DE3308438A1

DE3308438A1 - Elektroskopische sichtgeraete

Info

Publication number: DE3308438A1
Application number: DE19833308438
Authority: DE
Inventors: Donald Earl 12309 Schenectady N.Y. Castleberry
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1983-09-22
Also published as: FR2530849A1; JPS58176678A; GB8304551D0; GB2117528A; US4420897A

Description

9O67-RD-1385O

Beschreibung Elektroskopische Sichtgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf elektroskopische Sichtgeräte, und sie bezieht sich mehr im besonderen auf ein neues elektroskopisches Sichtgerät, deren Elektrodenstruktur auf einem einzigen Substrat hergestellt ist.

Elektroskopische Sichtgeräte sind bekannt. Einige solcher Geräte umfassen bewegbare ifetallplatten in einer flüssigkeitsgefüllten Zelle. Diese Art elektroskopischen Sichtgerätes erfordert, daß jede der Metallplatten bewegbar ist, und zwar von einer Ruheposition benachbart einem ersten Substrat zu einer aktiven Position benachbart einem zweiten Substrat, das einen Abstand von dem ersten Substrat hat, wobei diese Bewegung durch eine Flüssigkeitsschicht erfolgt, die üblicherweise eine Dicke in der Größenordnung von 15 /im hat.

Bisher sind elektroskopische Sichtgeräte mit der leitenden Platte auf der inneren Oberfläche eines der Substrate gebaut worden (z.B. der inneren Oberfläche des rückwärtigen Substrats) und mit einer stationären Elektrode, die auf der inneren Oberfläche des verbleibenden Substrates hergestellt war (z.B. auf der inneren Oberfläche des vorderen Substrates).

Fig. 1 zeigt eine Zelle 1 eines Sichtgerätes nach dem Stand der Technik, die ein Paar im Abstand voneinander angeordneter, transparenter Substrate 2 und 3 aufweist, wobei auf die gegen-

überliegenden inneren Oberflächen der Substrate die stationäre Elektrode 4 (auf das Substrat 2) überzogen mit einer nichtdargestellten dünnen ,dielektrischen Schicht und eine Elektrodenplattenstruktur aufgebracht sind_r die leitende Abschnitte 5 einschließt, die auf die innere Oberfläche des Substrates 3 aufgebracht sind, sowie einen bewegbaren Plattenleiter 6, der durch Federteile 7 mit den auf der Oberfläche des Substrates 3 befestigten leitenden Abschnitten 5 verbunden ist. Das Volumen zwischen den Substraten ist von einer lichtabsorbierenden, flüssigen Schicht 8 gefüllt. Eine Spannungsquelle 9a ist in Reihe mit einer Schalteinrichtung 9b mit der vorderen Elektrode 4 und den rückwärtigen Elektrodenplatten verbunden. Ist der Schalter 9b offen, dann bildet sich zwischen den Elektroden 4 und 6 kein Feld aus und die Federn 7 lassen die Platte 6 an der inneren Oberfläche des Substrates 3 anliegen, wie dies in der linken Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist. Licht dringt durch das Substrat 2 ein, durchquert die im wesentlichen transparente Elektrode 4 und wird dann im wesentlichen in der Flüssigkeit 8 absorbiert. Der durch die Platte 6 begrenzte Bereich ist relativ dunkel. Nach dem Schließen des Schalters 9b wird eine Spannung zwischen die Elektrode 4 und die Platte 6' gelegt, durch die diese Platte 6¹ von der Elektrode 4 nach oben gezogen wird, wie dies in der rechten Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist. Nachdem die Platte 6¹ zu einer Position benachbart der Elektrode 4 angehoben worden ist, wird Licht, das durch das Substrat 2 und die Elektrode 4 eingedrungen ist, durch die Platte 6¹ reflektiert, nachdem es in der Flüssigkeit 8 nur relativ wenig geschwächt worden ist, so daß der von der Platte 6' begrenzte Bereich durch das Substrat 2 hindurch ein sichtbarer heller Bereich ist. Nach dem öffnen des Schalters 9b verschwindet das Feld und die in den Federn 7 gespeicherte Energie führt die Platte 6' zu einer Ruheposition benachbart dem rückwärtigen Substrat 3 zurück.

Jede Änderung des Abstands S zwischen der vorderen Elektrode und den rückwärtigen Elektrodenplattenabschnitten verursacht eine Änderung in der Spannung, die erforderlich ist, um das

Zellelement, das durch die jeweilige Platte 6 definiert ist, an-und auszuschalten. Dieses Problem der Änderung der An- und Ausschaltspannung ist besonders bemerkbar in Sichtgeräten mit großen Flächen und insbesondere solchen Sichtgeräten, die für die Substrate relativ billiges Glas benutzen.

