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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrolumineszente Vorrichtungen
und insbesondere, aber nicht ausschließlich, solche Vorrichtungen,
die an Kleidungsstücken
oder anderen Artikeln befestigt werden können, bei denen eine gute Sichtbarkeit
erforderlich ist, z.B. für
Sicherheitszwecke.
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Elektrolumineszente
Anzeigen, die als flexible und laminare Platten oder Drähte ausgebildet
sind, sind im Handel erhältlich.
Diese Anzeigen benötigen eine
Wechselstromquelle. Die Farbe des von solchen elektrolumineszenten
Anzeigen emittierten Lichtes kann auf bekannte Weise mit Hilfe von
unterschiedlichen phosphoreszenten Substanzen oder über die Frequenz
des Aktivierungsspeisestroms reguliert werden. Solche Anzeigen sind
weit verbreitet als Flachanzeigen in tragbaren Computern im Einsatz. Sie
können
aber auch so gestaltet werden, dass einfache beleuchtete Tafeln
entstehen, und eben diese Verwendung von elektrolumineszenten Tafeln
in diesem Modus ist für
die vorliegende Erfindung relevant.
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Die
US-A-4 457 089 beschreibt eine dekorative Kfz-Anzeigetafel mit einer elektrolumineszenten Anzeigetafel
in einem hermetisch geschlossenen Paket. Das Paket ist mit einer
Stromquelle in der Form eines herkömmlichen Inverters gekoppelt,
der 12 Volt Gleichstrom in die von der elektrolumineszenten Anzeige
benötigte
Frequenz und Spannung umwandeln kann.
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Die
US-A-3 680 237 beschreibt ein beleuchtetes Außenschild, das eine elektrolumineszente Lampentafel
beinhaltet, wobei die Ränder
des Schildes gegen das Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet sind.
Das Schild ist mit Anschlussdrähten
versehen.
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Die
US-A-4 999 936 (Calamia) beschreibt ein Beispiel für die Verwendung
einer elektrolumineszenten Tafel dieser Art, um ein beleuchtetes
Schild für die
Verwendung auf Kleidungsstücken
bereitzustellen. Calamia lehrt die Verwendung einer separaten Tasche
zum Unterbringen der verschiedenen Komponenten der Stromversorgung.
Diese Tasche wird dann mit Drähten
mit der elektrolumineszenten Tafel verbunden. Es ist ein manuell
betätigter
Schalter zum Ein- und Ausschalten der Tafel vorgesehen.
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Die
Anwesenheit von Drähten,
die durch oder über
Kleidungsstücke
verlaufen, stellt ein Sicherheitsrisiko dar.
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Lampen
werden häufig
als Sicherheitsvorrichtungen verwendet, um die Aufmerksamkeit auf den
Ort einer Person oder eines Hindernisses wie z.B. einer Stufe zu
lenken. Eine ständig
brennende Lampe verschwendet jedoch Energie.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile
zu überwinden
oder zumindest zu mildern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine elektrolumineszente Vorrichtung mit Komponenten bereitgestellt,
die Folgendes umfassen: eine elektrolumineszente Tafel, eine aufladbare
Gleichstromquelle, Lademittel für
die Gleichstromquelle und einen Inverter, der mit der Gleichstromquelle
verbunden ist, um die elektrolumineszente Tafel zu speisen, wobei
die Komponenten gemeinsam eingeschlossen sind und das Lademittel
so gestaltet ist, dass es mittels elektrischer Induktion mit einer
externen Stromversorgung gekoppelt werden kann.
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Die
Komponenten können
dauerhaft gemeinsam eingeschlossen werden.
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Die
Komponenten können
mit einer Polymermatrix oder in einer Umhüllung gemeinsam eingeschlossen
werden.
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Der
Inverter kann vom Ladungspumpentyp sein.
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Lichtempfindliche
Mittel können
zum Regeln der Leistung zur Tafel als Reaktion auf Umgebungslichtpegel
vorgesehen werden. Eine solche Vorrichtung kann zum Beleuchten der
Tafel nur beim Gebrauch verwendet werden. So kann sich die Tafel
beispielsweise automatisch bei niedrigen Umgebungslichtpegeln als
Warnlampe einschalten, z.B. am vorderen Rand einer Stufe.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
rauchempfindliche Mittel zum Regeln der Leistung zur Tafel als Reaktion
auf die Anwesenheit von Rauch vorgesehen werden. Licht von der elektrolumineszenten
Tafel durchdringt hellen Rauch leicht und die Vorrichtung kann daher
auf Sicherheitsbekleidung oder anderen Objekten wie z.B. an Notausgangsschildern,
Feuerlöschern
und Decken benutzt werden, die sonst nicht ständig beleuchtet zu werden brauchen.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
gasempfindliche Mittel zum Regeln der Leistung zur Tafel als Reaktion
auf die Anwesenheit von Gas vorgesehen werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
wasserempfindliche Mittel zum Regeln der Leistung zur Tafel als
Reaktion auf die Anwesenheit von Wasser vorgesehen werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
Elektrokardiogramm-Mittel zum Regeln der Leistung zur Tafel als
Reaktion auf die Anwesenheit eines Herzschlags vorgesehen werden.
