DE2828432A1

DE2828432A1 - Fluessigkristall-anzeigesystem

Info

Publication number: DE2828432A1
Application number: DE19782828432
Authority: DE
Inventors: Kenneth J Richardson
Original assignee: Crystaloid Electronics Co
Current assignee: Crystaloid Electronics Co
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US4193669A; BE868545A; CA1098606A; GB1598498A; JPS5412600A

Description

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Flüssigkristall-Anzeigesystem

Diese Erfindung befaßt sich im wesentlichen mit einem Flüssigkristall-Anzeigesysteni., sie befaßt sich insbesondere aber mit einem solchen Flüssigkristall-Anzeigesystem, das Analoginformationen oder Analogsignale in anderer als in alphanumerischer Form wiedergeben und anzeigen kann, wobei die Kopplungselektronik, über die die Anzeige gesteuert und geregelt wird, stark vereinfacht ist oder sogar eliminiert wird.

Flüssigkristall-Anzeigesysteme - und das ist bereits bekannt - sind elektrisch gesteuerte Anzeigesysteme, die die optischen Eigenschaften von Flüssigkristall-Stoffen für die Anzeige und Wiedergabe von Symbolen und Mustern nutzen, und dies bei ausschließlicher Verwendung von Licht, das aus der Umgebung hereinfällt. Die meisten handelsüblichen Flüssigkristal1-Anzeigesysteme sowie alle Flüssigkristall-Anzeigesysteme der "Light-Shutter-Ausführung oder Lichtblendenausführung", die im weiteren Verlaufe der Patentbeschreibung erörtert werden, arbeiten mit Flüssigkristall-Stoffen, die in Abwesenheit eines elektrischen Feldes eine verdrehte nematische Molekularstruktur haben. Diese Anzeigesysteme nutzen für gewöhnlich zwei Grundmechanismen, mit denen das durch sie geführte Licht gesteuert und geregelt wird. Bei den "Feldeffekt"-Zellen wird durch das Aufschalten und durch das Vorhandensein eines elektrischen Feldes die Richtung der optischen Achse von Flüssigkristall-Stoffen geändert. Bei den "Scatterin"-Zellen oder "Zerstreuungs"-Zellen bewirkt

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das Aufschalten oder das Vorhandensein eines elektrischen Feldes entweder dadurch eine starke Lichtstreuung, daß der im spannungslosen Zustand geordnete Molekularaufbau des Flüssigkristall-Stoffes in Unordnung gebracht wird; (dies wird als "dy amic Scattering oder dynamische Streueung" bezeichnet), oder aber dadurch eine starke Lichtfokussierung, daß der im spannungslosen Zustand gegebene und sich im Zustand der Unordnung befindliche Molekularaufbau in den Zustand eines ordentlichen Molekularaufbaues gebracht wird dies wird als "Quiescent Scattering oder "Streuung im Ruhezustand" bezeichnet). Wegen des höheren Energiebedarfs und wegen der langsameren Ansprechzeit von Zerstreuungs-Zellen, werden in den derzeit gegebenen Anwendungsfällen die Feldeffekt-Zellen stark bevorzugt.

Zur Zeit werden fast alle Flüssigkristall-Anzeigesysteme für die Darstellung und für die Wiedergabe von alphanumerischen Mustern/Symbolen mit festliegender Form verwendet. Es handelt sich hierbei um Anzeigesysteme digitaler Art, die mehrere diskrete - physikalisch und elektrisch - und separat addressierbare Mustersegmente aufzuweisen haben. Solche Anzeigebilder machen eine Kopplungselektronik mit mehreren Leitungen erforderlich, die wiederum zur Darstellung und Wiedergabe der gewünschten Zeichen im allgemeinen kostspieliger, komplexer und physikalisch großer Treiber-oder Steuerschaltungen.

Wenn einige Feldeffekt-Zellen auch zur Darstellung und zur Wiedergabe anderer Symbole als Buchstaben

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oder Zahlen versucht worden sind, so sind für solche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen und deren Steuerung doch ausnahmslos Treiberschaltungen oder Steuerschaltungen erforderlich, die schnell eine enorme Anzahl von separaten und elektrisch leitenden Bereichen zu steuern und zu regeln haben. Weil diese Schaltungen gegenüber jenen, die für konventionelle alphanumerische Anzeigebilder verwendet werden, sehr komplex und kompliziert sind, sind teuere Steuerungs-und Regelsysteme für Anzeigevorrichtungen entstanden, die für die meisten Anwendungsfälle oft zu groß sind.

Die bekanntesten alphanumerischen Flüssigkristal1-Anzeigesysteme sind vielleicht jene der Feldeffekt- und Lichtblendenausführung, bei denen ein mematischer Flüssigkristall-Stoff als eine Schicht zwischen zwei zueinander parallel angeordneten und transparenten Platten angoeordnet ist.Eine Verdrehung um 90° wird in dem nematischen Flüssigkristall-Stoff dadurch herbeigeführt, daß die beiden Platten rechtwinklig zueinander gerieben werden. Nahe den Außenflächen der beiden Platten sind Polarisatoren derart angeordnet, daß sie dann, wenn ein elektrisches Feld mit genügend großer Stärke aufgeschaltet wird, und zwar auf transparente und elektrisch leitende Schiet.ten, die auf die Innenflächen der beiden Platten aufgetragen sind, ein Zurückdrehen der nematischen Struktur bewirken, wobei das Anzeigesystem von einem lichtdurchlässigen zu einem lichtundurchlässigen Medium wechselt, oder aber von einem lichtundurchlässigen Medium zu einem lichtdurchlässigen Medium, was von

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Anordnung und Ausrichtung der beiden Polarisatoren abhängig ist.Das bedeutet, es wird ein' Lichtblendentffekt erzeugt. Typisch für die elektrisch leitende Frontplattenschicht ist, daß diese Schicht derart konstruiert und ausgeführt ist, daß sie aus mehreren voneinander separaten physikalisch und elektrisch leitenden Zonen besteht, die zur Anzeige -und Wiedergabe des gewünschten Buchstabens oder der gewünschten Zahl in der jeweils zutreffenden Weise selektiv angesteuert werden können, während andere Bereiche und Zonen unbeeinflußt bleiben.

