DE2555298A1

DE2555298A1 - Magnetfluessigkeitsanzeige

Info

Publication number: DE2555298A1
Application number: DE19752555298
Authority: DE
Inventors: Lubomyr Taras Romankiw; Marko Mykola Slusarczuk; David Allen Thompson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-01-27
Filing date: 1975-12-09
Publication date: 1976-07-29
Also published as: JPS5193827A; FR2298845A1; FR2298845B1; US3972595A; GB1535273A

Description

Böblingen, den 2. Dezember 1975
bu-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Ärmonk, N.Y. 1O5O4

■Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

(Aktenzeichen der Anmelderin: YO 974 069

i Magnetflüssigkeitsanzeige
Die Erfindung betrifft eine Anordnung wie sie aus dem Oberbegriff :

ides Patentanspruchs 1 hervorgeht.

Eine Magnetflüssigkeit ist ein Suspensionskolloid, bei dem subjmikroskopische magnetische Teilchen in einer Flüssigkeit verteilt
'sind. Die hervorstechende Charakteristik der Magnetflüssigkeit
ι besteht in ihren sowohl magnetischen als auch flüssigen Eigenischäften. Diese Charakteristik ist einmalig, da alle natürlichen
■Flüssigkeiten entweder paramagnetisch oder diamagnetisch und auch

nicht superparamagnetisch sind, so daß die magnetischen Eigen- ; j schäften sich nicht ausprägen.

I :

i ;

j In einem Suspensionskolloid ziehen sich die suspendierten Teil- \ chen aufgrund der Van~der~Waals Kraft gegenseitig an. Diese Van-der-Waals Kraft variiert umgekehrt proportional mit der sechsten ; Potenz des Teilchenabstands und ist für Teilchen mit im wesent-

!liehen gleicher Größe äquivalent der thermischen Energie kT, ;

f !wenn die Teilchenoberflächen gegenseitig größenordnungsraäßig ; ium einen Teilchenradius entfernt voneinander liegen. Um ein ; iSuspensionskolloid also mit Erfolg an einer Ausflockung bzw. j Sedimentation zu hindern, müssen die einzelnen Teilchen gegenseitig iin ausreichendem Abstand voneinander entfernt sein. Dies läßt

sich erreichen unter Bereitstellung einer Bedingung, bei der

'entweder die Teilchen elektrisch geladen sind oder durch Zusatz I

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eines Grenzflächen-aktiven Stoffes oder Dispergierstoffes, wie ölsäure, einen überzug erhalten oder durch Vorsehen beider Maßnahmen. Die ölsäuremoleküle lagern sich an die einzelnen magnetischen Teilchen an, indem sie eine Schicht mit einer Dicke von 20 S bis 35 A* bilden. Nähern sich zwei solcher magnetischer Teilchen, die in dieser Weise mit einem ölsäurefilm überzogen sind, selbst wenn sie nur geringfügig geladen sind, dann läßt sich annehmen, daß der Druck der jeweiligen Überzugsschicht zu einem elastischen Rückstoß führt, der die beiden magnetischen Teilchen daran hindert, eng genug aneinander zu rücken, um durch Einfluß des magnetischen Feldes eine Ausflockung herbeiführen zu können.

Um nun ein sehr stabiles Suspensionskolloid zu bilden _f lassen sich die Teilchen derart behandeln,- daß sie eine relativ große elektrische Ladung mit sich führen. Ist diese Ladung hoch genug und sind die Teilchen sehr klein, dann bleiben sie fortwährend unter Durchführung Brown'scher Bewegung in Schwebelage. Dies gilt für magnetische Teilchen wie Magnetit; aber hierbei muß zusätzlich zur oben erwähnten Van-der-Waals-Kraft ein anderer Faktor mit berücksichtigt werden, speziell, wenn das Suspensionskolloid in ein Magnetfeld eingebracht ist. Bei einem unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes stehenden magnetischen Suspensionskolloid bildet nämlich jedes magnetische Teilchen ; einen Dipol. Derartige Dipole reihen sich dann aneinander, so daß sich eine hinreichend große Massenanhäufung magnetischen Materials bildet, die in der Lage ist, noch mehr magnetische Teilchen anzuziehen. Die Brown'sehe Bewegung und die elektrische Ladung der einzelnen Teilchen allein, die zwar in manchen Fällen die Ausflockung eines nichtmagnetischen Kolloids verhindern, reichen dann im vorliegenden Fall nicht aus, um die Zusammenballung der Teilchen auszuschließen und damit die Ausfällung aus der Flüssigkeit. Da die magnetische Energie von gleichförmig magnetisierten, sich berührenden Kügelchen proportional dem Quadrat der Magnetisierung und der dritten Potenz des Teilchen-

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radius ist, ergibt sich für kleine Teilchen die jeweils eine lange Kohlenwasserstoffkette eines Grenzflächen-aktiven Materials, wie einer ölsäure, absorbiert haben, daß der wirksame Teilchenradius in einem Maße angewachsen ist, das die Wirkung des magnetischen Feldes auf die Teilchen entsprechend verringert. Infolgedessen werden die elektrische Ladung und die thermische Bewegung entsprechend dem Produkt(JctJhinreichend groß, um so die magnetische Wirkung weitgehend auszuschalten. Dies gilt für einen Durchmesser der magnetischen Teilchen zwischen 25 bis 200 S.

Magnetflüssigkeiten handelsüblicher Art können verschiedenen Flüssigkeiten als Dispersionsmittel enthalten, worin disperse Stoffe unterschiedlicher Art verteilt sein können. Von verfügbaren Dispersionsmitteln sind zu nennen: Wasser, Kohlenwasserstoffe, Fluorkohlenstoffe, Ester und Diester. Das magnetische Sättigungsmoment, das Dispersionsmittel und der disperse Stoff stellen die Hauptfaktoren dar, die die chemischen und magnetischen Eigenschaften der Magnetflüssigkeit bestimmen. Handelsübliche Magnetflüssigkeiten sind festgelegt durch Dispersionsmittel und magnetisches Sättigungsmoment. Jedoch sind die dispersen Stoffe generell nicht spezifiziert. Dies führt dazu, daß die angeblich gleiche Art von Magnetflüssigkeiten hergestellt in verschiedenen Herstellungsprozessen und/oder von verschiedenen Herstellern weitgehend unterschiedliche Flüssigkeitseigenschaften und Stabilitäten besitzen können, speziell wenn sie mit einer Festkörperoberfläche in Berührung gebracht werden oder in eine transparente Flüssigkeit oder Wirtsflüssigkeit eingetaucht werden.

Die Literaturstelie: "Some Applications of Ferrofluid Magnetic Colloids" in IEEE Transactions on Magnetics", Bd. MAG-6, Nr. 3, September 1970, Seiten 694-698 beschreibt einige interessante Erscheinungen bei einer mit einem Magnetfeld in Wechselwirkung stehenden Magnetflüssigkeit, was sich wie folgt zusammenfassen läßt:

1. Schwebelage beim Anlegen eines Magnetfeldes.

2. Stabile Levitation eines Objektes beim Anlegen eines Magnet-YO 974 069

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feldes.

3. Veränderliche, in Erscheinung tretende Schwerkraft, die sich durch ein angelegtes Magnetfeld steuern läßt.

4. Erzeugung einer Flüssigkeitsbewegung aufgrund thermischer oder magnetischer Einflüsse ohne Zuhilfenahme mechanisch bewegter Teile.

