Czytaj także -

Aktualne wydanie

ss 2018 12 okladka

Swiat-Szkla-V1B-BANNER-160x600-PL-BAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 konferencja 2018 banner

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

  

 lisec SS FastLAne

 

 windoor tech550x120

 

 

Rozwój zastosowań szkła laminowanego z diodami LED
Data dodania: 28.01.08

Rozwój zastosowań szkła laminowanego z diodami LED

Napylanie próżniowe materiałów przewodzących prąd na przezroczyste materiały – szkło i tworzywa sztuczne – stworzyło nowe możliwości stosowania diod LED (light emiting diode – dioda elektroluminescencyjna) i innych elementów elektronicznych SMD (small mounted devices – małych urządzeń elektronicznych).

Diody LED i SMD są instalowane na przezroczystych, przewodzących prąd elektryczny foliach, gotowych do wytwarzania szyb laminowanych. Dużą zaletą elastycznych folii jest możliwość ich zwinięcia i przesyłania szybkim transportem lotniczym w małych opakowaniach.

 Jak to z tym laminowaniem było?
     Jak podano w patentach Ford Motors (1989) i Saint-Gobain (1990), użycie przezroczystej warstwy w pakiecie szkła laminowanego, o wysokiej przewodności elektrycznej miało ogromne znaczenie dla rozpowszechnienia się rozwiązań zapewniających niewidoczne ogrzewanie szyby.

A począwszy od lat osiemdziesiątych firmy takie jak Sharp (1983) zaczęły montować małe elektroniczne elementy np.diody LED na przezroczystym szkle lub foliach. Wzór przezroczystej, przewodzącej warstwy był wykonywany za pomocą lasera lub metodą wytrawiania. Podczas gdy Matsushita Electric Ind. ogłosiła laminowanie z wykorzystaniem folii PVB w hermetycznych autoklawach, przy użyciu wysokiego ciśnienia, Fuji Electric Co. i Nippon Sheet Glass opracowały technologię z zastosowaniem folii EVA.

Obok tych  najnowszych technik firmy takie jak Stanley Electric Co. ulepszały technologię produkcji szkła laminowanego przy użyciu żywic epoksydowych. A w 1990 Ricoh i Stanley Electric zaprezentowały kompletne wyświetlacze LED wykorzystujące mikroczipy (microchips), ciekłe kryształy i diody LED zasilane przez przezroczyste, przewodzące warstwy.

     Pomimo że obecnie zgłaszane są nadal patenty dotyczące tego tematu, główne technologiczne problemy dotyczące mocowania małych elektronicznych elementów (np. diod LED), produkcji odpowiednio wymodelowanej warstwy przewodzącej na szkle i jego laminowania były oczywiście już dobrze rozwinięte przed 1990 rokiem.

     Niedogodny transport ciężkich tafli szklanych z zakładów, gdzie wykonuje się przezroczyste powłoki metalizacyjne, do firm, które instalowały diody LED lub inne urządzenia elektroniczne, a następnie do zakładów zajmujących się laminowaniem, przyczynił się do opracowania folii z zamontowanymi diodami LED i warstwami przewodzącymi, które następnie zwinięte w rulony mogą być transportowane np. drogą lotniczą.

 Materiały do laminowania szkła z diodami LED
      Szkło laminowane z zastosowaniem diod LED, o budowie pokazanej na rys. 1, stosowane jest do produkcji elementów szklanych o wzmocnionej wytrzymałości, ponieważ jest również odporne na warunki atmosferyczne i może być z powodzeniem stosowane zarówno we wnętrzach, jak i na zewnątrz, także w środowisku o podwyższonej wilgotności.

Użycie przeźroczystych folii z polimerów takich jak TPU (thermoplastic Poliurethanene), EVA (Ethylvinylacetate) albo PVB (Polyvinylbutyral) w połączeniu z technologią próżniową lub z zastosowaniem autoklawu, umożliwia firmom przemysłu szklarskiego wytwarzanie standardowych wyrobów, jak i produktów zaprojektowanych zgodnie ze specyficznymi wymaganiami konkretnego klienta dotyczącymi wymiarów lub funkcjonalności. Poprawny dobór warstw folii musi też uwzględniać potrzebną wytrzymałość mechaniczną gotowej tafli szkła.

    Folie z diodami LED mogą być stosowane przy laminowaniu różnych gatuków szkła bezbarwnego i kolorowego, a powstałe szkło laminowane może być poddawane  podobnej obróbce, jak standardowe szkło laminowane (np. szlifowanie i polerowanie krawędzi), oczywiście tak, aby nie poprzerywać obwodów elektrycznych.