In eben der gleichen Weise sind die weniger wünschenswerten "Streu-Zellen oder Scattering-Zellen" für die Darstellung und Wiedergabe alphanumerischer Anzeigen verwendet worden.

Dem Anmelder ist nur ein Fall bekannt, in dem allgemeine Abbildungen oder Symbole, die keine Buchstaben oder Zahlen darstellen, mit FVüssigkristall-ZelTen der Scattering-Ausführung oder der Lichtstreuungs-Ausführung in einem Anzeigesystem wiedergegeben werden. In dem Fachaufsatz "A Electronically Scanned Analog Liquid Crystals Display (Flüssigkristall-Analoganzeigesystem mit elektronischer Abtastung)", dieser Fachaufsatz ist in Applied Optics Band 9, Seite 1323 bis Seite 1329 (Juni 1970) erschienen, beschreibt R.A. Soref ein Verfahren für die Verwendung von Flüssigkristallen der Scattering-Ausführung oder Lichtstreuungs-Ausführung, bei dem Spannungsgradienten in dem transparenten und elektrisch leitenden Schichten derart induziert und erzeugt werden, daß die gewünschte Anzeige wiedergegeben werden kann. Wenn bei diesem Verfahren

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auch die genannten konventionellen Treiberschaltungen oder Steuerschaltungen nicht benötigt werden, so sind doch Treiberstufen oder Steuerschaltungen anderer Art - und diese mit mindestens zwei Funktionsgeneratoren, die außerhalb des Anzeigesystemes angeordnet sind - erforderlich, damit vom Anzeigesystem die einfachsten Symbole wiedergegeben und angezeigt werden können. Je größer die Kompliziertheit der gewünschten Anzeigeformen und Anzeigesymbole, desto größer auch die Anzahl der Spannungsgeneratoren und desto komplizierter auch die Wellenformen der Spannung. Das hat wiederum zur Folge, daß das Anzeigesystem teuerer komplexer und komplizierter sowie physikalisch größer ist, als dies normalerweise bei FeIdeffekt-Flüssigkristal1-Anzeigesystemen mit ähnlichen Anzeigemustern oder Anzeigesymbolen notwendig ist.

Gegenstand dieser Erfindung ist somit ein Flüssigkristall-Anzeigesystem für die direkte Wiedergabe und Darstellung von Analoginformationen unü Analogsignalen in Bildern und Symbolen.Zu diesem Flüssigkristall-Anzeigesystem gehören: eine Schicht aus Flüssigkristal!-Stoff, die als Schichtkonstruktion zwischen einer transparenten vorderen Platte und einer transparenten hinteren Platte angeordnet ist; transparente und elektrisch leitende Schichten, die an ausgewählten Stellen sowohl auf der vorderen transparenten Platte als auch auf der hinteren transparenten Platte aufgebracht sind, und zwar jeweils auf der an die Flüssigkristall-Schicht angrenzende

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Seite dieser Platten; eine Widerstandsschaltung die elektrisch kontinuierlich auf mindestens einen der transparenten und elektrisch leitenden Filmen derart geschaltet ist, daß diesen Filmen - transparent und elektrisch leitend - ein Spannungsgradient aufgeschaltet ist, damit eine selektive und inkrementale Ausrichtung des Flüssigkristall-Stoffes zur Herbeiführung der gewünschten Anzeigebilder und Anzeigesymbole erzielt werden kann.

Diese Erfindung zielt somit darauf ab, ein Flüssigkristall-Anzeigesystem für die direkte Wiedergabe und Anzeige von Analoginformationen zu schaffen, und zwar in Bildern und Symbolen, die keine alphanumerischen Zeichen sind.

Diese Erfindung zielt zum anderen darauf ab, ein Flüssigkristall-Anzeigesystem der vorerwähnten Art für die Wiedergabe und Anzeige von Anlaginformationen zu schaffen, bei dem die Notwendigkeit einer externen Treiberschaltung und/oder einer externen Steuerschaltung auf ein Mindestmaß zurückgeführt ist oder sogar wegfällt.

Diese Erfindung zielt weiterhin darauf ab, ein Flüssigfcristall-Anzeigesystem der vorerwähnten Art für die Wiedergabe und Anzeige von Analoginformationen zu schaffen, bei dem die separaten und elektrisch leitenden Bereiche auf der vorderen transparentten Platte des Anzeigesystemes nicht individuell und selektive angesteuert zu werden brauchen.

Ziel dieser Erfindung ist auch noch die Schaffung eines Flüssigkristall-Anzeigesystemes der genannten

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für die direkte Wiedergabe und Anzeige von Analoginformationen, bei dem die jeweils zutreffende Analoginformation dadurch direkt wiedergegeben und angezeigt werden kann, daß mindestens einer der transparenten und elektrisch leitenden Filme zumindest zwei physikalisch klar voneinander getrennte Segmente aufweist und daß diesen Segmenten ein Spannungsgr.adient aufgeschaltet wird.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines Flüssigkristal1-Anzeigesystemes der vorerwähnten Art für die direkte Wiedergabe und Anzeige von Analoginformationen, bei dem der bereits genannte Spannungsgradient von einer Widerstandsschaltung erzeugt wird.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines Flüssigkristall-Anzeigesysttmes der vorerwähnten Art für die direkte Anzeige und Wiedergabe von Analoginformationen,dessen Widerstandsschaltung zusammen mit dem transparenten und elektrisch leitenden Film integral und in einem Stück gearbeitet ist und kontinuierlich mit allen transparenten und elektrisch leitenden FiImseymenten elektrisch in Verbindung steht.

Ein wiederum anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines Flüssigkristall-Anzeigesystemes der vorerwähnten Art für die direkte Wiedergabe und Anzeige von Analoginformationen, bei dem das Widerstandsverhältnis in der Widerstandsschaltung entweder linear oder nichtlinear sein kann, so daß jede nichtlineare Information Oder jedes nichtlineare

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Signal derart verschoben werden kann, daß eine direkte und lineare Anzeige möglich ist.

Ziel dieser Erfindung ist weiterhin auch noch die Schaffung eines Flüssigkristal1-Anzeigesystemes der vorerwähnten Art für die direkte Anzeige und Wiedergabe von Analoginformationen, bei dem nur die dem Anzeigesystem aufgeschaltete Eingangsinformation das Informationssignal ist, bei dem weiterhin die Energie zum Betreiben des Anzeigesystems mit einem solchen Informationssignal aufgeschaltet wird.

Zu einer Anzeigevorrichtung die unter Beachtung des Erfindungskonzeptes gestaltet ist, gehört ein Flüssigkeitskristall-Anzeigesystem für die direkte Wiedergabe und Anzeige von Analoginformationen oder Analogsignalen in Bildern und Symbolen. Dieses Flüssigkristall-Anzeigesystem besteht aus einer Schicht aus Flüssigkristall-Stoff, die zwischen einer vorderen transparenten Platte und einer hinteren transparenten Platte in Form einer Schichtkonstruktion angeordnet ist. Transparente und elektrisch leitende Vorrichtungen sind an ausgewählten Stellen auf die vordere transparente Platte und auf die hintere transparente Platte aufgetragen, und zwar jeweils auf die an die Schicht aus Flüssigkeitkristall-Stoff angrenzende Fläche dieser Platten. Vorrichtungen, die elektrisch kontinuierlich mit mindestens einer der transparenten und elektrisch leitenden Vorrichtungen in Verbindung stehen und einen Spanniingsgradienten ^uer auf die transparenten und elektrisch leitenden Vorrichtungen .aufschalten, bieten die Gewähr, daß sich das FVüssigkristall-Material zur Bildung der· gewünschten Anzeigeformen und Anzeigemustern in selektiver Weise und in inkrementaler Weise neu ausrichten.

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Diese Ziele und Vorteile sowie andere Ziele und Vorteile der Erfindung sind im Zusammenhang mit der Patentbeschreibung noch besser zu verstehen.

Diese Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:-

Fig. 1 Eine auseinandergezogene Darstellung eines Flüssigkristall-Anzeigesystemes dieser Erfindung. Wiedergegeben ist ganz besonders ein drei Anschlüsse aufweisendes lineares und gleiche Werte aufweisendes Widerstandsschaltungssystem.

Fig. 2 Ein anderes Ausführungsbeispiel des Flüssigkristall-Anzeigesystemes dieser Erfindung in der Ansicht. Dargestellt ist eine Widerstandsschaltung mit zwei Anschlüssen, die in ihrer Ausführung nichtlinear ist und ungleiche Widerstandswerte aufweist.

Fig. 3 Eine Schemaskizze betreffend das mit Fig.l dargestellte Flüssigkristal 1-Anzeigesystem.

Fig. 4 Eine Schemaskizze betreffend das mit Fig.2 dar ge s te Ute Flüssigkristall-Anzeige sys tem.

Das in Fig. 1 der Zeichnung wiedergegebene Flüssigkristall-Anzeigesystem ist mit der allgemeinen Hinweiszahl 10 gekennzeichnet. Zu dieser bestimmten Ausführung des Flüssigkristall-Anzeigesystemes 10 gehören die transparente vordere Platte 11 und die transparente hintere Platte 12, die aus einem elektrisch nichtleitendem Material hergestellt sind, beispiels-

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weise aus Glas oder aus einem ähnlichen Werkstoff. Zwischen den Platten 11 und 12 angeordnet und diese Platten 11 und 12 voneinander trennend ist ein Dichtungsrahmen 13, der zusammen mit den Platten 11 und 12 eine ganz enge Kammer für das Aufnehmen und Einkapseln einer dünnen Schicht aus Flüssigkristall-Stoff 14 bildet. Wenn auch der Flüssigkristal!-Stoff 14 vorzugsweise eine nematische Molekularstruktur hat, so sollte i η diesem Zusammenhange jedoch darauf hingewiesen werden, daß sich diese Erfindung für Flüssigkristall-Stoffe jeder molekularen Struktur und molekularen Ausrichtung eignet. Weiterhin kann bei Verwendung dieser Erfindung mit Flüssigkristal 1-Anzeigezellen der "Lichtblendenausführung"- auch in diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß das Konzept dieser Erfindung nicht auf solche Zellen begrenzt ist - können unter Verwendung konventioneller Mittel, beispielsweise unter Verwendung von konventionellem Epoxid, konventionelle vordere und hintere Polarisatoren 15 und 16auf die Seiten der Platten 11 und 12 aufgetragen werden, die den den Flüssigkristall-Stoff 14 haltenden Seiten gegenüberliegen.Diese Seiten werden dann jeweils als "Außenseiten" bezeichnet.In ähnlicher Weise kann dann, wenn das Anzeigesystem so abgelesen werden soll, daß das Umgebungslicht von vorne her in das Anzeigesystem geführt wird, ein Reflektor 17, der das polarisierte Lichte nach vorne zurückwirft, und zwar ohne dieses Licht zu depolarisieren, auf der Rückseite des Polarisators 16 aufgebracht werden,

