Assemblage feuilleté avec diodes luminescentes

La présente invention concerne des assemblages feuilletés incorporant des diodes luminescentes.

Il a été proposé antérieurement des ensembles feuilletés comprenant des diodes. Diverses structures ont été enseignées à ce sujet en visant principalement l'organisation des différents constituants dans les produits visés. Il apparaît que les modalités pratiques de réalisation à l'échelle industrielle sont largement ignorées dans ces publications qui visent d'avantage les principes que les réalisations pratiques.

Pour ces raisons l'utilisation des diodes électroluminescentes comme source de lumière est restée jusqu'à présent limitée à quelques réalisations alors que ces mêmes diodes connaissent des utilisations importantes dans le domaine de l'affichage. Comme source lumineuse, les diodes sont à l'heure actuelle principalement utilisées dans le domaine de l'automobile pour la constitution de feu stop ou encore pour les feux de signalisation routière. Dans ces applications leurs qualités propres de sources économiques et monochromatiques, sont particulièrement bienvenues.

Les caractéristiques des diodes disponibles évoluant, leur usage se répand comme substituts aux sources lumineuses traditionnelles que sont les lampes à incandescence ou les lampes à fluorescence en raison des avantages liés à leur consommation très réduite, une forte proportion de l'énergie consommée étant convertie en lumière contrairement notamment aux lampes à incandescence.

Des "ampoules" sont maintenant proposées qui regroupent quelques dizaines de diodes dans des assemblages qui tiennent plus de la reproduction des formes antérieures que de l'optimisation des caractéristiques propres aux diodes utilisées. Pour ces raisons la production de ces dispositifs d'éclairage reste relativement modeste en comparaison du potentiel que représente ce nouveau mode d'éclairage.

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L'invention se propose de produire des assemblages constituant des sources de lumière comprenant des diodes en nombre, dans des conditions industrielles économiques. L'invention se propose aussi de fournir des produits de base intermédiaires pouvant conduire à une grande diversité de produits finis.

Pour cela l'invention se propose de réaliser des ensembles qui sont susceptibles d'être fractionnés pour aboutir à des unités plus petites de dimensions variables et comportant un nombre souhaité de diodes, offrant ainsi des caractéristiques d'éclairage déterminées en fonction de l'utilisation projetée.

Différents types de construction ont été proposés antérieurement pour réaliser des vitrages feuilletés comprenant des diodes. La publication WO

2004/009349 est dans ce sens. Cette publication vise cependant des produits finis de dimensions limitées tels que des vitrages automobiles, les diodes étant essentiellement introduites comme moyen d'affichage. Ces produits, hors leurs dimensions, présentent la particularité de mettre en oeuvre un nombre limité de diodes, contrairement aux applications visant l'éclairage. Les conditions de réalisation sont fonction de ces particularités.

Les inventeurs ont cherché les conditions permettant de produire les assemblages feuilletés de grande dimension.

Une difficulté supposée pour cette approche résidait dans la capacité de produire ces assemblages feuilletés incorporant des éléments solides à l'intérieur du feuilleté sans introduire de défauts et sans risque de modifier de façon négative les qualités essentielles de ces feuilletés, notamment les qualités de résistance mécanique. Si en faible dimension, et suivant des techniques peu automatisées, la production est relativement facile à réaliser, la production de grands volumes soulevait a priori des difficultés certaines.

L'incorporation d'éléments solides dans les vitrages feuilletés s'est souvent heurtée à la difficulté d'éviter les défauts tels que la présence de bulles ou les "délaminations". Ces difficultés ont été éprouvées en particulier dans l'introduction

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dans les vitrages feuilletés d'éléments liés à des fonctionnalités électriques comme la mise en place de conducteurs dits "bus bars" lorsque ceux-ci sont constitués de fins rubans métalliques.

Partant de ces constatations, l'incorporation d'une multiplicité d'éléments d'épaisseur bien supérieure comme celle des diodes luminescentes, épaisseur qui est de l'ordre de celle des feuilles intercalaires généralement utilisées dans les vitrages feuilletés, devait apparaître particulièrement délicate. Les diodes luminescentes disponibles en quantité présentent des dimensions de l'ordre de quelques millimètres et leur épaisseur est pour les plus petites de quelques dixièmes de millimètres. Leur construction, y compris la partie réfléchissante utilisée pour diriger la lumière produite et l'enveloppe qui les protège, fait qu'une réduction d'épaisseur même si elle est souhaitée, ne peut être que d'ampleur limitée. Ces dimensions sont très supérieures à celles des éléments introduits dans des techniques antérieures.

