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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Anzeigegeräte zur Wiedergabe
von optischen Informationen. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Anzeige, die auf der Verwendung von Flüssigkeiten
zur Visualisierung der Informationen dient, sowie ein Verfahren
dazu.
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Stand der Technik und Nachteile
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Au
dem Stand der Technik ist eine kaum zu überblickende Vielfalt
an Anzeigengeräten bekannt, die der Wiedergabe von optischen
Informationen wie z. B. Text, stehenden Bildern oder auch bewegten
Bildern (Videos) dienen. Während ein großer Teil
dieser Anzeigegeräte insbesondere der Wiedergabe farbiger
und sich schnell ändernder Informationen dient, existieren
auch Lösungen, deren Fokus auf der Wiedergabe eher statischer
und ggf. monochromer Informationen liegt.
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Beispielhaft
für derartige Anzeigegeräte wird die von der Fa.
E-Ink (Cambridge, Mass./USA;
www.eink.com) entwickelte
Technologie des „elektronischen Papiers” genannt.
Hierzu sei beispielsweise auf das Dokument
US 6,120,588 („Electronically addressable
microencapsulated ink and display thereof”) verwiesen.
Hierbei werden eine Vielzahl winziger, in einem elektrischen Feld
ausrichtbarer Kügelchen benutzt, die hälftig beispielsweise
weiß und schwarz eingefärbt sind. Durch gezieltes
Beaufschlagen bestimmter Anzeigenreale mit einem entsprechenden
elektrischen Feld erscheinen diese Areale eingefärbt, wohingegen
die übrigen Areale nicht gefärbt erscheinen. Zur
Verstärkung des Kontrastes kann in den übrigen
Arealen auch ein gegenläufiges elektrisches Feld angelegt
werden. Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, dass derartige Anzeigen
mit geringen Leistungen betrieben werden können, allerdings
bieten sie auch nur langsame Reaktionszeiten und darüber
hinaus den Nachteil, nur wenige Farben darstellen zu können.
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Der
Problematik zu hohen Energieverbrauchs begegnet beispielsweise auch
das Dokument
US 7,304,786 der
Firma Liquavista (NL). Das hier beschriebene Anzeigeprinzip basiert
auf der Nutzung farbiger Flüssigkeiten, genauer eines Zwei-Phasen-Gemisches
aus einer farbigen Flüssigkeit (Öl) mit einer
Trägerflüssigkeit (Wasser). Das Schalten eines
einzelnen Bildpunktes erfolgt mittels des Effektes der Elektrobenetzung.
Mittels dieses Effektes kann die Form des den Farbeindruck hervorrufenden Öltropfens
verändert werden. Allerdings ist die im jeweiligen Bildpunkt
vorhandene Menge an gefärbter Flüssigkeit konstant
und lediglich in ihrer Form veränderbar. Durch Verwendung
des Effektes der Elektrobenetzung kann die Energie aufnahme drastisch
gesenkt werden, da die hierzu benötigten Leistungen verhältnismäßig
gering sind. Allerdings muss die Leistung immer dann zur Verfügung
gestellt werden, wenn ein von einer Ruheposition abweichendes Bild
angezeigt werden soll. Eine derartige Ruheposition ergibt sich daraus,
dass die farbige Flüssigkeit ohne Leistungszuführung
gleichmäßig auf der Fläche eines Bildpunktes
ausgebreitet ist, was in einem entsprechend vollflächig
gefärbten Bildpunkt resultiert. Zudem eignen sich derartige
Anzeigen nur zu einem Betrieb bei normalen Umgebungstemperaturen.
Außerdem umfassen die Pixel lediglich eine einzige Farbe,
so dass die Anzeige mehrerer unterschiedlicher Farben nur mittels
einer engen Anordnung von unterschiedlich gefärbten „Subpixeln” und
einer Nutzung des optischen Verschmelzens derselben zu einem Pixel
erreicht werden kann. Durch Alterung kann es schließlich
nach einiger Zeit zu unerwünschten Degradationen kommen,
die nicht mehr behebbar sind, da aufgrund des festliegenden Volumens
an gefärbter Flüssigkeit eines Bildpunktes kein
Austausch der degradierten Flüssigkeit möglich
ist.
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Ein
erster Nachteil der im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen
beruht darauf, dass zur Anzeige von Information eine (elektrische)
Leistung vorhanden sein muss, und zwar auch dann, wenn sich der
Inhalt der Anzeige nicht ändert. Ein weiterer Nachteil
der bekannten Anzeigegeräten, die auf der Verwendung gefärbter
Flüssigkeiten beruhen, ist darin zu sehen, dass diese Anzeigegeräte
häufig Anzeigeelemente („Pixel”) umfassen,
die aus zwei Kammern bestehen, von denen eine der eigentlichen Anzeige
der Information dient, während die andere als Reservoir
benutzt wird, wenn der entsprechende Pixel gerade nicht angezeigt
werden soll. Diese Konstruktionen sind sowohl komplex als auch fehleranfällig.
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass derartige Zwei-Kammer-Lösungen
einen entsprechend höheren Flächenverbrauch aufweisen,
es sei denn, dass die Kammern jeweils unterhalb der entsprechenden
Bildpunkte angeordnet sind, was wiederum zu fluidisch komplizierten
Konstruktionen führt. Lösungen, bei denen Pumpen
zur Bewegung der Flüssigkeit(en) eingesetzt werden, sind
kaum realisierbar, da hier entweder eine Vielzahl von Pumpen nötig
wären, oder entsprechend komplexe Umschaltventile eine
Auswahl des gerade anzusteuernden Pixels ermöglichen müssten,
womit insbesondere extrem lange Umschaltzeiten für ein
häufig viele Tausend Pixel umfassendes Bild einhergingen.
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Aufgabe der Erfindung und
Lösung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist demnach, eine Vorrichtung bereitzustellen,
welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Insbesondere soll die Vorrichtung sowohl eine geringe Leistungsaufnahme
aufweisen. Dabei sollte das Anzeigegerät für den
Fall eines statischen Bildes überhaupt keine oder nur sehr
geringe Leistungsaufnahme haben. Schließlich soll die Vorrichtung
neben der monochromen Darstellung auch in der Helligkeit abgestufte
sowie farbige Darstellungen ermöglichen. Ein Bildpunkt sollte
also zur Anzeige abgestufter Sättigungen und/oder Helligkeiten
in der Lage sein, wobei es wünschenswert ist, dass dieser
Eindruck auch für jeden Bildpunkt separat einstellbar ist.
Schließlich ist es wünschenswert, eine Austauschmöglichkeit
verbrauchter wie z. B. farblich degradierter Flüssigkeit vorzusehen,
um eine dauerhafte Wiedergabe der Originalfarben zu gewährleisten.
Außerdem soll die Erfindung auch ein Verfahren unter Verwendung
der Vorrichtung bereitstellen.
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Die
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 vorgeschlagene Vorrichtung
sowie das in Anspruch Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden
werden. vorgeschlagene Verfahren gelöst. Dementsprechend wird
eine fluidische Anzeige bereitgestellt, welche Anzeigeelemente umfasst,
die bevorzugt in Spalten und Reihen angeordnet sind. Dabei rührt
die zum Bewegen der Anzeigeflüssigkeit notwendige Leistung vorzugsweise
aus einem Effekt, der die Oberflächenenergie der Anzeigeflüssigkeit ändert,
bevorzugt aus dem Effekt der Elektrobenetzung. Erfindungsgemäß umfasst
die Anzeige Dosiereinrichtungen, die definierte Menge von Anzeigeflüssigkeit
in die jeweiligen Anzeigeelemente eingeben bzw. aus diesen entfernen.
