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CN102016969A - 磁性显示组件及显示装置 - Google Patents

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CN102016969A CN2007800361741A CN200780036174A CN102016969A CN 102016969 A CN102016969 A CN 102016969A CN 2007800361741 A CN2007800361741 A CN 2007800361741A CN 200780036174 A CN200780036174 A CN 200780036174A CN 102016969 A CN102016969 A CN 102016969A
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Abstract

一种反射式低成本显示像素及装置，包含磁光组件，其中外部施加的磁场垂直于磁光组件的旋转轴，并平行于由磁光组件形成的显示装置的观看面板。这些显示组件关于其长轴的旋转有限，其中通过外部磁场能够驱动显示组件关于长轴的旋转，进而产生双稳态、电子可写影像。此外，上述设置可以进行结构性修改，进而减少写影像于显示装置上所需的能量，增加总显示效率，并几乎消除像素间的串扰。

Description

磁性显示组件及显示装置
技术领域
本发明涉及一种适用于制造双稳态反射型磁性光显示装置的显示组件与像素结构，上述显示装置适用于多种应用，特别是成本敏感型(cost-sensitive)、大规格室外标志牌(signage)应用。这些新型显示结构具有超低的功率消耗，重量轻，体积薄，且具有低成本工业制造工艺的优势。
背景技术
本发明关于一种新型反射型双稳态磁性光显示装置，尤其非常适用于大型、室外及高亮度应用。本发明的核心组件可以利用低成本的工业制造工艺进行制造。
传统平板显示技术，例如等离子、液晶以及有机发光二极管显示装置，已证明在大型标志牌应用中的使用是不成功的。当直接暴露于阳光时，其中这时环境照明可以达到100,000勒克司(lux)，或者暴露于环境照明大于1,000勒克司的其他高亮度环境时，上述显示技术不能提供充足的亮度和对比度。此外，当置于大规格室外环境应用时，上述显示装置不具备成本效率且不可靠。
目前，已开发出离散式发光二极管(LED)的大型面板阵列来满足数字标志牌市场的需要。这些室内及室外数字标志牌装置是价格非常昂贵的产品，具有大量的分离组件以及高功率需求。它们必须使用大量密集封装的高亮度发光二极管，以发射足够的光线来直接对抗室外阳光以及高亮度应用。直射阳光能够达到100,000lux。一种简单的单色4行×20字符发光二极管显示装置通常使用大约2,800个离散发光二极管。一种发光二极管″超大型″彩色视频屏幕可能需要多于一百万个离散组件。
标志牌工业正在寻求的另一个特征是以反射技术取代光线发射。利用反射显示装置，在需要照明的白天可以使用直射阳光。在晚上，照明要求很低，因此甚至具有夜间照明的反射显示装置所使用的功率将更低。另一个益处是双稳态，一旦画面被写入显示装置，显示装置则能够在没有持续电源的情况下维持此画面。这使得例如信息显示或者标志牌等应用具有非常低的功率消耗，这是因为很多标识不需要频繁更换信息。例如，汽油价格标识可以仅一天更新一次，或者时钟仅每隔60秒改变一个数字。双稳态显示装置所具有的超低功率消耗，使其能够由小型电池或者太阳能电池提供电能。这可以减少昂贵的配线需要，尤其对于不是近地使用的标志牌。最后，由于轻薄型数字标志牌能够减少安装以及所需的支撑结构成本，因此此类型的标志牌更为大家所期望。这里描述的本发明具有以下所有特定：反射性、双稳态、功率低、体积薄且重量轻。
早在上世纪90年代(1900s)，先于发光二极管标志牌之前，存在有各种使用电磁作动器(actuator)的电子标志技术(见Naylor US 1,191,023，TaylorUS 3,140,553 and Browne US 4,577,427)。这些离散作动器通常是具有反射机械薄片(mechanical flap)设备的小型电磁线圈或者电机的变更。它们被广泛使用，并且少量装置今天仍然使用于特定室外标志应用中，例如计分牌以及运输标志。然而，由于这些装置具有非常昂贵的造价，面临可靠性问题，以及由于各个像素所需的离散机械组件的尺寸造成的分辨率受限，因此随着发光二极管的出现而被废弃不用。
