FR2983620A1 - Element comprenant au moins deux vitres et des diodes electroluminescentes - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un élément (8), notamment pour façade (4), caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins deux vitres (10,12) en regard l'une de l'autre, dont une vitre avant (10) et une première vitre arrière (12), un élément photovoltaïque (38) étant disposé sur la face arrière (32) de la vitre avant (10), et - au moins un circuit électronique (13) comprenant des diodes électroluminescentes (18) aptes à émettre de la lumière à travers la vitre avant (10), la face arrière (32) de la vitre avant (10) étant exempte d'élément photovoltaïque (38) en regard des diodes (18).

Description

ELEMENT COMPRENANT AU MOINS DEUX VITRES ET DES DIODES ELECTROLUMINESCENTES L'invention concerne les panneaux d'affichage à diodes électroluminescentes, notamment les panneaux de grandes dimensions s'étendant sur tout ou partie de la façade d'un immeuble. Il est connu de former sur la façade d'un immeuble un dispositif d'affichage d'images vidéo dans lequel l'affichage est effectué au moyen de diodes électroluminescentes ou LED. Le dispositif peut avoir de très grandes dimensions jusqu'à couvrir une surface de plusieurs centaines ou de plusieurs milliers de mètres carré. Un tel afficheur présente de nombreux avantages. Tout d'abord, il se trouve intégré dans l'architecture. Ainsi, c'est l'immeuble qui supporte l'afficheur, ce dernier tirant parti de la présence de l'immeuble pour s'étendre sur une grande hauteur. Les diodes consomment relativement peu d'énergie. Elles produisent toutefois une image au contraste prononcé et parfaitement visible même en plein jour et en plein soleil. Les diodes permettent l'affichage d'une succession rapide d'images ou d'un film avec un rendu très satisfaisant. Enfin et surtout, on peut disposer les diodes et le circuit électronique qui les porte sur la façade de l'immeuble sans obstruer cette dernière pour les occupants de l'immeuble. En effet, les diodes peuvent être disposées sur des supports très espacés les uns des autres qui préservent la plus grande partie de la vue pour les occupants et laissent entrer toute la lumière naturelle souhaitée.

Ainsi, il est courant de disposer le circuit à l'intérieur de l'immeuble en regard des vitres formant la façade. L'éclairage émis par les diodes est transmis directement à l'extérieur. L'image ainsi créée est visible pour les personnes se trouvant à l'extérieur de l'immeuble. Dans cette disposition, le circuit électronique portant les diodes se trouve protégé des intempéries et de l'humidité en particulier. La consommation électrique d'un tel dispositif peut être située entre 100 watts et 400 watts par mètre carré et par heure. Bien qu'il soit raisonnable en comparaison avec d'autres modes d'affichage d'images vidéo en grandes dimensions, ce niveau de consommation demeure élevé, de sorte qu'il n'est pas conforme à certaines réglementations et certaines certifications exigées en matière d'architecture, relatives aux économies d'énergie et au respect des ressources durables. Un but de l'invention est donc de proposer un écran qui réponde davantage aux contraintes relatives à la préservation de l'environnement. Le document FR 2 945 659 décrit un élément d'affichage comprenant un circuit électronique comportant des diodes. L'élément d'affichage comprend un support allongé portant le circuit et des cellules photovoltaïques, le circuit et les cellules photovoltaïques s'étendant sur des faces différentes, les faces étant inclinées l'une par rapport à l'autre en formant un angle obtus. Cet élément d'affichage a pour inconvénient que la surface des cellules photovoltaïques est limitée, ainsi que l'énergie qu'elles peuvent produire. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.

L'invention a ainsi pour objet un élément, notamment pour façade, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins deux vitres en regard l'une de l'autre, dont une vitre avant et une première vitre arrière, un élément photovoltaïque étant disposé sur la face arrière de la vitre avant, et - au moins un circuit électronique comprenant des diodes électroluminescentes aptes à émettre de la lumière à travers la vitre avant, la face arrière de la vitre avant étant exempte d'élément photovoltaïque en regard des diodes. Il n'y a pas d'élément photovoltaïque dans les zones de la face arrière de la vitre avant situées en face des diodes électroluminescentes, c'est-à-dire au-devant des diodes électroluminescentes, afin de permettre le passage de la lumière émise par celles-ci. De cette manière, la lumière émise par les diodes est intégralement perceptible de l'extérieur. Ainsi, lorsqu'on regarde la façade de l'extérieur, on perçoit les diodes sans diminution sensible de la lumière émise. L'élément photovoltaïque est disposé sur tout ou partie du reste de la face arrière de la vitre avant, ce qui permet de collecter le maximum de lumière et d'optimiser l'énergie électrique produite.

