Brevet FR3130404A1 — publié le 20230616

L’invention concerne une lame partiellement réfléchissante (1), comprenant un substrat (2) transparent puis, dans l’ordre suivant à partir dudit substrat (2) transparent : - une première couche (4) comprenant un matériau diélectrique, - une deuxième couche (6) comprenant de l’oxyde de silicium, - une troisième couche (8) comprenant le matériau diélectrique, - une quatrième couche (10) comprenant de l’oxyde de silicium, et - une cinquième couche (12) comprenant le matériau diélectrique. Selon l’invention, le matériau diélectrique comprend un oxyde de zirconium ou un oxyde de tantale. L’invention concerne également un dispositif d’affichage, une planche de bord et un dispositif d’affichage tête-haute. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Lame partiellement réfléchissante, dispositif d’affichage comprenant une telle lame, planche de bord et dispositif d’affichage tête-haute comprenant un tel dispositif d’affichage La présente invention concerne de manière générale le domaine technique de l’affichage d’informations, notamment au sein des véhicules (en particulier des véhicules automobiles). Elle concerne plus particulièrement une lame partiellement réfléchissante, un dispositif d’affichage comprenant une telle lame partiellement réfléchissante, une planche de bord et un dispositif d’affichage tête-haute. Les planches de bord des véhicules (en particulier des véhicules automobiles) sont équipées d’un combiné d’instruments permettant au conducteur du véhicule de visualiser des informations relatives par exemple au fonctionnement du véhicule ou à un trajet emprunté par ce véhicule. Par exemple, le tableau de bord du véhicule peut comprendre, sur sa face arrière, une lame partiellement transparente permettant de former une image virtuelle visible par le conducteur. Afin de garantir une qualité optimale d’images et une haute performance énergétique, cette lame partiellement transparente est par exemple obtenue par la combinaison d’une couche mince métallique et d’une structure de plusieurs couches comprenant un matériau diélectrique. Cette configuration permet d’obtenir une réflectivité proche de 30%. Cependant, la couche mince métallique absorbe le rayonnement optique qui la traverse, ce qui réduit la qualité de l’image projetée. Le but de la présente invention est donc d’améliorer la qualité de l’image perçue en s’affranchissant des inconvénients résultant de la présence de la couche mince métallique. Plus particulièrement, on propose, selon l’invention, une lame partiellement réfléchissante, comprenant un substrat transparent puis, dans l’ordre suivant à partir dudit substrat transparent : - une première couche comprenant un matériau diélectrique, - une deuxième couche comprenant de l’oxyde de silicium, - une troisième couche comprenant le matériau diélectrique, - une quatrième couche comprenant de l’oxyde de silicium, et - une cinquième couche comprenant le matériau diélectrique. Selon l’invention, le matériau diélectrique comprend un oxyde de zirconium ou un oxyde de tantale. Ainsi, avantageusement selon l’invention, la structure multicouches de la lame partiellement réfléchissante permet d’obtenir une meilleure réflectivité, de l’ordre de 33%. Par ailleurs, l’utilisation d’oxyde de zirconium ou d’oxyde de tantale est particulièrement avantageuse d’un point de vue industriel car il est aisé et peu coûteux de se procurer ces deux composés. Par ailleurs, lorsque ces deux composants sont sous la forme d’une couche mince, ils présentent une microstructure avec peu de micro-cavités. Cela confère alors à la couche formée une meilleure tenue mécanique. Selon la présente invention, il est également prévu une couche de protection comprenant de l’oxyde de silicium positionnée à partir de la cinquième couche. De manière avantageuse, cette couche de protection, positionnée en tant que revêtement de protection de la lame partiellement réfléchissante permet d’assurer une stabilité chimique et environnementale de la structure multicouches formant la lame partiellement réfléchissante. D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de la lame partiellement réfléchissante conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - la couche de protection présente une épaisseur comprise entre 5 et 10 nanomètres ; - ledit matériau diélectrique présente un indice de réfraction compris entre 2,05 et 2,4 ; - la première couche présente une épaisseur comprise entre 22 et 30 nanomètres ; - la deuxième couche présente une épaisseur comprise entre 25 et 35 nanomètres ; - la