CN101809493A - 具有平面显示器的开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有一平面显示器(16)的开关(21)，特别是开关设备或指令设备，其中，所述平面显示器(16)用于对至少一项与所述开关(21)或分配给所述开关的设备或机器的当前状态或未来状态相关的信息进行可视指示。开关组件的有效空间布置及能耗的降低通过所述开关(21)的一平面显示器(16)而实现，所述平面显示器至少部分具有一电致变色材料和多个电极。所述电极用于为所述电致变色材料的特定区域施加电压，以引发变色效果并借助于智能控制将一或多项信息传达给使用者。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有一平面显示器的开关，其中，所述平面显示器用于对至少一项与当前状态和/或未来状态相关的信息进行可视指示。
背景技术
这类开关应用于工业设备和自动化系统，同时也应用于消费领域。这类开关不仅可作为纯指令设备用于改变机器、计算机或类似装置的状态，也可实现人机互动。因此，它们也可以算作是人机界面(HMI)领域内的输入/输出设备。对使用者的反馈通过光学指示而实现，这种光学指示含有一定的信息量，这部分信息与机器及其工作状态或开关状态直接相关。在此举例如下：旋转开关、杠杆开关、翻转开关、滑动开关或按钮开关/按键。
这种光学指示可通过不同的信息可视化方法而实现。主要分为电指示器和机械指示器两种。电指示器的主要部件是发光二极管(LED)或白炽灯。问题在于电发光元件的空间延伸度，电发光元件在开关中占据极大空间，使得这部分空间无法用于容纳开关的开关机构。另一种是机械指示器，机械指示器可具有至少一个可在一窗口中出现或消失的可动元件。指令设备或开关(例如具有信号指示器的紧急停止开关)单是因为这些附加机构就会更易受干扰，使用寿命也会缩短。
机械指示器和电指示器都具有(例如)符号和/或字符，这些符号和/或字符安置在相应的指示元件上或由相应的指示元件构成。
DE 43 05 349 A1中公开过一种具有发光指示器的电开关，该发光指示器建立在以发光二极管为功能性照明设备的基础上。
此外，本发明还基于以下认识：近年来业界结合其他技术课题研发出了所谓的电致变色显示器。图1以分解图形式对电致变色显示器的工作原理进行了图示。电致变色显示器的主要组成部分是布置在多个下电极1.1、1.2和1.3与多个上电极2.1、2.2和2.3之间的电致变色材料3。通过一上电极和一下电极施加电压，可使电致变色材料3的某一区域通电。施加电位可以改变光学特性(例如吸收性能和反射性能)。其中，电致变色材料3自身即构成一个电致变色反应层。从肉眼观测来看，施加电位的效果就是对比度和色彩发生变化。
其中，上电极2.1、2.2、2.3可实施为透明电极，由一保护层6提供保护以免受周围环境的影响。
图1中的电致变色显示器具有矩阵控制功能，可对电致变色反应层进行逐像素控制。电压源5将下电极1.2和上电极2.3置于不同电位上，使得区域4(像素)的反射性能或吸收性能发生改变，从而将部分待传输信息传达给使用者。这种矩阵控制是(例如)LCD或OLED显示器领域的公知技术。
尽管电致变色显示器安装在一承载层7上，但其厚度通常为250微米。
WO 2004/081644 A1中公开过一种电致变色组件，即所谓的“智能窗”(smart window)，这种电致变色组件通过在电极上施加电压来控制EC材料的色彩特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种允许采用多种光学设计的开关。
这个目的通过一种开篇所述类型的开关而达成，所述开关的平面显示器至少部分具有一电致变色材料和多个电极，其中，所述电极用于为所述电致变色材料的至少一个区域施加电压。这个目的还通过一种开关设备(特别是指令设备)和一种过载继电器而达成，所述开关设备和所述过载继电器具有至少一个上述类型的开关。
