DE69630431T2

DE69630431T2 - Bistabile nematische Flüssigkristallanzeige mit Graustufenfähigkeit

Info

Publication number: DE69630431T2
Application number: DE69630431T
Authority: DE
Inventors: Riccardo Barberi; Georges Durand; Roberto Bartolino; Michèle Giocondo; Ivan Dozov; Jun Li
Original assignee: Istituto Nazionale per la Fisica della Materia INFM CNR
Current assignee: Istituto Nazionale per la Fisica della Materia INFM CNR
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: EP0773468B1; US5995173A; FR2741165A1; DE69630431D1; FR2741165B1; ATE252737T1; JPH09274205A; EP0773468A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen.
Zahlreiche Flüssigkristallanzeigevorrichtungen sind bereits vorgeschlagen worden.
Der Fachmann weiß, dass man unter Ausnutzung der Eigenschaften der bistabilen Verankerung nematischer Flüssigkristalle elektrooptische Einrichtung herstellen kann, die gekennzeichnet sind durch eine sehr schnelle elektrische Adressierung, die in der Ordnung von einigen Mikrosekunden erfolgt, und sehr kurzen optischen Reaktionszeiten, die in der Ordnung von einer Millisekunde liegen. Diese Eigenschaften machen es möglich, großflächige Matrizen hoher Auflösung und mit unbegrenzten Möglichkeiten beim Multiplexen herzustellen.
Bis heute wurden zwei bistabile Hauptanzeigeeinrichtungen vorgeschlagen, die auf Oberflächeneigenschaften beruhen. Bei einer wird ein flexoelektrischer Effekt ausgenutzt, siehe WO-A-92/00546, bei der anderen wird ein elektrochiraler Effekt ausgenutzt, siehe WO-A-91/11747. Bei diesen beiden Einrichtungen wird eine Sandwich-Struktur verwendet, bei der eine Flüssigkristallschicht zwischen zwei transparenten Platten angeordnet ist. Es sind zwei Strukturen mit genau definiertem Volumen, die aber unterschiedliche optische Eigenschaften haben. Diese beiden Strukturen werden durch eine geeignete Wahl der Oberflächendirektoren auf den beiden Begrenzungsplatten definiert.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten bistabilen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen weiterzuentwickeln, so dass Graustufen erzeugt werden können, was bei den bisher bekannten bistabilen Anzeigeeinrichtungen nicht möglich ist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einer Anzeigeeinrichtung nach dem beigefügten Anspruch 1 erreicht, der bezüglich Applied Physics Letters, Band 60 (1992), R. Barberi, in Oberbegriff und kennzeichnenden Teil abgegrenzt ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Eigenschaft der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung außerdem sekundäre elektrische Versorgungseinrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Felds an das Material des Flüssigkristalls zum Löschen, so dass eine gleichförmige Verankerungsorientierung an der Platte mit einer quasibistabilien Verankerung wieder herstellbar ist.
Wie im Folgenden erläutert werden wird, ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, einen variablen Kontrast und folglich variable Graustufen zu erzeugen, indem die Größe der Pulse von den elektrischen Hauptversorgungseinrichtungen zum Erzeugen des elektrischen Feldes modifiziert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Eigenschaft der vorliegenden Erfindung bilden die Platten im Ruhezustand eine Hybridstruktur für die Flüssigkristallmoleküle: planar auf der Platte mit der quasi-bistabilen Verankerung und homöotrop auf der gegenüberliegenden Platte.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist eine der Platten, vorzugsweise die Platte gegenüber derjenigen, die die quasi-bistabile Verankerung definiert, dazu ausgelegt, Ladungen von bestimmter Polarität in das Material des Flüssigkristalls zu injizieren.
Weitere Eigenschaften, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Einzelheiten, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, die jedoch nur als Beispiel dienen.
1 zeigt schematisch eine Anzeigevorrichtung mit Flüssigkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt schematisch eine Fluidverschiebung in dem Volumen des Flüssigkristalls, sobald die Felici-Schwelle erreicht wird.
3 zeigt schematisch eine Hybridstruktur, homöotrop/planar, gemäß einer Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung im Ruhezustand.
4 zeigt die verdrillte Struktur des Flüssigkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall, dass bei vorhandenen Oberflächenstrukturen ein geeignetes elektrisches Feld angelegt wurde.
5 zeigt die Darstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Ruhezustand.
Die 6, 7 und 8 zeigen die gleiche Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anlegen von Pulsen eines elektrischen Feldes mit steigender Amplitude.
Die 9a und 9b zeigen die durchgelassene Intensität in Abhängigkeit von dem angelegten elektrischen Feld für zwei erfindungsgemäße Anzeigevorrichtungen.
Die 10a, 10b und 10c zeigen das durchgelassene Licht in Abhängigkeit von der Zeit für drei erfindungsgemäße Anzeigevorrichtungen, die jeweils zum Schreiben bzw. Löschen von ihren Graustufen mit alternierenden Polaritäten gepulst werden.
11 zeigt eine ähnliche Kurve bei Pulsen mit einer Intensität, die nicht ausreicht, um stabile Oberflächenstrukturen erzeugen zu können.
12 zeigt die Kurve einer Steuerspannung mit der erforderlichen Größe in Abhängigkeit von ihrer Dauer.
13 zeigt schematisch den Verlauf eines Ionenstroms in Abhängigkeit von der Zeit bei positiven bzw. negativen Steuerpulsen.
14a und 14b zeigen Ionenströme bei zwei Vorrichtungen mit Steuerpulsen variabler Intensität.
Die Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst wie die früheren Vorrichtungen eine Flüssigkristallmaterialschicht 10, die zwischen zwei transparenten Begrenzungsplatten 20, 30 eingebettet ist, welche plan und parallel sind und übli cherweise aus Glas bestehen. Diese Platten 20, 30 sind auf an sich bekannte Art auf ihrer Innenseite mit ebenfalls transparenten Elektroden 22, 32 versehen.
Diese Elektroden 22, 32 sind mit elektrischen Versorgungseinrichtungen 40 verbunden, die das Anlegen eines elektrischen Feldes E an das Flüssigkristallmaterial 10 in der Richtung senkrecht zu den Platten 20, 30 ermöglichen, wobei die Polarität und die Amplitude steuerbar sind.
Das Flüssigkristallmaterial 10 besteht aus Molekülen eines nematischen Flüssigkristalls mit positiver dielektrischer Anisotropie.
