CN111480124A

CN111480124A - 目视指示器和流体分配器

Info

Publication number: CN111480124A
Application number: CN201880070586.5A
Authority: CN
Inventors: 让·吉尔曼; 鲁西恩·沃拉摩兹; 阿兰·贾卡德
Original assignee: Preciflex SA
Current assignee: Preciflex SA
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-07-31
Also published as: WO2019087104A3; WO2019087104A4; KR20200083542A; CH715656B9; WO2019087104A2; CH715656B1; EP3704549A2; JP2021501371A

Abstract

一种用于流体显示的装置，包括流体，其中所述流体通过电润湿过程被移位，所述装置填充有至少两种不互溶的流体，而一种流体位于由参考电极和控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和至少一个第二控制电极产生的电场内，以便第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或运动。还提供了一种按顺序切换上述装置的控制电极以使一部分流体在该装置内被移位的方法。

Description

目视指示器和流体分配器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月31日提交的美国临时申请62/579,235的优先权，其内容通过引用并入本文，并据此定义了可以在此寻求保护的特征，因其整体有助于解决本发明所基于的技术问题，在下文中可能提及的一些特征特别重要。该申请通过引用并入了同一申请人2010年8月20日提交的名称为流体指示器的PCT申请号PCT/IB2010/002054的内容。

版权和法律声明

技术领域

本发明涉及指示器，尤其是用于分配测定量的液体的模拟目视指示器。

背景技术

自远古以来就存在模拟指示器。例如，沙漏使用受重力影响的沙子或流体，它们通过储器之间的一个小孔从一个储器移动到另一个储器。古代模拟指示器的另一个例子是“铜壶滴漏”，如Richard Muhe和Horand M.Vogel的“Horloges Anciennes”，法文版，Officedu Livre，Fribourg，1978年第9页所示。

参照图1，美国专利No.3,783,598描述了一种用于指示时间的器械1，其具有机芯2、驱动轴3、凸轮4、活塞5、充满流体的毛细管6和释放室7。存在自动化的流体剂量装置。典型的胰岛素泵是一种看起来像传呼机的计算机化的装置，通常戴在患者的腰带或皮带上。该泵经过编程，可以全天输送稳定的小剂量胰岛素。给予额外的剂量以应对食物或高血糖水平。该泵装有胰岛素贮存器，该贮存器连接到称为输液器的管路系统上。大多数输液器都是从引导针开始的，然后将塑料套管(细的，柔软的塑料管)留在原处，用敷料包扎，然后取下针头。通常每2或3天或当血糖水平保持在目标范围以上时更换套管。但是，这样的装置笨重，并且并不总是位于身体上易于接近或阅读的位置。

参考图2，已知一种腕戴装置，例如“GLUCOWATCH(血糖表)”。据说是在2001年开发的这种现有技术的装置，其具有支撑在表带9上的外壳8。贮存器将胰岛素分配到类似于用于戒烟和激素治疗的透皮药物贴剂的贴剂上。因此，它提供了一种使用低电流来增强和控制水溶性离子药物从皮肤和周围组织中转运出来的无创、无针方法。

法国专利No.1552838教导了将汞的斑点放在电场中，即，使其暴露于电压差中，这可以使斑点稍微变形，但不会将斑点从一个地方移到另一个地方，因此申请人认为有必要进行电润湿。还有，其缺点是产生流过汞的电流，该电流例如通过加热而影响汞。此外，汞被认为是有害液体。

这些现有装置笨重，需要大量或专用的空间来指示该值，缺乏准确性，不能按所提议的那样工作，或者对于许多用户而言太昂贵。

所需要的是一种目视指示器，其能够快速读取测量的剂量值的指示并且制造成本低廉。

发明内容

一种目视指示器显示装置，包括表带，透明的毛细室和位移构件。透明的毛细室与标记匹配，并且具有主要长度和小于主要长度的宽度。位移构件功能性地设置在毛细室的一端，并且响应于可测量的输入以将包含在其中的流体移动预定量。

本发明的一个目的是提供一种占据极小空间的目视指示器。

本发明的另一个目的是提供一种柔性的目视指示器，其适合于不容易允许笔直的、刚性的指示器的要求，例如当这种指示器戴在手腕，脚踝，头部，围绕或沿着人体的某一部分上，或在诸如衣服或运动用品等物体上时。

本发明的另一个目的是提供一种美观、舒适、可靠和智能的指示器。

本发明的另一个目的是提供一种流体(例如药物、药剂、软膏、油或香料)分配器。

附图说明

图1是现有技术的模拟指示器的侧视截面图。

图2是第二个现有技术的指示器的俯视图。

图3是本发明的第一实施例的侧视剖视图。

图4A是本发明第二实施例的立体图。

图4B是本发明第二实施例的第二立体图。

图5A是本发明的第二实施例，用作药物分配器。

图5B是用于图5A的实施例中的药筒的侧视图。

图5C是在图5A的实施例中使用的药筒的立体图，以弯曲状态示出。

图6是具有一个贮存器的本发明的流体位移装置的部分地被拆除的图。

图7是本发明的贮存器和位移构件的剖视图，示出了有助于初始化本发明的特征。

图8A-8E是图8F的机械实施例的不同操作阶段的渐进图。

图8F是本发明的全机械实施例的侧视剖视图。

图9是用于纺织应用的本发明的实施方案的示意图。

图10A-10B是经受电润湿作用的液滴的并排照片，其中图10A示出了在电极上施加电压的液滴，图10B示出了没有在电极上施加电压的液滴。

图11是电润湿显示器的截面示意图。

图12A-12D是时序照片，显示了水滴在硅油中的位移，其中电极间距为1mm，高度为400μm。

图13是电润湿显示器的横截面示意图。

图14是横截面，其中包括表面行为变化的一相邻电极被激活。

图15是具有其上形成有所有电极的底板的结构的电润湿显示器的截面示意图。

图16是图15的俯视图，示出了通道形状和控制电极的结构。

图17是电润湿显示器的截面示意图，其中所有电极都构造在底板上。

图18是图17的俯视图，示出了电极结构。

图19A-19F是示出根据控制电极激活的液滴的位移的渐进示意图。

图19G-19N是示出根据控制电极激活的液滴的位移的渐进示意图。

图20A-20B是示出根据控制电极激活的液滴变形的渐进示意图。

图20C-20Q是在图20A-20B中详细描述的液滴变形的顺序图。

图21是在透明显示器下组装可互换的标记的渐进图。

图22是在整个管上的模拟传感器的替代实施例的剖视图。

图23是在电润湿显示器上实现的本发明的数字传感器的替代实施例的剖视图。

图24A-24C是渐进示意图，示出了在由一个控制电极组成的电润湿显示器上的液滴变形的动画。

图25A-25G是渐进的示意图，示出了在电润湿显示器上聚集几个液滴的方法。

图26A-26F是渐进的示意图，示出了利用另一种流体的闭合部分来成形液滴的方法。

图27A-27E是示出了将液滴分离成两个液滴的方法的渐进示意图。

图28A至图28D是示出考虑本发明的元件的要求的表格。

图29A是例如在图3中的本发明的第一实施例的侧视剖视图，

图29B是与图29A所示的实施例有关的框图。

图29C是本发明的初步设计的框图。

图30A是本发明的另一框图。

图30B是第一阶段的所有致动器的又一框图。

图30C是阶段1的功能图。

图31A是相界面的可选解决方案。

图31B是考虑相界面、液体位移和液体位置功能的检测的表格。

图31C是表示不同液体的蒸气压与温度的关系的图。

图31D是本发明液体位移的另一种装置的框图。

图32A至32D是考虑液体位移的解决方案的表格。

图33是讨论液体位移系统的评估标准的表格。

图34是讨论液体位移的解决方案等级的表格。

图35是致动本发明的螺旋齿轮的形状记忆合金(SMA)棘轮。

图36A至36B是通过本发明的电润湿移动的流体的示意图。

图37是本发明的压电隔膜泵的示意图。

图38是本发明的圆形蠕动泵的示意图。

图39A至39B是螺旋齿轮机构的示意图，其具有离合器的可能的实施方式以允许显示器的手动设置。

图40是本发明的纳诺泵(Nanopump)的立体图，由Debiotech设计的一种装置。

图41是本发明的电磁隔膜泵的示意图。

图42A至42B是电润湿效应的照片，其中在图42A中未施加电压，而在图42B中施加了电压。

图43是电润湿显示器的横截面示意图。

图44是水滴在硅油中的位移顺序，其中电极间距为1[mm]，高度为400[μm]。

图45是具有本发明的指示器的实施例，该指示器具有液柱，同时仅在液滴上引起位移。

图46是本发明的SQUIGGLE驱动器的平面图。

图47是用于检测指示剂液体位置的解决方案。

图48是讨论液体位置检测解决方案的表格。

图49是讨论液体检测方法的评价标准的表格。

图50是讨论液位传感器所选解决方案等级的表格。

图51A至51B是电容式传感器在电润湿显示器上作为模拟传感器或数字传感器的两种不同实现方式。

图52是本发明的感应传感器的示意图。

图53A是本发明的编码器系统的示意图。

图53B是用于绝对定位的本发明的编码器轮的另一示意图。

图54是温度对管中液体长度的影响的曲线图。

图55是温度对管中液体长度的影响的另一曲线图。

图56是考虑到氦溶解在水中，对不同输入参数的计算气泡半径/管半径比的图。

图57是减压室中的最终压力与管直径和室体积的关系图。

图58是减压室中最终压力与室体积和管直径的等高线图。

图59是活塞上最大作用力与管直径、室体积和活塞直径的等值面3D图。

图60是活塞冲程与管直径和活塞直径的关系图。

图61是示出允许功能低于11[mW]平均功耗(最大允许功率)并且低于3[mW](考虑30％的总效率)的配置的图。

图62是液体-真空界面的示意图。

图63是硅酮-硅酮界面的返回时间等值面图。

图64是水-水界面的返回时间等值面图。

图65是作用在螺旋斜面上的力的示意图。

图66是具有刚性压缩室的广义螺旋系统。

图67是阿基米德螺旋线。

图68是表示对于2[mm]管的所需扭矩与角位置和腔室对管体积比的曲线。

图69是对于管直径为2[mm]，对不同的腔室/管体积比，扭矩与角位置的不同比率的曲线图。

图70是对于水和硅油，在螺旋齿轮上所需扭矩与所期望的返回时间的关系图。

图71是电润湿原理的截面示意图，以及等效电气示意图。

图72是不同介质中水的位移频率随电压变化的曲线图。

图73是形态框，显示了可选解决方案的摘要以及全局组合。

图74是本发明实施例的位移装置的五个不同选项的表格。

图75是讨论实施例1——螺旋凸轮的参数的表格。

图76是本发明的手表机芯的照片。

图77是在本发明中可用的现成的机芯的照片。

图78A是数字石英表的示意图。

图78B是机械表的示意图。

图79是回位弹簧力和贮存器厚度与贮存器直径的关系图。

图80A是实施例1的俯视图，扁平的，其具有指示管和手表机芯。

图80B是实施例1的侧视图，扁平的。

图80C是实施例1的主视图，扁平的。

图81是通过实施例1的贮存器的剖视图，扁平的。

图82是实施例1的凸轮的立体图，扁平的。

图83A是具有长的贮存器的实施例1的俯视图。

图83B是通过具有长的贮存器的实施例1的横截面的侧视图。

图84是封装在手表中的实施例1的俯视图。

图85是通过图84的手表的机构的剖视图。

图86A是具有线性显示器而没有显示器面罩的实施例1的俯视图。

图86B是具有线性显示器且具有显示器面罩的实施例1的俯视图。

图86C是具有本发明的线性显示器的实施例1的侧视图。

图87是本发明的柔性塑料腕带。

图88是柔性腕带中的螺旋运动的实施方式的并排立体图和侧视图。

图89是S形显示器的可选实施方式，其机构在手腕下方。

图90是作用在本发明的活塞上的力的示意图。

图91是内直径为2[mm]的轮，冲程为4.5[mm]时，扭矩与角位置的关系图。

图92是讨论扭矩的表格。

图93是本发明的基于3触发器的驱动器的示意图。

图94是本发明电极的连接示意图。

图95是本发明的简化检测电路的示意图。

图96是本发明的驱动电子装置的更完整的示意图。

图97是一个表格，列出了驱动图96系统所需的组件。

图98是本发明的电润湿显示手表的实施例的俯视图和侧视图。

图99A至99E是低成本电气或高端机械机芯的整体示意图。

图100A至100D是本发明的组装步骤的视图。

图101A至101F是实施例1以及本发明的手表中的环形流体通道的集成的视图。

图102A至102C是实施例1的不同的显示器变型和通道形状的视图。

图103A至103H是本发明实施例2以及弹性表带的整体的立体图。

图104是实施例2的变型的立体图。

图105是实施例2的另一变型的俯视图。

图106A至106F是本发明实施例3以及“S”显示器中的整体的立体图。

图107是实施例3的变型的立体图。

图108是本发明的具有透明ITO电极和电子部件的PCB的立体图。

图109A是本发明的敏感电极的、图108的细节A的立体图。

图109B是本发明的驱动电极的、图108的细节A的立体图。

图110是电润湿的示意图。

图111是基于电润湿的本发明的表带上的时间指示的立体图。

图112是图111的时间指示的详细立体图。

图113是用于本发明的表带的关闭装置的立体图。

本领域技术人员应当理解，这些图中的元件为了简单和清楚起见而被图示出，并且不一定按比例绘制。例如，尺寸可能相对于其他元件被夸大以便有助于增进对于本发明及其实施例的理解。此外，当本文使用措词“第一”、“第二”等等时，其使用预期用于区分相似的元件并且不一定用于描述相继的或者按时间先后的顺序。而且，说明书中和/或权利要求书中像“前”、“后”、“顶部”和“底部”等等那样的相对的措词不一定用于描述排他性的相对位置。因此，本领域技术人员应当理解，这样的措词可能与其他措词互换，并且本文描述的实施例能够以与明确说明或者以其他方式描述的那些取向不同的取向操作。

