Устройство светодиодной ламели с беспроводной передачей данных
DEVICE OF LED LAMEL WITH WIRELESS DATA TRANSMISSION

Изобретение относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала и может быть использовано для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодного модуля для видеоэкранов (CN 202049690 U, G09F 9/33, 23.11.2011). Устройство содержит печатную плату с напаянными с передней стороны светодиодами. Печатная плата со светодиодами покрыта водонепроницаемым герметикой с двух сторон. Спереди установлена алюминиевая маска с отверстиями. Сзади установлена водонепроницаемая пластина. Вся конструкция скреплена с помощью винтов. Первым недостатком данного устройства является сложное устройство герметизации, которое включает покрытие модулей герметиком и водонепроницаемую пластину, через которую выводятся сигнальные разъемы. Такое устройство осложняет сборку и техническое обслуживание. Вторым недостатком данного устройства является большое количество винтов, которые используются в конструкции, что повышает сложность обеспечения гидроизоляции. Это решение не оптимально с точки зрения производства. Третьим недостатком данного устройства является использование алюминиевой маски, которая защищает переднюю сторону светодиодного модуля. Изготовление такой маски сложно и дорого по сравнению с изготовлением маски из пластика. Кроме того, алюминиевая маска потребует дополнительной окраски поверхности в черный цвет. Четвертым недостатком данного устройства является неэффективный способ передачи тепла от печатной платы со светодиодами к корпусу устройства. При использовании слоя герметика эффективность теплопередачи достаточно низкая из-за небольшого коэффициента теплопроводности герметика. При использовании ребер алюминиевого корпуса для отвода тепла возникает проблема обеспечения надежной электроизоляции поверхности печатной платы от алюминиевых ребер (на поверхности печатной платы обычно располагаются токопроводящие дорожки).
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодного экрана, в состав которого входят длинные и узкие светодиодные модули (CN 201465464 U, G09F 9/33, 12.05.2010). Светодиодные модули данного экрана состоят из нескольких светодиодных лент, алюминиевого профиля и светового рассеивателя, который устанавливается спереди на алюминиевый профиль. Первым недостатком данного устройства является невозможность значительного увеличения количества светодиодов внутри светодиодного модуля. При увеличении плотности светодиодов на светодиодной ленте и одновременном увеличении длины ленты многократно возрастает поток данных, необходимых для трансляции видеоизображения высокого качества. Обеспечение передачи необходимого потока данных на расстояние более одного метра требует размещения сложных устройств приема и обработки данных по всей длине светодиодной ленты, что нецелесообразно с экономической и технологической точек зрения. Вторым недостатком данного устройства является невозможность увеличения длины светодиодного модуля более чем на 2 метра. Это обусловлено особенностями устройства светодиодной ленты. Токи в светодиодной ленте передаются по тонким проводникам, которые нанесены на поверхность ленты. При увеличении длины ленты ток возрастает настолько, что светодиодная лента перегревается и не может нормально функционировать. Обычно подобные решения используются в медиафасадах, где требуется в 4-6 раз меньшая яркость и низкая плотность светодиодов, соответственно, и токи внутри светодиодной ленты значительно ниже. Третьим недостатком данного устройства является большое количество внешних электрических соединений, которое требуется обеспечить при создании подобных светодиодных экранов. Большое количество внешних соединений создает 2 проблемы: повышение стоимости светодиодного экрана из-за необходимости размещать большое количество водозащищенных разъемов и кабелей; снижение надежности экрана из-за большого количества соединительных контактов и кабелей.
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодного модуля, в котором в качестве корпуса использован алюминиевый профиль (US 7936561 B1, H05K 7/20, 3.05.2011). На поверхности алюминиевого профиля присутствуют ребра, которые обеспечивают эффективное рассеивание тепла, выделяемого светодиодами. Ток подводится к группе светодиодных модулей посредством изолированных проводов, уложенных в пазы алюминиевого профиля. Контакт плат с проводами осуществляется за счет вкручивания в провода саморезов, которые прорезают изоляцию и упираются в жилы проводов. Шляпки саморезов упираются в контактные площадки печатных плат светодиодных модулей, расположенных вокруг отверстий для саморезов, это создает электрический контакт между контактными площадками светодиодных модулей и жилами проводов. Электрический ток подается на провода и, проходя через саморезы, питает светодиодные модули. Первым недостатком данного устройства является большая вероятность повреждения токопроводящей жилы одним из саморезов, вследствие чего ток не будет подведен к последующим модулям. Вторым недостатком данного устройства является низкая надежность контакта самореза и жилы кабеля. В устройстве сложно обеспечить надежный контакт каждого самореза с токопроводящей жилой провода. Третьим недостатком данного устройства является отсутствие водозащиты светодиодных модулей, что препятствует использованию устройства в уличных условиях.
