Brevet FR2934355A1 — publié le 20100129

Description DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à un appareil d'éclairage transparent à diodes luminescentes (LEDs). ETAT DE LA TECHNIQUE Les brevets EP-A-945674, EP-A-1107048, et US-7125154 décrivent des guides de lumière munis de diffuseurs formés par un faisceau laser, et des appareils d'éclairage à LEDs comportant de tels guides de lumière. Afin d'améliorer leur efficacité, ces appareils comportent généralement un réflecteur accolé contre une face � arrière � du guide qui est opposée à une face � avant � du guide par laquelle la lumière est émise. Il en résulte que ces appareils d'éclairage ne permettent ni la propagation de la lumière ambiante, ni la vision au travers de l'appareil d'éclairage. Il a été par ailleurs proposé dans les brevets DE-A-2005032629 et JP-A-2006125065, de disposer des LEDs en regard de la tranche de la vitre d'une fenêtre ou d'un hublot pour permettre un éclairage naturel d'un bâtiment par la lumière diurne ainsi qu'un éclairage nocturne artificiel au moyen des LEDs. Cependant, le simple éclairage par la tranche d'une vitre ne permet pas d'obtenir un éclairage efficace à l'intérieur d'un bâtiment équipé de cette vitre. Il a été décrit, dans le brevet US-A-4373282, un appareil d'éclairage d'une surface d'affichage, qui comporte un guide de lumière au travers duquel la vision est possible. La face � avant � du guide disposée en regard de la surface à éclairer comporte des dépressions remplies d'un liquide qui, après solidification, présentent une pente suffisamment faible pour que la lumière sortant du guide par sa face � arrière � ne soit pas visible par l'observateur. Dans cet appareil, une partie importante de la lumière émise par la source de lumière n'est pas utilisée, étant émise par la face � arrière � du guide. Le brevet US-A-6783257 décrit également un appareil d'éclairage d'un objet au travers duquel la vision est possible. L'appareil comporte un guide de lumière dont la tranche est éclairée par des LEDs. La face � avant � du guide peut être munie de portions concavo-convexes pour diffuser la lumière vers l'objet à éclairer. La face � arrière � du guide est munie de portions concavo-convexes, peintes en blanc, ou obtenues par évaporation d'aluminium, pour réfléchir et diffuser la lumière vers l'objet à éclairer. Lorsque ces dernières portions ne sont pas obtenues par évaporation d'aluminium, elles sont recouvertes d'une couche de couleur (noire) absorbant la lumière. Selon une variante, les portions réfléchissantes et diffusantes sont prévues sur un film recouvrant la face � arrière � du guide. Dans cet appareil également, une partie importante de la lumière émise par les LEDs n'est pas utilisée, étant émise par la face � arrière � du guide. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de proposer un appareil d'éclairage pouvant être intégré à - ou former - une structure d'éclairement naturel et artificiel d'un bâtiment ou d'un véhicule, telle qu'une vitre, une fenêtre, un hublot, ou un puit de lumière. Un objectif de l'invention est de proposer un appareil d'éclairage par LEDs au travers duquel la lumière ambiante (solaire) peut se propager sans atténuation excessive, et/ ou au travers duquel la vision est possible, sans déformation excessive. Un objectif de l'invention est de proposer un appareil d'éclairage transparent à deux faces d'émission sensiblement parallèles, qui émette beaucoup plus de lumière par l'une des deux faces que par l'autre face. Un objectif de l'invention est de proposer un appareil d'éclairage qui soit amélioré et/ou qui remédie, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des appareils d'éclairage connus. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un appareil d'éclairage comportant un guide de lumière transparent comportant deux faces principales opposées, généralement sensiblement parallèles, et au moins une face périphérique - ou tranche -, et des LEDs arrangées pour injecter de la lumière dans le guide par sa (ses) tranche(s) ; une première des faces principales du guide, dite face � arrière � du guide, comporte des dépressions de forme allongée, présentant une première largeur, espacées les unes des autres selon un premier espacement, provoquant une diffusion de la lumière se propageant dans le guide vers chacune des deux faces principales, et l'émission de lumière par les deux faces principales ; l'appareil comporte en outre un écran transparent comportant deux faces principales