La présente invention concerne un procédé de coloration sélective d'un substrat. Elle concerne aussi un composant cellulaire transparent tel que résultant d'un tel procédé.

Il est souvent nécessaire de colorer un substrat, sélectivement dans une première portion de surface de ce substrat par rapport à une seconde portion de la surface du même substrat. Pour cela, il est possible de masquer la seconde portion, d'appliquer le colorant sur tout le substrat puis de retirer le masque utilisé. Mais un tel procédé n'est pas possible lorsque le substrat présente en surface une structure complexe et/ou à motifs de très petites dimensions, qui empêche d'appliquer le masque. En outre, les étapes d'application du masque sur le substrat et de retrait du masque peuvent être longues par elles-mêmes, et incompatibles avec le prix de revient qui est visé pour un produit qui incorpore le substrat coloré.

Un but de la présente invention consiste à colorer un substrat de façon sélective entre des portions différentes de la surface de ce substrat, d'une façon qui soit compatible avec une structure de surface complexe et/ou à motifs de petites dimensions.

Un autre but de la présente invention consiste à colorer sélectivement une portion de la surface d'un substrat, d'une façon rapide et économique.

Pour atteindre ces buts et d'autres, la présente invention propose un procédé de coloration sélective qui comprend les étapes suivantes :

IM fournir un substrat qui possède une surface découverte, cette surface découverte comprenant une première portion de surface qui est constituée d'un premier matériau et une seconde portion de surface qui est constituée d'un second matériau différent du premier matériau ;

121 fournir une source de colorants qui est adaptée pour libérer les colorants lorsque la source est chauffée ; 13/ chauffer la source de colorants à proximité de la surface découverte du substrat, de sorte que des colorants soient transférés à partir de la source de colorants sur la surface découverte du substrat ;

141 chauffer le substrat de sorte que des colorants qui ont été transférés sur la première portion de surface pénètrent à l'intérieur du premier matériau ; et

151 rincer la surface découverte du substrat avec un solvant des colorants, de façon à éliminer des colorants restés sur la surface découverte.

Pour la mise en œuvre des étapes de ce procédé, le second matériau est sélectionné pour que des colorants qui proviennent de la source de colorants et qui sont présents sur la seconde portion de surface au début de l'étape 141 ne pénètrent pas à l'intérieur du second matériau pendant cette étape 141, et soient éliminés à l'étape 151.

Ainsi, selon l'invention, la sélectivité de la coloration est obtenue en choisissant de façon adéquate les matériaux du substrat qui constituent respectivement la portion de surface à colorer et la portion de surface qui ne doit pas être colorée. Pour cela, le premier matériau qui est utilisé pour la portion de surface à colorer, dite première portion de surface, est perméable aux colorants lorsque ce premier matériau est chauffé. Simultanément, le second matériau qui est utilisé pour la portion de surface qui ne doit pas être colorée, dite seconde portion de surface, est imperméable aux mêmes colorants. Ainsi, les colorants diffusent uniquement dans le premier matériau lorsque le substrat est chauffé, sans pénétrer dans le second matériau. Les colorants qui restent en surface du substrat, au moins sur la seconde portion de surface, sont éliminés par rinçage de sorte que ne restent dans le substrat que les colorants qui ont pénétré dans le premier matériau.

Un tel procédé ne nécessite pas d'utiliser un masque pour différencier les première et seconde portions de la surface du substrat qui est découverte.

En outre, ses différentes étapes, notamment le chauffage et le rinçage du substrat, sont compatibles avec une structure complexe et/ou à motifs de petites dimensions pour la surface de ce substrat. De préférence, le second matériau peut posséder une température de gel ou de ramollissement qui est supérieure à celle du premier matériau. En effet, une corrélation empirique a été observée par les inventeurs, entre la perméabilité d'un matériau à des colorants et son ramollissement lorsqu'il est chauffé. En ce sens, le second matériau est dit imperméable aux colorants, en comparaison avec le premier matériau.