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодных модулей со светодиодами поверхностного монтажа, в котором в качестве водонепроницаемого слоя использована прозрачная пленка (CN 101021982 A, G9F 9/33, 20.12.2006). Устройство содержит печатную плату с напаянными спереди светодиодами поверхностного монтажа, на поверхности платы размещается защитная пленка, а над пленкой размещена перфорированная крышка. Первым недостатком данного устройства является то, что водозащита обеспечивается для каждого светодиодного модуля в отдельности. Для обеспечения водозащиты соединительных проводов и вспомогательных электронных плат необходимо предусматривать дополнительные устройства. Вторым недостатком данного устройства является слабая водозащита по краям печатных плат светодиодных модулей. Печатные платы могут в небольших количествах накапливать влагу, что может сказаться на сроке службы светодиодных модулей. Третьим недостатком данного устройства является необходимость крепления крышки с помощью болтов, что усложняет обеспечение водозащиты светодиодных модулей.
Недостатки существующих решений
Современные светодиодные экраны - это сложные цифровые устройства, содержащие миллионы элементов. Из-за большой сложности светодиодных экранов для обеспечения надежности и качества особое значение приобретает архитектура инженерных и электронных систем светодиодных экранов. Создание светодиодной ламели с беспроводной передачей данных направлено на решение задачи создания нового типа светодиодных видеоэкранов для рекламной индустрии, состоящих из набора длинных (до 10 метров) светодиодных ламелей, и повышение надежности работы таких экранов. Светодиодная ламель - это узкая и длинная полоса, передняя поверхность которой покрыта светодиодами. Ламельные светодиодные экраны будут обладать низким весом, простотой сборки и обслуживания, а также архитектурой, позволяющей наладить полностью автоматизированное производство. Ламельные светодиодные экраны будут использоваться для развертывания крупных цифровых рекламных сетей, где требуются светодиодные экраны стандартных размеров, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками.
До настоящего времени длинные и узкие светодиодные модули использовались в медиафасадах, где отдельный светодиодный модуль содержал одну линию светодиодов и длина модуля ограничивалась 2-мя метрами. Медиафасады имеют ряд конструктивных недостатков: большое количество разъемов приводит к снижению надежности и повышению стоимости медиафасада; из-за конструктивных особенностей медиафасада сложно обеспечить высокую плотность размещения светодиодов на квадратный метр и высокое качество изображения. Так, в медиафасадах увеличение разрешения приводит к возрастанию количества отдельных светодиодных модулей и снижению надежности всего экрана. Из-за большого расстояния между светодиодными модулями медиафасады имеют низкую контрастность изображения.
В ламельном светодиодном экране, в отличие от медиафасадов, длина ламели равна высоте экрана и может достигать 10 метров. Кроме того, ламели могут содержать десятки линий светодиодов, а линии светодиодов могут располагаться на расстоянии всего лишь 2 мм друг от друга, что обеспечит высокую плотность размещения светодиодов на квадратный метр. Сложность создания длинных светодиодных ламелей для светодиодных экранов обусловлена несколькими факторами: сложностью передачи тока в сотни ампер с низким напряжением на расстояние больше 1 метра; сложностью обеспечения герметичности светодиодной ламели с сохранением минимального расстояния между отдельными светодиодами и с сохранением возможности простого технического обслуживания светодиодных модулей, входящих в состав светодиодной ламели; сложностью передачи управляющего сигнала в условиях сильных электромагнитных помех, возникающих в процессе работы светодиодных модулей; сложностью обеспечения высокой надежности при необходимости передавать данные на высоких частотах через группу светодиодных модулей на расстояние до 10 метров.