Wenigstens bei einer der Platten 30 liegt eine quasi-bistabile Verankerung vor. Dieser Begriff wird im Folgenden erläutert.
Im Übrigen sind die elektrischen Hauptversorgungseinrichtungen 40 dazu ausgelegt, an das Flüssigkristallmaterial 10 ein temporäres elektrisches Feld E anzulegen, das dazu geeignet ist, die Verankerung an der vorher genannten Platte 30 aufzubrechen und dann auf Grund hydrodynamischer Instabilitäten lokale verschiedene Orientierungen von Flüssigkristallmolekülen zu ermöglichen, die den bevorzugten Orientierungen der quasibistabilen Verankerung entsprechen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht folglich auf dem Aufbrechen der Oberflächenausrichtung auf dieser Platte 30 durch elektrische Pulse mit genau definierter Polarität, die von den Einrichtungen 40 erzeugt werden.
Erfindungsgemäß wird zwischen einer geordneten Struktur und einer ungeordneten Struktur umgeschaltet.
Die Gegenplatte 20 weist vorzugsweise eine homöotrope Ausrichtung auf, während die Platte 30 eine planare Ausrichtung aufweist, wie es insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich wird. Die eigentliche Geometrie der Zelle ist daher eine Hybrid-Geometrie.
Diese Vorrichtung ermöglicht die Erzeugung von variablen Graustufen in Abhängigkeit von der Einstellung der Größe der Steuerspannung, die von Versorgungseinrichtungen 40 erzeugt wird.
Die Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert keine rein bistabile Verankerung, sondern nur eine "kompatible" Oberfläche mit einer derartigen bistabilen Verankerung, was im Folgenden als "quasi-bistabile" Verankerung bezeichnet wird. Eine derartige Verankerung wird im Folgenden genauer erläutert. Das Umschalten zwischen einer geordneten hybriden Struktur, die ähnliche optische Eigenschaften wie eine planare Struktur aufweist, und einem ungeordneten Zustand, der sich bei einem Netz von Oberflächenstrukturen ergibt, die durch die quasi-bistabile Verankerung stabilisiert werden, wird wie folgt bewirkt. Der optische Kontrast wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass die Zelle zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren angeordnet wird, wobei die optische Achse der Zelle mit einem der Polarisatoren ausgerichtet ist. Bei dieser Konfiguration wird in dem hybriden Zustand kein Licht durchgelassen, während bei einem Netz von Strukturen dieses wie ein Depolarisator wirkt und Licht durchgelassen wird.
Im Folgenden wird der Begriff der "quasi-bistabilen" Verankerung erläutert.
Eine Platte 30 weist eine quasi-bistabile Verankerung bei einem nematischen Flüssigkristall auf, wenn der fundamentale Oberflächenzustand monostabil und planar ist, aber es gibt auch bistabile Verankerungen mit etwas höherer Energie, die ebenfalls planar oder leicht schräg sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine derartige quasi-bistabile Verankerung mit Hilfe einer Schrägabscheidung von SiO unter 74° in Bezug auf die Normale der Plattenoberfläche erreicht werden, wobei die Beschichtungsbedingungen ähnlich denjenigen sind, die notwendig sind, um eine reine schräge bistabile Verankerung zu erreichen. Im Vergleich zu den in [1], "Order electricity and oblique nematic orientation on rough solid surfaces", Europhys. Letters 5, Seite 697 (1988), von M. Monkade et al. oder auch den in [1bis], "Critical Behaviour of a Nematic-Liquid-Crystal Anchoring at a Monostable-Bistable Surface Transition", Europhysics Letters, (25 (7), Seite 527–531 (1994), von M. Nobili et al. beschriebenen Einrichtungen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung unmittelbar unter dem Übergangsbereich zwischen monostabiler planarer Verankerung und degenerierter schräger Verankerung angeordnet. Der Fundamentalzustand ist eine monostabile planare Vorzugsachse ("einfache Achse"), die senkrecht zur Abscheidungsrichtung von SiO steht, es können aber auch bistabile schräge Oberflächendirektoren vorhanden sein, die symmetrisch in Bezug auf die vertikale Verdampfungsebene und metastabil sind.
Eine derartige Oberflächenbearbeitung ist ähnlich der bei einer bistabilen nematischen Vorrichtung, bei der der flexoelektrische Effekt genutzt wird, besitzt jedoch eine kleinere SiO-Schichtdicke.
Weitere Prozesse zum Erzeugen bistabiler und quasi-bistabiler Verankerungen, die geeignet sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung, werden in [2], "Photoinduced Optical Anisotropy in Langmuir-Blodgett Films as a New Method of Creating Bistable Anchoring Surfaces for Liquid Crystal Orientation", J. Phys. II France 5 (1995), 133-142, von S. P. Palto et al. beschrieben.
In dieser Veröffentlichung wird im Wesentlichen die Realisierung von bistabilen Verankerungen mit Hilfe von dünnen Langmuir-Blodgett-Schichten mit optischer Anisotropie beschrieben.
Gemäß einer weiteren Variante kann die bistabile Verankerung mit einer Polymerschicht erzeugt werden, die absorbierende dichroitische Komponenten aufweist, nachdem die gleiche optische Behandlung durchgeführt wurde, wie sie in der genannten Veröffentlichung [2] beschrieben wurde.
Auch die quasi-bistabile Verankerung kann mit einer Polymerschicht mit dichroitischen Komponenten erzeugt werden, nachdem zwei Belichtungen mit polarisiertem Licht in zueinander senkrechten Richtungen vorgenommen worden sind.
Die bistabilen und quasi-bistabilen Verankerungen können durch ein adäquates externes elektrisches Feld E aufgebrochen werden. Das Aufbrechen der Verankerung erfolgt auf Grund einer Neuorientierung von Oberflächenmolekülen durch Einwirkung eines dielektrischen Moments. Tatsächlich dreht ein externes elektrisches Feld senkrecht zu den Begrenzungsplatten 20 und 30 einen nematischen Flüssigkristall 10 mit einer positiven dielektrischen Anisotropie (ε_a > 0) senkrecht zu den Elektroden 22, 32 auf den Platten 20, 30 (homöotrope Orientierung).
Dieser Übergang verlangt, dass die elektrische Kohärenzlänge ξ = (1/E) (4πK/ε_a)^1/2 des externen Feldes in der gleichen Größenordnung wie die Extrapolationslänge L ≈ 500 Å der Oberflächenverankerung ist, bei einer typischen Intensität des elektrischen Feldes in der Größenordnung E = (1/L) 4πK/ε_a)^1/2~ 8 Volt/μm.