Es ist daher in hohem Maße erwünscht, elektroskopische Sichtgeräte zu schaffen, deren Zellbetriebseigenschaften unabhängig von der Dicke der Zelle sind.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein neues elektroskopisches Sichtgerät mit Anzeigezellen zu schaffen, in denen festgelegte und bewegbare elektroskopische Elektroden in einem im wesentlichen konstanten Abstand gehalten sind.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine elektroskopische Sichtgerätzelle geschaffen, deren Betriebseigenschaften im wesentlichen unabhängig sind von der Zelldicke und die eine festgelegte Elektrode aufweist, die auf einer inneren Oberfläche eines ersten Substrates hergestellt ist, wobei eine dielektrische Schicht über der festgelegten Elektrode angeordnet ist und die weiter eine bewegbare Plattenelektrode aufweist, die so hergestellt ist, daß sie auf der dielektrischen Schicht abgestützt werden kann, und die einen Abstand von dieser dielektrischen Schicht hat.

Der Abstand zwischen der festgelegten Elektrode und der bewegbaren Plattenelektrode in ihrer Ruheposition ist so unabhängig von der Anwesenheit oder Anordnung eines rückwärtigen Substrates der Zelle festgelegt. Das rückwärtige Substrat der Zelle wird nur dazu benutzt, eine Menge einer lichtabsorbierenden Flüssigkeit einzuschließen, die auch das Volumen zwischen der dielektrischen Schicht und der bewegbaren Platte der Betriebsstruktur des einzigen Substrates der Zelle füllt.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform sind die bewegbare Plattenelektrode, die Federn und die festen Trägerabschnitte alle durch Maskieren und nachfolgendes Ätzen einer Mehrzahl leitender Schichten hergestellt, die in einer Reihenfolge auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht gebildet sind.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der außer der Seitenansicht eines Abschnittes eines elektroskopischen Sichtgerätes nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 1 gezeigt und oben beschrieben,

in Fig. 2 eine Seitenansicht eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen elektroskopischen Sichtgerätes dargestellt ist.

Wie die Ausführungsform der Fig. 2 zeigt, ist das beim Stand der Technik durch die Abstandsveränderung verursachte Problem in der vorliegenden Erfindung dadurch erleichtert worden, daß man alle Elemente, die den optischen Zustand der Zelle bestimmen, nur auf eines der Zellsubstrate aufbringt. Das Sichtgerät 10 weist ein vorderes Substrat 11 auf, das aus einem transparenten Material, wie Glas, hergestellt ist. Jede der vielen Sichtgerätzellen ist durch eine im wesentlichen transparente, leitende Elektrode 12 begrenzt, die auf der inneren Oberfläche 11a des vorderen Substrates hergestellt ist. Jede der festgelegten Elektroden 12 hat eine vorbestiramte, zum Beispiel quadratische, Gestalt und ist von jeder der anderen festgelegten Elektroden 12 isoliert.

In einem Matrix-Sichtgerät ist jede transparente Elektrode ein Streifen mit einer Breite einer der Zellen und mit einer Länge, die gleich der Länge des Sichtgerätes ist und die senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Von jeder Elektrode 12 aus können geeignete Zuleitungen 12a zu einer Kante des Sichtgerätes verlaufen, um die elektrische Verbindung zu jeder der leitenden Elektroden zu erleichtern. Vorteilhaft werden

die transparenten Elektroden und die Zuleitungen unter Anwendung bekannter Techniken aus einem Material wie Indium/ Zinn-Oxid hergestellt.

Nach der Herstellung der Elektroden 12 und der Zuleitungen 12a wird eine Schicht 14 aus dielektrischem Material auf die gesamte innere Oberfläche des Substrates 11, die die Elektrode trägt, aufgebracht.

Der festgelegte Trägerabschnitt 16, die Federarme 18 und die beweglichen Plattenabschnitte 20 einer zweiten Elektrodenstruktur werden im wesentlichen gemäß an sich bekannten Verfahren hergestellt.

Demzufolge wird eine relativ dicke Schicht aus einem ätzbaren Material, zum Beispiel Kupfer, das festgelegte Trägersäulen bildet, auf die Oberfläche 14a der dielektrischen Schicht, die am weitesten vom Substrat 11 entfernt ist, aufgebracht. Die Dicke der Schicht aus ätzbarem Material ist bestimmt durch den erwünschten Abstand S¹ zwischen der Oberfläche 14a der dielektrischen Schicht und der gegenüberliegenden Oberfläche 20a der bewegbaren Platte 20 in ihrer Ruheposition (koplanar mit den festgelegten Trägerabschnitten 16).

