DE2632140C3

DE2632140C3 - Elektrophoretische Anzeigeanordnung

Info

Publication number: DE2632140C3
Application number: DE2632140A
Authority: DE
Inventors: Jean Luc Meylan Ploix (Frankreich); Yvan Montfeury Conrec Raverdy
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1979-01-18
Also published as: JPS5916270B2; DE2632140B2; DE2632140A1; US4062009A; FR2318474A1; JPS5211897A; GB1500467A; FR2318474B1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrophoretische Anzeigeanordnung zum Sichtbarmachen sich ändernder Informationen, mit zwei Elektroden tragenden, parallel zueinander in einem bestimmten Abstand befestigten Trägern, zwischen denen sich eine einen hohen elektrischen Widerstand besitzende Flüssigkeit mit einem Material befindet, das einfallendes Licht in einer Farbe zerstreut die von der der Flüssigkeit verschieden ist und mit Einrichtungen zum Anlegen einer Spannungsdifferenz an die Elektroden, wodurch ein elektrisches Feld entsteht das das Material entsprechend dem

^s" Elektrophorese-Effekt in Bewegung versetzt und zur Anlage an einen der Träger bringt

Anzeigeanordnungen, bei weichen der Elektrophorese-Effekt, aufgrund dessen sich elektrisch geladene Pigmentteilchen unter der Einwirkung eines elektri-

^)r> sehen Feldes in einer Flüssigkeit bewegen, ausgenutzt wird, sind bereits bekannt (DE-AS 20 19 738). In diesen Anzeigeanordnungen sind die parallelen Träger so zusammengefügt daß sie ein dichtes Gefäß bilden, das mit gefärbter Flüssigkeit gefüllt ist, in der als das

⁴⁽¹ einfallende Licht zerstreuendes Material ein Pigment 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

^v' 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

^r>⁰ festsetzen, wird aus Licht durch die Flüssigkeit absorbiert, mit der das Gefäß gefüllt ist. Außerdem weisen diese Anordnungen eine Speicherwirkung auf, denn die Teilchen bleiben bei NichtVorhandensein des elektrischen Feldes aufgrund von van der Waalsschen

^v' Kräften auf der Elektrode sitzen und somit ermöglicht allein das Anlegen eines Feldes mit entgegengesetzter Richtung das Löschen der Information.

Solche Anzeigeanordnungen weisen indessen gewisse Nachteile auf, die mit der Schwierigkeit der Herstellung

^M> der das Gefäß 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 vollkommene chemische und elektrochemische Stabilität sowie einen großen spezifischen Widerstand

hat, damit starke elektriche 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 Anzeigeanordnung 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

Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrophojetische Anzeigeanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie kontrastreich arbeitet, eine hohe Lebensdauer und eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufweist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die elektrophoretische Anzeigeanordnung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß als Material eine für die Flüssigkeit durchlässige, zwischen den Trägern angeordnete dünne Membran dient

Die Erfindung schafft somit eine Anzeigeanordnung, bei der die mit der Verwendung von suspendierten Pigmentteilchen verbundenen Nachteile durch die Verwendung einer dünnen Membran vermieden werden, die das Licht zerstreut, parallel zu den Elektroden angeordnet ist, für die Flüssigkeit durchlässig ist und sich unter der Einwirkung einer an die Elektroden angelegten Spannungsdifferenz gemäß demselben Prozeß wie die Pigmentteilchen von einer Elektrode zur anderen schnell bewegt

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. la und Ib das Funktionsprinzip der Anzeigeanordnung nach der Erfindung,

Fig.2 eine Ausführungsform der in dieser Anordnungbenutzten Membran,

Fig.3 schematisch eine Ausführungsform einer Mehrpunktanzeigeanordnung mit einer biegsamen Membran nach der Erfindung, die

F i g. 4a und 4b weitere Ausführungsformen der in der Anordnung nach der Erfindung benutzten Membran,

Fig.5 eine weitere Ausführungsform einer Mehrpunktanzeigeanordnung und

F i g. 6 die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung bei der Anzeige eines alphanumerischen Zeichens.

