专利名称:显示装置及其显示元件的制作方法本发明涉及一种显示元件和一种包括许多这种元件的显示装置，特别是涉及一种具有能控制光反射特性的光反射显示元件。例如在运动场中的大尺寸图象装置以及在机场和火车站的阿拉伯数字显示装置等显示装置有许多缺点。举例如三色显示的光发射的彩色显示器仅仅表面积的一小部分用于产生每种颜色。在用彩色电视原理的装置上，为了显示“蓝色”，仅用了不到三分之一的有用表面积。对于应用彩色灯泡的装置，甚至只用了更小部分的表面积。应用挡板或翻板的机械光反射显示装置的显示器，只能作相当慢的变换;而且这种挡板或是可见的，在这种情况下有损显示器的直视外形，或是隐藏在固定遮盖之后，这就减少了显示器的有效面积。本发明的目的是设法克服或减少上述的一个或多个缺点。在法国专利FR 2229332的图6中公开了一种显示装置，它具有许多一种颜色的V片，V片能有选择地旋转至第二色的固定片G的前面进入视线。这种结构的缺点是只能相当慢地绕枢轴转动。为了避免V片和G片之间的碰撞，需要有一个较大的绕枢轴转动的半径。此外，为了完全遮盖固定片，活动片必需偏心地安装。而且，不是所有的片都能从最佳角度同时看到的。还有，法国专利FR 2229332的这种装置的大量表面是由固定的外壳组成的。因此，本发明的第一个目的是给出一种光反射显示元件，这种元件具有许多套两片或多片组，从正面可见其前表面的各套的片一个跟在另一个后面地排列着，各套中的相应片组具有同样特性的光反射表面，其特性不同于其他片组的特性，而且这些组中至少有一个组是单独可活动的，这样，从正面可选择性地见到所述的前表面，其特征是在每套中的这些片放在紧密邻近的平行面中，而且这些套也作平行的、但横向位移。这种结构的优点是显示元件的响应时间可很短，例如小到10毫米或更少。因为所有这些片是平行的，避免了它们之间的接触，接触会减慢显示的变换，乃至引起损坏。另一个优点是可将许多这样的元件组装成一个显示装置，在这装置中基本上所有的表面积都有助于显示。基本上没有因固定外壳或无效显示区形成的显示面积的“死”区。最好每个可活动片组安装在相应的支撑元件上，例如一个拉杆或纵向移动的平行于叶片运动平面的板。因为提供了一个低惯性的支撑结构以及减少了空气阻力，这就有助于很快地驱动显示元件。在最佳实施例中，有N个片组，其中之一是固定的，而(N-1)个组是可驱动的。每一组中的片有同样的颜色，每组在高速操作时能极灵活地显示。这里有相当于黑色和三个原色的四个组，可提供类似于彩色电视的效果。在一个最佳的操作方法中，这些片以快得人眼看不见单色的速度振动。这有一个优点，即允许在宽的范围内以任何所希望的亮度显示合成色，能从极近距离看显示，而不会觉察出基色。本发明的第二个目的是提供一种光反射显示元件，它包括多个有光反射表面的片，这些片具有不同特性，并且一个跟在另一个后面排列，这些片中至少有一个是可以单独活动的，这样它的表面是选择性地可见的，其特征在于该片用高到人眼不能觉察出表面独特特性的频率驱动。
本发明的第三个目的是给出一个光反射显示单元，它包括许多个具有不同特性的光反射表面的片，且一个跟在另一个后面排列，其特征在于，这个单元包括N片(N是整数，等于或大于3)，其中N-1片是各自可活动的，它们的表面是选择性地可见的。
这个单元的优点是它允许给出极灵活的彩色显示。
现在仅用举例的方法并参照附图来描述本发明的较好实施例图1表示本发明的第一个实施例的显示元件的底部透视图。
图2和图3表示本发明的第二和第三实施例的显示元件侧视图。
图4a和4b用图示本发明显示元件的视角。
