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DE2805970A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung - Google Patents

Fluessigkristall-anzeigevorrichtung

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DE2805970A1
DE2805970A1 DE19782805970 DE2805970A DE2805970A1 DE 2805970 A1 DE2805970 A1 DE 2805970A1 DE 19782805970 DE19782805970 DE 19782805970 DE 2805970 A DE2805970 A DE 2805970A DE 2805970 A1 DE2805970 A1 DE 2805970A1
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DE
Germany
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display device
layer
spacer
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carrier plate
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DE19782805970
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DE2805970B2 (de
DE2805970C3 (de
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Manfred Dr Kobale
Hans Krueger
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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Publication of DE2805970B2 publication Critical patent/DE2805970B2/de
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    • G02—OPTICS
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Description

2605970
! t -6- j.^-T-.v >r*-L
SIEMMS AKIIENGESELISCHAFT Unser Zeichen' Berlin und München VPA 78 P ] O 2 t- BRD
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Displays. Derart aufgebaute Flüssigkristall-(FK-) Anzeigen sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt; man vergleiche hierzu beispielsweise DE-PS 21 60 469 oder US-PS 3 863 332.
Die Trägerplatten von FK-Displays sollen einen möglichst geringen Abstand voneinander haben, weil sich wichtige Kenndaten der Anzeige mit zunehmender FK-Schichtdicke verschlechtern; insbesondere werden dabei die Schaltzeiten langer und die Schwellspannungen größer. Von modernen FK-Displays werden bereits Plattenabstände von weniger als 10 /U, in einzelnen Fällen sogar von höchstens 2 /U, verlangt. Diese
Les.1 Ode / 08.02.78
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1P
VPA 78 P 1 0 2 1 BRD
Forderungen lassen sich nicht ohne weiteres erfüllen und geben vor allem dann nach wie vor erhebliche Fertigungsprobieme auf, wenn man großflächige oder dünnwandige Substrate verwenden will. 5
Das geschilderte Distanzierproblem ist bereits seit Jahren Gegenstand intensiver Bemühungen und hat zu einer Fülle von'Lösungsvorschlägen geführt. Alle diese Beiträge lassen sich, soweit sie über eine
TO reine Weiterentwicklung des Rahmens hinausgehen, . folgendermaßen gruppieren: entweder wird das gesarate Kammervolumen außerhalb der Segmentbereiche· mit einer Masse ausgefüllt (beispielsweise DE-PS 21 60 469) oder man'setzt eine Yielzahl von mehr oder weniger regellos verteilten Abstandskörpern wie Körner (DE-OS 21 59 165), lasererzeugte Aufwürfe (DE-PS 23 44 050) oder Glaslotsäulen (DE-OS 22 42 389) zwischen die Substrate. Beide Konzepte haben ihre Vor- und Nachteile. Die erste Alternative liefert relativ genaue Distanzwerte und ermöglicht einen sparsamen FK-Verbrauch, erschwert allerdings das Einbringen des Flüssigkristalls in das Display. Bei der zweiten Alternative ist zwar die Einfüllung unproblematisch, dagegen benötigt man mehr FK-Material;hinzukommt, daß bei Körnern und Glaslotsäulen die Abstandsgenauigkeit mitunter zu wünschen übrig läßt und daß das Laserkrater-Verfahren noch nicht ganz ausgereift ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige mit einer Plattendistanzierung anzugeben, die die geschilderten Vorteile der verschiedenen bekannten
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vpa78 Pi 02 J BRD
Techniken in sich vereint, von den aufgezeigten Mangeln dagegen frei ist. Zu diesen Zweck ist das Display erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale ausgebildet.
5
Bei der vorgeschlagenen Anzeigevorrichtung können die Vorsprünge und/oder die Stützen auf zweierlei Weise realisiert sein: entweder man versieht die Trägerplatten mit einer Schicht, in der geeignet geformte Strukturen ausgespart sind, oder man schafft in den Trägerplatten Ausnehmungen. Geeignete Beschichtungstechniken sind Gegenstand der Ansprüche 11 bis 1 6; wie man besonders einfach bestimmte Teilflächen in einer Trägerplatte tieferlegt, ist in den Ansprüchen 17 und 18 angegeben.
Bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, in der erstmalig die bisher stets getrennt verfolgten Entwicklungslinien in bestimmter Yfeise miteinander kombiniert sind, kann das PK-Material bequem durch eine einzige Öffnung eingegeben v/erden, da sämtliche Kammerhohlräume miteinander kommunizieren. Das dabei benötigte IPK-Volumen ist gering, da die PK-Schicht im Restbereich extrem dünn sein kann. Der Substratabstand läßt sich mit erprobten Beschichtungs- bzw. Vertiefungsverfahren mühelos bis auf + 1 /U genau einstellen. Dabei ist von Vorteil, daß sich die Vorsprünge und Stützen die Entfernung zwischen den beiden Substraten teilen und man daher auch auf Techniken zurückgreifen kann, die an sich nur wenige " /um hohe VorSprünge bzw. Stützen liefern könnten (vergl. hierzu die bereits zitierte US-Patentschrift).
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—r- YPA 78 P ί 0 2 1 BRD
Damit die erfindungsgemäß vorgesehenen Abstandselemente auch, stets aneinanderstoßen und somit der vorgegebene Mindestabstand zwischen den beiden Platten auch tatsächlich eingehalten wird, sollte zumindest ein Substrat noch zusätzlich mit einem Überzug versehen sein, der diese Platte in einer Art "Bimetalleffekt" zur anderen Trägerplatte hin durchdrückt. Eine solche mechanische Spannung ergibt sich beispielsweise dann, wenn man den Überzug aus einem Material herstellt,. das einen deutlich größeren (kleineren) thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Trägerplatte hat, und ihn bei relativ hohen Temperaturen auf die Außenseite (Innenseite) der Platte aufträgt.
Die Vorzüge des vorgeschlagenen Displays kommen vor allem dann zum Tragen, wenn die Anzeige die in Anspruch 8 genannten Merkmale aufweist, und zwar aus folgenden Gründen. Ss wurde festgestellt, daß ein mit horaöotroper Wandorientierung zwischen zwei Substraten eingebetteter cholesterinischer Flüssigkristall, der sich normalerweise planar oder fokalkonisch ausrichtet und erst oberhalb einer bestimmten elektrischen Feldstärke homöotrop wird, bereits dann im feldfreien Zustand plattensenkrecht texturiert ist, wenn sich seine Slementarne1ixen nicht mehr voll ausbilden können. Wählt man nun eine Ganghöhe mit einem Wert zwischen der FK-Schichtdicke in den Segmentbereichen und der PK-Schicht-
30. dicke im Restbereich und lagert man einen der üblichen
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VPA 78 ρ f 0 2 1 BRD
pleochroitisehen Partstoffe ein, dann wirkt das Display in seinen angesteuerten Segment tier eichen sowie im Restbereich lichtdurchlässig und in seinen nicht angesteuerten Segmentbereichen farbig.. Dieser Effekt ermöglicht die Darstellung von farbigen Bildern auf einem hellen bzw. weißen Hintergrund mit einer sogenannten "inversen" Ansteuerung, die - wie statistische Betrachtungen zeigen - mit einem erheblich geringeren Leistungsverbrauch auskommt als die herkömmliche Adressierung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in zusätzlichen Ansprüchen charakterisiert.
15
Die Erfindung soll nun anhand besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ss zeigen:
Fig. 1 in einem Seitenschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 2 ebenfalls in einem Seitenschnitt die Flüssigkristall-Zelle eines zweiten Ausführungsbeispiels, das sich von der Ausführung der Fig. 1 im wesentlichen nur in der Realisierung der Plattenvorsprünge unterscheidet.
Die Zeichnung ist schematisch gehalten. Für ein 7erständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelteile eines Displays, beispielsweise die elektrischen Zuleitungen, sind weggelassen.
