ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к светодиодным отображающим и осветительным устройствам, выполненным в виде гибкой тонкопленочной конструкции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Технологии отображения на основе светодиодов (LED, Light Emitting Diode) стали появляться в последнее время во множестве различных областей применения. Обычно светодиоды используются в плоских панельных дисплеях, в которых эти светодиоды выполнены в виде матрицы с целью создания пикселей для отображения визуальной информации. Светодиодные дисплеи в настоящее время особенно широко используются в уличных указателях и информационных табло, а также, например, в качестве информационных указателей в общественном транспорте. RGB-светодиоды могут использоваться для создания цветов визуального изображения.
Органические светодиоды (organic light emitting diode, OLED) также применялись, например, в мониторах и ТВ-экранах. Технология органических светодиодов основана на излучающем электролюминесцентном слое, изготовленном из органического соединения, которое способно излучать свет в соответствии с подаваемым электрическим током. Электроды, которые соединены с органическим слоем, могут быть прозрачными.
В публикации WO 2011/046961 (BML Productions Inc.) раскрыт герметизированный дисплей на органических светодиодах, который может быть размещен под поверхностью слоя льда. Отображающий слой размещен непосредственно подо льдом на верхней поверхности охлаждаемого бетонного слоя, который, в свою очередь, может быть снабжен трубами с целью охлаждения этого слоя. Охлаждаемый слой отделен от более теплых слоев основы посредством изоляционного слоя. Некоторые части дисплеев могут быть выполнены вместе в виде решетчатой конструкции, т.е. в матричной форме.
В публикации WO 2015/092140 (Flexbright Oy) раскрыта осветительная конструкция, которая выполнена в виде гибкой свертываемой в рулон тонкой пленки. Она содержит полимерный слой, другая сторона которого содержит структурированный слой (электронную схему), являющийся электропроводным и гибким. Данная конструкция содержит отверстие под светодиодный перевернутый чип, который, в свою очередь, соединен со структурированным слоем через контактные области. На верхней поверхности светодиодов и полимерного слоя выполнен гибкий экранирующий слой. Как указано, толщина полимерного слоя составляет менее чем 100 микрометров. Пленочный источник света изготовлен способом «с рулона на рулон».
В публикации US 2013/0074538 (Forsberg) раскрыт панельный светодиодный дисплей, который может быть размещен под поверхностью льда на катке. Светодиоды размещены в закрытых полостях панели, и применено охлаждающее устройство, которое осуществляет циркуляцию хладагента через указанные закрытые полости с целью отвода тепла, генерируемого указанными светодиодами. Указанная панель Forsberg представляет собой жесткую и прочную панель, и предпочтительным материалом для этой панели является акриловый лист, изготовленный из полиметилметакрилатного (PMMA) полимера.
Проблема уровня техники состоит в том, что имеющиеся технические решения экранов представляют собой, главным образом, жесткие плоские панели, которые могут быть закреплены лишь на стенах или размещены на опоре на поверхности. Это приводит к ситуации, когда места размещения и области применения этих устройств ограничены. Гибкость имеющихся технических решений не всегда является высокой или даже вообще отсутствует. Кроме того, масштабируемость в отношении заданного разрешения светодиодов и прозрачность также представляют собой проблемы, которые в прошлом решались не слишком удачно. К тому же имеющиеся способы изготовления являются не очень экономичными. В некоторых технических решениях проблема состоит в теплопроводности.
Раскрытие сущности изобретения
В настоящем изобретении предложена конструкция светодиодного экранного или осветительного модуля на основе слоистой и гибкой тонкой пленки. Основное отличие состоит в структурных элементах модулей, образующих устройство, и в способе изготовления такого устройства, а не в полностью работоспособном светодиодном экране со всеми необходимыми средствами управления.
Идея изобретения охватывает различные варианты осуществления конструкции экранного или осветительного модуля, а также принципы соединения между модулями и соответствующий способ изготовления таких конструкций экранного или осветительного модуля и, следовательно, также и конечный экран или осветительное устройство. Помимо этого, при практическом осуществлении способа изготовления могут использоваться компьютерная программа или несколько компьютерных программ.
Кроме того, идея настоящего изобретения охватывает различные варианты использования экранных конструкций и осветительных модулей в контексте разных монтажных платформ и областей применения.
Согласно сущности, в настоящем изобретении раскрыто экранное или осветительное устройство, которое содержит:
- по меньшей мере один модуль, причем каждый модуль содержит слоистую конструкцию по меньшей мере из одного слоя, при этом по меньшей мере один слой по меньшей мере частично изготовлен из полимера;
- при этом слоистая конструкция содержит светодиодную слоистую конструкцию по меньшей мере из одного светодиодного слоя, содержащего множество светодиодов, причем каждый отдельный светодиодный слой содержит электропроводящие структуры, с которыми электрически соединены светодиоды, при этом если по меньшей мере один модуль содержит по меньшей мере два слоя,
- указанные слои уложены друг на друга в каждом модуле с образованием слоистой конструкции в по меньшей мере одном модуле; а если выполнены по меньшей мере два модуля, то
- указанные по меньшей мере два модуля соединены друг с другом с образованием указанного устройства.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения слоистая конструкция по существу является по меньшей мере частично гибкой.
В одном варианте осуществления слоистая конструкция по существу является по меньшей мере частично прозрачной.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, когда устройство образовано в плоском виде, первая часть светодиодов направлена в первом направлении обзора, а вторая часть светодиодов направлена во втором направлении обзора, противоположном первому направлению, и в результате обеспечено двухстороннее отображающее или осветительное устройство.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство также содержит множество отверстий, выполненных по меньшей мере в одном слое для увеличения прозрачности устройства и/или для обеспечения полостей для светодиодов смежного слоя.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения функциональность каждого отдельного слоя выбирают из следующей группы: светодиодный слой, слой панели солнечной батареи, слой с электропроводящей структурой, батарейный слой, пленочный слой с отверстиями, слой для физической поддержки, защитный слой, теплопроводный слой, теплоизоляционный слой, рассеивающий слой, отражающий слой, электролюминесцентный излучающий слой или слой и датчиками, содержащий по меньшей мере один специализированный датчик.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство также содержит множество модулей, расположенных смежно друг с другом встык или скрепленных между собой соединительными средствами.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения защитный слой или средства также содержат защитные полимерные полосы пленки, размещенные смежно друг с другом, или слой пленки по меньшей мере на части области поверхности устройства, или одну защитную полосу, размещенную на верхней поверхности шва между двумя смежными модулями устройства, или материал, напыленный по меньшей мере на часть области поверхности устройства, или полимерный материал, который выполнен методом литья под давлением по меньшей мере на части области поверхности устройства.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство также содержит рамочную конструкцию, к которой прикреплен указанный по меньшей мере один модуль и которая содержит электропроводящие провода, соединяемые с выбранными местами модулей посредством соединительных средств.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения выбранные слои отдельного модуля и/или выбранные слои смежных модулей скреплены и/или электрически соединены соединительными средствами, изготовленными из электропроводного материала.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения электропроводящая структура указанного выбранного слоя электрически соединена с соединительными средствами посредством соединения крепежных средств при нахождении указанных соединительных средств на своем месте, причем соединительные средства являются проводящими, а соединительные крепежные средства представляют собой дополнительный участок электропроводного провода, присоединенный прессованием к соединительным средствам, и/или проводящий адгезив, размещенный вокруг соединительных средств.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство содержит:
- одну или две светодиодных слоистых конструкций,
- один или два слоя панели солнечной батареи и
- по меньшей мере один батарейный слой,
- расположенные в таком порядке, при котором обеспечена возможность сбора световой энергии слоем или слоями панели солнечной батареи либо непосредственно в качестве самого внешнего слоя, либо через по меньшей мере частично прозрачные слои экранного или осветительного устройства, в результате чего обеспечено одно- или двухстороннее экранное или осветительное устройство.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения светодиодная слоистая конструкция объединена с другой светодиодной слоистой конструкцией, которая перед объединением перевернута на 180 градусов с получением двухстороннего светодиодного экранного или осветительного устройства.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство также содержит средства беспроводной связи.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство также содержит средства связи Интернета вещей.
Согласно второму патентоспособному аспекту настоящего изобретения, раскрыт способ изготовления экранного или осветительного устройства. Способ изготовления включает этапы, на которых:
- изготавливают по меньшей мере один светодиодный слой, причем каждый светодиодный слой содержит множество светодиодов, и по меньшей мере один светодиодный слой по меньшей мере частично изготовлен из полимера,
- при этом каждый отдельный светодиодный слой содержит электропроводящие структуры, с которыми электрически соединены светодиоды;
- выполняют слоистую конструкцию для отдельного модуля путем послойного наложения по меньшей мере одного светодиодного слоя и возможных других слоёв в необходимом порядке и повторяют указанный этап выполнения в случае, если необходимо множество модулей; и в случае выполнения по меньшей мере двух модулей,
- соединяют друг с другом указанные по меньшей мере два модуля с образованием устройства.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения этапы печати электропроводящих структур и сборки компонентов выполняют способом «с рулона на рулон».
В одном варианте осуществления способа изготовления выполняют послойное наложение слоев друг на друга, причем каждый светодиод светодиодного слоя размещают в соответствующем отверстии следующего слоя, или наоборот.
В одном варианте осуществления способа изготовления размещают или напыляют или выполняют литьем под давлением защитный слой по меньшей мере на части области поверхности устройства .
В одном варианте осуществления способа изготовления послойным наложением выполняют первую слоистую конструкцию с получением первого устройства с односторонним обзором, имеющего по меньшей мере один светодиодный слой; послойным наложением выполняют вторую слоистую конструкцию с получением второго устройства с односторонним обзором, имеющего по меньшей мере один светодиодный слой, переворачивают вторую слоистую конструкцию на 180 градусов и скрепляют первую слоистую конструкцию с перевернутой второй слоистой конструкцией с получением устройства с двухсторонним обзором.
В одном варианте осуществления способа изготовления послойно накладывают друг на друга четыре светодиодных слоя, в каждом из которых обеспечивают первое расстояние между светодиодами в обоих направлениях Х и Y на поверхности светодиодного слоя друг над другом таким образом, что первый и второй светодиодные слои смещены в направлении Х и третий и четвертый светодиодные слои смещены в направлении Х, и послойно накладывают друг на друга указанные две пары светодиодных слоев со смещением в направлении Y, в результате чего получают светодиодную слоистую конструкцию, в которой расстояние между светодиодами в обоих направлениях Х и Y на поверхности светодиодной слоистой конструкции составляет половину указанного первого расстояния.
В одном варианте осуществления способа изготовления послойно накладывают множество светодиодных слоев, причем светодиоды (52) каждого из светодиодных слоев (51а-е) имеют одинаковое распределение, и при послойном наложении со смещением указанных светодиодных слоев получают светодиодную слоистую конструкцию, в которой светодиоды имеют одинаковое распределение в направлениях Х и Y на поверхности светодиодной слоистой конструкции.