Da zum Beispiel die dielektrische Schicht 14 relativ dünn sein wird, kann ein Abstand S von etwa 15 pn mit einer Dicke der Kupferschichtträgersäule 22 ebenfalls in der Größenordnung von 15 um erreicht werden. Vorteilhafterweise wird zuerst eine dünne Kupfergrundschicht 22a auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht aufgebracht, auf der dann weitere Schichten 22b und 22c aus dem ätzbaren, leitenden Material gebildet werden. Dieses Material kann Kupfer sein, das durch Elektroplattieren in der gewünschten Dicke aufgebracht ist.

Danach wird eine Deckschicht aus einem anderen leitenden Material, vorzugsweise einem Material, das sich von dem unterscheidet, das die Schicht bildet, aus der die Säulen 22 herge-

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stellt werden, wobei diese Deckschicht am weitesten vom Substrat 11 aufgebracht ist und die festgelegten Abschnitte 16, die Federn 18 und die Plattenabschnitte 20 bildet.

Photoresist-Maskierungstechniken und bevorzugtes Ätzen oder additives Abscheiden wird benutzt, um die Federabschnitte 18, die verbindenden, festgelegten Abschnitte 16 und die Plattenabschnitte 20 sowie die Vielzahl der Öffnungen 20b zu bilden, die durch jeden Plattenabschnitt 20 hindurch verlaufen. Das bevorzugte Ätzen wird auch dazu benutzt, das Material zwischen der Plattenoberfläche 20a und der Oberfläche 14a der dielektrischen Schicht zu entfernen, so daß nur die Säulen 22 übrigbleiben, die zwischen jedem festgelegten Abschnitt 16 und einem Abschnitt der dielektrischen Schicht 14 verlaufen unter dem sich keine festgelegte Elektrode 12 befindet.

Nach der Herstellung der Zellelektrodenstruktur, die nur durch das vordere Substrat 11 getragen ist, wird das Gerät dadurch vervollständigt, daß man ein rückwärtiges Substrat 24, im wesentlichen in Ausrichtung mit dem vorderen Substrat 11, anordnet, man eine geeignete, nicht-dargestellte Dichtung zwischen den Substraten 11 und 24 anbringt und das Volumen dazwischen mit einer lichtabsorbierenden Flüssigkeit 26 füllt. Diese Flüssigkeit dringt durch die Öffnungen 20b in der Platte und füllt das Volumen zwischen der dielektrischen Oberfläche 14a und der Plattenoberfläche 20a sowie das Volumen zwischen der Platte 20 und dem rückwärtigen Substrat 24. Das rückwärtige Substrat 24 hat von den. Platten 20 einen ausreichend großen Abstand, um den Betrieb der Zellen des Sichtgerätes nicht zu beeinträchtigen und dieses rückwärtige Substrat 24 braucht mit der Ebene der Oberfläche 11a des vorderen Substrates nicht parallel ausgerichtet zu sein, was die Herstellungskosten des Geräts vermindert.

Im Betrieb ist eine Potentialquelle 28 in Reihe mit einer Schalteinrichtung 29 zwischen die Zuleitung 12a der vorderen

festgelegten Elektrode und den integral miteinander verbundenen Teilen Träger 16, Feder 18 und Platte 20 jeder Zelle gelegt. In einem besonderen Sichtgerät kann es eine Vielzahl solcher Zellen geben.

Ist die Schalteinrichtung 29 geöffnet, dann gibt es zwischen der festgelegten Elektrode 12 und der Plattenelektrode 20 kein Feld, wobei die Federn 18 die Platte in der normalen Ruheposition halten, die koplanar mit den Trägerabschnitten 16 verläuft.. Ein eintretender Lichtstrahl 30, der durch das im wesentlichen transparente, vordere Substrat dringt, verläuft durch die im wesentlichen transparente, festgelegte Elektrode 12 und die im wesentlichen transparente, dielektrische Schicht 14 in die lichtabsorbierende Flüssigkeit 26. Die Dicke S der Schicht der Flüssigkeit 26 ist so ausgewählt, daß im wesentlichen das gesamte eintretende Licht innerhalb dieser flüssigen Schicht absorbiert wird, so daß im wesentlichen kein Licht durch das vordere Substrat als Strahl 32 zurückreflektiert wird. Die durch die Platte 20 in ihrer Ruheposition begrenzte Zelle zeigt also einen im wesentlichen dunklen optischen Zustand.

