ОТОБРАЖАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ПРИМЕНИМАЯ В ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЯХ И НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ
DISPLAY STRUCTURE USED IN ICE CONDITIONS AND OUTDOORS

Область техники
Настоящее изобретение относится к отображающим панелям с большой площадью поверхности для отображения неподвижных изображений и видеоизображений, которые образованы матрицей дискретных, интеллектуальных устройств светоизлучающих источников, управляемых через подсоединенную шину последовательной передачи данных. Устройства отображения с большой площадью могут быть образованы расположением меньших отображающих модулей в виде большой матрицы. Такая технология лучше всего подходит для отображающих панелей, предназначенных для просмотра с дальнего расстояния. Характерные примеры применения могут включать в себя, без ограничения, придорожные знаки и оповещения в местах массового скопления людей, таких как спортивные мероприятия.
Уровень техники
Как правило, дискретные светодиоды выполнены в виде массива рядов и столбцов с целью создания пикселей для отображения неподвижных изображений или видео. Посредством управления каждым из светоизлучающих устройств будет создано изображение. Дискретные устройства, содержащие многоцветные светоизлучающие источники, могут использоваться для создания диапазона разнообразных цветов. Путем управления как интенсивностью, так и уровнем основных цветов, можно создавать отображение с регулируемой интенсивностью и цветовым диапазоном.
Таким образом, схема управления в пределах площади матрицы отображения, как правило, создается в двух направлениях (Х и Y) для снабжения каждого из светоизлучающих устройств своей управляющей мощностью. Эта двумерная схема занимает большую часть площади поверхности отображения или, будучи созданной с помощью множества проводящих слоев, будет усложнять конструкцию подложки и увеличивать затраты на изготовление.
Представленные на рынке многоцветные светодиоды (т.е. стандартный LED) (light emitting diodes, LED) со схемой интегрального управления изначально предназначались для декоративных целей. Как правило, СИД расположены в виде длинных цепочек, в которых каждый СИД может независимо управляться через подсоединенную шину последовательной передачи данных.
В WO 2011/046961 (BML Productions Inc.) раскрыт загерметизированное устройство отображения на органических светодиодах (organic light emitting diode, OLED), которое может быть расположено под поверхностью ледяного слоя. Отображающий слой размещен непосредственно подо льдом на верхней поверхности охлаждаемого бетонного слоя, который, в свою очередь, может быть снабжен трубами для охлаждения этого слоя. Охлаждаемый слой отделен от более теплых слоев основы изоляционным слоем. Некоторые части дисплеев могут быть скомпонованы вместе в виде решетчатой конструкции, т.е. в матричной форме.
В WO 2015/092140 (Flexbright Oy) раскрыта осветительная конструкция, которая выполнена в виде гибкой сворачиваемой в рулон тонкой пленки. Она содержит полимерный слой, другая сторона которого содержит структурированный слой (электронную схему), который является электропроводящим и гибким. Конструкция содержит отверстие под светодиодный перевернутый чип СИД (flip-chip), который, в свою очередь, соединен со структурированным слоем через контактные области. На верхней поверхности светодиодов и полимерного слоя выполнен гибкий экранирующий слой. Указано, что толщина полимерного слоя составляет менее 100 микрометров. Пленочный источник света изготовлен с помощью способа «с рулона на рулон» (roll-to-roll).
В US 2013/0074538 (Forsberg) раскрыт панельный светодиодный дисплей, который может быть расположена под поверхностью льда на катке. СИД размещены в закрытых полостях панели, и применено устройство охлаждения, которое осуществляет циркуляцию хладагента через указанные закрытые полости с целью отвода тепла, генерируемого указанными СИД. Панель от Forsberg представляет собой жесткую и прочную панель, и предпочтительным материалом для этой панели является акриловый лист, изготовленный из полиметилметакрилатного (PMMA) полимера.
При использовании дискретные многоцветные светоизлучающие устройства, как правило, располагают в виде матрицы, при этом каждый СИД будет формировать один пиксель устройства отображения. Для создания такой матрицы пикселей на практике необходимо мультиплексирование и применение схем для независимого управления каждым СИД в направлениях X и Y. Компактная схема в направлениях X и Y, необходимая для управления большим количеством дискретных светоизлучающих устройств, занимает, как правило, большую часть площади отображающей поверхности и в целом не позволяет использовать пространство между светоизлучающими устройствами в других целях.
Проблемы уровня техники состоят в применении многофункциональных слоев в пределах слоистой отображающей конструкции, поскольку сложная схема управления светоизлучающими устройствами занимает слишком большую часть площади отображающей поверхности.
Проблемы уровня техники состоят в достижении достаточной надежности при использовании устройств отображения в условиях неблагоприятной окружающей среды, таких как на открытом воздухе или внутри ледяного слоя, например внутри ледовой арены или льда хоккейного катка. При попытке достигнуть достаточной надежности в неблагоприятных условиях окружающей среды, в соответствии с уровнем техники, необходимо было бы реализовать высокозатратные решения наподобие отдельных герметичных корпусов.
В уровне техники также существуют проблемы с рассеиванием тепла.
Раскрытие сущности изобретения
В настоящем изобретении предложен продукт в виде отображающей панели на основе управляемых посредством последовательной передачи данных дискретных светоизлучающих устройств, образующих относительно неплотную матричную конструкцию и предназначенных для просмотра с дальнего расстояния. Неплотная матричная конструкция светоизлучающих устройств будет обеспечивать многофункциональное использование области отображения для различных многослойных конструкций и функциональных отверстий в пределах матрицы.