L'élément photovoltaïque peut être un matériau photovoltaïque, des cellules photovoltaïques. L'élément photovoltaïque peut être une couche de silicium amorphe photovoltaïque.

L'électricité produite par l'élément photovoltaïque peut être récupérée par des collecteurs. Chaque circuit électronique peut être disposé entre la vitre avant et la première vitre arrière. L'élément peut comprendre au moins trois vitres en regard les unes 10 des autres, dont une deuxième vitre arrière située derrière la première vitre arrière. Dans ce cas, chaque circuit électronique peut être disposé entre la vitre avant et la première vitre arrière ou entre la première vitre arrière et la deuxième vitre arrière. 15 Au moins certaines des diodes peuvent être disposées de sorte qu'une direction principale d'émission de lumière par chaque diode est localement perpendiculaire à un plan de la vitre avant. Ce mode de réalisation est adapté pour faire de l'élément un dispositif d'affichage d'une image telle qu'une image animée provenant d'un signal vidéo. 20 L'invention a également pour objet un dispositif, notamment d'affichage, qui comprend plusieurs éléments selon l'invention. L'invention a également pour objet une paroi d'édifice, notamment une façade, qui comprend au moins un tel dispositif d'affichage. On prévoit également selon l'invention un édifice qui comprend au 25 moins une telle paroi. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif d'un procédé selon l'invention, la description étant faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 30 - la figure 1 est une vue en perspective d'un immeuble dans son environnement et dont la façade comprend un dispositif d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue montrant une partie de cette façade telle qu'observée depuis l'intérieur de l'immeuble de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe suivant un plan vertical de la façade de l'immeuble de la figure 1, - la figure 4 est une vue à plus grande échelle du détail D de la façade de la figure 3, - la figure 5 est une vue partielle en perspective d'un circuit électronique de la façade de la figure 3, - les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 4 présentant 10 deux autres modes de réalisation, et - la figure 8 est un diagramme illustrant le dispositif d'affichage. Il va être décrit, en référence aux figures 1 à 5, un premier mode de réalisation de l'invention. L'immeuble 2 illustré sur la figure 1 présente sur ses côtés respectifs 15 plusieurs façades qui sont ici au nombre de quatre. L'une d'elles, la façade 4, est une façade selon l'invention dans la mesure où elle comprend un dispositif d'affichage d'images vidéo. Ce dispositif 6 est visible notamment sur les figures 2 à 4. La façade comprend plusieurs éléments de construction qui sont ici 20 formés par des fenêtres 8. Ces fenêtres 8 s'étendent de haut en bas suivant la hauteur de la façade du bâtiment et d'un côté à l'autre de la façade suivant sa largeur. Les fenêtres 8 s'étendent dans le prolongement les unes des autres dans les deux directions et par exemple dans le même plan pour la plupart d'entre elles, voire pour toutes si la façade est plane. Chaque fenêtre 8 25 comprend deux vitres 10,12, notamment visibles à la figure 4. Par "vitre", on entend en l'espèce un panneau transparent réalisé en verre organique ou minéral. Mais on pourra réaliser une telle vitre dans un matériau autre que du verre et par exemple en une matière synthétique telle qu'une matière plastique. 30 Les deux vitres 10,12 sont planes et identiques entre elles. Elles s'étendent chacune dans un plan vertical, en regard l'une de l'autre, parallèlement l'une à l'autre et à distance l'une de l'autre. Leurs contours sont en coïncidence. Les vitres ont ici une forme rectangulaire comme illustré à la figure 2. La façade 4 peut présenter des fenêtres 8 d'au moins deux types ayant notamment des dimensions différentes. Ainsi, dans le présent exemple, la façade est formée géométriquement par la reproduction d'une maille rectangulaire comprenant en partie haute une fenêtre de faible hauteur et en 5 partie basse une fenêtre de grande hauteur. Les deux fenêtres de la maille ont même largeur qui est en l'espèce d'environ 2 mètres. La hauteur de la petite fenêtre est en l'espèce de 1,05 mètre tandis que la hauteur de la grande fenêtre est en l'espèce de 3,05 mètres. La hauteur totale de la maille est de 4,10 mètres dans le présent exemple. Ces dimensions ne sont données qu'à 10 titre d'exemple et ne sont pas limitatives. Entre les deux vitres 10,12 de chaque fenêtre 8 s'étend un circuit électronique 13 comprenant des unités telles que l'unité 14 illustrée en partie à la figure 5. Ces unités ont dans le présent exemple la forme de barres rectilignes allongées identiques entre elles. Les barres 14 sont ici disposées 15 horizontalement dans un même plan vertical, en étant toutes parallèles les unes aux autres et à distance les unes des autres. On observera que les barres, telles qu'elles apparaissent dans la zone visible de la fenêtre comme montré à la figure 2 (c'est-à-dire en regard de la partie visible des vitres), sont dépourvues entre elles de toute liaison ou connexion électrique ou 20 électronique dans cette zone visible. Le circuit électronique 13 associé à chaque fenêtre 8 comprend un organe connectant entre elles les barres 14 et qui se trouve