Brevet FR3114044A1 — publié le 20220318

Vitrage feuilleté à réflexion lumineuse extérieure diminuée et affichage tête haute de visibilité améliorée L’invention a trait à un vitrage feuilleté de transmission lumineuse TL dans le visible d’au moins 70 %, constitué de deux feuilles de verre clair collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, caractérisé en ce que l’une des deux faces des feuilles de verre à l’intérieur de la structure feuilletée est revêtue d’un empilement de couches minces apte à réfléchir au moins 17 % de lumière p-polarisée projetée sous un angle incident de 65 °, et en ce que la couche adhésive intercalaire est teintée de manière à absorber 5 à 25 % de lumière visible ; à un système comprenant ce vitrage feuilleté et un projecteur de lumière p-polarisée ; et à l’application de ce vitrage feuilleté comme pare-brise à affichage tête haute. Pas de Figure Vitrage feuilleté à réflexion lumineuse extérieure diminuée et affichage tête haute de visibilité améliorée L’invention a trait aux pare-brise à affichage tête haute (en anglais Head Up Display abrégé en HUD). Le problème principal à résoudre pour la qualité optique d’un pare-brise à fonction HUD est la double image en réflexion du côté intérieur du vitrage, vue par le conducteur. Une technologie pour résoudre ce problème consiste à utiliser un projecteur émettant de la lumière p-polarisée. Quand celle-ci est projetée avec un angle d’incidence spécifique appelé angle de Brewster sur la face intérieure du pare-brise (c’est-à-dire la face libre orientée vers l’habitacle du véhicule), la réflexion sur chacune des deux interfaces air/verre du vitrage feuilleté, c’est-à-dire l’interface du feuilleté avec l’atmosphère extérieure, appelée face 1, et l’interface du feuilleté avec le volume intérieur du véhicule (habitacle), appelée face 4 dans le cas d’un feuilleté à deux feuilles de verre, est supprimée. L’emploi d’un revêtement métallique en film mince sur la face 2 ou 3 du vitrage feuilleté, c’est-à-dire la face interne à la structure feuilletée de la feuille de verre extérieure ou intérieure, permet de réfléchir une partie de la lumière p-polarisée vers les yeux du conducteur, en formant une image unique, et non plus dédoublée. Cette technique est décrite dans la demande WO 2016058474. La réflectivité de la lumière p-polarisée est comprise entre 5 et 10 %, ce qui est certainement faible pour une bonne visibilité de l’image HUD. L’un des avantages de cette technologie HUD est que le conducteur portant des lunettes p-polarisantes bénéficie d’un contraste considérablement accru entre l’image HUD et l’environnement extérieur. L’invention est partie de la connaissance interne du Demandeur de la possibilité de concevoir des empilements de couches minces aptes à réfléchir jusqu’à plus de 20 % d’une lumière p-polarisée, au lieu de 5 à 10 % décrits précédemment. Il a cependant été constaté que de tels empilements à haute réflectivité de lumière p-polarisée, côté intérieur du feuilleté en position de montage, présentent une réflexion élevée de lumière non polarisée RL du côté extérieur du vitrage feuilleté, de l’ordre de 20 %. Cette réflexion lumineuse RL élevée n’est pas désirée. En effet, elle accroit de manière inesthétique le contraste avec les autres vitrages voisins (vitres latérales automobiles) et avec la carrosserie. A titre comparatif, la réflexion lumineuse RL courante de vitrages feuilletés à feuilles de verre clair exempts de couche mince est de 12 %. D’autre part la visibilité du conducteur à travers le pare-brise, à partir de l’extérieur du véhicule, est réduite, ce qui pourrait ne plus être acceptable d’un point de vue réglementaire, dans le futur. L’invention a eu comme objectif de maintenir une excellente visibilité par le conducteur d’une image HUD, c’est-à-dire une réflexion intérieure pour la lumière p-polarisée élevée, tout en diminuant la réflexion lumineuse extérieure. Cet objectif a été atteint par l’invention qui, en conséquence, a pour objet un vitrage feuilleté de transmission lumineuse TL dans le visible d’au moins 70 %, constitué de deux feuilles de verre clair collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, caractérisé en ce que l’une des deux faces des feuilles de verre à l’intérieur de la structure feuilletée est revêtue d’un empilement de couches minces apte à réfléchir au moins 17 % de lumière p-polarisée projetée sous un angle incident de 65 °, et en ce que la couche adhésive intercalaire est teintée de manière à absorber 