CN111951740A - 用于建筑应用的显示器 - Google Patents

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Abstract

主要用于建筑物外表面的显示器(100)包括防风雨外壳(310,340)；封装在所述外壳内并且通过所述外壳可见的双稳态电光介质(326)；封装在防风雨外壳内并且被布置为驱动电光介质的电极(324,330)；封装在防风雨外壳内的发电装置(504；832,834)；封装在所述防风雨外壳内并且被配置为从所述防风雨外壳外部的源无线地接收数据的数据接收装置(508)；以及被配置为接收来自数据接收装置的数据和来自发电装置电力并且控制电极的电位的显示器驱动装置(510)。

Description

用于建筑应用的显示器
本申请是申请号为201680046640.3、名称为“用于建筑应用的显示器”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请
本申请涉及2015年11月6日提交的序列号为14/934,662的共同未决的美国申请和2016年5月26日提交的序列号为15/165,795的共同未决的美国申请。
技术领域
本发明涉及用于建筑应用的显示器，以及包括这种显示器的建筑物和类似的结构。
背景技术
重量轻的低功率双稳态显示器的近期发展已经导致考虑在建筑物和类似结构上使用这种显示器以允许改变建筑物的外观，或者是出于审美目的或者是为了控制能量吸收和反射。然而，构建能够覆盖大型建筑物的整个外表面或大部分外表面的显示器存在许多困难。如果一座建筑物长达数百或数千英尺，那么在这种尺度上制造作为一个单一的元素的显示器几乎是不可能的，甚至制造这种尺度的静态显示器或艺术品也是费时和昂贵的。因此，这样的大型显示器需要被分割成几部分，并且在显示器的不同部分之间协调地组装在一起。在构建大的(广告牌尺寸的)LED显示器时，已知制造较小的显示器部分，其需要在大的机械框架上组装以创建整个广告牌大小的显示器，其中许多导线连接到每个显示器部分以协调广告牌显示器部分的操作。这种创建大型显示器的方法导致厚重的显示器，需要大量的长距离的电气布线，并消耗大量电力。对于覆盖建筑元素的显示器，如建筑物，长达数百或数千英尺，许多楼层高度，要求低分辨率，以显示改变内容的图案而不是字母数字信息显示，有利的是设计更薄、更轻的结构，其不需要复杂和昂贵的电气和信号布线，并且可以与建筑物结合，而不需要沉重和庞大的结构构件。本发明试图提供这样的结构。
发明内容
因此，在一个方面，本发明提供一种显示器，包括：
外壳；
双稳态电光介质，其封装在防风雨外壳内并且通过所述外壳可见；
至少一个电极，其封装在所述防风雨外壳内并且被布置为向双稳态电光介质施加电场；
封装在防风雨外壳内的发电装置；
数据接收装置，其封装在所述防风雨外壳内并且被配置为从所述防风雨外壳外部的源无线地接收数据；以及
显示器驱动装置，其被配置为接收来自数据接收装置的数据和来自发电装置的电力，并且控制至少一个电极的电位。
术语“防风雨”外壳在本文中使用的是外壳的常规含义，该外壳将外壳内的部件与外壳外的气候的影响隔离开来。防风雨外壳应该至少保护其内部的部件免受入射到外壳上的雨水和灰尘的影响。根据使用显示器所处于的气候，防风雨外壳可以具有附加特性；例如，在寒冷的气候下，它应当保护内部部件免受外壳外部存在的霜、雪或冰的影响，而在易受沙尘暴侵袭的气候下，防风雨外壳应当期望地能够抵抗风沙的腐蚀作用，以避免电光介质的观察因外壳的损坏而被模糊。
术语“双稳态的”和“双稳定性”在本文使用的是其在本领域中的常规含义，指的是包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态的至少一个光学性质不同，从而在利用具有有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续的时间是改变该显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少几倍(例如至少4倍)。美国专利No.7,170,670表明，支持灰度的一些基于粒子的电泳显示器不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰色状态，一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为是“多稳态的”而非双稳态的，但是为了方便，本文使用术语“双稳态的”以同时涵盖双稳态的和多稳态的显示器。
