EA000441B1

EA000441B1 - Электролюминесцентное волокно

Info

Publication number: EA000441B1
Application number: EA199800473A
Authority: EA
Inventors: Майкл К. Фелдман; Брайан Д. Хайнес
Original assignee: Эдд-Вижн, Инк.
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1999-08-26
Also published as: WO1997024015A1; US5876863A; BR9612202A; AU1341897A; IL124988A0; US5753381A; CA2241115A1; EA199800473A1; CN1209257A; EP0956740A4; JP2002502538A; EP0956740A1; NZ326128A; AU709110B2

Description

Данная заявка является частичным продолжением находящейся в стадии рассмотрения заявки США № 08/578.887, поданной 22 декабря 1995 года, которая включена в данное описание изобретения путем ссылки.

Предлагаемое изобретение относится к электролюминесцентным волокнам, преимущественно к таким электролюминесцентным волокнам, которые могут включаться в работу по частям.

Электролюминесцентные волокна известны главным образом в искусстве. Однако почти все известные электролюминесцентные волокна изготовлены в опытном порядке и имеют ряд недостатков, в числе которых недостаточная надежность работы и недостаточная интенсивность свечения. К тому же, обычные электролюминесцентные волокна не обладают достаточной гибкостью для того, чтобы из них можно было формировать одно-, двух- или трехмерные светящиеся объекты, используя вязание, плетение, оплетку и другие технологии, использующие волокна в качестве исходного материала (далее - текстильные технологии).

Обычно электролюминесцентные волокна имеют электропроводный сердечник, покрытый люминесцентным материалом, и внешний электрод, выполненный из единого проводника, обмотанного вокруг сердечника, или же из прозрачной электропроводной пленки, покрывающей люминесцентный слой. Поскольку у обычных электролюминесцентных волокон только один внешний электрод того или другого вида, такие волокна нельзя включать в работу по частям. Поэтому подобные электролюминесцентные волокна не годятся для таких применений, когда требуется разные части волокна задействовать в разное время, например, в таких применениях, которые требуют создания иллюзии движения. Обычным электролюминесцентным волокнам, имеющим только один внешний электрод, присущ также тот недостаток, что при нарушении целостности этого внешнего электрода где-то в одном месте все волокно перестает светить. Это делает известные электролюминесцентные волокна весьма уязвимыми.

Следовательно, существует потребность в надежных, гибких электролюминесцентных волокнах, обладающих - когда к ним приложено напряжение - высокой интенсивностью свечения, и могущих быть использованными для изготовления изделий по технологиям, используемым для получения тканей. Существует также потребность в электролюминесцентных волокнах, у которых может быть включена в работу в желаемое время только одна часть. Кроме того, существует потребность в таком электролюминесцентном волокне, которое при повреждении какой-то его части не выходило бы из строя полностью.

Предлагаемое изобретение имеет своей целью удовлетворение вышеупомянутых потребностей и предусматривает электролюминесцентное волокно, которое имеет электропроводный сердечник, окружающий его люминесцентный слой и плетеный внешний электрод, который погружен в люминесцентный слой или же окружает последний. В одном из вариантов электропроводный сердечник представляет собой многожильный проводник. В предпочтительном варианте электропроводный сердечник представляет собой многожильный проводник, а плетеный внешний электрод покрывает около 50% поверхности люминесцентного слоя, при этом люминесцентный слой содержит люминофор, в котором инкапсулирован активированный сульфид цинка.

Еще в одном варианте предлагаемого изобретения плетеный внешний электрод включает в себя несколько электродов с индивидуальным доступом. Если эти индивидуальные электроды изолированы друг от друга, то их можно запитывать по отдельности, вызывая свечение только определенной части электролюминесцентного волокна. В одном из возможных вариантов предлагаемого изобретения, в котором обеспечивается вышеописанный индивидуальный доступ к взаимно изолированным электродам, имеется электропроводный сердечник, люминесцентный слой, окружающий этот электропроводный сердечник, по крайней мере, частично, и два или более внешних электрода с индивидуальным доступом (далее будут называться также индивидуально адресуемыми электродами), располагающихся вокруг электропроводного сердечника. В этом варианте индивидуально адресуемые электроды изолированы друг от друга, кроме того, эти индивидуально адресуемые электроды могут быть сплетены вместе, образуя внешний электрод, и могут как быть погружены в люминесцентный слой, так и располагаться вокруг поверхности последнего.

Для облегчения адресации к индивидуальным электродам в вышеописанном варианте предлагаемого изобретения электролюминесцентное волокно может быть снабжено соединителем, обеспечивающим подключение индивидуальных электродов к внешнему источнику питания. Упомянутый соединитель обеспечивает подсоединение близко расположенных нежных индивидуальных электродов к более доступным, толстым и прочным проводам, которые уже могут подключаться к силовой цепи. Соединитель может подсоединять индивидуально адресуемые электроды к двум или более силовым входам. В общем случае соединитель имеет прочные долговечные контакты, соединяющиеся с более нежными индивидуально адресуемыми электродами. Эти контакты предназначены для подсоединения к внешнему источнику питания и для подачи электрической энергии на индивидуально адресуемые электроды.

Предлагаемое изобретение будет понято лучше при рассмотрении прилагаемых чертежей.