根据本发明，所述开关具有一用于对一信息进行可视指示的平面显示器。所述信息可以是一机器、一技术设备或类似装置的当前或未来状态。这种被传达信息在此构成对使用者的某种反馈，使得使用者在操作时获得相应的指导或建议。这种建议或指导与所述开关或指令设备有待触发或控制的功能直接相关。这样就可通过光学指示来向使用者传达以下信息：此时进行操作可以取得预期效果，或者也可能存在某种风险。所述信息也可提示使用者如何操作所述指令设备或开关以及这种操作所会引发的状态。机器与使用者之间的这种通信基本上相当于所谓的HMI应用。
所述开关具有一用以与使用者进行通信的平面显示器，该平面显示器至少部分具有一电致变色材料。所述电致变色材料构成或包含一电致变色反应层，通过用电极为该电致变色反应层施加一电位，可改变它的光学特性。在电位不同的情况下，入射光受到不同程度的反射或吸收。这在肉眼看来即为变色效果。
由于所述电极用于在电致变色材料的至少一个区域上施加电压，因此这种变色效果也正好出现在被施加电压的区域中。为了提高信息含量，可设置多个这样的区域，但这需要得到相应电极阵列的支持。举例而言可以采用矩阵布置方式，其中，在电致变色材料表面布置上电极和下电极，这些电极通过其定向共同构成一网格结构。可加以个别控制的区域的尺寸由这些电极的宽度定义，且可视情况缩减至所需的像素宽度。
所述平面显示器可有利地实施得较薄，由此可为那些可分配给开关机构的机械组件提供额外空间。由此也可将该平面显示器安装在那些出于其他原因而不能供大体积指示构件装入的位置上。所述平面显示器还可有利地按所述开关或指令设备的功能确定其尺寸，这样就无需为指示器设置明确的指示面。举例而言，借此可在用于指示的区域上整合多种功能，使得该区域既可用于传达信息，又可供使用者进行操作。
根据一种有利实施方式，所述开关具有一用于保护所述电极的保护层，特别是一保护薄膜。任何一个上电极或下电极中出现非预期的电压降时，都会导致指示误差，而通过保护层或保护薄膜可以有效避免这种情况的发生。在此情况下，事实表明透明保护层是有利的，特别是变色效果及其对比度在视觉上不会受到不利影响。
将至少一个电极实施为透明电极是有利的。通过这种方式同样可极大改善所述电致变色材料的可观测性，特别是需要在该电致变色材料的两面均安装电极时。
通过使用透明电极，可以有利地将所述平面显示器与传统发光元件(例如LED、白炽灯泡或诸如此类的发光元件)结合起来使用。在材料合适的情况下，进行背面照明时只会损失一小部分的光。由此又多了一种与使用者进行通信的途径，其中，指示元件不但可以得到显示，还可被照亮。这种实施方式因而也适用于黑暗或能见度较差的环境。
根据一种有利实施方式，所述平面显示器完全或部分构成所述开关的一操作面或者整合在所述开关具有自有功能的另一组件中。举例而言，所述平面显示器可以完全或部分整合在一用于固定、识别或闭锁所述开关的组件中。由此可减小所述开关的结构体积并降低其组件数目。
根据一种有利实施方式，(例如)所述开关的操纵杆或手柄具有一平面显示器。在此情况下不需设置单独的指示面，从而可为操纵元件提供更多空间，也更便于使用者进行操作。
根据一种有利实施方式，所述信息包括至少一符号、一数字、一个字、一特殊符号、一流程图或一以上各项的组合。在此也可采用图标或类似符号，而这需要通过特殊的电极布置方式或电极形状才能实现。
所述信息有利地具有时间相关性。在此情况下，可以滚动字幕、闪动符号的形式进行显示或进行屏幕式显示，其实现方式比液晶显示器(LCD)或屏幕更为简单。
所述信息有利地包括一物理变量，特别是电流、电压、温度和/或一信号(特别是触发信号)。举例而言，机器可在达到一温度阈值时进入另一状态，而在所述平面显示器上可对这种状态进行显示或预示。作为替代或补充方案，(例如)当一设备借助一信号(特别是触发信号)表明其发生故障或应补充装填原料时，可通过这个信号来对上述状态施加影响或使其发生变化。
所述电致变色材料有利地适用于产生一或多种颜色。其中，所述电致变色材料的电致变色反应层可由多种不同化学药品的混合物构成。实现所述变色效果的方式如下：使一物质在某一电流方向下上色，在相反的电流方向下使另一物质上色。按这种方法实现的上色效果也包括可能变成无色这一情况在内，其中，反应性组分的褪色使观测者可以看到其他材料，例如不透明的惰性中间材料。在此应对电子纸和电子标签领域内各种颜色的单色显示器和彩色显示器加以区分。