Das Aufbrechen der Verankerung macht es möglich, dass man schnelle Übergänge zwischen den verschiedenen Oberflächenzuständen bei dem Flüssigkristallmaterial 10 hat. Die typische Übergangszeit ist definiert durch τ ≈ 4πη_S/E²ε_a, wobei η_s die Oberflächenviskosität darstellt. τ kann bis auf unter 1 μsec sinken.
Dieses Phänomen ist in den Veröffentlichungen [3], "Dynamics of surface anchoring breaking in a nematic liquid crystal", Liquid Crystals, 12, 515 (1992), von A. Gharbi et al., und in [3bis] , "Flexoelectrically controlled surface bistable switching in nematic liquid crystals" Appl. Phys. Lett. 60 (9), (1992), von R. Barberi et al., beschrieben, auf die zum genaueren Verständnis der vorliegenden Erfindung verwiesen wird.
Die Anzeigevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung nutzen einen hydrodynamischen Effekt, der unter dem Namen "Felici-Effekt" bekannt ist und im Folgenden erläutert wird.
Die Leitfähigkeit eines nematischen Flüssigkristalls ist im Allgemeinen gering. Ein derartiges Material kann an sich als ein reines Dielektrikum angesehen werden.
Jedoch können mit einem höheren externen elektrischen Feld Ladungen mit gegebener Polarität in dieses Material injiziert werden.
Dieses Phänomen der Injektion ist dem Fachmann allgemein bekannt und kann durch eine geeignete Bearbeitung der Grenzfläche zwischen den Elektroden 22 und dem Flüssigkristallmaterial 10 verbessert werden.
Wenn die injizierten Ladungen gleichartig sind, verhalten sie sich unter Einwirkung des elektrischen Feldes E in der Flüssigkeit 10, die stabil bleibt, gleichartig. Nichtsdestotrotz können sich im Verhalten der Ladungen Instabilitäten ergeben.
Die unterschiedlichen lokalen Konzentrationen der Ladungen, die sich ergeben, erzeugen differenzielle Stöße auf die Flüssigkeit 10, die zu Abflussvorgängen in Form von konvektiven Zellen führen, wie es in 2 schematisch dargestellt ist.
Dieses Verhalten, das als "Felici"-Verhalten bekannt ist, wird beispielsweise in [4], "Phenomenes hydro et aerodynamiques dans lá conduction des dielectriques fluides", Revue Générale de 1'électricité, Juli – August 1969, von N. Felici beschrieben.
Die elektrodynamischen Konvektionen entstehen, wenn die Felici-Schwelle erreicht wird: qEd3/ηD ≈ 1.
In dem obigen Ausdruck ist q die mittlere Ladungsdichte im Einheitsvolumen, E das elektrische Feld, d die Dicke der Zelle zwischen den Platten 20 und 30, η die mittlere nematische Viskosität und D der Diffusionskoeffizient für die Ionen. Ein derartiger Prozess ist in der beigefügten 2 schematisch dargestellt.
Die Steuereinrichtungen 40 gemäß der vorliegenden Erfindung sind daher dazu ausgelegt, diesen Felici-Schwellenwert zu erreichen.
Bei festen Werten von η, D und q ergibt sich für die Felici-Schwelle, dass die Spannung V_F zum Erreichen einer hydrodynamischen Turbulenz in dem nematischen Material proportional zu d^–2 ist.
Genauer gesagt stellt 2 die Flüssigkeitsbewegung dar, wenn die Felici-Schwelle in einer Vorrichtung erreicht wird, in der nur eine Art der elektrisch geladenen Partikel vorliegt. Bei zwei benachbarten Konvektionszellen neigen die nematischen Moleküle dazu, sich in der Nähe der Platte 30 mit der quasi-bistabilen Verankerung in bezüglich der Oberflächennormalen entgegen gerichteten Richtungen auszurichten, wenn die Oberflächenverankerung aufgebrochen wurde. Genauer gesagt, und wie im Folgenden erläutert, wird im vorliegenden Fall die Injektion negativer Ionen, die für die Konvektion verantwortlich sind, durch das Beschichtungsmaterial begünstigt, das vorgesehen ist, um eine homöotrope Ausrichtung auf der oberen Platte 20 zu bewirken, beispielsweise DMOAP-Silan.
Oberflächenstrukturen werden oft auf Platten mit bistabiler oder quasi-bistabiler Verankerung beobachtet. Auf einer rein bistabilen Platte trennen sie nematische Domänen, die unterschiedlichen Vorzugsorientierungen entsprechen. Bei einer quasi-bistabilen Platte 30, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung genutzt wird, ist ihre Topologie vergleichbar mit der quasi-bistabilen degenerierten schrägen Verankerung, und sie können über einen sehr langen Zeitraum auf der Oberfläche metastabil bleiben.
In diesem Zusammenhang sei auf [5], "Surface walls on a bistable anchoring of nematic liquid crystals" J. Phys. II France 5, 531 (1995), von M. Nobili et al. als Beschreibung derartiger nematischer Oberflächenstrukturen verwiesen.
Ein Netz von Oberflächenstrukturen kann auf der Platte 30 für die quasi-bistabile Verankerung durch Anlegen eines externen elektrischen Feldes E mit ausreichender Stärke erzeugt werden, um ein Aufbrechen der Verankerung zu bewirken, wenn im Übrigen die Bedingungen für die konvektive Bewegung des Fluids 10 in der Vorrichtung vorliegen.
Wenn die oben genannte Felici-Schwelle erreicht wird, erzeugt die konvektive Bewegung des Fluids hydrodynamische Kräfte, die auf die nematischen Oberflächendirektoren wirken. Wie in 2 dargestellt, tendieren bei zwei benachbarten Konvekti onszellen die nematischen Moleküle auf der quasi-bistabilen Platte 30 dazu, sich bezüglich der Oberflächennormalen in entgegen gesetzte Richtungen auszurichten.
Wenn man das elektrische Feld abschaltet, fallen die Oberflächenmoleküle in die planare Orientierung zurück, entgegen den Richtungen, in die sie durch die Strömung gedrängt wurden. Diese entgegen gesetzten Richtungen erzeugen auf der quasi-bistabilen Platte 30 Oberflächenstrukturen, die mit der quasi-bistabilen Verankerung kompatibel sind.