На фиг. 1 показано поперечное сечение электролюминесцентного волокна по одному из вариантов предлагаемого изобретения;

на фиг. 2 - поперечное сечение электролюминесцентного волокна по другому варианту предлагаемого изобретения;

на фиг. 3 - на виде сбоку строение электролюминесцентного волокна по одному из вариантов предлагаемого изобретения;

на фиг. 4 - на виде сбоку строение электролюминесцентного волокна по другому варианту предлагаемого изобретения;

на фиг. 5 - на виде сбоку строение электролюминесцентного волокна еще по одному варианту предлагаемого изобретения;

на фиг. 6 - поперечное сечение электролюминесцентного волокна по одному из вариантов предлагаемого изобретения;

на фиг. 7 - поперечное сечение электролюминесцентного волокна по другому варианту предлагаемого изобретения;

на фиг. 8 - поперечное сечение электролюминесцентного волокна еще по одному варианту предлагаемого изобретения;

на фиг. 9 - поперечное сечение электролюминесцентного волокна еще по одному варианту предлагаемого изобретения;

на фиг. 10 - поперечное сечение электролюминесцентного волокна еще по одному варианту предлагаемого изобретения;

на фиг. 11 - на виде сбоку строение электролюминесцентного волокна по одному из вариантов предлагаемого изобретения;

на фиг. 12 - импульсные диаграммы, описывающие возможную работу электролюминесцентного волокна, показанного на фиг. 11;

на фиг. 1 3 - один из вариантов соединителя по предлагаемому изобретению, подсоединенного к электролюминесцентному волокну по предлагаемому изобретению;

на фиг. 14 А - продольное сечение одного из вариантов соединителя по предлагаемому изобретению, подсоединенного к электролюминесцентному волокну по предлагаемому изобретению;

на фиг. 14В - вид сверху соединителя, показанного на фиг. 1 4;

на фиг. 1 5 - еще один вариант соединителя по предлагаемому изобретению, подсоединенного к электролюминесцентному волокну по предлагаемому изобретению.

Мы установили, что когда электролюминесцентное волокно изготовлено с использованием многожильного электропроводного сердечника и плетеного внешнего электрода, волокно получается достаточно гибким для того, чтобы его можно было использовать как исходный материал для текстильных технологий, кроме того, получающееся волокно имеет такие интенсивность свечения и надежность, что становится возможным его коммерческое использование. Такое сочетание гибкости, надежности и высокой интенсивности свечения позволяет использовать электролюминесцентные волокна по предлагаемому изобретению для самых разных применений, в том числе, для светящейся рекламы, для изготовления светящихся материалов для ночной одежды, для рабочей одежды в местах повышенной опасности, для одежды с изменяющимися цветами, для выделения объектов в целях безопасности, для светящихся украшений и светящихся кружев. Кроме того, электролюминесцентные волокна по предлагаемому изобретению могут использоваться для оплетения непроводящих волокон, например хлопковых. Это позволит получать более толстые и прочные светоизлучающие шнуры, которые можно вплетать, например, в пояса, или же использовать для изготовления светящихся сеток, например баскетбольных или теннисных.

В общем случае электролюминесцентное волокно по предлагаемому изобретению имеет электропроводный сердечник, окружающий его люминесцентный слой и внешний электрод, окружающий электропроводный сердечник и изолированный от него. Слова окружает, окружающий, вокруг и т.д. здесь понимаются в следующем смысле: считаем, что элемент А окружает элемент В, если элемент А хотя бы частично покрывает поверхность элемента В. При этом элемент А не обязательно находится в контакте с элементом В. Кроме того, элемент А не обязательно покрывает поверхность элемента В полностью. Таким образом, согласно этому определению проволока, намотанная по винтовой линии вокруг некоторого сердечника без соприкосновения с ним, окружает этот сердечник (расположена вокруг и т.д.).

Электролюминесцентное волокно по предлагаемому изобретению может (факультативно) содержать первый изолирующий слой, окружающий электропроводный сердечник, и второй изолирующий слой, окружающий люминесцентный слой. В одном из вариантов предлагаемого изобретения внешний электрод может окружать люминесцентный слой. В другом варианте внешний электрод может быть погруженным в люминесцентный слой. Если волокно имеет второй изолирующий слой, то внешний электрод может быть погружен в этот изолирующий слой. Для обеспечения прочности без утраты гибкости электропроводный сердечник может быть сделан многожильным, а внешний электрод - плетеным. Как будет подробно описано ниже, для повышения прочности и сопротивляемости перерезанию могут быть введены дополнительные плетеные слои.

В общем случае электролюминесцентное волокно излучает свет при приложении к электропроводному сердечнику и внешнему электроду переменного или пульсирующего напря5 жения от внешнего источника. Для получения желаемого свечения электропроводный сердечник и внешний электрод могут подключаться к надлежащему электрическому источнику. Можно использовать с одним электролюминесцентным волокном несколько электрических источников. Несколько электрических источников может использоваться, например, в случае наличия в одном электролюминесцентном волокне нескольких внешних электродов, или же в случае использования многожильного электропроводного сердечника.

Электролюминесцентные волокна по предлагаемому изобретению могут использоваться для изготовления объектов различной формы, излучающих свет при приложении напряжения от надлежащего электрического источника. Электролюминесцентные волокна по предлагаемому изобретению достаточно гибки для того, чтобы их можно было использовать для вязания, плетения, оплетки и других текстильных технологий, использующих в качестве исходного материала волокно. При использовании этих технологий из электролюминесцентных волокон по предлагаемому изобретению могут изготовляться разнообразные одно-, двухи трехмерные светоизлучающие объекты. Примерами таких объектов могут быть предметы одежды, предметы искусства, фасонные части, а также информационные табло. В предметах одежды, например, с помощью электролюминесцентных нитей можно выделять логотипы, рисунки или другие детали.

