Vitrage automobile

La présente invention concerne les vitrages automobiles et particulièrement les vitrages de toits et ceux disposés sur les hayons ou en lunette arrière.

La présente invention concerne plus précisément l'incorporation d'éléments électroluminescents dans de tels vitrages.

La mise en oeuvre de diodes électroluminescentes dans des vitrages automobiles a été présentée antérieurement à des usages variés. Il s'agit notamment de disposer ces diodes à des fins d'affichage d'information sur le comportement du véhicule, et dans ce cas les diodes sont disposées dans le vitrage constituant le pare-brise. Il s'agit aussi de la constitution de moyens d'éclairage situés en particulier dans le pavillon.

Le choix de diodes électroluminescentes pour ces applications, dans le premier cas s'explique par l'intérêt de pouvoir disposer de moyens d'affichage dans le vitrage, qui ne nécessite pas le recours à des solutions relativement lourdes que constituent les dispositifs d'affichage de type dits "tête haute" (head up display) . Dans le second cas les moyens d'éclairage traditionnels ne peuvent être implantés sur des vitrages sans nuire à l'aspect esthétique de "transparence", aspect qui est la raison du choix de toits vitrés, et le recours aux diodes électroluminescentes est perçu comme une manière de conserver autant que possible la transparence en question.

Au-delà du principe de l'utilisation de telles diodes électroluminescentes se posent diverses questions, et en particulier leur mode d'incorporation et d'alimentation. Dans ces deux cas indiqués ci- dessus il a été proposé d'incorporer des diodes électroluminescentes dans un vitrage feuilleté, et de les alimenter en choisissant d'utiliser

essentiellement des couches conductrices minces transparentes. Le choix de ce mode s'explique aisément lorsque les vitrages en question sont déjà revêtus de ces couches pour conférer des fonctions particulières indépendantes de la présence de ces diodes. C'est le cas en particulier des couches conductrices qui ont pour rôle bien connu de filtrer le rayonnement solaire pour en éliminer la plus grande partie des infrarouges, ou encore de servir de moyen de chauffage de ces vitrages. En pratique tous les vitrages ne comportent pas ce type de couche. Par ailleurs la mise en place des diodes électroluminescentes sur ces couches conductrices nécessite un assemblage délicat et la réalisation de circuits non moins délicats.

L'invention a pour but de fournir des vitrages comportant des séries de diodes électroluminescentes de façon relativement plus commode à réaliser et bien adaptés à des puissances compatibles avec celles nécessitées notamment pour l'éclairage interne du véhicule;

Selon l'invention le vitrage est composé d'au moins une feuille de verre minéral ou organique rigide et d'au moins une feuille d'un matériau thermoplastique collé à la feuille rigide. Les diodes électroluminescentes sont incorporées dans la feuille de matériau thermoplastique et sont alimentées au moyen de fils métallique conducteurs également incorporés dans la feuille de matériau thermoplastique.

Il est connu de réaliser des vitrages automobiles dans lesquels des fils conducteurs sont incorporés pour constituer un réseau chauffant. Ces dispositions sont utilisées notamment pour dégivrer ou désembuer les pare-brise de certains véhicules. Cette solution est choisie pour remplacer l'utilisation de couches minces chauffantes qui présentent des difficultés de réalisation notamment sur des vitrages de grandes dimensions pour lesquels aux épaisseurs compatibles avec une transmission lumineuse suffisante, offrent une résistance trop importante pour conduire à une puissance adaptée aux voltage habituellement utilisés.

L'incorporation de fils dans un pare-brise constitue cependant une solution qui n'est pas préférée. La présence de fils même extrêmement fins n'est pas souhaitable dans le champ visuel, d'autant que ceux-ci couvrent la quasi-totalité du pare-brise. A l'inverse selon l'invention de telles limitations ne s'imposent pas.

D'une part les principales mises en oeuvre envisagées localisent les diodes électroluminescentes dans des vitrages ou partie de vitrage qui ne sont pas directement dans le champ visuel. C'est le cas notamment des vitrages de toits. C'est aussi le cas des lunettes arrière. Pour ces dernières par ailleurs la présence de fils fins soulève d'autant moins d'objection que les utilisateurs sont habitués aux réseaux de fils d'émaux conducteurs sérigraphiés, fils qui présentent des dimensions très supérieures aux diamètres des fils métalliques conducteurs envisagés selon l'invention. Pour ce qui concerne les toits, la présence des fils se remarque aussi relativement peu dans la mesure où, en dehors du fait qu'ils ne sont pas dans le champ visuel habituel, les vitrages constituant ces toits offrent normalement une transmission lumineuse réduite, de l'ordre de 30% ou moins pour prévenir les inconvénients liés notamment à l'ensoleillement. Dans ces conditions de transmission, le contraste des fils est moins sensible.