В одном варианте осуществления способа изготовления выбирают возможные другие слои из следующей группы: слой панели солнечной батареи, слой с электропроводящей структурой, батарейный слой, пленочный слой с отверстиями, слой для физической поддержки, защитный слой, теплопроводный слой, теплоизоляционный слой, рассеивающий слой, отражающий слой, электролюминесцентный излучающий слой или слой датчиков, содержащий по меньшей мере один специализированный датчик.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На ФИГ. 1 показана модульная конструкция светодиодного тонкопленочного экрана;
на ФИГ. 2 показан принцип построения модулей указанного светодиодного экрана;
на ФИГ. 3 показана конструкция, содержащая защитные полосы пленки;
на ФИГ. 4а показана последовательность создания четырехслойной конструкции из пленок, содержащих светодиоды;
на ФИГ. 4b показан вид в поперечном сечении двух смежных столбцов светодиодов с отверстиями в четырехслойной конструкции по ФИГ. 4а;
на ФИГ. 4с показан пример конструкции из трех наложенных слоев, в которой каждый отдельный слой содержит светодиоды одного цвета, для формирования одного RGB-пикселя;
на ФИГ. 5а на виде сбоку показана пятислойная конструкция для создания светодиодного экрана с высоким разрешением;
на ФИГ. 5b показан многослойный светодиодный экран по ФИГ. 5а на виде сверху, с видимыми светодиодными пятнами;
на ФИГ. 6а показано точечное отверстие под штифт в одном слое, оснащенном электрическим соединительным проводом;
на ФИГ. 6b показан принцип соединения для четырехслойной конструкции;
на ФИГ. 6с показано поперечное сечение соединенных с помощью штифтов экранных модулей с межслойными соединениями между двумя разными слоями двух смежных экранных модулей;
на ФИГ. 6d показан пример соединения одного модуля, имеющего четырехслойную конструкцию, с рамкой с помощью множества штифтов;
на ФИГ. 6е показан пример соединения двух смежных модулей, имеющих четырехслойную конструкцию, с рамкой с помощью множества штифтов;
на ФИГ. 6f показаны примеры соединения двух модулей с помощью штифта, ответной части и адгезивного клея;
на ФИГ. 7 показан вариант выполнения печатной структуры на слоистой конструкции, с указанием мест расположения штифтов вдоль электропроводящих структур;
на ФИГ. 8а показан пример трехслойной экранной конструкции;
на ФИГ. 8b показан пример шестислойной экранной конструкции;
на ФИГ. 8с показан еще один пример трехслойной экранной конструкции;
на ФИГ. 8d показан вариант осуществления двухсторонней экранной и осветительной конструкции с отверстиями и направлениями обзора, ориентированными в две противоположные стороны от тонкопленочной экранной конструкции; и
на ФИГ. 8е показан вариант осуществления двухсторонней экранной и осветительной конструкции с двумя 4-слойными конструкциями, размещенными своими задними поверхностями друг к другу.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение охватывает слоистые и гибкие конструкции светодиодных экранных и осветительных устройств на тонкопленочной основе для отображения полноцветных или черно-белых неподвижных изображений или видео с целью визуального представления информации, или для осветительных целей. Устройство содержит по меньшей мере один модуль, причем каждый модуль содержит по меньшей мере один слой, при этом разные слои могут иметь разные функции. Далее по тексту при упоминании «экранной конструкции» подразумевается, что она относится как к отображающим устройствам, так и к осветительным устройствам. Экранная конструкция может содержать светодиодный слой, содержащий множество светодиодов, и необходимую электрическую схему, а именно электропроводящие структуры с контактными областями для компонентов. В случае если конструкция содержит несколько светодиодных слоев, соответствующая конструкция именуется светодиодной слоистой конструкцией. Аналогичным образом. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения конструкция может содержать средства сбора электрической энергии, например такие, как панель солнечной батареи, и средства запаса электрической энергии, такие как по меньшей мере один аккумуляторный модуль или батарея. Все эти функции могут быть осуществлены путем придания соответствующей единственной основной функции каждому соответствующему слою, например батарея может быть выполнена посредством одного или более батарейных слоев в указанной слоистой конструкции. В случае, если конструкция содержит несколько батарейных слоев, соответствующая конструкция именуется батарейной слоистой конструкцией. Батарея или батареи предпочтительно могут представлять собой перезаряжаемые батареи, которые могут использоваться, например, для накопления солнечной энергии. В качестве альтернативы, вместо батарейного слоя (конструкции) могут использоваться внешние батарейные средства. Отдельный электропроводящий слой может быть выполнен структурированным для создания проводников электрической схемы, которая обеспечивает возможность управления экранным или осветительным устройством. Например, электрическая схема подает входной электрический ток питания для светодиодов и сигнал управления, используемый для возбуждения светодиодов с целью создания нужного изображения. Наличие светодиодов различных типов подразумевает, что для выбранных светодиодов выбираются надлежащие схемы разводки электрических проводников. Разумеется, разные слои требуют также соответствующих специализированных электрических схем. Согласно настоящему изобретению, электрический источник питания может быть обеспечен путем подачи тока сети на светодиодный экран. Еще в одном варианте осуществления экранная конструкция имеет независимые средства для обеспечения электрического источника питания, например, с помощью слоя панели солнечной батареи, проходящего вдоль конструкции. Некоторые или все указанные функциональные части могут быть реализованы в виде слоистого элемента или путем присоединения или добавления элементов или материалов к слою, причем отдельный слой может быть изготовлен тонким, прозрачным и гибким, поверхностные каждого отдельного слоя являются свободно масштабируемыми и их можно произвольно выбирать в соответствии с областью применения.
Согласно настоящему изобретению, используемые в конструкции светодиоды представляют собой неорганические светодиодные компоненты. Кроме того, используемые светодиоды могут представлять собой инкапсулированные одно- или многоцветные светодиодные компоненты для поверхностного монтажа или, в качестве альтернативы, могут использоваться бескорпусные светодиодные чипы.
Экранная конструкция содержит по меньшей мере один слой, изготовленный из полимера, такого как пластмасса, или из нескольких разных полимеров. Далее по тексту, если в качестве примера раскрыта пластмасса, полимерный материал обычно подразумевает его использование в качестве материала основы для одного слоя. Пластмассовые слои могут быть выполнены, например, из полиимида, полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата, поликарбоната или жидкокристаллического полимера. Указанная электрическая схема может быть выполнена в виде сплошных схемных структур на верхней и/или нижней поверхности пластмассового слоя методами травления и переводной печати, с использованием комбинации испарения и электролитического осаждения, путем формирования рисунка посредством механической машинной обработки и лазерной абляции, или путем печати по меньшей мере одной печатаемой проводящей краски. В дополнение к традиционным проводящим материалам, таким как медь или серебро, для электропроводящих структур могут использоваться другие проводящие материалы, такие как ITO (оксид индия и олова) или GraphExeter. Полимерные материалы сами по себе имеют много преимуществ, поскольку они являются легкими, их можно изготавливать в виде тонких элементов, они способны к сгибанию и даже скручиванию в разных конфигурациях, и их можно без поломки размещать на или внутри физической конструкции, выполненной в специальной конфигурации. Кроме того, многие пластмассовые материалы является также прозрачными по отношению к видимому свету, что обеспечивает возможность распространения света, излучаемого светодиодами, без слишком сильного затухания. В результате вся конструкция может быть изготовлена до определенной степени прозрачной, что является полезным во многих вариантах осуществления.
В одном варианте осуществления пластмассовый слой может быть оснащен мелкими сквозными отверстиями, причем диаметр отверстий и их плотность (количество отверстий на единицу площади поверхности) могут выбираться произвольно. Благодаря использованию отверстий, улучшается прозрачность по отношению к видимому свету, а также обеспечивается возможность проникновения воздуха и воды через пластмассовый слой, если это является необходимым признаком экранной конструкции. Кроме того, в преимущественном варианте осуществления размер и форму отверстий внутри пластмассового слоя выбирают таким образом, чтобы они соответствовали светодиодам смежно размещаемого слоя. Это означает, что светодиоды следующего слоя будут входить внутрь отверстий данного слоя, в результате чего будет обеспечена ровная и гладкая плоская конструкция. Таким образом, в данном варианте осуществления количество и плотность отверстий в поверхности по меньшей мере равны количеству и плотности светодиодов в каждом отдельном слое. Если слои накладываются друг на друга, то могут быть образованы отверстия во всех других слоях в местах расположения светодиодов в каждом отдельном слое, в результате чего будет обеспечена хорошая заметность светодиодов через слоистую конструкцию даже при большем количестве слоев.
В случае если в качестве платформы для светодиодов используется простая однослойная конструкция, нет необходимости во включении каких-либо отверстий ввиду отсутствия каких-либо смежных слоев. Тем не менее, в случае использования отверстий в однослойной конструкции улучшается, например, ее прозрачность.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения речь идет о состоящей из модулей светодиодной экранной конструкции по ФИГ. 1. На фигуре показан светодиодный экран 10, содержащий множество экранных модулей, которые закреплены на рамочной конструкции 12. Рамочная конструкция 12 предпочтительно представляет собой жесткий элемент, и она может быть выполнена в плоской или неплоской конфигурации. В одном примере возможен монтаж источника питания и сигнальных проводов внутри или вдоль (на верхней поверхности) рамочной конструкции 12, причем в этом случае они также будут лучше защищены, например, от физических скручивающих смещений и от вредного воздействия влаги. Отдельный модуль 11 всей конструкции в целом может представлять собой продольную полосу, или он может представлять собой фрагментарный модуль с требуемыми размерами. Согласно ФИГ. 1, рамочная конструкция 12 содержит горизонтальные стержни внутри прямоугольной рамки. Модули 11 показаны в виде вертикальных полос, и они расположены смежно друг с другом, так что все полосковые модули расположены ортогонально относительно горизонтальных стержней рамки 12. В этом случае модули 11 могут быть прикреплены к рамке 12 в местах, в которых эти два элемента пересекаются.
Рамочная конструкция 12 может содержать электрические соединительные провода, которые могут быть соединены с нужными местами модулей. В качестве альтернативы, некоторые участки рамочной конструкции в целом могут быть выполнены без проводов, и, более конкретно, в случае использования лишь единственного модуля в устройстве.
Еще в одном варианте осуществления возможно размещение модулей 11 в направлении, параллельном горизонтальным стержням рамки 12 (не показано на ФИГ. 1). В этом случае кромки каждого модуля 11 могут быть прикреплены к рамке 12 по всей кромке или лишь в заданных местах вдоль кромки.
В одном варианте осуществления полосковые модули 11 или фрагментарные модули могут быть прикреплены к рамке 12 с помощью множества соединительных средств. Соединительные средства могут быть изготовлены либо из проводящего, либо из изоляционного материала. Соединительные средства могут представлять собой, например, штифты, однако для этой цели могут также использоваться и различные другие элементы. Для простоты, далее по тексту речь идет о штифтах. На практике оба смежных модуля могут быть прикреплены к стержню рамки 12 с помощью линейного блока штифтов. Штифты могут быть электропроводными, и они могут использоваться, например, для подачи электрического питания, поступающего по проводам, проходящим в рамочной конструкции, в определенные заданные точки экранной конструкции. Тем не менее, некоторые из штифтов могут быть выполнены из изоляционного (т.е. непроводящего) материала, и такие штифты могут использоваться для прикрепления модулей к рамочной конструкции. Таким образом, указанные штифты могут использоваться либо в качестве проводящих штифтов, либо в качестве изоляционных штифтов, и это относится также и к другим используемым соединительным средствам.
Что касается вариантов, альтернативных штифтам, то могут использоваться другие соединительные средства, такие как винты, шпильки, шипы, зажимные соединители или другие варианты соединения.
Что касается примера по ФИГ. 1, то в качестве точек штифтового соединения могут быть выбраны, например, «угловые точки», в которых кромки модуля совпадают с рамочными секциями. Дополнительные точки соединения между штифтами и рамочной конструкцией могут быть выбраны вдоль швов между двумя смежными модулями или вдоль рамочных секций, например, через одинаковые промежутки.
Еще в одном варианте осуществления штифты могут быть расположены с возможностью взаимного скрепления нескольких слоев, например, в виде линейной конструкции. Возможно пропускание штифтов, например, через один или два перекрывающихся слоя и закрепление этих слоев на рамке. Это особенно полезно в слоистой конструкции, в которой слои немного смещены относительно друг друга, с целью равномерного размещения светодиодов по всей конструкции. Данные аспекты раскрыты более подробно в отношении ФИГ. 4 и 5а.