5 à 25 % de lumière visible. La transmission lumineuse TL dans le visible d’au moins 70 % est une exigence réglementaire générale de sécurité. Cette exigence peut être aussi exprimée par le fait que la somme de la réflexion lumineuse extérieure dans le visible, de l’absorption de lumière visible de la couche adhésive intercalaire teintée et de l’absorption de lumière visible de l’empilement de couches réfléchissant est au plus égale à 30 %. Lorsque, conformément à l’invention, on emploie par exemple une couche adhésive intercalaire teintée absorbant 15 % de lumière visible, et un empilement de couches réfléchissant mono-argent (à une seule couche d’argent) absorbant 5 % de lumière visible, la réflexion lumineuse extérieure dans le visible a donc été diminuée à une valeur maximale de 10 % ; en réalité, la valeur de RL extérieure peut excéder 10 % sans sortir du cadre de l’invention, et est d’autre part d’au moins 5 %. L’harmonie esthétique avec les vitrages et la surface de carrosserie automobile voisins, est garantie. D’autre part, la visibilité excellente de l’image HUD est également garantie grâce à la réflectivité de lumière p-polarisée élevée de l’empilement de couches minces réfléchissant. L’angle incident de la lumière p-polarisée sur la face intérieure de pare-brise est couramment de 65 °, suffisamment proche de l’angle de Brewster pour une interface air – verre (57,2 °, verre sodocalcique) pour rendre négligeable la réflexion de lumière p-polarisée à ces deux interfaces, et pour que la lumière p-polarisée soit principalement réfléchie par l’empilement de couches réfléchissant. Au sens de l’invention, par le fait que l’empilement de couches est apte à réfléchir au moins 17 % de lumière p-polarisée, on entend qu’il le réalise à condition d’être placé entre le projecteur émettant la lumière p-polarisée et la couche adhésive intercalaire teintée. Le verre clair consiste en verre minéral, tel que flotté, sodocalcique, aluminosilicate, ou borosilicate. L’une au moins des deux feuilles de verre peut être durcie, semi-trempée ou renforcée chimiquement notamment dans le cas de verre mince (épaisseur indicative 0,7 mm). Le terme « verre clair » fait référence à un verre dont l’absorption de lumière visible est nulle. Le vitrage feuilleté, les deux feuilles de verre, sont très généralement bombés. Des exemples de couche adhésive intercalaire sont le polyvinylbutyral (PVB), le polyuréthane thermoplastique (TPU) ou un copolymère éthylène – acétate de vinyle (EVA). Il est connu de teinter une couche adhésive intercalaire en introduisant des colorants organiques ou des pigments minéraux dans le matériau polymère, ou après extrusion (trempage, pulvérisation…). Il est aussi connu de teinter par l’un de ces procédés à un degré parfaitement contrôlé d’absorption de lumière visible. Il est particulièrement avantageux de mettre en œuvre deux feuilles de verre clair de même composition, ce qui simplifie le procédé de bombage. Les paramètres optiques utilisés relativement à l’invention, tels que transmission lumineuse TL dans le visible, réflexion lumineuse RL extérieure, réflexion intérieure pour la lumière p-polarisée, flou, se réfèrent à la lumière visible de longueurs d’onde comprises entre 380 et 780 nm, et à la norme NF EN-410 appliquée à un pare-brise automobile. Les valeurs sont intégrées sur le spectre visible. On emploie l’illuminant A, et les angles de mesure de 0 ° pour la transmission lumineuse, 0 et 60 ° pour la réflexion lumineuse extérieure, et 65 ° pour la réflexion intérieure pour la lumière p-polarisée. Le flou du vitrage feuilleté de l’invention doit être maintenu à une valeur basse habituelle dans l’application comme pare-brise, par exemple, d’au plus 2, de préférence 1 %. Les propriétés mécaniques du vitrage feuilleté de l’invention sont similaires à celles de vitrages feuilletés standards, peuvent être contrôlées de la même manière pour assurer la bonne résistance mécanique du pare-brise, et évitent d’avoir à modifier le procédé de feuilletage. De préférence, l’empilement est apte à réfléchir au moins 19 % de lumière p-polarisée. De préférence, l’empilement est à base d’argent, et comprend, de manière particulièrement préférée, une seule couche d’argent. Dans ce cas, selon une première variante, la couche d’argent est intercalée entre des alternances de couches à haut et bas indice de réfraction, et selon une seconde variante, l’empilement contient principalement, outre la couche d’argent, des couches à haut indice de