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Elektronisches Bildschirmgerät Die Erfindung betrifft ein elektronisches
Bildschirm- oder Displaygerät, bei dem eine tropfbar flüssige Kristallsubstanz zur
Verwendung kommt.
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Ein Charakteristikum derartiger Geräte ist ein geringer Kraftverbrauch
für die Bildherstellung im Vergleich mit solchen Geräten, die mit fluoreszierendem
oder elektrischem Licht arbeiten. Dies hat seine Ursache darin, daß im einen Fall
das Ablesen durch reflektiertes Licht erfolgt, während es im anderen Fall durch
die Emission seines Eigenlichts stattfindet. Eine tropfbar flüssige Kristallsubstanz
nematischer Phase bildet Moleküle und wird durch das äußere, elektrische Feld verteilt.
Die Kristallsubstanz erhält dadurch eine sehr starke Doppelreflektion, wodurch das
einfallende Licht gestreut wird. Dies resultiert in folgenden Vorteilen. Wenn keine
Lichtquelle vorhanden ist, dann funktioniert ein Bildschirm- oder Display-Gerät
mit einer tropfbar ftsslgen Kristallsubstanz nicht. Je stärker jedoch das einfallende
Llcht ist, je heller ex also in der Umgebung des Gerätes ist, desto lelcßter erfolgt
das Ablesen. Die herkimmliche Bildröhre ist selbstleuchtend. Dies heißt, daß eine
solche Bildröhre in einem dunklen Raum coh; leicht abzulesen ist. Je heller der
Raum jedoch wird,
desto schwieriger wird das Erkennen der Bilder,
und es kann festgehalten werden, daß in einem sehr hellen Raum die Bilder praktisch
nicht erkannt werden können.
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Ein Bildschirm- oder Display-Gerät nach der Erfindung weist in Übereinstimmung
mit ihrem Hauptmerkmal eine tropfbar flüssige K ristallsubstanz nematischer Phase
zwischen zwei transparenten Glaselektroden auf, von denen die eine eine Refle x
ionsebene bildet, so daß es beim Anlegen einer Wechsel- oder Gleichstrom-Spannung
zur Erzeugung einer effektiven Turbulenz kommt, die ein dynamisches Streuen des
Lichts bewirkt.
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Es kann hier festgehalten werden, daß tropfbar flüssige Kristallsubstanzen
in drei Gruppen unterteilt werden können, nämlich die nematischen, die smektischen
und die cholesterilen Substanzen. Jede dieser Substanzen besitzt bestimmte optische
Eigenschaften. Besonders günstige optische Eigenschaften besitzen die nematischen
und die cholesterilen Substanzen. Diese sind darüber hinaus durch ein elektrisches
Feld sehr leicht beeinflußbar. In Abhängigkeit von der angelegten Spannung findet
die Verteilung der Moleküle statt, und das Licht wird milchig weiß gestreut.
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Bei den erfindungsgemäßen Bildschirm- oder Display-Geräten ist die
Lichtintensität maßgebend für die Bildfunktion. Es erweist sich deshalb von besonderem
Vorteil, reflektierendee Licht zur Anwendung zu bringen, was beispielsweise dadurch
erfolgen kann, daß ein dünner Metallfilm auf die Rückseite wenigstens der einen
transparenten Glaselektrode aufgebracht wird. Dieses Aufbringen eine derartigen
Metallfilmes kann beispielsweise durch Verdampfen erfolgen, oio sollte ein Metall
mit hohem Reflexionsgrad Verwendung fiindea, wie Aluminium,
Silber
oder Nickel.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung mehrerer, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erkennbar.
Es zeigen: Fig. 1 bis 4 das erfindungsgemäße Bildschirm- oder Display-Gerät in vier
schematisch dargestellten Ausführungsformen jeweils in einem Querschnitt, und Fig.
5 und 6 Draufsichten auf die in Mosaikform angeordneten Reflexions -Elektroden.
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In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Bildschirm- oder Display-Geräts bezeichnen 1 und 2 zwei transparente Glaselektroden,
die durch eine elektrisch isolierende Substanz 3, wie Glimmer od. dgl. , auf Abstand
gehalten sind. Zwischen diesen Elektroden 1 und 2 ist eine tropfbar flüssige Kristallsubstanz
4 nematischer Phase angeordnet. Die Rückseite der transparenten Glaselektrode 1
ist, wie mit 8 angedeutet, als Reflexionsebene ausgebildet, was zur Folge hat, da13
beim Anlegen einer Spannung weißes Licht der tropfbar flüssigen Kristallsubstanz
nematischer Phase gestreut wird. Einfallendes Licht wird nämlich durch die Reflexionsebene
8 reflektiert, und zwar zu der Kristallsubstanz 4 hin, was die Lichtstreuung effektiv
zur Folge hat.