Préférentiellement, le premier matériau peut être de nature organique ou hybride organo-minérale. Dans le cadre de la présente invention, on entend par matériau organo-minéral un matériau qui comprend au moins deux composantes, dont l'une est de nature organique et l'autre est de nature minérale. Un tel matériau organo-minéral peut être composé de grains minéraux, par exemple de grains d'au moins un oxyde de métal qui sont répartis dans une matrice organique, celle-ci assurant alors la cohésion du matériau. Dans ce cas, le ramollissement du premier matériau correspond au ramollissement de sa matrice organique. Les grains peuvent être des grains de silice (S1O ₂ ), notamment.

Le second matériau peut être de nature minérale ou hybride organo- minérale. En effet, d'une façon générale, les colorants ne diffusent pas ou peu à l'intérieur d'un matériau minéral, ou tout au moins ils diffusent moins rapidement dans un tel matériau minéral que dans un matériau organique. Par exemple, le second matériau peut comprendre de la silice (S1O ₂ ), de l'oxyde de zinc (ZnO), un oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO). Ce peut être aussi un matériau hybride organo-minéral qui incorpore de la silice, de l'oxyde de zinc ou un oxyde d'indium dopé à l'étain.

Lorsqu'à la fois le premier et le second matériaux sont hybrides avec des grains minéraux répartis dans des matrices organiques respectives, la matrice du second matériau a de préférence une température de gel ou de ramollissement qui est supérieure à celle de la matrice du premier matériau.

D'une façon générale, la source de colorants peut être adaptée pour libérer les colorants à l'étape 131 par sublimation de ceux-ci, et que ces colorants soient sous forme gazeuse lors de leur transfert entre la source et la surface découverte du substrat. Alternativement, la source des colorants peut être adaptée pour que les colorants soient transférés lors d'un contact entre cette source et la surface découverte du substrat, qui est réalisé pendant l'étape 131. La source des colorants est alors retirée entre les étapes 131 et IAI. En effet, ces différents types de sources de colorants sont particulièrement compatibles avec une surface découverte du substrat qui est complexe et/ou présente des motifs de petites dimensions. En particulier, elles ne nécessitent pas d'utiliser un applicateur des colorants qui devrait se conformer aux motifs de la surface découverte du substrat pour y déposer des molécules de ces colorants. Par exemple, la source des colorants peut comprendre une portion de papier ou d'alcool polyvinylique, qui est imprégnée par les colorants.

Dans un mode préféré de mise en œuvre de l'invention, le substrat peut comporter :

- un substrat de base qui est transparent avec une surface supérieure ;

- une couche transparente du second matériau qui est portée par la surface supérieure du substrat de base ; et

- un réseau de parois qui est disposé sur la couche transparente du second matériau, d'un côté de celle-ci opposé au substrat de base, avec les parois qui s'étendent perpendiculairement à la surface supérieure du substrat de base.

La première portion de surface découverte est alors constituée par les parois, et la seconde portion de surface découverte est constituée par la couche transparente du second matériau entre les parois. Dans ce cas, le procédé permet de conserver la transparence du substrat entre les parois. En outre, le substrat de base peut être en un matériau quelconque, puisque l'imperméabilité du substrat vis-à-vis des colorants, entre les parois, est assurée par la couche transparente. Un choix adéquat du matériau de cette couche procure donc une protection du substrat de base par rapport à la pénétration ou la diffusion des colorants.

En particulier, les parois peuvent être en résine, notamment en résine lithographique. Dans ce cas, le substrat peut être chauffé à l'étape IAI pendant au moins une heure à une température qui est comprise entre 1 10° et 150°C. La résine des parois peut donc être organique ou organo-minérale.

Le substrat de base peut être en polyéthylène téréphtalate (PET).

La couche transparente peut être constituée de l'un des seconds matériaux qui ont été cités plus haut. Elle peut posséder une épaisseur qui est comprise entre 50 et 1000 nm (nanomètre), de préférence entre 100 et 500 nm, mesurée perpendiculairement à la surface supérieure du substrat de base. Une telle épaisseur est efficace pour empêcher un contact entre les colorants et le substrat de base.

