DE2719505A1

DE2719505A1 - Optische anzeigeeinheit mit elektrisch ansteuerbaren anzeigepositionen

Info

Publication number: DE2719505A1
Application number: DE19772719505
Authority: DE
Inventors: Thomas Herman Distefano
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-02
Publication date: 1977-12-08
Also published as: JPS52140233A; US4079368A; DE2719505C2; GB1573165A; FR2352364B1; FR2352364A1

Description

Böblingen, 29. April 1977 blu-nf-rz

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 974 081

Vertreter:

Patentassessor Dipl. -Ing. K.-W. Blutke 7030 Böblingen

Bezeichnung:

Optische Anzeigeeinheit mit elektrisch ansteue rbaren Anzeigepositionen

709849/0713

Die Erfindung betrifft eine optische Anzeigeeinheit mit elektrisch ansteuerbaren Anzeigepositionen. Es ist bekannt, daß die Schnittstelle zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit Komponenten rechtwinklig zur Schnittfläche verzerrt werden kann. Ein elektrisches Feld übt einen effektiven Druck auf die Schnittfläche aus, wenn die beiden Flüssigkeiten unterschiedliche dielektrische Konstanten oder unterschiedliche Schritt-Leitfähigkeiten j haben. Das angelegte elektrische Feld induziert eine elektrische Ladungsverteilung auf der Schnittfläche zwischen den bet- ' den Flüssigkeiten, die einer Kraftverteilung durch das elektrische Feld unterliegt.

Bisher wurde die Erscheinung der Verzerrung der Schnittfläche j zwischen zwei nicht mischbaren dielektrischen Medien als schädlich für den Betrieb eines Gerätes betrachtet. So werden ! z. B. zusammenhängende öl- und Wasserschichten in der Elektrophotographie benutzt, wie es in der nachfolgend aufgeführten Literatur beschrieben ist: IBM Journal of Research and Development, Vol. 19, Nr. 6, S. 514 - 522, Nov. 1975. Als weitere Literaturstellen von Interesse seien genannt: j S. Chandrasekhar, "Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability", Oxford University Press, London, 1961; L. D. Landau and E. M. Lifshitz, "Electrodynamics of Continuous Media", Pergamon Presjs, EImsford, New York, 1960; L. C. Landau and E. M. Lifshitz, "Fluid Mechanics", Pergamon Press, Elmsford, New York, 1959; J. R. Melcher "Field-Coupled Surface Waves", MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1963; and D. H. Michael, "Free Surface Instability in Electrohydrodynamics", Proc. Cambridge Phil. Soc. 64, 527 (1968).

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Ein elektrisches Feld übt auf die Schnittstelle zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkelten einen Druck aus, entweder, wenn die beiden aneinanderliegenden Flüssigkeiten verschiedene dielektrische Gesamtkonstanten haben, oder wenn eine der Flüssigkeiten elektrisch stärker leitet als die andere. Das elektrische Feld induziert eine elektrische Ladung auf der Schnittfläche, die dann einer Kraft durch das elektrische Feld ausgesetzt ist. Die durch das elektrische Feld induzierte Verzerrung, beispielsweise in Form einer kleinen Vertiefung, wird zur Streuung oder Leitung von Licht oder zur völligen Verhinderung interner Reflexion benutzt. So kann z. B. erfindungsgemäß eine Anordnung von Punkten oder Zellen von Lichttoren dazu verwendet werden, eine zweidimensionaie, matrixadressierte, optische Bildanzeige zu bilden. Die Zelle an einer gegebenen Stelle wird durch Anlegen eines Schwellenpotentials zwischen der Elektrode und der betreffenden Gegenelektrode eingeschaltet. Wegen der unterschiedlichen Leitfähigkeit >σ und der unterschiedlichen dielektrischen Durchgängigkeit ε der beiden flüssigen Dielektrika übt das angelegte elektrische Feld einen gerichteten Druck auf die Schnittstelle aus, der rechtwinklig dazu verläuft. Dieser Druck bewegt die Schnittstelle zu einer Elektrode hin, abhängig von den relativen Werten für ε und σ der beiden Schichten. Einfallendes Licht kann dann durchgelassen werden oder wahlweise nicht durchgelassen werden, vorzugsweise durch die verzerrten Bereiche der Schnittfläche.