Возможность подачи дополнительного электрического тока на экранную конструкцию также может быть реализована путем размещения дополнительных электропроводящих структур на одной или обеих поверхностях заданного пластмассового слоя. Такой пластмассовый слой может использоваться конкретно лишь для электропроводящих структур. Еще одна возможность состоит в добавлении указанных электропроводящих структур к другим функциональным слоям, которые уже содержат, например, светодиоды и соответствующие схемы, относящиеся к управлению выходным изображением на светодиодном экране. В целом, проводящие структуры для источника питания светодиодов могут быть выполнены в любом из слоев, поскольку разные слои могут быть электрически соединены между модулями (см. дальнейшее описание). Провода для электрического питания, встроенные в рамочную конструкцию, будут способствовать обеспечению однородного питания в пределах экранной конструкции большего размера. Все провода для других необходимых целей также могут быть включены в рамочную конструкцию. Указанные другие цели могут относиться к передаче сигнала управления или некоторых измерительных сигналов, получаемых с помощью специализированных датчиков.
Далее по тексту экранная конструкция описана без включения какой-либо жесткой рамки в качестве поддерживающей конструкции для слоистого экрана. Вместо этого речь будет идти о слоистой конструкции пленочного экрана, а также о защитных средствах, используемых для защиты слоев от внешних веществ и для лучшего скрепления полос между собой. Этот тип упрощенной конструкции показан на ФИГ. 2. Каждый отдельный функциональный слой всего экрана в целом может состоять из нескольких полос 20 или лент из тонкой пленки. Такое множество параллельных и продольных полос 20 в одной плоскости может быть совместно размещено с помощью стыковых соединений, которые выполняются вдоль боковых кромок полос, т.е. полосы 20 могут быть размещены в одной плоскости в параллельной компоновке без каких-либо зазоров между кромками и без каких-либо участков перекрывания между каждыми двумя смежными полосами пленки. На ФИГ. 2 показан монтаж полос 20 путем размещения продольных полос рядом друг с другом таким образом, чтобы продольные кромки полос были размещены смежно с использованием стыковых соединений. Длина полос 20 может быть выбрана в соответствии с требуемой областью применения, т.е. в соответствии с требуемым размером экрана; иначе говоря, полосы могут быть нарезаны на требуемую длину. В одном варианте осуществления шов, образованный в месте стыкового соединения, может быть закреплен с помощью ленты или другой клейкой полосы, размещенной на верхней поверхности стыкового соединения. На практике такую ленту размещают на нижней стороне слоистой конструкции для покрытия шва.
В случае выполнения лишь единственного функционального слоя из множества узких пленочных полос для светодиодной экранной конструкции, необходимы некоторые связующие средства внутри конструкции, которые соединяют пленочные полосы между собой. Это может быть осуществлено путем размещения защитных полос пленки в ортогональном направлении на верхней поверхности полос, соединенных через стыковые соединения. В качестве альтернативы, защитные пленочные полосы могут быть размещены под функциональным слоем светодиодного экрана. Разумеется, в варианте осуществления защитные полосы могут быть размещены на обеих поверхностях каждой отдельной полосы, что делает конструкцию еще более защищенной. Предпочтительно, защитные полосы пленки прозрачные. Защитные полосы могут быть добавлены к конструкции путем добавления либо к отдельному модулю, либо ко всему экранному или осветительному устройству в целом.
Слой, показанный на ФИГ. 2, необязательно должен быть выполнен из продольных полос; вместо этого он может быть успешно изготовлен в виде отдельного плоского пленочного элемента с необходимыми размерами и формой.
Упрощенный вариант осуществления с односторонней защитой и соединением показан на ФИГ. 3. После того как нужное количество полос 20 размещено на своем месте, например на верхней поверхности рабочей стороны, используемой для поддержки собственно производственного процесса, защитные полосы пленки 30 могут быть раскатаны с рулонов поверх полос 20 в ортогональном направлении, как показано на ФИГ. 3. Еще одна возможность состоит в размещении защитных полос пленки 30 в одном и том же направлении на верхней поверхности полос 20, но со смещением таким образом, чтобы стыковые соединения полос 20 располагались, например, под внутренними участками защитных полос 30 (т.е. не непосредственно под швами). Результирующая конструкция представляет собой более прочную и, кроме того, более надежную слоистую конструкцию, которая лучше защищает функциональный светодиодный слой от влаги и грязи, независимо от области применения и места размещения светодиодного экрана.
Что касается материала защитных полос, защитного слоя или ленты, то они могут быть изготовлены из пластмассы, эпоксидной смолы, силикона или в целом из одного или более синтетических полимерных материалов.
Такой защитный слой может быть выполнен путем напыления жидкого материала, такого как изоляционный защитный лак. Еще один вид защитного слоя может быть выполнен путем напыления или литьём под давлением, например, пластмассы на верхней поверхности экранной конструкции, в результате чего получают экранную конструкцию с пластмассовым покрытием. Такой пластмассовый слой может быть надлежащим образом конфигурирован в соответствии с экранной конструкцией с целью создания, например, необходимой трехмерной формы базового объекта, оснащенного экранной конструкцией на внешней поверхности указанного базового объекта и защитным слоем на верхней поверхности экранной конструкции. В целом, защитный слой является по меньшей мере частично прозрачным и защищает слоистый экран, например, от пыли и влаги. Что касается способности слоистого экрана к конфигурированию в разные формы, то она естественным образом будет снижаться с увеличением толщины слоистой конструкции. Путем выбора надлежащего типа пластмассы и подходящей малой толщины каждого отдельного слоя, возможно улучшение данного аспекта для слоистой конструкции.
Еще в одном варианте осуществления возможен небольшой зазор между двумя смежными полосами активных слоев 20 вместо стыкового соединения. Поскольку защитные полосы 30 после их монтажа будут скреплять воедино слоистую конструкцию, указанный зазор не ухудшает прочность слоистой конструкции. Вместо этого он обеспечивает отсутствие перекрывающихся кромок на верхней стороне другого слоя при изготовлении слоистой конструкции.
Что касается защитных полос пленки 30, то они могут быть установлены с образованием стыковых соединений длинных кромок между собой. В альтернативном варианте осуществления защитные полосы 30 могут быть размещены с небольшим наложением смежно расположенных полос. При размещении такой конструкции в наклонном положении, перекрывающаяся конструкция защитных пленок обеспечивает, чтобы, например, вода, текущая по верхней поверхности экранной конструкции, протекала вдоль поверхности конструкции и стекала с нее без проникновения внутрь конструкции, т.е. между слоями. Таким образом, принцип действия защитных полос 30 в отношении воды, текущей по их верхней поверхности, напоминает кровельную черепицу двухскатной крыши.
Выполненные друг на друге слои согласно настоящему изобретению могут быть оснащены защитным слоем на верхней поверхности всех этих слоев, либо с одной стороны, либо, в случае двухстороннего экрана, с двух сторон. В случае, если в слоях используются отверстия, над каждым светодиодом будет расположен лишь защитный слой, что обеспечивает равномерно высокую прозрачность конструкции, поскольку излучение разных светодиодов будет ослабляться лишь в результате ослабления в указанном защитном слое.
Еще в одном варианте осуществления всей экранной конструкции в целом, эта конструкция может быть изготовлена путем нанесения нескольких светодиодных пленочных слоев друг на друга. В одном примере каждый пленочный слой может представлять собой фрагмент пластмассового слоя с надлежащим количеством прикрепленных к нему светодиодов, при выбранном расстоянии между светодиодами. Разные слои могут быть идентичными, или они могут иметь некоторые различия, например, в отношении плотности светодиодов по поверхности слоя. Конструкция может также содержать промежуточные слои, которые не содержат каких-либо светодиодов. Эти слои могут содержать отверстия, так что светодиоды смежного слоя могут быть размещены в отверстиях следующего слоя с целью обеспечения возможности получения слоистой конструкции, однородной по толщине. Подробности возможных структурных вариантов описаны ниже.
Группа выполненных друг на друге слоев может содержать рассеивающий слой. Защитный слой на верхней поверхности указанной группы выполненных друг на друге слоев может действовать также и как рассеиватель. Кроме того, рассеивающий слой может представлять собой отдельный слой в составе указанной группы выполненных друг на дуге слоев. Рассеивающий слой смягчает излучаемый свет с целью улучшения визуального восприятия экранных или осветительных средств.
Указанная группа выполненных друг на друге слоев может содержать отражающий слой, который отражает свет, изучаемый светодиодами, в требуемом направлении. Кроме того, может использоваться электролюминесцентный излучающий слой.
В одном варианте осуществления, в дополнение к традиционным способам изготовления электропроводящих структур и сборки компонентов, проводящие структуры могут быть выполнены путем печати по меньшей мере одной проводящей краской, а сборка компонентов может быть осуществлена с использованием способа «с рулона на рулон». Сюда входят автоматизированные способы, с помощью которых возможно выполнение электропроводящих структур и сборки слоистой конструкции из светодиодных компонентов, а также возможно управляемое перемещение указанной конструкции в производственную зону и из этой зоны.
Кроме того, изготовление комбинированной слоистой конструкции может быть осуществлено по принципу монтажа одного модуля за один прием или с использованием способа «с рулона на рулон». С помощью такого способа возможно выполнение слоистой конструкции путем добавления одного слоя за один прием к уже созданной слоистой конструкции. Следующий слой может быть размотан с рулона и направлен в производственную зону, где производится объединение слоев. Возможен также вариант, при котором все слои первоначально хранятся в рулонной или плоской форме, и из этого начального положения производится их одновременная подача в производственную зону. В случае, если слоистая конструкция при необходимости подвергается финишной обработке и, например, обработке путем нагрева, готовая слоистая конструкция может быть снова установлена в виде рулона. Таким образом обеспечивается возможность простых хранения и транспортировки готовой слоистой экранной конструкции.
На ФИГ. 4а показан принцип наложения друг на друга множества слоев с целью изготовления экранной конструкции, причем в данном примере каждый слой содержит группу светодиодов. В данном варианте осуществления способа изготовления речь идет о слоистой конструкции, именуемой «два плюс два». Сначала берут для использования два одинаковых между собой пленочных слоя 41а, 41b. Верхний слой 41а указанной пары содержит светодиоды 43а (обозначены сплошными кружочками), и расстояния между ними в направлении как Х, так и Y являются одинаковыми, т.е. светодиоды равномерно распределены по поверхности пластмассового слоя. Нижний слой 41b обозначен пунктирными линиями. Светодиодные компоненты показаны в виде элементов 43b (обозначены пунктирными кружочками) в нижнем слое 41b. При размещении слоев 41а, 41b друг на друге с их взаимным наложением, слои 41а, 41b могут быть размещены таким образом, что светодиоды 43а-b двух следующих друг за другом слоев не будут совмещены, т.е. не будут лежать один поверх другого, но при этом указанные слои перекрываются со смещением. Величину смещения между указанными двумя слоями выбирают равной половине расстояния между двумя смежными светодиодами 43а. Это показано на верхнем рисунке на ФИГ. 4а, согласно которому два перекрывающихся светодиодных слоя 41а, 41b наложены друг на друга таким образом, что местоположения светодиодов 43а первого слоя 41а чередуются с местоположениями светодиодов 43b второго слоя 41b, если смотреть на конструкцию сверху. Результирующая промежуточная слоистая пленочная конструкция будет иметь двойную плотность светодиодов, если смотреть на указанную двухслойную конструкцию сверху. На среднем рисунке на ФИГ. 4а показана еще одна двухслойная конструкция, представляющая собой по существу такую же конструкцию, что и вышеуказанная. Данная вторая двухслойная конструкция состоит из третьего слоя 41с, оснащенного светодиодами 43с, и четвертого слоя 41d, оснащенного светодиодами 43d. Третий и четвертый слои смещены таким же образом, что и на верхнем рисунке (т.е. второй слой смещен в направлении Х).
В завершение, эти две двухслойных конструкции накладывают друг на друга таким образом, чтобы имело место смещение в направлении Y между этими двухслойными промежуточными конструкциями. В результате получают конечную четырехслойную конструкцию 42 с более высокой плотностью светодиодов, показанную на самом нижнем рисунке на ФИГ. 4а. Сплошными линиями показан верхний слой со светодиодами, и пунктирными линиями показаны расположенные под ним три другие слоя со светодиодами.