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Wie aus Fig. 1 und schematisch auch aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist das transparente und elektrisch leitende Material, beispielweise Zinnoxid oder Indiumoxid, sowohl in die an den Flüssigkristal1-Stoff 14 angrenzende Seite der transparenten vorderen Platte als auch in den an die Flüssigkristall-Stoff angrenzende Seite der transparenten hinteren Platte eingearbeitet, und zwar unter Anwendung irgendeines der zahlreichen konventionellen Verfahren, beispielsweisedes Fotoätzverf·nrens, des AufdampfVerfahrens und dergleichen mehr. Die vorerwähnten Seiten der Platten 11 und 12, die an den Flüssigkristall-Stoff 14 jeweils angrenzen werden als "Innenseiten"bezeichnet. Das in bestimmten Formen und Mustern eingearbeitete transparente und elektrisch leitende Material ist mit der allgemeinen Hinweiszahl 20 und 21 jeweils gekennzeichnet. Das transparente und elektrisch leitende Material 20 hat die Form von mehreren und physikalisch voneinander getrennten, diskreten Segmenten, und zwar Rechteckseger.iente!· die in ihrer Gesamtheit mit der allgemeinen Hinweiszahl 22 gekennzeichnet sind, während jedes einzelne Segment für sich mit den allgemeinen Hinweiszahlen 22A bis 22J gekennzeichnet ist. Die genaue Anzahl der Segmente 22 kann je nach Wunsch geändert werden, sie ist im wesentlichen begrenzt durch den Spannungsbereich der von außen her aufgeschalteten Spannungssignale und dann auch noch durch die Schwellenspannung des FVüssigkrista-11-Stoffes 14. Die jeweils in Längsrichtung außen angeordneten Rechtecksegemente 22A und 22J sind über elektrisch leitende Kontaktstreifen 23,24

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zur unteren Kante der Platte 11 geführt und von dort aus zum Anschluß für die externen Spannun^ssignale. Dieser (in der Zeichnung nicht dargestellte) Anschluß für die externen Spannungssignale wird nachstehend beschrieben. Die vordere transparente Platte 11 ist weit nach unten über die anderen Konstruktionselemente des Flüssigkristal1-Anzeigesystemes 10 hinaus geführt, so daß eine geeignete elektrische Steckverbindung, die in den unteren Teil der Platte 11 eingesetzt wird, die elektrisch leitenden Kontaktstreifen 23,24 sowie auch noch andere elektrisch leitende Kontaktstreifen, die nachstehend noch näher bezeichnet werden, mit den verschiedensten elektrischen Spannungssignalen, die vo η außen her aufgeschaltet werden, verbinden kann. Diese Signale können Wechselstromsignale oder Gleichstromsignale sein, wie dies im weiteren Verlaufe der Patentbeschreibung noch ausführliche beschrieben werden wird.

Ebenfalls aus dem elektrisch leitenden und transparenten Material hergestellt werden kann eine lineare Widerstandsschaltung, die mit der allgemeinen Hinweiszahl 25 gekennzeichnet ist. Ein Widerstand beispielsweise der Widerstand 25A, ist jeweils zwischen zwei benac hbarten Segementen beispielsweise zwischen den Segementen 22A und 22B, schaltungsmäßig angeordnet. Das bedeutet, es sind insgesamt neun solcher Widerstände 25A bis 25J vorhanden. Ein jeder der Widerstände ist vorzugsweise in Form einer stylisierten Serpentine, d.h. einer bestimmten Mäanderform, angelegt. Durch diese Konstruktion werden nicht nur grö-

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ßere Widerstandswerte erreicht, wegen der größeren Länge und der geringeren Breite des transparenten und elektrisch leitenden Materials 20 zwischen ειηέη.ι jedem Segment, (obgleich,wie dies nachstehend noch erörtert wird, der Absolutwert eines jeden Widerstandes nicht von primärer Bedeutung ist), sondern es wird auch eine bessere Wärmeableitung ermöglicht, wordurch wiederum das Kaltwetterverhalten des Flüssigkristal 1-Anzeigesysternes beträchtlich verbessert wird. Jedoch, und das wird nachstehend noch ausdrücklich betont, erlaubt und möglich sind alle gewünsch-ίarmen und Muster in der Anordnung der Anzeigesegmente und in der Anordnung der Widerstände.

Das elektrische leitende und transparente Material

21 wird unter Anwendung ähnlicher Verfahren in eine im wesentlichen rechteckförmige und elektrische leitende hintere Platte 26 mindestens ein elektrisch leitender Kontaktstreifen, zulässig sind aber auch zwei solcher Kontaktstreifen 27 und 28, für die Verbindung zum Anschluß des externen Spannungssignales, (dieser Anschluß ist nicht dargestellt), eingebarbeitet. Ganz unabhängig davon, welches Segmentmuster

22 Verwendung findet, sei in diesem Zusammenhange darauf hingewiesen, daß das Muster auf der elektrisch leitenden hinteren Platte 26 im wesentlichen dem Segmentmuster auf der vorderen Platte Π gleichen sollte, so daß immer nur der Flüssigkristall-Stoff 14 zwischen den Segementen 22 und der elektrisch leitenden hinteren PLatte 26 einem elektrischen Feld ausgesetzt sein wird. Auf gar keinen Fall sollte die

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elektrisch leitende Platte 26 auf irgendeinem Teil der Widerstandsschaltung 25 dann ausgerichtet sein, wenn die Platten 11 und 12 an die beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Dichtungsrahmens 13 angebracht werden. Um die Außenverbindung mit einem einzigen Steckverbinder zu ermöglichen, kann in den Dichtungsrahmen 13 eine Bohrung eingearbeitet werden, die dann, um eine elektrische Verbindung zwischen den zur hinteren Platte gehörenden elektrisch leitenden Kontaktstreifen 27, 28 und den elektrisch leitenden Kontaktstreifen 31, 32 jeweils zu erkmöglichen mit elektrisch leitendem Epoxid-Material ausgefüllt wird.

Nachdem nun der Aufbau und die Konstruktion des Flüssigkristall-Anzeigesystemes 10 für die direkte Anzeige von Analoginformationen ausführlich beschrieben worden ist, soll nachstehend nun auch die Funktion und die Arbeitsweise dieses Flüssigkristall-Anzeigesystems anhand von Fig. 3 beschrieben werden.