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Eine
lichtundurchlässige
Schablone kann auf die Frontseite der elektrolumineszenten Tafel
gelegt werden. Die Schablone kann ein reflexionsfähiges Material
und/oder ein passives Leuchtmaterial enthalten.
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Die
elektrolumineszente Tafel kann so gestaltet sein, dass sie ein gewünschtes
Symbol definiert. Alternativ oder zusätzlich kann phosphoreszentes
Material in der elektrolumineszenten Tafel so gestaltet sein, dass
sie ein gewünschtes
Symbol definiert.
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Die
Gleichstromquelle kann eine Batterie wie z.B. wenigstens eine Lithiumpolymerzelle
umfassen.
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Zusätzlich kann
die Gleichstromquelle eine kinetische Energieversorgung, eine wasseraktivierte Zelle
und/oder wenigstens eine Solarzelle beinhalten.
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Somit
stellt die vorliegende Erfindung eine elektrolumineszente Vorrichtung
bereit, bei der die Notwendigkeit für eine externe Verdrahtung
entfällt. Die
Gleichstromquelle, z.B. eine Batterie, kann durch Induktion mit
einem Ladegerät
verbunden werden. Dadurch entfällt
die Notwendigkeit für
externe Anschlüsse
und man erhält
ein völlig
geschlossenes Gerät.
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Zur
Vermittlung eines besseren Verständnisses
der vorliegenden Erfindung und um deutlicher zu zeigen, wie diese
umgesetzt werden kann, wird nachfolgend beispielhaft auf die Begleitzeichnungen
Bezug genommen. Dabei zeigt:
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1 ein
Diagramm einer Ausgestaltung einer elektrolumineszenten Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die das Komponentenlayout von der Rückseite einer Tafel zeigt;
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2 eine
Frontansicht der Vorrichtung von 1; und
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3 ein
Blockdiagramm der elektronischen Komponenten der Vorrichtung.
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Die
Zeichnungen zeigen eine elektrolumineszente Vorrichtung 2 in
der Form einer geschlossenen Einheit. Die Komponenten der Vorrichtungen sind
eine elektrolumineszente Tafel 6, die teilweise von einer
Schablone 8 bedeckt wird, und eine Stromversorgung 10,
zusammen mit Unterstützungselektronik
zum Ansteuern der Tafel 6 und zum Laden der Stromquelle 10 sowie
Steuermittel 12, die die Tafel als Reaktion auf Umgebungslichtpegel
ein- und ausschalten können.
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Die
elektrolumineszente Tafel 6 ist in dieser Ausgestaltung
als rechteckige Tafel dargestellt, die von der Schablone 8 teilweise
bedeckt wird.
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Die
lichtundurchlässige
Schablone 8 kann mit einer hoch reflexionsfähigen und/oder
passiven Leuchtfläche
versehen sein, so dass die Markierung unter Bedingungen mit hohem
Umgebungslichtpegel sichtbar ist, wenn die elektrolumineszente Tafel durch
das Steuermittel 12 abgeschaltet wird. Die lichtundurchlässige Schablone 8 kann
durch Siebdrucken eines lichtundurchlässigen Drucks auf die Oberfläche der
elektrolumineszenten Tafel 6 und anschließendes Auftragen
von Lack hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Tafel 6 selbst
so gestaltet sein, dass sie ein gewünschtes Wort oder Symbol definiert,
oder die Tafel kann mit Phosphor nur im Bereich der Zeichen auf
der Tafel hergestellt werden. Geeignete elektrolumineszente Tafeln 6 werden
von Elumion in Caerphilly, Südwales,
Pacel Electronics Ltd aus Poole in Dorset und Elumin8 (RTM) aus
Ferndown in Dorset hergestellt. Alternativ können flexible elektrolumineszente
Tafeln verwendet werden.
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Die
Stromversorgung 10 beinhaltet eine Gleichstromquelle 20,
die mit einem Wechselstrominverter 22 verbunden ist, um
ein Signal mit der benötigten
Frequenz zur Tafel 6 zu senden. Die Gleichstromquelle kann
einer von mehreren Typen von kleinen oder laminaren Stromquellen
sein. So könnte beispielsweise
eine aufladbare Batterie wie z.B. eine flache Nickelmetallhydrid-Flexizelle
verwendet werden. Solarzellen, wasseraktivierte Zellen oder eine kinetische
Versorgung sind ebenfalls in Kombination mit einer (aufladbaren)
Batterie geeignet. Flexible Stromquellen wie z.B. Lithiumpolymerzellen
sind besonders geeignet und diese sind von Valence Technology in
Newtown Abbey, County Antrim, oder von Ultralife (RTM) Batteries
Ltd in Abingdon, Oxfordshire erhältlich.
