IT8323314A1 - Dispositivo di visualizzazione di memoria a cristalli liquidi nematici - Google Patents

Description

DOCUM ENTAZIONE

RILEGATA

" DISPOSITIVO DI VISUALIZZAZIONE DI MEMORIA A CRISTALLI LIQUIDI N EMATICI ?

RIASSUNTO

Una cella di ?visualizzazione a cristalli liquidi bi stabile ? commutata elettricamente fra stati orizzontali a? simmetrici topologicamente equivalenti ? La commutazione viene avviata tramite applicazione di un campo di rottura di simmetria come ad esempio un campo elettrico in continua avente una polarit? prederminata? Uh potenziale elettrico al^ ternato viene quindi applicato attraverso la cella per completare il ciclo di commutazione e mantenere lo stato? La cella include substrati paralleli superiore e inferiore, su perfici di allineamento a inclinazione topograficamente tesorizzate superiori e inferiori sui substrati corri sponden ti , e materiale a cristalli liquidi nematici fra i substrati ? In una regione attiva della cella, le superfici di alpi neamento a inclinazione formano una condi zione di fronti era o contorno di inclinazione inversa uguale? In una regione i^ solante circondante la regione attiva della cella, le super fi ci di allineamento sono forzate per avere una condizione di frontiera o contorno a inclinazione parallela?

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda dispositivi di vi sualizzazione e, pi? particolarmente, dispositivi a cri stal. li liquidi bi stabili .

I dispositivi di visualizzazione a cristalli li qui di n ematici bis tabi li richiedono generalmente grandi potenziali elettrici alternati per avviare commutazione fra stati bistabili ? Una ragione importante di questi elevati potenziali di commutazione elettrici alternati ? che a ciascu na cella di visualizzazione deve essere fornita una quantit? di energia elettrica suffi ciente a staccare e muovere di sclinazioni da siti di fissaggio?

Una forma di realizzazione di un dispositivo di vi sualizzazione a cristalli liquidi nematici presenta bistabd^ lit? della configurazione fra i due stati ? Si veda il brevetto statunitense No? 4 333 708? I due stati, che esistono separa ia?mente in assenza di un potenziale di mantenimento sono topologicamente non equivalenti e ottengono stabilit? da fissaggio delle di se li nazioni.? La commutazione fra gli stati ? attuata staccando e muovendo disclinazioni da un si^ to di fissaggio in risposta ad un potenziale di commutazic> ne alternato applicato che supera una grande e brusca soglia di commutazione?

La riduzione del livello di soglia di commutazione per questo tipo di dispositivo di visualizzazione a cristalli liquidi ? ottenuta tramite prepolarizzazione di celle selezionate nella visualizzazione con un piccolo potenziale i niziale alternato prima della applicazione del potenziale di commutazione pi? elevato?

Relativamente ai dispositivi di visualizzazione de scritti precedentemente si deve notare che potenziali di com mutazione alternati vengono impiegati per effettuare la com mutazione fra gli stati . I segnali che generano questi poten ziali di commutazione alternati derivano generalmente dalla famiglia di segnali a inviluppo costante e, pi? particolarmente, segnali impulsivi alternati comandati a inviluppo sostanzialmente costante? X segnali alternati a inviluppo costan te sono preferiti ai segnali di ampiezza costante o segnali continui, poich? questi ultimi segnali danno luogo a effetti di polarizzazione delle cariche spaziali che riducono l'ampiezza del campo elettrico applicato? Per i dispositivi di vi suali zzazione summenzionati , sussi tono ancora i problemi di potenziali di commutazione alternati relativamente grandi e commutazione a causa del movimento delle di sciina zi oni ?

Secondo la presente invenzione, un piccolo potenzia le elettrico continuo viene appli cato alla cella di visuali^ zazione a cristalli liquidi nematici per avviare commutazione fra gli stati bistabile fra due configurazioni di diretto ri orientazionali ori zzontali topologicamente equivalenti ? La polarit? del potenziale continuo determina la configurazione verso la quale ? iniziato un ciclo di commutazione fra gli stati? Dopo che h iniziata la commutazione, un piccolo potenziale elettrico alternato, ad esempio inferiore a 10 volt, viene applicato alla cella per completare il ciclo di commutazione e mantenere la configurazione dei direttori orientazionali in uno dei due stati orizzontali ? La cella di visualizzazione a cristalli liquidi rematici histahile com prende substrati superiore e inferiore, materiale a cristal 11 liquidi rematici disposto fra entrambi i substrati ad u? na combinazione di elementi collegati integralmente con i substrati atti a orientare preferenzialmente direttori del materiale a cristalli liquidi in uno stato orizzontale asim metrico avente uno strato di inversione sostanzialmente adiacente e parallelo ad un substrato predeterminato in presenza di un campo elettrico continuo di rottura della simme! tria seguito in sequenza da un potenziale elettrico alterna to applicato particolare?

In una forma di realizzazione dell?invenzione, la cella di visualizzazione a cristalli liquidi comprende sub strati paralleli superiore e inferiore aventi piste o strisce elettricamente conduttrici e superfic? di allineamento di inclinazione topograficamente testurizzate disposte su di esse, un materiale a cristalli liquidi nematici disposto fra superfici testuri zzate opposte ed una sorgente di potenziale variabile collegata alle strisce conduttrici per generare campi elettrici di commutazione attraverso il ma teriale a cristalli liquidi? Una cella ? suddivisa in una regione attiva e in una regione isolante che circonda la regione attiva? Nella regione attiva della cella, le super fi ci di allineamento di inclinazione testuri zzate contrapposte presentano una condizione di delimitazione o contorno di inclinazione inversa uguale ed una torsione o differenza angolare fra orientamenti azimutali delle superfici di allineamento di inclinazione testuri zzate opposte per la differenziazione ottica degli stati ? Su ciascuna superficie di allineamento di inclinazione testuri zzata, la regione isolante ? caratteri zzata da una condizione di contorno paral^ lelo? La commutazione fra gli stati h attuata applicando un primo potenziale continuo al materiale a cristalli liquidi per avviare l?allineamento dei direttori orientazionali in un primo stato orizzontale asimmetrico? Uh piccolo potenzia le di mantenimento alternato, maggiore di un potmziale cri_ tico, viene applicato perpendicolare ai substrati per completare la commutazione al primo stato? Le transi zioni al s^e condo stato sono attuate applicando un secondo potenziale continuo al materiale a cristalli liquidi al fine di avviare allineamento appropriato dei direttori orientazionali in un secondo stato orizzontale asimmetrico ? Nuovamente, il picco lo potenziale di mantenimento alternato viene applicato per completare la commutazione al secondo stato.

In un*altra forma di realizzazione dell?invenzione, la cella di visualizzazione a cristalli liquidi comprende similmente substrati paralleli superiore e inferiore aventi strisce elettricamente conduttrici e superfici di allineamento di inclinazione testuri zzate topograficamente disposte su di esse, il materiale a cristalli liquidi nematici disposto fra superfici testuri zzate contrapposte,/ e la sorgente di potenziale variabile collegata alle strisce condujt tri ci per generare campi elettrici di commutazione attraver so il materiale a cristalli liquidi. Questa forma di realiz zazione differisce dalla forma di realizzazione precedentemente descritta, per il fatto che superfici di allineamento di inclinazioni testuri zzate topograficamente su substrati opposti presentano ovunque una condizione di contorno a inclinazione inversa. Regioni attive di quest* ulti ma forma di realizzazione non sono definite dalla struttura delle super fici di allineamento di inclinazioni ma, piuttosto, le regi? ni attive sono definite dalla regione di sovrapposizione fra strisce conduttrici su substrati opposti .

Una comprensione p? completa dell*invenzione pu? essere ottenuta leggendo la descrizione che segue <H una forma di realizzazione illustrativa specifica dell?invenzione in unione con i disegni inclusi in cui :

la figura 1 rappresenta una vista tridimensionale di una cella di visualizzazione a cristalli liquidi ;

la figura 2 rappresenta una illustrazione concettuale della superficie di allineamento di inclinazione' te^ sturizzata topograficamente superiore 20, come vista dalla linea 2-2 di figura 1 ;

la figura 3 rappresenta- una illustrazione concent uale della superficie di allineamento di inclinazione tes turi zzata topograficamente inferiore 21 , vista dalla linea 3-3 di figura 1 ; e

le figure da 4 a 7 illustrano vari allineamenti di direttori orientazionali orizzontali entro la regione attiva nella cella di visualizzazione di figura 1 , secondo i princi pi dell'invenzione?

Uh nuovo effetto di bistabilit? ? mostrato per cristalli liquidi nematici , in cui la commutazione infrastati fra due stati topologicamente equivalenti h avviata tramite applicazione di un potenziale elettrico continuo di rottura di simmetria? Uno stato ? mantenuto nella sua configurazione appropriata mediante applicazione successiva di un piccolo potenziale di mantenimento alternato? Ciascuno stato presen ta uno strato di inversione di zona di frontiera o contorno contenente direttori orientazionali sostanzialmente orizzon talmente allineati adiacenti ad una frontiera corrisponden te? la commutazione da uno stato all'altro non richiede mo?rimerito delle disclinazioni a causa dell?equivalenza topologica degli stati ?

