DE2933408C2

DE2933408C2 - Elastomer-Anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE2933408C2
Application number: DE2933408A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Funada; Shigehiro Ikoma Nara Minezaki; Toshiaki Nara Takamatsu
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-08-18
Filing date: 1979-08-17
Publication date: 1985-01-10
Also published as: US4299450A; GB2033125B; GB2033125A; DE2933408A1

Description

— auf dem transparenten Substrat (1) ist eine Transparentelektrode (2) aufgebracht,

— die auf der Transparentelektrode (2) ausgebildete transparente Silikonelastomerschicht (3) enthält Fluoreszenzzentren (3) und

— auf der transparenten Silikonelastomerschicht (3) ist eine Gegenelektrode angeordnet, die übe ihrer Fläche ein nicht gleichförmiges elektrkviies Feld durch nicht gleichförmige Leitfähigkeit erzeugt.

2. Elastomer-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluoreszenzzentren (5) aus einem organischen Fluoreszenzmaterial bestehen.

3. Elastomer-Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen der Transparentelektrode (2) und der transparenten Silikonelastomerschicht (3) angeordnete Transparentschicht (II) mit niedrigerem Brechungsindex als die Silikor. Jastomerschicht.

4. Elastomer-Anzügeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruch«., dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (4) gitterförmig oder kammförmig ausgebildet ist oder aus einem elastischen Leitermaterial besteht, das Kohlenstoffpartikel in feinverteilter Form enthält.

5. Elastomer-Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden A nsprüche, gekennzeichnet durch

— eine auf der Gegenelektrode (4) ausgebildete lsoiatorschicht (12) und

— eine auf der lsoiatorschicht (12) aufgebrachte Reflexionsschicht (13).

6. Elastomer-Anzcigeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (4) eine Metallelektrode ist und daß die Reflexionsschicht (13) einen Reflexionsfaktor aufweist, der je- nem der metallischen Gegenelektrode (4) ähnlich ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Elastomer-Anzeigeeinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, also ein Anzeigesystem, bei dem ein Deformationseffekt eines Elastomeren unter der Wirkung eines definierten elektrischen Feldes ausgenutzt wird.

Eine solche Anzeigeeinrichtung ist durch die DE-OS 26 628 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Anzeigetafel, die ein schichtförmigcs Medium in Form eines deformierbaren, elastomeren Films umfaßt, auf welches mit Hilfe von gegenüberliegenden Leitern ein elektrisches Feld angelegt wird. Hierbei handelt es sich um eine großformatige Matrix-Anzeigetafel mit jeweils parallel verlaufenden Zeilen- und Spaltenclektroden,

55

bO

65 wobei beim Anlegen einer Spannung an die parallel verlaufenden Leiter an dem Kreuzungspunkt der einander gegenüberliegenden Leiterzüge eine Anziehung erfolgt, wodurch in der Gegend des Kreuzungspunktes eine Deformation des elastomeren Films erfolgt, was zur Folge hat, daß an dieser Stelle das mit Hilfe der optischen Anordnung in die elastomere Schicht eingekoppelte Licht wieder ausgekoppelt wird un,! einen Anzeigeeffekt verursacht. Die mit Hilfe dieser Elastomer-Anzeigeeinrichtung verursachten Reliefdeformationen des elastomeren Films führen aber nicht zu einem zufriedenstellenden Anzeigekontrast

Der Erfindung lieg: damit die Aufgabe zugrunde, eine Elastomer-Anzeigeeinrichtung der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Ablesbarkeit zu verbessern.

Die erfindungsgemäße Lösung ist hinsichtlich ihrer wesentlichen Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Aus der DE-OS 26 13 891 ist es bekannt, für Anzeigevorrichtungen fluoreszierende Kunststoffplatten zu verwenden, die als Lichtfalle für das Fluoreszenzlicht wirken, um in dieser Weise eine Kontrastverbesserung der Anzeige zu erreichen.

