Архитектурный дисплей

Архитектурный дисплей
Динамический дизайн в архитектуре
Существующие тенденции в архитектуре и строительстве базируются на
гармонии форм, рисунков и цветовой гаммы. При этом дизайн является статичным.
Поэтому, при изменении стиля и моды требуется перестройка зданий и интерьера
помещений. В результате это ведет к значительным финансовым затратам.
Мы предлагаем новую концепцию в архитектуре – динамический дизайн.
Под динамическим дизайном мы понимаем мгновенное изменение внешнего и
внутреннего оформления зданий (без изменения формы) по желанию и настроению
человека. То есть, художественное оформление внешнего вида самого здания и его
внутренних помещений производится непосредственно с помощью компьютера,
используя банк готовых изображений или собственные модели. Причем компьютерная
модель выбранного дизайна может мгновенно переноситься на стены и окна
помещений фактически без финансовых затрат.
С этой целью мы изобрели архитектурные дисплеи. Это плоские цветные
дисплеи неограниченного формата, причем их стоимость будет всего порядка $100 за 1
м2. В отличие от телевизионных и компьютерных дисплеев, они работают в
отраженном свете – при внешнем освещении. То есть, они имеют вид цветного
полиграфического изображения, что не утомляет глаза. Это связано с тем, что
психофизиологическими особенностями зрения человека является его восприятие
окружающего мира в отраженном свете. Поэтому таким дисплеям нет альтернативы по
проблеме сохранения зрения и здоровья пользователя.
По существу, наши архитектурные дисплеи выполняют роль электронноуправляемых «обоев», сделанных на основе стеклоблоков из обычного оконного стекла
со специальным покрытием, разработанным на основе нанотехнологий. Размер
стеклоблоков можно варьировать от 1 м2 до 10 м2 и более. Такими стеклоблоками
можно отделывать любые помещения, не ограничиваясь ни размером, ни формой.
Важно, что материалы и краски, используемые в дисплеях, являются неорганическими
и не деградируют под солнечным ультрафиолетовым излучением. Рисунок таких
«обоев» формируется под действием электрически управляемых элементов. При этом
энергия потребляется только на создание рисунка и составляет 1Дж/м2. Затем рисунок
запоминается и на его поддержание не требуется энергии. Одновременно эти
стеклоблоки выполняют роль тепловой и шумовой изоляции, по аналогии с
вакуумными оконными стеклопакетами.
Для окон предусматриваются архитектурные дисплеи, которые являются
электронно-управляемыми фильтрами, но уже не с отражением, а с пропусканием
света. Такие окна могут выполнять две функции. Днем они производят формирование
желаемого рисунка с заданным коэффициентом пропускания солнечного света. Ночью
они выполняют роль световых экранов, отражающих свет внутрь помещения. Особо
отметим, что окна отражают свет и в инфракрасной области. Это позволяет резко
уменьшить тепловые потери из помещений в холодную погоду. В жаркую погоду они
наоборот отражают солнечный свет, что предотвращает избыточный нагрев
помещений. То есть, по существу такие окна являются электронно-управляемыми
жалюзи. И, кроме того, они являются хорошими тепловыми и звуковыми изоляторами.
Наши архитектурные дисплеи можно использовать и в автомобилестроении для
окон с управляемым пропусканием света, в рекламной индустрии, в издательской
деятельности для замены бумажных носителей. А их модификации для движущихся
изображений использовать для компьютерных и телевизионных дисплеев.
Использование архитектурных дисплеев приведет к экономии строительных
ресурсов и отделочных материалов, к сокращению потребления бумаги. Важно, что эти
дисплеи способствуют сохранению зрения и здоровья пользователей телевизионных и
компьютерных дисплеев.
Таким образом, динамический дизайн может принципиально поменять подходы
в архитектуре, сделать ее более приближенной к человеку.
Изменение парадигмы построения дисплея
Существующие широкоформатные Flat Panel Display (FPD), как правило,
являются светоизлучающими. В эту группу дисплеев входят Plasma Display Panel (PDP),
Field Emission Display (FED), Electro-Luminescent Display (ELD), Light Emitting Diode
(LED) и дисплеи на электро-люминесцентных полимерах. К ним можно отнести и
Liquid Crystal Display (LCD), так как для увеличения контрастности в них используются
встроенный источник света. Кроме того, эти дисплеи используют матричное
формирование рисунка. Это приводит к значительному увеличению себестоимости
изделий. Уменьшение себестоимости дисплеев с помощью использования
органических материалов и полимеров ограничивает их применение из-за деградации
материала под действием солнечного ультрафиолета. Еще одним значительным
недостатком является невозможность сохранять кадр длительное время без
специальных электронных устройств. Такие принципы создания дисплеев не могут
быть использованы для архитектурного дизайна.