Una cella di visualizzazione a cristalli liquidi h rappresentata in figura 1 ? Questa cella di visualizzazione costituisce una forma di reali zzazione esemplificativa dell?invenzione? La cella di figura 1 rappresenta solo una di una pluralit? di queste celle che sono incluse in una intera visualizzazione a cristalli liquidi ? Come ? rappre^ sentato in figura 1 , la cella di visualizzazione a cristalli liquidi include il substrato superiore 10, il substrato inferiore 11 , la superficie di allineamento di inclinazione testini zzata topograficamente superiore 20, la superficie di allineamento di inclinazione testuri zzata topografi camente inferiore 21 , un materiale a cristalli liquidi nenia ti ci 30, il conduttore superiore 40 ed il conduttore infe riore 41 ? Potenziali di commutazione e mantenimento sono ali mentati alla cella dalla sorgente di potenziale variabile 50 collegata al conduttore superiore 40 e al conduttore inferiore 41 ? Uri complesso di vettori di base di riferimento (xfyfz) ? rappresentato nelle figure per favorire l?or?entamen to della figura 1 rispetto alle figure da 4 a 7?

Substrati 10 e 11 supportano conduttori 40 e 41 rispettivamente e forniscono pure un mezzo per contenere il materiale a cristalli liquidi 30? Ciascun substrato ? costato principalmente da un materiale dielettrico trasparente come "biossido di silicio o vetro o simili ?

Conduttori 40 e 41 sono disposti su una superficie opposta interna di ciascun substrato rispettivo al fine di consentire ad un campo elettrico alternato o continuo di e? sere imposto sostanzialmente perpendicolarmente ? ciascun substrato. Sia elettrodi in.terdi gitali che elettrodi nastri formi uniformi continui rappresentano disposizioni adatte per l?impiego in qualit? dei conduttol*i 40 e 41 ?

Come h rappresentato nella figura 1 , solo per scopi illustrativi , i conduttori 40 e 41 sono elettrodi a strisce o nastriformi uniformi continui disposti ortogonalmente l?u no rispetto all?altro? Il conduttore 40 ? formato su una superficie interna del substrato superiore 10, mentre il conduttore 41 ? similmente formato su una superficie interna<^ >del substrato inferiore 11 in una direzione perpendicolare alla direzione del conduttore 40? Ciascun conduttore ? depo sitato o inciso tramite tecniche fotolitografiche convenzi? nali sotto forma di una pellicola sottile sulla superficie interna del substrato rispettivo? Pellicole trasparenti come ossido di indio-stagno sono impiegate in qualit? di conduttori su entrambi i substrati di celle di visualizzazione del modo a trasmi ssione, mentre pellicole opache costituite ad esempio da alluminio sono impiegate per conduttori su un sub strato in celle di visualizzazione del modo a riflessione? Superfici di allineamento di inclinazione topografloamente testuri zzate 20 e 21 vengono utilizzate per indur re un allineamento di inclinazione noto sulle molecole dei cristalli liquidi adiacentemente a ciascuna superficie? Qu? ste superfici sono state pure chiamate superfici di allinea mento di inclinazione? Le superfici 20 e 21 sono strati non conduttori trasparenti sulle superfici esposte interne dei substrati e conduttori per definire allineamento superficie le dei direttori orienta zi onali di materiale a cristalli li qui di 30? Le superfici 20 e 21 sono collegate integralmente a ciascun substrato rispettivo tramite deposizione di raggi elettronici obliqua o evaporazione termica di un materiale come ad esempio ossido di titanio o ossido di silicio, entrambi i quali agiscono da isolanti o isolatori? Ci? ha ci? me conseguenza una topografia colonnare inclinata uniformemente per ciascuna superficie di allineamento di inclinazi? ne? La topografia su ciascuna delle superfici 20 e 21 defin? sce un angolo di inclinazione superficiale misurato da ciascun substrato normale (superfici e interna) nell'interval lo da 0? a 90?? Sono preferiti angoli di inclinazione della superficie maggiori di 45? al fine di garantire predominanza della configurazione dei direttori orienta zi onali orizzontali? Le superfici 20 e 21 di allineamento di inclin?zi? ne saranno descritte pi? completamente in seguito facendo riferimento alle figure 2 e 3?

Il materiale a cristalli liquidi 30 ? una sostanza a cristalli liquidi nella mesofase nematica avente anisotropia dielettrica almeno in un certo intervallo di frequenze? In una cella di visualizzazione esemplificativa, il materia le 30 ? costituito da campioni di cianobi fenile di E7 disp? nibili presso la Merck Chemical Company? Il materiale a cristalli liquidi 30 ? disposto fra substrati paralleli contrapposti, in cui la distanza superficie-a-superficie dei substra ti h inferiore a 20 micron e, tipicamente, ? di circa 10 mi cron?

Ciascuna cella di visualizzazione h suddivisa in una regione attiva ed in una regione inattiva? la regione atti va include un volume di materiale a cristalli liquidi 30 in grado di commutare fra gii stati in risposta a campi elei; trici appropriatamente applicati? In generale, per il tipo di cella rappresentato nella figura 1 , la regione attiva e definita come quella regione fra la sovrapposizione dei con duttori 40 e 41 ? In figura 1 , una frontiera inferiore della regione attiva ? rappresentata come l*area tratteggiata sulla superficie 21 ? La regione inattiva circondante ciascuna regione attiva rappresenta un volume di materiale a cristalli liquidi che mantiene una configurazione dei direttori orien tazionali fissa indipendentemente dalle confi gurazioni in r? gioni attive adiacenti ? Ciascuna regione inattiva, pure nota come regione di isolamento neutra, separa, isola e stabilizza la regione attiva circondata di una cella corrispondente nella visualizzazione a cristalli liquidi? Una teoria delle regioni di isolamento neuire ? spiegata da J? Cheng in "Surface Pinning of Disclinations and th? Stabili ty of Bistab!e Nematic Storage Displays," J? Appi? Phys? jjj 2 , pp? 724-727 (1981 ).

Ulteriori informazioni relative agli aspetti fisici e alla costruzione della cella di visualizzazione basilare rappresentata in figura 1 sono contenute nel brevetto statunitense No? 4 333 708?

La sorgente di potenziale variabile 50 genera una pluralit? di segnali elettri ci che sono alimentati al conduttore superiore 40 e al conduttore inferiore 41 per imporre vari campi elettrici in alternata o in continua attraver so il materiale a cristalli liquidi 30 e sostanzialmente per pendicolarmente ai substrati 10 e 11 ? In dipendenza dalie ca ratteristiche del campo elettrico imposto nella regione atti va della cella di visualizzazione, la configurazione dei direttori orientazionali del materiale a cristalli liquidi 30 viene trasformata attraverso una configurazione ori zzontale distorta (figura 5) o in uno stato ori zzontale asimmetrico superiore (figura 6) oppure in uno stato orizzontale asimme tri co inferiore ( figura 7)? Dopo che la commutazione o il pa^ saggio ad uno stato asimmetrico ? iniziata, la sorgente 50 genera un segnale di mantenimento alternato per completare il ci clo di commutazione o passaggio e per mantenere lo sta to asimmetrico ori zzontale nella cella di visuali zzazione con un potenziale di mantenimento ?

Segnali generati trami te la sorgente 50 sono gen? Talmente delle famiglie di segiali a inviluppo costante e segnali ad ampiezza costante? Piti particolarmente, i segna li a inviluppo costante sono segnali impulsivi alternati c? mandati a inviluppo sostanzialmente costante, mentre i segnali ad ampiezza costante sono segnali impulsivi continui comandati ?

Al fine di attuare la commutazione secondo i principi della presente invenzione, segnali dalla sorgente 50 generano potenziali riferiti ad un potenziale critico V , che c sar? descritto pi? dettagliatemnte in seguito ? I segnali BO no classificati in categorie ampie e cio? un segiale di scrit tura continuo, un segnale di iniziali zza zi one o concellazi? ne continuo e un segnale di mantenimento alternato . Un segnale di scrittura dalla sorgente 50 impone un potenziale continuo di ampiezza attraverso la cella di visualizzazione per av viare la commutazione della cella a un primo stato ori zzontale asimmetrico (superiore o inferiore) in cui il potenziale ? o al disopra o al disotto del potenziale critico al fine di produrre caratteristiche di commutazione desidera te? Un segnale di concellazione impone un potenziale di valore V attraverso la cella di visuali zzazione per avviare la com mutazione della cella ad un secondo stato orizzontale asina metrico (inferiore o superiore), in cui V_ ? di valore sostanzialmente uguale a di polarit? opposta. Il segnale di mantenimento alternato vi ene generato mediante la sorgente 50 per completare il ciclo di commutazione e mantere i direi; tori orienta zi onali nello stato orizzontale asimmetrico part? colare a cui essi sono stati commutati . Il segnale di mantenimento crea un potenziale alternato di valore attraverso la cella, in cui ? almeno maggiore del potenziale critico Vc? Il valore VJJ del potenziale di mantenimento pu? essere aumentato per migliorare il contrasto ottico fra il primo ed il secondo stadio orizzontali asimmetrici . Si deve notare ete i potenziali V^, V^, e Vc dipendono dalle dimensioni ed al tre caratteristiche della cella di visualizzazione a cristalli liquidi . Tuttavia, a titolo esemplificativo, ? noto che, per una cella sottile (distanza infrasubstrati di 10 micron) contenente E7, potenziali preferiti sono Vc = 1 ,5 volt, e V sono compresi fra 1 , 5 e 5?0 volt e V? ? inferiore a 10,0 volt. Informazione pi? dettagliata concernente la sorgente di potenziale variabile 50 e la commutazione bi stabile della cella di visualizzazione a cristalli liquidi ? fornita in sei guito con riferimento alle fi gure da 5 <'>a 7?

