DE2632140A1

DE2632140A1 - Anzeigeeinrichtung, bei welcher der elektrophorese-effekt ausgenutzt wird

Info

Publication number: DE2632140A1
Application number: DE19762632140
Authority: DE
Inventors: Jean Luc Ploix; Yvan Raverdy
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1977-01-20
Also published as: JPS5916270B2; DE2632140B2; DE2632140C3; US4062009A; FR2318474A1; JPS5211897A; GB1500467A; FR2318474B1

Description

Anzeigeeinrichtung, bei welcher der Elektrophorese-Effekt ausgenutzt wird.

Die Erfindung betrifft eine Informationsanzeigeeinrichtung, bei welcher der Elektrophorese-Effekt ausgenutzt wird.

Bekanntlich ist die Elektrophorese der Effekt, aufgrund dessen sich elektrisch geladene Pigmentteilchen unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes in einer Flüssigkeit bewegen.

Anzeigeeinrichtungen, bei welchen diese Erscheinung ausgenutzt wird, sind bereits bekannt. Jede der Anzeigezellen besteht aus

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zwei parallelen Elektroden, die einander gegenüber angeordnet und so zusammengefügt sind, daß sie ein dichtes Gefäß bilden, das mit einer gefärbten Flüssigkeit gefüllt wird, in der ein Pigment, welches das einfallende Licht stark streut, suspendiert ist. Für das Pigment wird eine Farbe gewählt, die mit der der Flüssigkeit kontrastiert. Das Anlegen einer Spannungsdifferenz an die Elektroden verursacht die Wanderung der •Pigmentteilchen auf eine der Elektroden entsprechend der Richtung des erzeugten elektrischen Feldes: wenn sie sich auf der Elektrode festsetzen, die sich auf der Seite des Beobachters befindet, wird das Umgebungslicht durch das Pigment zerstreut; wenn sie sich auf der anderen Elektrode festsetzen, wird das Licht durch die Flüssigkeit absorbiert, die die Zelle ausfüllt. Außerdem weisen diese Einrichtungen eine Speicherwirkung auf: die Teilchen bleiben bei Nichtvorhandensein des elektrischen Feldes aufgrund von van der Waals'sehen Kräften auf der Elektrode sitzen und somit ermöglicht allein das Anlegen eines Feldes mit entgegengesetzter Richtung das Löschen der Infor-" mati on.

Solche Anzeigeeinrichtungen weisen indessen eine gewisse Anzahl von Nachteilen auf, die mit der Schwierigkeit der Herstellung der die Zelle füllenden Suspension verknüpft sind. Diese Suspension muß nämlich vor allem vollkommen stabil sein, d.h. es darf, selbst nach einer großen Anzahl von Anzeigevorgängen, weder zu einer Sedimentation noch zu einer Ausflockung kommen. Das erfordert, daß das Pigment eine große und wenig verschlechterbare Oberflächenladungsdichte hat und daß die Flüssigkeit eine

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vollkommene chemische und elektrochemische Stabilität sowie einen großen spezifischen Widerstand hat, damit starke elektrische Felder aufgebaut werden können. Ferner soll die Suspension eine derartige Zusammensetzung haben, daß sich bei Umgebungsbeleuchtung ein guter Kontrast ergibt. Schließlich soll die Ansprechzeit der Einrichtung ausreichend kurz sein ~ typischerweise in der Größenordnung von einigen Zehntelsekunden. Die Ansprechzeit hängt aber von der Bewegungsgeschwindigkeit der Teilchen ab, die ihrerseits insbesondere von der Oberflächenladungsdichte des" Pigments abhängt.

