MX2011000002A - Dispositivo de presentacion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de presentación que comprende un conjunto de pixeles encapsulados. El pixel encapsulado incluye un elemento óptico el cual es alterado de un primer estado óptico a un segundo estado óptico cuando se genera una diferencia potencial a través de él. El elemento óptico está en contacto con dos electrodos que están conectados a un accionador de pixeles para generar la diferencia potencial. El pixel encapsulado está herméticamente sellado del medio ambiente con una capa selladora y el accionador recibe corriente de forma inalámbrica por medio de un sistema de transmisión de corriente inductiva.
Description
DISPOSITIVO DE PRESENTACIÓN
Campo de la invención
La presente invención está dirigida a proporcionar una unidad de presentación visual . De manera más específica, la invención está dirigida a proporcionar un dispositivo de presentación que esté protegido del medio ambiente por encapsulación .
Antecedentes
Las unidades de presentación visual (VDUs) se usan para presentar información visualmente. Los VDUs electrónicos incluyen, por ejemplo, aparatos de televisión y monitores de computadora. Reciben información como señales eléctricas y las convierten para presentación como imágenes visuales.
Las unidades de presentación electrónicas, como pantallas de cristal líquido (LCDs) , por ejemplo, pueden constar de pixeles, los cuales son elementos ópticos discretos. Los estados ópticos de estos elementos cambian en respuesta a un potencial eléctrico (voltaje) aplicado a través de ellos. Las características ópticas, como su polarización, y el ángulo de dispersión y relatividad de cada pixel dependen de estos estados ópticos. Al proporcionar voltaje selectivamente a cada pixel de la presentación, puede construirse una imagen visual y representarse .
Los elementos ópticos activos, como los cristales líquidos, pueden deteriorarse con el tiempo. La exposición a la humedad y el aire dentro del medio ambiente pueden acelerar este deterioro, particularmente donde los elementos ópticos son susceptibles a la oxidación. De manera convencional, los elementos ópticos están protegidos del medio ambiente estando intercalados entre dos sustratos. Dependiendo de la configuración específica, dichos sustratos pueden incluir varias capas funcionales como paneles de vidrio o plástico, polarizadores , capas de alineación, filtros de color y electrodos. Los electrodos, los cuales proporcionan un voltaje de excitación a través de los elementos ópticos, están conectados a una fuente de poder externa por medio de trayectorias conductoras .
Los cables de conexión que cruzan la capa protectora introducen canales permeables a través de los cuales puede ocurrir la filtración de aire, acelerando ¡en consecuencia el deterioro de los elementos ópticos.
Otra causa de deterioro de representaciones visuales es el voltaje de excitación en sí que puede ocasionar que algunos elementos ópticos, como los cristales líquidos, se degraden por electrólisis. Se dedica mucho tiempo y esfuerzo a encontrar soluciones económicas para superar este problema. Por ejemplo, en algunos sistemas, la
polaridad del voltaje de excitación está previamente configurada para invertirse de manera periódica, de tal manera que, con el tiempo, el voltaje neto a través de los elementos ópticos es de cero.
Por lo tanto, existe la necesidad de una unidad de presentación visual en donde los elementos ópticos estén protegidos contra la degradación de las influencias ambientales y la electrólisis. La presente invención trata esta necesidad.
Sumario de la invención
De conformidad con un primer objetivo, la presente invención está dirigida a proporcionar un dispositivo de presentación que comprende: por lo menos un pixel encapsulado, el pixel comprendiendo por lo menos un elemento óptico que tiene por lo menos dos estados ópticos, el elemento óptico estando en contacto conductivo con por lo menos dos electrodos; y 'un accionador para generar una diferencia potencial a través de los electrodos, alterando en consecuencia el elemento óptico de un primer estado óptico a un segundo estado óptico. El pixel encapsulado está herméticamente selládo del medio ambiente con una capa selladora. De manera opcional, la presentación comprende un conjunto de ios pixeles encapsulados . í De preferencia, el elemento óptico tiene por lo
menos dos estados ópticos estables de tal manera que el elemento óptico permanece en el segundo estado óptico cuando la diferencia potencial es eliminada. De manera convencional, el elemento óptico es un cristal líquido.
