DE2719505C2

DE2719505C2 - Optische Anzeigeeinheit mit elektrisch ansteuerbaren Anzeigepositionen

Info

Publication number: DE2719505C2
Application number: DE2719505A
Authority: DE
Inventors: Thomas Herman Tarrytown N.Y. 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: 1983-05-19
Also published as: FR2352364A1; GB1573165A; FR2352364B1; DE2719505A1; JPS52140233A; US4079368A

Description

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Die Erfindung betrifft eine optische Anzeigeeinheit mit elektrisch ansteuerbaren Anzeigepositionen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die US-PS 39 07 407 ist eine Anzeigeeinheit dieser Art bekannt, die zwischen zwei Elektrodenanordnungen ein deformierbares homogenes Medium aufweist, wobei die durch ein elektrisches Feld hervorrufbare Deformation das optische Verhalten der Oberfläehe ändert und somit eine Anzeige bewirkt (F i g. 3).

Es ist auch bekannt, daß die Schnittstelle zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten durch Anlegen eines elektrischer» Feldes mit Komponenten rechtwinklig zur Schnittflache verzerrt werden kann, Ein elektrisches Feld übt einen effektiven Druck auf die Schnittflächen aus, wenn die beiden Flüssigkeiten unterschiedliche dielektrische Konstanten oder unterschiedliche Schritt-Leitfähigkeiten haben. Das angelegte elektrische Feld induziert eine elektrische Ladungsverteilung auf der Schnittfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten, die einer Kraftverteilung durch das elektrische Feld unterliegt

Bisher wurde die Erscheinung der Verzerrung der Schnittfläche zwischen zwei nicht mischbaren dielektrischen Medien (z.B. zwischen einer öl- und Wasserschicht) nur in der Elektrophotographie benutzt, wie es im IBM Journal of Research and Development, VoL 19, Nr. 6, S. 514-522, Nov. 1975, beschrieben ist Als weitere Literaturstellen von Interesse seien genannt: S. Chandrasekhar, »Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability«, Oxford University Press, London, 1961; L. D. Landau and E. M. Lifshitz, »Electrodynamics of Continuous Media«, Pergamon Press, Elmsford, New York, i960; L C Landau and E M. üishitz, »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. 64,52? (1968).

Ein elektrisches Feld übt auf die Schnittstelle zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten einen Druck aus, entweder, wenn die beiden aneinanderliegenden Flüssigkeiten verschiedene dielektrische Gesamtkonstanten haben, oder wenn eine der Flüssigkeiten elektrisch starker 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

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine neuartige zweidimensionale, matrixadressierte, optische Anzeigeeinheit der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Verwendung einer Vielzahl von Medien möglich ist

Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Maßnahme gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gemäß der Erfindung werden die Anzeigezellen der Anzeigeeinheit an entsprechenden Stellen durch Anlegen eines Schwellenpotentials zwischen der Elektrode und der betreffenden Gegenelektrode eingeschaltet Wegen der unterschiedlichen Leitfähigkeit α 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 e und 0 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 Vergrößerung dieser Verzerrung. Nach der Verformung der Schnittfläehe an dem ausgewählten Elektrodenpaar kann eine kleine deich- oder Wechselspannung den deformierten Zustand aufrechterhalten.

Danach ist es also möglich, eine optische Anzeigeeinheit zu schaffen, die auf einem für diesen Zweck bisher ι ο nicht genutzten physikalischen Effekt beruht Da ein relativ schwaches elektrisches Feld eine für die Anzeige genutzte Verzerrung an der Schnittfläche zweier dielektrischer Medien bedingt (und Stromflüsse wie z. B. bei Gasentladungsanzeigetafeln nicht in Betracht zu ts ziehen sind), ist der Leistungsverbrauch einer solchen Anzeigeeinheit gering.

