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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von Information, die zumindest ein Anzeigeelement aufweist, das umfasst:
- – eine Flüssigkeit, deren Oberflächenenergie mittels eines elektrischen Feldes variierbar ist;
- – ein erstes und ein zweites Volumen zur Aufnahme der Flüssigkeit, wobei nur das erste Volumen einsehbar ist und die Volumina durch eine intransparente Zwischenschicht voneinander abgetrennt sind; und
- – einen fluidischen Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen,
wobei das erste Volumen zwischen einer optisch transparenten Deckschicht und der intransparenten Zwischenschicht und das zweite Volumen zwischen der Zwischenschicht und einer Abschlussschicht angeordnet ist und alle Schichten über ihre gesamte Fläche parallel zueinander verlaufen,
der fluidische Übergang in Blickrichtung senkrecht auf das einsehbare erste Volumen ein laterales Ende des ersten Volumens mit einem lateralen Ende des zweiten Volumens fluidisch verbindet, und senkrecht zu den parallelen Flächen verläuft und als eine Öffnung in der intransparenten Zwischenschicht ausgebildet ist,
wobei derjenige Anteil des Flüssigkeitsvolumens, der sich in dem einsehbaren Volumen befindet, sich über die gesamte Höhe h zwischen Deckschicht und Zwischenschicht erstreckt und sowohl das erste und das zweite Volumen, als auch das Volumen der Flüssigkeit gleich groß sind.
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Eine solche Vorrichtung zur Anzeige von Information ist aus der
WO 2008/046842 A1 bekannt.
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Solche Systeme zeichnen sich durch ihre Bistabilität bezüglich beider vorgesehener Aufenthaltsorte der Flüssigkeit, entweder in dem einen oder dem anderen Volumen, aus. Folglich ist kein weiterer Energieeintrag notwendig, wenn die Flüssigkeit das gewünschte Volumen erreicht hat, um sie dort stabil zu halten.
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Derartige fluidische Anzeigen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Grundsätzlich wird bei alle diesen stets eine Vielzahl Anzeigeelemente oder Bildpunkte, auch Pixel genannt, die zumeist in Zeilen und Spalten angeordnet und einzeln ansteuerbar sind, zur Anzeige eines komplexen Bildes verwendet. Charakteristisch für fluidische Anzeigen ist, dass zur Sichtbarmachung jedes einzelnen Bildpunktes eine oder mehrere mobile Flüssigkeiten dienen. Aufgrund der Tatsache, dass für die Sichtbarmachung des Bildpunktes der Transport der entsprechenden Flüssigkeit aus einem Reservoir in einen sichtbaren Bereich der Anzeige hinein und wieder heraus notwendig ist, umfassen die bekannten Systeme häufig Pumpen oder Realisieren den Flüssigkeitstransport unter Zuhilfenahme des Elektrobenetzungseffektes („Elektrowetting”). Da bei der letztgenannten Möglichkeit die Bewegung der Flüssigkeit auf der Beeinflussbarkeit der Oberflächenenergie einer Flüssigkeit durch ein elektrisches Feld beruht, zeichnen sich derartige Vorrichtungen insbesondere dadurch aus, dass auf die Verwendung bewegter Teile verzichtet werden kann.
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Wie bereits angedeutet, ist es bei Anzeigevorrichtungen, die auf der Sichtbarmachung eines Bildpunktes mit Hilfe einer mobilen Flüssigkeit beruhen, stets zwingend notwendig, dass die Flüssigkeit für den Fall, dass sie nicht sichtbar sein soll, in einem für den Betrachter nicht einsehbaren Vorhaltevolumen oder Reservoir gelagert werden kann. Bei den bekannten Systemen hat dies zur Folge, dass die Anzeigevorrichtung in der Dimension senkrecht zu der Betrachtungsebene eine nicht unerhebliche Dicke aufweist, oder, wenn die Reservoirs bzw. nicht einsehbaren Flüssigkeitsvorhaltevolumina auf der Betrachtungsebene angeordnet sein sollen, das Anzeigeelement eine herabgesetzte Flächenausnutzung und damit Pixeldichte und somit ein geringeres Auflösungsvermögen aufweist.
