DE19911923A1 - Ferroelektrische Flüssigkristallanzeige mit aktiven Matrix Elementen und unsymmetrischen Orientierungsschichten - Google Patents

Ferroelektrische Flüssigkristallanzeige mit aktiven Matrix Elementen und unsymmetrischen Orientierungsschichten

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DE19911923A1
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Hans-Rolf Duebal
Toshiaki Nonaka
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Abstract

Im monostabilen chiral-smektischen Aktivmatrix-Display, das zwischen zwei außen mit Elektroden verbundenen Substraten eine Flüssigkristallschicht enthält, unterscheiden sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder die zwischen Flüssigkristallschicht und Elektroden befindlichen Schichtsysteme der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft voneinander.

Description

Der Ersatz der Kathodenstrahlröhre (Bildröhre) durch einen flachen Bildschirm erfordert eine Displaytechnologie, die gleichzeitig eine hohe Auflösung, d. h. mehr als 1000 Zeilen, eine hohe Helligkeit (< 200 Cd/m2), einen hohen Kontrast (< 100 : 1), eine hohe Bildfrequenz (< 60 Hz), eine ausreichende Farbdarstellung (< 16 Mio), ein großes Bildformat (< 40 cm), eine geringe Leistungsaufnahme und einen weiten Betrachtungswinkel ermöglicht, verbunden mit niedrigen Herstellkosten. Zur Zeit existiert keine Technologie, die alle diese Merkmale gleichzeitig in vollem Umfang erfüllt.
Viele Hersteller haben auf der Basis nematischer Flüssigkristalle Bildschirme entwickelt, die seit einigen Jahren im Bereich von Notebook PC, Personal Digital Assistants, Desktop Monitoren usw. im Einsatz sind. Es werden dabei die Technologien STN (Supertwisted Nematics), AM-TN (Active Matrix-Twisted Nematics), AM-IPS (Active Matrix-In Plane Switching), AM-MVA (Active Matrix-Multidomain Vertically Aligned) verwendet, die in der einschlägigen Literatur ausführlich beschrieben werden (siehe z. B. T. Tsukuda, TFT/LCD:
Liquid Crystal Displays Addressed by Thin-Film Transistors, Gordon and Breach 1996, ISBN 2-919875-01-9 und darin zitierte Literatur; SID Symposium 1997, ISSN-0097-966X und darin zitierte Literatur). Darüber hinaus wird auf die Technologien PDP (Plasma Display Panel), PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), ELD (Electro Luminescent Display), FED (Field Emission Display) u.s.w. hingewiesen, die ebenfalls im oben zitierten SID Bericht erläutert sind.
Clark und Lagerwall (US 4,367,924) konnten zeigen, daß der Einsatz ferroelektrischer Flüssigkristalle (FLC) in sehr dünnen Zellen zu optoelektrischen Schalt- oder Anzeigeelementen führt, die im Vergleich zu den herkömmlichen TN ("twisted nematic")-Zellen um bis zu einen Faktor 1000 schnellere Schaltzeiten haben (siehe z. B. EP-A 0 032 362). Aufgrund dieser und anderer günstiger Eigenschaften, z. B. der bistabilen Schaltmöglichkeit und des nahezu blickwinkelunabhängigen Kontrasts, sind FLCs grundsätzlich für Anwendungsgebiete wie Computerdisplays und Fernsehgeräte geeignet, wie ein seit Mai 1995 in Japan von der Firma Canon vermarkteter Monitor zeigt.
Für die Verwendung von chiral smektischen Flüssigkristallen in elektrooptischen oder vollständig optischen Bauelementen benötigt man entweder Verbindungen, die smektische Phasen ausbilden und selbst optisch aktiv sind, oder man kann durch Dotierung von Verbindungen, die zwar solche smektischen Phasen ausbilden, selbst aber nicht optisch aktiv sind, mit optisch aktiven Verbindungen ferroelektrische smektische Phasen induzieren. Die gewünschte Phase soll dabei über einen möglichst großen Temperaturbereich stabil sein.
