DE2363947A1 - Elektro-optische anzeigevorrichtung fuer eine reihe von zeichen - Google Patents

Description

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BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 . S MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE

BERLIN: DIPL.-ING. R. M ÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEY

Berlin, den 20. Dezember 1973

25 523

Batteile Memorial Institute,
Carouge-Genf (Schweiz)

Elektro-optische Anzeigevorrichtung für eine Reihe

von Zeichen

Die Erfindung betrifft eine elektro-optische Anzeigevorrichtung für eine Reihe von Zeichen.

Es sind bereits verschiedene elektro-optische, numerische, alphabetische und sogar alphanumerische Anzeigevorrichtungen bekannt. Diese Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus einer Gruppe von elektrischen Elementen, die, von oben gesehen, ein Muster bilden, das alle Teile der verschiedenen alphanumerischen Zeichen, die man zu erhalten wünscht, enthält. Diese elektrischen Elemente werden selektiv mit einer Stromquelle verbunden, um sie gemäß dem mit dieser Matrix -wunschgemäß zu erhaltenden Zeichen auszuwählen.

Unter diesen Anzeigevorrichtungen sind solche bekannt, die faserförmige Flüssigkristalle benutzen, welche eine Zwischenphase zwischen dem festen und dem isotrop flüssigen

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BERLIN: TELEFON (O311) 76 29 07 MÜNCHEN: TELEFON (OS 1i) 32 55 KABEL: PROPINDUS · TELEX O1 84O57 KABEL: PROPlNDUS · TELEX O5 24

Zustand gewisser organischer Substanzen bilden. Diese Anzeigevorrichtungen verwenden das Auftreten eines Kontrastes zwischen verschiedenen Oberflächenzonen infolge der Erscheinung der dynamischen Streuung der faserförmigen Lie.

Tatsächlich weiß man, daß eine dünne Schicht faserförmiger Flüssigkristalle, die zwischen zwei Glasplatten eingeschlossen ist, bis zu dem Zeitpunkt durchsichtig ist, in dem man ein von einem das Phänomen der optischen Streuung herbeiführenden Strom begleitetes Feld daran legt. Der physikalische Ursprung des Phänomens ist folgender; Bei Abwesenheit eines Feldes ist der Bereich in bezug auf die Wände der Zelle geordnet und streut nichts In Gegenwart eines Feldes zerschneiden die in Bewegung versetzten Ionen die Flüssigkeit, indem sie die Materie mitnehmen,. Wenn die Anzahl der Ionen und ihre Geschwindigkeit ausreichend sindj, treten Turbulenzen auf ₉ und infolge der Doppelbrechung der Materie wird das Licht stark gestreut.

Es gibt zwei Arten des Verhaltens unter den Substanzen oder besser Substanzgemi sehen, die in einem mit ihrer Verwendung auf dem Gebiet der Anzeigen verträglichen Temperaturbereich die den faserförmigen Flüssigkristallen eigentümlichen Merkmale aufweisen« Es gibt diejenigen^ die zu einer Orientierung parallel zu den Flächen der Träger neigen^ zwischen denen die dünne Schicht der Flüssigkristalle gehalten wird, während andere sich senkrecht zu diesen Flächen ausrichten. Die Parallelausrichtung, die auch als "homogene¹¹ Orientierung bezeichnet wird, gibt eine Schicht von Flüssigkristallen, deren optische Achse in der Ebene der Träger, also senkrecht zur Beobachtungsrichtung liegt. Selbst bei einer sehr guten Ausrichtung der Flüssigkristalle in einer einzigen Richtung ist die Lichtstreuung im Ruhezustand stärker

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als "bei senkrechter, auch als "homeotrop" bezeichneter Ausrichtung, bei der die optische Achse in der Beobachtungsrichtung orientiert ist. Daraus ergibt sich ein besserer Kontrast zv;ischen dein in Ruhe befindlichen und dem streuenden Teil. Dieser Vorteil ist insbesondere in dem Fall der Übereinanderanordnung mehrerer Zellen wichtig.