Nach dem Dosiervorgang verbleiben die so erzeugten, beispielsweise
als Tropfen vorliegende Menge an Anzeigeflüssigkeit im
jeweiligen Anzeigelement, ohne dass hierzu Leistung benötigt
wird. Die gefärbte Flüssigkeit wird dabei bevorzugt
durch ein Zentralreservoir bereitge stellt, welches fluidisch mit allen
Anzeigeelementen in Verbindung steht und diese mit gefärbter
Flüssigkeit versorgt.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen
Ansprüchen sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
und den Figuren zu entnehmen.
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Beschreibung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung in Form einer fluidischen
Anzeige umfasst in einer „Grundversion” eine Anzahl
von Komponenten oder Komponentengruppen, die im Folgenden detailliert
beschrieben werden.
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Zur
Anzeige der Information umfasst die Vorrichtung mindestens eine
Anzeigeflüssigkeit. Diese kann bevorzugt gefärbt
sein, so dass Areale der Anzeige durch Befüllen mit der
Anzeigeflüssigkeit die entsprechende Farbe anzeigen. Es
können auch mehrere Anzeigeflüssigkeiten vorgesehen
sein, wobei je nach ausgewählter Anzeigeflüssigkeit
die entsprechende Farbe, oder der entsprechende Farb- oder Helligkeitston
angezeigt wird. Dabei können Areale der Anzeige nur mit
einer ersten, andere nur mit einer zweiten Anzeigeflüssigkeit
befüllt werden. Es ist jedoch auch möglich, das
gleiche Areal nacheinander mit unterschiedlichen Anzeigeflüssigkeiten
zu befüllen, wobei klar ist, dass für diesen Fall
entsprechende Einrichtungen zur Auswahl der Anzeigeflüssigkeit
vorzusehen sind.
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Die
Anzeige umfasst zur Aufnahme der Anzeigeflüssigkeit eine
Mehrzahl von Anzeigeelementen. Jedes dieser Anzeigeelemente dient
der Darstellung eines Bildpunktes („Pixels”).
Dieser Bildpunkt wird im Wesentlichen durch einen Hohlraum gebildet, welcher
von einem Betrachter aus sichtbar ist. Je nach Füllungszustand
des Hohlraumes ist der Bildpunkt „an-” oder „ausgeschaltet”.
Dabei kann durch Zwischenstände im Füllungszustand
ein entsprechender Sättigungs- oder Helligkeitsgrad erzielt
werden. Befindet sich beispielsweise lediglich im halben Hohlraum
Anzeigeflüssigkeit, so entspricht dies im Falle schwarzer
Anzeigeflüssigkeit vor weißem Hintergrund einem
Grauwert von beispielsweise 50%.
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Zum
Fördern der mindestens einen Anzeigeflüssigkeit
kann die Vorrichtung ferner mindestens eine Flüssigkeitsfördereinrichtung
umfassen. Dieser Flüssigkeitsfördereinrichtung
kommt die Aufgabe zu, eine größere Menge an Anzeigeflüssigkeit
innerhalb der Anzeige, in diese hinein oder aus dieser hinaus zu
fördern, wobei noch keine detaillierte Selektion einzelner
Anzeigeelemente vorgesehen ist. Hier kommen grundsätzliche
alle aus dem Stand der Technik bekannten und in Zukunft noch zu
entwickelnden Flüssigkeitsfördereinrichtungen
in Frage. Besonders bevorzugt sind hierbei Mikropumpen, insbesondere
piezomembrangetriebene Mikropumpen. Es sind jedoch auch andere Verfahren,
wie z. B. elektroosmotische Verfahren oder durch Temperaturgradienten
verursachte Expansionen zum Fördern der Anzeigeflüssigkeit
denkbar. Ein Vorteil der Erfindung liegt dabei in der Tatsache begründet,
dass die insbesondere im Hinblick auf großflächige
Anzeigen erhebliche Förderleistung durch entsprechend dimensionierbare
Pumpen bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht eine
gute Skalierbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
für verschiedenste Anwendungsgebiete. Die Flüssigkeitsfördereinrichtung
kann dabei wahlweise in der fluidischen Anzeige enthalten, oder dieser
als externe Einrichtung zugeordnet sein.
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Ferner
umfasst die Vorrichtung mindestens ein Flüssigkeitsreservoir
zur temporären Aufnahme der mindestens einen Anzeigeflüssigkeit.
Es ist klar, dass bei einer Mehrzahl von Anzeigflüssigkeiten
die gleiche Anzahl Flüssigkeitsreservoirs vorzusehen ist, sofern
die einzelnen Anzeigeflüssigkeiten sich nicht mischen sollen.
Es ist dabei möglich, dass jedem Anzeigeelement ein eigenes
Flüssigkeitsreservoir zugeordnet ist, oder dass mehrere,
besonders bevorzugt alle Anzeigeelemente mit einem so genannten
Zentral-Flüssigkeitsreservoir in fluidischer Verbindung stehen.
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Für
den Fall, dass nicht jedem Anzeigeelement ein eigenes Flüssigkeitsreservoir
zugeordnet ist, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
mindestens einen gemeinsamen Hauptkanal zur gemeinsamen Befüllung
einer Mehrzahl von Anzeigeelementen. Dieser Hauptkanal ist demnach
so beschaffen und aufgebaut, dass er mehrere der Anzeigeelemente
fluidisch mitein ander verbindet. Auf diese Weise sind mehrere Anzeigeelemente
zu einer oder mehreren Gruppen zusammenfassbar, wobei jede Gruppe
einen eigenen Hauptkanal besitzen kann.
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Erfindungsgemäß ist
es nun vorgesehen, dass jedes Anzeigeelement der Vorrichtung außerdem
eine Dosiereinrichtung umfasst, mittels welcher Anzeigeflüssigkeit
aus dem mindestens einen Flüssigkeitsreservoir in das Anzeigeelement
hinein und ggf. aus diesem heraus dosierbar ist. Diese Dosiereinrichtung
weist dabei die Eigenschaft auf, definierte Mengen an Anzeigeflüssigkeit
in das jeweilige Anzeigeelement hinein- bzw. aus diesem heraus zu
dosieren. Auf diese Weise wird es möglich, den jeweiligen Hohlraum
nicht zu 0 oder 100%, sondern, je nach der Auflösung der
Dosiereinrichtung, in kleineren, beispielsweise 10%-Schritten, zu
füllen. Würde der Hohlraum beispielsweise 10 Tropfen
der Anzeigeflüssigkeit fassen, wobei jeder Tropfen in definierter (d.
h. wiederholbarer bzw. vorhersagbarer) Art und Weise in den Hohlraum
dosiert werden könnte, so wäre der Füllungsgrad
in 10%-Schritten variierbar.
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Es
ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Dosiereinrichtung
nicht nur dem Befüllen, sondern auch dem Entleeren des
jeweiligen Hohlraums durch definierte Flüssigkeitsmengen
geeignet ist. Je nach Bauart kann die Dosiereinrichtung immer gleich
große Mengen an definierter Anzeigeflüssigkeit
dosieren, oder auch unterschiedliche Große Mengen derselben.
Es ist lediglich sicherzustellen, dass die jeweilige zu dosierende
Menge im Voraus bestimmbar ist. Alternativ oder zusätzlich
kann es vorgesehen sein, dass eine Einrichtung zur Mengenmessung
vorhanden ist, welche die in einen Hohlraum einströmende
oder aus ihm entnommene Menge an Anzeigeflüssigkeit bestimmen
kann, beispielsweise mittels einer Durchflussmessung, einer Gewichtsmessung,
einer Messung der optischen Transmission, mittels kapazitiver Sensoren,
mittels Widerstandsmessung usf. Wesentlich ist dabei lediglich, dass
die genaue Menge an Anzeigeflüssigkeit, die sich im jeweiligen
Hohlraum befindet, bekannt ist, so dass bei Fehlen derselben nachdosiert,
bei Überschuss derselben entnommen werden kann, bis die gewünschte
Menge im Hohlraum vorhanden ist.
