DE2155542A1

DE2155542A1 - Optoelektronischer zeichengenerator

Info

Publication number: DE2155542A1
Application number: DE19712155542
Authority: DE
Inventors: Bernt Von Grabe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-09
Filing date: 1971-11-09
Publication date: 1973-07-19
Also published as: DE2155542C3; DE2155542B2

Description

OPTOELEKTRONISCHER ZEICHENGENERATOR Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Zeichengenerator welcher aus wenigstens zwei Elektroden auf wenigstens einem Traeger und einem zwischen diesen Elektroden befindlichen fluessigen Kristall besteht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Elektroden ein durchbrochenes Muster aufweist. In Abwandlungen ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden durch besondere Massnahrnen geschuetzt werden.
Optoelektronische Zeichengeneratoren die einen fluessigen Kristall verwenden sind bekannt und in der Literatur beschrieben (J.L.Fergason et alli: LIQUID CRYSTALS AND THEIR APPLICATIONS, Electro-Technology, Jan. 1970, Seiten 41ff; David Kaye: LIQ1WID CRYSTALS£ MATERIAL WITH A HOT FUTURE, Electronic Design, 19, September 13, 1971, Vol. 18, Seiten 76ff).
Die Schwierigkeiten die bei der Herstellung eines optoelektronischen Zeichengenerators auf der Basis fluessiger Kristalle auftauchten, beschraenkten deren Lebensdauer und Zuverlaessigkeit betraechtlich; die bislang bekannten Elektroden-Konfigurationen, die aus der ueblichen Schichtanordnung bestanden, komplizierten die Herstellung ausserordentlich und hinderten eine volle Entwicklung eines etwa moeglichen Kontrastes aus Gruenden die spaeter beschrieben wurden.
In ausgedehnten Untersuchungen wurden folgende Beobachtungen gemacht. In einer Anordnung zweier Elektroden auf zwei Traegern die schichtenfoermig zusammengebracht wurden (in der angelsaechsischen Literatur als Sandwich bezeichnet) und zwischen denen sich ein fluessiger Kristall befindet der beispielsweise unter der Bezeichnung N- (p-Methoxy-benzylidene) -p-n-butylaniline von der Firma Eastman-Kodak in Rochester, N.Y., V.St.v.A., hergestellt wird und erhaeltlich iSL, wurde beobachtet, dass bei Anlegen einer Spannung von etwa 70 Volt Gleichstrom die Elektroden elektrochemisch abgetragen wurden, gleichgueltig ob es sich um Silber-, Aluminium- oder Kupferelektroden handelte. Der Zeichengenerator versagte wenig spaeter seinen Dienst.
Es wurde weiter beobachtet, dass der Kontrast des Zeichengenerators betraechtlich von der Feldstaerke abhaengig ist, also von der Spannung, die bei gegebenem Abstand der Elektroden an diese angelegt werden. Der Kontrast steigt mit zunehmender Feldstaerke an bis eine gewisse Saettigung eintritt. In den unteren Bereichen ist ein Mindestfeldstaerke notwendig um einen Schwellenwert zu uebersteigen bevor die TruebungB die zur Darstellung der Muster im Zeichengenerator erwuenscht ist, eintritt. Erfahrungsgemaess werden etwa folgende Spannungen fuer einen ausreichenden Kontrast benoetigt: bei einem Elektrodenabstand von 1 Mikron sind etwa 4 - 12 Volt notwendig, fuer einen Elektrodenabstand von 9 - 12 Mikron etwa 20 - 40 Volt.
Die Stroeme diese dabei fliessen liegen im Bereich von Mikroampere oder darunter, je nachdem welchen elektrischen Widerstandswert der fluessige Kristall besitzt.
Nun ist unschwer zu ersehen, dass bei derart geringen Abstaenden, wie etwa 1 bis 9 Mikron, die Toleranzen nicht mehr vernachlaessigt werden koennen wie es zß. bei groesseren Abstaenden und hoeheren Spannungen der Fall ist. Vielmehr werden die Toleranzen ausserordentlich kritisch.
Es wurde weiter beobachtet, dass eine Erhoehung des Kontrastes einsetzt an Ecken, die verhaeltnissmaessig scharfe Kanten aufweisen, offenbar deswegen, weil sich hier erhoehte Feldttaerken ergeben. In elektronenmikroskopischen Untersuchungen wurde aber auch gefunden, dass der Abbau der Elektroden von diesen scharfen Kanten ausgeht, zumindest hier jedoch seine staerkste Wirkung hat.
Gemaess der Erfindung wird vorgeschlagen, diese Erkenntnisse in der folgenden Form fuer ein besonders kontrastreiches Exemplar eines Zeichengenerators mit erhoehter Lebensdauer anzuwenden.
Gemaess der Erfindung wird wenigstens eine der Elektroden in eine Vielzahl miteinander verbundener Elemente zerlegt und dergestallt durchbrochen, dass leiterfoermige Elektroden entstehen. Da hierbei eine Vielzahl scharfer Kanten auf tritt, ist der Kontrast erheblich verbessert. Es hat sich dabei ergeben, dass es gleichgueltig ist, ob die Elektroden auf zwei Traegern schichtfoermig uebereinander ang eordnet sind oder ob sich die Elektroden nebeneinander auf einer Schicht oder auf einem Traeger befinden.