La figura 2 rappresenta una vista della superfici e di allineamento di inclinazione superiore 20 da una posizione giungo la linea 2-2 in figura 1 ? La superficie di allineamento d?inclinazione 20 include la superficie 201 di regi? ne attiva (ellissi a contorno scuro ) e la superfici e 202 della regione di isolamento (ellissi a contorno chiaro) ? So no state tracciate ellissi per rappresentare colonne moleco lari inclinate nella topografia inclinata della superficie 20? Lungo l?asse maggiore di ciascuna di varie ellissi sulla superficie 201 della regione attiva, ? stato tracciato un, vettore come una proiezione ortagonale dell?asse maggiore di ciascun ellisse cio? l 'asse molecolare di una colonna metallica sulla superficie di allineamento delle inclinazioni? Poich? il vettore indica una direzione in cui le colonne sono rivol^ te in allontanamento dalla superficie di allineamento di in clonazione, si pu? dire che il vettore indica una direzione di inclinazione superficiale per le colonne di ossido metal^ lico e, quindi , una direzione di deviazione azimutale per la superficie di allineamento di inclinazione?

L?inclinazione azimutale per una superficie di regione attiva viene misurata come uno spostamento angolare da una linea di riferimento* Nelle figure, la linea 213 rappr? Benta la linea di riferimento? La linea 203 ? parallela ai vettori sulla superficie 201 per indicare la direzione di da viazione azimutale per la superficie 201 della regiona attiva con un angolo , in cui ^ ? un angolo acuto compreso fra -90? e 90?. Si deve notare che la superfi cie 202 della regione di isolamento ? allineata parallelamente alla direz?o? ne d? inclinazione o deviazione azimutale della superficie 201 della regione attiva.

la figura 3 rappresenta una vista della superficie di allineamento di inclinazione inferiore 21 da una posi zi? ne lungo la linea 3-3 in figura 1 . La superficie 21 include la superficie 21 1 di regione attiva (ellisse a contorno scu ro) e la superficie 212 della regione di isolamento (ellissi a contorno chiaro) ? La linea di riferimento 213 rappreseli ta pure la direzione di deviazione azimutale per la superi! eie 211 della regione attiva per cui la inclinazione azimuta le per la superficie 21 1 ? di 0?? L?inclinazione azimutale per la superficie 21 2 h pparallela alla direzione di inclina zione o deviazione per la superficie 211 ?

Nella regione attiva della cella di visualizzazione, le superfl ci 20 e 21 formano una condizione di contorno a in elinazione inversa. L?inclinazione inversa si verifica per il fatto che la deviazione o inclinazione azimutale ??- della superficie 201 ? compresa fra -90? e 490? e, quando misu rata come un angolo acuto da ciascuna rispettiva normale di substrato (superficie interna), l?angolo di inclinazione superficiale per la superficie 201 ha una polarit? opposta all?angolo di inclinazione superficiale o di superficie per la superficie 211 . Ad esempio, come ? rappresentato nelle fi gure 2 e 3, l?angolo di inclinazione superficiale per la superficie 201 h misurato in senso antiorario dalla perpendic? lare alla superficie interna del substrato 10 come un ango lo acuto, mentre l?angolo di inclinazione per la superficie 211 ? misturato in Benso orario dalla normale della superficie interna del substrato 11 ? Come si h detto precedentemen te gli angoli di inclinazione superficiali per le superfici 201 e 211 devono avere valori assoluti nell?intervallo da 0? a 90? dalle rispettive normali di substrato e, pi? preferibil mente, maggiori di 45? per favorire una configurazione orizzontale dei direttori orienta zi onali ? Inoltre, ? importante per i fini dell?invenzione che l?inclinazione inversa sia uguale, per cui l?angolo di inclinazione in valore assoluto della superficie 201 h sostanzialmente uguale al valore assoluto dell'angolo di inclinazione per la superficie 211 ?

Nella regione di isolamento, le si^perfici 20 e 21 formano una condizione di contorno uniformemente parallela al^ lineata parallelamente alla deviazione o inclinazione azimutale delle corrispondenti superfici delle regioni attive? In altre parole, le superfici 202 e 21 2 delle regioni di isolamento hanno colonne presentanti angoli di inclinazione super ficiali o delle superfici di approssimativamente 90? dalla perpendicolare al substrato (vedere le figure 2 e 3) ? Si ? trovato che, per facilitare la fabbricazione, la condi zione di contorno parallelo delle superfici 201 e 202 pu? essere realizzata tramite evaporazione obliqua di SiO , con il pia no di incidenze in una direzione perpendicolare alla direzio ne di inclinazione azimutale preferita da un angolo di approssimativamente 65<0 >dalla normale al substrato.

Le superfici di allineamento di inclinazione superiore e inferiore sono importanti , individualmente e in com binazione, per la commutazione bistabile della cella di visualizzazione a cristalli liquidi . Le superfici di allineamento di inclinazione superiore e inferiore sono fabbricate in un modo da eliminare una preferenza di uno stato orizzon tale asimmetrico rispetto all*altro in assenza di un campo elettrico di commutazione particolare e per fornire differen ziazione ottica degli stati asimmetrici ? Particolarmente, la differenza fra le inclinazioni azimutali delle superfici del^ le regioni attive superiore e inferiore fornisce differenzia zione ottica fra gli stati bistabili . La simmetria delle superfici nella cella di visualizzazione elimina una preferenza per stabilire uno stato ori zzontale asimmetrico in prossi^ mit? di uria superficie particolare in assenza del campo di in terruzione o rottura della simmetria. Queste caratteristiche diverranno pi? evidenti con riferimento alla descrizione delle figure da 4 a 7 in seguito fornita.

La figura 4 rappresenta una vista tridimensionale del volume di materiale di cristallo liquido nella regione attiva della cella di visualizzazione illustrata con i direttori orienta zi onali in una configurazione orizzontale non distorta? E? questa la configurazione di riposo della cella, poich? i direttori orienta zi onali del materiale a cristalli liquidi assumono questa configurazione in assenza di un campo elettri co? La sezione piana 401 di uno strato di contorno contiene direttori del materiale a cristalli liquidi orienta ti sostanzialmente con l?angolo di inclinazione superficiale della superficie 211 , mentre sezioni piane 403 di uno strato di contorno contengono direttori orientati con 15angolo di inclinazione superficiale della superficie 201 ? La sezione 0 porzione piana 402 di uno strato a inversione contiene diret^ tori ori entazi onali che sono sostanzialmente orizzontali (s? stanzialmente paralleli ) rispetto a ciascuna superficie di substrato ?

Per semplicit?, la figura 4 illustra Bolo dettagli sufficienti per osservare la porzione o sezione piana 402 c? me una sezione eingola di direttori ori entazi onali complanari nello strato di inversione? Manifestamente vi sono una piu ralit? di sezioni o porzioni piane identiche parallele alla porzione piana 402 che costituiscono l?intero strato d? o a inversione? Analogamente, vi sono pluralit? corrispondenti di porzioni piane identiche parallele a ciascuna delle por zi ? ni piane 401 e 403 che costituiscono strati di contorno in corrispondenza delle superi! ci 20 e 21 rispettivamente? Qu? sta semplificazione di particolari ? stata pure applicata al le figure 5, 6 e 7?

L'allineamento dei direttori orientazionali non ? variato dalla configurazione orizzontale non distorta finch? un campo di interruzione o rottura di simmetria ? applicato alla cella. Inoltre, tale variazione ? mantenihile a patto che un potenziale di mantenimento uguale p superiore al potenziale critico sia successivamente applicato alla cella di visualizzazione. Il potenziale critico Vc ? definito come il potenziale al disopra del quale il materiale a cristalli liquindi 30 si comporta in un modo bistahile rispetto a configurazioni orizzontali . Il potenziale critico viene descritto come segue. Si supponga che gli strati di contorno e a inversione siano completamente separati e presentino energia di distorsione di curvatura divergente uniforme UQ per volume unitario, in cui

X

4 Ti k 2

? ?

in cui ?, ? la lunghezza di coerenza elettrica definita come la distanza caratteristica in cui molecole di cristalli liqui di con modulo di curvatura divergente medio k e anisotropia dielettrica ?? ruotano da perpendicolari a parallele ri spetto ad un campo elettrico applicato E? La densit? di ener gi? per ciascuna area unitaria di ciascuno strato di contorno ? proporzionale allo spessore dello strato particolare, come

? mostrato nella tabella qui sotto:

Tipo ai straro Spessore Densit? di energia per area unitaria (Numeri di rifer?

mento

Contorno

(501 , 503) tJ0 ?/2

Inversione 2?

(502)

Inversione del contorno

(504, 505)

<l>o<j r>o

Dalla tabella precedente risulta chiaro che la confi

gurazione ori zzontale distorta rappresentata in figura 5 ha

una energia totale per area unitaria di 3UQ|r > mentre gli sta

ti orizzontali asimmetrici delle figure 6 e 7 hanno ciascuno

un'energia totale per area unitaria di 2Uq? ? Tuttavia, l'ar

gomento presentato non ? valido per un campo applicato per

cui gli strati di contorno e di inversione si "fondono" at-

traverso lo spessore totale d della cella di visualizzazione?