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Besonders
bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
alternativ oder zusätzlich zu dem mindestens einen Flüssigkeitsreservoir
mindestens ein Zentral-Flüssigkeitsreservoir, welches mit
einer Mehrzahl von Anzeigeelementen in fluidischer Verbindung steht.
Mit anderen Worten, bevorzugterweise sind einige, besonders bevorzugt
alle Anzeigeelemente mit einem einzigen Zentral-Flüssigkeitsreservoir
fluidisch gekoppelt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Beeinflussung
der Oberflächenenergie der so genannte Elektrobenetzungseffekt
(engl. „electrowetting”) eingesetzt. Dazu ist
die Anzeigeflüssigkeit durch ein elektrisches Feld in ihrer
Oberflächenenergie beeinflussbar. Zur Erzeugung dieses
elektrischen Feldes umfasst die jeweilige Einrichtung zur Beeinflussung
der Oberflächenenergie jeweils mindestens eine Elektrode,
die derart im jeweiligen Anzeigeelement angeordnet ist, dass mit
ihr ein elektrisches Feld auf die im jeweiligen Anzeigeelement befindliche
Anzeigeflüssigkeit ausübbar ist. Mit anderen Worten,
die Anzeigeflüssigkeit wird einem schaltbaren elektrischen
Feld ausgesetzt, in welchem sie ihre Oberflächenenergie
und somit ihr Benetzungsverhalten ändert.
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Die
Einrichtung zur Beeinflussung der Oberflächenenergie kann
dabei insbesondere dafür vorgesehen sein, als Antrieb für
die Dosiereinrichtung zu dienen.
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Die
Anzeigeflüssigkeit kann dabei aus einer die Farbe tragenden
Flüssigkeit alleine bestehen, oder sie kann in ein (elektrisch
inertes) Trägerfluid eingebettet sein. Insbesondere kommen
als Anzeigeflüssigkeit elektrisch aktivierbare Flüssigkeiten
aus der Gruppe umfassend die Stoffe Propylencarbonat, Diethylcarbonat,
Diacetonalkohol, Cyclohexanon, Butylacetat, Propylacetat und Ethylhexanol
in Betracht, wohingegen das elektrisch inerte Fluid bevorzugt aus
der Gruppe umfassend die Stoffgruppen der Gase, der Öle
bzw. ölhaltigen Flüssigkeiten, und der fluorhaltigen
Flüssigkeiten stammt. Besonders bevorzugt kommt jedoch
als Trägerfluid kein Silikonöl zur Anwendung.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes Anzeigeelement
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner mindestens
eine Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtung mit jeweils
mindestens einer Sammelelektrode. Diese Sammelelektrode ist dabei
derart im jeweiligen Anzeigeelement angeordnet, dass mit ihr ein
elektrisches Feld auf die im jeweiligen An zeigeelement befindliche
Anzeigeflüssigkeit ausübbar ist. Der Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtung
fällt demnach die Aufgabe zu, in dem Hohlraum des Anzeigeelementes
befindliche Anzeigeflüssigkeit für den Fall der
Entnahme von Anzeigeflüssigkeit an einer bestimmten Stelle
des Anzeigeelementes zu sammeln, so dass eine besonders effektive
Entnahme ermöglicht wird. Hierzu kann die Sammelelektrode
eine Form aufweisen, die dazu geeignet ist, bei Ansteuern derselben
Anzeigeflüssigkeit bevorzugt an eine bestimmte Stelle des
Anzeigeelements zu transportieren, beispielsweise durch eine strahlenartige
Form mit sich zu der entsprechenden Stelle hin verbreiternden Armen,
so dass dort entsprechend höhere elektrische Feldstärken
und somit ein bevorzugter Transport von Anzeigeflüssigkeit stattfindet.
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Die
erfindungsgemäße Dosiereinrichtung ist nach einer
besonders bevorzugten Ausführungsform derart aufgebaut,
dass sie einen Dosierkanal zur Aufnahme der zu dosierenden Anzeigeflüssigkeitsmenge
mit einer Gruppe separat voneinander ansteuerbarer Dosierelektroden
zur Dosierung einer definierten Anzeigeflüssigkeitsmenge
umfasst. Dabei sind die Dosierelektroden derart angeordnet, dass
mit ihnen ein örtlich variables elektrisches Feld auf die
im Dosierkanal befindliche Anzeigeflüssigkeit ausübbar ist.
Beispielsweise kann der Dosierkanal drei aneinander angrenzende,
aber elektrisch voneinander isolierte und separat ansteuerbare Dosierelektroden umfassen,
die sich am Boden des Dosierkanals befinden. Ggf. können
auch eine oder mehrere Gegenelektroden vorgesehen sein, um das elektrische
Feld zu richten und/oder zu verstärken. Anzeigeflüssigkeit wird
sich jeweils auf diese Dosierelektroden zu bewegen bzw. sich auf
diesen ausbreiten, welche gerade angesteuert sind. Analog dazu wird
sich Anzeigeflüssigkeit von denjenigen Dosierelektroden
weg bewegen, welche nicht angesteuert werden. Die Funktionsweise
einer derartigen Anordnung von Dosierelektroden wird noch im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert
werden.
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Es
ist klar, dass der Dosierkanal fluidisch zwischen dem mindestens
einen Flüssigkeitsreservoir bzw. dem Zentral-Flüssigkeitsreservoir
und dem Anzeigeelement angeordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass jegliche Anzeigeflüssigkeit, die in das Anzeigeelement hinein
oder aus diesem heraus strömt, durch den Dosierkanal fließen
muss, in welchem die entsprechende Menge dosiert werden kann.
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Die
Anzeigeflüssigkeit kann dabei entweder passiv am dem Flüssigkeitsreservoir
zugewandeten Ende bereitgestellt werden und beispielsweise mittels
Kapillarkräften an den Dosierkanal herangeführt werden,
oder sie kann aktiv, beispielsweise mittels einer Flüssigkeitsfördereinrichtung,
dorthin transportiert werden. Bevorzugt ist dabei die passive Variante,
die insbesondere für den Fall geringer Strömungsmengen
pro Zeiteinheit ausreichend ist und den Vorteil des Fehlens jeglicher
bewegter Teile mit sich bringt. Nach einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass alle Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen
und alle Dosiereinrichtungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung separat ansteuerbar sind. Auf diese Weise lassen sich
alle Anzeigeelemente zeitgleich befüllen bzw. entleeren,
da jedes Anzeigeelement eigene Ansteuerfolgen für die Sammel-
und die Dosierelektroden erhalten kann. Dadurch ist ein besonders
zügiges Ändern der Gesamtheit der mittels der
fluidischen Anzeige dargestellten Information möglich.
Dies ist insbesondere für den Fall bewegter Bilder von
Vorteil. Analog zu der eben beschriebenen, als „aktiv” zu
bezeichnenden Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann es auch vorteilhaft sein, eine als „passiv” zu
bezeichnende Variante vorzusehen. „Passiv” bedeutet
dabei, dass nicht jedes Anzeigeelement, sondern eine Gruppe von
Anzeigeelementen gemeinsam ansteuerbar ist. Da die Anordnung der
Anzeigeelement bevorzugt matrixhaft, also in Spalten und Reihen
erfolgt, können in der passiven Variante entweder die Anzeigeelemente
einer Spalte oder eine Zeile gemeinsam befüllt bzw. entleert
werden.
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In
einer ersten Ausführungsform der passiven Variante umfasst
die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Mehrzahl
von Zeilen von Anzeigeelementen und ferner eine Einrichtung zur
Spaltenauswahl, wobei die jeweiligen Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen
zeilenweise gemeinsam ansteuerbar sind. Das bedeutet, dass bei Ansteuerung
einer Zeile von Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen
alle Anzeigeelemente befüllt bzw. entleert werden, bei denen
gleichzeitig die entsprechende Dosiereinrichtung aktiv ist. Da im
Normalfall nicht alle Anzeigeelemente einer Anzeige den gleichen
Füllungsgrad aufweisen werden, muss eine ein zige Spalte
ausgewählt werden, so dass sich auf diese Weise nur die Anzeigeelemente
dieser Spalte befüllen bzw. entleeren. Da die in Zeilen
angeordneten Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen zeilenweise
separat ansteuerbar sind, können in diesem Fall alle Anzeigeelemente
der ausgewählten Spalte gleichzeitig befüllt bzw.
entleert werden.
