Світлова гнучка нитка

Даний винахід належить до області техніки, що пов'язана з системою відображення інформації, зокрема до електролюмінесцентних приладів. Світлова нитка являє собою пристрій, що призначений змінювати свою оптичну поведінку у відповідь на прикладене електричне поле. Така нитка звичайно складається з одного чи декількох вн утрішніх і зовнішніх просторових поверхневих керуючих електродів по всій довжині нитки, простір між якими заповнено органічною зв'язуючою речовиною та наповнювачем з порошкового електролюмінесцентного люмінофора певного кольору світіння. При прикладені до керуючих електродів нитки дії електричної напруги певних параметрів, виникає світіння шару люмінофора нитки. Відома гнучка електролюмінесцентна смужка (патент WO 99/19858), яка має задній провідний шар, проміжний люмінесцентний та передній прозорий люмінесцентний шар. Область випромінювання формується на перетині прозорого провідного шару та металевої провідної смужки, яка контактує з заднім провідним шаром. Недоліками такого рішення є слабка інтенсивність випромінювання і незначна надійність, пов'язана з великою вірогідністю короткого замикання. Відома гнучка світлова нитка (патент US 3.052.812), де гнучка нитка сформована з двох металевих електродів мідного дроту, між якими розташована органічна зв'язуюча речовина з наповнювачем із електролюмінесцентного люмінофору. При цьому по одній реалізації нитки її переріз має форму еліпса, в центрі якого прямолінійно по довжині нитки розміщуються два електроди, а зв'язуюча речовина з наповнювачем обволікає вищезгадані електроди. По іншій реалізації цієї нитки навкруги центрального більш товстого електрода, що розміщений прямолінійно вздовж нитки, закручується у вигляді спіралі другий електрод, що в декілька разів тонший. Простір між обома електродами заповнюється зв'язуючою речовиною з люмінофором певного кольору світіння і параметрів напруги збудження. Гнучка нитка підключається до джерела змінної напруги з частотою 50¸50000Гц. В розгляденій реалізації нитки колір та яскравість світіння визначається обраним люмінофором та його якістю, тобто товщиною покриття, що наноситься. До недоліків прототипу слід віднести суттєву неоднорідність електричного поля, яке прикладається до люмінофорів. Внаслідок недосконалості конструкції основне поле сконцентровано між дротовими електродами невеликих площин. Отримати дві чи декілька різних світінь нитки неможливо в розглянутій реалізації. Неможливо, також, в процесі експлуатації нитки змінити її яскравістні чи кольорові характеристики після її виготовлення як по всій довжині, так і окремих її ділянок. При використанні електродів у вигляді цілісного металевого провода, наприклад в процесі експлуатації, при їх перегріванні можливо їх зміщення в продольному напрямку через недостатню адгезію зі зв'язуючою речовиною, а також відшарування від основної маси. Внаслідок чого порушуються світлотехнічні характеристики нитки та знижується надійність її роботи. Розглянуті вище недоліки порівняно легко усуваються, коли в нитках формуються декілька груп електродів і використовується декілька незалежних областей простору нитки, кожна з яких заповнена зв'язуючою речовиною з люмінофором певного кольору світіння. В основу винаходу поставлено завдання створення світлової гнучкої нитки, в якій завдяки використанню конструкції, що являє собою гнучку нитку на основі органічної зв'язуючої речовини з неорганічним порошковим люмінофором в якості наповнювача і провідними шарами - керуючими електродами, які розташовані по всій довжині нитки, забезпечується рівномірність електричного поля за всією довжиною світлової гнучкої нитки і, відповідно, рівномірність світіння нитки; забезпечується можливість використання в конструкції двох або більше люмінофорних матеріалів за рахунок чого з'являється можливість отримання в приладах декількох кольорів світіння. Крім того, завдяки конструкції, що пропонується, можливе використання слабосплетених джгутів із тонкого дроту і за рахунок цього позбутися деформації і відшарування та забезпечити механічну міцність, а також однорідність світіння. Поставлене завдання вирішується тим, що в світловій гнучкій нитці на основі