Quoiqu'il en soit, il reste préférable d'utiliser des fils aussi discrets que possible, tout en garantissant une conduction suffisante pour éviter notamment un échauffement local qui s'ajoutant à celui occasionné par le fonctionnement des diodes pourrait causer des élévations de température nuisible notamment au matériau thermoplastique dans lequel sont incorporés les diodes et les fils qui les alimentent. En pratique les fils ont un diamètre qui ne dépasse pas 300μ et de préférence pas 200μ. De façon particulièrement préférée les fils alimentant les diodes ont un diamètre de l'ordre de 20 à lOOμ. S'il est avantageux d'utiliser les fils les plus fins possibles pour minimiser la gène ou le caractère inesthétique liés à leur présence, il est cependant préférable encore de faire en sorte que ces fils offrent

une résistance mécanique à la traction suffisante pour supporter les efforts imposés dans les modes d'application préférés décrits plus loin.

Dans les modes antérieurs envisagés pour l'introduction de diodes électroluminescentes alimentées au moyen de circuits constitués dans des couches conductrices, il va de soi que ces couches seules ne sont pas susceptibles de servir de support aux diodes. Autrement dit la fixation des diodes aux moyens d'alimentation doit s'effectuer après que les couches conductrices aient été renforcées par combinaison avec d'autres éléments de structure. La fixation des diodes dans ces conditions est relativement complexe afin de garantir une bonne mise en place des diodes par rapport aux circuits d'alimentation.

Les dispositions de l'invention permettent de s'affranchir de ces contraintes en particulier lorsque les diodes sont assemblées en nombre. Dans ce cas il est possible en effet, et avantageux, de procéder directement à la constitution de séries de diodes rassemblées sur un même fil d'alimentation avant d'insérer ce fil dans le matériau thermoplastique. La fixation est faite dans ces conditions avec toute la précision souhaitée sans risque de positionnement défectueux des diodes par rapport au circuit d'alimentation. La constitution de chaînes de diodes présente en outre l'avantage de se prêter à la mise en place de ces fils dans le matériau thermoplastique de la façon, et avec les moyens habituellement utilisés antérieurement pour la mise en place de fils chauffants comme rappelé ci-dessus. L'invention est décrite de façon détaillée dans la suite en faisant référence aux planches de dessins dans lesquelles:

- la figure 1 représente sous forme schématisée, une structure typique de vitrage selon l'invention;

- la figure 2 est un schéma rappelant un mode de réalisation de l'incorporation de fils portant des diodes dans une feuille thermoplastique.

- la figure 3 illustre un mode de préparation de fils d'alimentation supportant une série de diodes;

- la figure 4 représente de façon schématique en coupe un mode de réalisation d'un vitrage selon l'invention - la figure 5 est analogue à la figure 4 et présente un autre mode d réalisation d'un vitrage selon l'invention.

La figure 1 présente un vitrage en vue "éclatée" pour bien illustrer la disposition relative des divers constituants entrant dans la composition du vitrage. Celui-ci dans le mode présenté comprend deux feuilles (1 ,2) transparentes rigides de verre minéral ou organique. Ces feuilles dans le vitrage sont réunies au moyen d'une feuille intercalaire thermoplastique 3, suivant les modalités usuelles pour la constitution de vitrages feuilletés. Les matériaux traditionnellement utilisables à cet usage peuvent être employés selon l'invention. Il s'agit notamment de résines polyacétals notamment de résines de polyvinyl butyrals (PVB). Il s'agit aussi de poly-chlorures de vinyle (PVC) ou d'acétate de poly-vinyl (EVA) ...

Une fois assemblées les feuilles intercalaires(3) réunissant les deux feuilles rigides (1,2) sont également parfaitement transparentes.

