DE2322653A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE es 8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 4S

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

Berlin, den 3. Mai 1973

• 25 293

Ing. C. Olivetti & C, S.p.A.,
. Ivrea (Italien)

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen» insbesondere auf solche, die eine Schicht von normalerweise durchsichtigem Kristallmaterial, ' die von einem Paar in Abstand voneinander angeordneter Träger begrenzt ist, sowie eine gemeinsame Elektrode auf dem einen der Träger und eine Mehrzahl unabhängiger leitender Gegenelektroden auf der Innenfläche des anderen Trägers aufweisen.

Es gibt mehrere Arten von Flüssigkristallmaterialien mit Wirkungsmerkmalen, die sie für alphanumerische, Fernseh- und andere Arten von Anzeigevorrichtungen, optische·Blenden usw. geeignet machen. Eine Art von nematischem Flüssigkristallmaterial arbeitet nach dem Prinzip der dynamischen Streuung. Wenn es sich im unerregten Zustand befindet, ist es vergleichsweise durchsichtig, aber wenn es durch ein elektrisches Feld erregt ist, reflektiert es den größten Teil des

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BERLIN: - TELEFON (O3 T1) 7Θ 2Θ O7 MÜNCHEN: TELEFON (0811) 23 58 88 KABEL: PROPINDUS · TELEX OI 84O67 KABEL: PROPlNDUS · TELEX 08 34244

auffilenden Lichts. Wenn diese Art von jiematischem Flüssigkristallmaterial mit Gholesterin-FlUssigkristallmaterialien gemischt wird, zeigt es Speicherfähigkeit, d.h. das Material bleibt in dem lichtstreuenden Zustand, auch nachdem das Erregungsfeld entfernt wurde.

Eine andere Art von nematischem Flüssigkristallmaterial, das in einem Aufsatz "Voltage Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal¹¹ beschrieben wird, der in der Nr. vom 15.2.71 der "The Applied Physics Letters" erschienen ist, arbeitet durch Verdrehung der Orientierung von auffallendem polarisierten Licht um einen Winkel von 90°, wenn es nicht erregt ist, und durch Hindurchlassen des auffallenden polarisierten Lichts ohne Verdrehung der Polarisationsebene, wenn es durch eine Erregungsspannung energisiert ist. Mit Hilfe von Polarisatoren läßt sich diese Anzeigevorrichtung so ausbilden, daß sie entweder eine Schwarz-auf-Weiß- oder eine Weiß-auf-Schwarz-Anzeige ergibt.

Flüssigkristallanzeigevorrichtungen werden im allgemeinen so ausgebildet, daß eine Flüssigkristallmaterial-Schicht zwischen einem Paar von Elektroden eingeschlossen wird, die auf den Innenseiten eines Paars von Trägern niedergeschlagen sin<4, wobei mindestens einer bzw. eine der Träger und der darauf niedergeschlagenen Elektroden durchsichtig ist.

Bei bekannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen war es erforderlich, elektrische Verbindungen nach außen an jedem der Elektrodensegmente auf einem Träger anzubringen. Es war also etwas schwierig, Anzeigevorrichtungen herzustellen, bei denen es möglich ist, den Flüssigkristall nur an ausgewählten Punkten des Bildes zu erregen, ohne die umgebenden Flächen zu erregen. In der US-PS 3 499 702 wurde vorgeschlagen, eine matrixartige Elektrodenform zu verwenden, bei der eine Mehr-

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zahl von horizontalen Elektroden auf einem Träger niedergeschlagen ist, während eine Mehrzahl vertikaler Elektroden auf dem anderen Träger niedergeschlagen ist. Um das Flüssigkristallmaterial an einem Punkt in dem Anzeigebild zu erregen, wird eine Erregungsspannung an die horizontalen und an die vertikalen Elektroden, die sich in diesem Punkt schneiden, gelegt, wodurch das Flüssigkristallmaterial an ihrem Schnittpunkt erregt wird.