Как известно, одной из основных причин снижения надежности сложных электронных систем является низкая надежность разъемов, соединяющих различные электронные блоки. Чем больше разъемных контактов, тем ниже надежность электронной системы. Количество разъемных контактов в современных светодиодных экранах может достигать нескольких тысяч на квадратный метр. Для обеспечения высокой надежности передачи данных в светодиодных экранах используют качественные и дорогие разъемы, это значительно повышает стоимость экрана. Также существует проблема надежности работы светодиодного экрана при последовательном соединении светодиодных модулей. При выходе из строя одного из светодиодных модулей вся цепочка светодиодных модулей, расположенная за ним, тоже перестает работать. Светодиодные экраны из-за большого количества внешних кабельных соединений требуют множества ручных сборочных операций, это мешает организовать массовое автоматизированное производство.
Задачами, на решение которых направлено данное изобретение, являются: создание светодиодной ламели длиной до 10 метров с высокой плотностью диодов на квадратный метр поверхности; возможность создания нового типа светодиодного экрана, состоящего из длинных светодиодных ламелей; создание светодиодной ламели, которую можно эксплуатировать в условиях высокой влажности, больших ветровых нагрузок и больших перепадов температуры; обеспечение простоты сборки и технического обслуживания светодиодной ламели; обеспечение эффективного пассивного охлаждения светодиодного экрана; уменьшение количества контактов внутри светодиодного экрана для повышения надежности; повышение надежности передачи данных светодиодным модулям; снижение влияния внешних электромагнитных помех на передаваемый сигнал; исключение возможности взлома беспроводных каналов связи.
Поставленные задачи решаются следующим образом
Светодиодная ламель с беспроводной передачей данных состоит из группы светодиодных модулей (7). Светодиодные модули (7) представляют собой печатные платы (6) с расположенными спереди светодиодами (8). Сзади на печатных платах (6) светодиодных модулей (7) расположены контакты питания (10), выстроенные в продольные линии. Позади светодиодных модулей (7) располагаются электромагнитные приемопередатчики, через которые происходит прием и передача данных.
Корпус светодиодной ламели представляет собой внешний токопроводящий профиль (1), в котором расположены один или несколько пазов (5) для размещения внутренних токопроводящих профилей (2). Внутренние (2) и внешние (1) токопроводящие профили служат проводниками электрического тока для электропитания светодиодных модулей (7). Они изолированы друг от друга с помощью электроизоляционного слоя (3). В качестве электроизоляционного слоя (3) между токопроводящими профилями (1, 2) может использоваться электроизоляционная пленка или электроизоляционное покрытие, которое наносится на поверхность внешнего (1) или внутренних (2) токопроводящих профилей. Электроизоляционный слой (3) изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью и служит для передачи тепла от светодиодного модуля (7) к внешнему токопроводящему профилю (1). Внешний токопроводящий профиль (1) служит радиатором для охлаждения светодиодных модулей (7) и для лучшего охлаждения может содержать продольные охлаждающие ребра, расположенные с внешней стороны для улучшения теплообмена.
Внутренние токопроводящие профили (2) размещаются в пазах внешнего токопроводящего профиля (1) и могут иметь различное исполнение: выполнен в виде трубы сложной формы с отверстиями (20), которые служат для прохождения электромагнитных волн; выполнен в виде трубы сложной формы с продольной щелью (21), которая служит для прохождения электромагнитных волн; выполнен в виде швеллера (22), повторяющего форму паза внешнего токопроводящего профиля (1); выполнен в виде перевернутого швеллера (26) с наклоненными под углом внутрь фланацами, содержащего отверстия (20), которые служат для прохождения электромагнитных волн.
Светодиодные модули (7) размещаются на поверхности внешнего токопроводящего профиля (1) последовательно таким образом, что контакты питания (10) светодиодных модулей (7) соприкасаются с контактными поверхностями (4) внутренних (2) и внешних (1) токопроводящих профилей. Светодиодные модули (7) не имеют жесткой привязки к внешнему (1) и внутренним (2) токопроводящий профилям. При перепадах температур светодиодные модули (7) могут сдвигаться внутри светодиодной ламели, такое решение снижает нагрузку на элементы светодиодных модулей (7), которая может возникать вследствие разных коэффициентов теплового расширения материалов, из которых изготавливаются токопроводящие профили (1, 2) и печатные платы (6) светодиодных модулей (7).