Использование технологии создания электронной бумаги EP в принципе
позволяет создать архитектурный дисплей. Но в EP также используется дорогое
матричное управление разверткой кадра. Также, для создания EP, как правило,
используются органические материалы, что не позволяет использовать ее для внешнего
оформления зданий.
Учитывая вышеизложенное, можно констатировать, что в настоящее время
необходимо коренным образом изменить саму парадигму построения дисплея. Это
переход от светоизлучающих дисплеев к плоским RGB-дисплеям, управляющим
внешним отраженным светом при увеличении частоты развертки кадра, по крайней
мере, больше 75 Гц с одновременным применением автосканирования.
Реализация новой парадигмы в рамках старых технологий невозможна. Поэтому
необходимо переходить на новые физические принципы и использовать новые
технологии и, в частности, нанотехнологии.
Специально для архитектурных дисплеев нами разработан некий гибрид
между LCD и CRT., но имеющий упрощенную серпантинную развертку с
автосканированием. Мы оттолкнулись от принципиально новой технологии создания
дисплеев на основе электронных кластеров (EC), разработанной Shoulders [1]. EC
представляет собой пространственное образование из нескольких миллиардов
электронов. Под действием внешнего поля EC двигается по поверхности диэлектрика.
Однако, при эмиссии электронов на люминофор Shoulders’s EC разрушается. Мы
нашли условия, когда EC является устойчивым [2,3].
На рис. 1 в качестве подвижного драйвера показан устойчивый электронный
кластер
диаметром
30100
мкм,
двигающийся
непосредственно
в
наноструктурированном материале.
Рис. 1. Движение электронного кластера по строке.
Такой кластер сможет генерировать в среднем ток 10100 мА по всей развертке кадра.
Один или три EC можно использовать в качестве управляющего элемента RGBдисплея в режиме автосканирования. Он будет двигаться вдоль наноструктурированной
пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку. Скорость его движения достаточна
для создания частоты кадров до 120 Гц. На эту же подложку наносятся управляющие
электроды. Они имеют вид непрерывной «змейки», что позволяет создать
серпантинную развертку, как показано на рис.2.
Рис. 2. Конструктивный вариант катода дисплея с самосканирующей разверткой.
В результате число управляющих электродов снижается с 12801024 в стандарте HDTV
до 15 штук. Это резко упрощает и удешевляет электронику управления и уменьшает
электромагнитное излучение дисплея.
Электроды могут управлять скоростью движения электронного кластера вдоль
наноструктурированной пленки. Одновременно с помощью дополнительных
электродов можно изменять суммарный заряд кластера или ток через него. Это
упрощает процесс формирования изображения.
Электронный кластер может двигаться в двух режимах. В первом режиме он
двигается в материале пленки. Тогда, при контакте со светоактивной средой, он может
управлять яркостью свечения электролюминесцентных материалов как, например, в
ELD или изменять отражающие/поглощающие свойства как, например, в LCD. Во
втором режиме электронный кластер распадается на две части. Одна часть Q2
продолжает движение в материале пленки, а вторая часть Q1 может эмиттироваться в
газ или вакуум. В последнем случае облако свободных электронов может возбуждать
люминофоры аналогично, как в PDP при выходе в газ или как в вакуумном FED.
Управление цветом осуществляется с помощью переключения электродов R,G,B,
расположенных на аноде, как показано на рис.3,4.
Рис. 3. Конструктивный вариант анода дисплея.
Конструктивно анод и катод объединяется в виде стеклоблока, удобного для
архитектурных работ. Такой стеклоблок одновременно является прекрасным
теплоизолятором.
Рис. 4. Конструктивный вариант сегмента дисплея в сборке.
В настоящее время мы разрабатываем новый класс неорганических материалов.
Они управляются внешним электрическим током, эффективно поглощают или
отражают свет. Такие материалы в настоящее время можно создать только с
использованием нанотехнологий. В этом случае удается оптимизировать
экономические и электрофизические параметры непосредственно на молекулярном
уровне. Такие материалы могут полностью заменить люминофоры.
Dr. Alexander M. Ilyanok
Литература
1. K. R. Shoulders, US Patent № 5,018,180
2. Заявка на патент Ilyanok A.M., PCT BY –99/00012 «Quantum-Size Electronic
Devices and Operating Conditions Thereof» (WO 00/41247 http://www.ipdl.wipo.int).
По этой заявке уже получен евразийский и американский патенты.
3. Заявка на патент Ilyanok A.M., PCT/EA02/0008 “SELF SCANNING FLAT
DISPLAY” (WO 03/003335 A1 http://www.ipdl.wipo.int). По этой заявке уже
получен евразийский патент.