DE3336791A1

DE3336791A1 - NEMATIC LIQUID CRYSTAL MEMORY DISPLAY

Info

Publication number: DE3336791A1
Application number: DE19833336791
Authority: DE
Inventors: Robert Bruce 02181 Wellesley Hills Mass. Meyer
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1983-10-10
Publication date: 1984-04-19
Also published as: SE8305480D0; NL8303545A; BE897983A; CA1210481A; SE8305480L; GB8327144D0; GB2129151B; IT8323314A1; GB2129151A; IT8323314A0; FR2534716A1; JPS5991420A; IT1171770B

Description

description

Nematische Flüssigkristall-SpeicheranzeigeNematic liquid crystal memory display

Die Erfindung betrifft Anzeigeeinrichtungen, insbesondere bistabile Flüssigkristallanzeigen.The invention relates to display devices, particularly bistable ones Liquid crystal displays.

Bistabile nematische Flüssigkristallanzeigen erfordern im allgemeinen hohe elektrische Wechselpotentiale, um die Zustandsumschaltung zwischen den bistabilen Zuständen einzuleiten. Ein wichtiger Grund für derartig große Wechsel-Umschaltpotentiale ist der, daß an jede Anzeigezelle genügend elektrische Energie gegeben werden muß, um Disklinationen von Haftstellen zu lösen und zu bewegen. Bistable nematic liquid crystal displays generally require high electrical alternating potentials to initiate the state switching between the bistable states. An important The reason for such large alternating switching potentials is that there is sufficient electrical energy supplied to each display cell must be to solve disclinations of traps and to move.

Eine Ausführungsform einer nematischen Flüssigkristallanzeige zeigt Konfigurations-Bistabilität zwischen zwei Zuständen (US-PS 4.333.708). Die zwei Zustände, die in Abwesenheit eines Haltepotentials separat existieren, sind topologisch nicht äquivalent und erhalten die Stabilität durch Disklinationshaftung. Das Zustandsumschalten erfolgt durch Lösen und Bewegen von Disklinationen aus einer Haftstelle in Abhängigkeit eines angelegten Wechsel-Schaltpotentials, welches einen großen, scharfen Schalt-Schwellenwert übersteigt.One embodiment of a nematic liquid crystal display shows configuration bistability between two states (U.S. Patent 4,333,708). The two states that exist in the absence of a holding potential exist separately, are not topologically equivalent and maintain stability through disclination liability. The state switching takes place by releasing and moving disclinations from a trap depending on an applied one Alternating switching potential, which has a large, sharp switching threshold exceeds.

Eine Verringerung des Schalt-Schwellenwertpegels für einen solchen Typ von Flüssigkristallanzeigen erreicht man durch Vorspannen ausgewählter Zellen der Anzeige mit einem kleinen Wechsel-Aktivierungspotential, bevor das größere Umschaltpotential angelegt wird.A decrease in the switching threshold level for one The type of liquid crystal display is achieved by biasing selected cells of the display with a small alternating activation potential, before the larger switching potential is applied.

Zu den oben diskutierten Anzeigeelementen ist anzumerken, daß zur Erzielung der Zustandsumschaltung Wechsel-Schaltpotentiale verwendet werden. Die diese Wechsel-Schaltpotentiale erzeugenden Signale gehören im allgemeinen zu demjenigen Signaltyp, der gekennzeichnet ist durch gattergeSteuerte Wechselstromimpulssignale mit einer konstanten Hüllkurve, insbesondere mit einer im wesentlichen konstanten Hüllkurve. Die eine konstante Hüllkurve aufweisenden Wechselstromsignale werden gegenüber Signalen mit konstanter Amplitude oder Wechselstromsignalen bevorzugt, da letztere Raumladungspolarisationseffekte verursachen können, die die Amplitude des angelegten elektrischen Felds verringern.Regarding the display elements discussed above, it should be noted that to achieve the state switching, alternating switching potentials be used. The signals generating these alternating switching potentials generally belong to the type of signal that is characterized by gate-controlled alternating current pulse signals with a constant envelope, in particular with an essentially constant envelope. Its a constant envelope alternating current signals are preferred over signals with constant amplitude or alternating current signals, since the latter can cause space charge polarization effects, which reduce the amplitude of the applied electric field.

Den oben diskutierten Anzeigeeinrichtungen haften immer noch die Probleme relativ hoher Wechsel-Schaltpotentiale und des Umschaltens durch Disklinationsbewegung an.The display devices discussed above still suffer from the problems of relatively high alternating switching potentials and switching by disclination movement.

Gemäß der Erfindung wird an die nematische Flüssigkristallanzeige-Zelle ein kleines elektrisches Gleichpotential angelegt, um ein bistabiles Umschalten des Zustands zwischen zwei topologisch äquivalenten horizontalen Orientierungsdirektoren-Konfigurationen zu erreichen. Die Polarität des Gleichpotentials ist maßgebend für die Konfiguration, in deren Richtung ein Zustands-Umschalt-According to the invention, the nematic liquid crystal display cell a small electrical constant potential is applied to a bistable switching of the state between two topological to achieve equivalent horizontal guide configurations. The polarity of the equal potential is decisive for the configuration in the direction of which a state toggle

·-· 7 —· - · 7 -

zyklus eingeleitet wird. Nach dem Einsetzen des Umschaltens wird ein kleines Wechsel-Potential von beispielsweise weniger als zehn Volt an die Zelle gelegt, um den Umschaltzyklus abzuschließen und die Orientierungsdirektoren-Konfiguration in einem der beiden horizontalen Zustände aufrechtzuerhalten. Die bistabile nematische Flüssigkristallanzeige-Zelle besitzt ein oberes und ein unteres Substrat, zwischen denen nematisches Flüssigkristallmaterial vorgesehen ist, und eine Kombination von einstückig mit den Substraten verbundenen Elementen, die in der Lage sind, die Direktoren des Flüssigkristallmaterials vorzugsweise in einem horizontalen asymmetrischen Zustand zu orientieren, in welchem eine Inversionsschicht im wesentlichen benachbart und parallel zu einem vorbestimmten Substrat vorhanden ist, wenn ein symmetriebrechendes elektrisches Gleichfeld vorhanden ist, an welches sich ein spezielles elektrisches Wechselpotential anschließt.cycle is initiated. After switching on, will a small alternating potential of, for example, less than ten volts is applied to the cell in order to complete the switching cycle and maintain the orientation director configuration in one of the two horizontal states. The bistable nematic Liquid crystal display cell has an upper and a lower substrate between which nematic liquid crystal material is provided and a combination of elements integrally connected to the substrates capable of the directors of the liquid crystal material is preferably oriented in a horizontal asymmetrical state in which an inversion layer is substantially adjacent and parallel to a predetermined substrate, if a symmetry breaking one Electric constant field is present, to which a special electric alternating potential is connected.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Flüssigkristallanzeige-Zelle ein oberes und ein unteres Substrat, die zueinander parallel verlaufen und elektrisch leitende Streifen sowie topographisch .texturierte Kippausrichtungsflachen besitzen, wobei zwischen sich gegenüberliegenden texturierten Flächen ein nematisches Flüssigkristallmaterial vorgesehen ist. An die leitenden Streifen ist eine Quelle für ein veränderliches Potential angeschlossen, um das Flüssigkristallmaterial durchsetzende elektrische Schaltfelder zu erzeugen. Eine Zelle wird aufgeteilt in eine aktive Zone und in eine Trennzone, welche die aktive Zone umgibt. In der aktiven Zone der Zelle bilden die sich gegen-In one embodiment of the invention, the liquid crystal display cell contains an upper and a lower substrate that run parallel to each other and have electrically conductive strips as well have topographically textured tilt alignment surfaces, wherein a nematic liquid crystal material is provided between opposing textured surfaces. To the Conductive strip has a source of variable potential connected to it penetrating the liquid crystal material to generate electrical panels. A cell is divided into an active zone and a separation zone, which is the active one Zone surrounds. In the active zone of the cell, the opposing