Идея изобретения заключается в использовании управляемых посредством последовательной передачи данных светоизлучающих устройств в различных вариантах осуществления отображающих или осветительных модульных конструкций, что стало возможным благодаря неплотной матрице пикселей отображения, предназначенной для просмотра с дальнего расстояния, и упрощенным шинам питания и передачи данных, а также благодаря интеллектуальному управлению светоизлучающими устройствами.
Кроме того, идея изобретения заключается в различном использовании отображающих конструкций и осветительных модулей в соответствии с разными установочными платформами и областями применения.
Настоящее изобретение нацелено на отображающие конструкции, содержащие слой (слои) с электронными компонентами и светоизлучающими устройствами, применимый (применимые) на различных материалах подложки, многофункциональные слои и их структуры, сквозные отверстия и различные защитные слои, когда дисплей установлен в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как внутри ледяного слоя спортивной арены, видимого с трибун, или в различных информационных знаках, расположенных на открытом воздухе с изменяющимися условиями окружающей среды.
В итоге, согласно первому аспекту настоящего изобретения, в настоящем изобретении раскрыта отображающая конструкция, содержащая по меньшей мере один отображающий модуль. Отображающая конструкция отличается тем, что она содержит:
- по меньшей мере один слой подложки, содержащий полимерные, стеклянные, керамические или композиционные материалы и электропроводящую интегральную схему с электронными компонентами и светоизлучающими устройствами (СИД);
- по меньшей мере один электропроводящий слой, обеспечивающий возможность интеллектуального управления светоизлучающими устройствами;
- при этом отображающий модуль содержит по меньшей мере одно покрытие или формованный слой, защищающий отображающую конструкцию от влаги и других воздействий окружающей среды;
- а отображающая конструкция также содержит ряд структурных и проделанных сквозных отверстий, проходящих сквозь всю отображающую конструкцию в целом;
- причем отображающая конструкция выполнена с возможностью построения из изготавливаемых с меньшими размерами отображающих модулей посредством соединения подходящего количества отображающих модулей с получением рядов и столбцов; и
- отображающая конструкция выполнена с возможностью применения в неблагоприятных условиях окружающей среды, включающих ледовые условия и нахождение на открытом воздухе.
Как видно из вышеприведенной отличительной части, она была определена в широком смысле, поскольку могут быть использованы любые светоизлучающие устройства, а не только лишь светодиоды. Таким образом, всюду далее в данном описании условное обозначение «LED» подразумевает светоизлучающее устройство.
В варианте осуществления изобретения устройство содержит множество скомпонованных отверстий или проемов, используемых по меньшей мере для одной из следующих целей:
- улучшения общей прозрачности устройства;
- обеспечения прозрачности одного или более наложенных друг на друга отображающих модулей, смещенных таким образом, чтобы обеспечивать возможность светоизлучающим устройствам вторичного модуля излучать свет через отверстия в том же направлении, что и первичный модуль;
- обеспечения прозрачности одного или более наложенных друг на друга отображающих модулей с временным сдвигом и переключением на противоположные направления, т.е. создания устройства двухстороннего отображения;
- обеспечения протекания охлаждающей среды для конвективного переноса или отвода тепла, создаваемого внутри отображающей конструкции;
- в примерах применения, когда габаритное устройство отображения размещено внутри ледяного слоя, например, на ледовой арене, предотвращения отслаивания ледяного слоя от основания арены;
- в примерах применения, когда габаритное устройство отображения размещено внутри ледяного слоя, например, на ледовой арене, обеспечения выхода воздуха из конструкции;
- в примерах применения, когда габаритное устройство отображения размещено внутри ледяного слоя, например на ледовой арене, способствования охлаждению ледяного слоя поверх отображающей конструкции;
- обеспечения оптических путей для наложенных друг на друга слоев других оптических функций, таких как датчики и солнечные элементы;
- обеспечения механической фиксации дополнительных функциональных слоев, таких как рефлекторы и диффузоры;
- обеспечения положений механической фиксации смежных отображающих модулей.
В варианте осуществления изобретения, когда дисплей расположен внутри ледяного слоя, вместо расположения отображающих модулей в дорогостоящую водонепроницаемую закрытую полость каждый отображающий модуль покрывают последовательностью функциональных, защитных слоев, которые будут обеспечивать эффективную защиту отображающей конструкции от влаги и ионных веществ, тем самым позволяя использовать плоские слоистые отображающие модули, скомпонованные с получением рядов и столбцов.
В варианте осуществления изобретения, когда дисплей расположен внутри ледяного слоя, отдельные отображающие модули соединены вместе с использованием механического держателя, снабженного по меньшей мере двумя стержнями на каждой стороне отображающего модуля и расположенного между смежными сторонами отображающих модулей, причем стержни соответствуют расположению отверстий на каждой из сторон отображающего модуля, соединяют ряды и столбцы отображающих модулей в одну более крупную механическую конструкцию, которая удерживается в своем положении, пока формируется ледяной слой.
В варианте осуществления изобретения, когда дисплей расположен внутри ледяного слоя, отдельные отображающие модули электрически соединены вместе с использованием водонепроницаемых соединителей или заполненных силиконовым гелем соединителей, которые предотвращают проникновение воды в электрические соединения.