troisième couche présente une épaisseur comprise entre 60 et 70 nanomètres ; - la quatrième couche présente une épaisseur comprise entre 35 et 45 nanomètres ; - la cinquième couche présente une épaisseur comprise entre 80 et 100 nanomètres ; - le substrat transparent comprend du verre ; - le substrat transparent comprend un matériau polymère ; - le substrat transparent comprend du polyméthacrylate de méthyle ou du polycarbonate ; et - il est également prévu, entre le substrat transparent et la première couche, une couche de revêtement comprenant de l’oxyde de silicium. L’invention concerne également dispositif d’affichage destiné à équiper un véhicule automobile, ledit dispositif d’affichage comprenant une lame partiellement réfléchissante telle qu’introduite précédemment. L’invention concerne également une planche de bord d’un véhicule automobile comprenant un dispositif d’affichage tel qu’introduit précédemment. Dans cette planche de bord, le dispositif d’affichage peut comprendre un afficheur configuré pour produire un faisceau lumineux en direction de la lame partiellement réfléchissante, la lame partiellement réfléchissante étant positionnée entre une partie de ladite planche de bord et une zone d’observation de telle manière que le faisceau lumineux soit, en partie, réfléchi en direction de la zone d’observation. L’invention concerne enfin un dispositif d’affichage tête-haute comprenant un dispositif de génération d’images et un dispositif d’affichage tel qu’introduit précédemment, ledit dispositif d’affichage étant configuré pour transmettre en direction de la lame partiellement réfléchissante un faisceau lumineux généré par ledit dispositif de génération d’images. 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 d’un premier mode de réalisation d’une lame partiellement réfléchissante conforme à l’invention, est une vue schématique d’un deuxième mode de réalisation d’une lame partiellement réfléchissante conforme à l’invention, est une vue schématique d’un troisième mode de réalisation d’une lame partiellement réfléchissante conforme à l’invention, est une vue schématique d’une planche de bord d’un véhicule automobile équipée d’une lame partiellement réfléchissante conforme à l’invention, et est une vue schématique d’un dispositif d’affichage tête-haute équipé d’une lame partiellement réfléchissante conforme à l’invention. En préliminaire, on notera que les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation de l’invention représentés sur les différentes figures seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois. Dans cette description, on entend par « transparent » le fait que l’élément considéré est formé d’un matériau laissant passer plus de 60% du rayonnement incident, dans le spectre visible, et de préférence au moins 70% du rayonnement incident, dans le spectre visible. La représente, de manière schématique, une vue en coupe d’une lame partiellement réfléchissante 1 conforme à l’invention. Cette lame partiellement réfléchissante est par exemple intégrée dans une planche de bord 20 ( ) d’un véhicule automobile ou dans un dispositif d’affichage tête-haute 30 ( ) tel que cela sera décrit par la suite. Comme le montre la , la lame partiellement réfléchissante 1 comprend un empilement multicouche, comprenant successivement (depuis une couche formant la base de la lame partiellement réfléchissante 1) : - un substrat 2 transparent formant la base de la lame partiellement réfléchissante 1, - une première couche 4 comprenant un matériau diélectrique et disposée au-dessus du substrat 2 transparent, - une deuxième couche 6 comprenant de l’oxyde de silicium (également noté SiO 2 ) et disposée au-dessus de la première couche 4, - une troisième couche 8 comprenant le matériau diélectrique et disposée au-dessus de la deuxième couche 6, - une quatrième couche 10 comprenant de l’oxyde de silicium et disposée au-dessus de la troisième couche 8, et - une cinquième couche 12 comprenant le matériau diélectrique et disposée au-dessus de la quatrième couche 10. De manière avantageuse selon l’invention, la lame partiellement réfléchissante 1 comprend donc un nombre total de couches restreint mais également un nombre restreint de couches comprenant le matériau diélectrique. Cette configuration permet alors de garantir de bonnes propriétés de réflexion et de transmission d’un faisceau lumineux arrivant sur la lame partiellement réfléchissante. De préférence, le substrat 2 transparent comprend ici du verre. En variante, il peut comprendre un matériau polymère. Ce matériau polymère est par exemple