Результатом этого является однородная конструкция и однородная плотность светодиодов, что крайне необходимо в областях применения, связанных с отображением и освещением. Предпочтительно, все указанные слои выбраны таким образом, чтобы они были прозрачными, за исключением самого нижнего слоя, который может быть либо прозрачным, либо непрозрачным, с целью обеспечения возможности эффективного прохождения света, излучаемого светодиодами, через слоистую конструкцию. Поскольку указанные пленки являются в высокой степени прозрачными (предпочтительно, изготовленными из полимера или из нескольких полимеров), светодиоды 43b-d в нижних слоях 41b-d будут видимы по существу в такой же степени, что и светодиоды 43а в верхнем слое 41а.
В варианте осуществления слои оснащены отверстиями, так что светодиоды нижнего слоя будут размещены ниже мест нахождения отверстий верхних слоев, в результате чего будет обеспечена улучшенная заметность светодиодов при наблюдении конструкции сверху. В этой связи, на ФИГ. 8d-e указанные возможные решения пояснены более подробно.
В каждом отдельном слое, таком как слой 41а, зазоры между смежными светодиодами 43а могут быть оснащены отверстиями в обоих направлениях Х и Y. Эти отверстия затем окажутся размещенными непосредственно на светодиодных пятнах других слоев, когда будет завершено наложение всех слоев друг на друга. Таким образом еще более улучшается прозрачность, а также обеспечивается возможность плавного наложения слоев друг на друга даже в том случае, если физическая толщина светодиодного компонента является сравнительно большой. В этом случае размеры и форма отверстий могут быть приблизительно такими же, что и размеры и форма светодиодов на их внешних кромках, и таким образом обеспечивается хорошая посадка светодиодов внутри полостей, образуемых указанными отверстиями.
На ФИГ. 4b показаны два смежных столбца светодиодов, выполненных в соответствии с принципом послойного наложения, показанным на ФИГ. 4а. Сначала рассмотрим верхнее изображение. В первом выбранном столбце светодиодов первые два слоя 41а и 41b представляют собой прозрачные полимерные слои без светодиодов в этом столбце. В данных слоях выполнены отверстия в местах, в которых могут размещаться светодиоды других слоев. Слои со светодиодами, присутствующие в данном столбце, представляют собой слои 41с и 41d. Нижний рисунок на ФИГ. 4b показывает столбец, смежный с первым выбранным столбцом светодиодов. В этом случае слои со светодиодами, присутствующие в данном столбце, представляют собой два самых верхних столбца 41а, 41b. Два других слоя 41с и 41d из прозрачного полимера показаны ниже слоев со светодиодами. Такие поперечные сечения будут чередоваться, если смотреть на разные столбцы светодиодов. В результате светодиоды оказываются расположенными на несколько характеризующихся друг от друга «высотах» слоистой конструкции, однако это имеет место при наблюдении указанной планарной конструкции с большего расстояния сверху, и данное различие не может быть обнаружено во время нормального наблюдения.
В одном варианте осуществления возможно также повышение плотности светодиодов (и, следовательно, разрешения светодиодного экрана) в четыре раза путем повторения процесса, соответствующего ФИГ. 4а. Таким образом обеспечивается возможность изготовления 16-слойной экранной конструкции с одинаковыми расстояниями между каждыми двумя смежными светодиодами.
Как двухслойная конструкция, так и четырехслойная конструкция имеют на своих боковых сторонах кромочные секции, которые могут использоваться для соединения экранных секций или полос между собой. Это может быть осуществлено путем нанесения адгезивного материала на внутренние поверхности кромочных секций. Под внутренними поверхностями подразумеваются поверхности, отличные от верхней поверхности самого верхнего слоя и нижней поверхности самого нижнего слоя. В такой конструкции исключается необходимость в использовании штифтов для соединения групп слоев между собой по модульному принципу. С помощью клея или другого адгезива, используемого в швах, поддерживается регулируемость и гибкость экранной конструкции. Разумеется, соединение модулей или полос с помощью адгезива может сочетаться с присоединением к металлической рамке с помощью, например, штифтов, как показано на ФИГ. 1. Это означает, что отдельная экранная пленочная полоса модуля 11 по ФИГ. 1 может в этом случае содержать слоистый пакет полос, такой как светодиодная слоистая конструкция 42 по ФИГ. 4а (самый нижний рисунок).
Что касается соединения в местах швов слоев, то альтернативой техническому решению, состоящему в использовании адгезивного материала, является решение, состоящее в использовании адгезивной ленты на верхней поверхности швов полностью собранной слоистой конструкции. Адгезивная лента может представлять собой защитную пластмассовую ленту или слой, которые соединены с помощью адгезивного материала с самому нижнему или самому верхнему слою.
В целом, защитный слой или средство или даже лента на области шва способны действовать как соединительные средства между модулями.
В варианте осуществления настоящего изобретения каждый используемый светодиод представляет собой инкапсулированный RGB-светодиод или инкапсулированный RGBW-светодиод. В качестве альтернативы, используемые инкапсулированные светодиоды могут представлять собой просто одноцветные светодиоды, такие как R- (красные), G- (зеленые), B- (синие) или W- (белые). В качестве альтернативы, вместо инкапсулированных одноцветных светодиодов могут использоваться бескорпусные светодиодные чипы. Необходимые проводные соединения и способы управления светодиодами выбираются на основе выбранного типа светодиодов.
В одном варианте осуществления слоистая конструкция может содержать четыре светодиодных слоя, из которых слой красных светодиодов действует в качестве первого слоя, слой зеленых светодиодов действует в качестве второго слоя, слой синих светодиодов действует в качестве третьего слоя, и слой белых светодиодов действует в качестве четвертого слоя. Еще один пример содержит три отдельных слоя, из которых каждый отдельный слой содержит одноцветные светодиоды, как показано на ФИГ. 4с. Первый слой оснащен красными светодиодами, второй слой оснащен зелеными светодиодами, и третий слой оснащен синими светодиодами. Разумеется, порядок следования этих слоев по цвету их одноцветных светодиодов может отличаться от вышеупомянутого порядка. Все эти слои оснащены одинаковыми электропроводящими структурами, имеющими возможность электрического соединения между собой. Таким образом, при послойном наложении трех указанных слоев друг на друга вертикальные и горизонтальные провода матричной структуры окажутся совмещенными. В результате обеспечивается возможность создания экранного или осветительного RGB-устройства на основе слоистой конструкции с использованием разных групп одноцветных светодиодов.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, светодиоды первого слоя после послойного наложения могут быть выровнены с направлением, отличным от направления светодиодов второго слоя, на 180 градусов. Иначе говоря, направления, в которых ориентированы эти две группы светодиодов, в этом случае диаметрально противоположны друг другу. Другие возможности создания двухсторонней экранной или осветительной конструкции описаны со ссылками на ФИГ. 8d и 8e. В результате получают тонкопленочную светодиодную экранную конструкцию, которая является двухсторонней и имеет возможность отображения визуальной информации и/или освещения в двух диаметрально противоположных направлениях. Такая конструкция может иметь множество интересных областей применения, например ее можно использовать в двухсторонних рекламных щитах, дорожных знаках или светофорах. Другие возможные варианты включают информационные табло общего назначения или направляющие экраны в общественных местах, в рекламных конструкциях или на различных транспортных узлах, таких как железнодорожные станции. Экранная конструкция согласно настоящему изобретению может использоваться на медиа-поверхностях зданий, например размещаться внутри или на оконных стеклах любого здания или на любых других прозрачных стенах, или, например, внутри прозрачной козырьковой солнцезащитной конструкции над входной дверью в здание. Другие возможные области применения включают те сферы индустрии развлечений, культуры и искусства, в которых применяются осветительные эффекты и визуальное представление. Они могут включать различные аспекты, от игровых применений (таких как игры, связанные с побегом, или игровые лазерные бои) до культурных или образовательных площадок (арен для поведения шоу, театров, спортивных залов, аудиторий, учебных классов, лекционных залов), а также в декоративных или направляющих целях в городских условиях (информационные табло на входе в магазины), или даже в аттракционах в парках развлечений или тематических парках.
Разумеется, в этих различных областях применения могут использоваться односторонние экраны или двухсторонние экраны, в зависимости от цели применения, а также в зависимости от типа объекта или поверхности, на которой установлена экранная конструкция.
Поскольку экранная конструкция является гибкой, двухсторонняя экранная конструкция не ограничена лишь плоскими экранами, и могут быть созданы также конструкции криволинейной или иной формы в качестве двухсторонних экранов. В одном варианте осуществления экранная конструкция может быть сегментом цилиндрической формы, например плоский ТВ-экран может быть изменен на дугообразную форму.
В тех случаях, когда экранная конструкция используется для целей, связанных, например, в образованием или бизнесом, например в учебном классе или конференц-зале, экранная конструкция может быть соединена с помощью средств беспроводной связи с портативным или стационарным устройством, к которому может иметь доступ докладчик, находящийся в данном помещении. Такое устройство может представлять собой смартфон, планшетный компьютер или ноутбук, принадлежащий докладчику или учителю, который имеет возможность управления отображением информации на экране с помощью такого портативного устройства. Разумеется, устройство управления может быть стационарно установлено в конференц-зале или учебном классе. Такие компоновки будут использоваться вместо традиционных классных досок и средств письма в виде мелков и маркеров в учебных классах и, соответственно, вместо проекторов и проекционных экранов, традиционно используемых в различных конференц-залах.
В целом, экранная конструкция согласно настоящему изобретению может представлять собой устройство Интернета вещей.
Еще в одном примере, показанном на ФИГ. 5а и 5b, используются пять светодиодных слоев 51а-е, уложенных друг на друга. Отдельный слой действует как отдельный структурный элемент экранной конструкции, которая выполнена согласно тому, как описано в отношении нижеследующего варианта осуществления. В данном примере каждый из пяти одинаковых слоев немного смещен относительно предыдущего слоя таким образом, что величина смещения составляет 1/5 от расстояния между двумя смежными светодиодами каждого отдельного слоя. Результирующая слоистая конструкция 51а-е показана на виде сверху на ФИГ. 5b, с видимыми светодиодными элементами 52. Результирующая плотность светодиодов составляет в пять раз больше, чем плотность светодиодов в каждом отдельном слое. В одном варианте осуществления такая слоистая конструкция может быть покрыта на одной или обеих торцевых поверхностях защитными полосами или защитным слоем.
В одном варианте осуществления светодиоды 52 в отдельном слое 51а могут быть выровнены в виде прямолинейных параллельных линий, и эти линии светодиодов могут иметь выбранное расстояние между собой. В результате смещения других слоев таким образом, как это описано в предыдущем абзаце, результирующая конструкция будет иметь линии светодиодов, объединенные в группы светодиодов, в которых все светодиоды равномерно распределены в направлении как Х, так и Y слоистой конструкции. Если на указанную слоистую конструкцию, полученную путем наслоения или наложения слоев, смотреть с направления, ортогонального поверхности этой слоистой конструкции, то будут видны также светодиоды, расположенные в нижних слоях, поскольку указанные слои являются по меньшей мере частично прозрачными. Расстояния между смежными светодиодами являются одинаковыми в обоих направлениях Х и Y. В примере по ФИГ. 5b одна пятая всех светодиодов расположена в виде линий светодиодов на слое 51а, и т.д.
Если в обобщенном виде изложить идею, проиллюстрированную на ФИГ. 5а и 5b, то разрешение экранной конструкции может быть эффективно выбрано путем выбора надлежащего количества слоев с одинаковым расположением светодиодов и их послойного наложения друг на друга с небольшим смещением между каждыми двумя смежными слоями, как показано на ФИГ. 5а. Характеристики прозрачности группы уложенных друг на друга слоев будут определяться надлежащим максимальным количеством слоев, которые могут быть уложены друг на друга. Кроме того, могут использоваться отверстия в слоях, и важно отметить, что плотность отверстий в указанных слоях также влияет на прозрачность слоистой конструкции.
