KR100386540B1 - 쌍안정액정디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

디스플레이 장치는 내부 표면에 투명 전극을 구비하는 2개의 평행한 투명 플레이트(10,12)를 포함하며, 액정 재료(20)를 함유한다. 이 디스플레이 장치는 상기 각 플레이트(10,12)에 있는 단안정 앵커링을 한정하는 수단과, 상기 앵커링 중 적어도 하나를 제어하여 해제할 수 있는 수단(40)과, 상기 해제후 쌍안정 볼륨 효과를 유도할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

쌍안정 액정 디스플레이 장치{BISABLE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정식 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히 말하면, 쌍안정 효과를 갖는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이 장치는 이미 여러 문헌에 공지되어 있다. 임의의 순서로 예를 들어 언급하자면 다음과 같은 문서가 있다.

(1) Europhysics Letters (25) (7)에 M.Nobili 등이 쓴 "Critical Behaviour of a Nematic-Liquid-Crystal Anchoring at a Monostable-Bistable Surface Transition";

(2) J. Phys. Ⅱ France 5 (1995) 의 531-560 페이지에, M.Nobil 등이 쓴 "Surface Walls on a Bistable Anchoring of Nematic Liquid Crystals";

(3) Liquid Crystals 1992, vol. 12, No.3의 515-520 페이지에, A.Gharbi 등이 쓴 "Dynamics of surface anchoring breaking in a nematic liquid crystal";

(4) Liquid Crystals 1991, vol. 10, No. 2의 289-293 페이지에, R.Barberi 등이 쓴, 2가지 안정 상태를 갖는 고정 장치를 기술한 "Flow induced bistable anchoring switching in nematic liquid crystal";

(5) Appl. Phys. Letters 55 (24)의 R. Barberi 등이 쓴, 2가지 안정 상태를 갖는 고정 장치를 기술한 "Electrically Controlled surface bistability innematic liquid crystals";

(6) Appl. Phys. Letters 60 (9) 의 R. Barberi 등이 쓴 "Flexoelectrically controlled surface bistable switching in nematic liquid crystals";

(7) Appl. Phys. Letters 40 (11)의 R. Barberi 등이 쓴 "Intrinsic multiplexability of surface bistable nematic displays";

(8) Appl. Phys. Letters 40 (11) 의 G.D. Boyd 등이 쓴 "A Multiplexible bistable nematic liquid crystal display using thermal erasure";

(9) Appl. Phys. Letters 37 (12)의 Julian Cheng 등이 쓴 "Threshold and switching characteristics of a bistable nematic liquid-crystal storage display";

(10) Appl. Phys. Letters 36 (7)의 G.D. Boyd 등이 쓴 "Liquid-crystal orientational bistability and nematic storage effects";

(11) J. Appl. Phys. 52 (4)의 J. Cheng 등이 쓴 "Boundary-layer model of field effects in a bistable liquid-crystal geometry";

(12) J. Appl. Phys. 52 (4)의 J. Cheng 등이 쓴 "The propagation of disclinations and the stability of bistable nematic storage display";

(13) J. Appl. Phys. 52 (4)의 J. Cheng 등이 쓴 "Surface pinning of disclinations and the stability of bistable nematic storage displays";

(14) Appl. Phys. Letters 40 (12)의 J. Cheng 등이 쓴 "A nematic liquid crystal storage display based on bistable boundary layer configurations";

(15) App. Phys. Letters 43 (4)의 R. B. Meyer 등이 쓴 "Discovery of DC switching of a bistable boundary layer liquid crystal display";

(16) J. Appl. Phys. 56 (2)의 R. N. Thurston 등이 쓴 "Physical mechanisms of DC switching in a liquid-crystal bistable boundary layer display";

(17) J. Appl. Phys. 53 (6)의 R. N. Thurston 등이 쓴 "Optical properties of a new bistable twisted nematic liquid crystal boundary layer display";

(18) J. Appl. Phys. 52 (4)의 D.W. Bereman 등이 쓴 "New bistable liquid-crystal twist cell";

(19) Appl. Phys. Letter 37 (1)의 D.W. Berreman 등이 쓴 "New bistable cholesteric liquid-crystal display";

(20) Asia Display 95의 T. Tanaka 등이 쓴 "A bistable Twisted Nematic(BTN) LCD Driven by a Passive-Matrix Addressing";

(21) J. Appl. Phys. (59) (9)의 H.A. Van Sprang가 쓴 "Fast switching in a bistable 270° twist display".

상기 언급된 문서들은 쌍안정 앵커링(bistable anchoring)의 파괴(breaking), 앵커링 에너지 및 결함 전달에 의해 발생된 상태 변화와 관련된 연구논문들이다.

본 발명의 목적은 신규한 쌍안정 효과를 얻을 수 있도록 디스플레이 장치를 개선하는 것이다.

이러한 목적은 내측 표면에 투명 전극이 제공된 2개의 평행한 투명 플레이트로 구성되고, 액정 재료를 포함하는 본 발명의 디스플레이 장치에 의해 달성되며, 이 디스플레이 장치는 각 플레이트에 단안정 앵커링을 규정하는 수단과, 이러한 앵커링 중 적어도 하나를 명령에 의해 파괴할 수 있는 수단과, 이러한 파괴 후, 전계 부존재 하에서 쌍안정 볼륨(volume) 효과를 유기시킬 수 있는 수단을 구비한다.

외부 전계의 부존재 하에서 안정한 상태를 유지하는 이들 2개의 볼륨 조직은 플레이트 상의 단안정 앵커링과 양립될 수 있어야 한다.

한가지 구체적인 실시예에 따라, 상기 플레이트는 상이한 앵커링 임계값을 규정하고[예를 들어, 이러한 앵커링은 플래너(planar) 또는 호메오트로픽 (homeotropic)일 수 있음], 2개의 플레이트 사이에 있는 디스플레이 장치의 두께는 이들 플레이트의 내부 표면 사이에서 유체 역학적 결합이 가능할 정도로 충분히 작으며, 2개 플레이트 전극 사이에 기록 전계 펄스와 제2의 전계를 교대로 인가할 수 있는 수단이 제공되는데, 상기 기록 전계 펄스는 이 전계의 차단 후 2개 플레이트 간의 유체 역학적 결합으로부터 발생되는 트위스트된 제1 안정 상태를 규정하기 위해 2개의 플레이트 상에서의 앵커링을 파괴시킬 수 있는 임계값보다 크고, 상기 제2의 전계는 균질한 제2의 안정 상태를 규정하도록 단일의 앵커링을 파괴할 수 있거나, 또는 2개의 플레이트 상에서의 틸트(tilts)를 개방하기 위해 서서히 변동하는 하강 에지를 가질 수 있는 상기 임계값 보다 작다

본 발명의 다른 특성, 목적 및 이점은 한정의 의미가 아닌 실시예에 의해 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명에 의해 기술될 것이다.

도 1의 (a) 및 (b)는 평면형 앵커링을 갖는 2개의 네마틱 액정 구성을 나타낸 도면.

도 2는 포지티브 유전 이방성을 갖는 액정 분자들을 인가된 전계에 강제적으로 정렬시킨 도면.

도 3은 플레이트와 인가된 전계에 수직인 전극의 표면에 있는 분자들의 각도에 대한 곡선을 나타낸 도면.

도 4는 인가된 전계 펄스 동안에 앵커링을 해제하는 전계 임계값과 관련된 곡선을 나타낸 도면.

도 5의 (a), (b), (c) 및 (d)는 인가된 전계가 점진적으로 감소할 때 연속적으로 얻은 4개의 구성을 나타낸 도면.

도 6의 (a), (b), (c) 및 (d)는 전계를 순간적으로 차단하였을 때 얻은 구성들을 나타낸 도면.

도 7은 전계가 스위치에 의해 차단(오프)되었을 때 플레이트 부근에서 얻은 액정 분자들의 이동을 나타낸 도면.

도 8은 플레이트에 인접하고 전계를 차단하였을 때 다른 플레이트 만큼 확산되는 국부화된 흐름 전단을 나타낸 도면.

도 9는 2개의 플레이트 사이에서 유체역학적으로 결합된 결과를 나타낸 도면.

도 10은 유체역학적으로 결합됨으로서 얻어진 굴곡 구조를 나타낸 도면.

도 11은 도 10에서의 굴곡 구조를 이완한 후에 얻어진 트위스트 구조를 나타낸 도면.

도 12는 유체역학적으로 결합된 결과에 의해 제2 기판의 틸트 분자를 나타낸 도면.

도 13, 14 및 15는 용이한 앵커링 방향 사이의 여러 가지 상대적인 방위에 대해 유체역학적으로 결합시킨 결과에 의한 분자들의 방위각 위치 및 방위각 모멘트를 나타낸 도면.

도 16은 단일의 앵커링이 해제되었을 때에 얻은 구성을 나타낸 도면.

도 17은 서로에 대해 용이한 방위 방향을 갖는 2개의 중첩된 플레이트를 나타낸 도면.

도 18은 본 발명에 따른 셀을 나타낸 도면.

도 19는 본 발명에 따른 매트릭스형 스크린을 나타낸 도면.

도 20, 21 및 22는 전기 구동 신호의 3가지 유형을 나타낸 도면.

도 23 및 24는 순수 5CB 와 도핑된 5CB 에 대해 각각 전계의 주기 동안 스위칭 전압 곡선을 나타낸 도면.

도 25, 26 및 27은 표면 부근에서 네마틱 지시기의 3가지 가능한 방위를 나타내는 도면.

도 28, 29 및 30은 호메오트로픽 앵커링에 대한 3가지 가능한 구성을 나타낸 도면.

도 31 및 32는 경사 앵커링에 대한 2가지 가능한 구성을 나타낸 도면.

도 33은 서로 맞물린 전극에 의해 인가된 경사 전계에 의한 스위칭을 나타낸 도면.

도 34는 경사 스위칭 자계의 인가를 가능하게 하며 전극의 저항성에 기초하는 수단의 다른 선택적인 형태를 나타낸 도면.

도 35는 도 34의 전극과 동등체를 나타낸 도면.

도 36은 보조 구동 전극에 의해 얻어진 유체역학적 결과에 의한 스위칭을 나타낸 도면.

도 37은 본 발명에 따라 경사 앵커링 마스터 플레이트를 갖는 장치의 4개의 스테이지를 나타낸 도면.

도 38은 정적 구동 전계의 기능으로서 표면 분자의 각도를 나타낸 도면.

도 39는 2개의 표면 사이에 결합이 없을 때 구동 전계를 중단한 후, 동일 각을 시간 함수로 나타낸 도면.

도 40은 액정 장치를 소거하기 위한 구동 전계의 실시예를 나타낸 도면.

도 41은 도 40에 도시된 구동 전계에 의해 소거를 종료하는 동일한 장치의 3개의 스테이지를 나타낸 도면.

도 42는 소거용 구동 전계의 다른 실시예를 나타낸 도면.

도 43은 도 42에 도시된 구동 전계에 의해 소거하는 동일 장치의 4개의 스테이지를 나타낸 도면.

도 44는 전압 U₂를 시간 τ₂의 함수로 나타내고, 기록/소거 상태를 나타낸도면.

도 45는 본 발명에 따라 경사 앵커링 슬레이브 플레이트를 구비하는 장치의 기록을 실행하는 5개의 단계를 나타낸 도면.

