DD160934A1

DD160934A1 - COOLOMETER WITH LIQUID CRYSTAL DISPLAY

Info

Publication number: DD160934A1
Application number: DD22129680A
Authority: DD
Inventors: Erich Schleicher
Original assignee: Mittweida Ing Hochschule
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1984-07-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Coulometer mit Fluessigkristallanzeige, das aus einer Mehrschichtanordnung von Quecksilbermikrocoulometer und Fluessigkristallschicht besteht. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, fuer ein Quecksilbermikrocoulometer eine kontrastreiche, gut ablesbare Anzeige der Stellung des elektrolytischen Einschlusses zu erreichen. Erfindungsgemaess wird dazu die Coulometerkapillare, die durch eine Rille in einem hochpermeablen Substratplaettchen gebildet wird, mit einem ebenfalls hochpermeablen Deckplaettchen abgeschlossen und darueber die Fluessigkristallschicht mit transparenter Abdeckung angeordnet. Diese transparente Abdeckung und das Substrat haben leitende Belaege. Eine an diese Belaege angelegte Wechselspannung erzeugt in dieser Mehrschichtkondensatoranordnung an der Stelle des elektrolytischen Einschlusses eine andere Feldstaerke als ueber den Quecksilberteilsaeulen, so dass die Fluessigkristallschicht an dieser Stelle eine andere optische Reflexion aufweist. Eine Verstaerkung des Kontrastes ist durch Einbringen eines isolierenden Koerpers in den elektrolutischen Einschluss moeglich.The invention relates to a Coulometer with liquid crystal display, which consists of a multilayer arrangement of mercury microcoulometer and liquid crystal layer. The aim of the invention is to achieve a high-contrast, easy-to-read indication of the position of the electrolytic inclusion for a mercury microcoulometer. According to the invention, the coulometer capillary, which is formed by a groove in a highly permeable substrate platelet, is closed with a cover plate which is also highly permeable, and the liquid crystal layer with a transparent cover is arranged above it. This transparent cover and the substrate have conductive pads. An AC voltage applied to these pads generates in this multilayer capacitor arrangement, at the location of the electrolytic inclusion, a field strength other than over the mercury component columns, so that the liquid crystal layer has a different optical reflection at this point. An enhancement of the contrast is possible by introducing an insulating body into the electro-magnetic inclusion.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Coulometer mit FlüssigkristallanzeigeCoulometer with liquid crystal display

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Coulometer mit Flüssigkristallanzeige, das es gestattet, die Bewegung und die Stellung des elektrolytischen Einschlusses, der bei Quecksilbermikrccoülometern die beiden Quecksilberteilsäulen trennt, als Flüssigkristallanzeige sichtbar zu machen» In vielen Anwendungsfällen wurde bei Mikrocoülometern die Erkennbarkeit und Ablesbarkeit des kleinen, mit einem wäßrigen Elektrolyt gefüllten Einschlusses im üuecksilberfaden des Kapillarröhrchens als nachteilig empfunden. Der bei bekannten Ausführungen von Elektrolyt-Betriebsstundenzählern im Elektrolyttropfen angeordnete poröse Körper verbessert zwar die Erkennbarkeit, jedoch weicht diese Anzeige von den in der Elektronik üblichen Displays, d.h. Flüssigkristailen bzw. E le. k trol um ines ze nz -Anze i ge e le me η te η > ab. Bei den Ba lie le me η ten der lonik fehlte bisher eine solche Anzeige, die zu den Displays der Elektronik kompatibel ist.Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine solche Anordnung dar. Sie kann auf nahezu alle Mikrocoulometerausführungen angewendet werden und ist besonders vorteilhaft in elektronischen Geräten einsetzbar, die ohnehin eine Flüssigkristallanzeige besitzen, '·;. - '.. ' . ' "" · ' ; ' .. ' ^: .' .·The invention relates to a coulometer with liquid crystal display, which makes it possible to visualize the movement and the position of the electrolytic confinement, which separates the two mercury parts columns in mercury micro-columns as a liquid crystal display »In many applications, the Mikrocoülometern the recognizability and readability of the small, with a aqueous electrolyte-filled inclusion in üuecksilberfaden the capillary tube felt as disadvantageous. Although the porous body arranged in known versions of electrolyte operating hours counters in the electrolyte drop improves the recognizability, however, this display deviates from the displays customary in electronics, ie liquid crystals or oils. k trol umes ze nz -Inze g e le me η te η>. Such a display is incompatible with electronics displays. The solution according to the invention represents such an arrangement. It can be applied to almost all types of microcoulometers and can be used particularly advantageously in electronic devices , which already have a liquid crystal display, '· ;. - '.. '. '""·';'..' ^: ' . ·