В длинных конструкциях (например, в случае длинных пленочных полос по ФИГ. 2) возможно включение в конструкцию промежуточного слоя, который подает дополнительный электрический ток на светодиоды, путем размещения электропроводящих структур в надлежащих контактных точках вдоль структур контактных точек смежного слоя. Таким образом обеспечивается возможность еще большего разделения электропитания, подаваемого на большую экранную конструкцию, причем ток каждой отдельной линии питания остается в заданных пределах.
В качестве альтернативы, электропроводящие структуры в промежуточных слоях могут содержать, например, линии сигналов управления, соединенные со светодиодами, и другие схемные структуры, например, относящиеся к слоям с датчиками.
Еще одно преимущество слоистой конструкции состоит в том, что требуется передача меньшего электрического тока по проводам электропитания, в результате чего обеспечивается возможность уменьшения ширины проводов. Таким образом дополнительно повышается прозрачность всей конструкции. Кроме того, обеспечивается возможность более эффективного управления выделением тепла светодиодами и проводящими структурами, поскольку тепло разделяется по множеству слоев, и теплопередача от источников тепла будет происходить более раздельным образом, что повышает надежность собственно устройства.
На ФИГ. 6а-с показаны дополнительные варианты осуществления, относящиеся к соединению слоев с помощью множества штифтов. Отверстия под штифты в пластмассовом слое могут иметь разные формы. На ФИГ. 6а показан возможный вариант внутренней конструкции отверстия 63 под штифт на виде сверху. Левая сторона кромки отверстия 63 под штифт включает вспомогательный участок 62а, который является сгибаемым. При вставке штифта 64 в отверстие 63 под штифт, вспомогательный участок 62а будет загнут вниз, обеспечивая электрическое соединение между штифтом 64 и соответствующим слоем 61а с помощью вспомогательного участка 62а. Соединительный провод 60а показан в виде горизонтальной толстой линии, на которой также расположено отверстие 63 под штифт.
На ФИГ. 6b показана группа уложенных друг на друга слоев 61а-61d, каждый из которых имеет отверстие 63 под штифт, и эти отверстия под штифт выровнены по одной линии. Отверстие под штифт в верхнем слое 61а имеет сгибаемый вспомогательный участок 62а с левой стороны этого отверстия под штифт. В отличие от этого, отверстие под штифт во втором сверху слое 61b имеет вспомогательный участок 62b с правой стороны от этого отверстия под штифт. Соединительные провода 60а, 60b присутствуют в слоях 61а и 61b соответственно. При вставке соединительных средств, таких как штифт 64, в выровненную группу отверстий 63 под штифты, соединение в этом случае происходит между соединительными проводами двух самых верхних слоев 61а, 61b. В такой соединительной конструкции обеспечивается возможность электрического соединения разных слоев.
Пример такого соединения показан на ФИГ. 6с, с находящимися на своих местах штифтом 64 и ответной частью 65 для его фиксации. Штифт 64 и близлежащие участки уложенных друг на друга слоев 61а-d показаны как расположенные с боковых сторон от штифта на виде в вертикальном сечении по ФИГ. 6с. В этом конструкционном варианте осуществления электропроводящие структуры выбранных слоев одного и того же модуля и/или смежных модулей могут быть электрически соединены между собой. Согласно ФИГ. 6с, самый верхний слой 61а левого экранного модуля имеет вспомогательный участок 62а слева от штифта 64, и этот слой содержит соединительный провод 60а. Второй сверху слой 61b имеет вспомогательный участок 62b, согнутый в направлении правой стенки штифта 64, и этот слой имеет соединительный провод 60b. Слои 61с и 61d в данном примере представляют собой непроводящие слои. Таким образом, два самых верхних слоя 61а, 61b электрически соединены со штифтом 64 и в результаты эти два самых верхних слоя 61а, 61b электрически соединены между собой, однако другие слои 61с, 61d электрически не соединены ни с одним из них.
Возможно использование проводящего адгезивного материала, такого как электропроводный клей, между электропроводным штифтом 64 и любым слоем с соединительными проводами 60а, 60b с целью улучшения электрического соединения между этими двумя элементами.
В случае, если разные слои в одном и том же модуле соединены между собой вышеописанным способом штифтового соединения, отверстия под штифты, такие как показанные на ФИГ. 6с, могут располагаться на любом участке внутренней поверхности модуля (т.е. необязательно на кромках плоских слоев). В случае, если два смежных модуля и их слои соединены между собой, отверстие под штифт предпочтительно располагается в области шва между этими двумя модулями (т.е. на кромках обоих модулей). Благодаря такому способу соединения, обеспечиваются значительные преимущества, поскольку возможность соединения между разными модулями делает систему в высокой степени масштабируемой по размеру. Кроме того, в значительной степени масштабируемой является толщина (количество слоев). Благодаря этим аспектам, обеспечивается возможность значительного изменения размера и разрешения экрана в зависимости от области применения.
Кроме того, соединительные средства, такие как штифты, могут быть изготовлены из непроводящего материала в случае, если эти соединительные средства физически соединяют по меньшей мере один модуль с рамочной конструкцией.
Если вернуться в качестве примера к варианту осуществления, показанному на ФИГ. 4а, то указанные соединительные средства могут использоваться для соединения слоев 41а и 41b между собой. В качестве альтернативы, соединительные средства могут использоваться для соединения пар слоев 41а, 41b и 41с, 41d между собой при создании четырехслойной конструкции из двухслойных конструкций. Еще одна возможность состоит в объединении готовых модульных частей между собой с помощью указанных соединительных средств, независимо от того, сколько слоев будет содержать конечный модуль экранной конструкции.
На ФИГ. 6d и 6е показаны два примера, в которых слои прикреплены к рамке 12. Согласно ФИГ. 6d, один модуль с четырьмя слоями прикреплен к рамочной секции с помощью множества штифтов 64. Сначала указанные четыре слоя могут быть скреплены между собой путем размещения этих слоев между штифтом 64 и ответной частью 65. Затем ответная часть 65 может быть прикреплена к секции рамки 12. Штифты 64 могут достигать рамки 12 с целью обеспечения возможности электрического соединения между внутренним сигнальным проводом внутри рамки 12 и по меньшей мере одним из слоев через проводящий штифт 64 (как описано со ссылками на ФИГ. 6с). Разумеется, количество слоев может выбираться произвольно, и этим способом на рамке 12 может также быть закреплен единственный слой.
В конструкции по ФИГ. 6е два смежных четырехслойных модуля закреплены на рамке 12 с помощью множества штифтов 64 в области шва между двумя модулями.
На ФИГ. 6f показаны примеры соединения двух модулей с помощью штифта и адгезивного клея. На левом изображении показаны два модуля 66а-b, из которых один модуль 66а расположен выше, а другой модуль 66b расположен ниже горизонтально ориентированного штифта 67а. Отверстие под штифт выполнено в обоих модулях 66а-b, и штифт 67а может быть прикреплен через это отверстие. Ответная часть 67b может использоваться для фиксации соединения с помощью штифта 67а. Адгезив 69, такой как проводящий клей, может быть нанесен между модулями 66а-b и штифтом 67а, и указанный адгезив действует как упрочняющее средство при размещении соединения, а также в качестве средства, улучшающего электрическое соединение между модулями. На правом изображении на ФИГ. 6f показаны концевые секции 68 вблизи шва между модулями 66с-66d, загнутые вдоль боковых сторон штифта 67а. Зазоры между загнутыми концевыми секциями 68 модулей и штифтом 67а могут быть заполнены проводящим клеем 69. Вместо штифта 67а могут также использоваться какие-либо другие соединительные средства, такие как винт, шпилька или зажимной соединитель. Кабели и соединительные провода, находящиеся внутри рамочной конструкции, могут быть размещены в контакте с соединительными проводами или структурами модулей через проводящие штифты и с помощью проводящего клея, нанесенного в контактных точках. Кроме того, модуль может быть соединен с рамочной конструкцией также и в каких-либо других местах, отличных от области шва. В случае отсутствия необходимости в электрическом соединении штифт может представлять собой неэлектропроводный штифт.
На ФИГ. 7 показан пример печатной электропроводящей структуры, выполненной в многослойной конструкции, с указанием мест вышеуказанных штифтовых соединений. Места штифтовых соединений показаны ссылочным обозначением 71 вдоль схемных структур. Остальные части структур образуют требуемые схемы, выполненные для выбранного применения слоистой экранной конструкции. Большие квадратные области между толстыми вертикальными проводами представляют собой отверстия, которые предназначены для выравнивания со светодиодными участками смежного слоя, как было описано выше, например, со ссылками ФИГ. 4а. На ФИГ. 7 показана схема, используемая в данном конкретном примере, и белые области ниже изображенных мест штифтового соединения показывают места, зарезервированные под светодиоды.
Разные сферы применения и необходимые слоистые конструкции описаны далее со ссылками на ФИГ. 8а-е. В первом примере слоистой конструкции с обозначенными функциональными слоями представлена трехслойная конструкция, содержащая светодиодный слой 81, слой 82 панели солнечной батареи и батарейный слой 83. Батарейный слой может предпочтительно представлять собой перезаряжаемую батарею. Такая конструкция 80А показана в виде упрощенного структурного изображения на ФИГ. 8а. В зависимости от выбранной области применения, светодиодный слой (слои) 81 действуют либо как экранные средства, либо как осветительные средства. Светодиодный слой 81 изготовлен из прозрачного материала. Под светодиодным слоем расположен слой 82 панели солнечной батареи, который принимает солнечную энергию по существу беспрепятственным образом, благодаря прозрачности вышележащего светодиодного слоя. Под слоем 82 солнечной батареи могут быть расположены один или более батарейных слоев 83. Согласно ФИГ. 8а, присутствует один батарейный слой 83. Конструкция 80А по ФИГ. 8а способна отображать визуальную информацию и/или осуществлять освещение, и она осуществляет сбор и хранение солнечной энергии, которая может использоваться в качестве питающей энергии. В этом случае светодиодный слой 81 обращен в наружном направлении, если данная конструкция используется, например, в окне. Разумеется, на этой упрощенной иллюстрации опущены схемные детали и провода электропитания.
Области применения конструкции 80А согласно ФИГ. 8а включают те, в которых экран размещается на неподвижной стене или на другом непрозрачном объекте. Возможно применение в качестве различных указателей, направляющих средств и средств отображения информации, таких как рекламные щиты со статическим или динамическим представлением визуальной информации. Один возможный вариант применения состоит в размещении конструкции на плоской или криволинейной поверхности объекта, причем объект может быть выполнен из твердой пластмассы, которой путем литья под давлением придана требуемая форма, и она может быть оснащена встроенной схемой и экранными секциями, выполненными согласно настоящему изобретению. В этой связи, полезной сферой применения являются гибридные системы, которые будут более подробно описаны ниже.
В конструкции согласно ФИГ. 8а, а также в конструкциях, раскрытых далее, возможно исключение батарейного слоя и использование экранной или осветительной конструкции за счет энергии, получаемой с помощью панели солнечной батареи. В альтернативном варианте осуществления к конструкции может быть подключена внешняя батарея, которая используется для хранения и подачи электрической энергии на устройство.
В целом, вместо одного батарейного слоя, в каждой отдельной экранной или осветительной конструкции возможно также использование нескольких батарейных слоев.
Слой панели солнечной батареи может быть изготовлен со структурированными (выполненными в заданной конфигурации) активными областями, осуществляющими сбор световой энергии, и эти активные области могут быть изготовлены из полимерной пленки.
