CN1846031A - 动态道路标记装置 - Google Patents

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Abstract

动态道路标记装置能在第一与第二显示状态之间切换。其具有双稳定的电光层。原则上，该动态道路标记装置仅在所述状态间切换，即仅在改变动态道路标记装置的视觉性质时，才需要能量。

Description

动态道路标记装置
技术领域
本发明涉及一种动态道路标记装置及动态道路标记装置的操作方法，该装置能在第一与第二显示状态之间切换。
背景技术
近几年，交通当局对于可以改变以便反映出当前交通状况的交通标志的兴趣不断增长。例如，需要因恶劣天气而改变限速，或者警告驾驶员前方路上存在交通拥堵。
近来，已经针对随某些条件而改变的道路标记进行了试验，例如可改变标记道路上不同车道的白色线，以便当早晨高峰时间对车道的需求增加时，将两条车道改成三条。这可以通过采用三条线，并根据需要使这些线出现或不出现来实现，以便获得期望的结果。
美国6,092,909披露了一种动态道路标记装置，其使用电光开关在激活的反光状态与去激活的光吸收状态之间切换。在激活状态下，道路标记装置可清晰地呈现为白线，在去激活状态下，其相对于路面实际上是不可见的。不过，这种动态道路标记装置在激活状态下需要不断地施加能量，这在能源供应短缺的情况下是个问题。从而，需要一种需要最小能量，且依然具有所希望的接通和断开功能的动态道路标记装置。
发明内容
本发明的目的是满足这一需要，通过具有体现权利要求1特征的动态道路标记装置来实现这一目的，从属权利要求2-19中表示出优选实施例。本发明还涉及一种根据权利要求20所述的动态道路标记装置的操作方法。
根据权利要求1所述的动态道路标记装置包括双稳态电光层。该动态道路标记装置具有非常能量有效的优点，这是因为其仅在切换显示性质时才需要能量。
电光层可包括一层包含一组具有预定视觉性质的带电粒子的电泳材料，和靠近电泳材料层的一侧设置的至少第一导电层。导电层可控制带电粒子在电泳材料中的运动。根据导电层的电荷，粒子可朝向或远离导电层运动，并且动态道路标记装置的视觉性质可随带电粒子的视觉性质而改变。
如上所述，该动态道路标记装置具有非常能量有效的优点，因为仅在切换显示性质时才需要能量。这是因为带电粒子是双稳态的，可以在不需要任何能量供给的条件下在电泳层中相同位置处停留数月，即该动态道路标记装置可从第一、未激活状态切换到第二、激活状态，反之亦然。这意味着，该动态道路标记装置的视觉性质基本上保持相同，直至向导电层施加新电压从而改变其电荷为止。低于20-30V的低电压足以使粒子移动，并改变动态道路标记装置的视觉性质。这样具有可使用太阳能为动态道路标记装置提供能量的优点。该动态道路标记装置还具有耐用和易于安装的优点。其可以象普通的临时热塑性路标那样，涂覆到路面上。此外，该动态道路标记装置易于折叠或卷起，从而易于运输。还可以使其非常薄，从而不会干扰交通，或者当车辆在其上行驶时不会引起额外的噪音。可将该动态道路标记装置形成为任何形状，表明其不仅可以表示线条，而且还可以表示箭头和其他符号。可使用其改善交通流量以及交通安全。
该动态道路标记装置可包括靠近电泳材料层另一侧的第二导电层。这样可进一步改善对电泳层中带电粒子的控制，从而改善视觉性质。
根据一种变型，带电粒子可由有色流体围绕。在此情形中，粒子具有一种颜色，例如白色，而流体具有反衬色。在一种状态下，粒子是可见的，路标呈现为白色，在另一种状态下，粒子被流体覆盖，路标呈现为黑色。这是一种使动态道路标记装置具有两种状态的简单而有效的方法。
根据第二种变型，带电粒子组可包括一组具有第一视觉性质的带正电粒子或一组具有第二视觉性质的带负电粒子，或者可包括一组具有第一视觉性质的带正电粒子和一组具有与第一视觉性质不同的第二视觉性质的带负电粒子。这样就能够在两种状态之间切换动态道路标记装置的视觉性质。例如，带正电粒子为白色，带负电粒子为黑色，这样就可以通过改变导电层的电荷，将动态道路标记的颜色从黑色变为白色，或者相反。