органічного зв'язуючого з неорганічним порошковим люмінофором в якості наповнювача і провідними електродами, розташованими по всій довжині нитки, яка підключається до джерела змінної напруги з частотою 50¸50000Гц. згідно винаходу один з електродів знаходиться в об'ємі нитки і розташований вздовж всієї її довжини та являє собою слабкосплетений джгут з тонких провідних дротів із проміжками між окремими нитками, а на поверхні нитки знаходиться другий (зовнішній) електрод у вигляді прозорого для випромінювання провідного шару з каналом підвищеної провідності, що має електричний контакт з прозорим провідним шаром по всій довжині нитки. Згідно з поставленим завданням всі електроди в об'ємі нитки виконані з слабо сплетеного джгута (нитки) з тонких металевих дротів з певним зазором один до одного, що забезпечує більш високу адгезію поверхні електрода з речовиною наповнювача та практично виключає його зміщення через температурні чи інші несприятливі фактори її виготовлення, чи експлуатації. Керуюча напруга до кожної пари робочих електродів (один чи два) нитки подається роздільно, чи одночасно від незалежних джерел живлення. Кількість керуючих електродів напряму залежить від кількості незалежних просторових областей, що заповнені люмінофором окремого кольору світіння. Тому маючи декілька таких областей світіння, можливо керувати кольором світіння кожної області окремо і отримувати різні кольори світіння нитки в залежності від кольору світіння збудженого люмінофора. Використовуючи декілька незалежних джерел керуючих напруг і комбінуючи їх підключення до робочих електродів відповідних шарів чи дільниць люмінофора, досягається різне світіння люмінофора по всій довжині нитки, чи окремих її дільниць. Яскравість випромінювання нитки, що виводиться, збільшена нанесенням відбиваючого металевого покриття зі сторони, протилежної направленню випромінювання. Також використовуючи декілька незалежних джерел керуючих напруг для одночасного збудження двох чи більше різних шарів люмінофора нитки, можливо шляхом комбінації підключення керуючих напруг для збудження відповідних шарів люмінофора досягти додаткових кольорів світіння нитки, що відрізняються від кольорів люмінофорів, що використовуються. Це досягається за рахунок оптичного аддитивного накладення (складення) двох чи більше різних кольорів спектру. У відповідності з формулою винаходу, в якості органічного зв'язуючого використовують термо-пластичні органічні матеріали з високими показниками діелектричної проникності. При цьому, провідні шари - керуючі електроди, розташовані по всій довжині. Необхідно відзначити, що поперечний переріз нитки може мати форму круга, еліпса, прямокутника, чи іншу. Конструктивне використання нитки, як правило, визначається технічними вимогами до робочого зразка, де враховується форма перерізу, кількість шарів люмінофора, неперервність зовнішнього шару електрода чи розділення його поверхні на зони незалежного збудження. Згідно з винаходом в разі, коли зовнішній поверхневий електрод виконаний з прозорого провідного матеріалу стрічками, що не мають електричного контакту між собою, то до них приєднують стрічкові електричні контакти. Через ці контакти здійснюється підключення керуючих напруг для збудження відповідних дільниць люмінофора поверхні нитки. При цьому стрічкові контакти в місцях їх з'єднання з поверхневим провідним покриттям ізольовані прозорим діелектричним покриттям. Слід зауважити, що формування провідних дільниць поверхні електрода нитки здійснюється таким чином, щоб створити, при необхідності, дільниці окремого збудження нитки певного направлення передачі світіння люмінофора. При цьому величина випромінюючого світлового потоку збудження люмінофору може бути збільшена шляхом нанесення додаткового відбиваючого металевого покриття на дільниці нитки, що є протилежними направленню випромінювання. В окремих випадках в якості наповнювача світлової гн учкої нитки можна використовувати декілька неорганічних люмінофорів різного кольору світіння. Якщо в об'ємі волокна таких просторових областей дві, чи більше вони мають незалежні джерела напруги живлення. Причому напруги збудження кожного шару люмінофорів різних кольорів світіння можуть бути