防风雨外壳的外表面可以配备有能够将显示器附接到建筑物表面的粘合剂层。可以是光伏电池的发电装置可以包括诸如可再充电电池的电力存储装置，以允许显示器在黑暗期间或在发电装置没有产生满足显示器需求的足够的电力的其他时间继续工作。
在另一方面，本发明提供一种配备有显示系统的建筑物，所述显示系统包括：
多个显示器，每个显示器布置在所述建筑物的表面上，并且每个显示器包括双稳态电光介质；至少一个电极，其被配置为向双稳态电光介质施加电场；发电装置；数据接收装置，其被配置为无线地接收数据；以及显示器驱动装置，其被配置为接收来自数据接收装置的数据和来自发电装置的电力，并控制至少一个电极的电位；以及
控制装置，其被配置为接收定义要在建筑物上呈现的图像的数据，确定呈现所述图像所需的多个显示器中的每一个的状态，以及向多个显示器中的每一个传送显示器采用所需的状态呈现图像所需的数据。
附图说明
附图中的图1是本发明的第一显示器的前视图。
图2是本发明的第二显示器的类似于图1的前视图。
图3是穿过图2所示的显示器的一部分的示意性截面。
图4是穿过图3中所示的前保护片的放大截面。
图5是图2所示的显示器的电子器件部分的放大前视图。
图6是图1所示的显示器的示意性后视图，示出了用于将显示器附接到建筑物的粘合垫。
图7A-7C是可用于将数据传递到本发明的显示系统中的单独显示器的三种网络布置的示意图。
图8是使用两部分防风雨外壳的本发明的显示器的一部分的前视图。
具体实施方式
如上所述，本发明提供了一种显示器，该显示器可以附接到建筑物的外表面以允许改变建筑物的外观。(本发明的显示系统可另外地在建筑物的内表面上包括显示器；例如，当在停车库中使用时，显示系统可以在车库的内表面上包括显示器以提供可变交通标志。)
本发明的显示器和系统主要(但不是专门)利用电泳介质来使用。电泳介质提供了一些独特的和有益的特征，其允许构建非常大的显示器，其解决了许多上述问题，并使建筑非常适合于超大尺寸的建筑显示器。电泳介质的双稳定性允许低功率操作，并且不需要有线连接到电源插座。显示器的双稳定性和由此产生的图像持久性可以使得显示器的功耗如此之低，使得显示器可以由可再生能量收集(例如太阳能电池)或射频(RF)收集来供电，这取决于显示介质的更新速率以及太阳能电池或RF收集天线与显示器的光学有效部分的面积比。太阳能电池可能是显示器的光学无效区域，并且在给定所需的更新速率的情况下应该尽可能小。对于限制为每10秒或更少的一次图像更新的更新，太阳能电池可以是电泳介质面积的5％或更少，或者光学有效介质与太阳能面板的比率大约是20:1。有一些新技术可以制造可见透明太阳能电池，其可以收集紫外线(UV)和红外线(IV)，这些太阳能电池可以利用显示器的整个区域进行能量收集，但这些技术还没有商业化。
电泳显示器的另一个优点是它们可以在薄且柔性的基底上构建。在薄塑料基底上构建显示器的能力意味着，与发光二极管(LED)或液晶(LCD)相比，该介质也可以制造得非常薄和轻；电泳介质甚至可以制成柔性和保形的。由于该介质可以制造得薄且轻，所以它可以用简单的结构粘合剂直接施加到建筑立面上，并且不需要沉重的机械结构或框架来将单独的显示器构建成更大的显示系统。如果用于显示系统的控制信号通过使用无线通信(例如wi-fi)被传递到单独的显示器(在下文中被称为“瓦片”)，则每个瓦片可以以完全自主的方式运行而不需要任何电线或其他连接到其他瓦片。根据粘贴瓦片的建筑材料，用于无线连接的发射器的选择可能是关键的。例如，如果建筑材料是具有金属加强杆(“钢筋”)的混凝土，则可能需要特殊的半球形天线(如图7所示)，以使无线通信正常工作，尽管瓦片接近大量的钢筋。使用无线通信允许根本没有穿透的完全密封的防风雨外壳。这对于最小化水渗透到显示介质或控制电子设备中是非常重要的。