使用磁性作动器(Magnetic Actuator)用于显示装置由Weiacht(US6,510,632)继续发展，其中磁铁连接至较大薄片或者在形成标志字符过程中能够180度旋转的薄片上。这种类型的技术随着Fischer等人以及他人专利(US 3,936,818，US 6,603,458)出现继续发展，上述专利再次讨论使用磁性驱动薄片作为单独显示像素的技术。这些装置被安装于机械轴上，并且每个单独装置中仅使用一个磁-光薄片。
虽然磁学本身以及磁性材料的研究是一种能够回溯几个世纪的古老学科，并且今天仍在进行大量的研究(请见Spaldin，N.，磁性材料：基本原理与设备应用，剑桥大学出版社，2003；Kittel，C，固态物理介绍，Wiley，1996)，但近年来很少有计划去开发一种新型的基于磁性的反射显示技术。浦耳生(Poulsen)与Pfleumer分别在1898年与1928年，利用磁性现象研发出磁学在记录媒体中的使用。在上世纪60年代，磁性材料首先由Forrester等人及其它人用于储存内存(US 2,736,880，US 2,667,542，US 2,708,722)。由Olsen等人倡导发起的磁芯内存(US 3,161,861，US 4,161,037，US 4,464,752)由于其对于计算机工业的牵连，几十年来已受到很大关注，但是由于很多原因现已被基于硅的内存装置所替代。
区别于老的″薄片″技术，在显示装置中使用磁学的主要任务是利用双色磁性粒子来代替机械薄片。这里，由Magnavox已设想使用更小离散磁性球体作为显示设计(Lee，L.，电子装置IEEE学报，ED-22，P758)以及最近的Katsuragawa等人(日本专利公开2002-006346)，以及由Masatori(日本专利公开08-197891)给出的较少延伸。上述公知技术主要关于较小磁性粒子的使用，其中磁性粒子通过旋转响应外部磁场。磁性颗粒响应外部磁场的旋转，需要防止颗粒返回至低势能状态。这些磁性球体沿着中心轴被磁化。磁性球体颗粒的北极与南极涂覆有不同的颜色。然后，施加磁场，进而在两种色彩状态之间旋转磁性颗粒。现在将针对上述实现电磁显示的方法所具有的几种问题进行讨论。
第一个问题是需要维持外部磁场。在没有正在进行的电磁场情况下，磁性颗粒将以低势能灰色状态互相对准。用于维持磁场的两种方法是：1)对电磁线圈使用恒定电流-这里问题是存在恒定功率消耗，并且这需要更高成本的控制电子。2)增加铁酸盐/“可写”磁性材料层。在由电磁写脉冲写入之后，此材料层必须维持足够的磁场。这里一个问题是，增加层为一种需要开发的复杂磁性材料。并且，磁场强度以及可写磁性状态的稳定性是复杂的。由于这种更加复杂的结构，则很大程度地增加了制造成本。最后，在上述材料中产生充足B磁场以写入可保持磁性状态所需的能量可能是相当可观的。
第二个问题是像素之间的串扰(crosstalk)。由不同状态的两种像素产生的通量分布图(flux pattern)将在其两极之间产生弯曲通量线(flux line)。从一种像素彩色状态(北极)向第二种像素彩色状态(南极)的过渡将产生通量分布图，其被人为显示于将视为″灰色″区域的像素之间。在没有串扰情况下于两像素之间产生清楚的分隔是一个主要问题。在写过程中当一个像素磁场克服一邻近像素并且颠倒其状态时，则能够出现另一种形式的串扰。
第三个问题是低对比度。磁性球状颗粒如果被放置于单独层中，由于其没有显示面板的完全覆盖，因此具有有限的对比度。如果使用多层磁性球体，将增加其相互之间的干扰，使得其状态更难于控制，并进而需要更强的外部磁场。
第四个问题是磁性材料。这需要研发新型材料结构及其制造方法，这种材料及方法必须产生低成本、轻重量、环境稳定、永久磁性的光学组件，且具有精确的磁场与色彩面板配向。
第五个问题是分辨率限制。这是由于当被分隔或者颗粒太小(例如，依据特定材料，磁性颗粒小于100微米时开始能够观察到其稳定性的降低)时，永久磁性颗粒的磁域会失去稳定性。此外，当大小低于1毫米时，由于更小电导体增大阻抗的线圈绕组(wire winding)中的热损失，电磁线圈组件将变得效率更低。并且，为了用低成本工业工艺来替代高成本的″无尘室″工艺，需要制造公差位于+/-25微米或更大的范围内，以方便制造。