überliegenden : texturierten Kippausrichtungsf lachen eine gleiche, umgekehrte Kippgrenzenbedingung und eine Dreh- oder Winkelfrequenz zwischen den azimutalen Orientierungen der einander gegenüberliegenden texturierten Kippausrichtungsflachen zur optischen Differenzierung der Zustände. Auf jeder texturierten Kippausrichtungsfläche ist die Trennzone gekennzeichnet durch eine Parallelgrenzbedingung. Das Zustandsumsehalten erfolgt durch Anlegen eines ersten Gleichpotentials an das Flüssigkristallmaterial, um eine Ausrichtung der Orientierungsdirektoren in einen ersten asymmetrischen horizontalen Zustand einzuleiten. Es wird ein kleines Wechsel-Haltepotential, das größer ist als ein kritisches Potential, senkrecht an die Substrate angelegt, um das Umschalten in den ersten Zustand zu beenden. Die Übergänge zum Erreichen des zweiten Zustands erfolgen durch Anlegen eines zweiten Gleichpotentials an das Flüssigkristallmaterial, um eine geeignete Ausrichtung der Orientierungsdirektoren in einem zweiten asymmetrischen horizontalen Zustand einzuleiten. Wiederum wird ein kleines Wechsel-Haltepotential angelegt, um den Schaltvorgang in den zweiten Zustand zu beenden.overlying: textured tilt alignment faces the same, reverse tilt limit condition and a rotation or angular frequency between the azimuthal orientations of each other opposite textured tilt alignment surfaces for optical differentiation of the states. Textured on each Tilt alignment surface, the separation zone is characterized by a parallel boundary condition. The change of state is carried out by Applying a first DC potential to the liquid crystal material in order to align the orientation directors in a initiate the first asymmetrical horizontal state. There is a small alternating holding potential that is greater than a critical one Potential, applied perpendicularly to the substrates, in order to complete the switching to the first state. The transitions to the The second state is reached by applying a second DC potential to the liquid crystal material in order to achieve a suitable one Initiate alignment of the orientation directors in a second asymmetrical horizontal state. Again will a small alternating holding potential is applied in order to end the switching process in the second state.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Flüssigkristallanzeige-Zelle in ähnlicher Weise ein oberes und ein dazu paralleles unteres Substrat mit darauf befindlichen elektrisch leitenden Streifen und topographisch texturierten Kippausrichtungsf lachen. Zwischen den sich gegenüberliegenden texturierten ten Seiten befindet sich nematisches Flüssigkristallmaterial·. An die leitenden Streifen ist eine Quelle veränderlichen PotentialsIn another embodiment of the invention, the liquid crystal display cell contains in a similar manner an upper and a lower substrate parallel thereto with an electrically located thereon conductive stripes and topographically textured tilt alignment surfaces. Between the opposing textured nematic liquid crystal material. A source of variable potential is applied to the conductive strips

angeschlossen, um elektrische Schaltfelder zu erzeugen, die das Flüssigkristallmaterial durchsetzen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben erläuterten Ausführungsform dadurch, daß die topographisch texturierten Ausrichtungsoberflächen auf einander gegenüberliegenden Substraten durchgehend eine umgekehrte Kippgrenzbedingung bilden. In dem zuletzt erwähnten Ausführungsbeispiel werden von der Texturiertung der Kippausrichtungsf lachen keine aktiven Zonen definiert, sondern stattdessen werden aktive Zonen durch die Überlappungszone zwischen den leitenden Streifen auf den einander gegenüberliegenden Substraten definiert.connected to produce electrical panels that allow the Enforce liquid crystal material. This embodiment is different differs from the embodiment explained above in that that the topographically textured alignment surfaces on opposing substrates are continuously inverted Form tilting limit condition. In the last-mentioned embodiment, the texturing of the tilt alignment f laughing no active zones are defined, but instead active zones are defined by the overlap zone between the conductive ones Strips defined on the opposing substrates.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristallanzeige-Zelle, Fig. 1 is a perspective view of a liquid crystal display cell;

Fig. 2 eine Veranschaulichung der oberen, topographischFig. 2 is an illustration of the top, topographically

texturierten Kippausrichtungsflache 20, betrachtet von der Linie 2-2 in Fig. 1,textured tilt alignment surface 20 from the line 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Veranschaulichung der unteren, topographischFig. 3 is an illustration of the lower, topographically

texturierten Kippausrichtungsflache 21, betrachtet von Linie 3-3 in Fig. 1, undtextured tilt alignment surface 21 from line 3-3 in Fig. 1, and

Fig. 4-7 verschiedene horizontale Orientierungsdirektoren-Ausrichtungen innerhalb der aktiven Zone der An-Figure 4-7 various horizontal guide orientations within the active zone of the

zeigezelle gemäß Fig. 1 entsprechend der Erfindung. Display cell according to Fig. 1 according to the invention.

Es wird ein neuer Bistabilitätseffekt vorgestellt für nematische Flüssigkristalle, wobei das Zustands-Umschalten zwischen zwei topologisch äquivalenten Zuständen eingeleitet wird durch Anlegen eines symmetrie-aufbrechenden Gleichpotentials. Durch anschließendes Anlegen eines kleinen Wechsel-Haltepotentials wird ein Zustand mit seiner geeigneten Konfiguration aufrechterhalten. Jeder Zustand ist gekennzeichnet durch eine Grenzinversionsschicht, die im wesentlichen horizontal ausgerichtete Orientierungsdirektoren in Nachbarschaft einer entsprechenden Grenze enthält. Das Umschalten von einem Zustand in den anderen erfordert aufgrund der topologischen Äquivalenz der Zustände keine Disklinationsbewegung.A new bistability effect is presented for nematic liquid crystals, whereby the state switching between two topological equivalent states is initiated by applying a symmetry-breaking equal potential. By subsequent Applying a small alternating holding potential, a state with its suitable configuration is maintained. Any state is characterized by a boundary inversion layer containing substantially horizontally oriented orientation directors in Contains neighborhood of a corresponding boundary. Switching from one state to the other requires due to the topological Equivalence of the states no disclination movement.

Fig. 1 zeigt eine Flüssigkristallanzeige-Zelle, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Die in Fig. 1 gezeigte Zelle ist nur eine von vielen derartigen Zellen, die in einer vollständigen Flüssigkristallanzeige vorhanden sind. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, enthält die Flüssigkristallanzeige-Zelle ein oberes Substrat 10, ein unteres Substrat 11, eine obere topographisch texturierte Kippausrichtungsfläche 20, eine untere topographisch texturierte Kippausrichtungsflache 21, ein nematisches Flüssigkristallmaterial 30, einen oberen Leiter 40 und einen unteren Leiter 41.' Von einer an den oberen Leiter 40 und den unteren Leiter 41 angeschlossenen veränderlichen Potentialquelle 50 werden Umschalt-und Haltepotentiale an die Zelle gelegt. In den FigurenFig. 1 shows a liquid crystal display cell which is an embodiment of the invention. The cell shown in Fig. 1 is only one of many such cells that are in a full liquid crystal display are available. As shown in Fig. 1, the liquid crystal display cell includes an upper one Substrate 10, a lower substrate 11, an upper topographically textured tilt alignment surface 20, a lower topographically textured tilt alignment surface 21, a nematic liquid crystal material 30, an upper conductor 40 and a lower conductor 41. ' From one to the top ladder 40 and the bottom ladder 41 connected variable potential source 50 are switching and Holding potentials applied to the cell. In the figures

sind Bezugs-Basisvektoren (χ, y, ζ) angezeichnet, die die Orientierung der Fig. 1 bezüglich der Figuren 4-7 erleichtern soll.reference base vectors (χ, y, ζ) are drawn which indicate the orientation 1 is intended to facilitate with respect to FIGS. 4-7.