opposées, généralement sensiblement parallèles; une première des faces principales de l'écran, dite face � avant � de l'écran, s'étend en regard de la face � arrière � du guide, sensiblement au contact de - et sensiblement parallèlement à - la face � arrière � du guide ; la face � avant � de l'écran comporte des éléments réflecteurs/réfléchissants de forme allongée, présentant une seconde largeur au moins égale à la première largeur, espacés les uns des autres selon un second espacement sensiblement identique au premier espacement ; et la position relative de l'écran par rapport au guide est telle que les éléments réflecteurs de l'écran sont respectivement en regard des dépressions du guide pour réfléchir vers le guide la lumière diffusée par les dépressions et émise par la face arrière du guide. En outre, notamment pour permettre une transmission de lumière et une vision correcte au travers de l'appareil, l'espacement des éléments réflecteurs est supérieur à leur largeur, de sorte que la surface cumulée des éléments réflecteurs est très inférieure à la surface de la face principale arrière de l'écran. Selon un mode de réalisation, les éléments réflecteurs sont saillants sur la face avant de l'écran. Selon un autre mode de réalisation, les éléments réflecteurs sont sensiblement affleurants à la face avant de l'écran. Selon encore un autre mode de réalisation, les éléments réflecteurs sont en retrait - en dépression - par rapport à la face avant de l'écran. De préférence, la (seconde) largeur des éléments réflecteurs de l'écran est supérieure à la (première) largeur des dépressions du guide, en particulier supérieure à la largeur des dépressions d'environ 25% à environ 50%, 100%, 150%, ou 200%, par exemple. Selon un mode de réalisation, la largeur des dépressions est située dans une plage allant de 50 microns (50.10-6 mètre) environ à 100 microns environ, tandis que la largeur des éléments réfléchissants est située dans une plage allant de 100 microns (100.10-6 mètre) environ à 300 ou 500 microns environ. Les dépressions dans le guide peuvent être formées par déformation du guide à l'aide d'un faisceau laser comme décrit dans les brevets EP-A-1107048 et US-7125154 dont la description est incorporée à la présente. En particulier, chacune des dépressions - ou rainures - allongées peut être bordée, le long de chacun de ses deux bords longitudinaux, de saillies - ou nervures - allongées, la largeur et la profondeur de chaque dépression variant le long de la dépression considérée, la largeur et la hauteur de chaque saillie variant le long de la saillie considérée. Les éléments réfléchissants sont de préférence formés par dépôt d'une composition contenant des particules opaques ; les particules opaques peuvent comporter des particules minérales, de préférence des particules métalliques et/ou des particules d'oxyde métallique, en particulier des particules de carbone, d'aluminium, de cuivre, d'argent, de bronze, d'alumine, d'oxyde de titane, ou de sulfate de baryum. La composition peut contenir un liant et/ou un adhésif, en particulier un matériau polymère tel qu'une résine acrylique, favorisant une répartition homogène et une fixation durable des particules opaques à la surface de l'écran. La composition peut comporter une phase liquide durcissant sous l'effet d'un rayonnement ultra violet par exemple. Le dépôt de la composition à la surface de l'écran peut être obtenu par impression, par projection, ou par un autre procédé de dépôt. Notamment pour obtenir des éléments réflecteurs affleurant ou en retrait de la face � avant � de l'écran, la composition peut être déposée dans des rainures préalablement formées sur la face � avant � de l'écran. Ces rainures peuvent être formées par déformation de l'écran à l'aide d'un faisceau laser comme décrit dans les brevets EP-A-1107048 et US-7125154. En particulier, chacune des rainures peut présenter une forme irrégulière, la largeur et la profondeur de chaque rainure variant le long de la rainure considérée. Le guide et l'écran peuvent être réalisés dans un matériau choisi parmi le verre, le polycarbonate, ou le polyméthacrylate de méthyle. De préférence, l'épaisseur du guide est supérieure à celle de l'écran. L'épaisseur du guide peut être située dans une plage allant de 1 à 5 millimètres (10-3 à 5.10-3 mètre) environ, et l'épaisseur de l'écran peut être située dans une plage allant de 0.1 à 1, 2, ou 5 millimètres (10-4 à 10-3, 2.10-3 ou 5.10-3 mètre) environ. Pour favoriser une densité de flux