Perci?, lo spessore d della cella h almeno uguale a 3^ , ed

il potenziale cr?tico ? dato dalla relazione

V = dE = 3 ? E .

c c c

Per un campione di ciano bi fenile E7 e angoli di inclinazione

di superficie di valore assoluto di approssimativamente 53?,

il potenziale cr?tico V ? approssimativamente compreso fra c

1 ,3 e 1 , 7 volt?

Quando un potenziale maggiore del potenziale critico Vc viene applicato ad una cella di visualizzazione, i direttori orientazionali della regione attiva sono 'brevemente trasformati in una configurazione orizzontale distorta come e mostrato in figura 5? La configurazione ori zzontale distorta contiene sezioni o porzioni piane 501 dello strato di contorno inferiore, la porzione o sezione piana 502 dello strato d?inversione e la porzione piana 503 dello strato di contorno superiore, a cui sar? in seguito fatto rispettivamente riferimento come strato di contorno inferiore 501 , strato di inversione 502 e strato di contorno superiore 503? Questo stato ? instabile poich? l?energia el?stica e dielet trica totale della configurazione dei direttori orientazionali pu? essere ridotta quando lo strato di inversione 502 si fonde o con lo strato di contorno superiore 503 (figura 6) per formare lo stato orizzontale asimmetrico superiore o con lo strato di contorno inferiore 501 (figura 7) per forma re lo stato orizzontale asimmetrico inferiore? Entrambi gli stati orizzontali asimmetrici hanno energia uguale, sono top? logicamente equivalenti , e sono separati da una barriera di energia rappresentata dalla configurazione orizzontale distor ta?

Se il potenziale continuo applicato alla cella nella configurazione orizzontale distorta ? Vw corrispondente al s? gnale di scrittura dalla sorgente 50, allora una trasformazione dei direttori ori entazionali viene iniziata dalla confi gurazione orizzontale distorta<? >(FIG. 5) verso lo stato orizzontale asimmetrico superiore rappresentato in figura 6. la trasformazione sji verifica tramite spostamento verticale diretto dello strato di inversione 502 verso lo strato di contorno 503? Ci? ha come conseguenza la formazione dello strato di inversione di contorno 504 adiacentemente alla su perficie di regione attiva 201 della superficie 20. Quando il potenziale di mantenimento alternato viene successiva mente applicato alla cella attraverso il segnale di manteni mento dalla sorgente 50, il ciclo di commutazione viene completato e i direttori orienta zi onali sono mantenuti nello stato orizzantale asimmetrico superiore. I direttori orienta zi onali nello strato d'inversione di contorno 504 risiedono nel piano che include sia la normale del substrato che la li_ nea di deviazione o inclinazione azimutale per la superficie 201 di regione attiva, ossia la linea 203.

D'altro canto, se il potenziale continuo applicato alla cella nella configurazione orizzontale distorta ? V^, coi*ri spond ente al segnale di cancellazione dalla sorgente 50, allora una trasformazione dei direttori orienta zi onali viene avviata dalla configurazione orizzontale distorta verso lo stato oiizzontale asimmetrico inferiore rappresentato in figura 7? La trasformazione si verifica tramite spostamento verticale verso il basso dello strato di inversione 502 ver so lo strato di contorno inferiore 501 ? Quando il potenziale di mantenimento alternato VJJ viene successivamente applicato alla cella attraverso il segnale di mantenimento dalla sorgente 50, il ciclo di commutazione viene completato e la configurazione dei direttori orientazionali viene mante nuta nello stato orizzontale asimmetrico inferiore. I direttori orientazionali nello strato di inversione di contorno 505 risiedono in un piano che include sia la normale del sub strato che la linea di inclinazione azimutale per la superfi eie 211 della regione attiva ossia la linea di riferimento 213.

Commutazione infrastati fra stati orizzontali asimmetrici , ad esempio, da superiore a inferiore o da inferiore a superiore, viene attuata estinguendo il segnale di manteni mento alternato alla cella e consentendo al materiale a cristalli liquidi 30 di rilassarsi momentaneamente nella confi gu razione ori zzontale distorta (figura 5 ) 0 nella configurazio ne orizzontale non distorta (figura 4) ? Dopo un breve periodo di rilassamento, un segnale di scrittura continuo o un segnale di cancellazione continuo viene alimentato alla cella per avviare appropriatamente la commutazione?

Si deve notare che la cella rilasser? in una confi -gurazione orizzontale sostanzialmente indistorta in presenza di qualsiasi potenziale minore del o anche leggermente supe; riore al potenziale critico V ? Quindi, commutazione infrasta ti pu? pure essere attuata riducendo il potenziale sulla cella dal livello del potenziale di mantenimento ad un livello leggermente maggiore o minore del potenziale critico?

E* vantaggioso per il funzionamento della cella di visualizzazione nell?uno o nell?altro stato asimmetrico che i direttori orienta zi onali abbiano ad essere inibiti dal com mutare ad una configurazione verticale? La commutazione alla configurazione verticale pu? essere impedita facendo funzionare la sorgente di potenziale variabile 50 al disotto del 1:1 vello di soglia in corrispondenza del quale si verifica sta^ co delle diadi nazioni ? Questo livello di soglia risulta gene^ ralmente dell?ordine di 60 volt?

In una seconda forma di realizzazione della cella di visualizzazione, gli elementi e i metodi operativi essenziali sono stati precedentemente descritti con riferimento alla cella di visualizzazione rappresentata nelle figure da 1 a 7? Inoltre, le regioni di isolamento 202 e 212 presentano una topografia colonnare inclinata simile alla rispettiva re glone attiva, che ciascuna regione di isolamento circonda? . Bench? non sia rappresentato nelle figure, una com binazione appropriata di polarizzatori lineari , e probabilmente una piastra di ritardo fissa possono essere impiegate per migliorare il contrasto ottico fra gli stati asimmetrici?

Una applicazione per questo tipo di cella di vi sua lizzazione a cristalli liquidi nematici ? in dispositivi di visualizzazione di memoria indiri zzabili a matrici di alta

RIVENDI AZIONI

1 . Cella di visualizzazione a cristalli liquidi atta ad essere commutata o a un primo stato oppure a un secondo sta to, comprendente un primo ed un secondo substrati disposti in relazione parallela l'uno rispetto all'altro, ed un materiale a cristalli liquidi nemati ci avente direttori orienta zi onali disposti fra entrambi i substrati , caratterizzata dal fatto che ciascun substrato ha una superficie interna topograficamente testuri zzata presentante una inclinazione uniforme con un angolo di inclinazione superficiale acuto da una rispettiva normale alla superficie, .

mezzi per generare un potenziale continuo di una pri ma polarit? attraverso il materiale a cristalli liquidi per avviare una prima variazione nella configurazione dei diretto ri ori entazi onali interrompendo la simmetria della cella di visualizzazione a cristalli liquidi al fine di favorire una configurazione dei direttori ori entazionali in cui uno stra to a inversione dei direttori orientazionali ? sostanzialmente adiacente e parallelo al primo substrato,

e

mezzi collegati a ciascun substrato per generare un potenziale elettrico attraverso il materiale a cristalli liquindi per completare e mantenere la prima variazione nella configurazione dei direttori orientazionali in maniera tale che i direttori orientazionali siano configurati nel primo stato

2? Cella di visualizzazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l?angolo di inclinazione superficiale per la superficie interna topograficamente testuri zzata sul primo substrato ? sostanzialmente uguale e di polarit? opposta all?angolo di inclinazione superficiale per la superficie interna topograficamente testuri zzata sul secondo substrato in maniera tale che entrambe le superi! ci in terne topograficamente testuri zzate formano una condizione al contorno di inclinazione inversa uguale?

3? Cella di visualizzazione secondo la rivendicazi? ne 1 oppure 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna superi! eie interna topograficamente testuri zzata ha una inclinazione azimutale rispetto ad una linea di riferimento predetern? nata, la superficie interna topograficamente testuri zzata sul primo substrato avendo una inclinazione azimutale, essendo nell?intervallo da -90? a 490? , esclusivamente, e la superi!eie interna topograficamente tes turi zzata sul secondo sub strato avendo una inclinazione azimutale di 0??

4? Cella di visualizzazione secondo le rivendicazioni 1 , 2 oppure 3 caratterizzata dal fatto che i mezzi per avviare la prima variazione includono

mezzi per generare un potenziale continuo di una s.e conda polarit? attraverso il materiale a cristalli liquidi per avviare una seconda variazione nella configurazione dei direttori orienta zi onali interrompendo la simmetria della cel la di visualizzazione a cristalli liquidi per favorire la con figurazione di direttori orienta zi onali in cui uno strato di inversione di direttori orienta zi onali ? sostanzialmente adia cente e parallelo al secondo substrato, e

in cui i mezzi per generare un potenziale elettrico include inoltre

mezzi collegati a ciascun substrato per generare un potenziale elettrico attraverso il materiale a cristalli liquidi per completare e mantenere la seconda variazione nella configurazione dei direttori orienta zi onali in maniera tale che i direttori orienta zi onali siano configurati nel secondo stato?

