réfléchissant sur au d'une protubérance transparente ; • le circuit optique est une nappe de fibres optiques parallèles entre elles ; • une protubérance transparente 21 dite fibre protubérance imprimée 41 pour que la section située dans un plan sensiblement différent d'un plan du média 1 ; • le circuit optique est muni d'un capteur optique dont la coupe longitudinale comprend o un volume allongé 1003 ayant ls fonction de fibre optique, comprenant un axe longitudinal dit axe principal, dont l'extrémité recevant la lumière est dite extrémité amont et l'autre extrémité est dite extrémité aval, o et au moins un triangle 1001 dont un côté est sensiblement parallèle audit axe longitudinal et dont le sommet adjacent le plus aigu est celui qui est le plus proche de ladite extrémité amont et le plus loin de ladite extrémité aval ; • le circuit optique est muni d'un concentrateur optique dont la coupe longitudinale comprend : o un volume allongé 1003 ayant la fonction de fibre optique, comprenant un axe longitudinal dit axe principal, dont l'extrémité recevant la lumière est dite extrémité amont et l'autre extrémité est dite extrémité aval, o et au moins une lame 1002 à faces sensiblement parallèles inclinées par rapport audit axe longitudinal, dont l'extrémité la plus proche de ladite extrémité amont est plus proche de l'axe longitudinal que l'autre extrémité ; transparentes et moins une partie optique contourne une de son extrémité soit plan perpendiculaire au • l'ensemble formé par ledit capteur optique et ledit concentrateur optique comprend au moins une zone proche dudit axe longitudinal évidée 3000 dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du matériau constituant ledit capteur optique dans sa partie proche dudit axe longitudinal; • le dispositif comprenant le capteur et/ou le concentrateur est relié à une fibre optique 21 par un déviateur 5000 réalisé dans un matériau transparent, comprenant une partie amont 5001 déviant les rayons issus du capteur par réflexion sur ses parois, et une partie 5002 dite partie aval dont la face aval est parallèle au plan dudit circuit optique. L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 9. La figure 1 est une vue en perspective d'un circuit optique imprimé selon 15 l'invention, constitué de fibres optiques parallèles 21, 22, 23 et suivantes. Ce circuit optique a la fonction d'une nappe de fibres optiques. La figure 2 est une vue en perspective d'une nappe de fibres optiques similaire, mais qui est ici enroulée sur elle-même de 4 de tours environ. Cela illustre la possibilité de réaliser des câbles de section à peu près 20 ronde, très résistants à la torsion. La figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif de 7 cornets réfléchissants 101, 102 et suivants, qui concentrent la lumière reçue vers les protubérances transparentes 21, 22 et suivantes dite fibres optiques, lesquelles servent de récepteur de lumière. 25 La figure 4 est une vue en perspective du même dispositif vu de sa face opposée aux cornets, qui permet de voir que les protubérances transparentes 21, 22 et suivantes dites fibres optiques contournent des protubérances imprimées 41, 42 et suivantes pour que la section de leur extrémité soit sensiblement parallèle au plan du média 1. Les protubérances transparentes 30 21, 22 et suivantes dites fibres optiques ont une section qui se rétrécit afin d'économiser de la place. La figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, montrant deux protubérances transparentes 21 et 22 dite fibres optiques qui se rejoignent pour n'en former qu'une seule 23. 35 La figure 6 est une vue de deux dispositifs identiques selon l'invention, vus sous des perspectives différentes, comprenant chacun • un volume allongé 1003 ayant la fonction de fibre optique, comprenant un axe longitudinal dit axe principal, dont l'extrémité recevant la lumière est dite extrémité amont et l'autre extrémité est dite 40 extrémité aval, • un capteur 1001 dont la section est un triangle 1001 dont un côté est sensiblement parallèle audit axe longitudinal et dont le sommet adjacent le plus aigu est celui qui est le plus proche de ladite extrémité amont et le plus loin de ladite extrémité aval, 45 • et quatre concentrateurs 1002a, 1002b, 1002c et 1002d comprenant chacun