Durch eine Hysterese bei der Verschiebung der Schnittfläche zwischen den beiden dielektrischen Medien weist das erfindungsgemäße Bildanzeigegerät eine Speichereigenschaft auf. Die Hysterese oder die Speicherergebnisse aus einer Erhöhung des elektrischen Feldes in einem der flüssigen Medien, hervorgerufen durch eine Verzerrung der Schnittfläche zwischen den Flüssigkeiten, führt zu einer weiteren Vergröße-

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-Jl-

rung dieser Verzerrung. Nach der Verformung der Schnittfläche an dem ausgewählten Elektrodenpaar kann eine kleine Gleichoder Wechselspannung den deformierten Zustand aufrechterhalten

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. IA eine Schnittansicht unter besonderer Herausstellung der Zonengrenze zwischen zwei geschichteten, flüssigen, dielektrischen Medien!

i Fig. IB eine schematische Darstellung eines Ausfüh- '

rungsbeispieles unter Herausstellung eines ausgewählten Elektrodenpaares mit Gleich- und Wechselspannungsquellen,

Fig. IC eine schematische Darstellung der adressierbaren Elektroden-Matrixstruktur einer Anordnung gemäß Fig. IB,

Fig. ID eine schematische auszugsweise Schnittdarstellung gemäß Fig. IC,

Fig. 2A eine Schnittansieht eines für Versuchszwecke

verwendeten Gerätes unter besonderen Betonung

der geometrischen Beziehungen zwischen den \

I beiden nicht mischbaren, flüssigen, di- j

elektrischen Medien und der Elektrodenstruktur,

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■ Fig. 2B eine Darstellung des Ruhezustandes der ί Schnittstellengrenze zwischen den beiden

: dielektrischen Medien für eine angelegte

Spannung von O Volt,

Fig. 2C eine Darstellung der durch Anlegen von 100 \ Volt hervorgerufene leichten Durchbiegung

der gesamten Schnittfläche,

Fig. 2D eine Darstellung des Schnittstellenverlaufes

bei Anlegen von 200 Volt, wobei sich Wasser im wesentlichen von einer Elektrode zur anderen erstreckt,

Fig. 3A eine Darstellung der Anfangsverzerrung der

Schnittfläche zwischen einem Elektrodenpaar mit Bezeichnungen für eine theoretische Erklärung bei einem kleinen elektrischen Feld,

Fig. 3B eine Darstellung der Formveränderung der

Schnittfläche zwischen den Elektroden bei zunehmender Größe der angelegten Spannung,

Fig. 3C eine Darstellung der errechneten Verschiebung der Schnittfläche,

Fig. 3D eine Darstellung für eine geschätzte tatsäch

liehe Verschiebung der Schnittfläche. i
j
¹ In einem optischen Informationsverarbeitungssystem sind zwei j miteinander nicht mischbare Flüssigkeiten mit einer Zonen- j

! I

ι !

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grenze oder Schnittfläche zwischen sich vorhanden. Die beiden Flüssigkeiten haben unterschiedliche dielektrische Gesamtkonstanten. Ein elektrisches Feld wird mit einer rechtwinklig zur Schnittfläche verlaufenden Komponente angelegt, um die Schnittfläche zu verzerren. Mit einer Haltespannung (Wechseloder Gleichspannung) kann die gewählte Verzerrung (Deformation) beibehalten werden. Die Deformation braucht sich nicht ganz bis zu einer benachbarten Elektrode auszudehnen, um den mitgeteilten Informationszustand extern darzustellen. Die externe Darstellung der Information erfolgt durch Verschiebung der Zonengrenzen zwischen den flüssigen Medien.

Die Fign. 1Λ, ID, IC und ID zeigen schematisch verschiedene Gesichtspunkte eines Ausführungsbeispieles der Erfindung und deren Prinzip für eine optische Informationsanzeige. Es werden elektrische Medien mit unterschiedlichen dielektrischen Gesamtkonstanten und einer Elektrodenstruktur verwendet, durch die ein elektrisches Feld an lokal ausgewählte Volumina des dielektrischen Bereiches angelegt wird.