所述开关有利地具有两种或两种以上各包括多个电极的电致变色材料。借此可提供多种颜色，其中，每种电致变色材料可分别被分配给一种颜色。
其他的有利实施方式可实现为包括至少一个本发明所述开关的开关设备，特别是指令设备、信号设备、位置开关、接触器、断路器或紧凑型支路。本发明的开关原则上可实施为机电开关设备，其功能可与一设备、机器或类似技术设备的状态产生关联。据此，本发明的开关也包括发光按钮，这种发光按钮属于指令设备一类，具有开关功能且可对另一机器的状态予以指示。需要特别指出的是，本发明的实施方式并不局限于下文中的附图描述所提及的实施例。
本发明的其他有利设计方案和优选改进方案可从附图描述和/或从属权利要求中获得。
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明进行详细说明，其中：
图1为现有技术中具有矩阵控制功能的电致变色显示器；
图2和图3为一其平面显示器分别处于启用状态和停用状态的按钮开关；
图4和图5为一其平面显示器分别处于启用状态和停用状态的旋转开关；
图6和图7为一用像素表示法来显示接通状态和断开状态的平面显示器；
图8和图9为一用符号表示法来显示两种方向状态的平面显示器；以及
图10为一用于指示时间的平面显示器。
具体实施方式
图1展示的是现有技术中具有矩阵控制功能的电致变色显示器，其中，多个下电极1.1、1.2、1.3和多个上电极2.1、2.2、2.3呈网格状布置且安装在一电致变色材料3上。借此可通过相关电极的电位差对实施为像素的区域4进行个别控制。
下电极1.1、1.2、1.3平放在承载层7上。电压源5将上电极和下电极置于所需电位上。
图2和图3展示的是一其平面显示器13分别处于启用状态和停用状态的按钮开关11。按钮开关11具有一手柄12，该手柄包含一个面14且被平面显示器13和表面10围绕。在未启用状态下，平面显示器13(在观测者看来)与表面10颜色一致。举例而言，这一点可以通过将所述平面显示器的电极设计为基本透明而实现，而保护面和所用电致变色材料在停用状态下也是基本透明。
通过施加电压启用所述电致变色材料时，该电致变色材料会变得不透明并吸收一部分光谱，从而使观测者产生该电致变色材料呈现某种颜色的印象。举例而言可做如下设定：当平面显示器13呈紫色时，表明机器处于临界状态，其传达给使用者的信息是如果此时对手柄12进行操作，就有可能导致出现严重损害。作为可选方案，也可使用面14来达成这一目的。
此外也可采用一种从不太显眼的色彩(例如白色、黄色或绿色)转变至信号色(如橙色、红色或紫色)的变色效果。
平面显示器13的电极和电致变色材料都可有利地与实际情况(即必要的环形结构)相匹配。如此便可缩小(例如)表面10的延伸度，这是因为直接围绕手柄12的平面显示器完全足以实现信息的传达。据此便可以确保操作安全性为目的缩小开关11的尺寸。
这一点之所以可行的原因主要在于平面显示器的高对比度可以补偿该平面显示器的平面延伸度。借助这项技术可以实现1:25的色彩对比度。
另一优点在于，向使用者传达信息的效果也不会受到使用者观测角度的影响，这项技术在高达165°的观测角度下仍能确保良好的可识别性。与此相比，借助目前基于薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)的平板显示器技术从某种程度上仅能实现约135°的观测角度。
对于指示器课题而言，这是一种非常经济的解决方案，特别是其所需能耗极小，通常情况下还不到500x10-6W/cm2。电压需求同样较小，通常为1.2V至3V。这种实施方式不仅耗电低，而且制造成本也比传统LCD或LED显示器低得多。
图4和图5展示的是一其平面显示器16分别处于启用状态和停用状态的旋转开关21。平面显示器16延伸过操纵器的一部分，这部分操纵器也包括手柄15。由此实现功能的组合，这种功能组合可减少组件数并对被传递信号从属于该操纵器或手柄15这一情况予以指示。
