電磁顯示像素驅動系統的製作方法

2023-05-19 14:21:46

專利名稱：電磁顯示像素驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明的目的是電磁顯示面板中顯示像素的磁路的結構、材料和生產過程，該磁路驅使顯示像素薄板的旋轉。
本發明分類在雙穩態磁致動器的組中，雙穩態磁致動器是以內置在顯示像素薄板中永磁體的磁場與電磁體磁芯的磁場之間的相互作用為基礎的。
根據國際專利分類，本專利申請分類在H01F3/14、H01F7/14和H01F7/121的組中，其應用分類在G09F3/4和G09F9/37的組中。
本發明所要解決的技術問題是提供顯示像素電磁驅動系統的新穎的、簡單的、緊湊的和低生產成本的結構。
該電磁系統實際上是雙穩態致動器，其必須用最小的能耗將顯示像素從第一雙穩定位置轉換到第二雙穩定位置(以及相反的轉換)。因此必須專門設計磁路包括具有特定磁性能的材料。除此以外，必須優化磁路的設計，從而儘量減少相鄰的顯示像素之間的磁相互作用。該系統必須在較寬的溫度範圍內運行並且必須保證顯示像素薄板的兩個雙穩定位置的穩定性。如果由機械應力、衝擊、震動或類似的情況引起的外力導致顯示像素薄板的位置的變化，則顯示像素薄板上的剩餘磁力應該足夠用來在外力消失之後立即恢復所需要的位置。
背景技術：
電磁顯示面板被人們所熟知已經超過二十年了，並且正在各種領域的應用中起著重要的作用，在各種領域的應用中需要相對較大尺寸、中等信息含量的顯示面板在相當高的背景照明條件下具有高對比度和優異的可見度。用於交通標誌、公共汽車和火車目的地的顯示器、機場、公共汽車和火車車站以及運動賽事中的大型信息顯示板的雙穩態電磁顯示面板(US 3,871,945，US 4,577,427，US 4,860,470，EP 0 084959，EP 0 731 435 A1，US 4,243,978，US 5,771,616，US 6,272,778，US 6,025,825，US 5,898,418，US 6,603,458，…)似乎很好地滿足上面的要求。在所選擇的圖元上使用明亮的反射性塗料而在非選擇的區域上使用匹配的黑色，這些顯示器在高環境照明條件下具有良好的對比度和優異的角度可見性。
當前的現有技術解決手段的操作原理主要基於可移動像素薄板只在機械限制位置向內繞著樞軸轉動，該轉動典型地≤180°，並且像素薄板具有整個顯示像素的尺寸。用視覺上形成鮮明對比的顏料塗在薄板的前側和後側上(EP 0327250，US 6,272,778，US 6,025,825，US5,898,418，…)。為了在顯示像素的「接通」和「斷開」狀態之間轉換，典型地，這些解決手段使用一個插入在可移動像素薄板中的固定永磁體和纏繞直的(EP 0327250，US 6,603,458，US 6,272,778，…)或U型磁芯(US 4,243,978，US 6,025,825，US 5,898,418，US 5,005,305，…)的內置式螺線管。一些技術解決手段使用另外的固定永磁體以改進薄板雙穩定位置的穩定性(US 4,243,978，US 4,513,318)。
然而還有另一個已知的基本不同的操作原理，其基於將顯示像素分為兩部分。為每一部分像素提供可旋轉地安裝的、雙穩態的傾斜式薄板，該傾斜式薄板關於它的旋轉軸不對稱。當薄板位於其兩個穩定位置中的一個時，該傾斜式薄板覆蓋像素區中面板表面的兩個部分中的一個。面對面板前側的該傾斜式薄板的側面和由其覆蓋的在像素區中的顯示面板的部分用一種顏料塗覆，而薄板的相反側和像素區的其餘部分用與第一種顏料不同的、形成高度鮮明對比的顏料塗覆(US6,603,458，DE 3501912C2，DE 3601018A1)。為了在顯示像素的「接通」和「斷開」狀態之間轉換，這些解決手段使用插入在每一個傾斜式薄板中的永磁體並使其緊密地鄰近旋轉軸。該傾斜式薄板通過具有直磁芯的電磁體從第一雙穩定位置旋轉到第二雙穩定位置，該電磁體位於每一個顯示像素的反面。這種結構相比其它現有技術的解決手段具有一定的優勢，因為與如前面描述過的技術解決手段相比可以使整個結構顯著地變薄(只有一半像素表面繞著樞軸旋轉)。

發明內容