В варианте осуществления изобретения, когда дисплей расположен внутри ледяного слоя, отдельные отображающие модули защищены от воздействий воды и ионных веществ посредством многослойного покрытия, которое содержит тонкий слой, обеспечивающий химически устойчивое соединение с внешними поверхностями, подлежащими защите, толстый слой эластомера, обеспечивающий уменьшение скорости диффузии воды и ионных веществ, а также механическую защиту от расширения, которое возникает при замораживании воды, и обеспечивает средства для компенсации разностей теплового расширения льда и всей сборки.
В варианте осуществления изобретения схема питания и управления была создана на прозрачной подложке для обеспечения общей прозрачности отображения.
В варианте осуществления изобретения два или более наложенных друг на друга отображающих модуля используют для создания более уплотненной пиксельной конструкции или более высокого уровня освещения.
В варианте осуществления изобретения два или более наложенных друг на друга отображающих модуля используют вместе с компьютерными устройствами управления отображением, используемыми по отдельности для каждого дисплея для создания 3D-эффектов.
В варианте осуществления изобретения два или более изображений передают на отдельный отображающий модуль или наложенные друг на друга отображающие модули, формирующие передний план и/или задний план для визуального изображения для создания 3D-эффектов.
В варианте осуществления изобретения дисплей снабжен рефлекторами для каждого светоизлучающего устройства для коллимации светового пучка в необходимый угол освещения и уменьшения оптического взаимодействия между смежными светоизлучающими устройствами.
В варианте осуществления изобретения устройство отображения снабжено диффузорным слоем, который рассеивает световые пучки для более равномерного освещения и обеспечения улучшенных оптических свойств устройства отображения.
Краткое описание чертежа
На ФИГ. 1 показана модульная конструкция дисплея согласно варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение охватывает слоистые отображающие конструкции, расположенные на подложке и использующие СИД (в широком смысле означающие светоизлучающие устройства), и конструкции осветительных устройств для отображения полноцветных или черно-белых неподвижных изображений или видео с целью визуального представления информации или для осветительных целей. Настоящее изобретение также охватывает другие материалы подложки, конструкционные особенности и специфичные конструкции слоев и материалы для областей применения, включающих так называемое применение для отображения в ледовых условиях и применение на открытом воздухе. Эти вопросы обсуждаются подробнее далее в настоящем описании.
Настоящее изобретение может использовать разнообразные материалы подложки. Материалы подложки выбирают согласно доступной технологии и возможностям применения материалов подложки в различных условиях окружающей среды, преобладающих в месте установки.
Устройство содержит по меньшей мере один модуль, причем каждый модуль содержит по меньшей мере один слой, при этом разные слои могут иметь разные функции. В дальнейшем, при упоминании отображающей конструкции, предполагается, что она относится как отображающим устройствам, так и осветительным устройства. Отображающая конструкция может содержать слой СИД, содержащий множество СИД, и необходимую электрическую схему, а именно электропроводящие конструкции с контактными областями для компонентов. В случае, если конструкция содержит несколько слоев СИД, соответствующая конструкция именуется светодиодной слоистой конструкции. Аналогичным образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения конструкция может содержать средства накопления 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 реализованы путем придания соответствующей единственной основной функции каждому соответствующему слою, например, батарея может быть сформирована посредством одного или более батарейных слоев в слоистой конструкции. В случае, если конструкция содержит несколько батарейных слоев, соответствующая конструкция именуется батарейной слоистой . Предпочтительно батарея или батареи могут быть перезаряжаемыми, и в этом случае они могут использоваться для накопления, например, солнечной энергии. В качестве альтернативы, вместо батарейного слоя (конструкции) может использоваться внешние батарейные средства. Отдельный Отдельный электропроводящий слой может быть выполнен структурированным для создания проводников электрической схемы, которая обеспечивает возможность управления отображающим или осветительным устройством. В одном примере электрическая схема подает входной электрический ток питания для СИД, а также сигнал управления, который используется для возбуждения СИД с целью создания необходимого изображения. Наличие СИД различных типов подразумевает, что для выбранных СИД выбираются надлежащие схемы разводки электрических проводнико. Разумеется, разные слои также требуют специализированную электрическую схему. Согласно изобретению, электрический источник питания может быть обеспечен путем подачи тока сети на светодиодный дисплей. В другом варианте осуществления отображающая конструкция имеет независимые средства обеспечения электрического источника питания, например, посредством слоя панели солнечной батареи вдоль конструкции. Некоторые или все указанные функциональные части могут быть реализованы в виде слоистого элемента или посредством соединения или добавления элементов или материала на подложку, и поверхностные размеры каждого отдельного слоя являются свободно масштабируемыми и их можно произвольно выбирать в соответствии с областью применения.
Согласно настоящему изобретению, используемые СИД могут представлять собой инкапсулированные одно- или многоцветные СИД-компоненты для поверхностного монтажа (SMD), или, в качестве альтернативы, могут использоваться бескорпусные СИД чипы.
В варианте осуществления изобретения каждые используемые СИД является инкапсулированным СИД с цветовой моделью RGB или инкапсулированным СИД с цветовой моделью RGBW. В качестве альтернативы, используемые инкапсулированные СИД могут быть просто одноцветными СИД, такими как R- (красное), G- (зеленое), B- (синее) or W-СИД (белое). В качестве альтернативы бескорпусные СИД чипы с СИД могут использоваться вместо инкапсулированных чипов с одноцветными СИД. Необходимый способ монтажа и управления СИД выбирают на основе выбранного типа СИД.