Спереди светодиодная ламель со светодиодными модулями (7) покрыта светопрозрачной водонепроницаемой пленкой (14), приклеенной по бокам внешнего токопроводящего профиля (1). Светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) может изготавливаться из легко растягивающегося материала и имеет сплошной клеевой слой на своей нижней поверхности. При приклейке светопрозрачной водонепроницаемой пленки (14) на поверхность светодиодной ламели светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) плотно облегает поверхность светодиодных модулей (7) и приклеивается к ней. Благодаря этому между поверхностью светопрозрачной водонепроницаемой пленки (14) и поверхностью светодиодного модуля (7) отсутствует воздушная прослойка, которая может препятствовать эффективному охлаждению светодиодных модулей (7). На светодиодную ламель над светопрозрачной водонепроницаемой пленкой (14) установлены перфорированные крышки (11), отверстия которых расположены напротив светодиодов (8) светодиодных модулей (7). Перфорированные крышки (11) фиксируются на поверхности светодиодной ламели с помощью боковых защелок (12), которые охватывают внешний токопроводящий профиль (1) с двух сторон.
Внешний (1) и внутренний (2) токопроводящие профили имеют выступы (15) на передней поверхности, предназначенные для передачи электрического тока светодиодным модулям (7). Контактные поверхности (4) токопроводящих профилей (1, 2) имеют гальваническое покрытие, обладающее низким сопротивлением электрическому току, не подверженное образованию оксидной пленки, препятствующей прохождению электрического тока. Контакты питания (10) светодиодных модулей (7) могут представлять собой токопроводящие элементы, припаянные на печатные платы (6) светодиодных модулей (7), или могут представлять собой дорожки печатной платы светодиодных модулей (7), не имеющие электроизоляционного покрытия. Контакт токопроводящих профилей (1, 2) с внешним источником тока может быть обеспечен за счет приложения токопроводящих шин к концам внешнего (1) и внутреннего (2) токопроводящих профилей. Контакт с внешним источником тока также может быть обеспечен за счет припайки проводов к внешнему (1) и внутреннему (2) токопроводящим профилям.
Для передачи данных внутри волновода (17) светодиодной ламели может использоваться электромагнитное излучение с длиной волны от 100 нм до 300 мм. Для излучения и приема электромагнитных волн оптического с длиной волн от 100 нм до 1 мм используются излучатели света и фотоприемники (светодиоды (8) и фотодиоды (19)). Для излучения и приема электромагнитных волн нижней части спектра с длиной волн от 1 мм до 300 мм могут использоваться микроволновые антенны (18). Данные через волновод (17) могут передаваться одновременно с двух сторон, при этом может использоваться разный частотный диапазон спектра электромагнитного излучения, который позволяет передавать волновод (17). Данные также могут передаваться последовательно на одной несущей частоте: сначала один приемопередатчик передает данные, а другой приемопередатчик принимает, затем наоборот.
Данные для управления светодиодами (8) передаются светодиодным модулям (7) посредством модулированного электромагнитного излучения, в качестве волноводов (17), по которым распространяется модулированное электромагнитное излучение, используются одно или более продольные пустые пространства, расположенные внутри токопроводящих профилей (1, 2). Волноводы могут располагаться внутри внешнего (1) или внутренних (2) токопроводящих профилей. Также волноводы (17) используются для передачи данных посредством модулированного электромагнитного излучения в обратном направлении от светодиодных модулей (7) к центральному видеоконтроллеру. Внутренняя поверхность волноводов (17) изготавливается из материала, хорошо отражающего электромагнитное излучение во всем используемом частотном диапазоне.
Концы светодиодной ламели закрываются водонепроницаемыми конечными крышками (13). В начале светодиодной ламели устанавливается конечная крышка (13), которая имеет в своем составе один или более проемов (23), прозрачных для электромагнитных волн используемого диапазона, расположенных напротив концов волноводов. Через проемы (23) проходит электромагнитное излучение в обоих направлениях. В конце светодиодной ламели располагается отражатель электромагнитного излучения (25), не позволяющий электромагнитным волнам излучаться во внешнее пространство.
Краткое описание чертежей
На фигуре (1, 2, 3, 13) изображены светодиодные модули с различными вариантами реализации приемопередатчиков. На фигурах (2, 13) показана плоская микроволновая антенна (18), изготовленная в виде дорожки печатной платы. На фигурах (4, 5, 6) изображены токопроводящие профили, на фигуре (6) показаны различные варианты реализации токопроводящих профилей. На фигурах (7, 8, 9) раскрыто устройство светодиодной ламели.