^ η η r< -ir* Λ ^ η η r <-ir * Λ

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen müssen sowohl Anzeigemöglichkeiten für Mikrocoulometer als auch der technische Stand bei Flüssigkristallanzeigeelementen dargelegt werden.In order to characterize the known technical solutions, both display options for microcoulometers and the technical state of liquid crystal display elements must be set forth.

Eine einfache Methode zur Verbesserung der Ablesbarkeit verwenden die "Indachron" genannten Elektrolyt-Betriebsstundenzähler. Bei ihnen schwimmt im Elektrolyttropfen zwischen den beiden Quecksilberteilsäulen ein poröser Körper, der als Zeiger dient und gleichzeitig die Trennung zwischen den beiden Quecksilberelektroden verbessert. Solche Indachronzähler können zwischen - 25⁰C und +65 C, in Sonderausführungen auch für einen noch weiteren Temperaturbereich eingesetzt werden, Sie sind für einen maximalen Dauerstrom von 85 uA eingerichtet und werden entweder mit neutralen Skalen oder für die Standardbetriebszeiteri 1000/2000, 5000 und 10 000 Stunden angeboten. Oe nach dem gewünschten Einbau werden sie ähnlich wie eine Feinsicherung mit 6,35mm Durchmesser und 32 mm Länge, aber auch in verschiedenen rechteckigen Gehäusen geliefert.A simple way to improve readability is to use the Electrolyte Hour Meter, called "Indachron". In them floats in the electrolyte droplets between the two mercury parts columns, a porous body that serves as a pointer and at the same time improves the separation between the two mercury electrodes. Such indachron meters can be used between - 25 ⁰ C and +65 C, in special versions also for an even wider temperature range. They are set up for a maximum continuous current of 85 μA and are either with neutral scales or for the standard operating time 1000/2000, 5000 and 10 000 hours offered. Oe after the desired installation, they are similar to a fine fuse with 6.35 mm diameter and 32 mm in length, but also supplied in various rectangular housings.

Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung der Anzeige wurde in der Erfindungsanmeldung "Anordnung zur ionisch-pneumatischen Wandlung und Verstärkung" beschrieben. Bei dieser Anordnung schwimmt in dem wäßrigen Elektrolyt ein isolierender Körper, der mit einem durch eine Dichtungsbuchse nach außen geführten Stahlstift verbunden ist. Dieser Stift be* tätigt über ein Hebelsystem weitere, außen angebrachte mechanische Elemente.Another way to improve the display has been described in the invention application "Arrangement for ionic-pneumatic conversion and amplification". With this arrangement, in the aqueous electrolyte, an insulating body floats, which is connected to a steel pin guided outward through a sealing bushing. This pin operates via a lever system, other externally mounted mechanical elements.