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

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

F i g. IB eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles unter Herausstellung eines ausgewähl- ten Elektrodenpaares mit deich- und Wechselspannungsquellen,

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

Fig. ID eine schematische auszugsweise Schnittdarstellung gemäß F i g. IC,

F i g. 2A eine Schnittansicht eines für Versuchszwekke verwendeten Gerätes unter besonderer Betonung der geometrischen Beziehungen zwischen den beiden nicht mischbaren, flüssigen, dielektrischen Medien und der Elektrodenstruktur,

Fig.2B eine Darstellung des Ruhezustandes der Schnittstellengrenze zwischen den beiden dielektrischen Medien für eine angelegte Spannung von 0 Volt,

F i g. 2C tine Darstellung der durch Anlegen von 100 Volt hervorgerufenen leichten Durchbiegung der gesamten Schnittfläche,

F i g. 2D eine Darstellung des Schnittstellenverlaufes bei Anlegen von 200 Volt, wobei sich Wasser im wesentlichen von einer Elektrode zur anderen erstreckt,

F i g. 3A eine Darstellung der Anfangsverzerrung der Schnittfläche zwischen einem Elektrodenpaar mit Bezeichnungen für eine theoretische Erklärung bei einem kleinen elektrischen Feld,

F i g. 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 tatsächliche Verschiebung der Schnittfläche.

In einem optischen Informationsverarbeitungssystem sind zwei miteinander nicht mischbare Flüssigkeiten mit einer Zonengrenze 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 (Wechsel- oder Gleichspannjng) kann die gewählte Verzerrung (Deformation) beibehalten werden. Die Deformation braucht sich nicht ga.n 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 Fig. IA, IB, 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 Ausführungsbeispiel 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 16-2 gefüllt, die sich nicht ineinandermischen, die durch die Schnittfläche 17 getrennt sind, und unterschiedliche dielektrische Gesamtkonstpnten aufweisen. Die Flüssigkeit 16-1 über der Trägerplatte 14 ist z. B. Toluol; die F-rsigkeit 16-2 unter der Trägerplatte 12 ist z. B. Wasser, liie Elektrode 18-1 ist darstellungsgemäß auf der Trägerplatte 12 befestigt und die Elektroden 18-2 sind darstellungsgemäß auf der Trägerplatte 14 befestigt. Die Abdeckungen 20-1 und 20-2 sind dünne Filme auf den Elektroden 18-1 bzw. 18-2; sie grenzen an das Toluol 16-2 und das Wasser 16-1.

Zur Erreichung optimaler Betriebsergebnisse wird die Kontaktfläche 20-1 der Trägerplatte 12 und der Elektrodenstruktur 18-1, die auf deren Innenfläche aufgebaut ist, so behandelt, daß sie eine hydrophile Oberfläche hat; die Schicht 20-2 wird so behandelt, daß sie eine hydrophobe Oberfläche aufweist Herstellungsverfahren für derartige Oberflächen sind hinreichend bekannt beispielsweise vom Offsetdruck her.

Die aufgeklappte Darstellung in F i g. 1B 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 Gleichspannuj s 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 kan'. dann durch Anlegen der haltenden Wechselspannung gehalten werden.

In Fig. IC ist eine zweidimensionale Matrixanordnung adressierbarer Elektroden gezeigt VAn Teil davon ist in F i g. 1D zur Charakterisierung bestimmter Einzelheiten dargestellt. Die ^-Elektroden Xi, X 2, X3, X4 werden auf der Trägerplatte 14 und die V-Elektroden Vl, V2, V3, V4, V5 auf der Trägerplatte 12 angeordnet. Die Elektroden können aus transparenten,

leitenden, dünnen Oxidstreifen bestehen. Der hydrophobe Oberzug für die X-Elektroden ist am besten ein CuO-Dünnfilm 21-8ß(gebildet durch Niederschlag) und der hydrophile Überzug für die K-Elektroden ist am besten ein AbOj-Dünnfilm 21-8/4, der durch Eloxierung eines Aluminium-Dünnfilmes 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 V3, definierten Raumvolumen ein entsprechendes Potential durch Anlegen einer Betriebsspannung an ein Elektrodenpaar über eine Matrix-Adreßschaltung 21-9. Im Ruhebetriebszustand des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles verläuft die Zonengrenze 17 zwischen den elektrischen Medien 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 Lichtübertragungs- oder -reflexionscharakteristik auf. Das Licht erfährt eine interne Reflexionsänderung an der Schnittstellle 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 die dielektrischen Konstanten ε 1 und ε 2 gleich und die Leitfähigkeitswerte σ 1 und 0 2 unterschiedlich sind oder umgekehrt. Besonderen praktischen Nutzen aus der vorliegenden Erfindung zieht man, wenn sowohl ε 1 und ε 2 als auch 0 1 und σ 2 in jedem der beiden elektrischen Medien unterschiedlich sind.

