CN105185296A - 一种显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置，包括显示屏幕、数据传输装置，刷新装置；本发明结合光电效应技术、电致变色材料技术或者电子墨水等技术，实现一种全新的显示技术，使用本技术实现的显示装置，只需要在更换显示内容的时候通电，当所需要的显示内容更新完毕后，断开电源，其显示的内容会长期保存，直到进行清除显示操作。本发明中的显示屏具有显示器件本身结构复杂度低，成本低，功耗低，更新维护方便，容易大面积生产的特点。适合安装在室内和室外人流密集区以及公路和铁路沿线等偏远地区。

Description

一种显示装置

技术领域

本发明涉及光电显示领域，特别是一种节能、易于更新、易于生产并且低成本而且驱动方式为被动式的显示屏。

背景技术

目前的标示牌（如道路交通指示牌，标语牌等）、广告牌等一般有如下几类：LED，LCD，以及喷绘。其中，喷绘只能表现静态的画面，更新起来十分麻烦，特别是公路或者铁路沿线比较偏远的地点，更新的时候需要大量人力物力和时间，更新成本很高。LCD的显示效果好，内容可以实现实时动态更新，但是显示面积有限，成本很高，一般只适合放在室内。LED显示屏亮度高，可以做成大面积显示，内容可以实时动态更新，成本很高，功耗也很高，大约1000瓦特每平方米，而且发热严重，通常需要配置数台空调辅助散热。LED显示屏一般放置在建筑物内或者外墙上。LCD和LED显示器一般很少放置于高速公路或者铁路沿线，因为维护成本太高，而且本身造价太高，风险太大，况且公路以及铁路沿线上的广告或者道路指示牌的信息更新率不需要非常高。

发明内容

本发明结合光电效应技术、电致变色材料技术或者电子墨水等技术，实现一种全新的显示技术，使用本技术实现的显示装置，只需要在更换显示内容的时候通电，当所需要的显示内容更新完毕后，断开电源，其显示的内容会长期保存，直到进行清除显示操作。本发明中的显示屏具有成本低，功耗低，更新维护方便，容易大面积生产的特点。适合安装在室内和室外人流密集区以及公路和铁路沿线等偏远地区。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种显示装置，包括显示屏幕21；显示屏幕21包括依次邻接的上保护层11、上导电镀层12、光电效应材料镀层13、电致变色材料层14、下导电镀膜层15、下保护层16，相邻两层之间为紧密物理接触；上导电镀层12、光电效应材料镀层13、下导电镀膜层15均为透明；驱动电极由上导电镀层12和下导电镀层15引出。

还包括有数据传输装置和刷新装置；数据传输装置包括发送部分和接收部分；发送部分将需要显示的信息通过网络传输到接收部分，接收部分设置有存储器，存储器将收到的需要显示的信息存储起来。

刷新装置的作用是根据数据传输部分接收到并存储到存储器中的需要显

示的内容来更新显示屏幕21上的内容。

所述的显示屏幕21由多块长条形显示屏组件20拼接而成。

所述的刷新装置包括电源、微控制器43、驱动电路42、继电器41、电机以及传动部分、遮光板31、擦除光源32、曝光光源33；其中数据传输装置的接收部分和电源、驱动电路42、继电器41、微控制器43、电机以及传动部分构成控制盒22，遮光板31、擦除光源32和曝光光源构33成移动刷新头23；

所述遮光板31的形状为半个方盒，宽度大于两倍的显示屏组件20的宽度与曝光光源33宽度之和，其由不透明材料构成，边缘紧贴在显示屏组件20上，与显示屏组件20构成一个移动的暗室，保证刷新的时候被刷新的显示屏组件20不受外界光的影响；

擦除光源32是一个平面光源，其尺寸为一个显示屏组件20的尺寸，其位置在移动刷新头的一侧，保证在刷新开始的时候，可以完全照亮被刷新的显示屏组件20；

曝光光源33为一列点光源，位与移动刷新头的中部，其整体长度为显示屏组件20的长度；

电源负责给整个系统稳定供电；电机与传动部分的作用是，电机受控于微控制器42,通过传动部分带动移动刷新头，将移动刷新头23带动到需要刷新的位置；移动刷新头23在电机以及传动部分的带动下左右移动，以便移动到需要刷新的显示屏组件20前方，对其内容进行刷新。

