CN117494753A - Epd模组及电子价签 - Google Patents

Abstract

本发明将太阳能电池组件、光强检测组件和显示组件集成为一体式EPD模组，将全部的电子元件均集成到TFT阵列和印刷电路板上，提升了电子价签的小型化、生产效率、降低了成本需求；显示组件集成了太阳能电池组件，有利于提升产品的可靠性、促进产品的小型化、低成本；印刷电路板上集成NFC天线，可以替代传统的PCB板上的天线，提升了相关天线等性能，降低了成本。本发明中通过特定的充放电管理模块和配套的充放电管理方法去管理太阳能电池组件、储能组件和负载之间的用电关系，可以智能分配电量使用状况，并具有可靠的抗过充、过放功能，可以有效保障储能组件的工作状态，延长其使用寿命，提高了设备的可靠性，便于管理和维护。

Description

EPD模组及电子价签

技术领域

本发明涉及电子价签技术领域，尤其涉及EPD模组及电子价签。

背景技术

电子价签，也叫电子货架标签(Electronic ShelfLabel，ESL)，是一种带有信息收发功能的电子显示装置，主要应用于超市、便利店、药房等显示价格信息的电子类标签。放置在货架上，可替代传统纸质价格标签的电子显示装置。每一个电子货架标签通过有线或者无线网络与商场计算机数据库相连，并将最新的商品信息通过电子货架标签上的屏显示出来。电子货架标签将货架纳入了计算机程序，摆脱了手动更换价格标签的状况，实现了收银台与货架之间的价格一致性。

电子价签的主要业务功能是实现屏幕变价、前后台信息同步管理等。关键器件为显示器件、电源器件、NFC元件、主控芯片等，其中显示器件主要为电子墨水屏/电子纸屏幕(Electronic Paper Display，EPD)，电源器件主要为一次电池、二次电池等。在此基础上。现有的电子价签还增加太阳能电池、光敏感应器等器件。

中国专利CN2022202390952提出了一种太阳能电子价签，包括后壳，所述后壳上设置有太阳能板，所述后壳上形成有延伸至其前部端面上的布线槽，所述布线槽内布置导线，所述太阳能板通过所述导线与所述控制板连接，所述控制板与所述屏幕连接。该专利通过引入太阳能电池板，解决了电子价签因电池容量有限而影响其使用寿命的技术问题。

中国专利CN2020114610291提出了一种电子标签、电子价签及其控制方法，包括：电子标签本体，设置在所述电子标签本体上的显示单元、照明单元、第一采集单元和控制单元；所述第一采集单元，被配置为对所述电子标签本体所处环境的光线强度进行采集，得到当前光强；所述控制单元，被配置为确定所述当前光强是否低于预设光强，以在所述当前光强低于所述预设光强的情况下，发起照明指令。该方案通过光强判断，使电子标签在光线较差的场合也能对标签内容进行显示，以提升电子标签的使用便捷性。

不过，现有技术中以上太阳能或者光敏器件为分离器件，通过印刷电路板进行电气连接与集成，这给光能电子价签产品的小型化、可靠性、可生产性、低成本等诸多方面都带来了极大的限制。另外，现有采用二次电池的电子价签其充放电管理水平低下，不具备抗过放能力，可维护性差。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种EPD模组、充放电管理模块及方法，其解决了现有技术中因采用分离器件集成，在小型化、可靠性、可生产性、低成本等方面存在不足，以及充放电管理水平低下，不具备抗过放能力，可维护性差的问题。

根据本发明的实施例，一种EPD模组，包括显示组件、太阳能电池组件、印刷电路板以及储能组件；

所述显示组件包括依次层叠设置的基板、薄膜晶体管TFT阵列、电子纸膜片FPL和盖板，所述TFT阵列上设有对应FPL的驱动电路；

所述太阳能电池组件包括太阳能电池片，所述太阳能电池片覆盖设置在所述盖板外表面，且所述太阳能电池片所覆盖区域不与FPL的显示区域重叠，所述太阳能电池片的电极与所述TFT阵列电连接；