     Folie z diodami LED mogą być również stosowane w szkle laminowanym przy użyciu żywic takich jak UVEKOL albo CONLOCK.

     Duże firmy zwykle inwestują w technologię autolawową z foliami PVB, które są bardzo wrażliwe na wilgoć, więc muszą być przetwarzane w klimatyzowanym, suchym środowisku z ochroną antystatyczną.

     Mniejsze spółki wybierają stosowanie folii EVA lub TPU z technologią podciśnieniową. Maszyny do tej technologii dostarczają m.in. włoska firma RCN lub polska EPO. Ochrona antystatyczna przy tej metodzie jest również ważna.

     Folie z diodami LED mogą być stosowane ze wszystkimi wymienionymi powyżej  foliami i technologiami (np. PVB: Saflex firmy Solutia, Butacite firmy DuPont; EVA: Evasafe firmy Bridge stone, S LEC firmy Sekisui ; TPU: Vistasolar firmy Etime x) ale ważne jest, aby temperatura podczas laminowania nie przekraczała 125oC. Dotyczy to oczywiście temperatury szkła i folii – temperatura w piecu może być wyższa.

     Schody, okna lub stoły zwykle potrzebują mniej niż 20 diod LED na taflę, co wymaga natężenia prądu poniżej 100 mA. Jak pokazano na rys. 5 możliwe jest wytworzenie przezroczystej, przewodzącej powłoki na folii poliestrowej, która zapewnia odpowiednie zasilanie diod LED, bez znaczącej produkcji ciepła wewnątrz szkła laminowanego. Wynika to z faktu, że dioda LED potrzebuje zasilania mniejszego niż 20 mA i 3,5 V na jedną diodę.

     Firma SUN-TEC produkuje arkusze folii o maksymalnych wymiarach 3500x1250 mm, z przewodzącą, przezroczystą warstwą i z odpowiednio wykonanymi połączeniami między folią a elementami LED. Folia taka może być zwinięta w rolkę o minimalnej  średnicy 16 mm oraz transportowana w zwykłych warunkach. Folia ta jest też odporna na podwyższoną temperaturę podczas procesu laminowania. Diody LED i inne elementy SMD zamontowane na folii, mogą być laminowane razem z innymi, dodatkowymi warstwami znajdującymi się między warstwami szkła.

     Jak pokazano na rys. 8 firma SUN-TEC dostarcza klientom towar zaprojektowany zgodnie z zaleceniami klienta odnośnie wymiarów, kształtów oraz rozmieszczenia diod LED. Taki projekt jest zwykle posłany do klienta mailem jako plik AutoCAD (DWG, DXF).

System diod kolorowych – standard RGB (red, green, blue)
     Diody kolorowe LED RGB są zwykle montowane na przeźroczystych, wysoko przewodzących foliach, które mają nieco inny odcień niż standardowe folie. Zamontowane kolorowe diody LED są tak cienkie jak standardowe diody LED: 0,8 mm. W konsekwencji szkło laminowane z diodami LED RGB nie różni się od szkła ze standardowymi diodami LED. Mogą być użyte te same sposoby laminowania.

     Każda grupa LED RGB musi być podłączona do 4 ścieżek elektrycznych (każda  szerokości 6 mm).
     Są umieszczane wewnątrz szkła laminowanego na pasmach szerokości 37 mm. Pasma te są czasem widoczne, toteż zaleca się wykonanie dowolnego nadruku na wierzchniej płaszczyźnie szkła aby je ukryć.

     Każda grupa LED RGB wykonująca ten sam program zmiany kolorów może być kontrolowana przez tani mini kontroler RGB (dostępny np. w sklepie internetowym SUNTEC). Taki kontroler pozwalana na dowolne zmiany kolorów lub stałe świecenie wybranego koloru.

     Niektóre projekty wymagają oddzielnego programu zmiany kolorów dla każdej diody LED. W takim wypadku ilość oddzielnych ścieżek prądowych wynosi 4 x ilość diod LED RGB.

      Prosty program Matryca 5x5, wymaga 25 oddzielnie kontrolowanych diod LED RGB, co pociąga konieczność doprowadzenia 100 ścieżek prądowych. Taka duża ilość połączeń elektrycznych jest ryzykowna z wielu względów.