Die Erfindung schafft eine Anzeigeeinrichtung, bei der der Elektrophorese-Effekt ausgenutzt wird und in der zur Vermeidung dieser Beschränkungen und Nachteile die suspendierten Pigmentteilchen durch eine dünne Membran ersetzt sind, die das Licht zerstreut, parallel zu den Elektroden angeordnet ist, für die Flüssigkeit durchlässig ist und sich unter der Einwirkung von an die Elektroden angelegten Spannungsdifferenzen entsprechend demselben Prozeß wie die oben genannten Pigmentteilchen von einer Elektrode zur anderen bewegt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

die Fig .1a und 1 b das Funktionsprinzip der Anzeigeein

richtung nach der Erfindung,

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Fig. 2 das Schema einer Ausfuhrungsform der

in dieser Einrichtung benutzten Membran,

Fig. 3 schematisch eine Ausfuhrungsform einer

Mehrpunktanzeigeeinrichtung mit einer biegsamen Membran nach der Erfindung,

die Fig. 4a und 4b Schemata von Ausfuhrungsvarianten der

in der Einrichtung nach der Erfindung benutzten Membran,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante einer Mehrpunkt—

anzeigeeinrichtung, und

Fig. 6 die Anwendung der Einrichtung nach der

Erfindung bei der Anzeige eines alphanumerischen Zeichens.

In den Fig. 1a und 1b sind zwei Elektroden 1 und 2 dargestellt, von denen zumindest eine lichtdurchlässig ist, d.h. die Elektrode 1 ist auf der Seite des einfallenden Lichtes 5 angeordnet. Die Elektroden 1 und 2 sind parallel und miteinander im Bereich ihrer Dicke durch Distanzteile 4 verbunden, so daß ein dichtes Gefäß gebildet ist, das mit einem gefärbten Fluid 6 gefüllt ist, beispielsweise Trichlorethylen, das einen blauen Azofarbstoff in Sättigung enthält, und einen sehr hohen spezifischen Widerstand

hat (beispielsweise in d er Größenordnung von 10 Ω cm). Das Gefäß enthält außerdem eine dünne Membran 3.

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Bekanntlich rührt die Erscheinung der Elektrophorese von der Doppelschicht elektrischer Ladungen her, die im allgemeinen, wenn Pigmentteilchen in einer Flüssigkeit suspendiert sind, an den Grenzflächen zwischen den Teilchen und der Flüssigkeit erzeugt werden. Die auf diese Weise positiv oder negativ aufgeladenen Teilchen können durch ein elektrisches Feld in Bewegung gesetzt werden. Dieselbe Erscheinung einer elektrostatischen Oberflächenaufladung tritt in dem vorliegenden Fall auf. Wenn jedoch diese Ladung in der Praxis nicht ausreichend ist_> ist es möglich, sie durch eine Behandlung der Oberfläche der Membran zu vergrößern, indem beispielsweise ein Salz benutzt wird, von dem eines der Ionen an der Oberfläche der Membran adsorbiert werden kann.

Damit sich die Membran 3 unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes bewegen kann, muß sie für das Fluid 6 durchlässig sein. In Fig. 1 ist die Durchlässigkeit durch Kanäle 30 verwirklicht, deren Form zwar ohne Bedeutung ist, deren Dichte und Abmessungen (experimentell ermittelt) jedoch ausreichen müssen, um die Bewegung der Membran in dem Fluid zu gestatten. Im übrigen ist die Membran 3 in dem Gefäß frei angeordnet und soll vorzugsweise eine Dichte haben, die etwa gleich der des Fluids 6 ist, um jegliche Reibung an den Rändern des Gefäßes zu vermeiden.

Schließlich soll die Membran 3 noch das einfallende Licht stark zerstreuen, und zwar in einer Farbe, die von der des Fluids ausreichend verschieden ist, damit man eine kontrastreiche Anzeige erhält.

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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: an die Elektroden 1 und 2 wird eine Spannungsdifferenz angelegt, die ein elektrisches Feld E erzeugt, beispielsweise von der Elektrode 2 zu der Elektrode 1 (Fig. 1a).Wenn die Membran 3 positiv geladen ist,legt sie sich an die vordere Elektrode 1 an und zerstreut das einfallende Licht, so daß die Anzeige der Information in Form einer hellen Zone erfolgt. Wenn das Feld E beseitigt wird, bleibt die Membran 3 unter der Einwirkung der van der Waals*schen Kräfte in ihrer Lage und die Information ist gespeichert.

Zum Löschen, d.h. zum Verschieben der Membran 3 zu der hinteren Elektrode 2 ist es erforderlich, ein Feld -E (Fig. 1b) anzulegen. Die Membran 3 legt sich an die Elektrode 2 an und das Licht wird durch das Fluid 6 absorbiert, wobei die Zelle dann eine dunkle Farbe zeigt, die mit der des vorangehenden Zustands kontrastiert. Wenn das Feld beseitigt wird, bleibt die Membran ebenfalls in ihrer Lage.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Membran 3. Sie ist aus einem starren Material, wie beispielsweise Glas, hergestellt. In dieses Material werden in einer bekannten Gravierungstechnik Kanäle gebohrt, die beispielsweise einen quadratischen Querschnitt haben, wie in Fig. 2 gezeigt. Auf das erhaltene Gitter wird eine sehr lichtstreuende Pigmentschicht, beispielsweise Titanoxid, durch Sedimentation in Gegenwart eines Bindemittels aufgetragen.

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Weitere Ausfuhrungsformen der Membran sind selbstverständlich möglich. Sie kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehen, dem das Pigment beigemischt ist oder das das Pigment an der Oberfläche trägt.

Sie kann weiter auch ohne Zuhilfenahme einer starren Platte, in die Kanäle gebohrt werden, aus einem Fasergewebematerial hergestellt werden. Diese Ausführungsform hat jedoch einen Nachteil, der in der starken Abschwächung der Speicherwirkung besteht. Die van der Waals'sehen Kräfte sind nämlich zu den in Berührung befindlichen Flächen (Membran-Elektrode) proportional und sie werden in dem Fall von gewebten Gebilden sehr klein. Eine einfache Maßnahme zur Beseitigung dieses Nachteils besteht darin, an den Klemmen der Zelle eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Mehrpunktanzeigeeinrichtung nach der Erfindung, bei welcher eine biegsame Membran benutzt wird.

In Fig. 3 sind die Elektroden 1 und 2 von Fig. 1 durch lichtdurchlässige Träger 10 und 20 ersetzt, auf die jeweils eine Matrix von lichtdurchlässigen Elektroden aufgebracht ist, die einander gegenüberliegen (in Fig. 3 die Elektroden 11 und 12 des Trägers 10, die den Elektroden 21 bzw. 22 des Trägers 20 gegenüberliegen). Die Elektroden jeder Matrix werden unabhängig

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voneinander gesteuert.

Die Membran 3 ist eine durchlässige und biegsame Membran, die auf ihrem gesamten Umfang an dem Distanzstück 4 so befestigt ist, daß sie sich in der Zelle in der Mittellage befindet. Sie besteht aus einem elastischen und verformbaren Material, beispielsweise aus einem Silikonelastomer, welches zur Verbesserung der Lichtstreuung Titanoxid enthält.

Die Betriebsweise der so gebildeten Punktematrix ist die gleiche wie zuvor bei einer einzelnen Information. Die Rückstellkräfte elastischen Ursprungs, die auf die Membran ausgeübt werden und von dem Elastizitätsmodul des Materials abhängig sind, sind nämlich gegenüber den die Verformung der Membran steuernden elektrostatischen Kräften vernachlässigbar.

Die Fig. 4a und 4b zeigen schematisch weitere AJsführungsformen einer Membran, die bei einer weiteren Variante der Einrichtung nach der Erfindung verwendet werden.

In dieser Variante, die nicht dargestellt ist, die aber der von Fig. 3 nahekommt, enthält die Einrichtung, wie in Fig. 3, zwei lichtdurchlässige Träger 10 und 20, auf denen jeweils eine Elektrodenmatrix 11, 12 bzw. 21, 22 angeordnet ist. Die Membran 3 ist hier aber auf ihrem gesamten Umfang an der hinteren Seite 20 der Einrichtung befestigt und sie weist halbfreie Elemente auf, die gegenüber den Elektrodenmatrizen angeordnet

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sind. Jedes halbfreie Element bleibt entsprechend der Richtung des Feldes in Anlage an der hinteren Seite oder kommt an der Vorderseite in Anlage und bildet so einen Anzeigepunkt.

In Fig. 4a sind die halbfreien Elemente 31 jeweils durch einfaches Einschneiden von drei Seiten eines Quadrats gebildet worden, dessen Ausdehnung etwa gleich der der Elektroden (wie etwa der Elektrode 21 in Fig. S) ist.

In Fig. 4b ist jedes halbfreie Element 32 durch Einschneiden fast des gesamten Umfangs des Quadrates gebildet worden, wobei nur eine dünne Zunge 35 zur Befestigung an dem übrigen Teil der Membran stehengelassen worden ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante der Einrichtung nach der Erfindung, mit:

~>^; einem isolierenden und lichtdurchlässigen Träger 10, der dem einfallenden Licht 5 ausgesetzt ist und eine Matrix von lichtdurchlässigen Elektroden 13 trägt, die beispielsweise eine quadratische Form haben und aus leitenden Belägen bestehen, die mit Verbindungen zu dem Umfang des Trägers 10 versehen sind;

- einer biegsamen und porösen Membran 3, die eine Matrix von Einschnitten 33 aufweist, wie beispielsweise die in den Fig., 4a oder 4b dargestellten, die gegenüber den Elektroden 13 angeordnet sind;

- einem Distanzstück 7, das aus einer isolierenden Platte besteht, die zu den vorgenannten Elementen 10 und 3 parallel und

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mit Ausschnitten 70 versehen ist, die im wesentlichen dieselbe Form wie die Einschnitte haben und den Elektroden 13 gegenüberliegen; und

— einem hinteren Träger 20, der auf seiner Innenseite entweder mit einer Matrix von den Elektroden 13 gegenüberliegenden Elektroden oder mit einer einzigen Elektrode (nicht dargestellt) versehen ist, die beispielsweise an einer konstanten Spannung liegt, wobei die Auswahl der Anzeigepunkte dann allein durch die Elektroden 13 erfolgt.

Die Träger 10 und 20 sind, wie zuvor, so zusammengefügt, daß eine dichte Zelle gebildet ist, die mit einer gefärbten Flüssigkeit gefüllt ist, wobei die halbfreien Elemente 33 der Membran 3, wenn sie an der Vorderseite 10 anliegen, eine Zerstreuung des einfallenden Lichtes 5 in einer Farbe verursachen, die von der der Flüssigkeit verschieden ist.

Es sei angemerkt, daß die Lage der Membran 3 und die Lage des Distanzstückes 7 vertauscht werden kann. Ebenso ist es möglich, ein zweites Distanzstück analog dem Element 7 zwischen der Membran 3 und der Vorderseite 10 hinzuzufügen.

Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsvariante der Einrichtung nach der Erfindung für das Anzeigen eines alphanumerischen 7-Segment-Zeichens.

Fig. 6 enthält, wie Fig. 5, den isolierenden Träger 10, die Membran 3, das Distanzstück 7 und den Träger 20.

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Die Vorderseite 10 trägt sieben Elektroden oder Segmente 14 von langgestreckter Form, die lichtdurchlässig sind, in herkömmlicher Weise so angeordnet sind, daß sie zwei benachbarte Quadrate bilden, mit Anschlüssen versehen sind, die sie mit dem Umfang des Trägers verbinden und unabhängig voneinander mit Strom versorgt werden. Das isolierende Distanzstück 7 ist mit sieben Ausschnitten 71 versehen, welche die Form der Elektroden 14 wiedergeben und gegenüber letzteren angeordnet sind. Die poröse Membran 3 besteht aus sieben Segmenten 34, die dieselbe Form wie die Elektroden 14 haben und in den durch die Ausschnitte 71 gebildeten Hohlräumen frei angeordnet sind, wenn die Einrichtung zusammengebaut" ist.