根据本发明第二实施例，所述电光层包括至少两个氧化还原活性层，其中至少一层为电致变色材料，并提供用于在两个氧化还原活性层之间产生电压差的导电层，并提供防止所述至少两个氧化还原活性层之间直接电接触的装置。
如上所述，该动态道路标记装置具有非常能量有效的优点，因为仅在切换显示能量时才需要能量。这通过防止两个氧化还原活性材料之间直接电接触，使电致变色效应双稳定来实现。在没有任何能量供给的情况下，电致变色材料可停留在相同状态大约1小时。从而，仅需要小“升压”就能保持状态。这意味着，动态道路标记装置的视觉性质基本上保持相同，直至向导电层施加新电压以改变其电荷为止。仅5V或更小的低电压足以改变动态道路标记装置的视觉性质。这样具有的优点是，可使用太阳能为动态道路标记装置提供能量。该动态道路标记装置还具有耐用和易于安装的优点。其可以象普通的临时热塑性路标那样，涂覆到路面上。此外，该动态道路标记装置易于折叠或卷起，从而易于运输。还可以使其非常薄，从而不会干扰交通，或者当车辆在其上行驶时不会引起额外的噪音。可将该动态道路标记装置形成为任何形状，表明其不仅可以表示线条，而且还可以表示箭头和其他符号。可使用其改善交通流量以及交通安全。
所述电光层还可以包括电解质层，最好是凝胶电解质层。凝胶电解质可作为相邻层之间的粘合剂。
所述至少一层电致变色材料可包括至少一种导电聚合物，且所述导电聚合物可以为有机导电聚合物。这是有益的：因为这些材料是柔性的，从而使动态道路标记装置易于运输。
所述导电层可包括铟锡氧化物或者高掺杂聚(乙烯二氧噻吩)，这两者均具有优异的导电性且都是柔性的。
所述电光层可包括聚吡咯电致变色层，正常掺杂聚(乙烯二氧噻吩)和正常掺杂聚乙烯二氧吡咯的混合物的电致变色层，以及夹在这两层之间的凝胶电解质层，两个导电层设置在电光层的每一侧，即分别靠近聚吡咯层的并非面对凝胶电解质的一侧和靠近正常掺杂聚(乙烯二氧噻吩)和正常掺杂聚乙烯二氧吡咯的混合物层的并非面对凝胶电解质的一侧。这样就提供了简单地在两种状态：一种是透明状态，一种是黑状态，之间切换的有效工作的电光层。不超过大约2V的电压就足以在状态之间产生切换。靠近一个导电层设置的白色反射层具有以下作用：当电光层处于透明状态时，使动态道路标记装置呈现白色。
根据本发明的第三实施例，所述电光层是双稳态液晶层，其也具有上述的优点：双稳定，从而能量有效。
在根据任何上述实施例的动态道路标记装置上，可设置一层可见度增强光学结构。这些结构可实现多种功能。可提高来自汽车前灯的入射光朝向汽车驾驶员的反射率，从而使驾驶员更易于看到路标。还能够将来自前灯的光聚焦到指定的其他方向，为其他道路使用者加亮这些结构，例如十字路口。在夜间或者在可见度下降的情况下使用时，这些结构特别有用。
动态道路标记装置还可以包括聚亚氨酯涂层。该涂层保护道路标记装置，使其非常耐磨损。
本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并将参照下面所述的
实施例进行说明。
附图说明
在下面的详细描述中，将参照附图中示出的某些实施例进行进一步说明本发明。
图1为根据本发明第一实施例的动态道路标记装置的一部分的示意剖面图，
图2为图1中所示的动态道路标记装置部分的示意平面图，
图3示意地表示根据本发明的动态道路标记装置上的可见度增强结构，
图4表示上述动态道路标记装置的第一实施例，
图5为动态道路标记装置的第一实施例的剖面图，其不如图1详细，以及
图6为根据本发明第二实施例的动态道路标记装置的一部分的剖面图。
具体实施方式
图1，2，4和5表示根据本发明的动态道路标记装置的第一实施例。
图1为动态道路标记装置的一部分的示意剖面图。该动态道路标记装置包括第一和第二导电层或电极1和2。第一导电层1是透明的。电泳层形式的电光层3夹在导电层1与2之间。