Eine weitere Grundlage für die erfindungsgemäße Lösung bilden die Flüssigkristalle, Von den verschiedenen Flüssigkristallverbindungen interessieren hier nur die thermotropen Flüssigkristalle, Sie sind organische Verbindungen, die aus langgestreckten Molekülen bestehen, deren Anordnung überAnother basis for the solution according to the invention are the liquid crystals, Of the various liquid crystal compounds are of interest here only the thermotropic liquid crystals, they are organic compounds consisting of elongated molecules whose arrangement on

größere Bereiche bestimmten Ordnungsprinzipien unterworfen ist« Als Strukturtypen unterscheidet man nematische, cholesterinische und smektische thermotrope Flüssigkristalle. Die gewöhnlicherweise nur innerhalb kleiner Volumenbereiche einheitliche Ausrichtung der Moleküle kann durch äußere Felder, insbesondere durch elektrische Felder, homogen gestaltet werden. Eine solche anisotrope Ausrichtung ist optisch durch Veränderung des RefJexionsgrades erkennbar. Elektrooptische Anordnungen werden meist durch 5.,.,50/jm dicke Flüssigkristallschichten zwischen zwei Elektroden aufgebaut, von denen mindestens die Deckelektrode zur Beobachtung transparent sein muß. Für die Wechselwirkung solcher Flüssigkristallanordnungen mit elektrischen Feldern sind Vorzeichen und Betrag der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristali-Flüssigkeit maßgebend. Beispielsweise wird sich.in dem Bestreben, einen Zustand minimaler Energie zu erreichen, die Vorzugsrichtung einer nematischen Flüssigkeit mit positiver Anisotropie in Feldrichtung, bei negativer Anisotropie dagegen quer zur Feldrichtung einstellen,Larger areas are subject to certain principles of order. "Structural types are distinguished from nematic, cholesteric and smectic thermotropic liquid crystals. The orientation of the molecules, which is usually uniform only within small volume ranges, can be made homogeneous by external fields, in particular by electric fields. Such anisotropic orientation is visually recognizable by changing the degree of reflection. Electro-optical arrangements are usually constructed by 5.,..., 50 / jm thick liquid crystal layers between two electrodes, of which at least the top electrode must be transparent for observation. For the interaction of such liquid crystal arrangements with electric fields, the sign and magnitude of the dielectric anisotropy of the liquid crystal liquid are decisive. For example, in an effort to achieve a state of minimum energy, the preferential direction of a nematic liquid with positive anisotropy in the field direction, but in the case of negative anisotropy, becomes transverse to the field direction,

Oe nach Leitfähigkeit des Flüssigkristalls, die sich durch Zusätze geeigneter Elektrolyte über annähernd 6 Zehnerpotenzen einstellen läßt, und je nach Frequenz des an die Flüssigkristallschicht gelegten elektrischen Wechselfeldes können rein dielektrische {elektroelastische) Feldeffekte auftreten. .Oe by conductivity of the liquid crystal, which can be adjusted by additions of suitable electrolytes over approximately 6 orders of magnitude, and depending on the frequency of the applied to the liquid crystal layer alternating electric field purely dielectric {electroelastic) field effects occur. ,

Die· rein dielektrische Verformung nematischer Flüssigkristallschichten läßt sich stets bei Vorliegen geringster Leitfähigkeit im Flüssigkristall oberhalb der dielektrischen Relaxationsfrequenz beobachten, wobei die anliegende Spannung oberhalb einer bestimmten Schwellspannung liegen muß. Die iiViderstandswerte der Flüssigkristall-Materialien liegen bei 10 '.....· .lÖ^1Oßcni. Die niedrigeren Werte innerhalb dieses Bereiches, die also einer merklichen Leitfähigkeit entsprechen, werden vor allem für eine andereThe purely dielectric deformation of nematic liquid crystal layers can always be observed in the presence of lowest conductivity in the liquid crystal above the dielectric relaxation frequency, the applied voltage having to be above a certain threshold voltage. The iiViderstandswerte of liquid crystal materials are 10 '..... · .lÖ ^1O ßcni. The lower values within this range, which correspond to a noticeable conductivity, become especially for another

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Form des Flüssigkristalleffektes, den sogenannten dynamischen Streueffekt benutzt. Es handelt sich hierbei um Einwirkung von wandernden Ladungsträgern auf die Ausbildung homogener Flüssigkristallschichten.Form of the liquid crystal effect, the so-called dynamic scattering effect used. This is the effect of migrating charge carriers on the formation of homogeneous liquid crystal layers.