Les feuilles de verre sont soit claires soit colorées. En particulier lorsque le vitrage constitue le toit ou une partie du toit d'un véhicule il est usuel d'utiliser des feuilles colorées présentant une transmission lumineuse restreinte, et surtout une transmission énergétique aussi limitée que possible Dans ce dernier cas il s'agit habituellement de produits verrier à forte coloration notamment du fait de la présence d'une concentration en fer relativement importante. L'intercalaire (3) peut également être colorée.

Dans le mode représenté à la figure 1 le vitrage est destiné à constituer un toit et les diodes forment les moyens d'éclairage de l'habitacle. Pour cela les diodes (5) chacune de puissance limitée sont assemblées en position de plafonnier. Cette disposition qui fait que

dans les modes traditionnels de lampes à incandescence la source lumineuse est plus ou moins ponctuelle, peut bien évidemment être changée dans la mesure où les diodes ne sont pas nécessairement rassemblées sur un petit espace. Il peut être préféré de distribuer ces sources lumineuses que constituent les diodes, notamment de manière à couvrir une part significative de la surface du vitrage. Une telle disposition est particulièrement recherchée pour disposer d'un éclairage moins éblouissant, ou même éventuellement moins comme éclairage que pour créer une ambiance lumineuse plus douce. Dans ces distributions les diodes peuvent être uniformément distribuées sur la surface ou une partie de la surface du vitrage, elles peuvent également reproduire un motif défini selon leurs positions relatives les unes par rapport aux autres.

Selon le type de lumière ou l'utilisation qui en est faite, en plus de la localisation des diodes, il est aussi avantageux de choisir leur puissance respective. Pour les éclairages d'ambiance il est préféré d'utiliser un nombre important de diodes bien réparties, ces diodes pouvant alors présenter individuellement une puissance lumineuse limitée. Pour un pavillon automobile par exemple chaque diode utilisée produit avantageusement un flux lumineux qui n'est pas supérieur à 3 lumens, et de préférence pas supérieur à 1 lumen. Pour des éclairage plus localisés, éventuellement ponctuel, ou comportant un nombre limité de diodes, par exemple un éclairage de seuil de portière, des feux de signalisation... , les diodes offrent avantageusement des puissances sensiblement plus importantes. On utilise par exemple des diodes développant de 5 à 25 lumens et de préférence de 10 à 20 lumens. Dans le mode présenté à la figure 1, les diodes (5) sont assemblées par groupes alignés le long de fils d'alimentation (4). Ces fils d'alimentation sont raccordés eux-mêmes à des conducteurs 6 situés des deux côtés du vitrage. Ces conducteurs ("bus bar") sont constitués de manière traditionnelle soit par des fils, rubans, tresses ou encore

bandes conductrices émaillées. Dans ce dernier cas elles sont situées sur la feuille de verre (1) et non comme représenté sur l'intercalaire (3) .

Le contact entre les fils (4) et les conducteurs (6) est obtenu de manière usuelle au moyen de colle conductrice, soudure ou par simple contact les fils (4) venant s'appliquer sous pression du fait de l'assemblage des feuilles.

La figure 4 présente en coupe la disposition des divers éléments entrant dans la constitution du vitrage après l'assemblage. Dans le cas présenté, les diodes(5) dont l'épaisseur est choisie de telle sorte qu'elle ne dépasse pas celle de la feuille intercalaire (3) sont englobées dans le matériau thermoplastique de cette feuille. Du fait de sa plasticité le matériau au moment de l'assemblage se conforme pour épouser le contour des diodes sans laisser de poches ou bulles d'air. Les diodes de petites dimensions sont bien enveloppées par le matériau de l'intercalaire.

La figure 4 montre une série de 5 diodes alimentées par le même fil 4. Lorsque, comme à la figure 1 plusieurs séries de diodes sont disposées à proximité les unes des autres, il serait possible de placer des diodes à cheval sur deux fils contigus, autrement dit les diodes seraient alors montées en parallèle. Une telle disposition n'est cependant pas préférée. Les diodes usuelles présentent des caractéristiques individuelles qui peuvent différer sensiblement de l'une à l'autre, soit dès l'origine, soit au cours de leur vie. Dans ces conditions le risque est de discerner des luminosités différentes de l'une à l'autre. Bien que cette éventualité ne soit pas incompatible avec la fonction d'éclairage, il est préférable pour des raisons d'esthétique que chaque diode de l'ensemble présente une apparence sensiblement identique lorsqu'elles sont en fonctionnement. Pour cette raison la disposition en série est préférée. Elle garantit que les diodes sont parcourues par une intensité égale le long d'un même fil, et par suite développent une luminosité sensiblement égale.