Es können auch Volumenstrukturen entstehen, die sich zu der quasi-bistabilen Platte 30 verschieben und zu Oberflächenstrukturen werden.
Im Übrigen kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung das genannte Netz der Strukturen auf der Oberfläche der Innenseite der Platte 30 durch einen elektrischen Puls der Einrichtungen 40 gelöscht werden, der keine konvektive Bewegung des nematischen Flüssigkristallmaterials 10 bewirkt, dessen Intensität jedoch ausreicht, um die Oberflächenverankerung aufzubrechen.
Diese Bedingungen können mit einem Spannungspuls erreicht werden, dessen Polarität entgegengesetzt ist zu der, mit der der Felici-Effekt bewirkt wird, sowie eine adäquate Behandlung der Elektrode 22 zum Vermeiden von Ladungsinjektionen. Die gleichen Bedingungen können alternativ mit elektrischen Pulsen erreicht werden, deren Vorzeichen das gleiche wie bei den Schreibpulsen ist, und deren Intensität ausreicht, um die Oberflächenverankerung aufzubrechen, die jedoch etwas geringer als die ist, die notwendig ist, um Felici-Instabilitäten zu erzeugen, wenn die Felici-Schwelle größer als die Schwelle für das Aufbrechen der Oberfläche ist.
Eine andere Art zum Löschen, die einfacher ist, besteht darin, ein Wechselfeld E mit hoher Frequenz zu benutzen, das die Oberfläche aufbricht, ohne die Felici-Instabilität oder andere Instabilitäten zu erzeugen.
Im Folgenden wird eine bestimmte Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Material 10, das verwendet wird, ist ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit einer positiven dielektrischen Anisotropie ε_a > 0. Genauer gesagt wird im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung SCB-Pentylzyanobiphenyl mit einer dielektrischen Anisotropie in der Ordnung von 10 eingesetzt.
Ein Pixel wird zwischen zwei parallelen transparenten Platten 20, 30 erzeugt, die zwischen sich das nematische Flüssigkristall 10 enthalten, wie es in 1 gezeigt ist. Die Platten 20, 30 sind mit Elektroden 22, 32 aus einer transparenten dünnen ITO-Schicht, die abgeschieden wurde, ausgestattet. Die eine der Platten 20 ist mit einer Silan-Bedeckung 24 versehen. Dieses Material ist dafür bekannt, die Injektion von unipolaren Ladungen zu begünstigen (siehe die genannte Veröffentlichung von Felici). Das Silan ist außerdem dafür bekannt, bevorzugte Orientierungen des nematischen Materials an der Oberfläche zu begünstigen.
Selbstverständlich können Silane durch jedes Material ersetzt werden, das funktionell äquivalent ist.
Genauer gesagt wird eine der Platten 20 bearbeitet, um eine eindeutige homöotrope Vorzugsachse mit einer Bedeckung 24 aus DMOAP (Ortho-Decil-Dimethil-[3-(Trimethoxi Silil)-Propil]-Ammoniumchlorid) zu erzeugen. Die zweite Platte 30 wird bearbeitet, um mit einer Bedeckung 34 mit SiO, wie es oben beschrieben worden ist, eine quasi-bistabile Verankerung zu definierten.
Der Fundamentalzustand der Zelle, der erreicht wird, ist eine Hybridstruktur, wie sie in 3 dargestellt ist. Die Moleküle des Flüssigkristalls 10 nehmen eine homöotrope Orientierung auf der Platte 20 sowie eine planare Orientierung auf der anderen Platte 30 an, und zwar dank der planaren fundamentalen Orientierungsvorzugsachse der quasi-bistabilen Oberfläche.
Ein Netz von Volumenstrukturen kann mit Hilfe von geeigneten elektrischen Pulsen von den Einrichtungen 40 über elektro-hydrodynamische Instabilitäten erzeugt werden. Ein solches Netz wird für gewöhnlich von einer klassischen monostabilen Oberfläche abgestoßen. Dagegen lässt die quasi-bistabile Platte 30 die Oberflächenstrukturen zu, so dass die Volumenkonfiguration stabilisiert wird.
Die beiden Strukturen, Hybrid- und ungeordnete, haben nicht die gleiche Energie. Der Hybridzustand ist bevorzugt, da er einem weniger energetischen Zustand entspricht. Nichtsdestotrotz ist das Netz der Strukturen der Oberfläche ungemein stabil, wenn die Dichte genügend hoch ist, da sie einander blockieren.
Die Lebensdauer einer einzigen Struktur kann zwischen einigen Millisekunden und mehreren Sekunden eingestellt werden, indem die Abscheidebedingungen von SiO modifiziert werden. Die Abscheidebedingungen in der Nähe einer bistabilen Konfiguration haben eine größere Lebensdauer für die Oberflächenstrukturen zur Folge.
Die Erfinder haben verschiedene Tests durchgeführt, bei denen ein elektrisches Feld E an das Material 10 zwischen den Elektroden 22, 32 senkrecht zu den Platten 20, 30 angelegt wurde. Im Verlauf dieser Versuche wurde die Masse für die Steuersignale mit den Elektroden 32 der Platte 30 mit der quasi-bistabilen Verankerung, die mit SiO behandelt worden war, verbunden.
Die Tests wurden mit Anzeigeeinrichtungen mit einem einzigen Pixel sowie mit Anzeigevorrichtungen mit mehreren Pixeln durchgeführt.
Die Anzeigeeinrichtungen, die verwendet wurden, wiesen Dicken zwischen 1 und 10 μm auf.
Die Versuche wurden im Durchlicht durchgeführt, wobei die Vorrichtung zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren angeordnet wurde. Dazu wird die optische Achse der Vorrichtung, die definiert ist, wenn sich das Flüssigkristallmaterial in seiner Hybridkonfiguration im Ruhezustand befindet, mit der optischen Achse des einen der Polarisatoren ausgerichtet.
In der Hybridkonfiguration verhält sich die Vorrichtung wie ein uniaxiales klassisches doppelbrechendes Blatt, dessen optische Anisotropie halb so groß ist wie die einer nematischen planaren uniformen klassischen Zelle der gleichen Dicke. Auf Grund der sich ergebenden optischen Konfiguration wird keinerlei Licht zwischen den beiden gekreuzten Polarisatoren hindurch gelassen.
Wenn dagegen wie in 4 gezeigt eine verdrillte Struktur vorliegt, so wird bei einem Netz von Oberflächenstrukturen, die durch Anlegen von adäquaten Feldpulsen erzeugt wurden, das Licht durch die verdrillten Zonen um jede Struktur herum depolarisiert, und folglich wird Licht hindurch gelassen.