De acuerdo con ciertas realizaciones, el pixel encapsulado comprende una encapsulación aislante, por ejemplo, un material seleccionado de vidrios, cerámica y polímeros y una combinación de éstos .
En una realización preferida, una primera serie de tiras de electrodos paralelas n y una segunda serie ' de tiras de electrodos paralelas m y una pluralidad de los elementos ópticos, cada elemento óptico estando conductivamente conectado a por lo menos un primer electrodo seleccionado de la primera serie de electrodos y un segundo electrodo seleccionado de la segunda serie de electrodos, en donde cada tira de electrodos está conductivamente conectada a un accionador dedicado.
De manera opcional, la presentación incorpora un conjunto de los pixeles encapsulados . Convencionalmente, el conjuntó incluye: una primera serie de tiras de electrodos paralelas n y una segunda serie de tiras de electrodos paralelas m, la primera serie estando alineada en un ángulo con la segunda serie de tal modo que las tiras de electrodos se crucen en las intersecciones ñ x m; y los elementos ópticos n x m arreglados en las
intersecciones en contacto conductivo con un primer electrodo de la primera serie y un segundo electrodo de la segunda serie, formando así un conjunto de los pixeles encapsulados n x m.
De acuerdo con ciertas realizaciones de . la invención, el accionador comprende por lo menos un inductor secundario configurado para recibir potencia de forma inductiva de una bobina inductiva primaria externa conectada a una fuente de alimentación.
De manera convencional, los electrodos y la bobina secundaria comprenden un material conductor transparente como ITO. Opcionalmente , la bobina secundaria abarca por lo menos una parte del conjunto.
La presentación puede además incluir material ferromagnético para mejorar el acoplamiento inductivo entre la bobina inductiva primaria y el inductor secundario.
Otro objetivo de la presente invención es enseñar un método para producir por lo menos un pixel encapsuládo para un dispositivo de presentación, el método comprendiendo los siguientes pasos:
a. proporcionar un primer sustrato que comprende , un primer conductor transparente;
b. fabricar un primer electrodo del primer conductor transparente ;
c . fabricar una primera bobina en el primer conductor transparente;
d. proporcionar un segundo sustrato que comprende un segundo conductor transparente;
e. fabricar un segundo electrodo del segundo conductor transparente;
f . fabricar una segunda bobina en el segundo conductor transparente;
g. apilar el primer sustrato junto con el segundo sustrato;
i h. introducir un material óptico activo entre el primer sustrato y el segundo sustrato para formar un pixel; y
i. sellar el pixel del medio ambiente. J De manera opcional, por lo menos un electrodo es un electrodo de tira. Alternativamente, los electrodos pueden fabricarse imprimiendo sobre el conductor.
De manera convencional, por lo menos una bobina se fabrica grabando el conductor. Alternativamente, la bobina se fabrica imprimiendo sobre el conductor. ;
I
De modo distinto, el dispositivo de presentación puede seleccionarse del grupo que consta de tableros publicitarios, representaciones de cuadros enmarcados, calculadoras, representaciones de relojes digitales, tableros de mando de vehículos, monitores eléctricos,
pantallas de computadora, pantallas de televisión, representaciones de libros electrónicos, tableros de presentación, unidades de muro, pisos, techos y combinaciones de los anteriores.
Breve descripción de las figuras
Para un mejor entendimiento de la invención y para mostrar cómo puede llevarse a la práctica, ahora se h rá referencia, simplemente a manera de ejemplo, a los dibujos adjuntos.
Con referencia específica ahora a los dibujos ¡de forma detallada, se hace énfasis en que los pormenores mostrados son sólo a manera de ejemplo y para fines de discusión ilustrativa de las realizaciones preferidas de la presente invención y se presentan para proporcionar lo que se cree que es la descripción más útil y fácilmente entendida de los principios y aspectos conceptuales de la invención. En este sentido, no se hace ningún intento por mostrar los pormenores estructurales de la invención con más detalles que los necesarios para un entendimiento fundamental de la invención; la descripción tomada con los dibujos haciendo visible para las personas con experiencia en la técnica cómo las diversas formas de 1 la invención pueden representarse en la práctica. En los dibujos adjuntos :
La Figura 1 es un diagrama de bloques que muestra
una imagen esquemática de un dispositivo de presentación incorporando una. pluralidad de pixeles encapsulados de acuerdo con una primera realización de la presente invención;
La Figura 2a es una imagen esquemática de una simple presentación de siete segmentos;
La Figura 2b es una imagen esquemática de una presentación de matriz de puntos ,- La Figura 3 es un diagrama esquemático de un pixel inductivo encapsulado de acuerdo con una realización ejemplar de la invención; !