Solche Anzeigevorrichtungen bieten zahlreiche Vorteile. Die Sichtbarmachung durch Flüssigkristalle ist der Vorgang, der am wenigsten Energie benötigt. Die Reaktionszeit ist ausreichend kurz. Andererseits hängt im Gegensatz zur Mehrzahl der anderen Anordnungen, die aktiv sind, also Licht aussenden, der Kontrast der passiven Vorrichtungen, wie der Flüssigkristalle, nicht von der Intensität der Umgebungsbeleuchtung ab. Ferner hat die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung einen sehr niedrigen Preis. Die Lebensdauer der derzeit verfügbaren Flüssigkristalle übersteigt 3 000 Stunden, und es scheint, daß man 10 000 Stunden übersteigen können "wird.

Um alphanumerische Zeichen mittels einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten, ist es erforderlich, die Zeichen in Segmente zu unterteilen, die getrennt voneinander und selektiv an die Stromquelle angeschlossen werden. Im. Interesse der Einfachheit und Sparsamkeit versucht man, die Zeichen mit der geringst möglichen Anzahl von Segmenten zu erhalten. .Man kennt derzeit eine numerische Anzeigevorrichtung mit 7 Segmenten, ebenso eine alphabetische Anzeigevorrichtung mit 12 Segmenten, die nur auf Großbuchstaben beschränkt ist. Andere sogenannte "Koinzidenz-Adressierungs"-Vorrichtungen, die eine Matrize mit 5x7 auf die horizontalen und vertikalen Richtungen verteilten Punkten verwenden, sind ebenfalls bekannt.

Keine dieser Vorrichtungen ermöglicht jedoch, alphanumeri-

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sehe Zeichen von einer den typograph!sehen Schriftzeichen
vergleichbaren Qualität zu verwirklichen. Tatsächlich haben diese Zeichen nur eine vage Ähnlichkeit mit den typographischen Zeichens so daß die Verwendbarkeit der bekannten elektro-optischen Anzeigevorrichtungen auf gewisse Gebiete begrenzt istj wie Rechner und andere zu fachlichen Zwecken
benutzte Apparate₀ Das bedeutet, daß diese Vorrichtungen
eine gewisse Gewöhnung auf selten ihrer Benutzer erfordern, um leicht und ohne Fehlerrisiko die angezeigten Zeichen zu erkennen. Infolgedessen sind die bekannten Anzeigevorrichtungen nicht dazu geeignet, dem großen Publikum Informationen mitzuteilen^ . ZoBo auf Bahnhöfen,, Flughafen^ Autobahnen usw.

Wenn man die Qualität der mit solchen Anzeigevorrichtungen erzeugten alphanumerischen Zeichen verbessern will,- erkennt man, daß die erforderliche Anzahl der Segmente sehr schnell bis zu einer beträchtlichen Zahl zunimmt, ohne daß indessen ein befriedigendes Ergebnis erreicht wird» Ferner wird beim Vervielfältigen der Anzahl der Segmente die für jedes zum
Anzeigen eines Zeichens bestimmte Element verfügbare Fläche überfüllt, da jedes Element durch, einen besonderen Leiter
gespeist werden muß_o Deshalb macht der Anschluß der in der Mitte des Anzeigeelements gelegenen Segmente die Unterbringung von Durchlässen zwischen den umfangsseitigen Segmenten für das Hindurchführen von Verbindungselementen erforderlich. Die umfangsseitigen Segmente werden also nicht nur durch
eine schmale isolierende Zone^ sondern auch durch eine leitende Zone voneinander getrennt, die das Verbindungselement darstellt, beiderseits dessen zwei isolierende Zonen gebildet werden. Diese Trennung schadet der graphischen Qualität, so daß man beim Vervielfachen der Zahl der Segmente, um die letztere zu verbessern,, andere Mangel herbeiführt.