     Dlatego firma SUN-TEC z partnerami opracowuje system urządzeń (cyfrowych kontrolerów) które mogą być umieszczone na folii wewnątrz szkła laminowanego – co ograniczy konieczność wykonywania tysięcy ścieżek przy bardziej skomplikowanych programach świetlnych.

     Dla większości aplikacji stosowane są całkowicie bezbarwne folie przewodzące. Odznaczają się one bardzo niską absorpcją światła. Folie z zamontowanymi kolorowymi diodami LED też są zwykle bezbarwne, ale kolorowe światło diody powoduje lekkie zabarwienie szkła.

     Sensorowe elementy szklane mogą zawierać 24 urządzenia SMD i 48  przewodzących ścieżek na folii. By móc zasilać wszystkie 24 elementy prądem o niskim napięciu (<48 V prądu stałego) , dostarczane są folie wysoko przewodzące. Wadą jest lekka zmiana koloru widoczna na ultra białym szkle (górna folia wysoko przewodząca, dolna folia o standardowej przewodności).

     Mała zmiana koloru wynikła z zastosowania folii o podwyższonej przewodności nie będzie widoczna na zwykłym (zielonkawym) szkle float.

     Większość projektów umiejscowienia diod LED na folii nie wymaga długich magistral (ścieżek) przewodzących. Projekty wymagające dostarczenia prądu o wyższym natężeniu (z wieloma diodami LED albo z diodami o podwyższonej mocy) zawsze będą związane z potrzebą długich magistral przewodzących, które są ułożone w szkle laminowanym.

   
   
   
   

Drukowane folie z diodami LED
      Nadrukowane folie z diodami LED są najnowszą generacją tych folii.

Umieszczone w odpowiednich miejscach świecące diody LED nadają nowe efekty zamieszczonym dekoracjom.

     Te drukowane folie z diodami LED mogą być stosowane do laminowania między taflami szkła, przezroczystymi płytami z poliwęglanu lub PMMA czy też między przezroczystymi foliami PVC.

     Bazowym materiałem drukowanych folii jest nadal poliester, jak w standardowych foliach z diodami LED.

     Drukowane folie z diodami LED:
● mają wyśmienitą jakość druku,
● zachowują trwałość kolorów (zgodnie z testem odporności na UV),
● próbki drukowanych folii dostępne są w sklepie internetowym.

   
   
   

Połączenia elektryczne
     Łączniki są używane by przenieść prąd elektryczny (niskie napięcie), dostarczony przez baterie albo transformatory prądu stałego lub zmiennego (transformatory AC/DC).

      Po laminowaniu, przewody elektryczne mogą być lutowane do tych łączników.

     Magistrale przewodzące są elastyczne pasma, które mają tę zaletę, że laminowanie workami podciśnieniowymi lub w autoklawach nie niszczy połączeń elektrycznych.

     Szerokość pasma magistrali wynosi 6 mm. Długość zależy od ilości LED umieszczonych na folii. Po laminowaniu, elektryczne przewody mogą być przylutowane (zespawane) do tych łączników.

     W przypadku 1 grupy kolorowych diod LED (główne kolory ze skali RGB) ilość magistral na folii może być 4.

     Każdy kolor RGB diody LED wielokolorowej (4 kanały dla diody LED) musi być skontrolowany oddzielnie, standardowe rozwiązanie przewiduje będzie użycie kabli płaskich już umieszczonych na dostarczonych foliach.
      Jeśli nie chcemy by od folii odchodziły przyłączeniowe przewody (np. przy schodach lub stołach szklanych), mogą być dostarczone folie z zamontowanymi małymi płytkami przyłączeniowymi, które umieszczone na dolnej płaszczyźnie szkła są prawie niewidoczne.

     Typ elektrycznych połączeń zawsze będzie funkcją zaprojektowanego układu diod LED. Klienci mogą odebrać typowe układy gotowe już z magazynu lub zamówić folię z zaprojektowanym przez siebie układem diod. Firma SUNTEC podaje ceny typowych układów, jak też zamieściła w internecie program, dzięki któremu klienci mogą samodzielnie obliczyć koszt zaprojektowanego przez siebie układu.
     Klient może zdefiniować wymagany schemat umiejscowienia diod, który jest konwertowany na układ wektorowy używany w programach CAD/CAM.
    
Firma SUN-TEC opracowała testy naśladujące obciążenia występujące podczas  procesu laminowania by sprawdzać jakość dostarczanych materiałów. Ale ważne jest też aby klient przed przystąpieniem do laminowania podłączył obwody elektryczne i sprawdził działanie wszystkich diod LED czy elementów SMD - gdyby któraś z diod nie działała, to w ramach gwarancji defekt zostanie przez producenta bezpłatnie usunięty.