L'invention propose aussi un composant cellulaire transparent qui permet une vision distincte à travers ce composant, et qui peut être obtenu selon un procédé tel que décrit précédemment. Un tel composant peut comprendre le substrat de base, la couche transparente et le réseau de parois. Il est caractérisé en ce que les parois incorporent des colorants, avec une répartition de ceux-ci à l'intérieur des parois qui correspond à un profil de diffusion à partir d'une surface des parois, et en ce que la couche transparente est dépourvue de colorants. Un tel composant peut former une partie au moins d'un verre de lunettes, d'un verre de masque, d'une lentille optique, d'une visière de casque, d'un hublot d'avion ou d'un vitrage, ou former une partie au moins d'une structure multicouche qui est adaptée pour être appliquée sur un verre de lunettes, un verre de masque, une lentille optique, une visière de casque, un hublot d'avion ou un vitrage.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de mise en œuvre non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe d'un substrat auquel un procédé selon l'invention peut être appliqué ;

- les figures 2a-2c sont des vues en coupe grossies du substrat de la figure 1 , à plusieurs étapes d'un procédé selon l'invention ; et

- la figure 3 illustre une application particulière du substrat des figures précédentes.

Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques.

L'invention est maintenant décrite à titre illustratif dans le cadre d'une application ophtalmique, mais il est entendu qu'elle peut être appliquée à d'autres domaines techniques.

L'invention est particulièrement adaptée pour colorer un composant formant substrat, lorsque ce composant est initialement transparent et doit rester transparent après avoir été coloré. Dans le cadre de la présente invention, on entend par composant transparent un composant optique qui permet à un utilisateur qui est situé d'un côté du composant de voir distinctement, à travers ce composant, des objets qui sont situés d'un autre côté de et à distance du composant. Autrement dit, une image d'un objet est formée sur la rétine de l'utilisateur, par de la lumière qui se propage sur une première distance non-nulle entre l'objet et le composant transparent, puis traverse le composant transparent et se propage sur une seconde distance non-nulle entre le composant transparent et un œil de l'utilisateur. Pour cela, une diffusion et/ou une diffraction lumineuse(s) que provoquerait le composant optique doit (doivent) être suffisamment faible(s), de sorte que l'image d'un point d'objet à travers le composant transparent soit un point d'image et non une tache diffuse dans l'image qui est perçue par l'utilisateur.

Par exemple, le composant transparent auquel l'invention est appliquée peut être un verre de lunettes, ou une structure multicouche qui est destinée à être appliquée sur un tel verre de lunettes.

Conformément à la figure 1 , une telle structure multicouche 10 peut comprendre :

- un film transparent 3 de polyéthylène téréphtalate (PET), de polycarbonate (PC) ou de polyimide, avec une épaisseur de 50 μιτι (micromètre) par exemple, et qui forme un substrat de base de la structure 10 ;

- une couche 2 qui recouvre une surface supérieure du film 3 ; et - un réseau de parois 1 qui est formé sur la couche 2, avec les parois 1 qui s'étendent sensiblement perpendiculairement au film 3.

La couche 2 est de préférence continue et peut être formée sur le film 3 par un procédé de dépôt de couche mince, tel que le dépôt par plasma à basse pression ou le dépôt par plasma assisté RF pour un oxyde. Un procédé de type sol-gel peut être utilisé alternativement lorsque la couche 2 est constituée d'un matériau hybride. La couche 2 peut être en silice (S1O2) par exemple, avec une épaisseur suffisante pour être continue. L'épaisseur de la couche 2 peut être comprise entre 0,1 et 0,5 μιτι.