Bei dieser 4 ist mit A eine Hybridkonfigurationszone ohne Torsion weitab von Strukturen schematisch dargestellt, und mit B sind zwei Oberflächenstrukturen und mit C große Torsionsbereiche nahe diesen Strukturen gezeigt.
Die Intensität des durchgelassenen Lichtes hängt von der Dichte der Strukturen und folglich von der Stärke der angelegten Steuerpulse ab. Wenn die Strukturen eine maximale Dichte erreichen, so bewirken also die sich ergebenden Konfigurationen der Strömungswalzen mit einer Größe, die vergleichbar zur Dicke der Zelle ist, eine Drehung der Polarisation des Lichtes zwischen 30° und 90° über fast die gesamte Oberfläche der Vorrichtung unter Berücksichtigung des Mauguin-Bereichs. In diesem Zusammenhang sei verwiesen auf [6], P. G. de Gennes, "The Physics of liquid crystals", Clarendon Press, Oxford 1974.
Diese Bedingung wird beispielsweise von Vorrichtungen erfüllt, die eine Dicke aufweisen, die wenigstens 4 μm beträgt.
Die Erfinder haben insbesondere die folgenden Beobachtungen bei Vorrichtungen mit einer Dicke zwischen 4 und 8 μm machen können, bei denen eine Beschichtung von DMOAP 24, ein Flüssigkristall vom Typ SCB und eine Schicht SiO 34 in 75 ° mit einer Dicke von 155 Å vorlag.
Die untersuchte Vorrichtung wurde mit einem Polarisationsmikroskop von Zeiss zwischen gekreuzten Polarisatoren untersucht. Das durch die Vorrichtung hindurch tretende Licht wurde auf eine Fotodiode gelenkt, und seine Intensität wurde in Abhängigkeit von der Zeit auf einem Digitaloszilloskop aufgezeichnet und ausgedruckt.
Im vorliegenden Fall der beiden Elektroden 22 und 32 auf den Platten 20 und 30 waren sie mit den Einrichtungen 40 verbunden, die dazu gedacht waren, Rechteckpulse zu erzeugen, deren Breite und Amplitude variabel und einstellbar waren.
Ohne elektrische Erregung entspricht der stabile Zustand der Zelle der Hybridkonfiguration ohne Strukturen. Die Vorrichtung ist folglich dunkel, wenn sie durch die gekreuzten Polarisatoren betrachtet wird, wie dies in 5 dargestellt ist.
Bei der Zelle mit einer Dicke von 4 μm wurde durch Anlegen eines negativen Rechteckpulses an die Elektrode 22 mit einer Amplitude von 15 Volt und einer Dauer von 100 μsec dagegen das Netz der Oberflächenstrukturen erzeugt, das oben genannt worden war. Die Zelle ist daher durchsichtig, wie es in 8 gezeigt ist.
Das spätere Anlegen von negativen Pulsen, ähnlich den als ersten genannten, ändert nichts an der Durchsichtigkeit.
Dagegen wird es durch das Anlegen eines positiven Pulses an die Elektrode 22 mit einer Amplitude von 40 Volt und einer Dauer von 100 μsec möglich, dass die Hybridstruktur in den Anfangszustand zurückkehrt und folglich der in 5 gezeigte dunkle Zustand wieder hergestellt wird.
Darüber hinaus bleibt das Anlegen von aufeinander folgenden positiven Pulsen ähnlich zu dem bereits genannten ohne Effekt auf die Vorrichtung, die im dunklen Zustand bleibt.
Ohne weitere elektrische Erregung bleibt die Zelle im dunklen Zustand.
Die Erfinder haben dagegen festgestellt, dass der durchsichtige Zustand weniger stabil sein kann, wobei seine Lebensdauer insbesondere von den Eigenschaften der SiO-Beschichtung, der Strukturdichte und der Dicke der Zelle abhängt, und zwischen einigen Millisekunden und mehreren Stunden liegen kann.
Die Erfinder haben außerdem nachgewiesen, dass man für eine feste Dauer negativer elektrischer Steuerpulse eine Graustufenleiter erhalten kann, indem man die Amplitude verändert, um eine andere Dichte beim Netz von Oberflächenstrukturen zu erreichen.
Die 6 und 7 stellen die Zelle mit 8 μm nach Erregung durch negative Pulse dar, deren Amplitude kleiner als die ist, die notwendig ist, um die Sättigung der Oberflächenstrukturdichte zu erreichen, wie es in 8 dargestellt ist. Die Größe der Pulse entspricht 7 und ist größer als die der Pulse in 6. Die 6 bis 8 zeigen, dass die Dichte der Oberflächenstrukturen progressiv mit der Größe der angelegten Steuerpulse zunimmt.
Die Darstellungen in den 5 bis 8 entsprechen einer Beobachtungszone in der Größenordnung von 1 mm².
In den 9a und 9b ist im Übrigen die durchgelassene optische Intensität in Abhängigkeit von der Größe des angelegten elektrischen Feldes bei zwei Proben von 5 μm und 1,9 μm Dicke gezeigt.
Bei Betrachtung dieser 9a und 9b wird deutlich, dass der optische Kontrast leicht über einen Bereich von 1 bis 100 moduliert werden kann, einfach durch Modifizieren der Stärke des elektrischen Feldes in einem Bereich von 2 Volt/μm (d. h. bei einer Probe mit einer Dicke von 4 μm mit einer Modulation von 8 Volt in Bezug auf den Sättigungswert in der Größenordnung von 50 Volt).
9a zeigt außerdem, dass bei zu hoher angelegter Spannung die Dichte der Oberflächenstrukturen eher sinkt. Dies zeigt, dass das Löschen der Zelle mit Pulsen hoher Amplitude und gleicher Polarität wie bei denen für das Schreiben erreicht werden kann, d. h. der gleichen Polarität wie bei den verwendeten Pulsen, um von der Situation in 5 zu der in den 6 bis 8 zu gelangen.
Die Erfinder haben einen maximalen optischen Kontrast von 200 : 1 bei einer Probe mit einer Dicke von 8 μm, von 160 : 1 bei einer Dicke von 5 μm und von 120 : 1 bei einer Dicke von 1,9 μm erreicht.
10a zeigt eine Kurve der Intensität des durchgelassenen Lichtes in Abhängigkeit von der Zeit bei einer Probe mit einer Dicke von 10 μm nach sukzessivem Anlegen von negativen Schreibpulsen und positiven Löschpulsen, die oben in derselben 10a dargestellt sind.