une lame à faces sensiblement parallèles inclinées par rapport audit axe longitudinal, et ayant une extrémité la plus proche de ladite extrémité amont qui est plus proche de l'axe longitudinal que l'autre extrémité 50 Ces dispositifs sont faits pour être juxtaposés les uns avec les autres. La figure 7 est une vue en perspective d'un dispositif similaire à ceux illustrés sur la figure précédente, mais pouvant fonctionner isolément. Il comprend en supplément un miroir concave 2000 qui crée des images virtuelles des dispositifs voisins. Ce miroir concave est ici cylindrique et correspond 55 au pourtour circulaire di capteur et des concentrateurs, mais il pourrait aussi être constitué de plans juxtaposés. Cette figure peut être comprise de deux façons : o elle peut représenter la moitié d'un ensemble comprenant un capteur et 4 concentrateurs, le miroir formant alors ln cylindre complet ; o elle peut aussi représenter le dispositif complet, dont la face plane est destinée à être apposée sur le plan d'un circuit optique selon l'invention, pour redresser les rayons lumineux issus d'une fibre optique afin que leur direction se rapproche d'une parallèle à l'axe d'une fibre optique dite fibre amont. Le dispositif peut dans ce cas ne pas comporter de capteur mais uniquement un ou plusieurs concentrateurs et la fibre optique dite amont doit alors être située à une faible distance en amont du dispositif, distance que l'homme de l'art sait calculer pour que l'ensemble des rayons émis par la fibre parviennent au concentrateur. Un miroir plan, non représenté, est avantageusement situé sur la face plane du dispositif - il peut être réalisé par impression préalable d'une pellicule réfléchissante 7000 sur le circuit optique imprimé. La figure 8 est une vue en perspective qui montre la juxtaposition en nids d'abeilles des capteurs de la figure 6. On peut voir sur cette figure la présence dans chaque élément d'une zone centrale évidée 3000 dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du matériau constituant ledit concentrateur optique dans sa partie proche de cette zone centrale. Une telle zone centrale évidée 3000 est également visible sur la figure 7. La figure 9 est une vue en perspective d'un ensemble de 4 déviateurs, reliant chaque sous-ensemble constitué d'un capteur et d'un concentrateur à une fibre optique 21. Chaque déviateur 5000 est réalisé dans un matériau transparent, comprenant une partie amont 5001 déviant les rayons issus du capteur par réflexion sur ses parois, et une partie 5002 dite partie aval dont la face aval est parallèle au plan dudit circuit optique_. Le principe général consiste à créer par un procédé d'impression des éléments transparents lisses comme doivent l'être par exemple des loupes, des filtres, des polariseurs, des fibres optiques, et d'une façon générale de nombreux dispositifs optiques connus. Ces éléments transparents peuvent être combinés avec d'autres composants pour obtenir des circuits complexes, équivalents optiques des circuits électroniques imprimés : par exemple des sources lumineuses )diodes électroluminescentes ou tubes fluorescents par exemple), d'autres éléments optiques comme des capteurs, des concentrateurs, des déviateurs, des miroirs fixes ou mobiles, des cristaux liquides faisant fonction d'interrupteurs, ou des dispositifs électroniques réagissant à la lumière ;capteurs photosensibles ou photomètres) ou ré-émettant de la lumière. Il est connu d'utiliser des liquides à une tension superficielle élevée pour obtenir des formes comme des lentilles ou des fibres optiques. Dans l'art antérieur, on n'a cependant jamais pu réaliser des circuits optiques complexes par des méthodes d'imprimerie en raison du phénomène connu sous le nom de � coalescence �, qui fait que deux éléments liquides trop proches l'un de l'autre fusionnent entre eux, ce qui modifie leurs propriétés optiques. La coalescence se produit d'autant plus facilemert que le liquide utilisé a une tension superficielle élevée, or c'est cette tension superficielle élevée qui permet à la fois d'obtenir par capillarité les formes des systèmes optiques souhaités, et aussi une surface lisse indispensable à leur qualité. L'idée qui est à la base de la présente invention consiste à créer les formes souhaitées