5. Ermöglichen eines Magnetflusses und Lenkung eines Magnetflusses.

6. Spontane Bildung stabiler flüssiger Nädelchen unter Einfluß senkrechter magnetischer Felder.

Auf der Grundlage dieser speziellen Eigenschaften gründet die Entwicklung einiger interessanter Anwendungen der Magnetflüssigkeit. Hierzu seien angeführt:

Miskolczy G. and Little R., "Ferrofluid Gyro," Technical Report AFFDL-TR-71-179, November 1971; Rosensweig R.E., Miskolczy G. und Ezekiel "Magnetic-Fluid Seals" Machine Design 28. März 1968; Rosensweig R.E., Nestor J.W., and Timmins R.S., "Ferrohydrodynamic Fluids for Direct Conversions of Heat Energy," Proceedings A.I.Ch.E.-I. Chem. E. Joint Meeting (London) Juni 1965 Seiten 95-110 und Van Der Voort E., "Ideal Magnetocaloric Conversion," Appl. Sei. Res. 20, Februar 1969; Kaiser R., Miskolczy G., Curtis R.A., Colton CK., "The Recovery of Oil from Water with Magnetic Liquids," Proc. of Joint Conf. on Prevention and Control of Oil Spills, June 15-17, 1971; Ferrofluidics Corp., "Magnetic Fluids Application Sketches". Anwendungen von Magnetflüssigkeiten für Datensichtanzeigen sind in der zuletzt genannten Literatursteile ebenfalls vorgeschlagen sowie von Romankiw, L.T., Slusarczuk M.M.G., und Thompson D.A. in "Liquid Magnetic Bubbles," Vortrag 32-6 INTERMAG 1974, veröffentlicht in der FEBRUAR 1975-Ausgabe von "IEEE Trans. Mag".

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Das USA-Patent 3 648 269 zeigt eine transparente Flüssigkeit und eine lichtundurchlässige magnetische Flüssigkeit, die als Emulsion zwischen zwei Glasplatten eingeschlossen sind, wobei eine entsprechend angeordnete Magnetmatrix zur selektiven Erzeugung magnetischer Felder zur Einwirkung auf die Magnetflüssigkeit vorgesehen ist. Die Magnete der Magnetmatrix lassen sich so ausrichten, daß die gesamte Magnetflüssigkeit in vorgegebenen Bereichen unter Bildung vorgegebener Konfigurationen gesammelt wird, derart, daß sich gewünschte Sichtanzeigen bilden. Jedoch ist bisher noch keine Sichtanzeige der Art des Fernsehens, der Kathodenstrahlröhre, der Laufschriftanzeige und dergl. bekannt geworden, welche aus einer größeren Anzahl von Tropfen gebildet ist, die unter Einfluß eines magnetischen Drehfeldes oder dergl. in die jeweils gewünschte Lage verschoben werden. Ebensowenig sind Maßnahmen zum Ausstoßen oder zur Umlagerung von Tropfen aufgezeigt.

Die Anwendung eines Grenzflächen-aktiven Stoffs in Form einer ölsäure wird speziell gezeigt, ebenso wie der Gebrauch von Fluorkohlenwasserstoffen (Freon) und Kohlenwasserstoffen (Kerosin). Magnetische Aufzeichnung auf Magnetband ist ebenfalls erwähnt. Das genannte USA-Patent stellt in Spalte 2, Zeilen 24 bis 29 fest, daß durch Anwendung von Elektromagneten und/oder Feldern, die stromführende Leitungen umgeben, das Darstellungs-Muster entweder durch Bewegung der Magnetfeldquelle oder durch Umschalten der Ströme oder aus einer Kombination beider Maßnahmen gesteuert werden kann. Datensichtanzeige läßt sich ebenfalls durchführen. Die Maßnahme zur Ausstoßung von Tropfen zur Bildschirmanzeige, wobei sie ausschließend quer über das Sichtfeld verschoben und/ oder wieder zurück in einen Vorratsbereich gebracht werden, und zwar durch eine einfache Schaltmaßnahme, wird hier aber nicht gezeigt.

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In dem Artikel "Magnetic Bubble Domain Display," von D.B. Dove u.a. in"IBM Technical Disclosure Bulletin", Bd. 17, No. 4, September 1974, Seiten 1045-1046 ist eine Anzeigevorrichtung beschrieben, die eine magnetische Einzelwanddomänenanordnung enthäl bei der magnetische zylindrische Einzelwanddomänen in amorphem Ma terial auftreten. Hierbei wird die Magnetflüssigkeit durch magnetische zylindrische Einzelwanddomänen in der Weise beeinflußt, daß sie sich jeweils oberhalb der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen konzentriert und so jeweils zu örtlicher Verfärbung führt. Es ist hier also vorgesehen, daß eine Magnetflüssigkeit im Wasser in Schwebe gehalten wird, um gewissermaßen magnetische zylindrische Einzelwanddomänen verfärben zu können. Weiterleitungselemente auf der Magnetschicht wie z.B. die bekannten weichmagnetischen T- und I-förmigen Streifenelemente dienen auch hier zur Weiterleitung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen, die die Magnetflüssigkeit mit sich führen. Bei dieser bekannten Anordnung liegt jedoch keinerlei Anzeichen dafür vor, daß ohne amorphe Magnetschicht oder irgendein anderes Einzelwanddomänenmaterial eine funktionsfähige Einheit zu Stande kommen kann. Es ist hier schließlich nichts vorgesehen, um Magnetflüssigkeit zu speichern und Magnetflüssigkeitstropfen zu behandeln bzw. zu verarbeiten.

Wie von Romankiw, Slusarczuk und Thompson gezeigt, wird eine Magnetflüssigkeit zwischen zwei Glasplatten eingebracht. Wird ■ ein Magnetfeld senkrecht zu diesen Glasplatten zur Einwirkung j gebracht, dann läßt sich hierdurch in mancher Hinsicht analog ; zu magnetische-zylindrische-Einzelwanddomänen Verhalten die ^; gleiche Wirkung herbeiführen. Um eine schrittweise Weiterleitung

! von Magnetflüssigkeitstropfen zu erzielen, werden auch hier j weichmagnetische T- und I-förmige Streifenelemente auf einer j der Glasplatten angebracht. Damit wird aber eine Bewegung von Magnetflüssigkeitstropfen in gleicher Weise herbeigeführt, wie es zur Einzelwanddomänenbewegung in einer Orthoferritmagnetschichtgranat oder entsprechenden amorphen Materialien der Fall ist. In beiden Fällen wird nämlich durch Anwendung eines verti-

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kalen Vormagnetisierungsfeldes und eines sich in Schichtebene drehenden horizontalen Magnetfeldes eine Anzahl von wandernden Magnetpolen an den T- und I-förmigen weichmagnetischen Streifen des Wexterleitungsmusters gebildet. Da die Magnetflüssigkeit gänzlich lichtundurchlässig ist, läßt sich eine schieberegisterartige Anzeigevorrichtung bereitstellen. Werden Tropfen mit einem Durchmesser von ungefähr 0,25 mm bis 2,5 mm verwendet, dann sind die dargestellten Muster mit bloßem Auge sichtbar, vorausgesetzt, daß das Umgebungslicht zur Wahrnehmung des Musters ausreicht. Ein Schalter am Generator des Schieberegisters läßt Tropfen der Magnetflüssigkeit in ein vorgegebenes Schieberegister eintreten oder verhindert eine Eingabe an dieser Stelle. Auf diese Weise wird das Bild gewissermaßen eingeschoben, im Anzeigefeld für eine bestimmte Zeitdauer beibehalten und dann aus dem Anzeigefeld wieder hinaus geschoben, um eine neue Anzeige hierin bereitzustellen.

