◎企業前瞻╱效果連接線   Luke Lu盧志全/LACT/線裝事業處設計工程部

 


 「時尚」,英文為fashion。如果「時尚」早已起義火爆登陸電子市場,保守的王朝早已被「時尚」起義來顛覆,那麼僅僅具備了連接功能的連接設備就絕不能滿足追求時髦、個性、完美的人群了。對於一條連接線,不但具備了連接功能,而且還能成為裝飾品,這也許是現在人們迫切需求的產品了。怎樣才能讓連接線也具備個性和完美呢?就讓它通體發光吧。從而市場上就有了霓虹燈效果連接線,下面我們就一起來揭開了霓虹燈效果連接線之謎。

 霓虹燈是靠充入玻璃管內的低壓惰性氣體,在高壓電場下冷陰極輝光放電而發光。而這裡介紹的霓虹燈效果的連接線的發光原理卻不是跟傳統的霓虹燈相同,只是發光效果跟霓虹燈效果一樣漂亮。這裡介紹的整條線都發光的USB 連接線用到了LED 燈和冷光發光線材,更不是添加了螢光粉.當然,線材裡面添加了螢光粉也有發光的效果,但用螢光粉的發光效果就像夜明珠,需要在黑暗的地方才可以看到。

 USB連接線在連上設備的同時,利用USB的5V電源同時給LED燈和EL冷光驅動器供電,使LED 發光。同時,EL冷光USB線材被EL冷光驅動器電擊而發光,從而達到了讓整條USB連接線通體發光的效果,即霓虹燈效果。

USB 冷光連接線:


 

USB 冷光連接線接點原理:

USB 冷光連接線主要構成:


一條USB接USB的發光線主要材料組成部分:

a. EL 冷光線材 1.3米
b. EL冷光驅動器1PCS
c. USB 連接器2PCS
d. 色環電阻3PCS
e. LED 燈3PCS
f. 透明PVC 膠料15g
g. Φ1.0mm透明熱縮套管 30mm
h. PCB 可選

EL 冷光線材:
 

 

 通過線材截面圖可以看出,EL發光USB線和標準普通USB線主要區別是, EL發光USB線在標準的USB 結構上添加了電致發光塑膠線----EL冷光發光結構。


 另,芯線結構也有區別,為了將EL冷光線材外經做到更小,但又要保證能到達或接近USB標準的傳輸要求,特將芯線設計為4條芯線一起絞。

 如果還需將EL線材的外經做到更小,比如用來替代鼠標連接線,那麼芯線就不能用普通的PVC線,而是使用漆包線。

什麼是EL?

 電激發光(Electro Luminscent)簡稱EL。

 發光材料(Phospher Partides)硫化鋅的粒子,通過加在兩極的交流電壓驅動產生的交流電場,電子在發光層內高速運轉,啟動發光原子,使其被加速而獲得足夠能量,被電場激發的電子碰擅發光中心及螢光物質,而引致電子能極的跳躍 —變化—複合而導致發射出高效率的冷光的一種物理現象,即電激發光現象,電激發光是一種由電能轉為光能的現象,因其中在工作的過程中不會產生熱量,所以一般俗稱「冷光」。

  電致發光塑膠線由金屬線芯、電致發光層、電極及透明塑膠組成。主要特徵在於用金屬線芯襯底,並以該金屬線為芯在其外塗膚電致發光層,緊貼電致發光層兩側各設有一條導電線作為電極,在電致發光層和兩電極週邊包裹有透明塑膠,透明塑膠是用擠出成型的方法將電致發光層和兩電極包裹住的。

 電致發光塑膠線是目前世界上基於電致發光技術唯一的一種以線形發光的新型光源。EL線的芯線外觀顏色為灰白色,在365nm紫外線激發下,發出藍綠色螢光;在電場作用下發出與365nm紫外線激發下的發光顏色相近的更為鮮豔明亮的螢光。通過加在芯線外的不同顏色的套管,可發出多種顏色的螢光,效果可以和霓虹燈相媲美。它耗能低、防水、不發熱;它柔軟耐彎曲,可任意裁截及打結;它的光線柔和亮麗,顏色豐富,沒有輻射,為新產品的設計開發提供一種多變、實用、安全、節能等方面的最新選擇。

  冷光是一種轉換電能的裝置,冷光光源一般的工作電壓和頻率,經調整後操作電壓可由AC40V ~ AC220V,而操作頻率可由50赫茲到4000赫茲,增加電壓將會增加冷光亮度,若增加頻率亦可增加亮度,但同時會改變發光顏色。

 其發光特性為不產生陰影、不令人暈眩、亮度均勻及霓虹效果……等;並配合環境需求,如:狹窄的空間、複雜的造型、溫度及電耗限制、震動的環境……等的情況下,EL彌補了傳統光源的不可能。