第六个问题是低成本的电子背板设计。平板显示装置中的最高成本工艺是制造用于控制显示装置的主动矩阵背板。大多数液晶、有机发光二极管(OLED)以及甚至最新的电子报(Epaper)显示装置使用薄膜晶体管阵列，其中薄膜晶体管被制造于显示装置整个背板上方以控制影像。背板的制造成本可以相当于整个显示面板制造成本的50％。因此，需要具有较低成本背板的替代显示产品用于大型标志牌应用。
这里，本发明的讨论公开一种实质不同的制造基于颗粒的电磁平面显示装置的设计方法。这是一种主要用于大型以及/或者较低分辨率应用(具有1毫米或者更大尺寸的像素)的新型方法，但不局限于此。本发明利用磁学以及电磁学来解决上述问题。
发明内容
首先，本发明的第一实施例关于一种磁性显示组件，此磁性显示组件包含第一光学部与第二光学部；于此，第一光学部具有第一色彩，第二光学部具有第二色彩。第一光学部与第二光学部沿着色彩分隔轴分开，磁性显示组件被磁化，进而磁性显示组件的南北磁轴平行并平分此色彩分隔轴。
其次，本发明第二实施例关于一种显示装置，借以显示一或多个磁-光组件(MOE)。此显示装置包含具有一或多个磁光组件的前面板，并且一或多个磁光组件包含具有第一色彩的第一光学部与具有第二色彩的第二光学部。第一与第二光学部沿着一色彩分隔轴分开。磁性显示组件被磁化，进而磁性显示组件的南北磁轴平行并平分此色彩分隔轴。此显示装置还包含背板，连接至前面板，并设定用于提供外部磁场至上述一或多个磁光组件，进而磁光组件可以围绕色彩分隔轴旋转。
本发明的第三实施例关于一种显示装置，用于显示一或多个磁光组件。此显示装置包含一第一磁光组件与一第一多个磁光组件，于此，第一磁光组件具有第一磁场强度，并沿第一方向定位，第一多个磁光组件具有小于第一磁场强度的第二磁场强度，并沿第一方向定位。多个磁光组件包含至少两个磁光组件，分别放置于第一磁光组件的相反侧。第一磁光组件响应一外部磁场旋转至一第二方向，多个磁光组件响应第一磁光组件的旋转，进而旋转至第二方向。
上述发明内容提供简单介绍本发明的选择概念，下文将进一步给出详细说明。本发明内容目的不在于确定权利要求保护主题的关键或本质特征，也不在于用作帮助确定本发明要求主题的保护范围。
有关本发明的特征与实作，兹配合图式作最佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1为单独磁光组件的示意图，其中显示此组件的旋转轴、色彩分隔面以及磁光组件的磁偶极；
图2为两个双色磁光组件及其180度旋转的色彩变化的示意图，其中磁光组件为圆柱状，且南北极平行于色彩分隔面并垂直于旋转轴；
图3A、图3B以及图3C为多于一个磁光组件的横剖视图，其中由于磁光组件位于约束空间内，因而关于轴线具有约束的旋转；
图4A以及图4B显示为提供多于一个磁光组件以导致磁光组件旋转的磁场；
图5为显示装置结构中多于一个磁光组件的横剖视图，其中此结构的磁光组件组或者像素之间具有一物理分隔物；以及
图6为一组三个磁光组件的横剖视图，其中中间磁光组件与外侧磁光组件之间具有不同的磁场强度。
其中，附图标记说明如下：
1    色彩分隔面
2    磁光组件旋转轴
3    磁光组件磁偶极
4    磁光组件
5    约束空间
6    显示背板
7    前面板
8    磁通线
9    外部磁场
11   实心结构
41   司机磁光组件
42   乘客磁光组件
具体实施方式
本发明涉及显示像素结构以及相应产生的显示装置结构。上述像素与显示装置结构利用接近圆柱状的新型磁性组件，其中磁性组件中还包含光学成分。这里，上述磁性颗粒被称作为磁光组件(MOE)，这些磁光组件沿赤道方向被磁化，进而南北极轴将其切分为两个不同的光学层或部分，因此这种组件是新颖的。可以设想磁光组件为各种形状，但其中最简单的构造是圆柱状。这是因为磁光组件的形状及其被放入的腔体(cavity)应当具有以下功能：(1)腔体内的磁光组件应当能够以最小磨擦或干涉围绕单独轴旋转，但是不能沿任意方向旋转，(2)磁光组件应当大体上停留在相同的位置，并接近相邻磁光组件，以及(3)当磁光组件位于其两种双稳态光学状态时应当光覆盖70％或者更多它们所旋转的空间，进而光磁组件两侧能够具有不同的光学涂层(色彩)，在光磁组件旋转时可以观察到这些光涂层。
当并排放置圆柱状磁光组件，并且在外部磁场的影响下，磁光组件能够形成可切换、可寻址、可写、双稳态的显示组件，这种显示组件仅需要近似为零的功率来保持单独像素或显示装置的画面。通过约束磁光组件围绕单独轴的旋转能够获得双稳态特性。结合约束旋转与相邻磁光组件的存在，可以产生单独轴的所有磁光组件的排列，以调整其极轴从南向北或者从北向南，进而降低其总势能。上述从北向南与从南向北的定向为对应像素的两种双稳态光学(色彩)状态。
