Brevet FR3078409A1 — publié le 20190830

ÉLÉMENT OPTI QUE POUR VÉHICULE AUTOMOBI LE La présente invention se rapporte à un élément optique, notamment transparent, pour véhicule automobile présentant une rugosité de surface caractérisée par un écart quadratique de rugosité Rq supérieur ou égal à 20 nm, à un dispositif lumineux de véhicule automobile comprenant ledit élément optique, ainsi qu'a un procédé de fabrication dudit élément optique. Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, aux domaines de l'optique, tels que par exemple des dispositifs lumineux, en particulier du type dispositifs d'éclairage et/ou de signalisation lumineuse, notamment pouvant 10 être utilisés à l'extérieur et/ou à l'intérieur de véhicules automobiles. Les dispositifs lumineux, tels que par exemple un projecteur avant ou un feu arrière, comprennent typiquement au moins un élément optique, notamment transparent, tel qu'une glace intérieure, une glace extérieure, une lentille, une paroi externe, une paroi interne, un guide de lumière, en 15 particulier pour des projecteurs, des feux, des caméras, ou des miroirs de rétroviseurs. Un tel élément optique présente l'inconvénient de se recouvrir de buée lorsque la température de sa surface descend au-dessous du point de rosée de l'air ambiant. La formation de buée sur sa surface entraîne une diminution de la transparence, due à la diffusion de la lumière par les gouttes 20 d'eau, ce qui peut provoquer une gêne importante. Par ailleurs, des salissures organiques et minérales peuvent adhérer à la glace transparente rendant son nettoyage et son entretien difficile. Pour éviter la formation de buée, c'est-à-dire la condensation de fines gouttelettes d'eau sur un support, et/ou pour obtenir des propriétés 25 autonettoyantes, il est connu de déposer une couche superhydrophile sur un substrat. Ainsi, il est connu de préparer un revêtement antibuée et autonettoyant, sous la forme d'une couche, comprenant à la fois de l'oxyde de titane et de l'oxyde de silicium. La couche est obtenue par combustion et/ou pyrolyse de précurseurs de l'oxyde de titane et de l'oxyde de silicium, dans 30 une flamme, par exemple par flam mage du type « flamespray pyrolysis » 2 (FSP), « flame assisted spray pyrolysis » (FASP), ou « liquid flame spray » (LSF). Toutefois, les propriétés de nettoyage ne sont pas optimisées. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant un élément optique, notamment 5 transparent, pour véhicule automobile présentant des propriétés nettoyantes améliorées tout en garantissant de bonnes propriétés antibuée dans le temps, notamment pendant une durée d'au moins deux ans. La présente invention a pour premier objet un élément optique, notamment transparent, pour véhicule automobile, comprenant au moins une première couche transparente contenant un matériau polymère, et au moins une deuxième couche comprenant au moins du silicium, du titane, et de l'oxygène, caractérisé en ce que l'élément optique présente une rugosité de surface définie par un écart moyen quadratique Rq supérieur ou égal à 20 nm. Grâce à l'invention, l'élément optique, en configuration opérationnelle, présente des propriétés de nettoyage améliorées. En particulier, la rugosité de surface conférée à l'élément optique permet de diminuer l'adhérence des contaminants et salissures à la surface dudit élément tout en garantissant de bonnes propriétés antibuée. En outre, l'élément optique de l'invention est facile à fabriquer et garantit des propriétés homogènes sur l'ensemble de la surface dudit élément. Dans la présente invention, on entend par « élément transparent ou couche transparente », un élément ou une couche transmettant la lumière visible par réfraction et au travers duquel/de laquelle les objets sont visibles avec plus ou moins de netteté. Plus particulièrement, c'est un élément ou une couche à travers lequel/laquelle une image est observée sans perte significative de contraste : l'interposition dudit élément transparent ou de ladite couche transparente entre une image et un observateur de celle-ci ne réduit pas significativement la qualité de l'image. En effet, au sens de l'invention, un élément transparent peut transmettre au moins une partie de la lumière incidente (ou rayon lumineux incident) avec très peu voire sans dispersion. De préférence, la transmission lumineuse, notamment la 3 transmission de la lumière visible, à travers l'élément transparent ou couche transparente est d'au moins 87% environ. La