logé dans une partie de la fenêtre dissimulée à la vue. Pour chaque paire de barres 14 consécutives dans la succession, l'espace délimité entre ces deux barres est donc laissé entièrement libre. Il n'est délimité à ses 25 extrémités que par les montants 16 de la fenêtre. Chaque barre 14 comprend des diodes identiques 18 et régulièrement espacées les unes des autres. Dans le présent exemple, l'entre-axe e, désignant la distance entre les axes des diodes successives, est de 5 centimètres. On choisira de préférence cet espacement de sorte qu'il soit 30 grand par comparaison avec les dimensions propres des diodes. Ainsi, si le diamètre de chaque diode est inférieur à 1 centimètre, on voit que cet entraxe est égal à cinq fois le diamètre des diodes. On pourra choisir librement la valeur de l'entre-axe (pixel pitch en langue anglaise) en fonction des circonstances (notamment en fonction de l'orientation de la façade par rapport au soleil), sachant que plus les diodes sont proches les unes des autres, plus la luminosité du dispositif augmente. La barre 14 comprend un support 20 ou substrat auquel les diodes sont fixées. Le support 20 est dans le présent exemple semi-transparent. Chaque barre 14 porte également des composants électroniques 22,24 connus en eux-mêmes et qui servent à l'affichage de l'image par les diodes 18. Ces composants comprennent notamment des processeurs formant des pilotes 22. Chaque pilote est apte à commander plusieurs diodes 18 indépendamment les unes des autres pour afficher avec l'élément 8 une portion d'une image animée. Comme on le voit notamment sur les figures 5 et 6, les diodes forment donc un réseau de pixels et vont chacune constituer un des éléments de l'image à afficher. De préférence, les diodes sont de type SMD (surface mount device en langue anglaise). Chaque diode est surmontée d'un organe optique primaire de type lentille qui permet de diriger la lumière émise par la diode vers les zones privilégiées pour la vision de l'écran. En l'espèce, il s'agit d'envoyer la lumière dans des directions opposées à celle de l'immeuble et aussi de ne pas envoyer la lumière vers le ciel. On peut prévoir de remplacer chaque diode 18 par un ensemble de trois diodes, ou plus, aptes à émettre des faisceaux de couleurs respectives rouge, vert et bleu. Le faisceau global produit par ce groupe peut donc prendre sur commande des couleurs variées suivant la commande envoyée à chacune des trois diodes. Il s'agit d'un affichage de type RGB (rouge, vert et bleu). Chacune des barres 14 peut donc émettre plusieurs faisceaux lumineux de différentes couleurs. Le circuit 13 peut incorporer une couche d'un matériau transparent qui est en l'espèce du silicone souple, dont la fonction est d'éviter les ponts thermiques entre les deux vitres 10,12. Cette couche de protection s'étend du côté du circuit opposé au support 20. Elle s'étend donc du côté externe par référence à la position du circuit lorsqu'il est en place sur la façade. On distingue, notamment sur la figure 4, la face avant 31 de la vitre avant 10, la face arrière 32 de la vitre avant 10, la face avant 33 de la vitre arrière 12 et la face arrière 34 de la vite arrière 12. Les barres 14 sont logées dans une chambre fermée étanche 36 délimitée entre les faces 32 et 33, les vitres 10 et 12 formant un double vitrage. La face arrière 32 de la vitre avant 10 est recouverte sur certaines zones d'un élément photovoltaïque 38. L'élément photovoltaïque 38 est 5 avantageusement un matériau photovoltaïque. Le matériau photovoltaïque peut être une couche de silicium amorphe avec des propriétés photovoltaïques. Dans cette configuration, le nombre de Kw/h nécessaires au fonctionnement de l'écran LEds fonctionnant en mode vidéo est du même 10 ordre que le nombre de Kw/h produits par le verre muni d'une couche de silicium amorphe photovoltaïque, d'où le résultat d'une consommation « zero » ou écran autoalimenté. La couche de silicium amorphe photovoltaïque appliquée sur du verre offre un degré de transparence compris entre 10 et 30 % suivant l'épaisseur 15 de la couche et sa couleur. La couche s'applique comme un vernis. Le matériau photovoltaïque 38 peut s'étendre sur toute la face 32 sauf sur des zones délimitées en regard des diodes 18. Chacune de ces dernières est disposée de façon à produire un faisceau lumineux 40 dont l'axe principal est perpendiculaire aux faces 31 et 32. Le 20 faisceau 40 émis par la diode entre donc dans la vitre avant 10 par sa face arrière 32, en traverse l'épaisseur et en ressort par sa face avant 31 pour être diffusé à l'extérieur de l'élément et de l'immeuble. Compte tenu de l'absence de matériau 38 au droit de la diode, le faisceau ne traverse pas le matériau. En revanche, une partie des rayons du soleil 42 venant frapper l'élément 25 pénètrent dans ce dernier par la face 31 de la vitre avant 10 et sont réfléchis sur sa face 32 et renvoyés vers l'extérieur compte tenu de la présence du matériau 38. Compte tenu du filtrage et de la réflexion effectués par le matériau 38, le rayonnement solaire n'entraîne pas une forte montée en température dans la chambre 36. 30 La vitre arrière 12 permet d'empêcher au moins en partie l'entrée dans l'immeuble de rayonnements parasites provenant des diodes 18, renvoyés vers l'intérieur de l'immeuble par la face 32 et susceptibles sinon de gêner les occupants de l'immeuble.

