DE69628937T2 - Bistabile flüssigkristallanzeige - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Anzeigevorrichtungen auf der Basis von Flüssigkristallen.
• Genauer betrifft die vorliegende Erfindung den Bereich der Anzeigevorrichtungen mit einem bistabilen Effekt.
• Anzeigevorrichtungen auf der Basis von Flüssigkristallen führten bereits zu einer reichhaltigen Literatur.
• Beispielhaft aber nicht einschränkend werden die folgenden Schriftstücke zitiert:
• (1) Europhysics Letters (25) (7), S. 527–531, Critical Behaviour of a Nematic-Liquid-Crystal Anchoring at a Monostable-Bistable Surface Transition, M. Nobili et al.;
• (2) J. Phys. II France 5 (1995), S. 531–560, Surface Walls on a Bistable Anchoring of Nematic Liquid Crystals, M. Nobil et al.;
• (3) Liquid Crystals 1992, Band 12, Nr. 3, S. 515–520, Dynamics of surface anchoring breaking in a nematic liquid crystal, A. Gharbi et al.;
• (4) Liquid Crystals 1991, vol. 10, n° 2, p 289–293, Flow induced bistable anchoring switching in nematic liquid crystals, R. Barberi et al., der Vorrichtungen mit bistabiler Verankerung besschreibt;
• (5) Appl. Phys. Letters 55 (24), Electrically Controlled surface bistability in nematic liquid crystals, R. Barberi et al., der Vorrichtungen mit bistabiler Verankerung besschreibt;
• (6) Appl. Phys. Letters 60 (9), Flexoelectrically controlled surface bistable switching in nematic liquid crystals, R. Barberi et al.;
• (7) Appl. Phys. Letters (62) (25), Intrinsic multiplexability of surface bistable nematic displays, R. Barberi et al.;
• (8) Appl. Phys. Letters 40 (11), A Multiplexible bistable nematic liquid crystal display using thermal crasure, G. D. Boyd et al.;
• (9) Appl. Phys. Letters 37 (12), Threshold and switching characteristics of a bistable nematic liquid-crystal storage display, Julian Cheng et al.;
• (10) Appl. Phys. Letters 36 (7), Liquid-crystal orientational bistability and nematic storage effects, G. D. Boyd et al.;
• (11) J. Appl. Phys. 52 (4), Boundary-laver model of field effects in a bistable liquid-crystal geometrv, J. Cheng et al.;
• (12) J. Appl. Phys. 52 (4), The propagation of disclinations in bistable switching, J. Cheng et al.;
• (13) J. Appl. Phys. 52 (2), Surface pinning of disclinations and the stability of bistable nematic storage displays, J. Cheng et al.;
• (14) Appl. Phys. Letters 40 (12), A nematic liquid crystal storage display based on bistable boundary layer configurations, J. Cheng et al.;
• (15) App. Phys. Letters 43 (4), Discovery of DC switching of a bistable boundary layer liquid crystal display, R. B. Meyer et al.;
• (16) J. Appl. Phys. 56 (2), Physical mechanisms of DC switching in a liquidcrystal bistable boundary layer display, R. N. Thurston et al.;
• (17) J. Appl. Phys. 53 (6), Optical properties of a new bistable twisted nematic liquid crystal boundary layer display, R. N. Thurston et al.;
• (18) das Schriftstück D. W. Berreman und W. R. Heffner, J. Appl. Phys. 52 (1981), Seiten 3032–3039, beschreibt eine Flüssigkristallzelle, die ein cholesterisches Material umfaßt und beschreibt zwei stabile Zustände, die durch die vorübergehende Anwendung einer elektrischen Spannung umgeschaltet werden können;
• (19) Appl. Phys. Letter 37 (1), New bistable cholesteric liquid-crystal display, D. W. Berreman et al.;
• (20) Asia Display 95, A bistable Twisted Nematic (BTN) LCD Driven by a Passive-Matrix Addressing, T. Tanaka et al.;
• (21) J. Appl. Phys. (59) (9), Fast switching in a bistable 270° twist display, H. A. Van Sprang.
• Die genannten Schriftstücke betreffen im wesentlichen Studien, die sich mit dem Aufbrechen bistabiler Verankerungen, mit Verankerungsenergien und mit der Zustandsänderung durch die Propagation von Fehlstellen befassen.
• Das Schriftstück EP-A-0018180 beschreibt eine Flüssigkristallzelle, die einen cholesterischen Flüssigkristall umfaßt, der zwischen zwei Flächen angeordnet ist. Die Zelle besitzt zwei stabile Zustände. Es wird beschrieben, daß die Zelle zwischen den beiden stabilen Zuständen umschaltbar ist, indem ein elektrisches Wechselfeld angewendet wird, um die Zelle in einen instabilen Zustand zu bringen, von dem ausgehend die Struktur in den einen oder den anderen der stabilen Zustände relaxieren kann, je nach der Art, wie das Feld abgebaut wird, beispielsweise plötzlich oder allmählich.
• Das Schriftstück US-A-5040876 beschreibt auf Flüssigkristallen beruhende optische Modulatoren. Hierfür schlägt das Schriftstück die Anwendung asymmetrischer Wechselwirkungen zwischen den Oberflächen einer Flüssigkristallschicht und Ausrichtungsschichten vor. Die Asymmetrie kann von Unterschieden der Verankerungskräften oder von unterschiedlichen Neigunsgwinkeln für die Flüssigkristallmoleküle auf den beiden Flächen herrühren. Die Umschaltung des Zustands wird durch die Anwendung eines elektrischen Feldes senkrecht zu den Flächen des Flüssigkristalls erreicht.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zu verbessern, um einen neuen bistabilen Effekt zu erzielen. Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen Mittel erreicht, die es gestatten zwei Volumentexturen zu erhalten und umzuschalten.
• Diese beiden Volumentexturen, die in Abwesenheit eines äußeren elektrischen Feldes einen stabilen Zustand beibehalten, müssen mit den monostabilen Verankerungen auf den Platten verträglich sein.
• Gemäß einer bestimmten Ausführungsform:
• – definieren die Platten verschiedene Verankerungsschwellen (diese Verankerungen können beispielsweise planar oder homöotrop sein),
• – ist die Dicke der Vorrichtung zwischen den beiden Platten ausreichend gering, um eine hydrodynamische Kopplung zwischen deren inneren Oberflächen zu ermöglichen, und
• – sind Mittel vorgesehen, die geeignet sind zwischen den Elektroden der zwei Platten abwechselnd einen Puls eines elektrischen Schreibfelds, das höher als ein Schwellwert ist, der geeignet ist die Verankerungen auf den Platten aufzubrechen, um, nach der Unterbrechung des elektrischen Felds, einen ersten, aus der hydrodynamischen Kopplung zwischen den beiden Platten resultierenden, verdrillten stabilen Zustand zu definieren, und ein zweites elektrisches Feld, das kleiner als der Schwellwert ist, der geeignet ist eine einzige Verankerung aufzubrechen, oder das eine langsam veränderliche fallende Flanke aufweist, um das Umkippen auf den beiden Platten zu entkoppeln, um einen zweiten stabilen homogenen Zustand zu definieren, anzuwenden.
• Andere Eigenschaften, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung hervor und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, die beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen ist, und in der:
• die 1a und 1b schematisch zwei nematische Flüssigkristalltexturen darstellen, die mit planaren Verankerungen erhalten wurden,
• 2 die erzwungene Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle mit positiver dielektrischer Anisotropie auf einem angewendeten elektrischen Feld darstellt,
• 3 die Kurve darstellt, die die Beziehung zwischen dem Winkel der Moleküle auf der Oberfläche der Elektroden relativ zu einer Normalen der Platten und dem angewendeten elektrischen Feld wiedergibt,
• 4 die Kurve darstellt, die die Beziehung zwischen dem Schwellwert des Feldes zum Aufbrechen der Verankerungen und der Pulsdauer des angewendeten Felds wiedergeben,
• die 5a, 5b, 5c und 5d schematisch vier Texturen darstellen, die man nacheinander erhält, wenn das angewendete elektrische Feld allmählich gesenkt wird,
• die 6a, 6b, 6c und 6d die Texturen darstellen, die man erhält, wenn das Feld im Gegensatz dazu plötzlich abgeschaltet wird,
• 7 einen Massefluß in der Nähe einer Platte schematisch darstellt, wie man ihn erhält wenn das elektrische Feld unterbrochen wird,
• 8 ein Geschwindigkeitsprofil eines Flusses schematisch darstellt, der benachbart zu einer Platte ist und sich bis zur anderen Platte ausbreitet, wenn das elektrische Steuerfeld unterbrochen wird,
• 9 den hydrodynamischen Kopplungseffekt zwischen den beiden Platten darstellt,
• 10 eine gebogene Struktur darstellt, die durch die hydrodynamische Kopplung erhalten wird,
• 11 eine verdrillte Struktur darstellt, wie sie nach der Relaxation der gebogenen Struktur aus 10 auftritt,
• 12 das Umkippen der Moleküle auf einer zweiten Platte unter der Wirkung der hydrodynamischen Kopplung darstellt,
• die 13, 14 und 15 schematisch die azimutale Ausrichtung der Moleküle und das azimutale Drehmoment zeigen, das man unter der Wirkung der hydrodynamischen Kopplung für verschiedene relative Ausrichtungen zwischen den leichten Verankerungsrichtungen erhält,
• 16 schematisch die Struktur darstellt, die man erhält, wenn eine einzige Verankerung aufgebrochen wird,
• 17 schematisch zwei übereinanderliegende Platten darstellt, mit gegeneinander gedrehten leichten Verankerungsrichtungen,
• 18 schematisch eine Zelle entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt,
• 19 schematisch einen Monitor mit Matrixstruktur entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt,
• die 20, 21, 22 schematisch drei Typen von elektrischen Steuersignalen darstellen,
• die 23 und 24 Kurven Steuerspannung/Dauer des elektrischen Felds für reines 5CB und dotiertes 5CB darstellen,
• die 25, 26 und 27 schematisch drei mögliche Ausrichtungen in der Nähe einer Fläche mit nematischem Direktor darstellen,
• die 28, 29 und 30 schematisch drei mögliche Texturen für homöotrope Verankerungen darstellen,
• die 31 und 32 schematisch zwei mögliche Texturen für schräge Verankerungen darstellen,
• 33 schematisch die gesteuerte Umschaltung durch ein schräges elektrisches Feld darstellt, das durch interdigitale Elektroden angewendet wird,
• 34 schematisch eine andere Variante der Mittel darstellt, die es gestatten, ein schräges Umschaltfeld anzuwenden, basierend auf dem Widerstand der Elektroden, und die 35 das Ersatzschema der Elektroden darstellt,
• 36 schematisch die gesteuerte Umschaltung durch einen hydrodynamischen Effekt darstellt, erzielt mit Hilfe einer zusätzlichen Steuerelektrode,
• 37 schematisch vier Schritte einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung mit einem Hauptplättchen zur schrägen Verankerung darstellt,
• 38 schematisch den Winkel der Moleküle an der Oberfläche in Abhängigkeit vom statischen elektrischen Steuerfeld darstellt,
• 39 denselben Winkel in Abhängigkeit von der Zeit darstellt, nach dem Abschalten des Steuerfelds in Abwesenheit einer Kopplung zwischen den beiden Flächen,
• 40 ein Beispiel eines elektrischen Steuerfelds zur Auslöschung dieser Vorrichtung darstellt,
• 41 schematisch drei Schritte derselben Vorrichtung darstellt, die mit Hilfe des in 40 dargestellten elektrischen Steuerfelds zu einer Auslöschung führen,
• 42 ein anderes Beispiel des elektrischen Steuerfelds zum Auslöschen darstellt,
• 43 vier Schritte derselben Vorrichtung darstellt, die mit Hilfe des in 42 dargestellten elektrischen Steuerfelds zu einer Auslöschung führen,
• 44 ein Diagramm der Spannung U₂ in Abhängigkeit von der Zeit τ₂ und die sich daraus ergebenden Schreiben/Löschen-Zustände darstellt,
• 45 fünf Schritte einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung darstellt, die ein Nebenplättchen zur schrägen Verankerung umfaßt und zu einem Schreibvorgang führen,
• 46 die Entwicklung des Winkels der Moleküle an der Oberfläche in Abhängigkeit vom statischen elektrischen Steuerfeld darstellt,
• 47 die Ausrichtung der Moleküle an der Oberfläche darstellt,
• 48 fünf Schritte derselben Vorrichtung mit Nebenplättchen zur schrägen Verankerung die zu einer Auslöschung führen darstellt,
• 49 den Winkel der Moleküle an der Oberfläche in Abhängigkeit vom elektrischen Feld darstellt,
• 50 die Zeit zur spontanen Auslöschung in Abhängigkeit der Zellendicke darstellt,
• 51 das optische Verhalten einer Vorrichtung darstellt, die eine nematischcholesterische Mischung umfaßt,
• die 52A und 52B schematisch zwei bistabile Texturen verschiedener elastischer Energie darstellen, und zwar mit einer halben Umdrehung verdrillt beziehungsweise nicht verdrillt und fächerförmig, mit einer schrägen Verankerung auf einer Platte und planar auf der anderen,
• die 53A und 53B ähnliche Ansichten für schräge Verankerungen auf beiden Platten darstellen,
• 54 schematisch die Intensität der optischen Reaktion der Vorrichtung in Abhängigkeit von der Steuerspannung darstellt, für eine übliche Volumen-Vorrichtung (Kurve a) und eine vorgeschlagene Vorrichtung (Kurve b),
• 55 den Schreibschwellwert in Abhängigkeit von der Impulsdauer darstellt,
• 56 die optische Reaktion der Vorrichtung in der Zeit darstellt und insbesondere eine relativ kurze spontane Auslöschzeit zeigt, und
• 57, 58, 59 und 60 schematisch vier Steuersignale einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung darstellen.
• Zuerst wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die eine hydrodynamische Kopplung ausnutzt, basierend auf den Studien und Experimenten, die im folgenden beschrieben werden.
• Die nematischen Flüssigkristalle können für identische Verankerungsbedingungen auf den beiden transparenten Einschlußplatten 10, 12 einer Anzeigezelle verschiedene Texturen ausbilden: beispielsweise für sogenannte „planare" monostabile leicht zu realisierende Verankerungen, können die beiden in den 1a und 1b dargestellten Texturen erhalten werden. Entsprechend der in der 1a dargestellten Textur, sind die Moleküle 20 des Flüssigkristalls im Volumen und an der Oberfläche auf den Platten 10, 12 alle zueinander parallel. Dagegen weisen, entsprechend der in der 1b dargestellten Textur, die Moleküle 20 des Flüssigkristalls eine um 180° verdrillte Struktur auf, d. h. die Moleküle drehen sich von einer Platte 10 zur anderen 12 nach und nach um 180°, wobei sie parallel zu den Platten 10, 12 bleiben.
• Diese beiden Texturen der 1a und 1b haben verschiedene optische Eigenschaften und können theoretisch zur Bildung zweier Zustände, schwarz und weiß, der Übertragung von polarisiertem Licht verwendet werden, wobei die Verankerungsbedingungen an den Obertlächen auf den Platten 10, 12 beibehalten werden. Es ist nicht möglich durch eine stetige Verformung von einer zur anderen zu gelangen (sie sind „topologisch" verschieden); dies kann nur durch die Erzeugung von Fehlstellen geschehen, die gegenüber der thermischen Aktivität eine große Energiebarriere darstellen: selbst wenn die Energie der beiden Texturen a und b sehr verschieden ist, können in Abwesenheit von Fehlstellen diese beiden Zustände als dauerhaft stabil angesehen werden. Dies gilt auch für den Fall, daß die Fehlstellen immobil werden und sich an die Oberflächen heften. Die einfachste Weise die Eistabilität der beiden Texturen verschiedener Verdrillung zu gewährleisten ist dem Fachmann gut bekannt: sie besteht daraus, den nematischen Flüssigkristall auf einer spontanen Verdrillung, die zwischen der der beiden Texturen liegt, zu cholesterieren.
• Die Vielfalt der Texturen, die zu bestimmten monostabilen Verankerungen gehören, ist eine allgemeine Eigenschaft von nematischen oder cholesterischen Flüssigkristallen. Unter diesen Texturen weiß der Fachmann zwei mit benachbarten Energien aber verschiedenen optischen Eigenschaften auszuwählen.
• Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Übergang zwischen diesen beiden Texturen zu steuern, um die Ausführung von stabilen Pixeln und damit von bistabilen Flüssigkristallanzeigen zu gestatten.
• Für den Augenblick bleiben wir bei den planaren Verankerungen. Es ist bekannt (siehe Schriftstück [1]), daß die Oberflächenverankerungen aufgebrochen werden können, indem ein elektrisches Felds E senkrecht zu den Platten (siehe 2) und ein nematischen Flüssigkristall mit positiver elektrischer Anisotropie ε_a = ε_|| – ε_⊥ > 0, der die Ausrichtung entlang des Felds verstärkt, verwendet werden. Das kritische Feld zum aufbrechen der Verankerung ist durch die Bedingung: ξ_E = l definiert wobei ξ_E durch K/ξ_E ² = (ε_a/4π)E² gegeben ist. K ist die elastische Krümmungskonstante (~10^–6 cgs) und l ist die Extrapolationslänge, die die zenitale Verankerungsenergie festlegt. Diese Energie ergibt sich zu: W_s = (1/2) (K/l cos² θ_s (θ_s Winkel der Moleküle an der Oberfläche).
• Für „starke" Verankerungen, l ~ 1000 Å, ergibt sich E_s ~ 5V/μm und für „schwache" Verankerungen, (l ~ 1 μm), E_s ~ 0,5 V/μm. Für wachsendes und sich E_s näherndes E, geht der Winkel an der Oberfläche θ_s schnell von 90° auf 0. Oberhalb von E_S bleibt der Winkel θ_s Null, die Oberfläche wird als „aufgebrochen" bezeichnet. Die Kurve, die die Beziehung zwischen θ_s und E zeigt, ist in der 3 dargestellt. Wenn das Feld E in Form eines Pulses der Länge τ angewendet wird, steigt der Schwellwert mit fallendem τ (siehe Schriftstück [3]), aber durch die schnelle Oberflächendynamik kann das Aufbrechen der Oberflächenverankerung mit Spannungen erreicht werden, die gemäßigt bleiben: beispielsweise in der Größenordnung von 30 V für Zeiten von τ ~ 10 μs, mit einem Flüssigkristall 5CB bei Umgebungstemperatur (ε_a ~ 10). Die Kurve, die die Beziehung dem Schwellwert E_S und der Dauer τ des Pulses zeigt ist in 4 dargestellt.
• Wenn die beiden Oberflächenverankerungen aufgebrochen sind, ist die Textur der Zelle gleichförmig (wie in 2 dargestellt) und besitzt kein Gedächtnis an den ursprünglichen Zustand, da die Moleküle 20, gesehen vom Ende, keine Verdrillung beibehalten können.
• Der im Rahmen der Erfindung verwendete Effekt zur Steuerung der Texturen ist ein dynamischer Effekt. Er beruht auf den folgenden Studien und Feststellungen. Wir nehmen zuerst an, daß die beiden Verankerungen der Platten 10 und 12 wie vorher erklärt aufgebrochen seien; wenn das elektrische Feld langsam abgesenkt wird, wird das System zu jedem Zeitpunkt seinen Zustand geringster Energie wählen, um so eine langsam veränderliche Textur festzulegen.
• Ab der in der 2 dargestellten homöotropen Ausrichtung, unter elektrischem Feld, bei Feld Null, gehen diese Texturen immer in Richtung des in 5d dargestellten nicht verdrillten Zustands planarer Ausrichtung, wobei sie über in den 5b und 5c dargestellte Zwischenzustände gehen, bei denen die Moleküle auf den beiden Oberflächen der Platten 10, 12 in derselben Richtung drehen und dabei parallel bleiben. Dies kommt von einer elastischen Wechselwirkung zwischen den Platten 10, 12, die die Krümmung und die Krümmungsenergie des Systems minimiert.
• Unterbricht man das elektrische Feld plötzlich, ist der erzielte Effekt dagegen sehr verschieden, wie in 6 dargestellt.
• Die dynamischen Effekte werden durch zwei charakteristische Zeiten bestimmt: diejenige des Volumens τ_v und diejenige der Oberfläche τ_s·τ_v ist immer durch die Elastizität der Krümmung auf der Dicke d der Probe gegeben, wie: 1/τ_v = K/d²η wobei η eine Viskosität ist (η = 0,1 oder 1 poise). τ_s ist durch dieselbe Formel gegeben, wobei d durch die Extrapolationslänge l ersetzt ist. 1/τs = K/l2η.
• Da l « d, ist τ_s viel kleiner als τ_v; typischerweise, für d = 1 μ und l ~ 1000 Å, τ_v = 1 ms und τ_s = 10 ms.
• Läßt das Feld E nach, drehen die Moleküle auf den beiden Oberflächen schnell während ihrer Zeiten τ_s, wobei die Moleküle im Volumen fast unbewegt bleiben. Auf dieser Zeitskala ist die elastische Kopplung zwischen den Platten 10 und 12 vernachlässigbar, es existiert jedoch eine hydrodynamische Kopplung. Mit der Drehung der Moleküle ist ein Massestrom verbunden (siehe Schriftstück [22]). Dieser Massestrom existiert in der Nähe jeder Platte in einer Dicke von ~l. Seine Geschwindigkeit V ist etwa V = l/τ_s. Ein solcher Strom ist schematisch in 7 dargestellt.
• Nehmen wir an, die Platte 12 habe einen Schwellwert E_s12, der größer als derjenige E_s10 der Platte 10 ist. In diesem Fall, tendieren die zur Platte 12 benachbarten Moleküle 20 dazu, vor den zur Platte 10 benachbarten Molekülen in den planaren Zustand zurückzukehren. Die Rückkehr der zur Platte 12 benachbarten Oberflächenmoleküle von der Ausrichtung θ_s = 0 zur stabilen Ausrichtung θ_s = 90° (planar genannt) verursacht ein über l lokalisiertes Flußprofil V, wie in 8 dargestellt.
• Dieses Profil verteilt sich über die Dicke der Zelle d in einer Zeit, die klassischerweise durch die Relaxation der Wirbel gegeben ist (Navier-Stokes-Gleichung der Hydrodynamik) durch: 1/τ_D = η/d²ρ, wobei ρ die spezifische Masse ist (ρ ~ 1).
• Falls τ_D < τ_s, erreicht die Information über das Umkippen auf der Platte 12 die Platte 10 während deren Umkippen und die beiden Platten 10 und 12 sind hydrodynamisch gekoppelt. Dieser hydrodynamische Effekt ist vorübergehend und dauert nur für die Zeit des Umkippens τ_s an.
• Während der Ausbreitungszeit τ_D, verlängert sich das Geschwindigkeitsprofil von der Platte 12 in Richtung der Platte 10. Die Amplitude der Geschwindigkeit nimmt den Wert v ~ V l/d an, da die Bewegung vom Abschnitt l auf den Abschnitt d verteilt wird. An der Platte 10 erscheint ein Geschwindigkeitsgradient v/d, der das Umkippen der Moleküle der Platte 10 in Richtung von v mitzieht.
• Die hydrodynamische Kopplung zwischen dem Umkippen an den Oberflächen der beiden Platten 10, 12 kann relativ stark sein (dies wird im folgenden ausgeführt). Die bevorzugte Situation für das Umkippen ist demnach immer noch die der 9, bei der die Moleküle auf den beiden Oberflächen in entgegengesetzter Richtung drehen und bei der der hydrodynamische Gesamtstrom v in der Zelle gleichförmig ist, um die Reibung zu minimieren. Man erhält demnach immer eine Drehung von 180° zwischen den Ausrichtungen der beiden Platten 10, 12. Diese Drehung kann eine Biegung sein, wie in 10 dargestellt, die im allgemeinen instabil ist und die sich in eine Verdrillung von 180° mit geringerer elastischer Energie umwandelt, also eine verdrillte Textur, wie in 11 dargestellt.
• Wenn die hydrodynamische Kopplung schwach ist, kann man zufällig die eine oder die andere der in 1 dargestellten Texturen a oder b erhalten, aufgrund der elastischen Wechselwirkung wird im allgemeinen die gleichförmige Textur erhalten.
• Es wird jetzt der Einfluß der Kopplungskraft beschrieben.
• Angenommen die Platte 12 habe einen höheren Schwellwert E_s als die Platte 10. Wenn nach der Anwendung des Felds E_S zum Aufbrechen der Verankerungen das Feld E plötzlich auf Null gesenkt wird, drehen sich die Moleküle der Platte 12 schnell während τ_s und erzeugen das Geschwindigkeitsprofil v/d auf der Platte 10, mit τD < τs.
• Aus verschiedenen Gründen (elastische Kopplung, Hysterese etc.) kann es sein, daß die Moleküle auf der Platte 10 von der Richtung θ_s = 0 in die stabile planare Position θ_s = 90° fallen wollen, wobei sie parallel zu den Molekülen bleiben, die auf der Platte 12 drehen (Richtung ω_a). Falls diese Bewegung anhält, erzeugt sie eine abschließende gleichförmige Textur. Das Profil des Geschwindigkeitsgradienten v/d ergibt im Volumen eine Dichte ηv/d des Drehmoments auf die Moleküle. Die Summe dieser Drehmomente im Volumen ist ein Drehmoment an der Oberfläche (ηv/d) d ηv = η Vl/d, das wie in 12 dargestellt, die Oberflächenmoleküle in Richtung ω_|| drehen läßt.
• Um das Umkippen zu erhalten, das eine verdrillte Struktur wie in 11 dargestellt erzeugt, muß das so erhaltene Drehmoment an der Oberfläche größer als das Drehmoment der Verankerung sein, das in die Richtung ω_a dreht (12). Diese Bedingung ist:
  (K/l) θ_s < η Vl/d. Durch Ersetzen von V durch l/τ_s, mit l/τ_s = K/lη²,
  erhält man: θ_s < l/d.
• θ_s ist in der Größenordnung der Veränderung der Winkels während der Zeit τ_D, also in der Größenordnung τ_D/τ_s = (Kρ/η²) (d²/l²). Die Bedingung wird: d/l < (η²/Kρ)^1/3.
• Mit η ~ 0,1 poise erhält man: d < 20 l. Falls 11000 Å, muß d kleiner als 2 μm sein. Da jedoch d = 2 μm die typische Dicke der Proben ist, ist diese Bedingung manchmal etwas kritisch umzusetzen. Es müßten schwache Verankerungen mit einer längeren Reaktionszeit verwendet werden.
• Im Rahmen der Erfindung wird angenommen, das die Dicke d der Zelle bevorzugt kleiner als 5 μm ist.
• Es wird daher im Rahmen der Erfindung ein effizienteres Verfahren zur hydrodynamischen Kopplung der Verankerungen vorgeschlagen, das auch für starke Verankerungen funktioniert.
• Bis heute wurde nur die zenitale Verankerung in θ_s, die im, allgemeinen stärker ist, berücksichtigt. Es existiert jedoch auch eine bevorzugte azimutale Richtung auf den Platten, die sich in eine festgelegte Richtung „planar" ausrichten. Sei φ der Azimutwinkel der Moleküle relativ zu dieser Richtung, dann ergibt sich die Energie der Oberfläche zu: Ws = (1/2) (K/l) cos2θs + (1/2) (K/L)sin2θs sin2φ,wobei L die Extrapolationslänge ist, die die azimutale Verankerungsenergie K/L bestimmt.
• Im allgemeinen hat der Azimutalterm eine um eine Größenordnung geringere Amplitude als der Zenitalterm (siehe Schriftstück [1]): L ist um eine Größenordnung größer als l. Betrachtet man die untere Platte 10 von unten, nimmt man an, daß die Moleküle der Oberfläche sich nach der Zeit τ_D um einen Winkel θ_s geneigt haben, wie in 13 dargestellt.
• Wenn die planare Richtung auf der Platte 10 P ist, können die Moleküle die zwei möglichen Zustände P1 und P2 auf dieser einnehmen. Um die Moleküle dazu zu zwingen in den Zustand P2, der die halbe Drehung ergibt, und nicht in den Zustand P1 zu fallen, reicht es aus, das Ende m des Moleküls auf die andere Seite von yy', der Mittellinie von P1, P2, zu bringen (13). Um dies zu erreichen, ist es wirksamer m bei konstantem θ_s auf dem Kreis C zu drehen (13), anstatt θ_s durch die Verschiebung von m entlang P1, P2 zu verändern. Hierzu ist es ausreichend, die Richtung der leichten Verankerung der oberen Platte 10 um einen Winkel α relativ zu P1, P2 zu drehen. Die Geschwindigkeit v hat die Richtung α und erzeugt eine Endausrichtung f. Das durch den vorübergehenden Geschwindigkeitsgradienten ausgeübte Drehmoment wird dann durch alleinige Wirkung der azimutalen Verankerungsenergie ausgeglichen, wobei sich die Bedingung der Drehmomente hier für kleine θ_s als: K/I θs 2 < K/d θs ergibt.
• Die einzuhaltende Bedingung ist damit: θ_s < L/d. Da L um eine Größenordnung größer als I ist, ist die Kopplungsbedingung leichter einzuhalten. Es ergibt sich schließlich: d_φ = de (L/I)^1/3 > d_θ.
• Es existiert ein optimaler Drehwinkel α der beiden Platten. Wenn α sehr klein ist, wird man sehr nahe bei P2 kippen (bei 180° – α ~ 180°), aber es ist schwierig das anfängliche Drehmoment der Azimutdrehung auszuüben: das System bevorzugt es θ_s weniger effizient zu verändern, wie in 14 dargestellt. Ist α nahe bei 90°, erhält man dagegen wie in 15 dargestellt das stärkstmögliche azimutale Drehmoment, die erzielte Drehung ist jedoch nur 90°, was für das Sicherstellen des Umkippens unzureichend ist, da hierdurch das System gerade auf die Linie gleicher Energie zwischen P1 und P2 gebracht wird. Es gibt einen optimalen Wert, der um 45° oder 135° liegen kann, falls die Verankerungen eine festgelegte Polarität in der Ebene haben, wie dies für aufgedampftes SiO oder ein in einer Richtung ausgerichtetes Polymer der Fall ist.