     Ważne też jest aby w trakcie laminowania przestrzegać reguł obnizających gromadzenie się ładunków elektrostatycznych.

     Ludzkie ciało zwykle może magazynować tysiące woltów, których zwykle się nie czuje jeśli nie dojdzie do wyładowania o napięciu przewyższającym nawet 3000 Voltów – np. jako iskra strzelająca z twojego palca w kierunku klamki drzwiowej.

     Folie PVB, EVA lub TPU mogą magazynować do 6000 Voltów. Kiedy szkło przechodzi przez układ myjek również gromadzi wysoki ładunek elektrostatyczny w wyniku kontaktu z zestawem rolek (wałków) z tworzywa sztucznego. Dlatego należy stosować dejonizery, które powinny one usunąć wszelkie napięcie statyczne do poziomu poniżej 100 Voltów, a ideałem jest otrzymanie napięcia poniżej 30 Voltów.

    
   
   

 Prognozy na przyszłość
    Napylane próżniowo przezroczyste materiały przewodzące stosowane na szkle lub foliach stworzyły możliwości dla szerokiego spektrum zastosowań – z użyciem diod LED – do laminowania tafli szkła, płyt z poliwęglanu lub PMMA.

Diody LED i inne małe elektroniczne elementy mogą być montowane na przewodzącej, przezroczystej, elastycznej folii, gotowej do produkcji szyb laminowanych.

Dużą zaletą stosowania elastycznej folii jest możliwość skorzystania z szybkiego transportu lotniczego, do przewozu małych i lekkich tub papierowych w których są opakowane rulony folii o średnicy 16 mm.

Gotowa do laminowania folia z zamontowanymi diodami LED pozwala nawet małym firmom laminującym szkło produkcję własnych produktów bez potrzeby inwestowania w urządzenia do napylania i nakładania diod LED.

     Przyszły rozwój przewidywany jest w zakresie:
● oddzielenia kontrolowanych w podstawowej gamie kolorów diod LED RGB dla stworzenia „ścian medialnych”,
● zwiększenia mocy diod LED,
● upowszechnienia wrażliwych na podczerwień sensorów montowanych w szkle warstwowym (rys. 9) oraz mozliwość podłączania diod LED do czujników akustycznych, które sterują mocą i kolorem, w zależności od napływających dźwięków,
 ● produkcji folii do przezroczystych elementów grzejnych,
● produkcji transparentnych, przewodzących folii do wytwarzania sensorów działających na zasadzie indukcji elektromagnetycznej.

Tadeusz Michałowski
(na podstawie materiałów firm
SUN-TEC, MAME, PREEDY GLASS)

więcej informacji: Świat Szkła 1/2008

 

  

patrz też

- Materiały używane do budowy szkieł warstwowych , Tadeusz Tarczoń, Świat Szkła 6/2010  

- Uchwycić światło. AGC Flat Glass łączy szkło z diodami LED , Świat Szkla 10/2008

- Szkło + LED = nowa estetyka , Robert Sienkiewicz , Szklane inspiracje 9/2008  

- Rozwój zastosowań szkła laminowanego z diodami LED , Tadeusz Michałowski, Świat Szkła 1/2008

 

Zalety foli z diodami LED:
● standardowy termin dostawy 2-3 tygodnie
● szybki i tani transport (również lotniczy)
● system niskonapięciowy
● czas użytkowania 40,000 i 80,000 godzin.

     Od 2004 firma SUN-TEC jest wiodącym producentem folii z diodami LED. Firma ciągle zwiększa produkcję montując prawie 300 000 diod LED rocznie. Umożliwiło  to rozwój nowych funkcji elementów szklanych, również zastosowanie ich jako czujników (sensorów) lub elementów kontrolnych.
     SUN-TEC montuje diody LED na przezroczystych, metalizowanych foliach poliestrowych (PET) produkcji DuPont.

● Grubość folii bez diody LED: 0,125 mm
● Grubość włączając diodę LED: 0,850 mm
● Maksymalne wymiary folii: 1250x3500 mm
● Minimalna odległość między diodami LED: 8 mm
● Typowe napięcie: 12/24/48 V (prądu stałego)
● Średnie zużycie prądu: 20 mA/LED (0.055 W/LED)
● Trwałość: 40 000 – 80 000 h
● Temperatura podczas użytkowania: <60oC
 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik