DE2805884A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung mit einer fluoreszenzplatte - Google Patents
Fluessigkristall-anzeigevorrichtung mit einer fluoreszenzplatteInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT unser Zeichen
Berlin und München YPA 7g P 1 Π ? 2 SRFI
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Fluoreszenzplatte
Zusatz zu Patent (Paten tan—
meldung P 26 25 864.0).
Zum Gegenstand des Hauptpatents gehört eine Anzeigevorrichtung mit einer Flüssiglcristall-Schicht, die
sich zwischen einer in Betrachtungsrichtung vorderen und einer hinteren Trägerplatte befindet und in Anzeigebereichen
zwischen verschiedenen optischen Zuständen schaltbar ist, sowie mit einer hinter den
Trägerplatten angeordneten Platte, die aus einem Material mit einem Brechungsindex>
1 besteht, mit einem fluoreszierenden Susatz versehen ist und den einzelnen Anzeigebereichen jeweils zugeordnete Lichtaustrittsfenster
aufweist, wobei der neben den Anseigebereichen verbleibende Restbereich der Trägerplatten
zumindest gebietsweise lichtdurchlässig ist und die
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Flüssigkristall-Schicht in diesen Gebieten eine für die Lichtdurchlässigkeit geeignete Textur hat, die
sich von der Textur der Flüssigkristall-Sehicht in den nicht geschalteten Anzeigebereichen unterscheidet.
Ein solches Display liefert einen hohen Darstellungskontrast, da die als Helligkeitsverstärker -wirkende
Fluoreszenzplatte durch die Zelle hindurch Umgebungslicht
empfangen kann.
Gemäß dem Hauptpatent läßt sich die örtlich verschiedene Flüssigkristall-Orientierung durch eine
lokal entsprechend variierte Oberflächenpräparation der beiden Trägerplatten oder durch Erzeugung eines
ständigen Ε-Feldes im Restbereich realisieren. Diese Maß
nahmen führen zwar zum gewünschten Erfolg, sie sind aber noch immer mit einem gewissen Herstellungsaufwand
bzw. einem unnötigen Leistungsverbrauch belastet.
Die Erfindung steht vor der Aufgabe, die eingangs genannte Anzeigevorrichtung auf der Grundlage des geschilderten
lösungsprinzips derart auszubilden, daß sie rationell und vor allem auch ohne weiteres in
größerem Maßstab gefertigt werden kann. Hierzu ist bei dem eingangs genannten Display erfindungsgemäß
vorgesehen, daß in den lichtdurchlässigen Gebieten der Anzeigevorrichtung die eine Trägerplatte (erste
Trägerplatte) auf ganzer Fläche vorspringt und die zweite Trägerplatte mit Distanzierstützen versehen
ist, die an die Yorsprünge ("Distanziervorsprünge") der ersten Trägerplatte anschlagen, und daß die
Flüssigkristall-Schicht mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthält, eine positive dielektrische
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Anisotropie hat, an ihren plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert ist und in den nicht
geschalteten Anzeigebereichen eine cholesterinische Textur hat, deren Helixganghöhe so groß bemessen
ist, daß die Flüssigkristall-Schicht in den lichtdurchlässigen Gebieten durchgehend homöotrop orientiert
ist.