Aus der DE-OS 23 52 583 ist es ferner bekannt, bei Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen den Anzeigekontrast dadurch zu iteigern, daß die Flächen der Vorder- und/oder Rückelektroden in viele kleine, aus normalem Betrachtungsabstand nicht erkennbare Teilbereiche aufgeteilt werden, um in dieser Weise die an den Elektrodenrändern auftretenden hohen Feldstärken auszunützen. In ähnlicher Weise ist in der DE-OS 21 55 542 angegeben, daß bei Flüssiigkristall-Anzeigeeinrichtungen der Kontrast beträchtlich von der Feldstärke abhängig ist und mit zunehmender Feldstärke bis zu einer Sättigung ansteigt, so daß vorgeschlagen wird, wenigstens eine der Elektroden in eine Vielzahl von miteinander verbundenen Elementen zu zerlegen, daß eine Vielzahl von scharfen Kanten auftritt, an denen sich erhöhte Feldstärken ergeben, wodurch der Kontrast erheblich verbessert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungswesentlich ist die Verwendung eines elastomeren Fluoreszenzanzeigesystems. Bei der Erfindung läßt sich durch ein elektrisches Feld, das über eine oder mehrere Elektroden anlegbar ist, eine stabile Kontraktionsverforrnung im Elastomeren erzeugen, aufrechterhalten und zu Anzeigezwecken ausnutzen.

Die Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung weist auf beiden Hauptflächen eines transparenten Elastomeren aufgebrachte Elektroden auf, um die erwähnte Kontraktionsverformung oder »Frostdeformation« in dem Elastomeren zu erzeugen. Das transparente Elastomer enthält Fluoreszenzzentreri, die Lumineszenz erzeugen, wenn ein Lichtstrahl auf das transparente Elastomer auftrifft. Ein Streuabschnitt ist dort angeordnet, wo die Kontraktionsverformung erzeugt wird, so daß sich ein von den Fluoreszenzzentren ausgehendes Fluoreszenzphänomen zur Anzeige eines gewünschten Musters ausnutzen läßt, das am Streuabschnitt entsprechend gestreut wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden gitterförmig oder kammartig gestaltet, um ein ungleichmäßiges elektrisches Feld über der transparenten Elastomerschicht zu erzeugen. Dieses ungleichförmige elektrische Feld bewirkt die erwähnte Kontraktionsverformung im Elastomeren.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 in Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer Elastomer-Anzeige gemäß der Erfindung;

Fig.2(A) und 2(3) in Prinzipschnittdarstellung das Elastomermaterial, das in der Elastomer-Anzeige der F i g. 1 verwendet wird, wobei die F i g. 2(A) den AUS-Zustand und die Fig.2(B) den EIN-Zustand veranschaulicht;

F i g. 3 in graphischer Darstellung die Kontrastkennlinie der Elastomer-Anzeige gemäß Fig. 1;

Fig.4 in Schnittdarstillung eine andere Ausführungsform einer Elastomer-Anzeige gemäß der Erfindung;

Fig.5 erläutert in einer Schnittdarstellung das Betriebsverhalten der Elastomer-Anzeige gemäß F i g. 4;

F i g. 6, 7 und 8 Draufsichten auf Ausführungsformen einer Elektrode, wie sie erfindungsgemäß für die Elastomer-Anzeige der F i g. 4 verwendet werden kann;

F i g. 9 in graphischer Darstellung die Kontcastksnnlinie der Elastomer-Anzeige der F i g. 4.

Das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elastomer-Anzeigevorrichtung wie es in F i g. 1 dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus einem transparenten Substrat 1, einer auf diesem aufgebrachten Transparentelektrode 2, einer Gegenelektrode 4 und einem zwischen der Transparentelektrode 2 und der Gegenelektrode 4 angeordneten transparenten Elastomer 3. Die Transparentelektrode 2 und die Gegenelektrode 4 sind über einen Schalter 7 mit einer Stromquelle 8 verbunden, die ein elektrisches Feld über die transparente Elastomerschicht 3 festlegt. Die transparente Elastomerschicht enthält durch Anwendung geeigneter Lösungsoder Dispersionstechniken Fluoreszenzzentren 5. Die Gegenelektrode 4 muß eine Transparentelektrode sein, wenn ein transmissives Anzeigesystem gewünscht wird. Die Gegenelektrode 4 jedoch braucht nicht notwendigerweise transparent zu sein, nämlich dann nicht, wenn ein reflektierendes Anzeigesystem gewünscht wird. Für die Elektrode kann ein leitendes Elastomeres oder eine leitende Flüssigkeit verwendet werden.