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Analog
dazu ist in einer zweiten Ausführungsform der passiven
Variante vorgesehen, dass die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine Mehrzahl von Spalten von Anzeigeelementen und ferner
eine Einrichtung zur Zeilenauswahl umfasst, wobei die jeweiligen
Dosierelektroden der Dosiereinrichtungen spaltenweise gemeinsam
ansteuerbar sind. In diesem Fall muss zunächst eine Auswahl
der Zeile erfolgen, da ansonsten alle Zeilen von Anzeigeelementen gleichzeitig
und mit der gleichen Menge an Anzeigeflüssigkeit befüllt
bzw. entleert würden, was im Normalfall nicht erwünscht
ist.
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Schließlich
kann nach einer dritten Ausführungsform der passiven Variante
vorgesehen sein, dass alle Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen zeilenweise,
und alle Dosierelektroden der Dosiereinrichtungen spaltenweise gemeinsam
ansteuerbar sind. Dazu ist es notwendig, sowohl die jeweilige Zeile
als auch die Spalte auszuwählen, so dass nur das am entsprechenden
Kreuzungspunkt befindliche Anzeigelement tatsächlich befüllt
bzw. entleert wird.
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Vorteilhaft
bei diesen passiven Ausführungsformen ist die geringere
Anzahl von anzusteuernden Sammel- und/oder Dosierelektroden, da
im Rahmen des obigen Beispiels nur noch so viele Sammelelektrodenansteuerungen
notwendig sind, wie die Anzeige Zeilen umfasst, bzw. nur noch so
viele Dosierelektrodenansteuerungen benötigt werden, wie
die Anzeige Spalten umfasst, multipliziert mit der Anzahl von Dosierelektroden
je Dosiereinrichtung.
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Nachteilig
ist hingegen die Tatsache, dass eine Aktualisierung der Anzeige
nun nur noch spalten- bzw. zeilenweise erfolgen kann, da nur so
eine entsprechende Auswahl der jeweiligen Anzeigeelemente möglich
ist. Aus diesem Grunde kann auch von einer „passiven Matrix” gesprochen
werden. Bevorzugt sind die Anzeigeelemente im Wesentlichen zweidimensional
aufgebaut. Besonders bevorzugt sind sie rechteckig und insbesondere
quadratisch aufgebaut.
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„Zweidimensional” meint
in diesem Zusammenhang, dass die Abmessungen des Hohlraums in diejenigen
Raumrichtungen, die in etwa senkrecht zu einer Betrachtungsrichtung
B liegen, deutlich größer sind als in Betrachtungsrichtung
gesehen. Der Hohlraum ist dementsprechend „flach” ausgebildet.
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Alternativ
kann der Hohlraum aber auch dreidimensional aufgebaut sein, also
auch in Betrachtungsrichtung gesehen eine vergleichbare Abmessung
aufweisen, oder sogar „stabförmig” aufgebaut sein.
Auf diese Weise können unterschiedlich dicke Schichten
aus Anzeigeflüssigkeit in einem Hohlraum dazu benutzt werden,
unterschiedliche Farbsättigungen oder Helligkeitsstufen
zu erzeugen. Hierzu können beispielsweise weitere Wandelektroden
vorgesehen sein, an denen die Spannung zur Erzeugung des elektrischen
Feldes herauf- oder herabgesetzt werden kann, um so unterschiedliche
Benetzungsergebnisse und somit im Hohlraum verteilte Mengen an Anzeigeflüssigkeit
zu erzielen. Durch eine Konzentration der Anzeigeflüssigkeit
an den Wänden wird beispielsweise ein anderer optischer
Eindruck erzielt als durch eine frei und gleichmäßig
verteilte Anzeigeflüssigkeit. Sind die Wände des
Hohlraums vom Betrachter aus nicht einsehbar, kommt das Anhaften
der Anzeigeflüssigkeit an den Seitenwänden praktisch einem
Entfernen der Anzeigeflüssigkeit aus dem jeweiligen Anzeigeelement
gleich. Dieser Effekt kann besonders bevorzugt ergänzend
zu der Dosiereinrichtung verwendet werden. Für den weiter
oben beschriebenen, bevorzugten Fall einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die den Effekt der Elektrobenetzung nutzt, ist es bevorzugt,
dass die jeweils mindestens eine Sammelelektrode eines Anzeigeelementes (in
Betrachtungsrichtung gesehen) jeweils vor und/oder hinter dem Hohlraum
des jeweiligen Anzeigeelementes angeordnet ist, wohingegen die oben erwähnte
zusätzliche Wandelektrode bevorzugt seitlich am Hohlraum
angeordnet ist.
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„Vor” dem
Hohlraum bedeutet, dass aus Betrachtungsrichtung gesehen zuerst
die Sammelelektrode angeordnet ist, „hinter” dem
Hohlraum ist die Reihenfolge umgekehrt. Im ersten Fall ist es besonders
bevorzugt, dass die Elektrode aus einem transparenten Material besteht,
wie es beispielsweise aus der LCD-Technologie bekannt ist. „Seitlich” am
Hohlraum bedeu tet, dass sich die Wandelektrode in etwa in Betrachtungsrichtung
erstreckt, der Betrachter also gewissermaßen auf eine Kante
der Elektrode blickt. In diesem Fall ist es nicht notwendig, dass
die Elektrode aus einem transparenten Material besteht.
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Es
ist dabei auch denkbar, dass (insbesondere für den Fall
einer „passiven Matrix”) eine seitlich angeordnete
Wandelektrode gleichzeitig zwei aneinander angrenzende Anzeigeelemente
versorgt. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der Wandelektroden
halbieren.
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Wie
bereits beschrieben ist es nach einer Ausführungsform vorgesehen,
dass jedes Anzeigeelement nur jeweils eine Sammel- oder Wandelektrode
und/oder Gruppe von Dosierelektroden umfasst, so dass sich das elektrische
Feld zwischen diesen Elektroden und der Umgebung aufbaut. Um eine
bessere Kontrolle über das sich ausbildende elektrische Feld
ausüben zu können, ist es daher bevorzugt, eine oder
mehrere Gegenelektroden vorzusehen, die so angeordnet sind, dass
sich zwischen der oder den Elektroden und der oder den Gegenelektroden
der Hohlraum und ggf. die Anzeigeflüssigkeit befindet. Dabei
kann die Anzeige eine großflächige, gemeinsame
Gegenelektrode aufweisen, oder einzelne Anzeigeelemente oder Gruppen
derselben können eigene Gegenelektroden umfassen.
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Nach
einer alternativen Ausführungsform können sich
die Gegenelektroden auch in der selben Ebene wie die Elektroden
befinden und beispielsweise abwechselnd parallel nebeneinander angeordnet sein,
oder je Anzeigeelement kann eine gemeinsame Gegenelektrode ringförmig
am Rand des Anzeigeelementes verlaufen.
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Nach
einer anderen Ausführungsform sind die mit Anzeigeflüssigkeit
in Kontakt kommenden Bereiche der fluidischen Anzeige teilweise
oder ganz hydrophob und/oder hydrophil beschichtet. Auf diese Weise
lässt sich das Benetzungsverhalten zusätzlich steuern,
so dass besonders effektive Beeinflussungen desselben möglich
sind.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform umfasst diese ferner mindestens
eine Einrichtung zum Druckausgleich der Hohlräume der Anzeigeelemente.
Wird in einen Hohlraum Anzeigeflüssigkeit eingegeben, und
kann das dabei verdrängte Fluidvolumen (z. B. Luft oder
ein Trä gerfluid) nicht entweichen, so baut sich ein Gegendruck
auf, der bei zunehmender Befüllung steil ansteigt. Daraus
resultiert ein entsprechend hoher notwendiger Förderdruck,
sowie die Notwendigkeit einer entsprechenden mechanischen Stabilität
der Anzeigeelemente, die dem Druck standhalten müssen.
Daher ist es bevorzugt, das verdrängte Volumen entweder
temporär an anderer (nicht sichtbarer) Stelle aufzufangen
(Auffangreservoir), oder (insbesondere für den Fall von
Luft als verdrängtem Volumen) Entlüftungen vorzusehen,
aus welchen das verdrängte Volumen entweichen kann, und
durch die es beim anschließenden Entleeren der Anzeigeflüssigkeit
aus dem Hohlraum wieder in diesen zurückströmen
kann, da sich dort ansonsten analog ein Unterdruck bilden würde.
Besonders bevorzugt ist es dabei, einen fluidischen Kreislauf zu schaffen,
der das verdrängte Volumen über entsprechende
Kanäle in das Anzeigeflüssigkeitsreservoir zurückströmen
lässt, so dass ein im Wesentlichen druckloses, aber geschlossenes
fluidisches (Kreislauf-)System entsteht.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass eine Mehrzahl von Anzeigeelementen zu „Kacheln” zusammenfassbar ist.
Eine erfindungsgemäße „Kachel” umfasst
demnach eine Mehrzahl von Anzeigeelementen, ggf. einen oder mehrere
Hauptkanäle, die Einrichtungen zur Beeinflussung der Oberflächenenergie
(Sammelelektroden, Dosierelektroden, Wandelektroden), und ggf. auch
Anzeigeflüssigkeitsreservoir(e) sowie ggf. Anzeigeflüssigkeitsfordereinrichtungen.
Es kann jedoch vorgesehen sein, dass einzelne Kacheln über kein
eigenes Anzeigeflüssigkeitsreservoir und/oder eine Anzeigeflüssigkeitsfördereinrichtung
verfügen, sondern fluidisch mit den an sie angrenzenden
Kacheln verbunden werden, dass beispielsweise am Rand der Anzeigevorrichtung
angeordnete Anzeigeflüssigkeitsreservoire und/oder Anzeigeflüssigkeitsfördereinrichtungen
zum Betrieb einer Mehrzahl von Kacheln benutzt werden können.
Hierzu sind dann entsprechende Schnittstellen fluidischer und/oder elektrischer
Art vorzusehen. Eine Kachel kann dabei nur aus einer Spalte bestehen;
bevorzugt hat eine Kachel jedoch ein rechteckiges und besonders
bevorzugt ein quadratisches Format und umfasst dann die gleiche
Anzahl Spalten, wie in einer Spalte Anzeigeelemente vorhanden sind.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße
Kachel oder die gesamte Anzeigevorrichtung, sofern sie nur eine
einzige Kachel umfasst, in Schichten aufgebaut. Diese Schichten
sind:
- – eine für alle Anzeigeelemente
gemeinsame, mindestens im Bereich der Hohlräume der Anzeigeelemente
transparente Deckschicht,
- – eine strukturierte Kammerschicht mit Trennwänden
zur Abgrenzung der einzelnen Anzeigeelemente,
- – eine gemeinsame Bodenschicht zum fluidischen Abschluss.
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Die
jeweils eine Kachel umfasst dabei zur fluidischen Versorgung aller
Anzeigeelemente ferner entweder
- – eine
strukturierte Hauptkanalschicht, oder
- – in die Kammerschicht integrierte Hauptkanäle, oder
- – eine Reservoirschicht sowie Durchgangsöffnungen
zu den Anzeigeelementen
umfasst.
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Die
Deckschicht kann dabei besonders bevorzugt aus Kunststoff, oder
aus Glas hergestellt und als feste, substratartige Platte oder als
Folie ausgestaltet sein. Sie deckt alle Anzeigeelemente gemeinsam
ab und wird beispielsweise mittels Klebe- oder Schweißtechnik
auf die darunter liegende Schicht aufgebracht.
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Die
Kammerschicht enthält oder bildet definitionsgemäß die
Hohlräume der Anzeigeelemente, bzw. dient der Abgrenzung
derselben voneinander. Besonders bevorzugt ist diese Schicht als
gitterähnliche Schicht ausgebildet, wobei die Gitterstäbe
die Trennwände zwischen den einzelnen Anzeigeelementen
bilden. Die einzelnen Hohlräume können dabei je
nach Bedarf eine quadratische, eine rechteckige, eine wabenförmige,
oder jede andere Form aufweisen. Es können dabei auch Areale
vorgesehen sein, die keine Hohlräume erzeugen, beispielsweise im Falle
einer an bestimmte Geräte angepasste Anzeigevorrichtung,
bei der die Anzeigeelemente nicht vollflächig, sondern
nur teilflächig benötigt werden, die Anzeigevorrichtung
aus ökonomischen Überlegungen heraus jedoch als
Ganzes und nicht als mehrere separate Einheiten gefertigt und eingebaut
werden soll.
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Besonders
bevorzugt ist es dabei, dass jeweils zwei Dosiereinrichtungen zwischen
zwei angrenzenden Anzeigeelementen in einer Aussparung der gemeinsamen
Trennwand angeordnet ist. Im Zentrum der Aussparung der Trennwand
befindet sich ein zum Fluidreservoir weisender fluidischer Durchgang,
und an beiden Enden weist die Aussparung Öffnungen zu den
jeweiligen Anzeigeelementen auf. Auf dem fluidischen Pfad zwischen
Durchgang und Öffnungen sind die Dosierelektroden der jeweiligen
Dosiereinrichtung angeordnet. Nach einer weiteren Ausführungsform
kann die Anordnung der Elemente derart sein, dass sich vier Anzeigeelemente einen
zentral angeordneten Durchgang teilen, von dem sternförmig
die entsprechenden Dosiereinrichtungen abgehen.
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Die
gemeinsame Bodenschicht dient dem fluidischen Abschluss der Kachel
und kann bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Deckschicht gefertigt
sein, so dass sie auch mit denselben Techniken mit der Hauptkanalschicht
verbindbar ist.
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Es
ist dabei bevorzugt, dass, soweit möglich, alle fluidischen
Verbindungen innerhalb der Trennwände der Anzeigeelemente
verlaufen, um einen möglichst kompakten Aufbau mit wenigen
zu fügenden Schichten zu erreichen.
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Alternativ
können einige oder alle der Kanäle in einer separaten
Hauptkanalschicht angeordnet sein. Beispielsweise können
sich in dieser Hauptkanalschicht der oder die Hauptkanäle
befinden, welche der z. B. spaltenweisen fluidischen Verbindung der
Anzeigeelemente mit dem Anzeigeflüssigkeitsreservoir dienen.
Besonders bevorzugt ist diese Schicht ebenfalls als Gitter ausgebildet,
so dass sie besonders einfach herstellbar ist.
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Schließlich
ist bevorzugt vorgesehen, dass das oder die Anzeigeflüssigkeits-Reservoire
in einer dafür vorgesehenen Reservoirschicht angeordnet sind.
Dabei können die einzelnen Re servoire durch Trennwände
voneinander separiert, oder besonders bevorzugt als ein großes,
zusammenhängendes Volumen ausgebildet sein.