На ФИГ. 8b в виде упрощенного структурного изображения показана двухсторонняя экранная конструкция 80В. Эта экранная конструкция имеет шесть слоев. В данном примере присутствуют две отдельных экранных конструкции, которые совпадают со конструкцией по ФИГ. 8а, и это означает, что обе данных конструкции имеют три разных функциональных слоя 81, 82, 83, послойно наложенных друг на друга. Во втором примере по ФИГ. 8b одна из этих конструкций перевернута на 180 градусов и наложена на другую конструкцию, так что батарейные слои 83 оказываются расположенными друг на друге. Таким образом создана двухсторонняя экранная конструкция 80В, в которой сверху вниз расположены слои 81, 82, 83, 83, 82 и 81. Светодиодные слои 81 образуют внешние поверхности конструкции, и они заключают внутри себя остальные слои, расположенные между ними. Такая конструкция способна осуществлять сбор солнечной энергии с обеих сторон слоистой конструкции и одновременно с этим отображать визуальную информацию с обеих сторон конструкции, образуя таким образом двухсторонний дисплей.
При двухстороннем применении экранной конструкции управление двумя дисплеями может осуществляться таким образом, чтобы в каждый момент времени работал лишь один из дисплеев, либо оба дисплея работали одновременно.
Существуют различные области применения двухсторонних дисплеев. Они могут использоваться, например, в двухсторонних дорожных знаках, информационных указателях или даже в светофорах. Двухсторонние дисплеи могут размещаться в или на прозрачных панелях, таких как оконные стекла. В случае публичного использовании под открытым небом, выгоды от применения двухсторонних солнечных панелей обеспечиваются, например, при установке дисплеев на прозрачных стенках автобусных остановок.
На ФИГ. 8с показан еще один вариант осуществления экранной конструкции 80С, в которой сбор световой энергии может осуществляться с первого направления, а визуальная экранная информация отображается во втором направлении, причем эти направления противоположны друг другу на 180 градусов. Данный тип конструкции может использоваться аналогично тому, как используется рулонная штора на окне. В такой конструкции первый слой представляет собой светодиодный слой 81, второй слой представляет собой батарейный слой 83, и третий слой слоистой конструкции представляет собой слой 82 панели солнечной батареи. При размещении этой экранной конструкции 80С, например, с внешней стороны окна здания таким образом, чтобы слой 82 панели солнечной батареи был обращен наружу, обеспечивается предпочтительная компоновка. Обеспечивается возможность непосредственного сбора солнечной энергии, поскольку слой панели солнечной панели обращен наружу в окружающее пространство. В этом случае светодиодный слой 81 будет отображать визуальную информацию или осуществлять освещение внутри помещения или пространства, оснащенного указанным окном и прикрепленным экраном. Такая конструкция 80С обеспечивает возможность создания средств визуального отображения без какой-либо необходимости во внешних проводах от внешнего источника электропитания.
Кроме того, что касается областей применения, в которых конструкция может использоваться в виде рулонной шторы, существует несколько возможных структурных вариантов для слоев, образующих экран. Имеющиеся слои экранной конструкции, содержащие светодиоды, могут быть включены внутрь окна или размещены на поверхности окна. В этом варианте осуществления экранная конструкция со средствами сбора и хранения энергии может быть разделена на два разных элемента, которые соединены между собой. В дневное время рулонная штора, содержащая по меньшей мере слой панели солнечной батареи и батарейный слой, может быть опущена вдоль окна с целью обеспечения возможности улавливания солнечной энергии с помощью слоя панели солнечной батареи. В ночное время, когда естественное освещение отсутствует, экранные или осветительные функциональные средства могут быть включены в окне с целью показа требуемого отображаемого контента или, в качестве альтернативы, с целью включения осветительного элемента, который действует как прямоугольный светодиодный источник света в окне. Батарейный слой и слой панели солнечной батареи могут находиться в свернутом в рулон состоянии в ночное время, аналогично обычному состоянию стандартных рулонных штор в дневное время. Ночная функция таких средств состоит также в том, что они не позволяют кому-либо подсматривать снаружи через окно, что обеспечивает тайну личной жизни для людей, находящихся внутри здания, будь то частное жилье, офис или иная сфера публичного применения. Вместо вышеуказанного окна может также использоваться прозрачная стенка другого вида, которая может располагаться также в невертикальном направлении. Такой иллюстративный вариант осуществления является экономичным с точки зрения использования солнечной энергии для освещения внутреннего пространства (обычное окно), а также внешнего пространства (снаружи от прозрачной стенки). В качестве альтернативы или в дополнение к функциям освещения, такая конструкция действует в качестве экономичного экрана, например, для рекламных или направляющих целей.
В качестве еще одного возможного варианта, энергия, накопленная в батарейном слое (слоях) экранной конструкции посредством слоя (слоев) панели солнечной батареи, может использоваться для других устройств, оборудования или осветительной аппаратуры, находящихся, например, поблизости. Например, экранная конструкция может быть установлена внутри окна офиса, в то время как все или некоторые из офисных осветительных устройств могут питаться накопленной солнечной энергией от экранной конструкции в окне.
В качестве еще одного варианта, относящегося к конструкции разных слоев, возможно размещение слоя панели солнечной батареи в виде самого верхнего слоя. Разумеется, в качестве покрытия указанного слоя панели солнечной батареи может быть выполнен дополнительный защитный слой. Светодиодный слой (слои) в этом случае могут быть расположены под слоем панели солнечной батареи. Слой панели солнечной батареи может быть выполнен структурированным с целью обеспечения отображения на фасаде здания, конструкционном объекте для домашнего использования или солнцезащитной шторе, например он может быть размещен над входом или окном. Таким образом, в месте для общественного или частного пользования обеспечивается возможность получения поверхности или объекта, у которого панель солнечной батареи с экраном (или осветительными средствами) может быть сконфигурирована или выполнена структурированным на верхней поверхности конструкции таким образом, чтобы она была незаметной.
Конструкция экранного или осветительного устройства согласно любому варианту осуществления настоящего изобретения может быть реализована в виде печатной гибридной системы. Это достигается путем литья объекта под давлением. Используемые при этом материалы могут быть различными, и предпочтительными в таких областях применения являются синтетические материалы, такие как пластмасса, поскольку они могут использоваться для создания свободно выбираемых поддерживающих конструкций и форм для электрических устройств и необходимых для них схем. В некоторых областях применения широко используется прозрачный пластмассовый материал, такой как акрил. В гибридных конструкциях печатные структуры и вспомогательные части могут быть объединены с обычными электрическими компонентами. В печатной гибридной системе в качестве средств подключения могут применяться беспроводные средства и средства связи, относящиеся к Интернету вещей. Могут применяться все из вышеописанных конструкционных вариантов осуществления. В качестве альтернативы, могут быть предусмотрены соединители для внешних устройств передачи данных и/или источников питания в качестве альтернативных или дополнительных средств для беспроводной связи и для возможных внутренних систем питания, таких как вышеописанные панель солнечной батареи и батарея. Кроме того, в состоянии соединения с указанным экранным или осветительным устройством может быть размещена, например, оптическая камера. В целом, слоистые конструкции могут быть конфигурированы и/или зафиксированы в нужных трехмерных конфигурациях, что обеспечивает значительное преимущество. Кроме того, в результате включения электронных компонентов внутрь, например, сконфигурированных пластмассовых конструкций, получают прочное, хорошо защищенное устройство, которое при необходимости может также быть изготовлено с компактным размером. Облегчается также техобслуживание, поскольку всё устройство в целом включено внутрь единого физического корпуса. Возможные области применения являются чрезвычайно разнообразными и включают в себя, например, бытовую электронную технику, производство автомобилей, дорожные знаки, светофоры, информационные табло и медицинские диагностические устройства. Кроме того, возможно применение в декоративных целях для интерьеров и наружных поверхностей, в осветительных устройствах различной конструкции, а также в устройствах для создания световых эффектов в области искусства.
Другие области применения, относящиеся к гибридным системам, включают домашние и офисные осветительные устройства или другие домашние электронные устройства, которые могут иметь весьма специфические формы по сравнению с традиционным осветительным оборудованием и устройствами. Например, облицовочные конструкции могут действовать как установочные платформы для гибкого слоистого экранного модуля, причем указанные облицовочные конструкции могут иметь отверстия или полости, которые рассчитаны на размещение в них светодиодов. В одном возможном варианте осуществления экранная конструкция может быть размещена вдоль заданной поверхности, изготовленной из дерева, причем светодиодные точки обращены наружу от указанной поверхности. Размер экранной конструкции может быть выбран таким образом, чтобы источник входного питающего тока для осветительного устройства имел возможность соединения с проводами питания экранной конструкции. В этом случае экранная конструкция может быть покрыта защитным слоем, причем места размещения светодиодов либо свободны от защитного слоя (оснащены отверстиями), либо указанный защитный слой является прозрачным в местах размещения светодиодов. Таким образом обеспечивается более надежная и, кроме того, эстетически более привлекательная конструкция.
В целом, гибкая экранная конструкция согласно настоящему изобретению может быть реализована с использованием конструкций или объектов на деревянной основе вместо синтетических материалов, таких как акрил или другие пластмассовые материалы, представленные выше. Таким образом, специализированные осветительные устройства для внутренних и внешних пространств, предметов домашнего обихода, электрооборудования и т.п., а также для предметов искусства, могут быть реализованы с помощью конструкций согласно настоящему изобретению. Кроме того, возможны осветительные и отображающие устройства для различных культурных или развлекательных площадок и областей применения, например для сценического освещения в театрах, или для отображающих устройств в помещении для игр, связанных с побегом, и это лишь некоторые примеры.
Еще один вариант осуществления показан на ФИГ. 8d. Данная компоновка иллюстрирует двухслойную конструкцию с двухсторонним экраном. Первый слой 84 представляет собой верхний слой, и второй слой 85 лежит под первым слоем 84. Оба слоя оснащены отверстиями, расположенными в пределах одинакового расстояния друг от друга. Диаметр и форма отверстий выбраны таким образом, чтобы светодиодные компоненты могли быть размещены по меньшей мере частично в этих отверстиях. Иначе говоря, размер светодиодов составляет несколько меньше, чем размер указанных отверстий, так что светодиоды имеют возможность размещения в соответствующих отверстиях, подобно компонентам составной картинки-пазла. Два указанных слоя оснащены прикрепленными к ним светодиодными компонентами, находящимися друг от друга в пределах такого же расстояния, что и вышеуказанное расстояние между отверстиями. При перевороте второго слоя на 180 градусов вокруг горизонтальной оси, обеспечивается возможность размещения двух указанных слоев вместе таким образом, чтобы светодиодные компоненты одного слоя расположились в отверстиях другого слоя. Светодиоды, прикрепленные к первому слою, представляют собой светодиоды 84L, обращенные вниз на ФИГ. 8d. Соответственно, светодиоды, прикрепленные ко второму слою, представляют собой светодиоды 85L, обращенные вверх на ФИГ. 8d. Результирующая конструкция обладает очень низким ослаблением в отношении света, излучаемого светодиодами, благодаря отсутствию пластмассового слоя в направлении излучения света светодиодами. Кроме того, конструкция является прочной, благодаря тому, что два слоя соединяются между собой по принципу составной картинки-пазла. В дополнение, она представляет собой простую конструкцию для осуществления функции двухстороннего экрана.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения конструкция по ФИГ. 8d может быть трансформирована таким образом, чтобы второй слой 85 был перевернут вокруг горизонтальной оси на 180 градусов, и слой со светодиодами, обращенными вниз, имел возможность размещения на верхней поверхности первого слоя 84, при нахождении светодиодов 85L в отверстиях первого слоя 84. Таким образом обеспечивается возможность изготовления односторонней экранной или осветительной конструкции в двойным разрешением. Еще в одном варианте осуществления такая двухслойная конструкция может быть продублирована таким образом, чтобы еще одна двухслойная конструкция была обращена своими светодиодами в противоположном направлении относительно первой двухслойной конструкции. Таким образом обеспечивается возможность эффективного создания двухсторонней экранной или осветительной конструкции. Наконец, возможен также вариант, в котором количество слоев составляет больше двух, с целью создания слоистой конструкции для одностороннего отображения или освещения (или в два раза больше, чем количество слоев в двухстороннем экранном или осветительном элементе). Дополнительные слои, описанные выше в настоящем описании, могут использоваться в дополнение к активным слоям со светодиодами.