En dépit des préventions qui pouvaient exister à ce type de production, les inventeurs ont montré qu'il était possible de fabriquer des feuilletés incorporant des diodes en quantité nécessaire pour constituer des ensembles développant des intensités lumineuses importantes, en utilisant des techniques industrielles traditionnelles pour la production de feuilletés n'incorporant aucun élément rapporté.

La formation de vitrage feuilleté comporte systématiquement au moins une feuille d'un matériau transparent rigide, comme une feuille de verre ou une feuille d'un matériau de type verre organique comme les polyacrylates ou les polycarbonates. A cette ou ces feuilles, est associée une feuille qui confère à l'ensemble des propriétés de résistance au choc. Lorsque deux feuilles rigides sont utilisées, la feuille additionnelle dite intercalaire est de type thermoplastique. Elle est constituée généralement de matériaux comme les polyvinylacétals, notamment les polyvinylbutyrasl très largement utilisés dans les vitrages feuilletés de sécurité, mais aussi les chlorures de polyvinyle, les polyoléfines etc. Lorsqu'une seule feuille rigide est utilisée, dans ce qui est désigné communément comme un vitrage à deux couches

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("bilayer"), elle est associée à un matériau de type polyuréthane offrant une certaine résistance aux rayures en dépit d'une dureté sensiblement moindre que celle des feuilles de verre ou de verre organique.

Dans les assemblages traditionnels indiqués ci-dessus, le feuilletage est effectué soit sur des éléments aux dimensions finales du produit, soit sur des produits intermédiaires. La formation des vitrages automobiles feuilletés fait partie de la première catégorie, celle des vitrages architecturaux relève généralement de la seconde. Pour ces derniers, le feuilletage intervient le plus souvent sur les volumes produits directement sur les lignes d'élaboration du verre plat. Les dimensions traditionnelles pour les volumes les plus grands sont de l'ordre de 3x6m ou même d'avantage. Après feuilletage ces volumes sont découpés aux dimensions requises par les clients entreprises de bâtiment.

Les modes d'assemblages peuvent différer sensiblement en fonction notamment des dimensions des pièces considérées, mais aussi de la nature de la feuille intercalaire. Toutes les techniques comportent cependant l'usage de la température et de la pression. Ces deux conditions ont pour effet de rendre le matériau thermoplastique plus malléable, et d'imposer un contact de ce matériau avec le substrat rigide pour obtenir une bonne adhérence.

La pression exercée lors de l'assemblage peut résulter de la mise sous vide des produits assemblés, ce qui a pour fonction supplémentaire l'élimination de l'air présent entre les feuilles réunies, soit la compression mécanique des feuilles constitutives, compression qui peut être associée à un vide plus ou moins important.

Pour les très grands volumes, tels que ceux indiqués ci-dessus, la seule possibilité pratique consiste pour l'application de la pression, à soumettre les feuilles à une ou plusieurs opérations de calandrage, de préférence sous une température favorisant le ramollissement modéré de la feuille thermoplastique.

De façon inattendue les inventeurs ont montré qu'il est possible de procéder à l'assemblage de feuilles portant une multiplicité de diodes luminescentes,

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par des techniques telle que celle utilisée pour les vitrages de grand volume. En particulier les inventeurs ont montré qu'il est possible de procéder à l'assemblage par les techniques comportant au moins une opération de calandrage. Selon l'invention cette opération est effectuée sur les grands volumes issus directement de la production ou, le cas échéant sur des éléments de dimensions moindres.

Lorsque les diodes sont incorporées dans un ensemble feuilleté, elles se situent nécessairement dans le matériau de type thermoplastique. Pour cette raison l'épaisseur des diodes introduites ne peut être supérieure à celle de ce matériau ou de cette feuille. Pour ménager un minimum de sécurité, vis-à-vis d'un possible écrasement des diodes sur le substrat rigide, il apparaît nécessaire de maintenir une différence entre l'épaisseur propre des diodes et celle de la feuille dans laquelle ces diodes sont incorporées.