lumineux homogène sur toute la surface émettrice du guide, les dépressions et les éléments réflecteurs peuvent être espacés selon un espacement identique dont la valeur augmente de la partie centrale de l'appareil (du guide et de l'écran) vers la partie périphérique de l'appareil, comme décrit dans le brevet EP-A-845674. Notamment lorsque le guide et l'écran présentent un contour polygonal, les éléments réflecteurs peuvent, de même que les dépressions du guide, s'étendre selon un réseau de lignes parallèles, ou bien selon plusieurs réseaux de lignes parallèles qui se croisent (à 90 degrés environ par exemple pour un guide et un écran rectangulaires). L'invention permet de réaliser un appareil d'éclairage transparent pour lequel le rapport du flux lumineux (� perdu �) émis par la face � arrière � de l'écran, au flux lumineux (� utile �) émis par la face avant du guide, est inférieur à 20%, en particulier inférieur à 15%, notamment inférieur à - ou voisin de - 10%. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures annexées et illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est un schéma illustrant en vue de coté un écran d'un appareil d'éclairage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est un schéma illustrant en vue de coté un écran d'un appareil d'éclairage selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 3 est un schéma illustrant en vue de face l'écran illustré figure 2. La figure 4 est un schéma illustrant partiellement et à échelle agrandie, en vue en coupe transversale par un plan perpendiculaire aux axes longitudinaux des dépressions d'un guide et des éléments réflecteurs d'un écran, un guide et un écran d'un appareil d'éclairage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 5 est un schéma illustrant en vue de coté un appareil d'éclairage selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil comportant l'écran illustré figure 1. La figure 6 est un schéma illustrant en vue de coté un appareil d'éclairage selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'appareil 20 comportant l'écran illustré figures 2 et 3. La figure 7 est un schéma illustrant en vue en perspective et en éclaté, les principaux composants d'un appareil d'éclairage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 8 est un schéma illustrant en vue en perspective et en 25 éclaté, le guide et l'écran d'un appareil d'éclairage selon un autre mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Par référence aux figures 4 à 8 notamment, l'appareil d'éclairage 10 comporte un guide 11 de lumière réalisé dans un matériau 30 transparent. Le guide comporte deux faces planes 12, 13 d'émission, dites faces principales, qui sont sensiblement parallèles, et une ou plusieurs face(s) 14 à 17 périphérique(s) - ou tranche(s) - dont la surface est inférieure à la surface de chaque face d'émission : le guide en forme de plaque de contour carré illustré figure 7 comporte quatre tranches 14 à 17 planes, tandis que le guide en forme de disque de contour circulaire illustré figure 8 comporte une seule tranche 14 de forme cylindrique. L'appareil comporte des LEDs 18 arrangées pour injecter de la lumière dans le guide par sa (ou ses) tranche(s) : dans les modes de réalisation illustrés figures 5 à 7, une seule rangée de LEDs a été illustrée pour ne pas nuire à la clarté des figures. En pratique, selon la puissance lumineuse requise, l'appareil comporte le nombre nécessaire de LEDs qui sont disposées réparties le long d'une ou plusieurs des faces 14 à 17 par laquelle (lesquelles) la lumière émise par les LEDs est introduite dans le guide. Une des faces principales du guide, dite face � arrière � 12 du guide, comporte des dépressions D de forme allongée, présentant une largeur 22, espacées les unes des autres selon un premier espacement, provoquant une diffusion de la lumière se propageant dans le guide vers chacune des deux faces principales, et provoquant par conséquent l'émission de lumière par les deux faces principales, L'appareil comporte en outre un écran 19 transparent comportant deux faces 20, 21 principales sensiblement parallèles ; une première des faces principales de l'écran, dite face � avant � 20 de l'écran, s'étend en regard de la face � arrière � 12 du guide, sensiblement au contact de la face � arrière � du guide comme illustré figures 5 et 6, ou à faible distance du guide comme illustré figure 4. Comme illustré figures 7 et 8 notamment, l'écran s'étend sensiblement parallèlement au guide. Selon un mode de réalisation