电泳层包括微胶囊4，其中微胶囊4包含清澈流体6和分别涂有白色和黑色颜料的粒子6和7。
当然，粒子可具有任何适当的视觉性质。例如，它们可涂有不同颜色或者分别具有反射和非反射表面。它们还可以包括介于两种预定颜色之间的中间颜色，以便提供灰度级。
粒子具有相反的表面电荷(例如黑色粒子为负，白色粒子为正)。E Ink公司制造了商品名称为Electronic Ink的这种产品。其具有将入射光散射到所有方向的优点，在本申请中这意味着，道路标记不仅对于前灯照亮路标的汽车中的驾驶员是清晰可见的，而且对于其他道路使用者也是清晰可见的。导电层1和2可使白色或黑色粒子6，7运动到清澈流体中，到达电泳层3的表面，即靠近透明第一电极1，从而将动态道路标记装置的有效颜色从白色改变成黑色，或者相反。这通过称作电泳现象的过程来完成，其中在电场的影响下，带电粒子在流体中运动。在此情形中，由施加给导电层1和2的电压提供电场。由电压输送和控制装置9来输送和控制电压，其中电压输送和控制装置9可以是太阳能供电和远程控制的。
假设黑色粒子带负电，白色粒子带正电，并且将正电压施加给第一导电层，将负电压施加给第二导电层，则带负电的黑色粒子7将向第一导电层1运动，带正电的白色粒子6将朝向第二导电层2运动。从而，由于第一导电层是透明的且朝向观察者，观察者感到动态路标装置是黑色的，即与道路相同的颜色。
另一方面，如果将负电压施加给第一导电层，将正电压施加给第二导电层，则带正电的白色粒子将朝向第一导电层1运动，带负电的黑色粒子7将朝向第二导电层2运动，观察者感到动态路标装置是白色的，且与道路表面清楚地区分开。
此外，如图1中所示，可将导电层分成段，每一段分别是可控的，从而动态路标可形成相对于白色或黑色背景的不同的二维黑色或白色形状。可用于将线条从实线变为虚线，变为根本没有线条，或者使左箭头变为右箭头或者根本没有箭头，或者将最大速度指示50变为最大速度指示80或者没有最大速度指示。在图1和2中表示出这种情形，其中可见表面的右半部是黑色的，右半部是白色的。这是因为负电压施加给第一导电层1的左半部，正电压施加给第二导电层1的左半部。图4中表示出其一种应用，其中动态道路标记装置形成数字25。
或者可用于不完全切换电泳层，将导致第一和第二粒子6和7都处于表面，即第一导电层处的显示状态。可利用其将道路标记装置的暗状态调整为周围道路的真正颜色。
此外，还可使用有色流体5以及均具有相同颜色(或者为正，或者为负)和相同的视觉性质的粒子6，7。例如，可使用黑色流体和白色粒子。
利用有色流体和两种粒子，还可以产生三种颜色，例如地面的颜色和另外两种颜色。
电光层，在此情形中为电泳层3，是双稳态的。其保持其状态数天到数月，无需提供任何能量。在此情形中，这意味着当切断能量时，带电粒子6，7保留在相同位置通常数个星期到数月。这表明仅在改变动态道路标记装置的图案时才需要能量。
通过以下方法制造动态道路标记装置，其中利用滚涂方法将电泳层3涂覆到上面具有透明导电层1的例如塑料材料柔性薄膜上。透明导电层1可以不带图案。在电泳层的顶部设置压敏粘合剂，利用压敏粘合剂可将电泳层层叠在上面具有第二导电层2的例如塑料材料第二薄膜上，第二导电层2优选是经过粗略构图的，且由与路面良好粘接的材料制成。第二导电层2不必是透明的。第二导电层2是当动态道路标记装置涂覆到道路上时最靠近路面的层。动态道路标记装置可按照与普通临时热塑性路标相同的方式涂覆到道路上。可将动态路标卷起成具有小弯曲半径，以易于运输和安装到路面上。
第一和/或第二塑料材料薄膜可由，例如在正常使用温度下具有类似橡胶性质的聚合物制成，如聚亚氨酯，使动态路标更加耐用。
粒子6和7上的反衬颜料是高反射性的，且具有良好的对比度，例如12∶1。
图6表示根据本发明的动态道路标记装置的第二实施例。
