DE2510792A1

DE2510792A1 - Leuchtanzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE2510792A1
Application number: DE19752510792
Authority: DE
Inventors: Pierre Guyon; Robert Meyer
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1975-03-12
Publication date: 1975-09-25
Also published as: US3995940A; FR2264342B1; CH591134A5; DE2510792C3; GB1494137A; JPS515039A; FR2264342A1; NL7502511A; DE2510792B2

Description

Leuchtanzeigeeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtanzeigeeinrichtung, die Mittel aufweist, um auf einen Steuerbefehl hin das Reflexionsvermögen wenigstens eines Teils einer Oberfläche zu ändern, wodurch sich die Luminanz und/oder die Farbe des Teils der Oberfläche variieranläßt, der eine Änderung seines Reflexionsvermögens erfahren hat. Die Einrichtung gestattet die Anzeige von. Mustern, die den Teilen der Oberfläche entsprechen, deren Reflexionsvermögen sich variieren läßt, und allgemeiner die Änderung des Reflexionskoeffizienten für eine Oberfläche durch Erzeugung oder Beseitigung einer reflektierenden Schicht, die eine Oberfläche eines Interferenzfilters bildet, das aus einer transparenten Schicht mit vorgegebener optischer Dicke besteht, die zwischen zwei teilweise reflektierende Schichten eingefügt ist.

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Die numerischen und alphanumerischen Anzeige einrichtungen lassen sich in zwei Kategorien unterteilen, nämlich in die Einrichtungen, die über Lichtsender wie Elektrolumineszenzdioden, Qasentladungsanordnungen und Glühlichtanordnungen verfügen, und Einrichtungen, die wie Flüssigkristalle, Elektrochromieeinrichtungen und elektrolytische Einrichtungen eine zusätzliche Beleuchtungsquelle verlangen. Diese zweite Kategorie von sozusagen passiven optischen Anzeigeeinrichtungen, die im Dunklen unsichtbar sind, verbrauchen viel weniger Energie, und ihre Sichtbarkeit wird durch eine starke Beleuchtung begünstigt, was ein Vorteil sein kann, wenn die Beobachtung in einer sehr hellen Umgebung erfolgen muß. Die Elektrochromieeinrichtungen und die elektrolytischen Einrichtungen weisen darüber hinaus noch die Besonderheit auf, daß sie Energie nur bei einer Änderung der angezeigten Information verbrauchen. Sie enthalten von Natur aus einen internen Speicher, und ihr Einsatz ist von besonderem Vorteil in allen den Fällen, bei denen die Umschaltfrequenz für eine Anzeigeänderung gering und die verfügbare Leistung begrenzt ist.

Bei den üblichen Anzeigeeinrichtungen, die zur Kategorie der elektrolytischen Einrichtungen gehören, wird für die Anzeige die Variation im Reflexionsvermögen einer Glasplatte beeinflußt, die auf der dem Beobachter abgewandten Seite durch Elektrolyse mit einer entweder aus Metall oder einer farbigen Organometallverbindung bestehenden Schicht überzogen wird. Dabei kann sowohl mit reflektiertem als auch mit durchgehendem Licht gearbeitet werden. Jedoch wird der mit einer Metallschicht erzielbare Kontrast nur dann ausreichend, wenn diese Schicht eine Dicke von einigen Hun- *dert' Angiströmeinheiten aufweist, und dies verlangt notwendig die Aufwendung einer erheblichen Elektrizitätsmenge

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für die Abscheidung der Metallschicht in der Form des darzustellenden Musters. Die bisher bekannten, mit Elektrolyse arbeitenden Anzeigeeinrichtungen machen keinen Gebrauch von der Erscheinung der konstruktiven Interferenz, wie sie Interferenzfiltern eigen ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Leuchtanzeigeeinrichtung mit zugehöriger Beleuchtung, die einen sehr guten Kontrast mit einem Metallniederschlag von nur geringer Dicke liefert.

Genauer gesagt ist die erfindungsgemäß ausgebildete Leuchtanzeigeeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daßsie eine von einer Lichtquelle beleuchtbare gleichförmige erste Schicht Ca aus einem teilweise reflektierenden Material mit geringer Dicke, eine auf diese erste Schicht Ca aufgebrachte gleichförmige zweite Schicht Cb aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex η und einer Dicke e, die senkrecht zu ihrer Oberfläche eine konstante optische Dicke der Größe n· e aufweist, und eine reflektierende dritte Schicht Cc enthält, die in solcher Weise auf einen Teil der zweiten Schicht Cb aufgebracht ist, daß zur Ablesung durch einen vorzugsweise auf der der zweiten Schicht Cb abgewandten Seite der dritten Schicht Cc befindlichen Beobachter bestimmte Muster vorgezeichnet werden.

Bei einer speziellen AusfUhrungsform der Erfindung wird die erste Schicht Ca durch eine aus einem transparenten Material bestehendes Platte geschützt; in diesem Falle wird die erste Schicht Ca auf diese., platte aufgebracht, während die zweite Schicht Cb.auf die erste Schicht Ca und die dritte Schicht Cc auf die zweite Schicht Cb aufgebracht werden.