В предпочтительном варианте осуществления матрица светоизлучающих устройств снабжена сквозными отверстиями, причем диаметр отверстия и плотность (количество отверстий) на площадь поверхности могут выбираться без ограничений. Использование отверстий будет улучшать прозрачность в отношении видимого света, и они также обеспечивают возможность проникновения воздуха и воды сквозь отображающую конструкцию.
В одном варианте осуществления изобретения речь идет о состоящей из модулей отображающей конструкции на основе СИД, которая показана на ФИГ. 1. На данной фигуре показан пример устройства 10 отображения на основе СИД, причем устройство отображения на основе СИД содержит множество отображающих модулей, которые зафиксированы на рамочной конструкции 12. Рамочная конструкция 12 предпочтительно является жестким элементом, и она может быть выполнена с плоской или неплоской конфигурацией. В одном примере источник питания и сигнальные провода можно устанавливать внутри или вдоль (на верхней поверхности) рамочной конструкции 12, в силу чего они также лучше защищены, например, от физических скручивающих перемещений или от вредного воздействия влаги. Отдельный модуль 11 во всей конструкции может быть продолговатой полосой, или он может быть фрагментарным модулем с необходимыми размерами. На ФИГ. 1 рамочная конструкция 12 содержит горизонтальные планки в пределах прямоугольной рамки. Модули 11 показаны в виде вертикальных полос, и они размещены смежно друг с другом таким образом, чтобы все полосковые модули располагались ортогонально относительно горизонтальных стержней рамки 12. В этом случае модули 11 могут быть зафиксированы в рамке 12 в местах, в которых пересекаются эти два элемента.
Рамочная конструкция 12 может содержать электропроводящие провода, которые могут соединяться с необходимыми местами модулей. В качестве альтернативы некоторые участки или рамочная конструкция в целом может быть выполнена без проводов, особенно в случае, когда в устройстве используется только один модуль.
В другом варианте осуществления имеется возможность располагать модули 11 в направлении, параллельном горизонтальным стержням рамки 12 (не показано на ФИГ. 1). В этом случае кромки каждого модуля 11 могут быть зафиксированы на рамке 12 вдоль всей кромки или только в отведенных местах вдоль кромки.
В одном варианте осуществления полосковые модули 11 или фрагментарные модули могут крепиться к рамке 12 с использованием множества соединительных средств. Соединительные средства могут быть выполнены из проводящего или изоляционного материала. Соединительные средства могут представлять собой, например, штифты или заклепки, но при этом с этой целью также могут использоваться различные другие элементы. Для простоты в последующих вариантах осуществления обсуждаются только штифты, но на практике могут применяться любые соединительные средства. На практике два смежных модуля могут быть прикреплены к стержню рамки 12 с помощью линейного блока штифтов. Штифты могут быть электропроводящими, и они могут использоваться, например, для подачи электропитания, предоставляемого по проводам в рамочной конструкции, в конкретные отведенные места в отображающей конструкции. Однако некоторые из штифтов могут быть выполнены из изоляционного (т.е. непроводящего) материала, и такие штифты могут использоваться при креплении модулей к рамочной конструкции. Таким образом, могут использоваться либо в качестве проводящих штифтов, либо в качестве изоляционных штифтов, и это также касается других используемых соединительных средств.
Что касается альтернатив штифтам, то могут использоваться другие соединительные средства, такие как винты, шипы, выступы, обжимные соединители или также другие соединительные приспособления.
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 присоединения штифтов к рамочной конструкции могут быть заданы вдоль швов между двумя смежными модулями или вдоль рамочных секций, например, через одинаковые промежутки.
В другом варианте осуществления штифты могут быть расположены с возможностью взаимного скрепления нескольких слоев вместе, 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 случае слоистой конструкции, когда слои немного смещены относительно друг друга, с целью равномерного размещения СИД по всей конструкции.
Еще один вариант осуществления настоящего изобретения и, по существу, еще одна область применения представленного отображающего устройства или осветительного устройства представляет собой размещение отображающего устройства или осветительного устройства под слоем льда или внутри него. Это обсуждается подробнее ниже. Это означает, что отображающая конструкция с единственным направлением просмотра может быть размещена на неподвижной платформе, такой как бетонный слой. При применении в в условиях льда слой подложки или некоторые слои отображающей конструкции могут быть непрозрачными, поскольку конструкция лежит на непрозрачном основании. В отображающей конструкции имеются отверстия с целью обеспечения возможности протекания веществу, такому как вода или воздух, оставшийся под отображающей конструкцией, сквозь отображающую конструкцию для обеспечения выхода этой воды и/или воздуха из конструкции перед тем, как будет осуществлена заморозка. Это помогает сделать конструкцию гладкой и плоской без наличия внутри нее воздушных пузырьков, тем самым облегчая нанесение ледяного слоя хорошего качества на верхнюю поверхность отображающей конструкции и предотвращая отслаивание ледяного слоя от основания арены. Слой (слои) СИД требуется обеспечивать защитным слоем для предотвращения проникновения какой-либо воды в конструкцию. Отображающая конструкция выступает в качестве платформы для следующего слоя, который может быть изоляционным слоем. В основном охлаждающий слой располагается на дне внутри бетонного основания, и отображающая конструкция располагается на верхней поверхности охлаждающего слоя. Таким образом, охлаждение будет воздействовать через отверстия в отображающей конструкции и слои СИД ко льду, уложенному на верхнюю поверхность всей конструкции. В одном варианте осуществления отображающая конструкция может быть расположена внутри ледяного слоя таким образом, чтобы расстояние отображающей конструкции до верхней поверхности льда можно было изменять для достижения наилучшего обзора дисплея сквозь лед. В другом варианте осуществления отображающей конструкции для льда создающие тепло светоизлучающие устройства и/или вся верхняя поверхность отображающей конструкции может быть снабжена изоляционным слоем, который предотвращает воздействие рассеивания мощности на качество льда. Результирующим эффектом является отображающее или осветительное устройство, видимое сквозь лед.
