Brevet FR3117953A1 — publié le 20220624

L’invention concerne un dispositif d’affichage (100) comprenant : - un afficheur (150) ; - une plaque (170) courbée et au moins partiellement transparente ; et - une pièce de structure (180) comprenant un cadre (181) qui encadre au moins en partie l’afficheur et dont une face d’extrémité (182) forme une surface d’appui sur laquelle s’applique ladite plaque. Selon l’invention, la surface d’appui est courbée suivant une fonction mathématique qui présente un terme en cosinus hyperbolique. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Dispositif d’affichage courbé Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale le domaine technique de l’affichage. Elle concerne plus particulièrement un dispositif d’affichage comprenant : - un afficheur, - une plaque courbée et au moins partiellement transparente ; et - une pièce de structure comprenant un cadre qui encadre au moins en partie l’afficheur et dont une face d’extrémité forme une surface d’appui sur laquelle s’applique ladite plaque. Elle s’applique en particulier aux dispositifs d’affichage conçus pour être intégrés dans les planches de bord de véhicules automobiles. Etat de la technique De tels dispositifs d’affichage sont utilisés dans les véhicules automobiles pour afficher des informations destinées au conducteur du véhicule automobile ou aux passagers de ce véhicule automobile. Dans ce dispositif, l’afficheur est l’élément fonctionnel qui affiche les informations. La plaque, réalisée par exemple en verre, permet de recouvrir l’afficheur et forme une façade qui confère un aspect esthétique au dispositif d’affichage. Elle peut être courbée de façon à donner une impression plus immersive à l’individu qui l’utilise. Enfin, la pièce de structure permet de fixer l’ensemble dans la planche de bord. De la colle est généralement employée pour fixer la plaque sur la pièce de structure. Ceci est intéressant en particulier lorsque la plaque présente une courbure non nulle, puisque dans ce cas, la pièce de structure peut être conformée pour maintenir la plaque avec la courbure désirée. Une fois déformée et collée à la pièce de structure, la plaque présente un rayon de courbure constant. On dit de cette plaque qu’elle présente une forme cylindrique à grand rayon de courbure. L’inconvénient majeur d’un tel dispositif d’affichage est qu’à l’usage, il arrive que la plaque se désolidarise en partie de la pièce de structure, par délamination. Présentation de l'invention Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose non pas de travailler sur la colle utilisée pour coller la plaque sur la pièce de structure, mais plutôt sur la forme de cette plaque et de cette pièce de structure. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un dispositif d’affichage tel que défini dans l’introduction, dans lequel la surface d’appui est courbée suivant sensiblement une fonction mathématique qui présente un terme en cosinus hyperbolique. La demanderesse a constaté que dans l’état de la technique, la forme cylindrique de la plaque est telle que les forces d’adhésion que la colle exerce ne sont pas uniformes sur l’ensemble de la surface de collage. En pratique, lorsque la plaque présente une forme de rectangle allongé horizontalement et courbé autour d’un axe vertical, ces contraintes sont plus importantes dans la partie centrale que sur les côtés. Il existe alors un risque de délamination de la partie centrale de la plaque par rapport à la pièce de structure. L’idée de l’invention est donc de concevoir la plaque et la pièce de structure de telle manière que les forces d’adhésion que la colle exerce soient plus uniformes, si bien que les risques de délamination de la plaque par rapport à la pièce de structure sont très restreints tant que le dispositif d’affichage est employé dans des conditions normales d’utilisation. La forme en cosinus hyperbolique a été trouvée comme étant la forme la plus naturelle, qui assure la meilleure distribution des efforts. C’est la raison pour laquelle elle est ici employée. On notera que l’afficheur sera en général collé sur la plaque. Les avantages avancés ci-dessus s’appliqueront alors également au collage de cet afficheur sur la plaque. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif d’affichage conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - il existe un plan de coupe de la pièce de structure dans lequel la trace de ladite surface d’appui est une courbe ; - il existe un repère orthonormé qui est situé dans le plan de coupe et dans lequel la fonction mathématique de la courbe s’exprime par l’équation suivante : y(x)=b.cosh(x/a)+c, avec y la valeur de l’ordonnée, x la valeur de l’abscisse, a, b et c des constantes prédéterminées ; - il existe au moins un autre plan de coupe de la pièce de structure dans lequel la trace de ladite surface d’appui est rectiligne ; - l’afficheur s’applique sur la plaque ; - l’afficheur est collé à la plaque ; - la plaque est collée sur la face d’extrémité du cadre ; - le cadre présente quatre branches, dont deux premières branches opposées de longueurs supérieures aux deux autres branches, la largeur moyenne des deux premières branches étant au moins deux fois inférieure à la largeur moyenne des deux autres branches ; - la plaque présente une épaisseur constante ; - la plaque est réalisée en verre ; - la surface d’appui est discontinue et délimite au moins un évidement qui forme un passage pour câble électrique ou pour un moyen de fixation d’un capot ; - il est prévu unité d’illumination montée sur la pièce de structure, à l’arrière de l’afficheur. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Description détaillée de l'invention La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : est une vue schématique en perspective éclatée d’un dispositif d’affichage conforme à l’invention ; est une vue de face d’une pièce de structure du dispositif d’affichage de la ; est une vue de dessous de la pièce de structure de la ; est une vue schématique en perspective d’un détail de la pièce de structure de la . Sur la , on a représenté un dispositif d’affichage 100. Ce dispositif d’affichage 100 est spécialement conçu pour être employé dans un habitacle de véhicule automobile, par exemple dans un habitacle de voiture, camionnette ou camion. Il est plus précisément prévu pour être fixé dans la planche de bord de ce véhicule automobile. Il est conçu pour être intégré dans cette planche de bord, de façon à ce que l’ensemble de ses composants soit logé à l’intérieur de celle-ci et que sa façade s’étende dans le prolongement de la face avant de la planche de bord. A ce stade, on peut définir certains termes qui seront utilisés dans la description qui suit. Les termes « avant » et « arrière » seront utilisés par rapport à l’habitacle du véhicule automobile, l’avant d’un élément désignant le côté de cet élément qui est tourné vers l’usager du dispositif d’affichage (donc vers le coffre du véhicule) et l’arrière désignant le côté de cet élément qui est tourné du côté opposé (donc vers le capot du véhicule). Les termes « inférieur » et « supérieur » seront utilisés par rapport à ce véhicule automobile, le côté inférieur d’un élément désignant la partie de cet élément qui est tournée du côté du plancher du véhicule et le côté supérieur désignant la partie de cet élément qui est tournée du côté du plafond. Pour la clarté de l’exposé, on considérera dans la suite de la description que le dispositif d’affichage sera installé dans la planche de bord de telle sorte que sa façade s’étende globalement dans un plan vertical (c’est-à-dire qu’elle s’étende globalement en longueur selon un axe horizontal et en largeur selon un axe vertical). Bien entendu, en pratique, le dispositif d’affichage pourra être installé autrement dans la planche de bord du véhicule. Le dispositif d’affichage 100 comprend au moins trois éléments, à savoir un afficheur 150, une plaque de façade 170 prévue notamment pour protéger l’afficheur 150, et une pièce de structure 180 permettant de fixer ces deux éléments dans la planche de bord du véhicule. Ici, il comporte davantage d’éléments. Ainsi, il comporte en outre une unité d’illumination 110 permettant de rétro-éclairer l’afficheur 150 et un capot de protection (non représenté). Dans une première partie de cet exposé, on peut décrire brièvement l’ensemble de ces composants en référence à la . Ici, l’afficheur 150 est un modulateur de lumière. Il s’agit par exemple d’une dalle TFT LCD (de l’anglais "Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display"). Cette dalle présente une forme de plaque d’épaisseur constante et de contour rectangulaire. De façon classique, elle comprend un polariseur et une matrice de cellules à cristaux liquides qui affectent chacune de manière commandable la polarisation de la lumière incidente (produite par l’unité d’illumination 110). Ainsi, la présence du polariseur permet d’obtenir en sortie une quantité de lumière qui dépend de la polarisation impartie par la cellule concernée et qui est donc ajustable par commande de cette cellule. L’unité d’illumination 110 comporte une source de lumière (non visible, formée par exemple de plusieurs dizaines de diodes électroluminescentes) et, à l’avant de celle-ci, trois films 112, 113, 114 permettant d’homogénéiser la lumière sur l’ensemble de la surface de la face arrière de l’afficheur 150. L’unité d’illumination 110 comporte également une paroi arrière 111 opaque sur laquelle sont fixés la source de lumière et les trois films, et qui est elle-même fixée sur la pièce de structure 180. Bien entendu, cette configuration est propre à l’emploi d’un afficheur de type TFT-LCD. A titre d’exemple, dans le cas où l’afficheur serait du type OLED, aucune unité d’illumination distincte de l’afficheur