Brevet FR3135539A1 — publié le 20231117

Dispositif optique équipé d'un écran à cristaux liquides Dispositif optique (3) pour un véhicule automobile, comprenant une couche de cristaux liquides (4), une première couche (5) d'un revêtement conducteur d'électricité, et une deuxième couche (6) d'un revêtement conducteur d'électricité, ladite première couche et ladite deuxième couche étant deux couches distinctes agencées de part et d'autre de la couche de cristaux liquides, ladite première couche comprenant une première borne positive (P1) et ladite deuxième couche comprenant une première borne négative (N1), la première borne positive et la première borne négative étant destinées à être reliées à une première source de courant (9) électrique de sorte à produire un champ électrique traversant la couche de cristaux liquides, au moins une couche parmi ladite première couche et ladite deuxième couche comprend une deuxième borne positive (P2) et une deuxième borne négative (N2) Figure pour l’abrégé : figure 1 Dispositif optique équipé d'un écran à cristaux liquides Domaine Technique de l'invention L’invention concerne un dispositif optique pour un véhicule automobile, le dispositif optique comprenant un écran à cristaux liquides, notamment de type PDLC (acronyme du terme anglais "Polymer Dispersed Liquid Crystal"). L’invention porte aussi sur un dispositif lumineux pour véhicule automobile comprenant un tel dispositif optique. L’invention porte encore sur un procédé d'utilisation d'un tel dispositif optique. Etat de la technique antérieure Les écrans à cristaux liquides sont des dispositifs optiques dont la transparence varie en fonction d'un champ électrique qui le traverse. Les écrans à cristaux liquides permettent de réaliser des fonctions optiques très variées et intéressent donc les acteurs de l'industrie automobile. On connait par exemple des véhicules automobiles équipé d'un toit panoramique pourvu d'un écran à cristaux liquides de type PDLC. Le niveau de transparence du toit panoramique peut être facilement contrôlé ce qui permet de créer différentes ambiances au sein de l'habitacle. Toutefois, les écrans à cristaux liquides connus de l'état de la technique ne fonctionnent pas à basse température. Cette contrainte limite le déploiement des écrans à cristaux liquides dans l'industrie automobile puisque les véhicules automobiles doivent conserver toutes leurs fonctionnalités à basse température, notamment à températures négatives, voire même à -20°C, ou même -40°C. En outre, les écrans à cristaux liquides pour véhicule automobile doivent demeurer simples, compacts et faciles à fabriquer. Présentation de l'invention Le but de l’invention est de fournir un dispositif optique pourvu d'un écran à cristaux liquides, pour un véhicule automobile, remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les dispositifs optiques connus de l’art antérieur. Plus précisément, un premier objet de l’invention est un dispositif optique simple, compact, facile à fabriquer et capable de fonctionner à basse température. L'invention se rapporte à un dispositif optique pour un véhicule automobile, comprenant une couche comprenant des cristaux liquides, une première couche d'un revêtement conducteur d'électricité, et une deuxième couche d'un revêtement conducteur d'électricité, ladite première couche et ladite deuxième couche étant deux couches distinctes agencées de part et d'autre de la couche comprenant des cristaux liquides, ladite première couche comprenant une première borne positive et ladite deuxième couche comprenant une première borne négative, la première borne positive et la première borne négative étant destinées à être reliées à une première source de courant électrique de sorte à produire un champ électrique traversant la couche comprenant des cristaux liquides, au moins une couche parmi ladite première couche et ladite deuxième couche comprenant une deuxième borne positive et une deuxième borne négative destinées à être reliées à une deuxième source de courant électrique de sorte à faire circuler un courant électrique dans cette couche, entre la deuxième borne positive et la deuxième borne négative. La première borne positive et la deuxième borne positive peuvent former une unique borne positive, ou la première borne négative et la deuxième borne négative peuvent former une unique borne négative. La première borne positive, la deuxième borne positive, la première borne négative et la deuxième borne négative