avec des dépôts de liquide, à éviter la coalescence en déposant successivement au moins deux couches C.; et C,. de la substance liquide sur des parties différentes dudit média 1 pour créer les dispositifs optiques, et à durcir ensuite ces liquides pour obtenir un produit stable avant l'impression de la couche suivante. Deux protubérances peuvent ainsi être superposées et/ou juxtaposées sans risque de coalescence. Pour éviter que des rayons lumineux puissent passer d'un élément optique à un autre, ce qui est le cas par exemple lorsque l'on veut que deux fibres optiques adjacentes ou superposées soient isolées l'une de l'autre, il est avantageux de déposer une couche 7000 de matériau réfléchissant sur au moins une partie d'une protubérance transparente. Une telle couche 7000 peut aussi bien être réalisée avec de l'encre argentée ou de l'encre blanche. Il peut aussi s'agir d'un matériau à indice de réfraction différent, ou tout simplement d'ancre blanche, noire ou de couleur. Cette couche peut être réalisée par impression ou par apposition d'une feuille du matériau souhaité sur la surface du circuit optique imprimé ou sur celle des protubérances déjà imprimées. Une des applications importantes de la présente invention est la réalisation de nappes de fibres optiques 21, 22 23 et suivantes parallèles, comme cela est illustré à la figure 1. Cette nappe peut être enroulée sur elle-même comme illustré à la figure 2, et cet enroulement peut consister en plusieurs tours successifs à la condition que lesd:Ltes fibres optiques soient recouvertes d'une couche 7000 d'un matériau réfléchissant. Une autre application de la couche 7000 de matériau réfléchissant est de réaliser des fibres optiques constituées d'un volume élastique entouré dudit matériau réfléchissant. Ce volume peut être comprimé par pression sur le circuit et jouer le rôle d'un interrupteur. On peut ainsi réaliser des claviers de toutes sortes. Le volume élastique peut simplement être de l'air. Il peut aussi s'agir de deux pellicules de plastique réfléchissant entourant formant des poches d'air. Ces poches d'air peuvent constituer des lignes et des colonnes pour qu'il soit possible de déterminer quelle ligne et quelle colonne ont interrompu le flux lumineux, et donc quel emplacement du clavier a été touché. Avantageusement, ces dispositifs sont disposés sous les composants optiques, de telle sorte que leur opacité n'empêche pas d'utiliser le circuit optique imprimé comme écran. Le produit final est alors un écran vidéo tactile qui peut afficher des images en trois dimensions, tout en restant si on le souhaite un écran souple facile à ranger. Un dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé pour recevoir de la lumière, soit celle du soleil, soit celle d'une source artificielle, soit encore celle d'un projecteur d'images fixes ou animées. Il est alors préférable que l'extrémité de la protubérance transparente 21 dite fibre optique recevant la lumière soit sensiblement perpendiculaire au plan du média 1. Pour obtenir cela par un procédé d'impression, une méthode facile à mettre en œuvre est de commencer par imprimer une protubérance imprimée 41, et que la protubérance transparente 21 dite fibre optique contourne cette protubérance imprimée 41 pour que la section de son extrémité soit sensiblement parallèle au plan du média 1. Il n'est à vrai dire pas nécessaire d'arriver à ce plan perpendiculaire, et on peut se satisfaire de parvenir à un plan sensiblement différent d'un plan perpendiculaire au plan du média 1. Un problème qui se pose depuis longtemps aux spécialistes des capteurs solaires est de faire entrer les rayons lumineux du soleil dans une fibre optique. Il faut non seulement les concentrer sur l'extrémité de la fibre optique, mais aussi qu'ils arrivent à cet emplacement en étant orientés sensiblement parallèlement à la fibre optique considérée. Une bonne façon de parvenir à cela dans le cadre de la présente invention est de munir le circuit optique : • d'un ou plusieurs capteurs optiques dont la coupe longitudinale comprend o un volume allongé 1003 ayant la fonction de fibre optique, comprenant un axe longitudinal dit axe principal, dont l'extrémité recevant la lumière est dite extrémité amont et l'autre extrémité est dite extrémité