具体实施方式

以下的叙述系不意欲以任何方式限制本发明的范围，因它们本质上系示范的，且用作叙述本发明的最佳模式，这种最佳模式根据其申请日期为发明人所知道的。因此，可在该被揭示的具体实施例中所叙述的任何组件的配置及/或功能中进行各种改变，而未脱离本发明的精神及范围。

一种目视指示器显示装置(设备)包括腕带、透明的毛细室、及位移构件。该透明的毛细室与标记匹配，且具有主要长度及小于该主要长度的宽度。该位移构件功能性地设置在该毛细室的一端，并且对可测量的输入作出响应，用于移动在容纳在该毛细室中的预定量的流体。

合适的流体可为油、乳液、或诸如药品或其他药物的液体。该位移构件连接至该毛细室的一端部，其响应可测量的输入，用于移动该指示器表面从而允许使用者从该标记读取测量值。

如图3所示，本发明的模拟指示器10用于指示剂量。该指示器10包括贮存器12、泵14、测量装置16、控制器20中的回馈电路及动力源22’。该贮存器12具有纵轴24，标记或比例装置26沿着该纵轴设置，并且该贮存器被适合于容纳由至少一个指示器表面30所限制的流体28。在优选的具体实施例中，该泵14是由安装在螺杆33上的柱塞32所组成，该螺杆被微型电机34驱动。该柱塞32通常使用绕着其圆周设置的O型环密封件29，以密封分别通过该柱塞的顶表面31和底表面35之间的流体28。泵14将流体28从贮存器12中泵出，并输送到导管36中。在优选的实施例中，该测量装置16是电子钟，其测量时间并将时间的测量值传送至该反馈电路20。由该动力源22供电的反馈电路20接收由该测量装置16所输入的被测量的时间，该时间对应于该比例装置26上的某一位置，并对此作出响应，激活泵14，从贮存器12泵出或移动出该流体28，直至该表面30移动至与标记26上相对应的位置有关的希望的位置为止(通常校准为等于所需的流体分配速率)。该动力源22供电给该泵14及反馈电路20。如图所示，贮存器12将流体28传送到导管36中。扣环52连接该装置10的端部以形成腕带21。

再者，选择性地，光纤和LED光源以已知方式照亮贮存器12中的流体28。

电位计56将该电压设定调节至位移控制系统60的工作电压。该位移控制系统60包括增量位置传感器62，例如，位于邻近该柱塞32的跟踪器NSE-5310(其规格记载于2009年8月21日提交的美国临时专利申请案第61/235,725号的附录A中，并以引用的方式并入本文中)。这个控制系统60包括用于直接数字输出的编码，其中该芯片62上的霍尔元件列阵被用于获得外部磁条64的增量位置，该外部磁条64以大约0.3毫米的距离(典型地)设置在邻近该芯片，该磁条64连接至该柱塞32，以便随其平移。此传感器阵列检测该磁条的端部，以提供零位参考点。

在一个可替代的实施例中，该动力源22可是太阳能电池、上弦的表簧、由摆轮捕获的机芯(例如用在自动表中)，或存储压缩空气的气动系统。为了使该流体28返回至最初的位置，例如早上6:00，例如，该柱塞32可藉由回位弹簧40或磁性装置(图中未示出)返回。当然，包括回流管42的其它选项是可能的，其允许该电机34的简单的反转，以重新设定该指示器10。

合适的电机34可参考来自美国纽约的新比例尺(New Scale)技术公司，商标为SQUIGGLE^TM的电机。

如图4A及4B所示，本发明的模拟指示器的一种应用系佩戴在该使用者手腕上的腕表或项链10。该贮存器12’可由透明或半透明材料、或透明及半透明材料的混合物所制成，且可制成任何需要的形状。其可由塑料、橡胶、硅或任何合适的材料制成。弹性材料的优点在于该材料制成的腕带21'可以在使用者的手腕上伸展。此外，该流体显示器23可以补充有以该壳体43上的标准手表面39。

现在参考图5A，本发明可以配置为用于施用一定剂量的诸如胰岛素之类的液体药物28的装置10”。在这样的实施例中，柔性管是连接到包含剂量控制装置18的壳体13的一次性药物贮存器药筒12'。装置10”像腕表一样携带，其中柔性药筒12'用作其带的一部分。指示器10”包括贮存器12'，线性驱动器14'，可选的反馈电路16'，控制器20'和动力源22'。贮存器12'具有纵轴24'，标记26'沿着纵轴24'布置并且贮存器12'适于容纳由至少一个指示器表面30'限定的流体28。在优选实施例中，线性驱动器14'驱动安装在由微型电机34'驱动的长的柔性螺纹轴33'上的球形柱塞32'。轴33'优选地由超弹性材料例如镍钛记忆合金(NITINOL)制成。线性驱动器14'对着活塞35(最好由诸如橡胶之类的柔性材料制成)驱动柱塞32'，然后活塞35反过来沿着贮存器12'按压流体28并最终通过套管或导管36'，然后将流体28导入患者体内。装置10“的电子装置可确保按照医生的指定以规定间隔或恒定地将按程序剂量的流体进行给药。注意，可选地，代替通过插管进入穿戴者体内，流体28注入由患者佩戴的吸收性贴片25，以使药物通过皮肤缓慢扩散到患者体内。在通过贴片25给药的情况下，该贴片可以包括半渗透性的外层，以便防止药物在达到预期的效果(即扩散入皮肤)之前被蒸发。此外，可以以类似的方式递送香水。特别是在香水分配实施例中，贴剂可以部分或全部位于壳体13下方，或壳体的侧方，并且可以使用临时粘合剂而不是直接贴在生物体上，以免需要将其附着在生物体上。这种贴片的尺寸可以设置成在与生物体相邻的外壳13的背面或任何一侧的限定区域(例如标有39的环形区域)中进行替换，就像“POST-IT”贴一样，以便替换贴片可以轻松地替换被污染的贴片。

在一个优选实施例中，线性驱动器14'的匝数被记录和控制以确保适当的剂量。电子设备由动力源22'供电。可选择地，活塞35的位置可以按照图3所示的上述实施例中所述的方式来控制。药筒12'安装在壳体13的一侧13'上，其活塞35邻近柱塞32'，而另一侧13“邻近穿刺机构50，该穿刺机构50包括连接至可滑动的突片54的穿刺管52。使用者可以滑动突片54以使穿刺管52刺穿药筒12'的上部薄膜56，以便允许流体28通过套管38连通到患者体内。在分配香水的地方，该穿孔用于打开药筒12'的一端，以允许香水输送到空气中，或通过导流通道(未示出)输送到、靠近或邻近使用者皮肤(例如，直接到和通过贴片)。

在使用连接到或一体形成在药筒12'上的外部磁条(具有由此产生的磁场沿着药筒的长度增加或减小的磁特性)的实施例中，计算机控制器可以用它来调节给患者的剂量。

与之前的实施例一样，动力源22'可以是电池、太阳能、上弦的表簧、摆轮(例如用于自动表中)或存储压缩空气的气动系统。

在药筒12'完全分配后，可以启动外壳13上的按钮(未显示)以收回柱塞32'。如果套管仍连接到身体，则活塞35保持静止以防止从患者身上吸出任何液体。一旦收回，装置10”就可以重新装入替换药筒12'。

与先前的实施例一样，合适的电机34是已经描述的SQUIGGLE^TM电机。

注意，壳体13可以安装有表盘表面39和相应的机芯(未示出)，以便药物供给装置也可以用作腕表。

可选地，药物供给装置10”的螺杆33'被封闭在管41中，该管41连接在壳体13'的侧面13”上并且缠绕在佩戴者的手腕上以重新连接至壳体的侧面13'，从而提供两带或多带腕表的视觉效果。

可以预见的是，在这种药物供给装置10”中使用的药筒12'将包括化学石蕊型指示剂，其指示胰岛素或其他药物是否适合继续注射。该指示可以通过改变颜色的药筒12'的元件——从指示流体适合使用的颜色到指示流体不再适合使用的另一颜色——来表示。

更进一步，装置10”可以通过用抽吸头代替套管来用作香水分配器，该抽吸头可以手动(通过分配头或按钮)或自动(通过本发明的剂量控制)操作。

现在参考图6，在另一实施例中，连接到手表机芯132的杆上的凸轮152经由安装在密封轴承162上的活塞轴杆160连接至流体位移装置90，以轴向地平移，该位移装置90藉由其凸轮表面164引导在其轴向平移中。该活塞轴杆160连接至活塞头166，其作用抵靠着贮存器36’的柔性滚动隔膜170(另一选择为，当然该活塞可具有绕着其周边安装或以别的方式被密封的O型环，如在图3的实施例中所示)。该滚动隔膜170具有密封性地固定在一端部的凸缘172，以便有效地分开该活塞头166下方的流体28和该活塞上方流体28’(其可包括当作流体气体的空气)。该贮存器36’被显示在一极端位置中。通道112’通向该毛细管通道120，而通道110’提供到该活塞头166的相反侧面的返回通道。

该凸轮152被设计成类似鹦鹉螺的螺旋形状，以便渐进地移动该活塞轴杆160并且因而移动该活塞头166，以便以精确指示时间的速率将预定量的流体28位移进入该毛细管通道120。当然，确定量的药品或香水可同样也可以用这种方式供给到生物体。

现在参照图7，再次，该可替代的流体位移装置90如图所示，其中该贮存器36”处在基本充填位置中。形成在该活塞轴杆160上的键槽180与固定螺钉182咬合，该螺钉经由该流体显示器次组件90’中的螺纹拧入该键槽中，以免该活塞轴杆在其轴向上转动，藉此更好地维持该活塞轴杆的最末端184及该凸轮表面164’之间的关系。此外，安装于其中的凹槽中具有O型环密封件190的调整螺丝186在其外端192中包括“ALLEN”或“TORX”接口，为了校准目的，其允许制造厂商调整该弯液面30的位置。进出口194(图中未示出)或由弹性材料所制成的一个隔片或一对隔片亦可被使用，以允许空气及流体28’及29’被排除毛细管通道102及/或贮存器36”之外或注入其中。

应该注意，本发明10、10’、10”可以不包括所有电子器件(例如通是常将本发明定位在豪华表市场的情况)。在这种实施例中，动力源22”可以是来自摆锤的运动，其卷绕表簧，为传动机构提供动力，其摆率由摆式调节器或摆盘(例如平衡器/涡轮)控制，其具有如本领域技术人员熟知的特有的周期。

现在参考图8F，在另一个替代实施例中，可以使装置10”不包括所有电子备，例如通常是将本发明被定位于豪华表市场的情况。在这种实施例中，该动力源22”可以是来自摆动质量的运动，其卷绕表簧70，为传动机构72提供动力，其转动速率由摆式调节器或摆盘74(例如平衡器/涡轮)控制，其具有特有的周期。由机构76产生的旋转运动通过螺杆80转化为线性运动。该螺杆80驱动柱塞32"，如图8A至8E所示该柱塞32"驱动流体28，其中阀82被打开或关闭以便在贮存器12实现期望的流体流动。箭头84示出了柱塞32"的运动方向。在图8A中，指示器贮存器12为空的。随着柱塞32在箭头方向向右前进，指示器中的流体28向左前进。注意阀82的方向和位置允许这种期望的流体流动。图8B和8C示出了指示器中的流体继续向左前进。图8D和8E显示空气向左前进，以示出白天。

在没有流体的实施例中，螺杆可以形成为闭合回路，并且其表面(例如，被涂漆)与其余的回路形成对比，以便在标度装置上指示时间。在弯曲点处切开有凹痕的有色簧片形式可沿贮存器的长度方向驱动，从而类似于流动的液体。

贮存器12'可以由透明或半透明的材料制成，或者由透明或半透明的材料的混合物制成，并以任何所需的形状形成。它可以由塑料，橡胶，硅制成。

在替代实施例中，如上所述，替代位置传感器60，由诸如金属之类的导电材料制成的导线(未示出)沿其长度的至少一部分暴露于贮存器12'中的流体。

因此，导线与贮存器中的任何流体接触。随着与导线接触的流体被泵入贮存器，可以利用沿导线长度的可变电阻来校准导线，其中，将流体泵入直到在导线中测得的电阻与对应于校准时的测量值的电阻匹配为止。通过将可变电阻测量值与沿着贮存器的长度的位置进行比较来进行指示器10的校准，该位置用刻度标出以指示相应的测量值。