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—θ-- ΥΡΑ78 P 1 02 ί BRD
Das Display der Pig. 1 ist eine einstellige, polarisatorfreie 7-Segment-Plüssigkristallanzeige. Sie enthält im einzelnen eine vordere Trägerplatte 1 und eine hintere, mit einer diffus reflektierenden Rückfläche ausgestattete Trägerplatte 2, die beide ü"ber einen Rahmen 3 hermetisch dicht miteinander verbunden sind. Außerdem sind die Trägerplatten auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Belag versehen. Der Belag der rückwärtigen Trägerplatte ist durchgehend ausgebildet (Rückelektrode 4)» während der Belag der vorderen Trägerplatte aus getrennt ansteuerbaren Segmenten (Elektrodensegmente 6) besteht. Die hintere Trägerplatte trägt zusätzlich ein Ansteuerteil 10, während die vordere Trägerplatte außen noch mit einem bei erhöhten Temperaturen aufgebrachten PiIm 5 überzogen ist, der einen sehr viel höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das aus Glas bestehende Substrat hat und bei normalen Umgebungstemperaturen die Platte 1 zur Platte 2 hin durchbiegen will. Dieser PiIm könnte aus MgO bestehen.
Die beiden Trägerplatten werden nicht nur über den Rahmen sondern auch noch über weitere Abstandselemente gegeneinander distanziert. Der Pigur entnimmt man, daß diese Elemente sich sämtlich in der von dem Rahmen und den beiden Substraten begrenzten Kammer befinden und dadurch gebildet sind, daß von der einen Trägerplatte Schichten (Distanzierschichten 7) und von der anderen
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-*-- vpa78 P ί 0 2 t BRD
Trägerplatte Stützen (Distanzierstützen 9) ausgehen. Die Distanzierschichten nehmen praktisch die gesamte Grundfläche der Kammer außerhalb der Anzeigebereiehe (Restbereich) ein. Im -vorliegenden Pail ist die Zelle so dimensioniert, daß die Flüssigkristallschicht in den Anzeigebereichen etwa 8+1 /um dick ist und im Restbereich eine Stärke von 2+0,5 /um hat. Die Trägerplatten haben eine Wandstärke von 0,6 mm.
Die in der Zellenkammer verbleibenden, untereinander verbundenen Hohlräumen sind mit einer Flüssigkristallschicht 11 gefüllt, die durch eine (nicht dargestellte) Püllöffnung eingebracht worden ist. Der Flüssigkristall besteht im wesentlichen aus einer nematischen Substanz, der ein chiral-nematischer Zusatz sowie ein pleochroitischer Farbstoff beigegeben ist. Das Gemisch hat eine positive dielektrische Anisotropie und ist an seinen plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert. Stellt sich diese Textur nicht spoitan ein, so kann man sie mit einer der bekannten Orientierungstechniken (vergl. hierzu beispielsweise M. Tobias "International Handbook of liquid Crystal Display", Ovum Press Ltd., London,Abschn. 7.2) herbeiführen. In dem Flüssigkristallgemisch ist der Anteil der chiral-nematisehen Komponente, die den Plussigkristall cholesterinisch verschraubt, so groß gewählt, daß die Ganghöhe der induzierten Verschraubung einen Wert zwischen der FK-Schichtdicke in den Segmentbereichen einerseits und im Restbereich andererseits annimmt.
in diesem Pail orientieren sich die PK-Moleküle in den Segmentbereichen - abgesehen von den Grenzflächen cholesterinisch, im Restbereich dagegen durchgehend homöotrop.