微控制器43控制驱动电路42，驱动电路42输出驱动电压，并控制多个

继电器41，每个继电器41与每个显示屏组件20中的上导电镀层12或下导电镀层15连接，以分别控制每个显示屏组件20的驱动电压通断。

所述的电致变色材料层14可由电子墨水层替代。

所述的遮光板31的宽度大于显示屏组件20的宽度，以保证在刷新显示屏

组件20的过程中显示屏组件20不受到环境光的影响。

所述的遮光板31由不透光材料构成，作用是遮挡外部环境光，形成一个移动的暗室；所述的擦除光源32由组成面阵的LED光源和匀光板构成，其作用是将显示屏整体照亮，使得光电效应材料镀层被全面照射，从而在驱动电压的作用下，整个显示器上的电致变色材料或者电子墨水材料的状态变成一致的，即实现了擦除功能；所述的曝光光源33由一排LED组成线阵，每个LED的亮度由微控制器43单独控制。

所述的微控制器43将需要显示的信息以像素为单位分割成列，然后根据每一列的像素的亮度，控制曝光光源33的每个LED，使每个LED的亮度与要刷新的这一列像素的亮度一致，再通过电化学曝光使得电致变色材料或者电子墨水材料正确显示这一列像素的内容。

本发明具有以下优点和有益效果：

1，功耗低，节能

只需要在改变显示内容的时候耗电，平时无需供电，即显示内容自保持。即使在改变显示内容的时候，功耗也很低，大约每平方米20瓦，而且这个过程只需要数分钟即可完成。非常适合太阳能供电。

2，生产工艺简单

关键工艺是大面积镀膜工艺，相比LCD和传统电致变色显示或者电子墨水技术，无须精密的光刻镀膜技术，成品率高。相比LED技术，无须复杂的显示驱动电路和供电电路。

3，制造成本低，维护成本低

由于制造工艺相对简单，成品率高，制造成本较低，维护费用随之降低

本发明使用了光电效应技术和电致变色技术或者电子墨水技术以及网络技术。

附图说明

图1为显示屏幕的分层结构示意图；

图2为本发明的整体示意图；

图3为本发明中移动刷新头的整体结构示意图；

图4为移动刷新头的局部示意图；

图5为本发明的局部细节示意图；

图6为本发明中的驱动电路示意图；

其中，11-上保护层；12-上导电镀层；13-光电效应材料镀层；14-电致变色显示层或者电子墨水显示层；15-下导电镀层；16-下保护层；20-显示屏组件；21-显示屏幕；22-控制盒；23-移动刷新头；31-遮光板；32-擦除光源；33-曝光光源；41-继电器；42-驱动电路；43-微控制器。

具体实施方式

本发明使用了光电效应技术和电致变色技术或者电子墨水技术以及网络技术。光电效应是指某些材料（大多数半导体材料，硫化镉等）在有光照和无光照的条件下，电特性发生变化的特性。根据这个特性，可以制成根据外界光照发生电阻变化的器件（主要是光敏电阻）或者光伏器件。电致变色是指某些材料（例如：三氧化钨，紫罗碱类材料等）在电场作用下，颜色、透光率、反射率等光学特征发生变化的特性。目前已经可以将这项技术用于显示器，但是因为其没有明显优势，所以未见广泛使用。电子墨水技术是利用带有不同极性、不同颜色的微颗粒，在受到外部电场的影响下，向不同的方向移动而形成所需要的图案。这种技术已经在电子书等产品上广泛应用，但是目前的电子墨水屏需要制作精密的电极和配备相应的驱动电路。