图5表示本发明的第四个实施例的显示元件侧视图。
图6表示本发明的第五个实施例显示元件顶部透视图。
图7a表示包含图1中所示类型的三个显示元件的显示装置的侧面剖视图。
图7b和7c表示按图6组合显示元件形成的两个显示装置的侧面剖视图。
图8a、8b和8c表示按照本发明用多个显示元件构成片组件的方法步骤。
图9a-9f表示用于本发明显示元件的六个驱动装置示意图。
图1表示本发明的显示元件100，这个元件可单独应用，但是通常用排列成行和列的紧接毗连的元件100的阵列形成大的显示装置。这个元件包括前面有一个透明窗口102的外壳101。靠近窗口的外壳内设置许多矩形板或片，按四套10、20、30、40排列每套包含两片。各套中相应片的前表面以同样颜色染色，形成一个片组。例如11、21、31、41片组可能染成黑色;这一组叫做A1。12、22、32、42片组的前表面染成第二种颜色，例如白色，这个组叫做A2。
如图所示，A1组的片相对于外壳101是固定的，而A2组的片安装在板130上，此板又按次序装在可轴向移动的支撑拉杆110上。电磁驱动装置120可使拉杆110在双箭头111所示方向作往复运动。在较好的结构中，拉杆110本身构成装置120的电枢。在图1中A2组是在“下”的位置，在这里它完全是隐藏的，以便在角度范围X内的一个观察者看这个元件时显示全黑。当拉杆110驱动A2组到“上”的位置时，A2组是完全显露出来，因而完全显示出白色。如果应用单个元件，黑色前片11或外壳101的一部分可能仍然可见;若应用多个元件100形成显示装置的一个列，可调整前片11隐藏在下一个显示元件的片42的背面。
除了上述的极端位置外，拉杆110可移到任何中间位置，这样，显示器可表示黑色和白色的所有混合色，在通常视距内，它将能显现所有的灰色调。
上述实施例的优点是能高速操作。驱动装置120，110的响应时间可能低达几毫秒，如在电视中一样，这使显示器能在适合实时操作的速度下工作。通过增加每个显示元件中片的套数来减少各片和支撑件需要运动的距离，因此操作速度可进一步增加。所有运动是在一个方向进行的，这也有助于高速操作，特别是将所有运动部件在运动方向上的横切面积制成尽可能地小，以减少空气阻力。
这些片可放在与显示器位置决定的垂线成任何角度的位置上，而这个显示器在宽视角范围内清晰可见。隐藏片的侧面为不透明外壳或固定片座或为一个阵列的同一行中邻接的显示元件挡住视线。这种结构提高了水平视角。
即使在很亮的情况下，也保证有高的对比度。因为不需要绞链和凸轮等，这种显示元件是高度可靠的，并且工作寿命长。显示元件的制造是简单和便宜的，并且它的能量消耗低，工作电压范围是可变的，不需要高电压。
图2所示为本发明的一种显示元件200。外壳201有一个透明前盖202并装有一个用于固定片的支撑件205和电磁驱动装置220，此驱动装置通过可纵向移动的拉杆210来移动与驱动装置220连接的活动片的支撑件225。这些片如图1所示设置成10、20、30、40四套，但在这个实施例中，每套包括四片。这些套的前片是固定的并一起组成A1组，A1组可染成黑色。这些套的第二片有不同颜色，例如绿色，并一起组成第二组A2。A2组装在支撑件225上，并用驱动装置220驱动。这些套的第三片有另一个不同的颜色，例如红色，并组成第三组A3。这些套的第四片，即最后一片也有不同颜色，例如蓝色，并组成第四组A4。A3和A4组各组分别有它相应的支撑件、拉杆和电磁驱动装置(未图示)，这样它们可独立地动作。