La Figura 4 es un diagrama de circuito ¿leí accionador de pixeles de la realización ejemplar y '
La Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra ; un método para producir un pixel encapsulado de acuerdo con otra realización de la invención.
Descripción de las realizaciones preferidas ,
Ahora se hace referencia a la Figura 1 que muestra un diagrama de bloques representando los principales componentes de un dispositivo de presentación encapsulado 100 de acuerdo con una primera realización de la presente invención. El dispositivo de presentación 100 comprende una pluralidad de pixeles 120.
Cada pixel 120 incluye un elemento óptico Í22 intercalado entre dos electrodos 124a, 124b conectados a
I
un accionador de pixeles 140. Es una característica particular de la presente invención que el pixel 120 y el accionador de pixeles 140 están herméticamente sellados del medio ambiente con una capa selladora de encapsulación 160 alrededor de ellos.
El elemento óptico 122 incluye un material ópticamente activo, como un cristal líquido, capaz ; de asumir dos o más estados físicos y las características ópticas de dicho elemento, dependiendo de su estado. El accionador 140 está configurado para proporcionar un voltaje de conmutación a través de los electrodos 124 , de tal manera que cuando el voltaje de conmutación excede un umbral predeterminado, el estado óptico del elemento óptico cambia de un primer estado óptico a un segundo estado óptico. Por ejemplo, un voltaje de conmutación puede causar un efecto de polarización, absorbiendo üna parte de la luz que pasa por los cristales líquidos de tal manera que la intensidad del haz de luz que pasa a través de ellos varía con el voltaje. ;
De acuerdo con algunas realizaciones, el elemento óptico puede ser un material monoestable el cual se mantiene activamente en su segundo estado óptico mientras el voltaje de conmutación se mantiene arriba del umbral. Se conocen varias tecnologías de presentación monoestable en la técnica e incluyen, por ejemplo, dispositivos de
I
dispersión, dispositivos del tipo nemático trenzado (TN) , dispositivos del tipo nemático súper trenzado (STN) , dispositivos del tipo nemático verticalmente alineados (VAN) , conmutación en el plano (IPS) , superficies eléctricamente controladas (ECS) y semejantes.
En las realizaciones preferidas, se selecciona el elemento óptico que sea un material biestable en donde t el primer estado óptico y el segundo estado óptico sean estables. En un dispositivo biestable, el voltaje i de conmutación cambia el elemento óptico del primer estado óptico estable al segundo estado óptico estable y cuando se suprime el voltaje de conmutación, se mantiene el segundo estado óptico. Se conocen varias tecnologias.de presentación biestable en la técnica e incluyen, por ejemplo, dispositivos de cristal líquido ferroeléctrico (FLC) , dispositivos del tipo BiNem, dispositivos cenitalmente biestables (ZBD) , representaciones del tipo nemático biestable post-alineado (PABN) , dispositivos de cristal líquido colestérico (CLCD) y semejantes.
Ahora se hace referencia a las Figuras 2a y 2b mostrando dos formas de construir una imagen con pixeles en un dispositivo de presentación encapsulado de acuerdo con otras realizaciones de la invención. La Figura : 2a muestra una presentación simple de siete segmentos 200 que se usa en varias representaciones, particularmente
representaciones numéricas como calculadoras de bolsillo, representaciones de relojes digitales, tableros de mando de vehículos y semejantes. En el método de accionamiento de segmentos, los segmentos de electrodos conformados 224 están conectados a accionadores de pixeles dedicados '(no se muestran) y pueden usarse para construir números, letras, iconos y semejantes.