现在参考图9，示出了本发明的纺织品应用。本申请的目的是提供一种可以用材料缝制的本发明的装置。一个可行的实施例包括：

-贮存器中包括分子链或荧光微型LED；

-由绝缘材料制成的贮存器；

-对于钟表实施例，沿着贮存器的长度放置的模块或微型LED的距离允许至少放置12x 60＝720；

-连接电源R并接地；

-当R达到T的电压时，LED发光(荧光或磷光，玻璃光泽)；

-电压R由电动动力源S提供；

-电源S根据R的电阻维持R的电压电平，但是与分子或荧光微型LED M的消耗无关；

-只要所施加的电压小于T，荧光分子M就具有无限大的电阻，并且一旦施加设定的电压电平，它们就会变成荧光；和

-电源S提供给R的电压随测量值G的变化而变化。

保持柔性的是LED链，它们一起通过波来点亮和熄灭，但并不表示测量值。它可以像可以结合到纺织品中的线一样细而柔软(因为它的直径小到毫米)，防水，可洗等。

在另一个实施例中，可以通过称为电润湿的过程使流体在显示器内移位。电润湿是一种现象，正常的憎水性表面会失去其性能并变为亲水性，如图10A和图10B所示。图10A示出了在电极上施加电压的液滴。图10B示出了没有在电极上施加电压的液滴。

图11中示出了电润湿显示器的示意图，以及用于制造致动器的不同层的详细示意图。图12A-图12D示出了测试中涉及水滴在硅油中的位移的图片，电极间距为1[mm]，高度为400[μm]。

移动流体205的液滴以便获得到新位置的平移，使显示器动画。该功能可以具有指示诸如时间之类的测量值的最终目标。它可以由标记确定。图13是具有不同层的电润湿显示器的详细示意图。它由可以是刚性的或柔性的顶板201组成，在其上设置有共用电极202，该共用电极202是可以在不同部分中构造的薄导电层。该表面由具有憎水表面行为的涂层203处理。所有这些元素都可以是透明、半透明甚至是彩色的，以使下面的内容可见。它们可以具有可变的厚度或结构。

底板207是刚性或柔性基板，在其上沉积并构造有导电的控制电极208。这些控制电极通过其上沉积有憎水涂层203的电介质层206被电隔离。底板207及其固有层可具有任何视觉外观，包括透明、半透明、有色、部分不透明、和不透明。它们可以具有可变的厚度或结构。

涂层203在图13所示的显示中是可选的，因为流体204和205中的添加剂能够对包含流体204和205的贮存器的表面起憎水作用。在某些情况下，可以确保在流体205和共用电极202之间电接触，否则被电隔离。

流体205是电润湿过程中的活性液体。该流体205在非活性流体204内构成可见的分离相，该非活性流体204被认为填充了贮存器中第一流体205所留下的空间。流体204可以是液体或气体。流体204和205都可以具有任何目视外观，包括透明、半透明、有色、部分不透明和不透明，只要强的对比度允许将它们彼此区分开即可。系统中可以包括流体205的一个或几个液滴。两种流体都包含在例如贮存器、通道或管中。

图14示出了流体205在由闪电符号225表示并通过与其他控制电极208类似的控制电极209的电激活而施加的电场下如何有效地反应。其效果是，流体205在底板207的表面及其固有层上的接触角改变由毛细作用而引起吸引力。该吸引力引起流体205液滴的运动。

图15描述了实现显示器不同构件的另一种方式，其中通过电润湿效应来使流体移位。底板211被构造为形成通道，其中将共用电极210分成放置在通道壁上的两个部分。顶板201的表面没有封闭该通道。涂层203被放置在任何地方，假定液滴留在通道中并因此避免毛细作用，该毛细作用会将在由底板210和顶板201形成的薄空间中的液滴拖出。图16是图15的实现示例的垂直的横截面，图15中指出了横截面的位置。控制电极208沿着通道布置，而共用电极210沿着通道布置在两侧。

图17示出了实现显示器的不同构件的另一种方式，其中通过电润湿效应使流体移位。共用电极202沿着控制电极208设置在底板207上。在该实施方式中，在图13中编号和描述的所有层在这里具有相同的功能。在那种情况下，活性流体205的液滴通过介电层206与共用电极202隔离(见图17)。

图18着重显示了可以分成几个部分的共用电极202的详细结构。在这种情况下，共用电极202是沿着控制电极208设置的细长电极。流体205的液滴散布在两种电极上。

图19示出了具有从阶段A到阶段F的顺序，这些阶段说明了如何控制具有液滴224形状的流体的位移。该流体类似于上述流体205。流体的液滴224略大于控制电极223，以便假定当其被施加电压时其可以移动至邻近的控制电极223。这个电压可以是直流或交流类型的。在阶段A中，由于没有激活控制电极223，因此液滴是静态的。流体在阶段B中移动，因为如闪电符号225所示，相邻的控制电极已被激活。位移一直持续到液滴达到高能平衡(这并不意味着液滴必须完全覆盖激活的控制电极223)。如图19所示，它确实在阶段C覆盖了激活的控制电极223。在阶段D，该过程在新位置再次开始，以移动到在阶段E和F中所述的下一个相邻的控制电极223。该控制可以在任何方向上移动液滴。在有若干个滴液的情况下，则可以独立控制它们。图19还示出了具有阶段G到N的顺序。

图20A-B示出了利用电润湿效应实现显示器的另一种方式。具有与图13中所示的流体205相同的特性的液滴没有被平移，但是流体的运动引起液滴的变形。在这个特定实施例中，控制电极220形成星形的12个分支，它们中的每一个都能够被激活。液滴中心219可以由置于其下方的控制电极活性地保持，或者通过适当的表面处理以使液滴粘附在该区域上非活性地保持。在阶段A中，星形分支221包含液滴的变形，因为如闪电225所示，其下面的控制电极220已经被激活。在阶段B中，另一个星形分支222被激活以吸引液滴的一部分并且因此改变变形。在此，不必激活将与液滴变形接触的相邻的控制电极220。液滴中心219必须与新激活的控制电极220接触。这种液滴变形的原理被认为是激励该液滴，并且如果相关，则指示能够由标记确定的测量值。此外，图20C-Q示出了具有阶段C至Q的顺序。

该显示器的一种特定实现是，当除了流体205的颜色是有色的以便具有良好的对比度之外图13所示的所有层和流体都是透明的时，使用户可以看到流体的液滴。图21描述了腕式手表212的该实施例。在这个特定实现中，存在两个液滴指示时间，液滴214指示小时，液滴213指示分。圆圈215和216对于用户是不可见的，它们仅示出了液滴跟随的路径。由于显示器的透明性，可能具有可互换的标记217，该标记217允许用户按规格改制其装置218，如图21所示。

更进一步，两个实施例使用电容性传感器施加电润湿现象。

参考图22，在第一电容传感器实施例中，使用单个电极，其中液位从整个管上测量的电容的模拟值推知。这个实施例允许利用更简单的电子电路。但是，鉴于环境参数的影响，校准起来更加困难。

参照图23，在第二电容传感器实施例中，利用例如一百四十四个电极，液位被确定为数字值，每个时间步一个。

上述解决方案非常稳健，不受第一电容传感器实施例中的环境参数的影响。其原因之一在于，在流体205的液滴下方的介电层206的区域226具有高电容性。

在以下四个实施例中，出于动画目的应用电润湿流体致动。它们的构造遵循与图13所述以及图14的电激活相同的方案。具体说，它们包含2种不互溶的流体，其中一种以附图标记228表示。

参照图24A-C，在第一基本动画原理中，电润湿显示器由一个控制电极229组成，该控制电极229被设计为代表任何美学形状，在这个例子中为心形。它可以是半透明或不透明的，但最好是透明的，以在动画中提供令人惊讶的效果。在步骤A(图24A所示)中，流体228的液滴在贮存器226中自由地漂浮。区域227以与上面的控制电极229相同的方式被涂覆，使得流体228的液滴不受限制地移动。如果控制电极229是透明的，则其在步骤B(图24B所示)中的电激活会引起意想不到的效果，因为液滴的变形是意想不到的。如步骤C所示(如图24C所示)，变形根据控制电极229的形状而在新的稳定状态结束。

为了更有效地工作，流体228的液滴或任何分离的液滴必须与控制电极重叠，以便正确地移动到控制电极229上。只有一个控制电极是最简单的实现方式，其中控制系统可以降低到激活的功率供应。但是，可以进行更复杂的构造以增强流体动画效果。

参考图25，电润湿显示器实现了能够收集任何分离的液滴的系统。在步骤A(图25A中所示)中，流体228的所有部分自由地漂浮在贮存器226中。基本上对贮存器226的整个表面进行处理，以便对流体的运动不施加任何约束。在这个特定实施方式中，提供了四个同心的控制电极229至232。同样，它们可以是不透明或半透明的，但优选透明的以提供令人惊讶的效果。同心结构不是必须的，只要控制电极覆盖表面的一部分，例如流体228的任何液滴将与任何控制电极的至少一部分重叠。

在该实施方式中的序列以在步骤B(图25B中示出)中描述的控制电极229至232的激活开始。因为流体228的液滴意外地运动，所以它产生令人惊讶的效果。在步骤C(如图25C所示)中，由于在激活的控制电极229到232上方与非激活区域227的液滴边缘之间的接触角不同，流体228的液滴通过毛细作用移动以离开非激活区域227。从这种状态开始，该序列开始逐步使所有的控制电极不起作用：从步骤D(图25D中所示)中外面的控制电极232、步骤E(图25E中所示)中的控制电极231、到步骤F(图25F所示)中的控制电极230。在每一步骤中，由于与步骤C中所述相同的原因，流体228的液滴向中心移动。在步骤F中，液滴彼此接触并融合在一起，以在步骤G(如图25G所示)结束时形成最终控制电极229所定义的形状。液滴的合并可以在任何步骤发生，因为它取决于每个流体228的液滴的初始位置和变形。同心原理不是聚集液滴的唯一可能方法，因为可以根据控制电极的结构定义顺序。

参照图26，电润湿显示器实现了一种方法，该方法获得被活性流体包围的非活性流体的受控封闭部分。该方法使液滴成形为具有至少一个包围第二流体的空腔，该第二流体基本上覆盖了贮存器226的全部区域，除了流体228的液滴所占据的区域之外。与图24中所述的另一种实现方式一样，基本上贮存器整个表面已经被均匀地处理，并且控制电极230至235可以是不透明的或半透明的，但是优选地是透明的。在步骤A(图26A所示)中，液滴自由地漂浮在贮存器226中。在步骤B(图26B所示)中触发意外效应，其中所有控制电极230至235被激活以开始移动流体228的液滴到如步骤C(图26C所示)中所述的控制电极232和233上方的显示器的中心。有些中间步骤未在此序列中显示，因为它们类似于图25中描述的步骤。在步骤D(图26D所示)中，液滴在控制电极231和232上方的半圆上移动。上文描述了用于形成孔的初始准备。换句话说，上述序列生成了一个由非活性流体包围的活性流体环(对于其他动画而言)，圆的内部也填充有非活性流体。

在步骤E(图26E所示)中，控制电极234被激活并且中央的控制电极232失去作用能力以使液滴呈马蹄形。尽管液滴不活动，但仍覆盖电极232的一部分。最终控制电极235失去作用能力以使一部分未被流体228覆盖，从而允许第二流体在未来的孔内流动。另一方面，流体228朝着激活的电极缩回，以允许另一种流体覆盖控制电极231。在步骤F(图26F所示)中，最终的控制电极235被激活，拖动流体228的液滴合并其两个臂，并在控制电极232和233上形成内部具有第二流体的孔的最终形状。

可以设想其他实现方式，其在活性流体的液滴中成形非活性流体的空腔。这取决于控制电极的结构和控制顺序。

参考图27，电润湿显示器实现动画，其中流体228的液滴被分成两部分。在步骤A(图27A中所示)中，由于整个贮存器226上的表面处理的均匀性，流体228的液滴漂浮并自由移动。如在图24所示的实施例中，控制电极可以是不透明的，半透明的但最好是透明的，以便在步骤B(图27B中所示)期间提供令人惊讶的效果，在该步骤B中，所有控制电极230至232、236、237均被激活以将液滴吸引到显示器的中央。遵循类似于图25所示的序列，在步骤C(如图27C所示)中，液滴在中心的控制电极232上方终止。然后，在步骤D(如图27D所示)中，通过控制电极236和237的激活，液滴在两个相反的方向上被吸引。流体228的液滴沿两个电极的方向变形，并最终分成两个单独的更小的液滴，其将覆盖两个激活的电极236和237。为了很好地工作，这个过程必须在控制电极的设计、控制顺序和流体228的液滴的大小之间进行微小的调整。

该装置应满足通用手表要求ISO 764，ISO 1413和ISO 2281。

图28A至图28D是示出考虑本发明的元件的要求的表格。

图29A示出了一个原型，如URS之后(参见图3)，图29B出示了一个相关的黑匣子。

图29C示出了对于第一阶段的本发明的设计特定要求。

该方案的原始框图如图30A所示。它的某些部件专门针对SQUIGGLE驱动器的应用。

通用框图如图30B所示。在同一图中，概述了该方案的第一阶段的范围。目标是研发具有直接依赖关系的致动器，即贮存器和减压室。

由于传感器在致动器的设计和控制中起主要作用，因此它也在第一阶段的范围内。图30C给出了该装置的简要功能分析。在此图中，以蓝色框住的功能将在方案的第一阶段中处理。

在这节中，将讨论相界面、液体位移和液体位置检测功能的解决方案：

严格来说，相界面不是功能。尽管如此，因为它对致动器的设计有重大影响。

图31 A中示出了相界面的解决方案树。

这些解决方案在图31B中进行了讨论。

在这里，我们描述了液体-真空(液-汽)相界面的液体。

所谓的液体-真空相界面实际上是液-汽界面，而“空”空间是在其蒸气压力下充满了汽化液体。对于不同的液体，蒸气压力随温度变化的关系如图31C所示。很明显，这个值相对于温度有很大的变化。例如：