На фиг. 1 иллюстрируется один из вариантов электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению. Волокно 1 включает в себя электропроводный сердечник 2, первый изолирующий слой 3, люминесцентный слой 4, внешний электрод 5 и второй изолирующий слой 6.

Электропроводный сердечник

Электропроводный сердечник 2 представляет собой проводник или полупроводник, и может состоять из одной или нескольких жил из металла, угля или другого проводящего или полупроводникового материала, или же из комбинации таких материалов. Электропроводный сердечник 2 может быть твердым или пористым телом. Поперечное сечение электропроводного сердечника 2 может быть как круглой, так и любой другой подходящей формы. Преимущественно электропроводный сердечник 2 является многожильным, т.е. состоит из нескольких проводков, поскольку пучок тонких проводков обладает большей гибкостью, чем единый провод. Многожильность придает волокну прочность и гибкость.

Таким образом в предпочтительном варианте электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению электропроводный сердечник является многожильным. Эти жилы могут быть параллельными, могут виться, перекручиваться, переплетаться или располагаться иным образом, если это целесообразно. Количество жил, диаметр отдельной жилы, состав, способ упаковки и/или количество жгутов могут изменяться в разных сочетаниях.

В качестве одного из предпочтительных вариантов электропроводного сердечника предлагается 19-жильный пучок проводков из нержавеющей стали. Каждый проводок имеет стандартный калибр около 50 (диаметр примерно 0,001 дюйма ~ 0,025 мм). Каждый пучок имеет изолирующий слой толщиной около 0,002 дюйма (~ 0,051 мм) из сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена, при этом вместе с изоляцией диаметр пучка достигает примерно 0,012 дюйма (~ 0,305 мм). Такой электропроводный сердечник можно приобрести у Бэйрд Индастриз (Хохокус, штат Нью-Джерси).

Первый изолирующий слой

На фиг. 1 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором предусмотрено наличие вокруг электропроводного сердечника первого изолирующего слоя 3, состоящего из электроизолирующего материала. Хотя наличие первого изолирующего слоя 3 по предлагаемому изобретению не является обязательным, тем не менее, это наличие предпочтительно. Назначение первого изолирующего слоя 3 состоит в том, чтобы сводить к минимуму вероятность короткого замыкания между электропроводным сердечником и внешним электродом, чем повышается надежность электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению.

В варианте, иллюстрируемом на фиг. 1 , первый изолирующий слой 3 окружает электропроводный сердечник. В случае многожильного электропроводного сердечника каждая жила может быть окружена факультативным первым изолирующим слоем отдельно. При этом пучок из таких индивидуально изолированных жил в целом может быть окружен дополнительным изолирующим слоем.

Люминесцентный слой

На фиг. 1 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется люминесцентный слой 4, окружающий изолирующий слой (или несколько изолирующих слоев). Люминесцентный слой 4 преимущественно содержит люминофор. Люминофором здесь называется вещество, излучающее свет под действием электрического поля. Этот свет может иметь разную длину волны. Люминесцентный слой 4 может покрывать внешнюю поверхность изолирующего слоя, окружающего электропроводный сердечник, как непрерывно, так и прерывисто. Когда люминесцентный слой 4 представляет собой сплошное непрерывное покрытие, в результате может получиться полосатый светящийся объект. Если имеется несколько индивидуально изолированных жил, люминесцентным слоем может быть покрыта каждая жила отдельно, или же люминесцентный слой может располагаться между изолированными жилами.

В другом варианте электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению люминофор может быть непосредственно введен в состав первого изолирующего слоя и может наноситься прессованием через матрицу или с помощью другого процесса. В этом варианте первый изолирующий слой и люминесцентный слой - это один и тот же слой.

Обычно люминофор представляет собой активированные медью и/или марганцем частицы сульфида цинка. В одном из предпочтительных вариантов каждая частица люминофора для повышения долговечности заключена в капсулу. Люминофор может быть использован как в чистом виде, так и в виде композита из порошка люминофора и смолы. В качестве таких смол для использования в предлагаемом изобретении пригодны в числе прочих цианоэтилированный крахмал или цианоэтилированная целлюлоза, поставляемые под товарным знаком Acrylosan® или Acrylocel® компанией ТЕЛ Системз из города Трой, штат Миннесота. В качестве матричного материала композита могут быть использованы и другие смолы, обладающие высокой диэлектрической прочностью.

В качестве одного из возможных материалов для формирования люминесцентного слоя 4 может быть порекомендован люминесцентный порошок, известный как электролюминесцентный фосфор, который под товарным знаком EL-70 поставляется компанией Осрам Силвания Инк. (Тованда, штат Пенсильвания). Рекомендуемый состав композита: 20% смолы на 80% люминофора (по массе). Но возможны и другие пропорции.

Могут быть использованы и другие люминофоры, излучающие свет с другой длиной волны, кроме того, могут использоваться комбинации разных люминофоров.

Люминесцентный слой 4 может наноситься разными способами, например: термопластической или термореактивной обработкой, электростатическим осаждением, технологией псевдосжиженного порошкового слоя, отливкой раствора, печатанием, напылением или другим подходящим способом.