Ein reflektierender Film 6 umgibt den Kantenbereich des transparenten Substrats 1, die Transparentelektrode

2 und das -iransparente Elastomer 3, jo dall ein Lichtaustritt anders als über die Anzeigefläche verhindert ist. Einem Betrachter 9 stellt sich die durch eine Lichtquelle 10 verursachte Lichterregung eines bestimmten Fluoreszenzmusters als Anzeigeinformation dar.

Das transparente Elastomer 3 weist vorzugsweise einen Brechungsindex auf, aer größer ist als der des transparenten Substrats 1, so daß das von den Fluoreszenzzentren 5 ausgehende Fluoreszenzlicht innerhalb des transparenten Elastomer 3 aufgrund von Totalreflexion zurückgehalten wird. Weist das transparente Elastomer

3 einen Brechungsindex auf, der kleiner oder gleich jenem des Substrats 1 ist, so ist zwischen dem transparenten Substrat 1 und dem Elastomer 3 eine Transparentschicht 11 vorzusehen, deren Brechungsindex kleiner ist als jener des Elastomeren 3. Dieses Verhältnis des Brechungsindex muß auch auf der Seite der Gegenelektrode 4 befriedigt sein, wenn diese nicht aus reflektierendem Material hergestellt ist.

Das transparente Elastomer 3 wird für die erwähnte Kontraktionsverformung oder »Frostdeformation« (im Gegensatz zur Ausnutzung lediglich der Entspannungsdeformation) benötigt, wenn ein bestimmtes elektrisches Feld am Elastomer 3 über die Transparentcleklrode 2 und die Gegenelektrode 4 angelegt wird. Die so erzeugte Kontraktionsverformung bewirkit eine Streuung des einfallenden Lichtstrahls. Die Arbeitsweise der soweit beschriebenen Elastomer-Anzeigevorrichtung der F i g. 1 wird nachfolgend unter Bezug auf die F i g. 2(A) und 2(B) näher beschrieben.

Die Fluoreszenzzentren 5 emittieren Fluoreszenz r₂ wenn Erregerlicht η einfällt. Dieses so entstehende Fluoreszenzlicht r₂ wird durch das transparente Elastomer 3 in ähnlicher Weise übertragen wie bei einer optischen Faser und die Mehrzahl des Fluoreszenzlichts /·₂ wird entlang einer zur Dickenausdehnung senkrechten Ebene in der transparenten Elastomerschicht 3 gesammelt. 1st die Elastomerschicht 3 durch das elektrische Feld nicht aktiviert, so erreicht nur ein Teil des Fluoreszenzlichts η den Beobachter 9, der jetzt den AUS-Zustand feststellt (F i g. 2(A)). Wird eine bestimmte Spannung zwischen den Elektroden 2 und 4 angelegt, so wird das transparente Elastomer 3 aktiviert und es entsteht die Kontraktionsverformung im ELv-omeren 3, die als Streuzentrum wirkt. Dies bedeutet, da'} das Fluoreszenzlicht Γ2 jetzt aufgrund der Kontraktionsverformung gestreut wird und den Beobachter 9 erreicht, der nun den EIN-Zustand feststellt (F i g. 2(B).

Beispiel 1

Das transparente Substrat 1 besteht aus Quarzglas, Pyrex-Glas, Natronglas, Plexiglas (einer Acrylglasplatte) oder Polyäthylen. Die Auswahl des Materials für das transparente Substrat 1 erfolgt im Hinblick auf das gewünschte Absorptionsspektrum und das Fluoreszenzspektrum der Fluoreszenzzentren 5. Das Substrat 1 weist eine Dicke von 0,5 bis 3 mm auf. Die Transparentelektrode 2 besteht aus ln₂C>3 oder SnO2. Falls gewünscht, kann der Transparentelektrode 2 eine gewünschte Form unter Anwendung eines Ätzverfahren oder eines Maskenaufdampfverfahrens verliehe« werden.