非常期望的是，防风雨外壳与其中的部件紧密贴合，使得在防风雨外壳与其内容物之间不存在大于约5mm的气隙，理想的是不存在大于约1mm的气隙。与其内容物不完全贴合的防风雨外壳的部分往往更容易受到机械损伤。然而，提供紧密保形的外壳往往由于以下事实而更复杂：通常用作显示器驱动装置和电力存储装置(如果存在的话)的基座的印刷电路板通常实质上比显示器的其余部件更厚。至少在一些情况下，有利的是，将防风雨外壳形成为两个部分，容纳显示器和发电装置的主要(相对薄的)部分和容纳至少显示器驱动装置的通常为印刷电路板形式的较厚的部分。在如图8所示的这种外壳的一种形式中，在第一部分上提供有限数量的暴露的触点，并且第二部分提供与暴露的触点进行电接触的导体。防风雨外壳的第二部分覆盖暴露的触点并且可以具有“封装”(就用聚合物材料进行覆盖的意义，该聚合物材料随后被固化以覆盖硬覆盖物)印刷电路板的形式。天线或类似的数据接收装置可以从封装材料突出以增强通过瓦片的数据接收。
本发明的瓦片对于光学有效区域(即电光介质可见的显示器的部分)可以具有许多不同的尺寸和形状，现在将参照图1至图5描述两个示例。图1是具有正方形光学有效区域102和沿着光学有效区域102的下边缘(如图所示)布置的小的光学无效电子器件区域104的第一瓦片(总体标记为100)的前视图。边缘密封区域106围绕光学有效区域102和电子器件区域104；如下面更详细描述的，在边缘密封区域106中，前和后保护叠层彼此密封，从而形成完全围绕瓦片的其他部件的防风雨外壳。
图2中所示的第二瓦片200与图1中所示大致相似，除了其光学有效区域202具有平行四边形而不是正方形的形式，并且其电子器件区域204较大并且设置在光学有效区域202的上边缘(如图所示)。再次，边缘密封区域206围绕光学有效区域202和电子器件区域204，以形成完全围绕瓦片的其他部件的防风雨外壳。
图3最容易理解瓦片100和200的整体结构，图3示出了通过瓦片200的光学有效区域202的中央部分的示意性截面；瓦片100包括相同的一系列层。如图3所示，每个瓦片包括三个主要的系列层(“叠层”)，即：
1.)观察侧或前保护叠层(总体标示为310)，包括
a.透明观察侧防风雨层312，以保护瓦片的内部组件免受雨水或浸没在水中
b.透明粘合剂层314，用于将防风雨层312层压到UV和防潮层；
c.透明观察侧紫外(UV)和湿气阻挡层316；以及
d.透明粘合剂318，用于将阻挡层316层压到下面描述的电泳介质叠层；
2.)电泳介质叠层(总体标记为320)，包括：
a.透明前基底322；
b.透明前电极324；
c.作为封装的电泳介质示出的一层固体电光材料326；
d.一层层压粘合剂328；
e.背板或后电极330，取决于瓦片的预期用途，背板或后电极330可以是或者可以不是透明的；以及
f.后透明基底332；
3.)背板侧或后保护叠层(总体标记为340)包括
a.用于将后保护叠层340附接到电泳介质叠层320的粘合剂层342；
b.湿气阻挡层344；以及
c.防风雨膜346，以保护瓦片免受雨水或浸没在水中。
瓦片还包括用于将瓦片附接到建筑物立面或其他结构特征的粘合部分350；下面将参照图6更详细地描述该粘合部分350。
在本发明的瓦片的一个优选实施例中，图3所示各层的细节如下。前保护叠层310的尺寸比电泳介质叠层320的尺寸大，以允许与后保护叠层结合形成压紧边缘密封以提供边缘密封区域206(图2)。在图2和3所示的瓦片200中，前保护叠层310延伸超出电泳介质叠层320和电子器件区域204两者的周边1cm，并且在图1中也是如此。在可替代实施例中，防风雨层312及其相关联的粘合剂层314延伸超过阻挡层316的边缘，所述阻挡层316本身延伸超出电泳介质叠层320的边缘，因此允许形成在前和后防风雨膜312和346之间的第一压紧边缘密封以及在前阻挡膜316和后阻挡膜344之间的第二压紧密封。
在该优选实施例中，前防风雨层312是50μ的聚四氟乙烯(ETFE)膜，其中膜的一个表面(面向粘合剂层314)提供了促进粘合的处理。这样的ETFE可以例如从St.Gobain商购获得。粘合剂层314是来自3M公司的例如8171OCA的压敏粘合剂(PSA)。这种材料具有高透明度，可以在室温下进行层压。可替换地，可以使用热熔性粘合剂，例如Bemis EVA；热熔性粘合剂的成本往往比PSA小一些，但要求较高的层压温度。
前阻挡层316本身是多层叠层，其在图4中为示意性截面。如该图所示，阻挡层316从粘合剂层314起按照顺序包括前UV阻挡层聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜402、光学透明粘合剂层404、典型地为氧化铟锡(ITO)的溅射阻挡层406和后UV阻挡PET膜408。可替换地，可以使用各种多层专有材料，例如Konica Minolta KMBD07-07或3M Ultrabarrier。另一种选择是单层氟化乙烯丙烯(FEP)。粘合剂层318可以使用已经描述用于粘合剂层314的任何材料。
