Brevet FR2971387A1 — publié le 20120810

ELEMENT CHAUFFANT A COUCHE L'invention concerne un élément chauffant comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces compre-5 nant une couche adaptée à chauffer. Il est connu d'utiliser de tels éléments chauffants comme pare-brises chauffants de véhicules automobiles afin de désembuer et/ou dégivrer le pare-brise. Lorsque le vitrage est monté sur un véhicule et qu'il est branché sur une installation électrique, la couche adaptée à chauffer devient chauffante. 10 La puissance dissipée P par un pare-brise chauffant est égale à la tension U alimentant le pare-brise, au carré, divisée par la résistance électrique R de la couche chauffante (P=U2/R). La puissance dissipée efficace pour désembuer et/ou dégivrer un pare-brise doit être supérieure à 500 W/m2. Dans les véhicules à moteur à combustion, la tension à bord est de l'ordre de 12 ou de 42 volts. Les 15 couches chauffantes utilisées sont en argent. Elles ont une résistance électrique surfacique de l'ordre de 1 ou 4 ohms par carré respectivement. Il ya un besoin pour équiper les véhicules électriques en vitrages chauffants. Toutefois, la tension à bord d'un véhicule électrique est bien plus élevée qu'à bord d'un véhicule à moteur à combustion : elle est de l'ordre de 100 volts ou 20 plus, et peut même aller jusqu'à plusieurs centaines de volts. Ainsi, si l'on essayait d'installer un pare-brise chauffant de véhicule à moteur à combustion dans un véhicule électrique, la puissance dissipée par le pare-brise serait très élevée. Or, les installations électriques classiques, telles que celles présentes à bord des véhicules à moteur à combustion, ne supporteraient pas les puissances électri- 25 ques dissipées très élevées qui pourraient être générées par un tel pare-brise chauffant installé sur un véhicule électrique. Des installations électriques spécifiques auraient toutefois un coût très important et seraient complexes à mettre en oeuvre. De plus, il est également connu d'utiliser des éléments chauffants avec une 30 couche chauffante en argent comme radiateur électrique de bâtiment. Le même problème de tension électrique élevée se pose puisque la tension disponible dans les bâtiments est celle du réseau électrique national, à savoir 220 ou 230 volts en Europe ou encore 120 volts aux Etats-Unis, soit bien plus élevée que 12 ou 42 2971387 -2 volts. Pour diminuer la puissance dissipée (afin d'éviter que le radiateur ne chauffe trop), la résistance électrique de la couche chauffante est augmentée en gravant la couche chauffante de façon à faire parcourir aux électrons un chemin plus long. Ce procédé est toutefois complexe et coûteux. II y a donc un besoin pour un élément chauffant comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces comprenant une couche adaptée à chauffer, qui puisse être facilement installé sur un véhicule électrique ou connecté au réseau électrique national et qui soit simple à fabriquer. Pour cela, l'invention propose un élément chauffant comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces comprenant une couche adaptée à chauffer, ayant une résistance électrique surfacique comprise entre 20 et 200 SZ par carré, et deux couches diélectriques non métalliques situées de part et d'autre de la couche adaptée à chauffer, l'élément chauffant comprenant également deux conducteurs collecteurs adaptés à être alimentés en tension électrique, la couche adaptée à chauffer n'étant pas usinée et étant électriquement connectée aux deux conducteurs collecteurs. Selon une autre particularité, la couche adaptée à chauffer est en métal, ledit métal appartenant au groupe comprenant le niobium, le molybdène, le nickel, le chrome, l'étain, le zinc, le tantale, le hafnium, le titane, le tungstène, l'alumi- nium, le cuivre et leurs alliages. Selon une autre particularité, les couches diélectriques non métalliques sont par exemple en Si3N4, SnZnO, SnO2 ou ZnO. Selon une autre particularité, l'empilement comprend au moins une couche 25 de blocage située entre la couche adaptée à chauffer et au moins l'une des couches diélectriques non métalliques. Selon une autre particularité, la couche adaptée à chauffer a une épaisseur comprise entre 2 et 30 nm. Selon une autre particularité, la couche adaptée à chauffer a une épais- 30 seur comprise entre 2 et 8 nm de façon à ce que la transmission lumineuse de l'élément chauffant soit au minimum de 700/0, de préférence au minimum de 750/0. Selon une autre particularité, les conducteurs collecteurs sont disposés à proximité de deux bords opposés de l'élément chauffant. 2971387 -3 Selon une autre particularité, le substrat muni d'un empilement de couches minces est en verre organique ou inorganique. Selon une autre particularité, le substrat muni d'un empilement de couches minces est transparent. 