Einer der interessierenden Parameter zum Entwurf einer Anzeigevorrichtung ist die Rate, mit der Abbildungen hierin gewechselt werden können. Bei Magnetflüssigkeitsanzeigevorrichtungen entspricht dies direkt der Geschwindigkeit, mit der Tropfen in einer Wirtsflüssigkeit einem sich bewegenden Magnetfeld zu folgen vermögen. Eine Anzahl von Faktoren beeinflußt die Weiterleitungsgeschwindigkeit nämlich die Viskosität der Wirtsflüssigkeit, die Grenzflächenspannung, die Reibung zwischen Suspension und der Behälterwandung, bevorzugte Benetzungsfähigkeit der Oberflächen hinsichtlich Wirtsflüssigkeit, magnetisches Moment der Magnetflüssigkeit und Feldstärke des einwirkenden magnetischen Feldes.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anzeigevorrichtung mit Hilfe einer Magnetflüssigkeit bereitzustellen, die den an eine Anzeigevorrichtung zu stellenden Anforderungen in Betriebszuverlässiger Weise genügt, wobei der Herstellungsaufwand in erträglichen Grenzen bleibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung enthält also eine erste Flüssigkeit und eine zweite Flüssigkeit, die mit der ersten Flüssigkeit im wesentlichen nicht mischbar ist. Die erste Flüssigkeit stellt dabei eine Suspension dar, in der disperser Stoff in Form vieler magnetischer Teilchen verteilt ist, die sich nicht über die Grenzflächen zwischen erster und zweiter Flüssigkeit hinausbewegen können. Maßnahmen sind nun erfindungsgemäß dafür getroffen, um einzelne Tropfen aus einer dieser Flüssigkeiten aus einem ersten Raum in einen zweiten Raum ausstoßen zu können. Magnetische Weiterleitungsmittel sind vorgesehen, um die Tropfen von den Ausstoßmitteln hinweg längs eines gewünschten Weiterleitungspfades in den zweiten Raum zu übertragen .

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bedient sich die Anzeigevorrichtung flüssiger Tropfen für die Datensichtanzeige. Diese Anzeigevorrichtung enthält als Träger eine Wirtsflüssigkeit und eine Magnetflüssigkeit oder eine Magnetflüssigkeit als Wirtsflüssigkeit und eine nichtmagnetische Weiterleitungsflüssigkeit. Die Flüssigkeiten besitzten kontrastreiche Eigenschaften und sind ebenfalls wieder unvermischbar. Eine dieser Flüssigkeiten enthält magnetische Teilchen, die einer räumlichen Übertragung im Ansprechen auf ein angelegtes Magnetfeld unterliegen. Die Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung enthält weiterhin eine Anordnung von Anzeigezeilen, einen Vorratsbereich für eine dieser Flüssigkeiten, eine Matrixanordnüng der Tropfen-

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ausstoßmittel der einen Flüssigkeit aus dem Vorratsbereich, welche unter entsprechender Steuerung Tropfen jeweils in den Einzugsbereich der jeweils zugeordneten Anzeigezeile zu bringen vermögen, Jede Anzeigezeile besitzt eine magnetische Weiterleitungsstruktur zur Bildung eines Weiterleitungspfades für die ausgestossenen Tropfen, wobei ein magnetisches Drehfeld zur Magnetisierung der magnetischen Weiterleitungsstruktur ähnlich wie bei magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänensystemen vorgesehen ist, um so die Tropfenweiterleitung in vorgesehener Weise zu gewährleisten. In vorteilhafter Weise sind dabei gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Schaltmaßnahmen vorgesehen, um jeweils Tropfen zur Weiterleitung von den Ausstoßmitteln zu einer der Anzeigezeilen im Ansprechen auf ein vorgebbares Bedingungssignal zu bewirken und zur ungerichteten Weiterleitung bei Fehlen, eines solchen Bedingungssignals.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anschließend anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungs

gemäßen Anzeigevorrichtung,

Fig. 2 eine mehr ins einzelne gehende Ansicht der

erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,

Fig. 3A eine Ausschnitt der in Fig. 2 gezeigten

Anzeigevorrichtung,

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Fig. 3B einen Vertikalschnitt längs der Linie 38-38

in Fig. 3A,

Fign. 4A, 4B, 4C Einzeldarstellungen zur Erläuterung der

Betriebsweise der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung/

Fign. 5A bis 5G Schieberegisterkonfigurationen zur Verwendung

in der erfindunggemäßen Anzeigevorrichtung,

Fign. 6A bis 6C Einzeldarstellungen zur Erläuterung der

Wirkungsweise der Erfindung.

Magnetflüssigkeit, die zwischen zwei Oberflächen eingeschlossen

ist, kann zu kontrastreichen Anzeigezwecken dienen. Als Magnetflüssigkeit eignet sich ein Suspensionskolloid, das submikroskopische magnetische Teilchen in einem Dispersionsmittel enthält. Diese Teilchen sind vorzugsweise unter Anwendung eines Grenzflächen-aktiven Behandlungsmittels (Überzugsmaterial mit der Eigenschaft zu verhindern, daß Teilchen zusammenbacken), wie ölsäure voneinander getrennt, so daß sich eine Magnetflüssigkeit ergibt. Wenn eine Magnetflüssigkeit in eine nichtmagnetische Wirtsflüssigkeit eingebracht wird, mit der sie unmischbar ist, dann entsteht eine Emulsion, in der die Magnetflüssigkeit in Form fein verteilter kugelförmiger Tropfen auftritt. Ein Magnetflüssigkeitstropfen läßt sich im Ansprechen auf ein angelegtes Magnetfeld bewegen. Es besteht eine gegenseitige Abstoßung zwischen den einzelnen Tropfen, wenn senkrecht zu den Begrenzungsflächen der Flüssigkeiten ein Magnetfeld angelegt wird. ' j

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Eine Anzeigevorrichtung läßt sich erstellen, indem die Magnetflüssigkeit in eine transparente Wirtsflüssigkeit eingebracht wird, die zwischen zwei transparenten Platten 60, 61 (Fig. 3B) eingeschlossen ist; von den beiden Platten könnte allerdings auch nur eine Platte transparent sein. Wird ein Magnetfeld an eine solche Vorrichtung angelegt, dann stellt sich zum größten Teil eine Wirkung analog der bei magnetischen zylindrischen Einzelwandsystemen ein.

Geeignete Flüssigkeiten für eine Magnetflüssigkeit sind Wasser, Trichlor, Trifluoräthan, Fluorkohlenwasserstoff (Freon) und Kerosin. Magnetit läßt sich für die Magnetteilchen verwenden, die jeweils mit ölsäure überzogen sind, um als Grenzflächen-aktive Substanz oder Dispersionsmittel zu wirken. Eine Laufschriftanzeige wird ermöglicht, indem Tropfen aus einer größeren Anzahl von parallelen Generatoren ausgestoßen bzw. erzeugt, dann einem Schieberegister zugeführt und zurück in den Vorratsbereich gebracht werden, wobei jede Zeile einer Schaltersteuerung unterliegt. Ein von außen einwirkendes Drehmagnetfeld und eine geeignete Weiterleitungsstruktur aus weichmagnetischen Streifenelementen der Art, wie sie bei magnetischen Einzelwanddomänensysteinen üblich sind, gestattet die Weiterleitung der Tropfen über das Anzeigefeld, auf vorherbestimmbaren Pfaden. Ein rotierender Permanentmagnet 40 z.B., der durch einen von einer Datenquelle geschalteten Schrittschaltmotor angetrieben wird, wie in Fig. und Fig. 3B angedeutet, stellt ein gleichförmiges Drehmagnetfeld innerhalb der Anzeigevorrichutung bereit.