Alle diese beschriebenen Effekte sind seit langer Zeit bekannt und werden für die verschiedensten Zwecke, insbesondere für Flüssigkristallanzeigeelemente in elektronischen Geräten verwendet. Die dazu vorliegende Literatur ist umfangreich. Weitere Einzelheiten sind jedoch für die Beschreibung des technischen Prinzips der erfindungsgemäßen Lösung nicht von Bedeutung und sollen auch nicht unter Schutz gestellt werden.All these effects described have been known for a long time and are used for a variety of purposes, in particular for liquid crystal display elements in electronic devices. The available literature is extensive. However, further details are not important for the description of the technical principle of the solution according to the invention and should not be put under protection.

Eine Anordnung, die in kompakter Form eine Kombination eines Mikrocoulometers mit einem Flüssigkristallänzeigeeleraent gestattet, ist nicht bekannt.An arrangement which allows in a compact form a combination of a Mikrocoulometers with a liquid crystal display device is not known.

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Ziel der Erfindung . Object of the invention.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein üuecksilbermikrocoulometer mit Flüssigkristallanzeige als kompaktes Bauelement mit kontrastreicher Erkennbarkeit der Lage des -i elektrolytischen Einschlusses anzugeben. &The invention has for its object to provide a Üuecksilbermikrocoulometer with liquid crystal display as a compact device with high contrast recognizability of the position of the -i electrolytic inclusion. &

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Mikrocoulometerelement und den Flüssigkristall in einer Mehrschichtanordnung so zu kombinieren, daß die Stellung des elektrolytischen Einschlusses bei geeigneter äußerer Beschaltung als Flüssigkristallanzeige abgelesen werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter .i/eise die Kapillare des Mikrocoulometers durch eine Längsrille in einem isolierenden Substratplättchen gebildet und an ihren beiden Enden durch die Elektrolyseelektroden abgeschlossen wird. Bei den bekannten Ausfüh-The invention has for its object to combine the Mikrocoulometerelement and the liquid crystal in a multilayer arrangement so that the position of the electrolytic confinement can be read with suitable external wiring as a liquid crystal display. According to the invention the object is achieved in that in known per se .i / eise the capillary of the Mikrocoulometers formed by a longitudinal groove in an insulating substrate platelets and is completed at its two ends by the electrolysis electrodes. In the known embodiments

