CN112967577B

CN112967577B - 一种盲人图文显示单元及阅读器

Info

Publication number: CN112967577B
Application number: CN202110260631.7A
Authority: CN
Inventors: 程昱川; 赵自辉; 邵迎春; 方明权; 龙菲; 李志祥; 孙爱华; 高青青; 许高杰; 周钦钦
Original assignee: Ningbo Xinfu Titanium Dioxide Co ltd; Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Xinfu Titanium Dioxide Co ltd; Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: CN112967577A

Abstract

本发明公开了一种盲人图文显示单元及阅读器，所述显示单元包括触点、电极和介电单元，电极包括上下相对设置的上电极和下电极，上电极和下电极的电荷相反，介电单元包括上介电薄膜、下介电薄膜和介电液体，上介电薄膜和下介电薄膜相连接形成一密封腔，介电液体填充于密封腔内，上电极与上介电薄膜的外表面相贴合，下电极与下介电薄膜的外表面相贴合，且上电极设置有第一通孔，触点通过第一通孔与上介电薄膜的外表面相接触，触点在介电单元的作用下在第一通孔中上下移动。本发明具有结构简单，制作成本低，响应迅速，且可以显示不同的内容等优点。

Description

一种盲人图文显示单元及阅读器

技术领域

本发明属于残疾人特殊装备领域，具体涉及一种盲人图文显示单元及阅读器。

背景技术

盲文是盲人借助触觉感知凹凸的状态来获取文字的一种方式，它有着较为统一的标准，一般每一个方块的点字是由六点组成，左侧从上到下为123，右侧为456。目前纸质的盲文书籍因需要通过手指的触摸，长时间使用会有造成不同程度的磨损，可能造成原本内容改变，同时修复的难度大，成本高。目前市面上主要有以下不同类型的盲文阅读器。

形状记忆合金式盲文阅读器，通过形状记忆合金的奥氏体和马氏体转换来实现平面的凹凸的转换，这样可以解决长时间磨损造成的损坏。但是记忆合金要借助温度来实现奥氏体和马氏体之间的切换，而温敏调节方式的速率比较慢，影响阅读的效率。

压电陶瓷式盲文阅读器，压电陶瓷具有可逆性，当两个极化方向相反的压电陶瓷贴合在一起，给压电双晶片施加向上正向的电压时，有一个方向伸缩，另一个方向伸长，因此会变形弯曲，压电陶瓷片上的驱动指针也随之上下运动。但是压电陶瓷的成本昂贵，且容易损坏，不适用大规模推广。

电刺激式盲文阅读器，是通过电流来刺激人的手指，借助手指上神经的感知，来判断位置，达到信息获取的目的。该种阅读器具有可以避免长时间使用带来的磨损，同时响应速度快等优点，但是电刺激给人的体验比较差，而且稳定性不是特别高。

电/磁流体式盲文阅读器，在超过某一临界电场/磁场的作用下，弹性体内的电/磁流体的状态会迅速从液体变成固体状，从而能够形成固定的凸点，使盲人能够感觉到，撤去电压，能够立即恢复原来的状态。该种盲文阅读器凹凸状态切换迅速，但是电/磁流液本身的稳定性不太好，时间长了容易发生沉降，进而影响阅读器的效果，甚至会失效。

随着时代的飞速发展，信息呈现出爆炸式的增长，盲人获取信息、了解时代变化的需求会越来越大，亟需成本低廉、结构简单、反应迅速，可长期使用的盲文阅读器，满足他们对文化知识的追求，提高他们融入社会生活的能力。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种盲人图文显示单元及阅读器，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明选用的技术方案包括：一种盲人图文显示单元，包括触点、电极和介电单元，所述电极包括上下相对设置的上电极和下电极，所述上电极和下电极的电荷相反，所述介电单元包括上介电薄膜、下介电薄膜和介电液体，所述上介电薄膜和下介电薄膜相连接形成一密封腔，所述介电液体填充于所述密封腔内，所述上电极与所述上介电薄膜的外表面相贴合，所述下电极与所述下介电薄膜的外表面相贴合，且所述上电极设置有第一通孔，所述触点通过所述第一通孔与所述上介电薄膜的外表面相接触，所述触点在所述介电单元的作用下在所述第一通孔中上下移动

在一优选实施例中，所述显示单元还包括盖板，所述盖板位于上电极的上方，且所述盖板上设置有位置与上电极上的所述第一通孔相对应的第二通孔，所述触点在所述介电单元的作用下其上端面与盖板的上端面相平齐，或者上端面通过所述第二通孔高出上盖板的上端面形成凸点。