Die Transparentschicht 11 mit niedrigem Brechungsindex wird auf der Transparentelektrode 2 durch ein Aufdampfverfahren oder ein Aufstreichverfahren aufgebracht. Die Transparentschicht 11 besteht vorzugsweise aus folgenden Materialien (der Brechungsindex ist mit η bezeichnet):

BaF₂(O= 1,48)
CaF₂ (n =1,43)
Na₅Al₅Fu (0 = 133)
LiF(n= 1.36)
MgF₂(O= 1,38)
SiO₂(O= 1.46)
SrF₂(O= 1,44)

Die Transparentschicht Jl mit niedrigem Brechungsindex weist eine Stärke von etwa 50 bis 500 nm auf.

Die transparente lEIastomerschicht 3 besteht aus einem Siliciumelas'omer (Silikonelastomer) mit hohem Brechungs-ndex etwa aus dem unter der Handelsbezeichnung MP-OIl (/7= 1,51) von der Firma Toray Silicone Company. Ltd. vertriebenen ElastonVermaterial. Die Siliciumelastomerschicht wird auf die Transparentschicht 11 aufgestrichen und unter Verwendung einer Polierscheibe auf ei^e Dicke von etwa 1 μιη bis 15 μπι gebracht.

Die Gegenelektrode 4 besteht aus einem elastischen Leitermaterial, das Kohlenstoffpartikel in fein verteilter Form enthalt. Eine Indiumschicht überdeckt die elasti-

sehe Leiterschicht in einer Dicke von etwa 100 nm. Diese als Reflexionsschicht dienende Schicht wird mittels eines Verdampfungsverfahrens aufgebracht. Die Gegenelektrode 4 muß so beschaffen sein, daß eine Kontraktionsverformung der transparenten Elastomerschicht 3 möglich ist, wenn zwischen den Elektroden 2 und 4 eine bestimmte Spannung angelegt wird.

Die Fluoreszenzzenlren können durch organisches Fluoreszenzmaterial gebildet sein. Zu bevorzugende Materialien sind die folgenden:

Anthracen

Tetracen

Pyren

Fluorescin

9.10-Dimethylanthracen

9.10-Diphenylanthracen

Perylen

Fluoren

p-Quaterphenyl

Rubrecen

2.5-Diphenylfuran

2.5-Diphenyloxazol

Samaron Brilliant gelb H6GL Brilliantphosphin

PrimulinO

Acridin gelb

Thioflavin S

Rhodamin ^G Perchlorat

Pyronin G

Pyronin B

Cumarin 7

Cumarin 10

Cumarin 138

Cumarin 337

Europium-thenoyhrinuoraceicnat-trih^drattris-[4.4.4 4-trifluor(2-thienyl)-1.3-butanedion]-europium

Die Stromquelle 8 kann eine Gleichspannungsquelle, ein Gleichspannungs-Impulsgenerator oder ein Wechselspannungs-Impulsgenerator sein. Der Ausgangspegel wird im allgemeinen unter 100 V gewählt.

Die F i g. 3 zeigt die Kontrastkennlinie der Elastomer-Anzeige nach Fig. 1 für den Fall, daß als Fluoreszenzzentren 5 Cumarin 7. hergestellt von der Firma Eastman Kodak Company, verwendet wird. Die Überprüfung erfolgt unter Verwendung eines Lichtstrahls mit einer Wellenlänge von 550 nm. Die Ansprechdaucr beträgt etwa 10 msec uis 100 msec und der Leistungsverbrauch liegt bei etwa 0,01 μ W/cm³.

Um die Kontraktionsverformung sicherzustellen ist es erforderlich, ein nicht gleichmäßiges elektrisches Feld über der transparenten Elastomerschicht 3 anzulegen.

Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Elastomer-Anzeige mit erfindungsgemäßen Merkmalen. Die bereits aus der Fi g. 1 bekannten Teile sind mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.

Die Gegenelektrode 4 ist gitterförmig gestaltet und besteht aus Al. Ni. Co, Au, In₂O₃ oder SnO₂. Die Gegenelektrode 4 ist auf einer Isolatorschicht 12 aufgebracht um die transparente Elastomerschicht 3 abzudecken. Die !solatorschicht 12 ist als Verdampfungsschicht aufgebracht und besteht aus SiO₂. AI₂O₃. TiO₂, Y₂O₃ oder Si₃N₄ oder aus einer dünnen Filmschicht eines organischen Isolationsmaterials. Die Reflexionsschicht 13 liegt auf der Isolatorschicht 12 und besteht aus Al oder Au

oder aus übereinander liegenden Schichten dielektri scher Materialien.