所述印刷电路板与所述TFT阵列电连接，所述印刷电路板上设有控制电路；

所述储能组件用于接收太阳能电池组件提供的能量以及输出电能，并与所述印刷电路板电连接。

本发明还提出了一种电子价签，包括上述的EPD模组。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明为高度集成化的一体式EPD模组，将全部的电子元件均集成到TFT阵列和印刷电路板上，没有额外的独立器件，不需要额外通过电路板去一一对应的进行电路连接集成，从而极大地提升了电子价签的小型化特点，同时高度集成化的产品也降低了额外的零配件需求，从而提升了生产效率，降低了成本需求；

2、本发明的EPD模组集成了太阳能电池组件，可避免传统光能电子价签产品中分离式太阳能电池片器件的引线等复杂而不可靠的电连接方式，有利于提升产品的可靠性、促进产品的小型化、低成本。

附图说明

图1为本发明实施例的模组架构示意图。

图2为本发明实施例的模组平面示意图。

图3为本发明实施例的太阳能电池片及光敏传感器器件平面图。

图4为本发明实施例的模组组合过程平面示意图。

图5a为本发明实施例的B-B’截面线图。

图5b为本发明实施例的常规区域模组纵向截面图。

图6a为本发明实施例的C-C’截面线图。

图6b为本发明实施例的太阳能电池片区域模组纵向截面图。

图7a为本发明实施例的D-D’截面线图。

图7b为本发明实施例的光敏传感器区域模组纵向截面图。

图8为本发明实施例的充放电模块架构示意图。

图9为本发明实施例的充放电模块管理流程逻辑图。

上述附图中：Driver IC＝IC＝驱动电路；EPD_bus＝EPD总线；Solar＝太阳能电池片；TFT基板＝基板与TFT阵列的整体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1所示，本发明实施例提出了一种EPD模组，包括电子纸屏幕显示组件、太阳能电池组件、印刷电路板以及储能组件。

如图2、3、4所示，本实施例中，所述显示组件包括依次层叠设置的基板、薄膜晶体管TFT阵列、电子纸膜片FPL和盖板。需要说明的是，在FPL表面，通过边界部分(border)包围起来的中心区域为FPL的显示区域，用于进行价签上价格等信息文字的显示。本实施例中FPL外围侧面部分设有封边胶，从而与盖板一起将FPL封闭在TFT阵列上，避免灰尘等杂质进入到FPL表面或者其与TFT阵列之间，影响显示功能。本实施例中具体的采用聚苯乙烯PS材质的盖板。优选的，基板可选用玻璃基板或者PI柔性基板，本实施例中优选的采用PI柔性基板，以提高整个产品的柔性和抗弯曲程度。

所述印刷电路板包括FPC、PCB中的一种或两者的结合，本实施例中优选的采用柔性电路板FPC，从而提升产品的柔性。FPC在具有可弯折能力的同时，可以一体式承载各种电路组件和集成其他电子器件，从而简化工艺步骤。FPC的一侧伸出有条形结构与TFT阵列边缘重叠，进行电连接。FPC与TFT阵列的重叠连接处上方还覆盖设置有保护胶，在加强连接强度的同时对连接处进行保护，避免外部作用力破坏连接稳定性。同时该条形结构可以弯曲以便让FPC弯折后层叠于所述基板的外侧面，并使其完全被基板所遮挡，从而在封装时不会扩大面积，进一步降低产品的尺寸，同时相对硬质的基板还能对柔性的FPC起到保护的作用。所述FPC上设置有控制电路，在本实施例中，控制电路包括ESL主体电路以及其他电子器件的控制电路，作为处理器MCU解决电路程序管理工作。

所述TFT阵列上设有对应FPL的驱动电路，所述驱动电路通过EPD总线电连接至所述FPC上的ESL主体电路。为了进一步提高产品的完整性，TFT阵列上还集成设置有温度采集电路和NFC天线，所述NFC天线与所述TFT阵列电连接。通过集成式的NFC天线取代传统的PCB板上的额外连接的独立天线组件，不仅提升了相关天线等性能，降低了成本，还缩小了设备体积。