5 Selon une autre particularité, l'élément chauffant comprend en outre un intercalaire et un deuxième substrat, l'intercalaire étant entre les deux substrats pour former un feuilleté, la couche adaptée à chauffer étant en vis-à-vis de l'intercalaire. Selon une autre particularité, l'élément chauffant comprend en outre un 10 troisième substrat séparé du feuilleté par une lame de gaz. Selon une autre particularité, l'élément chauffant comprend en outre au moins un deuxième substrat, les substrats étant séparés deux à deux par une lame de gaz pour former un vitrage multiple isolant, la couche adaptée à chauffer étant en vis-à-vis de la lame de gaz. 15 Selon une autre particularité, le deuxième substrat est en verre organique ou inorganique. Selon une autre particularité, le deuxième substrat est transparent. L'invention concerne également un vitrage de bâtiment comprenant un élément chauffant tel que décrit ci-dessus. 20 L'invention concerne également un vitrage de véhicule automobile électri- que comprenant un élément chauffant tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne également un véhicule automobile électrique comprenant un vitrage tel que décrit ci-dessus, notamment un pare-brise, un vitrage latéral avant, un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou encore un vitrage de toit. L'invention concerne également un radiateur électrique de bâtiment constitué d'un élément chauffant tel que décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des dessins sur lesquels : La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un élément chauffant selon un mode de réalisation de l'invention. L'invention se rapporte à un élément chauffant comprenant au moins un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches min- 2971387 -4 ces comprenant une couche adaptée à chauffer. La couche adaptée à chauffer a une résistance électrique surfacique comprise entre 20 et 200 SZ par carré. La couche adaptée à chauffer permet de désembuer/dégivrer un vitrage ou encore et chauffer une pièce. L'empilement comprend également deux couches diélectri- 5 ques non métalliques situées de part et d'autre de la couche adaptée à chauffer. Ces couches diélectriques non métalliques ont une fonction anti-reflet. L'élément chauffant comprend également deux conducteurs collecteurs adaptés à être alimentés en tension électrique, la couche adaptée à chauffer étant électriquement connectée aux deux conducteurs collecteurs de façon à pouvoir chauffer. La cou- 10 che adaptée à chauffer n'est pas usinée. Ainsi, la résistance électrique surfacique de la couche adaptée à chauffer est comprise entre 20 et 200 SZ par carré sans qu'il y ait besoin de l'usiner en la gravant. Cela simplifie le procédé de fabrication de l'élément chauffant. De plus, cela permet d'avoir une puissance dissipée qui soit contrôlée et qui soit compati- 15 ble avec des installations électriques classiques. L'invention permet donc d'installer facilement sur un véhicule électrique ou de connecter facilement au réseau électrique national un élément chauffant selon l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un élément chauffant selon un mode de réalisation de l'invention. 20 L'élément chauffant comprend un substrat 1 sur lequel est déposé un empilement de couches minces comprenant une couche 3 adaptée à chauffer. Les couches minces de l'empilement sont déposées par exemple par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique (dépôt « magnétron »). Le substrat 1 est par exemple en verre organique ou inorganique. Il est par 25 exemple transparent, en particulier lorsqu'il est utilisé dans une application nécessitant de voir à travers comme par exemple un vitrage de véhicule ou de bâti-ment. Le substrat 1 est de préférence, mais de façon non limitative, une feuille de verre. La couche 3 adaptée à chauffer est en métal, par exemple en niobium, mo- 30 lybdène, nickel, chrome, étain, zinc, tantale, hafnium, titane, tungstène, aluminium ou cuivre, ou en l'un de leurs alliages. L'empilement de couches minces comprend également deux couches 4, 5 diélectriques non métalliques. La couche 3 adaptée à chauffer est entre les deux 2971387 -5 couches 4, 5 diélectriques non métalliques. Ces couches 4, 5 diélectriques non métalliques par exemple en Si3N4, SnZnO, SnO2 ou ZnO. Ces couches 4, 5 ont une fonction anti-reflet qui améliore la visibilité à travers l'élément chauffant muni de la couche 3 adaptée à chauffer, en particulier lorsque le substrat est en verre. 