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Häufig zeigen die aus dem Stand der Technik bekannten Anzeigeelemente über die Anzeigefläche variierende Sättigungsgrade auf, welche dadurch hervorgerufen werden, dass sich Flüssigkeitsschichten mit variierender Dicke im einsehbaren Teil des Anzeigeelements befinden. Dickere Schichten wirken nicht nur farbintensiver als dünnere, sondern darüber hinaus auch dunkler.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme betrifft das Problem, dass sich die in der Anzeige verwendeten Flüssigkeiten nicht nur dann bewegen, wenn dies tatsächlich gewünscht ist, sondern beispielsweise auch dann, wenn während des Betriebs in nicht vorhersehbarer Weise auftretende mechanische Kräfte auf das Anzeigeelement wirken. Dies kann im einfachsten Fall bereits dadurch geschehen, dass das Anzeigeelement gekippt wird und sich somit der Einfluss der Schwerkraft auf die beinhalteten Flüssigkeiten ändert.
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Die
WO 2008/046842 A1 offenbart ein Anzeigeelement, das sich aus in der Bildebene sechseckigen einsehbaren Volumina zusammensetzt, wobei die einsehbaren Volumina mit untergeordneten Volumina über Flachkanäle fluidisch in Verbindung stehen.
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Die
WO 2009/036272 A1 offenbart eine Vorrichtung der vorbenannten Art, mit einem einsehbaren Bereich, einem Reservoir sowie einer polaren und einer nichtpolaren Flüssigkeit, bei der jeweils eine der Flüssigkeiten, in Abhängigkeit eines angelegten elektrischen Feldes, entweder in dem einsehbaren Bereich oder dem Reservoir vorliegt. Durch den vergleichsweise geringen Symmetriegrad der offenbarten Anzeigeelemente, sind diese nicht dazu geeignet, möglichst platzsparend zu einer Anzeigevorrichtung kombiniert zu werden.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Anzeigeelement der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das eine optimierte Raumausnutzung aufweist, eine gleichmäßige Farbsättigung über die gesamte Fläche besitzt und unempfindlich gegenüber mechanischen Störungen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der vorgenannten Art gelöst, bei der
sowohl das erste Volumen als auch das zweite Volumen an die intransparente Zwischenschicht angrenzt,
zumindest das erste Volumen mit rechteckiger Grundfläche ausgebildet ist, so dass das Flüssigkeitsvolumen von dem einen Volumen in das andere Volumen parallel zu den Schichten bis zu dem fluidischen Übergang formstabil beförderbar ist, und
der fluidische Übergang ein Kanal ist, der eine kürzeste Verbindung zwischen den Volumina herstellt.
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Ein solches Anzeigeelement zeichnet sich dadurch aus, derart betrieben werden zu können, dass beim Umfüllen der Flüssigkeit in dem jeweils entleerten Volumen an dem dem lateralen Ende gegenüberliegenden Ende ein flüssigkeitsfreier Raum entsteht. Daraus folgt unmittelbar in Kombination mit dem Merkmal, dass sich die Flüssigkeit auch beim Umfüllen stets über die gesamte Höhe erstreckt und somit sowohl mit der Deckschicht als auch mit der Zwischenschicht in Berührung steht, dass vom Betrachter kein Farbsättigungsvariationen wahrnehmbar sind. Dadurch, dass die Farbschicht mit gleich bleibender Dicke seitlich aus dem sichtbaren Volumen heraus bzw. in dieses hinein befördert wird, nimmt lediglich die Intensität des mit der jeweiligen Farbe reflektierten Lichtes ab.
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Vorzugsweise erfolgt der Transport der Flüssigkeit zwischen den beiden Volumina mit Hilfe des Elektrowettingeffektes. Besonders bevorzugt sind die Anzeigeelemente bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Spalten und Zeilen angeordnet, beispielsweise in fünf Zeilen und sieben Spalten (5×7-Matrixanzeige).