réfraction, telles que SiZrN. On entend ici par « haut et bas indice de réfraction » : « relativement haut et relativement bas indice de réfraction », une couche ZnO x ayant par exemple un indice de réfraction relativement bas (par rapport à celui d’autres couches) de 1,9. De préférence, l’épaisseur de chacune des deux feuilles de verre est comprise entre 0,5 et 2,5 mm. De préférence, la couche adhésive intercalaire teintée est constituée de polyvinylbutyral (PVB) et a une épaisseur comprise entre 0,38 et 1,52 mm. De préférence, la couche adhésive intercalaire comprend une bande supérieure teintée à un degré plus important, de manière à absorber 40 à 100 % de lumière visible. Cette bande supérieure sur-teintée a une fonction pare-soleil. Dans un certain mode de réalisation, les colorants de la couche adhésive intercalaire teintée peuvent absorber la lumière visible seule tout en restant gris, l’empilement de couches tel qu’à l’argent réfléchissant le proche infrarouge à l’extérieur du vitrage. Dans un autre mode de réalisation, les colorants de la couche adhésive intercalaire teintée absorbent la lumière visible et le proche infrarouge, par exemple par le fait que la couche adhésive intercalaire contient des nanoparticules d’oxyde de tungstène dopé au césium WO x : Cs de manière à absorber la lumière de longueurs d’onde comprises entre 750 et 1200 nm. Dans les deux cas, la transmission du proche infrarouge est réduite, offrant un confort thermique. De préférence, la couche adhésive intercalaire a une composition ou une structure lui donnant une propriété d’amortissement acoustique, notamment une structure tricouche. De préférence, la face libre de la feuille de verre revêtue d’un empilement de couches minces réfléchissant comprend un revêtement antireflet, qui peut être constitué d’un matériau à bas indice de réfraction, tel qu’un revêtement SiO x pouvant être obtenu par un procédé sol-gel, ou un empilement mince de couches en matériaux à bas et hauts indices de réfraction alternées, pouvant être obtenues par un procédé magnétron (pulvérisation cathodique sous vide – pression réduite – assistée par champ magnétique), par exemple. Cette mesure technique permet de supprimer la fraction minime de lumière qui pourrait encore être réfléchie sur la face intérieure (en contact avec l’habitacle du véhicule automobile ou équivalent) du vitrage feuilleté. Une telle réflexion résiduelle est susceptible de provenir d’une déviation importante de l’angle d’incidence de la lumière p-polarisée par rapport à l’angle de Brewster, ou de l’utilisation d’un projecteur délivrant une fraction significative de lumière non p-polarisée. De préférence, deux bords opposés de la surface de l’empilement de couches minces réfléchissant sont reliés à des électrodes reliées à une alimentation de courant électrique, de sorte à rendre l’empilement chauffant, notamment pour procurer une fonction de désembuage, dégivrage. L’invention a également pour objet un système comprenant un vitrage feuilleté et un projecteur de lumière p-polarisée, dans lequel le vitrage feuilleté a une transmission lumineuse TL dans le visible d’au moins 70 %, est constitué de deux feuilles de verre clair collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, la lumière p-polarisée est projetée sur le vitrage feuilleté selon un angle incident ne variant pas de l’angle de Brewster de l’interface air – verre clair de plus de 15 °, caractérisé en ce que la face à l’intérieur de la structure feuilletée de la feuille de verre la plus proche du projecteur est revêtue d’un empilement de couches minces apte à réfléchir au moins 17 % de lumière p-polarisée projetée sous un angle incident de 65 °, et en ce que la couche adhésive intercalaire est teintée de manière à absorber 10 à 25 % de lumière visible. L’invention a également pour objet l’application d’un vitrage feuilleté tel que décrit précédemment comme pare-brise à affichage tête haute HUD, dans laquelle la feuille de verre revêtue d’un empilement de couches minces réfléchissant est orientée du côté de l’habitacle du véhicule, et un projecteur émet de la lumière p-polarisée sur la surface libre du vitrage feuilleté du côté de l’habitacle du véhicule selon un angle incident ne variant pas de l’angle de Brewster de plus de 15 °. L’invention sera mieux comprise à la lumière de l’exemple suivant. Exemple Cinq compositions de vitrages feuilletés conformes à l’invention sont décrites sous la forme du tableau ci-dessous. matériau 1 2 3 4 5 Verre