Die Erfindung beruht auf folgender Beobachtung. Ein an den Trägerplatten homöotrop orientierter
cholesterinischer Flüssigkristall, der sich im feldfreien Zustand normalerweise planar oder
fokal-konisch orientiert und erst oberhalb eines bestimmten Schwellenfeldes homöotrop wird, ist
auch ohne Feld dann durchgehend plattensenkrecht ausgerichtet, wenn die Flüssigkristall-Schicht so
dünn ist, daß sich eine Elementarhelix nicht mehr
voll ausbilden kann. Dieser Orientierungseffekt
•wird bei der vorgeschlagenen Flüssigkristallanzeige dazu benutzt, die vorgeschriebene Textdifferenzierung
nicht mehr durch eine Oberflächenbehandlung oder durch Anlegen einer ständigen Spannung sondern
durch eine Schichtdickenvariation zu verwirklichen. Die hierzu vorgeschlagenen Maßnahmen - von dem einen
Substrat ausgehende Stützen ruhen auf Vorsprüngen des anderen Substrats - erweisen sich in mehrfacher
Hinsicht als besonders günstig. So lassen sich die Vorsprünge und Stützen mit einer genau definierten
Höhe herstellen, so daß man zu Zellenversionen mit extrem dünnen Flüssigkristall-Schichten in den An-Zeigebereichen
übergehen kann, bei denen bekanntlich
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die Schwellspannungen und die Schaltzeiten besonders geringe Werte haben. Darüber hinaus bringt die vorgeschlagene
Plattendistanzierung noch zwei v/eitere Vorteile mit sich, die vor allem bei einer Massenfertigung
ins Gewicht fallen: Man kommt mit einem relativ kleinen Flüssigkristall-Volumen aus und kann die '
Substanz durch eine einzige Einfüllöffnung in die Zelle einführen, da sämtliche mit dem Flüssigkristall
zu füllenden Räume miteinander kommunizieren.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Plattenvorsprünge
können durch Beschichtung der Substrate oder aber durch Schaffung von Vertiefungen herausgearbeitet
v/erden. Beschichtet man die Platte, so ist es im Rahmen der Erfindung ohne Belang, ob die Schicht
direkt auf das Substrat pder etwa auf bereits vorhandene (leitfähige) Schichten aufgetragen wird.
Die Distanzierstützen können grundsätzlich nach den gleichen Verfahren wie die Vorsprünge erzeugt werden.
Günstige Herstellungstechniken für die beiden Distan- zierelemente
sind in den Ansprüchen 6 bis 15 angegeben.
V/eitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildüngen
der Erfindung werden in zusätzlichen Ansprüchen charakterisiert.
Die Erfindung soll nun anhand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die
beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. In den figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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IGT
-V- VPA 78 P 1 Q 2 2 BRQ
I"ig. 1 in einem Seitenschnitt ein erstes Ausführungs-
beispiel der Erfindung und
3?ig. 2 ebenfalls in einem Seitenschnitt die Flüssigkristall-Zelle
eines zweiten Ausführungsbeispiels, das sich von der Ausführung der Fig. 1 im wesentlichen nur in der Realisierung der
Substratvorsprünge unterscheidet.
Die Zeichnung ist schematisch gehalten. Für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche
Einzelteile eines Displays, beispielsweise elektrische Zuleitungen oder Halterungselemente, sind weggelassen.
Das Display der Fig. 1 ist eine einstellige, polarisatorfreie
7-Segment-Flüssigkristallanzeige. Sie besteht aus zwei Funktionseinheiten: aus einer Flüssigkristall-Zelle
1 und einer Fluoreszenzplatte 2, die sich in Betrachtungsrichtung hinter der Zelle befindet.
Die Zelle 1 enthält im einzelnen eine vordere Trägerplatte 3 und eine hintere Trägerplatte 4, die beide
über einen Rahmen 6 hermetisch dicht miteinander verbunden sind. Die Trägerplatten sind außerdem auf
ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Belag versehen.
Der Belag der rückwärtigen Trägerplatte ist durchgehend ausgebildet (Rückelektrode 7), während
der Belag der vorderen Trägerplatte aus getrennt an-
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- Jg - VPA 78 P 1 0 2 2 BRQ
steuerbaren Segmenten (Elektrodensegmente 8) besteht;
die Elektrodensegmente definieren jeweils einen Anzeigebereich. Die vordere Trägerplatte ist zusätzlich
innen noch mit einem Film 5 überzogen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient deutlich kleiner ist als
der des aus Glas bestehenden Substrats. Dieser PiIm,
für den man beispielsweise SiOg, ^->p^ oder Si02*Al20,
nehmen könnte, ist bei erhöhten Temperaturen aufgebracht worden und drückt die Trägerplatte nach Art
eines Bimetalls zur anderen Platte hin durch. Der gleiche Effekt ließe sich natürlich auch erreichen,
wenn man die Außenseite der Trägerplatte mit einem überzug versieht, der sich- bei Abkühlung stärker
zusammenzieht als das Substratmaterial. Für diesen Außenfilm (vergl. hierzu Fig. 2) käme etwa MgO infrage.