du polyméthacrylate de méthyle (ou PMMA selon l’acronyme usuellement utilisé) ou du polycarbonate (ou PC). Le substrat 2 transparent présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 5 millimètres (mm). Cela permet d’assurer une rigidité suffisante à la lame partiellement réfléchissante 1. De manière avantageuse selon l’invention, le matériau diélectrique compris dans la première couche 4, la troisième couche 8 et la cinquième couche 12 comprend un oxyde de zirconium (ZrO 2 ) ou un oxyde de tantale (Ta 2 O 5 ). Ce matériau diélectrique présente ici un indice de réfraction, mesuré à une longueur d’onde de 555 nanomètres (nm), compris entre 2,05 et 2,4. Cette gamme de valeurs pour l’indice de réfraction permet alors d’assurer une bonne réflectivité de la lame partiellement transparente 1 tout en s’affranchissant de couches métalliques. La deuxième couche 6 et la quatrième couche 10 comprenant de l’oxyde de silicium présentent un indice de réfraction plus faible que les couches comprenant le matériau diélectrique. Par exemple, la deuxième couche 6 et la quatrième couche 10 présentent un indice de réfraction compris entre 1,4 et 1,7 (pour une mesure à une longueur d’onde de 555 nm). En pratique, dans la lame partiellement réfléchissante : - la première couche 4 présente une épaisseur comprise entre 22 et 30 nanomètres, et/ou - la deuxième couche 6 présente une épaisseur comprise entre 25 et 35 nanomètres, et/ou - la troisième couche 8 présente une épaisseur comprise entre 60 et 70 nanomètres, et/ou - la quatrième couche 10 présente une épaisseur comprise entre 35 et 45 nanomètres, et/ou - la cinquième couche 12 présente une épaisseur comprise entre 80 et 100 nanomètres. Ici, la lame partiellement réfléchissante est par exemple formée par pulvérisation sous vide successive de chacun des matériaux concernés, de manière à former chaque couche à l’épaisseur souhaitée. Cette épaisseur est par exemple comprise entre 0,5 et 5 mm. Ainsi, cette lame partiellement réfléchissante permet d’obtenir, de par ses caractéristiques structurelles en couches, mais aussi ses caractéristiques de matériaux, d’indice de réfraction et d’épaisseur, une réflectivité spectrale uniforme et élevée dans le visible. Cette réflectivité, dans le domaine visible, est ici comprise entre 25 et 40%, typiquement centrée sur 33%. De manière avantageuse, cette configuration de la lame partiellement réfléchissante conduit également à une absorption quasi nulle du faisceau lumineux arrivant sur la lame partiellement réfléchissante. Un premier exemple avantageux de réalisation de la lame partiellement réfléchissante est le suivant : - le substrat 2 transparent comprenant du verre et d’épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm, - la première couche 4 d’épaisseur 23 nm comprenant de l’oxyde de zirconium, - la deuxième couche 6 d’épaisseur 30 nm comprenant de l’oxyde de silicium, - la troisième couche 8 d’épaisseur 60 nm comprenant de l’oxyde de zirconium, - la quatrième couche 10 d’épaisseur 40 nm comprenant de l’oxyde de silicium, et - la cinquième couche 12 d’épaisseur 83 nm comprenant de l’oxyde de zirconium. Cette configuration permet d’obtenir une réflectivité spectrale sensiblement uniforme dans le visible, variant entre 25 et 33%. Un deuxième exemple avantageux de réalisation de la lame partiellement réfléchissante est le suivant : - le substrat 2 transparent comprenant du verre et d’épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm, - la première couche 4 d’épaisseur 23 nm comprenant de l’oxyde de tantale, - la deuxième couche 6 d’épaisseur 30 nm comprenant de l’oxyde de silicium, - la troisième couche 8 d’épaisseur 60 nm comprenant de l’oxyde de tantale, - la quatrième couche 10 d’épaisseur 40 nm comprenant de l’oxyde de silicium, et - la cinquième couche 12 d’épaisseur 85 nm comprenant de l’oxyde de tantale. Cette configuration permet d’obtenir une réflectivité spectrale sensiblement uniforme dans le visible, variant entre 23 et 32%. La représente un deuxième mode de réalisation de la lame partiellement réfléchissante 1. Dans ce mode de réalisation, comme cela a été décrit pour le premier mode de réalisation, la lame partiellement réfléchissante 1 comprend le substrat 2 transparent, la première couche 4, la deuxième couche 6, la troisième couche 8, la quatrième couche 10 et la cinquième couche 12. De manière avantageuse, la lame partiellement réfléchissante 1 comprend également une couche de protection 14 positionnée au-dessus de la cinquième couche 12. En d’autres termes, la couche de protection 14 forme ici la