sodocalcique 2,1 mm 2,1 mm 2,1 mm 2,1 mm 2,1 mm PVB 0,76 mm 0,76 mm 0,76 mm 0,76 mm 0,76 mm SiN 70 nm 70 nm 60 nm 60 nm 60 nm SiZrN 10 nm 10 nm ZnO 10 nm 10 nm 10 nm NiCr 0,3 nm 0,3 nm 0,3 nm 0,3 nm 0,3 nm Ag 11 nm 12 nm 12 nm 11 nm 13 nm ZnO 10 nm 10 nm 10 nm SiZrN 10 nm 10 nm SiN 30 nm 35 nm 25 nm 20 nm 20 nm Verre sodocalcique 2,1 mm 2,1 mm 2,1 mm 2,1 mm 2,1 mm Le PVB est teinté de manière à absorber 15 % de lumière visible. Vitrage feuilleté de transmission lumineuse TL dans le visible d’au moins 70 %, constitué de deux feuilles de verre clair collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, caractérisé en ce que l’une des deux faces des feuilles de verre à l’intérieur de la structure feuilletée est revêtue d’un empilement de couches minces apte à réfléchir au moins 17 % de lumière p-polarisée projetée sous un angle incident de 65 °, et en ce que la couche adhésive intercalaire est teintée de manière à absorber 5 à 25 % de lumière visible. Vitrage feuilleté selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’empilement est apte à réfléchir au moins 19 % de lumière p-polarisée. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’empilement est à base d’argent. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’empilement comprend une seule couche d’argent. Vitrage feuilleté selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche d’argent est intercalée entre des alternances de couches à haut et bas indice de réfraction. Vitrage feuilleté selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’empilement contient principalement, outre la couche d’argent, des couches à haut indice de réfraction. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’épaisseur de chacune des deux feuilles de verre est comprise entre 0,5 et 2,5 mm. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche adhésive intercalaire teintée est constituée de polyvinylbutyral (PVB) et a une épaisseur comprise entre 0,38 et 1,52 mm. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche adhésive intercalaire comprend une bande supérieure teintée à un degré plus important, de manière à absorber 40 à 100 % de lumière visible. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les colorants de la couche adhésive intercalaire teintée absorbent la lumière visible et le proche infrarouge. Vitrage feuilleté selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche adhésive intercalaire contient des nanoparticules d’oxyde de tungstène dopé au césium WO x : Cs de manière à absorber la lumière de longueurs d’onde comprises entre 750 et 1200 nm. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche adhésive intercalaire a une composition ou une structure lui donnant une propriété d’amortissement acoustique, notamment une structure tricouche. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face libre de la feuille de verre revêtue d’un empilement de couches minces réfléchissant comprend un revêtement antireflet. Vitrage feuilleté selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux bords opposés de la surface de l’empilement de couches minces réfléchissant sont reliés à des électrodes reliées à une alimentation de courant électrique, de sorte à rendre l’empilement chauffant. Système comprenant un vitrage feuilleté et un projecteur de lumière p-polarisée, dans lequel le vitrage feuilleté a une transmission lumineuse TL dans le visible d’au moins 70 %, est constitué de deux feuilles de verre clair collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, la lumière p-polarisée est projetée sur le vitrage feuilleté selon un angle incident ne variant pas de l’angle de Brewster de l’interface air – verre clair de plus de 15 °, caractérisé en ce que la face à l’intérieur de la structure feuilletée de la feuille de verre la plus proche du projecteur est revêtue d’un empilement de couches minces apte à réfléchir au moins 17 % de lumière p-polarisée projetée sous un angle incident de 65 °, et en ce que la couche adhésive intercalaire est teintée de manière à absorber 10 à 25 % de lumière visible. Application d’un vitrage feuilleté selon l’une des revendications 1 à 14 comme pare-brise à affichage tête haute HUD, dans laquelle la feuille de verre revêtue d’un empilement de couches minces réfléchissant est orientée du côté de l’habitacle du véhicule, et un projecteur émet de la lumière p-polarisée sur la surface libre du vitrage feuilleté du côté de l’habitacle du véhicule selon un angle incident ne variant pas de l’angle de Brewster de plus de 15 °.