На фигурах (10, 11) показаны конечные крышки (13), закрывающие концы светодиодной ламели. На фигуре (10) показана конечная крышка (13) с проемом для электромагнитного излучения (23), через проем (23) поступает модулированное электромагнитное излучение, которое в дальнейшем распространяется по волноводу (17). Через проем (23) также выходит электромагнитное излучение, излучаемое приемопередатчиками светодиодных модулей (7). На этой конечной крышке (13) также размещены отверстия для ввода шин питания (24), в эти отверстия вставляются питающие шины, по которым к токопроводящим профилям (1, 2) подводится электрический ток. На фигуре (11) показана конечная крышка (13), внутри которой размещен отражатель электромагнитного излучения (25), который не позволяет электромагнитному излучению выходить из конца волновода (17).
На фигуре (12) схематично показаны несколько вариантов компоновки токопроводящих профилей: (А) с волноводом в виде швеллера; (В) с волноводом в виде трубы с отверстиями; (С) с волноводом в виде трубы с продольной щелью; (D) с несколькими волноводами в виде пазов во внешнем токопроводящем профиле с внутренними токопроводящими профилями в виде перевернутых швеллеров с отверстиями; (Е) с волноводом в виде паза на внешнем токопроводящем профиле и подачей тока через швеллер; (Z) с волноводом в виде встроенной трубы с отверстиями и подачей тока через швеллеры.
Список фигур
1. Светодиодный модуль, вид спереди.
2. Светодиодный модуль с микроволновым приемопередатчиком, вид сзади.
3. Светодиодный модуль с оптическим приемопередатчиком, вид сзади.
4. Внешний токопроводящий профиль.
5. Внутренний токопроводящий профиль.
6. Варианты реализации токопроводящих профилей.
7. Светодиодная ламель, вид спереди.
8. Светодиодная ламель, вид сзади.
9. Светодиодная ламель, разнесенный чертеж.
10. Конечная крышка с проемом для электромагнитного излучения.
11. Конечная крышка с отражателем электромагнитного излучения.
12. Варианты компоновки внешнего и внутреннего токопроводящих профилей.
13. Светодиодный модуль с комбинированным приемопередатчиком, вид сзади.
Список элементов, изображенных на фигурах
1. Внешний токопроводящий профиль.
2. Внутренний токопроводящий профиль.
3. Электроизоляционный слой.
4. Контактная поверхность.
5. Паз для размещения внутреннего профиля.
6. Печатная плата.
7. Светодиодный модуль.
8. Светодиод.
9. Драйвер светодиодов.
10. Контакт питания.
11. Перфорированная крышка.
12. Защелка.
13. Конечная крышка.
14. Светопрозрачная водонепроницаемая пленка.
15. Выступ контактной поверхности.
16. Отверстие для светодиода.
17. Волновод.
18. Антенна.
19. Фотодиод.
20. Отверстие в волноводе.
21. Щель в волноводе.
22. Внутренний токопроводящий профиль в виде швеллера.
23. Проем для электромагнитного излучения в конечной крышке.
24. Отверстие для шины питания.
25. Отражатель электромагнитного излучения.
26. Внутренний токопроводящий профиль в виде перевернутого швеллера.
27. Светодиод оптического приемопередатчика.
Устройство
Светодиодная ламель с беспроводной передачей данных состоит из группы светодиодных модулей (7). Светодиодные модули (7) представляют собой печатные платы (6) с расположенными спереди светодиодами (8). Сзади на печатных платах (6) светодиодных модулей (7) расположены контакты питания (10), выстроенные в продольные линии. Позади светодиодных модулей (7) располагаются электромагнитные приемопередатчики, через которые происходит прием и передача данных.
Корпус светодиодной ламели представляет собой внешний токопроводящий профиль (1), в котором расположены один или несколько пазов (5) для размещения внутренних токопроводящих профилей (2). Внутренние (2) и внешние (1) токопроводящие профили служат проводниками электрического тока для электропитания светодиодных модулей (7). Они изолированы друг от друга с помощью электроизоляционного слоя (3). В качестве электроизоляционного слоя (3) между токопроводящими профилями (1, 2) может использоваться электроизоляционная пленка или электроизоляционное покрытие, которое наносится на поверхность внешнего (1) или внутренних (2) токопроводящих профилей. Электроизоляционный слой (3) изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью и служит для передачи тепла от светодиодного модуля (7) к внешнему токопроводящему профилю (1). Внешний токопроводящий профиль (1) служит радиатором для охлаждения светодиодных модулей (7) и для лучшего охлаждения может содержать продольные охлаждающие ребра, расположенные с внешней стороны для улучшения теплообмена.