Die beiden Trägerplatten werden nicht nur über den Rahmen 6 sondern auch noch über weitere Abstandselemente
gegeneinander distanziert. Der Figur entnimmt man, daß diese Elemente sich sämtlich in der von dem Rahmen
und den beiden Substraten begrenzten Kammer befinden und dadurch gebildet sind, daß von der einen Trägerplatte
Schichten (Distanzierschichten 9) und von der anderen Trägerplatte Stützen (Distanzierstützen 11)
ausgehen. Die Distanzierschichten nehmen praktisch die gesamte Grundfläche der Kammer ("Restbereich")
außerhalb der Anzeigebereiche ein. Im vorliegenden Fall ist die Zelle so dimensioniert, daß die Flüssigkristall-Schicht
in den Anzeigebereichen etwa 8+1 /um dick ist und im Restbereich eine Stärke von 2+0,5 /um
hat. Die Trägerplatten haben eine Wandstärke von etwa 0,6 mm.
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-/r- YPA 78 P 102 2 8RD
Die in der Zellenkammer verbleibenden, untereinander
verbundenen Hohlräume sind mit einer Flüssigkristallschicht
gefüllt, die durch eine (nicht dargestellte) Füllöffnung eingebracht worden ist. Der Flüssigkristall
ist eine nematische Substanz mit einem chiral-nematisehen Zusatz und einem eingelagerten
pleochroitisehen Farbstoff. Das Gemisch hat eine
positive dielektrische Anisotropie und ist an seinen
plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert.
Stellt sich diese Textur nicht spontan ein, so läßt sie sich mit einer der bekannten Orientierungstechniken (vergl. hierzu beispielsweise M. Tobias,
"International Handbook of liquid Crystal Displays" Ovum Press, London, Abschn. 7.2) herbeiführen. In
dem Flüssigkristallgemisch ist die chiral-nematisehe
Komponente, die den Flüssigkristall cholesterinisch verschraubt, so groß, daß die erzeugte Ganghöhe einen
Wert zwischen der Flüssigkristall-Schichtdicke in den Anzeigebereichen einerseits und im Restbereich andererseits
annimmt. In diesem Fall orientieren sich die Flüssigkristall-Moleküle in den Anzeigebereichen
- abgesehen von den Moleküllagen an den Grenzflächen cholesterinisch, im Restbereich dagegen durchgehend
homöotrop.
Die hinter der Zelle befindliche Fluoreszenzplatte 2 ist an ihren vier Seitenflächen jeweils mit einer
Spiegelschicht 13 überzogen und enthält einzelne Lichtaustrittsfenster, und zwar in Form einer rückwärtigen
Einkerbung 14 und einer auf der Plattenvorderseite angebrachten Streufläche 16. Jedes Fenster
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-?- VPA78 P 102 2 BRD
ist in Blickrichtung hinter einem der Elektrodensegmente
8 angeordnet. Die Platte ist so "bemessen, daß sie seitlich nicht über die Flüssigkristall-Zelle
hinausragt. Sie empfängt Licht von hinten - durch eine nur für das Anregungslicht durchlässige
Absorptionsfolie 17 hindurch - und von vorn durch die transparenten Gebiete der Zelle.
Die Abstandsschichten lassen sich auf verschiedene Weise mit genau einstellbarer Dicke erzeugen:
Beispielsweise durch Verdampfen oder Aufsputtern eines Glases, durch Eintauchen des Substrats in eine
Lösung oder durch chemische Dampfabscheidung (chemical
vapor deposition = CVD). Bei der ersten Aufbringtechnik empfiehlt es sich, eine vorwiegend aus SiO2J
Al2O,, CaO, Cr2O, oder MgF2 bestehende Schicht zu
nehmen; hierfür geeignete Gläser befinden sich im Handel. Die Tauchschicht könnte aus SiO2 oder SiO2*Al2O
zusammengesetzt sein. Der in CVD-Technik hergestellte
Überzug sollte vorzugsweise aus SiO2, SiO2*Al2O, oder
aus SiO2^B2O, bestehen. Heben den genannten Methoden
kommen natürlich auch Siebdruck- oder Fototechniken infrage. Beim Siebdruckverfahren, bei dem man gleich
die endgültigen Strukturen aufdrucken kann, lassen sich kristallisierende Glaslote aber auch organische
Materialien verwenden; Glaslot muß bekanntlich nach dem Aufdruck noch gesintert werden. Besonders rationell
ist eine Technik, bei der ein Gemisch aus einem Glaslotpulver und einem positiven oder negativen Fotolack
aufgesprüht oder durch ein sog "Rollercoating"aufgetragen,
durch eine Fotobelichtung mit anschließender Ablösung der belichteten bzw. unbelichteten Flächen
geeignet strukturiert und dann bei ca. 5000O gesintert wird.