In den Fig. la und Ib 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 einer gefärbten Flüssigkeit 6 gefüllt ist, beispielsweise Trichloräthylen, die einen blauen Azofarbstoff in Sättigung enthält und einen sehr hohen spezifischen Widerstand hat (beispielsweise in der Größenordnung von 10⁹OCm). Das Gefäß enthält außerdem eine dünne Membran 3.

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 die Flüssigkeit 6 durchlässig sein. In Fig. I ist die ίο 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 der Flüssigkeit zu gestatten. Im übrigen ist die Membran 3 in dem Gefäß frei angeordnet und soll vorzugsweise eine Dichte haben, die etwa gleich der der Flüssigkeit 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 der Flüssigkeit 6 ausreichend verschieden ist, damit man eine kontrastreiche Anzeige erbiit.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: An den Elektroden I und 2 wird eine Spannungsdifferenz r> angelegt, die ein elektrisches Feld ^erzeugt, beispielsweise von der Elektrode 2 zu der Elektrode 1 (F i g. la). 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 «ι hellen Zone erfolgt. Wenn das Feld E beseitigt wird, bleibt die Membran 3 unter der Einwirkung der van der Waalsschen Kräfte in ihrer Lage und die Information ist gespeichert

Zum Löschen, d. h. zum Verschieben der Membran 3

r> zu der hinteren Elektrode 2 ist es erforderlich, ein Feld — Zf(F i g. 1 b) anzulegen. Die Membran 3 legt sich an die Elektrode 2 an und das Licht wird durch die Flüssigkeit 6 absorbiert, wobei die Anzeigeanordnung dann eine dunkle Farbe zeigt, die mit der des vorangehenden

i«> Zustands kontrastiert. Wenn das Feld beseitig* 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 r> werden in einer bekannten Gravierur.gsteclinik Kanäle gebohrt, die beispielsweise einen quadratischen Querschnitt haben, wie in F i g. 2 gezeigt. Auf das erhaltene Gitter wird eine sehr lichtstreuende Pigmentschicht, beispielsweise Titanoxid, durch Sedimentation in Gew genwart eines Bindemittels aufgetragen.

Weitere Ausführungsformen der Membran sind

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

η trägt

Sie kann weiter auch ohne Zuhilfenahme einer starren Platte, in dl·?. Kanäle gebohrt werden, aus einem Fasergewebematerial hergestellt werden. Diese Ausführungsform hat jedoch einen Nachteil, der in der starken wi Abschwächung der Speicherwirkung besteht Die van der Waalsschen 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 Anordnung eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten.

F i g. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer

Mehrpunktanzeigeanordnung, bei welcher eine biegsame Membran benutzt wird.

In F i g. 3 sind die Elektroden I und 2 von F i g. I durch lichtdurchlässige Träger 10 und 20 ersetzt, auf die jeweils eine Matrix von lichtdurchlässigen Elektroden aufgebracht ist, die einander gegenüberliegen (in F i g. 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 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 Mittellagc 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 F i g. 4a und 4b zeigen schematisch weitere Ausführungsformen einer Membran, die bei einer weiteren Variante der Anzeigeanordnung verwendet werden.

In dieser Variante, die nicht dargesteü! isi, die aber der von Fig. 3 nahekommt, enthält die Anzeigeanordnung, wie in F i g. 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 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 F i g. 3) 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.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anzeigeanordnung 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 dem Träger 10 und der Membran 3 parallel und 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 ein dichtes Gefäß gebildet ist, das mit einer gefärbten Flüssigkrii gefüllt ist, wobei die halbfreien Elemente 33 der Membran 3, wenn sie an der Vorderseite 10 anliegen, eine Zerstreuung des einfallenden LirhU s 5 in einer Farbe verursachen, die von der der Flüssigkeit verschieden ist.

Es sei angemerkt, daß Hie Lage der Membran 3 und

ι des Distanzstückes 7 vertauscht werden kann. Ebenso ist es möglich, ein zweites Distanzstück analog dem Distanzstück 7 zwischen der Membran 3 und der Vorderseite 10 hinzuzufügen.

F i g. ύ zeigt die Anwendung der Anzeigeanordnung ι bei der Anzeige eines alphanumerischen 7-Segment-Zeichens.