도 46은 표면 분자의 각도에 있어서의 변화를 정적 구동 전계의 함수로 나타낸 도면.

도 47은 표면 분자들의 방위를 나타낸 도면.

도 48은 동일한 경사-앵커링 슬레이프 플레이트 장치의 소거를 행하는 5개의 단계를 나타낸 도면.

도 49는 표면 분자들의 각도를 전계의 함수로 나타낸 도면.

도 50은 자연적인 소거 시간을 셀의 두께의 함수로 나타낸 도면.

도 51은 네마틱/콜레스테릭 혼합물로 구성된 장치의 광학적 동작을 나타낸 도면.

도 52의 (a) 및 (b)는 반회전 트위스트 모드와 비회전 트위스트 디스플레이 모드 각각에서 한 평면에서는 경사 앵커링을, 다른 표면에서는 평면 앵커링을 갖는 2가지 상이한 탄성-에너지 쌍안정 구조를 나타낸 도면.

도 53의 (a) 및 (b)는 2개의 플레이트상의 경사 앵커링에 대한 유사점을 나타낸 도면.

도 54는 액정 장치의 광학 반응의 밀도를 주문식 볼륨 장치(곡선 a)와 제안된 장치(곡선 b)에 대한 구동 전압의 함수로 나타낸 도면.

도 55는 기록 임계값을 펄스의 주기 함수로 나타낸 도면.

도 56은 시간, 특히 상대적으로 짧은 임의의 소거 시간에 대한 장치의 광학 반응을 나타낸 도면.

도 57, 58, 59 및 60은 본 발명에 따른 장치의 4가지 구동 신호를 나타낸 도면.

유체역학 결합을 이용한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명이 주어진다. 이 실시예는 연구논문과 실험에 기초한 것이며 이하 기술될 것이다.

네마틱 액정은 디스플레이 셀의 2개의 투명 한정 플레이트(10,12) 상의 동일한 앵커링 조건에 대한 여러 가지 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 단안정 "플래너(planar)" 앵커링이라 불리워지는 용이하게 제조된 앵커링에 대해 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 2개의 조직이 얻어진다. 도 1의 (a)에 도시된 조직에 있어서, 액정 분자(20)는 볼륨(volume) 내에서와 플레이트(10,12)의 표면에서 모두 상호 평행하다. 이에 반해, 도 1의 (b)에 도시된 조직에서 액정 분자(20)는 180° 트위스트 구조, 다시 말해서 분자들은 플레이트(10,12)에 대해 평행이지만, 하나의 플레이트(10)으로부터 다른 플레이트(12)로 점차 180°로 회전되어 있다.

도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 이러한 2가지 조직은 상이한 동작 특성을 가지며, 이론적으로는 이것을 이용하여 플레이트(10,12) 상의 표면 앵커링 조건을 유지시킴으로써 편광 전송시 백과 흑의 2개 상태를 규정할 수 있다. 하나의 조직으로부터 다른 조직(이들은 "위상적"으로 상이하다)으로의 연속적인 변형에 의한 투과는 가능하지 않다. 이러한 것이 가능하게 되는 것은 열 교반에 상당한 고 에너지 배리어를 나타내는 결함을 생성해 내는 것에 의할 뿐이다. 만약 2개으 조직 a와 b의 에너지가 매우 상당히 다르다면 결함이 없는 경우, 이들 상태는 항상 안정된 것으로 여겨질 수 있다. 표면에 고착됨으로써 이러한 결함들이 움직이지 않는 경우에도 마찬가지이다. 2가지 상이한 트위스트 조직의 쌍안정 상태를 제공하는 가장 간단한 방법은 본 기술분야의 당업자에게 공지되어 있다. 이 방법은 2가지 조직 사이의 임의의 트위스트 중간매체에 대해 네마틱 액정을 콜레스테릭화 하는 것이다.

규정된 단안정 앵커링에 상당하는 조직의 다양성은 네마틱 또는 콜레스테릭 액정의 일반적인 특징이다. 이들 조직으로부터 유사한 에너지를 갖지만 상이한 광학적 특성을 갖는 2개의 조직을 선택하는 방법은 이 기술분야의 당업가에게 공지되어 있다.

본 발명은 안정된 픽셀을 형성함으로써 쌍안정 액정 표시를 가능하게 하기 위해서 상기 2가지 조직 사이에서 전이를 일으키는 것을 목적으로 한다.

상세한 설명은 플래너 앵커링을 갖는 모멘트에 대해 기술될 것이다. 문서 (1)에 개시된 바와 같이, 플레이트와 정(正)의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정, 즉 ε_a= ε// = ε_┴> 0 에 대해 직각 방향의 전계 E(도 2 참조)를 이용함으로써 표면 앵커링을 파괴할 수 있음이 공지되어 있고, 상기 전계에 따라 배향이 강제된다. 앵커링을 파괴하는 임계적 전계는 ξ_E=1 의 조건에 의해 정의된다. 여기서 ξ_E=1 는 K/ξ_E ²=(ε_a/4π)E²에 의해 주어지며, K 는 탄성 곡률 상수(∼10^-6cgs)이고, 1 은 정점(zenithal) 앵커링 에너지를 규정하는 외삽(extrapolation) 길이이다. 이 에너지는 Ws=(1/2)(K/1)cos²θ_s로 표현될 수 있고, 여기서 θ_s는 표면 분자의 각도이다.

"강한" 앵커링(1 ∼ 1000 Å)의 경우 Es ∼ 5 V/㎛ 이고, "약한" 앵커링(1∼ 1㎛)의 경우 Es ∼ 0.5 V/㎛ 이다. E 가 증가하여 Es 에 가까워짐에 따라, 표면 각 θ_s는 90°에서 0 으로 급격히 이동한다. Es 이상이 되면, 각도 θ_s는 제로(0) 상태를 유지하며 표면은 "파괴(broken)"되었다고 한다. E 와 관련된 θ_s의 곡선은 도3에 도시되어 있다. 전계 E 가 길이 τ 의 펄스의 형태로 인가된 경우, 임계값은 τ 가 감소할 때 증가하지만[문서 (3) 참조], 표면의 동적 변화가 급격하기 때문에 중간 정도의 전압으로 표면 앵커링을 파괴하는 것이 가능하다. 예컨데, 실온에서의 5CB 액정(ε_a∼10)의 경우 시간 τ ∼ 10μs 일 때 30V 이다. 펄스의 지속 시간 τ에 대한 임계값 Es 와 관련된 곡선은 도 4에 도시되어 있다.

양 표면 앵커링이 파괴되면 셀의 조직은 균일하게 되고(도 2에 도시됨), 단부 직립된(end-on) 분자(20)는 어떠한 트위스트를 유지할 수 없기 때문에 초기 상태의 메모리는 없다.

조직을 초기화하기 위해 본 발명에서 사용된 효과는 동적 효과이다. 이것은 다음의 연구와 관찰에 따른다.

우선, 전술한 바와 같이 플레이트(10, 20)의 2개의 앵커링이 파괴되었다고 가정하자. 전계가 느리게 감소되는 경우 모든 시점에서 시스템은 느리게 변화하는조직을 규정하기 위해 가장 낮은 에너지 상태를 선택할 것이다.

도 2에 도시된 전계 하에서의 호메오트로픽 배향으로부터 개시하는 것으로서, 이러한 조직들은 항상 제로(0) 전계에서 도 5(d)에 도시된 비트위스트 상태로 진행하여 플래너 배향이 되고, 도 5(b)와 도 5(c)와의 사이의 중간 상태를 경유하며, 이 때 플레이트(10, 20)의 2개의 표면상의 분자는 동일한 방향으로 회전하여 평행 상태를 유지한다. 이것은 시스템의 곡률 및 곡률 에너지를 최소로 하는 플레이트(10, 12) 사이의 탄성 상호 작용으로부터 발생된다.

반면에, 전계가 갑자기 중단되는 경우, 획득된 효과는 매우 상이하게 된다. 이것은 도 6에 도시되어 있다.

동적 효과는 다음 2가지 특성 시간에 의해 제어된다. 2가지 특성 시간은 볼륨 특성 시간 τ_v와 표면 특성 시간 τ_v이다. τ_v는 샘플의 두께 d 에 대한 곡률 탄성 계수에 의해 통상적으로 주어진다. 1/τ_v=K/d²η , 여기서 η는 점도(viscosity)[η=0.1 또는 1 포아즈(poise)]이다. τ_s는 동일한 식으로 주어지며, 여기서 d 는 표면 외삽 길이 1 로 교체되어, 1/τ_s=K/1²η 가 된다.

1《 d 이기 때문에, τ_s는 τ_v에 비해 매우 작으며, 통상적으로 d=1μ, 1∼1000Å, τ_v=1 ms, τ_s=10㎲ 이다.

전계 E가 해제(release)되면, 2개의 표면상의 분자들은 τ_s동안 급격하게회전하는 반면, 볼륨 분자들은 사실상 움직이지 않는다. 이러한 시간의 척도에서, 플레이트(10, 12) 사이의 탄성 결합은 무시할만 하지만 유체역학 결합이 존재한다. 분자들의 회전에 따라 질량 흐름(mass current)이 발생된다[문서 (22) 참조}. 이러한 흐름은 ∼1의 두께에 걸쳐 각각의 플레이트에 근접하여 존재한다. 속도 V 는 약 1/τ_s이다. 이러한 흐름은 도 7에 도시되어 있다.

플레이트(12)는 플레이트(10)의 임계값 Es₁₀보다 더 큰 임계값 Es₁₂를 갖는다고 가정하자. 이러한 경우, 플레이트(12)에 인접한 분자(20)는 플레이트(10)에 인접한 분자들에 앞서 플래너 상태로 되돌아가는 경향이 있다. 게다가, 플레이트(12)에 인접한 표면 분자들이 θs=0 배향으로부터 θs=90°배향(플래너 방향이라 불리워짐)까지 복귀함으로써 1에 대한 국부화된 흐름 응력(shear) V 를 생성하게 된다. 이것은 도 8에 도시되어 있다.

이러한 응력은 아래와 같이 과도 완화(유체역학에서의 Navier-Stokes 방정식)에 의해 고전적으로 주어지는 시간 내에 셀의 두께 d를 통해 확산된다. 1/τ_D=3 η/d²ρ 이며, 여기서 ρ 는 밀도(ρ ∼ 1) 이다.

τ_D〈 τ_s'인 경우, 플레이트(12)의 경사는 플레이트(10)에 이르고, 2개의 플레이트(10, 12)는 유체역학적으로 결합된다. 이러한 유체역학 효과는 일시적인 것이며 기울기 시간 τ_s만 유지될 뿐이다.

확산 시간 τ_D에 걸쳐, 속도 프로필은 플레이트(12)에서 플레이트(10)를 향해 연장된다. 슬라이스 1의 이동이 슬라이스 d 를 향해 분배되기 때문에 속도 크기는 v ∼ V1/d 이 된다. 속도 기울기 v/d 는 플레이트(10)에 나타나서, 플레이트(10)상의 분자들을 v 방향으로 경사기게 한다.