Wird eine bestimmte Spannung zwischen der Trans parentelektrode 2 und der gitterförmigen Gegenelek trode 4 angelegt, so entsteht die Kontraktionsverfor mung in der transparenten Elastomerschicht 3 aufgrüne des ungleichförmigen elektrischen Felds, das durch die gitterförmige Gegenelektrode 4 entsteht, wie die Fig.; erkennen läßt.

Beispiel 2

Das transparente Substrat 1 besteht aus einer Float glasplatte von 3 mm Dicke. Unter Anwendung der Elek tronenstrahlverdampfungstechnik ist auf das transpa rente Substrat 1 eine ln₂Oj-Schicht mit eine Dicke vor 50 nm aufgebracht. Diese ln2O₃-Schicht wird in einen-Photoät/prozess in eine gewünschte Musterverteilung gebracht und bilde*, dann die Trsnsparerslelckircde 2 Die transparente Elastomcrschicht 3 besteht wiederurr aus einem Siliciumelastomer. Diese Schicht ist auf die Transparentelektrode 2 in einer Dicke von etwa 3 μπ-bis 15 Jim unter Verwendung einer Polierscheibe aufgebracht.
Die Gegenelektrode 4 besteht aus Al, Au, Ni. In odei Co; sie ist mittels eines Verdampfungsverfahrens ode: AufspriihVerfahrens in einer Stärke von etwa 100 nm bi< 1 μι*, auf die transparente Elastomerschicht 3 aufgetra gen. Sodann wird die Gegenelektrode 4 auf ein gewünschtes Muster, etwa ein Gittermuster, mittels eines Photoätzverfahrens gebracht

Die F i g. 6, 7 und 8 zeigen äeispiele von Flächenmu stern für die Gegenelektrode 4. Das Elektrodenmustei ist jedoch nicht auf die in den F i g. 6, 7 und 8 gezeigter Beispiele beschränkt. Hinsichtlich der Gestaltung ist Ie diglich wichtig, daß ein ungleichmäßiges elektrische! Feld erzeugt wirrl um die Kontraktionsdeformation zu erhalten.

Die Isolatorschicht 12 weist vorzugsweise eine Dicke von 1 μηι auf und besteht beispielweise aus dem untei der Handelsbezeichnung CX52-003LTV von der Firma Toray Silicone Company, Ltd. vertriebenen Material Wie bereits erwähnt, kann die Isolatorschicht 12 auch aus einem anorganischen Material, etwa aus SiO₂, MgF; oder AI₂Oj bestehen. Die Reflexionsschicht 13 besteht aus Al, Au oder !n; sie ist durch ein Verdampfungsverfahren in einer Stärke von etwa 100 nm aufgebracht,

F i g. 9 zeigt die Kontrastkennlinic der Elastomer-Anzeige nach F i g. 4, wobei auf der Abszisse die angelegte Spannung und auf der Ordinate das Kontrastverhältni; aufgetragen sind. Der Versuch wird bei einer Temperatur von 25" C durchgeführt und die transparente Elastomerschicht 3 weist eine Dicke von 5 μπι auf. Es zeiger sich folgende Ansprechkennwerte:

Ansprechzeit: 7 msec

Abfailzeit: 5 msec,

bei einer angelegten Spannung von 50 Volt

Die Reflexionsschicht 13 kann aus einem entsprechend angepaßten Material bestehen, wenn die Gegen elektrode 4 eine Transparentelektrode ist beispielsweise aus In₂O₃ oder SnO₂. Besteht die Gegenelektrode A jedoch aus Metall, so ist für die Reflexionsschicht 13 ein Material zu bevorzugen, das ähnliche Reflexionseigenschäften zeigt wie die Gegenelektrode 4, um eine saubere, scharfe Anzeige zu erzielen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elastomer-AnzeigeeinriclUung mit einem transparenten Substrat mit einer transparenten Silikonelastomerschicht geringer Dicke zwischen an eine Spannungsquelle anschließbaren Elektroden zur Beaufschlagung der Silikonelastomerschicht mit einem elektrischen Feld, gekennzeichnet durch die Merkmale: