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"Zweifarbige passive elektrooptische An-
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zeigezelle" (entsprechend Schweiz Nr. 3.551/77 vom 22. März 1977)
13 Seiten Beschreibung mit 10 Patentansprüchen 3 Blatt Zeichnung
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine zweifarbige passive elektrooptische Anzeige
zelle mit zwei Platten, die auf ihrer Innenseite Steuerelektroden aufweisen und
zwischen denen ein zweifarbiger aktiver BestandteiL eingeschlossen ist.
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Derartige Zellen sind bereits bekannt. Sie arbeiten mit Reflektion
und weisen eine hinter der Zelle angeordnete Streuscheibe auf. In diesen bekannten
Zellen ist die Entfernung, die die Streuscheibe von der zweifarbigen Schicht trennt,
von der gleichen Größenordnung wie die Größe der Anzeigesegmente, die die Elektroden
darstellen, so daß der Anzeigekontrast ziemlich schwach ist, wobei die Anzeigen
hell auf dunklem Grund angezeigt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesem Nachteil abzuhelfen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird für die erfindungsgemäße Anzeigezelle
vorgeschlagen, daß ihre hintere Platte streuend ist, um den Kontrasteffekt der Anzeige
zu verstärken.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend
anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform einer zweifarbigen Anzeigezelle
bekannter Bauart und mehrerer Ausführungsformen entsprechend der Erfindung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch die Zelle bekannter
Bauart; Fig. 2 einen Schnitt durch eine Einzelheit dieser Zelle in vergrößertem
Maßstab, wobei die von den Lichtstrahlen durchlaufenen Wege dargestellt sind, Fig.
3 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer zweifarbigen passiven elektrooptischen
Anzeigezelle entsprechend der Erfindung, Fig. 4 einen Schnitt durch eine Einzelheit
dieser Zelle in vergrößertem Maßstab, wobei die von den Lichtstrahlen durchlaufenen
Wege dargestellt sind, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anzeigezelle sowohl
der bekannten Bauart als auch der Erfindung, versehen mit einer Streuscheibe, wobei
ihre Betriebsweise veranschaulicht wird, Fig. 6 ein Diagramm, das die Leuchtkraft
als Funktion der Entfernung zwischen der Streuscheibe und der optisch aktiven Schicht
anzeigt, und Fig. 7 bis 13 Schnitte Schnitte durch sieben weitere Ausfunrungsformen
von Zellen.
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Bei den bekannten Vorrichtungen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind,
besteht die Anzeigezelle aus zwei Glasplatten 1 und 2, auf denen durchlässige Leiterschichten
aufgetragen sind, die die Rolle von Elektroden spielen und mit 3a und 3b für die
Platt 1 und mit 4 fur die Platte 2 bezeichnet sind. Diese Platten werden durch einen
Rahmen 5 aus gesintertem Glas im Abstand voneinander gehalten, wobei der von den
Platten und dem Rahmen begrenzte Raum eine Mischung 6 aus zweifarbigen Molekülen
enthält, beispielsweise blauem Methyl, und aus Flüssigkristall, das seinerseits
eine Mischung aus nematischem Flüssigkristall und cholesterinhaltigem Flüssigkristall
sein kann. Eine Streuscheibe 7 ist hinter der Zelle angeordnet.
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Wenn man annimmt, daß die Elektroden 3b und 4 erregt werden (Fig.
2), befindet sich die Mischung 6 in zwei Zuständen 6a und 6b, wobei die zweifarbigen
Moleküle in einer nach allen Richtungen in den Bereichen 6a und senkrecht zur Ebene
der Platten im Bereich 6b gleichen statistischen Verteilung ausgerichtet sind.
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Wenn die derart erregte Zelle mit Hilfe einer ein Strahlenbündel 9a
bis 9e erzeugenden Lichtquelle 8 beleuchtet wird, sieht man, daß nur die Strahlen
zwischen den Strahlen 9d bis 9e zum Lesen des dem Bereich 6b entsprechenden Segments
beitragen, während alle anderen entweder auf dem Hinweg oder auf dem Rückweg in
dem einen oder anderen der Bereiche 6a absorbiert werden, die als schwarzer Körper
betrachtet werden können. Es gibt daher nur einen geringen Teil des von der Lichtquelausgestrahlten
Lichts,
der brauchbar ist.
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Die in Fig. 3 dargestellte Zelle umfaßt eine vordere Glasplatte 10
mit den Elektroden lia und lib und eine hintere streuende Keramikplatte 12, die
eine Leiterbahn 13 aufweist, wobei diese beiden Platten durch einen Rahmen 14 voneinander
getrennt sind, der beispielsweise aus gesintertem Glas besteht. Eine Mischung 15
aus zweifarbigen Molekülen und Flüssigkristall wird in den durch die Platten lo
und 12 und den Rahmen 14 begrenzten Raum eingebracht. Da die hintere Platte 12 der
Zelle ihrerseits streuend ist, ist eine vor der Zelle angeordnete Streuscheibe vorhanden,
wie dies hinsichtlich der Streuscheibe 7 der Fig. 1 und 2 der Fall ist.