transmission lumineuse est la quantité de lumière que laisse passer l'élément transparent ou couche transparente à partir d'un rayon lumineux incident. La transmission lumineuse 5 visible est la quantité de lumière visible, correspondant aux ondes électromagnétiques dont la longueur d'onde correspond au spectre visible, soit entre les longueurs d'onde 380 et 780 nm environ, que laisse passer l'élément transparent ou couche transparente à partir d'un rayon lumineux incident. La rugosité 10 L'écart moyen quadratique Rq permettant de définir la rugosité de l'élément optique peut être mesuré à l'aide d'un dispositif avec ou sans contact, tel qu'un profilomètre à palpeur, un profilomètre optique, un dispositif à coupe optique ou un dispositif à force atomique. Il est de préférence mesuré à l'aide un dispositif à force atomique tel 15 qu'un microscope à force atomique (AFM pour atomic force microscope). L'écart moyen quadratique de rugosité Rq est défini dans la norme internationale NF EN ISO 4287. L'élément optique conforme au premier objet de l'invention présente de préférence une rugosité définie par un écart moyen quadratique d'au moins 20 25 nm environ, de préférence d'au moins 50 nm environ, et de préférence encore d'au moins 100 nm environ. L'élément optique conforme à l'invention possède avantageusement une rugosité nanométrique suffisante pour induire une réduction de l'adhérence des contaminants sur la surface hydrophile de l'élément optique, 25 l'hydrophilie étant conférée par la deuxième couche comprenant au moins du silicium, du titane, et de l'oxygène, dudit l'élément optique. Ainsi, l'élimination des salissures organiques et minérales s'en retrouve améliorée. Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, l'écart moyen quadratique est d'au plus 200 nm environ, et de préférence 30 encore d'au plus 150 nm environ. 4 La rugosité de l'élément optique peut avoir une forme en créneaux. Les créneaux peuvent présenter une hauteur allant de 100 à 200 nm environ. Chacun des créneaux peut être à une distance allant de 50 à 500 nm 5 environ d'un autre créneau adjacent. Cette distance est notamment appelé le pas des créneaux. Les créneaux peuvent être du type parallélépipède (e.g. tronc de pyramide), carré, rectangulaire, triangulaire, ou sinusoïdal. La deuxième couche 10 Grâce à la deuxième couche comprenant au moins du silicium, du titane, et de l'oxygène, l'élément optique de l'invention présente notamment une activité photocatalytique. L'activité photocatalytique permet de réaliser des réactions chimiques en présence de lumière. Son principe repose sur la génération de paires 15 électron-trou dans un matériau semi-conducteur par absorption de photons dont l'énergie est au moins égale à la largeur de bande interdite du matériau. Ces porteurs de charge vont ensuite réagir avec des espèces chimiques en surface du matériau, telles que des résidus d'hydrocarbures provenant des gaz d'échappement d'automobiles ou des contaminants, par photocatalyse 20 oxydante. La photocatalyse entraine la rupture des liaisons organique des résidus ou des contaminants organiques, et donc leur dégradation. L'élimination se fait par entrainement d'un film d'eau condensé et par convection naturelle du dispositif lumineux. Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, 25 la deuxième couche comprend en outre au moins un dopant choisi parmi les éléments chimiques du tableau périodique des éléments ayant une dimension atomique variant de 1 à 4 Â. L'activité photocatalytique de l'élément optique de l'invention peut alors être réalisée à des longueurs d'onde À allant de 380 nm à 780 nm 5 (lumière visible), et de préférence à des longueurs d'onde À supérieures ou égales à 400 nm. Le dopant permet de substituer partiellement l'oxygène de la deuxième couche. 5 Le dopant peut être choisi parmi l'azote, le carbone, le soufre, le phosphore, le bore, le fluor, le chlore, le fer, le nickel, le cobalt, le chrome, le vanadium, le molybdène, le niobium, le tungstène, le platine, et l'aluminium. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le dopant est l'azote ou le carbone, et de manière avantageuse l'azote. 