Die Anzeige eines bestimmten Zeichens erfolgt durch Auswahl der entsprechenden Elektroden 14, die auf ein ausreichendes Potential gebracht werden, damit sich die Segmente 34 der Membran an die Vorderseite der Zelle anlegen.

Die Einrichtung nach der Erfindung kann in irgendeiner ihrer Ausführungsformen selbstverständlich zwar für jede Art der Anzeige benutzt werden, sie ist jedoch besonders der großdimensionierten Anzeige angepaßt. Die Größe einer Zelle für die Anzeige eines alphanumerischen Zeichens kann typischerweise in der

Größenordnung von 1 dm Hegen.

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Claims

Patentansprüche :

( 1 .y Anzeigeeinrichtung, bei welcher der Elektrophorese-Effekt ausgenutzt wird, mit zwei Elektroden tragenden Trägern, von denen sich zumindest der vordere Träger auf der Seite des einfallenden Lichtes befindet und lichtdurchlässige Elektroden trägt, wobei die Träger im wesentlichen parallel zueinander sind und miteinander derart verbunden sind, daß sie ein Gefäß bilden, das mit einem einen ohmschen Widerstand aufweisenden Fluid gefüllt ist, gekennzeichnet durch eine dünne Membran, die in dem Gefäß angeordnet ist, für das Fluid durchlässig ist und das einfallende Licht in einer Farbe zerstreuen kann, die von der des Fluids verschieden ist, durch Einrichtungen zum Anlegen einer Spannungsdifferenz an wenigstens eine Elektrode eines Trägers und wenigstens eine Elektrode des anderen Trägers, damit so durch den Elektrophorese-*-Effekt wenigstens ein Teil der Membran entsprechend der Richtung des auf diese Weise erzeugten elektrischen Feldes an einem der beiden Träger in Anlage gebracht wird.
2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Membran frei in dem Gefäß angeordnet ist und aus einem starren Material besteht.
3. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 oder .2,dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Träger mehrere Elektroden trägt, die unabhängig voneinander gesteuert werden können.

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4. Anzeigeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eletroden eine Matrix von Elektroden bilden, die im wesentlichen die gleiche Form haben und in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
5. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Träger Elektroden von langgestreckter Form oder Segmente trägt, deren graphische Kombination ein alphanumerisches Zeichen darstellen kann.
6. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mehrere halbfreie Elemente aufweist, die durch teilweises Zerschneiden der Membran gebildet, gegenüber den Elektroden angeordnet sind und jeweils eine Zone zur Anzeige einer Information darstellen.
7. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran an dem hinteren Träger des Gefäßes befestigt ist.
8. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens eine elektrisch isolierende Platte, die zwischen der Membran und einem der Träger angeordnet ist.
9. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran auf ihrem gesamten

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Umfang parallel zu den Trägern und ohne Berührung mit denselben befestigt ist und aus einem elastischen und verformbaren Material besteht.
10. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus mehreren Segmenten besteht, die im wesentlichen dieselbe Form und dieselbe Abmessung wie die Elektroden haben und frei in Ausnehmungen angeordnet sind, die in einer elektrisch isolierenden dicken Platte gebildet sind, welche zwischen den beiden Trägern gegenüber den Elektroden angeordnet ist.
11. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit der Membran durch mehrere Kanäle erreicht wird, die in das die Membran bildende Material gebohrt sind.
12. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Dichte hat, die etwa gleich der des Fluids ist.
13. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem Fasergewebemater ial besteht.
14. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem Kunststoff— material besteht, das ein Pigment zum Zerstreuen des einfallenden Lichtes enthält oder an seiner Oberfläche trägt,,

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