Das Aus f ülirungsbe ispie 1 IA besteht aus den Elektrodenhalteplatten 12 und 14, die z. B. aus transparentem Glas sind. Der Bereich zwischen den Halte- oder Trägerplatten 12 und 14 ist mit zwei flüssigen dielektrischen Medien 16-1 und

die 16-2 gefüllt, die sich nicht ineinandermischen,/durch die Schnittfläche 17 getrennt sind, und unterschiedliche dielektrische Gesamtkonstanten aufweisen. Die Flüssigkeit 16-1 über der Trägerplatte 14 ist z. B. Toluol; die Flüssigkeit 16-2 unter der Trägerplatte 12 ist z. B. Wasser. Die Elektrode 18-1 ist darstellungsgemäß auf der Trägerplatte 12 befestigt und die Elektroden 18-2 sind darstellungsgemäß auf der Trägerplatte 14 befestigt. Die Abdeckungen 2O-1 und 20-2 sind dünne Filme auf den Elektroden 18-1 bzw. 18-2; sie grenzen an das Toluol 1G-2 und das Wasser 16-1.

Zur Erreichung optimaler Betriebsergebnisse wird die Kontakt-

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fläche 2O-1 der Trägerplatte 12 und der Elektrodenstruktur 18-1, die auf deren Innenfläche aufgebaut ist, so behandelt, daß sie eine hydrophile Oberfläche hat; die Schicht 2O-2 wird so behandelt, daß sie eine hydrophobe Oberfläche aufweist. Herstellungsverfahren für derartige Oberflächen sind hinreichend bekannt, beispielsweise vom Offsetdruck her.

Die aufgeklappte Darstellung in Fig. IB zeigt als Beispiel zwei orthogonal zueinander verlaufende Elektroden 18-1 und 18-2 gemäß der Struktur nach Fig. IA. Ein elektrisches Feld wird zwischen den genannten Elektroden durch Anlegen einer Gleichspannung von der Quelle 21-1 über den Leiter 21-2 an die Elektrode 18-1 und über den Leiter 21-3 an die Elektrode 18-2 aufgebaut. Dieses elektrische Feld wird zwischen den Elektroden durch Schließen des Schalters 21-4 aufgebaut. Eine wechselnde Komponente des elektrischen Feldes wird dem entsprechenden Elektrodenpaar von einer Wechselspannungsquelle 21-5 über den Schalter 21-6 und den Widerstand 21-7 geliefert. Diese Wechselspannungsquelle liegt parallel zur Gleichspannungsquelle 21-1. Der Widerstand 21-7 verhindert ein Durchbrennen oder andere schädliche Effekte für die Gleichspannungsquelle 21-1 und die Wechselspannungsquelle 21-5, wenn beide Schalter 21-4 und 21-6 gleichzeitig geschlossen werden. Wenn die Deformation der Schnittstelle zwischen den Flüssigkeiten dazu veranlaßt wurde, sich in die Nähe einer Elektrode des betreffenden Elektrodenpaares zu bewegen, kann der Gleichspannungsschalter 21-4 geöffnet werden; die Deformation kann dann durch Anlegen der haltenden Wechselspannung gehalten werden.

In Fig. IC ist eine zweidimensionaie Matrixanordnung adressierbarer Elektroden gezeigt. Ein Teil davon ist in Fig. ID zur Charakterisierung bestimmter Einzelheiten dargestellt. Die X-Elektroden Xl, X2, X3, X4 werden auf der Trägerplatte 14 und die Y-Elektroden Yl, Y2, Y3, Y4, ι Y5 auf der Trägerplatte 12 angeordnet. Die Elektroden

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können aus transparenten, leitenden, dünnen Oxidstreifen bestehen. Der hydrophobe überzug für die X-Elektroden ist am besten ein CuO-Dünnfilm 21-8B (gebildet durch Niederschlag) und der hydrophile überzug für die Y-Elektroden ist am besten ein Al O_-Dünnfilni 21-8A, der durch Eloxierung eines Aiuminium-Dünnfiinies gebildet werden kann.

Nach der schematischen Darstellung in Fig. IC erhält man in dem am Schnittpunkt zwischen zwei Elektroden, z.B. der Elektrode X3 und der Elektrode Y3, definierten Raumvolumen ein entsprechendes Potential durch Anlegen einer Betriebsspannung an ein Elektrodenpaar über eine Matrix-Adreßschaltung 21-9.