前基底322和前电极324均由5密耳(127μm)ITO涂覆的PET膜形成；可以使用其他厚度的PET和可能的其他聚合物。ITO层通常具有约5000欧姆/平方的电导率，但是可以使用更低和更高的电导率。电导率过低倾向于导致导电性的连续性和可靠性问题，而电导率太高(即，ITO层太厚)会导致ITO层中过度的光损失。其他透明的导体，如PEDOT、CNT、石墨烯和纳米线可以代替ITO前电极。电泳层326可以是在下面提到的伊英克专利和申请中描述的任何电泳介质。基本上如美国专利No.8,446,664中所述，粘合剂层330是掺杂有咪唑六氟磷酸盐掺杂剂以控制电性质的定制聚氨酯胶乳粘合剂。后电极330和后基底332可以由与前基底322和前电极324相同的PET/ITO膜形成；可替换地，如果需要覆盖整个显示区域的单个像素，则后电极330可以是印刷碳导体，或者另一种低成本的透明或不透明导体。
粘合剂层342可以使用已经描述用于粘合剂层314和318中的任何材料。如果电光层326是反射型的，则粘合剂层314不需要是透明的，因为当从瓦片的观察表面(前节能层312的表面)观察时，粘合剂层342在光学有效层后面。在实际实践中，图3所示的阻挡层344和防风雨层346的功能都可以通过例如由Nitto Denko制造的50μm金属化PET阻挡材料形式的单个商业膜处理。该膜是不透明的，但是这是可以接受的，只要电光层326是反射性的并且层344和346位于电光层后面即可。可替换地，可以使用许多商业的含氟聚合物膜。
图5是图2所示的瓦片200的电子器件区域204的放大前视图。电子区域204形成在单个印刷电路板(PCB)502上；可替换地，为了空间或信号质量考虑，可以使用多个PCB。电子器件的所有元件都被防风雨层312和346完全封闭(图3)。如图5所示，在PCB 502上安装有太阳能(光伏)电池504、能量存储装置506、无线数据接收器和发射器508以及显示器驱动器/电荷泵510。
太阳能电池504优选为柔性太阳能电池，例如在弱光条件下提供高效率的PowerFilm MP3-37 Flexible A-Si电池。根据瓦片的尺寸和形状，可以使用许多其他尺寸和形状的太阳能电池。选择柔性太阳能电池还允许瓦片变得柔性，包括电子器件封装。除了柔性选项，还有许多商业太阳能选项可供选择。可替换地，可以使用其他能量收集选项，例如RF收集。
考虑到需要高能量密度、高温性能和(比如说)10年的最小寿命，能量存储装置506带来了困难的设计考虑。选项包括原电池、可充电电池和超级电容器，超级电容器通常用于平衡性能。超级电容器是能量收集选项中能量最低的，但是与太阳能电池结合的2-5法拉超级电容器通常将提供足够的功率以满足在一夜之间瓦片的功率需求。超级电容器选项具有最佳的高温性能，并且能够实现所有选项的最多充电和放电循环。超级电容器和太阳能电池的组合提供了可能无期限的工作寿命。如果太阳能电池和超级电容器的组合不能提供足够的电力以在特定位置进行操作，则可以用可再充电电池来代替。具有高能量密度的可再充电电池，例如锂离子电池，在高温下可能是危险的。原电池可以为瓦片供电，但不可避免地会限制瓦片的工作寿命。
数据发射器/接收器508必须具有低功率以在太阳能电池502可用的功率预算内操作。可以使用许多商用收发器，例如来自Linear Technology的Dust Networks的2.4GHz片上系统收发器(System-On-Chip transceiver)。使用LTC5800系列收发器是因为其发射/接收功率低，并且能够实现网格网络拓扑。对于低功率网格收发器存在其他技术选择，例如来自Nordic Semiconductor的Bluetooth Low energy芯片组，nRF51822。
显示器驱动器/电荷泵510可以是例如具有集成电荷泵的Ultrachip UC8111,96段驱动器。该芯片可以产生±15V和0V。市场上有许多可供选择的驱动芯片，并已知能够驱动电泳和类似的介质。另一种选择是10阶段离散电荷泵，但是这个选项往往是昂贵的。