本發明的目的是增加在像素「接通」和「斷開」狀態之間驅動顯示像素薄板的顯示像素磁驅動系統的效率和可靠性。所提出的解決手段使能耗最小化、增加在兩個雙穩定位置中薄板的穩定性、使相鄰的顯示像素之間的相互作用最小化、並以更少數量的構成部件得到更緊湊的像素設計和自動化的像素生產以及更薄的顯示像素。
本發明提供磁路的新設計，根據權利要求1，該設計在兩個分離的區域中產生作用在顯示像素薄板上的磁扭矩。具有兩個作用區域增加了作用在顯示像素上的磁扭矩。
這優選可由U型螺線管磁芯和(一個或兩個)薄板上的永磁體來實現。不像使用U型磁芯的現有技術解決手段，U型磁芯3u(

圖1)位於顯示像素薄板樞軸2d的下面，儘可能地接近薄板並平行於顯示像素薄板的樞軸2d。U型線圈磁芯的這種位置和取向與上述的現有技術解決手段相比顯著地降低了磁扭矩對薄板位置的依賴性並降低了顯示器厚度。薄板中的永磁體設置是具有反平行磁化方向的一個整體，其中該磁化方向也垂直於薄板表面並垂直於樞軸，或者分為兩個單獨的部分，該兩個單獨的部分也是反平行磁化的。磁體優選由噴射成型過程製成的塑料粘結NdFeB材料或塑料粘結鐵氧體材料製成。
通過使用有限元方法正確選擇材料可以優化磁路設計從而將從顯示像素薄板的一個穩定位置轉換到另一個穩定位置所需的能耗減到最小。通過增加的磁扭矩而提供磁系統的效率、顯示像素薄板兩個雙穩定位置的可靠性和穩定性。提出的磁路設計將雜散磁場最小化並減小相鄰像素之間的磁相互作用。因此不需要像在專利US 6,606,458中的情況那樣使相鄰顯示像素薄板中的磁體反平行取向。
附圖簡述通過參考附圖，可以更好地理解本發明，並且其目的和優勢對本領域技術人員來說將變得更加明顯，附圖如下圖1-使用U型電磁體(3u+5)的磁轉換系統包括具有內置式(塑料粘結NdFeB或塑料粘結鐵氧體)磁體2c1，2c2和樞軸2d的可旋轉薄板2；薄板的兩個表面2a和2b塗有形成高度鮮明對比的顏料，螺線管5U型磁芯3u圖2-具有電磁可轉換顯示像素的顯示器的節段的結構；圖3-雜散磁場圖3a-對於U型磁芯在穩定薄板位置的磁場計算模型，圖3b-對於U型磁芯在不穩定薄板位置的磁場計算模型，圖3c-對於直磁芯在穩定薄板位置的磁場計算模型，圖3d-對於直磁芯在不穩定薄板位置的磁場計算模型，圖4-顯示像素薄板生產方案。
發明詳述用圖1-4詳細描述根據本發明的電磁顯示像素驅動系統在根據本發明的用於在「接通」和「斷開」狀態之間轉換顯示像素的磁系統中，電磁體具有沿薄板的樞軸取向的優選U型磁芯，同時在顯示器的所有薄板中磁體的取向相同。
顯示像素薄板具有內置式永磁體配置，該內置式永磁體配置分成兩個區域2c1和2c2。這兩個區域的磁化方向彼此反平行並垂直於薄板的樞軸2d以及薄板表面。如圖1所示，薄板2中的磁體可以有選擇地分為兩個分離的部分2c1和2c2。在該圖中，磁系統包括具有兩個永磁體的薄板2和電磁體(3u+5)。該兩個磁體的部分的相應磁化方向與兩個區域具有一個磁體的情況相同。該磁體由塑料粘結NdFeB材料或塑料粘結鐵氧體材料製成。顯示像素薄板的產品用兩部分注射成型過程製造，在該過程過程中，在第一步驟期間將磁體成型，在第二步驟期間用塑料填充該薄板的其餘部分。在磁場的存在下進行磁體成型，該磁體產生各向異性磁性能、增加磁通密度並因此產生了更高的磁扭矩。這種過程為顯示像素薄板產生足夠的磁扭矩。雖然使用塑料粘結硬磁材料，其磁性能顯著地低於燒結材料，但上述的過程仍然使得內置在顯示像素薄板中的永磁體的充分的磁化。塑料粘結鐵氧體磁體的磁化優選用內置在模具中的永久稀土元素磁體進行。在使用塑料粘結NdFeB磁體的情況下，磁化優選通過內置在模具中專門設計的電流環路進行，該電流環路由很高電流的很短脈衝供電。內置式塑料粘結鐵氧體磁體的磁化對於一套(圖4)中的所有(例如14個)薄板是同時進行的。不像US 6,603458中所描述的使用直磁芯的解決手段，顯示器中的所有薄板具有相同的磁化取向。這顯著地簡化了生產並使過程自動化更加容易。
電磁體包括螺線管(線圈)5和U型線圈磁芯3u。其放置於薄板旋轉軸的下面並平行於該軸(圖1和圖2)。這種取向與現有技術的解決手段相比降低了薄板位置對磁扭矩的影響，其中使U型磁芯的朝向垂直於該旋轉軸。