В варианте осуществления изобретения защитные слои, наносимые на верхнюю поверхность отображающей конструкции, могут содержать материалы, или отдельный слой материала может наноситься на верхнюю поверхность одного или более защитных слоев, которые по отдельности или одновременно действуют в качестве изоляционного слоя, рассеивающего слоя и диффузного слоя. Такие свойства материала содержат низкую теплопроводность (теплоизоляция), показатель преломления, отличающийся от окружающих материалов (дисперсия), и он мог бы содержать оптические интерфейсы, направляющие свет в различные направления (диффузия). Особенно подходящими для этой цели были бы полые, тонкостенные стеклянные сферы, но также для этой цели могут использоваться другие материалы, обладающими необходимыми тепловыми и оптическими свойствами.
Другими словами, говоря об изоляции при применениях для отображения в условиях льда, защитные слои могут содержать теплоизоляционный материал, или теплоизоляционный слой может наноситься на верхнюю поверхность одного или более защитных слоев, что позволяет направлять рассеиваемое тепло от отображающей конструкции к необходимой стороне отображающей конструкции при применениях для отображения в условиях льда. Такая конструкция предотвращает нагревание и размягчение льда, который расположен над отображающей конструкцией. Несмотря на это, эффект охлаждения от охлаждающего устройства, расположенного ниже отображающей конструкции, может распространяться вверх прямо до поверхности льда благодаря тому, что сквозные отверстия в отображающей конструкции формируют «каналы» для распространения эффекта охлаждения. Таким образом, изоляционный слой или материал, располагающийся на верхней поверхности отображающей конструкции, направлял бы основную часть теплового потока, создаваемого отображающей конструкцией, назад вниз в охлаждающий слой основания под отображающей конструкцией.
В одном варианте осуществления применения в условиях льда может измеряться температура ледяного слоя, и, если температура выше заданного порогового значения, указывающего возможность таяния льда, система управления отображающей конструкции может управлять выходной мощностью, подаваемой на СИД, и регулировать ее. Это улучшает качество льда за счет охлаждения ледяного слоя до температуры гораздо ниже порогового значения. Как пример, пороговое значение может быть немного меньше 0° градусов.
В одном варианте осуществления отображающая конструкция или осветительное устройство может содержать слой датчиков, использующих, например, датчики температуры для измерения температуры или оптические датчики для визуального контроля качества льда.
Эти области применения включают площадки с ледовым покрытием, такие как хоккейные площадки. Все необходимые линии и разметка для игры в хоккей могут быть созданы с помощью встроенных в лед дисплеев. Кроме того, можно создавать различные другие линии и границы поля для других видов спорта, а не только, например, для хоккея на льду, на многоцелевом спортивном объекте. Это также применимо к любым видам спорта в помещении или на открытом воздухе, не использующим лёд ни в какой форме. Более того, устройства отображения могут использоваться при создании неподвижных или модифицируемых рекламных изображений, видимых через поверхность льда. Способность указанных изображений к модификации является огромным преимуществом, поскольку в этом случае не требуется удалять лед, когда требуется сменить расположенную под ним рекламу. Разумеется, принципы изобретения хорошо подходят ко всем другим местоположениям, доступным на спортивном объекте, таким направляющие или рекламные средства на стенах или окнах, или специализированные информационные дисплеи 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 для источников света. Это означает, что одиночные СИД не будут хорошо видны на удалении от отображающей конструкции. Что касается необходимого качества создаваемых изображений на устройстве отображения, то оно могло бы оказывать воздействие на разрешение СИД внутри отображающей конструкции или толщину прозрачного твердого слоя на ее верхней поверхности.
Идея изобретения также включает соответствующий способ изготовления отображающего устройства или устройства освещения. Способ изготовления отображающей конструкции, содержащей по меньшей мере один отображающий модуль, включает этапы, на которых:
- изготавливают каждый слой из по меньшей мере одного слоя подложки, содержащий полимерные, стеклянные, керамические или композиционные материалы, и электропроводящую интегральную схему с электронными компонентами и светоизлучающими устройствами;
- изготавливают по меньшей мере один электропроводящий слой, обеспечивающий возможность интеллектуального управления светоизлучающими устройствами;
- изготавливают для каждого отображающего модуля по меньшей мере одно покрытие или формованный слой, защищающий отображающую конструкцию от влаги и других воздействий окружающей среды;
- в отображающей конструкции проделывают фрезерованием или иным способом ряд структурных сквозных отверстий, проходящих сквозь всю отображающую конструкцию в целом;
- формируют отображающую конструкцию из изготавливаемых с меньшими размерами отображающих модулей посредством соединения подходящего количества отображающих модулей с получением рядов и столбцов, при этом
- изготовленная отображающая конструкция выполнена с возможностью применения в неблагоприятных условиях окружающей среды, включающих ледовые условия и нахождение на открытом воздухе.
Все вышеупомянутые слои, а также раскрытые свойства материалов и устройств отображающей конструкции могут быть реализованы посредством варианта осуществления вышеописанного способа изготовления. Другими словами, все раскрытые характеристики и различные варианты осуществления отображающей конструкции получены посредством изготовления отображающей конструкции согласно соответствующему варианту осуществления способа изготовления.