在本发明的实施例中，圆柱状或者接近圆柱状的磁光组件被磁化，进而南北磁化轴将磁光组件平分为两种颜色。于此，重要的是需要注意，磁光组件将通过沿其长轴旋转大约180度来响应外部磁场，进而转换色彩。上述磁光组件实际上可以是任意尺寸，但是最佳是直径位于0.3到3毫米之间，并具有1/1至1/50之间的纵横比。较大直径磁光组件能够具有更低的制造成本，并能够很好地适合很大尺寸的显示装置(9毫米的像素大小或更大)，但是这种磁光组件可能限制分辨率并使用更多的材料，以及需要更大功率来驱动。较小磁光组件具有更高分辨率、更快响应时间以及更低材料使用的优点，但是它们可能需要更高的精确制造，并进而需要更高的制造成本。并且，减少像素尺寸增加了在显示装置预定区域的像素数量，并进而需要更多的电子组件。对于低成本应用或者很大尺寸的显示装置，较大像素可具有成本益处，并能够使用更简单与更具成本效率的电子组件及制造。目前预想利用现有磁性材料以及工业工艺，可以制造低达0.1毫米直径的磁光组件。
在本发明的另一实施例中，可以使用一或更多磁光组件来制造显示装置。此外，在此实施例中，通过并排放置的多个磁光组件，在不需要外部磁场的情况下，这些磁光组件的南北极将趋向一起自动调整(磁吸引力)，以降低其势能。通过这样做，由于对应磁光组件有色侧边的磁极轴的定位，可形成一双稳态像素、显示装置或者影像组件。这里，重要的是需注意，与两种色彩对应的磁光组件的南北极的正确定位是重要的。例如，如果色彩分隔面的定位是垂直磁光组件的磁极轴(类似公知磁性显示装置使用的方法)，则磁光组件的低能量双稳态的将导致两种颜色均被观察者可看得见，由此将引起不希望的混合颜色″灰色″画面。
在一实施例中，使用磁光组件阵列，借以将其旋转约束至一旋转轴。于此，这些磁光组件本身被限制仅沿其长轴或者旋转轴旋转，而不是颠倒的(end-over-end)。这允许使用一或多个磁光组件作为可靠的像素或显示组件，其中像素或显示组件能够连接于一外部磁性写头或者背板，以及也用于包含磁光组件的电子可寻址的清晰前面板。这里，如果使用磁光组件阵列，则离散的磁光组件组可以被单独用作像素，以通过包含一或多个磁光组件的单独显示段(display segment)或者像素导致产生电子或电磁可写画面。
约束磁光组件旋转的最佳方法是通过在一腔体中并排放置磁光组件(两个或更多)实现，其中腔体尺寸稍微大于它们所包含的磁光组件尺寸。磁光组件以仍能够自由旋转以及自动调整的方式宽松地填充于腔体中。这里，磁光组件与显示装置之间不需要任何类型的铰链或者其它机械连接结构。由于像素腔体阵列简单地填充有磁光组件，并且然后使用清晰前面板容纳磁光组件于上述腔体阵列中，并允许从前部观看，因此能够以较低成本制造大型像素阵列。
在另一较佳实施例中，单独磁光组件或者群组磁光组件可通过物理设备(physical means)互相分离。磁场强度随着距离增加按指数减少，因此，当磁光组件互相分离任意距离时，磁光组件之间的磁相互作用显著减少。这种结构的优点在于其能够充分减少磁光组件或者磁光组件组之间的磁“串扰”，因此通过像素基础(pixel basis)，显示装置能够被可靠地写在像素上。最简单的方法是使得像素之间的分隔壁具有充足的厚度，以减少像素之间的磁相互作用为所需的。分隔壁的外形应当比其所包围的磁光组件稍微高，因而分隔壁也能够用于产生需要约束磁光组件运动的腔体，且仍允许磁光组件在一单独像素中自由旋转与相互作用。
在本发明又一实施例中，分隔单独磁光组件或者群组磁光组件的物理壁可以是磁性屏蔽材料，例如铁、镍、钴或者其合金。对于任何本领域技术人员来说，在阅读上述说明之后，应当显然了解基于上述结构各种材料或材料合成物可以用于限制或增强磁场，并且这些材料变化被认为位于本发明的保护范围内。通过在像素之间的分隔壁中使用磁性屏蔽材料，能够更一步抑制使用较薄分隔壁像素之间的串扰，其中上述分隔壁相比仅依赖距离作为磁性分隔器所需的厚度较小。由于较薄分隔壁不改变光学状态并因而能够减少所产生显示的对比度，因此是理想的。