随A2，A3，A4组的拉杆移动量的不同，就可得到这些颜色任何所要混合色，而且在通常的观察距离内，可得到任何所希望得到的色调。另外，调整固定黑片的一特殊的部分保持可见，可得到的亮度范围就宽了。
此外，除了第一个实施例的优点外，图2实施例还有改变颜色的进一步的优点，其方式是仅对每一原色的每个显示元件外加单个驱动装置。
图3表示本发明显示元件300，它带有固定片的支撑件305和每一组可动片的支撑件325。除在图3中当电枢拉杆310在离开电磁驱动装置320方向运动时，可动片的各组是向下运动外，图2和图3的实施例是类似的。所示的这种特殊结构有允许显示元件用另一种堆积方法的优点;此外，这个外壳的横截面基本上能是矩形。
图4a和4b表示显示元件的套10、20的侧视图，并图示这个显示元件的视角。如图4a和4b所示，这些片通常是向上和向前方倾斜的，在这种结构中，因为这个显示通常从左下方观察，所以看不见片边缘或在片之间的间隔。这样，可得到较低背景亮度级别和较高对比度。虽然也能向其他方向倾斜角，例如象图5中的显示元件500向下和向前倾斜，但除非从左上方观察，否则对比度是差的。
为适应不同的应用，可对片的数目、大小高度和厚度作选择。参照图4a，最佳视角“a”是水平线与一套中的片在最小或最大位移时的末端连线之间的夹角。在这个角度显示性能最好，而且对比度为最大。在制造时，这个角“a”一般可用互相有关的组彼此的位置变换来控制，如图4b所示。换言之，这些显示元件的倾斜角是可调节的。
本发明的第五个显示元件600如图6所示，它包括固定片11、21、31的组A1和在其本身平面内可动的片12、22、32的组A2。这些片配置在10、20、30三套中。组A2的可动片连接到电磁驱动装置620的电枢610上，而组A1的固定片连接到底盘607上。电枢在平行于片平面的开口614内向上和向下移动，它的位移由开口的上下边缘608、609限定，开口作为定位元件，由此保证可动片完全可见或完全隐藏。定位元件也起减少电枢振动和摆动的作用。
组A2的片用类似框架的支撑件625连接到电枢610上。
图7a是显示装置700的侧视图;该装置包括类似于元件100或200的三列显示元件100′。
图7b和7c是显示装置720、740的侧视图，它们各包括三列类似于元件600的显示元件600′。调整这三个装置的片面向不同的方向上，这取决于所期望有的视角。
这些装置有透明的前盖702、722、742。若应用单个显示元件600，由图6可看出，固定片11始终可见，这就减少了显示器的灵活性。但是，其中多个显示元件配置成一行，由于这种配置的显示元件顶部的可动片有选择地盖住显示元件紧靠其上方的底部固定片，避免或至少很大程度上减少了这个缺点。在703、723、743位置处，外壳的壁可以是透明的或不透明的，若它们是透明的，当前部的可动片在“下”位置时，在它后面的固定片是清楚地可见的。若它们是不透明的，就使它们与固定片的颜色相同。作为另一种配置，多个元件可均占用一个共同的外壳和前面的透明盖，在这种情况下，可省去703、723、743位置处的壁。
图7a、7b和7c显示装置的一个优点是它们所有的显示面积基本上是有效的。另一优点是这些片可以任何所希望的角度倾斜，使得有可能达到最佳视角;由于有透明盖702、722、742，不存在雨水或尘土进入片间空隙的危险。