Im Ruhebetriebs zustand des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles verläuft die Zonengrenze 17 zwischen den elektrischen !dedien 16-1 und 16-2 im wesentlichen parallel zu den Glasträgerplatten 12 und 14. Wenn ein gewähltes Elektrodenpaar aktiviert ist, wird eine Richtungskraft ausgeübt auf die Schnittstelle im Bereich der Zonengrenze. Dadurch wird ein Teil der Zonengrenze zu einer der Elektroden des gewählten Paares verschoben bzw. gezogen.

Wenn die Schnittstelle 17 zu einer gewählten Elektrode durch ein elektrisches Feld gezogen wurde, weist die verzerrte Schnittstelle eine modifizierte Lichtübertragungsoder -reflexionscharakteristik auf. Das Licht erfährt eine interne Reflexionsänderung an der Schnittstelle zwischen den Flüssigkeiten oder es wird in einer der beiden Flüssigkeitsschichten anders absorbiert.

Der physikalische Vorgang, durch den ein angelegtes elektrisches Feld einen Druck auf die Schnittstelle ausübt, ;resultiert aus der Wirkung eines elektrischen Feldes auf zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen dielektrischen Gesamtkonstanten. Diese erhält man entweder dadurch, daß

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- ία ΑΛ

die dielektrischen Konstanten el und ε2 gleich und die Leitfähigkeitswerte al und o2 unterschiedlich sind oder umgekehrt. Besonderen praktischen Nutzen aus der vorliegenden Erfindung zieht man, wenn sowohl el und e2 als auch σΐ und o2 in jedem der beiden elektrischen Medien unterschiedlich sind.

Da die Flüssigkeit des dielektrischen Mediums 16-1 außerdem durch sequentielle Steuerung des Kreuzungspunktes bewegt v/erden kann, kann man mit der in Fig. IC gezeigten Konfiguration eine Folge von Informationszuständen darstellen.

Wenn beispielsweise die Flüssigkeit 16-1 Toluol ist und die Flüssigkeit 16-2 Wasser, dann liegt die elektrische Leitfähigkeit des Wassers um einige Größenordnungen höher als diejenige des Toluols. Eine über der Schnittstelle der beiden Flüssigkeitsschichten an der Schnittstelle von zwei Elektroden, z. B. X3 und Y3 angelegte Wechselspannung, wirkt dann so, als ob nach einer kurzen Anfangsübergangsperiode im Toluol ein relativ starkes elektrisches Feld anliegt und im Wasser ein relativ schwaches. Die erste Übergangsantwort hat wenig Einfluß auf die Schnittstelle 17 zwischen den Flüssigkeiten, weil die dielektrische Entspannungszeit des Wassers wesentlich kürzer als die Antwortzeit der Verschiebung der Schnittfläche isti Das resultierende starke elektrische Feld im Toluol übt eine Kraft auf die Schnittstelle 17 aus und zieht sie zur Elektrode X3 und vermindert so die Dicke der Toluolschicht. Wenn die Toluolschicht 16-1 im lokalen Bereich zwischen den Elektroden X3 und Y3 dünner wird, steigt das darin befindliche elektrische Feld entsprechend an, da die angelegte Spannung im wesentlichen über der Toluolschicht erscheint.

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- ΙΛ -

Das stärkere elektrische Feld führt zu einer noch größeren Kraft, die auf die Schnittstelle 17 wirkt und somit zu einer v/eiteren Verdünnung der Toluo!schicht. Wenn eine ausreichend hohe Spannung V angelegt wird, wird ein Schwellenwert erreicht und die Deformation wird unstabil, was zu einem Zusammenbruch der Toluolschicht zur Elektrode X3 zwischen den Elektroden X3 und Y3 führt. Wenn nach dem Zusammenbruch nur eine kleine Wechsel- oder Gleichspannung zv/ischen den Elektroden X3 und Y3 angelegt wird, reicht diese aus, um die deformierte Schnittfläche an der Elektrode X3 und die "Dicke" der Toluolschicht zv/ischen den Elektroden im zusammengebrochenen Zustand zu halten.