Ein smektisches Flüssigkristalldisplay ist aus Polarisatoren, mit Elektroden, z. B. aus Indium-Zinn-Oxid, beschichteten Substraten aus Kunststoff oder Glas, die mit einer oder mehreren Orientierungsschichten und möglicherweise weiteren Schichten (Passivierungs-, Diffusionssperr-, Isolations-, Antireflex-Schichten usw.) sowie Farbfilterschichten versehen sind, einer Flüssigkristallschicht und möglicherweise aktiven Dünnschichtelementen aufgebaut. (siehe z. B. C. Prince, Seminar Lecture Notes, Volume I, Seiten M-3/3-M-3/22, SID International Symposium 1997, Boston, USA; B. B. Bahadur, Liquid Crystals Application and Uses, Vol. 1, Seite 410 ff, World Scientific Publishing, 1990; E. Lüder, Recent Progress of AMLCD's, Proceedings of the 15th international display research conference, 1995, Seiten - 12).
Die einzelnen Bildelemente (Pixel) eines LC Displays sind üblicherweise in einer x, y-Matrix angeordnet, die durch die Anordnung je einer Serie von Elektroden (Leiterbahnen) entlang der Reihen und der Spalten an der Unter- bzw. Oberseiteseite des Displays gebildet wird. Die Kreuzungspunkte der horizontalen (Reihen-) und vertikalen (Spalten-) Elektroden bilden adressierbare Pixel.
Diese Anordnung der Bildpunkte bezeichnet man üblicherweise als eine passive Matrix. Zur Adressierung wurden verschiedene Multiplex-Schemata entwickelt, wie beispielsweise in Displays 1993, Vol. 14, Nr. 2, S. 86-93 und Kontakte 1993 (2), S. 3-14 beschrieben. Die passive Matrixadressierung hat den Vorteil einer einfacheren Herstellung des Displays und damit verbundenen geringen Herstellkosten, jedoch den Nachteil, daß die passive Adressierung immer nur zeilenweise erfolgen kann, was dazu führt, daß die Adressierungszeit des gesamten Bildschirms bei N Zeilen das N-fache der Zeilenadressierungszeit beträgt und damit zu langsam für bewegte Bilder ist. Zudem ist die Darstellung von Graustufen schwierig. Mizutani et.al. haben auf der FLC-Konferenz in Brest, Frankreich (20.-24 Juli 1997, siehe Abstract Book 6th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals, Brest / France) ein passives FLC Display mit digitalen Graustufen vorgestellt. Der Nachteil dieser Methode ist eine starke Erhöhung der Anzahl benötigter Bildschirmtreiber und damit der Kosten.
Bei der sogenannten Aktivmatrix-Technologie (AMLCD) wird üblicherweise ein nicht-strukturiertes Substrat mit einem Aktivmatrixsubstrat kombiniert. An jedem Pixel des Aktivmatrixsubstrates ist ein elektrisch nichtlineares Element, beispielsweise ein Dünnschichttransistor, integriert. Bei dem nichtlinearen Element kann es sich auch um Dioden, Metall-Insulator-Metall u. ä. Elemente handeln, die vorteilhaft mit Dünnschichtverfahren hergestellt werden und in der einschlägigen Literatur beschrieben sind (s. z. B. T. Tsukuda, TFT/LCD: Liquid Crystal Displays Addressed by Thin-Film Transistors, Gordon and Breach 1996, ISBN 2-919875-01-9 und darin zitierte Literatur).
Aktivmatrix-LCD werden üblicherweise mit nematischen Flüssigkristallen im TN-(twisted nematics), ECB- (electrically controlled birefringence), VA- (vertically aligned) oder IPS- (in plane switching) Modus betrieben. In jedem Fall wird durch die aktive Matrix an jedem Bildpunkt ein elektrisches Feld individueller Stärke erzeugt, das eine Orientierungsänderung und damit eine Änderung der Doppelbrechung erzeugt, die wiederum im polarisierten Licht optisch sichtbar ist. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Verfahren ist die mangelnde Videofähigkeit, d. h. die zu langen Schaltzeiten nematischer Flüssigkristalle.
Unter anderem aus diesem Grunde wurden Flüssigkristallanzeigen, die auf der Kombination aus ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien und aktiven Matrix Elementen beruhen, z. B. in WO 97/12355 oder in Ferroelectrics 1996, 179, 141-­ 152 oder bei W. J. A. M. Hartmann (IEEE Trans. Electron. Devices 1989, 36,(9; Pt. 1), 1895-9, sowie Dissertation Eindhoven, Niederlande 1990) vorgeschlagen.