Еще один способ нанесения люминесцентного слоя 4 на первый изолирующий слой или на другие слои, подходящие для использования с вышеуказанными материалами, состоит в размягчении первого изолирующего слоя 3 или других подходящих слоев с помощью нагревания, действием растворителя или иным образом с последующим внедрением в первый изолирующий слой или другие подходящие слои люминесцентного материала.

Внешний электрод

На фиг. 1 иллюстрируется один из вариантов электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором люминесцентный слой 4 окружен внешним электродом 5. В другом варианте внешний электрод 5 может наноситься на электролюминесцентное волокно до люминесцентного слоя 4 или одновременно с ним. Внешний электрод 5 состоит из проводящего или полупроводникового материала. По строению внешний электрод преимущественно представляет собой плетеную волокнистую структуру. Под плетеной волокнистой структурой здесь понимается множество индивидуальных электродов, сплетенных вместе. Эти индивидуальные электроды, образующие плетеный внешний электрод, могут как иметь покрытие, так и быть оголенными. Одно из преимуществ электролюминесцентного волокна с плетеным внешним электродом состоит в том, что при выходе из строя одного из образующих плетеный внешний электрод индивидуального электрода волокно будет продолжать излучать свет, и только когда выйдут из строя все индивидуальные электроды в составе плетеного внешнего электрода, волокно перестанет светиться. Таким образом электролюминесцентные волокна по предлагаемому изобретению обладают избыточностью в том, что касается внешнего электрода, благодаря чему электролюминесцентные волокна по предлагаемому изобретению оказываются более долговечными, чем известные электролюминесцентные волокна, имеющие только один индивидуальный внешний электрод. Для внешнего электрода могут быть использованы металлические проводки, угольное волокно, волокна с металлическим покрытием, волокна из электропроводных полимерных материалов, волокна из составов, содержащих станнат индия, волокна из полупроводниковых материалов. Внешний электрод может иметь и другое строение: он может состоять из перфорированных свернутых листов фольги (перфорация может быть разной формы: круглой, щелевидной и т.д.), из электропроводной трикотажной или другой ткани, из нетканого сетчатого материала, например, из накладывающихся друг на друга электропроводных спиральных пружинок и т.д. Могут использоваться любые электропроводные материалы в любых комбинациях. Внешний электрод делается преимущественно из непрозрачного материала. В этом случае рекомендуется также, чтобы внешний электрод не был сплошным (т.е. должен быть плетеным, перфорированным и т. п.), с тем, чтобы сквозь него мог проходить свет, излучаемый люминесцентным слоем.

Второй изолирующий слой На фиг. 1 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется второй изолирующий слой 6, причем внешний электрод 5 погружен в этот слой. В другом варианте изолирующий слой 6 может окружать внешний электрод 5. Второй изолирующий слой преимущест9 венно состоит из оптически прозрачного электроизолирующего материала, который может быть как аморфным, так и кристаллическим, как органическим, так и неорганическим. Второй изолирующий слой 6 может наноситься в жидком виде или же другим подходящим способом, обеспечивающим получение постоянного, полупостоянного или временного защитного слоя. Для второго изолирующего слоя особенно рекомендуются такие материалы, как эпоксидные соединения, силиконы, уретаны, полиамиды, а также смеси этих веществ. Сгодятся и любые другие материалы, обеспечивающие желаемый эффект. Прозрачные электроизолирующие материалы могут использоваться и в других слоях.

Второй изолирующий слой 6 не является обязательным, однако, его наличие желательно из соображений повышения надежности. Кроме того, второй изолирующий слой 6 улучшает структуру поверхности электролюминесцентного волокна, а значит и изделий, получаемых на его основе.

Для создания второго изолирующего слоя может быть использована силиконовая смола для покрытий, например, Part No. OF113-A и OF113-B, которая поставляется компанией СинЭцу Силиконз оф Америка (Торранс, штат Калифорния). Может быть использована также поставляемая той же компанией силиконовая смола КЕ1871.

На фиг. 2 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению. Это волокно включает в себя электропроводный сердечник 7, окруженный первым изолирующим слоем 8, который, в свою очередь, окружен промежуточным слоем 9. Этот промежуточный слой 9 окружен люминесцентным слоем 10, который, в свою очередь, окружен вторым изолирующим слоем 11, в который погружен внешний электрод 1 2.

В этом варианте люминесцентный слой 10 связывается с внешней поверхностью первого изолирующего слоя 8 через посредство одного или более промежуточных слоев 9, обеспечивающих повышенное сцепление. Промежуточные слои 9 используются преимущественно для повышения сцепления, но могут выполнять и другие функции, например, изменение напряженности электрического поля или улучшение механических свойств электролюминесцентного волокна. Для повышения адгезионных свойств поверхности первого изолирующего слоя можно использовать такие виды обработки поверхности, как механическая обдирка, химическое травление, физическое насекание, лазерная обработка, обработка пламенем, обработка плазмой, химическая обработка, или любая другая обработка, обеспечивающая достижение надлежащего эффекта.