Das System zeigt eine solche Hysterese oder Speichereigenschaft, daß eine durch momentanes Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden X3 und Y3 gewählte Bildanzeigeposition durch eine kleine zusätzliche Spannung zwischen diesen Elektroden X3 und Y3 gehalten werden kann. Diese kleine Hilfsspannung sollte jedoch nicht ausreichen, um eine Bildposition auszuwählen. Die kleine Hilfsspannung kann somit zwischen allen Elektroden in der X-Gruppe und allen Elektroden in der Y-Gruppe angelegt sein, ohne daß dadurch Bildpunkte ausgev/ählt werden.

Die kleine Hilfsspannung muß jedoch andererseits groß genug sein, z. B. 1/10 der Schwellenwertspannung, daß jeder für die Bildanzeige gewählte Punkt auch nach Entfernen der Auswahlspannung gehalten wird. Da die Arbeitsweise des Gerätes im wesentlichen vom Vorzeichen der angelegten Spannung unabhängig ist, können als Hilfsspannung sowohl Wechsel- als auch Gleichspannungen verwendet werden. Wechselspannung hat den Vorteil, daß sie die nachteiligen Effekte aufgrund von Polarisationszentren, die sich auf den Elektroden bilden können, wenn längere Zeit eine HilfsGleichspannung angelegt wird, sehr klein halten.

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- Vi -

Das Ausführungsbeispiel 10 arbeitet als Bildanzeigegerät, wenn die Deformationen der Schnittfläche 17 zum Leiten oder Modulieren von auffallendem Licht benutzt werden. Das auffallende Licht erfährt eine Reflexionsänderung, die durch eine Ablenkung der Schnittfläche 17 oder durch Absorbtion in einer der viskosen dielektrischen Schichten 16-1 oder 16-2 hervorgerufen wird.

Das Ausführungsbeispiel 10 arbeitet mit der Absorbtion in der viskosen Flüssigkeitsschicht 16-1, die auf eine üllösliche Farbe im Toluol zurückzuführen ist. Licht wird an einem gewünschten Punkt durch Aktivierung eines diesem Punkt entsprechenden Elektrodenpaares mittels eines Gleichspannungsstoßes ausgegeben. Die Aktivierung zieht die Schnittfläche 17 zur Elektrode auf der Trägerplatte 14 (am Toluol), v/o sie durch eine kleine Viechseispannung gehalten wird, deren Spitzenwert zwischen der Hälfte und etwa 1/10 des Spitzenwertes des aktivierenden Gleichspannungspulses liegt. Die Dicke der Toluolschicht wird an diesem Punkt demzufolge stark reduziert und Licht kann an dem gewählten Punkt durch die Anzeigetafel dringen.

VERSUCHE FÜR DIE ERFINDUNG

Ein Versuch für die praktische Durchführung der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Fign. 2A, 2B, 2C und 2D erklärt. Die stabilen elektrohydrodynamischen Deformationsarten benachbarter viskoser dielektrischer Medien werden am Beispiel der Flüssigkeiten Toluol und Wasser in Fig. 2A anhand eines dort schematisch dargestellten Laborgerätes gezeigt.

Durch einen Deckel 22-1 eines Behälters 22 wird ein Rohr 2

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eingeführt, um ein Flüssigkeitsvolumen Toluol "T" in den Behälter 22 einzuführen. Ein weiteres Rohr 26 wird durch den Deckel 22 geführt, um ein Flüssigkeitsvolumen Wasser "W" in den unteren Teil des Behälters 22 so einzuführen, daß die Schnittfläche 28 zwischen dem Toluol 23-1 und dem Wasser 23-2 zwischen den Elektroden 30 und 31 liegt, die einen Abstand von etwa 1,5 mm voneinander haben. Das Wasser im unteren Teil des Behälters 22 steht etwa 0,7 mm über der unteren Elektrode 31. Die dielektrische Charakteristik des Toluols und des Wassers sind so, daß ein über dem Elektrodenpaar angelegtes Potential die Schnittfläche 28 zur oberen Elektrode 30 hin bewegt.