Da die Flüssigkeit des dielektrischen Mediums 16-1 außerdem durch sequentielle Steuerung des Kreuzungspunktes bewegt werden 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 V3 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 Obergangsantwort 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 ist Das resultierende starke elektrische Feld im Toluol übt eine Kraft auf die Schnittstellle 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 X 3 und Y3 dünner wird, steigt das darin befindliche elektrische Feld entsprechend an, da die angelegte Spannung im wesentlichen über der Toluolschicht erscheint

Das stärkere elektrische Feld führt zu einer noch größeren Kraft, die auf die Schnittstelle 17 wirkt und somit zu einer weiteren Verdünnung der Toluolschicht. Wenn eine ausreichend hohe Spannung Vr 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 V3 führt. Wenn nach dem Zusammenbruch nur eine kleine Wechsel- oder Gleichspannung zwischen den Elektroden X3 und Y3 angelegt wird, reicht diese aus, um die deformierte Schnittfläche an der Elektrode X3 und die »Dicke« der Toluolschicht z\\..chen 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 A\3 und Y3 gewählte Bildanzeigeposition durch eine kleine zusätzliche Spannung zwischen diesen Elektroden X 3 und K3 gehalten werden kann. Diese kleine Hilfsspannung sollte jedoch nicht ausreichen, um eine Bildpositon auszuwählen. Die kleine Hilfsspannung kann somit zwischen allen Elektroden in der .-Y-Gruppe und allen Elektroden in der V-Gruppe angelegt sein, ohne daß dadurch Bildpunkte ausgewählt werden.

Die kleine Hilfsspannung muß jedoch andererseits groß genug sein, z. B. '/io der Schwellenwertspannung, daß jeder für die Bildanzeige gevählte 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 Hilfs-Gleichspannung angelegt wird, sehr klein halten. Das Ausfuhrungsbeispiel 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 öllösliche Farbe im Toluol zurückzuführen ist. Licht wird an einem gewünschten Punkt durch Aktivierung eines diesem Punkt entsprechenden Elektrodenpaares mitteis eines Gleichspannungsstoßes ausgegebf-i. Die Aktivierung zieht die Schnittfläche 17 zur Elektrode auf der Trägerplatte 14 (am Toluol), wo sie durch eine kleine Wechselspannung gehalten wird, deren Spitzenwert zwischen der Hälfte und etwa '/ίο 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 F i g. 2A, 2B, 2C und 2D erklärt Die stabilen elektrohydrodynamisehen Deformationsarten benachbarter viskoser dielektrischer Medien werden am Beispie! 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 24 eingeführt, um ein Flüssigkeitsvolumen Toluol »Γ« in den Behälter 22 einzuführen. Ein weiteres Rohr 26 wird durch den Deckel 22 geführt, um ein Flüssigkeitsvolumen Wasser »'»V« in den unteren Teil 5 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, daD 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 is angelegt sind, so daß die planare Grenze 28 parallel zum unteren Teil des Behälters verläuft. Wenn eine mittlere Spannung von 100 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 200 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-Wechselspannung oder Hilfs-Gleichspannung von etwa 20 Volt gehalten werden.

Theoretische Grundlagen der Erfindung

Eine Näherungstheorie für die Arbeitsweise der Erfindung wird im Zusammenhang mit den F i g. 3A, 3B₁ 3C und 3D sowie der F i g. 1A beschrieben.

Die Fig. 3A ist im Zusammenhang mit Fig. IA zu betrachten. Eine der Schichten 16-2 hat eine Leitfähig- J5 keil σ 1, die einige Größenordnungen über der Leitfähigkeit 0 2 der anderen Schicht 16-1 liegt. Die

2K(d-KR²)

Ausgerechnet ergibt sich (3):

KR¹

(d-KR¹)

2K(d-KR²)

1 +

KR¹

Löst man die Gleichung

d-KR¹

(3)

(4)

nach Ä, dem Koeffizienten der parabolischen Verzerrung auf, so ergibt sich die näherungsweise Lösung der Gleichung (5).