·为了在-10[℃]下产生正压，使用氯代甲烷，在40[℃]时气压将达到8[bar]

·丙烷的压力还会跳到更高的水平

这意味着，致动机构的尺寸必须设计成使其承受温度为40[℃]的压力。因此，它在其大部分工作范围内将是超尺寸的，并且如果将装置暂时加热到较高温度，将存在发生故障的风险。

我们得出以下结论：

由于这些原因，应避免液-汽压力。

在剩余的两个界面中，液-液界面是优选的，因为：

液体对膨胀的敏感性较小，降低了在震动时产生气泡的风险，弯液面的前进更加规律，并且在温度和压力快速变化的情况下，在液-气界面中有形成气泡的风险。

在此，我们描述液体位移的解决方案：

图31D中示出了液体位移的解决方案树。解决方案分为五个主要类别：

1.活塞系统：其中活塞压缩储存在波纹管贮存器中的液体

2.对液体的直接电磁作用：对液体本身的电磁作用使液体移动，而无需致动器

3.泵系统：来自波纹管贮存器的液体被泵入显示管

4.热系统：热效应引起液体的位移

5.化学的：液体通过化学反应而移动

在图32A至32D中讨论了类别1至4。

液体位移系统的评估标准如图33所示。

评级标准如图33所示。利用1-3-9方法进行评级，其中对于每个考虑的评级标准为每个解决方案确定1、3或9中的一个等级。评级标准本身的权重也为1、3或9。这样，任何贡献都可以为解决方案的总成绩带来1到81之间的值。

这里未示出对环境参数的稳健性，因为它将通过驱动、界面类型和传感的结合来定义。

下列标准是先验给出的权重，低于9的最大值：

复杂性：由于产品设计是针对预期的高端市场，复杂性不被认为是最重要的标准。

可测量性：该产品目前用于手表显示器。尽管可能的其他应用可能需要缩放到其他尺寸，但目前这并不是一个关键标准。

手动设置速度：某些解决方案不允许以任何速度手动设置显示器。这可能会带来问题，因为用户不会立即获得有关其在显示器上的动作的反馈。目前，这个标准的权重为3，但可能需要增加。

成本：再移次说，由于产品是针对高端市场设计的，因此成本似乎并不是最重要的标准。成本高昂且复杂的装置甚至可能引起手表客户的兴趣。

用上述评级标准，所有考虑的解决方案的评级如图34所示。

五个主要的解决方案是：

1.在这个评级中，驱动螺旋齿轮的步进电机位于第一。这是一个非常简单的解决方案，它依赖于相对简单的机构和已知的致动器。此外，利用机械离合器将螺旋齿轮从其齿轮系脱离接触，可以非常快速地手动设置指示器。它仅受其相对较大尺寸的限制。

2.压电隔膜泵位居第二。由于其体积小、健全的设计和已知的技术，它具有良好的等级。相对较低的可测量性、可能比某些其他解决方案的成本更高限制了它。

3.由手表机构驱动的螺旋齿轮位于第三位。请注意，此解决方案仅以指示性方式显示，在此不再赘述，因为研发此类解决方案不是该方案第一阶段的目标。然而，应当指出，获胜的解决方案也可以容易地转换为全机械显示器。

4.电磁隔膜/柱塞泵处于第四位。它具有压电隔膜泵的优点，但需要较大的尺寸。

5.电润湿处于第五位。

5.SQUIGGLE驱动的活塞驱动器并列第五位。由于其高频压电致动器以及必须为返回供电，该解决方案因较高的能耗而受到阻碍。另外，这种压电致动器往往成本高昂，并且不能完全可量的。最后，除非使用第二个致动器，否则使用该方法的手动设置势必会很慢。

以下将详细介绍主要的解决方案。

在这里，我们描述了驱动螺旋齿轮的步进电机。这个解决方案的示意图在图39A(俯视图)中以及在图39B(侧视图)示出，提供了快速进行设置的解决方案。为了进行设置，用户操纵的按钮使螺旋齿轮与其齿轮系脱离，并允许无动力且快速的设置。所有组件都很简单且众所周知，包括步进电机。

在这里，我们描述压电隔膜泵。在图40中显示了Nanopump(诺纳泵)/压电隔膜泵，这是Debiotech设计的用于胰岛素输注的装置。该特定装置的每个脉冲分配量为200[nl]。它完全在绝缘体硅(SOI)晶圆上进行了微加工，从而具有很高的重现性。

此外，由于该装置是自吸式，因此可以进行开环调节：在一个12小时的循环结束时，可以通过打开回流阀将液体拉回到贮存器中。然后，可以启动泵，直到被设置在其出口上的单个电容式传感器检测到液体为止。此后，可以相信泵在接下来的12小时内提供有规律的步骤。

注意，电容传感器理论上可以集成在装置中。

诸如Nanopump的某些装置已在市场上销售或正在开发中。

在这里，我们描述电磁隔膜/活塞泵。对于隔膜泵，这种电磁隔膜/活塞泵装置的示意图如图41所示。值得注意的是，活塞的配置也是可以实现的。但是，由于两种装置的功能极为相似，因此目前将这两种解决方案一起考虑。

在这两种情况下，压缩室的体积(容积)都是变化的，并且两个止回阀确保了这种变化所产生的流沿所需方向流动。

这种泵的主要优点之一是它们产生体积流量。因此，可以通过开环系统控制指示器中液体的前进，即只要每12小时循环后重新校准该系统。

这里我们描述电润湿。电润湿是正常憎水性表面失去其性能而变为亲水性的现象。如图42A和42B所示。这样，通过排列多个电极，可以控制显示器中水滴的移动。

这种显示器的示意图以及用于制造致动器的不同层的详细示意图示于图43。利用比电极稍大的液滴，当液滴通电时，液滴会移动到相邻的电极。

图44示出了测试中涉及水滴在硅油中的位移的图片。可以看出，位移非常快。另外，由于电极充当电容器，因此涉及的功率相对较低：系统中不发生电流传导。

迄今为止，大多数已发表的著作都涉及水滴的位移，而不涉及大体积的位移，因为在液体显示的情况下，需要移动液柱。但是，显示行为也可以通过单个液滴的位移来实现，如图45所示。在这种情况下，液滴用于在有色油和无色油之间进行分离，其中有色油是指示介质。

这些资料旨在显示到目前为止已证明的电润湿功能。

在这里，我们描述了SQUIGGLE驱动的活塞。图46示出了SQUIGGLE驱动的活塞变型。该解决方案依赖于现有产品，例如，这种致动器可以适合于螺旋齿轮系统。

这里我们描述检测液体位置的解决方案。图47出示了用于检测液体位置的解决方案树。三大类首先是-“直接感测”，其中传感器集成在指示管上，并直接检测液体的位置；第二是“开环”，其中不使用传感器，并且每十二小时重置一次该系统，以防止误差累积；第三，“间接感测”，其中跟踪致动器的位置，并推断液柱的位置。另外，要注意的是，如果间接传感器与液-气界面一起使用，则可能必须对温度进行补偿。

图48讨论了检测液体位置的解决方案。

图49讨论了液体感测方法的评估标准。

仅当感测方法固有地敏感时才指定对环境参数的敏感度，例如，不可能通过选择适当的界面来避免这种敏感度。

对于所有考虑的间接传感器，以及对于开环调节，都认为位移液体的致动器是容积式的，即致动器的某个位置对应于液柱的位置。这假定由于没有压力发生器使得它通过了致动器的选择。

液位传感器所选解决方案的评级如图50所示。

结果如下：

·电容传感器是优选解决方案，因为它允许对液柱位置进行可靠的闭环控制，同时又依靠相对简单的技术。

·间接传感方法排在第二位。两者都很简单，但由于未进行闭环调节，因此可能导致稍高的误差。

·开环调节位于第三位。它可能会出现误差，必须特别小心，以便致动器的每步的分配不会随时间变化。但是，其简单性是一个很大的优势。

下一部分将详细介绍这三个第一解决方案组。由于电阻传感器因具有类似的性能，同时它的设计要复杂得多，因此不详细介绍。

主要解决方案的详细介绍

在这里，我们描述电容传感器。电容传感器的两种实现方式是可能的。一种实现方案是单电极传感器，其中液位是根据整个管上测得的容量的模拟值推断出来的。另一实施方案是多电极传感器，其中对于所有时间步长，利用144个电极将液位确定为数字值。

第一种解决方案允许使用更简单的电子电路，但由于模拟电路对环境参数的敏感性，可能难以校准。但是，第二种解决方案是一个非常稳健的解决方案。两种解决方案都在图51A和图51B中给出。

第二种实现方式的稳健性以及与电润湿解决方案的兼容性使其成为首选。

在这里，我们描述了致动器上的感应传感器。设置在致动器上的感应传感器通过测量线圈的电感来测量线圈中铁素体的位置，如图52示意性示出。这样的传感器已经被广泛使用并且提供非常可靠的结果。

这里我们描述致动器上的编码器。编码器是一种简单的系统，可提供旋转致动器的绝对位置或位移。图53A和图53B分别示出了这种系统的示意图以及用于绝对定位的编码器轮。取决于应用，实际上可以以任何期望的精度实现该系统。

编码器和电感式传感器具有相似的性能。前者更适合旋转应用，后者更适合线性平移。致动器位移的主要方向应该是区分这两种传感器的基本原理。

在这里，我们描述热膨胀计算，具体说是材料的热膨胀。环境温度是一个外部参数，直接作用于系统和显示管中的液体，从而影响其对时间显示的准确性。对于连接到较小的显示毛细管的较大的贮存器体积，其效果会增强。对于液-液情况，必须将诸如液体容器，显示管和液体本身之类的零件与第二个液体容器一起考虑。适用温度范围：℃[-10；+40]。

材料和液体的典型热线性膨胀系数α[K^-1]

·因瓦合金:2x10^-6

·玻璃:10-70x10^-6

·PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯——有机玻璃),PC(聚碳酸脂):50-100x10^-6

·PUR(聚氨酯):50-80x10^-6

·PP(聚丙烯):100-150x10^-6

·LDPE(低密度乙烯):280x10^-6

·PVC(聚氯乙烯):60x10^-6

液体的典型体积膨胀系数γ[K^-1]

·水银:180x10^-6

·水:207x10^-6 at 20℃(异常膨胀)

·乙醇:750x10^-6

·醚:1700x10^-6

甘油500x10^-6

·汽油:900x10^-6

·硅油:1170x10^-6

液体体积膨胀系数大约比α大3倍，但是例如水是高度非线性的。

稍后将根据所选择的设计实施例来确定材料和液体的匹配。考虑了诸如粘度(相对于泵送装置)，表面张力，可互溶性，冷冻温度和在指定温度范围内的稳定性等指标。

计算将显示γ系数为500 x10^-6[K^-1]的液体在PP贮存器(α125 x10^-6[K^-1](或3xα＝3xα＝375 x10^-6[K^-1]))和PVC(60 x10^-6[K^-1])显示管中的效果。失配约为125 x10^-6[K^-1]。

在这里，我们描述PP贮存器的计算。图54中的图形示出了温度变化25℃时指示管中的液体增加长度。温度适用于整个系统。贮存器材料PP，管材PVC，液体体积膨胀系数为500x10^-6[K^-1]。

Vtube是显示管中的最大液体体积(长度120m，直径0.5mm，给出0.024mL)。

曲线证实，对于相对较大的贮存器体积，套管和液体之间的温度系数失配会导致较大的误差。对于毛细管显示管效果大大增加。

贮存器的体积与管的体积成线性比例关系。如果管的直径较大，则按比例放大贮存器以匹配体积(容积)。因此，由于温度引起的管偏移不取决于管的直径。以下等式表示偏移长度与取决于显示体积的贮存器体积的关系。P是从1(显示管的最小液体体积)开始到5(贮存器最多包含显示体积的5倍)的参数，Ltube：120mm。

曲线显示在图55的图形中。

由于液体和固体被认为是不可压缩的，气体遵循理想气体定律被压缩。

我们得出以下结论：

·由于温度引起的显示偏移与体积和相应的通道直径成线性关系；

·体积必须最小化，而管直径必须最大化，理想情况下，液体体积应符合要求的显示体积(120mm长通道和读数舒适度)；

·在液体/空气(线性通道)或液体/液体双重界面(闭环通道)的情况下，则需要一个顺应性腔室；和

·贮存器的材料热膨胀系数可以与液体的热膨胀系数匹配。

气体的热效应

在液/气界面的情况下，气体被容纳在显示室和减压室中。他们遵循理想气体定律。

P·V＝n·R·T

对于等容过程(无材料或液体膨胀)，以15℃为中心的温度变化为25℃时，气体的压力变化为8.7％，该压力变化与设计的兼容部分直接相互作用。

气体溶解和蒸气压力

在具有刚性压缩室的液-气显示器的情况下，随着显示的前进，一些气体将会溶解在液体中。重置后，该气体将被释放。这部分的目的是确定在显示器中是否存在出现气泡的风险，并将显示一分为二。

在给定压力下，溶解在给定数量的液体中的气体摩尔数的计算公式为：

n_dissolved＝P·V_liqnd·k_H

在这个方程式中，k_H是常数，取决于液体和气体。

在显示末尾，压缩室内达到的压力计算为：

V_chamber＝κ₁·V_tube

系统中可用的液体总量等于贮存器体积(容积)。贮存器体积(容积)本身可以表示为：

V_reservoir＝κ₂·V_tube

因此，重置后能够脱气的摩尔数可以计算为：

n_{deg as sin g}＝n_{dissolvsd_final}-n_{dissolved-initial}

n_{deg as sin g}＝P_final·V_reservoir·k_H-P_initial·V_reservoir·k_H

然后可以用理想气体定律来计算相应的体积，该定律指出：

P_init·V_{deg as sin g}＝n_{deg as sin g}·R_gas·T_ambienf

可以看到，最后一个表达式依赖于三个参数：

·管的体积(容积)

·管体积(容积)与减压室体积(容积)之比

·管体积(容积)与贮存器体积(容积)之比

如果我们不希望在显示器中出现一直保留在其中的气泡，则可以采用以下标准：脱气气体的体积不应占据直径等于或大于管直径的球形气泡。这样，如果气泡小于管，则很可能会朝着贮存器或减压室迁移，因此在显示器中不可见。因此，我们希望：

该计算是针对一系列输入参数进行的，并考虑到氦在水中的溶解度。氦在水中的溶解度为：

k_{H_He}＝3.7·10^-4[mol/l·atm]

这是一个非常低的值(空气：k_H＝7.8·10^-4，氨：kH≈50)。计算结果示于图56。

结论：

·在考虑的假设下，不可能有直径小于管直径的除气气泡

·即使气泡/管的比率为2，也仅限于非常大的管，大的室体积和相对较小的贮存器

·在这些假设下，似乎很难保证没有气泡会破坏液体显示

·这往往表明液体-真空或液-液显示器应当是优选的能源预算计算

市售的锂/锰和锂/单氟化碳纽扣电池提供3V的标称电压(端点2V)和约100-600mAh的电池容量。电池组电池型号为CR2025至CR2450和BR，外部尺寸为

至

以下计算示出了用3V(端电压3V)和210mAh(在括号中的最坏的情况下)的单个纽扣电池2年可用的能量预算：

·5分钟冲程的量：210'400(<1s)

·12小时“回程”冲程的量：1461(<30s)

·调整量(5/月)：120(<5s)给出：

·步进寿命：70.675小时，最坏的情况

·用机械复位的步进寿命(复位期间致动器未激活)：58.3小时为初始原型URS选择的原型压电致动微型电机SQUIGGLE的计算：

消耗功率：330mW

·给出电流消耗：110mA

·SQUIGGLE总寿命：210mAh/110mA＝1.9小时或只有预期寿命的2.7％

值表明，能源预算与消耗预算的数量级不同。可以以较低的功耗驱动SQUIGGLE，但即使功耗降低10倍，寿命也只能延长到27％。数据表表明，对于15gf的轴向负载，最小驱动功率约为150mW，以实现1mm/s的位移。

在定义了由1个电池组电池给出的能量预算的情况下，每个步进的理论可用能量为(最坏情况)：

·纽扣电池能量：210mAh x 3V＝2270J

·平均能耗：10.7mJ

·平均功耗：8.9mW(1s冲程，30s复位冲程，5s调整)

在最坏的情况下，超过82％的致动时间处于时钟功能5分钟步进(1s致动)中，并且可以通过较短的致动方法来显著减少。在此计算中，剩余的致动器复位时间为17％，根据选择的设计(无压力，顺应性腔室)，该时间也可以大大减少。调整可以忽略不计。

对于额外纽扣电池(加倍容量)设计必须考虑可得到的余量，并尽可能减少步进和复位的致动时间。设计也可以实现基于在螺旋弹簧中的能量存储，用于机械重新加载，但是，致动操作必须抵抗弹簧加载。

此计算中未包含的其他需要电能的功能：

·单片机

·位置传感器(最小1/5min，调整期间更多)

·数码时钟

·背景光LED(1/天，每次使用10秒钟，2.03小时/2年)

·按钮指示器低功耗蓝色LED(每天12小时，8760小时/2年)

LED功耗：

市场上出售的低功耗LED需要标称电压为2.2V，电流为1mA，提供功率为2.2mW。·按钮LED的能耗为1388J(！)

·背景光LED(3V标称值，20mA)：438J

因此，必须重新确定LED按钮灯的持续时间和强度，以减少其消耗。致动器的能量预算将少于容量的20％。

在这里，我们描述压力计算。在具有液/气界面和刚性减压室的显示器的情况下，随着气体在压缩室中被压缩，压力将在液体前进的同时线性增加。最终压力将取决于两个参数：

·管部分，其确定了必须压缩的气体量

·减压室体积

因此，最终压力可以计算为

压缩室中最终压力随这些参数的变化关系如图57所示。相同的值在图58中表示为等高线图。

从这些图中可以看出，很容易达到很大的压力。这既会导致致动器的能耗增加，又会给指示器带来更高的机械要求。可以采取以下限制这些约束的措施。减压室体积(容积)可以最大化，这涉及整体尺寸的增加。还有，管段可以最小化，但是这可能会影响可见性。此外，可以使用液-液界面，其在管的每个端部都需要一个顺应性的贮存器，或者作为替代方案，管做成环路，它不需要任何类型的贮存器空间。

在这里，我们描述具有刚性减压室的活塞力计算，即活塞反作用力。对于具有活塞和液-气界面的系统，作用在活塞上的力将随着指示器中液体的进行而线性地变化。反过来，这将转换为取决于活塞截面的力，可以写成：

作为管直径、室体积和活塞直径的函数，作用在活塞上的最大力在图59中给出。可以看到，在图形的很大一部分上，最大力不超过1[N]。

在图60中示出了作为活塞直径和管直径的函数的活塞冲程。必须根据装置的尺寸限制进行设置，但将会影响泵的能耗，因为更大的活塞将需要更多的力来致动。

机械功率定义为：

d_冲程为对于一个5分钟的增量活塞必须提供的距离，d_{overall冲程}是先前计算的活塞总冲程长度，t_冲程是冲程持续时间，定义为1[s]。由于致动器力随显示的进行线性地增加，因此最大计算力的一半被认为是平均所需力。

然后所需的电功率可以计算为：

其中total是考虑到电气和机械功率损耗的系统的整体效率。然后可以绘制功耗的等值面，如图61所示。总体允许的功耗估计为11[mW]，例如一个纽扣电池可以在连续运行的两年中为系统供电。

考虑到总效率低于30％来为平均能耗设置合理的限制，则该值可以达到3[mW]。为了计算最大允许功率消耗，假设使用向前运动期间产生的压力来完成返回，即不必为返回而激活致动器。

可见，功率消耗的趋势与力的趋势不同。这是由于以下事实：虽然较大的活塞需要更大的力，但其冲程距离却大大减小了。

这里我们描述了活塞的返回时间与返回力的关系。图62中示出了液体-真空系统的示意图。在该系统中，由真空施加的力必须由回位弹簧力来补偿，以使系统处于平衡状态。另外，必须施加力以使返回足够快地完成。

注意，在具有顺应压缩室的液-气界面中或在液-液系统中，情况是相同的，只是不存在由真空产生的吸力，这会降低总力。

在一定的压差下，并假设流动是层流，管中的流量计算如下：

其中，R_tube是管对液体前进的流体阻力。可以通过泊肃叶定律计算为：

如果我们考虑从完全填充的显示器中完全返回液体，则流体阻力将随着液体的前进而稳定下降。平均流体阻力将等于管总长度一半的阻力。然而，如果界面是液-液界面，则流体阻力将不会随着液体的前进而改变。因此，两种情况下计算速度如下：

因此液体的返回速度决定于四个参数：

·复位弹簧力

·管半径

·液体粘度

·活塞半径

最长的指定返回时间为30[s]。

在图63中示出了硅酮-硅酮界面的返回时间的等值面，返回时间是管和活塞半径以及返回力的函数，在图64中显示了水-水界面的情况。可以看到，在两种情况下，返回需要30秒或更长时间的情况是例外的。但是，如果需要更快的返回，则在选择尺寸时应格外小心。

在这里，我们描述螺旋齿轮扭矩计算和一般的螺旋公式。在任何给定时间作用在螺旋上的力如图65所示。存在的变量是活塞的力(F)，在螺旋上产生扭矩的等效垂直力(R)，螺旋线的切线和经过该点的圆的切线之间的夹角(α)(计算如下)，由摩擦引起的相加角()计算为a tan()，其中μ是摩擦系数，而扭矩(M)是转动螺旋齿轮所需的扭矩。

在任何点计算α为：

因此，所需扭矩写为：

M＝F·tan(α+ρ)·r(Θ)

在这里，我们描述恒转矩螺旋计算。如果要使用刚性压缩室，则必须配上相应的螺旋形状，以保持驱动器上的扭矩恒定。如果在这种情况下使用对数螺旋，则扭矩将随着显示的前进而增大，这将需要实现在大多数冲程距离上过大尺寸的驱动，以便能够在冲程末端提供足够的扭矩。

图66用一些关键值示出了广义螺旋系统。压缩室中的压力可以写为：

已知：

L_pision＝r(Θ)-r(0)，F_piston(Θ)＝(P_chamber(Θ)-P_atmosphere)·S_puston

于是：

在这个计算中，我们希望驱动器具有恒定的扭矩。如上一节所述，扭矩计算如下：

MΘ＝F(Θ)·tan(α(Θ)+ρ)·r(Θ)

为了求解该方程，我们假定摩擦的影响为零。我们知道，螺旋角α可以计算为：

因此，扭矩可以近似地计算为：

恒定转矩意味着我们希望作为螺旋角位置函数的转矩的导数为零。因此：

由于力取决于角度，因此导致一个复杂的二阶微分方程。如果选择包含螺旋齿轮和液-气界面的解决方案，则螺旋形状被数值计算。

注意，如果使用除阿基米德螺线以外的任何形状的螺线，由于螺线的距离增量将不会随角度保持恒定，因此电动机执行的步距将不会随活塞的运动而恒定。

这里我们描述阿基米德螺线的计算。阿基米德螺线是最简单的形状之一，其公式如下：

r(Θ)＝a+b·Θ

图67示出了这样一种螺线。其特殊之处在于，对于给定的螺旋旋转，无论角度如何，压在其上的活塞的线性位移始终恒定。对于其他螺线形状情况就不是这样。如果要使用除阿基米德螺线以外的任何其他螺线，为了实现指示器的恒定位移，则电动机的转速将不是恒定的。

阿基米德螺线具有如下特性：螺线倾斜角α随着角位置Θ的行进而减小，这本身又减小了所需的扭矩。下文中提出了一种可能的解决方案，用于必须在刚性室内压缩气体的情况。

如前一章所计算的，由致动器为普通螺旋压缩气体提供的扭矩为：

M(Θ)＝F(Θ)·tan(α(Θ)+ρ)·r(Θ)

在阿基米德螺线中，螺线倾斜角的计算公式为：

而扭矩为：

M(Θ)＝F(Θ)·tan(α(Θ)+ρ)·r(Θ)

忽略摩擦的影响，可以这样写：

M(Θ)＝F(Θ)·b

在这里，我们描述液-气界面的扭矩计算，用在上一节中建立了的力计算，以描述恒定扭矩螺旋计算。我们可以写成：

在我们规定的情况下，螺线只有一圈。因此，将螺线的参数定义为螺线的最小半径，它仅具有设计重要性。

b＝d_{ovarall_stroks}/2·π

因此，如：

值得注意的是，对于阿基米德螺线，如果忽略摩擦，则扭矩特性并不取决于螺线的几何形状。可以解释如下：如果螺旋具有高倾斜角，则活塞的冲程将更长，这意味着其表面将更低。这又将导致在活塞表面上施加较低的压力，从而补偿了较大的倾斜角。

请注意，贮存器的体积在计算中不起作用，因为根据定义，它等于管的体积。贮存器只需根据管的尺寸来缩放。

通过将室体积表示为管体积的函数，可以简化最后一个方程式，例如：

V_chamber＝V_tube·κ

值得注意的是，扭矩仍然取决于管直径的绝对值。但是，对于转矩随角位置的变化，比率本身很重要。图68示出了对于2[mm]的管径，扭矩随室体积与管体积之比以及角位置的变化曲线。

图69中相同的曲线表示为不同比例的削减。可以看出，如果对于室体积使用2以上的比例，则可使扭矩保持相对稳定。

可以看出，这些近似计算忽略了摩擦，这导致在轮旋转开始时为零扭矩。当然，必须考虑摩擦以得到精确的结果。

我们得出的结论是，利阿基米德螺线将简化电机控制，因为每个电机位置增量对应于恒定的液位增量。但是，这种螺旋几何形状随着其角度位置变化需要可变的扭矩。只有当压缩室的体积大于管体积的两倍时，才有可能用阿基米德螺线保持扭矩稳定。如果装置更紧凑，则应使用恒定转矩螺旋。或者，使用液-液或液体-真空界面可以避免该问题。

在这里，我们描述液-液界面的扭矩计算。在液-液或液体-真空界面的情况下，作用在活塞上的力被认为是恒定的。在这种情况下，扭矩可以计算为：

M(Θ)＝F(Θ)·b

M＝F·b

可以看出扭矩是恒定的，并且仅取决于螺旋的整个冲程。按照5.8中确定的计算，力将被确定为确保在贮存器中的液体足够迅速地返回的最小力。复位弹簧力可以作为希望的返回时间的函数计算，于是写成：