ne serait utilisée. Ici, et de façon préférentielle, l’afficheur 150 est collé par sa face avant sur la plaque de façade 170. Un film de colle 160 est employé à cet effet pour coller l’ensemble de la surface de la face avant de l’afficheur 150 sur la face arrière de la plaque de façade 170. La colle employée est ici une colle optique. Le film de colle 160 positionné présente une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm (ici égale à 0,5 mm). Une partie centrale 171 de la plaque de façade 170 s’applique donc contre l’afficheur 150 via le film de colle 160. Selon une possibilité de réalisation, une matrice de détecteurs (par exemple capacitifs) peut être interposée entre l’afficheur 150 et la plaque de façade 170, afin de former un dispositif d’affichage tactile. En variante, cette matrice de détecteurs pourrait être intégrée à l’afficheur 150. La plaque de façade 170 est courbée et au moins partiellement transparente. Elle est courbée autour d’un axe A1 situé à l’avant de cette plaque, de façon que sa face avant soit concave. Elle présente une épaisseur constante préférentiellement comprise entre 0,5 et 2 mm, ici égale à 1,1 mm. Dans l’exemple décrit, la plaque de façade 170 recouvre toute la face avant du dispositif d’affichage 100. Elle déborde ainsi de chaque côté de l’afficheur 150. La plaque de façade 170 est par exemple réalisée en verre. En variante toutefois, la plaque de façade 170 pourrait être réalisée en matière polymère, par exemple du poly(méthacrylate de méthyle) ou du polycarbonate ou une combinaison de ces deux matières. Dans le mode de réalisation décrit ici, la plaque de façade 170 est courbe. Dans un premier mode de réalisation, cette courbure est obtenue au moment du collage de la plaque de façade 170 sur la pièce de structure 108. Avant cela, elle est plane. Dans un second mode de réalisation, elle est façonnée (par exemple par moulage) avec la courbure qu’elle présentera une fois le dispositif d’affichage assemblé, ou fabriquée de façon à être plane puis courbée à force lors d’une étape de conformage (un procédé de chauffe et de déformation par gravité peut par exemple être utilisé). Quoi qu’il en soit, la plaque de façade 170 est collée sur la pièce de structure 180. Elle est plus précisément collée par sa face arrière (dans une zone périphérique située autour de la zone centrale 171) sur la face d’extrémité avant 182 de la pièce de structure 180. Cette pièce de structure 180 est représentée en détail sur les figures 2 et 3. Elle comprend une partie arrière (ci-après appelée socle 184) et une partie avant (ci-après appelée cadre 181) s’étendant en direction de la plaque de façade 170, à partir du socle 184. Le socle 184 comporte quatre parois latérales disposées en rectangle autour de l’afficheur 150. Il est ainsi ouvert vers l’avant et vers l’arrière. La paroi arrière 111 de l’unité d’illumination 110 est prévue pour se fixer contre le bord d’extrémité arrière du socle 184 pour le refermer. Le cadre 181 s’étend à partir du bord avant du socle 184, à la manière d’une collerette qui entoure l’ensemble de ce socle 184. Il présente quatre branches 181A, 181B, 181C, 181D (voir ). Ses branches supérieure 181C et inférieure 181A sont plus fines que ses deux branches latérales 181B, 181D. En pratique, elles présentent des largeurs constantes (à l’exception des zones dans lesquelles elles sont interrompues), de l’ordre de 3 à 10 mm, et plus préférentiellement comprises entre 5 et 10 mm. Les branches latérales 181B, 181D présentent quant à elles des formes de trapèzes rectangles, dont les deux bords parallèles s’étendent dans le prolongement des bords extérieurs des branches supérieure 181C et inférieure 181A. Ces branches latérales 181B, 181D forment donc des flasques par lesquels le dispositif d’affichage 100 peut être fixé dans la planche de bord du véhicule automobile. La pièce de structure 180 encadre ainsi l’afficheur 150 et l’unité d’illumination 110. Elle est par exemple réalisée en métal (ici en magnésium ou alliage à base de magnésium, ou en variante en aluminium ou alliage à base d’aluminium). Elle peut ainsi notamment participer à l’évacuation de la chaleur produite par l’unité d’illumination 110. La face d’extrémité avant 182 du cadre 181 est prévue pour recevoir la plaque de façade 170. Elle est donc courbée de façon à ce que la plaque de façade 170 puisse s’appliquer sur elle tout en présentant la courbure souhaitée. On considérera alors que la face arrière de la plaque de façade 170 et la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 présentent la même courbure. L’objectif est que cette courbure assure une bonne répartition des contraintes dans la colle utilisée pour fixer la plaque de façade 170 au cadre 181. Cet objectif est d’autant plus important que la surface de collage est réduite, notamment au niveau des branches supérieure 181C et inférieure 181A du cadre 181. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 est alors courbée suivant une forme qui est sensiblement définie par une fonction mathématique présentant un terme en cosinus hyperbolique. Par « sensiblement », on entend que la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 est courbée selon cette fonction mathématique, aux tolérances de fabrication près. Ici, la dispersion entre la forme requise (compte tenu de la fonction mathématique) et la forme obtenue de la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 est, de préférence, inférieure à 1 mm en tout point. En d’autres termes, la distance euclidienne minimum entre ces deux surfaces géométriques est inférieure au millimètre en tout point. On dit ici de la face d’extrémité avant 182 qu’elle est définie par une fonction mathématique en ce sens qu’il existe au moins un plan dans lequel l’intersection (ci-après appelée « trace ») de la face d’extrémité avant 182 avec ce plan forme une courbe C1 (voir ) dont la fonction mathématique présente un terme en cosinus hyperbolique. La face d’extrémité avant 182 du cadre 181 est ici courbée de façon symétrique de part et d’autre d’un plan qui, dans notre exemple, s’étend verticalement. Ici, quel que soit le plan de coupe P1 horizontal considéré, la trace de la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 s’étend selon une courbe C1 dont la fonction mathématique présente un terme en cosinus hyperbolique. La face d’extrémité avant 182 du cadre 181 est préférentiellement profilée en ce sens que sa trace s’étend selon une courbe dont la fonction mathématique est la même quel que soit le plan de coupe P1 horizontal considéré. En revanche, quel que soit le plan de coupe P2 vertical considéré, la trace de la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 s’étend selon une droite. Dans la suite de cet exposé, on considérera plus particulièrement un plan de coupe P1 horizontal, à savoir celui qui passe par le milieu du cadre 181 (voir ). Dans ce plan de coupe P1, on peut considérer le repère orthonormé (0, X, Y) dont l’origine 0 est située dans le plan de symétrie de la face d’extrémité avant 182 du cadre 181, sur un axe fictif A1 autour duquel la face d’extrémité avant 182 serait courbée. Dans ce repère, l’axe Y est situé vers l’avant et l’axe X est orienté vers le côté du véhicule. La trace considérée forme alors une courbe C1 dont la fonction mathématique exprimée dans ce repère orthonormé (0, X, Y) présente l’équation suivante : Dans cette équation, le terme y correspond à la valeur de l’ordonnée, le terme x correspond à la valeur de l’abscisse, a, b et c sont des constantes prédéterminées. La constante c présente une valeur qui dépend de la position de l’origine O du repère choisi. Les constantes a et b sont quant à elles choisies en fonction de la forme souhaitée de la courbe C1. A titre d’exemple illustratif, si la plaque de façade s’étend en largeur sur 300 mm et que son rayon de courbure est tel que la flèche de cette plaque est de 10mm, les constantes a et b prendront respectivement les valeurs 110 et 10. Bien entendu, il ne s’agit ici que d’un exemple parmi tant d’autres. Grâce à cette forme en cosinus hyperbolique, les efforts qui s’exercent dans la colle sont bien répartis sur l’ensemble de la face d’extrémité avant 182 du cadre 181. La plaque de façade 170 est alors en mesure de supporter des efforts de traction et torsion importants, supérieurs à 400 N, alors que cette plaque est particulièrement fine et que les zones de collage sont peu larges. Ici, la surface d’appui formée par la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 pour la plaque de façade 170 s’étend selon un contour en forme de rectangle. Comme le montre la , cette surface d’appui est toutefois discontinue et délimite au moins un évidement 183 qui forme un passage, par exemple pour un câble électrique ou pour un moyen de fixation du capot de protection. Plus précisément ici, il est prévu plusieurs évidements 183 dans les branches supérieure 181C et inférieure 181A du cadre 181. Les évidements 183 prévus dans la branche inférieure 181A du cadre 181 permettent notamment le passage de câbles électriques pour connecter électriquement l’afficheur 150 et l’unité d’illumination 110 à des circuits électriques d’alimentation et/ou de commande (non représentés). Ici, comme le montre bien la , la branche supérieure 181C du cadre 181 présente plusieurs évidements 183 qui s’étendent en creux dans sa face supérieure. Le fond de chacun de ces évidements 183 accueille des moyens de fixation (ici des moyens de clispage) permettant d’y fixer le capot de protection (non représenté). A ce stade, on peut décrire plus en détail comment est conçu puis assemblé le dispositif d’affichage 100. Le bureau d’étude en charge de la conception du véhicule détermine un rayon de courbure souhaité pour la plaque de façade 170 et une