Diese Lösung hat sich jedoch als nicht besonders befriedigend erwiesen, da das Ansprechen des Flüssigkristallmaterials auf eine Erregungsspannung ziemlich linear von der Größe der Erregungsspannung abhängt. Teile der Flüssigkristallmaterialien, die die halbe Erregungsspannung erhalten, werden also teilweise erregt und streuen einen Teil des auffallenden Lichts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und andere Probleme zu überwinden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfofet erfindungsgemäß dadurch, daß bei einer Flüssigkrietall-Anzeigevorrichtung der eingangs angegebenen Art die Gegenelektroden aus Flecken oder Punkten bestehen, die selektiv durch Aktivierungemittel aktivierbar sind, welche befähigt sind, ein elektrisches Feld zwischen der gemeinsamen Elektrode und mindestens einem der Flecke' oder Punkte zu erzeugen, wodurch der zwischen der gemeinsamen Elektrode und dem aktivierten Punkt liegende Teil des Flüssigkristalls zum Streuen des Lichts veranlaßt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird als nicht beschränkend aufzufassendes Beispiel in der folgenden Beschreibung erläutert und iiv der Zeichnung dargestellt. In dieser Seigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Flüssigkristall-Anzeige-

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vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht der Elektrodenausbildung auf einem der Träger einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Ansicht der Elektrodenausbildung auf einem der Träger der Anzeigevorrichtung nach Fig. 3, und

Fig. 5 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellt, bei der ein nematisches Flüssigkristallmaterial 11 der dynamisch zerstreuend wirkenden Art zwischen einem Paar von Trägern 13 und 15 eingeschlossen ist. Eine gemeinsame Elektrode 17°ist auf der Innenfläche des Trägers 13 niedergeschlagen und kann sich einheitlich über die gesamte Fläche der Anzeigevorrichtung auf der Fläche des Trägers 13 erstrecken. Eine Mehrzahl leitender Flecken 19 ist auf der Innenfläche des anderen Trägers 15 direkt gegenüber der gemeinsamen Elektrode 17 niedergeschlagen.

Für eine Lichtdurchlässigkeits-Anzeigevorrichtung müssen beide Elektroden 17 und 19 durchsichtig sein, während für eine Reflexions-Anzeigevorrichtung entweder die Elektrode reflektierend oder, wenn beide Elektroden 17 und 19 durchsichtig sind, eine reflektierende Oberfläche hinter dem Träger 13 angeordnet sein kann. Die Elektroden und Träger können aus einem wohlbekannten Material und gemäß wohlbekannten

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Techniken, die hier nicht weiter zu beschreiben sind, hergestellt werden.

Um den zwischen einem ausgewählten 23 der Flecke 19 und der Elektrode 17 befindlichen Teil des Flüssigkristallmaterials zu erregen, wird eine Quelle eines elektrischen Wechselstrom-Felds, wie z.B. eine Teslaspule 21, im Bereich des ausgewählten Becks 23 dicht an den Träger 15 gebracht. Das Feld der Teslaspule 21 durchdringt den Träger 15, der im allgemeinen ganz dünn ist, in der Größenordnung von 0,1 mm oder weniger, und induziert eine Wechselspannung in dem ausgewählten Fleck 23, in dessen Nähe es gebracht ist. Es ist also ein elektrisches Wechselstromfeld zwischen der geerdeten gemeinsamen Elektrode 17 und dem ausgewählten leitenden Fleck 23 vorhanden, das das dazwischen befindliche Flüssigkcistallmaterial veranlaßt, auffallendes Licht zu zerstreuen.

Da das elektrische Feld der Teslaspule wohldefiniert ist und nur einen kleinen Bereich des Trägers. 15 bedeckt, ist es möglich, einen einzelnen, ausgewählten der Flecke 19 zu energisieren, solange die Flecken 19 genügend weit voneinander getrennt sind. Für die Energisierung mit einer Teslaspule werden Fleck-Trennentfernungen von mindestens 3 mm bevorzugt, wenn es gewünscht wird imstande zu sein, Jeweils einen einzigen Fleck 19 in Jedem Augenblick zu energisieren.

Die Größe der Erregungswechselspannung, die zum Energisieren des Flüssigkristallmaterials zwischen einem ausgewählten Fleck 23 und der geerdeten Elektrode 17 benötigt wird, hängt von der Art des Flüssigkristallmaterials 11 und der Dicke des Trägers 15 ab. Für typische, dynamisch zerstreuend wirkende Materialien 11 und einen Träger 15, der eine Dicke von 0,005 mm hat, wird eine Feldstärke von etwa 25 V/cm benötigt,

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um eine Zerstreuung hervorzurufen. Für 0,1 mm dickes Glas wird eine Feldstärke von etwa 500 V/cm benötigt.

Typische, dynamisch streuende Flüssigkristalle sind:

N(p-methoxylenzyliden)-p-n-butylanidirie (MBBA) oder N(p-äthoxylenzylidin)-p-n-butylanilin (EBBA).