图8a，8b和8c图示出一种制造组装本发明显示元件片的合适方法。这些片装在支撑脚801上，见图示一个套10的图8a。脚801按如下方式分别连接到板(F′，G′，R′，B′)。在固定片组A1中每一片各有两个脚，这两个角用固定板F′连接到底盘上。在第二组A2中的每一片有单独的脚连接到板G′上(为绿色)。同样，第三组和第四组A3、A4的片分别连接到板R′(为红色)和B′(为蓝色)上。板F′，G′，R′，B′分别连接到拉杆F，G，R，B上，它们用中间横杆803互联。所有这些片11-44，脚801，板F′、G′、R′、B′，拉杆F、G、R、B和横杆803最好用浇铸，压制，注模法或机械加工制成一个整块，这使它们一开始就精确地排列好。制造后，这个集成组件按下述步骤固定到三个电磁驱动装置上。两个拉杆F固定到底盘上，拉杆G、R、和B分别固定到已相互彼此固定的电磁驱动装置820G，820R，820B的电枢上。然后割开横杆803，如用机械加工或激光切割，将片的各组分开，使它们单独可活动。上述工艺可从单块组装扩展到同时制造多个显示元件。
在分别制造和随后组装片的情况下，这些片可在组装之前涂漆。在一起制造这些片时，如在前段所述的那样，在最佳视角“a”的方向喷涂油漆是有益的。依次涂上这些颜色。完全激励一个电磁驱动装置，显露出单个片组，接着将所需颜色喷涂在显示元件上。电磁驱动除去激励，依次重复此顺序涂其它颜色。最后当所有电磁驱动都除去激励时，以背景色(通常为黑色)喷涂在显示元件上。
上述显示元件的电磁驱动装置可为各种类型。它们可能是单稳态(例如带有一个稳态的弹簧加载电枢)，极化的或双稳态(在此，电枢可磁闭锁在两个位置的任何一个位置上)。另一方面，也可应用多稳态电磁驱动装置，以便这些片能够出现在中间位置上。
图9a表示一个三稳态电磁驱动装置920，它包括磁轭925和927，电极片921，弹簧垫圈929，固定的永磁体922和园筒形线圈924，该线圈有一个电枢926，在电枢上装有另一个永磁体928。当园筒形线圈924完全激励起来排斥磁体928时，就克服了磁体922的吸引力，使电枢完全移动到左边。当园筒形线圈924完全激励起来吸引磁体928时，电枢完全移动到右边。若这个电枢在它的最右边位置，而希望它移动到第三个位置，即中间位置，线圈924被激励，用来在足以使磁体928移动到所需位置的时间周期内排斥磁体928，在此位置上磁体928与磁体922对准而不再移动。由于磁体922的力，使磁体928保持在中间位置。
图9b表示一个类似于装置920的四稳态电磁驱动装置900的电枢906，但带有两组永磁体902、903，与永磁体908相互作用，除两末端位置外。还给出两个稳定的中间位置。在图9a和9b中，固定永磁体922，902，903可用非永久磁化的磁元件代替。
图9c表示一个具有自由悬挂的园筒形磁心912的多稳态驱动装置910。磁心支撑在波浪形弹簧片916上，电枢914构成片组的活动拉杆或与片组的活动拉杆连接。装置910的活动元件牢固地连接到弹簧片916上，防止元件绕它们的轴旋转。磁心可用模拟或连续方式在任何所希望的位置上定位，这是通过园筒形线圈918的合理激励，即改变通过线圈的电流或电压的量或改变负荷循环比(duty cycle ratio)来确定的。
图9d表示一种电磁驱动装置930，它使电磁装置931，932，933能一个跟着一个，不是边靠边地设置。这些装置分别有电枢935，936，和937。至少装置932和933得是管状的，这样后面装置的电枢可通过管子的中心。如图所示，这些电枢也是管状的，但它们也可并排地配置。图9d的配置使得显示元件有可能很紧密地组合起来。电磁装置931、932和933最好是彼此磁屏蔽起来。
图9e所示为一种电磁驱动装置940，它具有两个电磁线圈，其中一个为942，它装在另一个为941的电枢上。这就构成一个四态装置。用类似的安装技术将任意数目的电磁线圈组合起来，以得到所希望的状态数目。