旋转开关21例如可用于启动一技术设备，同时将关于该设备的状态的信息传达给使用者。
旋转开关21具有分别构成“停止”和“启动”字样的平面显示器17和18。这两个指示器均用常规字体以反色变换的方式显示相应的文字。由于反色变换比未做相反设计的字体更易引起注意，因而也更便于使用者识别技术设备的通电与否。布置在平面显示器17、18内部的电极构成所示文字以及用于实现这些文字的反色变换显示，其中，用于实现反色变换显示的电极和构成文字的电极在电方面受到分开控制。视情况每种用途仅需设置一个电极。
由于通常情况下技术设备的实际通电与其真正意义上的启动并非同时发生，因而平面显示器16可用于对实际启动进行指示。也就是说，平面显示器16只有在技术设备启动时才会变色。这样使用者就可以在技术设备无法启动时安全地切断电源。
事实表明，将手柄15与平面显示器16加以结合是有利的，手柄15的空间延伸方式使得该平面显示器具有良好的空间可视性。此外，平面显示器16在旋转开关21上占据了很大一部分区域，这也使得上述情况得到了进一步改善。相对于机械式开关位置指示器而言，这种指示器因对比度较高而即使在能见度较低的情况下也能保持其可视性。这种大面积变色具有极佳的信号效果，这种信号效果通过交流电压所引发的慢闪或快闪而得到加强。这种闪动并非基于发光效果，而仅仅是色彩和/或对比度的改变。
所述开关特别是所述平面显示器可有利地与发光元件结合使用。如果在所述平面显示器下方安装一发光元件(例如LED或TFT显示器)，则所述单色材料同样会对平面显示器的发光特性产生影响。可对由所述平面显示器构成的结构、符号或文字等进行背面照明。在此须将上电极和下电极实施为透明，以便于所述发光元件的光向外射出。其中，通过可控吸收可以实现光的削弱。
图6和图7展示的是一用像素表示法来显示接通状态和断开状态的平面显示器。
这种开关用平面显示器可有利地完全按点阵显示器的方式进行工作。与已知的LCD一样，这种平面显示器也可通过电子控制在很多种类的符号或文字之间实现任意转换。在此需要特别指出的是闪动符号和滚动字幕。
由于可对电致变色材料进行像素式控制，因而可称之为“屏幕式指示器”。这样就可在同一位置显示不同的符号、文字等等，参见附图所示的“接通”和“断开”等字样。
图8和图9展示的是一用符号表示法来显示两种方向状态的平面显示器。
这种平面显示器和其他实施例中的平面显示器一样，也适合与指令及信号设备结合使用。所述平面显示器不仅可以改变字样和颜色，而且事实表明，符号表示法对其而言也是有利的。
图8和图9中的符号由一左指向箭头和一右指向箭头组成。右指向箭头由独立指示元件25和状态相关指示元件24构成。仅指示元件24需要使用电极，这些电极的自身形状组合在一起构成箭头的完整形状。图9所示的状态相关指示元件26同样如此。有利的是，状态转换时无需对指示元件25进行控制，或者说，指示元件25根本不需要包含用于在所述平面显示器中构成独立指示元件的电极。通过将这两个符号加以部分整合，可在能耗和制造过程方面进一步产生节约可能性。
图10展示的是一用于指示时间的平面显示器。这种平面显示器还适合用于指示工作参数，例如温度、工作电流、操作位置、报警、已识别故障、即将到达寿命末期等等。
所示平面显示器外观像一时钟。举例而言，使用者可从中获知机器或技术设备接通多久后仍处于安全状态。此外，这种平面显示器可与通断开关结合使用，其中，通过让该时钟仅在机器或技术设备的实际运行过程中进行工作，使得显示出的仅是分钟或小时形式的实际运行时间。通过短按(例如)所述平面显示器自身，可以启动待控制机器或设备，或者使其停止运行。
综上所述，本发明涉及一种具有一平面显示器的开关，特别是开关设备或指令设备，其中，所述平面显示器用于对至少一项与所述开关或分配给所述开关的设备或机器的当前状态或未来状态相关的信息进行可视指示。开关组件的有效空间布置及能耗的降低通过所述开关的一平面显示器而实现，所述平面显示器至少部分具有一电致变色材料和多个电极。所述电极用于为所述电致变色材料的特定区域施加电压，以引发变色效果并借助于智能控制将一或多项信息传达给使用者。