在一优选实施例中，所述电极至少选用含有氯化锂的丙烯酰胺水凝胶、由导电的碳油制备的电极及铜箔、铝箔中的任意一种。

在一优选实施例中，所述介电薄膜为弹性体，至少选用硅橡胶或聚合物，所述硅橡胶包括Sylgard 184或Ecoflex 00-30，所述聚合物包括聚乙烯或聚丙烯。

在一优选实施例中，所述介电液体为绝缘液体且是低介电常数液体，所述介电液体中分散有质量分数为0～1％的介电颗粒，所述绝缘液体至少选用聚二甲基硅氧烷、植物油、机械油和液压油中的任意一种。

在一优选实施例中，所述电极表面覆盖有绝缘保护层。

在一优选实施例中，所述上电极的总面积占上介电薄膜面积的30％-70％，所述下电极的总面积占下介电薄膜面积的30％-70％。

本发明实施例提供了一种盲人图文阅读器，包括上述多个盲人图文显示单元，多个所述盲人图文显示单元组合显示不同的内容，所述内容至少包括图形或文字或图形和文字的结合。

在一优选实施例中，多个所述盲人图文显示单元之间互不接触且单独控制。

在一优选实施例中，多个所述盲人图文显示单元共用一块盖板。

与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：1、本发明结构简单，制作成本低；2、电信号控制，响应迅速；3、可以显示不同的内容，不仅能够展示常规的数字、文字还可以显示图形等内容。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1盲人图文显示单元结构的分解图；

图2为本发明实施例1盲人图文显示单元结构的剖视图；

图3为本发明实施例1盲人图文显示单元结构未施加电压时的示意图；

图4为本发明实施例1盲人图文显示单元结构施加电压时的示意图；

图5为本发明实施例2的一方结构显示盲文字母H的俯视图；

图6为本发明实施例3采用热封法制备介电薄膜的黄铜棒模具的结构示意图；

图7为本发明实施例3的显示单元结构显示图形的俯视图。

附图标记：1、盖板，11、第二通孔，2、触点，31、上电极，311、第一通孔，32、下电极，41、上介电薄膜，42、下介电薄膜，5、介电液体。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式选用本发明的代表性基础。

本发明所揭示的一种盲人图文显示单元及阅读器，基于介电液体实现，通过对介电液体施压来调控介电液体的位置，来推动相应位置的触点动作，进而实现盲人图文的显示。

结合图1～图4所示，本发明所揭示的一种盲人图文显示单元，包括盖板1、触点2、电极和介电单元，其中，电极包括上下相对设置的上电极31和下电极32，介电单元位于上电极31和下电极32之间，且上电极31与介电单元的上表面相紧密贴合，下电极32与介电单元的下表面相紧密贴合。上电极31和下电极32的电荷是相反的，实施时，电极是一类导电的物质，可以是含有氯化锂(LiCl)的丙烯酰胺水凝胶、由导电的碳油制备的电极以及常用的铜箔、铝箔等，但本发明不仅限于以上的导电电极，所有可导电的电极都可适应本发明。上电极31和下电极32均能够与控制器(图未示)连接，控制器用于控制电极的施加电压和撤去电压，从而实现盲人图文阅读显示单元的平整和突起状态的相互转换，及突起高度的调节。优选地，电极表面(具体为上电极31的上表面和下电极32的下表面)还可覆盖绝缘保护层(图未示)。

上电极31上设置有供触点2穿过的第一通孔311，触点2的底部通过第一通孔311与介电单元的上表面相接触。实施时，上、下电极的总面积占上介电薄膜面积的30％-70％，上下电极面积太小不容易使得介电液体5移动到电极以外的部分，面积太大的话触点2向上移动的距离就比较小，30-70％比较适合。触点2可以是圆柱体，圆柱体的直径为1.0-3.0mm，高度为0.5-2.0mm，但不仅限于圆柱体，类似结构均可适用本发明。

介电单元包括上介电薄膜41、下介电薄膜42和介电液体5，上介电薄膜41和下介电薄膜42相连接形成一密封腔，介电液体5填充于该密封腔内。实施时，介电薄膜的原料主要是弹性体，起到包裹介电液体5的作用，可以是Sylgard 184、Ecoflex 00-30等硅橡胶，以及常见的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯等，但不限于以上提到的原料。其中，硅橡胶包括两个组分：预聚物A和固化剂B，预聚物A的成分主要是预聚物，还有微量铂催化剂，固化剂B的成分是预聚物及固化剂，通过控制预聚物A：固化剂B的组分比例，可以控制硅橡胶的力学性能。

实施时，介电液体5一种绝缘液体且是低介电常数液体，所述介电液体中分散有质量分数为0～1％的介电颗粒，所述绝缘液体可以是聚二甲基硅氧烷、植物油、机械油和液压油等。本发明介电液体5的原理为：当没有电压时，介电液体5均匀的分散在密封腔中，施加某一电压V₁时，上下电极31、32之间通过介电液体5和弹性体电介质(即介电薄膜)诱导电场，由此产生的静电麦克斯韦应力对介电液体5加压；当电压为V₂时，上下电极之间的静电麦克斯韦应力会促使电极之间的距离变小，介电液体5会向电压的边缘流动；当电压超过阈值电压V₂时，静电麦克斯韦应力的增加开始超过机械恢复力的增加，导致电极突然拉在一起，两电极之间的介电液体会迅速流动到没有电压的地方(即未被上电极31覆盖到的地方)，撤去电压后能迅速恢复原来的形状。介电液体5具有对电压的响应速度迅速，可以长时间使用等优点。

盖板1位于上电极31的上方，且盖板1上设置有位置与上电极31上的第一通孔311相对应的第二通孔11，触点2在介电单元的作用下其上端面与盖板1的上端面相平齐，或者上端面通过第二通孔11高出上盖板1的上端面形成凸点，从而来实现盲人图文的显示。盖板1的作用主要是固定、保护其中的介电液体5、介电薄膜等部件。

本发明的盲人图文显示单元为单个的一个点单元，其原理是：如图3所示，电极未施加电压时，介电薄膜与介电液体5构成的密封腔处于初始状态，触点2处于初始状态(即触点2的上端面与盖板1的上端面相平齐的状态)，盲人图文阅读显示单元整个处于平整状态。给电极施加超过阈值电压V₂的直流高压电后，电荷在电极表面形成均匀电场，上电极31与下电极32的电荷相反，相反电荷间的静电吸引力导致上下电极间距减小，将密封腔内上下电极间的介电液体5挤压到未被上电极31覆盖处，无上电极覆盖区域的介电液体5质量增加，导致该区域的横截面高度增加，推动触点2上移，盲人图文阅读显示单元凸出盖板1处于突起状态，形成凸点，凸起高度可以通过改变施加电压的大小调节，如图4所示。当电压撤去后，依靠密封腔内的液压压力上下电极间距恢复到原来状态，触点2会立即向下移动，与盖板1平齐，盲人图文阅读显示单元重新处于平整状态。

结合图5和图7所示，本发明所揭示的一种盲人阅读器，包括多个上述盲人图文显示单元，多个盲人图文显示单元可以组装成一方结构或图形显示结构等，可以显示不同的内容，所述内容至少包括图形或文字或图形和文字的结合。优选地，多个盲人图文显示单元之间互不接触且单独控制，这样，通过对不同位置的盲人图文显示单元施加电压，从而显示不同的内容。且多个盲人图文显示单元共用一块盖板1。

下面以三个具体实施例来详细介绍下本发明盲人图文显示单元及阅读器的结构。

实施例1

结合图1～图4所示，本发明实施例1为一个盲人图文显示单元，即一个点单元的结构，包括盖板1、触点2、电极和介电单元，其中，盖板1是一块薄板，中间有一个圆形的第二通孔11，薄板长8.0mm，宽4.0mm，厚0.2mm，中间圆形的第二通孔11的直径为2.5mm。

触点2为圆柱体，圆柱体的直径为2.4mm，高度为0.5mm。

介电单元包括上介电薄膜41、下介电薄膜42和介电液体5，上介电薄膜41和下介电薄膜42相连接形成一密封腔，介电液体5填充于密封腔内。本实施例1中，介电薄膜的原料采用Sylgard184，其具体制备过程包括：首先将预聚物组分A和固化剂组分B以质量比为10:1的比例混合，用搅拌机搅拌30分钟，使组分A和组分B混合均匀，然后于真空干燥箱中常温真空条件下1小时，除净搅拌时混入的空气，待其中的空气除净后，倒入模具中在100℃的干燥箱中加热1小时将其固化，得到介电薄膜的厚度为50-300μm，上介电薄膜41和下介电薄膜42相互连接可以形成密闭的空间，即密封腔。

介电液体5使用型号为20的聚二甲基硅氧烷，其中分散有质量分数为0-1％的介电粒子，介电颗粒可以为TiO₂，SiO₂等，将介电液体5填充在介电薄膜内。

电极使用铜箔作为电极，电极包括相对设置的上电极31和下电极32，上、下电极均为一块长7.8mm，宽3.8mm的铜箔，不同的是上电极31中间有一直径为2.5mm的第一通孔311，下电极32没有。上、下电极的总面积约为对应的介电薄膜面积的30-70％，同时上、下电极要与对应的介电薄膜紧密贴合。