Внутренние токопроводящие профили (2) размещаются в пазах внешнего токопроводящего профиля (1) и могут иметь различное исполнение: выполнен в виде трубы сложной формы с отверстиями (20), которые служат для прохождения электромагнитных волн; выполнен в виде трубы сложной формы с продольной щелью (21), которая служит для прохождения электромагнитных волн; выполнен в виде швеллера (22), повторяющего форму паза внешнего токопроводящего профиля (1); выполнен в виде перевернутого швеллера (26) с наклоненными под углом внутрь фланцами, содержащего отверстия (20), которые служат для прохождения электромагнитных волн.
Светодиодные модули (7) размещаются на поверхности внешнего токопроводящего профиля (1) последовательно таким образом, что контакты питания (10) светодиодных модулей (7) соприкасаются с контактными поверхностями (4) внутренних (2) и внешних (1) токопроводящих профилей. Светодиодные модули (7) не имеют жесткой привязки к внешнему (1) и внутренним (2) токопроводящим профилям. При перепадах температур светодиодные модули (7) могут сдвигаться внутри светодиодной ламели, такое решение снижает нагрузку на элементы светодиодных модулей (7), которая может возникать вследствие разных коэффициентов теплового расширения материалов, из которых изготавливаются токопроводящие профили (1, 2) и печатные платы (6) светодиодных модулей (7).
Спереди светодиодная ламель со светодиодными модулями (7) покрыта светопрозрачной водонепроницаемой пленкой (14), приклеенной по бокам внешнего токопроводящего профиля (1). Светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) может изготавливаться из легко растягивающегося материала и имеет сплошной клеевой слой на своей нижней поверхности. При приклейке светопрозрачной водонепроницаемой пленки (14) на поверхность светодиодной ламели светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) плотно облегает поверхность светодиодных модулей (7) и приклеивается к ней. Благодаря этому между поверхностью светопрозрачной водонепроницаемой пленки (14) и поверхностью светодиодного модуля (7) отсутствует воздушная прослойка, которая может препятствовать эффективному охлаждению светодиодных модулей (7). На светодиодную ламель над светопрозрачной водонепроницаемой пленкой (14) установлены перфорированные крышки (11), отверстия которых расположены напротив светодиодов (8) светодиодных модулей (7). Перфорированные крышки (11) фиксируются на поверхности светодиодной ламели с помощью боковых защелок (12), которые охватывают внешний токопроводящий профиль (1) с двух сторон.
Внешний (1) и внутренний (2) токопроводящие профили имеют выступы (15) на передней поверхности, предназначенные для передачи электрического тока светодиодным модулям (7). Контактные поверхности (4) токопроводящих профилей (1, 2) имеют гальваническое покрытие, обладающее низким сопротивлением электрическому току, не подверженное образованию оксидной пленки, препятствующей прохождению электрического тока. Контакты питания (10) светодиодных модулей (7) могут представлять собой токопроводящие элементы, припаянные на печатные платы (6) светодиодных модулей (7), или могут представлять собой дорожки печатной платы светодиодных модулей (7), не имеющие электроизоляционного покрытия. Контакт токопроводящих профилей (1, 2) с внешним источником тока может быть обеспечен за счет приложения токопроводящих шин к концам внешнего (1) и внутреннего (2) токопроводящих профилей. Контакт с внешним источником тока также может быть обеспечен за счет припайки проводов к внешнему (1) и внутреннему (2) токопроводящим профилям.
Для передачи данных внутри волновода (17) светодиодной ламели может использоваться электромагнитное излучение с длиной волны от 100 нм до 300 мм. Для излучения и приема электромагнитных волн оптического с длиной волн от 100 нм до 1 мм используются излучатели света и фотоприемники (светодиоды (8) и фотодиоды (19)). Для излучения и приема электромагнитных волн нижней части спектра с длиной волн от 1 мм до 300 мм могут использоваться микроволновые антенны (18). Данные через волновод (17) могут передаваться одновременно с двух сторон, при этом может использоваться разный частотный диапазон спектра электромагнитного излучения, который позволяет передавать волновод (17). Данные также могут передаваться последовательно на одной несущей частоте: сначала один приемопередатчик передает данные, а другой приемопередатчик принимает, затем наоборот.