Les essais conduits par les inventeurs ont montré que pour garantir une bonne incorporation des diodes et simultanément éviter de les soumettre à des contraintes mécaniques risquant de les endommager, il est préférable de disposer d'un matériau légèrement plus épais que les diodes, mais cette épaisseur supplémentaire est maintenue aussi faible que possible notamment pour des raisons de coût, et par ce qu'il est généralement préférable d'avoir des ensembles peu épais. L'épaisseur du matériau dans lequel les diodes sont incorporées n'est pas de préférence supérieure de plus de 50% à celle des diodes. De manière plus préférée cette épaisseur n'est pas de plus de 20% supérieure à celle des diodes, et peu avantageusement ne pas être de plus de 10%.

Le cas échéant pour éviter les pressions importantes qui s'exercent sur les diodes pour les faire pénétrer dans le matériau thermoplastique, il est possible de former des logements dans la feuille de matériau préalablement à l'assemblage. A cet effet la feuille de matériau est soumise à embossage suivant le motif correspondant à l'implantation ultérieure des diodes. Cette disposition apparaît utile lorsque la densité des diodes est très élevée et que la pression nécessaire pour les faire pénétrer dans le matériau plastique devient trop importante.

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Pour faciliter encore l'incorporation l'enveloppe des diodes présente de préférence une forme qui permet une bonne pénétration dans le matériau thermoplastique.

Toujours pour faire en sorte que les diodes soient bien au contact du matériau thermoplastique, il est possible aussi de les enrober dans une pellicule du matériau constituant la feuille thermoplastique. La fusion conduit alors à une parfaite homogénéité.

Dans ce qui précède, il est question d'un feuilleté comprenant une feuille intercalaire. L'invention peut également être mise en oeuvre en utilisant une pluralité de feuilles intercalaires. Cette disposition est en particulier nécessaire lorsque l'épaisseur de la feuille intercalaire n'est pas disponible commercialement. L'usage de plusieurs feuilles est aussi avantageux lorsque pour introduire les diodes dans l'intercalaire une première feuille est pourvue de "logements" découpés dans la feuille aux dimensions et emplacements destinés à recevoir les diodes. Dans ce cas la feuille percée de ces logements est avantageusement complétée par une feuille uniforme qui protège les diodes contre un contact rigide avec la feuille de verre.

Pour réaliser les produits destinés à une large diffusion, il est toujours préféré d'utiliser des éléments constitutifs les plus usuels disponibles sur le marché. Dans ce sens, les feuilles intercalaires représentent une part significative du prix de revient de ces produits. Il est donc préférable de choisir les feuilles d'une part d'épaisseur standard, et d'autre part d'épaisseur les plus petites possible. Pour l'épaisseur nécessaire on se reportera à ce qui est dit ci-dessus. Avantageusement le choix des diodes est en partie au moins commandé par leurs épaisseurs de telle sorte qu'elles répondent au mieux à cette nécessité d'utiliser les feuilles intercalaires les moins épaisses.

L'invention est illustrée de façon détaillée dans la suite de la description en faisant référence à la planche de dessins dans laquelle :

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- la figure la représente de façon schématique en coupe, les éléments constitutifs avant un assemblage selon l'invention avant;

- la figure Ib est la structure du produit correspondant à la figure la, après que les éléments aient été assemblés; - la figure 2 est un schéma synoptique d'un processus de formation d'un assemblage selon l'invention;

- la figure 3a est une autre ensemble d'éléments constitutifs avant assemblage selon l'invention;

- la figure 3b représente l'assemblage des éléments présentés en 3a; - la figure 4 est une variante de la figure 3a dans laquelle une colle est interposée dans l'assemblage;

- la figure 5 est une variante d'assemblage selon l'invention dans laquelle chacune des feuilles de verre est revêtue d'une couche conductrice.

Dans la représentation de la figure 1, l'assemblage est constitué de deux feuilles de verre 1 et 2 réunies au moyen d'un intercalaire 3 de type PVB.