На фиг. 3 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, которое включает в себя электропроводный сердечник 13, окруженный первым изолирующим слоем 14, который, в свою очередь, окружен люминесцентным слоем 15. Люминесцентный слой 1 5 окружен вторым изолирующим слоем 1 6, в который погружен плетеный внешний электрод 1 7. Плетеный внешний электрод может содержать три или более индивидуальных электрода, которые наматываются наискось к оси волокна. Эти индивидуальные электроды могут свиваться в жгуты. Жгуты могут образовывать сетку. Геометрия взаиморасположения индивидуальных электродов может быть сделана сколь угодно сложной и замысловатой. На фиг. 1 0 более детально показано строение жгута 5, состоящего из двух индивидуальных электродов: внутреннего и наружного. Жгутовое строение внешнего электрода повышает прочность и гибкость электролюминесцентного волокна.

Плетеный внешний электрод может быть образован несколькими разными индивидуальными электродами, имеющими как одинаковую, так и разную толщину. У индивидуальных электродов могут быть как одинаковые, так и разные размеры, форма и состав. В показанном варианте индивидуальные электроды оплетают электролюминесцентный сердечник. Оплетка покрывает преимущественно около 50% поверхности электролюминесцентного сердечника, хотя в зависимости от конкретного применения этот процент может быть и больше, и меньше.

На фиг. 4 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется электропроводный сердечник 18, окруженный первым изолирующим слоем 19, который, в свою очередь, окружен промежуточным слоем 20. Промежуточный слой 20 окружен люминесцентным слоем 21, который, в свою очередь, окружен вторым изолирующим слоем 22, в который погружен внешний электрод 23. Промежуточный слой 20 предназначен преимущественно для повышения сцепления, но может выполнять и другие функции в целях улучшения рабочих характеристик электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению.

На фиг. 5 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется электропроводный сердечник 24, окруженный первым изолирующим слоем 25, который, в свою очередь, окружен люминесцентным слоем 26. Люминесцентный слой 26 окружен вторым изолирующим слоем 27, который, в свою очередь, окружен внешним электродом 28. Внешний электрод 28 окружен дополнительным защитным слоем

29. Этот дополнительный защитный слой 29 может состоять из любых указываемых в данном описании материалов.

На фиг. 6 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется диэлектриче11 ская оплетка 30, окружающая первый изолирующий слой 31 и погруженная в люминесцентный слой 32. Диэлектрическая оплетка 30 формируется из диэлектрического волокна, которое наносится на первый изолирующий слой плетением, спиральным наматыванием или комбинацией этих способов. Диэлектрическая оплетка 30 может также плетением диэлектрического волокна, его спиральным наматыванием или комбинацией этих способов наноситься на электропроводный сердечник 33 таким образом, чтобы диэлектрическая обмотка 30 окружала электропроводный сердечник 33. Диэлектрическая оплетка 30 окружает также электропроводный сердечник 33 или первый изолирующий слой 31, который окружает электропроводный сердечник 33. В общем случае диэлектрическая оплетка может использоваться в любом из слоев электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, для чего описанным выше образом наносится диэлектрическое волокно.

Диэлектрические волокна, из которых формируется описанная выше диэлектрическая оплетка, могут быть стеклянными. Подходят также диэлектрические волокна из кевлара (товарный знак Kevlar®), сложных полиэфиров, акрилатов или других органических или неорганических материалов, пригодных для такого использования. Люминесцентный слой (или несколько таких слоев), описанный выше, наносится поверх этой диэлектрической оплетки. Кроме того, слой из диэлектрического волокна играет роль регулятора толщины покрытия и может поспособствовать сцеплению люминесцентного слоя с электропроводным сердечником.

Это улучшение сцепления особенно полезно тогда, когда первый изолирующий слой представляет собой покрытие с низким трением и/или низкой адгезией, как, например, фторполимерное покрытие. Кроме того, слой из диэлектрического волокна придает электролюминесцентному волокну по предлагаемому изобретению дополнительную сопротивляемость перерезанию, а также увеличивает осевую прочность, поскольку слой из диэлектрического волокна работает как силовой элемент. Кроме того, описанный выше внешний электрод 34 может находиться непосредственно на слое из диэлектрического волокна, содержащем люминофор, а описанный выше второй изолирующий слой 35 может быть нанесен на внешний электрод 34.

На фиг. 7 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется электропроводный сердечник 36, окруженный первым изолирующим слоем 37, который, в свою очередь, окружен промежуточным слоем 38. Промежуточный слой 38 окружен диэлектрической оплеткой 39, подобной диэлектрической оплетке на фиг. 6. Люминесцентный слой 40 нанесен на диэлектрическую оплетку 39 - они находятся в таком же отношении, как люминесцентный слой 32 и диэлектрическая оплетка 30 на фиг. 6. Вокруг люминесцентного слоя 40 нанесен второй изолирующий слой 41 , в который погружен внешний электрод 42.

На фиг. 8 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется электропроводный сердечник 43, окруженный первым изолирующим слоем 44, который, в свою очередь, окружен диэлектрической оплеткой 45, подобной диэлектрической оплетке 30 на фиг. 6. Люминесцентный слой 46 нанесен на диэлектрическую оплетку 45 - они находятся в таком же отношении, как люминесцентный слой 32 и диэлектрическая оплетка 30 на фиг. 6. Вокруг люминесцентного слоя 46 нанесен второй изолирующий слой 47, в который погружены как внешний электрод 48, так и вторая диэлектрическая оплетка 49. Эта вторая диэлектрическая оплетка 49 может состоять из того же материала, что и уже описанная диэлектрическая оплетка.