5 Les couches 4, 5 diélectriques non métalliques sont déposées par exemple par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique. L'empilement de couches minces comprend, de façon optionnelle, au moins une couche de blocage (non représentée) située entre la couche 3 adaptée à chauffer et au moins l'une des couches 4, 5 diélectriques non métalliques. Ainsi, 10 la couche de blocage peut être en sous-couche de la couche 3 adaptée à chauffer, donc entre le substrat et la couche 3 adaptée à chauffer, et/ou en surcouche de la couche 3 adaptée à chauffer. La ou les couches de blocage sont très fines. Elles protègent, le cas échéant, la couche 3 adaptée à chauffer d'une éventuelle dégradation lors du dépôt de la couche 5 diélectrique non métallique située en 15 surcouche de la couche 3 adaptée à chauffer. Elles protègent également la couche 3 adaptée à chauffer lors d'un éventuel traitement thermique à haute température, du type bombage et/ou trempe, par exemple pour éviter l'oxydation de la-dite couche 3. La ou les couches de blocage sont par exemple en NiCr, en titane ou en aluminium. La ou les couches de blocage sont déposées par exemple par 20 pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique. L'épaisseur de la couche 3 adaptée à chauffer est comprise entre 2 et 30 nm. Cette gamme d'épaisseur est à la fois facilement réalisable techniquement et permet d'obtenir une couche d'épaisseur contrôlée sur toute la surface de la feuille de verre. Lorsque l'élément chauffant est utilisé dans une application de 25 vitrage avec des contraintes de transmission lumineuse d'au minimum 700/0, voire d'au minimum de 750/0, c'est-à-dire en particulier pour les pare-brises et les vitrages latéraux avant, l'épaisseur de la couche 3 adaptée à chauffer est comprise entre 2 et 8 nm. Pour obtenir une transmission lumineuse d'au minimum 750/0, le niobium et 30 le molybdène sont tout à fait adaptés comme matériau pour la couche 3 adaptée à chauffer de façon à ce que la couche 3 d'épaisseur comprise entre 2 et 8 nm ait une résistance électrique surfacique de la couche adaptée à chauffer comprise entre 20 et 200 SZ par carré. 2971387 -6 L'ensemble des matériaux du groupe comprenant le niobium, le molybdène, le nickel, le chrome, l'étain, le zinc, le tantale, le hafnium, le titane, le tungstène, l'aluminium, le cuivre et leurs alliages est adapté comme matériau pour la couche 3 adaptée à chauffer de façon à ce que la couche 3 d'épaisseur comprise 5 entre 2 et 30 nm ait une résistance électrique surfacique de la couche adaptée à chauffer comprise entre 20 et 200 SZ par carré lorsque l'élément chauffant n'est pas utilisé dans une application ayant une contrainte de transmission lumineuse. L'élément chauffant comprend également deux conducteurs collecteurs (non représentés) disposés à proximité de deux bords opposés de l'élément 10 chauffant. La couche 3 adaptée à chauffer est connectée électriquement à ces conducteurs collecteurs. Les conducteurs collecteurs sont des bornes d'alimentation en tension de la couche 3 adaptée à chauffer. Dans le cas d'un pare-brise chauffant, les conducteurs collecteurs sont disposés par exemple en haut et en bas du pare-brise. 15 Dans une première variante, l'élément chauffant comprend de préférence un deuxième substrat 2 et un intercalaire 6, l'intercalaire étant entre les deux substrats 1, 2 de façon à former un feuilleté. Dans cette configuration, la face du substrat 1 sur laquelle est déposée la couche 3 adaptée à chauffer et les couches 4, 5 diélectriques non métalliques est de préférence en vis-à-vis de l'intercalaire 6 20 et non orientée vers l'extérieur de l'élément chauffant, de façon à protéger l'empilement de couches minces contre les agressions extérieures. L'intercalaire est par exemple en PVB (polyvinylbutyral) standard ou en matériau adapté à amortir acoustiquement des ondes. Le matériau adapté à amortir acoustiquement des ondes est alors de préférence entre deux couches de PVB standard. 25 Dans cette première variante, le deuxième substrat 2 est par exemple en verre organique ou inorganique. Il est par exemple transparent, en particulier lors-qu'il est utilisé dans une application nécessitant de voir à travers comme par exemple un vitrage de véhicule ou de bâtiment. Le substrat 2 est de préférence, mais de façon non limitative, une feuille de verre. 30 Un élément chauffant selon cette première variante peut être utilisé comme vitrage de véhicule automobile, en particulier de véhicule électrique. Lorsque le vitrage est un pare-brise ou un vitrage latéral avant, il est soumis à des contraintes de visibilité. En effet, la transmission lumineuse doit être d'au moins 700/0, 2971387 -7 voire d'au moins 750/0, pour respecter les normes en vigueur. Cette transmission lumineuse est atteinte avec un vitrage chauffant tel que défini plus haut. En revanche, lorsque le vitrage est un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou un vitrage de toit, il n'est soumis à aucune contrainte de transmission lumineuse. 