aval, o et au moins au moins un triangle 1001 dont un côté est sensiblement parallèle audit axe longitudinal et dont le sommet adjacent le plus aigu est celui qui est le plus proche de ladite extrémité amont et le plus loin de ladite extrémité aval, • et/ou d'un ou plusieurs concentrateurs optiques dont la coupe longitudinale comprend : o un volume allongé 1003 ayant la fonction de fibre optique, comprenant un axe longitudinal dit axe principal, dont l'extrémité recevant la lumière est dite extrémité amont et l'autre extrémité est dite extrémité aval, o et au moins une lame 1002 à faces sensiblement parallèles 10 inclinées par rapport audit axe longitudinal, dont l'extrémité la plus proche de ladite extrémité amont est plus proche de l'axe longitudinal que l'autre extrémité. Quelle que soit leur direction, les rayons lumineux parvenant sur une paroi d'un capteur 1001 sont déviés vers l'aval. S'ils ne le sont pas assez et 15 qu'ils ressortent par une paroi latérale du capteur 1001 et non pas par sa base, ils atteignent alors le capteur suivart et subissent une nouvelle déviation vers l'aval, jusqu'à ce qu'ils sortent par la base d'un capteur et aient alors une direction plus proche d'une parallèle à l'axe dudit volume allongé 1003. 20 Les rayons lumineux parvenant sur une paroi d'un concentrateur 1002 sont déviés vers ledit axe principal. S'ils sortent par la face aval de la lame à faces parallèle, ils sont à nouveau dévié par le concentrateur plus en aval, jusqu'à ce qu'ils sortent par la section de ta lame à face parallèles et poursuivent alors leur chemin par la partie proche dudit axe principal. 25 De tels concentrateurs ne sont pas limités à la captation des rayons du soleil. Ils peuvent aussi être utilisés pour redresser les rayons lumineux issus d'une fibre optique dont la direction, pour différentes raisons ne serait plus assez proche d'une parallèle à l'axe de la fibre optique. Ils peuvent alors être implantés en tant que composants sur une carte optique 30 imprimée selon l'invention. Un perfectionnement consiste à ce que l'ensemble formé par ledit capteur optique et ledit concentrateur optique comprenne au moins une zone proche dudit axe longitudinal évidée 3000 dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du matériau constituant ledit capteur optique dans sa partie proche 35 dudit axe longitudinal; Dans ce cas, un rayon lumineux sortant par la section de la lame à face parallèles est dévié vers l'aval en arrivant dans cette zone évidée 3001 et peut en ressortir par son extrémité inférieure avec une orientation qui est encore plus proche de celle dudit axe longitudinal. Le rayon peut aussi 40 ressortir par le côté d'une zone évidée 3000, nais il peut alors rencontrer une autre zone évidée plus en aval et subir le même sort. Pour capter les rayons du soleil, un panneau comprenant de tels capteurs et concentrateurs doit de préférence être orienté en direction du soleil. Les axes des fibres optiques ne sont pas alors obligatoirement parallèles au plan 45 du circuit optique imprimé, et il est nécessaire de les dévier. La figure 9 représente des déviateurs 5000a, 5000b et suivants, réalisé dans un matériau transparent, comprenant chacun une partie amont 5001 déviant les rayons issus du capteur par réflexion sur ses parois, et une partie 5002 dite partie aval dont la face aval est parallèle au plan dudit circuit optique. De 50 tels déviateurs peuvent être monoblocs ou en plusieurs parties comme cela est représenté à la figure 9, pour être moulés en deux plaques démoulables comprenant l'une une série de parties amont, et l'autre une série de parties aval. La présente invention recouvre aussi des machines de fabrication de circuits 55 optiques mettant en œuvre le procédé proposé, et en particulier une machine de fabrication de circuits optiques imprimés comportant un dispositif d'impression de substance transparente et un dispositif d'impression de matériau réfléchissant. Les principales applications de la présente invention sont les écrans vidéo souples ou rigides, les affiches, la décoration, les panneaux lumineux, les luminaires, les capteurs solaires (et en particulier ceux composés d'une circuit optique imprimé selon l'invention et de cellules photovoltaïques qui reçoivent ainsi des