图6是与图1中所示的瓦片100类似的瓦片的后视图，并且示出了与图3所示的粘合剂部分350类似的粘合剂部分。如图6所示，在瓦片的背面上存在两个单独的粘合剂区域。围绕瓦片周边延伸的2英寸(51mm)边界602由称为BITE Mastosplice的PSA结构粘合剂形成，所述结构粘合剂是丁基橡胶制品胶带产品。该胶带用于在瓦片的后表面周围形成粘合剂的周边，并在室温下以最小的压力立即很好地粘合到混凝土和其他建筑材料上。粘合剂的中心区域604由Sikaflex 11FC形成，其是分配的液体结构粘合剂，其固化为非常高的粘合强度，但不是立即自支撑的，需要30-60分钟来足够固化以确保自支撑。这种粘合剂的组合是因为602处的PSA粘合剂瞬间粘合并且可以自身足够强以支撑瓦片的重量，但是当固化时在604处的粘合剂强得多并且导致瓦片的更强的附接。然而，在一些情况下，液体结构粘合剂的粘合性可能太强，以至于如果在结构粘合剂固化之后尝试去除所述瓦片，则可能导致对所述瓦片附接的表面的严重损坏。因此，至少在一些情况下，可能希望省略液体粘合剂并且提供额外的胶带区域以将瓦片附接到建筑物或其他结构。
根据瓦片所附接的建筑材料，无线天线的发射器的选择也变得至关重要。例如，如果建筑材料是钢筋混凝土的，那么可能需要一个特殊的半球形天线，以在所有钢筋在附近的情况下正常工作。合适的天线可在市场上买到，例如由Taoplas of Enniscorthy，CountyWexford，Ireland制造的Taoglas SWLP-12天线；该天线的规格可以在https://taoglas.com/images/product_images/original_images/-SWLP.2450.12.4.B.02％20SMD％202.4％20GHz％20Patch％20Antenna％20140110.pdf中找到。这种天线通常使用金属背板来引起辐射以基本上半球形的方向图发射，因此避免了建筑结构内存在的金属对信号的过度吸收。
本发明的显示系统通常将使用一个中央单元或协调器，该中央单元或协调器被安排来接收定义要在建筑物上呈现的图像的数据；这可以包括简单地包括存储要被显示的多个图像以及图像将被显示的时间。协调器确定使得图像被显示所需的多个显示器中的每一个的状态，并且向每个瓦片发送该显示器采用所需的状态呈现图像所需的数据。
通常，必要的数据传送将以熟悉网络或互联网技术的任何人都熟悉的方式实现：协调器传送一系列信息包，每个包包含识别其打算达到的瓦片的地址部分、以及指定要在该瓦片上显示的图像的数据部分。每个瓦片“监听”仅响应于承载其自身地址的包来动作的所有包。(在下面描述的簇树和网格拓扑的情况下，其中一些瓦片仅通过其他“交换”瓦片与协调器通信，每个交换瓦片当然必须接收它自己的数据，而且还必须接收经由其接收数据的所有瓦片的数据)。每个包的地址部分可以是特定瓦片的序列号或类似的唯一标识符；这允许相对容易地更换损坏的、破坏的或故障的瓦片，因为只需要向协调器通知被更换的瓦片和新的瓦片的序列号等。
如图7A-7C所示，可以有不同类型的网络拓扑，例如星形、网格和簇树。由于所提供的高可靠性，网格网络拓扑通常是优选的。每个发射器可以有多个路径连接到它的接收器。前述的LTC5800系列由于时序同步而具有低功耗和网格网络拓扑。这允许每个发射器在规定的时隙发送数据，并在其余时间以低功率或睡眠模式运行。定时精度对于同步事件管理也是相关的。具体来说，即使存在可用的低频带宽，也可以使用多个收发器对更新事件进行预先调度，以便进行聚合更新。通常，蓝牙低功耗运行在星形网络拓扑中，但是如果从“Wirepas”运行网络固件，则蓝牙低功耗芯片组可运行在具有同步睡眠的网格拓扑中，以实现低功耗。此外，还有一个名为“ConTiki”的“物联网”(IOT)开源应用程序，其可以在多种硬件平台上运行，包括德州仪器的CC2530芯片组。这个网络套件允许多种类型的定时同步，通过协调的睡眠时间允许低功率网格网络。
图8是使用两部分防风雨外壳的本发明的显示器(总体标记为800)的一部分的前视图；图8所示的显示器的部分对应于图2的最顶部，但是相对于图2是倒置的。显示器800的主要部分具有与图3所示的相似的结构，并且包括设置有上电极和下电极(未示出)的电泳层826。两个上接触垫828与上电极接触，两个下接触垫830与下电极接触。两个光伏阵列832、834形成显示器的发电装置。显示器的所有上述部件被密封在由类似于图3中所示并被连接以形成边缘密封806的前和后保护叠层形成的第一防风雨外壳内。然而，前保护叠层在显示器800的一个边缘附近设置有暴露四个单独的接触垫840、842、844和846的孔。如示意性示出的，两个光伏阵列832、834连接到接触垫840和842，两个上接触垫828连接到接触垫844和两个下接触垫830连接到接触垫846。