Wenn das Flüssigkristallmaterial 11 von der dynamisch streuenden, nematischen Art ist, entenergisiert die Entfernung der Teslaspule 21 aus dem Bereich des ausgeählten Flecks 23 diesen und bringt das Flüssigkristallmaterial 11 in den durchsichtigen Zustand zurück. Wenn jedoch das Flüssigkristallmaterial 11 eine Mischung aus dynamisch steeuendem,' nematischen und Cholesterin-Material ist, hat das Gemisch eine Speicherfähigkeit und bleibt erregt auch nach der Entfernung der Teslaspule 21 aus dem Bereich des ausgewählten Flecks 19. Es kann also in diesem Fall die Teslaspule 21 benutzt werden, um Information auf eine Flüssigkristall-Anzeigeplatte zu schreiben.

Um die in der Anzeigevorrichtung gespeicherte Information zu löschen, ist es erforderlich, das Flüssigkristallmaterial 11 mit einem elektrischen Wechselstromfeld zu erregen, das eine Frequenz von mindestens 600 Hz hat. Die in Fig. 3 und dargestellte Ausführungsform der Erfindung kann benutzt werden. .

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung zwei Elektrodenschichten 31 und 33 auf der Innenfläche des Trägers 13 unter Niederschlagung einer Schicht aus dielektrischem Material 35 zwischen ihnen niedergeschlagen. Die Elektroden 31 und 33 sind in Zeilen bzw. Spalten'auf dem Träger 13 niedergeschlagen dargestellt, wobei die Schnittpunkte der Zeilen-Elektroden 31 und der

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Spalten-Elektroden 33 mit den leitenden Flecken 19 auf dem Träger 15 (Fig. 2) fluchten. Die äußeren Elektroden 33 sind mit einem Punkt eines Bezugspotentials verbunden, und zwischen diesen Elektroden 33 und dem ausgewählten leitenden Punkt 23 auf dem Träger 13 ist das Erregungsfeld vorhanden. Die Zeilen-Elektroden 31, die direkt auf dem Träger 13 niedergeschlagen dargestellt sind, sind mit einer Hochfrequenz-Löschungsspannungsquelle 37 zur Lieferung einer Löschspannung an die Stelle ,arrjfeörxiie Löschung der in ihr gespeicherten Information gewünscht wird, verbunden.

Vorzugsweise weisen die Elektroden 31 und 33 das Kreuzgittermuster auf, das in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, da das Löschfeld, in dem -efcee= Flüssigkristallmaterial 11 durch die Randfelder erzeugt wird, die zwischen den Elektroden -31 und 33 auftreten, wenn die Löschspannung an die Elektroden 31 gelegt wird und die Elektroden 33 geerdet werden. Diese Erscheinung wird mehr im einzelnen in der OS 2 238 429 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Es ist natürlich auch möglich, die Lösch-Elektroden 31 einzeln mit der Löschspannungsquelle 37 zu verbinden, *o daß Teile der Anzeige selektiv gelöscht werden können, während andere Teile gespeichert verbleiben.

Speicherfähige Flüssigkristallmaterialien werden aus einer typischen Mischung von etwa 80 Gew.% dynamisch streuenden nematischen Flüssigkristallmaterialien, wie z.B. MBBA oder EBBA, und etwa 10 Gew.% eines Cholesterin-Flüssigkristallmaterials, wie z.B. Cholesterylnonanoat oder Cholesterylchlorid, hergestellt.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, die von dem niederspannungsorientierten, nematischen Flüssigkristallma-

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terial Gebrauch macht. Bas Niederspannungs-Flüssigkristallmaterlal 39 ist zwischen einem Paar paralleler Träger 41 und 43 eingeschlossen. Eine gemeinsame Elektrode 45 ist gleichmäßig über die Innenfläche des Trägers 41 niedergeschlagen, und die Elektroden 47 nach Art des leitenden Flecks sind über die Innenfläche des Trägers 43 in derselben Weise verteilt, wie dies hinsichtlich der Elektroden 19 auf dem Träger 15 (Fig. 2) dargestellt wurde. Polarisierende Schichten 49 und 51 sind Über den Außenflächen der Träger 41 bzw. 43 angebracht. Für eine Schwärz-auf-Weiß-Darstellung sind die polarisierenden Schichten 49 und 51 mit ihren Polarisationsebenenrichtungen im rechten Winkel zueinander angeordnet, während sie für eine Weiß-auf-Schwarz-Darstellung parallel zueinander gerichtet sind. Um ausgewählte Teile eines Flüssigkristallmaterials 39 zu energisiereh, wird die gemeinsame Elektrode 45 mit einem Punkt des Bezugspotentials verbunden, und eine ausgewählte Elektrode der Elektroden 47 wird mittels einer Quelle eines elektrischen Wechselstromoder Gleichstrom-Feldes energisiert.