Les parois 1 peuvent être au moins en partie en un matériau organique, tel qu'une résine, notamment une résine lithographique, avec chacune une hauteur h de 20 μιτι et une épaisseur e qui est supérieure à 0,1 μιτι, de préférence comprise entre 0,5 et 8 μιτι. Deux parois 1 qui sont voisines peuvent être séparées par une distance d qui est comprise entre 50 μιτι et 1 ,5 mm par exemple, parallèlement au film 3. Des grains minéraux, tels que des grains d'un oxyde de métal, peuvent en outre être incorporés dans la résine des parois 1 , de façon à être enrobés par celle-ci. Le matériau résultant qui constitue les parois 1 est alors de nature organo-minérale.

La structure 10 est transparente pour des rayons lumineux qui se propage selon la direction D perpendiculaire au film 3. En particulier, le film 3 et la couche 2 sont individuellement transparents.

La structure 10 possède alors une surface découverte S qui est composée pour partie par les parois 1 et pour partie par la couche 2, entre les parois 1 . Les parois 1 forment donc une première portion de la surface S, notée Si , et la couche 2, pour les parties de celle-ci qui sont découvertes entre les parois 1 , forme une seconde portion de la surface S, notée S2. Le matériau des parois 1 constitue le premier matériau ainsi désigné dans la partie générale de la présente demande de brevet, et le matériau de la couche 2 constitue le second matériau.

Une source de colorants (non représentée) est amenée à proximité de la surface découverte S. Cette source de colorants est adaptée pour libérer des molécules C d'au moins un colorant lorsqu'elle est chauffée. De telles sources de colorants, dites par sublimation, sont bien connues de l'Homme du métier si bien qu'il n'est pas nécessaire d'en répéter le fonctionnement ici. Par exemple, le colorant peut être contenu dans un creuset qui est disposé à proximité de la structure 10, ou peut être une poudre ou un liquide qui est appliqué sur la surface S. De façon générale, l'invention peut être appliquée à un mélange de plusieurs colorants. Dans ce cas, chaque colorant peut être transféré sur la structure 10 de la façon décrite, individuellement à partir d'une source séparée ou à partir d'une source du mélange. Pour raison de clarté, on supposera dans la suite qu'un colorant unique est utilisé.

La source de colorant est chauffée de façon que des molécules du colorant C soient libérées et se déposent sur la surface découverte S de la structure 10. La température et la durée du chauffage de la source du colorant sont choisies pour qu'une quantité suffisante de molécules du colorant C recouvrent la surface S de façon sensiblement continue et uniforme, notamment sur les flancs des parois 1 qui sont perpendiculaires au film 3. Conformément à la figure 2a, des molécules du colorant C sont ainsi déposées à la fois sur la première portion Si et sur la seconde portion S ₂ de la surface S. Par contre, le film 3 n'est pas en contact avec des molécules de colorant C, puisqu'il est recouvert par la couche 2 entre les parois 1 .

La source de colorant C est retirée puis la structure 10 est elle-même chauffée, pour activer une diffusion des molécules du colorant C dans le matériau des parois 1 . La température de la structure 10 chauffée peut être choisie pour ramollir la résine des parois 1 . Toutefois, cette température de chauffage reste assez basse pour ne pas déformer les parois 1 . Par exemple, la structure 10 peut être chauffée jusqu'à une température qui est comprise entre 1 10°C et 150°C. Les molécules de colorant C pénètrent alors à l'intérieur des parois 1 , à partir de leurs flancs et de leurs sommets qui constituent la portion de surface Si .

Le matériau des parois 1 a donc été choisi pour être perméable aux molécules de colorant C, afin de favoriser la diffusion de ces molécules dans les parois 1 . Les parois 1 incorporent alors des molécules du colorant C avec une répartition qui possède un profil d'une diffusion produite à partir des flancs et des sommets de ces parois (figure 2b). Le matériau de la couche 2 a été choisi pour être étanche, ou imperméable, aux molécules du colorant C. Ainsi, les molécules du colorant C qui sont présentes sur la seconde portion de surface S2 restent à l'extérieur de la couche 2 pendant le chauffage de la structure 10, sans pénétrer dans la couche 2. En particulier, le matériau de la couche 2 peut être choisi pour ne pas être ramolli par le chauffage de la structure 10. Pour cela, il présente une température de ramollissement qui est supérieure à celle du matériau des parois 1 . Ainsi, le film 3 reste sans contact avec des molécules du colorant C, bien que le matériau constitutif du film 3 puisse présenter une affinité quelconque vis-à-vis du colorant utilisé. En particulier, des molécules du colorant diffuseraient à l'intérieur du polyéthylène téréphtalate si le film 3 avait été en contact avec des molécules du colorant C. Autrement dit, la couche 2 constitue une barrière de protection efficace du film 3 vis-à-vis des molécules de colorant C. Lors d'une dernière étape qui est illustrée par la figure 2c, la structure