La Figura 2b muestra una matriz de puntos 300 que se usa para representaciones de alta resolución, cómo pantallas de televisión y monitores de computadora. El método de accionamiento de matriz construye caracteres e imágenes de una matriz de puntos de pixel. Los pixeles 320 de la matriz pueden accionarse directamente usando accionadores dedicados de una manera similar a los segmentos del método de accionamiento de segmentos. Sin embargo, si hay filas n y columnas m, un método de accionamiento directo necesita conexiones de n x m. De esta manera, cuando el número de pixeles es aumentado, el cableado de accionadores dedicados se vuelve cada vez más complejo.
De manera alternativa, puede usarse el llamado método de accionamiento múltiple. Los pixeles están arreglados en las intersecciones de los electrodos ; de señal vertical (o electrodos de columna) 322 y electrodos de exploración horizontal (o electrodos de fila) 323.; De
esta manera, todos los pixeles a través de cada fila están conectados juntos en un sustrato y todos ios pixeles en cada columna están conectados en el sustrato opuesto. Para cambiar un pixel, se aplica un voltaje (+V) a la fila que incluye ese pixel y después se aplica un voltaje opuesto (-V) a la columna que incluye ese pix l, sin aplicarse ningún voltaje a las columnas que no necesitan ser cambiadas. Así, en lugar de requerir conexiones de n x m, un método múltiple sólo requiere conexiones de n + m.
Se apreciará que en las aplicaciones donde los electrodos y los cables de conexión de otra manera obscurecerían la línea de visión del observador al elemento óptico, es conveniente usar electrodos construidos de un material conductor transparente como, por ejemplo, el óxido de indio- estaño (ITO) .
La capa selladora 160 (Fig. 1) del dispositivo de presentación encapsulado se proporciona para proteger los elementos ópticos 122 del deterioro a través de la aireación y oxidación. De acuerdo con ciertas realizaciones de la invención, la capa selladora 160 está configurada para encapsular un solo pixel individualmente. De manera alternativa, puede proporcionarse una capa selladora 160 encapsulando una pluralidad de pixeles o incluso una matriz entera de
presentación. Convencionalmente, la capa selladora 160 es un recubrimiento eléctricamente aislante, como vidrio, cerámica, polímero, epoxi, laca, pegamento a base · de silicio, RTV o semejante, el cual está laminado sobre la superficie del pixel o grupo de pixeles.
Debido a que no es posible ninguna trayectoria conductora a través de un recubrimiento aislante, en las realizaciones preferidas de la invención, el accionador de pixeles 140 (Figura 1) está configurado para recibir corriente de forma inductiva a través de la capa aislante.
El acoplamiento de corriente inductiva permite que la energía sea transferida desde una fuente . de alimentación hasta una carga eléctrica sin una conexión conductora entre ellas. Una fuente de alimentación está conectada a un inductor primario, convencionalmente, una bobina inductiva y un potencial eléctrico oscilatorio' es aplicado a través del inductor primario, induciendo en consecuencia un campo magnético oscilatorio. El campo magnético oscilatorio puede inducir una corriente eléctrica oscilatoria en un inductor secundario colocado cerca del inductor primario pero no en contacto conductor con él. De esta manera, puede transmitirse energía eléctrica de una bobina primaria a una bobina secundaria por inducción electromagnética sin que las dos bobinas
estén conectadas de forma conductiva.
Ahora se hará referencia a la Figura 3 mostrando : un pixel inductivamente habilitado, encapsulado 420 sellado de forma hermética del medio ambiente con una capa selladora 460 de acuerdo con una realización ejemplar! de la presente invención. El pixel inductivo encapsulado 420 incluye un elemento óptico 422 intercalado entre un sustrato superior 410a y un sustrato inferior 410b. Cada sustrato incluye una placa de vidrio 412a, 412b y, cuando sea requerido, capas funcionales adicionales, cómo polarizadores 416a, 416b, capas de alineación 414a, 414b, filtros de color o espejos.
Los sustratos 410 también soportan el accionador de pixeles 420, que consta de dos electrodos 424a, 424b! en contacto conductor con el elemento óptico 422. Los electrodos 424a, 424b están conectados a bobinas inductivas 426a, 426b las cuales están en contacto conductor entre si. En ciertas realizaciones, puede proporcionarse además una capa de ferrita para mejorar la eficiencia del acoplamiento inductivo.
En la Figura 4 está representado un diagrama de circuito eléctrico del accionador e pixeles 420. Se muestra que las bobinas inductivas 426a, 426b es'¡tán conectadas en serie con el elemento óptico el cual i se comporta eléctricamente como un capacitor.