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Die für die erfindungsgemäß ausgebildete Leuchtanzeigeeinrichtung wirksame Lichtquelle kann eine künstliche Lichtquelle wie eine Glühlampe, eine Leuchtstoffröhre oder ein Laser sein, sie kann aber auch durch eine natürliche Lichtquelle wie die Sonne gebildet werden. Das Interferenzfilter besteht aus den drei Schichten Ca, Cb und Cc. Das das Interferenzfilter bildende Fabry-Perot-Interferometer besitzt einen wirksamen Abstand, der gleich der Dicke η * e der zweiten Schicht Cb ist* welche die teilweise reflektierende erste und dritte Schicht Ca bzw. Cc voneinander trennt· Die Erzeugung oder Beseitigung der dritten Schicht Cc modifiziert d*e Refiexioneverhaltsn des Filter» erheblieh. Der Brechuiig*index und di* Diele* für die iw#it« Schiaht fb wtrdtn nämlinh io gewählt« Mt ϋ.%% γ·η der Lichtqutll* kommend« Licht in d*r ipriitsii S«Jr.iiht Q\> «int k©a«triiktiTt Interferenz in d*r Wtlih qrifr&hr, **S sieh dureh kcnstruktiv« Interfereasi in ώ#^ Si^hu'-uag d·« Btob&elit^r« ?ür eine vorgegebene Wellenlänge· eis H^flesionsmaximum ergibt, Diese vorgegebene MslIenII^gs v;ird s© gewählt, daß sie in ainem Teil des Spektrums liegt, der von der beispielsweise aus Metall bestshesden ersten Schicht Ca durchgelassen wird. Man beobachtet daran bei Vorhandensein der kitten Schicht Cc eine andere Farbe, als sie dann auftritt, wenn diese dritte Schicht Cg nicht vorhanden ist«, Diese mit dem Auftreten der dritten Schicht Cc verbundene andere Farbe, die sogenannte Interferensfarfoe,, unterscheidet sich deutlich von der Farbe des an ö®r ersten Sohicht Ca unmittelbar reflektierten Lichtee, Di@se Interfiererazerscheinung ermöglicht es, einen verbesserten Kontrast selbst dann su erzielen, wenn die erste Schicht Ca. fehlt und die

zweite Schicht Cb eine beliebige Dicke aufweist und nicht gleichförmig ist, wobei dann die sonst beobachtbare Erscheinung der konstruktiven Interferenz nicht auftritt. Ohne die Interferenzerscheinung geht die Variation im Reflexionsvermögen der Einrichtung einzig und allein auf die inkohärente Spiegelreflexion an der dritten Schicht Cc zurück, die jedoch wie oben bereits erwähnt für eine gute Ablesbarkeit eine Metallschicht von erheblich größerer Dicke als die der dritten Schicht Cc voraussetzt. Auf diese Weise ermöglicht es das Vorhandensein der ersten Schicht Ca und der als Metallniederschlag ausgebildeten dritten Schicht Cc auf einer Schicht von vorgegebener optischer Dicke, das Reflexionsvermögen der Gesamtanordnung in hohem Maße zu variieren, indem ein in Reflexion arbeitendes Interferenzfilter geschaffen wird, das aus den drei Schichten Ca, Cb und Cc besteht. Diese aprupte Variation des ReflexionsVermögens, die zu einer Änderung in der Farbe und der Intensität des reflektierten Lichtes führt, kann für eine Fernanzeige oder in jedem anderen System mit Variation der Beleuchtung oder der Farbe ausgenutzt werden.

Gemäß einer speziellen Ausführungsvariante der Erfindung ist die dem Beobachter zugewandte Oberfläche der die erste Schicht Ca schützenden Platte, mattiert. Eine solche Mattierung der dem Beobachter zugewandten Oberfläche macht die Beobachtung noch bequemer, indem sie den erzielten Kontrast für jeden beliebigen Beobachtungswinkel gewährleistet. Dadurch wird insbesondere die Beobachtung auch für den Fall der Beleuchtung durch eine punktförmige Lichtquelle erleichtert, da diese mattierte Oberfläche das an ihrer Vorderseite reflektierte Licht diffus abstrahlt, ohne

dafj von dem Interferenzfilter kommende farbige Licht zu beeinflussen.

Gemäß wieder einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung wird auf die Vorderseite de**, die erste Schicht T3a schützenden Platte auf poliertem Grund eine Antiref lex schicht aufgebracht, die in üblicher Weise durch dielektrische Antiref lexüberzüge erhalten werden kann.

Die Dicke der zweiten Schicht Cb ist nur gering, was dazu führt, daß die Wegunterschiede zwischen zwei Strahlen, die unter dem größten und dem kleinsten Einfallswinkel für das auf die erste Schicht Ca auftreffende Licht eintreten und nach dem Durchgang durch die zweite Schicht Cb an der dritten Schicht Cc reflektiert werden, ebenfalls gering ausfallen, woraus wiederum ein nur geringer Einfluß des Beobachtungswinkels auf die Farbe der angezeigten Muster resultiert. Um die Schichtdicke weiter zu vermindern, was wiederum auch die Absorption und die Farbänderung mit dem Beobachtungswinkel verringert, wird im allgemeinen an der Stelle der ersten Ordnung gearbeitet.

Die erste Schicht Ca wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem Metall wie Gold, Platin, Palladium, Rhodium oder Iridium oder aus einem Metallborid, einem Metallnitrid oder einem Metallkarbid hergestellt. Die Dicke dieser ersten Schicht Ca kann dann erheblich kleiner gemacht werden, als die Wellenlänge des verwendeten Lichtes, so daß die optischen Wellen - wenn man sich im Gebiet der klassischen Optik befindet - die Metallschicht in Form verschwindender Wellen durchqueren können.

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Gemäß einer Ausführungsvariante für die Erfindung ist die erste Schicht Ca eine teilweise reflektierende Schicht aus einem Dielektrikum und insbesondere einem Mehrfachdielektrlkum.