• Um einen verdrillten Zustand „1/2 Drehung", wie er schematisch in 1b dargestellt ist, auszulöschen, ist es ausreichend, nur eine Verankerung aufzubrechen falls man schnell vorgeht, oder das angewendete Feld langsam abzuschwächen, um unter der Annahme verschiedener Schwellwerte die beiden Umkippvorgänge an der Oberfläche zeitlich zu entkoppeln. Für alle Vorgehensweisen an den Oberflächen werden jedoch auf den beiden Platten 10, 12 verschiedene Schwellwerte gewählt.
• Das Prinzip des Abrollens der Verdrillung mit ½ Drehung, beruht auf folgendem Phänomen. Wenn, wie in 16 schematisch dargestellt, nur eine der beiden Oberflächen aufgebrochen wird oder wenn die beiden Verankerungen nacheinander in einem zeitlichen Abstand > τ_s gelockert werden, gibt es keinen hydrodynamischen Kopplungseffekt mehr: die elastischen Kopplungen dominieren, die senkrechte Orientierung einer der Oberflächen kann die Verdrillung nicht mehr beibehalten, die dann verschwindet. Die Verdrillung mit ½ Drehung ist somit ausgelöscht.
• Auf Basis der vorangehenden Feststellungen schlagen die Erfinder vor eine Anzeige (tatsächlich ein Pixel) mit Hilfe zweier Plättchen 10, 12 zu realisieren, die ausgebildet sind, verschiedene planare Verankerungen A1 und A2 (oder mit planaren Komponenten) zu ergeben. Diese Verankerungen, gekoppelt an ein nematisches Material mit ε_a > 0, haben Aufbrechschwellwerte von E1 beziehungsweise E2. Sie werden unter α = 45° zueinander angeordnet, wie in
• 17 schematisch dargestellt, oder unter einem andern Winkel a, der verschieden ist von 0°, 90°, 180° oder 270°, der jedoch die hydrodynamische Kopplung unter Drehung optimiert.
• Dieser Winkel α ist auch so ausgewählt, daß sich ein guter Kontrast zwischen der anfänglichen Textur, die nun um den Winkel α verdrillt ist, und der abschließenden, „1/2 Drehung" genannten Textur, die nun um einen Winkel 180° – α verdrillt ist, ergibt. Für das Schreiben wird ein Puls eines elektrischen Felds oberhalb der Schwellen E > E1 und E > E2 angewendet. Das Feld wird plötzlich unterbrochen: unter dem Einfluß der hydrodynamischen Kopplung ergibt sich immer der Zustand 180° – α, unabhängig vom Ausgangszustand α oder 180° – α. Zum Löschen wird ein Puls E zwischen E1 und E2, wobei der Puls schnell abgebrochen wird, oder ein Puls höherer Intensität als die beiden Schwellwerte E1 und E2, dessen Amplitude jedoch langsam abgesenkt wird, um die Umkippvorgänge auf beiden Platten 10, 12 zu entkoppeln, angewendet; man erhält immer den Zustand α, unabhängig vom anfänglichen Zustand α oder 180° – α.
• Die für die Anwendung solcher Steuerpulse vorgesehenen Versorgungsmittel sind mit dem Bezugszeichen 40 in der 18 schematisch dargestellt.
• Der optischen Kontrast zwischen den beiden Zuständen eines solchen Pixels hängt von der Dicke der Probe und der Ausrichtung des verwendeten Polarisators 30 und Analysators 32 ab (siehe 18).
• Dieses Problem der Optimierung ist den Spezialisten bekannt (siehe Schriftstück 23). In der Praxis findet man für jeden Flüssigkristall und jede Zelle eine Position der Polarisatoren 30, 32, die für einen der Zustände ein fast transparentes Pixel und für den anderen Zustand ein fast schwarzes Pixel ergibt.
• Das im Vorhergehenden beschriebene System der Umschaltung besitzt Schwellen und ein fast unbegrenztes Gedächtnis. Es ist daher im Prinzip quasibistabil und unbegrenzt umschaltbar. Zum Umschalten reicht es für eine wie in 19 schematisch dargestellte, matrizielle Anzeige mit Zeilen und Spalten, eine Linie zu öffnen, indem auf sie eine Spannung angewendet wird, die leicht unterhalb von V = E₁d liegt, der bezüglich der Spannung oberen Schwelle der am schwersten aufzubrechenden Oberfläche. Auf die Spalten wird eine Spannung ± v angewendet. Die sich ergebende Spannung ist V – (± v) = V – v oder V + v. V – v liegt unterhalb der höchsten Schwelle. Wählt man |v| < (E₁ – E₂)d, ist V – v größer als die niedrige Schwelle und „löscht" daher. V + v ist höher als die hohe Schwelle, sie „schreibt". Es ist vorteilhaft v so klein wie möglich zu wählen, damit die anderen Linien keiner Umschaltspannung mit einer Amplitude (± v) ausgesetzt werden, die Instabilitäten anderer Art erzeugen kann, beispielsweise die Freedericksche Instabilität; wird v in der Größenordnung von 1 Volt gewählt, ist beispielsweise v ≤ 1 Volt typisch um dies zu erreichen. Die höchste Schwelle sollte daher gut festgelegt und einheitlich sein. Der Wert der untersten Schwelle ist weniger einschränkend. Er kann nicht zu niedrig sein, damit das System schnell bleibt. In der Praxis werden daher Verankerungen gewählt, die Schwellwerte in Volt ergeben, die im 1 Volt-Bereich benachbart sind. Da die typischen Schwellwerte für eine Zelle von 2 μm Dicke in der Größenordnung von 10 V/μm (Schriftstück 1) liegen, sollten die Schwellen um 5 bis 10% differieren.
• Zur Realisierung von wenig differierenden Verankerungsschwellwerten und damit von wenig differierenden Aufbrechspannungen auf den beiden Platten 10, 12, ist es wünschenswert, dieselbe Präparationstechnologie für beide Platten zu verwenden (beispielsweise schräge Aufdampfung von SiO oder ausgerichteten Polymeren auf der Oberfläche), jedoch die Polarität der Schwellen zu variieren. Auf diese Weise kann eine schwache vorhandene Differenz der Schwellen fast ausgelöscht oder verstärkt werden. Hierfür kann der flexoelektrische Effekt oder der Ionentransporteffekt verwendet werden.
• Die Verankerungen auf den beiden Platten 10, 12 sind im vorgeschlagenen Mechanismus austauschbar. Die Ausbildung einer mit der Polarität des angewendeten Felds verbundenen Differenz der Schwellen zwischen den beiden Verankerungen macht nur Sinn, wenn die Zelle anfänglich unsymmetrisch ist, mit zwei verschiedenen Schwellenfeldern E1 und E2 und damit zwei verschiedenen Schwellenspannungen V1 und V2.
• Eine erste Möglichkeit zur Anpassung der Schwellen ist die Verwendung des flexoelektrischen Effekts, der die Verankerungskräfte proportional zum angewendeten Feld verschiebt (siehe Schriftstück 24). Dieser Effekt ist von der relativen Größenordnung e/(K)^1/2 ~ einige 10^–1, d. h. mittel oder schwach.
• Ein stärkerer polarer Effekt kann mit einer Ionendotierung erzielt werden. Es ist tatsächlich eine Abhängigkeit der Verankerungsenergie von der Polarität festzustellen, beispielsweise mit folgenden Experiment:
• Es wird eine mit 45° verdrehte Zelle genommen, die zwei planaren Verankerungen aufweist, die durch dieselbe Aufdampfung von SiO erhalten wurden. Es wird eine Zellendicke von 6 μm gewählt. Die Textur ist verdrillt und das polarisierte Licht folgt dieser langsamen Verdrillung. Es werden elektrische Rechteckpulse von 100 ms Dauer und mit bestimmter Polarität angewandt. Die Amplitude der Pulse schwankt zwischen 0 und ±40 V. Die lange Zeitdauer wurde gewählt, damit sicher alle Ionen der Zelle von einer Platte zur anderen transportiert werden. Die Zelle enthält Pentylcyanobiphenyl (5CB) mit Umgebungstemperatur, dotiert mit 10^–3 Mol Natriumtetraphenylborat, das zwei Ionen erzeugt: Na+ und TΦB–. Während der Anwendung des Felds wird die Ausrichtung der Eigenachsen und die Doppelbrechung der Zelle in polarisiertem Licht beobachtet. Man kann so bestimmen, welche der Platten aufgebrochen wurde, die Eigenachsen richten sich auf die Richtung der anderen Platte aus, und bei welcher Feldstärke beide Verankerungen aufbrechen. Die Ergebnisse zeigen, daß die Oberfläche, die die Na+ angezieht, als erste bei V = 3 V aufbricht, d. h. bei 0,5 V/μm, eine Größenordnung kleiner als normalerweise. Die andere Platte bricht bei V = 30 V auf, d. h. für eine Feldstärke von 5 V/μm (quasi normal).
• Das Experiment wird mit einem anderen Ion wiederholt. Das nematische Material wird mit Tetrabutylammoniumchlorid dotiert, das zwei Ionen erzeugt, Cl– und TBA+. Man stellt fest, daß die Obertläche, die das Cl– anzieht seinen Schwellwert bis auf 1,5 V/μm absenkt. Dotiert man mit Cetyltributylammoniumbromid, das die Ionen Br– und CTBA+ erzeugt, wird auf der Oberflächer, die das CTBA+-Ion anzieht, eine Absenkung der Verankerungsenergie bis auf 1 V/μm beobachtet.
• Der Effekt der ersten beiden Dotierungen ist aufgrund der größeren Affinität der mineralischen kleinen Ionen für die SiO-Oberfläche verständlich. Diese Ionen erzeugen ein elektrisches Feld senkrecht zur Oberfläche, das die Verankerungskräfte verringert, so, als ob ein äußeres elektrisches Feld angewendet worden wäre. Die dritte Dotierung erklärt sich durch die der Cetylketten mit 16 Kohlenstoffatomen. Wenn das Ende der geladenen Kette sich an die Oberfläche heftet, führt die Kette eine senkrechte Ausrichtung herbei, die die planaren Verankerungskräfte verringert.
• Der Fachmann weiß, daß eine Annäherung der Schwellen E1, und E2 günstig für den Schreibvorgang ist, wohingegen ein Auseinanderrücken der Schwellen E1 und E2 günstig für den Löschvorgang ist.
• Ausführunasbeisgiel
• Die Erfinder haben eine Anzeige mit dem nematischen Flüssigkristall Pentylcyanobiphenyl (5CB) realisiert, die eine nematische Phase bei Umgebungstemperatur und eine starke dielektrische Anisotropie ε_a ~ 10 > 0 aufweist. Die Anzeige umfaßt zwei Plättchen 10, 12 aus behandeltem Glas (ITO) (Indium-Tin-Oxid), das transparente Elektroden mit geringem Widerstand (30 Ω/quadrat) ergibt. Diese werden durch schräge Aufdampfung von SiO behandelt, mit einem Aufdampfungswinkel von 75°, fast flach einfallend, und tatsächlichen Dicken von 25 Å und 30 Å, was bekanntlich eine planare Verankerung und leicht verschiedene Verankerungskräfte ergibt (Schriftstück 25). Die Zelle besitzt eine Dicke von d = 1,5 μm mit einer Drehung von α = 45°. Die Geometrie der Ausrichtungen der Zelle ist in 18 dargestellt.
• Diese Zelle gestattet es, für die Textur 45° eine hellgelbe Farbe und eine starke übertragene Intensität zu erhalten. Für den Zustand 180°– α = 135° wird eine schwache übertragene Intensität mit tiefblauer Farbe, fast schwarz, erhalten.
• Um das Modell zu testen, haben die Erfinder auf das System Rechteckpulse mit einer festen Länge von 300 μs und variierender Amplitude V von 0 bis 40 Volt angewendet. Die Abfallzeit lag unter 1 μs. Ein Umkippen von hell zu dunkel (weiß zu schwarz) wurde für V = 24,5 Volt erhalten. Ausgehend von einem schwarzen Zustand haben die Erfinder mit denselben Pulsen immer noch einen schwarzen Zustand erhalten. Die Erfinder haben dann einen Puls derselben Polarität auf diesen schwarzen Zustand angewendet, jedoch mit einer Amplitude von 21,5 Volt. Es wurde ein Übergang von schwarz zu weiß, der einem Auslöschen entspricht, wurde erzielt. Diese selben Pulse von 21,5 Volt lassen einen Anfangszustand weiß unverändert. Der Endzustand des Systems hängt also bei derselben Polarität nur von der Amplitude von V ab. Dieses Verhalten wird von den Erfindern durch den Umstand erklärt, daß eine der Schwellen ein wenig unterhalb von 24,5 V und die andere unterhalb von 21,5 V liegt.
• Zur Überprüfung, daß das Verhalten des Systems nur vom einzigen Endabfall des Steuersignals abhängt, haben die Erfinder folgende Experiment ausgeführt:
• An erster Stelle haben die Erfinder Pulse mit einer linear in der Zeit verlaufenden vorderen Flanke verwendet, wie in 20 dargestellt.
• Genauer haben die Erfinder eine Dauer der flachen Stufe des Pulses von τ = 100 μs gewählt und die Dauer des Anstiegs der vorderen Flanke τ' von 0 bis 300 μs variiert. Mit τ' = 0 durchläuft das System den Übergang von weiß nach schwarz bei V = 25 Volt (oder schwarz nach weiß, falls der Anfangszustand schwarz ist). Für den ganzen angewendeten Bereich für τ' verändert sich das Verhalten nicht, die Schwelle bleibt bei 25 Volt ±0,5 Volt. Dies zeigt, daß nur die Amplitude und der Abfall des Pulses wirksam sind.
• An zweiter Stelle haben die Erfinder Pulse verwendet, deren Abfall linear mit der Zeit verläuft, wie in 21 dargestellt. Für Abfallzeiten von O < τ' < 30 μs bleibt das Verhalten unverändert. Jenseits davon, für 30 < τ' < 300 μs, wird eine Auslöschung von schwarz nach weiß, ausgehend von schwarz, und weiß nach weiß, ausgehend von weiß, erzielt. Für τ = 100 μs und τ' = 0 findet man eine Schwelle von V = 25 Volt. Dieses Verhalten bestätigt, daß für eine Auslöschung nur der langsame Abfall des Pulses wirksam ist. Durch ein lineares Abfallen wird das Auslösen der beiden Schwellen zeitlich verschoben. Mit den Werten 21 Volt und 25 Volt beträgt die zeitliche Verschiebung [(25–21)/25]30 μs ~ 5 μs.
• Dieser Wert ist der geschätzte Wert für die Umkippdauer der Oberfläche.