本发明的另一实施例关于像素或显示结构内部的相邻磁光组件的相对磁场强度。在帮助自动调整像素内部的磁光组件为双稳态光学状态其中一种时，磁光组件之间的磁吸引力是有好处的。然而，磁光组件对磁光组件的吸引力必须外部磁场克服，其中外部磁场通过旋转磁光组件至新的180度相反双稳态，用于“写”像素为新的状态。当两个或更多磁光组件使用于每个像素时，通过改变同一像素内部的相邻磁光组件的磁场强度，进而实现改善外部磁场相对性能的方法。这里，较强的磁光组件被称作为“司机”，以及较弱的磁光组件被称作为“乘客”。
为了说明本实施例的优点，将在包含全部3个具有相同磁强度磁光组件的像素与包含乘客、司机以及乘客结构的类似3个磁光组件的像素之间做出比较。在结构为乘客、司机以及乘客的像素中，中间司机磁光组件将具有增加的磁场强度(在此例子例如增加4X)。其余两个放置于司机两侧的两个乘客磁光组件将具有减少的磁场强度(在此例子中例如减少0.25X)。在上述两种具有三个磁光组件的像素设计中，相邻磁光组件之间的吸引力相同，因此两种像素设计中磁光组件的自动调整能力是相同的。对于乘客、司机以及乘客设计，吸引力等于1X倍(0.25X乘客乘以4X司机)。对于所有3个磁光组件均具有相同此强度的像素，磁光组件对磁光组件的吸引力也是1X(1X磁光组件乘以1X磁光组件)。但是，当施加外部磁场时，两种像素结构之间的旋转力是极大不同的。假设施加2X的外部磁场，则关于司机磁光组件的旋转力为8X(4X司机乘以2X外部磁场)。对于具有全部为1X的三个磁光组件的像素，外部磁场产生仅2X(1X磁光组件乘以2X外部磁场)的旋转力，相比另一像素设计减少4倍。
因此，同一像素内部的磁光组件的交替磁场强度可以用来保存相同的磁光组件对磁光组件自动调整力，并同时显著增加了旋转力，因此增加用于写像素的外部磁场的效率。在一些实施例中，期望利用材料将司机磁光组件的磁场强度限制为达400毫特斯拉(mT)或者更少。然后，此示例的乘客磁场强度将被减少至10毫特斯拉(mT)或更少。对于全部磁光组件具有相同磁场强度的显示装置示例，设想这些显示装置将使用40毫特斯拉(mT)或更少的磁场强度。此方法可应用于包含任意数目磁光组件的像素，其中像素的磁光组件的磁场强度为相邻变化的。
本发明的另一实施例使用乘客-司机的像素结构，以减少显示装置的像素之间的串扰。在下面的像素设计中，其中使用3个或更多磁光组件以及与相邻像素接触的外侧磁光组件为具有减少磁场强度的乘客磁光组件，像素之间的串扰则存在明显的减少。这是因为两个相邻像素的乘客磁光组件互相接触，由于乘客磁光组件具有减少的磁场强度(例如为0.25X)，因此乘客磁光组件与相邻像素的乘客磁光组件之间的吸引力仅为0.0625X(0.25X乘以0.25X)。同时，乘客磁光组件与相同像素内部的相邻司机磁光组件之间吸引力较强。在此示例中，此吸引力将是1X(0.25X乘以4X)。因此，在像素之间不需要分隔壁或者屏蔽的情况下，乘客、司机结构可以用于实际减少串扰。
请参考图1，图中显示特定实施例的磁光组件。在此实施例中，磁光组件为圆柱类似形状，或者是与圆柱状磁性组件具有相似功能的更为复杂形状，并且在其至少两侧具有有色或其它光涂层，进而磁光组件能够旋转以呈现给观察者两种光学状态的任意一种。
图1更显示本发明的磁光组件包含一色彩分隔面1、一磁光组件旋转轴2以及磁光组件磁偶极3。如图1显示，磁光组件磁偶极3平行于色彩分隔面1延伸，并垂直于磁光组件旋转轴2。
正如图1进一步显示，磁光组件的北极与南极平分磁光组件为两种颜色。换言之，图1的磁光组件包含一第一光学层或光学部与一第二光学层或光学部，其中第一光学层/部具有第一颜色，第二光学层/部具有平行于其南北磁场偶极的色彩分隔面。请注意，在本说明书以及专利申请范围书中，“色彩”可以包含且不局限于着色剂(通常通过加入或使用传统涂料、颜料、染料或类似物而出现)、反射媒体(例如使用镜子或类似物)或者发磷光、荧光或冷光媒体(例如通过加入磷)。
在此实施例中，磁光组件具有永久性磁场，如图显示为平行于磁性颗粒上的光学表面。磁光组件通过旋转来响应外部磁场。需要注意，磁光组件的质量(mass)是一个重要的设计因素，因为磁光组件具有的质量越少，通常旋转磁光组件所需的能量越小，以及磁光组件将产生的摩擦力越小。
另一个重要的设计因素是控制磁光组件的磁场强度的能力。如果磁光组件的磁场强度过低，则外部磁场的驱动则愈加困难。如果磁光组件具有太强的磁场，则它们能够在磁性颗粒之间产生强的干扰结合，其中干扰结合必须由外部磁场克服以驱动磁光组件。应当注意，还存在各种复杂的形状及腔体，其可以具有制造有效磁光组件所需的功能。本实施例中，磁光组件的关键功能是限制于一轴线的低速磨擦旋转、接近相邻磁光组件并基本停留于同一位置的能力，以及每侧的光学表面(通常是有色表面)为覆盖大于70％的当双稳态状态下观看时由磁光组件占据前面板的区域。磁光组件的形状可以包含实心或近乎实心的圆柱体状、光纤或棒状、中空管状、哑铃或工字钢状、足球状等，但不局限于此，上述形状可以由本领域技术人员进行改进，并且这些形状变化仍位于本发明的保护范围内。