Способ изготовления может быть реализован частично или полностью посредством компьютерной программы, которая может исполняться на процессоре или другом вычислительном средстве. Компьютерная программа содержит код, и она может храниться на компютерочитаемом носителе данных.
Далее обсуждаются новые области применения и характеристики отображающей конструкции в связи с этими другими областями применения.
Первая область применения изобретения предусматривает расположение отображающей конструкции ниже поверхности льда, что было вкратце описано выше. Применение устройства отображения в ледовых условиях должно быть таким, чтобы при осуществлении процесса формирования льда поверх располагающейся ниже отображающей конструкции вода заполняла все зазоры для равномерной заморозки конструкции в пределах внешних поверхностей и зазоров отображающей конструкции. Вода должна достигать все места без образования каких-либо промежуточных объемов воздуха. Когда лед сформирован, он, разумеется, фиксирует отображающую конструкцию на месте также через отверстия и зазоры. Это также означает, что разные слои будут зафиксированы в пределах льда либо в присутствии наружной рамки, либо без нее. Эти преимущества также во многом касаются отверстий в отображающей конструкции, которые обсуждаются далее.
Вторая область применения изобретения предусматривает ситуацию, когда отображающая конструкция подходит для применения в наружной окружающей среде или на границах раздела внутреннего и наружного пространств. Полезный конечный продукт представляет собой различные дорожные знаки, особенно изменяемые дорожные знаки, информационные экраны, светофоры и даже рекламные дисплеи рядом с дорогами и на окнах и стенах зданий или в виде отдельной рекламной конструкции, обозначающей, например, автобусную остановку. Условия нахождения на открытом воздухе означают, что материалы и электрические соединители подвергаются различным температурным изменениям, а также то, что условия влажности изменяются в значительной степени.
В уличных отображающих конструкциях рамка и дисплей могут прикручиваться в матричной конструкции. В случае прямоугольного информационного знака, применяемого, например, рядом с дорогой или над ней, предпочтительно подавать электрический входной сигнал либо сверху, либо снизу конструкции. Модули в матрице могут формироваться посредством расположения вертикально совмещенных продолговатых отображающих модулей бок о бок с тем, чтобы получилась окончательная прямоугольная область информационного знака.
Предпочтительная конструкция для наружных устройств отображения формируется с помощью следующей трехслойной конструкции. Первым слоем является печатная плата, покрытая эпоксидной смолой, а третьим слоем является плоский стеклянный слой. Между этими слоями в качестве второго слоя используется силиконовый гель. Первый и третий слои могут быть соединены по сторонам или в необходимых положениях посредством опорных элементов, которые задают ширину их взаимного зазора. Этот зазор затем заполняется силиконовым гелем. Разумеется, отображающая конструкция, подлежащая формованию с помощью силиконового геля, может иметь сквозные отверстия, описанные ранее, чтобы способствовать удалению возможного захваченного воздуха в конечной конструкции. Эта конструкция может также использоваться как часть 3D-дисплея, которое в свою очередь может формироваться из одного, двух или трех модульных элементов.
Говоря в общем, наружная отображающая конструкция может иметь внутреннюю батарею, вследствие чего она может быть даже переносной отображающей конструкцией. Она будет потреблять достаточно малое количество энергии, что обеспечивает возможность такого вида источника питания. Этот пример применения устройства отображения будет полезен для использования различными представителями власти, такими как полиция, работники скорой помощи, пожарная бригада, работники дорожно-строительной сферы и другие люди, работающие в полевых условиях.
Несмотря на ранее описанные принципы нанесения покрытия, в настоящем изобретении может применяться способ нанесения покрытия, выбранный из следующей группы способов нанесения покрытия: ламинирование, напыление, электростатическое напыление, формование, инжекционное формование, нанесение покрытия окунанием, струйное нанесение, литье, нанесение покрытие поливом. Эти способы могут использоваться для любых структур слоев и покрытий, представленных в различных примерах. По меньшей мере, нанесение покрытия окунанием является преимущественным способом изготовления слоя покрытия.
Что касается принципов соединения разных слоев, то могут использоваться механические или электрические соединительные средства. Механическое соединение может формироваться посредством выступов или шипов, или любых элементов, выступающих от поверхности слоя так, чтобы противоположное соединительное отверстие могло соответствовать шипу, обеспечивая механическое соединение. Число шипов на площадь, разумеется, может быть выбрано так, чтобы качество соединения было надлежащим. Электрическое соединение между слоями означает, что имеются согласующиеся провода, по возможности, с небольшими соединителями, которые обеспечивают электрическое соединение. Оно также позволяет обеспечивать питание нескольких возможных слоев СИД, подавая электрический входной сигнал лишь на один слой. На практике электрическое соединение может быть реализовано посредством соединителя, заполненного силиконовым гелем, который не позволяет какой-либо воде проникать в электрический контакт во время процесса замораживания воды. Одним вариантом электрического соединения является использование трехкромочного соединителя, который уже был применен в автомобильной промышленности.
Материал подложки может также быть выбран разными способами, а не только подбором одного полимерного материала. Одним вариантом для подложки является использование FR4, который является стандартным материалом печатных плат, но его применение в ледовых условиях обеспечивает новаторское решение. FR4 является композиционным материалом, состоящим из стеклоткани с эпоксидной смолой в качестве связующего вещества. FR4 полезен в ситуациях, таких как места, в которых требуется хорошая жесткость, при этом FR4 является также огнестойким и, кроме того, также делает возможными некоторые динамические силы, которые воздействуют на подложку в силу изменяющихся температур. FR4 также устойчив к воздействию влаги.