couche supérieure de la lame partiellement réfléchissante 1. Cette couche de protection 14 comprend de l’oxyde de silicium. La couche de protection 14 présente une épaisseur comprise entre 5 et 10 nm. Ainsi, cette couche de protection peut s’assimiler à un revêtement de protection de la lame partiellement réfléchissante. Cela permet alors d’assurer une stabilité chimique et environnementale de la structure multicouches formant la lame partiellement réfléchissante. La représente un troisième mode de réalisation de la lame partiellement réfléchissante 1. Dans ce mode de réalisation, comme cela a été décrit pour le premier mode de réalisation, la lame partiellement réfléchissante 1 comprend le substrat 2 transparent, la première couche 4, la deuxième couche 6, la troisième couche 8, la quatrième couche 10 et la cinquième couche 12. Ici, la lame partiellement réfléchissante 1 comprend également une couche de revêtement 3 positionnée entre le substrat 2 transparent et la première couche 4. Cette couche de revêtement est ici utilisée comme une couche intermédiaire. Elle permet de garantir une bonne adhésion entre le substrat et les autres couches comprenant le matériau diélectrique. Cette couche de revêtement est particulièrement avantageuse dans le cas où la surface du substrat présente quelques irrégularités ou des propriétés chimiques de surface défavorables à l’adhésion de la première couche 4. Cette couche de revêtement 3 comprend de l’oxyde de silicium. Elle présente une épaisseur comprise entre 40 et 400 nanomètres (nm). Dans une variante non représentée, la lame partiellement réfléchissante peut comprendre, dans cet ordre : - le substrat transparent, - la couche de revêtement, - la première couche, - la deuxième couche, - la troisième couche, - la quatrième couche, - la cinquième couche, et - la couche de protection. En d’autres termes, dans cette variante, la lame partiellement réfléchissante comprend à la fois la couche de protection au-dessus de la cinquième couche et la couche de revêtement positionnée entre le substrat transparent et la première couche. La lame partiellement transparente selon l’invention est destinée à être intégrée dans un dispositif d’affichage installé dans un véhicule automobile. Par exemple, la représente une planche de bord 20 munie d’un dispositif d’affichage comprenant une lame partiellement réfléchissante 1 selon l’invention. Ici, le dispositif d’affichage est formé d’un afficheur 22 intégré dans la planche de bord 20 et de la lame partiellement réfléchissante 1. L’afficheur 22 est configuré pour produire un faisceau lumineux L en direction de la lame partiellement réfléchissante 1. Comme le montre la , la lame partiellement réfléchissante 1 est interposée entre un objet (par exemple une partie 24 de la planche de bord 20 ou un écran (non représenté)) et une zone d’observation Z où est placé un œil O du conducteur du véhicule automobile en position de conduite. En pratique, l’afficheur 22 comprend par exemple une source de lumière et un écran (non représentés). Ici, la lame partiellement réfléchissante est positionnée de telle manière que le substrat 2 transparent est en regard de la partie 24 de la planche de bord 20 et que la cinquième couche 12 (ou la couche de protection 14 dans le cas du deuxième mode de réalisation décrit) est en face du conducteur du véhicule automobile. La lame partiellement réfléchissante 1 est par ailleurs orientée de sorte que le faisceau lumineux L soit, en partie, réfléchi selon une direction D, en direction de la zone d’observation Z de manière à former une image virtuelle I pour l’œil O du conducteur du véhicule automobile. L’image virtuelle I contient des informations destinées au conducteur du véhicule, par exemple sous forme de symboles réglementaires et/ou d’un indicateur de vitesse et/ou d’un indicateur de régime-moteur et/ou d’un indicateur de défaut. La représente un dispositif d’affichage tête-haute 30 muni d’un dispositif d’affichage comprenant une lame partiellement réfléchissante 1 selon l’invention. Le dispositif d’affichage tête-haute comprend la lame partiellement réfléchissante 1 placée dans le champ de vision du conducteur, un dispositif de génération d’images 32 adapté à générer un faisceau lumineux et un dispositif de projection d’images 34 adapté à renvoyer, en direction de ladite lame partiellement transparente 1, le faisceau lumineux généré par le dispositif de génération d’images 32. Le dispositif d’affichage est donc ici formé par la lame partiellement réfléchissante 1 et le dispositif de projection d’images 32. Comme