现在请参考图2，本发明的实施例关于磁光组件阵列，其中每个磁光组件被约束，因此限制其旋转仅关于一轴线运动。如图2显示，显示装置的每个光学段中的所有磁光组件的约束旋转轴是一致的。可以使得所有显示装置的光学段包含互相平行的磁光组件，但不是必需的。如图2显示，磁光组件内部的南北磁场平行于两个色彩面。更多传统球状磁性颗粒可以沿任意方向旋转。通过构造本发明的磁光组件，进而磁光组件能够仅沿着一个方向或者围绕一个轴线旋转(在本实施例中通过设计磁光组件为圆柱状)，这具有显著的优点。当平行于分割两个色彩层的平面磁化磁光组件时，磁光组件的色彩状态则能够被控制。即使在这种平行架构中磁化球状颗粒，但它们仍将围绕其磁极自由旋转，并且两种色彩状态将不可预知。在接近圆柱状磁光组件中，磁光组件沿着其整个轴线以南北定向互相吸引，与此不同，单点接触的球状磁光组件甚至在其低能量状态允许它们翻滚以及自由旋转，这是不希望出现的。
请再次参考图2，如果以紧密接触的方式放置两个或更多磁光组件，则它们将调整其磁场进入两种低能量状态的其中一种，上述两种低能量状态均能够通过180度旋转的方式获得，这些磁场状态是北-南、北-南或南-北、南-北。设计磁光组件的磁场强度，进而由同一像素内部的相邻磁光组件的磁吸引力产生的旋转力大于用于保持磁光组件固定的机械摩擦力。在上述构造中，磁光组件在其中一种上述两种稳定状态中总是互相平行排列。由于色彩层或者色彩面平行于每个磁光组件的磁极，因此产生两种稳定的色彩状态，不需要功率来维持这些自调整的双稳态色彩状态。
本实施例还消除了由外部磁场源仅旋转部分磁光组件颗粒产生的曲线磁通量分布图所带来的问题，进而产生通常由外部磁场产生的“喷泉头”分布图。甚至在外部磁场源通过“喷泉头”磁场分布图的方式对磁光组件进行“写”操作之后，一旦除去外部磁力，磁光组件仍将自动调整为最靠近的平行双稳态。以此方式，外部磁场仅需要启动超出90度的旋转，以及磁光组件自有的吸引力将完成进入新的光学状态的调整步骤。
本发明的另一实施例消除一像素对相邻像素的影响。二维阵列的每个像素系与阵列中其它像素分离，其中在一实施例中每个像素包含两个或更多的磁光组件。这种分离及其特定分离方法，其中上文已给出解释或者后面将给出更详细的说明，允许像素具有独立于其它像素的磁域。换言之，每个像素的磁光组件可以不考虑其它像素行为，自动调整为双稳态其中一种形态。此外，在没有影响其它像素的情况下，当面临外部磁场或者磁力时，每个像素之的磁光组件能够旋转。这允许每个像素使得电子或电磁可写画面独立于其它像素被写入。
现在请参考图3A和图3B，图中显示磁光组件4由于处于约束空间5中，此示例中为矩形空间，因此具有关于一轴线的约束旋转。图3B显示了磁光组件4与约束空间5的侧视图，同时图3C显示显示背板6与前面板7的另一侧视图，其中显示背板6与前面板7为约束空间的一部分。
现在请参考图4A，图中显示为施加至本发明显示装置的磁场。如图4A显示，由于外部磁场的磁极或者磁通线8垂直于磁光组件的旋转轴2，因此磁光组件4本身将通过旋转来响应外部磁场9。
请参考图4B，其中外部磁场9的侧面平行于显示装置的观看前面板7。磁光组件可以利用平行显示装置表面的施加磁场被驱动，而不是如同之前提到的更传统的球形电磁显示方法，通过向外突出垂直显示装置的磁场。
图5显示为本发明的最佳实施例的磁光组件或者群组磁光组件4，通常组成一单独像素的一组磁光组件组是通过物理装置(通常为一实心结构11)被分开。上述分离装置可以是或者不是显示背板6或者磁性写头的物理部分。磁光组件的分离导致相邻磁光组件像素之间的距离增加，并减少了各个像素之间的串扰或者电磁干扰。此外，分离材料还可以是能够用作磁屏蔽的材料，例如铁、镍、钴或者其合金。上述材料作为磁屏蔽材料在本技术领域是公知的。