Claims (16)
1.一种包括一平面显示器(13，14，16，17，18)的开关(11，21)，其中，所述平面显示器(13，14，16，17，18)用于对至少一项与一当前状态和/或未来状态相关的信息进行可视化显示，其特征在于，
所述平面显示器(13，14，16，17，18)至少部分具有一电致变色材料(3)和复数个电极(1，2)，其中，所述电极(1，2)用于在所述电致变色材料(3)的至少一个区域上施加一电压。
2.根据权利要求1所述的开关(11，21)，其中，所述平面显示器(13，14，16，17，18)具有一用于保护所述电极(1，2)的保护层(6)，特别是一保护薄膜。
3.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述平面显示器(13，14，16，17，18)具有至少一个透明电极(2)。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述平面显示器(13，14，16，17，18)具有复数个电极(1，2)和所述电致变色材料(3)的复数个区域(4)，所述区域(4)实施为像素式。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述平面显示器(13，14，16，17，18)完全或部分用于操纵所述开关(11，21)。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述开关(11，21)具有一用于改变所述开关(21)的开关状态的手柄(15)，所述平面显示器(16)形成在所述手柄(15)上。
7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述信息包括至少一符号，一数字、一个字母、一特殊符号、一流程图和/或一以上各项的组合。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述信息具有时间相关性，特定而言实施为滚动字幕、闪动信息或一屏幕式显示。
9.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述电致变色材料(3)适用于产生一或一种以上颜色。
10.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述开关(11，21)具有两种或两种以上带有复数个电极(1，2)的电致变色材料(3)，其中，所述电极(1，2)用于在所述电致变色材料的至少一个区域(4)上施加一电压。
11.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述未来状态和/或当前状态是所述开关(11，21)的开关状态或者是一与所述开关(11，21)相关的机器或设备的某一状态。
12.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述信息包括一物理变量，特别是电流、电压、温度和/或一信号(特别是一触发信号)。
13.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关(11，21)，其中，所述电极中的至少一部分电极，尤其是布置在所述电致变色材料(3)下方的电极，是透明的。
14.根据权利要求13所述的开关(11，21)，其中，所述透明电极的下方布置有一发光元件。
15.一种开关设备，特别是指令设备、信号设备、位置开关、接触器、断路器或紧凑型支路，所述开关设备包括至少一个根据权利要求1至14中任一项权利要求所述的开关(11，21)。
16.一种过载继电器，包括至少一个根据权利要求1至14中任一项权利要求所述的开关(11，21)。
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