peuvent être quatre bornes distinctes. La couche comprenant des cristaux liquides peut être une couche comprenant des cristaux liquides dispersés dans un polymère, et/ou ladite première couche et/ou ladite deuxième couche peuvent être une couche d'oxyde indium étain. Le dispositif optique peut comprendre une première source de courant électrique reliée électriquement à la première borne positive et à la première borne négative, et une deuxième source de courant électrique reliée électriquement à la deuxième borne positive et à la deuxième borne négative. La première source de courant peut être une source de courant alternatif La deuxième source de courant peut être une source de courant continu ou alternativement une source de courant alternatif. La deuxième borne positive et la deuxième borne négative peuvent être éloignées l'une de l'autre d'une distance supérieure ou égale à 50% d'une plus grande dimension de la couche de revêtement conducteur d'électricité qui les comprend. La couche comprenant la deuxième borne positive et la deuxième borne négative peut comprendre une forme rectangulaire, la deuxième borne positive et/ou la deuxième borne négative s'étendant le long d'au moins 50% d'un petit côté de la forme rectangulaire. L'invention se rapporte également à un dispositif lumineux pour un véhicule automobile, le dispositif lumineux comprenant une source de lumière et un dispositif optique tel que défini précédemment, le dispositif optique étant agencé de sorte à recevoir des rayons lumineux issus de la source de lumière. L'invention se rapporte également à un procédé de contrôle d'un dispositif optique tel que défini précédemment ou d'un dispositif lumineux tel que défini précédemment, le procédé de contrôle comprenant : - la détection d'une température inférieure ou égale à un seuil, puis - la circulation d'un courant électrique entre la deuxième borne positive et la deuxième borne négative pour échauffer la couche de revêtement conducteur d'électricité comprenant la deuxième borne positive et la deuxième borne négative. Présentation des figures Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La est une vue schématique en coupe d'un dispositif lumineux selon un mode de réalisation de l'invention. La est une vue schématique en coupe d'un dispositif optique du dispositif lumineux de la . La est une vue schématique de dessus du dispositif optique de la . La est une vue schématique en coupe d'un dispositif optique selon une variante de réalisation de l'invention. La est une vue schématique de dessus du dispositif optique de la . Description détaillée La illustre schématiquement un dispositif lumineux 1 pour un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif lumineux 1 peut être positionné en tout endroit du véhicule, par exemple à l'avant ou à l'arrière du véhicule. Le dispositif lumineux 1 peut participer à la signature lumineuse du véhicule. Le dispositif lumineux 1 comprend une source de lumière 2 et un dispositif optique 3 selon un mode de réalisation de l'invention. La source de lumière 2 peut comprendre par exemple une ou plusieurs diodes électroluminescentes et/ou une ou plusieurs ampoules à incandescence. Le dispositif optique 3 est agencé de sorte à recevoir des rayons lumineux R issus de la source de lumière 2. Ces rayons lumineux R peuvent former un faisceau lumineux centré sur un axe optique X. Les rayons lumineux R peuvent être émis dans n'importe quelle zone du spectre visible. Le dispositif optique 3 comprend une couche comprenant des cristaux liquides 4, une première couche 5 d'un revêtement conducteur d'électricité, et une deuxième couche 6 d'un revêtement conducteur d'électricité. La couche comprenant des cristaux liquides 4, ci-après dénommée couche de cristaux liquides 4, est un écran s'étendant globalement dans un plan. Ce plan peut être sensiblement perpendiculaire à l'axe optique X. La première couche 5 et la deuxième couche 6 sont deux couches distinctes agencées de part et d'autre de la couche de cristaux liquides 4. La première couche 5 et la deuxième couche 6 s'étendent donc respectivement sur deux faces opposées de la couche de cristaux liquides 4. En particulier, les deux faces opposées de la couche de cristaux liquides 4 sont complètement recouvertes respectivement par la première couche 5 et par la deuxième couche 6. La première couche 5 peut faire face à la source de lumière 2 et la deuxième couche 6 peut être agencée du côté opposé à la source