le montre la , la lame partiellement réfléchissante 1 est ici positionnée entre le pare-brise 35 du véhicule automobile et les yeux du conducteur. Par exemple, la lame partiellement réfléchissante est positionnée de telle manière que le substrat 2 transparent est tourné vers le pare-brise 35 du véhicule automobile et que la cinquième couche 12 (ou la couche de protection 14 dans le cas du deuxième mode de réalisation décrit) est en regard du conducteur du véhicule automobile. Le dispositif de projection d’images 34 est par exemple formé de miroirs et/ou d’autres éléments optiques, tels qu’une lentille par exemple. Le dispositif de génération d’images 32 comprend, quant à lui, une source de lumière et un écran (non représentés). Grâce à la réflexion du faisceau lumineux par la lame partiellement réfléchissante en direction des yeux du conducteurs du véhicule automobile, le dispositif d’affichage tête-haute 30 est adapté à créer une image virtuelle I dans le champ de vision d’un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette image virtuelle I et les informations éventuelles qu’elle contient sans avoir à détourner le regard. Lame partiellement réfléchissante (1), comprenant un substrat (2) transparent puis, dans l’ordre suivant à partir dudit substrat (2) transparent : - une première couche (4) comprenant un matériau diélectrique, - une deuxième couche (6) comprenant de l’oxyde de silicium, - une troisième couche (8) comprenant le matériau diélectrique, - une quatrième couche (10) comprenant de l’oxyde de silicium, et - une cinquième couche (12) comprenant le matériau diélectrique, caractérisé en ce que le matériau diélectrique comprend un oxyde de zirconium ou un oxyde de tantale. Lame partiellement réfléchissante (1) selon la revendication 1, comprenant également une couche de protection (14) comprenant de l’oxyde de silicium positionnée à partir de la cinquième couche (12). Lame partiellement réfléchissante (1) selon la revendication 2, dans lequel la couche de protection (14) présente une épaisseur comprise entre 5 et 10 nanomètres. Lame partiellement réfléchissante (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit matériau diélectrique présente un indice de réfraction compris entre 2,05 et 2,4. Lame partiellement réfléchissante (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel : - la première couche (4) présente une épaisseur comprise entre 22 et 30 nanomètres, - la deuxième couche (6) présente une épaisseur comprise entre 25 et 35 nanomètres, - la troisième couche (8) présente une épaisseur comprise entre 60 et 70 nanomètres, - la quatrième couche (10) présente une épaisseur comprise entre 35 et 45 nanomètres, et - la cinquième couche (12) présente une épaisseur comprise entre 80 et 100 nanomètres. Lame partiellement réfléchissante (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le substrat (2) transparent comprend du verre. Lame partiellement réfléchissante (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le substrat (2) transparent comprend un matériau polymère. Lame partiellement réfléchissante (1) selon la revendication 7, dans lequel le substrat (2) transparent comprend du polyméthacrylate de méthyle ou du polycarbonate. Lame partiellement réfléchissante (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant également, entre le substrat (2) transparent et la première couche (4), une couche de revêtement (3) comprenant de l’oxyde de silicium. Dispositif d’affichage destiné à équiper un véhicule automobile, ledit dispositif d’affichage comprenant une lame partiellement réfléchissante (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9. Planche de bord (20) d’un véhicule automobile comprenant un dispositif d’affichage selon la revendication 10. Planche de bord (20) selon la revendication 11, dans laquelle le dispositif d’affichage comprend un afficheur (22) configuré pour produire un faisceau lumineux (L) en direction de la lame partiellement réfléchissante (1), la lame partiellement réfléchissante (1) étant positionnée entre une partie (24) de ladite planche de bord (20) et une zone d’observation (Z) de telle manière que le faisceau lumineux (L) soit, en partie, réfléchi en direction de la zone d’observation (Z). Dispositif d’affichage tête-haute (30) comprenant un dispositif de génération d’images (32) et un dispositif d’affichage selon la revendication 10, ledit dispositif d’affichage étant configuré pour transmettre en direction de la lame partiellement réfléchissante (1) un faisceau lumineux généré par ledit dispositif de génération d’images (32).