Die 10b und 10c zeigen ähnliche Kurven bei Proben mit einer jeweiligen Dicke von 5 μm und 1,9 μm.
Im vorliegenden Fall betrug die Dauer der Pulse bei allen Proben 150 μsec.
Aus den 10 lässt sich entnehmen, dass beim Übergang vom dunklen Zustand in den hellen Zustand die typische Verzögerung zwischen Erregungspuls und maximaler Intensität des durchgelassenen Lichtes zwischen 25 Millisekunden bei der dünneren Zelle und 70 Millisekunden bei der dickeren Zelle variiert.
Der entgegengesetzte Übergang vom hellen Zustand zum dunklen Zustand ist schneller und liegt im Bereich von Millisekunden.
Außerdem ist ersichtlich, dass bei den gleichen Oberflächenbeschichtungen die Lebensdauer der Oberflächenstrukturen bei den dickeren Proben größer ist. Dies liegt daran, dass die Oberflächenstrukturen Verdrillungsenergien haben, die bei den dünneren Proben sehr viel höher als bei den dickeren Proben sind.
Somit ist das Verhalten, das in 10a gezeigt ist, sehr ähnlich wie bei einer rein bistabilen Vorrichtung, in 10b sind die Oberflächenstrukturen weniger stabil, und der optische Kontrast sinkt nach einem Maximum, und in 10c verschwinden die Oberflächenstrukturen nach 0,5 Sekunden.
In 11 ist die Intensität des durchgelassenen Lichtes in Abhängigkeit von der Zeit für eine Probe mit einer Dicke von 5 μm dargestellt, wenn die Größe des Schreibpulses kleiner als ein Schwellenwert ist, der für die Bildung von Oberflächenstrukturen erreicht werden muss, der jedoch zum Initiieren des Aufbrechens der quasi-bistabilen Verankerung ausreicht. 11 entspricht einem negativen Puls von 150 μsec und einer Größe von 45 Volt. Der maximale optische Kontrast bei diesem optischen Übergang liegt in der Ordnung von 60 : 1, und das Licht wird während mehr als 50 msec mit einer höheren Intensität durchgelassen. Ein solcher Übergang kann beispielsweise verwendet werden, um gemultiplexte Anzeigen in einem Videogerät zu realisieren. In diesem Fall liegt die Persistenzdauer, die für ein helles Pixel benötigt wird, in der Ordnung von einigen Dutzend Millisekunden. Es ist natürlich klar, dass in diesem Fall kein Löschpuls benötigt wird, da das betrachtete Phänomen ein Übergangsphänomen ist.
Die Erfinder haben außerdem die Dynamik in Bezug auf die erzeugte elektrische Reaktion gemessen. Dazu wurden elektrische Rechteckpulse mit einer Amplitude V und einer Dauer τ_V verwendet. Der benötigte Schwellenwert zum vollständigen Beschreiben aller Strukturen bei einer Sättigungsdichte Vs(τ) wurde gemessen. Die genannten Ergebnisse sind in 12 gezeigt.
Die Schwellenspannung entgegen gesetzter Polarität, die notwendig ist für ein vollständiges Löschen des Pixels, wurde ebenfalls gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind denen sehr ähnlich, die für das Schreiben benötigt werden, und sie sind in 12 dargestellt.
Zum Testen des Löschvorgangs haben die Erfinder außerdem alternative Pulse mit mittlerem Wert Null bei gleicher Amplitude und Dauer verwendet. Mit einem derartigen alternativen Puls erreichten die Erfinder eine Löschung, die vergleichbar derjenigen ist, die sich bei Pulsen mit definierter Polarität ergibt, jedoch bei kleinen Änderungen der Amplitude. Dieses Ergebnis zeigt, dass der Löschvorgang ein rein dielektrischer Vorgang ist, ohne dass Ionen dabei irgendeine Rolle spielen.
Die Erfinder konnten bei einer Probe mit 4 μm bestätigen, dass die Felici-Schwelle 15 Volt beträgt.
Die Schreib- und Löschspannungen liegen in der Ordnung von 50 Volt bei 50 μsec für den Videobereich. Sie können reduziert werden, indem eine dünnere Probe verwendet wird, da die Schwelle für das Aufbrechen der Oberfläche weit oberhalb der Felici-Schwelle liegt. Ein Anheben des injizierten Stromes ermöglicht es, bei konstanter Dicke den Wert von V wie oben angedeutet zu verringern.
Man kann außerdem die Felici-Schwelle absenken, indem man Elektroden geeignet verarbeitet. Dazu brauchen beispielsweise die Elektroden für die Strominjektion nicht in gleichförmiger Art vorzuliegen, sondern können in Form von leitfähigen und nicht leitfähigen elektrischen Banden mit einer Periode vorliegen, die im Vergleich zu der Größe der Strukturen und zu der Dicke der Zelle die Bildung von Agglomeraten von Ionen in der Zelle begünstigen und folglich die Felici-Schwelle absenken. In der Praxis kann dies erreicht werden durch Reiben der Beschichtungsoberfläche, die die Elektrode bildet.
In dem Maße, in dem die beobachteten Oberflächenübergänge den definierten Schwellen unterworfen werden, ermöglicht die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung eine Steuerung in der Art des Multiplexens.
Die Erfinder machten außerdem die folgenden Beobachtungen, mit denen sich das oben genannte Modell rechtfertigen lässt.
Wenn eine Probe einer Folge von schnellen elektrischen Pulsen unterworfen wird, deren Amplitude etwas niedriger als die Schwelle ist, die für das Bilden von Oberflächenstrukturen notwendig ist, und die eine ausreichende Frequenz hat, so werden in der Zelle elektrodynamische Instabilitäten beobachtet. Diese Bedingung kann erreicht werden, beispielsweise indem eine Probe einer Dicke von 8 μm negativen Impulsen (denselben, mit denen die Strukturen erzeugt werden) mit einer Amplitude von 44 Volt und einer Länge von 600 μsec sowie einer Frequenz von 18 Hz unterworfen werden. Die Länge der Pulse wird hier so gewählt, dass sie größer als das oben genannte Schalten der Oberfläche ist, um die induzierte Bewegung des Fluids nachzuweisen.