5? Procedimento per commutare una cella di visualiz zazione a cristalli liquidi avente un 'materiale a cristalli nematici con direttori orienta zi onali disposti fra un primo e un secondo substrati disposti paralleli , ciascun substrato avendo una superficie interna topograficamente testini zzata manifestante una inclinazione uniforme con un angolo di in clinazione superficiale acuto da una rispettiva normale alla superficie,

generare un potenziale continuo di una prima polari t? attraverso il materiale a cristalli liquidi per avviare u na prima variazione nella configurazione dei direttori oi?en tazionali interrompendo la simmetria della cella di visuali^ zazione a cristalli liquidi al fine di favorire una configura zione dei direttori orientazionali in cui uno strato a inver sione di direttori orientazionali e sostanzialmente adiacente e parallelo al primo substrato, e

generare un potenziale elettrico attraverso il materiale a cristalli liquidi per completare e mantenere la prima variazione nella configurazione dei direttori orientazionali in modo tale che i direttori orientazionali abbiano ad essere configurati nel primo stato?

La presente invenzione riguarda dispositivi di vi sualizzazione e, pi? particolarmente, dispositivi a cristaL li liquidi bistabili

I dispositivi di visualizzazione a cri stalli liqui di neinati ci bistabili richiedono generalmente grandi potenziali elettrici alternati per avviare commutazione fra stati bistabili ? Una ragione importante di questi elevati potenziali di commutazione elettrici alternati ? che a ciascu na cella di visuali z zazione deve essere fornita una quantit? di energia elettrica sufficiente a staccare e muovere di^ s clonazioni da siti di fissaggio?

Una forma di realizzazione di un dispositivo di vi sualizzazione a cristalli liquidi nematici presenta bistahi lit? della configurazione fra i due stati ? Si veda il brevetto statunitense No? 4 333 708?/ I due stati , che esistono separaiamente in assenza di un potenziale di mantenimento sono topologicamente non equivalenti e ottengono stabilit? da fissaggio delle di sciina zi oni.? La commutazione fra gli stati ? attuata staccando e muovendo disclinazioni da un si to di fissaggio in risposta ad un potenziale di commutazi<D ne alternato applicato che supera una grande e brusca soglia di commutazione?

La riduzione del livello di soglia di commutazione per questo tipo di dispositivo di visualizzazione a cristalli l?quidi ? ottenuta tramite prepolarlzzazione di celle selezionate nella visualizzazione con uh piccolo potenziale iniziale alternato prima della applicazione del potenziale di commutazione pi? elevato? Si veda? ad esempio, la domand a di brevetto statunitense copendente, serie no. (G. D. Eoyd, caso 23-5)# depositata il 25 agosto 1?82. Anche se il livello di commutazione ? pi? basso per il secondo dispositivo di visualizzazione di memoria a cristalli liquidi nematioi, il livello di commutazione rimane eufficientemente alto, per esempio, nell'ordine di cento volte, per assicurare il distacco e il movimento delle disclinazion? necessarie per raggiungere la commutazione ?nterstato.

Relativamente a dispositivi di visualizzazione de^ scritti precedentemente si deve notare che potenziali di com mutazione alternati vengono impiegati per effettuare la com mutazione fra gli stati . I segnali che generano questi poten ziali di commutazione alternati derivano generalmente dalla famiglia di segnali a inviluppo costante e, pi? particolarmente, segnali impulsivi alternati comandati a inviluppo sostanzialmente costante. I segnali alternati a inviluppo costan te sono preferiti ai segnali di ampiezza costante o segnali continui , poich? questi ultimi segnali danno luogo a effetti di polarizzazione delle cariche spaziali che riducono l*ampi e zza del campo elettrico applicato. Perii dispositivi di vi suali zzazione summenzionati , sussi tono ancora i problemi di potenziali di commutazione alternati relativamente grandi e commutazione a causa del movimento delle discl?nazioni ?

Secondo la presente invenzione, un piccolo potenzia le elettrico continuo viene appli cato alla cella di visuali^ zazione a cristalli liquidi nematici per avviare commutazione fra gli stati bistabile fra due configurazioni di diretto ri orientazionali orizzontali topologicamente equivalenti ? La polarit? del potenziale continuo determina la configurazione verso la quale ? ini ziato un ciclo di commutazione fra gli stati? Dopo che h iniziata la commutazione, un piccolo potenziale elettrico alternato, ad esempio inferiore a 10 volt, viene applicato alla cella per completare il ciclo di commutazione e mantenere la configurazione dei direttori orientazionali in uno dei due stati orizzontali ? La cella di visualizzazione a cristalli liquidi nematici bistabile com prende substrati superiore e inferiore, materiale a cristal 11 liquidi nematici disposto fra entrambi i substrati ad una combinazione di elementi collegati integralmente con i substrati atti a orientare preferenzialmente direttori del materiale a cristalli liquidi in uno stato orizzontale asim metrico avente uno strato di inversione sostanzialmente adiacente e parallelo ad un substrato predeterminato in presenza di un campo elettrico continuo di rottura della simme tria seguito in sequenza da un potenziale elettrico alterna to applicato particolare?

In una forma di realizzazione dell'invenzione, la cella di visualizzazione a cristalli liquidi comprende sub strati paralleli superiore e inferiore aventi piste o strisce elettricamente conduttrici e superile! di allineamento di inclinazione topograficamente testurizzate disposte su di esse, un materiale a cristalli liquidi nematici disposto fra superfici testuri zzate opposte ed una sorgente di potenziale variabile collegata alle strisce conduttrici per generare campi elettrici di commutazione attraverso il ma teriale a cristalli liquidi? Uria cella ? suddivisa in una regione attiva e in una regione isolante -che circonda la regione attiva? Nella regione attiva della cella, le super fi ci di allineamento di inclinazione testuri zzate contrapposte presentano una condi zione di delimitazione o contorno di inclinazione inversa uguale ed una torsione o differenza angolare fra orientamenti azimutali delle superfici di allineamento di inclinazione testuri zzate opposte per la differenziazione ottica degli stati ? Su ciascuna superficie di allineamento di inclinazione testuri zzata, la regione i? solante h caratteri zzata da una condi zione di contorno paral^ .lelo? la commutazione fra gli stati h attuata applicando un primo potenziale continuo al materiale a cristalli liquidi per avviare l?allineamento dei direttori orientazionali in uri primo stato orizzontale asimmetrico? Uh piccolo potenzia le di mantenimento alternato, maggiore di un potmziale cri ti co, viene applicato perpendicolare ai substrati per completare la commutazione al primo stato* Le transizioni al se^ condo stato sono attuate applicando un secondo potenziale continuo al materiale a cristalli liquidi al fine di avviare allineamento appropriato dei direttori orientazionali in un second? stato ori zzontale asimmetrico? Nuovamente, il picco^ lo potenziale di raanteni mento alternato viene applicato per completare la commutazione al secondo stato?

In un?altra forma di reali zzazione dell?invenzione, la cella di visualizzazione a cristalli liquidi comprende similmente substrati paralleli superiore e inferiore aventi strisce elettricamente conduttrici e superfici di allineamento di inclinazione testuri zzate topograficamente disposte su di esse, il materiale a cristalli liquidi nematici disposto fra superfici testuri zzate contrapposte, e la sorgente di potenziale variabile collegata alle strisce condut tri ci per generare campi elettrici di commutazione attraver so il materiale a cristalli li qui di ? Qu?sta forma di realiz zazione differisce dalla forma di realizzazione precedentemente descritta, per il fatto che superfici di allineamento di inclinazioni testuri zzate topograficamente su substrati opposti presentano ovunque una condizione di contorno a inclinazione inversa? Regioni attive di quest?ultima forma di realizzazione non sono definite dalla struttura delle super fici di allineamento di inclinazioni ma, piuttosto, le regi ? ni attive sono definite dalla regione di sovrapposizione fra strisce conduttrici su ?substra ti , opposti?

Una comprensione p? completa dell ?invenzione pu? essere ottenuta leggendo la descrizione che segue di una forma di reali zzazione illustrativa specifica dell ?invenzione in unione con i disegni inclusi in cui :

la figura 1 rappr esenta una vista tridimensionale di una cella di visualizzazione a cristalli liquidi ;

la figura 2 rappresenta una illustrazione concettuale della superficie di allineamento di inclinazione tje sturizzata topograficamente superiore 20, come vista dalla linea 2-2 di figura 1 ;

la figura 3 rappresenta una illustrazione concentuale della superfici e di allineamento di inclinazione testura zzata inferiore 21 , vista dalla linea 3-3 di fi gura 1 ; e

le figure da 4 a 7 illustrano vari allineamenti di direttori ori entazionali ori zzontali entro la regione attiva nella cella di visualizzazione di figura 1 , secondo i princi pi dell*invenzione? . _

Un nuovo effetto di bistabilit? h mostrato per cristalli liquidi nematici, in cui la commutazione infrastati fra due stati topologicamente equivalenti ? avviata tramite appli cazione di un potenziale elettrico continuo di rottura di simmetria? Uno stato ? mantenuto nella sua configurazione appropriata mediante applicazione successiva di un pi ccolo potenziale di mantenimento alternato# Ciascuno stato presen ta uno strato di inversione di zona di frontiera o contorno contenente direttori ori entazionali sostanzialmente orizzon talmente allineati adiacenti ad una frontiera corrisponden te? La commutazione da uno stato all *altro non richiede mo? vimerito delle disclinazioni *a causa dell'equivalenza topologica degli stati#