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-V- YPA 78 P 1 0 2 2 BRD
Realisiert man die Plattenvorsprünge und/oder die Distanzierstützen nicht durch Besciiichten sondern
durch Tieferlegen der Segmentbereiche (Pig.. 2), so empfiehlt es sich, diese Vertiefungen durch Sputterätzen
herzustellen. Beim Ätzen sind diejenigen Substrate er ei ehe, die als Torsprünge und/oder Stützen
dienen sollen, durch eine Maske mit Fotolack oder Siebdrucklack abzudecken. Lackreste können durch
Plasmareraschen entfernt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel
der Pig. 2 sind in der einen, unbeschichteten Trägerplatte Gruben 18 eingeätzt und
in diese Gruben die Segmentelektroden aufgebracht und sind die Distanzierstützen der anderen Trägerplatte
durch Beschichtung erzeugt. Eine solche Version kann besonders kostengünstig gefertigt werden.
Das Display arbeitet folgendermaßen:
Die Fluoreszenzplatte leitet das auf sie treffende Umgebungslicht in ihrem Inneren auf die Lichtaustrittsfenster,
aus der die eingefangene Strahlung nach vorn ausgekoppelt wird. In den nicht angesteuerten
Anzeigebereichen, in denen die in der Flüssigkristall-Schicht eingelagerten Farbstoffmoleküle
nicht in Lichtfortpflanzungsrichtung liegen, wird das Fluoreszenzlicht absorbiert, so daß diese
Segmente in der Farbe des Farbstoffes erscheinen. In den jeweils angesteuerten Anzeigebereichen nehmen
die Flüssigkristall-Moleküle und danit auch die Farbstoff
-Moleküle eine plattensenkrechte Orientierung ein,
in der sie lichtdurchlässig sind. Es entsteht ein in der Fluoreszenzfarbe leuchtendes Bild vor einem ünter-
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-Vd- VPA78 P 102 2 BRO
grund, der teilweise - in den nicht angesteuerten
Segmenten - die Farbe des Farbstoffs und teilweise
- in den transparenten ZellengeMeten - einen durch, die Fluoreszenzplatte bestimmten Farbton hat. TJm
dem Untergrund eine homogene Farbe zu geben, sollten die Farbstoff-Farbe und die Farbe des Restbereiches
aufeinander abgestimmt werden. Dies kann beispielsweise durch Wahl eines geeigneten Farbstoffes oder
aber durch Hinterlegung des Restbereiches mit einer passend getönten Folie geschehen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So bleibt es dem Fachmann überlassen, welche Herstellungstechniken er für
die Vorsprünge einerseits und die Stützen andererseits im Einzelfall miteinander kombiniert. Außerdem
ist es ohne Belang, ob die FK-Schicht in den Anzeigebereichen einen planar-cholesterinischen oder einen
fokal-konischen Ruhezustand einnimmt. So kann der vorliegende Vorschlag auch auf ein Matrix-Display
auf der Basis des sog. Bistabilitätseffektes (Berichte der Bunsengesellschaft, 9. (1974) 912) angewendet werden.