de lumière 2. En variante, le positionnement de la première couche et de la deuxième couche pourrait être inversé. La couche de cristaux liquides 4 est apte à modifier la trajectoire de rayons lumineux qui la traverse en fonction d'un champ électrique qui lui est appliqué. Notamment, la couche de cristaux liquides 4 est apte à modifier son niveau de transparence en fonction d'un champ électrique qui lui est appliqué. La couche de cristaux liquides 4 peut comprendre un liquide cristallin dont les molécules allongées prennent une orientation ordonnée lorsque la couche de cristaux liquides est soumise à un champ électrique donné. L'orientation ordonnée des molécules rend le liquide cristallin transparent. Inversement, lorsque la couche de cristaux liquides n'est pas soumise à un champ électrique, les molécules peuvent s'orienter selon une configuration nématique, cholesterique ou smectique ce qui rend le liquide cristallin opaque ou translucide. Ces propriétés de la couche de cristaux liquides 4 peuvent être obtenues seulement à partir d'une température donnée, par exemple lorsque la couche de cristaux liquides 4 est à une température supérieure ou égale à 0°C. Selon un mode de réalisation préféré, la couche de cristaux liquides 4 est une couche de cristaux liquides, éventuellement sous forme de gouttelettes biréfringentes, dispersés dans une matrice polymère, couramment dénommée PDLC (acronyme du terme anglais " Polymer Dispersed Liquid Crystal"). L'épaisseur de la couche de cristaux liquides 4 peut être typiquement comprise entre 15µm et 30µm. La première couche 5 et la deuxième couche 6 sont configurées pour appliquer un champ électrique à la couche de cristaux liquides 4. La première couche 5 et la deuxième couche 6 sont aptes à conduire de l'électricité mais possèdent tout de même une résistance électrique intrinsèque. La première couche 5 et la deuxième couche 6 peuvent être globalement transparentes. Ces couches peuvent éventuellement comprendre une légère coloration. Notamment, la première couche 5 et la deuxième couche 6 peuvent être des couches d'oxyde indium étain ITO, couramment dénommée ITO (acronyme du terme anglais "indium tin oxide"). L'épaisseur de la première couche 5 et/ou de la deuxième couche 6 peut être typiquement comprise entre 30nm et 50nm. La première couche 5 et la deuxième couche 6 peuvent être recouvertes sur leur face libre respectivement d'une couche 7, 8 de matériau transparent et isolant électriquement, notamment une couche de polyester saturé thermoplastique, en particulier une couche de poly(téréphtalate d'éthylène), couramment dénommé PET. Ces couches peuvent être obtenues par un procédé de séparation de phases induit thermiquement ou par polymérisation (procédé couramment dénommé par l'acronyme PIPS signifiant "polymerization induced phase separation"). Les couches 7, 8 de polyester saturé thermoplastique peuvent former une enveloppe de protection enveloppant à la fois la couche de cristaux liquides 4, la première couche 5 et la deuxième couche 6. Les couches 7 et 8 peuvent également constituer un support sur lequel sont déposées respectivement la première couche 5 et la deuxième couche 6. En remarques, les différentes couches représentées sur les figures 1, 2 et 4 sont représentées schématiquement et leur épaisseur apparente peut être disproportionnée. La deuxième couche 6 comprend une première borne positive P1 et la première couche 5 comprend une première borne négative N1. La première borne positive P1 et la première borne négative N1 sont reliées à une première source de courant 9 électrique, de sorte à produire un champ électrique traversant la couche de cristaux liquides 4, notamment afin d'orienter les molécules qui composent la couche de cristaux liquides. Le champ électrique ainsi obtenu peut être orienté sensiblement parallèlement à l'axe optique X. Ce champ électrique est représenté par des flèches F1 sur les figures 1, 2, et 4. De préférence, la première source de courant 9 peut être une source de courant alternatif. La différence de potentiel entre la première borne positive P1 et la première borne négative N1 peut être comprise entre 70V et 120V crête-à-crête, lorsqu'un champ électrique est établi. En outre, comme cela est illustré sur la , la deuxième couche 6 comprend une deuxième borne positive P2 et une deuxième borne négative N2. En l'espèce, la première borne positive P1 et la deuxième borne positive P2 forment une unique et même borne positive. La deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2 sont reliées à une deuxième source de courant 10 électrique, configurée de sorte à faire circuler un courant électrique dans cette deuxième couche 6, entre la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2. Ce courant électrique est représenté par un flèche F2 sur les figures 1, 2 et 4. De préférence, la deuxième source de courant 10 peut être une source de courant continu. La différence de potentiel entre la deuxième borne positive P2 et deuxième borne négative N2 peut être déterminée en fonction des dimensions de la couche de cristaux liquides. Elle peut atteindre par exemple de l'ordre d'une dizaine de volt, voire davantage, lorsqu'un courant électrique circule entre la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2. Les bornes positives P1 et P2 et les bornes négatives N1 et N2 sont donc trois bornes électriques distinctes reliées électriquement à la première couche 5 ou à la deuxième couche 6. Ces bornes électriques peuvent être par exemple obtenues par soudure d'un fil électrique ou en utilisant un adhésif. Les dimensions selon au moins un axe perpendiculaire à l'axe optique X de la première couche 5 et/ou de la deuxième couche 6 peuvent être strictement supérieures à une dimension de la couche de cristaux liquides 4 selon ce même axe. On obtient ainsi des portions 11, 12 de la première couche 5 et respectivement de la deuxième couche 6 qui sont décalées par rapport à la couche de cristaux liquides 4. Ces portions 11, 12 offrent des surfaces de contact sur lesquelles peuvent être agencées les bornes électriques P1, P2, N1, N2. En variante ou en complément, la couche 7 et/ou 8 de matériau transparent et isolant électriquement peut être localement ajourée de manière à découvrir une portion 13 de la première couche 5 et/ou de la deuxième couche 6 sur laquelle est agencée une borne électrique. Par un effet surprenant, le courant électrique produit par la deuxième source de courant 10 échauffe la deuxième couche 6. Par conduction thermique, la couche de cristaux liquides 4 peut ainsi être portée à une température suffisante pour garantir son bon fonctionnement. La deuxième couche 6 forme ainsi un moyen de chauffage de la couche de cristaux liquides 4. Avantageusement, ce moyen de chauffage est formé par une couche d'un revêtement conducteur d'électricité dont la présence est déjà requise pour produire un champ électrique dans l'épaisseur de la couche de cristaux liquides 4. Il suffit donc simplement de prévoir au moins une borne électrique supplémentaire et une deuxième source de courant électrique pour former ce moyen de chauffage. La première source de courant 9 et la deuxième source de courant 10, ainsi qu'un capteur de température 14 sont reliées électriquement à une unité de contrôle électronique 15. En remarque, la première source de courant 9, la deuxième source de courant 10 et l'unité de contrôle électronique 15 peuvent éventuellement être intégrés dans un même boîtier. L'unité de contrôle électronique 15 est configurée pour contrôler la deuxième source de courant 10 en fonction d'une température détectée par le capteur de température 14. Un procédé de contrôle du dispositif optique 3 peut être mis en œuvre de la manière suivante : Dans un premier temps on détecte, avec le capteur de température 14, une température inférieure ou égale à un seuil, par exemple un seuil de 0°C, -10°C ou encore -20°C. Ensuite, l'unité de contrôle électronique 15 commande la deuxième source de courant 10 de sorte à ce qu'elle délivre un courant électrique. Ce courant électrique circule entre la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2 et permet d'échauffer la deuxième couche 6. Avantageusement, la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2 sont positionnées sensiblement à deux extrémités opposées de la deuxième couche 6. Elles peuvent être éloignées l'une de l'autre d'une distance supérieure ou égale à au moins 50% de la plus grande dimension de la deuxième couche, voire à au moins 75% de la plus grande dimension de la deuxième couche. Ainsi, la production de chaleur est bien répartie sur toute la longueur de la deuxième couche 6. Comme cela est visible sur les figures 2 et 3 illustrant le premier mode de réalisation du dispositif optique 3, la deuxième couche 6 comprend la première borne positive P1, la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2. La première borne positive P1 et la deuxième borne