与之对应的，所述FPC上还设置有备用NFC天线、射频天线和LED灯，前两者均与所述FPC电连接。FPC上设置的NFC天线不仅作为备用，还可以与NFC近场耦合电源配合，在光照条件不佳，太阳能电池片供电不足时进行供能。NFC天线和射频天线还可以共同配合作用与中央管理电脑进行信号传输，实时更新货架信息。

本实施例中所述太阳能电池组件包括太阳能电池片，所述太阳能电池片覆盖设置在所述盖板外表面，且所述太阳能电池片所覆盖区域不与FPL的显示区域重叠。所述太阳能电池片的材料包括钙钛矿、有机太阳能电池OPV、非晶硅或染料敏化太阳能电池DSSC，本实施例中优选的采用OPV材质或钙钛矿，从而提升其抗冲击能力和抗碎裂性能，避免包覆在外部的太阳能电池片因受到意外碰撞而损坏。

同时，为了提升适用性，太阳能电池片可以是单片太阳能电池片，也可以是多片太阳能电池片的串联、并联或串并联组合，以对应各种不同的需求选用。从形状上，太阳能电池片可以为U形、口字形、条形、L形以及其他结构，以其具体大小和所安装的基板形状适配为佳。如图3所示，作为优选，本实施例中选用直角弯折的U形结构，以配合基板形状，并且从开口处避开FPC的连接区域。本实施例中采用胶合粘贴、热压融合、UV固化等方式，让太阳能电池片与显示组件融合为一体，使其正好包裹在FPL的外围，除开口一端外，覆盖了FPL的边界区域至基板边缘之间的全部位置，从而最大化的利用基板表面的空间，提升光能转化效率。

本实施例中所述储能组件为二次电池，其可以设置在FPC或者TFT上，本实施例中安装于FPC上形成集成式结构，并与所述FPC电连接。传统的三元锂离子电池、磷酸铁锂电池等，在电池进入长时间深度过放以后，自身的容量、电流输出能力、自放电率等均会发生不可逆的明显恶化，对于电子价签产品可维护性极差。因此本实施例中的储能组件采用钛酸锂电池，具有体积小、抗过放、防胀气、循环寿命高、充放电倍率大、安全性高等优点。具体包括超薄软包钛酸锂电池、圆柱钛酸锂电池、扣式钛酸锂电池。作为优选，本实施例中选用超薄软包钛酸锂电池或小尺寸的扣式电池，从而配合整体的柔性结构。

作为优选，本实施例还包括有光强检测组件。具体的，光强检测组件包括光敏传感器，所述光敏传感器设置在所述TFT阵列工作面上所述FPL未覆盖到的区域；本实施例中正好对应设置在U形太阳能电池片开口的一侧。所述光强检测组件还包括设置在FPC上的采样放大电路和AD转换电路，所述光敏传感器通过光电转换将环境光转化为电信号，所采集的电信号经由所述采样放大电路和所述AD转换电路传输给所述控制电路。经过ESL主体电路中MCU的处理后，实现光照度的检测，从而更好的配合太阳能电池组件的使用。同时，光强检测组件还可以经过ESL主体电路与LED灯配合使用，在光照条件不同的场合开灯或者关灯，更好的显示出货架信息。

如图5a-7b所示，具体到电路连接方式，太阳能电池片通过引线、柔性电路板、铜箔等直接引出导通电极，与TFT阵列通过银浆点连接、焊接、压接、离子爆破粘贴等方式进行电连接，对所述TFT阵列上的所述驱动电路供电，并且通过所述TFT阵列和所述FPC的电连接对所述FPC上的ESL主体电路以及所述储能组件供电。作为优选，FPL通过银浆点结构与TFT阵列电连接，并通过所述TFT阵列电连接到驱动电路；所述TFT阵列上设置有用于与太阳能电池片实现电连接的导通电极，此导通电极通过银浆点来实现与太阳能电池片上导通电极的电连接。通过银浆点电连接的方式使本实施例中的一体化模组结构更紧凑，并具有更高的可靠性。