Данные для управления светодиодами (8) передаются светодиодным модулям (7) посредством модулированного электромагнитного излучения, в качестве волноводов (17), по которым распространяется модулированное электромагнитное излучение, используются одно или более продольные пустые пространства, расположенные внутри токопроводящих профилей (1, 2). Волноводы могут располагаться внутри внешнего (1) или внутренних (2) токопроводящих профилей. Также волноводы (17) используются для передачи данных посредством модулированного электромагнитного излучения в обратном направлении от светодиодных модулей (7) к центральному видеоконтроллеру. Внутренняя поверхность волноводов (17) изготавливается из материала, хорошо отражающего электромагнитное излучение во всем используемом частотном диапазоне.
Концы светодиодной ламели закрываются водонепроницаемыми конечными крышками (13). В начале светодиодной ламели устанавливается конечная крышка (13), которая имеет в своем составе один или более проемов (23), прозрачных для электромагнитных волн используемого диапазона, расположенных напротив концов волноводов. Через проемы (23) проходит электромагнитное излучение в обоих направлениях. В конце светодиодной ламели располагается отражатель электромагнитного излучения (25), не позволяющий электромагнитным волнам излучаться во внешнее пространство.
Устройство изготавливается следующим образом.
Токопроводящие профили (1, 2) изготавливаются из алюминия методом экструзии. При необходимости в волноводах методом фрезеровки или сверления делаются отверстия которые служат для передачи электромагнитного излучения. После изготовления токопроводящих профилей (1, 2) на контактные поверхности (4) наносится защитный лак, а сами токопроводящие профили (1, 2) покрываются оксидной пленкой методом анодирования. После анодирования защитный лак снимается растворителем. Затем с контактных поверхностей (4) снимается оксидная пленка с помощью щелочного раствора, а на контактные поверхности (4) гальваническим методом наносится металлическое покрытие, не подверженное образованию оксидной пленки.
После изготовления токопроводящие профили (1, 2) собираются в токопроводящую сборку. Для этого на внешний токопроводящий профиль (1) наносится электроизоляционный слой (3). Электроизоляционный слой (3) может быть выполнен в виде электроизоляционной пленки, которая наклеивается на поверхность внешнего (1) или внутреннего (2) токопроводящего профиля. Электроизоляционный слой (3) также может формироваться с помощью нанесения раствора, который при затвердевании будет формировать пленку на поверхности внешнего (1) или внутреннего (2) токопроводящего профиля. После нанесения электроизоляционного слоя (3) в пазы (5) внешнего токопроводящего профиля (1) вставляются внутренние токопроводящие профили (2), и фиксируются там с помощью клея.
Электроника светодиодной ламели изготавливается следующим образом: сначала изготавливаются печатные платы (6) стандартным промышленным методом. Затем на печатную плату (6) методом автоматического поверхностного монтажа устанавливаются электронные компоненты. На следующем этапе происходит припайка электронных компонентов к печатным платам (6) в конвекционной печи. Светодиодные модули (7) при необходимости могут покрываться антиадгезионным водоотталкивающим покрытием с помощью напыления антиадгезионного раствора на поверхность светодиодных модулей (7). Если электромагнитные приемопередатчики выполнены в виде съемных модулей, они подключаются к платам светодиодных модулей (7).
Далее на токопроводящую сборку устанавливаются светодиодные модули (7) таким образом, чтобы контактные поверхности (4) токопроводящих профилей (1, 2) устанавливались на контакты (10) светодиодных модулей, а электромагнитные приемопередатчики светодиодных модулей размещались напротив отверстий (20) в токопроводящих профилях, служащих для поступления электромагнитного излучения в волновод (17) и обратно.
Светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) изготавливается с помощью экструзии полиуретана или другого полимера. Светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) может изготавливаться с нанесением клеевого слоя или без него. С помощью устройства нанесения пленки, которое содержит рулон светопрозрачной водонепроницаемой пленки (14) и устройство прижима пленки к боковым поверхностям внешнего токопроводящего профиля (1), светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) наклеивается на боковые поверхности внешнего токопроводящего профиля (1). Нанесение светопрозрачной водонепроницаемой пленки (14) происходит путем перемещения устройства нанесения пленки от одного конца светодиодной ламели к другому, в результате светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) разматывается из рулона и наносится на поверхность светодиодной ламели. Для того чтобы светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) плотно облегала поверхности светодиодных модулей (7), после нанесения пленки внутри светодиодной ламели на короткое время создается зона разряженного давления. В результате этого светопрозрачная водонепроницаемая пленка (14) плотно прижимается к поверхностям светодиодных модулей (7) и приклеивается к ним.