-
Alternativ
zu der beschriebenen konstruktiven Unterteilung kann die Unterteilung
in Schichten auch lediglich funktioneller Natur sein, d. h., dass konstruktiv
mehrere Schichten aus ein und demselben Bauteil bestehen, welches
dann beispielsweise schichtweise strukturiert, oder wie im zuvor
beschrieben Fall, integriert ausgestaltet ist. Sofern entsprechende
Elektroden vorhanden sind, ist es dabei außerdem besonders
bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
ferner eine Schicht zur Aufnahme der jeweiligen Einrichtung(en)
zur Beeinflussung der Oberflächenenergie mit Durchgangsöffnungen für
jedes Anzeigeelement umfasst. Alternativ können die jeweiligen
Einrichtung(en) zur Beeinflussung der Oberflächenenergie
aber auch in Form metallischer Beschichtungen auf die entsprechenden
Schichten aufgebracht werden, beispielsweise durch Bedampfen, Sputtern,
galvanisches Beschichten usw. In diesem Fall kann wiederum nur von
einer funktionellen Schicht, die aber nicht als separates Bauteil
vorliegt, gesprochen werden.
-
Erfindungsgemäß ist
es bevorzugt, dass die Vorrichtung über Mittel verfügt,
die den Zustand der Anzeigeelemente leichter erkennen lassen. Daher
ist es bevorzugt, dass die gemeinsame Bodenschicht aktive und/oder
passive Beleuchtungsmittel umfasst, und alle weiteren Schichten
mindestens teiltransparent und/oder opak ausgestaltet sind. Passive
Beleuchtungsmittel sind beispielsweise Reflexionsschichten und dergleichen,
die selber nicht leuchten, sondern einfallendes Licht reflektieren.
Aktive Beleuchtungsmittel sind beispielsweise Leuchtdioden (LEDs),
Organische LEDs (OLEDs), sowie andere, insbesondere flächige
Leuchtstoffe. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße
Vorrichtung über beide Arten von Beleuchtungsmitteln verfügt,
um beispielsweise bei Dunkelheit mittels aktiver und Tagsüber
mittels passiver und somit Strom sparenden Techniken zu arbeiten.
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Nach
einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße
Vorrichtung mehrere übereinander angeordnete Kammerschichten
und ggf. Hauptkanalschichten, die somit übereinanderliegende „Anzeigeschichten” bilden.
Es ist klar, dass in diesem Falle nur die Bodenschicht der untersten
bzw. dem Betrachter fernsten Schicht nicht transparent oder opak
sein muss, da ansonsten nur die oberste, dem Betrachter am nächsten
liegenden „Anzeigeschicht” sichtbar wäre.
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Diese
Anordnung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die einzelnen Kammerschichten
mit unterschiedlich gefärbten Anzeigeflüssigkeiten
befüllbar sind. Durch die übereinander liegenden
Anzeigeelemente und die zuunterst angeordneten Beleuchtungsmittel
entsteht so der Eindruck von Mischfarben, so dass die Anzeige nicht
auf die Wiedergabe von monochromen Bildern beschränkt ist.
Aber auch bei der Verwendung gleicher Anzeigeflüssigkeiten kann
durch mehrere, separate Schichten ein unterschiedlicher Helligkeits-
oder Sättigungseindruck erzeugt werden. Je nach gewünschtem,
der Anzeigevorrichtung zugrundeliegenden Farbraum werden beispielsweise
drei (z. B. RGB, CMY) oder vier (z. B. CMYK) „Anzeigeschichten” benötigt.
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Es
sei hinzugefügt, dass auch hier nur eine funktionelle,
nicht aber zwingend auch eine konstruktive Trennung der einzelnen
Schichten erfolgt; so kann beispielsweise die Bodenschicht einer
ersten „Anzeigeschicht” gleichzeitig die Deckschicht
der darunter liegenden „Anzeigeschicht” bilden.
Ebenso ist auch eine integrierte Konstruktion, wie oben für den
Fall einer gemeinsamen Kammer- und Hauptkanalschicht beschrieben,
denkbar.
-
Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit, welches besonders bevorzugt
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
durchzuführen ist.
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Dementsprechend
handelt es sich um ein Verfahren zur Anzeige von Informationen,
bei dem ein anzuzeigendes Bild in einzelne Bildpunkte zerlegbar
ist, die wiederum durch Anzeigeelemente anzeigbar sind. Dies entspricht
weitgehend der aus dem Stand der Technik bekannten Art der Anzeige
unter Verwendung einer Vielzahl von Bildpunkten, wie z. B. digitale
Computer-Displays und dergleichen. Zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind die folgenden,
grundlegenden Schritte vorgesehen:
- (a) Zunächst
wird die (ggf. jeweilige) Anzeigeflüssigkeit aus dem jeweiligen
Flüssigkeitsreservoir bzw. dem Zentral-Flüssigkeitsreservoir
am Dosierkanal bereitgestellt. Die Anzeigeflüssigkeit kann
dabei entweder passiv am dem Flüssigkeitsreservoir zugewandeten
Ende des Dosierkanals bereitgestellt werden und beispielsweise mittels Kapillarkräften
an den Dosierkanal herangeführt werden, oder sie kann aktiv,
beispielsweise mittels einer Flüssigkeitsfördereinrichtung,
dorthin transportiert werden.
- (b) Anschließend wird eine definierte Anzeigeflüssigkeitsmenge
in die jeweiligen Hohlräume hinein oder aus den jeweiligen
Hohlräumen der Anzeigeelemente heraus dosiert. Dies geschieht
unter bevorzugter Verwendung der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
- (c) Sodann wird der Schritt (b) wiederholt, bis die gewünschte
Gesamt-Flüssigkeitsmenge im Hohlraum vorhanden ist. Mit
anderen Worten, die Dosiereinrichtung dosiert genau so oft in den
Hohlraum hinein bzw. aus diesem heraus, bis die gewünschte
Menge an Anzeigeflüssigkeit im Hohlraum verbleibt. Hierzu
ist bevorzugt auch eine entsprechende Zähl- oder Messeinrichtung
vorzusehen, die ggf. mit einem Speicher gekoppelt ist, so dass jederzeit
Informationen über die aktuell im jeweiligen Hohlraum vorhandene
Menge an Anzeigeflüssigkeit verfügbar sind. Im
Rahmen des Schritts (c) erfolgt dann zusätzlich das Aufnehmen
eines entsprechenden Zählimpulses sowie ggf. das Speichern
der aktuell im Anzeigeelement vorhandenen Menge an Anzeigeflüssigkeit.
-
Nachstehend
wird der Vorgang des Dosierens einer definierten Flüssigkeitsmenge
in das Anzeigeelement hinein detailliert beschrieben. Hierzu sind
die folgenden Schritte (b1) bis (b5) durchzuführen:
- (b1) Einschalten mindestens derjenigen Dosierelektrode,
die dem Hohlraum des Anzeigeelementes am fernsten ist, so dass sich
Anzeigeflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir
in den Dosierkanal bewegt;
- (b2) Ggf. Einschalten der übrigen Dosierelektroden, so
dass sich schließlich eine Menge an Anzeigeflüssigkeit
im Dosierkanal befindet, welche größer als die definierte
Flüssigkeitsmenge ist;
- (b3) Abschalten einiger Dosierelektroden, so dass auf der bzw.
den noch angeschalteten Dosierelektroden ein abgetrennter Tropfen
aus Anzeigeflüssigkeit mit definierter Flüssigkeitsmenge
zurückbleibt;
- (b4) Zusätzliches Anschalten derjenigen Dosierelektrode(n),
die zwischen dem Hohlraum und der definierten Flüssigkeitsmenge
angeordnet sind, so dass sich die definierte Flüssigkeitsmenge
in Richtung des Hohlraumes ausbreitet;
- (b5) Sukzessives Abschalten der Dosierelektroden aus Richtung
des Flüssigkeitsreservoirs, so dass die definierte Flüssigkeitsmenge
in Richtung des Hohlraums gefördert wird.