La feuille de verre 2 est revêtue d'une couche mince conductrice 4. La couche en question est l'une de celles communément utilisées sur des vitrages. La couche est obtenue par exemple par pyrolyse, notamment CVD, couche de type ITO, ou SnO ₂ dopé au fluor ou à l'antimoine ou par des techniques de pulvérisation sous vide, notamment celles comprenant une ou plusieurs couches métalliques associées à des couches diélectriques protectrices et "déréfléchissantes", ou encore, est une couche formée à partir d'encre ou pâte conductrice appliquée par des moyens d'impression ou de sérigraphie.

La couche mince conductrice 4 forme un réseau dont le motif est obtenu soit directement par impression du motif soit par interruption localement de la couche appliquée initialement de manière uniforme. Ce motif peut être réalisé par exemple par l'utilisation de masques lors de l'application ou par ablation localisée. L'élimination de la couche est obtenue de manière traditionnelle, par exemple par abrasion mécanique ou chimique ou encore par traitement laser.

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L'épaisseur de la couche doit être suffisante pour minimiser sa résistance électrique. Mais par ailleurs, lorsque la lumière doit être transmise à travers la feuille 2, la couche 4 ne doit pas constituer un obstacle à la transmission. Dans ce cas l'épaisseur de la couche est nécessairement limitée. Pour satisfaire à ces deux exigences contradictoires il convient de choisir la solution de compromis la mieux adaptée en tenant compte du fait que la nature du matériau constituant cette couche offre aussi une certaine latitude, toutes les couches ne présentant pas la même conductivité.

Typiquement les couches les plus conductrices, celles notamment à base d'argent, peuvent être de quelques nanomètres. Les couches moins conductrices peuvent présenter une épaisseur de quelques dizaines ou même centaines de nanomètres.

Des séries de diodes électroluminescentes 6 sont disposées sur la surface de la feuille 2. Les diodes sont connectées au réseau conducteur formé dans la couche 4. Les diodes sont connectées chacune à deux conducteurs distincts reliés à chacun des pôles de l'alimentation en courant continu.

Les conducteurs de chaque diode sont reliés à la couche conductrice par exemple par des points 7 de colle conductrice de manière connue en soi. La colle peut le cas échéant être remplacée par tout autre moyen de fixation analogue connu en soi. Compte tenu de l'épaisseur très mince des couches conductrices, la colle est généralement préférée.

En pratique, le plus souvent les points de collage des conducteurs des diodes assurent une fixation suffisante des diodes au substrat pour supporter les opérations d'assemblage ultérieures. Il est possible cependant de procéder à un collage supplémentaire du corps de la diode 6 directement sur le substrat. Si une colle de ce type est appliquée, elle est de préférence non-conductrice pour ne pas risquer de perturber le circuit électrique. A titre indicatif les diodes peuvent être

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prisse dans une enveloppe de matériau identique ou compatible avec celui de la feuille intercalaire dans laquelle elles doivent être incorporées.

Le modèle représenté à la figure 1 sur lequel les deux pôles du circuit d'alimentation sont disposés sur la même feuille est préféré dans la mesure où la mise en place et la fixation des diodes sont effectuées avant assemblage ce qui permet de garantir une fixation efficace et précise de ces diodes. Il est possible néanmoins le cas échéant de disposer chacun des éléments conducteurs d'alimentation respectivement sur les deux feuilles comme indiqué ci-après à propos de la figure 5.

Les figures 3a et 3b présentent un autre mode d'assemblage selon l'invention dans lequel le circuit d'alimentation des diodes est disposé sur une feuille 14 incorporée ensuite dans l'ensemble feuilleté.

Les feuilles de ce type sont utilisées pour support de couches destinées par exemple à la protection contre les infrarouges dans les vitrages notamment automobiles. Le matériau utilisé le plus souvent pour ces feuilles est à la fois résistant et d'épaisseur très faible. Il s'agit le plus couramment de polytéréphtalate d'éthylène glycol (PET).

Dans la présentation des éléments constitutifs, on a disposé séparément la feuille intercalaire 3 et la feuille partant le circuit d'alimentation électrique.

De plus les feuille de type PET, n'adhérant pas au verre par elles- mêmes, elles sont habituellement introduites entre deux feuilles intercalaires. La feuille supplémentaire 15 qui est avantageusement du même constituant que la feuille 3, est disposée de manière à prendre en sandwich la feuille 14 assurant ainsi une bonne adhérence aux deux feuilles 1 et 2.

Les différentes feuilles sont présentées séparées, néanmoins pour la commodité de l'assemblage il peut être préférable de procéder à la formation préalable d'un sous-ensemble comprenant la feuille 14 munie du circuit d'alimentation 4, et au moins l'une des feuilles intercalaires 15 ou 3.

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Lorsque les feuilles sont ainsi rassemblées, le mode d'assemblage décrit ci-après par référence aux structures du type présenté aux figures la et Ib, s'applique de la même manière pour les structures des figures 3a et 3b.

Le coût des feuilles intercalaires de type PVB, fait qu'il est avantageux de n'utiliser qu'une feuille dans laquelle les diodes sont insérées. Si on utilise une feuille support de type PET, comme aux figures 3, feuille qui n'est pas de nature à adhérer seule à la feuille de verre 2, il est possible de revêtir une face soit de la feuille de verre soit de la feuille support 14, d'un film mince d'adhésif 16. A la figure 4 l'adhésif est représenté appliqué sur la feuille de verre.

Avantageusement l'adhésif peut être de nature thermoplastique de sorte que son activation est obtenue au moment de l'assemblage des différentes feuilles.

Le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 5 se distingue des précédents en ce que deux couches conductrices constituant les deux pôles d'alimentation des diodes sont supportées par deux éléments distincts. Dans le cas présenté, les couches conductrices 17 et 18 sont disposées sur chacune des feuilles de verre 1 et 2. Pour procéder à l'assemblage les diodes sont préalablement disposées dans la feuille intercalaire, les conducteurs des diodes étant placés de part et d'autre de la feuille. Toujours dans cette configuration il va de soi que la fixation des conducteurs des diodes ne peut être effectuée avant l'assemblage. Pour cette raison il convient d'assurer les contacts nécessaires soit au cours de l'assemblage lui- même soit par une opération ultérieure. L'assemblage selon l'invention comprenant la formation par calandrage, il est possible du fait de la pression exercée sur ces conducteurs pris entre la couche conductrice et la face de la feuille intercalaire de garantir un contact suffisant. Néanmoins il est possible également par exemple d'enduire les conducteurs des diodes d'une pâte conductrice fondant à la température de l'assemblage de telle sorte que le "collage" s'effectue au moment de l'assemblage.

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La formation de l'assemblage feuilleté de panneaux comportant les diodes est réalisée en mettant en oeuvre des techniques de calandrage utilisées pour la réalisation des vitrages feuilletés traditionnels. Les opérations de calandrage selon l'invention sont schématisées à titre d'exemple à la figure 2.

Le processus comprend, après la fixation des diodes sur le circuit d'alimentation porté par la feuille 2 comme il vient d'être dit, l'application dune feuille intercalaire 3 d'épaisseur e suffisante pour incorporer les diodes 6, puis la mise en place la deuxième feuille 1.

Les feuilles 1 et 2 sont avantageusement celles provenant des lignes de production du verre. Ces feuilles peuvent avoir des dimensions de l'ordre de 3x6m.

Compte tenu des dimensions des feuilles les modes d'assemblage comportant un dégazage des feuilles au moyen de sacs ou d'anneaux à vide, moyens traditionnellement utilisés pour la production de vitrage feuilletés automobile et qui sont préconisés dans le document antérieur, cité plus haut, ne peuvent être mis en oeuvre de façon commode. Il est nécessaire de procéder suivant les techniques de dégazage par calandrage.

L'ensemble des feuilles superposées 8, est disposé sur un convoyeur et envoyé dans un four 9 pour un chauffage à température améliorant la malléabilité de la feuille intercalaire et accroissant son aptitude à adhérer aux feuilles de verre. Pour une feuille de PVB, la température est avantageusement de l'ordre de 40 à 70 ⁰ C.

Les feuilles ainsi chauffées sont soumises à un dégazage par passage dans une calandre 10 schématisée par deux rouleaux.

La pression exercée au calandrage est avantageusement de l'ordre de 2 à 10 bars, et de préférence de 3 à 8 bars.

Le calandrage en comprimant les feuilles fait pénétrer les diodes dans la feuille intercalaire qui vient s'appliquer sur la couche conductrice 4 d'une part, et

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sur la face de la deuxième feuille 1. Le calandrage évacue l'essentiel de l'air présent entre les feuilles 1 et 2 et l'intercalaire 3.