将上述盖板1、上电极31、触点2、介电单元、下电极32各部分组装在一起形成一个点的结构。通过施加和撤去上下电极不同的电压来实现触点的凸起和回落，从而可以让盲人可以有所感知。

实施例2

本发明实施例2为一个一方结构的盲人阅读器，由6个盲人图文显示单元组装而成，即6个点单元组成，呈现三行两列的分布，其中，左边一列从上到下依次为单元1、单元2、单元3。右边一列从上到下依次为单元4、单元5、单元6。上下左右之间的点距均为2.5mm。

每个盲人图文显示单元包括盖板1、触点2、电极和介电单元，其中，本实施例2中，盖板1是一块长9.5mm，宽7.0mm，厚0.2mm的薄板，中间有6个圆形的第一通孔11，每个第一通孔11的直径均为2.5mm，具体分布见附图5。

触点2为圆柱体，其直径为2.4mm，高度为0.5mm，其中图5中，有深色实心的部分代表触点为凸起的状态，空心的代表触点为平齐的状态。

介电单元包括上介电薄膜41、下介电薄膜42和介电液体5，上介电薄膜41和下介电薄膜42相连接形成一密封腔，介电液体5填充于密封腔内。本实施例2中，介电薄膜的原料采用Ecoflex00-30，其具体制备过程包括：首先将Ecoflex 00-30硅橡胶中的组分A和组分B以质量比为1:1的比例混合均匀，然后于真空干燥箱中除去混合时混入的空气，待其中的空气除净后，倒入模具中在100℃的干燥箱中加热1h将其固化，介电薄膜的厚度为50-300μm，上介电薄膜和下介电薄膜相互连接可以形成密闭的空间。

介电液体使用型号玉米油，其中分散有质量分数为0-1％的介电粒子，介电颗粒可以为TiO₂，SiO₂等，将介电液体填充在介电薄膜内。

电极使用含有LiCl的水凝胶作为电极，其制备过程包括：先将LiCl溶解于去离子水中，冷却至室温，得到浓度为8mol/L的溶液。向丙烯酰胺中添加亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)、硫酸铵(AP)，使得亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)占丙烯酰胺质量的0.06％，硫酸铵(AP)占丙烯酰胺质量的0.17％，再将丙烯酰胺加入LiCl溶液，使得丙烯酰胺的浓度为2.2mol/L。搅拌让组分混合均匀，然后除去其中的气泡。在浇铸水凝胶之前，将向溶液中添加少量四甲基乙二胺(TEMED)，在365nm激光下照射1h使其固化完全。

电极包括相对设置的上电极31和下电极32，本实施例2中，上、下电极均为一块长3.6mm，宽3.6mm的水凝胶，不同的是上电极中间有一直径为2.5mm的第一通孔311，下电极32没有。上、下电极的总面积约为对应的介电薄膜面积的30-70％，同时上、下电极要与对应的介电薄膜紧密贴合。

6个盲人图文显示单元共用一块盖板1，除盖板1外，其他所有部分均为6个形状，尺寸完全一样的部件，同时不同位置的上电极31与上电极32，上电极31与上电极32间不相互接触，以便单独控制每个位点。将上述盖板1和各个盲人图文显示单元组装在一起形成一方的结构。通过给不同位点施加电压，控制该点的上升，进而使得6个点共同显示出一个数字或是字母的内容。附图5显示的为盲文字母的H结构。

实施例3

本发明实施例3为一个两方结构的盲人阅读器，由12个盲人图文显示单元组装而成，即12个点单元组成，呈现三行四列的分布，上下左右之间的点距均为2.5mm。

每个盲人图文显示单元包括盖板1、触点2、电极和介电单元，其中，本实施例3中，盖板是一块长13.0mm，宽9.2mm，厚0.2mm的薄板，中间有12个圆形的第一通孔11，每个第一通孔11的直径均为2.5mm，具体分布见附图7。

触点2为圆柱体，其直径为2.4mm，高度为0.5mm，其中图7中，有深色实心的部分代表触点为凸起的状态，空心的代表触点为平齐的状态。

介电单元包括上介电薄膜41、下介电薄膜42和介电液体5，上介电薄膜41和下介电薄膜42相连接形成一密封腔，介电液体5填充于密封腔内。本实施例3中，介电薄膜的原料使用聚丙烯薄膜，采用热封的方法获得，其具体热封过程包括：首先将聚酰亚胺薄膜放在热压机底板上，再放上两层聚丙烯薄膜，聚丙烯薄膜上再放置一层聚酰亚胺薄膜，将已经放入热压机定板内并加热好的黄铜棒的模具下降(黄铜棒模具的具体结构见附图6)，热压机的上下板合上，在中等压力下5秒钟即可得到密封的效果。