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Für das wahlweise Sichtbarmachen oder Verdecken der Anzeigeflüssigkeit, umfasst das Anzeigeelement zwei Volumina, die aus einer Betrachtungsrichtung gesehen in zwei hintereinander angeordneten Ebenen liegen, wobei das erste Volumen zwischen einer transparenten Deckschicht und einer nicht transparenten Zwischenschicht, und das zweite Volumen zwischen dieser Zwischenschicht und einer Abschlussschicht angeordnet ist. Auf diese Weise ist nur der Inhalt des oberen Volumens einsehbar, während der Inhalt des unteren Volumens vor dem Betrachter verborgen ist. Damit die Flüssigkeit zwischen den beiden Volumina befördert werden kann, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anzeige von Information einen fluidischen Übergang zwischen einem lateralen Ende des ersten Volumens und einem lateralen Ende des zweiten Volumens auf. Besonders bevorzugt ist dabei der fluidische Übergang in Form eines Kanals realisiert, der eine kürzeste Verbindung zwischen den Volumina herstellt und dazu senkrecht zu den parallelen Flächen verläuft.
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Erfindungswesentlich ist, dass, bedingt durch die Parallelität der Schichten diese an jeder Stelle einen identischen Abstand zueinander aufweisen und somit auch das umgebene Volumen durch eine hohe Symmetrie gekennzeichnet ist. Wird die Flüssigkeit für den Transport von einem Volumen in das andere zu dem lateralen Ende desjenigen Volumens befördert, in welchem sich die Flüssigkeit befindet, kann dies erfolgen, ohne dass sich die Geometrie des Flüssigkeitsvolumens zumindest in dem für einen Betrachter sichtbaren Bereich in dem einsehbaren Volumen verändert. Folglich ist auch die wahrnehmbare Farbsättigung während des Befüllens bzw. Entleerens konstant.
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Auch wenn für die Gewährleistung einer gleich bleibenden Farbsättigung nicht zwingend notwendig ist, dass auch das nicht einsehbare Volumen von parallelen Schichten abgegrenzt ist, ist dies für die Erzielung raumoptimierter, höchst symmetrischer Anzeigeelemente erforderlich. Nur so ist zu gewährleisten, dass die Flüssigkeit in beiden Volumina vollständig aufgenommen werden kann, ohne dass bei einem der Volumina auch bei vollständiger Aufnahme der Flüssigkeit ungenutzter Freiraum verbleibt.
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Eine besonders bevorzugte Vorrichtung umfasst mehrere Anzeigeelemente und ist dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils zweite Volumen eines Anzeigeelements zumindest bis auf den Bereich des fluidischen Übergangs unterhalb des ersten Volumens eines benachbarten Anzeigeelements angeordnet ist. Gleichfalls raumoptimiert ist eine Vorrichtung, bei der die Volumina eines Anzeigeelementes aus Betrachtungsrichtung gesehen hintereinander liegen. Anhand der beiden vorbenannten Ausführungsformen ist es ersichtlich, dass zur Erzielung einer bestmöglichen Raumausnutzung das erste und das zweite Volumen nicht nur betreffend ihrer Größe identisch sein sollten, sondern auch bezüglich ihrer Geometrie. Gemeinsam ist ebenfalls beiden Ausführungsformen, dass eines der sichtbaren Volumina jeweils genau denjenigen Bereich abdeckt, der erforderlich ist, um ein zweites Volumen nicht einsehbar anzuordnen.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit fluidische Anzeigen realisiert werden, bei denen auf der einen Seite die Bildpunkte auf der Bildfläche unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und auf der anderen Seite in der Dimension senkrecht zur Betrachtungsebene nur so viel Raum zur Verfügung gestellt werden muss, wie tatsächlich für die Aufnahme der Flüssigkeiten in den Bildpunkten benötigt wird. Insbesondere können ungenutzte Zwischenräume zwischen den Volumina zweiter Art vermieden werden.