Der Ruhezustand ist in Fig. 2B gezeigt, wenn 0 Volt angelegt sind, so daß die planare Grenze 28 parallel zum unteren Teil des Behälters verläuft. Wenn eine mittlere Spannung von 1OO Volt angelegt wird, bewegt sich die Schnittfläche nicht wesentlich in die Position 28-2. Im Spannungsbereich gibt es jedoch eine scharfe Schwelle, so daß bei einer angelegten Spannung von 2OO Volt die Schnittfläche 28-3 sich in eine Position an die Elektrode 30 bewegt, welche der Obergrenze des Toluols näher liegt. Wenn die Schwellenspannung einmal überschritten ist und sich die Schnittfläche 28-3 zur oberen Elektrode hin ausgedehnt hat, kann sie dort mit einer Hilfs-lJechselspannung oder Hilfs-Gleichspannung von etwa 2O Volt gehalten v/erden.

THEORETISCHE GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

Eine Näherungstheorie für die Arbeitsweise der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Fign. 3A, 3B, 3C und 3D sowie der Fig. IA beschrieben.

Die Fig. 3A ist im Zusammenhang mit Fig. IA zu betrachten. Eine der Schichten 16-2 hat eine Leitfähigkeit σΐ, die einige

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Größenordnungen über der Leitfähigkeit σ2 der anderen Schicht 16-1 liegt. Die zugehörigen dielektrischen Konstanten haben die realen Komponenten εΐ bzw. ε2. Im statischen Gleichgewicht, wenn keine Spannung zwischen den Elektroden angelegt ist, ist die Schnittfläche 17 zwischen den nicht mischbaren Flüssigkeiten eine planare Oberfläche, die in einem Abstand d über der Elektrode 18-2 auf der Seite mit der niedrigeren Leitfähigkeit liegt. Der einfacheren Berechnng halber wird
angenommen, daß jede der Elektroden 18-1 und 18-2 kreisförmig ist und den Radius R hat.

Wenn verschiedene und nacheinander immer größere Spannungen an die beiden einander gegenüberliegenden Elektroden 18-1
und 18-2 angelegt werden, wird die Schnittfläche 17 wie bei 17-1, 17-2, 17-3 und 17-4 in Fig. 3B dargestellt ist, verzerrt. Ein elektrisches Feld von ungefähr E = V/d wird
über der Flüssigkeit 16-1 mit der niedrigen Leitfähigkeit
angelegt für eine kleine Verzerrung ζ = Kr der Schnittfläche, wobei K eine von den physikalischen Parametern
des optischen Anzeigegerätes abhängende Konstante und r
der Abstand von der Mitte der kreisförmigen Elektrode
ist, wo die spezielle Deformation ζ beobachtet wird.
Das elektrische Feld E übt eine Kraft aus, die gegen die
Oberflächenspannung F in der Schnittfläche wirkt und eine
parabolische Verzerrung der Schnittfläche erzeugt, die
gegeben ist durch den nachfolgenden Ausdruck (1).

2 rF sin α= Y , (1)

Darin ist r der Radius, α der Winkel der Schnittfläche,
ε die dielektrische Konstante der Flüssigkeit mit der niedrigen Leitfähigkeit, V die angelegte Spannung und ζ die
Verzerrung der Schnittfläche. Die Integration der Gleichung

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ergibt den Ausdruck (2).

2KFR

2K(d-KR )

KR² d(Kr²/(d-Kr²))

(d-KR²)

Ausgerechnet ergibt sich (3):

2KFR

2K(d-KR )

+ KR²

Löst man die Gleichung

(1-KR²)² (FR²)

nach K, de» Koeffzienten der parabolischen Verzerrung auf, so ergibt sich die näherungsweise Lösung der Gleichung

2*2

Diese Verschiebung ζ zeigt sich dann als Funktion der Spannung und des physikalischen Parameter des Systeas, gegeben durch die Gleichung (6).

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(6)

Die näherungsv/eise Lösung für die Verschiebung ζ ist in Fig. 3C gezeigt.

3 2

Bei der kritischen Spannung von V= (Fd /εR ) wird die Schnittfläche vollkommen in die Elektrode gezogen. Um die Schnittfläche wieder freizugeben und die Zelle in den Anfangszustand zurückzubringen, muß die angelegte Spannung auf einen kleinen Prozentsatz, typischerweise unterhalb von IO % der kritischen Spannung reduziert werden. Somit hat das System eine Hysterese oder eine Spaichereigenschaft.