Es sei angenommen, man wünsche den Wert eines Analogsignales anzuzeigen, beispielsweise die Spannung, die von ei;.em konventionellen Füllstandsmesser, der in den Tank eines Fahrzeuges eingebaut ist, wobei eine Spannung von neun Volt für einen vollen Tank steht, während mit einer Spannung von Null Volt ein leerer Tank gemeldet wiudächst einmal wird ein konstantes Potential von neun Volt den elektrisch leitenden Kontaktstreifen 23 und 24 aufgeschaltet. Die neun (9) gleichroßen Widerstände 25 arbeiten als gleichmäßige Spannungsteilerschaltung und führen eine Spannung von neun Volt auf das Segment 22A,

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eine Spannung von acht Volt auf das Segment 22B und so weiter, bis zu einer Spannung von Null Volt, die schließlich am Segment 22J anliegt.

Das Analogsignal, das vom Tank-FüllStandsanzeiger abgegeben wird, wird der rückwärtigen Platte 26 über die Leitungen 31 und/oder 32 aufgeschalte't. Nun sei angenommen - und zwar nur der Beschreibung wegen, daß der Flüssigkristall-Stoff 14 eine Schwellenspannung oder ein Schwellenpotential von einem Volt hat, (d.h. wenn mindestens eine Spannungsdifferenz zwiscl--.;n einem Segement 22 und der elektrische leitenden Rückplatte 26 gegeben ist wobei das Segement 22 dann im Hinblick auf die anderen Teile des Anzeigesystemes, die nicht an Spannung liegen, entsprechend der jeweils zutreffenden Ausrichtung der Polarisatoren 15 un d 16 entweder in den Zustand "EIN" oder in den Zustand "AUS" umschaltet). Liegt bei vollem Tank eine Spannung von neun Volt an der hinteren Platte 26 an, dann - und dies ist leicht zu verstehen ist nur für das Segment 22A eine Spannungsdifferenz von weniger als einem Volt zwischen diesem Segment 22A und der elektrisch leitenden Rückplatte 26 gegeben. Damit aber verhält sich das Segment 22A, das auch als NULL-Segment bezeichnet wird, optisch anders als alle anderen Segemente 22. Wenn die vom Tank-Füllstandsanzeigesystem her aufgeschaltete Spannung kleiner wird, dann wird als Folge davon das "NULL-Segment in diskreten Schritten von jeweils einem Volt stetig zum Segment 22J hin verschoben. Natürlich, wenn die der Rückplatte 26 aufgeschaltete

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Spannung nicht der zwischen den elektrisch leitenden Streifen 23 und 24 aufgeschalteten und anstehenden Spannung entspricht und damit aus diesem Potential herausfällt, dann gehen al le Segmente entweder in den Schaltzustand "EIN" oder in den Schaltzustand "AUS", (so daß es für diesen Fall kein "[JULL-Segment" gibt), weil entweder alle Segmente über der Schwellenspannung oder unter der Schwellenspannung liegen.

Fachleute werden nun leicht erkennen können, daß es mehrere Faktoren gibt. Der erste Faktor:- der Absolutwert eines jeden Widerstandes, der zur Widerstandsschaltung gehört, ist unwesentlich. Wichtig ist nur der relative Widerstandswert (oder das Widerstandsverhältnis) zu jedem anderen Widerstand der Widerstandsschaltung, denn es ist gerade dieses Widerstandsverhältnis, welches die Spannungsteilung zwischen den Segmenten bestimmt, damit aber auch das optisch Ansprechverhalten dieser Segmente.Damit sollte klar sein, daß trotz großer Abweichung im Widerstand des transparenten und elektrisch leitenden Materials eine sehr genaue und höchst präzise Flüssigkristall-Anzeige, die dem aufgeschalteten Analogsignal entspricht dadurch herbeigeführt werden kann, daß nur der Oberflächenbereich eines jeden Widerstandes im Hinblick auf jeden anderen Widerstand der Schaltung exakt und präzise angesteuert und geregelt wird. Darüber hinaus können die Anzeigesysteme *· wie dies im weiteren Verlauf der Patentbeschreibung noch erörtert wird - bei minimalen Kosten derart hergestellt werden, daß sie auf eine unendliche Vielzahl von Analogsignalen an-

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sprechen, seien es nun lineare Analogsignale oder nichtlineare Analogsignale. Schließlich kann auch noch der Wärmeverlust der Widerstandsschaltung bei geeigneter Konstruktion dazu herangezogen werden, die zulässig tiefste Betriebstemperatur des Flüssigkristall-Anzeigesystemes 10 beträchtlich zu erweitern und herauszuschieben.

Der zweite Faktor, der den Fachleuten nun klar sein sollte, betrifft die Art und Weise, in der die Spannungspotentiale an die Segmente 22 und an die Rückplatte 26 angelegt werden. Schwächt sich das Spannungspotential, das zwischen den elektrisch leitenden Streifen 23 und 24 aufgeschaltet ist, ab, dann bewirkt dies, daß die "Breite" des "NULL-Segmentes" größer wird, während alle anderen Segmente gleich bleiben. Die zwischen den elektrisch leitenden Streifen 23 und 24 anliegende Spannung wird nachstehend als Spannung oder Potential Vgo bezeichnet. Sollte sich bei dem zuvor angeführten Beispiel das Spannungspotential Vo3-?4 ^um ^^e Hälfte (auf 4,5 Volt) abschwächen, dann besteht das "NULt-Segment" aus zwei (2) Segmenten 22, (dies ist ganz besonders dann der Fall, wenn das Spannungspotential an der elektrische leitenden Rückplatte 26 - dieses wird im weiteren Verlauf der Patentbeschreibung als Vnp bezeichnet - gleich neun Volt ist. In diesem Falle werden die Segmente 22A und 22B "NULL-Segmente" sein). Stellt man diese Beobachtung in einen größeren Zusammenhang, dann erkennt man die Tatsache, daß das FlüssigkristaTl-Anzeigesystem