Hartmann nutzte eine Kombination aus der sogenannten "Quasi-bookshelf Geometrie" (QBG) von FLC und einer TFT (Thin-Film-Transistor) Aktivmatrix und erhielt gleichzeitig eine hohe Schaltgeschwindigkeit, Graustufen und hohe Transmission. Allerdings ist die QBG nicht über einen weiten Temperaturbereich stabil, da durch die Temperaturabhängigkeit der smektischen Schichtdicke die feldinduzierte Lagenstruktur aufbricht oder sich dreht.
Nito et. al. haben eine monostabile FLC-Geometrie vorgeschlagen (Journal of the SID, 1/2, 1993, Seiten 163-169), bei der das FLC-Material mit Hilfe verhältnismäßig hoher Spannungen derart orientiert wird, daß nur eine stabile Lage entsteht, aus der dann bei Anlegen eines elektrischen Feldes über einen Dünnschichttransistor eine Reihe von Zwischenzuständen erzeugt werden, die bei angepaßter Zellgeometrie zwischen gekreuzten Polarisatoren einer Reihe von verschiedenen Helligkeitsgraden (Grauwerte) entsprechen.
Der Nachteil bei der Arbeit von Nito et.al. ist nun das Auftreten einer Streifentextur, die den Kontrast und die Helligkeit dieser Zelle begrenzt (siehe Abb. 8 des o.a. Zitates). Die nachteilige Streifentextur läßt sich durch eine Behandlung mit einem hohen elektrischen Feld (20-50 V) in der nematischen bzw. cholesterischen Phase (s. S. 168 des o.a. Zitates) zwar korrigieren; jedoch ist eine solche Feldbehandlung nicht für die Massenfertigung von Bildschirmen geeignet und führt in der Regel auch nicht zu temperaturstabilen Texturen. Darüber hinaus ergibt diese Methode lediglich ein Schalten in einem Winkelbereich von bis zu maximal dem einfachen Tiltwinkel, der bei dem von Nito et. al. verwendeten Material bei ca. 22° liegt (s.S. 165 Abb. 6) und damit nur eine Transmission von maximal 50% der Transmission zweier paralleler Polarisatoren ergibt.
Für die Darstellung von Grauwerten bzw. von möglichst vielen naturgetreuen Farben soll die Kennlinie (Transmission gegen Spannung) nämlich einerseits flach genug sein, um mit den verfügbaren Spannungen die Grauwerte zielsicher zu adressieren, andererseits soll die Sättigungsspannung für 90% der Maximaltransmission (effektiver Tiltwinkel = 45°) nicht zu hoch sein, vorzugsweise im Bereich unterhalb fünf Volt (5 V), insbesondere unter drei Volt (3 V) liegen. Es ist wünschenswert, die Kennlinie für eine gegebene Flüssigkristallmischung so beeinflussen zu können, daß sie flach genug ist, um mit den verfügbaren Spannungen alle Grauwerte zielsicher zu adressieren, und keine zu hohe Sättigungsspannung für 90% der Maximaltransmission aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aktivmatrix- Displays, das die Beeinflussung der Kennlinie einer gegebenen Flüssigkristallmischung in vorteilhafter Weise erlaubt.
Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die Kennlinie für eine Flüssigkristallschicht in einem monostabilen chiral smektischen Aktivmatrix- Display beeinflußt werden kann, wenn sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft voneinander unterscheiden.
Die Erfindung betrifft damit ein monostabiles chiral-smektisches Aktivmatrix- Display, das zwischen zwei außen mit Elektroden verbundenen Substraten eine Flüssigkristallschicht, vorzugsweise in Form einer Monodomäne, enthält, wobei sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder die zwischen Flüssigkristallschicht und Elektroden befindlichen Schichtsysteme der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft voneinander unterscheiden.
Die erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Displays sind im allgemeinen aus Polarisatoren, mit Elektroden wie Indium-Zinn-Oxid beschichteten Substraten aus Kunststoff oder Glas, die mit einer oder mehreren Orientierungsschichten und möglicherweise weiteren Schichten (wie Passivierungs-, Diffussionssperr-, Isolations-Antireflexschichten usw.) sowie Farbfilterschichten versehen sein können, und einer Flüssigkristallschicht, die zwischen den Substraten liegt, aufgebaut. Zudem können die Displays aktive Dünnschichtelemente aufweisen. Für den Aufbau der Aktivmatrix-Displays kann auf die eingangs zitierte Literatur verwiesen werden. Unter dem Ausdruck "die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der Substrate" werden bei Vorliegen von Orientierungsschichten diese Orientierungsschichten verstanden. Wenn keine derartigen Schichten vorliegen, handelt es sich um die oberste der Flüssigkristallschicht zugewandte Schicht der Substrate. Es handelt sich somit um die "innen liegenden" Schichten der Substrate, die mit der Flüssigkristallschicht in Berührung stehen. Es ist dabei unbeachtlich, ob weitere Passivierungs-, Diffussionssperr-, Isolations-, Antireflexschichten oder ähnliche Schichten gegebenenfalls noch auf der Oberfläche vorliegen. Auch bei Vorliegen derartiger Schichten wird die Orientierungsschicht oder die innen liegende Schicht der Substrate als "an der Flüssigkristallschicht anliegende Schicht" angesehen.
Durch die unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten weist ein Bildpunkt (Pixel = picture element) des erfindungsgemäßen monostabilen chiral smektischen Displays, von Randbereichen abgesehen, einen unsymmetrischen Querschnitt in vertikaler Richtung auf, das heißt senkrecht in bezug auf die Flüssigkristallschicht. Die Unsymmetrie kann sich dabei auf die geometrischen Dismensionen oder Relationen der an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder Schichtsysteme beziehen, wie auch auf die dielektrischen Eigenschaften oder beispielsweise Oberflächeneigenschaften, wie Oberflächenspannungen oder Oberflächenanisotropien. Durch die mindestens eine unterschiedliche physikalische oder chemische Eigenschaft der Schichten, die zwischen Flüssigkristall und Elektroden liegen, wird eine Unsymmetrie erzeugt.
Vorzugsweise unterscheiden sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der Substrate in der Orientierung. Dabei weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nur eine an der Flüssigkristallschicht anliegende Schicht eine Orientierungsschicht auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen beide an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten Orientierungsschichten auf, die sich in der Orientierung unterscheiden oder es können die Oberflächenrauheit und/oder der Oberflächentiltwinkel verschieden sein. Speziell kann z. B. die transparente Leiterbahn durch Ätzprozesse unterschiedlich aufgeraut werden und damit die Orientierungswirkung unsymmetrisch beeinflußt werden. Dabei können sich die Orientierungsschichten beispielsweise in der Stärke und/oder Richtung der Orientierung unterscheiden.
Vorzugsweise erfolgt die vorteilhafte Beeinflussung der Kennlinie über die Auswahl geeigneter Orientierungsschichten.
Gegenstand der Erfindung ist vorzugsweise ein monostabiles Aktiv-Matrix- Display, bei welchem durch die gezielte Kombination von Orientierungsschichten eine optimale Kennlinie erhalten wird.
Es wurde gefunden, daß sich die Kennlinie zu niedrigeren Spannungen hin verschiebt, wenn die beiden 'oben' und 'unten' an die Flüssigkristallschicht angrenzenden Schichten oder bis zur Elektrode reichenden Schichtsysteme sich voneinander unterscheiden. Dies gilt insbesondere für die Verwendung zweier verschiedener Orientierungsschichten, die oberhalb und unterhalb an die Flüssigkristallschicht angrenzen. Ausdrücklich sind diese Schichten auch dann verschieden, wenn sie aus demselben Material bestehen, aber unterschiedlich vorbehandelt wurden, z. B. eine Seite stark gerieben, die andere Seite schwach oder gar nicht gerieben wurde. Geeignet sind auch Zellen mit nur einer Orientierungsschicht.
In den erfindungsgemäßen monostabilen chiral smektischen Aktivmatrix- Displays können alle geeigneten chiral-smektischen, insbesondere ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen eingesetzt werden. Die Flüssigkristallmischung nimmt eine monostabile Lage ein, bildet dabei jedoch keinerlei Streifentextur, ist temperaturstabil und ermöglicht eine sehr hohe Maximaltransmission sowie einen sehr hohen Kontrast.
