КОМПОНЕНТ БЫТОВОГО УСТРОЙСТВА
HOME APPLIANCE COMPONENT

Настоящее изобретение относится к компоненту бытового устройства и к бытовому устройству, содержащему по меньшей мере один компонент бытового устройства. Более конкретно, изобретение относится к компоненту бытового устройства, имеющему базовый элемент с по меньшей мере одним фотолюминесцентным слоем и по меньшей мере одним световодом, причем световод имеет конфигурацию, обеспечивающую захват и проведение света, содержащего по меньшей мере одну длину волны возбуждения фотолюминесцентного слоя, к фотолюминесцентному слою, и к бытовому устройству, содержащему по меньшей мере один такой компонент бытового устройства.
Во многих бытовых устройствах необходимо использовать световые эффекты в качестве визуальных сигналов тревоги или элементов дизайна. Другими словами, использование подсветки требуется, с одной стороны, в качестве меры безопасности и, с другой стороны, в качестве важного средства взаимодействия с пользователем и конструктивного элемента для создания индикаторов или привлекательных эффектов. Поэтому бытовые устройства и компоненты бытовых устройств обычно обеспечивают осветительными устройствами, такими как лампы или светодиоды (LED; от англ.: light emitting diode) для подсветки некоторых зон желаемым образом.
Однако эти технологии имеют ограничения в отношении электропитания, монтажного пространства, термостойкости и химической стойкости, так что часто бывает трудно или невозможно встроить эти осветительные устройства в компоненты некоторых бытовых устройств, например, таких как варочные панели, керамические варочные поверхности, духовки, микроволновые печи, морозильные камеры, посудомоечные машины, стиральные машины или сушильные машины.
В публикации GB 2 186 109 А описано бытовое электрическое устройство, снабженное индикаторным устройством для оптической индикации рабочего состояния устройства; это индикаторное устройство содержит световод, который по меньшей мере частично имеет форму по меньшей мере одного символа, подлежащего индикации, и осветительное устройство для подачи света в световод для освещения одного или всех символов. В варианте осуществления изобретения световод расположен на по меньшей мере по существу светонепроницаемом маскирующем элементе, который является по существу плоской пластиной, в частности - индикаторной панелью устройства.
Свойства гибридных материалов, то есть материалов, которые сочетают структурные элементы различных классов материалов на молекулярном уровне, в отношении применения их для проведения света и/или их влияния на оптические свойства обсуждаются, например, в следующих научных статьях:
М. Sangermano et al, "Preparation and characterization of hybrid nanocomposites coatings by photopolymerization and sol-gel process", Politecnico di Torino (2005).
Wenxiu Que and X. Hu, "Sol-Gel Derived Titania/γ-Glycidoxypropyl-trimethoxysilane and Methyltrimethoxysilane Hybrid Materials for Optical Waveguides", Nanyang Technological University (2003).
J. V. Crivello and J. H. W. Lam, "Triarylsulfonium salts as photo initiators of free radical and cationic polymerization", General Electric Corporate Research and Development Center (1979).
R. Muller et al., "SU8 polymer materials used in integrated optic microsystems", National Institute for R&D in Microtechnologies (2009).
2
K. Gut and S. Drewniak, "The Waveguide Structure Based on the Polymer SU8 on a SiO/Si Substrate", Silesian University of Technology (2011).
С учетом этого предшествующего уровня техники задачей настоящего изобретения является обеспечение компонента бытового устройства, который способен генерировать подсветку более гибким способом и с меньшим необходимым монтажным пространством, и который способен показывать очень высокие и/или очень низкие температуры. Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение бытового устройства, содержащего такой компонент бытового устройства.
Эти задачи решены за счет компонента бытового устройства с признаками согласно п. 1 формулы изобретения и за счет бытового устройства с признаками согласно п. 14 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения, причем предпочтительные варианты осуществления первого аспекта настоящего изобретения следует рассматривать как предпочтительные варианты осуществления второго аспекта настоящего изобретения, и наоборот.
Первый аспект настоящего изобретения относится к компоненту бытового устройства, имеющему базовый элемент с по меньшей мере одним фотолюминесцентным слоем и по меньшей мере одним световодом, причем световод имеет конфигурацию, обеспечивающую захват и проведение света, содержащего по меньшей мере одну длину волны возбуждения фотолюминесцентного слоя, к фотолюминесцентному слою. Другими словами, компонент бытового устройства по настоящему изобретению содержит комбинацию световода с фотолюминесцентным покрытием, которое нанесено на базовый элемент или основу компонента бытового устройства, для генерации визуальных эффектов. Световод можно также обозначить как оптический волновод, и он является физической структурой, которая проводит электромагнитные волны в оптическом спектре, содержащие по меньшей мере одну длину волны возбуждения фотолюминесцентного слоя. Это обеспечивает очень гибкое освещение компонента бытового устройства, причем источник света и светоизлучающий фотолюминесцентный слой, оптически соединенные через световод, могут находиться на любом желаемом расстоянии друг от друга, так что тип источника света и необходимый источник электропитания источника света можно свободно выбрать и разместить. Это является большим преимуществом для тех компонентов бытовых устройств, в которых невозможно или нежелательно поместить источник света непосредственно в нужном положении из-за отсутствия монтажного пространства или воздействия температуры или химических веществ. Вместо этого источник света можно разместить на одной из сторон световода, который будет передавать свет к фотолюминесцентному слою. При этом фотолюминесцентный слой возбуждается фотонами и будет испускать свет определенной длины волны. Это дает возможность обеспечить компонент бытового устройства любым (возможно равномерным) освещением, при этом фотолюминесцентный слой или фотолюминесцентное покрытие обладают исключительно малыми требованиями к монтажному пространству. Компонент бытового устройства может быть, например, индикаторным устройством, варочной панелью, керамической варочной поверхностью и т.п.