Una cella di visualizzazione a cristalli liquidi h rappresentata in figura 1 # Questa cella di visuali zza zione costituisce una forma di realizzazione esemplificativa dell'invenzione? La cella di figura 1 rappresenta solo una di una pluralit? di queste celle che sono incluse in una intera visualizzazione a cristalli liquidi # Come ? rappre^ sentato in figura 1 , la cella di visualizzazione a cristalli liquidi include il substrato superiore 10, il substrato inferiore 11 , la superficie di allineamento di inclinazione testuri zzata topograficamente superiore 20, la superficie di allineamento di inclinazione testuri zzata topografi cament e inferiore 21 , un materiale a cristalli liquidi netatici 30, il conduttore superiore 40 ed il conduttore infe^ riore 41 ? Potenziali di commutazione e mantenimento sono alimentati alla cella dalla sorgente di potenziale variabile 50 collegata al conduttore superiore 40 e al conduttore inferiore 41 ? Un complesso di vettori di base di riferimento (x,y,z) ? rappresentato nelle figure per favorire l'orientaraen to della figura 1 rispetto alle figure da 4 a 7#

Substrati 10 e 11 supportano conduttori 40 e 41 rispettivamente e forniscono pure un mezzo per contenere il materiale a cristalli liquidi 30# Ciascun substrato ? costi? to principalmente da un: .materiale dielettrico trasparente come "biossido di silicio o vetro o simili .

Conduttori 40 e 41 sono disposti su una superficie opposta interna di ciascun substrato rispettivo al fine di consentire ad un campo elettrico alternato o continuo di e? sere imposto sostanzialmente perpendicolarmente ? ciascun substrato. Sia elettrodi interdigitali che elettrodi nastri formi uniformi continui rappresentano disposizioni adatte per l?impiego in qualit? dei conduttori 40 e 41.

Come ? rappresentato nella figura 1 , solo per scopi illustrativi , i conduttori 40 e 41 sono elettrodi a strisce o nastriformi uniformi contimi! disposti ortogonalmente l'u no rispetto all'altro? Il conduttore 40 ? formato su una superficie interna del substrato superiore 10, mentre il conduttore 41 ? similmente f orinato su una superficie interna del substrato inferiore 11 in una direzione perpendicolare alla direzione del conduttore 40. Ciascun conduttore ? depo sitato o inciso tramite tecniche fotolitografiche convenzi? nali sotto forma di una pellicola sottile sulla superficie interna del substrato rispettivo. Pellicole trasparenti come ossido di indio? stagno sono impiegate in qualit? di conduttori su entrambi i substrati di celle di visualizzazione del modo a trasmissione, mentre pellicole opache costituite ad esempio da alluminio sono impiegate per conduttori su un sub strato in celle di visualizzazione del modo a riflessione.

Superfici di allineamento di inclinazione topografloamente testuri zzate 20 e 21 vengono utilizzate per indiar re un allineamento di inclinazione noto sulle molecole dei cristalli liquidi adiacentemente a ciascuna superficie. Qu? ste superi! ci sono state pure chiamate superflci di allinea mento di inclinazione, le superile! 20 e 21 sono strati non conduttori trasparenti sulle superfici esposte interne dei substrati e conduttori per definire allineamento superficie le dei direttori orienta zi onali di materiale a cristalli li^ quidi 30. Le superfici 20 e 21 sono collegate integralmente a ciascun substrato rispettivo tramite deposizione di raggi, elettronici obliqua o evaporazione termica di un materiale come ad esempio ossido di titanio o ossido di silicio, entrambi i quali agi. scono da isolanti o isolatori. Ci? ha co me ?onseguenza una topografia colonnare inclinata uniformemente per ciascuna superficie di allineamento di inclinasi ? ne. La topografia su ciascuna delle superfici 20 e 21 defini sce un angolo di inclinazione superficiale misurato da ciascun substrato normale (superficie interna) nell<,>intervalL lo da 0? a 90? ? Sono preferiti angoli di inclinazione della superficie maggiori di 45? al fine di garantire predominanza della configurazione dei direttori bri entazi onali orizzontali. Le superflci 20 e 21 di allineamento di inclinazi? ne saranno descritte pi? completamente in seguito facendo riferimento alle figure 2 e 3?

Il materiale a cristalli liquidi 30 ? una sostanza a cristalli liquidi nella mes?ofase nematica avente anisotropia dielettrica almeno in un certo intervallo di frequenze? In una cella di visualizzazione esemplificativa, il materia le 30 ? costituito da campioni di cianobi fenile di E7 dispo_ ni bili presso la Merck Chemical Company. Il materiale a cristalli liquidi 30 ? disposto fra substrati paralleli contrapposti, in cui la distanza superficie-a-superficie dei substra ti ? inferiore a 20 micron e, tipicamente, ? di circa 10 mi cron?

Ciascuna cella di visualizzazione ?. suddivisa in una regione attiva ed in una regione inattiva. La regione atti va include un volume di materiale a cristalli liquidi 30 in grado di commutare fra gli stati in risposta a campi elet trici appropriatamente applicati . In generale, per il tipo di cella rappresentato nella figura 1 , la regione attiva ? definita come quella regione fra la sovrapposizione dei con duttori 40 e 41 . In figura 1 , una frontiera inferiore della regione attiva ? rappresentata come l?area tratteggiata sulla superficie 21. La regione inattiva circondante ciascuna regione attiva rappresenta un volume di materiale a cristalli liquidi che mantiene una configurazione dei direttori ori eh tazionali fissa indipendentemente dalle configurazioni in r? gioni attive adiacenti. Ciascuna regione inattiva, pure nota come regione di isolamento neutra, separa, isola e stabilizza la regione attiva circondata di una cella corrispondente nella visualizzazione a cristalli liquidi ? Una teoria delle regioni di isolamento neutre h spiegata da J? Cheng in "Surface BLnning of Disclinations and th? Stabili ty of Bis tabi e

ci e alla costruzione della cella di visualizzazione basilare rappresentata in figura 1 sono contenute nel brevetto statu-

pluralit? di segnali elettrici che sono alimentati al conduttore superiore 40 e al conduttore inferiore 41 per imporre vari campi elettrici in alternata o in continua attraver so il materiale a cristalli liquidi. 30 e sostanzialmente per pendicolarmente ai substrati 10 e 11 ? In dipendenza dalle ca ratt eristiche del campo elettrico imposto nella regione atti va della cella di visualizzazione, la configurazione dei direttori ori ent azionali del materiale a cristalli liquidi 30 viene trasformata attraverso una confi gura zi one orizzontale distorta (figura 5) 0 in uno stato ori zzontale asimmetrico superiore (figura 6) oppure in uno stato orizzontale asimme tri co inferiore (figura 7) ? Uopo che la commutazione o il pass saggio ad uno stato asimmetrico h iniziata, la sorgente 50 genera un segnale di mantenimento alternato per completare il ci clo di commutazione o passaggio e per mantenere lo sta to asimmetrico ori zzontale n*ella cella di visuali zzazione con un potenziale di mantenimento?

Segnali generati tramite la sorgente 50 sono gen? Talmente delle famiglie di segnali a inviluppo costante e segnali ad ampiezza costante* Pi? particolarmente, i segna li a inviluppo costante sono segnali impulsivi alternati c? mandati a inviluppo sostanzialmente costante, mentre i segnali ad ampiezza costante sono segnali impulsivi continui comandati ?

Al fine di attuare la commutazione secondo i principi della presente invenzione, segnali dalla sorgente 50 generano potenziali riferiti ad un potenziale critico V , che sar? descritto pi? dettaglia termite in seguito. I segnali no classifi cati in categorie ampie e cio? un segnale di scrii; tura continuo , un segnale di ini zi ali zza zi on e o concellazi? ne continuo e un segnale di mantenimento alternato. Un segnale di scrittura dalla sorgente 50 impone un potenziale continuo di ampiezza attraverso la cella di visuali zzazione per av viare la commutazione della cella a un primo stato orizzontale asimmetrico (superiore o inferiore) in cui il potenziale ? o al disopra o al di sotto del potenziale critico VQ al fine di produrre caratteristiche di commutazione desidera te. Un segnale di concellazione impone un potenziale di valore attraverso la cella di visuali zzazione per avviare la corri E

mutazione della cella ad un secondo stato ori zzontale asim metrico (inferiore o superiore), in cui V_ ? di valore sostanzialmente uguale a di polarit? opposta. Il segnale di mantenimento alternato vi ene generato mediante la sorgente 50 per completare il ciclo di commutazione e mantere i direi; tori orienta zi onali nello stato orizzontale asimmetrico parti^ colare a cui essi sono stati commutati . Il segnale di mantenimento crea un potenziale alternato di valore Vg attraverso la cella, in cui V? ? almeno maggiore del potenziale critico Vc? Il valore Vg del potenziale di mantenimento pu? essere aumentato per migliorare il contrasto ottico fra il primo ed il secondo stadio orizzontali asimmetrici . Si deve notare che i potenziali V_, V?, Vw e V dipendono dalle dimensioni ed al tre caratteristiche della cella di visualizzazione a cristalli liquidi . Tuttavia, a titolo esemplificativo, ? noto che, per una cella sottile (distanza infrasubstrati di 10 micron) contenente E7, potenziali preferiti sono Vc = 1 ,5 volt, e Vg sono compresi fra 1 , 5 e 5?0 volt e ? inferiore a 10,0 volt. Informazione pi? dettagliata concernente la sorgente di potenziale variabile 50 e la commutazione bi stabile della cella di visualizzazione a cristalli liquidi ? fornita in sj? guito con riferimento alle fi gure da 5 a 7?