进一步具体的方案中，所述FPL与所述TFT阵列之间通过两个银浆点同时焊接，所述太阳能电池片上的两个导通电极与TFT阵列的导通电极之间通过两个银浆点同时焊接，所述光敏传感器通过独立设置的银浆点与所述TFT阵列进行焊接。如图2、3、4所示，FPL与TFT阵列之间通过银浆点11和银浆点12同时焊接；太阳能电池片上的导通电极21、导通电极22与TFT阵列上的电极区21、电极区22(即TFT阵列上的导通电极)之间通过银浆点21、银浆点22同时焊接；光敏传感器与TFT阵列上的电极区3之间通过银浆点3进行焊接。即通过三步焊接的方式依次完成FPL、太阳能电池片和光敏传感器的焊接，无需依次对应每一个焊点进行焊接，从而提升了加工效率，简化了工艺步骤。

如图8所示，本实施例中的EPD模组还包括有充放电管理模块。所述充放电管理模块集成于FPC上，并分别与所述太阳能电池组件和/或所述NFC天线、所述储能组件、所述控制电路、所述显示组件电连接，还可以与所述光敏传感器电连接。所述太阳能电池组件和/或所述NFC天线将太阳能或近场耦合能量转换为电能，通过充放电管理分别对所述储能组件进行充电或者对所述负载供电。

需要说明的是，本实施例中，EPD模组具有待机状态和工作状态，其中待机状态处于FPL屏幕无需刷新显示信息的模式，仅有部分电子元件需要小电流进行供电保持启动；工作状态则是FPL屏幕正常刷新显示信息模式，此时需要驱动电路配合进行控制，同时FPC上的ESL主体电路也需要正常工作，因此需要大电流供电支撑其工作状态。因此本实施例中，当EPD模组处于待机状态时，太阳能电池片为TFT阵列、驱动电路以及FPC上的ESL主体电路和其他电子器件提供待机所需的小电流供电，多余的电量则进入储能装置储存；当EPD模组处于工作状态时，由储能装置输出大电流至FPC和TFT阵列上的各负载，维持其正常工作。

如图9所示，对应的，上述充放电管理模块的充放电管理方法，包括如下步骤：

S1、充放电工作模式：允许储能组件充放电，允许太阳能电池和/或所述NFC天线直接为负载供电；

S2、当储能组件电压大于等于过充电压时，进入过充保护模式：禁止储能组件充电但允许储能组件输出电源，允许太阳能电池和/或所述NFC天线直接为负载供电；反之，则由过充保护模式进入充放电工作模式；

S3、当储能组件电压小于等于过放电压时，进入过放保护模式：禁止储能组件电源输出，允许所述太阳能电池组件和/或所述NFC天线利用太阳能或近场耦合能量转换来的电能对储能组件充电；反之，则由过放保护模式进入充放电工作模式；

S4、进入过放保护模式并经过待机缓冲时间后，充放电管理模块进入深睡眠待机状态；作为优选，待机缓冲时间为0.5-2s，本实施例具体设定在进入放保护模式1s后，充放电管理模块进入深睡眠待机状态；

S5、当同时满足：太阳能电池组件或NFC天线供电功率大于唤醒功率，且储能组件未处于过放保护模式时，电能输入触发唤醒，结束深睡眠待机状态；

S6、当储能组件电压大于最低输出电压时，进入充放电工作模式。

作为优选，本实施例中所述储能组件与所述负载之间，无需电压电流转换器件，通过所述FPC上的电路开关动作即可实现储能组件的电源输出。通过控制太阳能电池组件的最大输出电压或NFC天线所形成耦合电源的最大输出电压，无电压电流转换器件，通过所述TFT阵列和所述FPC上的电路开关动作，即可利用外部电源为储能组件充电。

通过特定的充放电管理模块和配套的充放电管理方法去管理太阳能电池组件、储能组件和负载之间的用电关系，可以智能分配电量使用状况，并具有可靠的抗过充、过放功能，可以有效保障储能组件的工作状态，延长其使用寿命，提高了设备的可靠性，便于管理和维护。

本实施例还包括一种电子价签，包括上述的EPD模组和充放电管理模块，并使用上述的充放电管理方法进行管理。从而具有电子价签产品的小型化、高可靠性、高度自动化生产及低成本的特点，同时便于电子价签的管理与维护。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行各种修改、组合、子组合和替代，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种EPD模组，其特征在于：包括显示组件、太阳能电池组件、印刷电路板以及储能组件；

所述显示组件包括依次层叠设置的基板、薄膜晶体管TFT阵列、电子纸膜片FPL和盖板，所述TFT阵列上设有对应FPL的驱动电路；

所述太阳能电池组件包括太阳能电池片，所述太阳能电池片覆盖设置在所述盖板外表面，且所述太阳能电池片所覆盖区域不与FPL的显示区域重叠，所述太阳能电池片的电极与所述TFT阵列电连接；

所述印刷电路板与所述TFT阵列电连接，所述印刷电路板上设有控制电路；

所述储能组件用于接收太阳能电池组件提供的能量以及输出电能，并与所述印刷电路板电连接。

2.如权利要求1所述的一种EPD模组，其特征在于：所述印刷电路板包括FPC、PCB中的一种或两者的结合。

3.如权利要求1所述的一种EPD模组，其特征在于：所述TFT阵列上还设置有NFC天线，所述NFC天线与所述TFT阵列电连接。

4.如权利要求1所述的一种EPD模组，其特征在于：所述太阳能电池片的材料包括钙钛矿、有机太阳能电池OPV、非晶硅或染料敏化太阳能电池DSSC。

5.如权利要求1所述的一种EPD模组，其特征在于：所述印刷电路板上还设置有备用NFC天线和射频天线，两者均与所述印刷电路板电连接。

6.如权利要求1所述的一种EPD模组，其特征在于：所述储能组件包括钛酸锂电池。

7.如权利要求1所述的一种EPD模组，其特征在于：所述TFT阵列上设置有用于与太阳能电池片实现电连接的导通电极，此导通电极通过银浆点来实现与太阳能电池片的电连接。

8.如权利要求7所述的一种EPD模组，其特征在于：所述太阳能电池片上设有两个导通电极，太阳能电池片上的两个导通电极与TFT阵列上的导通电极之间通过银浆点同时焊接。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种EPD模组，其特征在于：还包括光强检测组件，所述光强检测组件包括光敏传感器，所述光敏传感器设置在所述TFT阵列工作面上所述FPL未覆盖到的区域。

10.如权利要求9所述的一种EPD模组，其特征在于：所述光强检测组件还包括设置在印刷电路板上的采样放大电路和AD转换电路，所述光敏传感器通过光电转换将环境光转化为电信号，所采集的电信号经由所述采样放大电路和所述AD转换电路传输给所述控制电路。

11.如权利要求1-8中任意一项所述的一种EPD模组，其特征在于：还包括充放电管理模块，所述充放电管理模块集成于所述印刷电路板上，并分别与所述太阳能电池组件和/或所述NFC天线、所述储能组件、所述控制电路、所述显示组件电连接；

所述充放电管理模块的充放电管理方法，包括如下步骤：

S1、充放电工作模式：允许储能组件充放电，允许太阳能电池和/或所述NFC天线直接为负载供电；

S2、当储能组件电压大于等于过充电压时，进入过充保护模式：禁止储能组件充电但允许储能组件输出电源，允许太阳能电池和/或所述NFC天线直接为负载供电；反之，则由过充保护模式进入充放电工作模式；

S3、当储能组件电压小于等于过放电压时，进入过放保护模式：禁止储能组件电源输出，允许所述太阳能电池组件和/或所述NFC天线利用太阳能或近场耦合能量转换来的电能对储能组件充电；反之，则由过放保护模式进入充放电工作模式；

S4、进入过放保护模式并经过待机缓冲时间后，充放电管理模块进入深睡眠待机状态；

S5、当同时满足：太阳能电池组件或NFC天线供电功率大于唤醒功率，且储能组件未处于过放保护模式时，电能输入触发唤醒，结束深睡眠待机状态；

S6、当储能组件电压大于最低输出电压时，进入充放电工作模式。

12.一种电子价签，其特征在于：包括权利要求1-11中任意一项所述的EPD模组。