In Abwesenheit der dritten Schicht Cc beobachtet man, daß das von der Lichtquelle kommende und durch die erste Schicht Ca reflektierte Licht durch die Anwesenheit der zweiten Schicht Cb geringfügig modifiziert wird. Bei Anwesenheit der dritten Schicht Cc tritt die Interferenzersoheinung auf, und das vom Beobachter wahrgenommene Licht ist im wesentlichen das durch Interferenz erhaltene Licht.

Q«mti «ln«r bevorzugten Au«führung*ferm für dl« Erfindung, bei der da.» Auftreten der dritten Schicht Co gesteuert werden kann, enthält dl· Anzeigeeinrichtung «in·» Elektrolyten, der mit der leitenden zweiten Schicht Cb in Berührung steht, die dann zusammen mit der ersten Schicht Ca, wenn diese leitend ist, eine erste Elektrode Ea bildet, eine mit dem Elektrolyten in Berührung stehende zweite metallische Elektrode Eb und eine Steuerspannungsquelle, die zwischen den beiden Elektroden Ea und Eb eine Potentialdifferenz anlegt, was dann^ wenn die erste Elektrode Ea negativ polarisiert ist, eine Abscheidung und dann, wenn die erste Elektrode Ea positiv polarisiert ist, eine gesteuerte Wiederauflösung der auf einem Teil der zweiten Schicht Cb abgeschiedenen reflektierenden dritten Sohioht Co jEur Folge hat.

BfI 41·· «r Ausführung· form der Erfindung seht id· t man (•et«u*rt dl» dritte Sohioht C« auf weniget«w «inem Teil i*ft swtit«n Schicht Cb durch Elektrolyse ab, um dl« zweit· Ob#rfHch· für das Interferenzfilter zu s$haff«n. In dieser

Elektrolysezelle ist die eine der Elektroden, die zweite Schicht Cb, transparent und übernimmt die Rolle der Interferenzschicht für das Filter, während die reflektierende Schicht auf der Rückseite auf elektrolytischem Wege abgeschieden oder aufgelöst wird, wobei die teilweise reflektierende Schicht auf der Vorderseite in Permanenz bleibt.

Die erste Schicht Ca muß teilweise reflektierend und teilweise transparent sein, wobei ihre Absorption so klein wie möglich sein soll. Wie bereits erwähnt, kann man als erste Schicht Ca einfach eine Metallschicht verwenden, deren Dicke zwischen 50 und 250Angströmeinheiten liegt, wobei dann die Transmission zwischen 70 und 20 % variiert. Die Verwendung von Schichten aus feuerfesten Materialien von metallischem Charakter, wie Boriden, Nitriden oder Karbiden von Metallen aus der vierten, fünften oder sechsten Hauptgruppe des periodischen Systems führt zu Schichten, deren Härte und Stabilität Vorteile bei der Aufbringung der transparenten zweiten Schicht Cb bietet. Andererseits können diese feuerfesten Materialien in Dicken von einigen Hundert Ajgiströmeinheiten verwendet werden, während Metallschichten mit gleicher Durchlässigkeit erheblich dünner sein müssen und daher erheblich zerbrechlicher ausfallen.

Wie in den nachstehenden Beispielen noch näher gezeigt werden wird, wählt man das Material und das Verfahren für die Abscheidung so, daß schon eine dünne Schicht hinreichend fest und widerstandsfähig für die spätere Abscheidung der zweiten Schicht Cb wird.

Für die zweite Schicht Cb wird ein Material gewählt, das in dem verwendeten Spektralbereich nicht absorbiert und

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hinreichend leitfähig ist, um einen gleichmäßigen Ablauf des Elektrolysevorganges auf seiner gesamten Oberfläche zu ermöglichen.

man
Beispielsweise kann/eis ein solches Material ein halb-

leitendes Oxyd wie in Zinn eindotiertes Indiumoxyd oder in Antimon eindotiertes Zinnoxyd verwenden. Die Dicke dieser Schicht wird so gewählt, daß sich für die interessierende Reflexion bei Vorhandensein der beiden Schichten Ca und Cc ein Interfe renzmaximum ergibt. Für den Fall einer Beobachtung mit dem Auge wird die Wellenlänge so gewählt, daß dieses Maximum im sichtbaren Teil des Spektrums liegt und sich dafür außerdem ein guter Kontrast in der wahrgenommenen Intensität und deiJFarbe gegenüber dem Reflexionsspektrum ohne die dritte Schicht Cc ergibt.

Außerdem, und dies ist ein wichtiger Punkt, wird die Leitfähigkeit der transparenten zweiten Schicht Cb durch das Vorhandensein der ersten Schicht Ca vergrößert, wenn diese metallisch oder von metallischer Art ist, da diese beiden Schichten Ca und Cb im elektrischen Schaltkreis parallel zueinander liegen. Diese Erscheinung ermöglicht die Verwendung einer zweiten Schicht Cb, die aus einem Körper besteht, der zu den weniger guten Leitern gehört. Zum gleichen Zwecke kann man außerdem auf der ersten Schicht Ca wenigstens oberflächlich ein leitendes Substrat abscheiden.

Zu den Materialien, die für die dritte Schicht Cc verwendet werden können, gehören alle Metalle und teilweise reflektierenden Verbindungen, die mit der zweiten Schicht Cb chemisch nicht reagieren und sich durch Elektrolyse ab-

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scheiden und wieder auflösen lassen.