Las bobinas inductivas 426a, 426b están configuradas para acoplarse de forma inductiva con un inductor primario 428, conectado con una fuente de voltaje oscilatorio 429. Las bobinas inductivas 426 del accionador de pixeles 420 se comportan como inductores secundarios recibiendo en consecuencia corriente del inductor primario 428, el cual se pone cerca de dichas bobinas. De esta manera, un voltaje oscilatorio es inducido en las bobinas secundarias 426 lo cual proporciona el voltaje de conmutación a los electrodos 424.
Se apreciará además que oscila la polaridad del voltaje de electrodos, en un pixel accionado de forma inductiva. Por lo tanto, el voltaje neto a través del elemento óptico 422 es de cero. De esta manera, en contraste con los accionadores de corriente continua1 de la técnica anterior, la degradación acumulativa del elemento óptico 422 por electrólisis es intrínsecamente evitada .
Aunque el único pixel encapsulado 420 descrito en la realización ejemplar puede ser accionado mediante el método de accionamiento de segmentos, se apreciará que puede usarse el método de accionamiento múltiple para impulsar los accionares de pixeles inductivos conectando las bobinas de accionamiento a cada electrodo de tira.. De
manera alternativa, pueden proporcionarse bobinas n x m; cada una conectada a un par específico de electrodos de tal modo que cada bobina accione un solo pixel.
Además, la resonancia del pixel inductivo 420 depende de la inductancia de las bobinas secundarias 424 y la capacitancia del elemento óptico 422. De acuerdo con ciertas realizaciones, la resonancia de cada pixel se selecciona excepcionalmente de tal manera que una sola bobina primaria puede configurarse para accionar una pluralidad de pixeles seleccionando una frecuencia oscilatoria conocida por resonar con una bobina secundaria específica asociada con un accionador de pixeles específico.
De acuerdo con otra realización de la invención, una presentación no fija está construida de pixeles inductivos con elementos ópticos biestables. Dicha presentación no fija puede configurarse para recibir datos en forma de señales eléctricas y mantener una imagen visual incluso después de que las señales hayan sido suprimidas. Una ventaja de esta presentación es que no necesita infraestructura eléctrica permanente o una fuente de poder. Una presentación no fija de este tipo puede ser útil, por ejemplo, para tableros publicitarios situados a una distancia de una fuente de electricidad. Estos tableros publicitarios pueden configurarse para
exhibir una imagen particular aplicando inductivamente una señal a dicha imagen y conservarán esa imagen hasta que se cambie otra vez de forma activa, a pesar de no tener corriente activamente aplicada a ella.
Se observa que los dispositivos de presentación que usan pixeles encapsulados pueden incorporarse a varias aplicaciones, por ejemplo, incluyendo, pero no limitado a lo siguiente: tableros publicitarios, representaciones de cuadros enmarcados, calculadoras, representaciones de relojes digitales, tableros de mando de vehículos, monitores eléctricos, pantallas de computadora, pantallas de televisión, representaciones de libros electrónicos, tableros de presentación, unidades de muro, pisos, techos y semejantes, así como combinaciones de los anteriores.
Con referencia ahora a la Figura 5 , se presenta; un diagrama de flujo que muestra un método para producir un pixel encapsulado para un dispositivo de presentación de acuerdo con otra realización de la invención. El método incluye los siguientes pasos:
a. proporcionar un primer sustrato que comprende un primer conductor transparente como el óxido de indio-estaño (ITO) ;
b. imprimir o grabar un primer electrodo del primer conductor transparente;
c. imprimir o grabar una primera bobina en el primer
I
conductor transparente;
d. proporcionar un segundo sustrato que comprende un segundo conductor transparente; ; e. imprimir o grabar un segundo electrodo del
¡ segundo conductor transparente;
f . imprimir o grabar una segunda bobina en ; el segundo conductor transparente;
g. apilar el primer sustrato junto con el segundo sustrato;
h. introducir un material óptico activo entre el primer sustrato y el segundo sustrato para formar un pixel; y
i. sellar el pixel del medio ambiente.