Die beobachtete elektrodynamische Aktivität beruht auf der Bewegung von Ionen in der Zelle. Diese Hypothese wird gestützt durch Messungen des elektrischen Stroms in der Flüssigkristallzelle. 13 zeigt die typische Form des Stroms, der durch eine Zelle fließt, für die beiden Fälle von positivem und negativem Puls.
Der positive Puls (der die Oberflächenstrukturen löscht) erzeugt nur einen Entladungsstrom des Kondensators in Verbindung mit einer schnellen Spitze der dielektrischen Neuorientierung, die in 13 nicht sichtbar ist.
Wenn der negative Puls (der die Strukturen erzeugt) anliegt, erscheint eine zweite Spitze, die langsamer ist und auf dem injizierten Ionenstrom beruht.
Dieses Verhalten zeigt, dass der Großteil der mobilen Ionen in der Zelle das gleiche Vorzeichen aufweist. So führt nur eine Polarität der Pulse zu elektrodynamischen Instabilitäten, die verantwortlich sind für die Bildung von Oberflächenstrukturen. In der beschriebenen Geometrie ist das Vorzeichen des für dieses Phänomen verantwortlichen Ions negativ. Die Ionen können nicht auf eine natürliche molekulare Dissoziation des nematischen Materials zurückgeführt werden, das so rein wie möglich verwendet wird, da in einem solchen Fall das gleiche Phänomen bei beiden Pulspolaritäten beobachtet werden müsste. Die Quelle für die negativen Ionen ist das Material, das verwendet wird, um die homöotrope Ausrichtung sicherzustellen. Tatsächlich kann DMOAP negative Cl^–-Ionen in das nematische Material injizieren oder die Injektion anderer negativer Ionen, wie zum Beispiel OH^–, begünstigen. Diese Ionen werden durch das externe elektrische Feld bewegt, und elektrodynamische Konvektionsvorgänge stellen sich ein, wenn die Felici-Schwelle erreicht wird.
In 14a und 14b ist das Ansteigen der Felici-Spitze in dem Ionenstrom bei verschiedenen Pulsgrößen gezeigt. Die Probe in 14a hat weniger Ionen als die in 14b. In Übereinstimmung mit der Theorie zeigen die Kurven der 14, dass die Felici-Spitze mit steigender Ionendichte schneller wird.
Man beachte, dass die Pulslänge, die sich am besten für das Erzeugen eines Netzes von Oberflächenstrukturen eignet, experimentell in dem Bereich zwischen dem Ausgangspunkt und dem Maximum der Felici-Spitze bestimmt wird, d. h. nahe dem Maximum des Stroms durch die Masse der Flüssigkeit.
Die Bildung des Netzes von Oberflächenstrukturen unterliegt in jedem Fall dem Aufbrechen der Verankerung an der Oberfläche, wodurch sich eine zweite Schwelle für das angelegte Feld ergibt.
Außerdem ist das Verständnis des Einflusses der Dicke d der Vorrichtung auf das oben beschriebene Phänomen wichtig.
Um das Aufbrechen der Verankerung an der Oberfläche mit vernünftigen Potentialgrößen zu erreichen, sollte man die Dicke absenken, damit das Feld angehoben wird, da das Aufbrechen der Verankerung an der Oberfläche ein Feldeffekt ist. Dies ist außerdem nützlich, um die Relaxationszeit der Struktur zu reduzieren, die mit d² zunimmt.
Auf der anderen Seite ist es jedoch notwendig, die Felici-Schwelle zu erreichen, um dem Oberflächenstrukturmodel zu genügen. Diese Spannungsschwelle nimmt mit 1/d² zu.
Es existiert daher eine kritische Dicke d_c, bei der die Felici-Schwelle und die Schwelle für das Aufbrechen der Verankerung an der Oberfläche beide optimal sind.
Die Felici-Schwelle sei gegeben durch qVd² = Konstante 1. Das Zusammenbrechen der Verankerung an der Oberfläche sei gegeben durch V/d = Konstante 2. Man erhält so die Beziehung qV³ = Konstante 3 oder qd³ = Konstante 4.
Man kann jetzt das System gut verbessern, indem man die injizierte Ladungsdichte q anhebt, um V oder d zu verringern.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf alle Varianten, die unter die beigefügten Ansprüche fallen.
Der Fachmann wird im Übrigen verstehen, dass die unipolare Injektion von Ladung nicht notwendigerweise über die homöotrope Platte 20 erfolgen muss. Dies kann auch durch eine geeignete Behandlung der quasi-bistabilen Platte 30 erfolgen. Als Beispiel ohne Einschränkung kann man auf der Platte 30 eine Oberflächenbehandlung mit ionischem Silan durchführen, kompatibel mit einer quasi-bistabilen Verankerung. Dieses Silan kann der Familie der Materialien entnommen werden, mit denen nur eine planare Verankerung gegeben ist. Die homöotrope Verankerung auf der Platte 20 erfolgt dann mit nicht-ionischem Silan (um die Injektion nicht zu begünstigen) oder mit ionischem, so dass aber die Injektion möglich ist.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Erzeugen von Oberflächenstrukturen mit dem Felici-Efffekt beschränkt. Tatsächlich kann die Bildung von Oberflächenstrukturen durch Induktion von Strömungswirbeln oberhalb einer gebrochenen Verankerungsplatte zu weiteren elektrodynamischen Instabilitäten führen.
Unter diesen Instabilitäten seien die Williams-Konvektionswalzen genannt, die permanente dynamische Instabilitäten darstellen, sowie alle statischen Instabilitäten der Strukturen in ihrem Übergangsbildungsbereich: Jedes Mal, wenn man eine nematische Struktur neu orientiert, erzeugt man einen hydrodynamischen Übergangsstrom, der in Form von Konvektionswalzen vorliegen kann, und erzeugt die notwendigen Oberflächenstrukturen beim Schreiben. Das Löschen erfolgt, indem ein Wechselfeld mit einer höheren Frequenz als der Ladungsrelaxationsfrequenz ω = 4πσ/ε anliegt, wobei σ die Leitfähigkeit des Flüssigkristalls und ε seine Dielektrizitätskonstante ist. Typischerweise verwendet man Wechselpulse mit eindeutiger Periode der Dauer τ, vergleichbar mit dem Schreibtakt bei der Anzeige. Die genannten Instabilitäten werden beschrieben in: "The Physics of Liquid Crystals, P. G. de Genres und J. Prost, Oxford Science Publications, Clarendon Press, Oxford (1993). Die mit den Änderungen der Struktur zusammenhängenden Strömungen werden ebenfalls darin beschrieben.