Das Vorhandensein der ersten Schicht Ca und einer passenden zweiten Schicht Cb läßt zusammen mit der dritten Schicht Cc das Interferenzfilter entstehen, was die Verwendung einer nur sehr dünnen dritten Schicht Cc gestattet, die beispielsweise eine Metallschicht von nur lOCftn&strömeinheiten sein kann. Die dritte Schicht Cc wird durch ein Metall M gebildet, das sich ausgehend von einem Elektrolyten abscheiden und wieder auflösen läßt, der die Ionen M dieses Metalls in Lösung enthält, ohne die Eigenschaften der transparenten Elektrode - der zweiten Schicht Cb - zu beeinflussen.

Zu den für die Ausbildung der dritten Schicht Cc verwendbaren Metallen gehören vorzugsweise diejenigen Metalle, für die das Oxydations-Reduktions-Potential (Redoxpotential) des Paares M/M¹³* größer ist als:

das Reduktionspotential für die im allgemeinen aus einem Oxyd bestehende erste Elektrode Ea, damit diese Elektrode während der Metallabscheidung nicht reduziert werden kann, und

als das Reduktionspotential für die H⁺-Ionen, wenn mit einem wäßrigen Elektrolyten gearbeitet wird, um eine parasitäre Wasserstoffabscheidung zu vermeiden.

Ein Beispiel für ein in besonderem Maße für die Ausbildung der dritten Schicht Cc geeignetes Metall ist Silber.

Die zweite Elektrode Eb kann beispielsweise aus einer Folie oder einem dünnen Film des gleichen Metalls bestehen,

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das auch die dritte Schicht Cc bildet. Der Vorteil eines solchen Systems liegt darin, daß die an den beiden Elektroden Ea und Eb ablaufenden elektrochemischen Reaktionen symmetrisch sind:

Während der Abscheidung der dritten Schicht Cc läuft an der ersten Elektrode Ea folgende Reaktion ab:

M + ne

und an der zweiten Elektrode Eb kommt es gleichzeitig zu folgender Reaktion:

M > M ' + ne

Während der Auflösung der dritten Schicht Cc spielt sich an der ersten Elektrode Ea die folgende Reaktion ab:

+ ne

während an der zweiten Elektrode Eb die folgende Reaktion abläuft:

ru.

M + ne ^ M.

Das Gleichgewichtspotential für die elektrolytische Zelle hat den Wert Null. Im Betrieb geht die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden Ea und Eb einzig und allein auf die Überspannungen für die elektrochemischen Reaktionen und den ohm'sehen Spannungsabfall im Elektrolyten und an den verschiedenen Leitern zurück.

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Mit Elektrolyten von hinreichend geringer Dicke beginnt die Anzeigeeinrichtung bereits bei Spannungen in der Größenordnung von 3>OO mV zu arbeiten. Die Arbeitsspannung der elektrolytischen Zelle ist einzig und allein an die Stromdichte gebunden, das heißt an die Abscheidungsgeschwindigkeit; mit Rücksicht auf die mögliche Auswahl des Elektrolyten ergeben sich für den Aufbau der gesamten Anzeigeeinrichtung zwei mögliche Versionen, nämlich eine erste Version mit flüssigem Elektrolyten und eine zweite Version mit festem Elektrolyten.

Der flüssige Elektrolyt für die erste Version ist eine wäßrige oder organische Lösung, die das Metall für die Ausbildung der dritten Schicht Cc in Form seiner einfachen oder komplexen Ionen enthält. Außerdem können diesem Elektrolyten weitere Stoffe zugefügt werden, die den Zweck haben, bei den vorgegebenen Bedingungen hinsichtlich Stromdichte und Spannung eine Abscheidung der dritten Schicht Cc bei negativer Polarisation der ersten Elektrode Ea und eine Wiederauflösung dieser dritten Schicht Cc bei positiver Polarisation für die erste Elektrode Ea zu erreichen. Beispielsweise kann man dem flüssigen Elektrolyten einen Glänzer zusetzen, um die Abscheidung zu verbessern.

Als fester Elektrolyt für die zweite Version kommt die Verwendung eines festen Elektrolyten in Betracht, der bei Umgebungstemperatur ein gutes Leitvermögen durch Ionen M- insbesondere durch Ag -Ionen - aufweist, wobei diese Version dann den Bau von vollkommen festen elektrochemischen Anzeigeeinrichtungen ermöglicht.

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Diese Elektrolyse werden als dünne Schichten ausgeführt, wobei beispielsweise Aufbringungstechniken unter Vakuum wie Vakuumaufdampfung oder Vakuumzerstäubung in Betracht kommen, wodurch sich der innere Widerstand, dieser Elektrolytschichten sehr klein halten läßt und sich eine technologisch einfache Fertigung ergibt.

Wie bereits für den Fall flüssiger Elektrolyte erwähnt, müssen für die Erzielung einer großen Lebensdauer für die feste Anzeigeeinrichtung die Metalle für die Ausbildung der dritten Schicht Cc nachstehender Ungleichung genügen:

A ^ M/Mⁿ⁺,

in der A für das Redoxpotential des die erste Elektrode Ea bildenden Körpers und M/M³¹⁴" für das Redoxpotential des Metalls M steht. Kupfer, Silber, Palladium und alle Edelmetalle genügen dieser Ungleichung im allgemeinen in hinreichendem Maße.

Die flüssigen Elektrolyte ermöglichen die Abscheidung dieser Metalle in Form dünner Filme mit handelsüblichen Lösungen.