介电液体5使用型号为20的聚二甲基硅氧烷，其中分散有质量分数为0-1％的介电粒子，介电颗粒可以为TiO₂，SiO₂等，将介电液体通过热封时预留的孔填充在介电薄膜内，通过热的铝棒将预留的孔密封好，形成密闭的空间，即密封腔。

电极使用导电的碳油，其制备过程包括：将导电碳油，按照碳油和配套的稀释剂以质量为10:1的比例混合均匀，除去其中空气，倒入磨具中，引出两根导线以便和电源连接，在120℃中干燥10分钟，即可得到成膜的电极。

电极包括相对设置的上电极31和下电极32，本实施例3中，上电极31为两块尺寸相同的碳膜，长为2.8mm，宽为2.8mm，厚度为0.1mm，其中有一圆形的第一通孔311，第一通孔311的直径为2.4mm；下电极32为一块长为2.8mm，宽为2.8mm的碳膜，厚度为0.1mm，上、下电极的总面积约为对应的介电薄膜面积的30-70％，同时上、下电极要与对应的介电薄膜紧密贴合。

12个盲人图文显示单元共用一块盖板1，除盖板1外，其他所有部分均为12个形状，尺寸完全一样的部件，同时不同位置的上电极与上电极，下电极与下电极间不相互接触，以便单独控制每个位点。将上述盖板1和各个盲人图文显示单元组装在一起形成两方的结构。通过施加上下电极不同的电压来实现触点2的凸起和回落，从而可以让盲人可以有所感知。附图7显示的位矩形的形状：通过电压的施加，控制不同位点触点2的上升，形成矩形的图案。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims

1.一种盲人图文显示单元，其特征在于：所述显示单元包括触点、电极和介电单元，所述电极包括上下相对设置的上电极和下电极，所述上电极和下电极的电荷相反，所述介电单元包括上介电薄膜、下介电薄膜和介电液体，所述上介电薄膜和下介电薄膜相连接形成一密封腔，所述介电液体填充于所述密封腔内，所述上电极与所述上介电薄膜的外表面相贴合，所述下电极与所述下介电薄膜的外表面相贴合，且所述上电极设置有第一通孔，所述触点通过所述第一通孔与所述上介电薄膜的外表面相接触，所述触点在所述介电单元的作用下在所述第一通孔中上下移动；所述上电极的总面积占上介电薄膜面积的30%-70%，所述下电极的总面积占下介电薄膜面积的30%-70%。

2.根据权利要求1所述的一种盲人图文显示单元，其特征在于：所述显示单元还包括盖板，所述盖板位于上电极的上方，且所述盖板上设置有位置与上电极上的所述第一通孔相对应的第二通孔，所述触点在所述介电单元的作用下其上端面与盖板的上端面相平齐，或者上端面通过所述第二通孔高出上盖板的上端面形成凸点。

3.根据权利要求1所述的一种盲人图文显示单元，其特征在于：所述电极选用含有氯化锂的丙烯酰胺水凝胶、由导电的碳油制备的电极及铜箔、铝箔中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种盲人图文显示单元，其特征在于：所述介电薄膜为弹性体，并选用硅橡胶或聚合物，所述硅橡胶包括Sylgard 184或Ecoflex 00-30，所述聚合物包括聚乙烯或聚丙烯。

5.根据权利要求1所述的一种盲人图文显示单元，其特征在于：所述介电液体为绝缘液体且是低介电常数液体，所述介电液体中分散有质量分数为0~1%的介电颗粒，所述绝缘液体选用聚二甲基硅氧烷、植物油、机械油和液压油中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种盲人图文显示单元，其特征在于：所述电极表面覆盖有绝缘保护层。

7.一种盲人图文阅读器，其特征在于：所述阅读器包括多个权利要求2~6任意一项所述的盲人图文显示单元，多个所述盲人图文显示单元组合显示不同的内容，所述内容至少包括图形或文字或图形和文字的结合。

8.根据权利要求7所述的一种盲人图文阅读器，其特征在于：多个所述盲人图文显示单元之间互不接触且单独控制。

9.根据权利要求7所述的一种盲人图文阅读器，其特征在于：多个所述盲人图文显示单元共用一块盖板。