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Durch
das Aufnehmen einer genügend großen Menge an Anzeigeflüssigkeit
in den Dosierkanal und das anschließende definierte Reduzieren
dieser Menge wird sichergestellt, dass immer die gleiche Menge an
Anzeigeflüssigkeit abgesondert wird, die anschließend
durch entsprechende Ansteuerung der Dosierelektroden in das Anzeigeelement
hinein gefördert wird. Dort verbleibt die bevorzugt als
Tropfen vorliegende Anzeigeflüssigkeit so lange, bis sie
aus dem Anzeigeelement heraus dosiert wird, was nachfolgend beschrieben
ist.
- (B1) Ggf. Einschalten der Anzeigeflüssigkeits-Sammelelektrode,
so dass die Anzeigeflüssigkeit in Bereich des Hohlraums,
der dem Dosierkanal am nächsten ist, gesammelt wird;
- (B2) Einschalten mindestens derjenigen Dosierelektrode, die
dem Hohlraum des Anzeigeelementes am nächsten ist, so dass
sich Anzeigeflüssigkeit aus dem Hohlraum in den Dosierkanal
bewegt;
- (B3) Ggf. Einschalten der übrigen Dosierelektroden, so
dass sich schließlich eine Menge an Anzeigeflüssigkeit
im Dosierkanal befindet, welche größer als die definierte
Flüssigkeitsmenge ist;
- (B4) Abschalten einiger Dosierelektroden, so dass auf der bzw.
den noch angeschalteten Dosierelektroden ein abgetrennter Tropfen
aus Anzeigeflüssigkeit mit definierter Flüssigkeitsmenge
zurückbleibt;
- (B5) Zusätzliches Anschalten derjenigen Dosierelektrode(n),
die zwischen dem Flüssigkeitsreservoir und der definierten
Flüssigkeitsmenge angeordnet sind, so dass sich die definierte
Flüssigkeitsmenge in Richtung des Flüssigkeitsreservoirs
ausbreitet;
- (B6) Sukzessives Abschalten der Dosierelektroden aus Richtung
des Hohlraums (2), so dass die definierte Flüssigkeitsmenge
in Richtung des Flüssigkeitsreservoirs gefördert
wird.
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Das
Herausdosieren erfolgt demnach analog dem Hineindosieren, jedoch
in umgekehrter Richtung. Zusätzlich wird hierbei, sofern
vorhanden, eine Sammelelektrode eingesetzt, die dazu dient, die
im Anzeigeelement vorhandene Anzeigeflüssigkeit an geeigneter
Stelle zu konzentrieren (vgl. hierzu die Beschreibung der Vorrichtung
oben). Das Abschalten der Anzeigeflüssigkeits-Sammelelektrode
kann dabei frühestens nach dem Schritt (B4) erfolgen. Der Abtransport
der überschüssigen Anzeigeflüssigkeit
in Richtung des Anzeigeflüssigkeitsreservoirs erfolgt wiederum
in „aktiver” oder „passiver” Form.
-
Für
den Fall einer „aktiven Matrix” erfolgt die Befüllung
aller Anzeigeelemente simultan. Hierzu werden alle Sammelelektroden
und/oder Dosierelektroden aller Anzeigeelemente zugleich separat
angesteuert, so dass eine besonders schnelle Anpassung des Inhalts
der Anzeige erfolgen kann.
-
Für
den Fall einer „passiven Matrix” erfolgt die Befüllung
hingegen spalten- bzw. zeilenweise. Dazu muss vor dem oben beschriebenen
Schritt (a), also dem eigentlichen Dosiervorgang, eine Auswahl des
bzw. der Anzeigeelemente erfolgen. Dies kann je nach Ausführungsform
eine bestimmten zu befüllenden Spalte oder Zeile von Anzeigeelementen
sein. Durch das erfindungsgemäße Ansteuern einer
Zeile von gemeinsam ansteuerbaren Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen,
bzw. einer Spalte von Dosierelektroden wird anschließend
auch nur in die Anzeigeelemente dieser Spalte bzw. Zeile hinein- oder
herausdosiert. Der Vorgang wiederholt sich anschließend
unter vorheriger Auswahl einer weiteren Spalte bzw. Zeile so oft,
bis alle gewünschten Spalten bzw. Zeilen ausgewählt
worden sind und der gewünschte Bildeindruck hergestellt
worden ist.
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Für
den Fall, dass sowohl die Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen
als auch die Dosierelektroden entsprechend zeilen- bzw. spaltenweise
zusammengeschaltet sind, erfolgt analog eine Auswahl sowohl einer
bestimmten Zeile als auch einer bestimmten Spalte, so dass anschließend
nur dasjenige Anzeigeelement aktualisiert wird, welches sich am entsprechenden
Kreuzungspunkt befindet.
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Selbstverständlich
ist es jedoch auch denkbar, dass nur ein Teil der Spalten und/oder
Zeilen bzw. Anzeigeelemente aktualisiert wird, und zwar beispielsweise
dann, wenn nur Teile des Bildes verändert werden müssen,
während andere Teile unverändert bleiben können.
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Um
ein ganzes Bild zu aktualisieren, und zwar unabhängig von
der „aktiven” oder „passiven” Variante,
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erfindungsgemäße
Verfahren ferner mindestens einen der folgenden Schritte umfasst,
sofern die entsprechenden Komponenten vorhanden sind:
- – Ggf. Auswahl der zu befüllenden Kachel;
- – Ggf. Auswahl der zu befüllenden Kammerschicht
und der Anzeigeflüssigkeit;
-
Diese
Schritte sind ebenfalls vor dem Beginn des Befüllungsvorgangs
(Schritt (a)) durchzuführen. Auch ist die gesamte Schrittfolge
solange zu wiederholen, bis die gewünschte Anzahl von Kacheln und/oder
Kammerschichten aktualisiert worden ist.
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Es
ist klar, dass je nach konkreter Ausgestaltung der Vorrichtung auch
Mischformen und nicht explizit beschriebene Abweichungen denkbar
sind, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
-
Figurenübersicht
-
1A zeigt
schematisch vier Anzeigeelemente mit Dosierelektroden und Befüllöffnung
in einer Draufsicht.
-
1B zeigt
die Elemente der 2A mit zusätzlich
angeordneten Anzeigeflüssigkeits-Sammelelektroden.
-
2 zeigt
eine Explosionsansicht einer als Schichtaufbau vorliegenden Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Figurenbeschreibung
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Die 1A zeigt
das Beispiel von vier aneinander angrenzenden Anzeigeelementen 1 der
Anzeigevorrichtung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind
sich wiederholende bzw. mehrfach vorhandene Elemente nur einmal
bezeichnet. Jedes Anzeigeelement 1 besteht aus einem Hohlraum 2,
der einen Anzeigebereich 3 bereitstellt, welcher aus Darstellungsgründen
durch die gestrichelte Linie umrandet ist. Das Anzeigelement 1 wird
durch entsprechende Trennwände 11 von den benachbarten
Anzeigeelementen 1 abgegrenzt. Zwischen jeweils zwei Anzeigeelementen 1 befindet
sich eine Trennwand mit einer Aussparung 5. Im Zentrum
dieser Aussparung 5 ist eine schraffiert dargestellte Durchgangsöffnung 7'' vorgesehen.
Ferner befinden sich in dieser Aussparung 5 eine Mehrzahl
von Dosierelektroden 7 (schwarz ausgefüllt dargestellt).
Im Bild senkrecht (Spaltenrichtung S) verlaufend sind elektrische
Kontakte eingezeichnet, die in der gezeigten Ausführungsform
nicht an einer bestimmten Dosierelektrode 7 enden, sondern
sich durch die Anzeigeelemente 1 durchziehen, so dass die
(nicht dargestellten) Dosierelektroden darunter- und/oder darüberliegender
Anzeigeelemente ebenfalls elektrisch kontaktiert und somit ansteuerbar
werden. Dementsprechend sind die Dosierelektroden spaltenweise zusammengeschaltet.