Un autre mode de réalisation est illustré à la figure 6. L'élément 8 est identique à celui de la figure 4 à ceci près qu'il comprend une vitre plane supplémentaire 15 s'étendant en l'espèce derrière la vitre arrière 12. La vitre 10 constitue toujours la vitre avant, la vitre 15 constitue la deuxième 5 vitre arrière et la vitre 12, interposée entre les deux précédentes, constitue la première vitre arrière. La deuxième vitre arrière 15 délimite avec la première vitre arrière 12 une chambre arrière 37, la chambre 36 formant une chambre avant et recevant, comme précédemment, les circuits 13 portant les diodes. Il s'agit ici d'un élément formant un triple vitrage, les deux chambres 36 et 37 10 étant fermées et étanches. La deuxième vitre arrière 15 permet elle aussi d'empêcher au moins en partie l'entrée dans l'immeuble de rayonnements parasites provenant des diodes 18, renvoyés vers l'intérieur de l'immeuble par la face 32 et susceptibles sinon de gêner les occupants de l'immeuble. Elle assiste dans 15 cette fonction la première vitre arrière 12 qui pourrait dans certains cas remplir ce rôle de façon insuffisante. Dans un autre mode de réalisation illustré à la figure 7, l'élément 8 est identique à celui de la figure 6 à ceci près que les barres 14 portant les diodes s'étendent cette fois dans la chambre arrière 37 et non plus dans la chambre 20 avant 36. Le faisceau lumineux 40 émis par chaque diode traverse donc cette fois dans l'ordre : - une partie de la chambre arrière 37, - la face arrière 34 de la première vitre arrière 12, - l'épaisseur de cette dernière, 25 - la face avant 33 de la première vitre arrière 12, - la chambre 36, - la face arrière 32 de la vitre avant 10, - l'épaisseur de cette dernière, et - la face avant 31 de la vitre avant 10 par laquelle il sort de l'élément 30 pour être diffusé à l'extérieur de l'édifice. Ici encore, le matériau 38 ne s'étend pas au droit des diodes afin de ne pas perturber la diffusion de leur faisceau.