Die Magnetflüssigkeit zwischen den beiden Oberflächen kann für berührungslose Untersuchung und kontrastreiche Anzeige dienen. Die Magnetflüssigkeit besteht aus Tropfen in einer hiermit un~ vermischbaren Wirtsflüssigkeit. Magnetflüssigkeitstropfen besitzen in vieler Hinsicht Eigenschaften wie magnetische zylin-

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drische Einzelwanddomänen. Die Tropfengestalt wird durch Wechselwirkungkräfte bestimmt, von denen die Oberflächenspannung die Rolle der Domänenwandungsenergie bei magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen übernimmt. Da der Anteil an Magnetflüssigkeit festgelegt ist, also insoweit ein Unterschied gegenüber magnetischen Einzelwanddomänensystemen besteht,· deren Domänenanzahl unbeschränkt vermehrt werden kann, muß im vorliegenden Fall für die Zwecke der Tropfenerzeugung oder -Vernichtung ein besonderer Magnetflüssigkeitsvorratsbereich vorgesehen werden. Andererseits lassen sich aber die Magnetflüssxgkeitstropfen in einer geschlossenen Schleife führen und das in gleicher Weise, wie es für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen in geschlossenen Systemen der Fall ist. Dies läßt sich auch hier wie bei magnetischen Einzelwanddornänensysteraen mit Hilfe üblicher Weiterleitungsstrukturen, also weichmagnetischer Streifenelementmustern oder elektrischer Leitungszugmuster, realisieren.

Tropfendomänen für Anzeigezwecke bieten gewisse Vorteile, unter welchen die erzielbare verhältnismäßig große Anzeigefleckabmessung nicht unbeachtlich ist. Magnetflüssxgkeitstropfen lassen sich in einem Größenordnungsbereich zwischen 0,1 bis 1 mrn herstellen. Grenzflächenspannung, Sättigungsmoment, Weiterleitungsmusterintervalle, Formdicke und Abstand der Begrenzungsplatten lassen sich variieren, um eine Anpassung an die gewünschte Tropfenabmessung zu erhalten. Die Begrenzungsplatten können aus gewöhnlichem Fensterglas bestehen, während andererseits aber keine Einkristalle, Projektionsbildschirme, Vakuumversiegelungen und dergl. erforderlich sind, was bekanntlich unweigerlich zu beschränkten Abmessung des Anzeigefeldes führen müßte, so daß mit der Erfindung nicht nur eine praktikable Anzeigevorrichtung vorliegt, sondern auch der Aufwand zur Bereitstellung wesentlich reduziert ist.

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Ein anderer Vorteil für die Magnetflüssigkeitsanzexge liegt im erzielbaren optischen Wirkungsgrad, der nahezu 100% erreicht. Als Ausführungsbeispiel für die Erfindung läßt sich eine Magnetflüssigkeit mit Wasser als Dispersionsmittel in einer Wirtsflüssigkeit, bestehend aus einer Mischung von Kerosin und Fluorkohlenwasserstoffe bzw. Fluorchlorkohlenwasserstoffe zur Erzielung eines äußerst hohen Kontrastes anführen. Die Magnetflüssigkeit ist für so kleine Abstände wie etwa 0,25 um lichtundurchlässig, während die Wirtsflüssigkeit transparent ist.

Ein weiterer Vorteil für Magnetflüssigkeitsanzeigen ist darin zu sehen, daß es möglich ist, das Auftreten eines jeweiligen Magnettropfens mit Hilfe der magnetischen Maßnahmen zur Erfassung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen festzustellen. Jedoch ist bei der Erfindung keine komplizierte und empfindliche Bestückung erforderlich, da sich Magnettropfen direkt erfassen lassen, wenn der eine Flüssigkeitsanteil elektrisch leitend und der andere Flüssigkeitsanteil isolierend ist.

Allgemein wird vorausgesetzt, daß die Magnettropfenflüssigkeit magnetisch ist, wohingegen die Wirtsflüssigkeit nicht magnetisch ist. Der umgekehrte Fall läßt sich ebensogut anwenden mit der Ausnahme, daß sich dann die Tropfen in entgegengesetzter Richtung zum Feldgradienten bewegen. Bei Anzeigevorrichtungen kann der letztere Fall je nach den Umständen sogar bevorzugt werden, so daß sich durchsichtige nichtmagnetische Tropfen in einer lichtundurchlässigen magnetischen Wirtsflüssigkeit bewegen.

Allgemein lassen sich magnetische Tropfen erzeugen, indem analog Aufspaltungsverfahren, wie sie für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen Anwendung finden, verwendet werden; nämlich mechanisches Zerteilen, indem ein dünner Strom in den Magnetfeldgradienten gerichtet wird, um Tropfen aus der sich ergebenden Flüssigkeitsinstabilität zu bilden oder indem ein in der Schicht-

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ebene ausgerichtetes Magnetdrehfeld auf die Labyrinthkonfiguration im Zusammenwirken mit einer Erregung bei derartigen Frequenzen zur Einwirkung gebracht wird die zu mechanischen Resonanzen innerhalb der Tropfen führen.

Der Typ, der in der Magnetflüssigkeitsanzeige gemäß der Erfindung verwendeten Magnetflüssigkeit besteht im wesentlichen aus nicht miteinander mischbaren Flüssigkeitsanteilen, nämlich einem magnetischen und einem nichtmagnetischen, wovon einer gegenüber dem anderen geschwärzt bzw. gefärbt ist. Die Flüssigkeit befindet sich zusammen mit den Tropfenerzeugungs- und Tropfenweiterleitungsstrukturen zur Bildung einer Sichtanzeige zwischen zwei Plattenoberflächen, wobei die Tropfen auf gewünschte Matrixplätze des Anzeigefeldes wahlweise verschiebbar sind. Ein äußeres Magnetfeld wird senkrecht zum Anzeigefeld angelegt, um die Tropfen magnetisch zu polarisieren, wie es andererseits bei magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen der Fall ist. Das gleiche gilt für die erforderlichen Weiterleitungsmaßnahmen. Ein solches Verfahren jedoch ist aufwendig und führt zu Magnetfeldinterferenzen mit benachbarten, nicht betroffenen Anzeigeelementen .

Jedoch lassen sich auch Magnettropfen ohne Einwirkung eines senkrecht zum Anzeigefeld gerichteten Magnetfeldes weiterleiten, indem lediglich ein in Anzeigefeldebene ausgerichtetes Magnetdrehfeld allein angewendet wird, wobei die Felddrehung bei der halben Geschwindigkeit erfolgt, wie sie bei üblichen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomanensystemen für eine vorgegebene Anzahl von Einheitszellen-Weiterleitungen pro Sekunde, erforderlich ist.

In üblichen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomanensystemen ist das Anlegen eines äußeren Vormagnetisierungsfeldes senkrecht zur Schichtebene erforderlich, da die zylindrische Einzelwanddomänenstruktur bei Fehlen dieses Magnetfeldes nicht stabil ist. Aus ähnlichen Stabilitätsgründen sind magnetische zylindrische

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Einzelwanddomänen immer senkrecht zur Oberfläche des Kristallmediums magnetisiert und für die Weiterleitungsstruktur wird diese Tatsache dann auch voll berücksichtigt. Magnettropfen hingegen unterliegen einer solchen, hierdurch bedingten Einschränkung nicht. Wird für eine Magnetflüssigkeitsanzexge ein senkrechtes Vormagnetisierungsfeld vorgesehen, dann ist das Verhalten der Magnettropfen analog dem der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen, so daß sich dann allgemein die gleichen Weiterleitungsstrukturen für die Weiterleitungspfade anwenden lassen. Es ist aber auch möglich, Magnettropfenweiterleitungsstrukturen vorzusehen, die das Anlegen eines äußeren senkrecht zum Anzeigefeld gerichteten Vormagnetisierungsfeldes erübrigen. Da sich hiermit wesentliche Vereinfachungen und Einsparungen erzielen lassen, wird hiervon bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung Gebrauch gemacht.