Die tatsächliche Verzerrung der Schnittfläche aufgrund der angelegten Spannung ist für große Verzerrungen gegenüber dem theoretischen Wert nicht genau parabolisch. Infolge dessen schaltet die Bildzelle bei einer niedrigeren Spannung als der auf der Basis der einfachen parabolischen Verzerrung errechneten Spannung. Das Ergebnis ist eine Reaktionskurve, wie sie in Fig. 3D gezeigt ist.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt sich zufriedenstellend mit zwei Spezialflüssigkeiten erreichen. Die eine Spezialflüssigkeit ist Wasser H₃O. Die andere Spezialflüssigkeit, die mit H-O nicht mischbar ist, istt Trichlormethan CHCl₃ (ε = 5,70 ε^, Oberflächenspannung mit H₂O = 33 Dyn/cm und Dichte = 1,1O64). Eine geeignete Farbe für CIICl₃ ist Phenylchlorid C₆H₅Cl, das zu einer Rotfärbung führt und in destilliertem H_O unlöslich ist. Die Schwellenv/ertspannung V für die beiden Flüssigkeiten Wasser und 7richlormethan ergibt sich mit V = 2,7 Volt für die beispielhaften Parameter d = lO.OOO 8 und R = 0,5 nun unci mit V₁₁ = 18,2 Volt für d = 3O.OOO 8 und R = 1,O nun. Für erwünschte

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- yi -

Abmessungen und physikalische Parameter kann die Dicke der hydrophoben Flussxgkeitsschicht im Ruhezustand zwischen l.OOO A* und 100.000 5? liegen.

Als Referenz für andere für die Erfindung geeignete Flüssigkeiten wird verwiesen auf:"Handbook of Chemistry and Physics¹ 48. Auflage, Chemical Rubber Co., Cleveland, Ohio, 1967. Angaben für bestimmte Chemikalien dieses Ausführungsbeispieles sind dort angegeben.

Die in Fig. ID gezeigte Schicht 21-8B aus Kupferoxid kann auf Wunsch auch eine Dicke zv/ischen 10 und l.OOO A haben und die Schicht 21-8A aus Aluminiumoxid kann zwischen 10 und l.OOO R dick sein.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

el Optische Anzeigeeinheit mit elektrisch ansteuerbaren Anzeigepositionen,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Elektrodenanordnungen (18-1, 18-2) zwei Schichten (16-2, 16-1) miteinander nicht mischbarer dielektrischer Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Leitfähigkeits- und/oder dielektrischem Verhalten angeordnet sind,

daß bei Erregung einer Anzeigeposition durch elektrische Signale auf den ihr zugeordneten Elektroden an der dieser Position zugeordneten Stelle der Berührungsfläche beider Flüssigkeiten eine Deformation der Berührungsfläche erfolgt,

und daß diese Deformation für das die Anzeigeeinheit beaufschlagende Licht eine Änderung im Reflexions- bzw. Transmissionsverhalten bedingt, wodurch an dieser Stelle eine optisch wahrnehmbare Information darstellbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Elektrodenanordnungen in an sich bekannter Weise zwei Felder orthogonal zueinander verlaufender elektrische Leiter sind, welche jeweils mit einer dielektrischen Schicht (20-1, 20-2) bedeckt sind.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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ORKaINAL INSPECTED

die Deformation durch eine Gleichspannung hervorrufbar 1st.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Deformation durch eine Haltespannung aufrecht erhaltbar 1st.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

die Haltespannung eine Gleich- oder Wechselspannung ist, welche kleiner ist als zum Hervorrufen der Deformation erforderlich.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Flüssigkeiten Toluol und Wasser oder Trichlor- : methan und Wasser sind.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die dielektrischen Schichten (20-1, 20-2) eine hydro- : phile bzw. hydrophobe Oberfläche aufweisen. \
8. Anordnung nach Anspruch 2, ί dadurch gekennzeichnet, daß ! die dielektrischen Schichten (20-1, 20-2) aus einem

Al₂O-- bzw. CuO-FiIm bestehen.

i ι
9. Anordnung nach Anspruch 1, ; dadurch gekennzeichnet, daß I die Deformation durch Anlegen einer Gegensteuer- !

spannung reversibel ist.
10. Anordnung nach Anspruch 1, j dadurch gekennzeichnet, daß { die Deformation bis zu einer Elektrode reicht. \

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