15 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (15)
- VPA7S P 1 O 2 2 QROPatentansprücheAnzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristallschicht, die sich zwischen einer in Betrachtungsrichtung vorderen und einer hinteren Trägerplatte befindet und in Anzeigebereichen zwischen verschiedenen optischen Zuständen schalt"bar ist, sowie mit einer hinter den Trägerplatten angeordneten Platte, die aus einem Material mit einem Brechungsindex > 1 "besteht, mit einem fluoreszierenden Zusatz versehen ist und den einzelnen Anzeigebereichen jeweils zugeordnete Lichtaustrittsfenster aufweist, wobei der neben den Anzeigebereichen verbleibende Restbereich der Trägerplatten zumindest gebietsweise lichtdurchlässig ist und die Flüssigkristall-Schicht in diesen Gebieten eine für die Lichtdurchlässigkeit geeignete Textur hat, die sich von der Textur der Flüssigkristall-Schicht in den nicht geschalteten Anzeigebereichen unterscheidet, nach Patent (PatentanmeldungP 26 25 864.0), dadurch gekennzeichnet, daß in den lichtdurchlässigen Gebieten der Anzeigevorrichtung die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte 4) auf ganzer Fläche vorspringt und die zweite Trägerplatte (3) mit Distanzierstützen (11) versehen ist, die an die Torsprünge (DistanziervorSprünge 9) der ersten Trägerplatte (4) anschlagen, und daß die Flüssigkristall-Schicht (12) mindestens einen pleochroitischen909833/0289ORIGINAL INSPECTED- 2 - YPA78 P 1 0 2 2 BRDFarbstoff enthält, eine positive dielektrische Anisotropie hat, an ihren plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert ist und in den nicht geschalteten Anzeigebereichen eine cholesterinische Orientierung hat, deren Helixganghöhe so groß ist, daß die Flüssigkristall-Schicht (12) in den lichtdurchlässigen Gebieten durchgehend homöotrop orientiert ist.
- 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Helixganghöhe kleiner ist als die Dicke der Flüssigkristall-Schieht (12) in den Anzeigehreichen und größer ist als die Dicke der Flüssigkristall-Schicht (12) in den lichtdurchlässigen Gebieten.
- 3. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall-Schicht (12) in den Anzeigebereichen zwischen 6 und 10 /um und in den lichtdurchlässigen Gebieten 1-2 /um dick ist.
- 4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Trägerplatten (3,4) auf ihrer Innenseite zusätzlich mit einem bei erhöhten Temperaturen aufgetragenen, vorzugsweise aus SiOp, AIpO., oder SiO2*Al2O5 bestehenden überzug (5) versehen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der der Trägerplatte.909833/0289
- 5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Trägerplatten (3>4) auf ihrer Außenseite zusätzlich mit einem bei erhöhten Temperaturen aufgetragenen, vorzugsweise aus MgO bestehenden Überzug (5) versehen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient größer ist als der der Trägerplatte.
- 6. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge (9) und/oder die Distanzierstützen (11) jeweils durch eine auf die Trägerplatte (3,4) aufgebrachte Schicht gebildet sind.
- 7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge (9) und/oder die Distanzierstützen (11) dadurch gebildet sind, daß die Trägerplatte (3>4) in den Anzeigebereichen vertieft ist.
- 8. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht, die vorzugsweise überwiegend aus SiOp, AIpO.,, CrpO,, CaO oder. MgFp besteht, aufgedampft oder aufgesputtert wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.909833/0289- 4 - VPA78 P ί 0 2 2 BRD
- 9. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Tauchschicht, die vorzugsweise aus SiO? oder SiO? #Al?O^ "besteht, aufgebracht wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.
- 10. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst eine durchgehende Schicht, die vorzugsweise aus SiO„, SiO 'AlpO, oder SiOg'BpO-z "besteht, durch chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition) erzeugt wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenterei ehe durch Ätzung freigelegt werden.
- 11. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/ oder die Distanzierstützen durch Aufbringen eines kristallisierenden Glaslotes in Siebdrucktechnik und durch nachfolgendes Sintern hergestellt werden.909833/0289
- 12. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Distanziervorsprünge und/5 oder die Distanzierstützen durch Aufbringen eines organischen Materials in Fototechnik oder in Siebdrucktechnik hergestellt werden.
- 13. Verfahren zur Herstellung der DistanziervorSprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennz ei c h η e t , daß zunächst eine durchgehende Schicht aus einem Glaslotpulver und einem Fotolack aufgebracht, vorzugsweise aufgesprüht oder aufgerollt, wird, daß dann diese Schicht maskiert und fotobelichtet wird und daß hiernach die Distanziervorsprünge und/oder Distanzierstützen durch einen Ablöseprozeß herausgearbeitet und schließlich durch Erwärmung auf einige 100 C gesintert werden.
- 14. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennz ei c h η e t , daß die Distanziervorsprünge und/oder die Disbanzierstützen durch Sputterätzen der Trägerplatte hergestellt werden, wobei die die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen bildenden Plattenbereiche mit Fotolack oder SiebdruckLack abgedeckt werden.
- 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichne t, daß die Lackreste durch Plasmaveraschen entfernt werden.909833/0289
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