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elektrisch gesehen ein Dreiwegesystem ist, d.h. es hat drei äußere Anschlüsse. Zumindest drei Permutationen der Spannungspotentialaufschaltung sind bei diesem Ausflihrungsbeispiel von Interesseieinmal kann das Potential V03.24 einen festen Wert haben, während das Potential Vgp (wie dies zuvor*dargestellt ist), variabel ist; zum anderen kann das Potential V?3-24 variable gehalten sein, während das Potential ν_βρ einen festen Wert hat; zum dritten können sowohl das Potential V_23-24 als auch das Potential V_ßp variabel sein, und dies entweder unabhängig voneinander oder in einer bestimmten Funktion zueinander. Natürlich kann die Widerstandsschaltung 22 des Flüssigkristall-Anzeigesystemes 10 so ausgeführt werden, daß sie fast jede Zahl von Anschlüssen haben kann (und dann ein System mit "N" anschlüssen darstellt), das eine gleiche Anzahl von Analogsignalen aufzunehmen hat. Auch in diesem Falle würden die Fachleute finden, daß solche Variationen und Modifikationen für die Herstellung von Flüssigkristall-Anzeigesystemen sind, die auf fast alle höchstkomplizierten Analogsignale ansprechen sollen, die man auf irgendeine Weise in einem Anzeigesystem darstellen möchte. Diese Variationen und Modifikationen sollten deshalb mit in den Rahmen der Erfindung hereingenommen werden.

Der dritte Faktor, und das sollte nun völlig klar sein, ist die Herstellung von physikalisch diskreten Rechtecksegmenten 22 aus dem elektrisch leitenden und transparenten Material. Wird das transparente

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und elektrisch leitende Material 20, das zu einer einzigen Ebene geformt ist, an eine Spannung gelegt, einen kontinuierlichen Spannungsgradienten, die/der dieser Ebene kontinuierlich aufgedrückt ist, dann würde dies bewirken, daß Bereiche des Flüssigkristall-Stoffes 14 so nahe an das Schwellenpotential oder an die Schwellenspannung herankommen, daß optisch nicht zu definierende Bereiche existieren würden. Die Trennung des transparenten und elektrisch letienden Materials 20 in physikalisch klar voneinander getrennte Segmente 22 hat im wesentlichen zur Folge, daß die sogeiiannten "Randeffekt-Bereiche" wegfallen, dafür sind aber klar definierte Übergänge zwischen optisch einander entgegengesetzten Bereichen und Zonen des Flüssigkristal 1-Anzeigesystemes 10 Voraussetzung.

Eine im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen zweiten Faktor exemplarische und nützliche Modifikation betrifft den Fall, daß sowohl· V₂₃ 04 ^a^^s auch Vnp variabel sind, zueinander aber sich als Funktion verhalten. Wie aus Fig. 1 und aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die elektrisch leitenden Streifen 31 und 32 jeweils über zwei (nicht dargestellte) Widerstände mit den elektrisch leitend-en Streifen 23, 24 verbunden. Diese beiden Widerstände können entweder außerhalb des Flüssigkristall-Anzeigesystemes K) angeordnet sein, oder aber sie können in einer den Widerständen 25 ähnlichen Art aus dem transparenten und elektrisch leitenden Material 20 hergestellt und geformt sein. Haben diese

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beiden Widerstände den gleichen Widerstand, dann ist - (und zwar ganz gleich, was sein wird) - das elektrische Potential, das der elektrisch leitenden Rückplatte 26 aufgeschaltet ist, halb so groß wie das Spannungspotential das an den elektrisch leitenden Streifen 23 und Z4 ansteht, (d.h. das Potential V_ßp = (1/2) V_23-24).

Das gewünschte Analog-Eingangssignal wird den elektrisch leitenden Streifen 23 und 24 aufgeschaltet. Wegen der gleiche Widerstandswerte aufweisenden Widerstandsschaltung, erscheint das "NULL-Segment" dann , wenn das als Eingang aufgeschaltete Analogsignal hoch ist, im mittleren Anzeigesegment. Damit aber sollte ein Flüssigkristal 1-Anzeigesystem 10, das auf diese Weise arbeitet, dann vorzugsweise eine ungerade Anzahl von Segmenten haben, wenn gewünscht wird, daß mindestens eines der Segmente bei allen möglichen Analogsignalspannungen, die aufgeschaltet werden können an Spannung liegen soll. Wenn das Spannungspotential des als Eingang aufgeschalteten Analogsignäles kleiner wird, dann erweitert sich die "Breite" des "NULL-Segmentes" nach außen hin gleichzeitig zu den Segmenten 22A und 22J, und zwar in der Art der Pupille eines Katzenauges. Die Änderung des Widerstandverhältnisses der beiden Widerstände zwischen den elektrisch leitenden Streifen 23, 24 und den elektrisch leitenden Streifen 23 und 24 jeweils verschiebt das "NULL-Segment" nach rechts oder nach links, je nach dem, welcher Widerstand größer (oder umgekehrt

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auch kleiner) ist.

Fig. 2 zeigt nun ein zweites Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem mit Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nur in zwei Punkten. Dieses zweite Ausführungsbeispiel besitzt eine nichtlineare Widerstandsschaltung, bei der sich der relative Widerstandswert eines jeden Widerstandes vom Segment 25A angefangen bis zum Segment 251 vergrößert,

(d.h. Ι*2_5Α R_25B R₂5C ^R25I ^ *

Der Zweite Punkt, in dem sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem mit Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet, besteht in der Umwandlung des im Zusammenhang mit Fig. 1 dargestellten Dreiwegesystemes in ein Zweiwegesystem durch Weglassen des elektrisch, leitenden Streifens 23 und durch die Hereinnahme eines wieteren Widerstandes 33 in das Muster des transparenten und elektrisch leitenden Materials 20, der zwischen das Segment und den elektrisch leitenden Streifen 31 schaltungsmäßig angeordnet ist. Der elektrisch letiende Streifen 32, (das elektrische Äquivalent zum elektrisch leitenden Streifen 31),. ist ebenfalls weggelassen worden.