В настоящем изобретении к световоду присоединен оптический переключатель для передачи захваченного света в световод в зависимости от температуры оптического переключателя, то есть для избирательного направления захваченного света в световод. Оптический переключатель может быть, например, пассивным оптическим переключателем без элементов, обеспечивающих усиление в оптическом диапазоне, активным оптическим переключателем, имеющим элементы, обеспечивающие усиление в оптическом диапазоне, или полностью оптическим переключателем, в котором управляющий сигнал также является оптическим.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что оптический переключатель содержит по меньшей мере один жидкокристаллический полимер. Жидкокристаллические полимеры являются особенно чувствительными к изменениям физических параметров, демонстрируют быструю субмикросекундную реакцию и хорошую прозрачность в широком спектральном диапазоне от видимого излучения до инфракрасного излучения.
В настоящем изобретении предусмотрено то, что оптический переключатель имеет конфигурацию, позволяющую передавать захваченный свет в зависимости от температуры оптического переключателя. Поэтому излучение люминесцентного света можно сделать зависимым от температуры оптического переключателя и использовать для индикации очень высоких и/или очень низких температур. Если оптический переключатель, например, установлен на световоде, оптический переключатель или материал оптического переключателя может быть полупрозрачным при низких температурах, так что захваченный свет достигнет оптического переключателя и будет рассеян и выведен из световода, при этом не сможет произойти возбуждение фотолюминесцентного слоя, даже если источник света активен. С другой стороны, при высокой температуре оптический переключатель может стать прозрачным, так что свет будет передан световодом, фотолюминесцентный слой возбудится и испустит свет. Другими словами, оптический переключатель будет действовать как трансмиссионный оптический переключатель для проводимого света из-за изменения его светопропускающих свойств в зависимости от температуры. Таким образом можно добиться зависимости интенсивности излучения фотолюминесцентного слоя от температуры (ТЕПЛЫЙ: высокоинтенсивное излучение; ХОЛОДНЫЙ: низкое излучение или его отсутствие) без необходимости приводить фотолюминесцентный слой в контакт с конкретными горячими или холодными областями. Таким образом можно избежать воздействия на люминесцентный краситель высоких или низких температур, которые могут ускорить его разложение. Кроме того, горячие или холодные области компонента бытового устройства могут быть закрыты (например, кастрюлей), и поэтому они могут быть не видны пользователю/наблюдателю, так что определенное расстояние между горячей областью (закрытой) и люминесцентной меткой (не закрытой) является преимуществом.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что световод имеет конфигурацию плоского волновода, в частности - пластинчатого волновода. Плоские волноводы также имеют исключительно низкие требования к пространству для их размещения. Пластинчатый волновод, который является предпочтительным вариантом плоского волновода, в характерном случае состоит из трех слоев материалов с различными значениями относительной диэлектрической проницаемости, расположенных параллельно. Свет может задерживаться в среднем слое за счет полного внутреннего отражения. Это происходит, если диэлектрический показатель среднего слоя больше диэлектрического показателя окружающих слоев. Световодные моды пластинчатого волновода не могут быть возбуждены светом, падающим от верхней или нижней поверхностей раздела, так что свет может быть подан в средний слой только сбоку в регулируемых условиях. Альтернативно можно использовать соединительный элемент для подачи света в волновод, такой как решеточное устройство связи или призменное устройство связи.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что световод является светопроводящим элементом, который соединен с базовым элементом. В этом случае световод и базовый элемент образуют единый блок или сборку. Также может быть предусмотрено, что по меньшей мере часть базового элемента является световодом. Это обеспечивает весьма малую потребность в монтажном пространстве. Кроме того, световод является очень прочным. Альтернативно или дополнительно может быть предусмотрено, что световод является светопроводящим слоем базового элемента. Другими словами, световод по меньшей мере частично является слоем или покрытием базового элемента, что также обеспечивает очень малое монтажное пространство и высокую гибкость в отношении оптических и геометрических свойств световода.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что фотолюминесцентный слой образует по меньшей мере часть светопроводящего слоя. Это может быть обеспечено, например, за счет растворения или добавления одного или более фотолюминесцентных красителей в светопроводящий слой для генерации фотолюминесцентных эффектов при очень малых требованиях к монтажному пространству. Эти фотолюминесцентные красители при возбуждении светом от внешнего источника света в характерном случае излучают свет с большими длинами волн по сравнению с длиной волны возбуждающего света.
Альтернативно или дополнительно предусмотрено, что светопроводящий слой получают по меньшей мере одним способом нанесения покрытия, более конкретно - по меньшей мере одним способом, выбранным из центрифугирования, распыления, погружения, трафаретной печати и чернильно-струйной печати. Другими словами, световод сформирован как слой или покрытие, и его можно осадить или получить одним или более из указанных способов. Например, способы центрифугирования, погружения или трафаретной печати можно успешно использовать, если довольно большому участку поверхности или всей поверхности базового элемента необходимо придать светопроводящие свойства. С другой стороны, чернильно-струйную печать также можно очень гибко использовать для получения светопроводящего слоя посредством регулируемого и избирательного осаждения соответствующего светопроводящего материала для проведения света по специфическому пути. Чернильно-струйная печать или чернильно-струйное нанесение покрытия обеспечивает быстрое и легкое воспроизведение сложных геометрических фигур посредством выталкивания капель подходящих чернил на поверхность базового элемента компонента бытового устройства.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что фотолюминесцентный слой получают с использованием по меньшей мере одного способа нанесения покрытия, в частности - по меньшей мере одним способом, выбранным из центрифугирования, распыления, погружения, трафаретной печати и чернильно-струйной печати. Другими словами, фотолюминесцентный слой сформирован как слой или покрытие, и его можно осадить или получить одним или более из указанных способов. Например, способы центрифугирования, погружения или трафаретной печати можно успешно использовать, если довольно большому участку поверхности или всей поверхности базового элемента необходимо придать способность к свечению. С другой стороны, чернильно-струйную печать также можно использовать для очень гибкого получения фотолюминесцентного слоя посредством регулируемого и избирательного осаждения соответствующего фотолюминесцентного материала для излучения света в форме определенной геометрической картины. Также может быть предусмотрено получение фотолюминесцентного слоя и светопроводящего слоя совместно или по отдельности с использованием по меньшей мере одного способа нанесения покрытия.
воздуха
стекла
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что световод имеет более высокий показатель преломления, чем прилежащий материал, вдоль всего волноводного тракта. Это обеспечивает особенно хорошие светопроводящие свойства. Показатели преломления световода и прилежащего материала в характерном случае измеряют при длине волны, равной 633 нм, и при температуре, равной 20°С. Однако также может быть предусмотрено измерение показателей преломления при по меньшей мере одной длине волны возбуждения фотолюминесцентного слоя. В случае контакта с воздухом показатель преломления n световода, например, больше 1 (n=1 при 633 нм). Если световод осажден на базовом элементе или в контакте с базовым элементом, изготовленным из керамического стекла, которое используют для поверхностей варочных панелей, показатель преломления световода обычно выбирают таким, чтобы он был больше примерно 1,54 (n=1,54 при 633 нм).
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что световод по меньшей мере частично расположен на оболочечном слое, и/или по меньшей мере частично расположен между двумя оболочечными слоями, и/или по меньшей мере частично погружен в оболочечный слой, и/или по меньшей мере частично расположен между базовым элементом и фотолюминесцентным слоем, и/или по меньшей мере частично расположен между оболочечным слоем и фотолюминесцентным слоем. Оболочечный слой предпочтительно можно использовать для снижения и/или повышения показателя преломления материала, прилежащего к световоду, с целью улучшения его светопроводящих свойств. Например, показатель преломления стекла невозможно легко изменить или снизить, но при использовании оболочечного слоя в качестве промежуточного слоя между базовым элементом, изготовленным из стекла, и световодом с относительно низким показателем преломления, можно обеспечить подходящие пары показателей преломления. Световод можно осадить на поверхность оболочечного слоя, так что и воздух, и защитный слой как прилежащие материалы будут иметь более низкий показатель преломления, чем световод, так что захваченный свет может быть проведен без соответствующих потерь. При размещении фотолюминесцентного слоя непосредственно на поверхности световода можно получить очень компактную сборку с высокой квантовой эффективностью.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что базовый элемент, и/или фотолюминесцентный слой, и/или световод, и/или защитный слой являются прозрачными для света в видимом диапазоне длин волн и/или содержат гибридный полимер или состоят из гибридного полимера. Термин «прозрачность» следует понимать как физическое свойство, позволяющее свету проходить через материал без значительного рассеяния. Это обеспечивает очень гибкий, дискретный и несложный вариант осуществления одного или более из базового элемента, фотолюминесцентного слоя, световода и оболочечного слоя. Кроме того, если фотолюминесцентный слой возбуждается и излучает свет, излученный свет может пройти через прилежащий прозрачный материал, например - через базовый элемент, и/или световод, и/или оболочечный слой, и поэтому он может быть виден через другие элементы компонента бытового устройства.
Гибридные полимеры следует понимать как полимерные материалы которые объединяют структурные элементы различных классов материалов на молекулярном уровне. Поэтому гибридные материалы могут иметь очень гибкие свойства, и их можно оптимально приспособить к соответствующему варианту осуществления компонента бытового устройства. В противоположность композитным материалам, которые характеризуются границами раздела фаз и слабыми взаимодействиями между фазами, структурные элементы гибридных полимеров связаны на молекулярном уровне и могут содержать неорганические и органические структурные элементы. Этого можно добиться химическими способами, такими как золь-гель реакции. Гибридные полимеры расширяют диапазон классических композитных материалов и являются основой для требуемой мультифункциональности материалов.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения гибридный полимер может быть получен посредством полимеризации реакционной смеси, содержащей алкоксисилан с эпоксидной группой.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения гибридный полимер может быть получен посредством полимеризации реакционной смеси, содержащей следующие химические соединения (в масс. %):
- от 1 масс. % до 99 масс. % 3-глицидилоксипропилтриметоксисилана (GLYMO; от англ.: 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane);
- от 0,1 масс. % до 5 масс. %, предпочтительно - от 0,1 масс. % до 3 масс. %, и наиболее предпочтительно - от 0,1 масс. % до 2,5 масс. %, фотокислотного генератора, в частности - соли триарилсульфония;
- от 0 масс. % до 2 масс. % поверхностно-активного вещества, в частности - BYK-333;
- от 0 масс. % до 70 масс. % соединения, повышающего показатель преломления, в частности - SU-8 и/или дифенилдиметоксисилана;
- от 0 масс. % до 10 масс. % фотолюминесцентного материала, в частности -родамина В;
- от 0 масс. % до 10 масс. % добавки.
Если гибридный полимер используют в световоде, то содержание фотолюминесцентного материала предпочтительно равно 0 масс. %. Более того, если гибридный полимер используют в оболочечном слое, то содержание фотолюминесцентного материала и соединения, повышающего показатель преломления, предпочтительно равны 0 масс. %.
Само собой разумеется, что массовые доли всех компонентов гибридного полимера в сумме всегда составляют 100%. Присутствие эпоксидной группы в GLYMO, имеющем формулу
придает свойства быстрого отверждения, тогда как силановая группа обеспечивает превосходные свойства адгезии к различным базовым элементам, в частности - к базовым элементам, изготовленным из стекла. Кроме того, гибридный полимер обладает высокой устойчивостью к экстремальным химическим и температурным условиям. Поэтому гибридный полимер можно успешно использовать во многих различных способах и вариантах осуществления. Например, его можно использовать 6 качестве базовых чернил из-за его гибридных свойств. При использовании определенной массовой доли фотокислотного генератора (PAG; от англ.: photoacid generator) можно провести процесс отверждения в одну стадию посредством подачи УФ излучения к гибридной полимерной смеси, то есть к реакционной смеси, подлежащей полимеризации. В этом случае алкоксисилан с эпоксидной группой, например - GLYMO, реагирует c фотокислотным генератором или фотоинициатором, поскольку образуется кислота, так что оба процесса -полимеризация эпоксидных групп и гидролиз и конденсация силанов -инициируются одновременно. Поэтому при отверждении гибридного полимера УФ излучением можно получить органо-неорганические сети и покрытия. Фотокислотный генератор может содержать гексафторфосфатную соль триарилсульфония или являться гексафторфосфатной солью триарилсульфония, имеющей формулу
Для того чтобы отрегулировать реологические свойства гибридной полимерной смеси, можно использовать поверхностно-активное вещество в количестве, лежащем в диапазоне от 0 масс. % до 2 масс. %, в частности - от 0,05 масс. % до 0,1 масс. %. Примером подходящего поверхностно-активного вещества является BYK-333 (содержащая силикон поверхностно-активная добавка для снижения поверхностного натяжения) производства компании Attana AG. Также обычно можно использовать другие поверхностно-активные вещества. Для повышения показателя преломления гибридного полимера в композицию можно добавить одно или более соединений, повышающих показатель преломления, например - SU8, эпоксидный олигомер, имеющий формулу
Использование SU8 способствует повышению показателя преломления без негативного влияния на механические свойства гибридного полимера. Например, можно обеспечить показатель преломления гибридного полимера, лежащий в диапазоне от примерно 1,5 до примерно 1,57 (при 633 нм), посредством добавления от 0 масс. % до 70 масс. % SU8, в частности - от 0 масс. % до 25 масс. %. Кроме SU8, можно также использовать другие материалы, такие как дифенилдиметоксисилан (DPDMS; от англ.: diphenyldimethoxysilane), в массовых долях, лежащих в диапазоне от 0 масс. % до 70 масс. %, предпочтительно - от 0 масс. % до 25 масс. %, чтобы отрегулировать и повысить показатель преломления и, за счет неорганического компонента, сохранить механические свойства гибридного полимера. Альтернативно или дополнительно можно также использовать другие соединения, повышающие показатель преломления. В общем случае, присутствие кольцевых структур и/или атомов серы повышает показатель преломления химического соединения, так что регулирование количества кольцевых структур и/или атомов серы можно использовать для получения желаемого показателя преломления.
Также можно использовать гибридный полимер для создания фотолюминесцентного слоя посредством добавления одного или более люминесцентных красителей. Эти красители при возбуждении внешним источником света излучают свет с большими длинами волн. Например, родамин В является розовым красителем, который при облучении сине-зеленым светом излучает красно-оранжевый свет. Менее 0,1% родамина В можно использовать для получения чернил, пригодных для печати (с использованием чернильно-струйной печати или других технологий), с люминесцентными свойствами. Поэтому гибридный полимер может состоять, например, из GLYMO, SU8, DPDMS, BYK-333, PAG и родамина В.
Также, в зависимости от конкретных потребностей, можно добавить одну или более добавок для модификации свойств гибридного полимера. Смесь компонентов гибридного полимера предпочтительно составляют таким образом, чтобы реологические свойства смеси позволяли ее осаждение посредством чернильно-струйной печати и/или другими способами нанесения покрытий. Соответственно, смесь компонентов гибридного полимера можно также обозначить как чернила. В любом случае, если используют чернильно-струйную печать, то химически активную смесь, содержащую компоненты, обычно наносят посредством чернильно-струйной печати и затем проводят полимеризацию.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что компонент бытового устройства содержит по меньшей мере один отражающий элемент, который имеет конфигурацию, позволяющую отражать свет, излученный фотолюминесцентным слоем, и/или по меньшей мере один поглощающий элемент, который имеет конфигурацию, позволяющую поглощать, рассеивать или гасить свет, излученный фотолюминесцентным слоем, и/или по меньшей мере один рассоединяющий элемент, который имеет конфигурацию, позволяющую отключать свет от световода. Это обеспечивает особенно точную регулировку светопропускания и/или излучения света и результирующего эффекта подсветки.
Если оптический переключатель содержит по меньшей мере один жидкокристаллический полимер, то оптический переключатель предпочтительно содержит жидкокристаллический полимер, который можно получить посредством сополимеризации
(a) от 10 масс. % до 100 масс. % монофункционального мезогена, в частности, 6-(4-цианобифенил-4'-илокси)гексилакрилата, на основе мономеров, и
(b) от 0 масс. % до 10 масс. % дифункционального мезогена, предпочтительно диакрилата, более предпочтительно RM82, на основе мономеров,
в присутствии фотоинициатора, предпочтительно - в количестве до 5 масс. %, на основе мономеров.
Этот жидкокристаллический полимерный материал изменяет свои светопропускающие свойства между полупрозрачностью и прозрачностью при изменении температуры, и поэтому его можно использовать в качестве температурного оптического переключателя. Поэтому температурно-зависимый материал предпочтительно состоит из смеси химически активных мономеров, содержащей жидкокристаллический моноакрилат, необязательный дисфункциональный жидкокристаллический диакрилат для поперечного сшивания полимерной системы и необязательный фотоинициатор для запуска реакции полимеризации.
6-(4-цианобифенил-4'-илокси)гексилакрилат имеет формулу:
RM82, который можно использовать в качестве дифункционального химически активного мезогена в массовых долях, равных, например, примерно 1 масс. %, имеет формулу:
IRG184 (1-гидроксициклогексилфенилкетон), который можно использовать в качестве фотоинициатора, имеет формулу:
Смесь можно нанести на верхнюю сторону световода и полимеризовать УФ излучением в изотропном состоянии до температуры, немного превышающей температуру просветления низкомолекулярной жидкокристаллической смеси, чтобы способствовать за счет фотополимеризации образованию высокорассеивающей мультидоменной текстуры. Мутный вид оптического переключателя изменяется на прозрачный при нагревании до температуры, лежащей в диапазоне от примерно 120°С до примерно 130°С. Температуру переключения можно изменять посредством изменения композиции материала и условий обработки.
Второй аспект настоящего изобретения относится к бытовому устройству, содержащему по меньшей мере один компонент бытового устройства согласно первому аспекту настоящего изобретения. Возникающие в связи с этим признаки и их преимущества можно понять на основании описания первого аспекта настоящего изобретения. Может быть предусмотрено, что бытовое устройство имеет конфигурацию кухонной плиты, варочной панели, духового шкафа, микроволновой печи, посудомоечной машины, сушильной машины, стиральной машины, морозильной камеры и/или паровой печи.
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано посредством обсуждения конкретных, не ограничивающих настоящее изобретение вариантов его осуществления. Соответственно, признаки и комбинации признаков, указанные ниже в вариантах осуществления настоящего изобретения, можно использовать не только в соответствующей указанной комбинации, но и в других комбинациях без отступления от объема настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
В дальнейшем варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы более подробно со ссылкой на графические материалы. Графические материалы изображают следующее:
Фиг. 1 - схематическое изображение вида в разрезе первого компонента бытового устройства согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 2 демонстрирует схематическое изображение вида сверху компонента бытового устройства, который не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого могут присутствовать в вариантах осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 - схематическое изображение вида в разрезе компонента бытового устройства, который не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого могут присутствовать в вариантах осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - схематическое изображение вида сверху компонента бытового устройства, который не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого можно использовать в вариантах осуществления настоящего изобретения, когда сопряженный источник света деактивирован;
Фиг. 5 - схематическое изображение вида снизу компонента бытового устройства из Фиг. 4, когда источник света активирован;
Фиг. 6 - схематическое изображение вида сверху компонента бытового устройства из Фиг. 4 и Фиг. 5, когда источник света активирован;
Фиг. 7 - вид в перспективе компонента бытового устройства, который не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого можно использовать в вариантах осуществления настоящего изобретения, когда сопряженный источник света деактивирован;
Фиг. 8 - вид в перспективе компонента бытового устройства из Фиг. 7, когда источник света активирован;
Фиг. 9 - схематическое изображение вида в разрезе компонента бытового устройства в низкотемпературных условиях согласно первому неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 10 - схематическое изображение вида в разрезе компонента бытового устройства из Фиг. 9 в высокотемпературных условиях;
Фиг. 11 - схематическое изображение вида снизу компонента бытового устройства согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 12 - схематическое изображение вида сверху световода, оборудованного оптическим переключателем, когда оптический переключатель находится в полупрозрачном состоянии; и
Фиг. 13 - схематическое изображение вида сверху световода, когда оптический переключатель находится в прозрачном состоянии.
Фиг. 1 демонстрирует схематическое изображение вида в разрезе компонента 1 бытового устройства согласно предшествующему уровню техники. Компонент 1 бытового устройства, который выполнен в форме керамической варочной панели, содержит базовый элемент 2, который изготовлен из стеклокерамики. Кроме того, на верхней стороне базового элемента 2 расположен световод 3, причем световод 3 имеет конфигурацию, обеспечивающую захват и проведение света от источника 4 света к по меньшей мере одному фотолюминесцентному слою 5 (см. Фиг. 3), причем захваченный свет содержит по меньшей мере одну длину волны возбуждения фотолюминесцентного слоя 5. Принципиальный путь света показан стрелками. Для лучшего понимания фотолюминесцентный слой 5 не показан на Фиг. 1 и Фиг. 2. Однако фотолюминесцентный слой в принципе может быть произвольным образом расположен на базовом элементе 2, при условии, что его можно оптически связать с источником 4 света через световод 3. Источник 4 света обычно не является обязательной частью компонента 1 бытового устройства. Источником 4 света в принципе может быть любой внешний источник света, например - находящийся в кухне. Комбинация световода 3 и фотолюминесцентного слоя или покрытия 5 обеспечивает генерацию визуальных эффектов на основе или базовом элементе 2. Световод можно, например, нанести в форме покрытия, или он может быть независимым элементом, например - стеклянной пластиной, примыкающей к базовому элементу 2, или комбинацией этих двух форм. Такое покрытие можно осадить различными способами в зависимости от прикладной задачи, например -посредством центрифугирования, погружения или трафаретной печати, если всей поверхности или по меньшей мере большей части поверхности базового элемента 2 необходимо придать волноводные свойства. С другой стороны, для осаждения светопроводящего материала на базовый элемент 2 можно использовать чернильно-струйную печать, чтобы проводить свет вдоль специфического пути. Также можно использовать в качестве световода 3 по меньшей мере части самого базового элемента 2. Поэтому свет может быть проведен из одной точки (то есть от источника 4 света) в другую точку (то есть к фотолюминесцентному слою 5) по световоду 3. Это особенно полезно в том случае, если невозможно поместить источник 4 света непосредственно в желаемом месте компонента 1 бытового устройства. Вместо этого источник 4 света можно расположить с одной стороны базового элемента 2/световода 3 и проводить свет по световоду 3 для возбуждения находящегося на расстоянии фотолюминесцентного слоя 5 и создания желаемой подсветки.
В характерном случае можно провести предварительную обработку поверхности компонента 1 бытового устройства перед стадией нанесения покрытия или наслаивания, например - посредством обработки озоном, пламенем или посредством пламенной обработки Pyrosil, для повышения сцепления и однородности соответствующего покрытия или слоя.
воздуха
стекла
Фиг. 2 демонстрирует схематическое изображение вида сверху компонента 1 бытового устройства, который не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого можно использовать в вариантах осуществления настоящего изобретения. В отличие от предыдущего варианта осуществления световод 3 и источник 4 света расположены на нижней стороне базового элемента 2. Кроме того, между базовым элементом 2 и световодом 3 расположен оболочечный слой 6. Для того чтобы получить светопроводящий эффект, показатель преломления световода 3 или светопроводящего покрытия 3 должен быть выше, чем показатель преломления окружающих сред. Также как можно меньшими должны быть поглощение или рассеяние света с длинами волн, представляющими интерес. В случае контакта с воздухом показатель преломления световода 3 должен быть больше 1 (n=1), что будет иметь место при любом светопроводящем материале. С другой стороны, если световод 3 непосредственно нанесен в форме покрытия на базовый элемент 2, изготовленный из керамического стекла, которое обычно используют для поверхностей индукционных варочных панелей, то показатель преломления световода 3 должен быть больше 1,54 (n=1,54 при 633 нм).
Фиг. 3 демонстрирует схематическое изображение вида в разрезе компонента 1 бытового устройства, который не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого можно использовать в вариантах осуществления настоящего изобретения. Общая структура соответствует предыдущему примеру, приведенному на Фиг. 2. На расстоянии от источника 4 света расположен фотолюминесцентный слой 5, который в этом варианте осуществления осажден или нанесен в форме покрытия на верхнюю поверхность участка световода 3. В качестве усовершенствования или придания дополнительной функциональности указанным выше чернилам в них можно растворить фотолюминесцентные красители для получения фотолюминесцентного слоя 5. Фотолюминесцентные красители, если они возбуждаются внешним источником 4 света, излучают свет с другими и более длинными длинами волн. Например, родамин В является розовым красителем, который при облучении сине-зеленым светом излучает красно-оранжевый свет. Менее 0,1 масс. % родамина В можно добавить к указанным выше чернилам для получения пригодных для печати (посредством чернильно-струйной печати или с использованием других технологий) чернил с люминесцентными свойствами (например: GLYMO+SU8+DPDMS+BYK+PAG+родамин В). Такие чернила также имеют реологические свойства, которые придают им пригодность для печати посредством чернильно-струйной печати. Однако эти чернила, как и другие композиции чернил, можно также осадить посредством центрифугирования, трафаретной печати и т.п.Особенно полезным в этом случае печати люминесцентными чернилами является использование чернильно-струйной печати, чтобы иметь возможность печатать рисунки, логотипы и/или индикаторы для создания избирательных участков, способных излучать свет.
Если фотолюминесцентный слой 5 осажден непосредственно на световод 3, то свет, содержащий длину волны (или длины волн) возбуждения красителя, может быть проведен по светопроводящему покрытию 3 и достигает фотолюминесцентного слоя или покрытия 5. Фотолюминесцентный слой 5 затем поглотит свет и будет излучать люминесценцию во всех направлениях, тем самым создавая эффект свечения, как показано на Фиг. 3. В зависимости от расположения фотолюминесцентного слоя 5 покрытие отражательным слоем нижней части люминесцентной метки (например, посредством металлизации испарением или напылением) может привести к более высокой интенсивности света для наблюдателя, поскольку часть излученного света отражается. Поэтому можно предусмотреть светоотражающий элемент на верхней стороне базового элемента 2, между базовым элементом 2 и оболочечным слоем 6, между оболочечным слоем 6 и световодом 3 и/или на фотолюминесцентном слое 5 для отражения света, излученного фотолюминесцентным слоем 5, желаемым образом.
Фиг. 4 демонстрирует схематическое изображение вида сверху компонента 1 бытового устройства, который не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого можно использовать в вариантах осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 4 сопряженный источник света 4 деактивирован. Фиг. 4 будет обсуждаться совместно с Фиг. 5 и Фиг. 6. Фиг. 5 демонстрирует схематическое изображение вида снизу компонента 1 бытового устройства из Фиг. 4, когда источник 4 света активирован, тогда как Фиг. 6 демонстрирует схематическое изображение вида сверху компонента 1 бытового устройства, когда источник 4 света активирован. Как можно понять из Фиг. 4, верхняя сторона или верхняя поверхность базового элемента 2, которая и в этом случае изготовлена из стеклокерамики, имеет однородный внешний вид, если источник 4 света деактивирован. Если источник 4 света активирован (Фиг. 5, Фиг. 6), то свет проводится через прозрачный световод 3, который сформирован в форме покрытия на нижней или обратной стороне базового элемента 2, к фотолюминесцентному слою 5. Фотолюминесцентный слой 5, который получен посредством чернильно-струйной печати на световоде 3, формирует зеркальное изображение букв «BSH», так что эти буквы можно видеть в правильном положении на верхней стороне компонента 1 бытового устройства (Фиг. 6).
Поскольку описанные композиции чернил для световода 3 и оболочечного слоя 6 являются высокопрозрачными, люминесцентные чернила облучаются и излучают свет, который можно видеть через светопроводящий слой 3 и также через стекло (базовый элемент 2), если излучаемый свет является достаточно интенсивным. Если источник 4 света излучает синий или зеленый свет (необходимый для возбуждения родамина В), то стекло или базовый элемент 2 можно снабдить соответствующим фильтром, который избирательно поглощает, рассеивает и/или не пропускает свет, содержащий длины волн возбуждения. Соответственно, только свет, излучаемый фотолюминесцентным слоем 5, проводится через световод 3 и базовый элемент 2.
Фиг. 7 демонстрирует схематическое изображение вида сверху компонента 1 бытового устройства, который также не соответствует настоящему изобретению, но признаки которого можно использовать в вариантах осуществления настоящего изобретения. В данном случае сопряженный источник света (не показан) деактивирован. Компонент 1 бытового устройства сконструирован в форме керамической нагревательной плиты. Вместо использования покрытия в качестве световода 3 с использованием фотолюминесцентных чернил выполнена печать непосредственно на базовом элементе 2, который изготовлен из прозрачного стекла и функционирует в качестве световода 3. Темная стеклянная плита установлена в качестве цветного светофильтра 7 для сине-зеленого возбуждающего света на верхней стороне базового элемента 2 для обеспечения однородного внешнего вида компонента 1 бытового устройства, если источник 4 света выключен.
Фиг. 8 демонстрирует вид в перспективе компонента 1 бытового устройства из Фиг. 7, когда источник света (не показан) активирован. Цветной светофильтр 7 является проницаемым для красного света, так что красное излучение фотолюминесцентного слоя 5, который формирует логотип «B/S/Н» на обратной стороне базового элемента 2, может быть хорошо видным для пользователя.
Фиг. 9 демонстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, в котором оптический переключатель 8 соединен со световодом 3 для направления захваченного света в световод 3 в зависимости от температуры оптического переключателя 8. На Фиг. 9 показано схематическое изображение вида в разрезе компонента 1 бытового устройства в низкотемпературных условиях. Основная структура компонента 1 бытового устройства обсуждалась в связи с Фиг. 3.
Тем не менее, следует отметить, что для применения в настоящем изобретении был разработан гибридный (органо-неорганический) материал, который состоит из 3-глицидилоксипропилтриметоксисилана (GLYMO), примерно 2% кислотного фотоиницатора (PAG) и от 0,05% до 0,1% BYK-333 (содержащая силикон поверхностно-активная добавка для снижения поверхностного натяжения). Этот материал используют в качестве базовых чернил из-за его гибридных свойств, и он особенно хорошо подходит для чернильно-струйной печати. Фотоинициатор может содержать триарилсульфония гексафторфосфат или являться триарилсульфония гексафторфосфатом, имеющим формулу
Присутствие эпоксидной группы в GLYMO гарантирует свойства быстрого отверждения, тогда как силановые группы обеспечивают сцепление со стеклянной основой 2. Благодаря PAG возможен процесс отверждения в одну стадию: УФ излучение реагирует с фотоинициатор ом и образуется кислота, так что инициируются оба процесса - полимеризация эпоксидных групп и гидролиз и конденсация силанов - и образуются органо-неорганические сети. Также, в зависимости от потребностей, можно добавить различные добавки для модификации свойств. Композиция этого материала составлена таким образом, что его реологические свойства позволяют осаждение посредством чернильно-струйной печати или с использованием других способов нанесения покрытия.
Для повышения показателя преломления этих базовых чернил к композиции можно добавить некоторые соединения, такие как SU8, имеющий формулу
Использование этого соединения в базовых чернилах повышает показатель преломления без негативного влияния на механические свойства покрытия/световода 3. Например, показатель преломления световода 3 может варьироваться в диапазоне от 1,5 до 1,57 при 633 нм, если SU8 добавляют в количествах, лежащих в диапазоне от 0 масс. % до 70 масс. %, в частности - от 0 масс. % до 25 масс. %. Кроме SU8, можно использовать другие материалы, например - дифенилдиметоксисилан (DPDMS), для повышения показателя преломления и, благодаря неорганическому компоненту, сохранения механических свойств покрытия 3. И в этом случае особенно полезными являются концентрации, лежащие в диапазоне от 0 масс. % до 25 масс. %.
С другой стороны, можно также снизить показатель преломления световода 3 и/или базового элемента 2. Поскольку показатель преломления стекла снизить трудно, используют оболочечный слой 6 в качестве промежуточного покрытия между базовым элементом 2 и светопроводящим покрытием 3. Оболочечный слой 6 имеет более низкий показатель преломления, чем световод 3, так что световод 3 окружен средами, то есть оболочечным слоем 6 и воздухом, с более низкими показателями преломления, поэтому свет от источника 4 света может быть проведен.
Оболочечный слой 6 также можно нанести с использованием различных технологий в зависимости от прикладной задачи и требований, например -посредством трафаретной печати, центрифугирования или чернильно-струйной печати. Поэтому описанные выше базовые чернила (GLYMO+PAG+BYK: с хорошим сцеплением и свойствами при нанесении на стекло и с показателем преломления, равным примерно 1,5) можно использовать для формирования оболочечного слоя 6. Затем можно использовать чернила, состоящие из GLYMO+PAG+BYK+SU8, для формирования световода 3, например - посредством нанесения покрытия. Это светопроводящее покрытие 3 будет иметь более высокий показатель преломления, нежели оболочечный слой 6, вследствие добавления SU8 в базовые чернила. С другой стороны, световод 3 будет совместимым с оболочечным слоем 6 вследствие того, что оба материала принципиально имеют очень сходный химический состав. Чернила, используемые для световода 3, и чернила, используемые для оболочечного слоя 6, являются высокопрозрачными для света в видимой области спектра (от примерно 400 нм до примерно 800 нм).