 EL冷光的發光原理

 EL冷光的發光原理是將材料層把電能轉換成光,如下圖:


 EL在夾層結構上面和下面各有一個電極,其中電極為ITO膜,光從ITO膜面射出,下電極為第二電極,也稱背電極,其中主要材料為銀或碳。

 由中心向外依次為第一電極(金屬線芯)、電致發光層(電致發光材料)、第二電極(兩根細金屬線)、塑膠層(PVC套管)。


 1. 第一電極(金屬線芯)
 2. 電致發光層
 3-1,3-2.第二電極(兩根細金屬線)
 4. 彩色塑膠

 發光材料(主要硫化鋅,代學公式:ZNS )當它會有不同的啟動劑,結合多種物質,所以產生不同的顏色之光。(目前常用的發光粉顏色:純藍、純綠、藍綠、白色)。

 連接操作步驟

 1. 剝掉發光線塑膠外皮,露出發光層與兩根金屬二電極,剝掉部分發光層露出金屬一電極。
 2. 將金屬兩電極分離,分別與普通電線的兩極絞合或焊接,分別熱塑管密封,注意不可短路。
 3. 用熱縮管將連接處再次縮封,並使用膠體做防潮絕緣。

 電致發光塑膠線主要分為:圓型發光線、帶邊發光線、發光資料線及特殊發光線。

 其主要線徑規格有:0.9、1.3、2.2、3.2、5.0。

 線表的主要顏色有:紅、桔黃、藍、綠、光黃、透明。

 EL科技涉及了複雜的固態化學,材料科學、真空電鍍(IONSPATTERING離子濺射),在目前研製、生產製造過程中不僅需要高科技的生產,檢測技術,而且由於行業的特殊性,需要大量的高科技人員和技術工人。

 EL發光亮度與電壓的關係為:L = Lo exp ( -uo / u )其中L = 發光強度, u = 激勵條件,發光單之結構以及發光粉有關的常數 [1] - [3]。

 發光強度在低頻範圍內與頻率成正比,隨著頻率增加,發光強度呈現飽和狀態,但是實驗表面發光占空比沒有明顯的關係,換言之,在同樣的頻率下,改變電壓的波形的占空比,不會明顯改變發光強度。
電壓波形的極性對EL的發光效率和壽命有十分重要的影響,由於無機電致發光在硫化鋅中的導電熱電子被高電場加速後碰擅激發激發而被產生發光效果,採用單極性脈衝電壓作為驅動電壓,會影響使用壽命,而採用正負極性脈衝電壓作為驅動電壓,有利於碰擅後的恢復,不會影響壽命。

 EL引出兩電極通過兩電極間的絕緣層來隔離時驅動電路表現為容性負載,其等效負載約為0.2-0.9nf/cm2 EL的驅動電流較小,其大小主要由面積,發光材料配比以及要求的亮度來決定,一般為0.14 mA ~ 1mA /c m2 ,EL的面積越大,容性負載也相當增大,流過的電流也增大,因而其驅動電路的帶容性負載能力及抗衝擊能力也要相當提高。

 EL的亮度與其驅動電源的特性有密切關係,要保持亮度不亮,必須不斷改變脈衝電壓的極性,也就是用交流來驅動EL,當EL兩極間加上電壓後,發光層內就建立了電場。電子在電場的作用下逆電場方向加速運動,當電場強度足夠強,運動狀態電子數量足夠多,速度足夠快時,通過碰撞,發光材料原子就處於激發狀態而發生能級跳躍,激發狀態電子的能級跳遷表現為發光,如果電場方向不變,則處於運動狀態的電子數目逐漸減少,不足以激發原子發生能級躍遷,那麼EL的亮度就逐漸降低直至不發光,如果電場是交替變化,則電子隨電場方向的改變而始終處於高速運動狀態,使原子不間斷的發生能級躍遷,當電場變化頻率足夠快時其高度就會保持平穩,無閃爍現象,實際應用中,可以粗略地認為在一定的頻率下亮度與驅動電壓成正比,通常驅動EL的交流電壓的峰值為30V-250V亮度不但受電壓影響,而且與頻率有關,也可精略地主為在一定的電壓下亮度與頻率成正比,通常工作頻率為冷50-400Hz有時也幾 KHZ頻率,此時亮度可接飽和電壓加大時對亮度已無明顯改善。