因此，扭矩可以计算为：

这确实是一个了不起的结果。在这种情况下所需的扭矩仅取决于所考虑的流体的粘度，并取决于所希望的返回时间，管长已给出。

对于液体-真空界面，该扭矩将被二除，在这种情况下，它是在液体返回期间管的平均流体阻力。

可以看出所需的扭矩直接取决于液体的粘度。对于水和硅油最终所需扭矩示于图70中。可以看出，由于水和硅油之间的粘度不同，扭矩要求最终会显著不同。但是，在两种情况下，转矩都保持在合理的范围内。

值得注意的是，在忽略摩擦的这个第一近似中，对于液-液或液体-真空界面，扭矩通常比液-气界面低一个数量级。

在这里，我们描述电润湿和功耗。电润湿原理的简图如图71所示。如该图的右侧所示，电润湿显示器可以表示为电容器阵列。当液滴必须被移位时，为液滴旁边的电极提供电流，这会减小该点的表面张力，从而拖动该液滴。供电的电极连接到由绝缘和憎水化生成的电容器，电容器的接地电极是水滴本身。

扁平电容器的值计算如下：

在我们的情况下，电极为矩形，并且电容器由两个连续的层(绝缘层和憎水层)构成。然而，憎水层太薄而不能提供电绝缘。绝缘层的特性是：

层	材料	厚度	介电常数
				绝缘	聚氯代对二甲苯	800[nm]	3.15<sup>2</sup>

电极的尺寸可以确定如下：

·长度＝0.833[mm]→120[mm]，分为144个电极

·宽度＝1[mm]，假设

然后，以C＝29[pF]近似计算电容器值。这个值与文献中的典型值相对应，并且也是普通的电容感测芯片容易测量的值。

假设电容器在此过程中已充满电，则一步增量功耗的第一个假设于是可以通过以下方法完成：

Q_capacitor＝C·U＝I·t

目的是在尽可能小的电压下进行位移。如果考虑图72中所示的结果，则用20[V]的电压(3[Hz])移动液滴看起来是可能的。因此，位移时间为0.3[s]，所需功率为0.038[μW]。

我们得出的结论是，之前计算出的功率值应视为数量级的指标。应该进行精确的计算和测试以确认该值。功率似乎极低。这个数量级在文献中得到证实。除此消耗外，还应加上电子设备的消耗。

现在我们描述实施例表示和评级。形态学逻辑框方法旨在将针对装置的不同功能提出的解决方案进行组合，以生成完整的概念。保留的解决方案以及全局组合的摘要在图73中给出。正如所看到的，每个致动方法都设计了一个概念，因为该功能是装置的核心。因此，在下面介绍五个不同的概念。请注意，虽然液柱感测完全取决于所选的致动方法，但对于界面却并非如此。对于某些提出的概念，提出的界面仍然可以更改。图74提供了五个不同的概念。本节介绍在后一部分介绍的两种解决方案的初步设计。“假设”部分介绍了出于实际原因或为了简化计算而假定的参数。“初步设计选择”部分介绍了导致其他参数的计算。

在此，我们描述实施例1—螺旋凸轮。由于在这个阶段将不进行完全优化，因此将假定一些参数。它们表示在图75中。

在这里，我们描述现成的钟表机芯。步进电机在制表业中被广泛使用，例如以发明家的名字命名的“Lavet”电机。市场上有几种现成的手表机芯，它们具有以下主要特点：

扭矩：齿轮减速后，第二个轴上的扭矩为5-18μNm，时轮上的扭矩最大为1-3mNm；标称电压：1.5V；

典型功耗：2μA(空载)；

采用电池氧化银

设计，预期寿命：<2年；

每Mio零件/年的价格：0.45(塑料)至2.25(金属)USD(美元)。

钟表机芯无法解决可变长度的显示管。示例如图77所示。

低成本的塑料和金属手表机芯通常具有一个齿轮系，用于处理秒轮，分钟轮(可选)和时轮。设计有时还包括一个摩擦离合器，允许在不转动电机的情况下通过设置柄来调整时间(小时和分钟)。

手表机芯的结构如图78A中的数字石英表和图78B中的机械表所示。

时轮很有趣，因为它位于机芯组件的顶部，并且可以直接连接到装置的螺旋凸轮。机芯已经具有24小时/天的量纲，并且能够很容易适用于示范者设计。

在这里，我们描述使用OEM手表机芯的时间调整。对于市场上可买到的手表，步进电机会连续增加时间，从而在24小时周期内提供6°/秒，6°/分钟和15°/小时的微小的分辨率。在调整的情况下，在12小时时间分辨率中通过作用于小时和分钟齿轮系，使时间相对地适应于新时间。步进电机将以新的相对时间指示增加时间。

对于模拟液体手表的实施例，必须考虑以下因素。

时间在24小时范围内相对可调(12小时用于显示，24小时用于按钮LED指示器)。时间增量不是开环的，因为每隔12小时就会发生一次重置，并且必须与上午6点或下午6点的值匹配。在这方面，液体显示和相对的时轮的耦合必须完全匹配(开环时间显示)。

除非在装置组装过程中活塞尺寸和贮存器进行适应，否则不能根据可变的通道长度标定液体显示。

对于完全机械化的手表机芯(ETA，lemania，...)集成，注意事项是相同的。能源预算待定。初步设计侧重于低成本塑料手表机芯。

在这里，我们描述初步的设计选择。贮存器是我们系统中最关键的部分。关键标准是显示器与活塞在贮存器中前进的线性关系。对于直线缸中运行的活塞来说，这种线性度是完美的，但是即使使用波纹管贮存器也很难实现。另外，由于我们必然要以相对较小的力运行，因此贮存器本身不应具有弹簧刚度。

为此，选择的是带活塞的设计，以及采用滚动隔膜的密封。这样，通过活塞致动可将线性保持在最大状态，而通过滚动隔膜可实现密封。

贮存器弹簧所需的返回力取决于所需的返回时间，和毛细作用力，其归因于在两种液体界面处的表面张力。

对于一定返回时间的作用力已在较早的部分进行了计算。这里整合了毛细作用。

毛细作用力计算如下：

F_capillary＝2·π·r_tube·γ_{water-hepiane}·cos(Θ_contact)

对于该方程式中的未知参数，采用以下值：

·γ_water-heptane＝51[mN.m^-1]⁵

·Θc_ontact＝45°→假定值

因此，在直径为1[mm]的管中的毛细力为94[μN]。这个力相对于其他成分可以忽略不计。

如果考虑圆柱形的贮存器，则回位弹簧力和贮存器高度随贮存器直径的变化关系示于图79。可以看出，在所有情况下，回位弹簧力都较低。因此，将贮存器的尺寸确定为便于实际操作。

研发了这种实施例的三种不同设计：

11[mm]贮存器直径，1[mm]冲程，圆形显示；

5[mm]贮存器直径，4.5[mm]冲程，圆形显示；和

5[mm]贮存器直径，4.5[mm]冲程，线性显示。

之所以研发这两种贮存器设计是因为，就杂乱的方面而言，扁平的贮存器似乎更合适。但是，扁平的贮存器意味着短冲程，这在凸轮上施加了较高的公差。例如，第一个设计的冲程为1[mm]，每个时间步长的活塞垂直位移为6.9[μm]。这对于凸轮的公差至关重要。

注意，在所有情况下，将考虑平均回位弹簧力为50[mN]。这优于要求，但是将很难以10[mN]的标称力可靠地控制弹簧的力。

在此，我们将实施例1描述为扁平形式。实施例1的扁平形式在图80A中示出，具有机芯和指示管。显然，采用这种设计，贮存器仅占总体积的一小部分。

图80B中示出了该组件的侧视图，图80C中示出了该组件的正视图。请注意，仍然可以对总尺寸进行重大优化。还要注意，在这种初步设计中，拨针轮在手表中。凸轮可以在前视图中看到：它处在“零”位置。当手表机构旋转凸轮时，它压在活塞上，活塞驱动液体。

图81中示出了贮存器的横截面。滚动隔膜以绿色表示，而活塞以红色表示轮廓。在这种配置中，贮存器处于其“零”位置，其中指示剂液体完全在贮存器中，而其他液体大多数则在管中。随着活塞的前进，它将水推出，并为该膜后面的庚烷释放了空间。

再一次说，该结构设计成以便易于加工。它并不代表最优。

图82只示出了单独的凸轮视图。该轮的设计使其在一转内可提供1[mm]冲程。在此，我们将实施例1描述为长的环形形式。具有长的贮存器的实施例1的俯视图在图83A中示出。具有剖切贮存器区域的侧视图在图83B中示出。贮存器的设计与扁平贮存器的情况相同。

值得注意的是，具有较长贮存器的配置可实现更紧凑的整体包装，这是出乎意料的。显示器的所有组件都集成在直径为44[mm]的显示器中，即使在这种未优化的情况下，组件的整体厚度也较小。此外，不必考虑为了活塞的冲程而增加体积。

图84示出了实施例1，其具有先前提出的机构，被封装在手表中。在这个实施例中，手表的前部是一块扁平的不透明的面板，用十二个玻璃指示十二个小时。该机构的横截面示于图85中。请注意，对于当前机构的设计，壳体是宽敞的。例如，可以通过制作椭圆形的显示器而不是圆形的显示器来减少手表的整体尺寸和混乱程度。

在此，我们将实施例1描述为第一种变型中的长线性的形式。在图86A和图86B中以俯视图示出了实施例1的线性显示器，在图86C中以侧视图示出了实施例1的线性显示器。在这个实施例中，管具有显示器所需长度的两倍。可替代地，该系统可以在管的末端处构建有从属贮存器。但是，这里未介绍这种设计方案，因为系统的宽度受到致动器的限制，留出的空间用于管的回路。

对于带表，最好将较厚的部分集中在一端。在这种情况下，系统占用的总体积较小。

在这里，我们将实施例1描述为第二种变型中的长线性形式。另一个是在低成本手表中实现实施例1的线性形式，同时避免由于需要闭合表带而带来的限制，将其构建为柔性表带手表，例如，如图87所示。

图88示出了在这个设计中提供的螺旋凸轮机构。可以看出，该机构本身可以集合在一个相对较小的封壳中，在最终的装置中，其形状可以做成表带本身的产物。这个封壳的表面可以是不透明的，可选地具有制造商的LOGO。

在这里，我们将实施例1描述为“S”形的变型。基于后者的表带设计，图89中示出了具有S形的显示器的变型。在这种设计中，柔性管完全嵌入柔性表带中，使手表可以戴在手腕上。由于该机构太大无法放置在S形的两端，因此它位于手腕下方。

显示器本身应采用较硬的材料，以保持其形状。请注意，这也可以通过将柔性管嵌入较硬的显示器外壳中来实现，该外壳也可以带有时间标记。

在这里，我们描述作用在实施例1的系统上的力。在一般活塞的情况下，作用在活塞上的力如图90所示。总力等于弹簧力与密封圈施加的摩擦力之和。

弹簧的力规定为50[mN]。

必须估计密封力。考虑到密封件和活塞之间的界面处的压力为0.5bar，为了实现足够的密封，并考虑到密封件的内径为1[mm]，高度为1[mm]，施加在活塞上的径向力为0.157[N]。假设最坏的情况密封件的橡胶与活塞的特氟隆之间的的摩擦系数为1，这将在活塞上产生157[mN]的附加力。

在这里，我们描述实施例1的系统的扭矩计算。如一般螺旋公式的部分中所示，螺旋上的扭矩计算为：

M＝F·tan(α+ρ)·r(Θ)

ρ＝a tan(μ)

扁平设计扭矩要求。

在我们的情况下，可以利用以下值：

·F＝200[mN]，考虑弹簧和摩擦

·h_stroke＝1[mm]

·r＝14.5[mm]

·μ＝0.05，考虑到钢制凸轮和特氟龙活塞

这导致所需的扭矩为：M＝176[μNm]。

长型设计扭矩要求。

以下参数用于长型设计：

·F＝200[mN]，考虑弹簧和摩擦

·h_stroke＝4.5[mm]

·螺旋方程：r(theta)＝2[mm]+4.5[mm]·theta/(2·π)

·μ＝0.05，考虑到钢制凸轮和特氟隆活塞

因此，在图91中示出了扭矩与凸轮角度位置的关系。平均扭矩为187[μNm].。

具有线性显示器的长型设计应具有两倍大的弹簧力，因为管的长度是两倍。但是，在使用环形显示器的情况下，弹簧力被高估了，因此同样的力也可以施加到线性显示器上。

两个实施例的扭矩在图92中示出。

值得注意的是，与最低摩擦系数的长型设计相比，扁平设计需要较低的扭矩，但具有其他摩擦系数的相比，需要较高的扭矩。这可以解释如下；扭矩M计算如下：

M＝F·tan(α+ρ)·r(Θ)

另外，术语tan(α+p)可以分解为：

因此，如果角度较大(正如具有长型设计的情况一样)，则增大摩擦角对总体效果的影响较小。

然而，扭矩值对于两个实施例以及两个考虑的摩擦系数都是合理的。作为比较，ETA 802.001,6 3/4”x 8”手表机芯，在分钟轴上的典型扭矩为250[μNm]。在不考虑摩擦的情况下，小时轴上的扭矩应为该扭矩的12倍。因此存在很大的余量。