2개의 플레이트(10,12) 의 표면 기울기 사이의 유체역학 결합은 매우 강할 것이다(후에 설명함). 이 경우, 경사는 도 9에서 그대로 유지되며, 2개의 표면상의 분자들은 반대 방향으로 회전한다. 여기서 전체 유체역학적 흐름 v 는 마찰을 최소화하기 위해 셀 내에서는 균일하게 된다. 2개의 플레이트(10,12)의 방향 사이의 180°회전은 항상 얻게 된다. 이 회전은 도 10에 도시된 것과 같이 굴곡부가 될 수 있다. 이 굴곡부는 일반적으로 불안정하며, 낮은 탄성 에너지를 가지고 180° 트위스트로 변형되어 도 11에 도시된 트위스트 구성이 된다.

만일 유체역학적 결합이 약하면, 도 1에 도시된 구성 a 및 b 의 하나 또는 다른 하나는 얻을 수 있지만, 탄성 작용 때문에 균일한 구성이 일반적으로 얻어진다.

결합력의 효과가 이하 기술된다. 플레이트(12)는 플레이트(10) 보다 더 높은 임계값 Es 을 갖는다고 가정한다. 앵커링을 해제하기 위해 이러한 전계 Es 를 인가한 후, 전계 E 는 제로로 갑자기 감소되고, 플레이트(12)상의 분자들은 τ_s동안 급격하게 회전하며 τ_{D 〈}τ_s으로 플레이트(10)상의 응력 v/d 를 생성하게 된다.

여러 가지 이유에 의해[탄성 결합, 이력현상(hysteresis) 등], 플레이트(10)상의 분자들은 플레이트(12)상에서 회전하는(ω_a방향으로) 분자에 대해 평행인 상태로, θs=0 위치로부터 θs=90°위치로 강하하게 될 것이다. 이러한 이동이 계속된다면, 균일한 최종적인 조직을 제공하게 될 것이다. 상기 볼륨 내에서 속도 경사 응력 v/d 는 분자에 모멘트 밀도 ηv/d 를 제공한다. 이러한 볼륨 모멘트의 합계는 표면 모멘트 (ηv/d)d ∼ ηv = ηv1/d 로 되어 도 12에 도시된 바와 같이 ω_H방향으로 표면 분자들을 회전시킨다.

이렇게 획득된 표면 모멘트는 도 11에 도시된 것과 같은 트위스트 구조를 생성하는 경사를 얻기 위해, ω_a방향으로 회전하는 앵커링 모멘트 보다 커야 한다(도 12 참조).

이때의 조건은 (K/1) θ_s〈 ηv1/d 이다. v 를 1/τ_s로 교체하면 1/τ_s= K/1²η, θ_s〈 1/d 로 된다.

θ_s는 시간 τ_D동안 각도 변동의 크기이므로, τ_{D /}τ_{s =}(Kρ/η²)(d²/1²)의 크기로 된다. 이 조건은 η ∼ 0.1 포이즈에서 d/1〈 (η²/Kρ)^1/3이고, 이것은 d〈 201 를 제공한다. 만일 1 ∼ 1000Å 인 경우, d 는 2 μm 보다 작아야 한다. 그러나 d= 2 μm 는 실시예의 통상적인 두께이기 때문에 상기 조건은 때때로 달성하기에 어렵다. 더 긴 응답 시간을 갖는 약한 앵커링을 사용할 필요가 있다.

본 발명의 설명에 있어서, 셀의 두께 d 는 5 μm 미만으로 하는 것이 바람직한 것으로 고려된다.

본 발명의 설명에 있어서, 앵커링을 유체역학적으로 결합시키는 방법으로서 보다 효과적으로 강력한 앵커링에 대해 동작하는 방법이 제안되었다.

지금까지, 일반적으로 더 강한 θs 정점 앵커링만이 고려되었다. 그러나 규정된 방향에 있어서의 "플래너(planar)" 배향을 채용한 플레이트 상의 바람직한 방위각 방향도 있다. 이 방향에 대한 분자들의 방위각을 φ라고 하면, 표면 에너지는 W_s=1/2(K/1)cos²θ_s+ 1/2(K/L)sin²θ_ssin²φ이다. 여기서, L 은 방위각 앵커링 에너지 K/L 를 정의하는 외삽 길이이다.

일반적으로, 방위각 항은 정점 항보다 더 작은 크기를 갖는다[문서 (1) 참조]. 여기서 L 은 1 보다 더 큰 크기를 갖는다. 위에서부터 하위 플레이트(10)를 보면, 표면 분자들은 도 13에 도시된 바와 같이 시간 τ_D이후에 각 θ_s만큼 경사진 것으로 가정될 수 있다.

플레이트(10)상의 플래너 방향이 P 이면, 분자들은 플레이트상에 2가지 가능한 상태 P1 및 P2를 취할 수 있다. 반회전(half-turn)하지만 P1의 상태로는 되지 않는 P2 상태로 분자들을 강제적으로 강하시키기 위해서는 P1, P2의 중간에 있는 수선인 yy'의 다른 쪽 분자의 단부 m 을 이동시키는 것만으로 충분하다. 이를 위해서는 P1, P2 를 따라 m을 이동시킴으로써 θ_s를 변경시키는 대신에 원 C (도 13 참조) 둘레로 일정한 θ_s로 m을 회전시키는 것이 더욱 효과적이다. 이것을 달성하기 위해, 상부 플레이트(10)의 용이한 앵커링 방향을 P1, P2 에 대한 각도 α만큼 회전시키는 것으로 충분하다. 속도 v 는 방향 α 이고, 최종적인 배향 f 가 형성된다. 과도적인 속도 기울기에 의해 제공된 모멘트는 방향각 앵커링 에너지의 단일 반응에 의해 평형화되기 때문에, 상기 모멘트에 대한 조건은 작은 θ_s의 경우 K/1 θ²s 〈 K/d θ_s로 쓸 수 있다.

만족되어야 하는 조건은 θ_s〈 L/d 이다. 여기서 L 은 1 보다 큰 크기이기 때문에, 결합 조건은 더욱 용이하게 만족된다. 그러므로 최종적으로는 d_φ= d_θ(L/1)^1/3〉 d_θ가 된다.

2개의 플레이트의 최적의 회전 각 α 가 존재한다. 만일 α 가 매우 작으면, P2 에 매우 인접한 경사가(180°-α ∼ 180°) 발생하지만, 최기의 방위각 회전 모멘트를 제공하는 것이 어렵게 될 것이다. 결국, 이 시스템은 도 14에 도시된 것과 같이 θ_s를 변경시키는 것이 더 바람직하겠지만 유효성은 작다. 반면에, α 가 90°에 가까우면, 가장 강한 가능한 방위각 모멘트가 도 15에 도시된 것과 같이 획득될 수 있지만, 획득된 회전은 단지 90°가 될 것이며, 경사를 제공하는 데에는 효과가 없다. 왜냐하면, 상기와 같은 회전은 시스템을 단지 P1 과 P2 사이의 동일한 에너지의 라인상에 두는 것이기 때문이다. 만약 증착된 SiO₂또는 동일 방향으로 러빙된 중합체의 경우와 같이, 앵커링이 평면 내에 규정된 극성을 가지고 있다면 약 45° 또는 약 135°의 최적 값이 존재한다.

도 1의 (a)에 도시된 것과 같은 "1/2-회전" 트위스트를 소거하기 위해서는 신속하게 수행되는 경우, 단일 표면의 앵커링을 "파괴"하는 것으로 충분하며, 또는 상이한 임계값을 가지고 있는 경우 2개 표면의 경사를 시간을 두고 분리시키기 위해서는 인가된 전계를 서서히 감소시키는 것으로 충분하다. 모든 경우에 있어서, 표면 처리는 2개의 플레이트(10, 12)상의 상이한 앵커링 임계값을 제공하도록 선택될 것이다.

이러한 1/2-회전 트위스트를 달성하는 원리는 다음 현상에 의한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 2개 표면중 단지 하나의 표면만이 파괴된 경우, 또는 2개의 앵커링이 시간 간격 〉τ_s으로 순차 개방되는 경우, 더 이상의 유체 역학적 결합 효과는 없다. 탄성 결합이 지배적이고, 한 표면의 수직 방향의 배향은 트위스트를 유지할 수 없으며, 트위스트가 소실된다, 따라서, 1/2-회전이 소거된다.

상기 관찰 결과에 기초하여, 본 발명의 발명자들은 서로 다른 플래너 앵커링 A1 및 A2(또는, 플래너 성분을 갖는 앵커링)을 제공하도록 처리된 2개의 플레이트(10, 12)를 이용하는 디스플레이(사실상 필셀)를 생산하는 것을 제안한다. ε_a〉 0 인 네마틱에 결합된 이러한 앵커링은 각각 파괴 임계값 E1 및 E2 를 갖는다. 이들은 도 17에 도시된 바와 같이 서로 α=45°로 위치하거나, 0°, 90°, 180° 또는 270°와는 다르지만 회전에 의한 유체 역학적 결합을 최적화하는 각도 α의 위치에 놓여진다.

또한 이러한 각도 α는 각도 α만큼 트위스트된 최초의 조직과, 각도 180°-α만큼 트위스트된, 소위 "1/2-회전"의 최종 조직 사이에 양호한 콘트라스트를 제공하도록 선택된다. 기록을 위해, 2개의 임계값 이상의 전계 펄스 E를 E〉E1 및 E 〉E2 로 되도록 인가한다. 상기 전계를 갑자기 차단하여도, 개시 상태가 α또는 180°-α인지에 상관 없이, 유체 역학적 결합의 효과에 의해 180°-α상태는 여전히 얻어진다. 소거를 위해, E1 및 E2 사이의 펄스 E를 인가하고, 갑자기 상기 펄스를 차단하거나, 또는 2개의 임계값 E1 및 E2 이상의 레벨이지만 그의 진폭이 서서히 저감되는 펄스를 2개 플레이트(10, 12) 상에서의 경사 분리르 위해 인가한다. 상기 α 상태는 최초의 상태가 α 이든 180°-α 이든 상관 없이 항상 얻어진다.

이러한 구동 펄스를 인가하기 위한 공급 수단은 도 18에 부호(40)으로 표시되어 있다. 이러한 픽셀의 2가지 상태 사이의 광학적 콘트라스트는 샘플의 두께 또는 사용된 편광자(30) 및 검광자(32)의 배향에 따라 다르게 된다(도 18 참조).

이러한 최적화 문제는 전문가에게 공지되어 있다[문서 (23) 참조]. 이를 위해 실용상으로는, 각각의 액정과 각각의 셀에 대해, 상태들 중 한가지의 거의 투명한 픽셀과 다른 상태에 대한 거의 블랙인 픽셀을 제공하는 편광기(30, 32)의 위치가 있다.

상기 기술된 스위칭 시스템은 임계값을 가지며, 거의 무한의 메모리를 갖는다. 그러므로 원칙상으로 유사-쌍안정 및 무한적으로 멀티플렉싱이 가능하다. 멀티플렉서에 대해, 도 19에 도시된 바와 같이 행 및 열로 구성된 매트릭스 형태의 스크린으로 충분하며, V=E1d 이하의 전압을 인가함으로써 한 행씩 오픈(open)할 수 있으며, 표면의 상부 전압 임계값은 해제하기가 더욱 어렵다. 전압 ±v 는 행에인가된다. 결과적인 전압은 V-(±v)=V-v 또는 V+v 가 될 것이다. V-v 는 더 높은 임계값보다 작다. ｜v｜〈 (E₁- E₂)d 가 선택된 경우, V-v 는 작은 쪽의 임계값 보다 크게 되어 "소거"하는 것으로 된다. V+v는 큰 임계값보다 크게 되어 "기록" 으로 된다. 다른 형태의 불안정성, 예컨대 프리데릭(Freederick)의 불안정성, 즉, 약 1 V의 전압, 대표적으로는 v ≤1 V 가 선택된다. 따라서, 큰 쪽의 임계값은 잘 규정되어 균일하여야 한다. 작은 쪽의 임계값은 덜 제한적이지만, 시스템을 고속으로하기 위해서는 너무 작게 할 수 없다. 실제로, 앵커링은 약 1 볼트의 영역에 있는 볼트 단위의 임계값을 제공하도록 선택될 것이다. 통상적인 임계값은 약 10 V/μm [문서 (1) 참조]이기 때문에, 2 μm 두께의 셀의 임계값은 5 내지 10% 정도 상이하여야 한다.