Das erfindungsgemäße Aktivmatrix-FLC-Display enthält als optisch wirksame Schicht vorzugsweise ein ferroelektrisch flüssigkristallines Medium mit einer Phasenfolge von
Isotrop-Nematisch oder Cholesterisch-smektisch C*
oder die Phasenfolge
Isotrop-Nematisch oder Cholesterisch-smektisch A-smektisch C*,
in diesem Fall jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die smektisch A Phase einen Existenzbereich von maximal 2°C, vorzugsweise maximal 1°C besitzt.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf einzuschränken.
Beispiele Beispiel 1
Eine LCD-Testzelle wird auf zwei handelsüblichen, mit Indium-Zinnoxid leitfähig transparent beschichteten Glasplatten hergestellt. Diese werden mit der Orientierungsschicht LQT-120 (Hersteller: Hitachi Chemicals KK), die mit N- Methylpyrrolidon auf 8.3% ihres ursprünglichen Feststoffgehaltes verdünnt wird, durch Spin-coating beschichtet (2500 U/min. 10 sec), durch Erhitzen gehärtet (230°C, 1 Stunde) und anschließend einem Reibeprozeß zwecks Orientierung unterzogen (Reibestoff: Rayon-Typ YA-20-R*, clearance 0.2 mm, 1 mal, 700 U/min Walzendrehzahl, 10 cm/s Substratgeschwindigkeit, 10 cm Rollendurchmesser). Dabei kann der Reibedruck über die 'clearance' (lichter Abstand zwischen Reibestoff und Substrat) variiert werden und wird als 'stark' bzw. 'schwach' bezeichnet.
Die geriebenen Gläser werden bei paralleler Ausrichtung der Reiberichtung zu Testzellen verklebt und mittels Abstandhalter auf einen Abstand von 1,3 µm eingestellt. Es werden drei Arten von Zellen hergestellt:
  • a) symmetrisch mit schwachem Reibedruck auf der oberen und der unteren Glasplatte (Zelle 1)
  • b) symmetrisch mit starkem Reibedruck auf der oberen und unteren Seite (Zelle 2)
  • c) unsymmetrisch mit starkem Druck auf einer und schwachem Druck auf der anderen Seite (Zelle 3)
Die Zellen werden nun jeweils mit einer chiral-smektischen Testmischung der Phasenfolge
X < 0 Sc* 78.2 N* 103.0-105.7 I
gefüllt und durch Abkühlen auf < 100°C zunächst in der nematischen Phase orientiert. Im Temperaturbereich von 80°C bis 70°C wird die Testmischung mit einer Kühlrate von 1°C/Minute bei einer anliegenden Gleichspannung von 3 V orientiert und dann auf die Untersuchungstemperatur von 25°C abgekühlt. Dabei wird eine Monodomäne erhalten, die in einer elektro-optischen Meßapparatur auf ihre elektro-optischen Eigenschaften hin untersucht wird.
Man erhält folgende Transmissionswerte* als Funktion der anliegenden Spannung.
* Transmission bezogen auf zwei parallele Polarisatoren, d. h. 100% entspricht in diesem Experiment der theoretischen Maximaltransmission der Zelle.
Das Beispiel belegt die vorteilhafte Verschiebung der Schwellspannung zu kleineren Werten bei Verwendung unsymmetrischer Zellen.
Beispiel 2
Eine LCD-Testzelle wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, jedoch wird nur eines der beiden Substrate beschichtet, das zweite Substrat jedoch ohne Orientierungsschicht gerieben (Zelle a). Zum Vergleich wird jeweils auch eine symmetrische Zelle, d. h. beide Seiten beschichtet mit LQT120, hergestellt (Zelle b).
Die geriebenen Gläser werden bei paralleler Ausrichtung der Reiberichtung zu Testzellen verklebt und mittels Abstandhalter auf einen Abstand von 1,3 µm eingestellt.
Die Zellen werden nun jeweils mit einer chiral-smektischen Testmischung der Spontanpolarisation 4 nC/cm2 und der Phasenfolge
X < 0 Sc* 67.6 N* 91.1-93.9 I
gefüllt und durch Abkühlen auf < 90°C zunächst in der nematischen Phase orientiert. Im Temperaturbereich von 70°C bis 60°C wird die Testmischung mit einer Kühlrate von 1°C/Minute bei einer anliegenden Gleichspannung von 3 V orientiert und dann auf die Untersuchungstemperatur von 25°C abgekühlt. Dabei wird eine Monodomäne erhalten, die in einer elektro-optischen Meßapparatur auf ihre elektro-optischen Eigenschaften hin untersucht wird.