Die Funktion und Arbeitsweise diese Ausführung des Flüssigkristal1-Anzeigesystemes ist am besten anhand des Schaltbildes Fig. 4 zu verstehen. Nur de Diskussion halber sei angeommen, daß der Flüssigkristall-Stoff 14 dieses Ausführungsbeispieles mit einem Schwellenpotential oder mit einer Schwellenspannung von drei Volt arbeitet, daß weiterhin der elektrisch

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leitende Streifen 31 an "Erdpotential oder Massepotential" liegt, (das im Hinblick auf alle anderen Punkte des FVüssigkristall-Anzeigesystems 10 Null Volt beträgt). Das Analogsignal, das angezeigt werden soll, wird dem elektrisch leitenden Streifen 24 aufgeschaltet. Sobald das dem elektrisch leitenden Streifen 24 aufgeschaltete Spannungspotential die Schwellenspannung oder das Schwellenpotential von drie Volt übersteigt, geht das Segment in den Zustand "EIN", (mit dem Begriff Zustand "EIN" soll lediglich ein Zustand gekennzeichnet werden, der gegenüber den anderen und nicht an Spannung leigenden Segementen 22 ein optisch entgegengesetzter Zustand ist). Wird die Spannung des dem elektrisch leitenden Streifen 24 aufgeschalteten Potentiales weiter erhöht, dann gehen über das Segment 22J hinaus, das im Zustand "EIN" verbleibt, nacheinander auch die Segmente 22a bis 221 in den Zustand "EIN" und bleiben dann auch in diesem Zustand "EIN",

Der Widerstand 33 ist erforderlich. Er hat das Potentialgefälle oder die Potentialdifferenz zwischen dem Segement 22A und der elektrisch leitenden Rückplatte 26 herbeizuführen, das erforderlich ist, um das Segment 22A in den Zustand "EIN" bringen zu können. Wenn gewünscht kann der Widerstand 33 zusätzlich auch die Funktion eines "Belastungswiderstandes oder einer Bürde" übernehmen und mögliche Spannungsspuitzen in den Übergängen absorbieren, die bei dem als Eingang aufgeschalteten Analogsignal vorkommen können,

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Was die Segmente betrifft, so erfolgt deren Einschaltung von rechts nach links, und dies in der Art eines Thermometers, bei dem die darin eingekapselte Flüssigkeit kontinuierlich mit dem Ansteigen der Temperatur hochsteigt.

Weil bei der Weiterschaltung vom Segement 22J über die Widerstandsschaltung zum Segment 22A hin der gesamte elektrische Widerstand bis zu einem bestimmten Segement 22 hin immer größer wird, muß - damit ein gleichmäßiger und linearer Spannungsabfall, (und zwar vorzugsweise gleich der Schwel lenspannutig oder gleich dem Schwellenpotential) an jedem Segment zustande kommen kann, der inkrementale Widerstand zwischen den Segmenten proportional kleiner werden, wenn man sich dem Segment 22A nähert. Damit aber kann ein nichtlineares und als Eingang aufgeschal tetes Analogsignal von einem sich linear ausbreitenden "NULL-Segment" angezeigt werden, und zwar dadurch, daß das Widerstandsverhältnis zwischen den Widerständen 25 derart ausgelegt wird, daß es zu einer Verschiebung der Nicht!ineratitat des als Eingang aufgeschalteten Analogsignales kommt.

Was die Änderungen, Variationen und Modifikation am Detail betrifft, einige solcher Änderungen und Modifikationen sind bereits angeführt worden, so soll die Patentbeschreibung der Ausführungsbeispiele,die anhand der Zeichnung gegeben worden ist, sich nicht nur darauf beschränken. Weiterhin ist ganz klar dargestellt worden, daß diese Erfindung die Aufgabenstellung erfüllt und die Anzeigetechnik von Analoginformationen in Flüssigkristall-Anzeigesystemen verbessert.

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L e e r s e i t e

Claims

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Patentansprü'che:-

FTüssigkristall-Anzeigesystem zur Darstellung und Wiedergabe von Analoginformation oder Analogsignalen in üildern und Mustern^ dadurch gekennzeichnet, daß zu diesem Flüssigkristall-Anzeigesystem gehören:- eine transparente vordere Platte und eine transparente hintere Platte; eine Schicht aus Flüssigkristallen mit verdrillter nematischer Struktur und im wesentlichen mit elektrooptischen Feldeffektverhalten, diese Flüssigkristallschicht in Form einer Schichtkonstrui tion zwischen der vorerwähnten transparenten vorderen Platte und der ebenfalls vorerwähnten transparenten hinteren Platte angeordnet; elektrisch leitende und transparente Vorrichtungen, die jeweils an ausgewählten Stellen direkt in der Nähe der vorerwähnten Flüssigkristalle an der Seite der bereits angeführten transparenten vorderen Platte und der beireits angeführten transparenten hinteren Platte angeordnet und montiert ist; eine Vorrichtung, die elektrisch kontinuierlich mit mindestens ei.=er der vorerwähnten transparenten und elektrisch leitenden Vorrichtungen verbunden ist, um den vorerwähnten transparenten und elektrisch leitenden Vorrichtungen einen Spannungsgradienten aufzuschalten und um dadurch eine selehtive und inkrementale Neuausrichtung der vorerwähnten Flüssigkristalle zu den gewünschten Bildern und Mustern herbeiführen zu können.

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ORiGJNAL INSPECTED

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2. Flüssigkristall-Anzeigesystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zu ihm auch noch eine Vorrichtung gehört, die das durch die von.wähnten transparenten Platten und durch die Flüssigkristallschicht zu führende Licht zu polarisieren hat.

3. FlU-:igkristal1-Anzeigesystem nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin auch noch eine Vorrichtung aufweist, die an eine der bereits angeführten transparenten Platten angrenzt lund das zuvor durch die Flüssigkristallschicht geführte Licht zu reflektieren und durch diese Flüssigkristallschicht wieder derart zurückzuwerfen hat, daß dabei dieses Licht nicht depolarisiert wird.