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Man hat ferner vorgeschlagen, eine Flüssigkristall-Schicht in Richtung ihrer Dicke in zwei Teile zu teilen, um den sich ergebenden Kontrast zu verbessern, ohne die Reaktionszeit zu vergrößern. Tatsächlich nimmt die Zeit, die für den Übergang einer Plüssigkristall-Schicht aus ihrem durchsichtigen in ihren optisch streuenden Zustand erforderlich ist, angenähert im Quadrat der Zunahme ihrer Dicke zu.

Der Gedanke der Aufteilung einer dicken Schicht in zwei dünne Schichten besteht also darin, zum Kontrast der dicken Schicht zu gelangen, indem man die Reaktionszeit der dünnen Schichten bewahrt. Man kann ebenso sagen, daß man die Kontrast-Wirkungen von zwei Schichten addiert, indem man sie einander überlagert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wenigstens teilweise den Mängeln der vorerwähnten Anzeigevorrichtungen abzuhelfen, insbesondere die graphische Qualität einer gegebenen Reihe von Zeichen zu verbessern.

Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine elektro-optische Anzeigevorrichtung für eine Reihe von Zeichen zum Gegenstand, die durch optische Lichtstreuung durch ein Beobachtungsfenster und mit Hilfe fadenförmiger Flüssigkristalle gebildet werden, die zwischen mindestens einem Paar Trägerplatten angeordnet sind, von denen die eine ein Raster von•Elementarelektroden aufweist und die andere mindestens eine Gegenelektrode, wobei dieses Raster alle Strukturelemente der Zeichenreihe enthält und seine Elektroden selektiv entsprechend den gewünschten Zeichen mit einer Wechselstromquelle in der Weise verbindbar sind, daß ein elektrisches Feld durch die Kristalle hindurch lokal angelegt wird, um die senkrecht zu den ausgewählten Elektroden lokalisierte optische Streuung

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zu erzeugen. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Raster über eine Folge von mindestens drei einander gegenüberliegend angeordneten Tragplatten verteilt ist, wobei die Elektroden und die Gegenelektroden auf homologen Seiten dieser Platten in direkter Berührung mit den Flüssigkristallen angeordnet sind.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es zeigen*

Fig. 1 einen Schnitt!

Fig. 2a und 2b Schnittansichten längs der Pfeile Ha₉ Hb, in Fig. 1 gesehen?

Fig _β Ja und 3b Schnittansichten längs der Pfeile IHa und IHb in Fig„ 1 gesehen^

Figo 4a und 4b Schnittansichten längs der Pfeile IYa -und IVb in Fig. 1 gesehen!

Fig_e 5 einige Muster von Buchstaben und Zahlen,' die mittels df·* Vorrichtung erhalten wurden. .

Die in Fig_o 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Sandwich-Struktur auf ₉ die von einer Folge 1 von vier Glasplatten 2«, 3» 4, 5 gebildet wird,, welche von Zwischenstücken 6_S 7«, 8 aus isolierendem Material in Abstand gehalten werden,, Die beiden Glasplatten 3 und 4* die im Innern des Stapels liegen, sind sehr dünn und haben eine Dicke in der Größenordnung von Oj, 2 mm ο Di@ durch die Zwischenstücke 6,. 7 mid 8 gebildeten Zwischenräume 6% 7^S, Ö^s haben eine Dicke von ungefähr 12 /u. und sind mit fadenförmigen Flüssigkristallen gefüllt ο Die Glasplatten 2 und 5 können aus Festigkeits«

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gründen etwas dicker sein als die Zwischenplatten.

Die drei Paare homologer Flächen der Platten 2 bis 5, die mit den Flüssigkristallen in Berührung stehen, tragen je-■weils drei Elektroden- und Gegenelektroden-Gruppen, von denen jede einander gegenüberliegende Elektroden- und Gegenelektrodenschichten E und C in der ersten Gruppe, E* und C in der zweiten Gruppe und E" und G" in der dritten Gruppe umfaßt.

Die drei Elektroden- und Gegenelektroden-Gruppen ₉ die in Fig. 2 bis 4 dargestellt sind, sind für die Erzeugung von alphanumerischen Zeichen mittels der Elektroden einer oder mehrerer Gruppen ausgebildet.