图6中的动态道路标记装置具有两个氧化还原活性层11和12形式的电光层，其中至少一个是电致变色层，并且凝胶电解质层13夹在两个氧化还原活性或电致变色层11，12之间。相应的导电层14和15设置在电致变色层的并非面对凝胶电解质的一侧上。两个相应的塑料薄膜层16和17设置在导电层14，15的外部，并且在底部设置白色底部反射器18。导电层14，15与外部电源19相连接。
可将图6中某些层的功能结合到一层中。从而，可使用聚(乙烯二氧噻吩)(PEDOT)，将层14或15中的导体功能结合到电致变色材料11或12中。或者，如果使用金属薄膜取代塑料薄膜，则可以将导体功能15与包装层17组合。此外，例如通过电解质中采用白色散射粒子(例如TiO2粒子)，可将反射器功能18结合到电解质层13中。后者具有更易于得到透明状态的优点，因为第二电致变色层12的性质对于光学效应没有影响。电致变色材料，如导电聚合物，具有取决于其电化学势的不同光学性质。在电场的影响下，可以在透明状态与有色状态之间或者在两种或多种不同有色状态之间切换。归因于动态道路标记装置中各层的结构，电致变色材料的状态是双稳定的。从而，原则上只有当从一种状态切换到另一种状态时才需要能量。不过，在大约一小时之后常常需要一个小的“升压”，以使电致变色材料保持在所需状态。
利用不同电致变色材料的组合，可获得包括黑色在内的多种颜色。
一种用于道路标记目的的溶液包括可在透明与有色状态之间切换的电致变色材料。在其有色状态下，组合颜色将吸收所有光，呈现出黑色。在其透明状态下，可看到白色底部反射器。
可能的电致变色材料为有机导电聚合物，如：可在透明状态与蓝色状态之间切换的聚(乙烯二氧噻吩)(PEDOT)；可在绿色状态与透明状态之间切换的聚吡咯；可在透明状态与红色状态之间切换的聚乙烯二氧吡咯(PEDOP)。不过，有多种具有不同光学性质的不同材料可以选择，例如可使用无机氧化钛或其他染料(中非共和国B.C.Thompson，P.Schottland，K.Zong，J.R.Reynolds，Chem.Mater.2000，12，1563)。
下面将描述根据图6的实施例。
为塑料薄膜16涂覆高掺杂的PEDOT或氧化铟锡(ITO)14，随后涂覆聚吡咯11。高掺杂的PEDOT或ITO将作为导体14，并且不属于电致变色单元。将凝胶电解质13涂覆到聚吡咯层11上。在H.W.Heurer，R.Wehrmann，S.Kirchmeyer，Adv.Funct.Mater.2002，12，89中描述了一种可能的聚合物凝胶电解质。
第二薄膜17设有透明导体15，如ITO或高掺杂的PEDOT。在该透明导体15上沉积电致变色层，该电致变色层可以为至少两种不同电致变色材料12的混合物。例如正常掺杂的PEDOT和PEDOP。
将两个薄膜16和17密封在一起，为此聚合物电解质13可作为两个薄膜16与17之间的粘合剂。导体层14和15(ITO或高掺杂的PEDOT)可以与外部电源19相连。2V的电压足以将导电聚合物掺入或者不掺入层11和12中，以便将其光学性质从完全透明变成完全着色。红、蓝与绿的组合产生黑色外观。
对于电致变色实施例，可通过电压或电流控制获得灰度级。
根据本发明的第三实施例，所述电光层可以为双稳态液晶层。这些层可利用的效应例如有胆甾结构液晶(CTLC)效应，双稳态向列液晶效应以及铁电液晶效应。
根据所有上述实施例的动态道路标记装置可用在大表面面积系统中，并且在垂直180°和水平360°的角度内都可看到，在白天非常有效。
为了进一步增强黑暗期间的可见度，动态道路标记装置的顶部，例如根据本发明第一实施例的透明第一导电层1的顶部上，可采用附加的光学层，例如棱镜状结构，如图3中示意出的，以保证过往汽车前灯发出的光被向下朝向电光层偏转，然后通过该光学结构将光朝向汽车驾驶员直接反射。
还可以采用附加的结构或层，来消除例如道路标记装置顶部上的太阳的镜面反射效应。
一种进一步增强可见度的措施为，将本发明第一和第二实施例的电光层直接涂覆到向后反射膜上。向后反射器是一种将入射光束沿与入射方向平行的方向反射的反射器。