2개의 플레이트(10, 12)에 대해 약간 상이한 앵커링 임계값, 즉 파괴 전압을 생성하기 위해, 동일한 표면 조정 기술(예컨대, SiO 사방 증착법 또는 표면-러빙 폴리머 법)을 이용하지만 임계값의 극성을 변화시키는 것이 유리하다. 그러므로 임계값에 나타나는 작은 차이를 상쇄하거나 증폭시킬 수 있다. 이것을 달성하기 위해, 플렉소전기(flexoelectric) 효과 또는 이온 전송 효과가 사용될 수 있다.

2개의 플레이트(10, 12)상의 2개의 앵커링은 제공된 기구 내에서 상호 교환 가능한 역할을 수행한다. 인가 전계의 극성과 관련된 것으로서, 2개의 앵커링 사이의 임계값에 차이를 제공하는 것이 의미를 갖는 것은 셀이 초기에 비대칭인 경우로서, 2개의 상이한 임계 전계 E1 # E2 , 이로 인한 2개의 상이한 임계 전압 V1 및V2를 갖는 경우이다.

임계값을 변화시키는 첫 번째 방법은 인가된 전계에 비례하여 앵커링력을 변동시키는 플렉소전기 효과를 사용하는 것이다[문서 (24) 참조]. 이 효과는 상대적인 크기 e/(K)^1/2∼ 수 10^-1로서, 즉 중간이거나 작게 된다.

더 강한 극성 효과는 이온 도핑에 의해 얻어질 수 있다. 그 이유는 앵커링 에너지가 이하의 실험에서 나타난 바와 같이 극성에 의존한다는 것이 관찰되었기 때문이다.

동일한 SiO 증착법에 의해 얻어진 플래너 앵커링을 갖는 45° 트위스트 셀을 준비한다. 셀 두께는 6μm 로 선택된다. 구성은 트위스트 구성이며, 극성화된 광은 이러한 느린 트위스트를 따르게 된다. 정해진 극성 그리고 100 ms 길이의 스퀘어 전기 펄스가 인가된다. 펄스의 진폭은 0 에서부터 ±40 으로 변한다. 하나의 플레이트로부터 다른 플레이트로 모든 이온을 전달하는 것을 확실히하기 위해 장시간이 요구된다. 셀은 실내 온도에서 펜틸시아노비페닐(5CB)이 선택되며, 2개의 이온 Na⁺, TΦB^-가 제공되는 나트륨 테트라페닐보레이트이 10^-3몰 도핑된다. 전계의 인가 동안, 각각의 축의 방향과 편광된 광에 있는 셀의 복굴절이 관찰된다. 그러므로 플레이트가 해제되었다. 즉, 각각의 축이 다른 플레이트의 방향과 정렬되었다. 여기서 전계의 값은 2개의 앵커링을 해제한다. 그 결과는 처음에 Na+ 를 끌어당겨 해제하고, V=3V 에서, 말하자면 0.5 V/μm 인 표면을 보이며, 일반적인 것보다 크기가 더 적게 된다. 다른 플레이트는 V=3V, 말하자면 5 V/μm(거의 평균)의 전계 값에서 해제한다.

실험은 다른 이온에 대해서도 반복된다. 네마틱은 2개의 이온 Cl^-, TBA⁺를 제공하는 테트리부틸암모늄으로 도핑된다. Cl^-가 표면을 끌어당기고 임계값은 1.5 V/μm 로 감소하는 것이 관찰된다. 만일 네마틱이 Br^-, CTBA⁺를 제공하는 세틸트리부틸암모늄 브롬화물로 도핑되었다면, CTBA⁺를 끌어당기는 표면상의 앵커링 에너지가 1 V/μm 로 감소되는 것이 관찰될 것이다.

첫 번째 2개의 도핑의 효과는 SiO 표면에 대한 작은 무기 이온의 더 큰 친화력으로부터 이해될 수 있을 것이다. 이러한 이온들은 표면에 정상적인 전계를 생성하고, 외부 전계가 인가될 때 앵커링력이 감소된다. 제3 도핑은 16-카본 세틸 사슬의 작용으로 설명된다. 사슬의 대전단이 표면에 부착된 경우, 이 사슬은 플래너 앵커링력을 저감시키는 직각 방향의 배향을 유도한다.

이 기술분야의 당업자는 임계값 E1 및 E2 를 서로 근접시키는 것은 기록 조작에 유리하고, 임계값 E1 및 E2 를 더욱 떨어뜨리는 것은 소거 조작에 유리하다는 것을 알 수 있을 것이다.

실시예

본 발명의 발명자들은 실온에서 네마틱 상과, 높은 유전 이방성 ε_a∼ 10〉0 을 갖는 펜틸시아노비페닐(5CB) 네마틱 액정에 의한 디스플레이를 제작하였다.

이 디스플레이는 낮은 저항(30 Ω/스퀘어)으로 투명 전극을 제공하는 ITO(인듐 틴 옥사이드)를 이용하여 처리된 유리 플레이트(10, 12)를 구비한다. 이러한 유리 플레이트는 거의 접촉하는 증착 각도 75°로, 두께는 25Å 및 30Å 인 SiO 사방 증착법에 의해 처리된다. 이것은 약간 상이한 앵커링력을 갖는 플래너 앵커링을 제공하는 것으로 알려져 있다[문서 (25) 참조]. 셀의 두께가 d=1.5 μm 이고, 회전 각도 α=45°이다. 이 셀의 배향의 형태는 도 18에 도시되어 있다.

이 셀은 45°의 조직의 경우, 투과 강도가 큰 밝은 황색을 얻을 수 있다. 180°-α=135° 상태의 경우, 투과 강도가 작고, 매우 어두운 청색으로서 거의 검정색에 가까운 색이 얻어진다.

모델을 시험하기 위해, 발명자들은 고정 길이가 300 μs 이고, 0 에서 40 볼트까지 변화하는 진폭 V의 직사각형 펄스를 시스템에 인가하였다. 하강 시간은 1 μs 미만이다. 밝은 색에서 어두운 색으로(흰색에서 검정색으로)의 스위칭은 V=24.5 볼트에서 얻는다. 검정색의 상태에서 출발하였을 때, 발명자들은 항상 이러한 동일 펄스를 사용하여 검정색의 상태를 얻었다. 그 다음 상기 검정색의 상태에 동일한 극성이지만 진폭은 21.5 볼트인 펄스를 인가하였다. 소거에 해당하는 것으로서, 검정색에서 흰색으로의 전이를 얻었다. 이것과 동일한 21.5 볼트 펄스는 초기 흰색의 상태에 대해서는 변화를 일으키지 않는다. 따라서, 동일한 극성의 경우 시스템의 최종 상태는 V의 크기에만 의존한다. 이러한 동작은 본원의 발명자에 의하면, 임계값 중 하나가 24.5 V 보다 조금 작고, 다른 하나가 21.5 V 보다 작다는 사실로부터 설명된다.

시스템이 구동 신호의 최종 감소량에 의해서만 제어된다는 것을 확인하기 위하여, 발명자들은 다음과 같은 실험을 행하였다.

처음으로, 발명자는 도 20에 도시된 바와 같이 선행 에지가 시간에 대해 선형인 펄스를 사용한다.

특히, 발명자는 안정 시간(plateau time)을 τ=100μs 로 하고, 선행 에지의 상승 시간(rise time) τ'를 0 에서부터 300 μs 까지 변화시켰다. τ' =0 인 경우, 시스템은 V = 25 볼트에서 흰색에서 검정색으로의 전이를 보이며, 만약 개시 상태가 검정색이었다면 검정색-검정색으로 된다. 사용한 τ' 의 전체 범위에 걸쳐, 상기 동작은 변하지 않으며, 임계값은 25 ±0.5 볼트로 유지된다. 이것으로부터 펄스의 크기(진폭) 및 하강 시간만이 효과가 있다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 발명자는 도 21에 도시된 바와 같이 하강 에지가 시간에 대해 선형인 펄스를 사용한다. 0〈τ'〈30μs 의 하강 시간의 경우, 동작은 변하지 않는다. 이것을 초과하여, 30〈τ'〈300μs 의 경우, 검정색에서 출발하면 검정색-흰색의 소거가 얻어지고, 흰색에서 출발하면 흰색으로 된다. τ=100μs, τ'= 0 인 경우, 임계값 V = 25 볼트로 된다. 이러한 동작으로부터 펄스의 느린 하강 에지만이 소거에 유효하다는 것인 확인된다. 선형적으로 하강시킴으로써, 2개의 임계값의 트리거링은 시간이 시프트된다. 21 볼트 및 25 볼트의 경우, 시간의 시프트는 [(25-21)/25]×30μs ∼5μs 이다.

이 값은 표면 경사 시간의 추정 값이다.

동일한 실험에서 2개의 임계값을 실제로 분리하기 위해, 발명자는 도 22에도시된 바와 같이 진폭이 V, V' 이고, 저속 시간이 τ 및 τ' 인 이중-사각 형태의 펄스를 사용한다.

발명자는 이 시스템이 하강 에지에서만 전환되고, 그 이전의 효과의 기억을 남기지 않는 것을 확실히 하기 위해 τ=1 ms 을 선택하였다. V'= 0인 경우, 흰색-검정색 또는 흰색-흰색의 전환(스위칭)은 V = 22 볼트에서 얻었다.

다음으로, 발명자는 임계값보다 충분히 크게 하기 위하여 V = 30 볼트를 선택하여, τ'= 0.5 ms 를 취함으로써, V' 를 변화시켯다. 30 볼트 〉V' 〉20 볼트의 경우, 검정색의 기록이 보존된다. 반면에, 20 볼트 〉V' 〉7 볼트의 경우, 시스템은 이진 카운터, 즉 흰색-검정색 또는 검정색-흰색으로의 전환이 행해진다. 0 과 7 볼트 사이의 V' 의 경우에는 검정색의 기록이 다시 확실하게 정의된다.

다음으로 발명자는 V 의 극성을 유지하면서 V'의 극성을 변화시킨다. 동일한 동작이 관찰된다.

-30 볼트 〉V' 〉-20 볼트 : 검정색에서의 기록,

-20 볼트 〉V' 〉-7 볼트 : "카운터" 체제,

-7 볼트 〉V' 〉0 볼트 : 검정색에서의 기록.

이들의 동작으로 알 수 있듯이, 발명자는 상기 카운터 체제를 불완전한 소거, 즉, 시스템은 초기 상태를 기억하는 것으로 설명한다.