El alcance de la presente invención es definido por las reivindicaciones anexadas e incluye tanto las combinaciones, como las combinaciones auxiliares de las diversas características descritas anteriormente en este documento, así como las variaciones y modificaciones ! de dichas características, que se les ocurrirían a las personas con experiencia en la técnica al leer la descripción anterior.
En las reivindicaciones, la palabra "comprender" y sus variaciones, como "comprende", "comprendiendo" y semejantes indican que los componentes enlistados están incluidos, pero no generalmente con la exclusión de otros
componentes .
Claims (17)
1. Un dispositivo de presentación que comprende por lo menos un pixel encapsulado, el pixel encapsulado comprendiendo : por lo menos un elemento óptico que tiene por lo menos dos estados ópticos, por lo menos dos electrodos ; . un accionador para generar una diferencia potencial entre los electrodos de tal manera que el elemento óptico sea alterado de un primer estado óptico a un segundo estado óptico y una capa selladora configurada para sellar herméticamente el pixel encapsulado; en donde el accionador comprende por lo menos un inductor secundario conectado a los electrodos y configurado para acoplarse de forma inductiva con un inductor primario externo conectado a una fuente de alimentación.
2. El dispositivo de presentación de la reivindicación 1 que comprende un conjunto de pixeles encapsulados, en donde la capa selladora está configurada para encapsular cada pixel individualmente.
3. El dispositivo de presentación de ; la reivindicación 1, en donde cada pixel encapsulado tiene una frecuencia resonante característica de tal modo que el inductor primario externo sea capaz de accionar ios pixeles seleccionados seleccionando una frecuencia oscilatoria conocida por resonar con un inductor secundario específico.
4. El dispositivo de presentación de ] la reivindicación 1, en donde el elemento óptico tiene por lo menos dos estados ópticos estables de tal modo que el elemento óptico permanezca en el segundo estado óptico cuando se suprima la diferencia potencial.
5. El dispositivo de presentación de i la reivindicación 1, en donde el elemento óptico es < un cristal líquido.
6. El dispositivo de presentación de la reivindicación 1, en donde el pixel encapsulado sellado con una capa selladora comprende un recubrimiento aislante.
7. El dispositivo de presentación de ¦ la reivindicación 1, en donde la capa selladora comprende un material seleccionado de un grupo que consta de vidrios, cerámica, polímeros y sus combinaciones.
8. El dispositivo de presentación de la reivindicación 1, en donde los electrodos comprenden, un material conductor transparente .
9. El dispositivo de presentación de ' la reivindicación 1, en donde el inductor primario comprende un material conductor transparente .
10. El dispositivo de presentación de la reivindicación 1 que además comprende material ferromagnético para mejorar el acoplamiento inductivo entre el inductor primario y el inductor secundario.
11. Un método para producir por lo menos un pixel encapsulado para un dispositivo de presentación, el método comprendiendo los siguientes pasos: proporcionar un primer sustrato que comprende ,un primer conductor transparente; fabricar un primer electrodo del primer conductor transparente ; fabricar un primer inductor en el primer conductor transparente ; proporcionar un segundo sustrato que comprende un segundo conductor transparente; fabricar un segundo electrodo del segundo conductor transparente ; apilar el primer sustrato junto con el segundo sustrato; introducir un material óptico activo entre el primer sustrato y el segundo sustrato para formar un pixel; y encapsular el pixel dentro de una capa selladora.
12. El método de la reivindicación 11 que además incluye un paso para fabricar un segundo inductor en el segundo conductor transparente.
13. El método de la reivindicación 11 en donde por lo menos un electrodo es un electrodo de tira. i
14. El método de la reivindicación 11 en donde los pasos de fabricar los electrodos comprende por lo menos uno de los siguientes pasos: imprimir sobre los conductores o grabar los conductores .
15. El método de la reivindicación 11 en donde los pasos de fabricar los inductores comprende por lo menos uno de los siguientes pasos: imprimir sobre los conductores o grabar los conductores . !
16. El método de la reivindicación 15 en donde los pasos de fabricar los electrodos comprende por lo menos uno de los siguientes pasos: imprimir sobre los conductores o grabar los conductores .
17. El método de la reivindicación 16 en donde los pasos de fabricar los inductores comprende por lo merios uno de los siguientes pasos: imprimir sobre los conductores o grabar los conductores .
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