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Bereits wenn beide Volumina in etwa zur Hälfte mit Flüssigkeit und mit einem Gas gefüllt sind, ist es nicht möglich, die Flüssigkeit aus einem Volumen in das andere zu befördern, ohne dafür Sorge zu tragen, dass die Möglichkeit eines Druckausgleichs geschaffen wird. Daher ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass die Zwischenschicht mindestens einen weiteren fluidischen Übergang für den fluidischen Druckausgleich zwischen beiden Volumina aufweist. Für den Fall, dass der weitere fluidische Übergang lediglich dazu geeignet sein muss, das verdrängte Gas entweichen zu lassen, sind auch im Verhältnis zu dem ersten fluidischen Übergang deutlich kleinere Querschnitte ausreichend. Für den Fall, dass auch Flüssigkeit durch den weiteren fluidischen Übergang strömen soll, ist es bevorzugt, wenn der Querschnitt dieses weiteren Übergangs in etwa dem Querschnitt des ersten Übergangs entspricht.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn für den fluidischen Druckausgleich zwei der weiteren Übergänge in der Zwischenschicht vorgesehen sind, wobei der erste Übergang erfindungsgemäß an einem lateralen Ende eines Volumens und die beiden weiteren Übergänge an einem gegenüberliegenden Ende desselben Volumens angeordnet sind. Der Abstand des ersten Übergangs von den beiden weiteren ist dementsprechend bevorzugt zu maximieren.
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Um einen unerwünschten Übertritt von Flüssigkeit von einem Volumen in das andere in Folge äußerer Einwirkung auf das Anzeigeelement, beispielsweise in Form mechanischer Kräfte, zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in zumindest einem der Volumina eine Wand angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich diese Wand mindestens teilweise über die gesamte Höhe des jeweiligen Volumens. Besonders bevorzugt grenzt die Wand an den fluidischen Übergang an, steht senkrecht auf der Zwischenschicht, erstreckt sich über die gesamte Höhe des jeweiligen Volumens und weist eine zentrale Unterbrechung geringerer Höhe auf. Die Unterbrechung kann beispielsweise in Form eines oder mehrerer Löcher realisiert sein. Vorzugsweise ist die Wand derart bemessen, dass lediglich unter Einwirkung auf die Oberflächenspannung mit Hilfe eines elektrischen Feldes diese insoweit verändert werden kann, dass die Flüssigkeit die Wand überwinden und über den fluidischen Übergang in das andere Volumen übertreten kann.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wand an dem für den Druckausgleich dienenden zweiten fluidischen Übergang angrenzt, senkrecht auf der Zwischenschicht steht, sich nur über einen Teil der gesamten Höhe des jeweiligen Volumens erstreckt und eine mittige Unterbrechung aufweist.
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Grundsätzlich kann die Wand auch unterbrechungslos ausgeführt sein und eine Höhe aufweisen, die geringer ist als die Höhe des jeweiligen Volumens. Bei einer alternativen Ausführungsform ist zur Vermeidung eines unerwünschten Übertritts der Flüssigkeit von einem Volumen in das andere im Bereich des fluidischen Übergangs mindestens ein den Übergang aufteilender oder verkleinernder Steg angeordnet. Die Dicke des Stegs entspricht dabei bevorzugt der Dicke der Zwischenschicht. Besonders bevorzugt ist der Steg in die Zwischenschicht selbst eingearbeitet, beispielsweise mittels Stanzen oder durch Vorsehen entsprechender Öffnungen bei der Herstellung der Zwischenschicht. Die Breite des Stegs ist bevorzugt so zu bemessen, dass er nur einen kleinen Teil der jeweiligen Öffnung zu dem fluidischen Übergang verdeckt, um einerseits die Länge der Kanten der Öffnung zu vergrößern und so den unbeabsichtigten Überlauf zu verhindern, ohne den beabsichtigten, initiierten Durchfluss zu behindern. Besonders bevorzugt verläuft der Steg parallel zu den kürzeren Seiten einer Öffnung zu dem fluidischen Übergang. Es ist außerdem möglich, mehrere identische oder unterschiedliche Stege in einer Öffnung anzuordnen, um beispielsweise eine derartige Struktur mit entsprechend hoher Kantenlänge zu erhalten. Die Anordnung von Stegen ist ferner nicht nur für die Öffnung zu dem ersten fluidischen Übergang, sondern auch für die Öffnungen zu den weiteren fluidischen Übergängen geeignet.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die offenbarte Vorrichtung mindestens eine elektrisch leitende Schicht und/oder Beschichtung zur Bereitstellung mindestens einer Gegenelektrode sowie für jedes Anzeigeelement separate Steuerelektroden umfasst. Dies bedeutet, dass sowohl elektrisch leitendes Füllmaterial, wie zum Beispiel Aluminium oder Kupfer, aber auch aus leitenden Materialien bestehende Beschichtungen, beispielsweise gesputterte Aluminiumschichten oder dergleichen, als Elektroden dienen können. Während die Steuerelektroden für jedes Anzeigeelement separat ansteuerbar sein können, kann die Gegenelektrode bevorzugt für alle Anzeigeelemente einer Anzeige als großflächige gemeinsame Elektrode vorgesehen sein.