10 La deuxième couche de l'élément optique de l'invention peut comprendre : un ou plusieurs groupement(s) silicium-oxygène (Si-0), et un ou plusieurs groupement(s) titane-oxygène (Ti-0). Lorsque la deuxième couche comprend en outre un dopant, elle peut 15 comprendre en outre un ou plusieurs groupement(s) titane-dopant, et de préférence un ou plusieurs groupement(s) (Ii-N) ou (Ti-C). Dans la présente invention, on entend par : « groupement silicium-oxygène », un groupement comprenant au moins un atome de silicium lié de façon covalente à un atome d'oxygène 20 (Si-0) ; « groupement titane-oxygène », un groupement comprenant au moins un atome de titane lié de façon covalente à un atome d'oxygène (Ti-0) ; et « groupement titane-dopant », un groupement comprenant au 25 moins un atome de titane lié de façon covalente à un atome de dopant (Ti- dopant). L'analyse de la structure de la deuxième couche peut être réalisée par MEB/EDS (Microscope Electronique à Balayage avec sonde pour spectroscopie à dispersion d'énergie). 6 Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lorsque le dopant est l'azote, la deuxième couche comprend un dérivé azoté de dioxyde de titane, et plus particulièrement un dérivé de dioxyde de titane dopé à l'azote. 5 De préférence, le dérivé azoté de dioxyde de titane a pour formule Ti02_xNx avec 0,001 REVENDICATIONS1. Élément optique pour véhicule automobile, comprenant au moins une première couche transparente contenant un matériau polymère, et au moins une deuxième couche comprenant au moins du silicium, du titane, et de l'oxygène, caractérisé en ce que l'élément optique présente une rugosité de surface définie par un écart moyen quadratique Rq supérieur ou égal à 20 nm. 2. Élément optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième couche comprend en outre au moins un dopant choisi parmi les éléments chimiques du tableau périodique des éléments ayant une dimension 10 atomique variant de 1 à 4 Â. 3. Élément optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente une rugosité définie par un écart moyen quadratique d'au moins 50 nm. 4. Élément optique selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche de l'élément optique comprend : un ou plusieurs groupement(s) silicium-oxygène (Si-0), et un ou plusieurs groupement(s) titane-oxygène (Ti-0). 5. Élément optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la 20 deuxième couche comprend en outre un ou plusieurs groupement(s) siliciumoxygène-hydrogène (Si-O-H). 6. Élément optique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la deuxième couche comprend de 0,0001% à 10% en poids de dopant, par rapport au poids total de la deuxième couche. 25 7. Élément optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche transparente comprend au moins 50% en poids de matériau polymère, par rapport au poids total de la première couche. 24 8. Élément optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche transparente et/ou la deuxième couche comprenant du silicium, de l'oxygène, et du titane, est une couche gravée. 5 9. Élément optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche transparente de polyorganosiloxane. 10. Élément optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couche transparente de polyorganosiloxane est positionnée entre la première 10 couche transparente et la deuxième couche comprenant du silicium, de l'oxygène, et du titane. 11. Dispositif lumineux de véhicule automobile comprenant un élément optique tel que défini à l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Procédé de fabrication d'un élément optique tel que défini à l'une 15 quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend, à partir de la première couche transparente, au moins les étapes suivantes : - une étape de gravure oxydante, et - une étape de dépôt de la deuxième couche comprenant du silicium, de l'oxygène, et du titane. 20 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les étapes de gravure et de dépôt de la deuxième couche sont réalisées selon l'une des deux alternatives A) ou B) suivantes : A) - graver par gravure oxydante la première couche transparente, et - déposer la deuxième couche comprenant du silicium, de l'oxygène, 25 et du titane, sur la première couche transparente gravée à l'étape précédente, ou B) - déposer la deuxième couche comprenant du silicium, de l'oxygène, et du titane, sur la première couche transparente, et 25 - graver par gravure oxydante la deuxième couche comprenant du silicium, de l'oxygène, et du titane, déposée à l'étape précédente. 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'étape de gravure oxydante est effectuée par gravure sèche. 5 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'hydroxylation de la deuxième couche comprenant du silicium, de l'oxygène, et du titane.