Wie aus Fig. 2a, 3a, 4a ersichtlich, bilden -die Elektrodenschichten S, E¹ und E" jeweils in der Draufsicht eine geometrische Figur. Die Elektrodenschicht E wird von einer 8 gebildet, die in 14 Elenientarelektroden E.. bis E.^ zerlegt ist. Diese Elementarelektroden sind gegenüber der Gegenelektrode G angeordnet, die einen Außenumriß aufweist, der mit dem der Elementarelektroden übereinstimmt". Jede der Elementarelektroden E., bis E^ ist für sich mit einer Anschlußklemme B. bis B^ verbunden, die längs zweier einander gegenüberliegender Ränder der Fläche der Glasplatte 2 angeordnet sind. Die der Seite der Platte 2 zugewandte Fläche der Glasplatte 3 trägt die Gegenelektrode G ebensowie eine Anschlußklemme B .

Jede der Elementarelektroden E. bis E./ weist mindestens einen dem Außenumriß der 8 benachbarten Teil auf, damit sie mit den entsprechenden Klemmen verbunden werden kann, ohne daß die Verbindungselemente zwischen den Elementarelektroden hindurchgehen müssen.

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Die Elementarelektroden und die Gegenelektrode müssen natürlich aus einem durchsichtigen Material Gestehen» Dies gilt ebenfalls für die zwei anderen Elektroden- und Gegenelektrodengruppen« Deshalb bestehen die Elektroden und Gegenelektroden Z₀B₀ aus Zinnoxid, das durch Zerstäubung einer verdünnten Lösung von Zinn-IV-chlorid auf auf 550 C erhitztes "'Pyrex¹⁸ (Handelsname, Wz-geschützt)-Glas niedergeschlagen wird. Gleichzeitig erzeugt man durch denselben Vorgang die Anschlußklemmen B^ bis B^r ebenso wie

die Verbindungselemente zwischen den Klemmen und den Elementarelektroden ο

Ein anderes Verfahren zur Bildung der durchsichtigen Elektroden besteht in der Kathodenzerstäubung einer Indium-Zinn-Legierung in einer verdünnten Argon- und Sauerstoff-Atmosphäre/ Man erhält Mischoxidniederschläge dieser beiden Metalle,, und in diesem Fall ist das Verfahren mit beliebigem Glas verträglich, denn das letztere braucht nicht erhitzt zu werden.

Während die Schicht der Elektrode E wesentlich von kreisbogenförmigen Slementarelektroden gebildet wird, besteht die Schicht der Elektroden E^s (Fig., 3a) aus 16 rechteckigen Elementarelektroden E ' bis E^g⁸P die vertikal und horizontal über die Fläche der Platte 3 verteilt sind, die der Seite der Platte 4 zugewandt ist. Die Gegenelektrode C, die ihr auf der Platte 4 gegenüberliegt, weist dieselbe Geometrie auf mit dem einzigen Unterschied, daß sie aus einem einzigen Stück ohne die zur Bildung der Elementarelektroden bestimmte Aufteilung besteht.

Wie bei der Schicht der Elektrode E sind die Elementarelektroden E,,¹ bis E₁g^t jeweils mit den Klemmen B..¹ bis B^*

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verbunden, die.längs zweier einander gegenüberliegender Ränder der Glasplatte 3 verteilt sind. Eine einzige Klemme B ' verbindet die Gegenelektrode C¹ mit der Stromquelle.

Schließlich weist die dritte Schicht der Elektroden E", die von der der Seite der Platte 5 zugewandten Fläche der Platte 4 getragen wird, die Form eines X auf, das in vier Elementarelektroden E " bis E^" aufgeteilt ist, die jeweils mit vier Anschlußklemmen B^^t! bis B^" verbunden sind. Die vier Elementarelektroden liegen der rechteckigen Gegenelektrode C" gegenüber, die mit einer Anschlußklemme B " versehen ist.