而以上两种显示技术的共同点是其显示结果具有自维持性，即当显示内容被电厂确定后，即使将电场撤掉，其显示内容也会维持几十天不变化。

已经有技术将光敏电阻放置在电致变色器件外部，从而实现可以根据外界光强自动变色的装置，但是只能整体变色，无法显示有效内容。

本发明的主要思想是将一层光电效应材料加入到电致变色显示或者电子墨水显示装置中。传统的电致变色显示装置和电子墨水屏幕无法摆脱精密电极制造技术和显示驱动，因此也有着和LCD同样的缺点，即引出电极多，产品缺陷多，控制复杂。一旦将一层光电效应材料加入到电致变色显示装置或者电子墨水显示装置中，并在电致变色显示装置或者电子墨水显示装置上加上驱动电压，然后把需要显示的内容用外部光源投射到显示装置上，则这一层光电效应材料的电特性将会根据投射内容的明暗程度发生变化，使得被照亮的位置和未被照亮的位置的电流不一样，从而使照亮部分与未照亮部分的电致变色材料发生转换或者电子墨水中的微颗粒发生移动的情况有所区别。最终，电致变色显示装置或者电子墨水屏幕上所显示的内容就可以与投射到显示装置上的图案一致。由于电致变色显示与电子墨水显示的结果具有自维持特性，此时即使去掉驱动电压并撤掉外部投射光源，其显示的内容也会在几十天内不发生变化。

由于其显示的内容不需要像LCD/LED显示器一样依靠复杂的驱动电路通过成千上万条引脚进行改变，而是由外部的照射图案来决定，因此其结构和驱动方式得以简化，而这种显示方式命名为“被动显示”。

进一步的，配合网络通讯技术，可以远程控制显示装置上显示的内容。

本发明的显示装置实现需要三个部分：

1，显示屏幕21

2，数据传输装置

3，刷新装置22、23

显示屏幕21按照如下方式制造：

显示部分按照现有的电子墨水屏幕或者电致变色显示器制造工艺，但是需要做以下两个重要改变：

1），导电电极不需要分割，而是整体镀膜

现有的电子墨水屏幕或者电致变色显示器的显示内容是需要控制不同的导电电极上的电压电流来实现的，在每个像素上都需要引出两个1到2个电极，而整个显示装置往往有几十万甚至更多个像素，因此需要精密的光刻技术辅助实现导电电极的镀膜和引出，然后通过驱动电路进行控制。而本发明中的显示内容由外部光源控制，故不再需要精密的导电电极，每块显示面板只需要进行一次完整的导电材料镀膜，从而生成一张完整的导电镀膜层即可。如此可大大降低生产工艺流程的要求和缩短生产时间。

2），在显示装置观察面（上保护层11）的导电镀膜层12镀膜完毕后，再进行一次光电效应材料镀膜13，镀膜材料为光敏材料，例如CdS，或者光伏材料。

这一层是实现被动显示的关键。

光敏材料或者光伏材料的特性就是光电效应，即其电特性在不同强度的光照条件下会有变化。例如光敏材料在无光照的条件下，电阻非常大，而随着光照强度的增加，其电阻会不断减小直到饱和。而光伏材料在无光照的条件下，无电压和电流输出，而当受到光照后，其电极上会产生电压，如果在电极上接上回路，则会产生电流。

附图1为制造完成后的显示屏幕结构示意图，11是上保护层，通常是玻璃或者柔性透明材料，观察者从这个方向观察屏幕。12是上导电镀层，13是光电效应材料镀层，14是电致变色材料层或者电子墨水层，其结构实际由多层构成，在此不作详细描述。15是下导电镀膜层，16是下保护层，也是玻璃或者柔性透明材料。各镀层均为透明。

驱动电极由上导电镀层12和下导电镀层15引出。

在导电镀层12之后加镀一层光敏材料或者光伏材料13后，再在导电镀层12和15上加上合适的驱动电压，然后将所需要显示的图案照射到上保护层11上去，则光敏材料或者光伏材料13就会根据所照射的图案，在明亮的位置产生光电效应，暗处不会发生光电效应，从而形成动态的电极，最终使得电致变色材料或者电子墨水材料14根据外部照射图案的明暗程度发生变化，显示装置上显示出来的内容就和外部照射的图案一致了。此时断开驱动电压，并撤掉外部照射图案，由于电致变色材料和电子墨水材料的维持特性，显示装置上仍然会保持。通常情况下，这种保持会在数天内不发生变化，在这段时间里，不需要任何的电力消耗和人工维护。

为了便于实现大面积显示，方便运输和安装，以及容易更新内容，显示屏幕设计成长条形的小块（例如25厘米宽，2米或者1米长），称为显示屏组件20，再根据需求将显示屏组件20进行拼接，构成整个显示屏幕21。即，显示屏幕整体21由多块长条形显示屏组件20拼接而成。