該螺線管(線圈)纏繞在塑料螺線管主體1e上(圖2)，塑料螺線管主體1e是形成幾個顯示器像素的單塊塊體1的一部分。螺線管導線的端部焊接於安裝銷4a和4b，安裝銷4a和4b插入在插座1c和1d中。
磁芯3u具有U型形狀並由柱型的半硬磁材料製成，該半硬磁材料只有在進行充分的熱處理之後才能獲得其最終的磁性能。該磁芯的一條腿插入在線圈5中，另一條腿插入在塊體1中以固定其位置。U型磁芯與使用直線圈磁芯的情況相比能夠構建更薄的顯示器。
顯示像素的磁路(包括電磁體的磁芯、薄板中的磁體和磁芯與磁體之間的氣隙)用3D電腦建模軟體進行設計和優化，並根據所使用的材料的磁性能進行優化。在圖3中示出在穩定和不穩定薄板位置的磁場。
本發明的特徵在於在顯示器像素薄板中具有磁力同時作用的兩個區域，該兩個同時作用的區域產生磁扭矩。這種結構增加了磁扭矩，當使用具有U型磁芯的電磁體時該磁扭矩還通過增加了的磁場密度而增加。與直磁芯相比，U型磁芯具有顯著減少的雜散磁場(圖3)。更高的磁扭矩增加了在「接通」和「斷開」位置顯示像素薄板的穩定性。更少的雜散磁場降低了相鄰像素之間的串擾，並因此顯示器中的所有薄板具有相同的磁取向。
由一個薄板位置轉換到另一個薄板位置由通過螺線管5的電流脈衝進行，該電流脈衝使磁芯中的磁場反轉。改變電磁體磁芯中的磁場方向使薄板的當前位置不穩定並將薄板轉向第二個穩定位置，該第二個穩定位置在電流脈衝停止後保持穩定。
例子電磁顯示面板典型地包括許多以顯示矩陣排列的基本上為方形的顯示像素。由於相當大數量的顯示像素，基於將單個顯示像素的構成部分直接安裝在顯示面板的主PC板上的標準生產方案證明是複雜而昂貴的操作。為了降低成本和簡化生產，將7個像素連接在一塊單塊塊體上，該單塊塊體是用於構築顯示矩陣的基本元件。該單塊塊體1(圖2)用噴射成型過程由黑色匹配的塑料製成。在成型之後，在1a區域中用對比的顏色對該塊進行塗覆。然後將安裝銷4a和4b插入插座1c和1d中。下一步操作是在單塊塊體1上纏繞7個螺線管、將繞組的端部焊接在安裝銷上並檢測繞組的歐姆電阻。
磁芯3u具有U型形狀並由半硬磁材料的柱形杆構成，該柱形杆只有在進行充分的熱處理之後才能獲得其最終的磁性能。磁芯的一條腿插入在線圈5中，另一條腿插入塊體1中以固定其位置。磁芯兩條腿的端部均位於薄板2旋轉軸的下面並朝向為與所述軸平行。
分開地生產可旋轉薄板2。由於薄板2必須具有內置式永磁體2c1，2c2，所以用兩部分注射成型過程使用塑料粘結鐵氧體材料製造後者。正如對於單塊塊體1，薄板的一側2a用同樣的明亮螢光塗料進行塗覆，而保持另一半面2b未塗覆——匹配的黑色原始塑料表面。
顯示像素薄板具有內置式永磁體配置，該內置式永磁體配置分為兩個區域(部分)2c1和2c2。該區域的磁化方向彼此反平行並垂直於薄板的樞軸2d，也垂直於薄板表面。磁體由塑料粘結NdFeB材料或塑料粘結鐵氧體材料製成。用兩部分注射成型過程進行顯示像素薄板的生產，在該過程中，在第一步驟期間將磁體成型，在第二步驟期間用塑料填充薄板的其餘部分。在磁場的存在下將磁體成型，該磁場產生各向異性磁性能，增加了磁體的磁通密度並因此產生更高的磁扭矩。這種過程為顯示像素薄板產生了足夠的磁扭矩。雖然使用塑料粘結硬磁材料，其磁性能顯著地低於燒結材料，但上述的過程仍然導致了內置在顯示像素薄板中的永磁體充分的磁化。由內置在模具中的永久稀土磁體進行塑料粘結鐵氧體磁體的磁化。在使用塑料粘結NdFeB磁體的情況下，由內置在模具中專門設計的電流環路進行磁化，該電流環路由很高電流的很短的脈衝供電。內置式塑料粘結鐵氧體磁體的磁化對於該套(圖4)中的所有14個薄板是同時進行的。不像US 6,603458中使用直磁芯的解決手段，顯示器中的所有薄板具有相同的磁化取向。這顯著地簡化了生產並使過程自動化更加容易。
為了獲得最經濟的生產，14個薄板以兩行每行7個薄板同時注射成型(見圖4)，該14個薄板與隔板19連接在一起，該隔板19使薄板準確地保持在與單塊塊體1上由14個樞軸的軸承1f，1g所確定的相同的位置/距離處，以便優化最終的顯示部分(7個像素)安裝過程。正如對於單塊塊體1，用相同的明亮螢光塗料塗覆薄板的一側2a，而保持另一半面2b未塗覆——匹配的黑色原始塑料表面。在塗覆薄板2之後，將隔板19同時切除並將兩行每行7個薄板2同時「壓緊」在單塊塊體1上的14個樞軸的軸承1f、1g中。