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Gleichfalls ist es möglich, dass die Vorrichtung für zumindest zwei Anzeigeelemente eine gemeinsame Steuerelektrode umfasst. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Selektierung der Anzeigeelementansteuerung mit Hilfe einer passiven Matrix realisiert werden soll. Vorstellbar ist beispielsweise ein Aufbau, bei dem 35 Anzeigeelement ein 7 Reihen und 5 Spalten angeordnet sind, wobei jeweils sämtliche Anzeigeelemente einer Spalte an derselben Ansteuerelektrode angeschlossen sind. Die Selektierung der Anzeigeelemente für die Einzelansteuerung erfolgt dann mit Hilfe der passiven Matrix, indem die Zwischenschicht Gegenelektroden aufweist, von denen jeweils eine sämtliche der in einer der 7 Reihen angeordneten Anzeigeelemente umfasst und senkrecht zu den Ansteuerelektroden verläuft.
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Zwar ist es möglich, sowohl die Gegenelektroden als auch die Steuerelektroden in einer und derselben Schicht anzuordnen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die sich dabei ausbreitenden Feldlinien in Bögen verlaufen und unter Umständen nicht das gesamte Volumen der Flüssigkeit durchdringen, sondern nur die oberflächen- bzw. elektrodennahen Bereiche derselben. Daher ist es zweckmäßig, die Gegenelektroden und die Steuerelektroden in unterschiedlichen Schichten anzuordnen. Vorzugsweise sind die Gegenelektroden in der Zwischenschicht angeordnet. Insbesondere für den Fall, dass die Steuerelektroden sowohl in der Deckschicht als auch in der Abschlussschicht angeordnet sind, bildet sich auf diese Weise mit nur einer Gegenelektrode in die Richtung sowohl des oberen als auch des unteren Hohlraums ein optimal ausgerichtetes elektrisches Feld aus.
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Nach einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass die Steuerelektroden in der Zwischenschicht angeordnet sind. Folglich ist die mindestens eine Gegenelektrode in der Deckschicht und/oder in der Abschlussschicht angeordnet, um ein optimal ausgerichtetes elektrisches Feld zu erreichen.
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Erfindungsgemäß ist es nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Zwischenschicht mindestens einseitig reflektierend ausgestaltet ist, so dass aus Betrachtungsrichtung einfallendes Licht von dieser reflektiert wird. Auf diese Weise wird die Sichtbarmachung eines gegebenenfalls im oberen Hohlraum befindlichen Flüssigkeitsvolumens ohne Zuführung beispielsweise elektrischer Energie für eine zusätzliche Lichtquelle möglich, indem hierzu ohnehin vorhandenes Umgebungslicht verwendet wird.
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Es ist im Sinne der Erfindung, dass in einem einzigen Anzeigeelement bei Bedarf auch mehrere Flüssigkeiten, beispielsweise zwei unterschiedliche Flüssigkeiten, zu verwenden. Dabei ist stets darauf zu achten, dass die Flüssigkeiten nicht miteinander mischbar sind. Besonders bevorzugt sind Kombinationen aus wässrigen und ölhaltigen Flüssigkeiten, die im Kontakt zueinander stets deutlich wahrnehmbare Grenzen zueinander aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform, wenn eine der beiden Flüssigkeiten gefärbt, die andere hingegen transparent ist. Es ist jedoch auch möglich, zwei unterschiedlich gefärbte oder mit anderen unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise betreffend das Reflexionsverhalten, ausgestattete Flüssigkeiten zu verwenden.