相同的机芯的典型电流消耗为0.95[μA]。因此，为该机芯供电两年需要电池容量为16.6[mAh](不考虑其他元件例如LED的能耗)。

进行计算时考虑到碳化钨(WC)，因为特氟隆活塞在装置的整个使用寿命期间都会有磨损的危险，特别是考虑到高端装置应具有较高的耐用性。蓝宝石-蓝宝石界面的摩擦力也很低，但是加工用蓝宝石做材料的凸轮是一项挑战。然而，碳化钨几乎和蓝宝石一样坚硬，而它的加工加工是众所周知的，因为许多钻头都是用这种材料加工而成的。

在这里，我们描述实施例2-电润湿。

在另一个实施例中，图93中示出了用于电润湿显示器的简化驱动器电路的示意图。在此图中可以看到以下元件：

灯泡LI对应于电极的状态；

电源L0对应于前一个电极的状态；和

电源L2对应于下一个电极的状态。

这个系统只需要两个参数即可工作，即指示何时切换的时钟信号CLK和指示液滴应沿哪个方向移动的方向DIRECT。

电极本身将被连接，如图94示意性示出。这样，可以通过寻址三组电极而不是分别寻址每个电极来实现致动。

对于每个电极组，应在这个电路的下游安装另外两个组件。

一个安装为不稳定的门，以产生有限长度的脉冲，一个将驱动电压施加到电极上的继电器。

在这里，我们描述一种简化的传感电路。如上一章所述，对所有电极进行全面检测不允许将电极连接到简化的驱动电路。另外，这需要使用144个电极，这将使整个系统在电气上非常复杂。由于这个原因，提出图95中所示的组件。在这个系统中，为了驱动液滴，所有敏感电极都接地，并且将驱动信号施加到驱动电极。为了检测液滴的位置，将驱动电极接地，并在敏感电极上读取位置。

这个系统只允许检测近似位置。因此，只能在假定液滴安全地保持在其位置超过在15分钟的情况下使用。

在图96中示意性地示出了全部驱动电子设备的示意图。这个图整合了主要部件和一些电极。请注意，既未示出所有的导线，也未显示使系统运行所需的无源组件。图97是驱动系统所需的所有组件的列表。注意，如果这个产品是批量生产的，则可以通过研发定制IC来减小尺寸和降低成本。此外，后一个表中示出的组件只是出于粗略设计目的的暂定清单，而不是优化的解决方案。

具有上述组件的电润湿显示器的实施方式的俯视图和侧视图在图98中示出。值得注意的是，对显示器长度和纽扣电池宽度的尺寸限制，为电子设备留出了很大的空间。

另外要注意的是，尽管在这个图中被表示为扁平装置，但是基板可以是柔性印刷电路，从而可以将其缠绕在手腕上。

下表列出了上述组件的功耗的粗略估算：

ID	元素	平均功耗
			1	电容传感芯片	5[nA]
2	微控制器	0.5[μA]
			3	升压	7[μA]
4	显示	可忽略不计
				总	0.5[μA]

通过这个计算，我们可以得出结论：要使系统在不更换电池的情况下运行两年，就需要10[mAh]电池组。这可以用标准纽扣电池实现。尽管显示器本身的功耗非常有限，但是很明显，与简单的机械解决方案相比，不同组件的功耗使这个解决方案的能耗比较高。请注意，如果为这个应用使用定制IC，则会进一步降低功耗。

设计理念

下面介绍基于表芯的流体概念。概念1是标准手表外壳中的环形流体通道，概念2是包含在柔性表带中的弹性线性流体通道，概念3是形状为“S”的显示器中的流体通道。下面还介绍了电润湿概念。概念4是电润湿设计。

在这里，我们描述了流体概念/手表机芯结合。流体的概念是基于手表的机芯。低成本的电动或高端机械的机芯的结合是可行的。这在图99A至图99E中示出。

在这里，我们描述流体概念/组装。凸轮组装在机芯的小时部件902上。流体通道组件连接到贮存器和灌注器904。组装在壳体中，具有与OEM机芯有关的机械参考。可能将秒针装配在相应的配件上或附加的基于机芯的时间复合体。这在图100A到图100D中显示。

在这里，我们描述概念1。标准腕表外壳中的一个环形流体通道。该设计可以接近“普通”腕表。通道环形位于外壳中。流体设计要防止外界影响。在显示窗口的下方、上方或内部可能会出现可变的通道形状。可以显示流体/机械组件。可能会显示更高端的手表机制或复合体。

手表中的概念1集合如图101A至图101F所示。图102A示出了一个355°显示器变型，位于6am/pm。图102B示出了一个330°显示器变型，其流体机构居中。图102C显示了360°的显示变型/！\小时长度随着通道沿半径扩展而增加。

在这里，我们描述概念2。将弹性线性流体通道结合到柔性表带中。与手表相比，这种设计是“反向的”，壳体戴在手腕下面。通道在表带中，表带和通道均具有弹性。表带无法打开。表带没有固定夹。用户必须在手指和手掌上拉伸表带以适应手腕。该通道是围绕手腕的环形，可以是双绕的或不同的形状。流体设计不受外部影响。它必须抵抗多个拉伸循环。如果用户在通道上施加压力，可能会损坏该机构。壳体的正面和背面可以是透明的，以显示机制。概念2的集成显示在图103A至图103H中。

在这里，我们以弹性线性概念变型描述概念2。该机构还可以在壳体内部包括秒针和分针。凸轮(时针)可以整合指示器(时针)。该表在表带上将具有流体的时间显示，在腕部下方的壳体将具有指针显示。此概念如图104所示。

在这里，我们描述概念2B。这款手表可以作为在闭环表带中具有流体通道的概念1佩戴。此概念如图105所示。

在这里我们描述概念3A。流体通道位于“S”形显示器.。与手表相比，设计是“反转”的，壳体戴在手腕以下。通道在表带中，表带和通道都是半弹性的。表带无法打开。表带没有固定夹。用户通过在手指和手掌拉伸表带和显示器来将其戴上。通道玻璃位于手腕周围。流体设计不受外部影响。它必须抵抗多个拉伸循环。如果用户在通道上施加压力，可能会损坏该机构。壳体的正面和背面可以是透明的，以显示该机构。图106A至图106F中示出了此概念。

在这里，我们描述概念3B。该通道在带有打开系统的“S”显示器中。通道加倍，并有一个返回分支，返回到壳体中的减压室。表带可以在另一个分支上打开。通道部分围绕手腕。流体设计不受外部影响。它必须抵抗多个绘制循环。如果用户在通道上施加压力，可能会损坏该机构。壳体的正面和背面可以是透明的，以显示该机构。概念3B允许显示器壳体的互换性(高端)，这对于概念3A是不可能的。此概念如图107所示。

在这里，我们描述了电润湿的概念。这在这里称为概念4。流体概念基于电润湿。它使用电容感测，并在相同的电极上致动。该设计基于矩形通道。组件是分层的，可以弯曲。

图108显示了带有透明ITO电极和电子组件的PCB。图109A和图109B示出了图108的细节A。在图109A中，敏感电极被着重示出。在图109B中，驱动电极被着重示出。图110示出了电润湿的示意图，例如在在图43、图45、图71中提供。参考图96，该图示出了驱动电子设备的完整示意图。

概念4可能具有以下变型。在概念4A中，手腕周围的时间线与概念2相似。此结构无法拉伸。因此，该表具有常规的剪裁表带。在概念4B中，时间在标准表壳中显示。3个液滴在不同的通道中移动。每个通道都有标度，并在三个同心圆上分别表示秒，分钟和小时。

图111示出了基于电润湿的表带上的时间指示。图112详细示出了图111的时间指示。图113显示了表带的关闭装置。

本发明可以通过以下特征集来概括：

1.一种用于流体显示的装置，包括流体，其中所述流体通过电润湿过程被移位，所述装置填充有至少两种不互溶的流体，而一种流体位于由参考电极和控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和至少一个第二控制电极产生的电场内，以便第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或移动。

2.特征集1的装置，其中被移位的流体是至少一个液滴。

3.特征集1的装置，其中所述流体是透明的或半透明的或不透明的。

4.特征集1的装置，其中所述流体显示动画。

5.特征集1的装置，其中所述流体沿着标记移动以指示测量值。

6.特征集1的装置，其中所述参考电极未分开的或分成几个部分。

7.特征集1的装置，其中所述参考电极与所述流体直接电接触或与所述流体隔离。

8.特征集1的装置，其中所述控制电极通过介电层与所述流体隔离。

9.特征集1的装置，其中所述参考电极位于与所述控制电极的表面相对或相邻的位置。

10.一种按顺序切换特征集1的装置的控制电极的方法以便使一部分流体在装置内被移位。

11.特征集10的方法，其中所述控制电极由AC或DC电压激活。

12.一种按顺序向特征集1的装置的控制电极供电的方法以便使流体相对于控制电极的位置被检测。

13.一种装置，包括特征集5的装置，其中所有电极都是透明的，并且标记位于电极下方。

14.特征集13的装置，其中可互换的标记被提供给用户以定制其装置。

15.一种时计，包括前述特征集中任一项所述的装置，所述测量值是时间。

16.特征集1的装置，填充有至少两种不互溶的流体，而一种流体位于由参考电极和控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和至少一个第二控制电极产生的电场内，以便第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或运动。

17.特征集16的装置，其中被移位的流体是至少一个液滴。

18.特征集16的装置，其中所述流体是透明的或半透明的或不透明的。

19.特征集16的装置，其中所述流体正在显示动画。

20.特征集16的装置，其中所述流体沿着标记移动以指示测量值。

21.特征集17的装置，其中所述参考电极未分割的或分割成几个部分。

22.特征集17的装置，其中所述参考电极与所述流体直接电接触或与所述流体隔离。

23.特征集17的装置，其中所述控制电极通过介电层与所述流体隔离。

24.特征集17的装置，其中所述参考电极位于与所述控制电极的表面相对或相邻的位置。

25.一种按顺序切换特征集17的装置的控制电极的方法以使一部分流体在装置内被移位。

26.特征集25的方法，其中所述控制电极由AC或DC电压激活。

27.一种按顺序给特征集17的指示器的控制电极供电的方法以便使流体相对于控制电极的位置被检测。

28.一种装置，包括特征集21的装置，其中所有电极都是透明的，并且标记位于电极下方。

29.特征集28的装置，其中可互换的标记被提供给用户以定制其装置。

30.一种时计，包括前述特征集中任一项所述的装置，所述测量值是时间。

31.一种装置，包括指示测量值或产生美学形状的流体，其中所述流体通过电润湿过程被移位，所述装置填充有至少两种不互溶的流体，而一种流体位于由参考电极和控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和至少一个第二控制电极产生的电场内，以便第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或运动，其中可选地，至少一个控制电极的尺寸大于0.01毫米，并且大到足以被人眼看见。

32.特征集19的装置，其中存在至少一个控制电极，该控制电极被设计成用于表示美学形状。

33.特征集32的装置，其中存在多个控制电极，用于聚集流体液滴并引导它们到控制电极所形成的美学形状的区域上。

34.一种切换特征集33的装置的控制电极的方法以便使流体变形以便获得另一种流体的至少一个封闭部分。

35.一种切换特征集34的指示器的控制电极的方法以便使流体液滴分离成两个或更多个液滴。

36.一种用于流体显示的装置，包括流体，其中所述流体通过电润湿过程被移位，所述装置填充有至少两种不互溶流体，而一种流体被控制电极产生的电场激活，其中该电极的激活产生至少一种流体的变形或运动。

本发明可以是包括流体显示器的可佩戴的装置，该流体显示器由至少一种活性液体和非活性流体组成。如本说明书中所述，通过输入动作使至少一种流体运动。(多个)流体的运动可以是动画或指示的形式。(多个)流体的运动也可以产生3D效果。

活性液体是极性溶剂，不能与非活性流体混溶，并且具有较高的表面能。非活性流体具有低能量表面，不能与活性液体混溶，并且粘度低。非活性流体可以是气态或液态，并且如果在本发明中用作液体，则其优选是无极性/非极性溶剂。活性液体的熔点低于-20℃，沸点高于+80℃。如果在室温下以液体形式用于本发明中，则非活性流体的熔点低于-20℃，沸点高于+80℃。如果在室温下以气体形式用于本发明中，则非活性流体的沸点低于-20℃。

活性液体和/或非活性液体的表面活性剂是透明的，在所公开的温度范围内化学稳定，向相邻电介质的扩散速率低，具有大分子尺寸，并且对电场的抵抗力强。表面活性剂可以是离子的(例如阳离子，两性离子或阴离子)或非离子的。表面活性剂降低系统的工作电压。

液体，非活性的和/或活性的液体，可以是透明的或有色的。如果是有色的，则着色剂可以是离子性的(例如阳离子性，两性离子性或阴离子性)或非离子性的。着色剂可以是大分子的，在所公开的温度范围内化学稳定，相邻电介质的扩散速率低，对电场的抵抗力强，允许流体之间，尤其是非活性流体与活性流体之间的高对比度，并具有良好的溶解性。着色剂可以是例如有机染料，量子点，无机染料或颜料的类型。

本发明中提供的腔可以由陶瓷，聚合物或玻璃，特别是蓝色玻璃制成。如果是通道形式的空腔可以被蚀刻，如果是腔室形式的空腔可以被蚀刻并由板建成，或者由中间层制成。可以通过进一步的蚀刻步骤，层沉积和结构化步骤或热压花步骤来精制空腔。空腔的内表面粗糙度低。

用于容纳腔的基底可以由聚合物或玻璃，特别是蓝色玻璃制成，并且至少在使用者观察空腔的观察方向上基本上是透明的。基底可以是矩形的，圆形的，在内部区域(例如在中心)具有开口(例如孔)的环形的，或任何其他合适的几何形状。基底还可以用作共用电极或用作控制电极。