non représenté, les faces 12, 13, 20, 21 peuvent être incurvées. La face � avant � 20 de l'écran comporte des éléments R réflecteurs/réfléchissants de forme allongée selon un axe tel que l'axe 31 figure 3 ; chaque élément réflecteur présente une largeur 23 au moins égale à la largeur 22 des dépressions du guide. Les réflecteurs sont espacés les uns des autres selon un espacement 24 identique à l'espacement des dépressions D du guide afin d'être respectivement en regard de ces dépressions lorsque le guide et l'écran sont correctement positionnés l'un par rapport à l'autre. Ainsi, les éléments réflecteurs de l'écran réfléchissent vers le guide la lumière diffusée dans leur direction par les dépressions. L'espacement 24 des éléments réflecteurs est supérieur à leur largeur 23. L'espacement 24 peut être de l'ordre de un ou plusieurs millimètres, jusqu'à plusieurs centimètres. Dans les modes de réalisation illustrés figures 1 et 5, les éléments réflecteurs R sont saillants sur la face avant 20 de l'écran 19. Dans les modes de réalisation illustrés figures 2 et 6, les éléments réflecteurs R sont sensiblement affleurants à la face avant 20 de l'écran 19. Alternativement, les éléments réflecteurs R peuvent être en retrait - en dépression - par rapport à la face avant 20 de l'écran 19, dans un mode de réalisation similaire à celui illustré figure 4. Afin d'assurer une réflexion sensiblement totale de la lumière diffusée vers eux par les dépressions du guide, la largeur 23 des éléments réflecteurs de l'écran est supérieure à la largeur 22 des dépressions du guide, par exemple de 50% ou 100%. La largeur 22 des dépressions peut être située dans une plage allant de 50 microns environ à 100 microns environ, et la largeur 23 des éléments réfléchissants peut respectivement être située dans une plage allant de 100 microns environ à 300 ou 500 microns environ. On peut observer figure 4 que chacune des dépressions D ou rainures allongées du guide est bordée, le long de chacun de ses deux bords longitudinaux, de saillies ou nervures allongées. La largeur et la profondeur de chaque dépression peuvent varier le long de la dépression considérée, la largeur et la hauteur de chaque saillie bordant la dépression pouvant également varier le long de la saillie considérée. Les éléments réfléchissants R comportent une composition contenant des particules opaques qui peuvent être essentiellement constituées de particules métalliques ou de particules d'oxyde métallique, en particulier de particules de carbone, d'aluminium, de cuivre, d'argent, de bronze, d'alumine, ou d'oxyde de titane. La composition utilisée pour former les éléments réflecteurs peut contenir un liant et/ ou un adhésif, en particulier un matériau polymère tel qu'une résine acrylique, favorisant une répartition homogène des particules opaques et une fixation durable des particules opaques à la surface de l'écran. Cette composition peut être déposée dans des rainures formées sur la face � avant � de l'écran, comme illustré figure 4. L'écran peut être réalisé dans un matériau choisi parmi le verre, le polycarbonate, ou le polyméthacrylate de méthyle. De préférence, l'épaisseur 25 du guide est supérieure à celle de l'écran, l'épaisseur de l'écran étant située dans une plage allant de 0.1 à 1, 2, ou 5 millimètres environ. Les éléments réflecteurs peuvent être espacés selon un espacement 24 dont la valeur augmente selon une progression géométrique, de la partie centrale de l'écran vers la partie périphérique de l'écran. Les éléments réflecteurs peuvent s'étendre selon un seul réseau de lignes parallèles, comme illustré figures 3 et 7, ou bien, notamment lorsque l'écran présente (comme le guide) un contour polygonal, selon plusieurs réseaux de lignes parallèles qui se croisent. L'invention permet d'obtenir un appareil d'éclairage au travers duquel la vision est possible comme illustré par la flèche 30 figures 5 et 6 notamment. L'invention permet d'obtenir un appareil d'éclairage émettant par 30 la face avant 13 du guide un flux lumineux 28 bien supérieur au flux 29 (cf. figures 5 et 6) émis par la face arrière de l'écran. Revendications1- Appareil d'éclairage (10) comportant un guide (11) de lumière transparent comportant deux faces (12, 13) principales opposées et au moins une face (14 à 17) périphérique - ou tranche -, et des LEDs (18) arrangées pour injecter de la lumière dans le guide par sa (ses) tranche(s), une première des faces principales du guide, dite face � arrière � (12) du