Fig. 1 zeigt eine Magnetflüssigkeitsanzexge in schematischer Form, die einen Satz von Schieberegistern SR aufweist, von denen lediglich drei dargestellt sind, obwohl das gesamte Sichtfeld hiermit ausgefüllt ist. Die Schieberegister können von verschiedenartigem Aufbau sein, wie z.B. ein aus T- und I-förmigen weichmagnetischen Streifelelementen aufgebautes Weiterleitungsmuster ähnlich dem bei magnetischen zylindrischen Einzelwandsystemen. Ein Vorratsbereich V steht mit den einzelnen Tropfengeneratoren G in Verbindung, die fortwährend bei vorgegebener Rate Tropfen erzeugen, die über geeignete Tropfenauswahlschalter auf die jeweils zugeordneten Schieberegister SR bzw. zurück in den Vorratsbereich V gelangen können. Die Magnettropfen werden dem peripheren Vorratsbereich V aus den Schieberegistern SR über die Rückgabeeinheiten R zurückgeführt.

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Zur Steuerung der Magnettropfenpositionen im Sichtfeld lassen sich, wie gesagt, verschiedene Arten von Schieberegisterstrukturen verwenden, wie z.B. die in Fig. 5A gezeigte Doppelsägezahnstruktur und die übrigen Strukturen gemäß Fig. 5B bis 5G. Allesamt sind magnetisch und physikalisch untereinander verbunden.

In Fig. 2 ist eine Magnettropfenanzeigevorrichtung gezeigt, bei der die zur Darstellung verwendeten Magnettropfen nach Abschluß ihrer jeweiligen Aufgabe zurück in den Vorratsbereich geführt werden müssen. Der hierzu verwendete Rezirkulator besteht aus einer magnetischen, nicht messenden Pumpe. Die Pumpe gemäß Fig. besteht aus zwei doppelseitigen symmetrische-Sägezahn-Mustern 10, bestehend aus weichmagnetischem Material im Zusammenwirken mit einem sich im Uhrzeigersinne drehenden Magnetfeld A, das durch den Magneten 40 erzeugt wird. Das magnetische Drehfeld H läßt sich durch Ströme in einem orthogonalen Spulensatz bereitstellen, ; wie es zur Anwendung auf magnetische-zylindrische-Einzelwand-domänensysteme üblich ist, oder indem eine Drehung eines permanenten Magnets 40 mit gleichförmiger Feldverteilung über dem Sichtfeld der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 3B vorgenommen wird. Da das magnetische Drehfeld anzuhalten sein muß, um eine Bildverschiebung zu verhindern, stellt die mechanische Drehung eine bevorzugte Methode lediglich für relativ langsame Anzeigezwecke dar. Obgleich die Benetzung des Musters mittels der Magnetflüssigkeit nicht wesentlich für die Betriebsweise des Rezirkulators ist, kann dies doch in einigen Fällen bevorzugt sein, um das Muster oder Teile hiervon mittels der Magnetflüssigkeit 14 vorwiegend benetzt zu haben.

Sägezahnrezirkulatormuster 10, die die Peripherie des Anzeigefeldes umgeben und die Magnetflüssigkeit in einer Wirtsflüssigkeit zwischen den Platten 60 und 61 umrahmen, von denen eine, nämlich 60 transparent ist, und das Anzeigefenster darstellt, sorgen für den Umlauf, d.h. leiten die Magnettropfen 15 zurück

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zur Oberseite des Vorratsbereichs V. Durch die bereitgestellten inneren und äußeren Pfade steht ein Speichervolumen für die variierenden, zur jeweiligen Anzeige erforderlichen Flüssig·- keitsmengen zur Verfügung. Die öffnungen 100 gestatten den Durchfluß der Flüssigkeit von und zu den Außen- und Innenseiten der Weiterleitungsmuster 1O. Die Sägezahnweiterleitungsmuster der Schieberegister SR vermögen nicht weiter benötigte Magnettropfen in den Vorratsbereich V über die Rückgabeeinheiten R zurückzugeben. Die verhältnismäßig große magnetische Masse, d.h. Dicke und Größe der Sägezähne des magnetischen Materials

des Rezirkulators übt eine starke Anziehungskraft auf die Magnettropfen aus, so daß auch größere Tropfen weitergeleitet werden können, die sich durch Zusammenballung mehrerer Magnettropfen bilden können bzw. durch Anwachsen der Größe von den Tropfen, die bereits auf Magnetpolen vorhanden sind. Ein weiterer Zweck des Rezirkulators, der in jeweiliger Nachbarschaft der Rückgabeeinheiten R zur Bereitstellung eines stärkeren Magnetfeldes dicker ist, besteht in der Beseitigung streuender Magnettropfen von den Rückgabeeinheiten R, um sie direkt in den Vorratsbereich V zurückzuführen.

Der Magnettropfengenerator G gemäß den Fign. 3A und 3B besteht aus einer magnetischen Struktur zur Bereitstellung von Magnettropfen gleichförmiger Größe in einer Wirtsflüssigkeit, die unvermischt zwischen den beiden Platten 60, 61 eingeschlossen sind. Der Magnettropfengenerator G gibt eine gesteuerte Menge der Magnetflüssigkeit aus dem Vorratsbereich V oder dem Rezirkulator in eine solche Position aus, aus der die übertragung in ein Schieberegister 16 bei jeder Drehung des Magnetfeldes ermöglicht werden kann. Der Generator G ist in seiner Betriebsweise von den Magnetkräften abhängig. Der Zweck besteht darin, Magnettropfen gleichförmiger Größe zu erzeugen. Alternativ lassen sich Generatortypen verwenden, die mechanische Kräfte oder Kapillarkräfte ausnutzen, um Tropfen aus einen Vorrat zu entnehmen.

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Die Magnetflüssigkeit wird dauernd mit Hilfe des Rezirkulators in Fig. 2 umgewälzt und durch rhombenförmige oder doppelseitige Sägezahnmuster"Tropfengeneratoren G aufgefaßt, wobei ein Damm 46 über diese Zähne verläuft und Luftspalte 30 zwischen einzelnen Sägezahnmustern eines Generators G vorgesehen sind. Wird

I ein sich dauernd drehendes Magnetfeld angelegt, dann bildet ' sich ein gleichförmiger Magnettropfen jeweils am Luftspalt 30, um dann unter Wirkung des Generator G eingezogen-zu werden. Ist der Magnettropfen an der Außenseite des Generators G an der linken Seite des Luftspalts 30 zu groß, dann quetscht sich nur ein Teil des Tropfens durch diesen Luftspalt 30 und gelangt auf die Innenseite während der Rest des Tropfens auf der Außenseite seine Bahn zum nächsten Generator G in Richtung auf den Rezirkulator fortsetzt.

Von außen betätigte magnetische Magnettropfenschalter 45 sind ebenfalls in Fig. 3A gezeigt. Der Generator G bildet dauernd Magnettropfen 71 aus, die auf die Säge zähne 51 gelangen, über i Leitungen 56 auf die Auswahlspulen 49 übertragene elektrische j Ströme erhöhen örtlich den Magnetfeldgradienten zwischen den j Zähnen 51 und 51, und zwar für eine kurze Zeitdauer, so daß eine Anziehungskraft auf einen Magnettropfen am Zahn 51 einwirkt, um den Magnettropfen auf den Zahn 52 des Schieberegisters 16 zu ziehen und so hierauf zumindest teilweise zu übertragen. Wird ein Magnettropfen am Schalter 45 nicht übertragen, dann wird die entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn verlaufende Bewegung längs des Generators G in Richtung auf einen Luftspalt 30 fortgesetzt. Am entgegengesetzten Ende des Schieberegisters 16, das hier nicht gezeigt ist, befindet sich wie gesagt, die Rückgabeeinheit R zum Rezirkulator. Die Rückgabeeinheiten R geben Magnettropfen von den Schieberegistern 16 ab, sobald sie jeweils ihr unteres Ende erreichen. Die Magnettropfen werden magnetisch auf den Rezirkulato übertragen, wenn sie durch die Luftspalte 30 gelangen.