La figura 2 rappresenta una vista della superficie di allineamento di inclinazione superiore 20 da una posizione lungo la linea 2-2 in figura 1 , La superfici e di allineamento d?inclinazione 20 include la superficie 201 di regi? ne attiva (ellissi a contorno scuro ) e la superficie 202 della regione di isolamento (ellissi a contorno chiaro) . S? no state tracciate ellissi per rappresentare colonne molec? lari inclinate nella topografia inclinata della superficie 20. Lungo l?asse maggiore di ciascuna di varie ellissi sulla superficie 201 della regione attiva, ? stato tracciato un vettore come una proiezione ortagonale dell?asse maggiore di ciascun ellisse cio? l 'asse molecolare di una colonna metallica sulla superfi cie di allineamento delle inclinazioni. Poich? il vettore indica una direzione in cui le colonne sono ri voi te in allontanamento dalla superficie di allineamento di in clinazione, si pub dire che il vettore indica una direzione di inclinazione superficiale per le colonne di ossido metal li co e, quindi, una direzione di deviazione azimutale per la superficie di allineamento di inclinazione.

L?inclinazione azimutale per una superficie di regione attiva viene misurata come uno spostamento angolare da una linea di riferimento. Nelle figure, la linea 213 rappr? senta la linea di riferimento. La linea 203 ? parallela ai vettori sulla superficie 201 per indicare la direzione di de viazione azimutale per la superficie 201 della regione attiva con un angolo ?? , in cui ? un angolo acuto compreso fra -90? e 90?. Si deve notare che la superfi cie 202 della regione di isolamento ? allineata parallelamente alla direzione di inclinazione o deviazione azimutale della superficie 201 della regione attiva.

La figura 3 rappresenta una vista della superficie di allineamento di inclinazione inferiore 21 da una posizi? ne lungo la linea 3-3 in figura 1 ? La superficie 21 include la superficie 21 1 di regione attiva (ellisse a contorno scu ro) e la superficie 212 della regione di isolamento (ellissi a contorno chiaro). La linea di riferimento 213 rappresen ta pure la direzione di deviazione azimutale per la superi! eie 211 della regione attiva per cui la inclinazione azimuta le per la superficie 21 1 ? di 0?. L?inclinazione azimutale per la superficie 212 ? pparallela alla direzione di inclina zione o deviazione per la superficie 211 .

Nella regione attiva della cella di visuali zzazione, le superi! ci 20 e 21 formano una condizione di contorno a in clinazione inversa. L?inclinazione inversa si verifica per il fatto che la deviazione o inclinazione azimutale della superficie 201 ? compresa fra -90? e 90? e, quando mi su rata come un angolo acuto da ciascuna rispettiva normale di substrato (superficie interna), l?angolo di inclinazione superficiale per la superficie 201 ha una polarit? opposta all?angolo di inclinazione superficiale o . di superficie per la superficie 21 1 . Ad esempio, come ? rappresentato nelle fi gure 2 e 3, l?angolo di inclinazione superficiale per la superficie 201 h misurato in senso antiorario dalla perpendico lare alla superficie interna del substrato 10 come un ango lo acuto, mentre l?angolo di inclinazione per la superficie 211 ? misuxato in senso orario dalla normale della superficie interna del substrato 11 ? Come B? ? detto precedentemen te gli angoli di inclinazione superficiali per le superfici 201 e 211 devono avere valori assoluti nell?intervallo da 0? a 90? dalle rispettive normali di substrato e, pi? preferibili mente, maggiori di 45? per favorire un a configurazione orizzontale dei direttori orientazionali ? Inoltre, ? importante per i fini dell?invenzione che l?inclinazione inversa sia uguale, per cui l?angolo di inclinazione in valore assoluto della superficie 201 ? sostanzialmente uguale al valore assoluto dell ?angolo di inclinazione per la superficie 211 ?

Nella regione di isolamento, le superfici 20 e 21 formano una condizione di contorno uniformemente parallela al lineata parallelamente alla deviazione o inclinazione azimutale delle corrispondenti superfici delle regioni attive? In altre parole, le superfici 202 e 21 2 delle regioni di isolamento hanno colonne presentanti angoli di inclinazione super ficiali o delle superfici di approssimativamente 90? dalla perpendicolare al substrato (vedere le figure 2 e 3) ? Si ? trovato che, per facilitare la fabbricazione, la condizione di contorno parallelo delle superfici 20 1 e 202 pu? essere realizzata tramite evaporazione obliqua di SiO , con il pia no di incidenze in una direzione perpendicolare alla direzi? ne di inclinazione azimutale preferita da un angolo di approssima ti vament e 65? dalla nonnaie al substrato.

Le superi! ci di allineamento di inclinazione superiore e inferiore sono importanti , individualmente e in com binazione, per la commutazione bistabile della cella di visualizzazione a cristalli liquidi . Le superfici di allineamento di inclinazione superiore e inferiore sono fabbricate in un modo da eliminare una preferenza di uno stato orizzon tale asimmetrico rispetto all*altro in assenza di un campo elettrico di commutazione particolare e per fornire differen ziazione ottica degli stati asimmetrici . Particolarmente, la differenza fra le inclinazioni azimutali delle superfici del le regioni attive superiore e inferiore fornisce differenzia zione ottica fra gli stati bistabili . La simmetria delle superfici nella cella di visualizzazione elimina una preferenza per stabilire uno stato orizzontale asimmetrico in prosai^ mit? di uria superfi cie particolare in assenza del campo di in terruzioiie o rottura della simmetria. Queste caratteristiche diverranno pi? evidenti con riferimento alla descrizione delle figure da 4 a 7 in seguito fornita.

La figura 4 rappresenta una vista tridimensionale del volume di materiale di cristallo liquido nella regione attiva della cella di visuali zzazione illustrata con i direttori orienta zi onali in una configurazione ori zzontale non distorta? E? questa la configurazione di riposo della cella, poich? i direttori orienta zi onali del materiale a cristalli liquidi assumono questa configurazione in assenza di un campo elettrico# La sezione piana 401 di uno strato di contorno contiene direttori del materiale a cristalli liquidi orienta ti sostanzialmente con l?angolo di inclinazione superficiale della superficie 211 , mentre sezioni piane 403 di uno strato di contorno contengono direttori ori entati con l*vangolo di inclinazione superficiale della superficie 201 # La sezione 0 porzione piana 402 di uno strato a inversione contiene diret^ tori orienta zi onali che sono sostanzialmente, orizzontali stanzialmente paralleli ) rispetto a ciascuna superficie di substrato ?

Per semplicit?, la figura 4 illustra solo dettagli "sufficienti per osservare la porzione o sezione piana 402 co me una sezione singola di direttori orienta zi onali complanari nello strato di inversione? Manifestamente vi sono una piu ralit? di sezioni 0 porzioni piane identiche parallele alla porzione piana 402 che costituiscono l?intero strato di o a inversione? Analogamente, vi sono pluralit? corrispondenti di porzioni piane identiche parallele a ciascuna delle porzio ni piane 401 e 403 che costituiscono strati di contorno in corrispondenza delle superi! ci 20 e 21 ri spettivamente? Que sta semplificazione di particolari ? stata pure applicata al le figure 5? 6 e 7?

L?allineamento dei direttori orienta zi onali non ? variato dalla configurazione orizzontale non distorta finch? un campo di interruzione o rottura di simmetria ? applicato alla cella. Inoltre, tale variazione ? mantenibile a patto che un potenziale di mantenimento uguale p superiore al potenziale critico sia successivamente applicato alla cella di visualizzazione. Il potenziale critico V c ? definito come il potenziale al disopra del quale il materiale a cristalli liquindi 30 si comporta in un modo bistabile rispetto a configurazioni orizzontali . Il potenziale critico viene descritto come segue. Si supponga che gli strati di contorno e a inversione siano completamente separati e presentino energia di distorsione di curvatura divergente uniforme UQ per volume unitario, in cui

u o e

2

47T k

*- ? ? (?

in cui 2, ? la lunghezza di coerenza elettrica definita come la distanza caratteristica in cui molecole di cristalli liqui di con modulo di curvatura divergente medio k e anisotropia dielettrica ruotano da perpendicolari a parallele ri spetto ad un campo elettrico applicato E? La densit? di ener gi? per ciascuna area unitaria di ciascuno strato di contorno ? proporzionale allo spessore dello strato particolare, come ? mostrato nella tabella qui sotto :

Tipo di straro Spessore Densit? di energia per area unitaria (Numeri di rifer?

mento

Contorno

(501 , 503) ?0 f/2 Inversione 2 ?