guide, comportant des dépressions (D) de forme allongée, présentant une première largeur (22), espacées les unes des autres selon un premier espacement, provoquant une diffusion de la lumière se propageant dans le guide vers chacune des deux faces principales, et l'émission de lumière par les deux faces principales, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un écran (19) transparent comportant deux faces (20, 21) principales opposées, une première des faces principales de l'écran, dite face � avant � (20) de l'écran, s'étendant en regard de la face � arrière � (12) du guide, sensiblement au contact de - et sensiblement parallèlement à - la face � arrière � du guide, la face � avant � de l'écran comportant des éléments (R) réflecteurs/réfléchissants de forme allongée, présentant une seconde largeur (23) au moins égale à la première largeur, espacés les uns des autres selon un second espacement (24) sensiblement identique au premier espacement, la position relative de l'écran par rapport au guide étant telle que les éléments réflecteurs de l'écran sont respectivement en regard des dépressions du guide pour réfléchir vers le guide la lumière diffusée par les dépressions, l'espacement (24) des éléments réflecteurs étant supérieur à leur largeur (23). 2 - Appareil selon la revendication 1 dans lequel les éléments réflecteurs (R) sont saillants sur la face avant (20) de l'écran (19). 3 - Appareil selon la revendication 1 dans lequel les éléments réflecteurs (R) sont sensiblement affleurants à la face avant (20) de l'écran (19). 4 - Appareil selon la revendication 1 dans lequel les éléments réflecteurs (R) sont en retrait - en dépression - par rapport à la face avant (20) de l'écran (19). - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans 5 lequel la largeur (23) des éléments réflecteurs de l'écran est supérieure à la largeur (22) des dépressions du guide, d'environ 25% au moins. 6 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la largeur (23) des éléments réfléchissants est située dans une plage allant de 100 microns environ à 500 microns environ. 7 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel chacune des dépressions ou rainures allongées du guide est bordée, le long de chacun de ses deux bords longitudinaux, de saillies ou nervures allongées, la largeur et la profondeur de chaque dépression variant le long de la dépression considérée, la largeur et la hauteur de chaque saillie variant le long de la saillie considérée. 8 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel les éléments réfléchissants (R) comportent une composition contenant des particules opaques. 9 - Appareil selon la revendication 8, dans lequel les particules opaques comportent des particules métalliques ou des particules d'oxyde métallique, en particulier des particules de carbone, d'aluminium, de cuivre, d'argent, de bronze, d'alumine, d'oxyde de titane, ou de sulfate de baryum. 10 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel la composition contient un liant et/ou un adhésif, en particulier un matériau polymère tel qu'une résine acrylique, favorisant une répartition homogène des particules opaques et une fixation durable des particules opaques à la surface de l'écran. 11 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 30 dans lequel la composition est déposée dans des rainures formées sur la face � avant � de l'écran.12 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l'écran est réalisé dans un matériau choisi parmi le verre, le polycarbonate, ou le polyméthacrylate de méthyle. 13 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel l'épaisseur (25) du guide est supérieure à celle de l'écran, l'épaisseur de l'écran étant située dans une plage allant de 0.1 à 1, 2, ou 5 millimètres environ. 14 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les éléments réflecteurs sont espacés selon un espacement dont la valeur augmente de la partie centrale de l'écran vers la partie périphérique de l'écran. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel l'écran présente un contour polygonal, et les éléments réflecteurs s'étendent selon un réseau de lignes parallèles, ou bien selon 15 plusieurs réseaux de lignes parallèles qui se croisent. 16 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le rapport du flux lumineux (29) émis par la face � arrière � de l'écran, au flux lumineux (28) émis par la face avant du guide, est inférieur à 20%, en particulier inférieur à 15%, notamment inférieur à - ou voisin de - 10%.