Diese rechteckige Gegenelektrode wird von einer dünnen Schicht von im Vakuum aufgedampftem Aluminium gebildet. In diesem Fall ist die Vorrichtung völlig passiv, d.h. sie wirkt durch Reflexion von Umgebungslicht.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man gleichfalls als letzte Gegenelektrode eine durchsichtige Elektrode benutzt, die man dann auf einer von einem Spiegel aus dünnen, mehrfachen dielektrischen Schichten gebildeten Unterlage niederschlägt. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß, da der Spiegel elektrisch nicht-leitend ist, sein Umriß auf allen Seiten den Umriß der von den Elementarelektroden gebildeten Zeichen überragen kann, was bei der vorhergehend beschriebenen Lösung nicht möglich ist, bei der der Spiegel ein Leiter ist und die Verbindungen der Elementarelektroden der letzten Schicht sichtbar werden würden.

Es wäre natürlich auch möglich, die Rückseite der am Ende der Folge 1 gegenüber der durch den.Pfeil F angedeuteten Beobachtungsseite liegenden Platte 5 mit einer reflektierenden Schicht zu bedecken. Jedoch weist diese Lösung den

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Mangel auf, das reflektierte Licht eine zusätzliche Glasdicke passieren zu lassen und die Parallaxe zu vergrößern.

Die beschriebene Vorrichtung läßt sich auch verwenden, indem man Licht hindurchschickt _v anstatt es zu reflektieren. In diesem Fall wird die reflektierende Schicht fortgelassen, wobei alle Elektroden durchsichtig sind, und eine-Lichtquelle wird auf der der Beobachtungsrichtung F entgegengesetzten Seite der Folge 1 angebracht»

Grundsätzlich ließe sich die Zahl der übereinanderliegenden Schichten noch vermehren, aber_s wie noch zu zeigen sein wird, ist es möglich, alphanumerische Zeichen mit Hilfe von drei Schichten und numerische Zeichen nur mit Hilfe von zwei Schichten zu erhaltene Ferner beginnen beim Vervielfachen der Zahlen der Schichten die optischen Verluste bemerkbar 2Xi werden. Diese optischen Verluste beruhen auf der Tatsache, daß jede Schicht vier reflektierende Oberflächen enthält und daß die Schicht der Flüssigkristalle etwas absorbierend ist«, Ferner erzeugt die Dicke der Trennglasplatten zwischen den Flüssigkristallschichten eine Parallaxe. Diese wird dadurch vermindert, daß der Brechungsindex des Glases von der Grössenordnung 1,5 ist_s sie wird aber trotzdem bemerkbar_s wenn man die Anzahl der übereinanderliegenden Flüssigkristallschichten zu sehr vervielfacht.

In Fig. 5 sind einige der Zeichen dargestellt, die in den oben erwähnten Anzeigevorrichtungen am schwierigsten zu unterscheiden sind. Das ist insbesondere der Fall bei dem S und der 5, beim Z und der 2„ Es ist ersichtlich, daß man durch die Kombination der Elektroden der drei Schichten zu einer graphischen Qualität gelangt, die das Lesen auch nicht besonders unterrichteter Personen möglich macht«,

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Das S Λ-iird nur mittels der Elektroden der ersten Schicht, z.B. der Elektroden E₁₄, E₁, E₂, E₃, E₄, E₁₁, E_1QJ E₉, E_Q und E₇, gebildet. Die 5 wird mittels der Elektroden der ersten beiden Schichten, z.B. der Elektroden Ej-, E₄, E₁₁, E₁₀, Eq, Eg, Ej und E.^ der ersten Schicht und der Elektroden E₄ ¹, E-,¹, Ep^f, E.' und Eg¹ der zweiten Schicht gebildet.

Der Buchstabe K bildet ein Beispiel eines Zeichens, das mit Hilfe von Elektroden der drei Schichten gebildet wird, d.h. der Elektroden Ep, Eg und E₁₁ der ersten Schicht, der Elektroden E₄ ¹, Ej-¹ und E^jp' der zweiten Schicht und der Elektroden E₁" und E₄ ¹¹ der dritten Schicht.