Es hat sich ergeben, dass eine besondere Steigerung des Kontrastes dann ergibt, wenn die leiterfoermigen Elemente ineinander fingerfoermig verzahnt sind, d. h.
also dann wenn die beiden Elektroden moeglichst oft und moeglichst nahe in grosse Na ehe gerueckt werden und wenn sich diese Elektroden auf einem einzigen, vorzugsweise reflektierenden Traeger befinden. Es hat sich hierbei ferner erwiesen, dass ein besonders wirkungsvoller Zeichengenerator dann vorliegt, wenn der Abstand der Elektroden 1 - 5 Mikron betraegt, die Schichtdicke der Elektroden etwa 1 - 3 Mikron ausmacht und die Breite der leiterfoermigen Elektrodenelemente nicht groesser als die Weite der Abstaende ausmacht oder sogar darunter liegt.
Nun ist aber aufgefallen, dass derartige Elektrodenanordnungen je nach Elektrodenmaterial kuerzere oder laengere Lebensdauer besitzen, im ganzen aber noch unbefix3diegend wirken weil sich bei allen bisher untersuchten Materialien eine elektrochemische Abtragung bemerkbar macht, zumindest soweit sie metallischen Charakter besitzen. In weiteren Untersuchungen wurde dann festgestellt, dass Metalloxide dieser Abtragung weitaus weniger ausgesetzt sind oder doch zu sein scheinen als es bei den Metallen ist. So wurde gefunden, dass Aluminium, welches durch eine Waermebehandlung oxidiert wurde, eine erheblich laengere Lebensdauer besitzt als Aluminium, welches nicht der Waermebehandlung ausgesetzt wurde.
Diese Erkenntnis fuehrte zu einer Untersuchung der Wirkung vob Schutzschichten auf der Elektrode. Es wurden eine Reihe von Schutzschichten untersucht, die nicht unbedingt einen logischen Zusammenhang mit der Elektrode aufwiesen. Hierbei wurde gefunden, dass sich als ausgezeichnetes Schutzmittel Silizium-Monoxid eignet, welches in an sich bekannter Weise auf den Elektroden geformt wurde.
Es wurde ferner gefunden, dass als Schutzschichten solche Materialien geeignet sind, die glasartige Schutzschichten ergeben, sogenannte Chalkogenide, wie amorphes Selen, welches jedoch zur Kristallisation neigt, und Arsentrisulfit, welches hervorragende Resultate ergibt.
Das Bedampfen der Elektroden geschah in diesem Fale mit Masken im Vacuum und die Schichtdicken, die die Betriebsspannung des Zeichengenerators beeinflussen, betrugen zwischen 0,1 Mikron und etwa 10 Mikron. Durch einen Zufall wurde dabei entdeckt, dass der Stromverbrauch des Zeichengenerators in gewissen Grenzen von dem einfallenden Licht abhaengig ist, was offenbar durch die photoeiektrischen Eigenschaften dieser Materialien bewirkt wird. Sowohl amorphes- Selen wie auch Trisulfit haben zwar einen hohen ohmschen Widerstand, der jedoch bei Lichteinfall deutlich herabgesetzt ist.
Eine- Anzeigevorrichtung der beschriebenen Art, welches diese Materialien verwendet spart vorteilhaft Strom naemlich dann, wenn die Lichtverhaeltnisse zur Ablesung des Anzelgegenerators ohnehin nicht ausreichen.
Wenn auch diese Schutzschichten insbesondere dann die Elektroden gut schuetzen, wenn sie die Elektroden in den aktiven Bereichen. umgeben, so schienen die Kosten fuer die Herstellung in einigen Faellen noch zu teuer zu sein. Es wurde sodann nach Mitteln gesucht um die Elektroden zu schuetzen ohne eine zusaetzliche Bedampfung erforderlich zu machen. Es wurde gefunden, dass duenne Schichten von Wachsen, Parrafinen und Harzen wie auch von Plastikmaterialien, wie z.B. Polystyrol, Teflon und dergleichen besonders geeignet sind.
In einem Beispiel wurde wachsartiges Parrafin leicht auf das mit den Elektroden versehene Traegermaterial aufgestrichen, anschliessend durch Abreiben mit einem Tuch entfernt, worauf die Elektroden vorsichtig mit Platte oder einem sauberen Wildlederlappen poliert wurden bis eine Wachsschicht mit dem blossen Auge nicht mehr wahrgenommen werden konnte, das Muster jedoch einen starken Glanz erhielt. Augenscheinlich war aber ein Ueberzug erhalten geblieben denn der anschliessend in dem vervollstaendigten Anzeigegenerator gemessene elektrische Widerstand war erheblich hoeher als zuvor. Es wurde nun gefunden, dass auch die Lebensdauer betraechtlich gesteigert war undzwar sowohl bei Gleich- wie auch bei Wechselstromanwendung.
In einem anderen Beispiel wurde Polystyrol in einem handelsueblichen Loesungsmittel geloest und in bekannter Weise auf den Traeger aufgegossen so dass nach einer Weile eine duenne Schicht Polystyrol zurueckblieb. In allen Faellen hat es sich jedoch erwiesen, dass die Lebensdauer des fluessigen Kristalls stark von Verunreinigungen der ihn umgebenden Materialien abhaengt, weshalb eine starke Reinigung notwendig ist.