Man erhält folgende Transmissionswerte* als Funktion der anliegenden Spannung.
* Transmission bezogen auf zwei parallele Polarisatoren, d. h. 100% entspricht in diesem Experiment der theoretischen Maximaltransmission der Zelle.
Das Beispiel belegt ebenfalls die vorteilhafte Verschiebung der Schwellspannung zu kleineren Werten bei Verwendung unsymmetrischer Zellen.
Beispiel 3
Eine LCD-Testzelle wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, jedoch wird nur eines der beiden Substrate beschichtet, das zweite Substrat jedoch ohne Orientierungsschicht gerieben (Zelle a). Zum Vergleich wird jeweils auch eine symmetrische Zelle, d. h. beide Seiten beschichtet mit LQT120, hergestellt (Zelle b).
Die geriebenen Gläser werden bei paralleler Ausrichtung der Reiberichtung zu Testzellen verklebt und mittels Abstandhalter auf einen Abstand von 1,3 µm eingestellt.
Die Zellen werden nun jeweils mit einer chiral smektischen Testmischung der Spontanpolarisation 4 nC/cm2 und der Phasenfolge
X < 0 Sc* 63.1 N* 89.6-92.1 I
gefüllt und durch Abkühlen auf < 90°C zunächst in der nematischen Phase orientiert. Im Temperaturbereich von 66°C bis 58°C wird die Testmischung mit einer Kühlrate von 1°C/Minute bei einer anliegenden Gleichspannung von 3 V orientiert und dann auf die Untersuchungstemperatur von 25°C abgekühlt. Dabei wird eine Monodomäne erhalten, die in einer elektro-optischen Meßapparatur auf ihre elektro-optischen Eigenschaften hin untersucht wird.
Man erhält folgende Transmissionswerte* als Funktion der anliegenden Spannung.
* Transmission bezogen auf zwei parallele Polarisatoren, d. h. 100% entspricht in diesem Experiment der theoretischen Maximaltransmission der Zelle.
Das Beispiel belegt ebenfalls die vorteilhafte Verschiebung der Schwellspannung zu kleineren Werten bei Verwendung unsymmetrischer Zellen.

Claims (8)

1. Monostabiles chiral-smektisches Aktivmatrix-Display, das zwischen zwei außen mit Elektroden verbundenen Substraten eine Flüssigkristallschicht enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder die zwischen Flüssigkristallschicht und Elektroden befindlichen Schichtsysteme der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft voneinander unterscheiden.
2. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der Substrate in der Orientierungswirkung unterscheiden.
3. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der Substrate als an der Flüssigkristallschicht anliegende Schicht eine Orientierungsschicht aufweist.
4. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Substrate als an der Flüssigkristallschicht anliegende Schichten Orientierungsschichten aufweisen, die sich in der Orientierungswirkung unterscheiden.
5. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Orientierungsschichten in der Stärke und/oder Richtung der Orientierung unterscheiden.
6. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die an der Flüssigkeitkristallschicht anliegenden Schichten in der Oberflächenrauheit und/oder im Oberflächentiltwinkel unterscheiden.
7. Aktivmatrix-Display nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht in einer Monodomäne vorliegt.
8. Aktivmatrix-Display nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht chiral-smektisch und die Phasenfolge
I-N-smC* oder
I-N-smA (mit einem Existenzbereich < 2°C)-smC* ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1715372A1 (de) * 2004-02-10 2006-10-25 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Flüssigkristallanzeigeeinrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561307C2 (ru) * 2014-01-16 2015-08-27 Игорь Николаевич Компанец Способ пространственно неоднородной модуляции фазы света и оптический модулятор для его осуществления

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0764051A (ja) * 1993-08-27 1995-03-10 Sharp Corp 液晶表示装置およびその駆動方法
DE19822830A1 (de) * 1998-05-20 1999-11-25 Aventis Res & Tech Gmbh & Co Monostabiles ferroelektrisches Aktivmatrix-Display

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1715372A1 (de) * 2004-02-10 2006-10-25 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Flüssigkristallanzeigeeinrichtung
EP1715372B1 (de) * 2004-02-10 2013-07-31 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung

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