然而，在本发明中提出的共用和/或控制电极可以由金属(例如金或铬)或透明导电膜(TCF)(例如氧化铟锡(ITO))制成。电极的电阻率低。电极不易于熔化并且构造成在预期的工作条件下，特别是在预期的工作温度范围内不形成裂纹。介电层不需要针孔并且是共形的。

与电极的电连接位于内部或外部，并且可以通过玻璃通孔(TGV)实现。每个电极可以进行多个连接。建立连接的合适连接器是Zebra连接器，Flex连接器或Pogo插针。

介电层可以是单层或多层，可以由有机材料或氧化物层制成，并且基本上是透明的。可以通过物理气相沉积(PVD)，分子气相沉积(MVD)，等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)或原子层沉积(ALD)来施加电介质。

可将憎水涂层施加到与流体接触的表面上。该涂层是疏水和疏油涂层。此外，涂层具有低的滞后性，并且在所公开的温度范围内化学稳定。可以将结构应用于涂层。通过分子气相沉积(MVD)，浸涂，冲洗，旋涂或喷涂来沉积涂层。沉积的涂层具有恒定的厚度，均匀，基本透明和共形的。合适的材料是含氟聚合物，具有含氟聚合物的硅烷，或烷链。涂层可以任选地被固化，例如通过热固化或紫外线固化(UV固化)。

本发明的组装可以包括以下组装操作。通过激光、水力喷射、SACE或熔合将腔切割成在基板上。这些板通过激光焊接、阳极焊接、熔焊、胶合或超声焊接组装。板的组装需要板之间的良好粘合性，低收缩性，化学稳定性，子层的完整性，避免膨胀，确保密封性，避免气泡。板的组装包括但不限于，板与共用电极的组装以及板与控制电极的组装。由组装的板形成的至少一个腔通过施加的真空和激活的微滴注入而被涂底漆。在涂底漆过程中，必须对组装好的板进行定向，以便完全避免气泡。上底漆后，执行密封步骤。开口可以通过胶合、激光焊接或螺钉的插入或压配合来密封。同样在密封期间，必须完全避免气泡。

对一种流体(尤其是活性流体)的位置和/或存在的检测，可以通过电容式检测方法来实现，例如通过传输/响应时间(在RC电路中)，单位脉冲响应，或脉冲积分。对于这种电容原理需要高信噪比。信号处理可以借助专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或常规数字信号处理(DSP)单元完成。

本发明允许控制流体并由此产生动画。液滴可以通过电极形状或通过通道的形式而变形。液滴可以作为单个液滴或单独液滴，也可以作为一组液滴(多个液滴)进行操作。液滴可以进一步汇合(融合)和分裂(分割)。流体(以及液滴)可以移动到隐藏的贮存器中。用户可以根据需要启动这样的动画。流体通过电子器件和电极控制。电极可以产生并向电极施加诸如AC、非正弦AC、DC和准DC的波形，从而考虑与电磁干扰有关的要求。电子器件可以集成或部分集成到专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或常规数字信号处理(DSP)单元中。电子设备提供微控制器、定时控制器、电源管理系统(例如，用于控制DCDC升压)、液滴检测功能、用户界面控制器，并对电极施加电压并驱动液滴。通过施加低电压，实现合适的空腔形状以及选择具有匹配密度的液体可以控制液滴的稳定性，以使系统中的液滴具有抗震性，并且能够抵抗重力和任何其他加速力。用于实现本发明的材料被选择为适合并且符合本发明的工作温度范围。这样的材料例是，例如金属、聚合物或玻璃，尤其是蓝色玻璃。同样地，对于用于实现本发明的结构而言，这些结构，诸如波纹管，芯片或本征薄膜被配置为适合并符合本发明的工作温度范围。

在所附附录中示出和描述了其他实施例，并且以这种书面描述形式结合于此。应当理解的是，本文中示出和描述的具体实现方式代表本发明及其最佳模式，并非意在以任何方式限制本发明的范围。此外，本文中包含的各个不同的图中所示的任何连接线意在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦联。应当指出的是，许多可替换的或附加的功能关系或物理连接可以存在于实际系统中。而且，所述系统可以预期具有类似本文描述的功能的使用、销售和/或任何商品、服务或信息的配置。

本说明书和附图应当以说明性的方式，而不是限制性的方式进行考虑，并且本文描述的所有变化旨在包含在要求保护的本发明的范围内，即使在提交本申请时没有这样明确地声明。因此，本发明的范围应当由所附的或者以后修改或添加的权利要求书及其合法等效物确定，而不是仅仅由上面描述的实例确定。例如，任何方法或者过程权利要求中记载的步骤可以以任何顺序执行，并且不限于任何权利要求中给出的特定顺序。此外，任何装置权利要求中记载的元件和/或部件可以加以组装或者在别的情况下以各种不同的排列配置操作地构造以便产生与本发明基本上相同的结果。因此，本发明并不限于权利要求书中记载的特定配置。本文提到的益处、其他优点和解决方案不应当被视为任何或所有权利要求的关键的、必须的、或者基本的特征或部件。

当在本文中使用时，措词“包括”、“包含”或者其任何变型意指元件的非排他性列举，使得包括元件列表的本发明的任何过程、方法、物品、成分或装置并不仅仅包括所记载的那些元件，而是也可以包括本说明书中描述的其他元件。措词“组成”或“由……组成”或“基本上由……组成”的使用并非意在将本发明的范围限制为所列举的其后命名的元件，除非另外指明。在不脱离本发明的一般原理的情况下，本发明的实践中使用的上述元件、材料或结构的其他组合和/或修改可以由技术人员改变或者以其他方式适应性调整为其他设计。

除非另外指出，上面提到的专利和文章在其不与本公开相抵触的程度上通过引用合并于此。

所附权利要求书中描述了本发明的其他特性和执行模式。

此外，本发明应当被认为包括可以被认为新颖的、具有创造性的且工业上可应用的本说明书、所附权利要求书和/或附图中描述的每一种特征的所有可能的组合。在本文描述的本发明的实施例中，多种变型和修改是可能的。尽管本文示出和描述了本发明的某些说明性实施例，但是在前面的公开中可以设想许多各种不同的修改、变化和替代方案。例如，这种指示器可以用作车辆中的速度或RPM指示器。此外，此类指示器可用于指示体温或其他参数，例如运动中的心率，或用于医疗设备或诊断设备中的指示器。尽管上面的描述包含许多特定细节，但是这些细节不应当被视为对于本发明范围的限制，而是相反被视为其一个或另一个优选实施例的例证。在一些情况下，本发明的一些特征可以在没有其他特征的相应使用的情况下使用。相应地，适当的是将前面的描述进行宽泛的解释并且理解为仅仅通过图示和实例的方式给出，本发明的精神和范围仅仅由本申请中最终发布的权利要求书限制。

授予Matsumura的美国专利号5,050,612和授予Pesach等人的美国专利申请公开US 2007/0249916 A1，通过引用并入本文。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于流体显示的装置，包括包围至少第一和第二不互溶的流体的通道或贮存器，第一流体通过电润湿过程被移位并且位于由参考电极和第一控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和与所述第一控制电极相邻的至少一个第二控制电极产生的电场内，以便第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或移动，而该装置包括多个进一步控制电极，每个进一步控制电极与至少一个控制电极相邻，每个控制电极被布置成在其自身和同一参考电极之间产生电场。

2.根据权利要求1所述的装置，其中被移位的流体是至少一个液滴。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体是透明的或半透明的或不透明的。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体正在显示动画。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体沿着标记移动以指示测量值。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述参考电极是未分开的或分成几个部分。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述参考电极与所述流体直接电接触或与所述流体隔离。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电极通过介电层与所述流体隔离。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述参考电极位于与所述控制电极的表面相对或相邻的位置。

10.一种按顺序切换权利要求1所述的装置的控制电极的方法以便使一部分流体在装置内被移位。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述控制电极由AC或DC电压激活。

12.一种按顺序向根据权利要求1所述的装置的控制电极供电的方法以便使流体相对于控制电极的位置被检测。

13.一种装置，包括根据权利要求5所述的装置，其中所有电极都是透明的，并且其中标记设置在电极下方。

14.根据权利要求13所述的装置，其中可互换的标记被提供给用户以定制其装置。

15.一种时计，包括前述权利要求中任一项所述的装置，所述测量值是时间。

16.根据权利要求1所述的装置，填充有至少两种不互溶的流体，而一种流体位于由参考电极和控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和至少一个第二控制电极产生的电场内，以便第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或运动。

17.根据权利要求16所述的装置，其中被移位的流体是至少一个液滴。

18.根据权利要求16所述的装置，其中所述流体是透明的或半透明的或不透明的。

19.根据权利要求16所述的装置，其中所述流体正在显示动画。

20.根据权利要求16所述的装置，其中所述流体沿着标记移动以指示测量值。

21.根据权利要求17所述的装置，其中所述参考电极是未分割的或分割成几个部分。

22.根据权利要求17所述的装置，其中所述参考电极与所述流体直接电接触或与所述流体隔离。

23.根据权利要求17所述的装置，其中所述控制电极通过介电层与所述流体隔离。

24.根据权利要求17所述的装置，其中所述参考电极位于与所述控制电极的表面相对或相邻的位置。

25.一种按顺序切换权利要求17所述的装置的控制电极的方法以便使一部分流体在装置内被移位。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述控制电极由AC或DC电压激活。

27.一种按顺序给根据权利要求17所述的指示器的控制电极供电的方法以便使流体相对于控制电极的位置被检测。

28.一种装置，包括根据权利要求21所述的装置，其中所有电极都是透明的，并且标记设置在电极下方。

29.根据权利要求28所述的装置，其中可互换的标记被提供给用户以定制其装置。

30.一种时计，包括前述权利要求中任一项所述的装置，所述测量值是时间。

31.一种装置，包括包围至少第一和第二不互溶的流体的通道或贮存器，第一流体指示测量值或产生美学形状，其中所述第一流体通过电润湿过程被移位，所述第一流体位于由参考电极和控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和与所述第一控制电极相邻的至少一个第二控制电极产生的电场内，从而第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或运动，其中可选地，至少一个控制电极的尺寸大于0.01毫米，并且大到足以被人眼看见，该装置还包括多个进一步控制电极，每个进一步控制电极与至少一个控制电极相邻，每个控制电极被布置成在其自身和同一参考电极之间产生电场。

32.根据权利要求19所述的装置，其中存在至少一个控制电极，该控制电极被设计成用于表示美学形状。

33.根据权利要求32所述的装置，其中存在多个控制电极，用于聚集流体液滴并引导它们到控制电极所形成的美学形状的区域上。

34.一种切换权利要求33所述的装置的控制电极的方法以便使流体变形以便获得另一种流体的至少一个封闭部分。

35.一种切换权利要求34所述的指示器的控制电极的方法以便使流体液滴分离成两个或更多个液滴。

36.一种用于流体显示的装置，包括流体，其中所述流体通过电润湿过程被移位，所述装置填充有至少两种不互溶流体，而一种流体被控制电极产生的电场激活，其中电极的激活导致至少一种流体的变形或运动。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

按照专利合作条约第19条的修改声明

图14至27E以及对所述图的相应详细说明中提供了对所作修改的支持。没有增加新的内容。

D1、D2和D3描述了“传统”电润湿显示器。单体（cell）至少被壁部分封闭（见第3页，第[0028]段）。两个控制电极之间只能前后移动。D1、D2、D3中所述的系统通过并置含有微滴的微单体来创建图像，微单体由壁或与其相邻的疏水屏障隔开，每个微滴只能在其微单体内前后移动作为一种“光开关”（隐藏和显示效果），这些微单体足够小，数量众多，可以给人眼造成连续图像的错觉，人眼看到的是全局图像，但没有单个的独立液滴或微单体。我们的系统是非常不同的，因为它是由一个大的单体（通常大小为1厘米或更大），其含有1个或更多的液体的“水坑（puddles）”，形成或聚集在一起，创造出以供人眼看到的对象。与现有技术相比，本发明的系统不限于在一个单体内在两个电极之间前后移动一个液滴（尽管本发明当然也可以这样做），本发明的系统具有一个更大的单体，该单体配备有多个控制电极，这些控制电极的尺寸要大得多（例如0.1毫米x 0.1毫米），允许一个液滴或一系列或一连串液滴或一滩液体从第一控制电极移位到第二控制电极，然后移到第三控制电极，然后移到第四控制电极，其能够将从一个电极大小到更大尺寸（覆盖多个电极的液体水坑）的大量的液体移动超过一个控制电极的距离。由于所引用的现有技术没有任何启示或教导本领域技术人员从所引用的参考文献中获得本发明，由此可知，修改后的权利要求1及其从属的所有权利要求都具有创造性。因此，本权利要求符合PCT的可专利性条件。

Claims

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体正在显示动画。

31.一种装置，包括指示测量值或产生美学形状的流体，其中所述流体通过电润湿过程被移位，所述装置填充有至少两种不互溶的流体，而一种流体位于由参考电极和控制电极产生的电场内，并且部分地位于由同一参考电极和至少一个第二控制电极产生的电场内，从而第二控制电极的电激活导致所述流体在第二控制电极方向上的变形或运动，其中可选地，至少一个控制电极的尺寸大于0.01毫米，并且大到足以被人眼看见。