印刷电路板848(仅在图8中示意性地示出)承载控制电路和超级电容器(均未示出)并且覆盖接触垫840、842、844和846。PCB 848的下表面上的接触件(未示出)与接触垫840、842、844和846进行电接触。使用延伸到与前保护叠层的前表面接触的固化树脂来封装PCB 848，由此在PCB 848周围形成防风雨外壳并密封邻近接触垫840、842、844和846的孔。天线850(在图8中仅示意性地示出)延伸穿过封装材料以允许从控制中心(未示出)无阻碍地接收数据。
以上主要参考电泳电光介质描述了本发明的显示器和显示系统。基于粒子的电泳显示器多年来一直是激烈研究和开发的主题，其中多个带电粒子在电场的影响下移动通过流体。与液晶显示器相比，电泳显示器可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低功耗的属性。然而，这些显示器的长期图像质量的问题已经阻止了它们的广泛使用。例如，构成电泳显示器的粒子倾向于沉降，导致这些显示器的使用寿命不足。
如上所述，电泳介质需要存在流体。在大多数现有技术的电泳介质中，该流体是液体，但是电泳介质可以使用气态流体来生产；参见例如Kitamura，T.等人的“Electronictoner movement for electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，Paper HCS 1-1，和Yamaguchi，Y.等人的“Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically”,IDW Japan,2001,Paper AMD4-4)。也参见美国专利No.7,321,459和7,236,291。
当这种基于气体的电泳介质在允许粒子沉降的方向中使用时，例如用在介质在垂直平面内布置的指示牌中时，由于与基于液体的电泳介质相同的粒子沉降现象，这种基于气体的电泳介质容易遭受同样的问题。实际上，在基于气体的电泳介质中的粒子沉降问题比基于液体的电泳介质更严重，因为与液体相比，气体悬浮流体的粘度更低，从而使电泳粒子的沉降更快。
被授予麻省理工学院(MIT)、伊英克公司、伊英克加利福尼亚有限责任公司和相关公司或以它们的名义的许多专利和申请描述了用于封装的和微单元电泳和其他电光介质的各种技术。封装的电泳介质包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内部相以及包围内部相的囊壁，其中所述内部相含有在流体介质中的可电泳移动的粒子。典型地，这些囊体本身保持在聚合粘合剂中以形成位于两个电极之间的连贯层。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体未封装在微囊体内，而是保持在形成在载体介质内的多个腔内，通常地聚合物膜。在这些专利和申请中描述的技术包括：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利No.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘合剂和封装工艺；参见例如美国专利No.6,922,276和7,411,719；
(c)形成微单元的微单元结构、壁材料和方法；参见例如美国专利No.7,072,095以及美国专利申请公布No.2014/0065369；
(d)用于填充和密封微单元的方法；参见例如美国专利No.7,144,942；以及美国专利申请公布No.2008/0007815；
(e)包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利No.6,982,178和7,839,564；
(f)用于显示器中的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利No.7,116,318和7,535,624；
(g)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利No.7,075,502和7,839,564；