На фиг. 9 иллюстрируется вариант электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению, в котором имеется внешний электрод 50, представляющий собой, например, плетеный проволочный электрод, который находится непосредственно поверх первого изолирующего слоя 51. В другом варианте внешний электрод 50 может находиться непосредственно поверх электропроводного сердечника 52 при условии, что они каким-то образом изолированы друг от друга. В иллюстрируемом варианте структура электропроводный сердечник - первый изолирующий слой - внешний электрод покрыта материалом люминесцентного слоя 53. Внешний электрод 50 оказывается погруженным в люминесцентный слой 53. Такой внешний электрод 50 может комбинироваться с диэлектрическими материалами. Например, если внешний электрод 50 является по структуре плетеным электродом, то он может наплетаться на факультативный первый изолирующий слой 51 или непосредственно на электропроводный сердечник 52 совместно с диэлектрической оплеткой 54. По желанию в структуру электролюминесцентного волокна может быть введен промежуточный слой 55, например, в целях повышения адгезии.

Кроме того, возможно присутствие дополнительных слоев или наполнителей, также могут быть изменены слои, описанные выше. К примеру, использованием в слоях прозрачных цветных материалов и/или просвечивающихся материалов можно изменять спектр излучаемого света, получая таким образом разные цвета. Непрозрачные материалы можно использовать в слоях, например, для получения полосатых изделий. Могут использоваться также фосфорес13 цирующие (светящиеся в темноте) и отражающие материалы. Отражающие материалы могут применяться как в виде отдельных блесток, так и в виде сплошной поверхности.

Для коррекции излучаемого спектра и для его фильтрации могут использоваться также другие добавки. Например, к люминофорному составу может быть добавлен, или же нанесен на люминофорный состав сверху, или же нанесен на люминофорное покрытие лазерный краситель. Этот материал изменяет спектр излучения.

Кроме того, могут быть введены дополнительные, не описанные здесь, слои, которые, возможно, применяются в известных электролюминесцентных волокнах и известны специалистам в этой области.

Индивидуально адресуемые электроды

На фиг. 11 показано электролюминесцентное волокно 56 по предлагаемому изобретению, в котором имеются плетеный внешний электрод 57, люминесцентный слой 58 и электропроводный сердечник 59. Показанный на чертеже плетеный внешний электрод 57 содержит несколько (в варианте, иллюстрируемом на фиг. 11,шесть) индивидуально адресуемых электродов 60-65. В этом варианте индивидуально адресуемые электроды изолированы друг от друга. Этого можно достичь, например, плетением внешнего электрода 57 из индивидуально изолированных электродов 60-65. Данный вариант может также (факультативно) содержать изоляционные слои, промежуточные слои, диэлектрические оплетки, а также другие слои, о которых говорилось выше.

При работе электролюминесцентного волокна по данному варианту предлагаемого изобретения эти индивидуально адресуемые электроды могут включаться по отдельности. Под включением индивидуально адресуемого электрода здесь понимается приложение между ним и электропроводным сердечником переменного или пульсирующего напряжения. Если включен только один индивидуально адресуемый электрод, который изолирован от других индивидуально адресуемых электродов, то электрическое поле будет существовать только в пространстве между этим включенным электродом и электропроводным сердечником. Поэтому люминесцировать будет только та часть люминофора люминесцирующего слоя, которая находится между включенным электродом и электропроводным сердечником. Таким образом можно заставлять светиться только отдельные части электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению.

На фиг. 12 показано в качестве примера семейство временных диаграмм пульсирующего напряжения, которое может быть использовано по отношению к шести индивидуально адресуемым электродам, показанным на фиг. 11, для получения в этом варианте электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению эффекта бегущих огней. Показанные на фиг. 1 2 временные диаграммы 66-71 соответствуют показанным на фиг. 11 индивидуально адресуемым электродам 60-65 в порядке нарастания номеров тех и других (66 соответствует 60, 67 соответствует 61 и т.д.). Управляя включением каждого электрода индивидуально, можно добиваться любых динамически изменяющихся во времени световых картин и эффектов. В одном из вариантов предлагаемого изобретения включение индивидуально адресуемых электродов осуществляется под управлением микропроцессора. Использование микропроцессора для управления несколькими электролюминесцентными лампами описано в патентной заявке США № 08/698.973, поданной 16 августа 1996 года; эта заявка включается в данную заявку по ссылке. При включении переплетенных индивидуально адресуемых электродов в варианте, показанном на фиг. 11, в соответствии с временными диаграммами, показанными на фиг. 12, наблюдалась картина спирально бегущих огней. Управляя последовательностью включения индивидуально адресуемых электродов, можно будет получать много различных световых динамичных картин и эффектов. Кроме того, согласуя цвет слоев с положением того или иного индивидуально адресуемого электрода, можно добиться, чтобы электролюминесцентное волокно при включении разных индивидуально адресуемых электродов излучало свет разного цвета.

На фиг. 1 3 показан один из возможных вариантов соединителя 72, предназначенного для облегчения подсоединения индивидуально адресуемых электродов к источнику питания. В этом варианте соединитель 72 содержит колодку 73, в которой имеется отверстие 74, в которое вставляется электролюминесцентное волокно 75. Индивидуально адресуемые электроды 76-79 (в этом варианте их четыре) электрически соединены с проводами 80-83 через контактные площадки 84-87. Электропроводный сердечник 88 также выходит наружу для подсоединения к источнику питания. Провода 80-83 более прочны и долговечны, чем индивидуально адресуемые электроды 76-79, и подсоединяются к источнику питания через цепи, управляемые микропроцессором. К контактным площадкам индивидуально адресуемые электроды могут подсоединяться известными способами, например пайкой.