Claims

PATENTANSPRUECHE

lßptoelektronischer Zeichengenerator, bestehend aus wenigstens zwei Elektroden auf wenigstens einem Traeger und einem, zwischen den Elektroden befindlichen Kristall der wenigstens bei Benutzung fluessig ist, dadurch gek e nn -; e ich ne t, dass wenigstens einn der beiden Elektroden ein durchbrochenes Muster aufweist.
2) Optoelektronischer Zeichengenerator gemaess Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass sich beide Elektroden auf einem Traeger befinden, dass das durchbrochene Muster eine leiterfoermige Zeichnung auf eist und auf der einen Seite offen ist, dergestalt, dass die offene Seite der zweiten Elektrode zugewandt ist und beide Elektroden fingerfoermit ineinander verzahnt sind.
3) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass als Traeger eine Siliziumplatte dient deren Obe rflaeche passiviert ist.
4) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger eine Siliziumplatte dient und dass zwischen Siliziumplatte und Elektrode eine Schicht hohen elektrischen - iderstandes angeordnet ist.
5) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke wenigstens einer Elektrode 0,1 Mikron, vorzugsweise 9 Mikron betraegt und dass die Weite der Durchbrueche die die Abstaende der leiterfoermigen Elemente bestimmt, vorzugsweise gleich der Weite der leiterfoermigen Elemente ist.
6) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch' g e k e n n zeichne t, das s die Dicke wenigstens einer Elektrode wenigstens 3 Mikron und hoechstens 12 Mikron ausmacht und dass die Weite der Durchbrueche vorzugsweise wenigstens 0,1 Mikron, hoechstens jedoch 1- mm ausmacht.
7) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht vorzugsweise gleich oder geringer ist als die Weite der Durchbrueche die den Abstand der leiterfoermigen Elemente bestimmt.
8) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden das aussere Muster eines Multi-Segment-Zeichengenera tors , vorzugsweise das eines 7-Segment-Zeichengenerators haben.
9) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass als Traeger eine keramische Platte dient.
10) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 9, dadaurch gek e n n z e i c h n e t, da s s die keramische Platte einen reflektierenden Belag a ufwelst der von den Elektroden getrennt ist, dergestalt, dass sich zwischen Elektroden und Belag eineisollerende Schicht befindet.
11) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, da s s durch die keramische Platte elektrisch leitende Stifte oder dergleichen hindurchgefuehrt sind die als Vebindung zu den Elektroden dienen.
12) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der Ansprueche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer keramischen Platte eine Glasplatte verwendet wird.
13) Optoelektronischer Zeichengenerator gemaess Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeichengenerator von einer Abdeckung bedeckt wird die vorzugsweise mit der keramischen oder glaesernen Traegerplatte verschmolzen wird und dass anschliessend die Luft aus dem den Anzeigegenerator schuetzenden Behaelter evakuiert wird.
14) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden von einer duennen wachs-, glasartigen und/oder Oxidschicht bedeckt sind.
15) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennz e 1 c hn e t, da s s die die Elektroden bedekcende Schicht einen hohen elektrischen Widerstand besitzt.
16) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der Ansprueche 14 oder 15, dadurch geke nnzeichnet, dass die die Elektroden bedeckende Schicht eine Staerke von 0,1 Mikron bis 5 Mikron, vorzugsweise eine solche von 1 Mikron besitzt.
17) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus chalkogenidem Material besteht.
18) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus amorphem Selen besteht welches im Vacuum auf die Elektroden aufgedampft wurde.
19) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Arsen-Trisulfit AS2S3 besteht welches im Vacuum auf die Elektroden aufgedampft wurde.
20) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzei zeichnet, dass die Schicht aus Aluminiumoxid besteht welches im Vacuum aufgedampft wurde, oder nach der Bedampfung mit Aluminium vorzugsweise durch Waermebehandlung gefornt wurde.
21) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Silizium-Monoxid besteht welches im Vacuum auf die Elektroden aufgedampft wurde.
22) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 14 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elektrode bedeckende Schicht diese vollstaendig bedeckt, dergestalt, dass die Elektrode von elektrochemischen Einfluessen geschuetzt ist.
23) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der Ansprueche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Elektroden von einer duennen Teflon oder Mylarschicht bedeckt ist die die Elektrode oder die Elektroden von der Einwirkung des fluessigen Kristalls schuetzt.
24) Optoelektronischer Zeichengenerator gemaess Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Mylarschicht vorzugsweise o, 5 bis 1 Mikron betraegt.
25) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass als fluessiger Kristall eine Mischung einer nematischen mit einer cholesterischen Fluessigkeit verwendet wird.
26) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhetgehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragerplatte mit den darauf aufgebrachten Elektroden vorzugsweise in ihrer gesamten Flaeche, jedoch nicht an den Stellen die zum hermetischen Verschluss dienen, mit einer aeusserst duennen, gleichmaessigen Flaeche eines Materials ueberzogen wird, welches den fluessigen Kristall vor der Einwirkung elektrochemischer Prozesse beim Betrieb des Zeichengenera tors schuetz t.
27) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 26, da durch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Montanwachs besteht.
28) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 26, dadurch gekennz e 1 c h ne t, d a s s die Schicht aus Parrafin-Wachs besteht.
29) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Polystyrol besteht.
30) Optoelektronlscher Zeichengenerator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichne t, da s s die Schicht aus Aluminiumoxid besteht.
31) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der Ansprueche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, da ss die Dicke der Schicht zwischen 0,5 Mikron und 10 Mikron betraegt.
32) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, dadurch gekennzeochnet, dass die Oberflaeche der Rlektroden mit an sich bekannten Verfahren gleichnmaessig oxidiert wird.
33) Optoelektronischer Zeichengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprueche, da durch gek e n n z e ich ne t, da s s die die Oberflaeche der Elektrode bedeckende Schicht photoelektrische Eigens-chaften besitzt, insbesondere als Photowiderstand arbeitet und dass der Widerstand der Schicht bei Vorliegen von zum Ablesen des Zeichengenerators nicht ausreichenden Lichtverhaeltnissen so hoch ist, dass ein Stromfluss durch den ZeichengenErator verhindert wird.
34) Optoelektronischer Zeichengenerator nach Anspruch 33, dadurch gekennz e i c h n e t, d a s s zwischen Elektrode und photoleitender Schicht eine weitere Zwischenschicht angeordnet ist deren Dicke und elektrischen Widerstandswerte zur Anpassung der Photowiderstandsschicht an die Elektroden und die elektrischen Verhaeltnisse des Zeichengenerators herangezogen werden.