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Oberhalb jedes weichmagnetischen Generators G befindet sich längs der Mittellinie des Doppelseitigen Sägezahnmusters ein gläserner, nicht magnetischer, nicht benetzbarer Damm bzw. Rippe 46, der bzw. die nach oben eine Maske 63 unterhalb der Glasplatte 60 nahezu berührt .

Solche Masken könnten aus einem lichtundurchlässigen metallischen Dünnfilm bestehen, der auf der Unterseite der Glasplatte 60 niedergeschlagen ist, und in an vorgegebenen Intervallen vorgesehenen öffnungen eingeätzt oder auf andere Art und Weise eingebracht sein. Die metallische Dünnschicht würde dann mit einer Silicium-Dioxid--Schicht, Glas oder anderem Material überzogen, das, vornehmlich durch die Wirtsflüssigkeit, jedoch nicht durch die Magnetflüssigkeit benetzbar ist. Oberhalb des Schieberegisters 16 befindet sich eine Rippe 47 gleicher Art, wie oben erwähnt. Eine Rippe 90 erstreckt sich über das Weiterleitungsmuster 10. Diese Rippen sind vorgesehen, um zu verhindern, daß Magnettropfen über die Rhomben von einer Seite auf die andere Seite springen, so daß die jeweils richtige Position verloren geht. Die Rippen 46, 47 und 90 lassen sich aus Maskenmaterial, wie z.B. SiO₃, Al₃O₃, Glas oder Polytetrafluorethylen oder andere undurchlässige Materialien wie z.B. die bei Anzeigevorrichtungsherstellung verwendeten Abdichtungen' herstellen. Am unteren Ende jedes Schieberegisters 16 in der Nähe der Rückgabeeinheit R ist die Rippe 47 nach links gebogen, um so eine Weiterleitung der Magnettropfen darüberhinaus zu verhindern und sicherzustellen, daß sie in den Rezirkulator zurückkehren, ohne daß Gefahr besteht, daß sie jeweils zu den linken Seiten der Schieberegister 16 zurückwandern können.

Die Maske 63 besitzt die Löcher 64 an ausgewählten Positionen, wo das Auftreten der Magnettropfen die vorgegebene Information anzeigen soll, wie es zum Teil mit Hilfe der gestrichelten Linien in Fig. 3A angedeutet ist. Die Maske 63, die sich auf

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der Unterseite der Platte 61 befinden kann, verstärkt außerdem den Kontrast, wenn Licht von der Rückseite durch die Anzeigevorrichtung übertragen wird, indem alle Lichtpfade eliminiert werden, die nicht durch Auftreten von Magnettropfen im Anzeigemuster moduliert werden können. Eine flache Lichtquelle, wie z.B. eine elektrolumineszente Vorrichtung 91 liegt unterhalb der Platte 61, um durch die Anzeigevorrichtung hindurch scheinen zu können.

Da die anzuzeigende Darstellung jeweils nur an dem Punkt im sich drehenden Magnetfeldzyklus auftritt, an dem die Magnettropfenposition mit einer Lochposition zusammenällt, muß das Drehfeld in seiner Drehung angehalten werden, und zwar jeweils zum richtigen Zeitpunkt im jeweiligen Zyklus. Jedoch in dem Falle, wo der sich bewegende Magnettropfen transparent und nicht magnetisch ist und hingegen die Wirtsflüssigkeit lichtundurchlässig und magnetisch ist, kann die Maske 63 ohne Schaden fortgelassen werden. In diesem Falle bleibt die Abbildung unter starkem Kontrast während des ganzen Weiterleitungszyklusses sichtbar. Der rotierende Magnet wird durch einen Schrittschaltmotor, der hier nicht gezeigt ist, bedient, der seinerseits durch ein Positionierungssystem gesteuert wird, das ebenfalls nicht dargestellt ist, um den Magneten in der jeweils verlangten Winkellage für die Anzeige anzuhalten, wenn die Anzeigedaten sämtlich in die Anzeigevorrichtung eingegeben worden sind. Das bedeutet, daß die Magnettropfen unterhalb der Löcher 64 positioniert sind, wenn der Magnet angehalten ist, so daß sich die Anzeigedaten durch Farbkontrast in den Löchern 64 zur Sichtanzeige abheben.

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Zur Erzielung eines optimalen Kontrastes wird das Licht durch die Anzeigevorrichtung hindurch gestrahlt. Dies erfordert eine Liichtquelle zwischen Anzeigevorrichtung und rotierendem Magneten. Dies läßt sich erreichen durch Anwendung eines elektrolumxneszenten Flachstrahlers 91, der eine sehr dünne Lichtquelle darstellt oder durch Deformation der Magnetstruktur in eine Schalenform, die dann im wesentlichen die gleiche Magnetpolverteilung wie eine Scheibe besitzt jedoch zusätzlich Raum gibt für eine übliche Lichtquelle.

Die Kante des Anzeigesichtfeldes ist getrennt vom Rezirkulator mit Hilfe einer Glas- oder Dichtungsrippe 65, die vom Oberflächenmaterial 66 bis zur Maske 63 reicht.

Die Oberfläche 66 besteht aus niedergeschlagenem SiO₂ oder Glas, das 0,1 bis zweimal so dick ist als die Leiter 56, die auf dem Glassubstrat 61 mit Hilfe üblicher Techniken in der Dünnfilmtechnologie wie z.B. Aufdampfung oder Plattierung über eine Widerstandsmaske mit anschließender Laminierung, gefolgt durch Fotolithographie, Selektivätzung usw. aufgebracht sind. Ni-Fe oder andere Magnetmaterialien sind zur Bildung der Bauelemente 10, 110, 16 und G niedergeschlagen und auf der Schicht 66 in gleicher Weise aufgebracht.

Das Magnetmuster wird durch einen überzug der 1,1 bis 3mal so dick ist wie die Schicht 105, bestehend aus SiO_, Glas, Al₂ 0_ oder einem trägen Polymer, abgedichtet, so daß es nicht durch die weitergeleitete Flüssigphase benetzt werden kann.