이러한 실험으로부터의 중요한 결과는 V' = -V 의 경우 기록이 얻어진다는 것이며, 이는 τ' = τ =1ms 인 경우에도 확인된다. 따라서, 발명자들은 AC 구동이 가능하다는 것을 보여 주었다.

발명자들은 상기 샘플에 대해 V(τ)를 측정하였다. 5CB 에 대해, V의 곡선은 도 23에 도시된 바와 같이 기록(τ)을 관찰하였다. 고정된 극성에서의 이러한 기록/소거 동작은 τ= 150μs 에서도 만족된다. 더 짧은 시간의 경우, "카운터" 체제가 관찰된다.

이러한 동작을 개선하기 위해, 발명자는 1.5 μm 이고, 10^-3몰의 Na⁺TΦB^-로 도핑한 5CB 액정을 사용하였다. 기록에는 정(正)의 펄스를 사용하고, 소거에는 부(負)의 펄스를 사용하였다. 이 경우, 도 24에 도시된 바와 같이, 30 및 38 볼트의 전압에서 10μs인 낮은 영역에서도 제어된 기록 및 소거 체제가 얻어진다.

발명자들은 백색광인 경우 2가지 상태 사이에서 20 의 콘트라스트를 얻었다.

물론, 본 발명은 기술된 특정 실시예에 제한되지 않으며, 변형이 가능하다. 특히, 본 발명은 네마틱 액정의 사용에 제한되지 않는다. 콜레스테릭 유형의 액정을 사용할 수도 있다.

또한, 유체 역학적 결합에 의한 스위칭은 플레이트상의 플래너 앵커링의 사용에만 제한되지 않고, 호메오트로픽 또는 경사진 앵커링에 사용될 수도 있다.

더욱이, 보다 일반적으로 상기 기술된 바와 같이 본 발명은 유체 역학적 결합에 의한 스위칭의 사용에 제한되지 않고, 앵커링 중 적어도 1개에 파괴를 일으키고, 계속해서 쌍안정 볼륨 효과를 유도할 수 있는 수단으로 구성되는 것과 같은 단안정 앵커링 장치를 포함한다.

게다가, 본 발명은 다수의 가능한 조직에 적용된다.

이미 알려진 바와 같이, 액정 셀을 구성하는 플레이트(10, 12) 각각에 적용되는 처리 방법 플래너 앵커링 방향(플레이트에 평행인 네마틱 방향자, 도 25 참조), 호메오트로픽 앵커링 방향(플레이트에 수직인 네마틱 방향자, 도 26 참조) 또는 경사 앵커링 방향(플레이트에 대해 경사진 네마틱 방향자, 도 27 참조)을 제공하도록 설계될 수 있다.

이들 양 플레이트를 자유롭게 사용함으로써 각 플레이트 상의 분자의 단일 앵커링 방향을 갖는 수 개의 조직을 규정할 수 있게 된다.

예를 들어, 2개의 플래너 앵커링의 경우, 도 1a에 나타낸 바와 같이 균일한 플래너 조직을 만드는 것, 도 1b에 나타낸 바와 같이 좌측 또는 우측으로 반회전만큼 트위스트된 구조를 만드는 것, 실제로 반회전을 수회 행함으로써 플레이트에 평행하게 되어 여기에 직교하는 축 주위로 서서히 회전하는 네마틱 방향자를 만드는것, 기타 도 10에 도식적으로 나타낸 바와 같이 네마틱 방향자가 플레이트에 대해 평행하게는 되지 않고, 서서히 경사지게 되는 굴곡 구조를 만드는 것이 가능하다.

2개의 호메오트로픽 앵커링의 경우, 호메오트로픽 균일 조직(도 28 참조) 또는 반회전이 1회(도 29 참조) 또는 그 이상인 굴곡 조직을 얻을 수 있다. 게다가, 이러한 굴곡 구조는 트위스될 수 있다(도 30 참조).

일반적으로, 2개의 임의 방향에서는 2개의 단안정 표면 앵커링의 경우, 상이한 조직, 즉 단순 트위스트 및 단순 굴곡에 의해 2개의 임의의 앵커링 방향을 도 31에 나타낸 바와 같이 직접 접속시키고 있는 단순 조직과, 도 32에 나타낸 바와 같이 1개의 표면으로부터 다른 표면으로 진행하는 1개 또는 그 이상의 반회전을 부가함으로써 상기 단순 조직과 구별되는 조직을 얻을 수 있게 된다.

상기 네마틱 방향자는 도 28 내지 도 32에 화살표로 도시되어 있다. 도 28과 도 29 또는 30, 31 과 도 32를 비교하면, 2개의 플레이트상의 대응하는 화살표가 반대 방향이라는 것을 알 수 있다. 물리적으로, 네마틱 액정의 표면에 대한 상효작용은 극성을 가지지 않기 때문에, 2개의 화살표의 반대 방향은 표면에 대해서는 등가이다. 그러나 이러한 화살표에 의해, 예컨대 도 28과 도 29 또는 도 30, 도 31 및 도 32의 사이에 반회전만큼 회전하는 볼륨 조직의 차이가 명확히 드러나게 된다. 이것은 도 1의 (a) 및 (b)에 동일하게 적용된다.

게다가, 이러한 다양한 조직은 동일한 앵커링 방향에 대응하는 것이도, 상이한 광학적 특성을 가지고 있으며, 이것에 의해 이들은 광학적으로 구별될 수 있고, 검정색 및 흰색 표시용 픽셀의 2가지 상태 중 하나로서 사용될 수 있다.

이전에 지시된 바와 같이, 표면 앵커링을 파괴하여 각종 조직 사이의 스위칭이 행해진다.

도 3은 인가된 전계 E의 함수로서 플래너 앵커링을 갖는 표면 분자의 각도 θ의 변화를 나타낸다.

Es 이상에서 표면 분자는 표면과의 상호 작용의 탄성 에너지가 최대인 상태에 있다. 전계 E를 차단하면, 표면 분자는 최초의 플래너 배향으로 다시 돌아가지만 그 때 2가지 상이한 경로를 선택할 수 있다. 도 3에서 이들 2가지 경로는 정(正) 및 부(負)의 각도 사이에서는 Es 이하의 분기(bifurcation)에 대응한다. 2개의 최종 상태, 즉 θ=±90°는 상기 설명된 바와 같이 표면에 대해서는 동일하다.그러나, 이들은 상이한 볼륨 조직을 제공한다. 즉, 부가적인 180°회전은 최초 조직에 대해 반회전의 트위스트가 제공된 조직에 대응한다. 만일 왜곡이 도면의 면에 남아 있다면, 180° 굴곡 조직이 얻어진다(도 10 참조). 일반적으로, 트위스트는 굴곡보다 용이하기 때문에 이 180°굴곡은 도 1b의 180°트위스트에 이르기까지 연속적으로 변형된다.

앵커링을 파괴하고나서 쌍안정 효과를 유도할 수 있는 스위칭 수단의 기능은 2개의 대응하는 쌍안정 조직의 한쪽 또는 다른 쪽을 필요에 따라 얻기 위해 배향 Es의 분기를 제어하는 것이다.

더욱 일반적으로 말해서, 일방의 플레이트상에서의 동일한 앵커링에 상당하고, 타방의 플레이트상에서는 반회전만큼 상이한 2개의 앵커링에 상당하는 것으로서, 각도, 탄성 정수 및 트위스트력을 변경시킴으로써 얻어지는 전술한 어떠한 쌍안정 조직에 대해서도 전술한 분기에 유사한 제 2의 플레이트상의 표면 에너지에 대한 분할 라인이 존재한다.

앵커링 파괴의 목적은 강력한 전계에 의해 표면 분자를 분할 라인의 부근으로 이동시키는 것이다.

게다가, 스위칭 수단의 기능은 작은 외부 효과에 의해 이 분할 라인 중 어느 한쪽으로 시스템의 이동을 제어하는 것이다. 2가지 결과적인 방향은 표면에 대해서는 동일하지만, 2개의 쌍안정 조직의 일방 또는 타방에 이르게 된다.

표면을 파괴하기 위해서는 적절한 수단이 선택된다. 전계가 플레이트에 수직인 경우 플래너 앵커링을 파괴하기 위해서는 액정이 정(正)의 유전 이방성을 가질필요가 있고, 이에 의해 분자는 전계에 평행하게 배열된다. 또한, 호메오트로픽 앵커링을 파괴하기 위해서는 재료가 부(負)의 유전 이방성을 가질 필요가 있다.

주목해야 할 점은 표면 파괴의 중요하고 일반적인 특성은 신속성이다. 즉, 대응하는 완화 시간은 마이크로초 범위이다. 이들은 네마틱 셀의 두께와는 무관하다.

가능한 각종 조직 사이의 스위칭을 가능하게 하는 많은 수단, 즉 Es에 있어서의 배향의 분기를 제어 가능하게 하는 수단에 대해 이하에서 설명한다.

플래너 앵커링은 그의 분기점 이상에서 파괴되는 것으로 가정한다. 표면 분자들은 플레이트에 대해 수직이다. 전계가 차단된 경우, 분자들은 2개의 평형 상태 +90° 및 -90°중 한 상태 또는 다른 상태로 되돌아간다. 스위칭 수단의 기능은 이들 2가지 상태의 배향의 최종 방향을 제어하는 것이다. 이들 수단의 목적은 이들을 한쪽 또는 다른쪽으로 경사지게 하기 위해 작은 모멘트를 분자들에 인가하는 것이다. 이와 같은 모멘트는 전계의 차단 시점과 동시에 또는 그 직후 중 어느 것에도 적용될 수 있지만, 가능한 분할 라인에 분자가 근접하고 있는 사이에 작용되어야 한다.

이러한 모멘트를 발생시키는 제1 방법은 횡방향 전계를 셀에 인가하는 것이다.

이러한 횡방향 전계는 여러 가지 방법으로 획득된다.

제1 방법에 따르면, 도 33에 도시된 것과 같이 앵커링이 파괴된 플레이트(12) 쪽을 향하고 있는 플레이트 중 1개의 플레이트(10) 상에 제공된 교대배치형 전극(50, 52)을 이용하여 횡방향 전계를 인가할 수 있다. 평균 전계는 최상단과 최하단에 있는 2개의 플레이트(10,12) 사이에 인가되어 있다. 횡방향 전계는 얻어진 전계에 작은 경사 방향 성분을 제공한다. 이들의 신호에 따라, 경사 전계 E1 및 E2 가 얻어진다.

수직선에서 작은 각도만큼 시프트된 전계 E1 또는 E2를 인가하면, 플래너 형형태 1 또는 2로의 강하를 제어할 수 있다. 이들 2가지 상태는 표면에 대해서는 등가이지만, 조직에 대해서는 달라진다.

제 2의 방법에 따르면, 셀의 에지를 따라 제공된 전극을 이용하여 회방향 전계를 인가하는 것이다.