 潮濕與亮度,壽命成反比。

 EL的壽命是從半衰期(半亮度)來衡量的。其定義為顯示幕亮度降到初期亮度一半時的週期,通常這時間為3000-12000Ph,可見EL壽命很長,但長時間高壓,高頻,使亮度長時間處於飽和狀態,這樣會加速其老化,縮短其壽命。由於人眼對亮度反應成非線性,對半亮和全亮分辯不明顯,因此可使EL低於全亮工作,並在電路上以自檢補充電路,通過相應的提高電壓來延長壽命,不過這在生產工藝配方也可以加以改善,來延長其壽命。冷光光源並不像一般傳統光源會有突然壽終正寢的情況出現,但經過一段長週期的使用後,冷光的亮度將會逐漸遞減;電壓、頻率、溫度、濕氣都是影響冷光壽命的重要因素。

EL的動力來源--驅動器

 冷光光源的產生,是經由一個配套設計的變壓變頻驅動器(INVERTER)來驅動的,而驅動冷光線的電壓及頻率,是依照光片面積的大小、發光的強度、使用環境、壽命等考慮因素條件,來進行專業的配套設計的。

 適用於冷光線的驅動器如:DC5V-150CM

 輸入電壓:DC 5V;
 輸出電壓:AC190V(帶負載線1.5米);
 輸出方式: DIP變壓器;
 消耗電流:150∼160 Ma.(1.5米冷光線負載/恆亮);
 工作頻率:8KHZ∼10KHZ;
 功能選擇:恆亮、閃動

 用在配套冷光線材的驅動器的電路設計要求穩定、省電、靜音、及體積小,通常大小為 26 * 16 * 12 mm。

 讓整條線通體發光,單單使用EL冷光線材是不足夠的,為了讓發光效果更好,霓虹燈效果連接線還使用了LED燈。

 

 LED是英文light emitting diode(發光二極體)的縮寫,它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料,置於一個有引線的架子上,然後四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,所以LED的抗震性能好。LED使用低壓電源,供電電壓在1.5-24V之間,低功耗,電光功率達90%以上,同樣照明效果比傳統光源節能80%以上,長壽命,10萬小時,光衰為初始的50%,無輻射的特點,所以USB的5V電源已經足夠讓LED發光。

 

 判斷LED的正負極方法為:

1.LED引腳長的為正極,短的為負極;
2.看管芯的截面積,面積小的為正極;
3.通常有缺口處為負極。

 LED常用於線材上的規格為:

1. 按大小分Φ3.0和Φ5.0;
2. 按亮度有高亮和普亮;
3. 按發光顏色有單色和7彩;
4. 還有恆亮、閃動;
5. 閃動分為快閃、慢閃還有7彩交替閃。

 LED是一類可直接將電能轉化為可見光和輻射能的發光器件,具有工作電壓低,耗電量小,發光效率高,發光回應時間極短,光色純,結構牢固,抗衝擊,耐振動,性能穩定可靠,重量輕,體積小,成本低等一系列特性,發展突飛猛進,現已能批量生產各種顏色的高亮度、高性能產品,隨著發光二極體發光效率的提高,再結合相應控制技術的進步,相信在不久的將來,LED光源會逐步取代傳統的照明光源,而掀起一次照明領域新的革命。

 霓虹燈效果USB連接線還使用了色環電阻,目的是讓加載在LED燈上的電壓更小,使LED壽命更長,更穩定。

 環電阻種類也很多:有碳膜固定電阻器、金屬膜固定電阻器、不燃性金屬氧化膜電阻器,等……

 霓虹燈效果USB連接線使用碳膜固定電阻器即可,體積越小越好通常是1/8W,最適當的阻值為 40歐姆或80歐姆,根據LED燈而定,通常單色LED串聯80歐姆色環電阻,7彩閃LED串聯40歐姆色環電阻。

 色環電阻的阻值辨認方法:


 

 普通精度色環電阻有四條環帶,第一條是與端部距離最近的那條,接下去依次是第二,第三和第四條。精密電阻器用 5 條色環和誤差表示。

El冷光線應用很廣泛,比如用於手機充電器上:

 

El冷光線應用鼠標上:

 一條連接線,添加了LED燈和EL冷光塑膠線之後就具備了霓虹燈發光效果。可以說它是一種國際領先的高科技技術產品,它合理利用了內在的電源,而不影響其連接功能;它能將電能充分轉化為光能,可產生色澤豔麗,多彩多樣的高明亮可見光。它通體發光但不發熱,而且所產生的光非常柔和,使用壽命比一般的光源長,節能更是它的優點。

 但霓虹燈發光效果連接線也存在不足。因EL冷光線和配套料件成本較高,再加上製程上的難度高,造成它的售價也居高臨下,所以部分消費者難以接受。物以希為貴嘛!而目前大家在電子市場上最常見的會發光的連接線大部分都是只加了LED燈而沒有加入EL冷光塑膠線的連接線。但我相信EL是有十分廣泛的用途和前景的。


 

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