• Um die beiden Schwellen ein einem Experiment gut zu isolieren, haben die Erfinder dann, wie in 22 dargestellt, einen doppelrechteckigen Puls mit den Amplituden V und V' und den Längen τ und τ' verwendet.
• Die Erfinder wählten τ = 1 ms, um sicher zu sein, daß das System nur im Abfall auslöst, ohne Gedächtnis der früheren Wirkung. Mit V' = 0 wurde ein Auslösen von weiß zu schwarz oder von schwarz zu weiß bei V = 22 Volt erreicht.
• Die Erfinder haben dann V = 30 Volt gewählt, um deutlich über der Schwelle zu sein. Es wurde τ' = 0,5 ms gewählt und V' variiert. Für 30 Volt > V' > 20 Volt, wurde die schwarze Einschreibung beibehalten. Für 20 Volt > V' > 7 Volt wird das System dagegen ein binärer Zähler, d. h. es erzeugt Umschaltungen von weiß nach schwarz oder von schwarz nach weiß. Zwischen Null und 7 Volt für V' ist die schwarze Einschreibung festgelegt.
• Die Erfinder haben dann die Polarität V' verändert, wobei diejenige von V beibehalten wurde. Dasselbe Verhalten wurde festgestellt:
  –30 Volt < V' < –20 Volt: schwarze Einschreibung
  –20 Volt < V' < –7 Volt: „Zähler"-Verhalten
  –7 Volt < V' < 0 Volt: schwarze Einschreibung Im Zustand ihrer Arbeiten erklären die Erfinder das Zählerverhalten durch ein unvollständiges Auslöschen: das System erinnert sich an den Anfangszustand.
• Das wichtige Ergebnis dieses Experiments ist, daß für V' = –V ein Schreibvorgang erreicht wird; dies wird auch für τ' = τ = 1 ms bestätigt. Die Erfinder haben damit gezeigt, daß eine Steuerung mit Wechselstrom möglich wäre.
• Die Erfinder haben V(τ) für die vorhergehende Abtastung gemessen. Sie haben für 5CB die Kurve V Schreiben (τ) beobachtet und in 23 dargestellt. Dieses Schreiben/Löschen-Verhalten mit fester Polarität ist bis τ = 150 μs befriedigend. Für kürzere Zeiten erhält man ein „Zähler"-Verhalten.
• Zur Verbesserung dieses Verhaltens haben die Erfinder dann einen Flüssigkristall 5CB, dotiert mit 10^–3 molarem Na+ TΦB- und mit der Dicke 1,5 μm verwendet. Sie haben positive Pulse für das Schreiben und negative für das Löschen verwendet. Sie haben damit ein kontrolliertes Verhalten für das Schreiben und Löschen bis 10 μs erreicht, bei Spannungen von 30 und 38 Volt, wie in 24 dargestellt. Bei 30 μs wurde das Löschen und Schreiben für 22 und 26 Volt erreicht.
• Unter weißem Licht haben die Erfinder einen Kontrast von 20 für die beiden Zustände erreicht.
• Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gerade beschriebene bestimmte Ausführungsform eingeschränkt, sondern erstreckt sich auf jede durch die Ansprüchen einbezogene Variante.
• Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung nematischer Flüssigkristalle eingeschränkt. Sie schließt ebenso die Verwendung von Flüssigkristallen vom cholesterischen Typ ein.
• Außerdem ist die Umschaltung durch hydrodynamische Kopplung nicht auf die Anwendung für planare Verankerungen auf den Platten beschränkt. Sie kann auch für homöotrope und sogar schräge Verankerungen angewendet werden.
• Außerdem ist, wie bereits angemerkt wurde, die Erfindung in einer allgemeineren Weise nicht auf die Ausnutzung einer Umschaltung durch hydrodynamische Kopplung eingeschränkt, sondern erstreckt sich auf alle Vorrichtungen mit monostabiler Verankerung, die Mittel umfassen, die dazu geeignet sind auf einen Befehl hin das Aufbrechen wenigstens einer der Verankerungen sicherzustellen und anschließend zu einem bistabilen Volumeneffekt zu führen.
• Außerdem ist die Erfindung auf eine große Anzahl von möglichen Texturen anwendbar.
• Es ist bekannt, daß die auf jede der Platten 10, 12 einer Flüssigkristallzelle angewendete Behandlung angepaßt werden kann, um eine Ausrichtung mit planarer (nematischer Direktor parallel zu den Platten, siehe 25), homöotroper (nematischer Direktor senkrecht zu den Platten, siehe 26) oder geneigter (nematischer Direktor relativ zu den Platten schräg, siehe 27) Verankerung zu erzwingen.
• Mit zwei willkürlich gewählten dieser Platten, können mehrere Texturen mit einem einzigen Verankerungsdirektor für die Moleküle auf jeder Platte festgelegt werden.
• Beispielsweise können für zwei planare Verankerungen eine gleichförmige planare Texture realisiert werden, wie in 1a dargestellt, oder verdrillte Strukturen, nach links oder rechts, mit einer halben Drehung, wie in 1b dargestellt, sogar mit mehreren halben Drehungen, wobei der nematische Direktor in diesem Fall parallel zu den Platten bleibt, jedoch fortschreitend um eine zu diesen senkrechte Achse dreht, oder auch, wie in 10 schematisch dargestellt, gebogene Strukturen, für die der nematische Direktor nicht parallel zu den Platten bleibt, sondern sich fortschreitend relativ zu diesen neigt.
• Für zwei homöotrope Verankerungen können eine gleichförmige homöotrope Textur (28) oder gebogenen Texturen mit einer (29) oder mehreren halben Drehungen erhalten werden. Diese gebogenen Texturen können darüber hinaus verdrillt sein (30).
• In allgemeiner Weise können mit zwei monostabilen Oberflächenverankerungen mit zwei beliebigen Ausrichtungen verschiedene Texturen erhalten werden: eine einfache Textur, die die beiden beliebigen Verankerungsrichtungen direkt mit einer einfachen Verdrillung und einer einfachen Biegung verbindet, wie in 31 dargestellt ist, und Texturen die sich von dieser unterscheiden, indem sie beim Übergang von einer Oberfläche zur anderen eine oder mehrere halbe Drehungen hinzufügen, wie in 32 schematisch dargestellt ist.
• In den beigefügten 28 bis 32 wird schematisch der nematische Direktor in Form von Pfeilen dargestellt.
• Beim Vergleich der 28 und 29 oder 30, 31 und 32 sieht man, daß die entsprechenden Pfeile auf den beiden Platten entgegengesetzt sind. Da die Wechselwirkung des nematischen Flüssigkristalls und der Oberfläche nicht polar ist, sind die entgegengesetzten Richtungen der beiden Pfeile für die Oberfläche physikalisch äquivalent. Diese Pfeile gestatten es dagegen, die Unterschiede der Volumentexturen, die beispielsweise zwischen den 28 und 29 oder 30, 31 und 32 um eine halbe Drehung gedreht sind, gut zu veranschaulichen. Dies würde auch für die 1a und 1b gelten.
• Diese unterschiedlichen Texturen, die ein und derselben Verankerungsrichtung entsprechen, besitzen optisch verschiedene Eigenschaften, die es gestatten sie optisch zu unterscheiden und sie als einen der beiden Zustände für ein schwarz und weißes Anzeigepixel zu verwenden.
• Wie zuvor erwähnt wurde, wird die Umschaltung zwischen den beiden unterschiedlichen Texturen ausgeführt nachdem die Oberflächenverankerung aufgebrochen wurde.
• In 3 wurde die Veränderung des Winkels θ eines Moleküls an einer Oberfläche mit planarer Verankerung in Abhängigkeit eines angewendeten elektrischen Felds E dargestellt.
• Oberhalb von E_S sind die Oberflächenmoleküle in einem Zustand, für den die elastische Wechselwirkunsenergie mit der Oberfläche maximal ist. Wird das Feld E unterbrochen, fallen die Oberflächenmoleküle in die planare Anfangsausrichtung zurück, sie können jedoch zwei verschiedene Wege wählen. In der 3 entsprechen diese beiden Wege der Verzweigung zwischen den positiven und negativen Winkeln unterhalb von E_s. Die beiden Endzustände θ = ±90° sind für die Oberfläche identisch, wie zuvor erklärt wurde. Sie ergeben dagegen verschiedene Texturen im Volumen: die zusätzliche Drehung von 180° entspricht einer verdrillten Textur mit einer halben Drehung im Vergleich zur Anfangstextur. Wenn die Verzerrung in der Ebene der Figur bleibt, ergibt sich eine um 180° gebogene Textur (10). Da die Verdrillung leichter als die Biegung ist, wandelt sich im allgemeinen die Biegung von 180° kontinuierlich in die Verdrillung von 180° der 1b um.
• Die Umschaltmittel, die geeignet sind nach dem Aufbrechen der Verankerung einen bistabilen Effekt herbeizuführen, haben als Aufgabe die Verzweigung der Ausrichtung E_S zu steuern, um wahlweise die eine oder die andere der beiden entsprechenden bistabilen Texturen zu erhalten.
• Allgemeiner existiert für alle zuvor angesprochenen bistabilen Texturen, die durch die Variation der Winkel, der elastischen Konstanten und des verdrillenden Einflusses, der derselben Verankerung auf einer Platte und zweier sich um eine halbe Drehung unterscheidenden Verankerungen für die andere Platte entspricht, erhalten werden, für die Oberflächenenergie auf der zweiten Platte eine Trennungslinie analog zur bereits beschriebenen Verzweigung.
• Das Aufbrechen der Verankerung hat zum Ziel die Oberflächenmoleküle in der Nähe dieser Trennungslinie durch ein starkes elektrisches Feld mitzunehmen. Die Umschaltmittel haben als Aufgabe durch eine kleine äußere Wirkung die Verschiebung des Systems auf beiden Seiten der Trennungslinie zu steuern. Die beiden sich ergebenden Richtungen sind für die Oberfläche gleichwertig, führen jedoch zu der einen oder der anderen der beiden bistabilen Texturen.
• Um die Oberflächen aufzubrechen, werden geeignete Mittel gewählt: wenn das Feld senkrecht zu den Platten ist, zum Aufbrechen einer planaren Verankerung, ist ein Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie notwendig, damit die Moleküle sich parallel zum Feld ausrichten; zum Aufbrechen einer homöotropen Verankerung ist ein Material mit negativer dielektrischer Anisotropie notwendig.
• Es ist zu bemerken, daß eine wichtige und allgemeine Eigenschaft des Aufbrechens von Oberflächen deren Geschwindigkeit ist: die entsprechenden Relaxationszeiten sind im Bereich der Mikrosekunden. Sie sind unabhängig von der Dicke der nematischen Zellen.
• Es werden jetzt verschiedene Mittel beschrieben, die es gestatten eine Umschaltung zwischen den verschiedenen möglichen Texturen sicherzustellen, d. h. die es gestatten, die Verzweigung der Richtung bei E_S zu steuern.
• Wir betrachten nun eine planare Verankerung, die oberhalb ihres Verzweigungspunktes aufgebrochen wurde. Die Oberflächenmoleküle sind senkecht zu den Platten. Wenn das Feld unterbrochen wird, fallen die Moleküle entprechend dem einen oder dem anderen der beiden Gleichgewichtszustände von +90° und –90° zurück. Die Umschaltmittel haben zur Aufgabe die Richtung der Endausrichtung zwischen diesen beiden Zuständen zu steuern. Sie habe zum Ziel ein kleines Drehmoment auf die Moleküle anzuwenden, um diese zur einen oder anderen Seite umzukippen. Dieses Drehmoment kann entweder gleichzeitig mit dem Aufbrechfeld oder direkt danach angewendet werden, es muß jedoch wirken, solange die Moleküle nahe der Trennungslinie sind.
• Ein erster Weg zur Erzeugung eines solchen Drehmoments besteht aus der Anwendung eines seitlichen elektrischen Felds auf die Zelle.
• Ein solches seitliches Feld kann selbst auf mehrere Weisen erhalten werden.
• Gemäß einer ersten Variante kann das seitliche Feld mit Hilfe von interdigitalen Elektroden 50, 52 angewendet werden, die auf einer der beiden Platten 10 angeordnet sind, der Platte 12 gegenüberliegend, deren Verankerung aufgebrochen wird, wie schematisch in der 33 dargestellt ist. Das mittlere Feld bleibt zwischen den beiden Platten 10, 12 von oben und unten angewendet. Das seitliche Feld gibt eine kleine schräge Komponente zum resultierenden Feld. Je nach seinem Vorzeichen erhält man die schrägen Felder E₁ oder E₂.
• Die Anwendung von E₁ oder von E₂, um einen kleinen Winkel um die Senkrechte verschoben, gestattet es, das Zurückfallen in die planaren Zustände 1 oder 2 zu steuern, die für die Oberfläche identisch sind, jedoch verschieden für die Textur.
• Gemäß einer zweiten Variante kann das seitliche Feld mit Hilfe zweier auf der Schmalseite der Zelle vorgesehener Elektroden angewendet werden.
• Gemäß einer dritten Variante kann das seitliche Feld aus dem Widerstand der transparenten Elektroden herrühren, die auf den Platten 10, 12 vorgesehen sind. Wie in 34 dargestellt, besitzt in diesem Fall eine der Elektroden 60 wenigstens einen Rand 62, vorzugsweise zwei Ränder 62, die besser leitfähig als sein zentraler Bereich 64 sind. Das zum Aufbrechen notwendige elektrische Signal V breitet sich entlang der RC-Schaltung aus, die durch den Widerstand R der Oberfläche und die Kapazität C des Flüssigkristalls gebildet wird (siehe 34 und 35). Bei hohen Frequenzen wird sie schnell gedämpft, wobei das Pixel wie ein Elektrodenrand erscheint und ein schräges Feld erzeugt wird. Bei niedrigen Frequenzen liegt keine Dämpfung vor und das Feld ist vertikal. Dieser Mechanismus wird in dem Schriftstück FR-A-86 06916 beschrieben. Man erhält ein in die beiden Richtungen geneigtes Feld, indem Pixel mit doppelter seitlicher Steuerung verwendet werden: das Signal V₁ oder V₂ wird auf den einen oder den anderen stark leitenden Rand der halbtransparenten Elektrode des Pixels angewendet. V₁ erzeugt eine Ausrichtung nach rechts, V₂ nach links.
• Ein zweiter Weg zur Erzeugung des zuvor genannten Drehmoments für die Ausrichtung besteht in der Ausnutzung eines hydrodynamischen Effekts.
• In diesem Fall wird im Moment der Rückkehr zum Gleichgewicht ein kleines Geschwindigkeitsprofil v zwischen der Platte mit der aufgebrochenen Verankerung und dem nematischen Material erzeugt.
• Dies kann durch eine mechanische Verschiebung der ganzen Platte oder eines Teils der Platte, beispielsweise durch die Wirkung eines piezoelektrischen Systems oder auch durch die Wirkung von Schallwellen, erreicht werden.