Дополнительными вариантами материала подложки являются стекло, керамические материалы и композитные структуры, содержащие, например, стеклянный слой и полимерный слой или, например, органический слой и керамический слой. Долговечность является важной характеристикой выбираемого материала подложки. Стекло обладает дополнительным преимуществом, поскольку является по существу водонепроницаемым материалом. Можно рассматривать даже полимеры, заполненные керамическими материалами, например «LCC» (т.е. слоистые керамические композиты). Для получения хорошей устойчивости к царапинам может использоваться полимерный слой, покрытый стеклянным слоем, что будет обеспечивать поверхность хорошего качества. Одним преимущественным материалом является слой эпоксидной смолы, который укреплен стекловолоконной сеткой, поскольку он может быть дополнительно нанесен на стеклянный слой. В одном варианте осуществления композитные слои могут выбираться без ограничений из группы, состоящей из полимерного слоя, органического слоя, керамического слоя и стеклянного слоя. Можно использовать один или более аналогичных слоев материала в пределах композиционного материала в произвольно выбираемом порядке. Более конкретные сочетания слоев обсуждаются далее.
Первый предпочтительный вариант осуществления слоистой конструкции содержит пассивирующий слой эпоксидного покрытия, ближайший к электронным компонентам, проводке и СИД, который обеспечивает химическую защиту от воды и льда. Это относительно тонкий слой. Эпоксидная смола является материалом, содержащим эпоксидные группы, т.е. эпоксиды, которые пассивируют поверхность подложки, на которой расположены электронные компоненты и проводка вместе с СИД. Она особенна полезна, когда возможно взаимодействие с жидкой водой, присутствующей во время процесса замораживания льда, например, на хоккейном катке перед полной заморозкой, или если происходит частичное нежелательное плавление льда во время фактического использования устройства отображения подо льдом. Эпоксидный слой уменьшает коррозию, возникающую в материалах отображающей конструкции. Он также действует в качестве адгезионного слоя для остальных используемых покрытий (если они используются).
Согласно дополнительному примеру в рамках первого предпочтительного варианта осуществления, толщину слоя эпоксидного покрытия выбирают из диапазона 0,05 мм - 0,2 мм.
Поскольку эпоксидный слой является относительно жестким при низких температурах, механические силы могут разрушить отображающую конструкцию, покрытую только эпоксидной смолой. Для предотвращения разрушения конструкции дополнительный защитный слой может представлять собой относительно толстый слой покрытия на основе силикона, размещаемый поверх слоя эпоксидного покрытия. Это формирует второй предпочтительный вариант осуществления. Слой силиконового покрытия обеспечивает механическую защиту от динамических сил, создаваемых вследствие расширения льда (в сравнении с жидкой водой). Слой силикона также обеспечивает дополнительную защиту в химическом смысле: благодаря своей плотности он не будет позволять слоистой конструкции перемещаться во время процесса замораживания.
Согласно дополнительному примеру в рамках второго предпочтительного варианта осуществления, слой покрытия на основе силикона может содержать либо полиуретан, либо акрилат для дополнительной защиты от механического напряжения. Такой добавочный материал увеличивает пластичность слоя покрытия на основе силикона.
Кроме того, согласно третьему предпочтительному варианту осуществления, дополнительная химическая защита обеспечивается во втором предпочтительном варианте осуществления за счет слоя покрытия из перфторированного полимера сверху слоя силиконового покрытия. Этот слой может быть применен только частично к выбранной подобласти поверхности слоя силиконового покрытия. Перфторированные полимеры обладают тем преимуществом, что они отталкивают воды (в виде жидкости или пара), т.е. они являются гидрофобными веществами. Таким образом, перфторированные полимеры хорошо подходят для использования на хоккейном катке (т.е. для применений в ледовых условиях), а также в информационных, рекламных знаках или знаках дорожного движения (т.е. для применений на открытом воздухе).
Согласно дополнительному примеру в рамках третьего предпочтительного варианта осуществления, толщину слоя покрытия из перфторированного полимера выбирают из диапазона 1 мкм - 5 мкм. В качестве альтернативы использования перфторированного полимера в качестве защитного покрытия может также применяться парилен, поскольку он является хорошим барьером от влаги.
Четвертый предпочтительный вариант осуществления слоистой конструкции содержит слой электронных компонентов в самом низу, полимерный слой над ним и стеклянный слой в качестве самого верхнего слоя при применении устройства отображения в ледовых условиях.
Пятый вариант осуществления, особенно подходящий для применения на открытом воздухе, содержит слой электронных компонентов в самом низу, полимерный слой над ним и слой пластмассы в качестве самого верхнего слоя. В качестве такой пластмассы может быть выбран, например, полипропилен.
В целом, в случае использования очень тонких и гибких подложек, содержащих необходимые схемы, их можно располагать на несущей пластине. Это, как правило, полезно делать при толщинах подложки меньше 0,5 мм.
Дополнительная область применения подразумевает обеспечение возможности создания трехмерного изображения с использованием отображающей конструкции согласно изобретению. Это может быть сделано за счет обеспечения отдельного слоя для каждого создаваемого изображения и управления каждым изображением в пределах слоя таким образом, что для зрителя визуально обеспечивается 3D-эффект. Проблема, присущая 3D-отображающей конструкции, состоит в том, что подходящий угол ее наблюдения является довольно узким. Решение этой проблемы состоит в добавлении в конструкцию различных оптических вспомогательных средств, таких как световоды и/или рефлекторы.