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Die Abdichtung 170 ist außerhalb der Peripherie des weichmagnetischen Rezirkulatormusters 10 gebildet, um die Flüssigkeiten
innerhalb der Anzeigevorrichtung und der Rezirkulatorbereiche
halten zu können. Das Dichtungsmaterial und die Rippen sollten
aus einem Material bestehen, das träge ist, mit Hinblick auf
die Magnetflüssigkeit oder die Wirtsflüssigkeit; mit anderen
Worten: sie sollten nicht aufquellen oder chemisch mit diesen
Flüssigkeiten oder irgendwelchen Bestandteilen dieser Flüssigkeiten reagieren können. Beispiele für solche Materialien sind
Polypropropylen, Polyäthylen, Polyäthlyenterephtalat (Mylar),
Polyimide und perfluorierte perchlorierte Polymere wie Fluor- ^: esthomere oder Polytetrafluorathylen (Teflon). Die Rippen 46 und
47 lassen sich zusammen mit der Abdichtung herstellen und können
aus dem gleichen Material bestehen. Rippen dieser Art sowie Abdichtungen lassen sich vorfabrizieren, um einen integralen Bestandteil der oberen oder der unteren Glasplatte z.B. durch
Kleben, zu erhalten. :

Alternativ dazu, daß Tropfen einer Magnetflüssigkeit in einem nicht magnetischen Medium bewegt werden, lassen sich auch Tropfen
einer nicht magnetischen Flüssigkeit in einem magnetischen J Flüssigkeitsmedium weiterleiten. Diese bilden dann invertierte : oder transparente nicht magnetische Tropfen in einer magnetischen Wirtsflüssigkeit. Die Wexterleitungsrichtung ist dabei . gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel umgekehrt. i

Die Anwendung von Magnetflüssigkeiten in einer Anzeigevorrichtung '■ unter Verwendung von mehreren, nicht miteinander mischbaren
Flüssigkeitsanteilen, wovon einer, nämlich der Magnetflüssigkeitsanteil ein Suspensionskolloid mit Magnetitteilchen oder j ähnlichen weichmagnetischen Teilchen enthält," erfordert die j Fähigkeit bzw. die Möglichkeit, eine Magnetflüssigkeit durch j

eine andere in der Wirtsflüssigkeit unter Anwendung geringster j Kraft hindurchzubewegen, um den Energiebedarf so klein wie
möglich zu halten. Um bereitzustellende Kräfte zur Überwindung
bereits existierender Kräfte vorsehen zu können, sollten
die einwirkenden natürlichen Kräfte so gering wie möglich

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gehalten werden. Die Gravitation wird kompensiert im Falle der Anwendung einer Magnetflüssigkeit, indem die Wirtsflüssigkeit die gleiche Dichte erhält wie die Magnetflüssigkeit. Eine andere restriktive Kraft ist die Tendenz der Magnetflüssigkeit an den Oberflächen des Gefäßes wie z.B. an den parallel Glasplatten anzuhaften. Eine doppelschichtige, gleich dichte, unmischbare Dreiflüssigkeitskombination ist nützlich für horizontal orientierte Anzeigevorrichtungen, um eine Grenzschicht zwischen zwei Wirtsflüssigkeiten vorzusehen, längs der sich die Magnetflüssigkeit ausbreiten kann, vorausgesetzt, daß für die Magnettropfen Schichten geringer Reibung wirksam sind.

Für die Dreiflüssigkeitskombination besteht eine geeignete Mischung aus einer Magnetflüssigkeit in Wasser-Wirtsflüssigkeit, die sich ihrerseits in einer Mischung aus Fluorkohlenwasserstoff,

2 nämlich Trichlorotrifluoräthan mit einer Dichte von 0,157 kg/cm bei Raumtemperatur und Kerosin befindet, das mischbar ist, eine höhere Dichte sowie ein höheres Molekulargewicht besitzt und farblos ist; fluorierte Flüssigkeiten, wie FC-40 oder FC-75 der 3 M-Company mit Siedepunkten von 160°C und 100⁰C bei Raumtempe-

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raturdichten von 0,19 kg/cm und 0,18 kg/cm . Jede Kombination hydrophober Flüssigkeiten, die in der Lage sind, zwei unvermischbare Flüssigkeitsschichten in einem Gefäß zu bilden, wovon die ^ dichter und die andere weniger dicht ist als die Magnetflüssigkeit, läßt sich erfindungsgemäß verwenden. Die Gesamtkombination darf dabei die Magnetflüssigkeit nicht ausflocken. In den Dreiflüssigkeitskombinationen bildet die Mischung aus Trichlorotirifluoräthan und Kerosin die obere Wirtsflüssigkeitsschicht und die Fluorchlorokohlenwasserstofflüssigkeit und die perfluororierten !Flüssigkeiten FC-40 oder FC-75 als Mischung bilden die untere Wirtsflüssigkeitsschicht. Durch Auflösen des gerade richtigen Betrags von Kerosin und Trichlorotrifluoräthan in der oberen Flüssigkeitsschicht, läßt sich die Dichte dieser Flüssigkeitskombination so einstellen, daß sie gerade unterhalb der der Magnetflüssigkeit liegt. Das bedeutet, daß die Magnetflüssig-

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keit unter Einwirken eines minimalen Beitrages der Gravitationskraft absinkt, um dann auf der reibungsfreien Oberfläche der unteren Wirtsflüssigkeit zu ruhen.

Im allgemeinen erfordert ein System oder eine Anzeigevorrichtung unter Ausnützung von Magnetflüssigkeitstropfen eine Auffangmöglichkeit für die Überschußflüssigkeit, die so weit nötig, dann zur Bildung neuer Tropfen entnommen werden kann. Da die Magnetflüssigkeitstropfen, anders wie magnetische zylindrische Einzelwanddomänen, magnetische Flüssigkeitsdomänen in einem nicht magnetischen Wirtsmedium bei bestimmten Volumen und nicht vernachlässigbarer Masse darstellen, können sie nicht zusammenbrechen, d.h. vernichtet werden oder neu gebildet werden, d.h. von Grund auf neu erzeugt werden; sondern müssen durch Manipulation des Magnetfeldes bereitgestellt werden, indem aus dem Vorratsbereich mit der Magnetflüssigkeit ein entsprechender Anteil entnommen wird und wieder zurückgegeben werden muß, wenn ihre unmittelbare Anwendung beendet ist. Die Konstruktion eines Magnetflüssigkeits-· ; Vorratsbereichs für eine Anzeigevorrichtung muß berücksichtigen: (a) Gravitationskraft, (b) Oberflächenspannung und Kapillarkräfte, (c) magnetische Anziehungskräfte.

Der Einfluß der Gravitationskraft speziell auf die Wirtsflüssigkeitslösung läßt sich der Magnetflüssigkeit anpassen; was durchaus wünschenswert ist, da die Anzeigevorrichtung dann entweder vertikal oder horizontal betrieben werden kann, so daß die einwirkenden Kräfte speziell auf (b) und (c) beruhen. Der Vorratsbereich V ist dementsprechend ein Magnetflüssigkeit sauf bewahr er zur Tropfen-Konzentration, die unter Einfluß von Magnet- und Kapillarkräften erfolgt. Die Magnetkraft läßt sich von außen bereitstellen, indem ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet wie im vorliegenden Falle, zur Einwirkung gebracht wird, um das Ni-Fe Rezirkulator-Muster 10 entsprechend zu magnetisieren. Der rotierende Permanentmagnet 40 ist für Weiterlei-

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ist für tungszwecke vorgesehen. Aus diesem Grunde steht er ebenfalls für die Rezirkulation zur Verfügung, so daß die Kapillarkräfte nicht zu sehr dominieren, d.h. nicht sehr groß zu sein brauchen. Die Konzentration der Hagnetflüssxgkeitstropfen und das Aufbewahren der Magnetflüssigkeit resultiert aus der Wirkung des Magnetfeldgradienten im Bereich des magnetisieren Ni-Fe-Musters 10. Die Magnetscheiben 110 rund um die Peripherie des Anzeigesichtfeldes sind in der Lage, einen gewissen Betrag der Magnetflüssigkeit zu speichern, der fortwährend rund um die Peripherie jeder Magnetscheibe strömt, übersteigt dieser Betrag einen bestimmten Wert und enthält der Rezirkulator V sehr wenig Flüssigkeit, dann verläßt die Überschußflüssigkeit die Scheiben, um den Rezirkulator V aufzufüllen, so daß fortwährend reichlich Flüssigkeit zum Tropfenausstoß zur Verfügung steht.