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In Fig. 1 bezeichnet noch 5 Lagen aus leitfähigem Material, mit welchen
die Elektroden 1 und 2 beschichtet sind. Diese bestehen beispielsweise aus Zinnoxyd
und besitzen eine Stärke von etwa 0, ljim
6 bezeichnet die Stromquelle
und 7 einen Kontaktschalter, ist dieser geschlossen, dann fließt ein Strom durch
die Lagen 5 beidseits der Kristallsubstanz 4.
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Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß
Fig. 1 nur darin, daß hier nicht die Rückseite der einen Elektrode 1 als Reilexionsebene
ausgebildet ist, sondern stattdessen ein ebener Reflexionskörper 9 mit der Elektrode
1 im Bereich von deren rückwärtiger Seite verbunden ist. Weiterhin ist anstelle
der Wechselstromquelle 6 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Gleichstromquelle
6' angedeutet.
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In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist nur die eine Glaselektrode
11 als Plankörper ausgebildet, während die andere Glaselektrode 10 ein halbrunder
Linsenkörper ist. 12 bezeichnet auch hier wiederum Abstandsstücke aus elektrisch
isolierendem Material, welche die beiden Elektroden 10 und 11 auf Abstand halten,
so daß zwischen ihnen die Kristallsubstanz 13 angeordnet werden kann, und 14 bezeichnet
Schichtlagen aus leitfähigem Werkstoff. Die rückwärtige Seite der Elektrode 10 ist,
wie mit 17 angedeutet, als Reflexionsebene ausgebildet. Diese Ausführungsform ist
darin vorteilhaft, daß sie mit der halbrund ausge bildeten Elektrode 10 den Streueffekt
der tropfbar flüssigen Kristallsubstanz erhöht. Das einfallende Licht wird durch
die Reflexionsebene 17 reflektiert und dann über die Fläche 11' der tropfbar flüssigen
Kristallsubstanz 13 nematischer Phase kondensiert.
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Wird nun angenommen, daß der Reflexionsgrad des Spiegels mit 100 7o
angesetzt werden kann, dann sollte die Linse so gewählt werden, daß das Verhältnis
zwischen der ebenen Fläche der Elektrode 10 und der Kondensationsfläche 11' der
tropfbar flüssigen Kristallsubstanz
13 nematischer Phase 2 : 1 ist.
Da der Abstand zwischen den beiden Elektroden 10 und 11 sehr klein ist, ist feststellbar,
daß sich in der Fläche 11' im Vergleich zu der Stärke des einfallenden Lichts die
dreifache Lichtstärke kondensiert. Durch geeignete Wahl der linsenförmigen Querschnittsform
der Elektrode 10 kann demgemäß das einfallende Licht sehr leicht kondensiert werden,
was nach dem Anlegen einer Gleichstromspannung 1 5 und dem Schließen des Kontaktes
16 den Streueffekt des Lichts wesentlich erhöht.
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Durch praktische Versuche wurden die vorstehenden Angaben bestätigt.
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Besondere Vorteile erzielte man bei kompakten Bau größen, wie im Falle
einer Armbanduhr, bei der es bekanntlich darauf ankommt, daß der Streueffekt der
tropfbar flüssigen Kristallsubstanz sehr klar ist. Für Armbanduhren empfiehlt sich
daher insbesondere die Ausführungsform der Fig. 3 mit der halbrunden Linsenform
für die untere Glaselektrode 10.
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Für ein Anzeige- oder Aufzeichnungssystem mit einer tropfbar flüssige
gen Kristallsubstanz gemäß Erfindung muß wenigstens die eine der beiden zur Verwendung
kommenden Elektroden transparent und weiterhin leitfähig sein. Hinsichtlich der
anderen Elektrode gibt es praktisch keine Beschränkung, sie muß nur fähig sein,
als solche zu wirken.
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Es sollte in diesem Zusammenhang auch noch festgehalten werden, daß
die Herstellung von Elektroden ur Zurschaustellung von Buchstauben und Zahlen einfach
und so weit wie möglich kostensparend erfolgen sollte, welche Faktoren mittels des
er£indungsgemäßen Bildschirm- oder Display-Gerätes erkennbar optlmal beherrßcht
werden können. Es ist im Rahmen der Erfindung weiterhin ohne weiteres möglich, Elektroden
ftir Buchstaben und Zahlen in Mosaikform durch Benchlchtung der Isolierplatte mit
einem dünnen Film aus leitfähigem
Metall zu bilden, was mit anderen
Worten heißt, daß die Bildwirkung der tropfbar flüssigen Kristallsubstanz durch
Aufbringen einer Spiegelschicht aus Metall auf die Isolationsbasis erhöht wird.