• Das nematische Material reagiert auf den Geschwindigkeitsgradienten nahe der Platte und fällt entsprechend der Richtung von v (v₁ oder v₂) zur einen oder anderen Seite der Verzweigung.
• Das Geschwindigkeitsprofil v kann auch durch einen Fluß zwischen den beiden Platten erzeugt werden, der durch eine beliebige Sonde erzeugt wird, beispielsweise durch eine einfache Druckausübung auf den Bildschirm senkrecht zu den Platten.
• Das System bildet dann einen Druckdetektor. Es kann dazu dienen auf einen Bildschirm zu schreiben, indem der Druck in eine mit einer der beiden bistabilen Texturen verbundenen elektrischen Eigenschaft umgewandelt wird.
• Eine andere Variante besteht aus der Ausnutzung des Flußes des Geschwindigkeitsprofils, das durch das Umkippen bestimmter Moleküle erzeugt wird. Das ist der umgekehrte Effekt zu dem zuvor genannten Effekt, bei dem ein Geschwindigkeitsprofil ein Umkippen steuert.
• Hierfür kann beispielsweise eine lineare Steuerelektrode c neben einem quadratischen Pixel verwendet werden (36).
• In c ist die Verankerung beispielsweise schräg, in P ist sie planar.
• Unter der Wirkung eines auf das Pixel angewendeten Felds, wird die Verankerung P aufgebrochen.
• Wenn im Moment der Unterbrechung des Felds E ein Steuerfeld E' auf der seitlichen Elektrode angewendet wird, bewirkt der zur Widerausrichtung von c unter der Wirkung von E' gehörende Fluß v' ein Umkippen der Ausrichtung des Pixels P in den Zustand 1.
• Wird dagegen das Feld E' gleichzeitig mit dem Feld E angewendet und auch gleichzeitig mit diesem abgeschaltet, ist der durch E' bewirkte Fluß in entgegengesetzter Richtung –v' und das Pixel kippt in den Zustand 2.
• Eine andere Variante, die eine hydrodynamische Kopplung ausnutzt und daraus besteht zwei einander gegenüberliegende Verankerungen aufzubrechen, wurde zuvor beschrieben.
• Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die zuvor für die planare Geometrie, die nach dem Aufbrechen homöotrop wird, beschriebenen Beispiele zur Steuerung der Verzweigung beschränkt.
• Tatsächlich ist, wie bereits gesagt, die Erfindung auch auf die Steuerung der Verzweigung für homöotrope oder geneigte Geometrien in der Ruhelage anwendbar. Außerdem kann das Umkippen in zwei Dimensionen geschehen, indem nicht nur der Zenitwinkel der Oberfläche θ, sondern auch der Azimutwinkel φ verwendet wird, wie zuvor für den Fall der hydrodynamischen Kopplung beschrieben wurde. Die Drehung von θ gleich –90° bis +90° kann auch als eine einfache Drehung von φ um 180° aufgefaßt werden. Dies ist wichtig für die Kopplungen mit den seitlichen elektrischen Feldern oder den seitlichen hydrodynamischen Flüssen, die eine wohldefinierte azimutale Richtung haben.
• Es ist außerdem zu bemerken, daß die Umschaltung auf der ganzen Oberfläche eines Pixels auf einmal, zur Ausbildung einer Schwarz-Weiß-Anzeige, oder auf einem variablen Bereich des Pixels, zur Ausbildung einer Grauwertanzeige führt.
• Die Steuerung lediglich eines variablen Bereichs eines Pixels kann entweder durch ein nicht-gleichförmiges Aufbrechfeld auf diesem oder durch nichtgleichförmige Steuerungsmittel der Verzweigung erreicht werden.
• Es ist schließlich zu bemerken, daß in bestimmten Konfigurationen die Mittel zum Aufbrechen der Verankerung und die Mittel, die geeignet sind einen zuvor beschriebenen bistabilen Effekt im Volumen herbeizuführen, auch mit multistabilen und nicht nur mit monostabilen Verankerungen verwendet werden können.
• Bis jetzt wurde in der bisherigen Beschreibung im wesentlichen gezeigt, daß das Aufbrechen planarer Verankerungen die Steuerung eines Übergangs zwischen zwei bistabilen Volumentexturen gestattet. Es handelt sich in diesem Fall um ein vollständiges Aufbrechen – unter einem elektrischen Feld richten sich die Oberflächenmoleküle exakt entlang des Felds aus, wobei sie den Verzweigungspunkt passieren. Das ebenfalls in der vorhergehend Beschreibung erwähnte Aufbrechen der schrägen Verankerungen ist verschieden. Es ist ein teilweises Aufbrechen: die Moleküle nähern sich der Richtung des Felds ohne es jemals zu erreichen und ohne den Verzweigungspunkt zu passieren.
• Wir beschreiben nun die Anwendung dieses teilweisen Aufbrechens der schrägen Verankerungen im Rahmen der Erfindung genauer.
• Das Plättchen mit schräger Verankerung kann zwei verschiedene Funktionen haben: (1) entweder eine Funktion als Sender („Hauptplättchen"). In diesem Fall dient das Plättchen mit schräger Verankerung dazu das andere Plättchen zu steuern. Das Hauptplättchen passiert niemals seinen Verzweigungspunkt und bei der Unterbrechung des Felds kehrt es immer in seine Ausrichtung zurück, wobei es einen sehr starken und schnellen Fluß eines Geschwindigkeitsprofils aussendet. (2) oder eine Funktion als Empfänger („Nebenplättchen"). In diesem Fall bricht das elektrische Feld teilweise die schräge Verankerung auf dem Plättchen auf, kann diese jedoch nicht bis zu ihrem Verzweigungspunkt führen. Trotzdem kommt sie nahe genug an den Verzweigungspunkt, um diesen durch den vom Hauptplättchen ausgesandten hydrodynamischen oder elastischen Effekt zu überschreiten.
• Wir beschäftigen uns zuerst mit dem Fall eines Hauptplättchens mit schräger Verankerung.
• Um den hydrodynamischen Effekt wirksamer zu gestalten, kann als schnelle Geschwindigkeitsprofilquelle ein Plättchen 10 mit schräger Verankerung verwendet werden. Dieses Plättchen 10 steuert durch hydrodynamische Kopplung das andere Plättchen 12, das beispielsweise mit planarer Verankerung gewählt wird (37).
• Wir betrachten nun den Fall, daß die Textur der Zelle vor der Anwendung des elektrischen Aufbrechfelds ohne Verdrillung ist, wobei sie durch die asymmetrischen Verankerungen leicht fächerförmig verdrillt ist (37a). Unter dem Einfluß des aufbrechenden elektrischen Felds, das beispielsweise senkrecht zu den Platten ist, richten sich die Molekühle fast parallel zum Feld aus, wobei sie an den beiden Oberflächen ziehen. Oberhalb der Schwelle (37b) E_c2 bricht die planare Oberfläche 12 auf und erreicht θ_s2 = 0. Auf der schrägen Oberfläche 10 behalten die Moleküle immer einen kleinen Winkel θ_s1, in Bezug auf das Feld bei: für ein schräges Plättchen gibt es keine Aufbrechschwelle der Oberfläche und sie passiert nicht den Verzweigungspunkt (38).
• Wird das Feld plötzlich unterbrochen kippt von E > E_c2 an das schräge Plättchen 10, das sich dann im Ungleichgewicht befindet, schnell in seine Anfangsausrichtung (siehe 39). Der Winkel θ_s1 wächst exponentiell θ_s1 = θ₀₁, exp(t/τ_s), ausgehend vom großen Anfangswert θ₀₁ und nach der Sättigung in Richtung des durch die schräge Verankerung vorgegebenen Werts. Das planare Plättchen 12 ist dagegen im instabilen Gleichgewicht bei t = 0 und kippt langsam um: θ_s2 wächst auch exponentiell, aber ausgehend von einem sehr kleinen Winkel θ₀₂, der durch die Fluktuationen gegeben ist.
• Das von jedem der Plättchen 10, 12 erzeugte Geschwindigkeitsprofil ist proportional zur Ableitung des Winkels bezüglich der Zeit. Es ist für das schräge Plättchen 10 wesentlich stärker (in der Größenordnung von θ₀₁/τ_s » θ₀₂/τ_s). Diese wird somit zu einem Hauptplättchen: sein Fluß des Geschwindigkeitsprofils zieht nach der Ausbreitung über die Probe 20 das planare Nebenplättchen 12 über den Verzweigungspunkt (37c). Es wird somit in der Probe 20 eine Biegung mit einer halben Drehung erzeugt, die sich in eine Verdrillung mit einer halben Drehung umwandelt (37d).
• Alternativ kann zum Beseitigen der halben Drehung die hydrodynamische Kopplung zwischen den Platten 10, 12 unterdrückt werden. Eine Möglichkeit dies zu tun, ist das allmähliche Senken der Spannung über die Schwelle U_c2 hinweg, wie in 40 dargestellt.
• Während des ersten Teils des Pulses (d. h. von t = 0 bis τ₁), wird die Verankerung auf dem planaren Plättchen 12 aufgebrochen und unabhängig von der Anfangstextur erhält man die fast homöotrope Textur der 37b oder 41a . Durch den langsamen Abfall (τ » τ_s) über die Schwelle hinweg ist der vom Hauptplättchen 10 ausgesandte hydrodynamische Effekt wenig wirksam. Das Nebenplättchen 12 wird nun durch die schwache statische elastische Kopplung gesteuert (41b ), die immer die gleichförmige Endtextur bevorzugt (41c ).
• Eine andere Möglichkeit dieselbe Wirkung zu erzielen – d. h. die zuvor in der Probe 20 erhaltene halbe Drehung zu beseitigen – besteht darin, ein elektrisches Rechtecksignal mit zwei Stufen zu verwenden (42). Erneut wird die Anfangstextur während des ersten Teils des Pulses aufgehoben (43a) (von 0 bis τ₁ in der 42). Bei t = τ₁ fällt die Spannung plötzlich auf U₂ ab, die ein klein wenig oberhalb der Schwelle U_c2 liegt. Das Hauptplättchen 10 erzeugt einen starken vorübergehenden hydrodynamischen Strom (43b), der nach und nach verschwindet. Die Verankerung bleibt in der aufgebrochenen Stellung senkrecht. Der elastische Effekt, der in dieser Geometrie dauerhaft ist, zieht es mit und am Ende des Pulses hat das Nebenplättchen 12 bereits eine Ausrichtung (43c), die ohne Feld in Richtung der gleichförmigen Textur relaxiert. Die plötzliche Unterbrechung des Felds bei t = τ₁ + τ₂ erzeugt immer einen kleinen hydrodynamischen Effekt, falls jedoch die Verankerung auf dem planaren Plättchen 12 schwach genug ist (U_c2 < U_c1), ist die hydrodynamische Kopplung zu schwach, um sich gegen den statischen elastischen Effekt zu stellen. Die Endtextur ist wiederum gleichförmig (43d).
• Zum Testen der Effizienz der von einem schrägen Hauptplättchen 10 herbeigeführten Schreib- und Löschvorgänge wurden von den Erfindern sehr dünne Zellen präpariert (Dicke d = 1,5 μm). Auf dem Hauptplättchen 10 wurde eine starke schräge Verankerung gewählt (θ_s1 ≅ 55°), erzeugt durch eine flaches Aufdampfen von SiO auf dem Plättchen 10. Eine schwächere planare Verankerung wurde auf dem Nebenplättchen 12 durch Aufdampfen von SiO unter geeigneten Bedingungen erzeugt. Die planaren Komponenten der beiden Verankerungen wurden zueinander parallel gewählt, wobei diese Anordnung nicht notwendig ist. Während dem Füllen der Probe mit dem Flüssigkristall 5CB entstehen spontan zwei Texturen: die gleichförmige Textur (37a) und die Textur mit einer Verdrillung von einer halben Drehung (37d). Die verdrillte Textur hat eine höhere Energie und nach einigen Sekunden ist sie durch eine Bewegung von Fehlstellen ausgelöscht. Die ganze Probe wird dann spontan gleichförmig.
• Es wird nun ein Rechteckpuls mit der Spannung U und der Dauer τ zwischen den Platten 10, 12 angewendet. Bis U = U_c2(τ), der Aufbrechschwelle der planaren Verankerung des Plättchens 12, beobachtet man nur ein vorübergehendes Flackern, ohne eine Änderung der Textur A. Bei U > U_c2 (im vorliegenden Fall ist die dynamische Schwelle U_c2 zum Aufbrechen der Verankerung gleich 20,8 V für τ = 100 μs) werden dagegen halbe Drehungen auf der ganzen Oberfläche der Zelle verursacht. Wird derselbe Puls auf die verdrillte Textur angewendet, bleibt der Endzustand verdrillt. Es kann also ein Rechteckpuls zum Einschreiben der halben Drehungen verwendet werden. Zum Löschen wird der Puls der 42 mit U₁ = 24 V, τ₁ = 100 μs und U₂, τ₂ variabel angewendet. Mit τ₂ < 50 μs wird niemals gelöscht und es wird die halbe Drehung eingeschrieben, wie mit dem Rechteckpuls. Wird τ₂ verlängert, gibt es immer einen Bereich der Spannung für U2, in dem die halbe Drehung ausgelöscht wird (44).
• Eine andere Probe desselben Typs wurde verwendet, um das Löschen mit einem fortschreitenden Abfall der Spannung, wie in 40 dargestellt, zu versuchen. Mit einer Abfallzeit τ₂ kleiner als 30 μs haben die Erfinder das Einschreiben von halben Drehungen festgestellt. Durch das Verlängern von τ₂ ohne eine Änderung der Spannung U, wurde immer noch eine gleichförmige Endtextur erzielt.
• Diese Beobachtungen bestätigen das zuvor dargelegte Modell und zeigen, daß die Verwendung eines Hauptplättchens mit schräger Verankerung 10 ein sehr effizientes Mittel zur Steuerung des Schreibens und Löschens der halben Drehungen ist. Ähnliche Resultate wurden auch mit Zellen mit einer Vorverdrehung zwischen 0° und 90° erreicht, wobei die Vorverdrehung durch das Drehen eines Plättchens gegenüber dem anderen erreicht wird (wie bereits erklärt wurde, erleichtert diese Geometrie die hydrodynamische Kopplung).
• Es wird nun der Fall eines Nebenplättchens mit schräger Verankerung behandelt.
• Um den Nutzen eines Nebenplättchens mit schräger Verankerung 12 zu verstehen, wird das Aufbrechen der Verankerungen in einer Zelle untersucht, bei der auf den beiden Plättchen 10, 12 die Moleküle schräg verankert sind (45): der Neigungswinkel 0 ist auf dem Hauptplättchen 10 stark und viel schwächer auf dem Nebenplättchen 12.
• Wir beginnen zuerst mit der „gleichförmigen" Textur (ohne Verdrillung) der 45a. Unter der Wirkung eines zu den Platten 10, 12 senkrechten elektrischen Felds nähern sich die Moleküle auf den beiden Oberflächen 10, 12 der Senkrechten an, ohne sie je zu erreichen (45b und 46): für die beiden Oberflächen ist der Verzweigungspunkt auf der anderen Seite der Senkrechten (47). In der 47 stellt Γ_h die hydrodynamische Kopplung dar, Γ_S die elastische Kopplung und m die Richtung der maximalen Verankerungsenergie (Verzweigung).