Pour améliorer la pénétration du faisceau 40 dans la vitre, on peut prévoir sur la face d'entrée, en plus du revêtement 38, un traitement et/ou une couche de matériau formant un autre revêtement et favorisant l'entrée de la lumière dans la vitre. On peut par exemple prévoir ce matériau sous la forme d'un film appliqué contre la face 32 de la vitre avant 10. Il s'agit par exemple d'un film de la société 3M appelé " 3M(TM) Scotchcal(TM) Transparence série 3630 ". On peut aussi prévoir de mettre en place un tel matériau par sérigraphie ou encore sous forme liquide sur la face 32. Ce mode de réalisation vise non pas l'affichage d'une portion d'image 10 par l'élément 8 mais l'illumination du bâtiment par la diffusion indirecte de la lumière de diodes sous la forme d'un halo par exemple. Comme illustré à la figure 3, le bord inférieur et le bord supérieur de chaque fenêtre 8 s'étendent en l'espèce au niveau d'un étage ou d'un niveau 52 du bâtiment 2. Ce niveau est formé ici par une couche de structure, 15 par exemple en béton. Les fenêtres sont portées à leur bord inférieur et à leur bord supérieur par un couple de profilés 56 fixés rigidement l'un à l'autre, supportant par leur bord avant les deux fenêtres consécutives dans la succession suivant la hauteur du bâtiment, et reliés par leur bord arrière au niveau 52.

20 Chaque fenêtre 8 peut comprendre en périphérie un séparateur ou entretoise 48 conférant en écartement constant entre les faces 32 et 33 des vitres tout autour de la fenêtre. Un matériau d'étanchéité tel qu'une colle à base de silicone forme un joint 50 le long du bord des deux vitres, entre celles-ci, pour rendre étanche la chambre fermée 36.

25 Tel qu'illustré à la figure 8, le courant électrique produit par la couche de matériau photovoltaïque est récupéré par des batteries 5 destinées à stocker l'électricité et peut être utilisé dans l'état (courant continu) pour alimenter l'écran ou être transformé en courant alternatif à l'aide d'un convertisseur 7. Cette électricité est ensuite utilisée pour alimenter les 30 composés de l'écran, ou bien pour un autre usage (éclairage, climatisation, envoi dans le réseau). On peut prévoir qu'une partie de cette énergie au moins est stockée dans une batterie pour servir ultérieurement à l'affichage de l'image. On peut par exemple prévoir que dans la journée l'écran est éteint et emmagasine de l'énergie dans la batterie, puis est allumé la nuit et fonctionne au moyen de l'énergie fournie par la batterie. L'élément de base 8 servant à constituer le dispositif pourra être une baie vitrée, une porte-fenêtre ou une vitrine. Il pourra s'agir d'un élément de toiture. La paroi pourra être une façade externe, ou une façade ou paroi interne ouvrant par exemple sur un patio. L'élément 8 pourra servir d'élément d'aménagement intérieur ou de décoration. On pourra envisager d'utiliser l'invention indépendamment de la 10 présence d'un édifice. L'invention est applicable aux bâtiments érigés sur le sol, ainsi qu'aux engins et véhicules.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Elément (8), notamment pour façade (4), caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins deux vitres (10,12) en regard l'une de l'autre, dont une vitre avant (10) et une première vitre arrière (12), un élément photovoltaïque (38) étant disposé sur la face arrière (32) de la vitre avant (10), et - au moins un circuit électronique (13) comprenant des diodes électroluminescentes (18) aptes à émettre de la lumière à travers la vitre avant (10), la face arrière (32) de la vitre avant (10) étant exempte d'élément photovoltaïque (38) en regard des diodes (18).
2. 2. Elément (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément photovoltaïque (38) est un matériau photovoltaïque ou des cellules photovoltaïques.
3. 3. Elément (8) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément photovoltaïque (38) est une couche de silicium amorphe photovoltaïque.
4. 4. Elément (8) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électricité produite par l'élément photovoltaïque (38) est récupérée par des collecteurs.
5. 5. Elément (8) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque circuit électronique (13) est disposé entre la vitre avant (10) et la première vitre arrière (12).
6. 6. Elément (8) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois vitres (10,12,15) en regard les unes des autres, dont une deuxième vitre arrière (15) située derrière la première vitre arrière (12).
7. 7. Elément (8) selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque circuit électronique (13) est disposé entre la première vitre arrière (12) et la deuxième vitre arrière (15).
8. 8. Elément (8) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins certaines des diodes (18) sont disposées de sorte qu'une direction principale d'émission de lumière (40) par chaque diode (18) est localement perpendiculaire à un plan de la vitre avant (10).
9. 9. Dispositif (6), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs éléments (8) selon l'une des revendications 1 à 8.
10. 10. Paroi d'édifice (2), notamment façade (4), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif (6) selon la revendication (9).