Comme indiqué le bon enveloppement des diodes par le matériau de la feuille intercalaire dépend de la plasticité de ce matériau. Il dépend aussi de la forme extérieure des diodes. Ces formes peuvent varier de façon significative en fonction notamment des dimensions des diodes et de la plasticité du matériau de l'intercalaire. Si ce dernier est plus résistant à la pénétration des diodes il peut être préférable pour éviter des efforts qui risquent de détériorer la fixation des diodes d'aménager des logements dans la feuille intercalaire. Il est aussi possible de manière alternative de donner à la face de la diode qui est pressée dans le matériau de l'intercalaire une forme incisive, par exemple une forme en coin.

A ce stade les feuilles adhèrent les unes aux autres de manière limitée.

L'opération est renouvelée. Les feuilles passent dans un deuxième four 11 élevant la température entre environ 55 et 70 ⁰ C et subissent un deuxième calandrage en 12.

Après ces deux calandrages, non seulement les feuilles adhèrent fermement, mais en plus les bords sont suffisamment collés pour assurer l'étanchéité de l'ensemble de telle sorte que l'air ne puisse s'introduire de nouveau entre les feuilles.

L'homogénéisation de l'ensemble et l'obtention de la transparence sont ensuite complétées par passage à l'autoclave 13 à température plus élevée et sous pression. Toujours pour une feuille intercalaire de PVB, la température de palier dans l'autoclave est de l'ordre de 120 à 150 ⁰ C, et est maintenue entre 20 et 60mn. La pression est comprise entre 8 et 15 bars. Ces conditions non seulement conduisent la feuille intercalaire à bien épouser les feuilles 1 et 2 mais en plus permettent la dissolution des traces d'air restant dans l'assemblage.

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Le mode d'assemblage décrit ci-dessus, qui comporte deux opérations de calandrage, peut être limité au passage dans un seul four. Dans ce cas le premier calandrage qui conduit au maintient en position des feuilles les unes par rapport aux autres, est effectué à la température ambiante. Le passage dans le four unique est effectué aux températures qui ne scellent pas les bords des feuilles pour permettre un bon dégazage. Cette température est de l'ordre de 55 à 70 ⁰ C. Le scellement des bords n'intervient en conséquence qu'au stade ultérieur, au dans l'autoclave.

Les essais ont été effectués pour des ensembles constitués de feuilles de verre de 3,15mm d'épaisseur dont l'une est revêtue d'une couche d'oxyde d'étain dopé à l'antimoine.

Différentes épaisseurs de feuilles intercalaires de PVB sont utilisées pour déterminer les conditions nécessaires pour obtenir une bonne incorporation des diodes. Les épaisseurs en question sont obtenues par superposition de feuilles de PVB d'épaisseur 0,38mm. (0,76, 1,14, 1,52...mm).

Le circuit conducteur est réalisé par ablation laser en formant des rainures isolantes de 0,15mm de large entre les zones conductrices. Les diodes utilisées sont commercialisées sous le nom Osram type LWL283. Les dimensions des diodes sont de 1,7x0, 8mm pour différentes épaisseurs: 0,6mm, 0,8mm et 1,2mm.

Les conducteurs des diodes sont collés à la couche conductrice au moyen d'une colle également conductrice.

Les diodes sont disposées suivant un maillage régulier, à 5 cm les unes des autres. L'assemblage effectué comme indiqué ci-dessus, conduit à un produit dans lequel les diodes sont effectivement bien incorporées dans la feuille intercalaire sans bulle apparente pour les épaisseurs de PVB supérieures aux épaisseurs des diodes.

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II apparaît en règle générale que pour ce type d'incorporation des diodes par calandrage, il est avantageux de conserver une épaisseur de PVB d'environ 20% supérieure à l'épaisseur des diodes.

De manière particulièrement surprenante, l'incorporation des diodes s'effectue sans difficulté et ce dans les conditions qui sont globalement celles mises en oeuvre pour constituer des vitrages feuilletés. La présence des diodes n'affecte pas de manière sensible les conditions nécessaires à cet assemblage. De la même manière il est remarquable que les diodes et leurs fixations résistent bien aux pressions exercées lors du calandrage notamment.

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