Wenn man eine nur numerische Anzeigevorrichtung verwirklichen will, reichen die beiden ersten Schichten aus.

¥ie aus Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich, überlagern sich die Elementarzonen der Verbindung, die die verschiedenen Klemmen B mit den Elementarelektroden E verbinden, an keiner Stelle den Elementarzonen der Verbindung der entsprechenden Gegenelektroden. Das bedeutet, daß das Unterspannungsetzen der ausgewählten Elektroden und ihrer Gegenelektroden nicht von der Erzeugung irgendeines elektrischen Feldes an den Stellen der Elementarzonen der Verbindungen begleitet ist, so daß die in diesen Zonen befindlichen Flüssigkristalle durchsichtig bleiben.

Patentansprüche; - 12 -

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Claims (6)

1. Patentansprüche ι

   ι 1./ Elektro-optische Anzeigevorrichtung für eine Reihe von Zeichen_s die durch optische Lichtstreuung durch ein Beobachtungsfenster und mit Hilfe fadenförmiger Flüssigkristalle gebildet werden, die zwischen mindestens einem Paar Trägerplatten angeordnet sind, von denen die eine ein Raster von Elementarelektroden aufweist und die andere mindestens eine Gegenelektrode, wobei dieses Raster alle Strukturelemente der Zeichenreihe enthält und seine Elektroden selektiv entsprechend den gewünschten Zeichen mit einer Wechselstromquelle in der Weise verbindbar sind, daß ein elektrisches Feld durch die Kristalle hindurch lokal angelegt wird, um die senkrecht zu den ausgewählten Elektroden lokalisierte optische Streuung zu "erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster über eine Folge (1) von mindestens drei einander gegenüberliegend angeordneten Tragplatten (2_S 3, 4, 5) verteilt ist, wobei die Elektroden (E_1-1^, E¹^g ^E"i-4^ ^{υηά die} Gegenelektroden (C, C»_s C") auf homologen Seiten dieser Platten in direkter Berührung mit den Flüssigkristallen (6% 7% 8») angeordnet sind.
2. 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ^ daß der Raster(E, Cj E⁵, C^s5 E" _s G⁸⁵) über die homologen,, in direkter Berührung mit den Flüssigkristallen (6V 7', 8') stehenden Flächen einer Folge (1) von vier Tragplatten (2, 3, 4, 5) verteilt ist,
3. 3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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   eine Lichtquelle auf der dem Beobachtungsfenster gegenüberliegenden Seite der Folge der Tragplatten (2, 3, 4, 5) angeordnet und die Gesamtheit der Tragplatten und des Rasters durchsichtig ist, wenn die Schichten der Flüssigkristalle (6«, 7% 8») unerregt sind.
4. 4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegel hinter der Schicht von Elektroden (C") angeordnet ist, die sich auf der an dem dem Beobachtungsfenster gegenüberliegenden Ende der Folge (1) liegenden Tragplatte (5) befindet.
5. 5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch h₉ dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Schicht von Elektroden (C") au£ einem, aus mehrfachen, dünnen, dielektrischen Schichten bestehenden Spiegel niedergeschlagen ist.
6. 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementarzonen der Verbindung zwischen den entsprechenden Klemmen

   (^B1_14» ^Bfi -16^ ¹^ ^^{θτι s}"^fcruk*'^curelemen'^{fcen der} Reihe der Zeichen einerseits und zwischen der Klemme (B'¹.^) der Gegenelektrode (C, C% C¹¹) und dieser andererseits in der Weise angeordnet sind_s daß die Projektion jeder der Elementarzonen der Verbindung der Elektroden und der Gegenelektrode auf eine gemeinsames zu den Tragplatten (2-5) parallel verlaufende Oberfläche in der Weise voneinander verschiedene Oberflächenteile einnimmt, daß die Unterspannungsetzung der Gegenelektrode und der ausgewählten Elektroden kein elektrisches Feld an den Stellen der Elementarzonen der Verbindung erzeugt.

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