Für die Version der erfindungsgemäß ausgebildeten An Zeigeeinrichtung mit festem Elektrolyten kommen als solche Elektrolyte alle diejenigen in Betracht, die eine Abscheidung und Wiederauflösung eines Metalls mit einer Stromdichte ermöglichen, bei der die Umschaltgeschwindigkeit groß genug wird, ohne die Eigenschaften der transparenten Elektrode zu beeinträchtigen. Für den Fall, daß die dritte

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Schicht Cc aus Silber besteht, kommen als feste Elektrolyte alle diejenigen in Betracht, in denen die Ionenleicfähigkeit durch Ag⁺-Ionen bei Umgebungstemperatur groß genug ist, um die gewünschten Stromdichten mit einer geringen Spannung erzeugen zu können. Solche Materialien sind beispielsweise:

die Silberhalogenide AgCl, AgBr und AgJ allein oder

in gegenseitiger Mischung,

die Silbersulfohalogenide Ag-JSJ und Ag,SBr, Mischungen von Silberhalogeniden und Alkalihalogeniden

in passendem Mischungsverhältnis wie beispielsweise RbAg₂^J,- und KAg₂^J,- und

mit Ag⁺-Ionen dotiertes Aluminiumoxyd der allgemeinen Formel Ag₁ ^¹H⁰U ^mit angenähert bei 0,16 liegenden Werten für x.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung enthält die Anzeigeeinrichtung eine zwischen dem Elektrolyten und der zweiten Schicht Cb aufgebrachte isolierende Schicht, um die Anzeigezonen, also die Zonen, wo die reflektierende dritte Schicht Cc abgeschieden wird, zu begrenzen. Das Material für die Ausbildung dieser isolierenden Schicht kann sowohl unter den nichtorganischen Isolatoren wie Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd und Siliciumnitrid als auoh unter den organischen Isolatoren wie Kunstharzen, Polymeren und εο weiter ausgewählt werden.

Gemäß wieder einer anderen AusfUhrungsvariante der Br-finclung wird die zweite Elektrode Eb ausgeschnitten, um die durch metallische Abscheidung der dritten Schicht Co auf den dem durch die zweite Elektrode Eb geschaffenen Muster

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gegenüberstehenden Teilen der zweiten Schicht Cb anzuzeigenden Figuren zu schaffen. Erfindungsgemäß wird durch Stromzuführungen zur Elektrode Eb oder zur Elektrode Ea dafür gesorgt, daß sich die verschiedenen, gegeneinander isolierten Teile der Elektroden Ea oder Eb auf verschiedene Potentiale bringen lassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich aus der nachstehenden Beschreibung ersehen, die sich auf die Erfindung illustrierende, sie jedoch in keiner Weise einschränkende Ausführungsbeispiele bezieht, die in der Zeichnung veranschaulicht sind; dabei zeigen in der Zeichnung;

Fig. 1 eine schematische Darstellung für das Grundprinzip der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung für eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Elektrolytzelle mit flüssigem Elektrolyten;

Fig. 3 ein Schema für eine Art der Stromzuführung zu einer für die Anzeige von arabischen Zahlen bestimmten Elektrode;

Fig. 4 und 5 eine elektrolytische Zelle mit flüssigem Elektrolyten und ihre Stromzuführungen;

Fig. 6 eine A us führungsf orm der Erfindung, bei der die zweite Elektrode nur an den anzuzeigenden Mustern aktiv ist; und

Fig. 7 eine Einzelheit für die Stromzuführung zu der in Fig. 6 dargestellten zweiten Elektrode.

In Fig. 1 ist das Grundprinzip der Erfindung schematisch wiedergegeben, gemäß dem eine Lichtquelle S Lichtstrahlen auf eine Platte.L richtet, die an ihrer Vorderseite 15 mattiert ist. Bei Vorhandensein einer reflektierenden dritten Schicht Cc werden die Lichtstrahlen 2 mehrfach reflektiert

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und verlaufen auf Lichtwegen 6, 8, 10 und 12, wobei sich beim Austritt der Lichtstrahlen 2 aus einer ersten Schicht Ca konstruktive Interferenzen ergeben. Ohne das Vorhandensein der dritten Schicht Cc dagegen gibt es für jeden einfallenden Lichtstrahl 2 nur einen einzigen reflektierten Lichtstrahl 14. Die dritte Schicht Cc weist bei dem in Pig. I dargestellten Beispiel die Form eines M auf. Die Vorderseite 15 der aus Glas bestehenden Platte L ist mattiert.

In Fig. 2 ist ein AusfiJhrungsbeispiel wiedergegeben, das einen flüssigen Elektrolyten E aufweist, der in einer Tasche 16 enthalten ist. Durch eine Batterie 18 oder eine sonstige Potentialquelle wird zwischen einer durch eine zweite Schicht Cb gebildeten ersten Elektrode Ea einerseits und einer als metallischer Niederschlag aus-

andererseits

geführten ersten Schicht Ca eine Potentialdifferenz angelegt. An allen den Stellen ihrer Oberfläche, an denen die zweite Schicht Cb nicht mit dem die dritte Schicht Cc bildenden Metallniederschlag überzogen werden soll, ist eine isolierende Schicht aufgebracht. Eine solche isolierende Schicht ist in Fig.2 bei 20 veranschaulicht. Ein Spannungsinverter 22 gibt die Möglichkeit, die Polarität der ersten Elektrode Ea und der zweiten Elektrode Eb umzukehren. Die zweite Elektrode Eb besteht beispielsweise aus Silber; wenn die erste Elektrode Ea negativ polarisiert ist, bildet sich auf der zweiten Schicht Cb eine dritte Schicht Cb aus Silber aus. Die Lage der dritten Schicht Cc wird durch Gravieren der leitenden zweiten Schicht Cb und gegebenenfalls der ersten Schicht Ca begrenzt; auf diese Weise bilden sich in diesen Schichten Cb und Ca Furchen 2j5 aus; deren Breite muß sehr klein gehalten werden,

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damit sie so wenig wie möglich sichtbar sind,da sie eine dauernde Inhomogenität in die jeweilige Schicht einführen.