(h)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.7,012,600和7,453,445；
(i)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348；以及
(j)非电泳显示器，如在美国专利No.6,241,921和美国专利申请公布No.2015/0277160中所述；以及除显示器之外的封装和微单元技术的应用；参见例如美国专利No.7,615,325和美国专利申请公布No.2015/0005720和2016/0012710。
许多前述专利和申请认识到在封装的电泳介质中围绕离散的微囊体的壁可以由连续相替代，由此产生所谓的聚合物分散型的电泳显示器，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的微滴和聚合物材料的连续相，并且在这种聚合物分散型的电泳显示器内的离散的电泳流体的微滴可以被认为是囊体或微囊体，即使没有离散的囊体薄膜与每个单独的微滴相关联；参见例如前述美国专利No.6,866,760。因此，为了本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认定为是封装的电泳介质的子类。
虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下工作，但许多电泳显示器可以制成在所谓的“光栅模式(shutter mode)”下工作，在该模式下，一种显示状态实质上是不透明的，而一种显示状态是光透射的。参见例如美国专利No.5,872,552、6,130,774、6,144,361、6,172,798、6,271,823、6,225,971和6,184,856。类似于电泳显示器但是依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可以在类似的模式下工作；参见美国专利No.4,418,346。其他类型的电光显示器也能够在光栅模式下工作。在光栅模式下工作的电光介质可以用于全色显示器的多层结构；在该结构中，邻近显示器的观察表面的至少一层在光栅模式下工作，以暴露或隐藏更远离观察表面的第二层。
封装的电泳显示器通常不受传统电泳装置的聚集和沉降故障模式的困扰并提供更多的有益效果，例如在多种柔性和刚性基底上印刷或涂布显示器的能力。(使用词“印刷”意于包括印刷和涂布的所有形式，包括但不限于：诸如修补模具涂布、槽或挤压涂布、滑动或层叠涂布、幕式涂布的预先计量式涂布；诸如罗拉刮刀涂布、正向和反向辊式涂布的辊式涂布；凹面涂布；浸渍涂布；喷雾涂布；弯月面涂布；旋转涂布；刷涂；气刀涂布；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积(参见美国专利No.7,339,715)；以及其他类似技术。)因此，所产生的显示器可以是柔性的。另外，因为显示器介质可以(使用多种方法)被印刷，所以显示器本身可以被便宜地制造。
其他类型的电光材料也可以用于本发明中。一种类型的电光显示器是旋转双色元件类型，如在例如美国专利No.5,808,783、5,777,782、5,760,761、6,054,071、6,055,091、6,097,531、6,128,124、6,137,467以及6,147,791中所述(尽管这种类型的显示器通常被称为“旋转双色球”显示器，但术语“旋转双色元件”优选为更精确，因为在以上提到的一些专利中，旋转元件不是球形的)。这种显示器使用许多小的主体(通常球形或圆柱形的)和内部偶极子，主体包括具有不同光学特性的两个或更多个部分。这些主体悬浮在矩阵内填充液体的空泡内，空泡填充有液体以使得主体自由旋转。显示器的外观通过以下而改变：将电场施加至显示器，由此将主体旋转至各个位置，并改变通过观察表面看到的主体的哪一部分。这种类型的电光介质通常是双稳态的。
另一类型的电光显示器使用电致变色介质，例如以纳米电致变色薄膜(nanochromic film)的形式的电致变色介质，该薄膜包括至少部分由半导体金属氧化物形成的电极和附接到电极的能够反向颜色改变的多个染料分子；参见例如O'Regan,B.等,Nature 1991,353,737以及Wood,D.,Information Display,18(3),24(2002年3月)。还参见Bach,U.等,Adv.Mater.,2002,14(11),845。这种类型的纳米电致变色薄膜还例如在美国专利No.6,301,038；6,870,657以及6,950,220中描述。这种类型的介质也通常是双稳态的。