제 3의 방법에 따르면, 플레이트(10,12)상에 제공된 투명 전극의 저항으로부터 횡방향 전계를 발생시키는 것이다. 도 34에 도시된 바와 같이, 이 경우에서의 전극(60) 중 하나는 적어도 하나의 에지(62), 바람직하게는 2개의 에지(62)를 보유하며, 이 에지는 중앙부(64) 보다 더욱 전도성이 좋다. 앵커링을 파괴하는 데에 필요한 전기 신호 V 는 액정의 표면 저항 R 과 커패시턴스 C(도 34 및 35 참조)에 의해 형성된 RC 회로를 따라 전달된다. 주파수가 높을 때, 신호는 급격히 감쇄하고, 픽셀은 전극 에지로서 나타나, 경사 전계를 제공하게 된다. 낮은 주파수에서는 감쇄가 없으며, 전계는 수직이 된다. 이 메커니즘은 문서 FR-A-86 06916 에 기술되어 있다. 양방향으로 경사진 전계는 이중-횡방향-제어 픽셀을 이용함으로써 획득된다. 즉, 픽셀의 반투명 전극의 도전성 에지의 일방 또는 타방에 신호 V1 또는 V2를 인가한다. V1은 우측 배향을, V2는 좌측의 배향을 제공한다.

상기 언급된 배향 모멘트를 발생시키는 제2 방법은 유체역학적 효과를 이용하는 것을 포함한다.

이 경우, 평형 상태로 복귀한 시점에서 파괴된 앵커링을 갖는 플레이트와 네마틱상과의 사이에 작은 응력 v를 발생시킨다.

이것은 예컨대, 압전 시스템의 효과 또는 음파의 효과에 의해 플레이트 전체 또는 일부를 기계적으로 변위시킴으로써 실현될 수 있다.

네마틱상은 플레이트에 인접한 속도 그레디언트(gradient)에 민감하며, v의 방향(v1 또는 v2)에 따라 분기의 한쪽 또는 다른쪽에서 떨어진다.

응력 v 는 2개의 플레이트 사이의 유동에 의해 발생될 수 있으며, 이것은 어떤 소오스에 의해서도 제공될 수 있고, 예를 들어 플레이트에 수직인 스크린을 간단히 누름으로써 제공된다.

이 때의 시스템은 압력 검출기를 구성한다. 압력을 2개의 쌍안정 조직 중 일방에 관련된 전기적 특성으로 전환함으로써 스크린에 기록하는 데에 사용될 수 있다.

다른 방법은 어떤 분자의 경사에 의해 발생된 응력 커런트(shear current)를 이용하는 것이다. 이 효과는 응력이 경사를 제어하는 종전의 효과와 반대되는 것이다.

이것을 달성하기 위해, 예를 들어 사각 픽셀(도 36 참조)과 나란한 선형 구동 전극 c 를 사용하는 것이 가능하다.

c 에서 앵커링은 예를 들어 경사져 있지만, 한편 P 의 위치에서는 플래너로되어 있다.

픽셀에 인가된 전계 작용에 의해 앵커링 P 가 파괴된다.

만일 전계 E가 차단되었을 때, 구동 전계 E'가 횡전극에 인가되면 전계 E'의 작용에 의해 c의 재방향에 기초한 흐름 v가 픽섹 P의 배향을 1로 전환시킨다.

반면에, 전계 E'가 E 와 동일한 시간에 인가되고, 동일 시간에 차단되었다면, E'에 의해 발생된 흐름은 반대 방향 -v 가 되고, 이로 인하여 픽셀은 상태 2로 전환된다.

유체 역학적 결합을 사용하고, 2개의 면 대 면 앵커링을 파괴하는 것으로 구성되는 다른 방법은 상기에 기술되어 있다.

물론, 본 발명은 파괴 후에 호메오트로픽이 되는 플래너 형태의 경우에 있어서 전술한 분기 제어 예에만 한정되는 것은 아니다.

사실, 언급된 바와 같이 본 발명은 호메오트로픽인 형태 또는 휴지 상태에서 경사져 있는 형태에 있어서 분기를 제어하는 것에도 적용된다.

게다가, 경사는 유체역학적 결합의 경우에서 기술된 바와 같이 정점 표면 각도 θ뿐만 아니라, 방위각 φ를 포함시킴으로써 2차원에서 수행될 수 있다. -90°부터 +90°에 해당하는 θ의 회전은 φ의 간단한 180° 회전으로서 해석될 수 있다. 이것은 명확한 방위각의 방향을 갖는 횡방향의 전계 또는 횡방향의 유체 역학적 흐름의 결합의 경우에 중요하다.

게다가, 주목되는 것은 검정-흰색의 표시를 형성하기 위해서는 동시에 픽셀의 전체 표면에 걸쳐서, 또는 회색 톤의 표시를 형성하기 위해서는 이 픽셀의 가변부에 걸쳐서 스위칭이 실행될 수 있다는 것이다.

픽셀의 가변 부분만을 구동하는 것은 픽셀에 대한 비균일 파괴 전계를 이용함으로써, 또는 분기를 제어하기 위한 비균일 수단에 의해 실현될 수 있다.

최종적으로, 유의할 것은 몇몇의 구성에 있어서, 앵커링 파괴 수단과 쌍안정 볼륨 효과를 유도할 수 있는 수단(이들은 이전에 설명된 것들임)을 단안정 앵커링과만이 아니라, 다방향 안정의, 예컨대 쌍안정 앵커링과 함께 사용할 수 있다는 것이다.

지금까지의 설명에 있어서, 중요한 것으로서 구체적으로 나타낼 수 있는 것은 플래너 앵커링을 파괴함으로써 2개의 쌍안정 볼륨 조직 사이의 전이가 제어 가능하게 된다는 것이다. 즉 이 경우, 완전한 파괴, 즉 전계에서 표면상의 분자들은 전계를 따라 분기 포인트를 통과하여 정확하게 배향한다. 경사 앵커링을 파괴하는 것(이것도 이전에 설명한 것임)은 이것과 상이하다. 즉, 부분 파괴로서, 분자는 전계의 방향으로 이동하지만 거기에 이르지 않으며, 또한 분기 포인트를 통과하지도 않는다.

본 발명의 범위 내에서, 경사 앵커링의 이러한 부분적인 파괴의 사용에 대해 이하에서 상세히 설명한다.

경사 앵커링 플레이트는 2가지 상이한 기능을 할 것이다.

1) 에미터로서의 역할("마스터 플레이트"): 이 경우 경사 앵커링 플레이트는다른 플레이트를 구동시키는 작용을 한다. 마스터 플레이트는 결코 분기 포인트를 통과하지 않으며, 전계를 차단하면 그이 배향을 반대로 하여 매우 강하고 급격한응력 흐름을 방출하게 된다.

2) 또는 리시버로서의 역할("슬레이브 플레이트"): 이 경우 전계는 플레이트상의 경사 앵커링을 부분적으로 파괴하지만 분기 포인트까지 이르게 할 정도로 파괴하는 것은 아니다. 그럼에도 불구하고, 마스트 플레이트에 의해 유도된 탄성 효과 또는 유체 역학적 효과에 의해 분기 포인트를 넘을 수 있도록 하기 위해서 분기점에 근접시키는 것이다.

여기서, 우선 경사 앵커링의 마스터 플레이트의 경우에 대해 설명한다. 유체역학적 효과를 더욱 효과적으로 하기 위해서는, 급속한 응력 공급원으로서 경사 앵커링 플레이트(10)를 사용할 수 있다. 따라서, 이 플레이트(10)는 유체 역학적 결합에 의해 예컨대 플래너 앵커링을 갖는 것으로서 선택되는 다른 플레이트(12)를 구동시킨다(도 37 참조).

파괴 전계를 인가하기 전에 셀의 조직은 트위스트가 없지만 비대칭 앵커링을 위해 약간의 스플레이 트위스트(splay twist)를 갖는 것으로 한다(도 37a 참조). 예컨대, 플레이트에 직각인 파괴 전계에 있어서, 2개의 표면을 인장시키면서 분자는 전계에 거의 평행해지도록 배향된다. 임계값 E_c2(도 37b 참조) 이상에서는, 플래너 표면(12)이 파괴되어 θ_s2=0 이 획득된다. 경사 표면(10)상의 분자들은 항상 전계에 대해 작은 각도 θ_s1으로 유지된다. 즉, 경사 플레이트의 경우 표면 파괴 임계값은 존재하지 않고, 플레이트는 분기 포인트(도 38 참조)를 통과하지 않는다.

전계가 갑자기 E 〉E_c2에서 차단된 경우, 그 때 비평형 상태에 있는 경사 플레이트(10)는 급격하게 경사진 최초의 배향에 까지 되돌아 간다(도 39 참조). 각도 θ_s1는 높은 초기 값 θ_O1으로부터 θ_{s1 ≒}θ_O1exp(t/τ_s)와 같이 지수적으로 증가하며, 이후에 경사 앵커링에 의해 부여된 값으로 포화된다. 반면에, 플래너 플레이트(12)는 t=0 일 때 불안정한 평형 상태에 있고, 서서히 경사지게 된다. 즉 θ_s2도 지수적으로 증가하지만 변동(fluctuations)에 의해 결정되는 매우 작은 각도 θ_O2로부터이다.

각각의 플레이트(10, 12)에 의해 생성된 응력은 시간에 대한 각도의 미분에 비례한다. 이것은 경사 플레이트(10)의 경우 더 크게 된다(약 θ_O1/_τ》 θ_O2/τ_s). 그러므로 플레이트(10)는 마스터 플레이트가 된다. 즉, 이 응력 흐름은 샘플(20)로 확산한 후, 플래너 슬레이브 플레이트(12)를 분기 포인트(도 37의 (c) 참조) 이상으로 구동시킨다. 그러므로 반회전 굴곡이 샘플(20) 내에 생성되며, 이로 인하여 트위스트 반회전으로의 변환이 행해진다(도 37의 (d)).

다른 방법으로, 이 반회전을 소거하기 위해서는 2개의 플레이트(10, 12) 사이의 유체 역학적 결합을 방지할 필요가 있다. 이것을 달성하기 위한 한가지 방법은 도 40에 도시된 바와 같이 임계값 U_c2에 대한 전압을 점진적으로 감소시키는 것이다.

펄스의 처음 부분 동안(즉 t=0 으로부터 τ₁까지), 플래너 플레이트(12)상의 앵커링은 파괴되고, 그이 최초의 조직 여하에 불문하고 도 37b 또는 도 41의 것과 같이 거의 호메오트로픽한 조직이 획득된다. 임계값을 통과하는 느린 하강(τ》τ_s)은 마스터 플레이트(10)에 의해 유도된 유체 역학적 결합을 거의 무효로 만든다. 슬레이브 플레이트(12)는 약한 탄성 정적 결합(도 41b 참조)에 의해 구동되고,이것은 균일한 최종 조직에는 항상 바람직하다(도 41c 참조).

예컨대, 샘플(20)에 있어서 이전에 획득된 반회전을 소거한다고 하는 동일한 효과를 얻는 다른 방법은 2개의 계단을 갖는 사각 전기 신호(도 42 참조)를 이용하는 것이다. 여기서, 최초의 조직은 펄스의 제1 부분(도 43a 참조, 도 42의 0에서 τ₁까지임)에서 소거된다. t=τ₁에서, 전압은 임계값 U_c2의 약간 위인 U₂로 급격하게 하강한다. 마스터 플레이트(10)는 강력한 과도적인 유체 역학적 유동을 발생시킨다(도 43b 참조). 이 흐름은 서서히 소실된다. 앵커링은 파괴 위치에서 직각인 채로 유지된다. 탄성 효과, 이것은 그의 배치에서는 영구적이지만, 그의 탄성 효과가 그것을 극복하고, 펄스의 종점에서의 슬레이브 플레이트(12)는 균일 조직에 대한 전계 없이 완화되는 배향을 미리 선택한다(도 43c 참조). t= τ₁+τ₂에서 급격한 전계의 차단은 작은 유체 역학적 효과를 가져오지만, 만일 플래너 플레이트(12)상의 앵커링이 너무 약하면(U_c2〈 U_c1), 유체 역학적 결합은 너무 약해서 탄성 정적 효과에 저항할 수 없게 된다. 최종 조직은 다시 한 번 균일하게 될 것이다(도 43d 참조).