In Fig.3 sind gegeneinander durch die isolierende Schicht 20 isolierte Stromzuführungen dargestellt, die es ermöglichen, nur bestimmte Teile wie 24, 26, 28 oder 30 der ersten Elektrode Ea als Elektrode wirksam werden zu lassen. Die Kombination dieser verschiedenen Elementarelektroden, die mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten System verbunden sind, ermöglicht es, eine elektrolytische Abscheidung in bestimmten Zonen vorzunehmen, wie dies oben erläutert ist, und auf diese Weise eine beliebige arabische Zahl zur Darstellung zu bringen.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel wiedergegeben,das einen flüssigen Elektrolyten E besitzt, der zwischen zwei Platten L und L' und einer auf der hinteren Platte L' aufgebrachten und vom Elektrolyten E durch einen Isolator 3¹+ getrennten Elektrode Eb eingeschlossen ist. Die Abscheidung der dritten Schicht Cc vollzieht sich in diesem Falle ausgehend von der Elektrode Eb an den Teilen der Schicht Cb, die den nicht vom Isolator 34 abgedeckten Teilen der Elektrode Eb gegenüberliegen.

In Fig. 5 ist die Stromzuführung zur Elektrode Eb in Fig. 4 !Wiedergegeben, wobei diese Stromzuführung von innen gesehen und an den Teilen der Elektrode, die nicht aufgelöst v/erden sollen, um die dritte Schicht Cc in Form eines Niederschlags auf der zweiten Schicht Cb zu schaffen, durch den Isolator 34 abgedeckt ist.

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In Pig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das einen festen Elektrolyten E und eine von diesem Elektrolyten E durch einen Isolator ^tK getrennte Elektrode Eb aufweist. Die Abscheidung der dritten Schicht Cc vollzieht sich in diesem Falle ausgehend von der Elektrode Eb auf den Teilen der zweiten Schicht Cb, die der Elektrode Eb gegenüberliegen. Die Platte L ist mit einem dielektrischen Antireflexüberzug 35 versehen.

In Fig. 7 ist die Stromzuführung zur Elektrode Eb von Fig. 6 dargestellt, die wiederum an den Stellen der Elektrode, die nicht aufgelöst werden sollen, um die dritte Schicht Cc in Form eines Niederschlags auf der zweiten Schicht Cb zu schaffen, durch den Isolator JH-abgedeckt ist.

Zur weiteren Illustration der Erfindung werden im folgenden vier Beispiele für vollständige Anzeigeeinrichtungen beschrieben, von denen zwei Beispiele mit einem flüssigen Elektrolyten und zwei Beispiele mit einem festen Elektrolyten arbeiten.

Beispiel 1;

Dieses Beispiel betrifft eine Anzeigeeinrichtung mit flüssigem Elektrolyten und Gravierung auf der Vorderseite; durch Aufdampfen oder Aufstäuben einer Goldschicht wird auf einer Platte L aus mattiertem Glas eine erste Schicht Ca ausgebildet.

Die Anzeigeeinrichtung entspricht der Darstellung in Fig. 2_t Die Durchlässigkeit der Goldschieht beträgt für eine Wellenlänge von 5000 Angströmeihhelten 55 '<$>. Anschließend wird durch reaktive Zerstäubung eine Sohiüht aus mit Zinn

% 0 S 8 3 9 /. 0 9 0 3

dotiertem Indiumoxyd aufgestäubt, um eine zweite Schicht Cb von 1100 Angströmeinheiten Dicke auf der Unterschicht aus Gold auszubilden. Der Brechungsindex dieses Indiumoxyds liegt bei etwa 2, und man arbeitet mit der Interferenz erster Ordnung. Nach einer - entweder chemisch oder ionisch erfolgenden - Gravierung in der Weise, daß sich auf einem zusammenhängenden Untergrund begrenzte Anzeigezonen ausbilden, und anschließender elektrischer Isolierung dieser einzelnen Zonen voneinander wird ein Isolator abgeschieden, der die Stromzuführungen vor einer unmittelbaren Berührung mit dem Elektrolyten schützen soll». Dieser Isolator wird an den Stellen, wo später die Anzeige erfolgen soll, durch selektive chemische Ätzung oder Ionenätzung oder sonst ein bekanntes Mittel entfernt. Es lassen sich sowohl organische als auch anorganische Isolatoren verwenden. Die auf diese Weise festgelegte Vorderseite bildet die vordere Wand einer elektrοIytischen Zelle von beliebiger Dicke, deren Rückseite beispielsweise mit einer Schicht aus Silber überzogen ist, um die zweite Elektrode Eb auszubilden. Diese Zelle wird sodann mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllt, ausgehend von dem sich eine Silberabscheidjäng erzielen läßt; beispielsweise kann als Elektrolyt ein Bad verwendet werden, das als Lösungsmittel Methylalkohol und als gelöste Salze 10 g/l Silbernitrat und 400 g/l Natriumthiocyanat enthält.

Die anzulegende elektrische Spannung, die von der Dicke des Elektrolyten und der Leitfähigkeit der ersten Elektrode Ea abhängt, ist so gewählt, daß sie einen Stromdurchgang mit einer Stromdichte von 50 πΑ/cm ermöglicht. Ein derartiger Stromfluß von wenigstens 1/10 Sekunde Dauer ermöglicht die Abscheidung einer. Silberschicht von 50 Angströmeinheiten Dicke. Diese Dicke scheint die Mindestdicke zu sein, um einen ausreichenden Kontrast zu erhalten. Das erforderlich^

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_ ρ

Minimum an elektrischer Ladung liegt dann bei 5 · 10 ;5 Cb/Cm Man erhält in diesem Falle eine Anzeigezone von blauer Farbe, die sich auf einem Untergrund von blaßgoldgelber Farbe ausbildet und gut damit kontrastiert, wobei dieser Untergrund der Lichtreflexion an der dünnen Goldschicht entspricht.