可以用带有像弹簧那样的几个阻尼装置的任一电磁铁作模拟型操作，即位移基本上是有一个连续等级范围的。所有这些等级都可以通过改变激励负荷循环比而得到，一个例子是音频线圈型电磁铁，如在图9f中所示的950。这是类似于图9c的电磁铁装置。一个音频线圈型电磁铁和轻质片的结合，提供一个快速工作的显示。所示的波浪形弹簧片951最好由轻质材料制造。也可提供一个上面的波浪形弹簧片952以对抗任何横向位移的倾向。除以模拟或连续方式工作外，电磁铁可采用不连续状态，即数字式地工作。
可选择波浪形弹簧片951的刚性使其仅在从一个状态到另一状态高速变化时需要全部的力。只须用全部力的一部分来保持一个已达到的状态。
对上述实施例可作许多变换。
这些片可能进行静态或动态工作。在静态型中每一个可动片在两次运动之间比较长的时间内是相对稳定的。通过在某时刻激励一个电磁铁，仅仅显示连接到电磁铁上的这些片的颜色。通过同时激励一个以上的电磁铁，就显示两个或多个原色，对人眼来说，若观察距离长到足以将两个原色混合成一个合成色，即产生了合成色。合成色要求电磁铁状态的最小数目是三个，因为中间状态对部分显示这些片是必须的。
除了以对于人眼跟踪来说太快的速度连续地更新这些颜色外，动态型工作与静态型相类似。这类似于彩色电视的工作，工作频率可能是25到60赫兹。在动态型中，用合适的电磁驱动装置的负荷循环调节(duty cycle modulation)可能得到更多的中间等级数目。例如，假定固定片组是黑色的，而且三组可动片组对应三个原色。通过显露相应片来显示一个原色，显露时间取决于这个颜色所希望的强度，重复次数为每秒25-60次。若在整个周期内显露这些片，颜色是强的，若显露较短时间，产生该颜色较低的亮度等级。若在这周期内显露一个以上的原色，眼睛将看到的颜色是代表激发原色总有效暴露的合成色。为了显示黄色，只要依次快速重复激励红色和绿色片。人眼将看到黄色而不是分开的红色和绿色，黄色色调取决于红色和绿色片的相对显露次数。这个“颤动”(flutter)技术可能广泛应用于显示元件。
若驱动脉冲的频率或信号超过驱动装置的响应时间，显示元件回复到静止态，此时可动片的位置与所用信号的平均值相对应。
本发明显示元件的速度通过在真空中工作可进一步增加。虽然仅在图6中描述过定位元件，也可在其他实施例的驱动装置中提供定位元件，使这些片快速和精确定位和减少振动。
这些片的一组或多组可是发荧光或磷光的，尤其适用于夜间。这些片可具有不同的形状(例如在不同组片上沿不同方向开平行槽)，或不同的抛光表面(如无光泽的或有光泽的)。而不是色彩的变换;或这些片除了有色彩的不同外，不具有不同的形状或不同的抛光表面。
在上述的所有实施例中，每片的表面基本上是均匀的。但是，一个组中这些片可以具有一个所需图形的各个详细部分，则一个显示元件或显示元件的阵列就产生一个完整的图象。这特别适用于重复变换的广告显示。另一个可能的应用是改变交通信号，如由一个行人的行走或站立的图象所构成的交通信号。没有动力供给驱动装置的显示图形表示“安全”，即上述例子中，人站着的图象;这样，如果电力供应中断，这个装置就失去安全。这和普通应用灯泡或其他光发射装置的信号相比有相当大的优点。
可应用的电磁驱动装置的另一形式是一个驱动一根导杆的小电机，在导杆上拧着一个与片组相连的螺母。这些片的位移用电机轴的旋转角度以及导杆和螺母的螺距来控制。这个电机可提供一个连续的输出，或者可能是一个提供不连续的或数字输出的步进电机。
在本发明的所有实施例中，在各个电磁驱动装置之间进行了屏蔽，以减少杂散磁场和电场的影响以及这些片不正确操作的危险。