Die in Fig. 1 bis 4 veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung verwenden Flüssigkristallmaterialien, die in dynamisch streuender Weise arbeiten. Da diese Technik einen gewissen Stromfluß durch das Flüssigkristallmaterial erfordert, um die dynamische Streuung zu erzeugen, ist es notwendig, ein elektrisches Wechselstromfeld für die Erregung der leitenden Flecken 19 zu verwenden. Da jedoch das Niederspannungorientierung-FlüSBigkristallmaterial 39 nicht mit dynamischer Streuung arbeitet, sondern mit der Polarisationswirkung auffallenden Lichts, die auf der Ausrichtung der Moleküle eines Flüssigkristallmaterials beruht, kann entweder eine Wechselstromoder Gleichstrom-Erregungsspannung benutzt werden.

Im allgemeinen werden die Innenflächen der Träger 41 und 43

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gerieben oder in anderer Weise so behandelt, daß die Moleküle des Flüssigkristallmaterials 39 in der Nachbarschaft des Trägers sich parallel zu dem Träger in einer vorgewählten Richtung orientieren. Die Träger 41 und 43 sind so angeordnet, daß die Moleküle in der Nähe des Trägers 41 bestrebt sind, sich im rechten Winkel zu den Molekülen in der Nähe des Trägers 43 zu orientieren und dadurch einen Korkziehereffekt in den Molekülen des Flüssigkristallmaterials 39 zu erzeugen. Licht, das auf den Träger 43 fällt und parallel zur Orientierung der Moleküle des Flüssigkristallmaterials in der Nähe des Trägers 43 polarisiert wird, wird deshalb um 90° durch das Flüssigkristallmaterial verdreht und geht durch den Träger 41 polarisiert parallel zu der Orientierungsrichtung der Moleküle des Flüssigkristallmaterials 39 in. der Nähe des Trägers 41. Wenn ein elektrisches Feld einem ausgewählten der Flecken 47 und der gemeinsamen Elektrode 45 angelegt wird, richten sich die Moleküle des Teils des Flüssigkristallmaterials 39 zwar in der Richtung des Feldes und senkrecht zu der Ebene der Träger 41 und 43 aus. Bei Ausrichtung der Moleküle in dieser Richtung wird polarisiertes Licht, das durch diesen Teil des Flüssigkristallmaterials 39 hindurchgeht, nicht um einen Winkel verdreht, sondern behält seine ursprüngliche Richtung. Wenn also die polarisierenden Schichten 49 und 51 im rechten Winkel zueinander mit der Polarisationsrichtung parallel zu der Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristallmaterials 39 in der Nähe des benachbarten Trägers 41 bzw. 43 ausgerichtet sind, wird auf eine polarisierende Schicht 49 oder 51 auffallendes Licht um einen Winkel von 90° gedreht und geht unbehindert durch die Anzeige. Auf einen energisierten Teil der Anzeige fallendes Licht wird jedoch nicht gedreht und so durch die polarisierende Schicht 49 oder 51 auf der dem Lichteinfall gegenüberliegenden Seite der Anzeigevorrichtung blockiert.

Ein typisches, mit Orientierung arbeitendes, nematisches

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Flüssigkristallmaterial ist eine Mischung der folgenden Bestandteile, von denen jeder durch die Formel