为了使动态道路标记装置更加耐用，可在动态道路标记装置1的顶部上涂覆透明聚合物涂层10，优选在正常使用温度下具有类似橡胶性质的聚合物，如聚亚氨酯。这样可增强耐汽车轮胎划伤性。
本发明的保护范围不限于所示实施例。本发明在于每个新颖特征以及特征的每种组合。此外，权利要求中的附图标记不应被理解为限制其保护范围。

Claims (20)

1、一种动态道路标记装置，能在第一与第二显示状态之间切换，并包括电光层(3；11，12)，其特征在于所述电光层(3；11，12)是双稳态的。
2、根据权利要求1所述的动态道路标记装置，其中所述电光层是一层包括一组具有预定视觉性质的带电粒子(6，7)的电泳材料(3)，并且其中至少第一导电层(1)靠近电泳材料层(3)的一侧设置。
3、根据权利要求2所述的动态道路标记装置，还包括靠近电泳材料层(3)的另一侧设置的第二导电层(2)。
4、根据权利要求2或3所述的动态道路标记装置，其中所述带电粒子(6，7)被有色流体(5)包围。
5、根据权利要求2或3所述的动态道路标记装置，其中所述带电粒子组(6，7)包括一组具有第一视觉性质的带正电粒子(6)。
6、根据权利要求2或3所述的动态道路标记装置，其中所述带电粒子组(6，7)包括一组具有第二视觉性质的带负电粒子(7)。
7、根据权利要求2或3所述的动态道路标记装置，其中所述带电粒子组(6，7)包括一组具有第一视觉性质的带正电粒子(6)和一组具有不同于第一视觉性质的第二视觉性质的带负电粒子(7)。
8、根据权利要求1所述的动态道路标记装置，其中所述电光层包括至少两个氧化还原活性层(11，12)，其中至少一层为电致变色材料，其中提供导电层(14，15)，以便在所述两个氧化还原活性层(11，12)之间产生电压差，并且其中提供防止所述至少两个氧化还原活性层(11，12)之间直接电接触的装置。
9、根据权利要求8所述的动态道路标记装置，其中所述电光层还包括电解质层(13)。
10、根据权利要求9所述的动态道路标记装置，其中所述电解质层为凝胶电解质层(13)。
11、根据权利要求8，9或10所述的动态道路标记装置，其中所述至少一层电致变色材料(11，12)包括至少一种导电聚合物。
12、根据权利要求11所述的动态道路标记装置，其中所述至少一层电致变色材料(11，12)包括至少一种有机导电聚合物。
13、根据权利要求8至12其中任何一个所述的动态道路标记装置，其中所述导电层(14，15)包括氧化铟锡。
14、根据权利要求8至12其中任何一个所述的动态道路标记装置，其中所述导电层(14，15)包括高掺杂的聚(乙烯二氧噻吩)。
15、根据权利要求8至14其中任何一个所述的动态道路标记装置，其中所述电光层包括聚吡咯电致变色层(11)，正常掺杂聚(乙烯二氧噻吩)和正常掺杂聚乙烯二氧吡咯的混合物的电致变色层(12)，以及夹在这两层之间的凝胶电解质层(13)，两个导电层(14，15)设置在电光层的每一侧，即分别靠近聚吡咯层(11)的并非面对凝胶电解质(13)的一侧和靠近正常掺杂聚(乙烯二氧噻吩)和正常掺杂聚乙烯二氧吡咯的混合物层(12)的并非面对凝胶电解质(13)的一侧。
16、根据权利要求8至15其中任何一个所述的动态道路标记装置，其中靠近其中一个所述导电层(16)设置白色反射层(18)。
17、根据权利要求1所述的动态道路标记装置，其中所述电光层是双稳态液晶层。
18、根据前面任一权利要求所述的动态道路标记装置，其中在所述动态道路标记装置上设置一层可见度增强光学结构(8)。
19、根据前面任一权利要求所述的动态道路标记装置，还包括聚亚氨酯涂层。
20、动态道路标记装置的操作方法，包括将动态道路标记装置中的电光层切换到所需状态的步骤，其特征在于根据权利要求1至19其中任何一个来设计所述动态道路标记装置。
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