Предыдущий двухсторонний вариант осуществления проиллюстрирован на ФИГ. 8е в поперечном сечении как пример с количеством слоев 4 + 4. Слои 86а и 86b наложены друг на друга таким образом, что светодиоды 86L первого слоя 86а размещены в отверстиях второго слоя 86b. Второй слой 86b имеет сверху дополнительный слой 86с, причем светодиоды 86L второго слоя 86b расположены в отверстиях дополнительного слоя 86с. Прозрачный защитный слой 86d расположен поверх наложенных друг на друга слоев для защиты светодиодов и конструкции в целом, результатом чего является четырехслойная конструкция для одностороннего обзора. Таким образом, светодиоды 86L являются непосредственно видимыми, поскольку единственным слоем, через который должен проникнуть свет от светодиодов, является защитный слой 86d. Четырехслойная конструкция 86а-d продублирована таким образом, что вторая четырехслойная конструкция 87а-d перевернута на 180 градусов вокруг горизонтальной оси и закреплена на задней стороне первого слоя 86а. Линия, показывающая область скрепления между двумя четырехслойными конструкциями, изображена в виде пунктирной линии. Таким образом, светодиоды 87L обращены в противоположном направлении относительно светодиодов 86L, если конструкция выполнена в плоской форме. Кроме того, поверх указанной другой конструкции выполнен защитный слой 87d. Количество и типы любых промежуточных слоев могут выбираться произвольно. Кроме, того, количество светодиодных слоев для одностороннего обзора может составлять один или более двух, как это было раскрыто в вышеописанных вариантах осуществления.
Еще один вариант осуществления настоящего изобретения и, по существу, еще одна область применения представленной экранной или осветительной конструкции представляет собой экранное или осветительное устройство, которое может быть размещено под слоем льда. Это означает, что экранная конструкция с единственным направлением обзора может быть размещена на неподвижной платформе, такой как бетонный слой. В этой ледовой области применения полимерный слои или слои экранной конструкции могут быть непрозрачными, поскольку конструкция лежит на бетоне или другом твердом основании. Могут быть выполнены отверстия под светодиоды и даже некоторые дополнительные отверстия на других участках, отличных от мест размещения светодиодов в конструкции, с целью обеспечения возможности протекания вещества, такого как вода или оставшийся воздух под экранной конструкцией, через экранную конструкцию, чтобы указанные вода и/или воздух выводились из конструкции перед тем, как будет осуществлена заморозка. Это способствует изготовлению гладкой и плоской конструкции без каких-либо воздушных пузырьков, оставшихся внутри конструкции, и таким образом облегчена укладка высококачественного слоя льда на верхнюю поверхность экранной конструкции. Светодиодный слой (слои) могут быть оснащены защитным слоем с целью предотвращения какого-либо проникновения воды внутрь конструкции. Экранная конструкция действует как платформа для следующего слоя, который может представлять собой изоляционный слой. На верхней поверхности изоляционного слоя может находиться охлаждающий слой для льда. В качестве альтернативного решения, охлаждающий слой расположен на дне внутри бетонного основания, и светодиодный слой (слои) расположены на верхней поверхности охлаждающего слоя, при отсутствии какого-либо изоляционного слоя. Таким образом, охлаждающее действие будет прикладываться через светодиодные слои ко льду, уложенному на верхнюю поверхность всей конструкции. Слой льда будет уложен на верхнюю поверхность конечной слоистой конструкции. В одном варианте осуществления экранная конструкция может быть расположена внутри слоя льда таким образом, что расстояние от экранной конструкции до верхней поверхности льда может быть выбрано для обеспечения возможности наилучшего обзора экрана через лед. Отверстия в экранной конструкции также способствуют охлаждению слоя льда. Результирующий эффект состоит в том, что экранная или осветительная конструкция видна через лед.
В одном варианте осуществления указанного ледового варианта применения температура слоя льда может измеряться, и в случае, если эта температура выше заданного порогового значения, указывающего на возможность таяния льда, система управления экранной конструкцией имеет возможность управления и регулирования выходной мощности, подаваемой на светодиоды. Таким образом улучшается качество льда путем надлежащего охлаждения слоя льда до температуры, меньшей порогового значения. Указанное пороговое значение может составлять, например, несколько ниже 0 градусов.
В одном варианте осуществления экранная или осветительная конструкция может содержать слой с датчиками, содержащий, например, датчики температуры, используемые для измерения температуры, или оптические датчики, используемые для визуальной проверки качества льда.
В одном варианте осуществления, который является особо предпочтительным в окружающих средах, где действуют аномальные температуры, таких как ледовые площадки, места расположения светодиодов экранной конструкции покрыты пластмассовыми пузырьками, образованными в защитном слое. Пластмассовые пузырьки действуют как защитные элементы для светодиодов. Пластмассовые пузырьки могут также содействовать смещению температурных пиков в конструкции таким образом, чтобы улучшить их распределение по экранной конструкции.
Эти области применения включают площадки с ледовым покрытием, такие как хоккейные площадки. Все необходимые линии и разметка для игры в хоккей могут быть созданы посредством объединенных со льдом экранов. Кроме того, возможно создание различных других линий и границ зон для других видов спорта, отличных, например, от хоккея на льду, на площадках для различных видов игр. Это также применимо к любым видам спорта в помещении или на открытом воздухе, не использующим лёд ни в какой форме. В дополнение, указанные экраны могут использоваться для создания неподвижных или модифицируемых рекламных изображений, видимых через поверхность льда. Способность указанных изображений к модификации является большим преимуществом, поскольку в этом случае не нужно снимать лёд, когда требуется сменить расположенную под ним рекламу. Разумеется, принципы настоящего изобретения хорошо соответствуют всем другим местам, доступным на спортивной площадке, таким как направляющие или рекламные средства на стенах или окнах, или специализированные информационные экраны на спортивной арене, или в качестве основных или дополнительных табло для отображения результатов в пределах спортивной площадки, или, например, на бортах катка или внутри плексигласовых защитных стекол, окружающих площадку для хоккея на льду. В этом отношении имеется широкий спектр возможностей.
Что касается вариантов осуществления, размещаемых под твердым прозрачным слоем, таким как лёд, этот твердый слой льда действует в качестве рассеивающего элемента в отношении источников света. Это означает, что одиночные светодиоды не будут хорошо видны на удалении от экранной конструкции. Что касается требуемого качества создаваемых изображений на отображающем устройстве, то на это может влиять разрешение светодиодов в пределах экранной конструкции или толщина прозрачного твердого материала на ее верхней поверхности.
В целом, слои указанной конструкции могут быть выбраны из следующей группы конкретных вариантов: светодиодный слой, слой панели солнечной батареи, слой с электропроводящей структурой, батарейный слой, пленочный слой с отверстиями, слой для физической поддержки, защитный слой, теплопроводный слой, теплоизоляционный слой, рассеивающий слой, отражающий слой, электролюминесцентный излучающий слой и слой с датчиками, содержащий специализированные датчики. Датчики могут включать, например, оптические датчики, датчики движения и/или датчики температуры. В одном варианте осуществления оптические датчики могут быть реализованы в виде камер.
Если суммировать различные возможные варианты использования представленной конструкции, то она может использоваться в печатных гибридных системах, на медиа-поверхностях зданий, таких как прозрачные стеклянные или полимерные стены, непрозрачные стены, потолки, полы или другие плоские или криволинейные поверхности, в элементах или устройствах, изготовленных методом литья под давлением, в деревянных или облицовочных конструкциях, под слоем льда на ледовых площадках, на спортивных площадках или аренах, в качестве дорожных знаков и светофоров, в общественных транспортных средствах, таких как автобусы и поезда, в направляющих знаках, рекламных устройствах, в декоративных целях, в элементах мебели, используемых в домашнем хозяйстве или в общественных помещениях, в осветительных устройствах, в Интернете вещей, в качестве рулонных штор на окнах, в сфере искусства, на культурных и спортивных площадках, в парках для активного отдыха, тематических парках, на детских игровых площадках, для образовательных целей или для презентаций в сфере бизнеса, а также для игровых и рекламных целей.
Экранное или осветительное устройство может быть размещено в неплоской конфигурации, когда оно изготовлено или установлено на своем месте для использования.
Идея настоящего изобретения включает также соответствующий способ изготовления экранного или осветительного устройства. Способ изготовления включает в себя этапы, на которых:
- изготавливают по меньшей мере один светодиодный слой (41a-d, 51a-e, 61a-d, 81, 84, 85, 86a-b, 87a-b), причем каждый светодиодный слой включает множество светодиодов (43a-d, 52, 84L, 85L, 86L, 87L), а указанный по меньшей мере один светодиодный слой по меньшей мере частично изготавливают из полимера;
- при этом отдельный светодиодный слой содержит электропроводящие структуры (60a-b), с которыми электрически соединены светодиоды;
- выполняют слоистую конструкцию для отдельного модуля (11, 20) путем укладкой в стопу указанного по меньшей мере одного светодиодного слоя и, возможно, других слоев в необходимом порядке, и повторяют этап выполнения в случае, если необходимо множество модулей; и если выполнены по меньшей мере два модуля (11, 20), то
- соединяют указанные по меньшей мере два модуля (11, 20) друг с другом с образованием указанного устройства.
Способ изготовления может быть осуществлен частично или полностью с помощью компьютерной программы, которая может выполняться с помощью процессора или других вычислительных средств. Компьютерная программа содержит коды, и она может храниться на машиночитаемом носителе.
В одном варианте осуществления возможно размещение по меньшей мере одного другого слоя внутри светодиодной слоистой конструкции, т.е. не имеющий светодиоды слой может быть размещен между двумя светодиодными слоями. Следовательно, светодиодная слоистая конструкция может представлять собой распределенную группу слоев внутри всей слоистой конструкции. В целом, порядок следования светодиодных слоев и слоев, не имеющих светодиодов, может быть выбран произвольно в слоистой конструкции.
Настоящее изобретение обеспечивает ряд преимуществ. Конструкция является модульной, и размеры модулей являются произвольно масштабируемыми. Количество слоев и плотность светодиодов внутри модуля могут выбираться произвольно в соответствии с областью применения. Что касается практических преимуществ, относящихся к подвижности и размеру устройства, то слоистое экранное или осветительное устройство имеет возможность свертывания в рулон с целях более простых транспортировки и хранения. Кроме того, благодаря рулонным экранным элементам, обеспечивается простота установки устройства в нужном месте. Помимо этого, способ «с рулона на рулон» делает возможным экономичный процесс изготовления, если это необходимо.
Более того, конструкция имеет возможность установки в различных неплоских конфигурациях, поскольку ее материал является гибким. Размеры отображающего или осветительного устройства являются в высокой степени масштабируемыми для различных целей, что обеспечивает возможность получения очень больших экранов для общественного пользования и очень малых экранов, например, в устройствах типа наручных часов. Поскольку материал основы представляет собой полимер, экранная и осветительная конструкции являются тонкими и легкими по сравнению с традиционными экранными конструкциями. Помимо этого, полимер может быть выбран прозрачным, и путем добавления отверстий к конструкции ее прозрачность может быть еще более повышена.
Слоистая конструкция с тонкими слоями обеспечивает возможность более простого управления тепловыделением с целью непосредственного отвода тепла из конструкции.
Разные варианты осуществления, раскрытые в независимых пунктах формулы изобретения и подробно описанные выше, могут сочетаться между собой с целью создания новых вариантов осуществления настоящего изобретения.