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Zur Verwirklichung der erfindungswesentlichen Formtreue des Flüssigkeitsvolumens beim Hinein- und Herausbefördern insbesondere in das einsehbare Volumen werden besonders bevorzugt Volumina mit rechteckiger Grundfläche verwendet.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierbei zeigt:
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1 einen Schnitt durch eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 einen Schnitt durch eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes erfindungsgemäßes Anzeigeelement gemäß der zweiten Ausführungsform;
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4 eine Erweiterung der Draufsicht aus 3 mit Strukturen zur Vermeidung eines unerwünschten Flüssigkeitsübertritts; und
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5 eine andere Erweiterung der Draufsicht aus 3 bzw. 4 mit alternativen Strukturen zur Vermeidung eines unerwünschten Flüssigkeitsübertritts.
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In der 1 ist ein Schnitt durch eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Demnach umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste Schicht 1, welche als Deckschicht dient und besonders bevorzugt im optischen Wellenlängenbereich transparent oder opak ist. In Blickrichtung senkrecht auf die Schicht 1 ist darunter eine zweite Schicht 2 (Zwischenschicht) angeordnet. Schließlich folgt als letzte, dritte Schicht 3, eine Abschlussschicht.
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Da die erste und die zweite Schicht 1, 2 einen konstanten Abstand voneinander haben, bilden sich zwischen ihnen ein oder mehrere obere Volumina 4 mit einer Höhe h aus. Da die erste und die zweite Schicht 1, 2 parallel zueinander verlaufen, ist die Höhe h überall gleich groß. Dementsprechend ist ausgeschlossen, dass sich unterschiedlich dicke Schichten einer Flüssigkeit in einem Volumen befinden, sofern sichergestellt ist, dass das entsprechende Volumen vollständig gefüllt ist. Analog dazu bildet sich zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht 2, 3 einer oder mehrere untere Volumina 5 aus, welche wiederum überall die gleiche Höhe aufweisen.
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Die oberen Volumina 4 befinden sich in einer ersten, oberen Ebene 6, die unteren Volumina 5 in einer zweiten, unteren Ebene 7. Besonders bevorzugt haben beide Ebenen 6, 7 jeweils die gleiche Höhe.
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Um einen Austausch von Flüssigkeit F zwischen beiden Ebenen zu ermöglichen, sind entsprechende erste fluidische Übergänge 8 vorgesehen. Diese stehen besonders bevorzugt senkrecht auf der Zwischenschicht 2.
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Erfindungsgemäß ist entsprechend der dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass die zu einem Anzeigeelement gehörenden Volumina 4, 5 nicht übereinander, sondern versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung stellt eine ebenfalls platzsparende, alternative Anordnung der Volumina 4, 5 dar.
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Wie aus der 1 ersichtlich ist, befindet sich sowohl Flüssigkeit F als auch Gas G in den Volumina 4, 5. Je nach gewünschtem Anzeigezustand eines Anzeigeelements befindet sich die Flüssigkeit F im oberen Volumen 4 oder im unteren Volumen 5. Im ersten Fall wird ein Lichtstrahl L1 von der im oberen Volumen 4 befindlichen Flüssigkeit F absorbiert, so dass dieses Volumen von einem Betrachter aus gesehen als dunkel wahrgenommen wird. Im zweiten Fall wird der Lichtstrahl L2 aufgrund der Abwesenheit von Flüssigkeit F an der Zwischenschicht 2 reflektiert, so dass das entsprechende Anzeigeelement als hell wahrgenommen werden kann. Besonders bevorzugt ist hierzu zumindest die in der Figur nach oben weisende Seite der Zwischenschicht 2 für Licht im sichtbaren Bereich reflektierend auszugestalten. In der dargestellten Ausführungsform haben beide Volumina 4, 5 im Wesentlichen die gleiche Geometrie und dementsprechend den gleichen Rauminhalt. Das Gesamtvolumen beider Volumina 4, 5 zusammengenommen wird jeweils zur Hälfte von Flüssigkeit F und Gas G ausgefüllt. Nach einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform wird anstelle des Gases eine zweite Flüssigkeit eingesetzt, welche mit der ersten Flüssigkeit F nicht mischbar ist.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind die insbesondere bei Verwendung des Elektrobenetzungseffektes notwendigen Elektroden. Diese können in allen drei Schichten 1, 2 und/oder 3 angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Gegenelektrode in der Zwischenschicht 2, und die Steuerelektroden in der Deckschicht und/oder in der Abschlussschicht angeordnet sind.