• Wir nehmen nun an, daß das Feld. stark genug ist, um die Moleküle auf den beiden Oberflächen 10, 12 bis fast zur Senkrechten (θ_s1 ≅ 0, θ_s2 ≅ 0) auszurichten (45b). Beim Unterbrechen des Felds wirkt ein großes elastisches Oberflächendrehmoment Γ_S ≅ (K/l₁)α₁ auf das Hauptplättchen 10 I₁ stellt die Verankerungskraft auf dem Plättchen 10 dar. Die Moleküle auf diesem Plättchen 10 kippen unter Aussendung eines starken Geschwindigkeitsprofil-Flußes in Richtung ihrer Anfangsposition. Das auf das Nebenplättchen 12 übertragene hydrodynamische Drehmoment Γ_h ist in der Größenordnung von K/d und es versucht die Moleküle über die Senkrechte hinaus zu kippen (45c). Ein elastisches Oberflächendrehmoment Γ_S in der Größenordnung von K_{α 2}/I₂ stellt sich diesem entgegen. I₂ stellt die Verankerungskraft auf dem Plättchen 12 dar. Man erhält somit die Bedingung zum Einschreiben der halben Drehungen in dieser Geometrie. K/d > K_{α 2}/I₂, also α₂ < I₂/d, d. h. daß das schräge Nebenplättchen 12 effizient gesteuert werden kann, falls seine Verankerung schwach und seine Neigung ohne Feld Θ₂ sehr nahe bei 90° ist (fast planar). Ist dies der Fall, erhält man die Biegung mit einer halben Drehung der 45d und schließlich die Verdrillung mit einer halben Drehung der 45e.
• Zum Auslöschen wird erneut ein elektrisches Feld auf die verdrillte Textur mit der halben Drehung angewendet (48a). Unter der Wirkung des Felds wandelt sie sich ein eine Biegung mit halbe Drehung um (48b), die es den Molekülen gestattet sich fast überall in der Probe entlang des Felds auszurichten. Es bleibt dennoch in der Nähe des Nebenplättchens 12 eine dünne Zone mit fast planarer Ausrichtung bestehen. Diese Zone ist topologisch in der Textur blockiert: ihre Existenz hängt von der relativen Ausrichtung der beiden Verankerungen und von der Anfangstextur im Volumen ab. In der planaren Zone ist eine große Energie (elastisch und elektrisch) gespeichert und das resultierende Drehmoment zieht an den Molekülen an der Oberfläche in Richtung der Platte 12 und nicht mehr in Richtung der Senkrechten: in dieser Weise ist die planare Zone aus der Probe „ausgeschlossen" und die Energie sinkt (48b und 48c).
• Das Verhalten des Oberflächenwinkels Θ_s2 in Abhängigkeit vom Feld wird in 49 schematisch dargestellt, wobei angenommen wird, das Θ₂ ohne Feld groß und negativ ist (|Θ₂| > 90°, Θ₂ < 0, der Punkt A in der 49). Unter der Wirkung des Felds nimmt |Θ₂| ab (Kurve ABC in der 49) und die Moleküle nähern sich der Ausrichtung |Θ₂| + 90°, die dem Maximum der Verankerungsenergie und damit dem Verankerungsdrehmoment Null entspricht. Beim kritischen Wert E_c des Felds, kann das Verankerungsdrehmoment das elektrische Drehmoment nicht mehr ausgleichen und die Oberfläche wird instabil: Θ_S2 passiert auf der Kurve CD (49) und die Moleküle sind nun auf der anderen Seite der Senkrechten (48d). Wird nun das Feld nach und nach verringert (zur Ausschaltung der hydrodynamischen Kopplung) folgt Θ_S2 der Kurve DE (49) und der Endzustand des Systems ist die nicht verdrillte Textur der 48e: die halbe Drehung ist ausgelöscht.
• Dieser von den Erfindern entdeckte Auslöschmechanismus verwendet ein Aufbrechen der schrägen Verankerung auf dem Nebenplättchen 12, das durch die elastische Wechselwirkung mit dem schrägen Hauptplättchen 10 und der Anfangstextur herbeigeführt wird. Eine Anfangstextur kann durch diesen Mechanismus nur dann ausgelöscht werden, wenn sie eine planare Zone im Volumen enthält. Zum Schreiben einer solchen Textur sind dagegen andere Mittel erforderlich, beispielsweise der hydrodynamischen Effekt: das elastische Aufbrechen der Verankerung des Nebenplättchens 12 ist ein Übergangsphänomen und irreversibel, das Durchlaufen der Kurve CD (49) geschieht nur in einer Richtung.
• Unterbricht man dagegen das Feld vor dem Durchlaufen des Punktes C, kehrt man nach A zurück und bleibt nach dem Unterbrechen des Felds verdrillt. Tatsächlich wiederholt man die Einschreibung, wenn das Feld zu schwach ist um den Punkt C zu überschreiten.
• Um den Nutzen des schrägen Nebenplättchens 12 zu demonstrieren, haben die Erfinder mehrere dünne (d ≅ 1,5 μm) Proben mit schrägen Hauptplättchen 10 präpariert (SiO aufgedampft, Neigungswinkel der Moleküle in Bezug auf die Oberfläche etwa 35°) (Θ₂ = 90° – 35° = 55°). Die Nebenplättchen wurden mit verschiedenen, ausgerichteten Polymeren präpariert (α₂, Neigungswinkel zwischen 2° und 10°).
• Zur Erleichterung der Einschreibung der halben Drehungen durch die hydrodynamische Kopplung wurde durch das Verdrehen einer der Plättchen gegenüber dem anderen ein Vorverdrehungswinkel φ (zwischen 0° und 90°) gewählt. Wie bereits erläutert wurde, unterstützt diese Vorverdrehung den hydrodynamischen Effekt. Das Einschreiben von halben Drehungen wurde für φ nahe bei 80° und mit einer Spannung von 40–50 V beobachtet. Diese Schwierigkeit des Einschreibens wird durch die sehr hohen Verankerungsenergien der Polymerverankerungen bedingt.
• Dagegen konnten die Erfinder in allen Geometrien für Anfangsstrukturen mit einer planaren Zone im Volumen eine Auslöschung durch elastisches Übergangsaufbrechen beobachten. Die schrägen Nebenplättchen können daher für das Einschreiben und Auslöschen von bistabilen Volumentexturen verwendet werden, vorrausgesetzt sie besitzen eine geringe Verankerungsenergie und eine schwache Neigung.
• Die beiden in den zuvor beschriebenen Vorrichtungen verwendeten Volumentexturen sind bistabil: in Abwesenheit eines äußeren Felds können sie nicht in eine andere Textur niedrigerer Energie übergehen, außer durch das Aufbrechen der Oberfläche oder durch Fehlstellen. Bei Abwesenheit eines äußeren Felds und von Fehlstellen ist daher, dank der topologischen Inkompatibilität der beiden Texturen, jede der Texturen für eine unendlich lange Zeit stabil.
• In der Praxis können die beiden Texturen jedoch sehr verschiedene Energien haben, insbesondere im Fall nematischer Flüssigkristalle. Dies kann Fehlstellen erzeugen, die sich mehr oder weniger schnell bewegen und dabei spontan die Textur hoher Energie auslöschen und die andere einschreiben. Diese Eigenschaft kann für bestimmte Anwendungen hinderlich sein, wenn eine lange Speicherzeit der Vorrichtung gefordert wird.
• Die Dauer des spontanen Auslöschvorgangs durch die Bewegung der Fehlstellen hängt von mehreren Parametern ab: Dicke der Zelle, Abmessungen des Pixels, chirale Dotierung, Geometrie (mehr oder weniger große Vorverdrehung), etc. Einige dieser Parameter können eingestellt werden, um die spontane Auslöschzeit zu verlängern oder zu verkürzen. Beispielsweise wird in der 50 die Abhängigkeit der spontanen Auslöschzeit τ_e von der Dicke der Zelle dargestellt (Pixel 2 × 2 mm², nicht dotiertes 5CB nematisches Material, verdrillte Textur mit halber Drehung, die sich in eine gleichförmige Textur ohne Verdrillung umwandelt). Es ist ersichtlich, daß die Zeit τ_e mit der Dicke über einen weiten Bereich (von 0,1 bis 1 Sekunde) veränderlich ist und entsprechend der Anwendung eingestellt werden kann. Die spontanen Auslöschzeit τ_e kann auch durch die Vorverdrehung φ der Zelle gesteuert werden. Bei φ = 90° gleichen sich beispielsweise die Energien der beiden Texturen an und τ_e tendiert gegen unendlich.
• Jedoch sind die Dicke und die Vorverdrehung auch wichtige Parameter für die durch das Feld induzierten Oberflächenübergänge. Es ist daher vorzuziehen, τ_e durch andere Mittel zu steuern, insbesondere durch die spontane Verdrillung, die im nematischen Material durch das Hinzufügen einer schwachen Konzentration eines cholesterischen Materials induziert wird.
• Die Erfinder haben mehrere Proben mit nematisch-cholesterischen Mischungen präpariert, um die spontanen Auslöschzeit τ_θ zu steuern. 51 zeigt das optische Verhalten einer solchen Probe beim Einschreiben der Textur mit halber Drehung (mit 180° verdrillt) und bei deren Auslöschung (gleichförmige Textur, ohne jede Verdrillung). Die Energien der beiden Texturen wurden durch das Hinzufügen von einigen Prozent cholesterischem Material beinahe angeglichen. Als Ergebnis hat sich die Zeit τ_θ auf einige Stunden verlängert; sie ist in Bezug auf die Skala der Figur unendlich groß.
• Zuvor wurde die Möglichkeit beschrieben durch das angleichen ihrer Energien die spontanen Auslöschzeit der bistabilen Texturen zu verlängern. Dies gestattet es einen der wichtigen Vorteile der Eistabilität zu verwenden: nach der Unterbrechung des Felds wird die Endtextur unendlich lange beibehalten, oder wenigstens während einer Zeit τ_θ, die gegenüber der für jede Anwendung spezifischen Auffrischzeit der Vorrichtung τ_r sehr lang ist. Für bestimmte Anwendungen ist τ_r sehr lang oder schlecht definiert. Beispielsweise muß der Bildschirm bestimmter tragbarer Vorrichtungen (Mobiltelefon, elektronische Kalender, elektronisches Notizbuch, etc.) so selten wie möglich aufgefrischt werden um Energie zu sparen. In diesem Fall fordert man τ_e → ∞.
• Es existieren jedoch Anwendungen deren eigene Natur regelmäßige und häufige Auffrischungen erfordert. Beispielsweise fordert man für die Anzeige von Videos τ_r = 20–40 ms (Zeitspanne der Bildwiederholung). In diesem Fall können die bereits beschriebenen bistabilen nematischen Anzeigen in einem neuen metastabilen Modus eingesetzt werden. Weiter unten wird gezeigt, daß solche Anzeigen mit metastabilem Modus gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen bedeutende Vorteile aufweisen.
• Gemäß einem ersten Beispiel können zur Realisierung dieses metastabilen Funktionsmodus zwei bistabile Texturen gewählt werden (52), von denen eine (52A) ohne ein Feld eine wesentlich größere elastische Energie als die andere (52B) hat. Als nicht einschränkendes Beispiel liegt hier schräge Verankerung auf der Platte 10 und eine planate auf der Platte 12 vor, die Textur niedriger Energie B in der 52B ist die nicht-verdrillte, leicht fächerförmige Textur; und die Textur A der 52A ist die verdrillte Textur mit halber Drehung.
• Ohne äußeres elektrisches Feld ist die Textur A metastabil: in einer charakteristischen Zeit τ_e wandelt sie sich durch Keimbildung und Ausbreitung von Fehlstellen in B um. Die Zeit τ_e wird auf τ_e = τ_r eingestellt, die Auffrischfrequenz, indem beispielsweise die Dichte der Keimzentren der Fehlstellen auf den Platten gesteuert wird oder durch Chiralisierung des nematischen Materials. In dieser Weise löscht sich die einmal eingeschriebene Textur A nach τ_r, d. h. am Ende eines Bilds, selbständig aus. Zur Steuerung des Aufbrechens der Verankerung ist nun ein einziger Mechanismus notwendig, derjenige, der die Textur A einschreibt. Für dieses Beispiel kann die bereits beschriebene hydrodynamische Kopplung verwendet werden.
• Ein zweites nicht einschränkendes Beispiel der Vorrichtung mit metastabilem Modus ist in der 53 dargestellt. Dieses Mal wurde eine entgegengesetzte schräge Verankerung auf den beiden Platten 10, 12 gewählt und die Textur A kann durch das irreversible Übergangsaufbrechen der Verankerung auf der Nebenplatte 12 eingeschrieben werden. Unter der Wirkung des Felds E > E_c bricht die Verankerung auf der Platte 12 auf und Ost springt, wie bereits beschrieben, auf die andere Seite der Verzweigung. In diesem bestimmten Fall stehen sich die hydrodynamische und die elastische Kopplung nicht entgegen, sondern verstärken sich zur Einschreibung der Textur A. Die Einschreibung wird sehr effizient und schnell und die Schwelle E_c sinkt.
• Die zuvor beschriebenen metastabilen Anzeigen mit Aufbrechen der Verankerungen weisen insbesondere die folgenden Vorteile auf.
• Die metastabile Anzeige behält alle Vorteile der Eistabilität der Oberfläche, außer dem unendlichen Gedächtnis, das in diesem Fall auf τ_e begrenzt ist. Die Einschreibezeit τ_i ist sehr kurz, typischerweise c 10 μs für U ≅ 20 Volt.
• Ein erster Vorteil der metastabilen Anzeige gegenüber den herkömmlichen nematischen Anzeigen ist ihre steile Schwelle.
• In einer herkömmlichen Anzeige wird eine Texturveränderung (und damit eine optische Reaktion) erzeugt, indem ein starker und kurzer Puls angewendet wird. Die optische Reaktion direkt nach dem Puls in Abhängigkeit von der angewendeten Spannung ist in der 54 dargestellt (Kurve a). Bei U < U_c, der Schwellwertspannung, findet keinerlei Änderung der Textur statt. Bei U > U_c erhält man eine optische Reaktion, deren Amplitude mit der Spannung wächst. Die Schwelle ist durch die allmählichen Übergänge der Texturen, die vor und nach der Steuerspannung ein ganzes Kontinuum von Zwischenzuständen durchlaufen, sehr verbreitert. Diese Verbreiterung begrenzt die Multiplexrate der Systeme mit zeitlich ausgedehnter Reaktion stark.
• Bei den metastabilen Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schwelle U_c sehr steil (Kurve b in 54): es existiert kein allmählicher Übergang B → A mehr, die Anzeige schreibt „ganz oder gar" nicht. Es gibt keine Zwischenzustände, die der optischen Reaktion einen schrittweisen Charakter geben. Der Fachmann weiß, daß eine solche steile Schwelle eine unendliche Multiplexierung gestattet. Dies ist ein bedeutender Vorteil gegenüber den herkömmlichen Volumenanzeigen.