R -"<@>—Cli : N~<^O^>—CN

wiedergegeben wird, wobei

R₁ - η - C₄H₉O R₂ - η - C₆H₁₃ 0 R₃ = η - C₇H₁₅O -

in Molarverhältnissen von 1:1:1 gemischt sind.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist es möglich, die leitenden Punkte 47 einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung durch andere Mittel als eine Teslaspule zu energisieren. Bei dieser Ausführungsform wird ein Elektronenstrahl von der Art, wie er durch eine Kathodenstrahlröhre oder Fernsehröhre erzeugt wird, benutzt, um die leitenden Flecken 47 der Anzeigevorrichtung zu energisieren. Die luftdicht abgeschlossene Hülle 53, die den Träger 43 als ihre Stirnfläche aufweist, ist mit einem normalen Elektronenstrahl-Erzeugungsmechanismus 55 versehen, der im Hals 57 der Hülle 53 angebracht ist. Der Strahl läßt sich in wohlbekannter Weise auf irgendeine ausgewählte Stelle des Trägers 43 lenken, um den leitenden Fleck 47, der an dieser Stelle angeordnet ist, zu energisieren. Eine Schicht von Widerstandsmaterial 59 ist auf der Innenseite der Stirnfläche der Hülle 53 niedergeschlagen, um die Aufladung durch den Elektronenstrahl sich zerstreuen zu lassen. Die Widerstandsschicht 59 kann z.B. aus einer sehr dünnen Schicht (in der Größenordnung von Hunderten Angström) aus SnO bestehen, die eine solche Impedanz hat, daß die Entladungszeit des RC-Kreises, der aus der Widerstandsschicht 59 bzw. der Flüssigkristallzelle besteht, der Zeit entspricht, die für die spezielle Anwendung benötigt wird. Andere Materialien können natürlich auch benutzt werden, solange die Impedanz der nie-

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dergeschlagenen Schicht 59 in dem gewünschten Bereich liegt. Wie aus -Fig. 5 ersichtlich, ist die Widerstandsschicht 59 an ihrem Umfang mit dem Bezugspotential verbunden.

Es ist natürlich ebenfalls möglich, die AusfUhrungsform der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Fig. 5 mit einer Teslaspule oder einer anderen Wechselstrom- oder Gleichstrom-Erregungsquelle in derselben Weise zu energisieren, wie es für die Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde, in welchem Fall die Widerstandsschicht 59 entbehrlich wäre. Ferner ist es möglich, die getrennten polarisierenden Schichten 49 und 51 zu vermeiden, indem man polarisierte Materialien für die Träger 41 und 45 benutzt.

Die Teslaspule und der Elektronenstrahl, die unter Bezugnahme auf die veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sind lediglich beispielsweise angegeben worden, und es ist klar, daß andere Einrichtungen für die Erzeugung eines elektrischen Felds ebensogut benutzt werden könnten.

Patentansprüche t

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die eine Schicht von normalerweise durchsichtigem Kristallmaterial, welche von einem Paar in Abstand voneinander angeordneter Träger begrenzt ist, sowie eine gemeinsame Elektrode auf dem einen der Träger und eine Mehrzahl unabhängiger, leitender Gegenelektroden auf der Innenfläche des anderen Trägers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden aus Flecken (19) oder Punkten bestehen, die selektiv durch Aktivierungsmittel (21) aktivierbar sind, welche befähigt sind, ein elektrisches Feld zwischen der gemeinsamen Elektrode (17) und mindestens einem (23) der Flecke (19) oder Punkte zu erzeugen, wodurch der zwischen der gemeinsamen Elektrode (17) und dem aktivierten Punkt liegende Teil (11) des Flüssigkristalls zum Streuen des Lichts veranlaßt wird.

   Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode (17) und die Flecke (19) aus einem leitenden, auf der Innenseite der entsprechenden Träger (13» 15) niedergeschlagenen Material bestehen»

   Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das FlUssigkristallmaterial (11) dynamisch steuender, nematischer Art ist und daß das Aktivierungsmittel (21) ein elektrisches Wechselfeld erzeugt.

   Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial

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   (11) aus einer Mischung eines dynamisch streuenden, nematischen Flüssigkristalls und eines Chole.sterin-Flüssigkristalls besteht, die speicherfähig ist.

   5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode aus einer ersten Vielzahl leitender Streifen (33) besteht und daß eine zweite Vielzahl leitender Streifen (31) senkrecht zu und elektrisch isoliert von der ersten Vielzahl von Streifen (33) vorgesehen ist, wobei die Schnittpunkte der Streifen (33, 31) der ersten und der zweiten Vielzahl mit den Flecken (19) fluchtend angeordnet sind und eine Löscheinrichtung (37) vorgesehen ist, die eine löschende Wechselspannung zwischen mindestens einem Streifen (33) der ersten Vielzahl und mindestens einem Streifen (31) der zweiten Vielzahl zur Erzeugung eines elektrischen Löschfeldes in Entsprechung zu den Schnittpunkten anzulegen gestattet.

   6. Flüssigkristall-rAnzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch jedem der Träger (13, 15) zugeordnete, polarisierende Mittel (49, 51), die das einfallende Licht polarisieren, wobei das Flüssigkristallmaterial von der niederspannungsorientierten Art ist.

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