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In der 2 ist ein Schnitt durch eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Wesentlicher Unterschied zur 1 dargestellten Ausführungsform ist die Anordnung der oberen Volumina 4 im Verhältnis zu den zum jeweiligen Anzeigeelement gehörenden unteren Volumina 5. Nach dieser Ausführungsform sind die Volumina 4, 5 aus Betrachtungsrichtung gesehen jeweils hintereinander angeordnet. Ansonsten gelten analog die oben stehenden Ausführungen zur 1, so dass vorliegend auf eine Wiederholung derselben verzichtet werden kann.
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Die 3 zeigt eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes erfindungsgemäßes Anzeigeelement gemäß der zweiten Ausführungsform. Das Anzeigeelement hat dabei eine im Wesentlichen rechteckige Form. Dargestellt ist das obere Volumen 4, die Zwischenschicht 2, sowie die aus dieser Perspektive sichtbaren Teile der Abschlussschicht 3 (schraffiert dargestellt). Die nicht dargestellte, im Wesentlichen transparente Deckschicht 1 weist in den Bereichen der fluidischen Übergänge 8, 9 intransparente Regionen auf, so dass eine gegebenenfalls im unteren Volumen 5 befindliche Flüssigkeit von einem Betrachter aus nicht sichtbar ist.
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An einer Längsseite des Volumens 4 befindet sich ein erster fluidischer Übergang 8 (im Bild links dargestellt). Dieser Übergang 8 dient primär dem Durchtritt von Flüssigkeit (nicht dargestellt) durch die Zwischenschicht 2. An den diesem Übergang entgegengesetzt angeordneten Ecken (im Bild rechts oben und unten dargestellt) sind zwei weitere fluidische Übergänge 9 vorgesehen. Diese dienen primär dem fluidischen Druckausgleich zwischen den beiden Volumina 4, 5 eines Anzeigeelements.
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In der 4 ist eine Erweiterung der Draufsicht aus 3 mit Strukturen zur Vermeidung eines unerwünschten Flüssigkeitsübertritts gezeigt. Diese befinden sich sowohl an dem fluidischen Übergang 8, als auch an den beiden weiteren Übergängen 9.
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Im Bereich des ersten Übergangs 8, welcher dem Durchtritt von Flüssigkeit durch die Zwischenschicht 2 dient, sind zwei symmetrisch zu dem Übergang 8 angeordnete Strukturen in Form von Flügeln 10 vorgesehen. Diese können sich über die gesamte Höhe des Volumens 4 erstrecken. In diesem Fall weisen sie eine Unterbrechung auf, durch welche Flüssigkeit (nicht dargestellt) vom oberen Volumen 4 in den ersten Übergang 8 gelangen kann. Aufgrund der durch die Flügel 10 hinzu kommenden Kanten 10' benötigt ein Flüssigkeitstropfen, welcher das obere Volumen 4 verlassen soll, eine höhere Energiezufuhr, um seine Oberflächenenergie ausreichend stark zu verändern, damit er den entsprechenden Übergang passieren kann. Ein Übertritt alleine durch Einwirkung mechanischer Energie ist hingegen deutlich erschwert. Bei einer alternativen Ausführungsform stellen die erwähnten Strukturen Wände dar, die sich nur über einen Teil der Gesamthöhe des Volumens 4 erstrecken. Besonders bevorzugt weist die Wand eine Höhe auf, die lediglich 10% der Gesamthöhe des Volumens 4 beträgt. Auch in diesem Fall wird der Tropfen mit Hilfe der Wand wirkungsvoll von dem Übergangsbereich 8 ferngehalten, so lange dies gewünscht ist. Erst mit dem Anlegen eines elektrischen Feldes kann die Flüssigkeit über die beschriebene Wand und in den Übergangsbereich 8 treten.