Der Ausgang der Gleichstromversorgung 20 wird zum Inverter 22 gespeist,
der die primäre Gleichstromversorgung
in eine Hochspannungsversorgung mit veränderlicher Frequenz umwandelt,
die wiederum über
eine Sammelschiene 38 zur elektrolumineszenten Tafel 6 gespeist
wird. Der Inverter 22 kann einen permanenten Ausgang haben,
der eine feste Leuchtkraft der Tafel 6 ergibt, oder einen lichtabhängigen Ausgang,
der den Lichtausgang von der elektrolumineszenten Tafel gemäß Umgebungslichtpegeln ändert. Dies
wird vom Steuermittel 12 bewirkt.
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Der
Inverter 22 umfasst einen Supertex HV830, der von Supertex
Inc. aus Sunnyvale in Kalifornien erhältlich ist. Der Inverter 22 wandelt
den spannungsarmen Gleichstrom in einen Hochspannungswechselstrom
von typischerweise +/- 100 Volt um. Ein anderer geeigneter Inverter
kann von IMP Inc. aus San Jose in Kalifornien erhalten werden.
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Der
Inverter 22 ist Idealerweise vom Ladungspumpentyp, in dem
eine Gleichstromquelle einen Oszillator antreibt, der bei einem
positiven Zyklus ein elektrisches Potential in einem Induktor aufbaut. Bei
einem negativen Zyklus des Oszillators wird Strom vom Induktor zu
einem Speicherkondensator geleitet, der ihn auf eine hohe Spannung
lädt, um
die von der elektrolumineszenten Tafel 6 benötigte Leistung
bereitzustellen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Steuermittel 12 ein
lichtabhängiger
Widerstand, so dass die Wechselspannung zur elektrolumineszenten
Tafel 6 nur dann geführt
wird, wenn Umgebungslichtpegel unter einen vorbestimmten Wert abfallen. Der
lichtabhängige
Widerstand ist von EG & G
Vatec aus St Louis in MO erhältlich.
In alternativen oder zusätzlichen
Ausgestaltungen können
auch andere Steuermittel verwendet werden, wie z.B. Rauch-, Gas-,
Wasser- oder Elektrokardiogramm-Detektorschalter, so dass die elektrolumineszente
Tafel 6 in Anwesenheit von Rauch, Gas, Wasser und/oder dann
aktiviert wird, wenn die Herzfrequenz einer Person einen bestimmten
Wert übersteigt.
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Ein
Lademittel 30 ist für
die aufladbare Stromquelle 20 vorgesehen. Diese würde normalerweise
einen externen elektrischen Kontakt für einen Anschluss an eine externe
Stromversorgung benötigen.
Das Lademittel 30 ist jedoch mit einer externen Stromquelle
gekoppelt, die mit Induktionsaufladung über eine mit einem AC/DC-Wandler 34 verbundene Induktionsschleife 36 arbeitet.
Dadurch entfällt
die Notwendigkeit für
einen externen elektrischen Kontakt zum Anschließen eines Batterieladegeräts und führt zu einem
völlig
und dauerhaft geschlossenen Gerät.
Das Lademittel 30 wird von einer Ladesteuerlogikvorrichtung 32 gesteuert.
Die Ladesteuerlogikvorrichtung 32 schaltet die Stromversorgung
zum Inverter 22 ab, wenn das Lademittel die Stromquelle 20 lädt. Ein
geeignetes Lademittel 30 für Lithiumpolymer-Batterien
kann aus der Benchmarq-Ladegerätereihe
von Texas Instruments (RTM) ausgewählt werden.
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Mit
Hilfe eines Lademittels 30, das durch elektrische Induktion
gekoppelt ist, wird die elektrolumineszente Vorrichtung 2 eigensicher
und erfüllt
die hohen Anforderungen für
die Verwendung elektrischer Geräte
an Tankstellen, in Ölraffinerien
und an Bord von Flugzeugen.
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Darüber hinaus
kann die Steuerelektronik einen Mikroprozessor wie z.B. ein PIC-Bauelement
beinhalten, das von Arizona Microchip in Arizona erhältlich ist.
Ein solcher Mikroprozessor kann zum Steuern von Farbwert und Luminanz
der elektrolumineszenten Tafel 6 verwendet werden.
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Die
Steuerelektronik kann auch eine Schaltung zum Abtasten der Stromversorgung
zur elektrolumineszenten Tafel 6 beinhalten.