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78 P 1 02 t BRD
Die Abstandsschichten lassen sich auf verschiedene Weise mit genau einstellbarer Dicke erzeugen: Beispielsweise durch Verdampfen oder Aufsputtern eines Glases, durch Eintauchen des Substrates in eine Lösung oder durch eine chemische Darapfabscheidung (chemical vapor deposition = CVD). Bei der erstgenannten Aufbringtechnik empfiehlt es sich, eine vorwiegend aus SiOp, AIgO,, CaO, Cr2O, oder 11S^2 bestehende Schicht zu nehmen; hierfür geeignete Gläser befinden sich im Handel. Die Tauchschicht könnte aus SiO2 oder SiOp.AIpO, zusammengesetzt sein. Der in CVD-Teehnik hergestellte überzug sollte vorzugsweise aus SiO2, SiOp.AIpO, oder aus SiO2.B0O-bestehen, lieben den genannten Methoden kommen natürlieh auch Siebdruck- oder Fototechnik in Präge. Beim Siebdruckverfahren, bei dem man gleich die endgültigen Strukturen aufdrucken kann, lassen sich kristallisierende Glaslote, aber auch organische Materialien verwenden; Glaslot muß bekanntlich nach dem Aufdruck noch gesintert werden. Besonders rationell ist eine Beschichtungstechnik, bei der ein Gemisch aus einem Glaslotpulver und einem (positiven oder negativen) !Fotolack aufgesprüht oder durch ein sog. "Rollercoating" aufgebracht, dann mit einer Fototechnik strukturiert und schließlich bei ca. 5000C gesintert wird. Realisiert man die Vorsprünge und/oder die Distanzierstützen nicht durch Beschichten sondern durch Ausnehmungen in den Substraten (Pig. 2) so empfiehlt es sich, diese Vertiefungen durch eine Sputterätztechnik herzustellen. Dabei sind diejenigen Substratbereiche (Erhebungen 12), die als Vorsprünge und/oder Stützen dienen sollen, durch eine Maske mit Fotolack oder Siebdrucklack abzudecken. lackreste können durch Plasma-
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-~*r- υρα78 P 1 0 2 I BRD
veraschen entfernt werden,- Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem in der einen Trägerplatte Gruben 15 eingeätzt und in diese Gruben die Segmentelektroden aufgebracht sind und bei .dem auf der anderen Trägerplatte die Distanzierstützen durch eine Beschichtung erzeugt sind, kann besonders kostengünstig gefertigt werden.
Das Display arbeitet folgendermaßen:
Es werden stets nur diejenigen Segmentelektroden angesteuert, die zum Hintergrund der darzustellenden Zahl gehören. In den angesteuerten Segmentbereichen sowie im Restbereich sind die Flüssigkristallmoleküle und damit auch die Farbstoffmoleküle plattensenkrecht ausgerichtet, so daß der Hintergrund hell erscheint. In den nicht angesteuerten Segmentbereichen behält die Flüssigkristall-Schicht ihre planar-cholesterinische bzw. fokal-konische Orientierung bei, diese Bezirke erscheinen in der Farbe des gewählten Farbstoffes.
Die Erfindung beschränk-G sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So kann man beispielsweise auch absorptive Displays aufbauen, bei denen der optische Kontrast nicht zwischen farbig und weiß sondern beispielsweise zwischen farbig und farblos oder zwischen zwei verschiedenen Farben hergestellt wird. Darüber hinaus ist es ohne Belang, ob man das Display in Reflexion oder Transmission betreibt. Denkbar ist auch ein Betrieb auf der Basis des sog. Bi-Stabilitätseffektes ("Berichte der Bunsengesellschaft" £ (1974) 912). Schließlich stehen dem Fachmann auch in
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28Q597Ö AB
- j-q— 78 P 1 02 1 BRD
Iconstruktiver Hinsicht noch eine Reihe von Yariationsmöglichkeiten offen; so spielt es beispielsweise keine Rolle, ob die Distanzierschichten unmittelbar auf die Trägerplatten oder auf bereits vorhandene (leitfähige) Zwischenschichten aufgetragen werden.
2 Figuren
18 Patentansprüche
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Claims (1)

  1. 2605970
    VPA78 P 102 1 BRO
    Patentansprüche
    1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Trägerplatten, die durch einen Rahmen voneinander distanziert sind und auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils elektrisch leitfähige Beläge tragen, von denen zumindest der eine Belag getrennt ansteuerbare Segmente (Elektrodensegmente) hat, und mit einer Flüssigkristallschicht in der von dem Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzten Kammer, wobei die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte) in der Kammer auf ihrer neben den Segmentflächen verbleibenden Fläche (Restfläche) zur anderen Trägerplatte (zweite Trägerplatte) hin vorspringt, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten Trägerplatte auf der Restfläche Distanzierstützen (9) ausgehen, die auf den Vorsprüngen (Distanziervorsprünge 7,12) der ersten Trägerplatte (2 bzw. 1) ruhen.