largeur souhaitée pour l’afficheur 150. Comme cela a été exposé supra, la plaque de façade 170, qui est prévue pour être collée sur la pièce de structure 180, est destinée à être courbée non pas en arc-de-cercle mais en arc de courbe en cosinus hyperbolique. A ce titre, le rayon de courbure souhaité n’est qu’un ordre de grandeur de la courbure souhaitée. Ce rayon de courbure peut être très faible dans la mesure où la distance entre l’usager et l’écran est particulièrement réduite dans un véhicule, si bien que l’effet d’immersion recherchée est obtenu en courbant fortement la plaque de façade 170. Ce rayon de courbure est par exemple compris entre 20 cm et 5 m. La conception du dispositif d’affichage 100 va alors consister à choisir les valeurs des constantes a et b de l’équation Math.1 précitée. Ce choix sera réalisé de façon à ce que l’afficheur 150 présente la largeur souhaitée et que l’écart entre un arc-de-cercle présentant le rayon de courbure souhaité et la courbe C1 de la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 soit minimum. Cette recherche de minimum sera réalisée de préférence en minimisant la moyenne quadratique entre ces deux courbes (au sens su RMS de l’anglais « root-mean-sqquare »). Une fois conçu, le dispositif d’affichage 100 peut être assemblé. Dans le premier mode de réalisation, l’assemblage du dispositif est réalisé en prenant une plaque de façade plane et en la collant sur la face d’extrémité avant 182 du cadre 181 (ce qui la force à se courber de la façon souhaitée). L’afficheur 180 est ensuite collé à l’arrière de cette plaque de façade 170. Dans le second mode de réalisation, la plaque de façade 170 est fabriquée de façon à être courbée avant même qu’elle ne soit installée sur le cadre 181. Elle est ensuite collée sur le cadre 181 avant que l’afficheur 150 ne soit lui-même collé sur sa face arrière. La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. Ainsi, le plaque de façade pourrait présenter une forme autre que trapézoïdale, par exemple rectangulaire. Elle pourrait présenter une épaisseur variable. La pièce de structure pourrait quant à elle présenter une forme différente. Son cadre pourrait par exemple présenter des branches de formes différentes, avec ou sans évidements. Dispositif d’affichage (100) comprenant : - un afficheur (150) ; - une plaque (170) courbée et au moins partiellement transparente ; et - une pièce de structure (180) comprenant un cadre (181) qui encadre au moins en partie l’afficheur (150) et dont une face d’extrémité (182) forme une surface d’appui sur laquelle s’applique ladite plaque (170), caractérisé en ce que la surface d’appui est courbée suivant sensiblement une fonction mathématique qui présente un terme en cosinus hyperbolique. Dispositif d’affichage (100) selon la revendication 1, dans lequel : - il existe un plan de coupe (P1) de la pièce de structure (180) dans lequel la trace de ladite surface d’appui est une courbe (C1), et - il existe un repère orthonormé (0, X, Y) situé dans le plan de coupe (P1) dans lequel la fonction mathématique de la courbe (C1) s’exprime par l’équation suivante : y(x)=b.cosh(x/a)+c, avec : y la valeur de l’ordonnée, x la valeur de l’abscisse, a, b et c des constantes prédéterminées. Dispositif d’affichage (100) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel il existe au moins un autre plan de coupe (P2) de la pièce de structure (180) dans lequel la trace de ladite surface d’appui est rectiligne. Dispositif d’affichage selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’afficheur (150) s’applique sur la plaque (170), et est préférentiellement collé à la plaque (170). Dispositif d’affichage (100) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la plaque (170) est collée sur la face d’extrémité (182) du cadre (181). Dispositif d’affichage selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le cadre (181) présente quatre branches (181A, 181B, 181C, 181D), dont deux premières branches (181A, 181C) opposées de longueurs supérieures aux deux autres branches (181B, 181D), la largeur moyenne des deux premières branches (181A, 181C) étant au moins deux fois inférieure à la largeur moyenne des deux autres branches (181B, 181D). Dispositif d’affichage (100) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la plaque (170) présente une épaisseur constante. Dispositif d’affichage (100) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la plaque (170) est réalisée en verre. Dispositif d’affichage (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la surface d’appui est discontinue et délimite au moins un évidement (183) qui forme un passage pour câble électrique ou pour un moyen de fixation d’un capot. Dispositif d’affichage (100) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel il est prévu unité d’illumination (110) montée sur la pièce de structure (180), à l’arrière de l’afficheur (150).