Настоящее изобретение не ограничивается вышеуказанными представленными вариантами осуществления и допускает изменения в рамках объема формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ОТОБРАЖАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ПРИМЕНИМАЯ В ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЯХ И НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ | 2018 |
|
RU2752195C1 |
| ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО | 2010 |
|
RU2536819C2 |
| СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО | 2017 |
|
RU2656610C1 |
| Светодиодное осветительное устройство (варианты) | 2016 |
|
RU2625459C1 |
| ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ПАТРОН | 2012 |
|
RU2585708C2 |
| ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ С, ПО СУЩЕСТВУ, ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫМИ СВЕТОДИОДАМИ (ВАРИАНТЫ) | 2011 |
|
RU2587473C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ ОСВЕЩЕНИЯ | 2010 |
|
RU2574605C2 |
| ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ, С УЛУЧШЕННЫМ РАССЕИВАНИЕМ ТЕПЛА И ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬЮ | 2008 |
|
RU2490540C2 |
| ЭКСТРУДИРОВАННАЯ КАНАЛЬНАЯ ПЛАТА В КАЧЕСТВЕ ОСНОВЫ ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ФУНКЦИЙ | 2015 |
|
RU2701415C2 |
| СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО | 2012 |
|
RU2636930C2 |
Группа изобретений относится к светодиодным отображающим и осветительным устройствам, выполненным в виде гибкой тонкопленочной конструкции. Экранное устройство содержит по меньшей мере один модуль. Каждый модуль содержит слоистую конструкцию из по меньшей мере одного слоя изготовленного из полимера. Слоистая конструкция содержит светодиодную слоистую конструкцию по меньшей мере из одного светодиодного слоя, который содержит множество светодиодов. Модуль содержит по меньшей мере два слоя, наложенные друг на друга в каждом модуле с образованием слоистой конструкции для одного модуля. В случае выполнения экранного устройства из двух модулей модули соединены друг с другом. Слоистая конструкция является частично гибкой. Устройство содержит множество сквозных отверстий, выполненных по экранному устройству, для увеличения прозрачности устройства, и/или для обеспечения полостей для светодиодов смежного слоя, и/или для обеспечения возможности проникновения воздуха и/или воды через экранное устройство. Достигается создание конструкции светодиодного экранного или осветительного модуля на основе слоистой и гибкой тонкой пленки, с обеспечением возможности протекания воды через экранную конструкцию, для обеспечения вывода воды из конструкции перед тем, как будет осуществлена заморозка. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Экранное устройство, отличающееся тем, что содержит:
по меньшей мере один модуль (11, 20), причем каждый модуль содержит слоистую конструкцию по меньшей мере из одного слоя (41a–d, 51a–e, 61a–d, 81–85, 86a–c, 87a–c) и по меньшей мере один слой по меньшей мере частично изготовлен из полимера;
при этом слоистая конструкция содержит светодиодную слоистую конструкцию по меньшей мере из одного светодиодного слоя (41a–b, 51a–e, 81), который содержит множество светодиодов (43a–d, 52, 84L, 85L, 86L, 87L), причем каждый отдельный светодиодный слой содержит электропроводящие структуры (60a–b), с которыми электрически соединены светодиоды, при этом, если по меньшей мере один модуль (11, 20) содержит по меньшей мере два слоя,
указанные слои наложены друг на друга в каждом модуле (11, 20) с образованием слоистой конструкции для указанного по меньшей мере одного модуля (11, 20);
и в случае выполнения по меньшей мере двух модулей (11, 20),
указанные по меньшей мере два модуля (11, 20) соединены друг с другом с образованием указанного устройства, причем
указанная слоистая конструкция по существу является по меньшей мере частично гибкой, а
устройство также содержит множество сквозных отверстий, выполненных по экранному устройству, для увеличения прозрачности устройства, и/или для обеспечения полостей для светодиодов смежного слоя, и/или для обеспечения возможности проникновения воздуха и/или воды через экранное устройство.
2. Экранное устройство по п. 1, отличающееся тем, что слоистая конструкция по существу является по меньшей мере частично прозрачной.
3. Экранное устройство по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что, когда оно образовано в плоском виде,
первая часть светодиодов (85L, 86L) направлена в первом направлении обзора, а вторая часть светодиодов (84L, 87L) направлена во втором направлении обзора, противоположном первому направлению, в результате чего обеспечено двухстороннее отображающее устройство.
4. Экранное устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что функциональность отдельного слоя выбрана из следующей группы: светодиодный слой, слой панели солнечной батареи, слой с электропроводящей структурой, батарейный слой, пленочный слой с отверстиями, слой для физической поддержки, защитный слой (30, 86d, 87d), теплопроводный слой, теплоизоляционный слой, рассеивающий слой, отражающий слой, электролюминесцентный излучающий слой и слой с датчиками, содержащий по меньшей мере один специализированный датчик.
5. Экранное устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что оно также содержит
множество модулей (11, 20), расположенных смежно друг с другом встык или скрепленных между собой соединительными средствами (64, 67а).
6. Экранное устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что защитный слой или защитные средства (30, 86d, 87d) также содержат:
- защитные полимерные полосы пленки, размещенные смежно друг с другом, или слой пленки по меньшей мере на части области поверхности устройства, или
- одну защитную полосу, размещенную на верхней поверхности шва между двумя смежными модулями устройства, или
- материал, напыленный по меньшей мере на часть области поверхности устройства, или
- полимерный материал, который выполнен литьем под давлением по меньшей мере на части области поверхности устройства.
7. Экранное устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что оно также содержит
рамочную конструкцию (12), к которой прикреплен указанный по меньшей мере один модуль (11, 20) и которая содержит электропроводящие провода, соединяемые с выбранными местами модулей (11, 20) посредством соединительных средств (64, 67а).
8. Экранное устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что выбранные слои отдельного модуля и/или выбранные слои смежных модулей скреплены и/или электрически соединены соединительными средствами (64, 67а), изготовленными из электропроводного материала.
9. Экранное устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что электропроводящая структура выбранного слоя электрически соединена с соединительными средствами (64, 67а) посредством соединения крепежных средств при нахождении указанных соединительных средств на своем месте,
причем соединительные средства (64, 67а) являются проводящими, а соединительные крепежные средства представляют собой дополнительный участок (68) электропроводящего провода, присоединенный прессованием к соединительным средствам (64, 67а), и/или проводящий адгезив (69), размещенный вокруг соединительных средств (64, 67а).
10. Экранное устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что оно содержит:
- одну или две светодиодные слоистые конструкции (81),
- один или два слоя (82) панели солнечной батареи и
- по меньшей мере один батарейный слой (83),
расположенные в таком порядке, при котором обеспечена возможность сбора световой энергии слоем или слоями панели солнечной батареи либо непосредственно в качестве самого внешнего слоя, либо через по меньшей мере частично прозрачные слои экранного устройства, в результате чего обеспечено одно- или двухстороннее экранное устройство.
11. Экранное устройство по п. 10, отличающееся тем, что светодиодная слоистая конструкция (81) объединена с еще одной светодиодной слоистой конструкцией (81), перевернутой на 180 градусов перед объединением с получением двухстороннего светодиодного экранного устройства.
12. Экранное устройство по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что оно также содержит средства беспроводной связи.
13. Экранное устройство по п. 12, отличающееся тем, что оно также содержит средства связи Интернета вещей.
14. Способ изготовления экранного устройства, отличающийся тем, что он включает этапы, на которых:
- изготавливают по меньшей мере один светодиодный слой (41a–d, 51a–e, 61a–d, 81, 84, 85, 86a–b, 87a–b), причем каждый светодиодный слой содержит множество светодиодов (43a–d, 52, 84L, 85L, 86L, 87L) и по меньшей мере один светодиодный слой по меньшей мере частично изготовлен из полимера;
при этом каждый отдельный светодиодный слой содержит электропроводящие структуры (60a-b), с которыми электрически соединены светодиоды;
- выполняют слоистую конструкцию для отдельного модуля (11, 20) путем укладки в стопу указанного по меньшей мере одного светодиодного слоя и возможных других слоев в необходимом порядке и повторяют указанный этап выполнения в случае, если необходимо множество модулей; и в случае выполнения по меньшей мере двух модулей (11, 20)
- соединяют указанные по меньшей мере два модуля (11, 20) друг с другом с образованием указанного устройства, причем
указанная слоистая конструкция по существу является по меньшей мере частично гибкой, и
- выполняют множество сквозных отверстий по экранному устройству для увеличения прозрачности устройства, и/или обеспечения полостей для светодиодов смежного слоя, и/или для обеспечения возможности проникновения воздуха и/или воды через экранное устройство.
15. Способ изготовления по п. 14, отличающийся тем, что этапы печати электропроводящих структур и сборки компонентов выполняют способом «с рулона на рулон».
16. Способ изготовления по п. 14 или 15, отличающийся тем, что он включает также этап, на котором
выполняют послойное наложение слоев друг на друга, причем каждый светодиод светодиодного слоя размещают в соответствующем отверстии следующего слоя, или наоборот.
17. Способ изготовления по любому из пп. 14-16, отличающийся тем, что он включает также этап, на котором
размещают или напыляют или выполняют литьем под давлением защитный слой (30, 86d, 87d) по меньшей мере на части области поверхности устройства.
18. Способ изготовления по любому из пп. 14-17, отличающийся тем, что он включает также этапы, на которых:
- послойным наложением выполняют первую слоистую конструкцию с получением первого устройства с односторонним обзором, имеющего по меньшей мере один светодиодный слой,
- послойным наложением выполняют вторую слоистую конструкцию с получением второго устройства с односторонним обзором, имеющего по меньшей мере один светодиодный слой;
- переворачивают вторую слоистую конструкцию на 180 градусов и
- скрепляют первую слоистую конструкцию с перевернутой второй слоистой конструкцией с получением устройства с двухсторонним обзором.
19. Способ изготовления по любому из пп. 14-18, отличающийся тем, что он включает также этап, на котором
послойно накладывают друг на друга четыре светодиодных слоя (41a-d), в каждом из которых обеспечивают первое расстояние между светодиодами в обоих направлениях Х и Y на поверхности светодиодного слоя друг над другом таким образом, что первый (41а) и второй (41b) светодиодные слои смещены в направлении Х и третий (41с) и четвертый (41d) светодиодные слои смещены в направлении Х, и послойно накладывают друг на друга указанные две пары светодиодных слоев со смещением в направлении Y, в результате чего получают светодиодную слоистую конструкцию (42), в которой расстояние между светодиодами в обоих направлениях Х и Y на поверхности указанной светодиодной слоистой конструкции составляет половину указанного первого расстояния.
20. Способ изготовления по любому из пп. 14-18, отличающийся тем, что он включает также этап, на котором
послойно накладывают Х светодиодных слоев (51a-e) друг на друга таким образом, что смежные светодиодные слои смещены на величину d в первом направлении,
причем в каждом светодиодном слое (51а-е) расстояние между светодиодами (52) в Х раз больше, чем d, в первом направлении на поверхности указанного светодиодного слоя, в результате чего получают светодиодную слоистую конструкцию, в которой расстояние между светодиодами (52) равно d в первом направлении на поверхности указанной светодиодной слоистой конструкции.
21. Способ изготовления по любому из пп. 14-20, отличающийся тем, что возможные другие слои выбирают из следующей группы: слой панели солнечной батареи, слой с электропроводящей структурой, батарейный слой, пленочный слой с отверстиями, слой для физической поддержки, защитный слой (30, 86d, 87d), теплопроводный слой, теплоизоляционный слой, рассеивающий слой, отражающий слой, электролюминесцентный излучающий слой или слой с датчиками, содержащий по меньшей мере один специализированный датчик.
| US 2015267907 A1, 24.09.2015 | |||
| CN 101582225 A, 18.11.2009 | |||
| US 2016154170 A1, 02.06.2016 | |||
| US 2011163683 A1, 07.07.2011 | |||
| US 2016163940 A1, 09.06.2016 | |||
| WO 2016083663 A1, 02.06.2016. |
