CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2 MÀN HÌNH HIỂN THỊ CHỮ NỔI BRAILLE ĐIỆN TỬ
2.2.2 Các loại công nghệ chế tạo màn hình chữ nổi điển hình
- Vật liệu áp điện (Piezoelectric):
Một vật liệu được cấu tạo bởi ba yếu tố PZT (chì Pb, zorconi, titan) sẽ có tính chất áp điện. Hiện tượng áp điện có hai hiệu ứng thuận và nghịch, khi áp vào nó một trường điện thì nó biến đổi hình dạng và ngược lại khi dùng lực cơ học tác động vào nó thì nó tạo ra dòng điện.
Thiết bị truyền động áp điện có thể được sử dụng cho các điện tử chữ nổi Braille bằng cách cấp vào một điện áp khoảng 220V, làm cho các thanh Piezoelectric uốn conglên và đẩy các chấm lên.Hầu như tất cả các màn hình hiểnthị chữ nổi có sẵn hiện nay trên thị trường đều sử dụngthiết bị truyền động dựa trên áp điện. Một nhược điểm của các loại vật liệu này trong ứng dụng màn hình chữ nổi là tồn tại khả năng lệch hướng truyền động làm kẹt chấm nổi khi hiển thị. Bên cạnh đó, vật liệu này thường có chi phí cao, khoảng 65 đến 100 USD cho mỗi ký tự chữ nổi và một thiết bị hoàn chỉnh thường có khoảng 40 ký tự trở lên nên giá khoảng từ 2500 đến 4000 USD (Hình 2.5).
SVTH: Huỳnh Thế Hiển 10 Hình 2.5: Một màn hình ký tự nổi Braille bằng Piezoelectric
- Động cơ:
Các thiết bị màn hình sử dùng động cơ để servo có kích thước nhỏ để biến đổi chuyển động tròn thành chuyển động tịnh tiến nâng hạ chấm nổi lên xuống có ưu điểm là cơ cấu khá đơn giản và dễ thực hiện, tuy nhiên vấn đề nhược điểm lớn nhất là kích thước thường rất cồng kềnh gây rất nhiều khó khăn cho người sử dụng, không có khả năng ghép nối phát triển thành một màn hình hiển thị nhiều ký tự chữ nổi. Hình 2.6 là một thiết kế màn hình chữ nổi 2.5D (dạng mảng) của Wagner năm 2002 [13] dựa vào truyền động của động cơ.
Hình 2.6: Màn hình chữ nổi sử dụng truyền động dựa vào động cơ.
SVTH: Huỳnh Thế Hiển 11 - Điện từ:
Cơ cấu truyền động sử dụng điện từ chủ yếu hiện nay dựa trên lực từ của nam châm (thường là rờ-le) để nâng hạ chấm nổi. Với cơ cấu rất đơn giản là ưu điểm của thiết kế này. Nhưng nhược điểm của thiết kế này cũng là vấn đề về kích thước và tiếng ồn của rơ-le khi sử dụng. Hình 2.7 là một thiết kế màn hình chữ nổi của Fung-Huei Yeh [14] dựa vào truyền động của rơ-le
Hình 2.7: Màn hình chữ nổi sử dụng truyền động dựa vào điện từ [14]
- Khí nén:
Cơ cấu truyền động chấm nổi dựa vào khí nén sử dụng các xi lanh nhỏ và lực đẩy của khí nén để nâng hạ chấm nổi. Thuận lợi của cơ cấu khí nén là thiết kế và điều khiển đơn giản, tuy nhiên hệ thống bắt buộc phải có máy bơm tạo áp suất khí và các đường ống dẫn khí nên hệ thống rất cồng kềnh. Hình 2.8 Cho thấy một màn hình chữ nổi sử dụng truyền động bằng khí nén của M.B,Cohn [13] vào năm 1992.