请参考图6，通过改变显示装置或者像素内部的各个磁光组件的磁场强度，进而能够提高效率以及减少串扰。如图6显示，中间磁光组件41(也可被称作为司机)的磁场强度可以增加，因此大于两侧磁光组件42(还可以称作为乘客)的磁场强度。当司机磁光组件41的磁场强度增加时，如果希望磁光组件之间为相同的吸引力，则乘客磁光组件42的磁场强度必须减少相同的系数。这将带来两种明显益处。首先，司机磁光组件41将以更大力量(通过旋转)来响应由显示背板6或者其它磁场源施加的外部磁场。如上文讨论，如果全部三个磁光组件具有增加磁载荷的司机磁光组件41，则它们将强烈地互相吸引，并且外部线圈将不得不增加能量以对抗相邻磁光组件。有利的是，本发明的司机-乘客结构在减少磁光组件对磁光组件相互作用的同时，增加了司机磁光组件对外部线圈(磁场)的响应，其中磁光组件间的相互作用必须由司机磁光组件和背板磁场强度克服，以允许磁光组件旋转。此外，位于中间的司机磁光组件41可以利用更小的外部磁场控制，这表示可以使用更小的外部电磁体或者背板或磁性写头，以及/或者更少的用于驱动背板的电流。一旦关闭外部磁场，则两个乘客磁光组件42将立即对准中心司机磁光组件41。此外，改变磁光组件磁场强度的原理可以延伸至更大像素尺寸，例如一单独像素中包含有多于三个的磁光组件。乘客-司机-乘客间相互作用与司机响应外部磁场可通过以下公式进行量化：
司机磁光组件与两侧乘客磁光组件的磁吸引力＝D*P1+D*P2
司机磁光组件响应外部磁场＝D*Ex
其中，D＝司机磁场强度
P1＝乘客1磁场强度
P2＝乘客2磁场强度
Ex＝外部磁场强度
图6显示实施例的另一优点在于，当像素的外侧乘客磁光组件42具有减小的磁场强度时，像素之间的串扰能够被减少。两个较弱磁光组件之间的吸引力将远远小于两个较强磁光组件或者一个较强磁光组件与一个较弱磁光组件之间的吸引力。通过设计像素具有较强磁光组件在中间，以及较弱磁光组件位于像素的侧边，进而在像素之间产生稳定状态以防止串扰。外侧较弱磁光组件对相同像素内部的相邻较强磁光组件具有较强的吸引，但是相邻像素之间的边缘磁光组件之间存在的弱对弱吸引力是不足的，并且串扰被消除。
另一种消除串扰的方法是改变相邻像素的磁光组件的定位，以产生棋盘图案。以此方式，主导磁场与邻近像素的旋转轴总是垂直其相邻像素。这将防止用于旋转像素的外部磁场影响直接相邻的磁光组件，由于相邻磁光组件的方向被90度旋转，因此没有旋转力产生于相邻像素的磁光组件的旋转轴上。
本发明不限于本申请所述的特定实施例的范围。实施例仅仅是示例的目的。功能相同的特征和方法明显落入本申请所述的发明的范围之内。

Claims (20)

1.一种磁性显示组件，其特征在于，所述磁性显示组件包括：
一第一光学部，具有一第一色彩；
一第二光学部，具有一第二色彩，其中所述第一光学部与所述第二光学部沿着一色彩分隔面分开；以及
其中所述磁性显示组件被磁化，进而所述磁性显示组件的南北偶极平行所述色彩分隔面，并垂直所述磁性显示组件的旋转轴。
2.如权利要求1所述的磁性显示组件，其特征在于，所述磁性显示组件为圆柱状或近圆柱状。
3.如权利要求1所述的磁性显示组件，其特征在于 ，所述磁性显示组件的直径位于0.3至3毫米之间，并具有1/1至1/50范围的纵横比。
4.如权利要求1所述的磁性显示组件，其特征在于，所述磁性显示组件当接触一外部磁场时，仅围绕一单独旋转轴进行旋转。
5.如权利要求1所述的磁性显示组件，其特征在于，设定所述磁性显示组件，进而当位于第一方向时能够看到所述第一色彩，并且当接触一外部磁场时，所述磁性显示组件旋转大约180度至一第二方向，进而能够看到所述第二色彩，更设定所述磁性显示组件当没有施加外部磁场时，其需要基本为零的功率来维持所述第一方向与所述第二方向。
6.如权利要求1所述的磁性显示组件，其特征在于，所述磁性显示组件为第一磁性显示组件，并与靠近所述第一磁性显示组件放置的一第二磁性显示组件自动对准，进而所述第一磁性显示组件与所述第二磁性显示组件将自动地自调整其磁极为从北至南的第一双稳态，或者从南至北的第二双稳态，其中所述第一磁性显示组件与所述第二磁性显示组件在不接触外部磁场的情况下，将保持所述第一双稳态或者所述第二双稳态。
7.一种用于显示一或多个磁性组件的显示装置，其特征在于，所述包括：
一维或二维的像素阵列，所述一或多个磁性组件组成所述像素阵列的每个单独像素；
多个腔体，设定用于容纳至少一个像素；
其中每个像素与所述显示装置的其它像素分离，进而每个像素包含独立于其它像素的磁域；
其中每个像素的独立磁域允许组成每个单独像素的所述一或多个磁性组件自调整为第一双稳态或第二双稳态，并且不管所述像素阵列的其它像素行为，在缺少外部磁场的情况下保持所述第一双稳态或者所述第二双稳态；以及