另一类型的电光显示器是由飞利浦开发的电润湿显示器，其在Hayes,R.A.等,“Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting”,Nature,425,383-385(2003)中描述。其在美国专利No.7,420,549中示出为这种电润湿显示器可以被制造成双稳态的。
一些电光材料在材料具有固体外表面的意义上是固体的，尽管材料可能经常具有内部液体或气体填充的空间。这种使用固体电光材料的显示器在下文中为了方便可以称为“固体电光显示器”。因此，术语“固体电光显示器”包括旋转双色构件显示器、封装电泳显示器、微单元电泳显示器和封装液晶显示器。
从上述内容可以看出，本发明可以提供一种诸如LED和LCD指示牌的其他户外显示介质的轻型、柔性、低功率的替代品。本发明能够以最小的布线费用和简化的安装实现建筑物立面或其他大型元件的动态变化。

Claims (8)

1.一种自主电泳显示器(100；200；800)，包括：
防风雨外壳(312，346)；
透明观察侧紫外(UV)和湿气阻隔层(316)；
透明前电极(324)，其耦合到所述透明观察侧紫外(UV)和湿气阻隔层(316)；
电泳介质(326)，其封装在所述外壳(312，346)内并且通过所述透明前电极(324)以及所述透明观察侧紫外(UV)和湿气阻隔层(316)可见；
底部电极(330)，其封装在所述外壳(312，346)内并且被配置为向在所述底部电极(330)和所述透明前电极(324)之间的所述电泳介质(326)施加电场，
光伏电池(504)，其封装在所述防风雨外壳(312，346)内；
能量存储装置(506)，其耦合到所述光伏电池(504)并且被配置为存储由所述光伏电池(504)产生的电能；
数据接收装置(508)，其封装在所述防风雨外壳(312，346)内并且被配置为从所述防风雨外壳(312，346)外部的源无线地接收数据；以及
显示器驱动装置(510)，其被配置为从所述数据接收装置(508)接收数据，并且调节从所述能量存储装置(506)提供给所述底部电极(330)和所述透明前电极(324)的电势，从而引起所述电泳介质(326)的状态改变。
2.根据权利要求1所述的自主电泳显示器(100；200；800)，其中，所述防风雨外壳(312，346)的外表面设置有能够将所述自主电泳显示器(100；200；800)附接到建筑物表面的粘合剂层(602，604)。
3.根据权利要求1所述的自主电泳显示器(100；200；800)，其中，所述防风雨外壳(312,346)与其中所封装的部件紧密贴合，以使得所述防风雨外壳(312,346)与所述部件之间不存在大于5mm的气隙。
4.根据权利要求3所述的自主电泳显示器(100；200；800)，其中，所述防风雨外壳(312,346)与其中所封装的部件紧密贴合，以使得所述防风雨外壳(312,346)与所述部件之间不存在大于1mm的气隙。
5.根据权利要求1所述的自主电泳显示器(100；200；800)，其中，所述电力存储装置(506)是超级电容器。
6.根据权利要求1所述的自主电泳显示器(100；200；800)，其中，所述电泳介质(326)包括多个带电粒子，所述多个带电粒子分散在流体中，并且当在所述底部电极(330)和所述透明前电极(324)之间提供电势时能够移动穿过所述流体。
7.根据权利要求6所述的自主电泳显示器(100；200；800)，其中，所述电泳介质(326)是封装的、微单元或聚合物分散型的电泳介质。
8.一种建筑物，该建筑物配备有多个根据权利要求1-7中任一项所述的自主电泳显示器(100；200；800)，每个自主电泳显示器(100；200；800)布置在所述建筑物的表面上；以及
控制装置，其被配置为接收定义要在所述建筑物上呈现的图像的数据，确定呈现所述图像所需的多个显示器中的每一个的状态，以及向所述多个显示器中的每一个传送该显示器采用所需的状态呈现所述图像所需的数据。
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