однаковими або різними. Відповідно до винаходу світлова нитка має електроди, що знаходяться в об'ємі волокна, які вкриті шаром ізолюючого матеріалу. При цьому діелектрична проникність такого ізолюючого покриття в десятки разів більше, ніж значення цього параметру для зв'язуючої речовини люмінофора, а товщина покриття самого електрода в декілька разів менше за його діаметр. Крім того, зверху на прозорий електрод світлової нитки нанесено шар прозорого ізолюючого матеріалу, що герметизує. Цей шар виконує роль світловода, при цьому він може бути кольоровим світло-фільтром, або кольоровим фільтром для оптичної корекції випромінювання. Вздовж основної світлової нитки розташовані декілька додаткових конструктивних елементів у вигляді металевих ниток чи проволок, кожна з яких має вибірний механічний (електричний) контакт з провідним стрічковим електричним контактом. Таким чином, здійснюється незалежне вибіркове керування світінням дільниць люмінофора зовнішнього покриття нитки. Підключення керуючих напруг незалежних джерел до керуючих електродів внутрішніх просторових шарів люмінофора забезпечує їх збудження і створення світіння нитки. Згідно з винаходом подавання робочої напруги різними електричними провідниками здійснюється з незалежних джерел електричного живлення, або послідовним їх підключенням до одного джерела електричного живлення. Також на світлову нитку можуть подавати робочу напругу з загальних джерел електричного живлення (для декількох аналогічних волокон). Світлова нитка має електричні виводи, які приєднані до контактних стрічок зовнішнього електроду зі сторони, протилежної напрямку виводу випромінювання. Перелік малюнків Фіг.1. Реалізація світлової нитки у відповідності до одного аспекту реалізації даного винаходу. Фіг.2. Конструктивне виконання внутрішнього електрода нитки у відповідності до другого аспекту реалізації даного винаходу. Фіг.3-Фіг.6. Переріз нитки різних її реалізацій по даному винаходу. Фіг.7. Виконання нитки, коли поверхневий електрод виконаний роздільно з декількох провідних стрічок, що не мають електричного контакту одна з одною. Фіг.8. Реалізація нитки, коли до провідних стрічок зовнішнього поверхневого електрода підключені стрічкові металеві контакти у відповідності до другого аспекту реалізації даного винаходу. Фіг.9. Переріз нитки та виведення випромінювання шару люмінофора, коли в нитці збуджується ділянка, що протилежна розташуванню стрічкового контакту. Фіг.10. Переріз нитки, коли на поверхні нитки, на стороні, що протилежна виводу випромінювання, нанесено відбиваюче покриття у відповідності до наступного аспекту реалізації даного винаходу. Фіг.11. Переріз світлової нитки, де на поверхневий електрод нанесено прозоре ізоляційне діелектричне покриття, на яке накладений електричний контакт у відповідності до наступного аспекту реалізації даного винаходу. Фіг.12. Світлова нитка з центральним електродом, що вкритий прозорою органічною речовиною з неорганічним люмінофором, де до прозорого поверхневого електрода, що виконаний окремими стрічками, зі сторони, що протилежна направленню виведення випромінювання, приєднані стрічкові металеві контакти, що лежать поверх відповідного покриття ізоляційного шару оптичного кольорового фільтру у відповідності до наступного аспекту реалізації даного винаходу. Фіг.13. Переріз світлової нитки з одним центральним електродом, де до стрічкових контактів прикладаються і приєднуються механічно додаткові механічні конструктивні елементи у вигляді повздовжніх ниток чи проволок. Фіг.14. Переріз світлової нитки з двома центральними електродами, де до поверхневого електрода приєднуються два стрічкових електричних контакта. Фіг.15. Світлова нитка, де до кожної прозорої провідної стрічки поверхневого електрода прикладені (приєднані) стрічкові електричні контакти з боку, протилежному направленню виведення випромінювання. Фіг.16. Світлова нитка, в якій декілька просторових областей різних люмінофорів, що простягаються по всій довжині нитки, примикаючи одна до одної. Докладний опис винаходу У відповідності до даного винаходу, тут забезпечується створення світлової нитки з керуючими світлотехнічними характеристиками - кольором світіння по всій