positive P2 forment une unique et même borne positive. La première couche 5 comprend uniquement la première borne négative N1. La première couche et la deuxième couche 6 peuvent comprendre une forme globalement rectangulaire. Avantageusement, la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2 s'étendent respectivement le long des deux petits côtés opposés de la forme rectangulaire. Ainsi, la distance entre les bornes P2 et N2 est maximale et l'échauffement obtenu est optimisé. De préférence, la deuxième borne positive et/ou la deuxième borne négative s'étendent respectivement le long d'au moins 50% du petit côté de la forme rectangulaire, de préférence au moins 75% du petit côté de la forme rectangulaire, voire même la totalité du petit côté de la forme rectangulaire. En augmentant la surface de la deuxième borne positive P2 et/ou de la deuxième borne négative N2, on obtient une meilleure répartition du flux d'électrons dans la deuxième couche 6 et ainsi un échauffement plus puissant. Selon une variante de réalisation non représentée, les bornes positives seraient transformées en bornes négatives et les bornes négatives seraient transformées en bornes positives. On obtiendrait ainsi un dispositif optique dans lequel la première borne négative et la deuxième borne négative forment une seule et même borne électrique. Selon une autre variante de réalisation, la deuxième borne positive et la deuxième borne négative pourraient être agencées sur la première couche 5. Les figures 4 et 5 illustrent une autre variante de réalisation du dispositif optique 3. Pour la description de ce mode de réalisation, on utilise les mêmes références que pour la description du premier mode de réalisation afin de désigner les mêmes objets. De plus, on s'attache à décrire uniquement les différences par rapport au premier mode de réalisation. Ce deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation décrit principalement en ce que la première borne positive P1 est distincte de la deuxième borne positive P2. Le dispositif optique comprend ainsi quatre bornes électriques distinctes P1, P2, N1 et N2. Un intérêt de ce deuxième mode de réalisation pourrait être de rendre possible l'établissement d'un champ électrique entre la première borne positive P1 et la première borne négative N1 simultanément avec la circulation d'un courant électrique entre la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2. On pourrait ainsi échauffer la couche de cristaux liquides tout en produisant un champ électrique adapté pour rendre la couche de cristaux liquides transparente. En revanche, ce mode de réalisation requiert l'utilisation d'une borne électrique supplémentaire par rapport au premier mode de réalisation. Avantageusement, la première borne positive P1 n'est pas positionnée entre la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2. Ainsi, la circulation d'un courant électrique entre la deuxième borne positive P2 et la deuxième borne négative N2 ne perturbe pas le champ électrique entre la première couche 5 et la deuxième couche 6. De même que précédemment, et selon une autre variante de réalisation non représentée, les bornes positives et les bornes négatives pourraient être interverties. Selon encore une autre variante (non représentée), la première couche pourrait comprendre une première borne positive et une première borne négative, et la deuxième couche pourrait comprendre une deuxième borne positive et une deuxième borne négative. La première couche pourrait former un premier moyen de chauffage grâce à la circulation d'un courant électrique entre la première borne positive et la première borne négative. La deuxième couche pourrait former un deuxième moyen de chauffage grâce à la circulation d'un courant électrique entre la deuxième borne positive et la deuxième borne négative. Le champ électrique traversant l'épaisseur de la couche de cristaux liquides 4 pourrait être obtenu au moyen d'une source de courant reliée d'une part à la première borne positive et/ou à la première borne négative, et reliée d'autre part à la deuxième borne positive et/ou à la deuxième borne négative. Finalement, avec chacun des modes de réalisation présentés, on obtient un dispositif optique 3 capable de fonctionner à basse température, notamment à des températures inférieures ou égale à -20°C. Le moyen de chauffage intégré au dispositif optique repose en partie sur des composants existants. Le dispositif optique 3 demeure ainsi