權利要求
1.用於轉換顯示像素的電磁顯示像素薄板的磁系統，該系統包括具有兩個雙穩定位置的旋轉薄板(2)、以及具有磁芯(3u)和螺線管(5)的電磁體(5+3u)，該電磁體通過電流脈衝將該薄板(2)從一個雙穩定位置移動到另一個雙穩定位置，其中該旋轉薄板(2)具有內置式磁體配置(2c)並且該電磁體(5+3u)位於該薄板(2)的下面，其特徵在於，成型所述磁芯(3u)，使得通過在該薄板(2)的兩個空間上分離的區域中同時產生磁力並由此產生磁扭矩。
2.根據權利要求1所述的用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統，其特徵在於該旋轉薄板中的磁體配置(2c)分成兩個區域或由兩個分離的部分(2c1和2c2)形成，並且將這些區域或部分反平行並垂直於薄板表面(2a，2b)和垂直於薄板樞軸(2d)磁化。
3.根據權利要求2所述的用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統，其特徵在於將該磁體配置(2c)設置為與該樞軸(2d)鄰近，並且將所述兩個分離的部分(2c1和2c2)成型為矩形或成型為1/4圓柱體。
4.根據權利要求1到3中任何一個所述的用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統，其特徵在於該磁芯(3u)是U型的，並取向為平行於該樞軸(2d)。
5.具有多個顯示像素的電磁顯示面板，帶有根據權利要求1到4中任何一個所述的磁系統，其特徵在於，內置在該顯示面板的薄板中的所有磁體配置(2c)具有同樣反平行的磁的極化。
6.生產根據權利要求1到5中任何一個所述的用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統的方法，其特徵在於利用塑料粘結硬磁材料的注射成型過程，來製造該薄板(2)的內置式磁體配置(2c)，並且在強磁場的存在下進行該成型過程，該強磁場賦予該塑料粘結磁體(2c)各向異性的特性。
7.根據權利要求6所述的生產用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統的方法，其特徵在於該磁體配置(2c)由塑料粘結鐵氧體材料製成，並且通過稀土製成的適當成型的永磁體而被磁化，該永磁體內置在成型工具中。
8.根據權利要求6所述的生產用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統的方法，其特徵在於該磁體配置(2c)由塑料粘結NdFeB材料製成，並且通過專門的電流環路被磁化，其中該電流環路內置在成型工具中，以及在該成型過程中，當粘結磁體的塑料仍然柔軟時施加電流脈衝。
9.生產根據權利要求1到8中任何一個所述的用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統的方法，其特徵在於，將該螺線管(5)直接纏繞在塑料單塊塊體(1)上，並且將螺線管導線的端部與安裝銷(4a，4b)相連，所述安裝銷(4a，4b)插入所述單塊塊體(1)的插座(1c，1d)中。
10.生產根據權利要求1到9中任何一個所述的用於轉換電磁顯示像素薄板的磁系統的方法，其特徵在於，將雜散磁場以及相鄰像素之間的相互作用最小化。
全文摘要
電磁顯示像素驅動系統的新的技術解決手段解決了在兩個雙穩定的「接通」和「斷開」位置之間轉換顯示像素薄板的問題。顯示像素的磁路包括顯示像素薄板中的永磁體和具有磁芯的電磁體。所述永磁體用注射成型過程製造，並且分為具有反平行磁化方向的兩個區域，該反平行磁化方向也垂直於薄板的表面和樞軸。電磁體設置在薄板的下面並且優選具有U型磁芯，該磁芯朝向為平行於樞軸。這種設計將雜散磁場以及相鄰顯示像素之間的相互作用最小化。
文檔編號H01F7/121GK1691095SQ200410099759
公開日2005年11月2日 申請日期2004年12月31日 優先權日2004年4月28日
發明者希爾茨·阿爾賓, 哈姆雷爾·安東, 羅普雷特·亞內茲 申請人:伊斯克拉·米哈尼茲米機械、裝置和系統工業股份公司