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Auch in den Bereichen der weiteren Übergänge 9, welche dem fluidischen Druckausgleich zwischen beiden Volumina 4, 5 dienen, befinden sich entsprechende Stopperstrukturen 11, die in der 4 gestrichelt dargestellt sind, was andeuten soll, dass sie zwar durchgehend ausgestaltet sind, sich jedoch nicht über die gesamte Höhe des Volumens erstrecken. Dementsprechend können die Stopperstrukturen 11 auch als Wall beschrieben werden.
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Gemäß anderer, nicht dargestellter Ausführungsformen können die Flügel 10 und/oder die Stopperstrukturen 11 beispielsweise aus mehreren einzelnen, sich über die gesamte Höhe des Volumens erstreckenden Segmenten bestehen. Die Segmente können jedoch auch mittels einer oder mehrerer entsprechend weniger hoch ausgestalteter Brücken miteinander verbunden sein. Es ist sowohl möglich, dass diese Brücken an die Zwischenschicht oder an die Deck- bzw. Abschlussschicht angrenzen, oder auch keine dieser Schichten berühren.
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In der 5 wird eine andere Erweiterung der Draufsicht aus 3 bzw. 4 mit alternativen Strukturen zur Vermeidung eines unerwünschten Flüssigkeitsübertritts gezeigt. Demnach ist zur Vermeidung eines unerwünschten Übertritts von Flüssigkeit von einer Ebene in die andere im Bereich der Übergänge 8, 9 mindestens ein den Übergang 8, 9 aufteilender bzw. verkleinernder Steg 12 angeordnet. Gemäß der Figur ist dieser Steg 12 derartig angeordnet, dass er den jeweiligen Übergang 8, 9 bei minimaler Steglänge in zwei möglichst gleich große und gleiche Kantenlängen aufweisende Teilübergänge aufteilt. Die schmale Kante eines Steges 12 erstreckt sich dabei in etwa senkrecht von der jeweils an die Übergänge 8, 9 angrenzende Kante der Zwischenschicht 2 zur gegenüberliegenden Wand des Hohlraumes 4. Die Dicke des Steges 12, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt, entspricht dabei der Dicke der Zwischenschicht 2. Es ist demnach nicht nötig (aber auch nicht ausgeschlossen), dass der Steg 12 eine wall- oder wandartige Struktur mit entsprechend größerer Dicke aufweist.
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Nicht dargestellt, aber ebenfalls möglich ist die Anordnung mehrerer, sich ggf. kreuzender Stege in einem jeweiligen Übergang 8, 9, um die Länge der entsprechenden Kanten zu vergrößern, wobei die Stege möglichst dünn ausfallen sollen, um den eigentlichen Übergang nicht signifikant zu verkleinern und so den (gewünschten) Durchfluss zu behindern. Durch die Verlängerung der Kanten muss sich die Oberflächenenergie der Flüssigkeit stärker ändern, damit sie die Stege überwinden kann. Je nach mechanischer Belastung können dementsprechend mehr oder weniger Stege vorgesehen werden, wobei die Anzahl der Stege bzw. die Länge der Stegkanten bei steigender Belastung ebenfalls höher ausfallen sollte. Demnach können auch gitterartige Strukturen oder solche mit einer Vielzahl von Löchern im Bereich der Öffnungen vorgesehen werden, wenn dies aufgrund der Belastung nötig sein sollte.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Schicht, Deckschicht
- 2
- zweite Schicht, Zwischenschicht
- 3
- dritte Schicht, Abschlussschicht
- 4
- oberes Volumen
- 5
- unteres Volumen
- 6
- erste Ebene, obere Ebene
- 7
- zweite Ebene, untere Ebene
- 8
- erster fluidischer Übergang
- 9
- weiterer fluidischer Übergang
- 10
- Flügel
- 10'
- Kante
- 11
- Stopperstrukturen
- 12
- Steg
- h
- Höhe
- F
- Flüssigkeit
- G
- Gas
- L1, L2
- Lichtstrahl