Что касается проводов, используемых в отображающей конструкции (например, поверх подложки), то подходящим выбором материала для проводки является медь (Cu). Медь должна быть покрыта некоторым материалом для предотвращения теплопроводности, а также предотвращения коррозии. Одним подходящим материалом помимо многих неполимерных подложек является олово (Sn), которое обладает очень хорошими свойствами предотвращения коррозии. Кроме того, термостойкость оловянного покрытия поверх медного провода является очень хорошей. В целом паяльная маска, химически пассивирующая поверхность материала Cu, является полезной. Примером материала паяльной маски является эпоксидная смола.
Существенной частью изобретения при применении в ледовых условиях является наличие отверстий (подразумевающих сквозные отверстия) в отображающей конструкции. Это обеспечивает надлежащая заморозка воды, когда ледяной слой формируется на отображающей конструкции и вокруг нее, например, на катке для хоккея на льду. Отверстия в отображающей конструкции предотвращают отслаивание льда от бетонного основания. Процесс формирования льда будет протекать эффективнее в присутствии отверстий, поскольку воздух и вода смогут свободно протекать через отверстия до тех пор, пока не будет осуществлена заморозка. Кроме того, фиксация всей конструкции будет также происходить посредством отверстий. Более того, сам по себе устройство отображения с отверстиями будет менее теплоизоляционным, вследствие чего ледяной слой будет формироваться быстрее, и температура льда будет также легко поддерживаться ниже 0°С, сохраняя лед в лучшем качестве во время функционирования устройства отображения с СИД.
Используемые в отображающей конструкции отверстия могут формироваться с множеством разных форм. Способом изготовления отверстий может быть фрезерование. Формы отверстий включают в себя круглую форму, квадратную или прямоугольную форму или вытянутую или продолговатую, или овальную форму. Предпочтительной областью применения таких отверстий являются конструкции солнечных панелей, которые объединены с отображающей конструкцией, поскольку отверстия будут увеличивать прозрачность всей конструкции. Это в свою очередь улучшает сбор солнечной энергии в солнечных элементах.
Кроме того, слоя покрытия является существенным, когда отображающая конструкция предназначена для применения в ледовых условиях. Это уже очевидно из предыдущих абзацев, раскрывающих различные отображающие конструкции.
При применении в ледовых условиях помутнение, т.е. становление менее прозрачным, поверхностного слоя льда является проблемой, связанной с надлежащей видимостью устройства отображения, находящегося ниже нее. Это случается, когда качество льда механически изменяется в силу скользящих движений игроков по льду. Изменяющиеся «отпечатки» на поверхности льда также приводят к рассеиванию света от устройства отображения. Второй слой отображающей конструкции может действовать в качестве слоя помутнения, т.е. диффузорного слоя. Слой помутнения может содержать небольшие стеклянные шарики или полимерное волокно, такое как полипропилен. Такой слой помутнения может выступать в качестве дополнительного слоя, располагаемого между другими слоями, или он может размещаться на поверхности отображающей конструкции (на верхней стороне). Слой помутнения действует как искусственный рассеивающий элемент для света, приходящего от СИД отображающей конструкции. Это делает отдельные СИД менее различимыми друг от друга, если смотреть на устройство отображения, например, с трибун зала для хоккея на льду.
Кроме того, при применении в ледовых условиях, например, на различных хоккейных катках и т.п., очищенная вода (т.е. деионизированная вода) может предпочтительно использоваться для процесса замораживания. Таким образом, будет меньше электропроводящих частиц даже в случае, если вода расплавит лед и проникнет в отображающую конструкцию.
Кроме того, отображающая конструкция согласно изобретению может использовать средства беспроводного соединения и/или средства соединения на основе технологии IoT («Интернет вещей»). Другими словами, функционирование и содержимое отображающей конструкции могут управляться посредством беспроводного соединения. В дополнительном варианте осуществления отображающая конструкция может быть реализована в виде IoT-устройства.
Говоря в общем, каждый из вышеописанных разных вариантов осуществления и признаков отображающей конструкции может быть реализован с помощью соответствующего способа изготовления. Порядок необходимых слоев при изготовлении также очевиден из вышеприведенного описания.
Преимущества изобретения разнообразны. Конструкция является модульной, при этом размер модуля является свободно масштабируемым. Размеры отображающего устройства и осветительного устройства являются хорошо масштабируемыми для разных целей, обеспечивая крупногабаритные устройства отображения для публичного использования и малогабаритные устройства отображения, например, в устройстве типа наручных часов. Кроме того, проделывая отверстия в конструкции, можно еще больше улучшить ее прозрачность.
Слоистая конструкция обеспечивает более простое управление теплом, чтобы направлять появляющееся тепло за пределы конструкции.
Дополнительные преимущества применения устройства отображения в ледовых условиях и применения устройства отображения на открытом воздухе были уже упомянуты ранее в рамках каждого конкретного варианта осуществления.
Разные варианты осуществления, раскрытые в зависимых пунктах формулы изобретения и подробно выше, могут быть объединены друг с другом для достижения нового варианта осуществления изобретения.
Настоящее изобретение не ограничено вышеприведенными вариантами осуществления, и оно может изменяться в пределах объема формулы изобретения.