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

Der vordere Träger 10 trägt sieben Segmentelektro-

■ den 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

ι versorgt werden. Das isolierende Distanzstück 7 ist mit sieben Ausschnitten 71 versehen, welche die Form der Segmentelektroden 14 wiedergeben und gegenüber letzteren angeordnet sind. Die poröse Membran 3 besteht aus sieben Segmenten 34, die dieselbe Form wie

■ die Segmentelektroden 14 haben und in den durch die Ausschnitte 71 gebildeten Hohlräumen frei angeordnet sind, wenn die Anzeigeanordnung zusammengebaut ist.

Die Anzeige eines bestimmten Zeichens erfolgt durch Auswahl der entsprechenden Segmentelektroden 14, die auf ein ausreichendes Potential gebracht werden, damit sich die Segmente 34 der Membran a·· den vorderen Träger 10 anlegen.

Die Anzeigeanordnung kann in irgendeiner ihrer Ausführjngsformen selbstverständlich zwar für jede Art der Anzeige benutzt werden, sie ist jedoch besonders der großdimensionierten Anzeige angepaßt. Die Größe einer Anzeigeanordnung für ein alphanumerisches Zeichen kann typischerweise in der Größenordnung von 1 dm² liegen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrophoretische Anzeigeanordnung zum Sichtbarmachen sich ändernder Informationen, mit zwei Elektroden tragenden, parallel zueinander in einem bestimmten Abstand befestigten Trägern, zwischen denen sich eine einen hohen elektrischen Widerstand besitzende Flüssigkeit mit einem Material befindet, das einfallendes Licht in einer Farbe zerstreut, die von der der Flüssigkeit verschieden ist, und mit Einrichtungen zum Anlegen einer Spannungsdifferenz an die Elektroden, wodurch ein elektrisches Feld entsteht, das das Material entsprechend dem Elektrophorese-Effekt in Bewegung versetzt und zur Anlage an einen der Träger bringt, dadurch gekennzeichnet, daß als Material eine für die Flüssigkeit (6) durchlässige, zwischen den Trägern angeordnete dünne Membran (3) dient

2. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3} frei zwischen den Trägern angeordnet ist und aus einem starren Material besteht (Fi g. 1).

3. Eiektrophoretische Anzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) auf ihrem gesamten Umfang parallel zu den Trägern (10, 20) und ohne Berührung mit denselben befestigt ist und aus einem elastischen und verformbaren Material besteht (F i g. 3).

4. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit der Membran (3) durch mehrere Kanäle (30) erreicht wird, die in das die Membran bildende Material gebohrt sind (Fig. 2).

5. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daci ,rch gekennzeichnet, daß die Membran (3) eine Dichte hat, die etwa gleich der der Flüssigkeit (6) ist

6. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) aus einem Fasergewebematerial besteht

7. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) aus einem Kunststoffmaterial besteht, das ein Pigment zum Zerstreuen des einfallenden Lichtes (5) enthält oder an seiner Oberfläche trägt

8. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit auf dem vorderen Träger angeordneten mehreren, unabhängig voneinander ansteuerbaren Elektroden, die alle die gleiche Form haben und eine Matrix bilden oder eine langgestreckte Segrnentform haben, zur Bildung alphanumerischer Zeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) mehrere halbfreie Elemente (33, 32) aufweist, die durch teilweises Zerschneiden der Membran gebildet, gegenüber den Elektroden angeordnet sind und jeweils eine Zone zur Anzeige einer Information darstellen (F i g. 4).

9. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) an dem hinteren Träger (20) befestigt ist.

10. Elektrophoretische Anzeigeanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine elektrisch isolierende Platte (7) zwischen der Membran (3) und einem der Träger (10, 20)

angeordnet ist (F ig. 5).

II. Eleklrophoretische Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit auf dem vorderen Träger angeordneten mehreren, unabhängig voneinander ansteuerbaren Segmentelektroden zur Bildung alphanumerischer Zeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) aus mehreren Segmenten (34) besteht die im wesentlichen dieselbe Form und dieselbe Abmessung wie die Segmentelektroden (14) haben und frei in Ausnehmungen (71) angeordnet sind, die in einer elektrisch isolierenden dicken Platte (7) gebildet sind, welche zwischen den beiden Trägem (10, 20) gegenüber den Segmentelektroden angeordnet ist (F i g. 6).