довжині нитки. Також забезпечується вибіркова зміна кольору світіння як по всій довжині, так і на її окремих повздовжніх ділянках. На Фіг.1. приведена конструкція нитки, що виконана по всій довжині з двох рознесених центральних електродів (1), що заповнені органічною зв'язуючою речовиною з порошковим люмінофором (2) певного кольору світіння. На зовнішній поверхні нанесено прозорий провідний шар (3), через який також підключається керуюча напруга для збудження шару люмінофора нитки. Внутрішні електроди (1) нитки виконані з слабосплетених металевих дротів (Фіг.2). Використання такої конструкції електрода забезпечує більш високу надійність конструкції нитки в цілому. Це досягається тим, що при виготовленні нитки, коли виконується обволікання електродів сумішшю розплаву з органічної речовини і люмінофора (2), забезпечується краща адгезія суміші розплаву зі слабкосплетеними проволоками електродів. В якості органічного зв'язуючого може бути використаний полівинілбутираль, що має добрі оптичні властивості - прозорість, безбарвність, світлостійкість, а також високу адгезію до металів, скла, пластмас. Світловипромінюючим шаром є суміш порошкового люмінофора ZnS (ZnS:Pb, ZnS:Mn та ін.), що використовується як неорганічний наповнювач зв'язуючої речовини. Зв'язуючий діелектрик (полівинілбутираль) має високу діелектричну проникність, достатню величину пробивної напруги та хімічну інертність по відношенню до люмінофора і матеріалу електродів, стабільність діелектричних характеристик і добру вологостійкість. Тут забезпечується покращена адгезія розплаву з негладкою поверхнею скручених проволок електрода. Виконання нитки може бути різним - прямокутної (Фіг.3), круглої (Фіг.5), еліпсоїдної (Фіг.4) чи іншої (Фіг.6) форми, що відповідно, зумовлюється вимогами її використання та застосування. На Фіг.6 показано реалізацію нитки, коли до її основної форми виконання додаються додаткові конструктивні елементи, які розширюють функціональні можливості нитки при її світінні. На зовнішній поверхні нитки по її довжині нанесено поверхневий провідний прозорий шар-електрод (3), який використовується для збудження відповідного шару люмінофора. Нанесення поверхневого шару виконано методом піролізу, де провідний шар (3) може бути з окису індію-олова (ІТО), окису олова, або цинку та ін. та провідні шари товщиною переважно 0,01 ¸ 0,05 мкм. На Фіг.7. приведена реалізація нитки, де внутрішній центральний електрод (1) обволікається органічним зв'язуючим з люмінофором (2), а на поверхні нитки по всій довжині нанесені поверхневі провідні електроди (3) у вигляді окремих дільниць, що не мають електричного зв'язку між собою. Таке виконання нитки дозволяє забезпечувати вибіркове (роздільне чи одночасне) світіння окремих її дільниць. На Фіг.8. приведено виконання нитки з внутрішнім центральним електродом (1) і зовнішнім поверхневим електродом (3), що розділений на декілька електрично не з'єднаних між собою ізольованих дільниць. До кожної дільниці поверхневого електроду прикладаються металеві стрічкові контакти (4) однакової ширини зі стрічкою зовнішнього електроду (3), або меншою. Таким чином здійснюється вибіркове керування світінням зовнішніх дільниць нитки. При цьому, під час орієнтації стрічкових контактів в напрямку, що є протилежним напрямку виведення випромінювання, вони його не затінюють, що відображено на Фіг.9. У випадку нанесення шару відбиваючого дзеркального покриття (6) (Фіг.10) на дільницю нитки, що протилежна напрямку виведення випромінювання (5), відбувається збільшення (посилення) яскравості випромінювання за рахунок відбивання. На Фіг.11. приведений варіант реалізації нитки по другому аспекту даного винаходу, коли поверхневий електрод (3) із стрічковим контактом (4) вкривається прозорим діелектричним покриттям (5) з товщиною 10¸20мкм, що дозволяє виключити, чи зменшити несприятливий вплив зовнішніх факторів (вологи, температури, випарювань речовини та газів) на надійність електричних з'єднань електродів нитки. На Фіг.12. приведений варіант реалізації світлової нитки по другому аспекту даного винаходу. Нитка реалізована таким чином, що є центральний внутрішній електрод (1), який обволікається органічним зв'язуючим з порошковим