4. Flüssigkristal1-Anzeigesystem nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die bereits angeführte elektrisch leitende unt transparente Vorrichtung aus Werkstoffen der Gruppe hergestellt sind, zu der Indiumoxid und Zinoxid gehören.

5. Flüssigkristal1-Anzeigesystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende und transparente zumindest aus zwei physikalisch voneinander ge-

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getrennten und klar unterscheidbaren Segmenten besteht, die auf der der Flüssigkristallschicht benachbarten Seite der bereits angerührten transparenten voderen Platte angebracht ist, die weitern auch noch zumindest eine elektrisch leitende Plate haben, die auf der der Flüssigkristallschicht benachbarten Seite der transparenten hinteren Platte angeordnet ist.

6. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin auch zu diesem Flüssigkeitskristal1-Anzeigesystem noch eine Vorrichtung gehört, die die vorerwähnten Segmente und die vorerwähnten elektrisch leitenden Platten derart miteinander verbindet, daß nur die anzuzeigende Analoginformation auf die FVüssigkristallschicht geschaltet zu werden braucht.

7. Flüssigkristall-Anzeigesystem nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß diese Segemente im wesentlichen in Rechteckform ausgeführt simi.

8. Flüssigkristall-Anzeigesystem nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß zu der Vorrichtung, die einen Spannungsgradienten aufzuschalten hat, eine Widerstandsschaltung gehört, bei der zumindest ein Widerstand schaltungsmäßig zwischen einem jden der vorerwähnten Segemente angeordnet ist.

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9. Flüssigkristall-Anzeigesystem nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Segmente im wesentlichen in der Form von Rechtecken ausgeführt sind

10. Flüssigkristall-Anzeigesystem nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der vorerwähnten Widerstandsschaltung um eine nichtlineare Widerstandsschaltung handelt.

11. Flüssigkri stall-Anzeigesystem nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschaltung aus dem Material hergestellt ist, das auch für die Herstellung der bereits angeführten elektrisch leitenden und transparenten Vorrichtungen Verwendung findet.

12. Flüssigkristall-Anzeigesystem zur Darstellung und Wiedergabe von Analoginformationen oder Analogsignalen in Bildern und Mustern, dadurch gekennzeichnet, daß zu diesem FVüssigkristall-Anzeigesystem gehören:- eine transparente vordere Platte und eine transparente hintere Platte; eine Schicht aus Flüssigkristallen, die als Schichtkonstruktion zwischen den vorerwähnten transparenten vorderen und hinteren Platten angeordnet ist; elektrisch leitende und transparente Vorrichtungen, die ausgewählten Stellen sowohl auf

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der direkt an die Flüssigkristallschicht angrenzende Seite der vorderen transparenten Platte als auch auf der an die Flüssigkristallschicht angrenzende hintere transparente Platte angeordnet und montiert sind; schließlich auch noch eine Widerstandsschaltung, die zum Anlegen eines Ljjannungsgradienten an die elektrisch leitenden und transparenten Vorrichtung und damit auch zur Herbeiführung einer selektiven und inkrementalen Neuausrichtung der Flüssigkristalle in den gewünschten Bildern und Mustern dauernd elektrisch mit mindestens einer der bereits angeführten elektrisch leitenden und transparenten Vorrichtunen verbunden ist.

13. FTüssigkristall-Anzeigesystem nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß zu ihm weiterhin gehört: eine Vorrichtung, die an eine der vorerwähnten transparenten Platten angrenzt und das Licht, welches durch die Flüssigkristallschicht geführt worden und polarisiert ist, wieder durch diese Flüssigkristallschicht zurückzuwerfen und zu reflektieren hat, und zwar ohne eine Depolarisierung dieses Lichtes.

14. Flüssigkristall-Anzeigesystern nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß die bereits angeführten elektrisch leitenden und transparenten Vorrichtungen aus einem

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Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, zu der Indiumoxid und Zinnoxid gehören.

15. Fllissigkristal 1-An ze ige sy st em nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß die vorerwähnten elektrisch leitenden und transparenten Vorrichtungen aus mindestens zwei klar abgegrenzte Segemente besteht, die physikalisch gegeneinander getrennt und auf der Seite dervorerwähnten transparenten vorderen Platte angeordnet sind, die zu -ien Flüssigkristallen hin ausgerichtet ist, daß schließlich auch eine elektrisch leitende Platte auf der hinteren transparenten Platte angeordnet ist, und zwar auf der zu den Flüssigkristallen ausgerichteten Seite dieser transparenten ninteren Platte.

16. FTüssigkristall-Anzeigesystem nach Ai^pruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß zu ihm weiterhin auch eine Vorrichtung gehört, die die vorerwähnten Segmente und die vorerwähnten elektrisch leitenden Platten derart miteinander verbindet, daß nur die Analoginformation, die angezeigt werden soll, auf das FlHssigkristall-Anzeigesystem geschaltet zu werden braucht.

17. Flüssi gkristal1-Anzeigesystem nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Segemente in Rechteckform

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ausgeführt und gehalten sind.

18. Fllissigkri stall -Anzeigesystem nach Anspruch 12,

d a du r c h ge k e nnzeichnet, daß zu der bereits erwähnten Widerstandsschaltung zumindest ein Widerstand gehört, der zwisehen einem jeden der Segmente schaltungsmäßig angeordnet ist.

19. . Fliissigkristall-Anzeig-esystem

nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der vorerwähnten Widerstandsschaltung um eine lineare Widerstandsschaltung handelt.

20. Fllissigkristal 1-Anzeigesystem nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der vorerwähnten Widerstandsschaltung um eine nichtlineare Widerstandsschaltung handelt.

21. FTüssigkristall-Anzeigesystem nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, daß die zuvor angeführte Widerstandsschaltung aus dem Werkstoff hergestellt ist, aus dem auch die elektrisch leitenden und transparenten Vorrichtungen bestehen.

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