Wird andererseits ein Elektromagnet zur Tropfenkonzentration verwendet, dann sollten große Kapillarkräfte zur Verfügung stehen aufgrund der Tatsache, daß die Oberflächenüberzüge innerhalb des Vorratsbereichs für die Magnetflüssigkeit an Ort und Stelle bleiben soll, wenn die Anzeigevorrichtung bewegt oder geschüttelt wird, während der elektrische Strom zum Elektromagneten abgeschaltet ist. Da e^s jedoch vom Standpunkt einer leichten Tropfenbildung gesehen wünschenswert ist, nicht übertrieben große Kapillarkräfte auf die Magnetflüssigkeit einwirken zu lassen, stellt der Fall eines permanenten Magneten in Verbindung mit Sperrdämmen 65 bei mittleren bis schwachen Kapillarkräften zur Erzielung der gewünschten Wirkung das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Fig. 4A zeigt einen Rezirkulatorzahnsatz 10, der den Generatorzahnsatz G gegenüberliegt, wobei das Magnetfeld vertikal zugeführt wird und mit den Zahnspitzen ausgerichtet ist, so daß das Magnetfeld mit Zahnsatz 10 und rhombenförmigem Generator G in einer

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Richtung ausgerichtet ist. Rotiert dann das Magnetfeld im Uhrzeigersinn, verschieben sich die in die Ni-Fe-Muster induzierten Magnetpole von den Zahnspitzen weg. Wenn das Magnetfeld aus der Orientierung der Fig. 4A gesehen im Uhrzeigersinn rotiert, dann verschieben sich die Magnetpole nach links auf den Rezirkulatorzähnen 1O und nach rechts auf den oberen Generatorzähnen G. Dies hat ein entgegen dem Uhrzeigersinn stattfindendes Abscheren von Magnetflüssigkeitstropfen 70 zur Folge, bis bei einer gewissen Magnetfeldwinkellage die Magnettropfen abreißen. Ist genügend Flüssigkeit vorrätig, dann können sich die Tropfen gemäß Fig. 4B zur erneuten Brückenbildung wieder vereinigen oder aber auch voneinander getrennt bleiben. In jedem Falle, wenn das Magnetfeld um 90° in die horizontale Lage gedreht ist, sind gemäß Fig. 4C die großen Zwischenräume zwischen den Zähnen 10 mit denjenigen Tropfen gefüllt, die sich links verschoben haben, und die Einschnitte 73 zwischen den Generatorζahnen sind mit Tropfen gefüllt, die sich nach rechts bzw. entgegen dem . Uhrzeigersinn weiterbewegt haben, also in entgegengesetzter Richtung zur Drehung des Magnetfeldes. Einige Tropfen 74 haben sich in die Zwischenräume 30 begeben und sind somit bereit, zur ; übertragung auf die unteren Oberflächen der Generatoren G. '■

Die Bewegungen in den Fign. 4A bis 4C ergeben sich im allgemeinen ebenso für alle Ni-Fe~Sägezahn- und Rhomben-Weiterleitungsmuster in Fig. 5, wo ebenfalls eine schrittweise Bewegung der j Tropfen bei jeder Magnetfelddrehung stattfindet. Mit anderen Worten, die datentragenden Magnettropfen werden bei Betrieb dauernd über das Sichtfeld der Anzeigevorrichtung von oben nach unten { verschoben, sowie sich das Magnetfeld dreht und sind sichtbar, | wenn sie jeweils in eine Lage gelangen, die je einem der Löcher j in der Maske 73 entspricht. j

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Die Fign. 6A, 6B und 6C zeigen die Lage der Magnetflüssigkeit im Rezirkulator V, sowie sich das Magnetfeld entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn dreht, was sich ebenfalls bewerkstelligen läßt, da die Tropfen in beiden Richtungen wandern können, obgleich im vorliegenden Ausführungsbeispiel Uhrzeigersinndrehung bevorzugt ist. Das Magnetfeld dreht sich dabei vom Startpunkt aus gesehen von 0° über 70° nach 330°. Zusätzlich zum Speichern der Überschußflüssigkeit erfüllen die Magnetscheiben die Funktion der Homogenisierung der Tropfengröße und der Regulierung des Volumens der rezirkulierten Flüssigkeit, um Gleichmäßigkeit zu erzielen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ilagnetflüssigkeitsanzeigevorrichtung dadurch gekennzeichnet _r daß eine erste Flüssigkeit mit einer gro'ßen Anzahl von hierin enthaltenen schwebenden magnetischen Teilchen und eine zweite Flüssigkeit, die sich nicht mit der Magnetflüssigkeit mischen läßt, vorgesehen sind und daß Maßnahmen dafür getroffen sind, vereinzelte Tropfen von einer dieser Flüssigkeiten aus einem ersten Raum in einen zweiten Raum auszustoßen, um sie mit Hilfe magnetischer Weiterleitüngsinittel im zweiten Raum längs vorgegebener Weiterleitungspfade in gewünschter Weise zu transportieren.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit als Trägerflüssigkeit und die erste Flüssigkeit als Magnetflüssigkeit kontrastreich zueinander sind, daß sich Tropfen der einen Flüssigkeit in der anderen Flüssigkeit im Ansprechen auf ein angelegtes Magnetfeld weiterleiten lassen, daß die Weiterleitungspfade Anzeigevorrichtungs-zeilen bilden, wobei die tropfenausstoßenden Mittel jeweils einer Anzeigevorrichtungszeile zugeordnet sind, um die Tropfen aus einem Vorratsbereich auf die jeweilige Anzeigevorrichtungszeile zu übertragen, wobei die die Anzeigevorrichtungszeile bildenden Weiterleitungspfade mit einem magnetischen Drehfeld zur Magnetisierung der magnetischen Weiterleitungsstruktur zur Tropfenweiterleitung zusammenwirken.

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Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmaßnahmen zur Tropfenauswahl von einem der Ausstoßmittel zu den jeweiligen Anzeigevorrichtungszeilen im Ansprechen auf ein vorgegebbares Konditionierungssignal und zur Tropfenuraleitung bei Fehlen eines solchen vorgebbaren Konditionierungssignals vorgesehen sind.

Anordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Flüssigkeit, die im wesentlichen unmischbar mit der ersten und der zweiten Flüssigkeit ist, vorgesehen ist, um die aus der ersten und/oder zweiten Flüssigkeit ausgestoßenen Tropfen in der verbleibenden der drei Flüssigkeiten zu suspendieren.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß Steuermittel zur Auswahl der Tropfenbewegung in den Einflußbereich der Magnetmittel im Ansprechen auf entsprechende Steuersignale vorgesehen sind.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Mittel jeweils aus einem Iluster mit periodischer Kantenstruktur bestehen, die abwechselnd aus Spitzen bzw. Höckern und Einschnitten bzw. Tälern besteht, mit Hilfe derer die weitergeleiteten Magnetflüssigkeits-Tropfen unter Einfluß eines rotierenden Magnetfeldes einem vorgegebenen Pfad folgen.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Rezirkulatoren vorgesehen sind, um die MagnetflüssigkeitS'-Tropfen von diesen magnetischen Mustern zu den Tropfenausstoßmitteln zu übertragen.

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8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulatoren Speicherstrukturen aufweisen, um überschüssige Tropfen aufzubewahren.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß bei planarer Anzeigevorrichtung das magnetische Drehfeld in der Ebene des Anzeigesichtfeldes drehbar ist.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maske mit einer größeren Anzahl von Lochungen vorgesehen ist, wobei die magnetischen Wexterlextungsmuster derart angeordnet sind, daß die weiterzuleitenden Tropfen längs eines Überquerungspfades in Ausrichtung mit den Öffnungsreihen bewegbar sind und daß eine Lichtquelle hinter der Anzeigevorrichtung angeordnet ist, so daß die Tropfen das durch die Anzeigevorrichtung übertragene Licht entsprechend der darzustellenden Information zu modulieren vermögen.

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