    2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/oder Distanzierstützen durch Schichten (7,9) gebildet sind, die auf die erste Trägerplatte (2) aufgetragen sind.
    5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/oder Distanzierstützen dadurch gebildet sind, daß die erste Trägerplatte (i) bereichs-r weise Vertiefungen (12) hat.
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    - 2 - VPA 78 P 1 0 2 1 BRD
    4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der "beiden Trägerplatten (1,2) außen eine Schicht (5) aus einem Material trägt, das "bei erhöhten Temperaturen aufgetragen ist, einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als die Träger platte (1) und diese gegen die andere Trägerplatte (2) durchdrückt.
    5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 45 dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht (5) aus MgO besteht.
    6. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Trägerplatten (1,2) innen eine Schicht (5) aus einem Material trägt, das bei erhöhten Temperaturen aufgetragen ist, einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als die Trägerplatte (1) und diese gegen die andere Trägerplatte (2) durckdrückt.
    7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) aus SiO2, Al2O5 oder SiOg'AlgO, besteht.
    8. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Ansteuerteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht (11) cholesterinisch ist, mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthält, eine positive dielektrische Anisotropie hat und an ihren plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert ist, wobei die Helixganghöhe so groß gewählt ist, daß die Flüssigkristallschicht (11) in den nicht angesteuerten Segmentbereichen eine
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    - 3 - YPA 78 P ί 0 2 1 BRD
    planar-cholesterinische oder fokal-konische Orientierung und im Restbereich eine homö'otrope Orientierung hat, und daß das Ansteuerteil (10) so ausgelegt ist, daß gerade diejenigen Segmentelektroden (6) angesteuert werden, die zum Bildhintergrund gehören.
    9. Anzeigevorrichtung "nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß'die Helixganghöhe kleiner ist als die Dicke·der Flüssigkristallschicht "(11) in den Segmentbereichen und größer ist als die Dicke der Flüssigkristallschicht (11) im Restbereich.
    10. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1
    bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht (11) in den Segmentbereichen zwischen 6 und '10 /um und im Restbereich zwischen 1 und 2 /um dick ist.
    11. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht, die vorzugsweise überwiegend aus SiOp, AIpO,, CaO, .C3?2°3 0<3-er MgF2 besteht, aufgedampft oder aufgesputtert wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.
    12. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende
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    78 P f 0 2 ί BRO
    4 -
    Tauchschicht, die vorzugsweise aus SiO2 oder SiOp«AlpO-, "besteht, aufgebracht wird 'und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.
    5
    13. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, · daß zunächst eine durchgehende Schicht, die vorzugsweise aus SiOp, SiOp-AlpO-, oder SiOp'BpO- besteht, durch chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition) erzeugt wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.
    14. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dist-,.nziervorsprünge und/ oder Distanzierstützen dadurch hergestellt werden, daß ein kristallisierendes Glaslot in Siebdrucktechnik aufgebracht und nachfolgend gesintert wird.
    15. Verfahren zur Herstellung der DistanziervorSprünge und/oder der Distanzierstücke einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die DistanziervorSprünge und/ oder die Distanzierstützen durch Aufbringen eines organischen Materials in Fototechnik oder in Siebdrucktechnik hergestellt werden.
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    - 5 - YPA78 ρ ι ο 2 1 BRJJ
    16. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht aus Glaslotpulver-und Fotolack aufgetragen, vorzugsweise aufgesprüht oder aufgerollt wird, daß dann die Schicht maskiert und fotobeschichtet wird, daß hiernach aus der Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiehe durch Ablösung freigelegt werden und daß schließlich die verbleibenden Schichtbereiche durch Erwärmen auf einige 1000G zu einer glasigen Schicht gesintert werden.
    17. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/ oder die Distanzierstützen durch Sputterätzen der Trägerplatte hergestellt werden, wobei die die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen bildenden Plattenbereiche (Erhebungen 12) mit Fotolack oder Siebdrucklack abgedeckt werden.
    18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackreste durch Plasmaveraschen entfernt werden.
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DE2805970A 1978-02-13 1978-02-13 Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung Expired DE2805970C3 (de)

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