경사 마스터 플레이트(10)에 의해 유도된 기록 및 소거의 효과를 시험하기 위해, 발명자는 얇은 셀(두께 d=1.5 μm)을 준비한다. 마스터 플레이트(10)에는,플레이트(10)로의 SiO 의 그레이징 증착법에 의해 제공된 강력한 경사 앵커링(θ_s1≒ 55°)을 선택한다. 더 약한 플래너 앵커링은 적당한 조건하에서 SiO 를 증착시킴으로써 슬레이브 플레이트(12)상에 제공된다. 2개의 앵커링의 플래너 성분은 각각에 대해 평행하도록 선택되지만, 이러한 배차가 필수적인 것은 아니다. 2개의 조직은 네마틱 액정 5CB, 즉 균일 조직(도 37a 참조) 및 반회전 트위스트 조직(도 37d 참조)으로 샘플을 충진할 때 자발적으로 만들어진다. 이 트위스트 조직은 더 높은 에너지를 가지고 있고, 그 때문에 수 초 이내에 결함(defect)의 이동에 의해 소거된다. 그러므로 어떠한 샘플도 자발적으로 균일하게 된다.

여기서, 전압 U 및 지속 시간 τ의 사각 펄스를 플레이트(10, 12) 사이에 인가한다. U=U_c2(τ) 로 될 때까지, 즉 플레이트(12)의 플래너 앵커링의 파괴 임계값에 이를 때까지, 일시적인 깜박거림만이 관찰될 뿐이고, 조직에는 어떠한 변화도 없다. 반면에, U ≥ U_c2인 경우(이 경우, 동적 앵커링 파괴 임계값 U_c2는 τ=100μs 에서 20.8 V 와 같다), 반회전이 셀의 전체 표면 위에 기록된다. 만일 동일한 펄스가 트위스트 조직에 적용되면, 최종 상태는 항상 트위스트가 된다. 그러므로 사각 펄스는 반회전을 기록하는데 사용될 수 있다. 소거를 위해서는, U₁=24V, τ₁= 100μs, U₂, τ₂가 변화하는 도 42의 펄스를 적용한다. 만일 τ₂〈 50 μs 이면, 소거는 결코 일어나지 않으며, 사각 펄스의 경우에서와 같이 반회전이 기록된다. 만일 τ₂가 연장되면, U₂에는 반회전이 소거된 전압의 범위가 항상 존재한다.(도44 참조).

동일 유형의 다른 샘플을 사용하여 도 40에 도시한 것과 같이 전압을 서서히 강하시킴으로써 소거를 시도하였다. 30 μs 보다 더 짧은 하강 시간 τ₂로, 반회전의 기록을 관찰하였다. 전압 U를 변경시키지 않고 τ₂를 연장시키면, 항상 균일한 최종 조직이 얻어진다.

이러한 관찰 결과는 상술한 모델을 확인시켜 주었고, 경사 앵커링의 마스터 플레이트(10)를 이용하는 것이 반회전을 기록하는 데에도 소거하는 데에도 매우 유효한 수단임을 보여 주었다. 0° 및 90° 사이에 프리트위스트(pretwist)를 갖는 셀의 경우에도 유사한 결과가 얻어졌으며, 이러한 셀은 하나의 플레이트를 다른 플레이트에 대해 회전시킴으로써 얻어지며, 이러한 형태는 이미 설명된 바와 같이 유체역학적 결합을 용이하게 한다.

다음으로, 경사 앵커링의 슬레이브 플레이트에 대해 설명한다.

경사 앵커링 슬레이브 플레이트(12)의 유용성을 이해하기 위해, 양 플레이트(10, 12) 상의 분자가 경사 앵커링을 갖는 셀에 있어서의 앵커링의 파괴를 분석해 본다(도 45 참조). 경사 각도 θ는 마스터 플레이트(10)에서 더 크며 슬레이브 플레이트(12)에서 훨씬 작다.

도 45a의 "균일한" (트위스트 없는) 조직에서 시작한다. 전계가 플레이트(10, 12)에 수직인 경우, 2개의 플레이트(10, 12) 상의 분자들은 수직 상태를 향해 이동하지만 수직에 도달하지는 않는다(도 45a 및 도 46 참조). 즉 2개의 표면에 대해, 분기 포인트는 수직 상태의 다른측에 있다(도 47 참조). 도 47에 있어서, Γ_h는 유체 역학적 모멘트이고, Γ_s는 탄성 모멘트이며, m은 앵커링 에너지의 최대 방향(분기)이다.

여기서, 전계는 표면(10,12)상의 분자가 거의 수직 상태로 되도록 (θ_s1≒ 0, θ_s2≒ 0) 배향시키기 위해 충분히 강력하다고 가정한다(도 45b 참조). 전계가 차단되었을 때, 큰 탄성 표면 모멘트, Γ_s≒ (K/1₁)α₁가 마스터 플레이트(10)에 작용한다. 1₁은플레이트(10)상의 앵커링력을 나타낸다. 이 플레이트(10)상의 분자들은 큰 응력 흐름을 방출시키면서 최초의 위치를 향해 기울어진다. 슬레이브 플레이트(12)에 전달되는 유체 역학적 모멘트 Γ_h는 K/d의 크기를 가지며, 수직 상태를 경유하여 분자를 경사지게 한다(도 45c 참조). Kα₂/1₂의 크기를 갖는 탄성 표면 모멘트 Γ_s는 이것과 반대이다. 여기서, 1₂는 플레이트(12)상의 앵커링력을 나타낸다. 따라서, 이러한 형태의 경우의 반회전을 기록하기 위한 조건이 얻어진다. 즉, K/d 〉 Kα₂/1₂또는 α₂〈 1₂/d 이며, 경사 슬레이브 플레이트(12)는 그의 앵커링이 약하거나 전계가 없을 때의 경사 각도 θ가 90°에 근접한다면(거의 플래너 상태) 효율적으로 구동될 수 있다. 이러한 경우, 도 45d의 반회전 굴곡 및 최종적으로는 도 45c의 트위스트 반회전이 얻어진다.

소거를 행하기 위해서는 전계를 트위스트 반회전 조직에 다시 인가한다(도48a 참조), 전계 내에서 이것은 반회전 굴곡으로 변환되고(도 48b 참조), 이로 인하여 분자는 거의 샘플 전체에 걸쳐 전계를 따라 배향될 수 있다. 그러나, 슬레이브 플레이트(12) 근방에서는 거의 플래너 배향인 얇은 영역이 남게된다. 이 영역은 조직 내에서 위상적으로 블록(block)된다. 즉 그의 존재는 2개의 앵커링의 상대적인 배향 및 최초의 볼륨 조직에 의존된다. 큰(탄성 및 전기) 에너지는 플래너 영역에 저장되며, 획득된 모멘트는 플레이트(12)를 향한 표면에서의 분자를 인장시키고, 더 이상 수직 상태 쪽으로 향하지 않는다. 이러한 방식으로 플래너 영역은 샘플로부터 "제거"되며 에너지는 감소하게 된다(도 48b, 도 48c 참조).

전계의 함수로서의 표면 각도 θ_s2동작은 도 49에 도시되어 있지만, 이것은 전계가 없으며, θ₂는 크고 네거티브(|θ₂| 〉90° 및 θ₂〈 0, 도 49에서의 포인트 A)가 된다. 전계 내에서는, 도 49에 도시한 바와 같이 |θ₂|는 감소하고(경로 ABC), 앵커링 에너지가 최대이며, 이로 인하여 앵커링 모멘트가 제로인 θ₂+ 90°의 방향을 향해 분자가 이동한다. 전계의 임계값 Ec 에서, 앵커링 모멘트는 더 이상 전계 모멘트를 평형화시킬 수 없으며, 표면이 불안정해 진다. 즉, θs₂는 경로 CD로 전환되며(도 49 참조), 이때 분자들은 수직선의 다른 쪽에 있게 된다(도 48d참조). 만일 전계가 (유체역학적 결합을 제거하기 위해) 서서히 감소된다면, θs₂는 경로 DE 를 따르며, 시스템의 최종 상태는 도 48c에 도시된 트위스트되지 않은 조직이 되고, 반회전은 소거된다.

본 발명의 발명자들에 의해 발견된 이러한 소거 메커니즘은 경사 마스터 플레이트(10)와 최초의 조직과의 탄성 상호 작용에 의해 유도된 슬레이브 플레이트(12) 상의 경사 앵커링의 파괴를 이용한다. 최초의 조직은 볼륨 내에 플래너 영역을 포함하고 있는 경우라면 이러한 메커니즘만으로 소거될 수 있다. 한편, 이러한 조직에 기록을 행하기 위해서는 다른 수단, 예컨대 유체 역학적 효과를 이용할 필요가 있다. 즉, 슬레이브 플레이트(12)의 앵커링의 탄성 파괴는 일시적인 불가역적 현상으로서, 경로 CD를 따르는 통로(도 49 참조)는 일방 통행의 통로이다.

반면에, 포인트 C 를 초과하기 전에 θ_S2가 포인트 A 로 돌아가면, 전계가 차단된 후의 조직은 트위스트된 채로 유지된다. 그 이유는 전계가 너무 낮아 포인트 C를 초과할 수 없게 되면 재기록이 발생하기 때문이다.

경사 슬레이브 플레이트(12)의 유용성을 증명하기 위해, 발명자는 경사 마스터 플레이트(10)(SiO를 증착시켜, 그 표면에 대한 분자의 경사 각도가 거의 35°임)(θ₂= 90 - 35 = 55°)를 구비한 여러 개의 얇은 샘플(d ≒1.5 ㎛)을 제작하였다. 슬레이브 플레이트는 상이한 러빙 폴리머를 사용하여 제작하였다(경사 각도 α₂는 2° 및 10° 임).

유체 역학적 결합에 의해 반회전의 기록을 촉진시키기기 위해 플레이트 중 일방을 타방에 대해 회전시킴으로써 프리트위스트 각도 Φ(0° 에서 90°사이)를 부과된다. 이미 설명한 바와 같이, 이러한 프리트위스트는 유체 역학적 효과에 도움이 된다. 반회전의 기록은 80°에 근접한 Φ에서 40 내지 50 V 의 전압인 경우에 관찰되었다. 이와 같이 기록이 어려운 것은 폴리머의 앵커링이 대단히 큰 앵커링 에너지를 갖는다는 사실 때문이다.

한편, 어떠한 형태의 경우에도 발명자들은 탄성적 일시적인 파괴에 의해 볼륨 내에 플래너 영역을 포함하는 최초의 구조의 소거를 관찰하였다. 그러므로 경사 슬레이브 플레이트를 이용하여 낮은 앵커링 에너지 및 낮은 경사를 갖는 조건에서 쌍안정 볼륨 조직의 기록 및 소거를 행할 수 있다.