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Wenn die Elektroden llb und 13 dieser Zelle erregt werden (Fig. 4),
befindet sich die Mischung 15 also in den beiden mit 15a und 15b bezeichneten Zuständen,
die den beiden Zuständen 6a und 6b der Zelle der Fig. 2 entsprechen. Wenn diese
Zelle weiterhin durch eine Lichtquelle 16 erleuchtet wird, die Lichtstrahlen 17a
bis 17e ausstrahlt, sieht man, daß die Strahlen zwischen den Strahlen 17b und 17d
den Bereich 15b erleuchten.
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Auf diese Weise ist die Menge des für das Lesen brauchbaren Lichts
gegenüber der bekannten Vorrichtung entsprechend den Fig. 1 und 2 mehr als doppelt
so groß.
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Die in den Fig. 2 bis 4 wiedergegebene gedrängte Darstellung kann
durch eine mehr mathematische Erläuterung vervollständigt werden:
Man
nimmt ein homogenes und isotropes Lichtfeld an, d.h. eines, in dem jeder Punkt des
Raums die gleiche Menge Licht empfängt und außerdem auf isotrope Weise.
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Das betrachtete Anzeigesegment ist an einen Strahlenkreis R angeglichen,
und die Entfernung zwischen der optisch aktiven Oberfläche, die bei 18 angezeigt
wird, und dem Streu-Reflektor, der bei 19 angezeigt wird, ist gleich d (Fig. 5).
Außerdem wird der Streu-Reflektor als vollständig lambertisch angesehen, d.h. daß
für jede Oberflächeneinheit, die durch die gleiche Lichtmenge erleuchtet wird, gleich
mit welchem Einfaliswinkel, das rückgestrahlte Licht eine räumliche Streuung aufweist,
die gleich ist und außerdem von lambertischer Art.
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Wenn diese Bedingung erfüllt ist, ist es möglich zu bestätigen, daß,
wenn der Betrachter die Anzeigevorrichtung in der Vertikalen betrachtet, die Menge
des Lichts, die sie für ein gegebenes Segment einfängt, proportional der Menge des
dieses Segment er leuchtenden Lichts ist. Es genügt also, die mittlere Beleuchtung
eines gegebenen Segments als Funktion der Entfernung d zu berechnen, um den Leuchtkraftgewinn
als Funktion dieser Entfernung zu kennen.
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Wenn man annimmt, daß e der polare Winkel und + der azimutale Winkel
ist, kann man schreiben, daß die Beleuchtung auf einem Element mit einer Oberfläche
dd zentriert bei P folgendermaßen proportional ist:
d.h. eine Beleuchtung im Punkt P: (d E (p) I (P) = d6
em kann in folgender Weise ausgedrückt werden:
wobei # der Entfernung zwischen der Mitte des Strahlenkreises R und dem Punkt P
entspricht.
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Man hat dann
was nach Integration ergibt:
Die mittlere Beleuchtung des Segments entspricht
wo ß = d ist.
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R Um die Formel etwas zu vereinfachen, kann man vereinheitlichen,
indem man setzt I I* = # von wo
Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß bei # = 0 (Entfernung Null zwischen dem Streu-Reflektor
und der
optisch aktiven Schicht) die mittlere Intensität gleich
1 ist.
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Auf diese Weise ist der Leuchtkraftgewinn eines gegebenen Segments
umgekehrt proportional der mittleren Beleuchtung. Die Kurve der Fig. 6 gibt hierzu
eine graphische Darstellung.
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Bei einer Uhr-Anzeige mit einem die Sekunde markierenden Punkt eines
gleichmäßigen Strahls entsprechend 0,25 mm, wobei die Entfernung zwischen der optisch
aktiven Schicht und dem Streu-Reflektor 0,75 mm beträgt, ist der Koeffizient n gleich
3; die Graphik der Fig. 6 zeigt dann, daß die Leuchtkraft zehnmal kleiner ist als
in dem Fall, wo die Streuscheibe angrenzend liegt.
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Für ein Anzeigesegment von länglicher Form ist die Berechnung sehr
viel komplexer. Trotzdem kann man einen Annäherungswert finden, indem man es mit
einem Kreis von äquivalenter Oberfläche vergleicht.
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Bei einem Segment mit einer Oberfläche von 1 mm² mit einer Entfernung
d von ebenfalls 0,75 mm erhält man = = 1,3, was eine Leuchtkraft 3,4 mal schwächer
ergibt als in dem Fall, wo die Streuscheibe an die optisch aktive Schicht angrenzt.
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Es ist selbstverständlich, daß diese Werte in Gxößenordnungen vorliegen,
bei denen die gewählten Idealbedingungen niemals erfüllt werden. Es ist trotzdem
möglich gewesen, experimentell zu überprüfen, daß diese Näherungslösung zufriedenstellend
ist
Die Zelle der Fig. 7 unterscheidet sich von der der Fig. 3
und 4 dadurch, daß sie außerdem einen elektrolumineszierenden Film 20 aufeist, der
hinter der Zelle angebracht ist und zur Beleuchtung dieser dient. Es ist tatsächlich
festgestellt worden, daß die Keramik gute Lesebedingungen am Tage ergibt, wobei
sie ausreichend durchsichtig ist, um eine gute Beleuchtung bei Nacht zu ergeben.