люмінофором (2), а поверхневий електрод (3) виконаний з декількох поперечно ізольованих дільниць. На кожну з поперечних дільниць поверхневого електрода наноситься відповідний ізоляційний оптичний кольоровий фільтр, який також ізолює герметично електричний зв'язок кожного стрічкового контакта відповідного дільницям прозорого поверхневого електрода. При цьому, стрічкові контакти, як правило, примикають до відповідним дільницям зовнішнього електрода зі сторони, що протилежна направленню виведення випромінювання. На Фіг.13 приведено переріз нитки, де реалізована конструкція з одним центральним електродом (1) по довжині нитки, що обволочений органічним зв'язуючим з порошковим наповнювачем люмінофора (2). При цьому, до циліндричного поверхневого електрода (3) нитки примикає стрічковий контакт (4) зі сторони, протилежної напрямку виведення випромінювання. До стрічкового контакту по його краям по всій довжині нитки примикають додаткові конструктивні елементи (5) у вигляді повздовжніх металевих стрічок чи дротів. При реалізації конструкції нитки з двома центральними електродами (1) (Фіг.14) та їх заповнення органічною зв'язуючою речовиною з порошковим люмінофором (2), зовнішній провідний електрод (3) також виконується по всій довжині оточуючи відповідні дільниці зовнішньої поверхні нитки в поперечному та(чи) продольному напрямку нитки. При цьому, стрічкові контакти (4) нитки можуть примикати до відповідних дільниць зовнішнього поверхневого електрода (3), як приведено для прикладу на Фіг.14. Тут також відображені і додаткові конструктивні елементи (5), які використовуються в якості елементів кріплення. На Фіг.15. відображено фрагмент нитки, що реалізована по декільком аспектам даного винаходу, де центральний електрод (1), покритий органічним зв'язуючим з люмінофором (2). При цьому, поверхневий електрод (3) виконаний у ви гляді секцій з декількох ізольованих поперечних дільниць, до кожної з яких приєднується окремий стрічковий контакт (4) на стороні, протилежній направленню виведення випромінювання. Крім того, кожен стрічковий контакт (5) своєю відповідною частиною вибірково підключається ізольовано до одного з електродів шини живлення (6). Таким чином, здійснюється роздільне, чи одночасне вибіркове керування світінням простору нитки прикладенням керуючого впливу до внутрішнього електрода нитки та стрічкового її контакту через відповідний електрод шини живлення. Ізоляція герметизації стрічкових електродів між зовнішніми дільницями поверхневим електродом може виконуватись нанесенням шару діелектричного матеріалу. Підключення стрічкових контактів до електродів шини живлення може здійснюватись крапковим контактним зварюванням, а ізоляція між стрічковими контактами і електродами шини живлення здійснюється розпиленням через матрицю нанесення ізоляції. На Фіг.16. приведено переріз нитки, що реалізований ще по одному аспекту даного винаходу, де світлова нитка виконана по всій довжині з декількох повздовжніх просторових областей, кожна з котрих виконана з органічного зв'язуючого і порошкового люмінофора окремого певного кольору світіння, що відрізняється від кольору світіння іншої прилеглої, чи сумісної області. Кожна з таких областей має по одному повздовжньому центральному електроду (1, Г, І"), котрий обволочується відповідним кольором світіння люмінофора зі зв'язуючою речовиною (2, 2', 2"). Незалежні області в повздовжньому направленні примикають одна до одної (Фіг.16) і мають форму, близьку до еліпсу. Зовнішня поверхня нитки вкрита по всій довжині прозорим провідним шаромелектродом (3). Роблячи неперервним дільницю покриття, чи розірваним по довжині, можна створювати вибірково роздільні дільниці керування кольором світіння нитки як в повздовжньому направленні збудження відповідних роздільних керуючих просторових областей нитки, так і в поперечному направленні створенням розривних ізольованих дільниць чи секцій поверхневого електрода. Тоді можна досягти роздільного трикольорового світіння відповідних дільниць нитки, а також крім трьох основних кольорів світіння роздільно можна отримати ще додаткові кольори за рахунок одночасного світіння двох чи трьох кольорів світіння незалежних просторових областей нитки.