На фиг. 14А соединитель, подобный показанному на фиг. 13, показан в продольном разрезе, а на фиг. 1 4В - в плане.

На фиг. 1 5 показан еще один из возможных вариантов соединителя по предлагаемому изобретению. В этом варианте соединитель 89 содержит ряд проводящих шпилек 90, проходящих через колодку 91. Своим концом 92 шпильки 90 подсоединяются к индивидуально адре15 суемым электродам и электропроводному сердечнику. Индивидуально адресуемые электроды и электропроводный сердечник могут подсоединяться к шпилькам в этом варианте также известными способами, например пайкой. При работе неподсоединенный к индивидуально адресуемым электродам конец шпилек 93 подсоединен к источнику питания. Соединитель в общем случае содержит средство для соединения нежных индивидуально адресуемых электродов с внешним источником питания. Рекомендуется, чтобы это средство содержало долговечные прочные контакты, подсоединенные к индивидуально адресуемым электродам, что требуется в целях подачи напряжения на сравнительно нежные индивидуально адресуемые электроды. Кроме того, такого рода соединитель может служить для пространственного изолирования индивидуально адресуемых электродов, чем облегчается доступ к ним и обращение с ними.

Когда электролюминесцентное волокно по предлагаемому изобретению содержит индивидуально адресуемые электроды, полностью исчезает необходимость в электропроводном сердечнике (в данном случае являющемся по существу одним из многих электродов). В таком варианте предлагаемого изобретения напряжение будет прикладываться между разными индивидуально адресуемыми электродами, входящими в состав внешнего электрода. Разность потенциалов будет создавать электрическое поле, которое будет заставлять люминесцентный слой излучать свет. В этом варианте предлагаемого изобретения сердечник может отсутствовать как таковой, или же вместо электропроводного сердечника может быть введен неэлектропроводный сердечник, функция которого может состоять в повышении прочности электролюминесцентного волокна. В этом варианте предлагаемого изобретения рекомендуется, чтобы внешний электрод был погружен в люминесцентный слой.

Пример электролюминесцентного волокна по предлагаемому изобретению

В качестве электропроводного сердечника выбирается 19-жильный пучок проволоки калибра 50. Весь пучок покрыт изолирующим покрытием из фторполимера толщиной 2 мил (около 0,051 мм; 1 мил = 0,0254 мм), образующим первый изолирующий слой. Затем этот первый изолирующий слой покрывается композитом из частичек порошка люминофора и смолы, при этом по массе люминофор составляет 80%, а смола - 20%.

Композит приготовлен как раствор/суспензия путем смешивания взятых в надлежащей пропорции указанных твердых компонентов со смесью 50:50 ацетона и диметилацетамида. Вязкость получаемого раствора/суспензии может регулироваться изменением отношения растворитель/растворяемые твердые компоненты. Для нанесения покрытия электропроводный сердечник пропускается через калибровочное отверстие в нижней части вертикально ориентированного резервуара с люминофорным композитом, при этом обеспечивается постоянная толщина получающегося покрытия. Растворитель удаляется из влажного покрытия по мере прохождения провода через ряд последовательных разогретых трубчатых печей. В результате получается отвержденное композитное покрытие, содержащее люминофор. Процесс высыхания протекает равномерно благодаря тому, что в качестве растворителя используется смесь двух веществ, испарение которых происходит с разной скоростью, так как у них разные точки кипения. В результате получается однородное концентричное покрытие из люминофора толщиной примерно 2 мил (около 0,051 мм; 1 мил = 0,0254 мм), образующее люминесцентный слой, окружающий первый изолирующий слой.

Затем с помощью оплеточного станка с 16-ю нитеводителями люминесцентный слой оплетается проволокой диаметром 1 мил (1 мил = 0,0254 мм), при этом оплетка покрывает 50% поверхности люминесцентного слоя. Эта оплетка образует внешний электрод.

Затем с помощью второго резервуара для нанесения покрытий, снабженного калибровочным отверстием надлежащего диаметра, на электролюминесцентное волокно наносится второй изолирующий слой. После пропускания волокна через ряд последовательно расположенных трубчатых печей второй изолирующий слой приобретает окончательный вид.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 . Электролюминесцентное волокно, содержащее:

(a) многожильный электропроводный сердечник;

(b) первый изолирующий слой, окружающий многожильный электропроводный сердечник;

(c) люминесцентный слой, окружающий первый изолирующий слой;

(d) второй изолирующий слой, окружающий люминесцентный слой; и (e) плетеный внешний электрод, погруженный во второй изолирующий слой;