Beispiel 2;

Dieses Beispiel ist eine Anzeigeeinrichtung mit festem Elektrolyten und Gravierung auf der Vorderseite.

Die Vorderseite der Elektrolytzelle wird wie oben bei Beispiel 1 angegeben präpariert, und dieses Gebilde wird sodann mittels Vakuumaufdampfung mit einer Schicht eines festen Elektrolyten, nämlich einem Elektrolyten aus Silberbromid überzogen. Das Silberbromid liegt in mikrokristalliner Form vor. Die Dicke des Elektrolyten muß groß genug sein - einige Mikron - um jeglichen Kurzschluß zwischen den Elektroden Ea und Eb zu vermeiden. Anschließend wird die zweite Elektrode Eb aufgedampft, was in diesem Falle durch Aufdampfen einer Silberschicht von ausreichender Dicke geschieht. Die Abscheidung einer Silberdicke von50 An&strömeinheiten, wie sie für die Anzeige erforderlich ist, verlangt die Aufwendung der gleichen Elektrizitätsmenge wie im Beispiel 1.

Beispiel 3:

Dieses Beispiel ist eine Anzeigeeinrichtung mit flüssigem Elektrolyten und Gravierung auf der Rückseite.

Diese Anzeigeeinrichtung ist in der Zeichnung in Fig. und 5 veranschaulicht. Die Vorderseite besteht einzig und allein

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aus den nicht gravierten Schichten Ca und Cb. Die Rückseite stellt einen beispielsweise aufgedampften Leiter aus Silber dar, der in seiner Geometrie in der Weise beätimmt wird, daß er der Geometrie für die gewünschte Anzeige entspricht. Anschließend wird auf den Leiter eine Schicht aus einem organischen oder anorganischen Isolator aufgebracht, wobei diese Schicht die Gebiete der Stromzuführung abdeckt, die nicht mit dem Elektrolyten in Berührung kommen sollen. Die Geometrie für diese isolierende Schicht wird durch irgendein bekanntes Mittel erhalten. Der aus Silber bestehende Leiter kann ohne weiteres auch mit einem weiteren, darunterliegenden Leiter kombiniert werden.

Bei diesem Beispiel muß die elektrolytische Zelle dünn werden, damit die Auflösung für die anzuzeigenden Muster durch die Diffusion der Silberionen im flüssigen Elektrolyten nicht zu stark beeinträchtigt wird, welche Diffusion der Dicke der zu durchquerenden Flüssigkeitsschicht proportional ist. Je nach der gewünschten Auflösung kann eine Zelle mit 10 bis 20 Mikron Dicke- verwendet werden.

Beispiel 4:

Dieses Beispiel ist eine Anzeigeeinrichtung mit festem Elektrolyten und Gravierung auf der Rückseite.

In der Zeichnung ist diese Anzeigeeinrichtung in Fig. und 7 dargestellt, wobei ein fester Elektrolyt E Verwendung findet. Die Vorderseite wird nach Abscheidung der Schichten Ca und Cb mit' einer Schicht aus einem festen Elektrolyten

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wie beispielsweise Silberbromid überzogen, wie dies in Verbindung mit Beispiel 2 oben bereits geschildert ist. Anschließend wird auf den festen Elektrolyten eine isolierende Schicht aus einem organischen oder anorganischen Isolator aufgebracht, die den Isolator 3^ von Fig. 6 und 7 entstehen läßt. Die Art dieser isolierenden Schicht, die Abscheidungsbedingungen und die Verfahren für die geometrische^uflösung v/erden so gewählt, daß der feste Elektrolyt keine Beeinträchtigung erfährt. Anschließend wird eine Schicht aus Silber mit einer Geometrie aufgebracht, die den anzuzeigenden Mustern entspricht, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist.

Die dargestellten Beispiele beschränken den Bereich der Erfindung selbstverständlich nicht auf die Anzeige von Zahlen oderBuchstaben. vielmehr umfaßt die Erfin-

dung auch alle Varianten, bei denen das Reflexionsvermögen eines Stoffes in begrenzten Bereichen oder auf seiner gesamten Oberfläche durch elektrolytische Abscheidung unter Ausnutzung der Eigenschaften eines Interferenzfilters variiert werden kann.

Ebenso sind Ausführungsformen möglich, bei denen die tragende Platte L auf der Rückseite der übereinander angeordneten Schichten liegt, wobei die erste Schicht Ca die Außenseite des Gesamtgebildes darstellt. Bei weiteren Ausführungsformen ist eine Beobachtung auch von der Rückseite möglich, wobei sich der Anzeigeaspekt gegenüber einer Beobachtung von der Vorderseite her umkehren kann; es genügt dazu₃ daß der Elektrolyt E, die Elektroden Eb νχΔ die eventuellen isolierenden Überzüge transparent ausgebildet sind; der Elektrolyt E ist im allgemeinen von Hause aus transparent; was nun die Elektroden anbelangt, so

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können sie beispielsweise in Form von Gittern ausgebildet werden, die für die Durchführung der Elektrolyse ausreichen und hinreichend transparent sind.