На завершающем этапе сборки светодиодной ламели с передней стороны устанавливаются перфорированные крышки (11), которые фиксируются по бокам внешнего токопроводящего профиля (1) с помощью защелок (12), входящих в состав перфорированных крышек (11). После этого вокруг концов светодиодной ламели наносится слой силиконового герметика и устанавливаются конечные крышки (13). Конечные крышки (13), которые прикручиваются к внешнему токопроводящему профилю (1) с помощью винтов или фиксируются с помощью клея. Конечные крышки (13) могут изготавливаться или иметь вставки из прозрачного для электромагнитного излучения и света материала, например, из пластика. Крышки (11, 13) могут изготавливаться методом литья пластика под давлением.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Светодиодные модули (7) размещаются последовательно на поверхности внешнего токопроводящего профиля (1), при этом электромагнитные приемопередатчики размещаются напротив отверстий для похождения электромагнитных волн (20) или напротив щели для прохождения электромагнитных волн (21). Таким образом электромагнитное излучение может поступать из волновода (17) на электромагнитные приемопередатчики и излучаться обратно в волновод (17).
В начале светодиодной ламели размещена конечная крышка (13) с отверстиями для ввода шин питания (24) и проемом для прохождения электромагнитного излучения (23). При работе устройства шины питания вводятся в отверстия для ввода шин питания (24) и соприкасаются с токопроводящими профилями (1, 2), что позволяет подавать ток на токопроводящие профили. Токопроводящие профили (1, 2) изолированы друг от друга с помощью электроизоляционного слоя (3).
Через окно для прохождения электромагнитных волн (23) в волновод (17) светодиодной ламели подается модулированное управляющим сигналом электромагнитное излучение, а из волновода (17) светодиодной ламели возвращается электромагнитное излучение, модулированное сигналами от электромагнитных приемопередатчиков светодиодных модулей (7). В конце линии расположена конечная крышка (13) с отражателем электромагнитного излучения (25). В процессе функционирования устройства электромагнитные волны проходят по волноводу (17) и отражаются от отражателя электромагнитного излучения (25). Такое решение позволяет избежать излучения электромагнитных волн в окружающую среду, а также снизить потери электромагнитного излучения, что в итоге позволяет снизить мощность передатчика и чувствительность приемника электромагнитного излучения.
При установке светодиодных модулей (7) на токопроводящие профили (1, 2) в местах соприкосновения контактных поверхностей (4) токопроводящих профилей (1, 2) с контактными питания (10) светодиодных модулей (7) возникает электрический контакт. При подаче питания на токопроводящие профили (1, 2) оно поступает на светодиодные модули (7) через контакты питания (10).
Светодиодные модули (7) содержат светодиоды (8), которые подключаются через драйверы светодиодов (9) к контактам питания (10). Драйверы светодиодов (9), получая управляющий сигнал от видеоконтроллеров, встроенных в светодиодные модули (7), подают импульсы тока на светодиоды (8). Через светодиоды (8) протекает электрический ток, в результате чего светодиоды (8) излучают свет. Свет, излучаемый светодиодами (8), беспрепятственно проходит через светопрозрачную водонепроницаемую пленку (14) и отверстия для светодиодов (16) в перфорированных крышках (11). Перфорированные крышки (11) имеют черную светопоглощающую поверхность, благодаря этому светодиодная ламель обладает высокой контрастностью.
Светодиоды (8) и драйверы светодиодов (9) в процессе работы рассеивают в виде тепла 90% поступающей электроэнергии. Светодиоды (8) и драйверы светодиодов (9) нагревают печатную плату (6) светодиодного модуля (7), которая устанавливается непосредственно на электроизоляционный слой (3), обладающий высокой теплопроводностью. Тепловая энергия, проходя через электроизоляционный слой (3), передается внешнему токопроводящему профилю (1) и рассеивается путем теплообмена с воздухом и в виде инфракрасного излучения. Для улучшения теплоотдачи посредством инфракрасного излучения задняя поверхность внешнего токопроводящего профиля (1) может иметь покрытие черного цвета.