Die Substrate 11 und 10 tragen Leiter 40 bzw. 41 und stellen außerdem Mittel zur Aufnahme von Flüssigkristallmaterial 30 dar. Jedes Substrat besteht in erster Linie aus durchsichtigem dielektrischem Material, beispielsweise aus Siliciumdioxid, Glas oder dergleichen.The substrates 11 and 10 carry conductors 40 and 41, respectively, and provide also provides means for receiving liquid crystal material 30. Each substrate is comprised primarily of clear dielectric Material, for example made of silicon dioxide, glass or the like.

Die Leiter 40 und 41 befinden sich auf den einander gegenüberliegenden Innenflächen der Substrate, damit im wesentlichen senkrecht bezüglich jedes Substrats ein elektrisches Wechsel- oder Gleichfeld angelegt werden kann. Für die Leiter 40 und 41 kommen unterteilte Elektroden und auch durchgehend gleichförmige Streifenelektroden in Betracht.The conductors 40 and 41 are on the opposite sides Inner surfaces of the substrates, so that an electrical alternating or alternating current substantially perpendicular to each substrate DC field can be applied. For the conductors 40 and 41, there are divided electrodes and also uniform strip electrodes throughout into consideration.

Wie Fig. 1 zeigt, sind dort die Leiter 40 und 41 beispielsweise als durchgehende gleichförmige Streifenelektroden ausgebildet, die zueinander orthogonal angeordnet sind. Der Leiter 40 ist auf einer Innenseite des oberen Substrats 10 ausgebildet, während in ähnlicher Weise der Leiter 41 auf der Innenseite des unteren Substrats 11 in zur Richtung des Leiters 40 orthogonaler Richtung ausgebildet ist. Die beiden Leiter sind durch Niederschlagen oder durch Ätzen entsprechend üblichen Photolithographieverfahren in Form dünner Schichten auf der Innenseite des jeweiligen Substrats ausgebildet. Als Leiter auf beiden Substraten der Durchsicht-Anzeigezellen werden durchsichtige Schichten, beispielsweise Indium-As Fig. 1 shows, there the conductors 40 and 41 are formed, for example, as continuous uniform strip electrodes, which are arranged orthogonally to one another. The conductor 40 is formed on an inside of the upper substrate 10, while in FIG Similarly, the conductor 41 on the inside of the lower substrate 11 in the direction orthogonal to the direction of the conductor 40 is trained. The two conductors are in by depositing or by etching in accordance with conventional photolithography processes Form of thin layers formed on the inside of the respective substrate. As a conductor on both substrates of the see-through display cells transparent layers such as indium

zinnoxid-Schichten verwendet, während als Leiter auf einem Substrat bei Reflexions-Anzeigezellen undurchsichtige Schichten, beispielsweise aus Aluminium, verwendet werden.tin oxide layers used while as a conductor on a substrate opaque layers in the case of reflection display cells, for example made of aluminum can be used.

Die topographisch im Sinne einer Textur strukturierten Kippausrichtungsflächen 20 und 21 werden dazu verwendet, die FlüssigkristaHmoleküle in der Nachbarschaft der jeweiligen Fläche eine bekannte Kippausrichtung aufzuprägen. Diese Flächen werden auch als Kippausrichtungsflachen bezeichnet. Die Flächen oder Seiten 20 und 21 sind transparente, nicht-leitende Schichten auf den freiliegenden Innenseiten der Substrate und Leiter, um eine Oberflächenausrichtung der Orientierungsdirektoren des Flüssigkristallmaterials 30 zu definieren. Die Flächen 20 und 21 sind durch Schräg-Elektronenstrahlniederschlagung oder thermisches Aufdampfen eines geeigneten Materials, beispielsweise Titanoxid oder Siliciumoxid, die beide als Isolatoren wirken, einstückig mit dem jeweiligen Substrat verbunden. Dies führt bei jeder Kippausrichtungsoberflache zu einer gleichförmig gekippten oder geneigten Säulen- oder Stabtopographie. Die Topographie auf jeder der Oberflächen 20 und 21 definiert einen Oberflächenkippwinkel θ , der bezüglich der Substratnormalen (der Flächennormalen der Innenfläche) wird und im Bereich zwischen 0 und 90 liegt. Bevorzugt werden Oberflächen-Kippwinkel von mehr als 45°, um sicherzustellen, daß die horizontale Orientierungsdirektoren-Konfiguration dominiert. Die Kippausrichtungsflachen 20 und 21 werden unten in Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 noch näher erläutert.The topographically structured tilting alignment surfaces in the sense of a texture 20 and 21 are used to identify the liquid crystal molecules in the Imprint a known tilting orientation in the vicinity of the respective surface. These faces are also called tilt alignment faces designated. The surfaces or sides 20 and 21 are transparent, non-conductive layers on the exposed inner sides the substrates and conductors to define a surface orientation of the orientation directors of the liquid crystal material 30. The surfaces 20 and 21 are made by oblique electron beam deposition or thermal vapor deposition of a suitable material, for example titanium oxide or silicon oxide, both of which act as insulators, in one piece with the respective substrate tied together. This leads to any tilt alignment surface a uniformly tilted or inclined column or bar topography. The topography on each of the surfaces 20 and 21 defines a surface tilt angle θ relative to the Substrate normal (the surface normal of the inner surface) and lies in the range between 0 and 90. Surface tilt angles are preferred greater than 45 ° to ensure that the horizontal guide configuration is dominant. The tilt alignment surfaces 20 and 21 are explained in more detail below in connection with FIGS. 2 and 3.

Bei .dem Flüssigkristallmaterial 30 handelt es sich um eine Flüs-The liquid crystal material 30 is a liquid

sigkristallsubstanz in der nematischen Mesophase mit positiver dielektrischer Anisotropie in zumindest einem gewissen Frequenzbereich. In einer beispielhaften Anzeigezelle-besteht das Material 30 aus Zyanbiphenyl-Mengen des Materials E7 der Firma Merck Chemical Company. Das Flüssigkristallmaterial 30 befindet sich zwischen gegenüberliegenden, zueinander parallelen Substraten, wobei der Oberflächenabstand der Substrate weniger als 20μΐη, typischerweise etwa 10^u.m beträgt.sig crystal substance in the nematic mesophase with positive dielectric anisotropy in at least a certain frequency range. In an exemplary display cell, the material is made 30 from cyanobiphenyl amounts of material E7 from Merck Chemical Company. The liquid crystal material 30 is in place between opposing, mutually parallel substrates, the surface distance of the substrates less than 20μΐη, is typically about 10 ^ u.m.

Jede Anzeigezelle ist in eine aktive Zone und eine inaktive Zone unterteilt. Die aktive Zone umfaßt ein Volumen des Flüssigkristallmaterials 30, welches in der Lage ist, ansprechend auf angelegte geeignete elektrische Felder eine Zustandsumschaltung zu vollziehen. Grundsätzlich ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Zellentyp die aktive Zone als diejenige Zone definiert, die zwischen den sich überlappenden Leitern 40 und 41 liegt. In Fig. 1 ist eine untere Grenze der aktiven Zone als karierter Bereich auf der Fläche 21 dargestellt.Each display cell is divided into an active zone and an inactive zone. The active zone comprises a volume of the liquid crystal material 30 which is capable of switching states in response to applied appropriate electric fields to be carried out. In principle, in the cell type shown in FIG. 1, the active zone is defined as the zone which lies between the overlapping conductors 40 and 41. In Fig. 1, a lower limit of the active zone is as a checkered area shown on the surface 21.