(502) 2 ?o? Inversione del contorno

(504, 505) ' 2 ^ ? 2 J o f

Dalla tabella precedente risulta chiaro che la confi gurazione orizzontale distorta rappresentata in figura 5 ha una energia totale per area unitaria di 3UQjF , mentre gii sta ti ori zzontali asimmetrici delle figure 6 e 7 hanno ciascuno un? energia totale per area unitaria di 2Uq? ? Tuttavia, l?ar gomento presentato non ? valido per un campo applicato per cui gli strati di contorno e di inversione si "fondono" attraverso lo spessore totale d della cella di visualizzazione? Perci?, lo spessore d della cella h almeno uguale a 3^ , ed il potenziale critico ? dato dalla relazione

V = dE - 3? E ?

c c c

Per un campione di cianobi fenile E7 e angoli di inclinazione di superficie di valore assoluto di approssimativamente 53?? il potenziale critico V ? approssimativamente compreso fra c

1 ,3 e 1 , 7 volt?

Quando un potenziale maggiore del potenziale critico V viene applicato ad una cella di visualizzazione, i direttori orientazionali della regione attiva sono 'brevemente trasformati in una configurazione orizzontale distorta come ? mostrato in figura 5? La configurazione ori zzontale distolta contiene sezioni o porzioni piane 501 dello strato di contorno inferiore, la porzione o sezione piana 502 dello strato d'inversione e la porzione piana 503 dello strato di contorno superiore, a cui sar? in seguito fatto rispettivamente riferimento come strato di contorno inferiore 501 , strato di inversione 502 e strato di contorno superiore 503? Questo stato ? instabile poich? l' energia el?stica e dielejt trica totale della configurazione dei direttori orientazionali pu? essere ridotta quando lo strato di inversione 502 si fonde o con lo strato di contorno superiore 503 (figura 6) per formare lo stato orizzontale asimmetrico superiore o con lo strato di contorno inferiore 501 (figura 7) per forma re lo stato orizzontale asimmetrico inferiore? Bitrambi gli stati orizzontali asimmetrici hanno energ?a uguale, sono topo^ logicamente equivalenti , e sono separati da una barriera di energia rappresentata dalla configurazione orizzontale distor ta?

Se il potenziale continuo applicato alla cella nella configurazione orizzontale distorta ? corrispondente al S? gnale di scrittura dalla sorgente 50, allora una trasformazione dei direttori orientazionali viene iniziata dalla confi gurazione orizzontale distorta* (FIG? 5) verso lo stato orizzontale asimmetrico superiore rappresentato in figura 6? La trasformazione sjl verifica tramite spostamento verticale diretto dello strato di inversione 502 verso lo strato di contorno 503? Ci? ha come conseguenza la formazione dello strato di inversione di contorno 504 adiacentemente alla su perficie di regione attiva 201 della superficie 20. Quando il potenziale di mantenimento alternato VJJ viene successiva mente applicato alla cella attraverso il segnale di manteni. mento dalla sorgente 50, il ciclo di commutazione viene completato e i direttori orientazionali sono mantenuti nello stato orizzantale asimmetrico superiore? I direttori orienta zionali nello strato d*inversione di contorno 504 risiedono nel piano che include sia la normale del substrato che la li nea di deviazione o inclinazione azimutale per la superficie 201 di regione attiva, ossia la linea 203?

D*altro canto, se il potenziale continuo applicato alla cella nella configurazione orizzontale distorta ? VE corrispondente al segnale di cancellazione dalla sorgente 50, allora una trasformazione dei direttori orientazionali viene avviata dalla configurazione orizzontale distorta verso lo stato ortzzontale asimmetrico inferiore rappresentato in figura 7? La trasformazione si verifica tramite spostamento verticale verso il basso dello strato di inversione 502 ver so lo strato di contorno inferiore 501 ? Quando il potenziale di mantenimento alternato viene successivamente applicato alla cella attraverso il segnale di mantenimento dalla sorgente 50? il ciclo di commutazione viene completato e la configurazione dei direttori orienta zi onali viene mante nuta nello stato ori zzontale asimmetrico inferiore? I direttori ori enta zi onali nello strato di inversione di contorno 505' risiedono in un piano che include sia la normale del sub strato che la linea di inclinazione azimutale per la superi! eie 211 della regione attiva ossia la linea di riferimento 213.

Commutazione infrastati fra stati orizzontali asimmetrici, ad esempio, da superiore a inferiore o da inferiore a superiore, viene attuata estinguendo il segnale di manteni mento alternato alla cella e consentendo al materiale a cristalli liquidi 30 di rilassarsi momentaneamente nella confi gu razione ori zzontale distorta (figura 5) o nella confi gurazio^ ne orizzontale non distorta (figura 4) ? Dopo un breve periodo di rilassamento, un segnale di scrittura continuo o un segnale di cancellazione continuo viene alimentato alla cella per avviare appropriatamente la commutazione?

Si deve notare che la cella rilasser? in una configurazione. orizzontale sostanzialmente indistorta in presenza di qualsiasi potenziale minore del o anche leggermente supe: riore al potenziale critico V^? Quindi , commutazione infrasta ti pu? pure essere attuata riducendo il potenziale sulla cella dal livello del potenziale di mantenimento ad un livello leggermente maggiore o minore del potenziale critico?

E* vantaggioso per il funzionamento della cella di visualizzazione nell?uno o nell?altro stato asimmetrico che i direttori orienta zi onali abbiano ad essere inibiti dal com mutare ad una configurazione verticale? La commutazione alla configurazione verticale pu? essere impedita facendo funzionare la sorgente di potenziale variabile 50 al disotto del r? vello di soglia in corrispondenza del quale si verifica sta? co delle di.s clonazioni ? Questo livello di soglia risulta genj? Talmente dell?ordine di 60 volt*

In una seconda forma di reali zzazione della cella di visuali zzazione, gli elementi e i metodi operativi essenziali sono stati precedentemente descr?tti con riferimento alla cella di visualizzazione rappresentata nelle figure da 1 a 7? Inoltre, le regioni di isolamento 202 e 212 presentano ima topografia colonnare inclinata simile alla rispettiva re glone attiva, che ciascuna regione di isolamento circonda* Bench? non sia rappresentato nelle figure, una com binazione appropriata di polari zza tori lineari , e probabilmente una piastra di ritardo fissa possono essere impiegate per migliorare il contrasto ottico fra gli stati asimmetrici?

Una applicazione per questo tipo di cella di visua lizzazione a cristalli liquidi nematici ? in dispositivi di visualizzazione di memoria indir?zzabili a matrici di alta

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI

   1 ? Cella di visualizzazione a cristalli liquidi atta ad essere commutata o a un primo stato oppure a un secondo sta ,( comprendente* i primo ed un secondo substrati disposti in relazione parallela l'uno rispetto all?altro, od un ma Ieri al e a ori B talli -liquidi? Tremati ci - avente -direttori ori-onta atonali disposti fra entrambi ? v-subotrati , caratterizzata dal fa-tto ebe ciascun substrato y?h una superficie interna topografica^ mente testuri zzata presentante una inclinazione uniforme con un angolo di inclinazione superficiale acuto da una rispettiva normale alla superficie,

   o^- mezzi per generare un potenziale continuo di una pri ma polarit? attraverso il materiale a cristalli liquidi per avviare una prima variazione nella configurazione dei diretto ri orientazionali interrompendo la simmetria della cella di visualizzazione a cristalli liquidi al fine di favorire una configurazione dei direttori orientazionali in cui uno stra to a inversione dei direttori orientazionali ? sostanzialmente adiacente e parallelo al primo substrato

   mezzi collegati a ciascun substrato per generare un potenziale elettrico attraverso il materiale a cristalli liquindi per completare e mantenere la prima variazione nella configurazione dei direttori orientazionali in maniera tale che i direttori orientazionali siano configurati nel primo 3tato?

   2# Cella di visualizzazione a&oondo la rivendi cazione 1 , rnrattrri T? rgt? l?angolo di inclinazione superficiale per la superficie interna topograficamente testuri zzata sul primo substrato ? sostanzialmente uguale e di polarit? opposta all?angolo di inclinazione superficiale per la superficie interna topograficamente test uri zzata sul secondo substrato in maniera tale che entrambe le superfi ci in terne topograficamente testuri zzate formano una condizione al contorno di inclinazione inversa uguale#

   3# Cella di vi sviali zza zi on e oooondo HLa rivendi cazi_o ne ? -1 -Oppure 2, nnra-fc-fcpri ciascuna superi eie interna topograficamente testuri zzata ha una inclinazione azimutale rispetto ad una linea di riferimento predeternd nata, la superficie interna topograficamente testurizzata sul primo substrato avendo una inclinazione azimutale, essendo nell?intervallo da -90? a 90?, esclusivamente, e la superi!eie interna topograficamente testuri zzata sul secondo sub Btrato avendo una inclinazione azimutale di 0??

   4 Cella di visualizzazione rivendicazion^-4 3 caratterizzata -dal fadrtre che i mezzi per avviare la prima variazione includono

   mezzi per generare un potenziale continuo di una se^ conda polarit? attraverso il materiale a cristalli liquidi per avviare una seconda variazione nella configurazione dei direttori orienta zi onali interrompendo la simmetria della cel la di visualizzazione a cristalli liquidi per favorire la con figurazione di direttori ori entazi onali in cui uno strato di inversione di direttori ori entazi onali e sostanzialmente adia cente e parallelo al secondo substrato, e

   in cui i mezzi per generare un potenziale elettrico include inoltre

   mezzi collegati a ciascun substrato per generare un potenziale elettrico attraverso il materiale a cristalli liquidi per completare e mantenere la seconda variazione nella configurazione dei direttori ori entazi onali in maniera tale che i direttori ori entazi onali siano configurati nel secondo stato