5 Un élément chauffant selon cette première variante peut également être utilisé comme vitrage de bâtiment, par exemple dans une cloison entre deux pièces ou en paroi extérieure de bâtiment en combinaison avec un troisième substrat séparé de l'élément chauffant par une lame de gaz. Le troisième substrat est par exemple en verre organique ou inorganique. Le troisième substrat est par exem- 10 ple transparent. Un élément chauffant selon cette première variante peut également être utilisé comme radiateur électrique pour bâtiment. Dans une deuxième variante, l'élément chauffant comprend au moins un deuxième substrat 2. Les substrats 1, 2 sont séparés deux à deux par une lame 15 de gaz de façon à former un vitrage multiple isolant. La couche 3 adaptée à chauffer est de préférence en vis-à-vis de la lame de gaz et non orientée vers l'extérieur de l'élément chauffant, de façon à protéger l'empilement de couches minces contre les agressions extérieures. Un élément chauffant selon cette deuxième variante peut être utilisé 20 comme vitrage de bâtiment. L'invention concerne donc également un vitrage de véhicule automobile électrique, en particulier un pare-brise ou un vitrage latéral avant qui sont soumis à des contraintes de transmission lumineuse d'au moins 700/0, voire d'au moins 750/0, ou encore un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou encore un vitrage 25 de toit, qui ne sont soumis à aucune contrainte de transmission lumineuse. L'invention concerne également un véhicule automobile électrique avec un tel vitrage. L'invention concerne également un vitrage de bâtiment ou encore un radiateur électrique de bâtiment. Dans le cas d'un vitrage de véhicule ou de bâtiment ou d'un radiateur élec- 30 trique de bâtiment, les conducteurs collecteurs sont connectés de façon connue à une installation électrique et sont alimentés en tension via cette installation élec- trique. Lorsqu'elle est mise sous tension, la couche adaptée à chauffer devient 2971387 -8 une couche chauffante. Grâce à l'invention, des installations électriques classiques peuvent être utilisées. Dans le cas d'un vitrage de véhicule ou de bâtiment, la couche adaptée à chauffer a un but de désembuage et/ou dégivrage du vitrage. 5 Dans le cas d'un radiateur, la couche adaptée à chauffer a essentiellement un but de chauffage domestique mais peut également avoir un but de désembuage, en particulier lorsqu'il est utilisé dans une salle de bain. Un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant : Verre/Si3N4/N b/Si3N4/PVB/Verre 10 avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes : matériau Verre Si3N4 Nb Si3N4 PVB Verre épaisseur 2 mm 45 nm 3 nm 65 nm 0,76 mm 2 mm a une résistance électrique surfacique de 150 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en niobium est la couche adaptée à chauffer et il n'y a pas de couche de blocage. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 575 W/m2 et a une 15 transmission lumineuse de 70%. Un tel élément chauffant peut être utilisé comme pare-brise ou vitrage latéral avant de véhicule électrique. De même, un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant : Verre/Si3N4/AI/Cu/AI/Si3N4/PVB/Verre 20 avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes : matériau Verre Si3N4 Al Cu Al Si3N4 PVB Verre épaisseur 2 mm 33 nm 1,3 nm 5,6 nm 1,3 nm 33 nm 0,76 mm 2 mm a une résistance électrique surfacique de 40 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en cuivre est la couche adaptée à chauffer et les couches en aluminium sont les couches de blocage. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 25 2150 W/m2 et a une transmission lumineuse de 700/0. Un tel élément chauffant peut être utilisé comme pare-brise ou vitrage latéral avant de véhicule électrique. De même, un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant : Verre/Si3N4/Ti/N b/Ti/Si3N4/PVB/Verre 2971387 -9- avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes : matériau Verre Si3N4 Ti Nb Ti Si3N4 PVB Verre épaisseur 2 mm 42 nm 0,5 nm 15 nm 0,5 nm 54 nm 0,76 mm 2 mm a une résistance électrique surfacique de 23 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en niobium est la couche adaptée à chauffer et les couches en titane sont les couches de blocage. Un élément chauffant de 1 m de haut, ali- 5 menté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 2100 W/m2 et a une transmission lumineuse de 27%. Un tel élément chauffant peut être utilisé comme vitrage latéral arrière, vitrage de toit ou lunette arrière de véhicule électrique, ou encore comme vitrage de bâtiment ou comme radiateur électrique de bâtiment. 