rungen wird diese Rille nach Einfüllen des Quecksilbers und dem Eindringen des elektrolytischen Einschlusses durch ein weiteres Deckplättchen verschlossen. Ober diesem prinzipiell beibehaltenen Aufbau wird die Flüssigkristall-Schichtenfolge angeordnet, Einen Längsschnitt durch das gesamte Anzeigeelement zeigt Figur 1. Die Kapillarrille des Mikrocoulometers 1 enthält die beiden Quecksilberteilsäulen 2 mit dem elektrolytischen Einschluß 3. Die Stirnseiten dieser Rille werden durch Elektroden abgeschlossen, von denen Anschlußfahnen zum Anlegen der Elektrolysegleichspannung nach außen führen. Da sich die Polarität nach der gewünschten Bewegungsrichtung des elektrolytischen Einschlusses richtet, ist die umgekehrte Polarität jeweils in Klammern angeführt. Die Rille ist in das dünne Substrat 4 eingraviert, das aus einem hochpermeablen dielektrischen Werkstoff bestehen soll, und wird durch ein sehr dünnes Deckplättchen 5, ebenfalls aus einem hochpermeablen dielektrischen Werkstoff bestehend, luftdicht abgeschlossen. Auf diesem Deckplättchen wird die Flüssigkristallschicht 6 aufgebracht. Den oberen Abschluß bildet ein Glasplättchen 7, auf dessen Unterseite sich eine transparente Leitschicht 8 befindet. Ebenso wird das Substratplättchen 4 nach unten durch eine metallische Leitschicht 9 abgeschlossen. Von beiden Leitschichten 8 und führen elektrische Anschlußfahnen für das Anlegen einer vi/echselspannung nach außen. Der gesamte Aufbau kann durch Verklebung zu einem kleinen, kompakten Bauelement verbunden werden.ments this groove is closed after filling the mercury and the penetration of the electrolytic inclusion by another coverslip. FIG. 1 shows a longitudinal section through the entire display element. The capillary groove of the microcoulometer 1 contains the two mercury parts columns 2 with the electrolytic enclosure 3. The end faces of this groove are closed by electrodes, of which terminal lugs for applying the electrolysis DC voltage lead to the outside. Since the polarity depends on the desired direction of electrolytic confinement, the reverse polarity is shown in parentheses. The groove is engraved in the thin substrate 4, which is to consist of a highly permeable dielectric material, and is airtight sealed by a very thin coverslip 5, also made of a highly permeable dielectric material. On this coverslip, the liquid crystal layer 6 is applied. The upper end forms a glass plate 7, on the underside of which a transparent conductive layer 8 is located. Likewise, the substrate plate 4 is closed down by a metallic conductive layer 9. From both conductive layers 8 and lead electrical tabs for the application of a vi / echselspannung to the outside. The entire structure can be connected by gluing to a small, compact component.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung wird angenommen, daß an den Elektrolyseelektroden eine niedrige Elektrolysegleichspannung entsprechend der eingezeichneten Polung liegt. Dann werden von äer Anode zur Katode durch den elektrolytischen Zwischenraum Guecksilberionen transportiert, so daß die anodenseitige Quecksilberteilsäule kürzer, die katodenseitige Säule dagegen langer wird. Der Zwischenraum verschiebt sich somit in RichtungTo explain the operation of the arrangement, it is assumed that a low electrolysis DC voltage corresponding to the marked polarity is applied to the electrolysis electrodes. Then be transported from OCE anode to the cathode through the electrolytic Guecksilberionen gap, so that the anode-side partial mercury column shorter, the cathode-side column, however long. The gap thus shifts in the direction

Anode. Umpolung verändert die Bewegungsrichtung. Durch Anlegen einer !Wechselspannung an die transparente Leitschicht 8 und die metallische Leitschicht 9 bildet sich zwischen diesen Schichten ein elektrisches Feld aus, wobei die Feldstärke im Dielektrikum über und unter dem Quecksilberfaden größer ist als über und unter dem elektrolytischen Einschluß. Die Ausrichtung der Moleküle in der Flüssigkristallschicht, d.h. die Trübung, ist somit in diesen Bereichen unterschiedlich, was zu einer unterschiedlichen optischen Reflexion und somit zu einer Erkennbarkeit der Lage des Einschlusses durch das Glasplättchen und die transparente Leitschicht führt. Es ist ersichtlich, daß durch Einbringen eines isolierenden Körpers mit geringer Dielektrizitätskonstante in den elektrolytischen Zwischenraum dieser Effekt wesentlich verstärkt wird, weil der Körper die geometrische Ausdehnung vergrößert und die Feldstärkeunterschiede erhöht. Die Wechselspannung beeinflußt den Elektrolysevorgang nicht, wenn die Verlustleistung entsprechend gering bleibt.Anode. Umpolung changes the direction of movement. By applying an AC voltage to the transparent conductive layer 8 and the metallic conductive layer 9, an electric field forms between these layers, the field strength in the dielectric above and below the mercury filament being greater than above and below the electrolytic inclusion. The alignment of the molecules in the liquid crystal layer, i. the turbidity is thus different in these areas, which leads to a different optical reflection and thus to a recognizability of the position of the inclusion by the glass plate and the transparent conductive layer. It can be seen that by incorporating a low dielectric constant insulating body into the electrolytic gap, this effect is substantially enhanced because the body increases geometric expansion and increases field strength differences. The AC voltage does not affect the electrolysis process, if the power loss remains correspondingly low.