KR¹

^²R¹)

(5)

Diese Verschiebung 2 zeigt sich dann als Funktion, der Spannung und des physikalischen Parameter des

zugehörigen dielektrischen Konstanten haben die realen Komponenten ε 1 bzw. ε 2. 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 düber der Elektrode 18-2 auf der Seite mit der niedrigeren Leitfähigkeit liegt. Der einfacheren Berechnung 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 F i g. 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 Z = Kr¹ 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 Fin der Schnittfläche wirkt und eine parabolische Verzerrung der Schnittfläche erzeugt, die gegeben ist durch den nachfolgenden Ausdruck (1).

2rFsina

-J

(inrdr)tV² (d-z)²

(D

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 ergibt den Ausdruck (2).

d(Kr²/(d-Kr²)) f\+Kr² ]² Xd-KR²}

(2)

Systems, gegeben durch die Gleichung (6).

(6)

Die näherungsweise Lösung für die Verschiebung ζ ist in F i g. 3C gezeigt.

Bei der kritischen Spannung von Vo = (Fd³ZeR²) 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 10% der kritischen Spannung reduziert werden. Somit hat das System eine Hysterese oder eine Speichereigenschaft.

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 F i g. 3D gezeigt ist
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt

sich zufriedenstellend mit zwei Spezialflüssigkeiten erreichen. Die eine Speziaiflüssigkeit ist Wasser H2O. Die andere Speziaiflüssigkeit, die mit H₂O nicht mischbar ist, ist Trichlormethan CHCI3 (ε = 5,7Οε'ο, Oberflächenspannung mit H₂O - 33 10-⁵N/cm und Dichte - 1,1064). Eine geeignete Farbe für CHCI3 ist Phenylchlorid CtHjCI, das zu einer Rotfärbung führt und in destilliertem H₂O unlöslich ist. Die Schwellenwertspannung Vt für die beiden Flüssigkeiten Wasser und Trichlormethan ergibt sich mit W- 2,7 Volt für die beispielhaften Parameter </»1000nm und Ä«= 0,5 mm und mit W-18,2 Volt für d- 3000 nm und /?= 1,0 mm. Für erwünschte Abmessungen und physikalische Para-

10

meter kann die Dicke der hydrophoben Flüssigkeitsschicht im Ruhezustand zwischen 100 nm und 10 000 nm liegen.

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

Die in Fig. ID gezeigte Schicht 21-8ß aus Kupferoxid kann auf Wunsch auch eine Dicke zwischen 1 und 100 nm haben und die Schicht 21-8/4 aus Aluminiumoxid kann zwischen 1 und 100 nm dick sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Optische Anzeigeeinheit mit elektrisch ansteuerbaren Anzeigepositionen an den Überlap* pungsstellen zweier beabstandeter Elektrodenanordnungen,

mit einem Medium zwischen den Elektrodenanordnungen, das sich im elektrischen Feld deformiert, und wobei die Deformation für das die Anzeigeeinheit beaufschlagende Licht eine Änderung im Reflexions- bzw. Transmissionsverhalten bedingt, wodurch an dieser Stelle eine optisch wahrnehmbare Information darstellbar ist, ι ί

dadurch gekennzeichnet, daß das Medium aus zwei Schichten (16-2,16-1) von miteinander nicht mischbaren dielektrischen Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Leitfähigkeits- und/oder dielektrischem Verhalten gebildet ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenanordnungen zwei Felder orthogonal zueinander verlaufender elektrischer Leiter sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrodenanordnungen (18-1,18-2) jeweils mit einer festen dielektrischen Schicht (20-1, 20-2) bedeckt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Flüssigkeiten Toluol und Wasser oder Trichlormethan und Wasser sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß eine deich- oder Wechselspannung als Haltespannung vorgesehen ist, "''eiche kleiner ist als zum Hervorrufen der Deformation erforderlich.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die eine der dielektrischen Schichten (20-1,20-2) eine hydrophile und die andere eine hydrophobe Oberfläche aufweist

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die eine der dielektrischen Schichten (20-1,20-2) aus einem AI₂O₃- und die andere aus einem CuO-FiIm besteht

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Deformation durch Anlegen einer Gegensteuerspannung rückgängig gemach t wird.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Deformation bis zu einer Elektrode reicht