Im Übrigen muss im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Ausdruck "quasibistabile" Verankerung verstanden werden als Bezeichnung dafür, dass wenigstens eine der Platten 30 einen monostabilen fundamentalen Zustand und wenigstens zwei mögliche Verankerungszustände höherer Energie definiert, wobei die möglichen Zustände höherer Energie mehr als zwei sein können. In anderem Zusammenhang muss der Ausdruck "quasi-bistabil" als die "quasi-multistabilen" Verankerungen umfassend verstanden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jede der beiden Platten 20 und 30 angepasst, um eine quasi-bistabile Verankerung zu definieren.

Claims

Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die ein nematisches Flüssigkristallmaterial (10) mit positiver dielektrischer Anisotropie zwischen zwei transparenten Begrenzungsplatten (20, 30) jeweils mit transparenten Elektroden (22, 32), wobei wenigstens eine der Platten (30) eine quasi-bistabile Verankerung mit einer planaren Verankerungskomponente definiert, und elektrische Hauptversorgungseinrichtungen (40) zum Anlegen eines temporären elektrischen Feldes an das Flüssigkristallmaterial (10), um die Verankerung an der genannten Platte (30) zu unterbrechen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die quasi-planare Verankerung und die elektrischen Versorgungseinrichtungen dazu eingerichtet sind, nach dem Unterbrechen der Verankerung Flüssigkeitsbewegungen aufgrund von hydrodynamischen Instabilitäten zu ermöglichen, um Moleküle des Flüssigkristalls (10) in eine Formation mit einer ungeordneten Struktur zu überführen, die verschiedene lokalisierte Orientierungen aufweisen, die den bevorzugten Orientierungen der quasi-bistabilen Verankerung als entsprechen, was zu einem nematischen Ausgangsnetz an der Oberfläche führt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem sekundäre elektrische Versorgungseinrichtungen (40) zum Anlegen eines elektrischen Feldes an das Material des Flüssigkristalls (10) zum Löschen umfasst, damit eine gleichförmige Verankerungsorientierung an der Platte (30) mit einer quasibistabilen Verankerung wieder herstellbar ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (30) eine quasi-bistabile Verankerung und einen fundamentalen, monostabilen Oberflächenzustand definiert, wobei wenigstens eine bistabile Verankerung bei höherer Energie ermöglicht wird.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der fundamentale, monostabile Oberflächenzustand einer planaren Verankerung entspricht, während die ermöglichte bistabile Verankerung zwei schiefen, in Bezug auf den fundamentalen, monostabilen Oberflächenzustand symmetrischen Orientierungen entspricht.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bistabile Verankerung durch schiefes, kontrolliertes Aufdampfen von SiO erfolgt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bistabile Verankerung durch Langmuir-Blodgett-Dünnschichten definiert wird, die nach Absorption von in zwei senkrechten Richtungen polarisiertem Licht eine optische Anisotropie aufweisen.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (20, 30) im Ruhezustand eine Hybridstruktur für die Moleküle des Flüssigkristalls (10) definieren: planar auf der Platte (30) der quasibistabilen Verankerung und homöotrop auf der gegenüberliegenden Platte (20).
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Platten (20, 30) eine quasi-bistabile Verankerung definiert.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Hauptversorgungseinrichtungen (40) dazu dienen, an das Material des Flüssigkristalls (10) elektrische Feldpulse mit variabler Intensität anzulegen, um den resultierenden optischen Kontrast zu modulieren.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Platten (20 oder 30) dazu ausgelegt ist, Ladungen von kontrollierter Polarität in das Material des Flüssigkristalls (10) zu injizieren.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (20) gegenüber derjenigen (30), die die quasi-bistabile Verankerung definiert, dazu eingerichtet ist, Ladungen von definierter Polarität in das Material des Flüssigkristalls (10) zu injizieren.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die quasi-bistabile Platte (38) dazu eingerichtet ist, Ladungen von definierter Polarität in das Material des Flüssigkristalls (10) zu injizieren.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Hauptversorgungseinrichtungen (40) dazu dienen, dass der Felici-Schwellenwert erreicht wird, der gegeben ist durch qEd³/ηD ≈ 1, wobei q die mittlere Ladungsdichte im Einheitsvolumen repräsentiert, E das elektrische Feld repräsentiert, d die Dicke der Zelle repräsentiert, η die mittlere nematische Viskosität repräsentiert und D der Diffusionskoeffizient der Ionen repräsentiert.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären elektrischen Versorgungseinrichtungen (40) dazu eingerichtet sind, elektrische Pulse mit der zu den elektrischen Hauptversorgungseinrichtungen entgegengesetzten Polarität zu erzeugen.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären elektrischen Versorgungseinrichtungen (40) dazu eingerichtet sind, elektrische Pulse mit der gleichen Polarität wie die elektrischen Hauptversorgungseinrichtungen zu erzeugen, die eine ausreichende Intensität aufweisen, um die Verankerung zu unterbrechen, die jedoch niedriger ist als diejenige, die notwendig ist, um hydrodynamische Instabilitäten herbeizuführen, wenn ihr Schwellenwert größer als der der Verankerung des quasi-bistabilen Blättchens ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären elektrischen Versorgungseinrichtungen (40) dazu eingerichtet sind, alternierende elektrische Pulse zu erzeugen, deren Intensität vergleichbar ist mit derjenigen der Haupteinrichtungen und deren Frequenz ausreichend hoch ist, damit keine hydrodynamischen Instabilitäten erzeugt werden.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (20) gegenüber von derjenigen (30), die eine quasibistabile Verankerung definiert, eine Silan-Bedeckung aufweist.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (20) gegenüber von derjenigen (30), die eine quasibistabile Verankerung definiert, eine DMOAP-Silan-Bedeckung aufweist.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (30), die eine quasi-bistabile Verankerung definier, mit einem ionischen Silan-Material bedeckt ist, das eine mit der quasi-bistabilen Verankerung kompatible Injektion ermöglicht.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (22) zum Injizieren von Strom vorgesehen ist, die aus einer Abfolge von elektrisch leitfähigen und nicht-leitfähigen Banden besteht.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge von Banden erzeugt wird durch Reiben einer Elektrode (22).
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamischen Instabilitäten Felici-Instabilitäten sind.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die quasi-bistabile Verankerung durch eine Polymerschicht mit Komponenten definiert wird, die nach zwei Belichtungen mit in senkrechten Richtungen polarisiertem Licht dichroitisch sind.