如果将本显示装置安装在室内，则可以用投影仪进行显示内容的更新。如果安装在室外，特别是公路或者铁路沿线等距离远、位置分散的地方，则需要通过数据传输装置和刷新装置配合以进行显示内容的更新。

数据传输装置的作用是利用现有的网络技术（可以根据现场条件决定采用何种网络介质，例如有线网络，WIFI，或者3G/4G等运营商提供的网络连接）。

数据传输装置分为两部分，发送部分和接收部分。发送部分将需要显示的信息通过网络传输到接收部分，而接收部分有存储器，可以将收到的需要显示的信息存储起来。

刷新装置的作用是根据数据传输部分接收到并存储到存储器中的需要显示的内容来更新显示屏幕上的内容。

刷新装置由电源、微控制器43、驱动电路42、继电器41、电机以及传动部分、遮光板31、擦除光源32、曝光光源33构成，其中数据传输装置的接收部分和电源、驱动电路42、继电器41、微控制器43、电机以及传动部分构成控制盒22，而遮光板31、擦除光源32和曝光光源构33成移动刷新头23。微控制器43与电机以及传动部分连接，显示屏幕的两端之间架设一根轴，移动刷新头上设置有通孔，轴穿入通孔中，移动刷新头与电机连接，在微控制器43的驱动下，电机以及传动部分的带动移动刷新头在轴上移动。遮光板31由不透光材料构成，作用是遮挡外部环境光，形成一个移动的暗室。擦除光源32由组成面阵的LED光源和匀光板构成，其作用是将显示屏整体照亮，使得光敏材料或者光伏材料镀层被全面照射，从而在驱动电压的作用下，整个显示器上的电致变色材料或者电子墨水材料的状态变成一致的，即实现了擦除功能。曝光光源33由一排LED组成线阵，每个LED的亮度可以单独控制。驱动电路42的作用是在微控制器43的控制下，可以在三种状态下切换：1，完全切断驱动电源的输出；2，输出正向驱动电压；3，输出反向驱动电压。构成显示屏幕整体21的每块显示屏组件20各配置一个继电器41，这些继电器的两端分别为驱动电路42和对应的显示屏组件20，为常开状态，即平时所有的显示屏组件20都不与驱动电路42连接。只有当移动刷新头要对某一块显示屏组件20进行刷新的时候，微控制器43才会将该显示屏组件20对应的继电器闭合，将驱动电路42与这一块显示屏组件20连接。

遮光板31的宽度必须大于显示屏组件20的宽度，即A-B和C-D的长度必须大于E-F，以保证在刷新显示屏组件20的过程中显示屏组件20不受到环境光的影响。

整个装置由微控制器43控制。微控制器43首先判断是否需要对内容进行更新，刷新指令可以由数据传输装置的发送端发出，也可以由微控制器43自身的定时器触发。如果需要刷新，则读取存储器中由数据传输装置发送过来的内容，然后控制电机通过传动部分带动移动刷新头将显示屏幕上的内容按照显示屏组件20逐块更新。具体刷新过程如下：（由于光敏材料与光伏材料的光电效应不一样，因此刷新过程也有区别，下面的过程以光敏材料镀层为例）

1，微控制器43控制驱动电路42关闭输出，并控制电机通过传动装置将刷新头23移动到显示屏幕21的其中一块显示屏组件20的边缘；

2，微控制器43控制驱动电路42输出正向电压，并接通这一块显示屏组件20的继电器；

3，微控制器43打开擦除光源32，关闭曝光光源33；

此时这一块显示屏组件20上全面受到光照，光敏层全面导电，于是电致变色材料或者电子墨水材料的状态被全部转换，这一块显示屏组件20上的内容被擦除。

4，微控制器43控制关掉擦除光源33，控制驱动电路42给这一块显示屏组件20反向供电；

5，微控制器43从存储器中取出一列图像信息（以像素为单位），根据图像信息，控制曝光光源33中的LED，使得每个LED的亮度与这一列像素中的每个像素亮度对应；

6，微控制器43关闭曝光光源33，将移动刷新头移动一个像素的位置；

7，将需要读取的图象信息的列号加一；

8，循环执行5-7步骤，直到一块显示屏组件的内容完全更新完毕；

9，回到步骤1，对下一块显示屏组件进行内容刷新，直到将显示屏幕21中所有显示屏组件的内容更新完毕。

Claims (8)