Als Werkstoff· für Bodensubstrat und Deckplättchen kann beispielsweise eineBariumtitanatkerämik verwendet werden, deren relative Dielektrizitätskonstante bei entsprechender Dotierung über 10 000 liegt. In einem solchen Falle könnte die metallische Leitschicht aus einem auf·? gespritzten Silberbelag bestehen. Die transparente Leitschicht auf der Unterseite des Glasplättchens besteht üblicherweise aus SnOg. Es sind jedoch für Bodensubstrat und Deckplättchen auch andere und unterschiedliche tVerkstoffe verwendbar. Grundsätzlich gilt, daß die eingesetzten Materialien resistent gegenüber dem elektrolytischen Prozeß sein müssen und hinreichend dünn hergestellt werden können.As a material for soil substrate and coverslips, for example, a barium titanate ceramic can be used whose relative dielectric constant is more than 10,000 with appropriate doping. In such a case, the metallic conductive layer could consist of one on. consist of sprayed silver coating. The transparent conductive layer on the underside of the glass plate usually consists of SnOg. However, other and different materials are also usable for soil substrate and coverslips. Basically, the materials used must be resistant to the electrolytic process and can be made sufficiently thin.

Ausführungsbeispielembodiment

In einem Ausführungsbeispiel bestand das Coulometer mitIn one embodiment, the coulometer was with

Flüssigkristallanzeige aus einem Substratplättchen von 42 mm Länge, 9 mm Breite und einer Dicke von I₁B mm. Als ii/erkstoff wurde gesintertes BaTiO₃ mit Zirkon- und Lanthanoxid mit einer relativen Dielektrizitätskonstante bei Zimmertemperatur von 11 300 verwendet. Das Deckplättchen bestand aus dem gleichen Material, war aber nur 0,2 mm dick. Die Rille zur Aufnahme des Quecksilbers hatte einen Durchmesser von 1,4 mm; der Abstand beider Quecksilberteilsäulen wurde durch einen gesinterten Körper aus MgO, der in dem Elektrolyt schwamm, auf 1,3 mm gehalten. Als Flüssigkristall diente eine übliche nematische Flüssigkeit. Ihre Dicke lag bei 6 jjm.Liquid crystal display consisting of a substrate plate of 42 mm length, 9 mm width and a thickness of I ₁ B mm. As the substrate, sintered BaTiO ₃ with zirconia and lanthanum oxide having a relative dielectric constant at room temperature of 11,300 was used. The coverslip was the same material but was only 0.2 mm thick. The groove for receiving the mercury had a diameter of 1.4 mm; The distance of both mercury part columns was maintained at 1.3 mm by a sintered body of MgO floating in the electrolyte. The liquid crystal used was a conventional nematic liquid. Her thickness was 6 ym.

An die in bekannter i/Veise unter dem Glasplättchen aufgebrachte SnO₂-Schicht und die im Siebdruck auf der Außenseite des Bodensubstrates aufgebrachte und bei ?00°C eingebrannte Silberpaste wurde eine niedrige Wechselspannung von 100 Hz angelegt. Dabei zeigte sich die Lage des Einschlusses im reflektierten Licht als optisch kontrastreicher Fleck.A low AC voltage of 100 Hz was applied to the SnO ₂ layer applied in known manner under the glass plate and the silver paste applied by screen printing on the outside of the bottom substrate and baked at -00 ° C. The position of the inclusion in the reflected light was shown to be a contrast-rich spot.

Claims

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invention claim

1. Coulometer with liquid crystal display, consisting of a Üuecksilbercoulometer with an electrolytic inclusion and the outside of the Coulometerkapillare partially covering liquid crystal layer, characterized in that the Coulometerwand consists wholly or partly of a highly permeable dielectric .Material and forms the bottom electrode of the Flüssigkristallanzeigeeiementes .:

2. Coulometer with liquid crystal display according to item 1 «, characterized in that for widening the distance of the two euecksilberteilsäulen in the electrolytic enclosure floats an insulating body.

See 1 SeHa drawings