Die die aktive Zone umgebende inaktive Zone ist ein Volumen des Flüssigkristallmaterials, welches ungeachtet der Konfigurationen in benachbarten aktiven Zonenbereichen eine feste Orientierungsdirektoren-Konfiguration beibehält.Jede inaktive Zone, die auch als neutrale Trennzone bezeichnet wird, trennt, isoliert und stabilisiert die umgebene aktive Zone der entsprechenden Zelle in der Flüssigkristallanzeige. Die theoretischen Grundlagen der neutralen Trennzonen sind erläutert in dem Artikel von J. Cheng "Surface Pinning of Disclinations and the Stability of BistableThe inactive zone surrounding the active zone is a volume of the liquid crystal material which regardless of the configurations A fixed orientation guide configuration in adjacent active zone areas Any inactive zone, also known as the neutral separation zone, separates, isolates and stabilizes the surrounding active zone of the corresponding cell in the liquid crystal display. The theoretical foundations of the Neutral separation zones are explained in the article by J. Cheng "Surface Pinning of Disclinations and the Stability of Bistable

Nematic Storage Displays", J. Appl. Phys. 52, Seiten 724-727 (1981).Nematic Storage Displays ", J. Appl. Phys. 52, pages 724-727 (1981).

Zusätzliche Ausführungen bezüglich der physikalischen Gesichtspunkte und des Aufbaus der Grund-Anzeigezelle sind der US-PS 4.333.708, insbesondere der Fig. 1 dieser Druckschrift entnehmbar. Additional remarks regarding the physical aspects and the structure of the basic display cell can be found in US Pat. No. 4,333,708, in particular from FIG. 1 of this publication.

Die veränderliche Potentialquelle 50 erzeugt verschiedene elektrische Signale, die an den oberen Leiter 40 und den unteren Leiter 41 gegeben werden, um dem Flüssigkristallmaterial verschiedene Wechsel- und Gleichfelder aufzuprägen, die bezüglich der Substrate 10 und 11 etwa senkrecht verlaufen. Abhängig von den Eigenschaften des der aktiven Zone der Anzeigezelle aufgeprägten elektrischen Feldes wird die Orientierungsdirektoren-Konfiguration des Flüssigkristallmaterials 30 umgewandelt über eine gestörte horizontale Konfiguration, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, in entweder einen oberen asymmetrischen horizontalen Zustand, wie er in Fig. 6 angedeutet ist, oder in einen unteren asymmetrischen horizontalen Zustand, wie er in Fig. 7 gezeigt ist. Nachdem das Umschalten in einen asymmetrischen Zustand eingeleitet ist, erzeugt die Quelle 50 ein Wechsel-Haltesignal, um den Umschaltzyklus abzuschließen und den asymmetrischen horizontalen Zustand in der Anzeigezelle mit einem Haltepotential aufrechtzuerhalten.The variable potential source 50 generates various electrical ones Signals given to the upper conductor 40 and the lower conductor 41 are different to the liquid crystal material To impress alternating and constant fields that run approximately perpendicular to the substrates 10 and 11. Depending on the properties of the electric field impressed on the active zone of the display cell becomes the orientation director configuration of the liquid crystal material 30 converted through a perturbed horizontal configuration as shown in FIG is, in either an upper asymmetrical horizontal state, as indicated in Fig. 6, or in a lower asymmetrical horizontal state as shown in FIG. After switching to an asymmetrical Condition initiated, the source 50 generates a toggle hold signal to complete the toggle cycle and the asymmetric maintain the horizontal state in the display cell with a holding potential.

Die von der Quelle 50 erzeugten Signale gehören grundsätzlich dem Signaltyp mit konstanter Hüllkurve und konstanter AmplitudeThe signals generated by the source 50 are basically of the constant envelope, constant amplitude signal type

an. Insbesondere handelt es sich bei den Signalen mit konstanter Hüllkurve um gattergesteuerte Wechsel-Impulssignale mit im wesentlichen konstanter Hüllkurve, während Signale mit konstanter Amplitude gattergesteuerte' Gleichstrom-Impulssignale sind.at. In particular, the signals are constant Envelope around gated alternating pulse signals with an essentially constant envelope, while signals with constant Are amplitude gated DC pulse signals.

Um das Umschalten entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre durchzuführen, erzeugen von der Quelle 50 kommende Signale Potentiale, die als kritisches Potential V bezeichnet werden und nachstehend noch näher erläutert werden. Die Signale werden unterteilt in grobe Kategorien, nämlich in ein Gleich-Schreibsignal, ein Gleich-Initialisierungs-(Einleitungs-) oder Gleich-LÖsch-Signal und ein Wechsel-Haltesignal. Ein von der Quelle 50 abgegebenes Schreibsignal erzeugt über der Anzeigezelle ein Gleichpotential der Stärke V_TT, um das Umschalten der Zelle in einen ersten (oberen oder unteren) asymmetrischen horizontalen Zustand einzuleiten, wobei das Potential V_T7 entweder oberhalb oder unter-In order to carry out the switching in accordance with the teaching according to the invention, signals coming from the source 50 generate potentials which are referred to as critical potential V and will be explained in more detail below. The signals are subdivided into broad categories, namely into a write equal signal, an initialize equal (initiation) or erase equal signal and an alternate hold signal. A write signal emitted by the source 50 generates a constant potential of the strength V _TT across the display cell in order to initiate the switching of the cell into a first (upper or lower) asymmetrical horizontal state, with the potential V _T7 either above or below.

halb des kritischen Potentials V liegt, so daß die gewünschtenhalf of the critical potential V, so that the desired

Umschalteigenschaften erzielt werden. Ein Löschsignal erzeugt über der Anzeigezelle ein Potential der Stärke V„, um das Umschalten der Zelle in einen zweiten (unteren oder oberen) asymmetrischen Zustand einzuleiten, wobei V_E betragsmäßig etwa dem Potential V_w entspricht, jedoch umgekehrte Polarität aufweist. Von der Quelle 50 wird ein Wechsel-Haltesignal erzeugt, um den Umschaltzyklus zu beenden und Orientierungsdirektoren in den jeweiligen asymmetrischen horizontalen Zustand, in den sie geschaltet wurden, zu halten. Das Haltesignal erzeugt über der Zelle ein Wechselpotential der Stärke V„, wobei V_TT mindestensSwitching properties can be achieved. A clear signal generates a potential of strength V ″ across the display cell in order to initiate the switching of the cell into a second (lower or upper) asymmetrical state, where V _E corresponds approximately to the potential V _{w in} terms of magnitude, but has reversed polarity. A toggle hold signal is generated by source 50 to complete the toggle cycle and hold orientation directors in the particular asymmetrical horizontal state they were switched to. The hold signal generates an alternating potential of the strength V "across the cell, where V _TT at least

η πη π

größer als das kritische Potential V sein muß. Die Haltepotentialamplitude V„ läßt sich erhöhen, wenn man den optischen Kontrast zwischen dem ersten und dem zweiten asymmetrischen horizontalen Zustand verbessern will. Die Potentiale V_n,, V„, V_r, und Vmust be greater than the critical potential V. The holding potential amplitude V n can be increased if one wants to improve the optical contrast between the first and the second asymmetrical horizontal state. The potentials V _n ,, V ", V _r , and V

Γι χι W CΓι χι W C

hängen ab von den Abmessungen sowie weiteren Eigenschaften der Flüssigkristallanzeige-Zelle. Es ist jedoch beispielsweise bekannt, daß bei einer dünnen Zelle (Zwischensubstratabstand 10/i.m), die E7 enthält, die bevorzugten Potentiale folgende Werte aufweisen: V =1,5 Volt, V,,, und V„ zwischen 1,5 und 5,0 Volt unddepend on the dimensions and other properties of the liquid crystal display cell. However, it is known, for example, that with a thin cell (inter-substrate distance 10 / i.m), which contains E7, the preferred potentials have the following values: V = 1.5 volts, V ,,, and V "between 1.5 and 5.0 volts and

C W ΓιC W Γι

V„ kleiner als 10,0 Volt. Weiter unten wird anhand der FigurenV "less than 10.0 volts. Below is based on the figures

5-7 das bistabile Umschalten der Flüssigkristallanzeige-Zelle mit der entsprechenden Arbeitsweise der veränderlichen Potentialquelle 50 näher erläutert.5-7 the bistable switching of the liquid crystal display cell with the corresponding operation of the variable potential source 50 explained in more detail.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der oberen Kippneigungsfläche 20 aus der Sicht der Linie 2-2 in Fig. 1. Die Kippausrichtungsfläche 20 enthält eine Aktivzonenfläche 201 (stark ausgezeichnete Ellipsen) und eine Isolierzonenfläche 202 (schwach ausgezogene Ellipsen). Die Ellipsen wurden deshalb eingezeichnet, damit gekippte Molekülstäbchen in der gekippten Topographie der Oberfläche 2O dargestellt werden. Entlang der Hauptachse mehrerer Ellipsen in der Aktivzonenfläche 201 wurde jeweils ein Vektor eingezeichnet als orthogonale Projektion der Hauptachse jeder Ellipse, d.h. der Molekularachse eines metallischen Stäbchens, auf die Kippausrichtungsflache. Da der Vektor die Richtung anzeigt, in der die Stäbchen von der Kippausrichtungsflache fortweisen, kann man sagen, daß ein Vektor die Richtung einer Oberfläche angibt, die für die Metalloxidstäbchen geneigt ist, alsoFIG. 2 shows a view of the upper tilting inclination surface 20 from FIG the view of line 2-2 in Figure 1. The tilt alignment surface 20 contains an active zone area 201 (strongly marked ellipses) and an insulating zone area 202 (weakly drawn out Ellipses). The ellipses were therefore drawn in, so that tilted molecular rods in the tilted topography of the surface 2O are shown. A vector was in each case along the main axis of a plurality of ellipses in the active zone area 201 drawn as an orthogonal projection of the main axis of each ellipse, i.e. the molecular axis of a metallic rod, on the tilt alignment surface. Since the vector indicates the direction in which the chopsticks point away from the tilt alignment surface, one can say that a vector indicates the direction of a surface which is inclined for the metal oxide rods, thus

eine Richtung eines azimutalen Vorgabewerts für die Kippausrichtungsf lache .a direction of an azimuthal default value for the tilt orientation f laugh .

Der azimutale Vorgabewert für eine Aktivzonenfläche wird gemessen als Winkelabstand von einer Bezugslinie. In den Figuren ist eine Bezugslinie 213 eingezeichnet. Die Linie 203 ist parallel zu den Vektoren auf der Fläche 201, um die Richtung des azimutalen Vorgabewerts für die Aktivzonenfläche 201 bei einem Winkel c£ anzuzeigen, wobei cC ein spitzer Winkel zwischen -90 und +90° ist. Man beachte, daß die Trennzonenfläche 202 parallel ausgerichtet ist zu der Richtung des azimutalen Vorgabewertes der Aktivzonenfläche 201.The azimuthal default value for an active zone area is measured as the angular distance from a reference line. A reference line 213 is drawn in the figures. The line 203 is parallel to the vectors on the surface 201 in order to indicate the direction of the azimuthal default value for the active zone surface 201 at an angle c £, where cC is an acute angle between -90 and + 90 °. It should be noted that the separation zone area 202 is aligned parallel to the direction of the azimuthal default value of the active zone area 201.

Fig. 3 zeigt die untere Kippausrichtungsflache 21 aus der Sicht der Linie 3-3 in Fig. 1. Die Fläche 21 umfaßt eine Aktivzonenfläche 211 (stark ausgezeichnete Ellipsen) und eine Isolierzonenfläche 212 (schwach ausgezogene Ellipsen). Die Bezugslinie 213 verdeutlicht auch die Richtung des azimutalen Vorgabewerts für die Aktivzonenfläche 211, d.h.: der azimutale Vorgabewert für die Fläche 211 beträgt 0°. Die azimutale Vorgabe für die Fläche 212 ist mit der Richtung der Vorgabe für die Fläche 211 parallel.3 shows the lower tilt alignment surface 21 from the perspective the line 3-3 in Fig. 1. The area 21 comprises an active zone area 211 (strongly marked ellipses) and an insulating zone area 212 (weakly drawn out ellipses). The reference line 213 also illustrates the direction of the azimuthal default value for the active zone area 211, i.e. the azimuthal default value for the area 211 is 0 °. The azimuthal default for the area 212 is parallel to the direction of the default for surface 211.

In der aktiven Zone der Anzeigezelle bilden die Flächen 20 und 21 eine umgekehrte Kippgrenzenbedingung. Eine umgekehrte Neigung tritt ein, weil der azimutale Vorgabewinkel oCder Fläche 201 zwischen -90° und +90 liegt, und bei Messung eines spitzen Winkels von der jeweiligen Substratnormalen (der Normalen derIn the active zone of the display cell, areas 20 and 21 form an inverse tilting limit condition. A reverse inclination occurs because the azimuthal default angle oC of the surface 201 is between -90 ° and +90, and when measuring an acute angle from the respective substrate normal (the normal of the

Innenfläche) der Oberflächen-Kippwinkel für die Fläche 201 die entgegengesetzte Polarität aufweist wie der Oberflächen-Kippwinkel für die Fläche 211. Wie beispielsweise die Figuren 2 und 3 zeigen, wird der Oberflächen-Kippwinkel für die Fläche 201 im Gegenuhrzeigersinn von der Innenflächen-Normalen des Substrats 10 als ein spitzer Winkel gemessen, wohingegen der Kippwinkel für die Fläche 201 im Uhrzeigersinn von der Innenflächen-Normalen des Substrats 11 aus gemessen wird. Wie oben erwähnt wurde, müssen die Oberflächen-Kippwinkel für die Flächen 201 und 211, absolut gesehen, in dem Bereich zwischen O und 90 bezogen auf die jeweilige Substratflächennormale liegen, vorzugsweise sind die Winkel größer als 45 , um eine horizontale Orientierungsdirektoren-Konfiguration zu bevorzugen. Außerdem ist es für die Erfindung wichtig, daß die Umkehrneigung gleich groß ist, so daß der Absolutwert des Kippwinkels der Fläche 201 etwa genauso groß ist wie der Absolutwert des Kippwinkels für die Fläche 211.Inner surface) the surface tilt angle for surface 201 has the opposite polarity as the surface tilt angle for the surface 211. Such as, for example, FIGS. 2 and 1-3, the surface tilt angle for surface 201 becomes counterclockwise from the inner surface normal of the substrate 10 measured as an acute angle, whereas the tilt angle for surface 201 is clockwise from the inner surface normal of the substrate 11 is measured from. As mentioned above, the surface tilt angles for surfaces 201 and 211, viewed in absolute terms, in the range between 0 and 90 based on the respective substrate surface normal, are preferred the angles greater than 45 to a horizontal guide configuration to prefer. In addition, it is important for the invention that the tendency to reverse is the same, so that the absolute value of the tilt angle of the surface 201 is approximately the same as the absolute value of the tilt angle for the surface 211.

In der Trennzone bilden die Flächen 20 und 21 eine gleichförmig parallele Grenzbedingung, die parallel ausgerichtet ist mit dem azimutalen Vorgabewert der entsprechenden Aktivzonenflächen. Das heißt: die Trennzonenflächen 202 und 212 besitzen Stäbchenoder Säulenstruktur, die Oberflächen-Kippwinkel von etwa 90° bezüglich der Substratnormalen (vergleiche Fig. 2 und 3) aufweisen. Es wurde festgestellt, daß zur leichten Herstellung die Parallel-Grenzbedingung der Flächen 201 und 202 erreicht werden kann durch schräges Aufdampfen von SiO , wobei die Richtung der Einfallebene senkrecht zu der bevorzugten azimutalen VorgaberichtungIn the separation zone, surfaces 20 and 21 form a uniformly parallel boundary condition that is parallel to the azimuthal default value of the corresponding active zone areas. That is: the separation zone surfaces 202 and 212 have rods or Column structure that have surface tilt angles of about 90 ° with respect to the substrate normal (compare FIGS. 2 and 3). It has been found that, for ease of manufacture, the parallel boundary condition of surfaces 201 and 202 can be achieved by oblique evaporation of SiO, the direction of the plane of incidence being perpendicular to the preferred azimuthal default direction

ist und mit der Substratnormalen einen Winkel von etwa 65° bildet. and forms an angle of about 65 ° with the substrate normal.

Die obere und die untere Kippausrichtungsfläche sind für sich und in Kombination wichtig für das bistabile Umschalten der Flüssigkristallanzeige-Zelle. Die obere und die untere Kippausrichtungsfläche werden derart hergestellt, daß eine Bevorzugung des einen asymmetrischen horizontalen Zustands gegenüber dem anderen bei nicht-Vorhandensein eines speziellen elektrischen Schaltfeldes ausgeschaltet ist und eine optische Unterscheidung der symmetrischen Zustände erhalten wird. Speziell schafft der Unterschied zwischen den azimutalen Vorgabewerten in der oberen und der unteren Aktivzonenfläche eine optische Unterscheidungsmöglichkeit zwischen den bistabilen Zuständen. Symmetrie der Flächen in der Anzeigezelle beseitigt die bevorzugte Entstehung eines der asymmetrischen horizontalen ZuständeThe upper and lower tilt alignment surfaces are important in themselves and in combination for the bistable switching of the Liquid crystal display cell. The top and bottom tilt alignment surfaces are made with a preference for the one asymmetrical horizontal state the other is switched off in the absence of a special electrical control panel and a visual distinction of the symmetrical states is obtained. Especially creates the difference between the azimuthal default values In the upper and lower active zone areas, there is an optical way of differentiating between the bistable states. Symmetry of the faces in the display cell eliminates the preferential creation of one of the asymmetrical horizontal states

in der Nähe einer speziellen Oberfläche, wenn kein die Symmetrie aufbrechendes Feld vorhanden ist. Diese Besonderheiten werden anhand der Beschreibung der Figuren 4-7 deutlicher.near a special surface when there is no symmetry breaking field. These specifics will be with reference to the description of FIGS. 4-7.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Volumens des Flüssigkristallmaterials innerhalb der aktiven Zone der Anzeigezelle, wobei die Orientierungsdirektoren in einer ungestörten horizontalen Konfiguration dargestellt sind. Dies entspricht dem Ruhezustand der Zelle, da die Orientierungsdirektoren des Flüssigkristallmaterials diese Konfiguration annehmen, wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist. Ebene Abschnitte 401 einer GrenzschichtFig. 4 shows a perspective view of the volume of the liquid crystal material within the active zone of the display cell, with the orientation guides in an undisturbed horizontal Configuration are shown. This corresponds to the idle state of the cell as the orientation directors of the liquid crystal material assume this configuration when there is no electric field. Plane sections 401 of a boundary layer

enthalten Direktoren des Flüssigkristallmaterials, die etwa in dem Oberflächen-Kippwinkel der Fläche 211 orientiert sind, während ebene Abschnitte 403 einer Grenzschicht Direktoren enthalten, die in dem Oberflächen-Kippwinkel der Fläche 201 orientiert sind. Ein ebener Abschnitt 407 einer Inversionsschicht enthält Orientierungsdirektoren, die etwa horizontal (im wesentlichen parallel) bezüglich jeder der Substratoberflächen orientiert sind.contain directors of the liquid crystal material oriented approximately at the surface tilt angle of face 211 while flat sections 403 of a boundary layer contain directors, which are oriented at the surface tilt angle of the surface 201 are. A planar section 407 of an inversion layer contains orientation directors that are approximately horizontal (essentially parallel) are oriented with respect to each of the substrate surfaces.

Zur Vereinfachung zeigt Fig. 4 lediglich soviel Einzelheiten, daß man den ebenen Abschnitt 402 als einzelnen Abschnitt von coplanaren Orientierungsdirektoren innerhalb der Inversionsschicht erkennt. Es ist klar, daß eine Vielzahl identischer planarer Abschnitte parallel zu dem planaren Abschnitt 402 vorhanden sind, welche die gesamte Inversionsschicht ausmachen. In ähnlicher Weise gibt es entsprechende Mehrzahlen von identischen Planarabschnitten, die bezüglich der Planarabschnitte 401 und 402 parallel angeordnet sind und die Grenzschichten an den Flächen 20 bzw. 21 ausmachen. Diese Vereinfachung der Darstellung ist auch in den Figuren 5, 6 und 7 beibehalten.For the sake of simplicity, FIG. 4 shows only enough details that the planar section 402 can be seen as a single section of detects coplanar orientation directors within the inversion layer. It is clear that a multitude of identical there are planar portions parallel to the planar portion 402 which make up the entire inversion layer. Similarly, there are corresponding pluralities of identical planar sections with respect to the planar sections 401 and 402 are arranged in parallel and make up the boundary layers on surfaces 20 and 21, respectively. This simplification of the The illustration is also retained in FIGS. 5, 6 and 7.

Die Orientierungsdirektoren-Ausrichtung verliert ihre ungestörte horizontale Konfiguration nicht eher, als bis an die Zelle ein symmetrieaufbrechendes Feld angelegt wird. Weiterhin wird diese Änderung unter der Voraussetzung aufrechterhalten, daß anschließend an die Anzeigezelle ein Haltepotential gelegt wird, welches genauso groß oder größer ist wie bzw. als das kritische Potential. Das kritische Potential V ist definiert als dasjenige Potential,The orientation director alignment does not lose its undisturbed horizontal configuration until it reaches the cell symmetry breaking field is applied. Furthermore, this change is maintained provided that subsequently a holding potential is applied to the display cell, which is just as large or greater than or than the critical potential. The critical potential V is defined as the potential

oberhalb dessen sich das Flüssigkristallmaterial 30 bistabil bezüglich der horizontalen Konfigurationen verhält. Das kritische Potential wird wie folgt beschrieben:above which the liquid crystal material 30 is bistable with respect to one another of horizontal configurations. The critical potential is described as follows:

Man nehme an, daß die Grenz- und Inversionsschichten vollständig voneinander getrennt sind und pro Einheitsvolumen eine gleichmäßige Ausbuchtungs-Störenergie ü aufweisen, wobeiAssume that the boundary and inversion layers are completely separated from one another and are uniform per unit volume Have bulge disturbance energy ü, wherein

^üo ~ 2 ^ü o ~ 2

4TTk4TTk

, und, and

wobei s die elektrische Kohärenzlänge ist, die definiert wird als der charakteristische Abstand, in dem Flüssigkristallmoleküle mit dem mittleren Ausbuchtungs-Biege-Modul k und der dielektrischen Anisotropie A Z aus der in bezug auf ein angelegtes elektrisches Feld E senkrechten Lage in eine dazu parallele Lage gedreht werden. Die Energiedichte pro Einheitsfläche jeder Grenzschicht ist proportional zu der Dicke der betreffenden Schicht, wie die nachstehende Tabelle zeigt:where s is the electrical coherence length, which is defined as the characteristic distance in which liquid crystal molecules with the mean bulge-bending modulus k and the dielectric anisotropy AZ are rotated from the position perpendicular to an applied electric field E into a position parallel thereto will. The energy density per unit area of each boundary layer is proportional to the thickness of the layer in question, as shown in the table below:

Schichttyp
(Bezugszeichen)Shift type
(Reference symbol)

Dickethickness

Energiedichte pro Einheitsfläche Energy density per unit area

Grenze
(501, 503)border
(501, 503)

t/2t / 2

Inversion
(502)inversion
(502)

2-ξ2-ξ

Grenz-Inversion 3^ _t 3_ (504, 505) 2 5 2 ^uo Limit inversion 3 ^ _t 3_ (504, 505) 2 5 2 ^u o

Aus der obigen Tabelle ist klar ersichtlich, daß die in Fig. 5 gezeigte gestörte horizontale Konfiguration pro Einheitsfläche eine Gesamtenergie von 3ü fc aufweist, wohingegen die asymmetrischen horizontalen Zustände gemäß den Figuren 6 und 7 jeweils eine Gesamtenergie pro Einheitsfläche von 2U "ξ aufweisen. Die Betrachtung gilt jedoch nicht für ein angelegtes Feld, bei dem sich die Grenz- und Inversionsschichten über die Gesamtdicke d der Anzeigezelle vermischen. Daher ist die Zellendicke d mindestens gleich 3 ξ , und das kritische Potential ergibt sich durch die Beziehung From the above table it can be clearly seen that the perturbed horizontal configuration shown in Fig. 5 is per unit area has a total energy of 3ü fc, whereas the asymmetrical horizontal states according to FIGS. 6 and 7 each have a total energy per unit area of 2U "ξ. The consideration does not apply, however, to an applied field in which the boundary and inversion layers extend over the total thickness d of the display cell mix. Therefore, the cell thickness d is at least 3 ξ, and the critical potential is given by the relationship

V_c = dE_c =V _c = dE _c =

Für ein Materialvolumen aus Zyanbiphenyl E7 und absolutem Oberflächen-Kippwinkeln von etwa 53 errechnet sich das kritische Potential V zu etwa 1,3 bis 1,7 Volt.For a material volume made of cyanobiphenyl E7 and absolute surface tilt angles from about 53 the critical potential V is calculated to be about 1.3 to 1.7 volts.

Wird ein Potential, das größer ist als das kritische Potential V , an die Anzeigezelle angelegt, so werden die Orientierungsdirektoren der aktiven Zone kurz in die in Fig. 5 dargestellte gestörte horizontale Konfiguration umgewandelt. Die gestörte horizontale Konfiguration enthält planare Abschnitte 501 der' unteren Grenzschicht, einen planaren Abschnitt 502 der Inversions-If a potential that is greater than the critical potential V is applied to the display cell, the orientation directors of the active zone is briefly converted into the disturbed horizontal configuration shown in FIG. The disturbed horizontal configuration contains planar sections 501 of the 'lower boundary layer, a planar section 502 of the inversion

schicht und planare Abschnitte 503 der oberen Grenzschicht, die im folgenden als untere Grenzschicht 501, Inversionsschicht 502 bzw. obere Grenzschicht 503 bezeichnet werden sollen. Dieser Zustand ist instabil, da die gesamte elastische und dielektrische Energie der Orientierungsdirektoren-Konfiguration verringert werden kann, wenn sich die Inversionsschicht 502 entweder mit der oberen Grenzschicht 503 (Fig. 6) vermischt, um einen oberen asymmetrischen horizontalen Zustand zu bilden, oder aber mit der unteren Grenzschicht 501 vermischt (Fig. 7) , um den unteren asymmetrischen horizontalen Zustand zu bilden. Beide sich ergebende asymmetrischen horizontalen Zustände besitzen gleiche Energie, sind topologisch äquivalent und sind durch eine Energiebarriere getrennt, die durch die gestörte Horizontalkonfiguration dargestellt wird,layer and planar sections 503 of the upper boundary layer, hereinafter referred to as lower boundary layer 501, inversion layer 502 or upper boundary layer 503 are to be designated. This state is unstable because the entire elastic and dielectric Energy of the orientation director configuration can be reduced if the inversion layer 502 is either with the upper boundary layer 503 (Fig. 6) mixed to form an upper asymmetrical horizontal state, or with the lower one Boundary layer 501 mixed (Fig. 7) to the lower asymmetric to form horizontal state. Both of the resulting asymmetrical horizontal states have the same energy and are topological equivalent and are separated by an energy barrier, which is represented by the disturbed horizontal configuration,

Wenn das an die Zelle mit der gestörten horizontalen Konfiguration angelegte Gleichpotential entsprechend dem von der Quelle 50 kommenden Schreibsignal V„ beträgt, wird eine Orientierungsdirektoren-Umwandlung aus der gestörten Horizontalkonfiguration (Fig. 5) in Richtung des in Fig. 6 gezeigten oberen asymmetrischen horizontalen Zustands eingeleitet. Die Umwandlung oder Transformation erfolgt durch direkte Vertikalbewegung der Inversionsschicht 502 in Richtung auf die Grenzschicht 503. Dies führt zu der Bildung einer Grenz-Inversionsschicht 504 in der Nachbarschaft der Aktivzonenfläche 201 der Fläche 20. Wenn anschließend mittels des von der Quelle 50 kommenden Haltesignals an die Zelle das Wechsel-Haltepotential V_H angelegt wird, wird der Umschaltzyklus beendet, und die Orientierungsdirektoren werden in demIf the DC potential applied to the cell with the perturbed horizontal configuration is V "in accordance with the write signal from the source 50, an orientation director conversion from the perturbed horizontal configuration (FIG. 5) towards the upper asymmetrical horizontal state shown in FIG. 6 occurs initiated. The conversion or transformation takes place by direct vertical movement of the inversion layer 502 in the direction of the boundary layer 503. This leads to the formation of a boundary inversion layer 504 in the vicinity of the active zone area 201 of the area 20. If then by means of the stop signal coming from the source 50 to the Cell the changeover holding potential V _{H is} applied, the switching cycle is ended, and the orientation directors are in the

oberen asymmetrischen horizontalen Zustand gehalten. Die in der Grenz-Inversionsschicht 504 befindlichen Orientierungsdirektoren liegen in einer Ebene/ die sowohl die Substratnormale als auch die Linie der azimutalen Vorgabe für die Aktivzonenfläche 201 , d.h. die Linie 203 umfaßt.upper asymmetrical horizontal state held. The orientation directors located in the boundary inversion layer 504 lie in a plane / which both the substrate normal and the line of the azimuthal specification for the active zone area 201, i.e., includes line 203.

Wenn andererseits an die Zelle mit der gestörten horizontalen Konfiguration das Gleichpotential V„, welches dem von der Quelle 50 kommenden Löschsignal entspricht, angelegt wird, so wird eine Orientierungsdirektoren-Umwandlung von der gestörten Horizontalkonfiguration in Richtung auf den in Fig. 7 dargestellten unteren asymmetrischen horizontalen Zustand eingeleitet. Die Umwandlung erfolgt durch abwärts gerichtete Vertikalbewegung der Inversionsschicht 502 in Richtung der unteren Grenzschicht 501. Wenn anschließend das Wechsel-Haltepotential V„ mittels des von der Quelle 50 kommenden Haltesignals an die Zelle gelegt wird, wird der Umsehaltzyklus abgeschlossen, und die Orientierungsdirektoren-Konfiguration wird in dem unteren asymmetrischen horizontalen Zustand beibehalten. Die Orientierungsdirektoren in der unteren Grenz-Inversionsschicht 505 liegen in einer Ebene, die sowohl die Substratnormale als auch die Linie des azimutalen Vorgabewerts für die Aktivzonenfläche 201, d.h. die Bezugslinie 203 enthält.If, on the other hand, the cell with the disturbed horizontal configuration receives the DC potential V n, which is that of the source 50 corresponds to the coming clearing signal is applied, an orientation director conversion is performed from the disturbed horizontal configuration initiated in the direction of the lower asymmetrical horizontal state shown in FIG. The transformation takes place by downward vertical movement of the inversion layer 502 in the direction of the lower boundary layer 501. If then the alternating holding potential V "by means of the from The hold signal coming from the source 50 is applied to the cell, the switching cycle is completed and the orientation director configuration is completed is maintained in the lower asymmetrical horizontal state. The Orientation Directors in the lower limit inversion layer 505 lie in a plane which both the substrate normal and the line of the azimuthal default value for the active zone area 201, i.e. the reference line 203.