Ist die Schalteinrichtung geschlossen, wie durch den geschlossenen Schalter 29' auf der rechten Seite der Fig. 2 veranschaulicht, dann wirkt das resultierende elektrische Feld auf die Platte.und zieht diese bis zu einer Position hin an, die durch die Platte 20' veranschaulicht ist und die benachbart der Oberfläche 14a der dielektrischen Schicht liegt. Ein eintretender Lichtstrahl 30' passiert im wesentlichen unbeeinträchtigt das vordere Substrat 11, die Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 14. Wegen der geringeren Dicke der Schicht 26' aus lichtabsorbierender Flüssigkeit zwischen der dielektrischen Schicht 14 und der nun benachbart dazu liegenden Oberfläche 20a¹ der Platte, wird nur relativ wenig Licht absorbiert, bevor der Lichtstrahl an der Plattenoberfläche 20a¹ reflektiert wird. Da in ähnlicher Weise auch bei der Über-

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tragung des reflektierten Lichtstrahles durch die Flüssigkeitsschicht 26" nur eine relativ geringe Absorbtion stattfindet, bevor der Lichtstrahl wieder durch die dielektrische Schicht 14, die Elektrode 12 und das vordere Substrat 11 aus der Zelle austritt, hat der reflektierte Strahl 32' eine beträchtliche Stärke, und die durch die bewegte Platte 20' begrenzte Zelle befindet sich in einem optisch hellen Zustand.

Der Unterschied zwischen den optischen Zuständen zwischen der dunklen Zelle, in der sich die Platte im Ruhezustand befindet, und der hellen Zelle, in der die Platte benachbart der dielektrischen Schicht liegt, ist für einen Betrachter deutlich erkennbar .

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Sichtgerätes 10 hängt daher nicht von dem Abstand zwischen den Platten 20 und dem rückwärtigen Substrat 24 ab, ebenso wenig wie von der Dicke der Flüssigkeitsschicht dazwischen.

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Claims

Patentansprüche

T. Informations-Anzeigegerät mit

einem im wesentlichen transparenten Substrat, das eine
Oberfläche aufweist,

mindestens einer leitenden Elektrode, die auf der Substratoberfläche hergestellt ist,

einer Schicht aus dielektrischem Material, die zumindest
über der mindestens einen leitenden Elektrode angeordnet
ist,

mindestens einer weiteren leitenden Elektrode, die umfaßt mindestens einen Trägerabschnitt,

mindestens einen Plattenabschnitt, der in Ausrichtung mit der damit zusammenhängenden mindestens einen leitenden Elektrode angeordnet ist,

von denen jeder mit einer Peripherie und
Federarmen, die zwischen der Peripherie des Plattenabschnittes und des damit zusammengehörigen
mindestens einen Trägerabschnitts verbunden sind, um jeden Plattenabschnitt mechanisch in einer Ruheposition zu halten,

Trägereinrichtungen, um den Plattenabschnitt der mindestens einen weiteren Elektrode in der Ruheposition im wesentlichen parallel zu und in einem vorbestimmten Abstand von der dielektrischen Schicht zu halten,

einer Menge eines lichtabsorbierenden flüssigen Materials und

einer Einrichtung, um das Flüssigkeitsmaterial zumindest zwischen der dielektrischen Schicht und dem Plattenabschnitt der mindestens einen zusätzlichen leitenden Elektrode zu halten,

wobei sich jeder Plattenabschnitt gegen die Kraft der Federarme in Richtung zu einer dazugehörigen mindestens einen leitenden Elektrode bewegen kann, und dies in Abhängigkeit von einem zwischen dem Plattenabschnitt und der dazugehörigen mindestens einen leitenden Elektrode gelegten Potential.
2. Anzeigegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung zwischen jedem Trägerabschnitt der mindestens einen zusätzlichen Elektrode und einer Substratoberfläche und der dielektrischen Schicht angeordnet ist.
3. Anzeigegerät nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung eine Säule aus festem Material umfaßt.
4. Anzeigegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das feste Material der Säule Kupfer ist.
5. Anzeigegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Glas besteht.
6. Anzeigegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Elektrode aus Indium/Zinn-Oxid gebildet ist.
7. Anzeigegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß es weiter Zuleitungen umfaßt, um das Anlegen eines elektrischen Potentials an jede der zumindest einen leitenden Elektrode zu erleichtern.
8. Anzeigegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der dielektrischen Schicht und dem Plattenabschnitt der mindestens einen zusätzlichen leitenden Elektrode etwa 15 ttm beträgt.
9. Anzeigegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Plattenabschnitt eine Vielzahl durchgehender Öffnungen gebildet ist.
10. Anzeigegerät nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Plattenabschnitt eine im wesentlichen quadratische Gestalt hat.
11. Anzeigegerät nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß jede der mindestens einen leitenden Elektrode eine im wesentlichen quadratische Gestalt hat.
12. Anzeigegerät nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß jede der mindestens einen leitenden Elektroden ein Streifen ist, der in Ausrichtung mit einer Vielzahl ausgerichteter Plattenabschnitte angeordnet ist.