Компонент 1 бытового устройства согласно представленному варианту осуществления настоящего изобретения содержит оптический переключатель 8. Оптический переключатель 8 состоит из материала, который изменяет свои светопропускающие свойства при изменении температуры, поэтому компонент 1 бытового устройства можно использовать в прикладных задачах, требующих индикаторов температуры. Материал оптического переключателя 8 по настоящему изобретению переходит из полупрозрачного состояния (при низких температурах, Фиг. 9) в прозрачное состояние (при высоких температурах, Фиг. 10). Другими словами, материал является полупрозрачным при низкотемпературных условиях и прозрачным в более высокотемпературных условиях.
Материал оптического переключателя 8 осаждают в форме покрытия на световод 3. В условиях низкой температуры оптический переключатель 8 является полупрозрачным (Фиг. 9), так что захваченный свет рассеивается оптическим переключателем и не захватывается световодом 3. Поэтому свет не может возбудить фотолюминесцентный слой 5, даже если источник 4 света включен.
С другой стороны, при высокой температуре оптический переключатель 8 становится прозрачным (Фиг. 10), так что захваченный свет будет проведен по световоду 3 к фотолюминесцентному слою 5, который возбуждается и излучает свет.В зависимости от свойств оптического переключателя 8 также существует возможность обеспечить зависимость интенсивности излучения фотолюминесцентного слоя 5 от температуры, например - теплый - высокоинтенсивное излучение, холодный - низкоинтенсивное излучение или отсутствие излучения света.
Следует обратить особое внимание на то, что фотолюминесцентный слой 5 может быть удален на определенное расстояние или физически отделен от (потенциально) горячей зоны (или горячих зон) компонента 1 бытового устройства вследствие наличия оптического переключателя 8. Поэтому можно избежать воздействия высоких температур на фотолюминесцентный слой 5 и его разрушения. Кроме того, горячая зона (или горячие зоны) компонента 1 бытового устройства могут быть закрыты во время эксплуатации, например - кастрюлей и т.п., и поэтому они могут быть непосредственно не видны пользователю, так что наличие некоторого расстояния между (закрытой) горячей зоной и (не закрытой) люминесцентной меткой также является преимуществом.
Таким образом, можно разобщить источник 4 света и желаемый визуальный эффект из-за физических конструктивных ограничений, температурных ограничений и т.п.Кроме того, существует возможность создать различные световые эффекты с использованием одного и того же источника 4 света. Поскольку световой эффект создается фотолюминесцентным слоем 5 после его возбуждения, принципиально можно реализовать любой рисунок и любую форму. Также можно создать предупреждающие эффекты, зависимые от температуры, без необходимости размещения фотолюминесцентного слоя 5 в непосредственной близости от соответствующих высокотемпературных зон.
Температурно-зависимый материал, используемый для изготовления оптического переключателя 8, может содержать жидкокристаллический полимер (LCP; от англ.: liquid crystal polymer). В качестве примера композиции для получения материала с температурной зависимостью его светопропускающих свойств можно использовать смесь химически активных мономеров, состоящую из жидкокристаллического моноакрилата (6-(4-цианобифенил-4'-илокси)гексилакрилата), дифункционального жидкокристаллического диакрилата (RM82) для поперечного сшивания полимерной системы и фотоинициатора (IRG184) для запуска реакции полимеризации:
6-(4-цианобифенил-4'-илокси)гексилакрилат (96 масс. %)
RM82(1 масс. %)
1-гидроксициклогексилфенилкетон (IRG184, 3 масс. %).
Композицию наносят на световод 3 и полимеризуют УФ излучением в изотропном состоянии до температуры, немного превышающей температуру просветления низкомолекулярной жидкокристаллической смеси, чтобы способствовать за счет фотополимеризации образованию высоко рассеивающей мультидоменной текстуры, то есть оптического переключателя 8. Мутный или полупрозрачный вид покрытия изменяется на прозрачный при нагревании до температуры, лежащей в диапазоне от примерно 120°С до примерно 130°С или выше. Температуру переключения при необходимости можно изменять посредством изменения композиции материала и условий обработки.
Фиг. 11 демонстрирует схематическое изображение вида снизу компонента 1 бытового устройства согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Компонент 1 бытового устройства содержит прозрачный базовый элемент 2 с оболочечным слоем 6, световодный слой 3 на верхней стороне оболочечного слоя 6 и выполненный посредством чернильно-струйной печати фотолюминесцентный слой 5 в форме зеркально отображенных букв «BSH». Кроме того, оптический переключатель 8 расположен на расстоянии от фотолюминесцентного слоя 5. Оптический переключатель 8 и в этом случае может переключаться между полупрозрачным состоянием, которое более подробно изображено на Фиг. 12, и прозрачным состоянием, которое более подробно изображено на Фиг. 13. Поэтому свет может отключаться от световода без возбуждения фотолюминесцентного слоя 5 или проводиться через световод 3 к фотолюминесцентному слою 5 при необходимости. Кроме того, в зависимости от варианта осуществления оптического переключателя 8 световой поток через оптический переключатель 8 можно плавно регулировать между предварительно заданными минимальным и максимальным значениями для обеспечения различных уровней яркости.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что, несмотря на то, что настоящее изобретение было раскрыто выше со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, можно выполнить различные модификации, изменения и дополнения описанного изобретения без отклонения от объема настоящего изобретения, указанного в формуле изобретения. Значения параметров, использованные в формуле изобретения и в описании для определения условий процесса и измерения при описании специфических свойств настоящего изобретения, также включают возможность отклонений, например -вследствие ошибок измерения, системных ошибок, ошибок при взвешивании, допусков согласно стандартам DIN и т.п.
ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 - Компонент бытового устройства
2 - Базовый элемент
3 - Световод
4 - Источник света
5 - Фотолюминесцентный слой
6 - Оболочечный слой
7 - Цветной светофильтр
8 - Оптический переключатель