Dans la disposition en série le risque est d'avoir une diode défaillante ce qui conduit à l'interruption de fonctionnement de toute la série. En pratique le risque est relativement limité. Le mode de fonctionnement des diodes, contrairement à celui des lampes à incandescence, fait que leur vieillissement se traduit par une diminution progressive de leur puissance. Cette diminution est par ailleurs extrêmement lente. Des durées de vie de plusieurs dizaines de milliers d'heures sont habituelles jusqu'à atteindre une demi-puissance. Le risque n'est donc pas normalement d'une défaillance liée à l'usure des diodes.

Si une défaillance survient, elle provient plus habituellement d'une détérioration qui pourrait intervenir par exemple à l'assemblage. Pour prévenir une telle situation il est possible par exemple de dédoubler chaque diode. Le long du même fil chaque diode est associée cette fois en parallèle avec une diode semblable. Pour éviter une différence sensible de luminosité il est préférable dans ce cas de faire en sorte que la puissance développée par chaque diode ne soit pas supérieure à la moitié de la puissance nominale que celle-ci offre. En cas de défaillance d'une des diodes d'une paire la puissance de celle restant active compense alors sensiblement la différence pour atteindre à peu près la puissance des doublons de diodes de la même série.

La réalisation des fils portant les diodes est avantageusement conduite préalablement à l'incorporation dans la feuille intercalaire. Les diodes sont avantageusement fixées sur le fil conducteur (4) comme présenté à la figure 3. La fixation est obtenue de manière traditionnelle par exemple au moyen de colle conductrice ou de soudure sur les pattes (10) des diodes. Il est ordinairement plus aisé de procéder à la fixation sur un fil continu comme représenté à la figure 3, que de constituer une chaîne de diodes à partir de tronçons successifs de fils conducteurs. Bien évidemment en procédant de cette façon, il est nécessaire ultérieurement de rompre le fil comme

représenté en (11) à la figure 4, entre les deux pattes de (10) de chaque diode. La rupture du fil peut intervenir dès l'origine sur le fil auquel sont fixées préalablement les diodes mais avant incorporation dans la feuille intercalaire. Il est aussi possible de procéder à la coupure (11) après mise en place du fil et des diodes dans la feuille intercalaire. Le premier mode de découpe présente une commodité certaine pour la rupture du fil et permet d'éviter les contacts ultérieurs susceptibles de court-circuiter accidentellement une diode.

Quel que soit le mode choisi l'incorporation dans une feuille intercalaire peut être conduit sur le mode antérieur utilisé pour l'incorporation de fils chauffants. Ce mode est présenté à titre indicatif de façon schématique à 1 figure 2.

Selon ce mode une feuille intercalaire est enroulée sur un tambour (7) éventuellement les conducteurs (6) sont préalablement disposés sur la feuille intercalaire. Les fils (4) portant les diodes (5) sont dévidés sous tension à partir d'une bobine (8) . Pour faciliter l'incorporation des fils et de diodes ceux-ci peuvent éventuellement être chauffés au préalable. Un rouleau (9) formant calandre avec le tambour (7) , est aussi avantageusement utilisé pour presser les fils et les diodes dans le matériau thermoplastique de la feuille intercalaire.

Dans la présentation l'ensemble des fils est appliqué en un seul passage. Il est aussi possible de procéder à la mise en place fil à fil.

L'incorporation achevée les feuilles intercalaires (3) sont assemblées avec les feuilles rigides de manière traditionnelle, notamment par étuvage sous pression. Les températures au cours de cet assemblage finissent l'enrobage des diodes dans le matériau thermoplastique en même temps quelles assurent le collage des feuilles entre elles.

Un autre mode de mise en place des fils et diodes, non représenté, consiste en l'application de ces fils et diodes sur une feuille intercalaire selon la disposition recherchée, la fixation étant effectuée de façon ponctuelle le long de ces fils, par exemple par fusion locale de

l'intercalaire. Les fils mis en position et maintenu par ces points de soudage à l'intercalaire peuvent ensuite être directement soumis à l'opération d'assemblage des feuilles, assemblage au cours duquel la pression et la température conduit à l'incorporation dans la feuille intercalaire.