при этом наружный диаметр электролюминесцентного волокна не превышает 0,02 дюйма (около 0,51 мм).
2. Электролюминесцентное волокно по п. 1 , в котором внешний электрод покрывает около 50% поверхности люминесцентного слоя.
3. Электролюминесцентное волокно, содержащее многожильный электропроводный сердечник, люминесцентный слой, окружающий многожильный электропроводный сердечник, и плетеный внешний электрод, окружающий многожильный электропроводный сердечник.
4. Электролюминесцентное волокно по п.3, в котором плетеный внешний электрод погружен в люминесцентный слой.
5. Электролюминесцентное волокно по п.4, дополнительно содержащее внешний изоляционный слой, окружающий люминесцентный слой.
6. Электролюминесцентное волокно по п.3, в котором плетеный внешний электрод выполнен окружающим люминесцентный слой.
7. Электролюминесцентное волокно по п.6, дополнительно содержащее внешний изоляционный слой, окружающий люминесцентный слой, и в котором плетеный внешний электрод погружен во внешний изоляционный слой.
8. Электролюминесцентное волокно по п.3, дополнительно содержащее изоляционный слой, находящийся между многожильным электропроводным сердечником и люминесцентным слоем.
9. Электролюминесцентное волокно по п.3, дополнительно содержащее адгезионный промежуточный слой, находящийся между двумя упомянутыми слоями.
10. Электролюминесцентное волокно по п.3, в котором люминесцентный слой содержит люминофор.
11. Электролюминесцентное волокно по п.1 0, в котором люминофор содержит инкапсулированный сульфид цинка и активатор, представляющий собой медь, марганец или их смесь.
12. Электролюминесцентное волокно по п.3, дополнительно содержащее первую диэлектрическую оплетку, погруженную в люминесцентный слой.
1 3. Электролюминесцентное волокно по п.5, дополнительно содержащее вторую диэлектрическую оплетку, погруженную во внешний изолирующий слой.
1 4. Электролюминесцентное волокно по п.7, дополнительно содержащее вторую диэлектрическую оплетку, погруженную во внешний изолирующий слой.
1 5. Электролюминесцентное волокно по п.3, в котором внешний электрод содержит растянутый ориентированный полимерный материал.
1 6. Электролюминесцентное волокно, содержащее электропроводный сердечник, люминесцентный слой, окружающий электропроводный сердечник, и не составляющий сплошной поверхности внешний электрод, окружающий электропроводный сердечник.
1 7. Электролюминесцентное волокно по п.16, в котором не составляющий сплошной поверхности внешний электрод представляет собой плетеный внешний электрод.
18. Электролюминесцентное волокно по п.16, в котором не составляющий сплошной поверхности внешний электрод погружен в люминесцентный слой.
19. Электролюминесцентное волокно по п.16, в котором не составляющий сплошной поверхности внешний электрод окружает люминесцентный слой.
20. Электролюминесцентное волокно по п. 1 6, в котором электропроводный сердечник представляет собой многожильный электропроводный сердечник.
21 . Электролюминесцентное волокно, изготовленное по способу, включающему следующие этапы:

(a) изготовление электропроводного сердечника;

(b) покрытие электропроводного сердечника люминесцентным слоем; и (c) наплетание на люминесцентный слой внешнего электрода.
22. Электролюминесцентное волокно по п.21, способ создания которого дополнительно включает покрытие электролюминесцентного волокна внешним изолирующим слоем, которое выполняется после наплетания внешнего электрода на люминесцентный слой.
23. Электролюминесцентное волокно по п.21 , в котором электропроводный сердечник выполнен в виде многожильного проводника, окруженного внутренним изолирующим слоем.
24. Электролюминесцентное волокно, содержащее:

(a) электропроводный сердечник;

(b) люминесцентный слой, хотя бы частично окружающий электропроводный сердечник; и (c) не менее двух индивидуально адресуемых электродов, расположенных вокруг электропроводного сердечника.
25. Электролюминесцентное волокно по п.24, в котором индивидуально адресуемые электроды изолированы друг от друга.
26. Электролюминесцентное волокно по п.25, в котором индивидуально адресуемые электроды сплетены вместе, образуя внешний электрод.
27. Электролюминесцентное волокно по п.24, дополнительно содержащее средство для подсоединения индивидуально адресуемых электродов к двум или более силовым входам.
28. Электролюминесцентное волокно по п.24, в котором электропроводный сердечник представляет собой многожильный проводник.
29. Электролюминесцентное волокно по п.24, в котором индивидуально адресуемые электроды погружены в люминесцентный слой.
30. Электролюминесцентное волокно по п.24, в котором индивидуально адресуемые электроды расположены вокруг люминесцентного слоя.
31. Электролюминесцентное волокно по п.24, дополнительно содержащее изолирующий слой, окружающий люминесцентный слой.
32. Электролюминесцентное волокно по п.31 , в котором индивидуально адресуемые электроды погружены в упомянутый изолирующий слой.
33. Электролюминесцентное волокно по п.24, дополнительно содержащее внутренний изолирующий слой, расположенный между электропроводным сердечником и люминесцентным слоем.
34. Электролюминесцентное волокно, содержащее:

(a) многожильный электропроводный сердечник;

(b) внутренний изолирующий слой, хотя бы частично окружающий электропроводный сердечник;

(c) люминесцентный слой, хотя бы частично окружающий внутренний изолирующий слой;

(d) внешний изолирующий слой, хотя бы частично окружающий люминесцентный слой; и (e) не менее двух индивидуально адресуемых электродов, сплетенных вместе и погруженных во внешний изолирующий слой.
35. Электролюминесцентное волокно по п.34, дополнительно включающее средство для облегчения подсоединения к источнику питания электропроводного сердечника и первого набора индивидуально адресуемых электродов и средство для облегчения подсоединения к источнику питания электропроводного сердечника и второго набора индивидуально адресуемых электродов.