可用静电、压电、液压、气动或任何其他合适的驱动装置代替电磁驱动装置。
可用计算机控制一个大显示装置中的所有显示元件的操作，这个显示装置包括显示元件大量的行和列。计算机也可用于控制亮度或对比度、选择色彩、以及对在特殊地点观察者来说的最佳视角。此外，还能存贮要显示的图象，采集返回信息，并采集与出现任何错误有关的数据。在静态显示中，计算机通过控制这些片的位移来控制亮度。在动态显示中，计算机控制位移和该位移维持的时间;即亮度与片的显露面积和显露的平均时间的乘积有关。这两个量可由负荷循环调节(duty cycle modulation)直接控制，但应注意到，显示的响应可能不是线性的。包括只读存储器的计算机可用于测定准确的负荷循环比(duty cycle ratio)。有关一个典型显示元件的显示响应殊性信息或在一个大阵列或屏幕中每一个元件的显示响应特性信息，可存储在计算机中。所希望的亮度等级级别不断地送入计算机，计算机根据元件的特性计算出准确的负荷循环比。这些特性在显示寿命期间可能需要校正。电枢的响应时间，即移动最大位移的时间，可能很短，例如小到几毫秒或更少;这能使计算机在适应于实时操作的速度下操作这个显示装置，如同电视一样。
可安排显示元件由一个七部份特性显示单元的不同部份组成，而不是一个基本连续的显示。点矩阵型显示单元也可用单个片的反射面组成，这些片为方形、园形、矩形或蜂窝形。
当用于形成大屏幕显示装置时，能产生高质量的类似于彩色电视的图象，每个显示元件显示整个图象的一个点。大屏幕显示特别适用于室外，那里的强日光或阳光是一大优点，而不象对于许多现有显示装置那样是缺点。如果需要的话，夜间可以用灯照亮显示器。可预计的应用是广告牌，信息显示、运动场的记分牌、电影院和很大屏幕的电视。
在图6的实施例中，臂610的末端枢轴可动地安装在电磁驱动装置620的里面。意思是这些可动片移动略呈弧形。这些片可能绕水平轴轻微地弯曲，以保持它们之间等距离的分隔。因为套10、20、30的片一个跟在另一个后面放置，只要简单的驱动装置就足够了，不需要偏心或任何其他复杂的驱动。每一片放置在它自己的同心环上。
在本发明的所有实施例中，这些片可绕一垂直轴弯曲，以改进水平视角。
在本发明所有描述的实施例中，有一个片组是固定的，但是，如果需要的话，所有组都可是活动的。
可以设想本发明的一个显示元件可能仅包括一套片。
彩色显示元件最好是用相应于黑色和三个原色的四个组。在一个变换型式中，有五组，在上述颜色中再加上白色。因此，可给出从二个组开始至任何希望数目的组，可用合成色和/或具有不同图形或不同表面光洁度的片，再添加原色或代替原色。另外，每个显示元件可有任何数目的套;对一个给定尺寸的显示元件而言，套越多，需要的位移越小，而驱动这些片就越快。
这些显示元件每个都可装有一个由电枢位移驱动的开关。这样一个开关对确认显示信息等详情提供了方便，特别适合于银行和证券交易所使用，这个开关也可用继电器型触点。
本发明的显示元件相当便宜，且制造简单、运行可靠而耐用。


一个光反射显示元件包含几套(10，20，30，40)，片，其中相应的片，例如组(12，22，32，42)有相同颜色，这些组中至少一组通过拉杆(110)在该组可见位置和该组藏于另一组后面的位置之间滑动，为产生明暗，可动组也可占据中间位置；此外，该组可以高得人眼不能看到的频率振动。当给出相应于黑色和三原色的四个组时，可模拟不同亮度等级的各种合成色，产生彩色电视机的效果。可将这些元件组合起来形成数字显示或大的图象陈列。