Die Zustands-Umschaltung zwischen den asymmetrischen horizontalen Zuständen, z.B. die oben-unten- oder die unten-oben-Umschaltung, erfolgt durch Fortnehmen des Wechsel-Haltesignals von der Zelle und dadurch,daß dem Flüssigkristallmaterial 30 ermöglichtThe state switching between the asymmetrical horizontal States, e.g. the up-down or the down-up switching, is done by removing the alternate hold signal from the cell and allowing the liquid crystal material 30

wird, für einen Augenblick zu entspannen, um die gestörte horizontale Konfiguration (Fig. 5) oder die ungestörte horizontale Konfiguration (Fig. 4) einzunehmen. Nach einer.kurzen Entspannungsoder Relaxationszeit wird ein Gleichstrom-Schreibsignal oder ein Gleichstrom-Löschsignal an die Zelle gelegt, um den gewünschten Umschaltvorgang einzuleiten.will relax for a moment to the disturbed horizontal Configuration (Fig. 5) or the undisturbed horizontal configuration (Fig. 4). After a short relaxation or relaxation time, a direct current write signal or a DC cancel signal applied to the cell in order to initiate the desired switching process.

Wenn irgendein Potential an der Zelle liegt, das kleiner oder auch nur geringfügig größer ist als das kritische Potential V , so erfolgt eine Relaxation zu einer im wesentlichen ungestörten horizontalen Konfiguration. Demzufolge läßt sich die Zustands-Umschaltung auch dadurch erreichen, daß man das Potential an der Zelle gegenüber dem Haltepotenti,alpegel auf einen Pegel absenkt, der geringfügig über oder unter dem kritischen Potential liegt.If there is any potential on the cell that is less or even slightly greater than the critical potential V, thus relaxation to a substantially undisturbed horizontal configuration occurs. As a result, the status switching can be carried out can also be achieved by lowering the potential at the cell to a level compared to the holding potential, which is slightly above or below the critical potential.

Beim Betrieb der Anzeigezelle in jedem der asymmetrischen Zustände ist es von Vorteil, wenn die Orientierungsdirektoren daran gehindert werden, in eine vertikale Konfiguration umgeschaltet zu werden. Das Umschalten in eine vertikale Konfiguration läßt sich vermeiden, wenn die veränderliche Potentialquelle 50 unterhalb des Schwellenpegels betrieben wird, bei dem ein Lösen von Disklinationen erfolgt. Dieser Schwellenpegel liegt in der Größenordnung von 60 Volt.When operating the display cell in each of the asymmetrical states it is an advantage if the orientation guides are prevented from switching to a vertical configuration to become. Switching to a vertical configuration can be avoided if the variable potential source 50 is below of the threshold level at which disclination resolution occurs. This threshold level is of the order of magnitude of 60 volts.

In einer zweiten Ausführungsform der Anzeigezelle sind im wesentlichen die gleichen Elemente und Betriebsweisen vorgesehen wie bei der oben anhand der Figuren 1-7 beschriebenen Ausführungsform, aber zusätzlich weisen Trennzonen 202 und 212 eine ge- In a second embodiment of the display cell are essentially the same elements and modes of operation are provided as in the embodiment described above with reference to FIGS. 1-7, but in addition separation zones 202 and 212 have a special

kippte Stäbchentopographie auf, die der Topographie der jeweilig zugehörigen aktiven Zone, die von der Trennzone umgeben ist, ähnelt.tilted rod topography, which corresponds to the topography of the respective associated active zone, which is surrounded by the separation zone, resembles.

Obschon in der Zeichnung nicht dargestellt, kann man zur Verbesserung des optischen Kontrasts zwischen den asymmetrischen Zuständen eine geeignete Kombination von linearen Polarisatoren und möglicherweise einer feststehenden Hemmplatte verwenden.Although not shown in the drawing, improvements can be made the optical contrast between the asymmetrical states a suitable combination of linear polarizers and possibly use a fixed escapement plate.

Eine Anwendungsmöglichkeit dieses Typs einer nematischen Flüssigkristallanzeige-Zelle ist eine extrem schnelle, matrixadressierbare Speicheranzeige. Wenngleich die derzeitig üblichen Adressiergeschwindigkeiten 30 msec betragen, läßt sich durch gewisse Modifizierungen der Zelleneigenschaften eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Anzeigezelle erreichen. Derartige Modifizierungen sind insbesondere die Verringerung des Substrat-Zwischenabstands und die Herabsetzung der Viskosität des nematischen Flüssigkristallmaterials.One application of this type of nematic liquid crystal display cell is an extremely fast, matrix-addressable memory display. Albeit the currently usual addressing speeds 30 msec, certain modifications of the cell properties can improve the performance reach the display cell. Such modifications are, in particular, the reduction in the spacing between the substrates and lowering the viscosity of the nematic liquid crystal material.

Claims

1. ) Liquid crystal display cell which can be switched into one or a second state, with a first and a second substrate which are arranged parallel to one another, and a nematic liquid crystal material with orientation directors located between the substrates, characterized in that each substrate (10, 11) a topographically textured inner surface which has a uniform inclination at a surface tilt angle which is acute with respect to the associated surface normals, means (50) for generating a constant potential having a first polarity on the liquid crystal material in order to initiate a first change in the orientation director configuration by breaking up the symmetry of the liquid crystal display cell in such a way that an orientation director configuration is produced in which an inversion layer of the orientation directors is substantially adjacent and parallel to the first substrate, and a device in front of

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is seen to generate an electrical potential in the Liquid crystal material which completes and sustains the first change in the orientation director configuration so that the orientation guides are placed in the first state.

2. Cell according to claim 1, characterized in that the surface tilt angle for the topographically textured Inside of the first substrate is just as large as the surface tilt angle for opposite polarity the topographically textured inside of the second substrate, so that both topographically textured inside surfaces form an equal, reversed tilting limit condition.

3. Cell according to claim 1 or 2, characterized in that that each topographically textured inner side is azimuthal with respect to a predetermined reference line Preset value has that the topographically textured inside on the first substrate has an azimuthal preset value which is in the range between -90 and +90 (excluding), and that the topographically textured Inside on the second substrate has an azimuthal default value of 0 °.

4. Cell according to one of claims 1-3, characterized in that the means for initiating the first Change means to have a second polarity '-

of the DC potential on the liquid crystal material and thereby initiating a second change in the directional guide configuration by breaking the symmetry of the liquid crystal display cell such that the orientation directors configuration is favored, in which an inversion layer of orientation directors to the second Substrate is substantially adjacent and parallel, and that the means for generating an electrical potential further comprising means which is connected to each substrate and generates an electrical potential which through the liquid crystal material acts to complete the "second change" in the orientation director configuration and maintain that the orientation guides are located in the second state.

5. A method of switching a liquid crystal display cell comprising nematic crystal material having orientation directors is provided between a first and a second substrate arranged parallel thereto, each substrate having a topographically textured inside, which has a uniform inclination at a surface tilt angle that is acute with respect to the associated surface normal, characterized in that the liquid crystal material has a first polarity Equal potential is generated in order to initiate a first change in the orientation director configuration by breaking it open the symmetry of the liquid crystal display cell to favor an orientation director configuration,

in which an inversion layer made of orientation guides too is substantially adjacent and parallel to the first substrate, and that a liquid crystal material penetrating electrical potential is generated to complete the first change to the landmark configuration and to maintain the orientation guides in the first state.