S est rincée avec un solvant des molécules du colorant C. De l'eau peut être utilisée pour ce rinçage, par exemple. Les molécules de colorant C qui sont restées sur la surface découverte S sont ainsi éliminées. De cette façon, toutes les molécules de colorant C qui sont présentes sur la seconde portion de surface S2 sont retirées, de sorte que la structure 10 n'est pas colorée entre les parois 1 . D'éventuelles molécules de colorant C qui seraient restées en excès sur la première portion de surface Si sont retirées simultanément. Par contre, celles des molécules de colorant C qui ont diffusé à l'intérieur du matériau des parois 1 ne sont pas en contact avec le solvant de rinçage, si bien qu'elles colorent les parois 1 de façon permanente. Ainsi, une coloration sélective des parois 1 a été réalisée, par rapport au film 3.

A l'issue du procédé de l'invention, la structure 10 est absorbante pour des rayons lumineux qui traversent les parois 1 , et transparente entre les parois 1 avec un niveau élevé de transmission lumineuse dans la seconde portion de surface S2. En particulier, la transmission lumineuse finale dans cette seconde portion de surface S2 peut être sensiblement égale à la valeur initiale de transmission lumineuse du film 3 recouvert par la couche 2.

Dans une application particulière de la structure 10 colorée comme décrit précédemment, une substance optique transparente peut être introduite ensuite entre les parois 1 , jusqu'aux sommets de ces parois. Puis un film de fermeture transparent 4 peut être appliqué sur la structure 10 comme représenté sur la figure 3, par exemple en étant fixé sur les sommets des parois 1 . La structure 10 est ainsi fermée de façon étanche, et contient la substance optique transparente de façon permanente.

La structure 10 peut ensuite être appliquée sur un verre de lunettes 1 1 , par exemple sur la face optique convexe de ce verre. L'assemblage permet de procurer au verre de lunettes final 100 des fonctions additionnelles qui sont produites par la substance transparente. Par exemple, cette substance peut être photochrome.

Le verre de lunettes 100 est encore transparent pour un rayon lumineux Ri qui le traverse entre deux parois 1 . En effet, le rayon Ri traverse successivement le verre 1 1 , le film 3, la couche 2, une portion de la substance optique qui est contenue entre deux parois 1 , et le film de fermeture 4, qui sont tous transparents avec une valeur élevée de transmission lumineuse.

Par contre, un rayon lumineux F¾ qui traverse le verre 100 en passant dans l'une des parois 1 peut être dévié par diffusion lumineuse, à cause de l'épaisseur e de cette paroi, qui est petite. Il en résulterait une réduction de la transparence du verre 100 au sens qui a été rappelé au début de cette description, procurant une vision brouillée à un utilisateur de ce verre. Mais le matériau de la paroi 1 ayant été coloré, il est absorbant si bien que l'intensité lumineuse qui est associée au rayon diffusé F¾ est basse, voire très basse. Le rayon R ₂ n'intervient donc pas dans l'image d'un objet qui est formée à travers le verre 100.

Grâce au procédé de coloration sélective selon l'invention, le verre de lunettes 100 est encore transparent, sans qu'une partie de la lumière qui est transmise à travers ce verre soit diffusée ni diffractée. Le niveau de voile du verre 100 peut ainsi être inférieur à 1 %. Le verre 100 permet donc une vision distincte pour un utilisateur de ce verre.