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Um
die Komponenten der Vorrichtung gemeinsam abzuschließen, ist
die Elektronik auf der Rückseite
der Tafel 6 angeordnet. Eine mögliche Konfiguration ist in 1 dargestellt.
In der illustrierten Ausgestaltung haben die Zeichen SAFETY eine Höhe von 50
mm und eine Breite von 30 mm. Sowohl der Inverter 22 als
auch das Ladegerät 30 haben
eine Größe von 30
mm × 20
mm. Der Induktor 36 und der lichtabhängige Widerstand 12 nehmen
einen Raum von etwa 10 mm2 ein. Nach dem
Zusammenbauen kann die gesamte Elektronik in einem Polymerharz verkapselt
werden. Der Harz umgibt und schützt
die Komponenten und befestigt sie an der Tafel. Der Harz wird als
Flüssigharz
mit einem Härtemittel
oder einem Katalysator geliefert. Die Komponenten sind bis zum Mischen
flüssig
und binden dann zu einer wasserdichten flexiblen Dichtung ab. Ein
geeignetes Polymerharzdichtungsmittel ist von Electrolube (RTM)
aus Wargrave in Berkshire erhältlich.
Die Frontfläche
der Tafel kann frei bleiben oder kann in dem Polymerharz verkapselt
werden, wenn dieser transparent genug ist. Ein derartiger Einschluss
der elektronischen Komponenten macht die elektrolumineszente Vorrichtung 2 wasserdicht
gemäß Schutzart
IP68, die verifiziert, dass die Vorrichtung gegen kontinuierliches
Eintauchen wasserdicht ist. Die elektrolumineszente Tafel 6 und
die Schablone 8 könnten auf
der Betrachtungsseite mit dem Typ von dünnem Plastiklaminat laminiert
werden, der zum Laminieren von ID-Karten verwendet wird. Ein Laminat
mit einem Gewicht von 35 g/m2 ist geeignet.
Die gesamte Vorrichtung könnte
gemeinsam durch einen Laminierungsprozess eingeschlossen werden,
obwohl sorgfältig
darauf geachtet werden müsste,
dass die elektronischen Komponenten nicht durch die Wärme und den
Druck beschädigt
werden, die in einem typischen Laminationsprozess zum Einsatz kommen.
Aus diesem Grund wird bevorzugt, die Komponenten mit einer Harzmatrix
zu vergießen.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann die Vorrichtung 2 mit
einer Umhüllung
versehen werden, in der die elektrolumineszente Tafel 6 und
die elektronischen Komponenten eingeschlossen sind. Die Umhüllung kann
aus einem flexiblen Polymermaterial bestehen, das wenigstens in
der Region transparent ist, die einen freilegenden Teil der elektrolumineszenten
Tafel 6 bedeckt. Die Umhüllung schützt die Vorrichtung vor physischen
Schäden.
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Man
wird verstehen, dass die Positionierung der elektrischen Komponenten
relativ zur elektrolumineszenten Tafel 6 je nach der Anwendung
der elektrolumineszenten Vorrichtung 2 unterschiedlich ist.
Es kann möglich
sein, die elektronischen Komponenten in die Batterie zu integrieren.
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Die
komplette Vorrichtung 2 kann über eine Polymertasche oder
mit Haken und Schlaufe an einem Bekleidungsstück mit hoher Sichtbarkeit befestigt
werden.
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Elektrolumineszente
Vorrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung können
an Schwimmwesten, Rettungsbooten, Verkehrskegeln, Geräten für Notfalldienste
und an Straßenschildern
eingesetzt werden.
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Die
Tafeln können
an der allgemeinen Bekleidung und an Modeartikeln sowie an Sportkleidungsstücken und
dekorativen Elementen befestigt werden. Mit einem geeigneten Steuermittel 12 kann die
elektrolumineszente Tafel als Verfehldistanz-Anzeiger in militärischen Anwendungen oder bei
Kriegsspielen verwendet werden.
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Zu
anderen Anwendungen gehören
Kennzeichnungskleidungsstücke,
die in verschiedenen Industrien benötigt werden, wie z.B. im Bergbau
und in der Ölindustrie.
In einer solchen Anwendung ist die Schablone 8 so gestaltet,
dass sie das notwendige Buchstabenmuster definiert.
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Die
elektrolumineszente Vorrichtung kann mit Artikeln wie Flugplatzleuchtstäben und
an Feuerlöschern
und Decken befestigt werden, die nur bei Rauch beleuchtet zu werden
brauchen.
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Es
gibt auch Anwendungen im Bereich Sicherheitsbekleidung wie z.B.
für Kinder
und für
Fahrradfahrer sowie auf Rücksäcken und
für Unterwasseraktivitäten.
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Es
sind auch Anwendungen in der Werbeindustrie möglich.