Hình 2.8: Màn hình chữ nổi sử dụng truyền động dựa vào khí nén [13]
SVTH: Huỳnh Thế Hiển 12 - Ngoài ra, vật liệu thông minh có khả năng nhớ hay biến đổi hình dạng dưới tác động của dòng điện cũng được sử dụng cho các truyền động cơ-điện tử để chế tạo màn hình chữ nổi điện tử, trong đó các bao gồm:
o Hợp kim nhớ hình dạng (Shape Memory Alloys - SMAs)
Công nghệ thiết màn hình chữ nổi bằng vật liệu hợp kim nhớ hình có cấu trúc dựa vào khả năng nhớ hình của hợp kim. Khi đun nóng hoặc cấp điện nó sẽ co rút, khôi phục lại hình dạng, khả năng nhớ hình cung cấp lợi ích cho việc truyền động hiển thị chấm nổi. Thiết kế màn hình bằng hợp kim nhớ hình thông thường sử dụng hai dạng.Một là dạnglò xo hợp kim nhớ hình với thiết kế ở Hình 2.9a của công ty TiNi vàthiết kế của Fisher năm 1999, xem Hình 2.9b [13]. Dạng thứ hai là dây hợp kim nhớ với thiết kế ở Hình 2.10 của Hesser năm 1993 [13]
Hình 2.9: Màn hình chữ nổi sử dụng truyền động dựa lò xo SMA (a) Thiết kế của công ty NiTi, (b) Thiết kế của Fisher.
Hình 2.10: Màn hình chữ nổi sử dụng truyền động dựa lò xo SMA (a) mô hình thực tế, (b) Cơ cấu thiết kế.
(a) (b)
SVTH: Huỳnh Thế Hiển 13 o Polymer hoạt động(Electro Active Polymer - EAPs)
Trong những năm gần đây, vật liệu polymer electroactive (EAP) đã xuất hiện trong nhiều nghiên cứu trên thế gới với những tiềm năng đáng kể.Electroactive Polymer (EAPs) là một loại polyme có thể đổi kích thước hoặc hình dạng khi bị kích thích bởi một điện trường (Hình 2.11a). Các ứng dụng phổ biến nhất của loại vật liệu có trong thiết bị truyền động và cảm biến. Đặc tính biến đổi hình dạng và kích thước của loại vật liệu này được khai thác ứng dụng cho truyền động chấm nổi hoạt động, với kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ [15].Hình 2.11b là một nghiên cứu kiểm tra thực tế trên người dùng và sản phẩm thử nghiệm màn hình hiển thị chữ nổi sử dụng chất liệu EAP (Hình 2.11c).
Hình 2.11: Màn hình chữ nổi điện tử bằng công nghệ EAPs (a) Cấu trúc hoạt động của EAP, (b) Người khiếm thị sử dụng màn hình thử nghiệm, (b) Sản phẩm thử
nghiệm [15]
SVTH: Huỳnh Thế Hiển 14 o FET Polymer:
Các FET Polymer truyền động được thực hiện bằng cách tích hợp giữa hữu cơ FieldEffect Transistor (FET) và Electro Active Polymer (EAP) truyền động. Các thiết bị truyền động được thực hiện bằng cách xếp màng mỏng đươc cấu hình bằng kim loại polymer ion composite (IPMC), thực hiện các chuyển động linh hoạt và tỷ lệ đáp ứng cao trên một lớp trường hữu cơtransistor hiệu ứng được in trên một tấm nhựa [10].Cấu tạo của một chấm nổi dựa vào truyền động FET Polymer được mô tả ở Hình 2.12a.
Hầu như tất cả các lớp cấu tạo đều được làm bằng vật liệu Polymer siêumỏng với các cơ cấu chấp hành có trọng lượng nhẹ, linh hoạt và khángsốccơ học tốt làm cho loại vật liệu nàyđặc biết phù hợp cho một thiết bị di động (Hình 2.12b).
Hình 2.12: (a) Cấu trúc truyền động FET Polymer, (b) Màn hình chữ nổi sử dụng công nghệ FET Polymer [10].
Trên thực tế, trong các vật liệu thông minh vừa được đề cập thì cho đến hiện nay, ngoại trừ vật liệu từ hợp kim nhớ hình dạng được do phát hiện sớm nên đã được thương mại và phát triển rộng rãi, thì các loại vật liệu còn lại vẫn còn giới hạn về công nghệ chế tạo vật liệu, đang trong quá trình nghiên cứu làm giảm chi phí nhằm phù hợp với mục đích thương mại và ứng dụng.