-
Die
Aussparung 5 zusammen mit den Dosierelektroden bildet wesentliche
Teile der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
Am der Durchgangsöffnung 7'' abgewandten Ende
der Aussparung 5 befindet sich eine Lücke 11' in
der Trennwand 11, durch die Anzeigeflüssigkeit
in das Anzeigeelement 1 hinein- bzw. aus diesem heraus
dosiert werden kann.
-
In
der 1B sind die Anzeigeelemente 1 der 1A dargestellt,
wobei zusätzlich noch Anzeigeflüssigkeits-Sammeleinrichtungen
vorhanden sind, die in der dargestellten Ausführungsform
jeweils zwei Sammelelektroden 8, 8' umfassen.
Die Haupt-Sammelelektrode 8 ist strahlenförmig
ausgebildet, wobei die Arme der Strahlen in Richtung der Lücke 11' immer
breiter werden. Auf diese Weise entsteht bei Ansteuerung der Haupt-Sammelelektrode 8 in
der Nähe der Lücke 11' ein stärkeres
elektrisches Feld als an den Strahlenenden, wodurch sich die Anzeigeflüssigkeit
bevorzugt in Richtung der Lücke 11' bewegt. Zum
Sammeln der Anzeigeflüssigkeit ist zusätzlich
eine Zusatz-Sammelelektrode 8' direkt im Bereich der Lücke 11' angeordnet;
diese ist jedoch optional.
-
Die
Sammelelektroden 8, 8' sind mittels im Bild horizontal
verlaufender (Zeilenrichtung Z) elektrischer Kontakte derart verbunden,
dass eine zeilenweise Ansteuerung aller in einer Zeile befindlichen Sammelelektroden 8, 8' gleichzeitig
möglich ist. In der dargestellten Ausführungsform
sind auch die Haupt- und Zusatz-Sammelelektroden getrennt voneinander
ansteuerbar.
-
Die 2 zeigt
die Explosionsansicht einer als Schichtaufbau vorliegenden, als „Kachel” 14 ausgestalteten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Zuoberst dargestellt ist eine Deckschicht 9,
die alle Anzeigeelemente 1 der Kachel 14 bedeckt.
Darunter ist eine Kammerschicht 10 angeordnet, welche die
Hohlräume 2 umfasst. Zwischen den Hohlräumen 2 befinden
sich gitterartig aufgebaute Trennwände 11, die
die einzelnen Anzeigeelemente 1 voneinander abgrenzen.
Nicht dargestellt sind die erfindungsgemäß bevorzugt
vorhandenen Aussparungen 5, in denen die ebenfalls nicht
dargestellten Dosiereinrichtungen angeordnet sind. Unterhalb der
Kammerschicht 10 befindet sich eine Elektrodenschicht 15,
wobei diese Elektrodenschicht 15 aus den eigentlichen Elektroden 7, 8, 8' und
einer Elektrodenträgerschicht 7' besteht. Die
Elektroden 7, 8, 8' sind in der dargestellten
Ausführungsform mittels entsprechender elektrischer Bahnen
durchgängig in eine Zeilenrichtung Z bzw. eine Spaltenrichtung
S ausgebildet, so dass eine elektrische Verbindung zu ggf. vorhandenen,
benachbarten Kacheln 14 (nicht dargestellt) möglich
ist. Zur fluidischen Verbindung zwischen der Kammerschicht 10 und
einer unterhalb der Elektrodenschicht 15 angeordneten Hauptkanalschicht 12 befinden
sich an den entsprechenden Stellen der Elektrodenträgerschicht 7' Durchgangsöffnungen 7''.
Unterhalb der Elektrodenschicht 15 befindet sich eine Hauptkanalschicht 12. Ähnlich
der Kammerschicht 10 besteht diese aus einem plattenartigen
Material, in welches die entsprechenden Kanalstrukturen eingebracht
sind. In der dargestellten Ausführungsform sind in eine
Spaltenrichtung S verlaufende Hauptkanäle 4 mit
von ihnen im Winkel von 90° abgehenden Querkanälen 4' gezeigt.
Die Querkanäle 4' sind dabei so angeordnet, dass
sie unterhalb der Durchgangsöffnungen 7'' der
Elektrodenträgerschicht 7' liegen. Der Einfachheit
halber können die Kanäle der Hauptkanalschicht 12 durchstrukturiert
sein; es ist alternativ jedoch auch möglich, dass sie (beispielsweise
aus Stabilitätsgründen) eine Tiefe aufweisen,
die geringer ist als die Dicke der Hauptkanalschicht 12.
Zum fluidischen Abschluss der dargestellten Kachel 14 ist
auf ihrer Unterseite eine Bodenschicht 13 angebracht, welche
die Hauptkanalschicht 12 fluidisch abdichtet. Diese Bodenschicht 13 kann bevorzugt
aus reflektierendem Material bestehen oder eine dünne Beschichtung
mit demselben aufweisen, so dass Licht, welches aus einer Betrachtungsrichtung
B durch die Hohlräume 2 und die ggf. darin vorhandene
Anzeigeflüssigkeit (nicht dargestellt) trifft, zum Betrachter
zurückgeworfen wird, um so die Sichtbarkeit des Inhalts
des jeweiligen Anzeigeelements zu verbessern. Nicht dargestellt
ist eine ggf. ebenfalls vorhandene, unterhalb der Bodenschicht 13 angeordnete
Beleuchtungsschicht, aus welcher beispielsweise durch Flächenstrahler
erzeugtes Licht in Richtung des Betrachters abgestrahlt wird.
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Nicht
dargestellt ist ferner das bevorzugt einzusetzende Zentral-Flüssigkeitsreservoir,
das beispielsweise zwischen der Hauptkanalschicht 12 und der
Bodenschicht 13 angeordnet sein kann. In diesem Fall könnten
die Hauptkanäle 4 entfallen, so dass die Anzeigeflüssigkeit
durch entsprechend angeordnete Öffnungen des Zentral-Flüssigkeitsreservoirs
direkt in die Querkanäle 4' und von dort in die (nicht
dargestellten) Dosiereinrichtungen der Anzeigeelemente 1 gelangen
kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren bieten gegenüber dem Stand der Technik insbesondere
den Vorteil, dass mittels des gezielten Dosierens definierter Mengen an
Anzeigeflüssigkeit genau bestimmbare Mengen an Anzeigeflüssigkeit
in einem Anzeigeelement vorhanden sind, so dass unterschiedliche
Helligkeits- oder Sättigungsstufen in einem einzelnen Anzeigeelement
darstellbar sind. Ferner weist die Vorrichtung im Betrieb, also
während des Aktualisierens der fluidischen Anzeige, eine
geringe Leistungsaufnahme auf, wobei die Leistungsaufnahme im statischen
Betrieb praktisch Null ist. Schließlich ermöglicht
die Vorrichtung neben der monochromen und in der Helligkeit abgestuften
Darstellung auch farbige Darstellungen. Die Fertigung ist aufgrund
der einfachen Grundmodule massentauglich, und aufgrund der Flexibilität in
der Aneinanderreihung mehrerer „Kacheln”, die Gruppen
von Anzeigeelementen umfassen, ist das Konzept sowohl für
klein- als auch großformatige Anzeigen geeignet.
-
- 1
- Anzeigeelement
- 2
- Hohlraum
- 3
- Anzeigebereich
- 4
- Hauptkanal
- 4'
- Querkanal
- 5
- Aussparung
- 7
- Dosierelektrode
- 7'
- Elektrodenträgerschicht
- 7''
- Durchgangsöffnungen
- 8
- Haupt-Sammelelektrode
- 8'
- Zusatz-Sammelelektrode
- 9
- Deckschicht
- 10
- Kammerschicht
- 11
- Trennwand
- 11'
- Lücke
- 12
- Hauptkanalschicht
- 13
- Bodenschicht
- 14
- Kachel
- 15
- Elektrodenschicht
- B
- Betrachtungsrichtung
- S
- Spaltenrichtung
- Z
- Zeilenrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6120588 [0003]
- - US 7304786 [0004]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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