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Es ist zu bemerken, daß man den elektro-lumineszierenden Film 20 durch
ein "Beta-Licht" oder durch jede andere Lichtquelle wie Glühlampe, elektro-lumineszierende
Diode usw. ersetzen könnte.
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In der Ausführungsform der Fig. 8 wird die Streuscheibe durch eine
Schicht aus einer Glaspaste gebildet, die durch Serigraphie auf der Innenseite der
hinteren Glasplatte 21 der Zelle aufgebracht ist. Diese Schicht aus Glaspaste wird
nach Behandlung zu einer gesinterten Glasschicht 22, die aufgrund des Vorhandenseins
von Teilchen streuend wirkt, die einen Brechungskoeffizienten haben, der verschieden
von dem des Glases ist. Diese Schicht 22 kann eine Dicke von etwa 10 /um haben.
Die genannten mit der Glaspaste vermischten Teilchen können lichtundurchlässig sein,
metallisch oder nicht metallisch. Sie können eine farbige Wirkung haben oder auch
fluoreszierend sein.
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In der Ausführungsform der Fig. 9 ist die hintere Glasplatte der Zelle,
die mit 23 bezeichnet ist, matt und
mit einer reflektierenden Schicht
24 überzogen In dem Fall, wo diese Schicht 24 elektrisc:a leitend ist0 kann sie
außerdem die Rolle einer Elektrode spielen Das matte Glas 23 könnte auch von einem
dielektrischen Spiegel aus einer oder mehreren Schichten aus diesem trischem Material
bedeckt sein.
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Die Ausführungsform der Fig. lo entspricht derjenigen der Fig. 7 mit
dem Unterschied0 daß die hintere Platte aus Keramik 25 sich über die vordere Platte
2o hinaus erstreckt, wobei ihr überstehender Teil 25a einen integrierten Schaltkreis
27 trägt, der über GolddrAte 28 mit einem Kontaktelement 29 verbunden ist0 das mit
der von der Platte 25 getragenen Leiterbahn 30 formschlüssig verbunden ist.
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Die Ausführungsform der Fig 11 unterscheidet sich von derjenigen der
Fig lo in der Ilinsichte daß der integrierte Schaltkreis 31 sich auf der Außenseite
der hinteren Platte aus Keramik 32 befindet Die Beleuchtung wird mittels elektro-lumineszierender
Dioden 33 verwirklicht, die das Licht zum Inneren der Zelle ausstrahlen.
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In der Ausführungsform der Fig. 12 ist die Innenseite der hinteren
Platte der Zelle 34 mattiert durch Einwirkung von Fluorhydrid-Säure oder von jedem
anderen geeigneten Mittel, wie beispielsweise Sandstrahlen. Diese Innenseite wird
dann mit einer dünnen metallischen halbreflektierenden Schicht 35 überzogen0 auf
der man eine
Schicht 36 aus Glaspaste ablagert, die nach thermischer
Behandlung zu einer durchsichtigen oder durchscheinenden gesinterten Glasschicht
wird, wie in der Ausf~;.-rungsform der Fig. 8 beschrieben. Auf dieser SchL 36 aus
gesintertem Glas lagert man dann die Steuerelektroden 37 ab.
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In der Ausführungsform der Fig. 13 integr evt man einen elektro-lumineszierenden
Film im Inneren der Zelle. Zu diesem Zweck lagert man auf der Innenseite der hinteren
Glasplatte 38 der Zelle eine metallische und streuende Schicht 39 ab, die lichtundurcnlässig
sein kann; man bedeckt sie mit einem Film 40, der unter E nwirkun< eines elektrischen
Feldes Licht ausstrahlt (elektrolumineszierender Film). Dieser Film 40 kann bsisielsweise
aus gedoptem Zinksulfid bestehen. Eine ne andere, diesmal durchsichtige Leiterschicht
41 bedeckt den Film 40. Die beiden Leiterschichten 39 und 41 stielen die Rolle von
Steuerelektroden des elektro-lumineszierenden Films. Die zweite Leiterschicht 41
kann außerdem die Rolle einer Elektrode zur Steuerung der Zelle spielen.
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In allen diesen Ausführunysformen der Fig. 7 bis 13 wird der Ertrag
an Tageslicht gesteigert, wie in bezug auf die Ausführungsform der Fig. 3 und 4
beschrieben.
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Außerdem erlaubt die Verwendung einer hinteren Platte aus Keramikmaterial
eine sehr gute Beleuchtung bei Nacht sowie die Verwirklichung einer kompakten Einrichtung,
wobei die elektronischen Elemente mit Hilfe von bekannten und erprobten Mitteln
unmittelbar auf der Keramikplatte befestigt sein können.