其中在不影响所述像素阵列的其它像素方向的情况下，当组成每个单独像素的数组一或多个磁性组件接触外部磁场时，每个像素的独立磁域允许组成每个单独像素的所述一或多个磁性组件从第一双稳态旋转至所述第二双稳态，或者从所述第二双稳态旋转至所述第一双稳态。
8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述磁性组件包含：
一第一光学部，具有一第一色彩；
一第二光学部，具有一第二色彩，所述第一光学部与所述第二光学部沿着一色彩分隔面分开；以及
其中所述磁性组件被磁化，进而所述磁性组件的南北偶极平行所述色彩分隔面，并垂直所述磁性组件的旋转轴。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述多个腔体的形状以及所述磁性组件的形状至少部分约束所述磁性组件关于一单独旋转轴的运动。
10.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述外部磁场由显示装置的背板或者写头产生，并设定所述外部磁场垂直所述旋转轴，进而所述像素之一或多个磁性组件响应所述垂直磁场，并围绕所述旋转轴进行旋转。
11.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述外部磁场平行于所述显示装置的观看面板。
12.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，其中通过放置于每个像素之间的物理装置，将每个像素分为一独立磁域。
13.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，其中通过在较高磁场强度与较低磁场强度之间交替配置两个或更多磁性组件，且具有较低磁场强度的磁性组件位于像素两端，进而将每个像素分为一独立磁域。
14.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，其中通过磁性屏蔽材料将每个像素分为一独立磁域。
15.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，其中通过交替改变相邻像素的磁性组件的方向，产生棋盘状图案以使得一主导磁场与相邻像素的旋转轴垂直于其相邻像素，进而将每个像素分为一独立磁域。
16.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述第一双稳态为北向南方向，以及所述第二双稳态为南向北方向。
17.一种用于显示一或多个磁光组件的显示装置，其特征在于，所述用于显示一或多个磁光组件的显示装置包括：
一第一多个磁光组件，具有一第一磁场强度，并沿一第一方向定位；
一第二多个磁光组件，具有小于所述第一磁场强度的一第二磁场强度，并沿所述第一方向定位，其中设定所述第一多个磁光组件与所述第二多个磁光组件，进而所述第二多个磁光组件的各个磁光组件交替放置于所述第一多个磁光组件的各个磁光组件边侧；
其中所述第一多个磁光组件响应一外部磁场旋转至一第二方向；以及
其中所述第二多个磁光组件响应所述第一多个磁光组件的旋转，进而旋转至所述第二方向。
18.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，所述第二多个磁光组件的第二磁场强度相比所述第一多个磁光组件的第一磁场强度的平均磁场强度至少低20％。
19.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，其中设定所述第二磁场强度小于所述第一磁场强度，以至少部分防止所述第一多个磁光组件与所述第二多个磁光组件之间出现不希望的磁场干扰。
20.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，其中设定所述第一多个磁光组件与所述第二多个磁光组件为所述显示装置的第一像素，以及设定一第三多个磁光组件与一第四多个磁光组件为紧接所述第一像素的所述显示装置的第二像素，所述第三多个磁光组件的磁场强度大于所述第四多个磁光组件的磁场强度，其中放置所述第二多个磁光组件的单独磁光组件最接近所述第二像素以及放置所述第四多个磁光组件的单独磁光组件最接近所述第一像素，以至少部分减少所述显示装置的所述第一像素与所述第二像素之间出现的不希望串扰。
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