simple, compact, et facile à fabriquer. Lorsqu'il est intégré dans un dispositif lumineux, le dispositif optique permet de faire varier la signature lumineuse d'un véhicule en fonction de différentes circonstances, notamment en fonction d'un niveau de luminosité extérieur. Le dispositif optique 3 qui vient d'être décrit peut également être intégré dans un véhicule automobile indépendamment de toute source de lumière. Le dispositif optique 3 peut être par exemple utilisé pour opacifier ou pour rendre transparente une surface vitrée du véhicule. Dispositif optique (3) pour un véhicule automobile, comprenant une couche comprenant des cristaux liquides (4), une première couche (5) d'un revêtement conducteur d'électricité, et une deuxième couche (6) d'un revêtement conducteur d'électricité, ladite première couche et ladite deuxième couche étant deux couches distinctes agencées de part et d'autre de la couche comprenant des cristaux liquides, ladite première couche comprenant une première borne positive (P1) et ladite deuxième couche comprenant une première borne négative (N1), la première borne positive et la première borne négative étant destinées à être reliées à une première source de courant (9) électrique de sorte à produire un champ électrique traversant la couche comprenant des cristaux liquides, caractérisé en ce qu'au moins une couche parmi ladite première couche et ladite deuxième couche comprend une deuxième borne positive (P2) et une deuxième borne négative (N2) destinées à être reliées à une deuxième source de courant (10) électrique de sorte à faire circuler un courant électrique dans cette couche, entre la deuxième borne positive et la deuxième borne négative. Dispositif optique (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première borne positive (P1) et la deuxième borne positive (P2) forment une unique borne positive, ou en ce que la première borne négative (N1) et la deuxième borne négative (N2) forment une unique borne négative. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première borne positive (P1), la deuxième borne positive (P2), la première borne négative (N1) et la deuxième borne négative (N2) sont quatre bornes distinctes. Dispositif optique (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche comprenant des cristaux liquides (4) est une couche comprenant des cristaux liquides dispersés dans un polymère, et/ou en ce que ladite première couche (5) et/ou ladite deuxième couche (6) est une couche d'oxyde indium étain. Dispositif optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une première source de courant (9) électrique reliée électriquement à la première borne positive (P1) et à la première borne négative (N1), et une deuxième source de courant (10) électrique reliée électriquement à la deuxième borne positive (P2) et à la deuxième borne négative (N2). Dispositif optique (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première source de courant (9) est une source de courant alternatif, et/ou en ce que la deuxième source de courant (10) est une source de courant continu. Dispositif optique (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième borne positive (P2) et la deuxième borne négative (N2) sont éloignées l'une de l'autre d'une distance supérieure ou égale à 50% d'une plus grande dimension de la couche de revêtement conducteur d'électricité qui les comprend. Dispositif optique (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche comprenant la deuxième borne positive (P2) et la deuxième borne négative (N2) comprend une forme rectangulaire, la deuxième borne positive (P2) et/ou la deuxième borne négative (N2) s'étendant le long d'au moins 50% d'un petit côté de la forme rectangulaire. Dispositif lumineux (1) pour un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière (2) et un dispositif optique (3) selon l'une des revendications précédentes, le dispositif optique étant agencé de sorte à recevoir des rayons lumineux (R) issus de la source de lumière. Procédé de contrôle d'un dispositif optique (3) selon l'une des revendications 1 à 8 ou d'un dispositif lumineux (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend : - la détection d'une température inférieure ou égale à un seuil, puis - la circulation d'un courant électrique entre la deuxième borne positive (P2) et la deuxième borne négative (N2) pour échauffer la couche de revêtement conducteur d'électricité comprenant la deuxième borne positive et la deuxième borne négative.