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In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die bei der Anlegung einer
Spannung eine Lichtstreuung bewirkende, tropfbar flüssige Kristallsubstanz nematischer
Phase mit 22 bezeichnet, sie ist zwischen einem transparenten, leitfähigen Glaskörper
18 und einem leitfähigen Körper 21 aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material
angeordnet, welcher zu dem Glaskörper 18 mittels isolierenden Abstandsstücken 20
auf Abstand gehalten ist. 19 bezeichnet eine dünne, leitfähige Schichtlage für den
Glaskörper 18, während 23 die Stromquelle und -24 einen Kontaktschalter bezeichnet.
Ist der Kontaktschalter 24 geschlossen, dann erfährt das in Richtung der Pfeile
25 einfallende Licht in der tropfbar flüssigen Kristallsubstanz 22 eine Streuung.
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In der Ausfiihrungeform gemäß Fig. 5 sind verschiedene Elektroden
in Mosaikform angeordnet. 27 bezeichnet einen dünnen Metallfilm, mit dem die isolierende
Basisplatte 26 der Elektroden beschichtet ist. Bei Verwendung dieser Elektroden
erfolgt eine solche Anzeige-bzw. Aufzeichnung, daß beim Anlegen einer Spannung in
den in Fig. 5 schraffiert eingezeichneten Bereichen keine Lichtstreuung stattfindet.
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In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist ein dünner Metallfilm 29 in
Streifenbandform über die itolierend3 ßaslsplatte 9 gelegt. Bei einer Streifene
lekt rode dieser Art läßt sich jede Darstellun sehr leicht unterscheiden, wenn keine
Spannung angtegt it. Zur ie8.
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stellung dieser Mosaikform ist ea natürlich auch möglich, zunZchst
die
gesamte Oberfläche mit einem dünnen Metallfilm zu beschichten und dann das Metall
streifenförmig wieder zu entfernen. Eine gleiche Wirkung erzielt man, wenn man einen
"Nesa"- Beschiehtungefilm in Mosaikform aufbringt.
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Um die Reflexionsebene herzustellen, sollten Metalle, wie Silber,
Aluminium und Nickel, verdampft werden, die einen hohen Reflexionsgrad besitzen.
Zahlreiche weitere Verfahren sind mit gleichem Vorteil anzuwenden, so beispielsweise
Verfahren, die bei der Spiegelglas-Herstellung angewendet werden, wo die Silberionen
reduziert werden, oder nicht-elektrolytische Auftragsverfahren von Nickel und Silber.
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Zur Herstellung mosaikförmiger Elektroden wie im Falle der Ausführungsform
gemäß Fig. 5 empfiehlt sich eine Wärmebehandlung zwischen 500 und 600°C nach dem
Aufdampfen von Silber, Aluminium oder Nickel-auf ein anorganisches Glas als Isolierplatte.
Das Klebevermögen der Elektrode wird dadurch wesentlich gesteigert. Durch eine solche
Wärmebehandlung um den Schmelzpunkt kommt es nämlich zu einer Diffusion des Metalls
in das anorganische Glas, was zur Folge hat, daß das rein mechanische Bindevermögen
in ein chemisches Bindevermögen umgewandelt wird.
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Es ist auch möglich, eine Basisplatte aus Kunststoff nicht-elektrolytisch
mit einer Nickelplattierung zu versehen und dann durch ein Ätzverfahren die Mosaikform
der Elektroden zu erzeugen. Zum Ätzen kann beispielsweise Salpetersäure verwendet
werden.
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Der erfindungsgemäß angesprochene Lichtstreueffekt ist insbesondere
für Bildschirm- oder Display-Geräte für Uhren von besonderem Vorteil, wo es auf
eine sehr nahe Betrachtung ankommt. Aus der vorstehenden
Beschreibung
sollte erkennbar werden, daß erfindungsgemäß die Schaffung eiiies Bildschirm- oder
Display-Gerätes angestrebt wird, das eine hohe Leuchtstärke besitzt und das sehr
leicht eingesehen werden kann. Die Erfindung kann für einen sehr weiten Bereich
zur V.erwendung kommen, sie-eignet sich insbesondere für eine Verwendung bei zeitgebenden
Geräten unter Einschluß von Armbanduhren und bei nildschirmröhren von elektronischen
Zählwerken.