10 De même, un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant : Verre/Si3N4/NiCr/AI/NiCr/Si3N4/PVB/Verre avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes : matériau Verre Si3N4 NiCr Al NiCr Si3N4 PVB Verre épaisseur 2 mm 50 nm 1 nm 5,5 nm 1 nm 50 nm 0,76 mm 2 mm a une résistance électrique surfacique de 80 ohms par carré. Dans cet 15 exemple, la couche en aluminium est la couche adaptée à chauffer et les couches en NiCr sont les couches de blocage. Un élément chauffant de 1 m de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 605 W/m2 et a une transmission lumineuse de 500/0. Un tel élément chauffant peut être utilisé comme vitrage latéral arrière, vitrage de toit ou lunette arrière de véhicule 20 électrique, ou encore comme vitrage de bâtiment ou comme radiateur électrique de bâtiment. REVENDICATIONS1. Elément chauffant comprenant un substrat (1) muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces comprenant une couche (3) adaptée à chauffer, ayant une résistance électrique surfacique comprise entre 20 et 200 SZ par carré, et deux couches (4, 5) diélectriques non métalliques situées de part et d'autre de la couche (3) adaptée à chauffer, l'élément chauffant comprenant également deux conducteurs collecteurs adaptés à être alimentés en tension électrique, la couche (3) adaptée à chauffer n'étant pas usinée et étant électriquement connectée aux deux conducteurs collecteurs. 2. Elément chauffant selon la revendication 1, dans lequel la couche adaptée à chauffer est en métal, ledit métal appartenant au groupe comprenant le niobium, le molybdène, le nickel, le chrome, l'étain, le zinc, le tantale, le hafnium, le titane, le tungstène, l'aluminium, le cuivre et leurs alliages. 3. Elément chauffant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les cou- ches (4, 5) diélectriques non métalliques sont par exemple en Si3N4, SnZnO, SnO2 ou ZnO. 4. Elément chauffant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'empilement comprend au moins une couche de blocage située entre la couche (3) adaptée à chauffer et au moins l'une des couches (4, 5) diélectriques non mé- talliques. 5. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la couche (3) adaptée à chauffer a une épaisseur comprise entre 2 et 30 nm. 6. Elément chauffant selon la revendication 5, dans lequel la couche (3) adaptée à chauffer a une épaisseur comprise entre 2 et 8 nm de façon à ce que la transmission lumineuse de l'élément chauffant soit au minimum de 700/0, de préférence au minimum de 750/0. 7. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les conducteurs collecteurs sont disposés à proximité de deux bords opposés de l'élément chauffant.. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le substrat (1) muni d'un empilement de couches minces est en verre organique ou inorganique. 9. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le substrat (1) muni d'un empilement de couches minces est transparent. 10. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre un intercalaire (6) et un deuxième substrat (2), l'intercalaire (6) étant entre les deux substrats (1, 2) pour former un feuilleté, la couche (3) adaptée à chauffer étant en vis-à-vis de l'intercalaire (6). 11. Elément chauffant selon la revendication 10, comprenant en outre un troisième substrat séparé du feuilleté par une lame de gaz. 12. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre au moins un deuxième substrat (2), les substrats (1, 2) étant séparés deux à deux par une lame de gaz pour former un vitrage multiple isolant, la cou- che (3) adaptée à chauffer étant en vis-à-vis de la lame de gaz. 13. Elément chauffant selon l'une des revendications 10 à 12, dans le-quel le deuxième substrat (2) est en verre organique ou inorganique. 14. Elément chauffant selon l'une des revendications 10 à 13, dans le-quel le deuxième substrat (2) est transparent. 15. Vitrage de bâtiment comprenant un élément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 16. Vitrage de véhicule automobile électrique comprenant un élément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et 13 ou 14 lors-qu'elles dépendent de la revendication 10. 17. Véhicule automobile électrique comprenant un vitrage selon la revendication 16, notamment un pare-brise, un vitrage latéral avant, un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou encore un vitrage de toit. 2971387 -12 18. Radiateur électrique de bâtiment constitué d'un élément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et 12 ou 13 lorsqu'elles dépendent de la revendication 10.