1.一种显示装置，其特征在于：包括显示屏幕（21）；显示屏幕（21）包括依次邻接的上保护层（11）、上导电镀层（12）、光电效应材料镀层（13）、电致变色材料层（14）、下导电镀膜层（15）、下保护层（16），相邻两层之间为紧密物理接触；上导电镀层（12）、光电效应材料镀层（13）、下导电镀膜层（15）均为透明；驱动电极由上导电镀层（12）和下导电镀层（15）引出。

2.根据权利要求1所述的一种显示装置，其特征在于：还包括有数据传输装置和刷新装置；数据传输装置包括发送部分和接收部分；发送部分将需要显示的信息通过网络传输到接收部分，接收部分设置有存储器，存储器将收到的需要显示的信息存储起来；

刷新装置的作用是根据数据传输部分接收到并存储到存储器中的需要显示的内容来更新显示屏幕（21）上的内容。

3.根据权利要求2所述的一种显示装置，其特征在于：所述的显示屏幕（21）由多块长条形显示屏组件（20）拼接而成。

4.根据权利要求3所述的一种显示装置，其特征在于：所述的刷新装置包括电源、微控制器（43）、驱动电路（42）、继电器（41）、电机以及传动部分、遮光板（31）、擦除光源（32）、曝光光源（33）；其中数据传输装置的接收部分和电源、驱动电路（42）、继电器（41）、微控制器（43）、电机以及传动部分构成控制盒（22），遮光板（31）、擦除光源（32）和曝光光源构（33）成移动刷新头（23）；

所述遮光板（31）的形状为半个方盒，宽度大于两倍的显示屏组件（20）的宽度与曝光光源（33）宽度之和，其由不透明材料构成，边缘紧贴在显示屏组件（20）上，与显示屏组件（20）构成一个移动的暗室，保证刷新的时候被刷新的显示屏组件（20）不受外界光的影响；

擦除光源（32）是一个平面光源，其尺寸为一个显示屏组件（20）的尺寸，其位置在移动刷新头的一侧，保证在刷新开始的时候，可以完全照亮被刷新的显示屏组件（20）；

曝光光源（33）为一列点光源，位与移动刷新头的中部，其整体长度为显示屏组件（20）的长度；

电源负责给整个系统稳定供电；电机与传动部分的作用是，电机受控于微控制器（42）通过传动部分带动移动刷新头，将移动刷新头（23）带动到需要刷新的位置；移动刷新头（23）在电机以及传动部分的带动下左右移动，以便移动到需要刷新的显示屏组件（20）前方，对其内容进行刷新；

微控制器（43）控制驱动电路（42），驱动电路（42）输出驱动电压，并控制多个继电器（41），每个继电器（41）与每个显示屏组件（20）中的上导电镀层（12）或下导电镀层（15）连接，以分别控制每个显示屏组件（20）的驱动电压通断。

5.根据权利要求4所述的一种显示装置，其特征在于：所述的电致变色材料层（14）可由电子墨水层替代。

6.根据权利要求5所述的一种显示装置，其特征在于：所述的遮光板（31）的宽度大于显示屏组件（20）的宽度，以保证在刷新显示屏组件（20）的过程中显示屏组件（20）不受到环境光的影响。

7.根据权利要求6所述的一种显示装置，其特征在于：所述的遮光板（31）由不透光材料构成，作用是遮挡外部环境光，形成一个移动的暗室；所述的擦除光源（32）由组成面阵的LED光源和匀光板构成，其作用是将显示屏整体照亮，使得光电效应材料镀层被全面照射，从而在驱动电压的作用下，整个显示器上的电致变色材料或者电子墨水材料的状态变成一致的，即实现了擦除功能；所述的曝光光源（33）由一排LED组成线阵，每个LED的亮度由微控制器（43）单独控制。

8.根据权利要求7所述的一种显示装置，其特征在于：所述的微控制器（43）将需要显示的信息以像素为单位分割成列，然后根据每一列的像素的亮度，控制曝光光源（33）的每个LED，使每个LED的亮度与要刷新的这一列像素的亮度一致，再通过电化学曝光使得电致变色材料或者电子墨水材料正确显示这一列像素的内容。