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Claims

Patentansprüche

{ 1/ Leuchtanzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine von einer Lichtquelle S beleuchtbare gleichförmige erste Schicht Ca aus einem teilweise reflektierenden Material mit geringer Dicke, eine auf diese erste Schicht Ca aufgebrachte gleichförmige zweite Schicht Cb aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex η und einer Dicke e, die senkrecht zu ihrer Oberfläche eine konstante optische Dicke der Größe η . e aufweist, und eine reflektierende dritte Schicht Cc enthält, die in solcher Weise auf einen Teil der zweiten Schicht Cb aufgebracht ist, daß zur Ablesung durch einen Beobachter bestimmte Muster vorgezeichnet werden.

2. Leuchtanzeigeeinrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß sie eine aus einem transparenten Material bestehende Platte L aufweist, die mit ihrer einen Seite mit der ersten Schicht Ca in Berührung steht und auf ihrer dem Beobachter zugewandten anderen Seite mattiert ist.

3. Leuchtanzeigeateinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine aus einem transparenten Material bestehende Platte L aufweist, die mit ihrer einen Seite mit der ersten Schicht Ca in Berührung steht und auf ihrer dem Beobachter zugewandten anderen Seite mit einer Auflage aus Antireflexschichten versehen ist.

4. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht Ca

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aus einem Metall aus der ' Gold, Platin, Palladium,

Rhodium und Iridium umfassenden Gruppe besteht.

5. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht Ca aus einem aus der die Metallboride, Metallnitride und Metallkarbide umfassenden Gruppe gewählten Material besteht.

6. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet,daß die erste Schicht Ca eine dielektrische Trennschicht ist.

7. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit der leitenden zweiten Schicht Cb in Berührung stehenden Elektrolyten E, eine mit der zweiten Schicht Cb in Berührung stehende erste Elektrode Ea, eine mit dem Elektrolyten E in Berührung stehende zweite Elektrode Eb und eine Steuerspannungsquelle enthält, die zwischen den Elektroden Ea und Eb eine Potentialdifferenz anlegt und bei negativer Polarisation der ersten Elektrode Ea die Abscheidung der reflektierenden dritten Schicht Cc auf wenigstens einem Teil der zweiten Schicht Cb und bei positiver Polarisation der ersten Elektrode Ea die Wiederauflösung dieser dritten Schicht Cb bewirkt.

3, Leuchtanzeigeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht Cb leitend ist und aus einem aus der die Halbleitenden Oxyde umfassenden Gruppe gewählten Material besteht.

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9. Leuchtanzeigeeinrichtung nach Anspruch 7.» dadurch gekennzeichnet,daß die zweite Schicht Cb leitend und transparent ist und aus einem aus der mit Zinn dotiertes Indiumoxyd und mit Antimon dotiertes Zinnoxyd umfassenden Gruppe gewählten Material besteht.

10. Leuchtanzeigeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht Cb nur eine geringe Leitfähigkeit aufweist und die erste Schicht Ca leitend ist und die erste Elektrode Ea bildet.

11. Leuchtanzeigeeinrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode Ea durch eine Kombination der ersten und der zweiten Schicht Ca und Cb gebildet ist.

12. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche bis II, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt E ein flüssiger Elektrolyt ist und in einer Tasche (16) Aufnahme findet, die ihn in Berührung mit der zweiten Schicht Cb hält.

13. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt E ein fester Elektrolyt ist.

14. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode Eb eine Silberelektrode ist.

15« Leuchtanzeigeeinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Elektrolyt E aus der Gruppe von Elektrolyten gewählt ist, die ein gutes Leit-

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vermögen bei Umgebungstemperatur durch Ag -Ionen aufweisen und Stromdichten zulassen, die eine Abscheidung des notwendigen Silberniederschlags in hinreichend kurzer Zeit und bei einer geringen Potentialdifferenz ermöglichen, welche Gruppe die Silberhalogenide AgCl, AgBr und AgJ, die Silbersulfohalogenide Ag^SJ und Ag^SBr, die Mischungen von Silberhalogeniden und Alkalihalogeniden Rb Ag^JV und

und mit Ag⁺-Ionen dotiertes Aluminiumoxyd der

allgemeinen Formel

1β. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das die dritte Schicht Cc bildende Metall M ein Metall ist, für welches das Redoxpotential für das Paar M/M¹¹* größer ist als das Reduktionspotential für die erste Elektrode Ea und im Falle eines wässrigen Elektrolyten auch als das Reduktionspotential für die Wasserstoffionen.

17. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Schicht Ca zwischen 50 und 250 Angströmeinheiten liegt.

18. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Elektrolyten E und der zweiten Schicht Cb eine isolierende Sohicht enthält, die zur Abgrenzung der Anzeigezonen,, also der Zonen für die Abscheidung der reflektierenden dritten Schicht Cc, dient.

19· Leuchtanzeigeeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,daß das die isolierende Schicht bildende Material aus der Gruppe der anorganischen Isolatoren wie

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Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd und Siliciumnitrid und der organischen Isolatoren wie Kunstharze und Polymere gewählt ist.

20. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode Eb so zerschnitten ist, daß sich die durch metallische .Abscheidung der dritten Schicht Cc auf der zweiten Schicht Cb anzuzeigenden Muster ergeben, wobei sioh diese Metallabscheidung für die dritte Schicht Cc auf den Teilen der zweiten Schicht Cb vollzieht, die dem durch die zweite Elektrode Eb geschaffenen Muster gegenüberliegen.

21. Leuchtanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungen für mindestens eine der beiden Elektroden Ea und Eb die Anlage von unterschiedlichen Potentialen an gegeneinander isolierte Teile der Elektroden Ea und Eb ermöglichen.

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