rayons lumineux concentrés), les jouets, et les cartes optiques qui sont l'équivalent des cartes électroniques pour les ordinateurs utilisant l'optique. Les principales applications des concentrateurs décrits ci-dessus, munis d'au moins une lame 1002 à faces sensiblement parallèles concernent non seulement les capteurs solaires, mais permettent aussi de connecter des fibres optiques entre elles, ou des nappes de fibres optiques comme celles illustrées aux figures 1 et 2. Revendications1. Procédé de fabrication de circuit optique imprimé, consistant à créer des protubérances transparentes par le dépôt d'une substance liquide transparente sur un média 1 et à rendre ensuite cette substance solide par tout moyen connu comme le refroidissement, le séchage ou la polymérisation, caractérisé par le fait que l'on dépose successivement au moins deux couches Cn et Cn+l de ladite substance liquide sur des parties différentes dudit média 1 pour créer des protubérances transparentes, et que le dépôt d'une couche Cn est suivi d'un durcissement avant l'impression d'une couche Cn+l suivante. 2 Procédé de fabrication de circuit optique imprimé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on dépose une couche de matériau réfléchissant 7000 sur au moins une partie d'une protubérance transparente. 3. Circuit optique imprimé réalisé avec le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des fibres optiques constituées d'un volume élastique entouré dudit matériau réfléchissant. 4. Circuit optique imprimé réalisé avec le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est une nappe de fibres optiques 21, 22, 23 et suivantes parallèles entre elles. 5. Circuit optique imprimé réalisé avec le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des protubérances transparentes et au moins une couche de matériau réfléchissant sur au moins une partie d'une protubérance transparente. 6. Circuit optique imprimé réalisé avec le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une protubérance transparente 21 dite fibre optique contourne une protubérance imprimée 41 pour que la section de son extrémité soit située dans un plan sensiblement différent d'un plan perpendiculaire au plan du média 1. 7. Circuit optique imprimé réalisé avec le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est muni d'un capteur optique dont la coupe longitudinale comprend : o un volume allongé 1003 ayant la fonction de fibre optique, comprenant un axe longitudinal dit axe principal, dont l'extrémité recevant la lumière est dite extrémité amont et l'autre extrémité est dite extrémité aval, o et au moins un triangle 1001 dont un côté est sensiblement parallèle audit axe longitudinal et dont le sommet adjacent le plus aigu est celui qui est le plus proche de ladite extrémité amont et le plus loin de ladite extrémité aval. 8. Circuit optique imprimé réalisé avec le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est muni d'un concentrateur optique dont la coupe longitudinale comprend : o un volume allongé 1003 ayant la fonction de fibre optique, comprenant un axe longitudinal dit axe principal, dont l'extrémité recevant la lumière est dite extrémité amont et l'autre extrémité est dite extrémité aval, o et au moins une lame 1002 à faces sensiblement parallèles inclinées par rapport audit axe longitudinal, dont l'extrémité la plus proche de ladite extrémité amont est plus proche de l'axe longitudinal que l'autre extrémité. 9. Circuit optique imprimé selon la revendication 7 ou la revendication 8 caractérisé par le fait que l'ensemble fcrmé par ledit capteur optique et/ou ledit concentrateur optique comprend au moins une zone proche dudit axe longitudinal évidée 3000 dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du matériau constituant ledit capteur optique dans sa partie proche dudit axe longitudinal.10. Circuit optique imprimé réalisé avec le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif comprenant le capteur et/ou le concentrateur est relié à une fibre optique 21 par un déviateur 5000 réalisé dans un matériau transparent, comprenant une partie amont 5001 déviant les rayons issus du capteur par réflexion sur ses parois, et une partie 5002 dite partie aval dont la face aval est parallèle au plan dudit circuit optique.