• Ein anderer Vorteil der Erfindung gegenüber Volumenanzeigen mit nematischen Flüssigkristallanzeigen ist die Möglichkeit die Auslöschzeit τ_e entsprechend der Anwendung einzustellen ohne die Dauer und die Spannung der Steuerpulse zu ändern. τ_e kann beispielsweise durch cholesterische Dotierung oder durch die Dichte der Keimzentren der Fehlstellen eingestellt werden, unabhängig von der Aufbrechschwelle der Oberflächen. Dagegen gibt es bei den herkömmlichen nematischen Volumenanzeigen einen Zusammenhang zwischen der Einschreibezeit τ_i, der Auslöschzeit ohne Feld τ_θ und der Schwellwertspannung U_c: τ_e = τ_i U_c ²/U_o ², wobei U_o ≅ 1 V für nematische Materialien mit starker dielektrischer Anisotropie. Für eine schnelle Einschreibung (τ_i ~ 10 μs) und ein Auslöschen mit Videofrequenz (τ_e 40 ms) erhält man für eine nematische Volumenanzeige U_c ≅ 60 V gegenüber nur U_c 15 V für eine metastabile Anzeige der Erfindung (55).
• Die Erfinder haben eine Zelle mit der Geometrie in der 52 realisiert, die dem ersten zuvor genannten Beispiel mit einem 5CB nicht-dotierten Flüssigkristall entspricht. Das Hauptplättchen 10 ist schräg (SiO flach aufgedampft, Θ_s1 ≅ 55°) und das Nebenplättchen 12 ist planar (SiO, Θ_s2 ≅ 90°). Die Dicke der Zelle ist durch Kugelabstandselemente (d = 1,5 μm) festgelegt, die auf dem planaren Plättchen 12 angeordnet sind. Die Textur A (Verdrillt mit halber Drehung) wird mit kurzen Rechteckpulsen eingeschrieben. Die sehr niedrige Einschreibschwelle dieser Zelle (55) bestätigt die Effizienz der hydrodynamischen Steuerung durch das schräge Masterplättchen 10. Das spontane Auslöschen geschieht durch Keimbildung der Fehlstellen auf den Abstandskugeln, deren Dichte hoch genug gewählt wurde, um eine sinnvoll kurze Auslöschzeit τ_e ~ 300 ms zu erzielen ( 56).
• In einer zweiten Zelle, die dem zweiten zuvor genannten Beispiel entspricht, haben die Erfinder die Einschreibung durch elastisches Aufbrechen in der Geometrie der 53 getestet. Diese Zelle, aufgefüllt mit reinem 5CB, ist dicker (d = 3,3 μm), um zu zeigen, daß der elastische Effekt nicht kritisch von der Dicke abhängt. Das Hauptplättchen 10 hat eine stark schräge Verankerung (SiO flach aufgedampft, Θ_s1 ≅ 55°), während das Nebenplättchen 12, präpariert durch die Ablagerung einer feinen Schicht PVA auf aufgedampftem SiO, leicht schräg ist (Θ_s2 ≅ 86°). Wiederum ist die Einschreibeschwelle für den Zustand mit halber Drehung sehr niedrig (E_c = 11 V/μm für τ_i ~ 10 μs), was die Effizienz des elastischen Mechanismus für das Aufbrechen der Verankerung zeigt. Für diese dicke Zelle wird τ_e ~ 3s gemessen.
• Es werden nun die Anregungsmodalitäten im Wechselfeld gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Aus praktischen Gründen werden Flüssigkristallanzeigen vorzugsweise durch „Wechsel"-Signale gesteuert, derart, daß der mittlere Wert der angewendeten Spannung so niedrig wie möglich ist. Dies gestattet es die irreversiblen elektrochemischen Prozesse zu vermeiden, die die Lebensdauer der Anzeige begrenzen. Die Erfinder haben experimentell die Gleichwertigkeit von „polaren" und „wechselnden" Signalen zur Steuerung des Aufbrechens der Oberfläche gezeigt. Dies rührt physikalisch von der Tatsache her, daß die auf die Obertläche übertragenen Volumendrehmomente in erster Linie dielektrischen Ursprungs sind (~E²) und nicht vom Vorzeichen des Felds abhängen.
• Als Beispiel haben die Erfinder die Gleichwertigkeit für die Einschreibung eines „polaren" Signals der Amplitude V_p = 13 V und der Dauer τ = 40 μs, wie in 57 dargestellt, mit einem „wechselnden" Rechtecksignal mit sehr ähnlicher Amplitude V_a = 13 V und der gleichen Dauer, wie in 58 dargestellt, gezeigt.
• Dieselbe Gleichwertigkeit wird für die Auslöschsignale beobachtet: eine polare Spannung V'_p = 5 V, τ = 240 μs ergibt eine Auslöschung, eine benachbarte wechselnde Spannung V'_a = 5,3 V ergibt dieselbe Auslöschung.
• Die Erfinder haben einen kleinen Unterschied zwischen zwei „wechselnden" Signalen mit umgekehrter Phase beobachtet, wie in den 59 und 60 dargestellt. Dieser Unterschied rührt von einem schwachen Beitrag der Flexoelektrizität zum Aufbrechen der Oberflächenverankerung her. Sie beobachten beispielsweise, daß das Signal der 59 bei V₊ = 5,8 V, τ = 240 μs die halbe Drehung einschreibt und daß das Signal V_– derselben Amplitude und derselben Dauer der 60 eine Auslöschung bewirkt. Dies kann es in der Praxis gestatten, nur die Phase der Wechselsignale zur Steuerung des Aufbrechens der Oberflächen zu verwenden, so wie zuvor für die Verwendung des Vorzeichens der polaren Signale beschrieben.
• [22] P. G. de Gennes, "The Physics of Liquid Crystals", Clarendon Press, Oxford 1974.
• [23] Journal of Applied Physics, Band 64, Nr. 2, S. 614–628, 1988, "Origin and characteristics of the optical properties of general twisted nematic liquid crystal displays", H. L. Ong.
• [24] Journal de Physique Lettres, Band 46, S. L195–L200, 1985, „Linear flexoelectro-optic effect in a hybrid aligned nematic liquid crystal cell", N. V. Madhusudana and G. Durand.
• [25] Europhysics Letters, Band 5, Nr. 8, S. 697–702, 1988, „Order Electricity and Oblique Nematic Orientation on Rough Solid Surfaces", M. Monkade, M. Boix, G. Durand.

Claims (126)

1. Anzeigeverfahren mit Hilfe einer Vorrichtung, die zwei transparente parallele Platten (10, 12), die auf ihren inneren Oberflächen mit Elektroden ausgestattet sind, umfaßt und die ein Flüssigkristallmaterial (20) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt, die darin bestehen, – eine monostabile Verankerung mit jeder Platte (10, 12) zu definieren, – auf Befehl eine Spannung, die ausreichend hoch ist, um mindestens eine dieser Verankerungen zu brechen, anzuwenden und – infolge dieses Bruches einen bistabilen Volumeneffekt zu induzieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, der darin besteht, die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) zu brechen.
3. verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabilen Verankerungen planar sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabilen Verankerungen homeotrop sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der monostabilen Verankerungen schiefwinklig bezüglich der Platten (10, 12) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Verankerungen homeotrop und die andere planar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Verankerung planar und die andere schiefwinklig ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Verankerungen homeotrop und die andere schiefwinklig ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, der darin besteht, auf Befehl eine Spannung anzulegen, die ausreichend hoch ist, um mindestens eine der Verankerungen zu brechen, darin besteht, ein zu den Platten (10, 12) senkrechtes elektrisches Feld aufzugeben.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung, die bricht, planar ist und das Flüssigkristall eine positive dielektrische Anisotropie besitzt.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung, die bricht, homeotrop ist und das Flüssigkristall eine negative dielektrische Anisotropie besitzt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, der darin besteht, das Flüssigkristall in eine instabile Lage zu bringen, in der die elastische Energie der Wechselwirkung der Moleküle der Oberfläche des Flüssigkristalls mit der Oberfläche der Platten (10, 12) maximal ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch die Anwendung eines seitlichen elektrischen Feldes auf die Vorrichtung induziert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt induziert wird durch ineinandergreifende Elektroden (50, 52) auf der einen der Platten (10), die der Platte (12), deren Verankerung gebrochen ist, gegenüberliegt, und durch Mittel, die geeignet sind, eine Steuerspannung auf mindestens einer Elektrode, die aus diesen Elektroden alternativ ausgewählt wird, anzulegen.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch mindestens eine Elektrode (60) induziert wird, die mindestens einen Rand (62) besitzt, der ein stärkerer Leiter als ihr zentraler Teil (54) ist.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch Elektroden auf der Schmalseite der Vorrichtung induziert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch Mittel induziert wird, die geeignet sind, einen hydrodynamischen Effekt zu generieren.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch Mittel induziert wird, die geeignet sind, eine Scherkraft auf die Flüssigkristallmoleküle nahe der Platte, dessen Verankerung gebrochen ist, zu generieren.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch Mittel induziert wird, die geeignet sind, eine mechanische Verschiebung wenigstens eines Teils der Platte z. B. mit Hilfe eines piezoelektrischen Systems oder mit Hilfe von Schallwellen durchzuführen.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch Mittel induziert wird, die geeignet sind, eine transversale mechanische Belastung auf die Platten sicherzustellen.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch Mittel induziert wird, die eine Hilfselektrode (c) aufweisen, die neben einer Elektrode (p), die ein Pixel definiert, angeordnet ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung zur Hilfselektrode (c) schiefwinklig ist und daß das Verfahren darin besteht, selektiv ein Steuerfeld auf die Hilfselektrode in dem Moment anzuwenden, in dem man das elektrische Feld auf der Pixelelektrode (p) abschaltet, oder ein Steuerfeld auf die Hilfselektrode zur gleichen Zeit wie das elektrische Feld auf der Pixelelektrode (p) anzuwenden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Volumeneffekt durch eine hydrodynamische Kopplung zwischen den beiden Platten (10, 12) induziert wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Pixel definieren und daß das Verfahren darin besteht, auf homogene Weise die gesamte Oberfläche eines der Pixel zu steuern.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, einen variablen Teil eines Pixels zu steuern.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß: – die Platten (10, 12) verschiedene Verankerungsschwellen definieren, – die Dicke der Vorrichtung zwischen den beiden Platten (10, 12) ausreichend gering ist, um eine hydrodynamische Kopplung zwischen deren internen Oberflächen zu ermöglichen, und – das Verfahren darin besteht, zwischen den Elektroden der zwei Platten alternativ einen Puls eines elektrischen Feldes zum Schreiben anzuwenden, der über einer Schwelle liegt, die geeignet ist, die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) zu brechen, um nach Unterbrechung dieses elektrischen Feldes einen ersten stabilen gedrehten Zustand zu definieren, der aus einer hydrodynamischen Kopplung zwischen den zwei Platten (10, 12) resultiert und darin, ein zweites elektrisches Feld, das unterhalb der besagten Schwelle, die geeignet ist, eine einzelne Verankerung zu brechen, liegt oder eine langsam variierende absteigende Flanke hat, anzuwenden, um die Umschaltungen auf den zwei Platten zu entkoppeln, um einen zweiten homogenen stabilen Zustand zu definieren.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial (20) ein nematisches Flüssigkristall ist.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial (20) ein cholesterinisches Flüssigkristall ist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial (20) eine positive dielektrische Anisotropie besitzt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Flüssigkristallmaterials geringer als l/θ_s ist, wobei in dieser Beziehung: 1 die Extrapolationslänge darstellt, die die zenitale Verankerungsenergie definiert, und θ_S den Winkel der Moleküle zur Oberfläche darstellt.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Flüssigkristalls der Beziehung gehorcht: d/l < (η²/Kρ)^1/3 in der: l die Extrapolationslänge darstellt, die die zenitale Verankerungsenergie definiert, η eine Viskosität darstellt, K die elastische Krümmungskonstante ist, und ρ die spezifische Masse ist.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Flüssigkristallmaterials kleiner als L/θ_S ist, wobei in dieser Beziehung L die Extrapolationslänge darstellt, die die azimutale Verankerungsenergie definiert und θ_S den Winkel der Moleküle zur Oberfläche darstellt.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Flüssigkristallmaterials (20) kleiner als 5 μm ist.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) untereinander nicht parallel sind.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet., daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) untereinander parallel sind.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) zueinander orthogonal sind.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) zueinander nicht orthogonal sind.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) etwa um 45° oder 135° gedreht sind.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Matrixdisplay verwendet, das Zeilen und Spalten aufweist und daß es Versorgungsmittel (40) einsetzt, die ausgebildet sind, um eine Zeile zu öffnen, indem auf sie eine Spannung aufgegeben wird, die etwas unterhalb von v = E₁₀d ist, der oberen Spannungsschwelle der am härtesten zu brechenden Oberfläche, und um auf die Spalten eine Spannung ±v < ± |E1-E2|d aufzugeben, was eine Spannung unterhalb des Spannungsunterschieds zwischen den Schwellen der zwei Oberflächen ist.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Spalten aufgegebene zeitlich Bemittelte Spannung unterhalb der Instabilitätsschwelle von Freedericksz ist.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlungen auf den zwei Platten (10, 12) ausgebildet sind, um Verankerungsschwellen zu definieren, die sich um 5 bis 10% unterscheiden.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschwellen von der Polarität des angewendeten elektrischen Feldes abhängen.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial (20) mit Ionen dotiert ist, die es ermöglichen, die Umschaltschwellen der Moleküle wenigstens auf einer der Platten zu modifizieren.
44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen aus der Gruppe ausgewählt sind, die Natriumtetraphenylborat, Tetrabutylammoniumchlorid und Cetyltributylammoniumbromid umfaßt.
45. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallzeit der Steuerspannung zum Schreiben kleiner als 30 μs ist.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallzeit der Steuerspannung zum Löschen größer als 30 μs ist.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt zur Anwendung einer elektrischen Wechselspannung umfaßt.
48. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, Pulse eines elektrischen Feldes zum Schreiben mit einer Amplitude über der Bruchschwelle der Verankerung mit der Platte (12), die der Hauptplatte (10) mit schiefwinkliger Verankerung gegenüberliegt, anzuwenden.
49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, ein elektrisches Feld zum Löschen anzuwenden, dessen Amplitude progressiv abnimmt, um standardmäßig die Bruchschwelle der Verankerung mit der Platte (12), die gegenüber der Hauptplatte (10) mit schiefwinkliger Verankerung liegt, zu überschreiten.
50. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, ein elektrisches Feld zum Löschen anzuwenden, das aus zwei aufeinanderfolgenden Stufen zusammengesetzt ist: die eine, erste Stufe, die deutlich über der Bruchschwelle der Verankerung mit der Platte (12), die gegenüber der Hauptplatte (10) mit schiefwinkliger Verankerung liegt, ist, und die andere, zweite Stufe, die gerade etwas oberhalb dieser Bruchschwelle der Verankerung ist, um den hydrodynamischen Effekt beim Abschalten dieser zweiten Stufe zu begrenzen.
51. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) schiefwinklig sind.
52. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Verankerung mit einer Hauptplatte (10) groß ist und für eine Nebenplatte (12) geringer ist.
53. Verfahren nach einem der Ansprüche 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, Pulse eines elektrischen Feldes zum Schreiben mit einer Amplitude über der Bruchschwelle der Verankerung auf den zwei Platten (10, 12) anzuwenden.
54. Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, ein elektrisches Feld zum Löschen mit einer Amplitude über der Bruchschwelle der Verankerung mit der Nebenplatte (12) mit schiefwinkliger Verankerung anzuwenden.
55. Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) im Ruhezustand eine Vorverdrehung aufweisen, die den hydrodynamischen Effekt begünstigt.
56. Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) um 90° verdreht sind.
57. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall eine nematisch-cholesterinische Mischung umfaßt.
58. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für einen metastabilen Betrieb die Verankerungen mit den Platten (10, 12) bei Abwesenheit des Feldes zwei Texturen definieren: die eine mit einer viel größeren elastischen Energie als die andere.
59. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Texturen einer schiefwinkligen Verankerung mit einer Platte (10) und einer planaren Verankerung mit der anderen (12) entsprechen.
60. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Texturen schiefwinkligen Verankerungen mit jeder der Platten entsprechen.
61. Verfahren nach einem der Ansprüche 58 bis 60, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwei Texturen die eine einer nicht-verdrehten leicht fächerförmigen Textur und die andere einer halbkreisartig verdrehten Textur entspricht.
62. Verfahren nach einem der Ansprüche 58 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, der darin besteht, Fehlstellenkeimbildungszentren mit kontrollierter Dichte in Kontakt mit dem Flüssigkristall zu bringen.
63. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß die Textur der Moleküle der LCD in dem Volumen eine planate Zone aufweist und daß es darin besteht, Pulse eines elektrischen Feldes mit einer Amplitude über der Schwelle des irreversiblen Bruches anzuwenden, um die stabile Textur, die in dem Volumen eine planate Zone aufweist, in eine andere stabile Textur umzuwandeln.
64. Anzeigevorrichtung, die zwei transparente parallele Platten (10, 12), die auf ihren inneren Oberflächen mit Elektroden ausgestattet sind, umfaßt und die ein Flüssigkristallmaterial (20) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: – Mittel, die eine monostabile Verankerung mit jeder Platte (10, 12) definieren, – Mittel (40), die auf Befehl einen Bruch mindestens einer dieser Verankerungen bei jedem Umschalten der Anzeige sicherstellen, und Mittel, die geeignet sind, einen hydrodynamischen Effekt zu generieren, um infolge dieses Bruches einen bistabilen Volumeneffekt zu induzieren.
65. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verankerungsbruch (40) ausgebildet sind, um die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) zu brechen.
66. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabilen Verankerungen planar sind.
67. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabilen Verankerungen homeotrop sind.
68. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der monostabilen Verankerung schiefwinklig bezüglich der Platten (10, 12) ist.
69. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Verankerungen homeotrop und die andere planar ist.
70. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Verankerungen planar und die andere schiefwinklig ist.
71. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Verankerungen homeotrop und die andere schiefwinklig ist.
72. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 bis 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verankerungsbruch elektrische Steuermittel umfassen, die geeignet sind, ein elektrisches Feld aufzugeben.
73. Vorrichtung nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verankerungsbruch Mittel umfassen, die geeignet sind, ein zu den Platten (10, 12) senkrechtes elektrisches Feld aufzugeben.
74. Vorrichtung nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung planar ist und das Flüssigkristall eine positive dielektrische Anisotropie besitzt.
75. Vorrichtung nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung homeotrop ist und das Flüssigkristall eine negative elektrische Anisotropie besitzt.
76. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 bis 75, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verankerungsbruch ausgebildet sind, um das Flüssigkristall in eine instabile Lage zu bringen, in der die elastische Energie der Wechselwirkung der Moleküle der Oberfläche des Flüssigkristalls mit der Oberfläche der Platten (10, 12) maximal ist.
77. Vorrichtung nach einem Ansprüche 64 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, Mittel umfassen, die geeignet sind, ein seitliches elektrisches Feld auf die Vorrichtung anzuwenden.
78. Vorrichtung nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, ineinandergreifende Elektroden (50, 52) auf der einen der Platten (10) aufweisen, die der Platte (12), deren Verankerung gebrochen ist, gegenüberliegt, und Mittel aufweisen, die geeignet sind, eine Steuerspannung auf mindestens einer Elektrode, die aus diesen Elektroden alternativ ausgewählt wird, anzulegen.
79. Vorrichtung nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, mindestens eine Elektrode (60) umfassen; die mindestens einen Rand (62) besitzt, der ein stärkerer Leiter als ihr zentraler Teil (64) ist.
80. Vorrichtung nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, Elektroden auf der Schmalseite der Vorrichtung umfassen.
81. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 bis 74, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, Mittel umfassen, die geeignet sind, eine Scherkraft auf die Flüssigkristallmoleküle nahe der Platte, dessen Verankerung gebrochen ist, zu generieren.
82. Vorrichtung nach Anspruch 81, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, Mittel umfassen, die geeignet sind, eine mechanische Verschiebung wenigstens eines Teils der Platte z. B. mit Hilfe eines piezoelektrischen Systems oder mit Hilfe von Schallwellen durchzuführen.
83. Verfahren nach Anspruch 81, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, Mittel umfassen, die geeignet sind, eine transversale mechanische Belastung auf die Platten sicherzustellen.
84. Vorrichtung nach Anspruch 81, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, Mittel umfassen, die eine Hilfselektrode (c) aufweisen, die neben einer Elektrode (p), die ein Pixel definiert, angeordnet ist.
85. Vorrichtung nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung mit der Hilfselektrode (c) schiefwinklig ist und Mittel vorgesehen sind, die selektiv ein Steuerfeld auf die Hilfselektrode in dem Moment anwenden, in dem man das elektrische Feld auf der Pixelelektrode (p) abschaltet, oder die ein Steuerfeld auf die Hilfselektrode zur gleichen Zeit wie das elektrische Feld auf der Pixelelektrode (p) anwenden.
86. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 bis 74, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die einen bistabilen Volumeneffekt induzieren, Mittel umfassen, die eine hydrodynamische Kopplung zwischen den zwei Platten (10, 12) definieren.
87. Verfahren nach einem der Ansprüche 64 bis 86, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verankerungsbruch und zur bistabilen Volumenumschaltung ausgebildet sind, um auf homogene Weise die gesamte Oberfläche eines Pixels zu steuern.
88. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 bis 86, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Mittel zum Verankerungsbruch und zur bistabilen Volumenumschaltung ausgebildet ist, um einen variablen Teil eines Pixels zu steuern.
89. Vorrichtung nach Anspruch 81 oder 86 in Kombination mit Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß: – die Platten (10, 12) verschiedene Verankerungsschwellen definieren, – die Dicke der Vorrichtung zwischen den beiden Platten (10, 12) ausreichend gering ist, um eine hydrodynamische Kopplung zwischen deren internen Oberflächen zu ermöglichen, und – die elektrischen Steuermittel Mittel (40) umfassen, die zwischen den Elektroden der zwei Platten alternativ einen Puls eines elektrischen Feldes zum Schreiben anwenden, der über einer Schwelle liegt, die geeignet ist, die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) zu brechen, um nach Unterbrechung dieses elektrischen Feldes einen ersten stabilen gedrehten Zustand zu definieren, der aus einer hydrodynamischen Kopplung zwischen den zwei Platten (10, 12) resultiert, und die ein zweites elektrisches Feld anwenden, das unterhalb der besagten Schwelle, die geeignet ist, eine einzelne Verankerung zu brechen, liegt oder eine langsam variierende absteigende Flanke hat, um die Umschaltungen auf den zwei Platten zu entkoppeln, um einen zweiten homogenen stabilen Zustand zu definieren.
90. Vorrichtung nach Anspruch 89, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial (20) ein nematisches Flüssigkristall ist.
91. Vorrichtung nach Anspruch 89, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall (20) ein cholesterinisches Flüssigkristall ist.
92. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 91, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial (20) eine positive elektrische Anisotropie besitzt.
93. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 92, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Flüssigkristallmaterials geringer als l/θ_S ist, wobei in dieser Beziehung: l die Extrapolationslänge darstellt, die die zenitale Verankerungsenergie definiert, und θ_S den Winkel der Moleküle zur Oberfläche darstellt.
94. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 93, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Flüssigkristallmaterials der Beziehung gehorcht: d/l < (η2/Kρ)1/3 in der: l die Extrapolationslänge darstellt, die die zenitale Verankerungsenergie definiert, η eine Viskosität darstellt, K die elastische Krümmungskonstante ist, und ρ die spezifische Masse ist.
95. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 94, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Flüssigkristallmaterials kleiner als L/θ_S ist, wobei in dieser Beziehung L die Extrapolationslänge darstellt, die die azimutale Verankerungsenergie definiert und θ_S den Winkel der Moleküle zur Oberfläche darstellt.
96. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 95, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) des Flüssigkristallmaterials (20) kleiner als 5 μm ist.
97. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 96, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) untereinander nicht parallel sind.
98. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 96, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) untereinander parallel sind.
99. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 96, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) zueinander orthogonal sind.
100. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 96, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) zueinander nicht orthogonal sind.
101. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 97, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der leichten Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) etwa um 45° oder 135° gedreht sind.
102. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 101 in Kombination mit Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Matrixdisplay ausgebildet ist, das Zeilen und Spaltetn aufweist und daß die elektrischen Steuermittel (40) ausgebildet sind, um eine Zeile zu öffnen, indem auf sie eine Spannung aufgegeben wird, die etwas unterhalb von V = E₁₀d ist, der oberen Spannungsschwelle der am härtesten zu brechenden Oberfläche, und um auf die Spalten eine Spannung ±v < ± |E1–E2|d aufzugeben, was eine Spannung unterhalb des Spannungsunterschiedes zwischen den Schwellen der zwei Oberflächen ist.
103. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Spalten aufgegebene zeitlich gemittelte Spannung unterhalb der Instabilitätsschwelle von Freedericksz ist.
104. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 103, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlungen auf den zwei Platten (10, 12) ausgebildet sind, um Verankerungsschwellen zu definieren, die sich um 5 bis 10% unterscheiden.
105. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 104, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschwellen von der Polarität des angewendeten elektrischen Feldes abhängen.
106. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 105, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial (20) mit Ionen dotiert ist, die es ermöglichen, die Umschaltschwellen der Moleküle wenigstens auf einer der Platten zu modifizieren.
107. Vorrichtung nach Anspruch 106, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen aus der Gruppe ausgewählt sind, die Natriumtetraphenylborat, Tetrabutylammoniumchlorid und Cetyltributylammoniumbromid umfaßt.
108. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 107, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallzeit der Steuerspannung zum Schreiben kleiner als 30 μs ist.
109. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 108, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallzeit der Steuerspannung zum Löschen größer als 30 μs ist.
110. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 89 bis 109 in Kombination mit Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuermittel (40) ausgebildet sind, um eine elektrische Wechselspannung anzuwenden.
111. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 68 oder 70 in Kombination mit Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuermittel ausgebildet sind, um Pulse eines elektrischen Feldes zum Schreiben mit einer Amplitude über der Bruchschwelle der Verankerung mit der Platte (12), die der Hauptplatte (10) mit schiefwinkliger Verankerung gegenüberliegt, anzuwenden.
112. Vorrichtung nach Anspruch 111, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuermittel ausgebildet sind, um ein elektrisches Feld zum Löschen anzuwenden, dessen Amplitude progressiv abnimmt, um standardmäßig die Bruchschwelle der Verankerung mit der Platte (12), die gegenüber der Hauptplatte mit schiefwinkliger Verankerung liegt, zu überschreiten.
113. Vorrichtung nach Anspruch 111, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuermittel ausgebildet sind, um ein elektrisches Feld zum Löschen anzuwenden, das aus zwei aufeinanderfolgenden Stufen zusammengesetzt ist: die eine, erste Stufe, die deutlich über der Bruchschwelle der Verankerung mit der Platte (12), die gegenüber der Hauptplatte (10) mit schiefwinkliger Verankerung liegt, ist, und die andere, zweite Stufe, die gerade etwas oberhalb dieser Bruchschwelle der Verankerung ist, um den hydrodynamischen Effekt beim Abschalten dieser zweiten Stufe zu begrenzen.
114. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) schiefwinklig sind.
115. Vorrichtung nach Anspruch 114, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Verankerung mit einer Hauptplatte (10) groß ist und für eine Nebenplatte (12) geringer ist.
116. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 114 oder 115 in Kombination mit Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuermittel Mittel umfassen, die Pulse eines elektrischen Feldes zum Schreiben mit einer Amplitude über der Bruchschwelle der Verankerung mit den zwei Platten (10, 12) anwenden.
117. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 114 bis 116, in Kombination mit Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuermittel Mittel umfassen, die ein elektrisches Feld zum Löschen mit einer Amplitude über der Bruchschwelle der Verankerung mit der Nebenplatte (12) mit schiefwinkliger Verankerung anwenden.
118. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 114 bis 117, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) im Ruhezustand eine Vorverdrehung aufweisen, die den hydrodynamischen Effekt begünstigt.
119. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 114 bis 118, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungen mit den zwei Platten (10, 12) um 90° verdreht sind.
120. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 bis 119, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall eine nematisch-cholesterinische Mischung umfaßt.
121. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß für einen metastabilen Betrieb die Verankerungen mit den Platten (10, 12) bei Abwesenheit des Feldes zwei Texturen definieren: die eine mit einer viel größeren elastischen Energie als die andere.
122. Vorrichtung nach Anspruch 121, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Texturen einer schiefwinkligen Verankerung mit einer Platte (10) und einer planaren Verankerung mit der anderen (12) entsprechen.
123. Vorrichtung nach Anspruch 121, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Texturen schiefwinkligen Verankerungen mit jeder der Platten entsprechen.
124. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 121 bis 123, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwei Texturen die eine einer nicht-verdrehten leicht fächerförmigen Textur und die andere einer halbkreisartig verdrehten Textur entspricht.
125. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 121 bis 124, dadurch gekennzeichnet, daß sie Fehlstellenkeimbildungszentren mit kontrollierter Dichte in Kontakt mit dem Flüssigkristall umfaßt.
126. Vorrichtung nach Anspruch 115, dadurch gekennzeichnet, daß die Textur der Moleküle der LCD in dem Volumen eine planare Zone aufweist und daß die Vorrichtung Mittel umfaßt, die geeignet sind, Pulse eines elektrischen Feldes mit einer Amplitude über der Schwelle des irreversiblen Bruches anzuwenden, um die stabile Textur, die in dem Volumen eine planare Zone aufweist, in eine andere stabile Textur umzuwandeln.