L'assemblage feuilleté de la figure 4 pour un toit du type éclaté à la figure 1, conduit à utiliser des diodes dont le rayonnement est orienté vers l'intérieur du véhicule. Pour cela on utilise des diodes dont une face forme miroir de telle sorte que tout le rayonnement soit dirigé vers la feuille de verre (2) dans le cas représenté. A l'inverse s'agissant par exemple de feu stop ou clignotant disposés sur une lunette arrière ou le vitrage d'un hayon, le rayonnement serait orienté exclusivement vers l'extérieur. Les deux dispositions du miroir se trouvent dans les diodes disponibles dans le commerce. La figure 4 présente un vitrage assemblé comportant une feuille intercalaire (3) . Les épaisseurs des feuilles intercalaires disponibles de façon courante sont inférieures à lmm. Les feuilles de PVB par exemple sont commercialisées à 0,38 et 0,76mm. Les diodes utilisées sont avantageusement d'une épaisseur inférieure à 0,5mm. Pour faire en sorte qu'elles soient bien enveloppées dans le matériau intercalaire, l'épaisseur de celui-ci doit être évidemment au moins égale, et de préférence un peu supérieure.

Quel que soit le mode d'assemblage des vitrages selon l'invention, tous ces modes comprenant nécessairement une mise sous pression des feuilles constituant l'assemblage, les diodes sont soumises à des contraintes qui ne doivent pas créer de risque de détérioration. Pour cela il est préférable de faire en sorte que l'épaisseur de la feuille ou des feuilles intercalaires utilisées, soit supérieure d'au moins 20% à celle des diodes. Cette marge d'épaisseur évite l'écrasement des diodes entre des feuilles rigides lors de l'assemblage. La nature de la technique d'assemblage conduit aussi à des pressions plus ou moins contraignantes. Selon les dimensions les formes et le type de vitrage, il

est possible de procéder par calandrage, dans des enveloppes de compression sous vide...

Les pressions exercées lors d'un calandrage sont celles qui sont les plus susceptibles de développer des contraintes locales excessives pour l'intégrité des diodes. Dans ce cas il est pratiquement nécessaire de disposer de feuilles intercalaires présentant une épaisseur supérieure à celle des diodes. Dans les technique utilisant des enveloppes à dépression pour comprimer les feuilles assemblées, les efforts sont mieux répartis l'épaisseur des feuilles intercalaires peut être plus proche de celle des diodes.

L'assemblage peut être conduit avec une ou plusieurs feuilles de matériau thermoplastique. Dans l'hypothèse de deux feuilles intercalaires, (mode non représenté), il est préférable de disposer les fils et les diodes entre les deux feuilles en question. De cette façon l'enveloppement des diodes est particulièrement bien assuré.

Si le plus souvent les vitrages selon l'invention sont composés de deux feuilles rigides (1 ,2) , il est également possible de procéder à un assemblage d'une feuille rigide avec une ou plusieurs feuilles d'un matériau souple. Il est connu de produire de cette façon ce qui est désigné communément sous le nom de vitrage "bilayer". Le matériau souple est par exemple un poly-uréthane, matériau qui tout en étant souple peut présenter une bonne résistance aux rayures ou un caractère "auto-cicatrisant".

D'autres matériaux sont également susceptibles de conduire à un assemblage ne comportant qu'une feuille rigide (1). La figure 5 schématise en coupe un matériau de cette nature qui comporte par exemple en plus de la feuille rigide, une feuille d'un matériau traditionnellement utilisé pour constituer des feuilletés, notamment une feuille de PVB (3) , feuille qui est protégée des rayures du coté opposé à celui de la feuille rigide (1) par une feuille protectrice plus "dure" (12) . Cette dernière est avantageusement constituée d'un polymère et présente une épaisseur suffisamment petite pour se conformer au galbe

de la feuille rigide qui impose la forme générale. Des feuilles (3) et (12) sont disponibles dans le commerce sous forme pré-assemblée. C'est le cas par exemple des produits commercialisés par la société Dupont sous le nom "Sentry". Il est possible bien évidemment de procéder à l'assemblage à partir de plusieurs feuilles séparées. Dans tous les cas l'incorporation des fils et diodes est conduit comme indiqué ci dessus.