상기 기술된 장치에 이용한 2개의 볼륨 조직은 쌍안정성이다. 즉, 외부로부터의 전계가 존재하지 않는 경우, 표면 파괴 또는 결함에 의하지 않고서는 보다 에너지가 낮은 다른 조직으로의 이전은 행해질 수 없다. 그러므로, 외부 전계 및 어떠한 결함도 없는 경우, 각각의 조직은 2개 조직의 위상적인 부적합성으로 인하여 대단히 긴 시간 동안 안정하다.

그러나, 실제로 이들 2개의 조직은 특히, 네마틱 액정의 경우 매우 상이한 에너지를 갖는다. 이로 인하여 보다 빠르거나, 보다 덜 빠르게 이동하는 결함이 생성될 수 있고, 자발적으로 고에너지 조직을 소거하며, 다른 것을 기록하게 된다. 이러한 특징은 긴 메모리 시간이 필요한 몇몇 장치의 경우에 바람직하지 않은 것이다.

결함의 이동에 의해 발생되는 자발적인 소거에 대한 시간은 몇몇의 파라미터에 따른다. 이 파라미터는 셀의 두께, 픽셀의 크기, 키럴(chiral) 도핑제, 형태(더 큰 또는 더 작은 프리트위스트)등이 있다. 이들 파라미터중 몇몇은 자발적 소거 시간을 길게 하거나 짧게 하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 50은 자발적 소거 시간 τ_e이 셀의 두께(2×2 mm²픽셀이고, 반회전 트위스트 조직의 도핑되지 않은 5CB 넥마틱으로서 프리트위스트가 없이 균일한 조직으로 변환된다)에 의존된다는 것을 나타낸다. 시간 τ_e는 넓은 범위(0.1초 내지 1초)에 걸쳐 두께에 따라 변화하며, 용도에 따라 조정될 수 있음을 알 수 있다. 자발적 소거 시간 τ_e는 셀의 프리트위스트 Φ 에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, Φ=90° 인 경우, 2개 조직의 에너지는 넓어지며 τ_e는 무한대로 된다.

그러나, 두께와 프리트위스트는 또한 전계에 의해 유도된 표면 전이의 경우에 중요한 파라미터가 된다. 그러므로 다른 수단, 특히 저농도의 콜레스테릭상을 첨가함으로써 네마틱상에 유도되는 자발적 트위스트에 의해 τ_e를 제어하는 것이 바람직하다.

발명자들은 자발적 소거 시간 τ_e를 제어하기 위해 네마틱-콜레스테릭 혼합물을 갖는 몇몇의 샘플을 제작하였다. 도 51은 반회전 (180° 트위스트) 조직이 기록될 때 및 소거될 때(트위스트가 없는 균일한 조직)의 그러한 샘플의 광학적 동작을 나타낸다. 2개 조직의 에너지는 콜레스테릭을 수 퍼센트 첨가함으로써 거의 동일하게 된다. 그 결과, 시간 τ_e는 수 시간으로 연장되지만 이것은 도면의 크기에 비하면 대단히 긴 것이다.

지금까지 에너지를 균등하게 함으로써 쌍안정 조직의 자발적 소거 시간을 연장시킬 수 있는 가능성에 대해 설명하였다. 이것으로, 쌍안정성의 주요 이점 중 하나를 이용하게 되는 것이다. 즉, 전계를 차단한 후, 최종 조직은 무기한으로 보존되거나, 적어도 각 용도에 고유한 장치의 리프레시(refresh) 시간 τ_r에 비교하여 매우 긴 시간 τ_e동안 보존된다. 용도에 따라, τ_r은 매우 길거나 잘 정의되지 않는다. 예를 들어, 몇몇 휴대용 장치(이동식 전화, 개인용 전자 오거나이저, 전자 다이어리등)의 디스플레이 스크린은 절전을 위해 가능한 한 자주 리프레시되어야 한다. 이러한 경우, τ_e→∞ 로 할 필요가 있다.

그러나, 성질상 규칙적이고 빈번한 리프레시를 필요로 하는 장치가 있다. 예를 들어, 비디오 디스플레이에서는 20 내지 40 ms 인 τ_r(이미지 반복 시간)이 요구된다. 이 경우, 이미 기술된 쌍안정 네마틱 디스플레이는 신규한 준안정(metastable) 모드에서 사용될 수 있다. 이후에 도시된 바와 같이, 이러한 준안정 모드의 디스플레이는 통상의 장치의 경우 큰 이점을 가질 수 있다.

제1 실시예에 따르면, 이러한 준안정 동작 모드를 제공하기 위해, 2개의 쌍안정 조직이 선택되고(도 52 참조), 이들 중 하나(도 52a 참조)는 다른 것(도 52b 참조)보다 훨씬 큰 무전계(field-free)하에서의 탄성 에너지를 갖는다. 플레이트(10)의 경사 앵커링과 플레이트(12)의 플래너 앵커링에 대응하는 비제한적인 실시예로서, 도 52b의 저에너지 조직은 트위스트가 없는 약간 벌어진 조직이고, 도 52a의 조직은 반회전 트위스트 조직이다.

외부 전계가 존재하지 않는 경우, 조직 a는 준안정이며, 특정 시간 τ_e내에 핵형성 및 결함의 전파에 의해 조직 b로 전이한다. 시간 τ_e는 예컨대, 플레이트상의 결함의 핵형성 중심의 밀도를 제어함으로써, 또는 네마틱의 키럴화(chiralization)에 의해 τ_e= τ_r(리프레시 시간)이 되도록 조정된다. 이러한 방법으로 조직 a는 일단 기록되어도 τ_r이후, 즉 이미지의 종료시에는 자기 소거된다. 앵커링을 파괴하기 위해, 여기서는 단일의 메커니즘만, 즉 조직 a에 기록한 메커니즘이 요구된다. 이 실시예에 있어서, 이전에 설명한 유체 역학적 결합을 사용할 수 있다.

준안정 모드의 장치에 대한 제2의 비제한적 실시예를 도 53에 도시한다. 이번에는 2개의 플레이트 상에서는 반대의 경사 앵커링을 선택하였다. 조직 a는 슬레이브 플레이트(12) 상의 앵커링의 비가역적인 과도적 파괴에 의해 기록될 수 있다. 전계 E 〉 E_c에 있어서, 플레이트(12)의 앵커링은 파괴되고, θ_s2는 전에 설명한 바와 같이 분기의 다른쪽으로 점프한다. 이러한 특정 예에 있어서, 유체 역학적 결합과 탄성 결합은 서로 반대가 아니지만, 반면에 상호 협력하여 조직 a에 기록을 수행한다. 기록은 매우 효율적이 되어 신속하게 행해지고, 임계값 Ec 는 감소한다.

전술한 준안정 앵커링-파괴의 디스플레이는, 특히 다음과 같은 이점을 갖는다. 준안정 디스플레이는 무한 기억의 경우를 제외하고, 본 실시예에서는 시간 τ_e로 제한되는 표면 쌍안정성의 모든 이점을 가지고 있다. 기록 시간 τ_i는 매우 짧아서, 통상적으로 U ≒ 20 볼트일 때, 거의 10 μs이다.

종래의 네마틱 디스플레이와 비교하여 준안정 디스플레이의 제1 이점은 그의 확실한 임계값이다.

종래의 디스플레이에서, 조직의 변화( 및 광학적 반응)는 강하고 짧은 펄스의 적용에 의해 얻어진다. 펄스 직후의 광학적 반응은 도 54(곡선 a)에 인가 전압의 함수로서 표시되어 있다. U 〈 Uc(임계 전압) 에서는 조직에 어떠한 변화도 발생하지 않는다. U 〉Uc 에서는 광학적 반응이 얻어지며, 그 크기가 전압에 따라 증가한다. 임계값은 크게 분산되어 조직에 점진적인 전환을 갖게 한다. 구동 전압의 기간 중 및 경과 후, 중간 상태의 전 연속체를 경유한다. 이러한 분산은 연속 반응 시스템의 멀티플렉싱 속도를 크게 제한한다.

본 발명에 따른 준안정 디스플레이에 있어서, 임계값 Uc 는 매우 경사가 급하다(도 54의 곡선 b). 즉 더 이상 b →a 와 같은 연속적인 전환은 볼 수 없고, 이로 인하여 디스플레이는 "절대적인(all or nothing)" 모드에서 기록을 수행한다. 광학적 반응에 대해 점진적인 특징을 부여하는 중간 상태는 존재하지 않는다. 이 기술 분야의 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 이러한 급격한 임계값이 무한한 멀티플렉싱을 가능하게 한다. 이것은 종래의 볼륨 디스플레이에 비해 매우 중요한 이점이다.

네마틱 액정 볼륨 디스플레이에 비해 본 발명의 또 다른 이점은 구동 펄스의 계속 시간 및 전압을 변경시키는 일 없이, 용도에 따라 소거 시간 τ_e가 조정될 수있다는 점이다. 예를 들어, 표면 파괴 임계값에 관계 없이 콜레스테릭상의 도핑에 의해, 또는 결함의 핵형성 중심의 밀도 조정에 의해 τ_e의 제어가 가능하다. 이와는 대조적으로, 종래의 네마틱 볼륨 디스플레이에서는, 기록 시간 τ_i와, 전계가 없을 때의 소거 시간 τ_e와, 임계 전압 Uc 사이에 상호관계가 존재한다. 즉, 유전 이방성이 큰 네마틱의 경우 τ_e= τ_iUc²/Uo², 또는 Uo ≒ 1 V 이다. 신속한 기록(τ_i∼ 10 μs) 및 비디오 속도의 소거(τ_e∼ 40 ms)의 경우, 네마틱 볼륨 디스플레이에서는 Uc ≒ 60 V 가 얻어진다. 이것은 본 발명의 준안정 디스플레이의 경우 단지 Uc ≒ 15V 인 것과 비교된다(도 55 참조).

본 발명의 발명자들은 도핑되지 않은 5CB 액정을 사용하여 전술한 제1의 실시예에 대응하는 도 52의 형태의 셀을 제작하였다. 마스터 플레이트(10)는 경사져 있으며(SiO, 그레이징 증착, θ_s1= 55°), 슬레이브 플레이트(12)는 플래너(SiO, θ_s2= 90°)이다. 셀의 두께는 플래너 플레이트(12)상에 놓여진 볼 스페이서(d = 1.5 μm)에 의해 규정된다. 조직 a(트위스트 반회전)는 짧은 사각 펄스를 이용하여 기록이 수행된다. 이러한 셀(도 55 참조)에서의 기록 임계값이 매우 낮은 경사 마스터 플레이트(10)에 의해 발생되는 유체 역학적 제어가 유효하다는 것을 확인시키는 것이다. 자발적인 소거는 스페이서 볼상에서의 결함의 핵생성에 의해 발생되는 것으로서, 그의 밀도는 적당하게 짧은 소거 시간 τ_e∼ 300 ms 을 획득하기 위해매우 높게 선택된다(도 56 참조).

전술한 제2의 실시예에 대응하는 제2 셀에서는 본 발명자들이 도 53의 형태로 탄성 파괴를 이용함으로써 기록을 시험하였다. 이 셀에는 순수한 5CB로 충진되고, 탄성 효과가 두께에 결정적으로 의존하지 않는다는 것을 나타내기 위해 더 두껍게 된다(d= 3.3 μm). 마스터 플레이트(10)는 높은 경사 앵커링(SiO, 그레이징 증착, θ_s1∼ 55°)을 가지며, 반면에 슬레이브 플레이트(12)는 증착된 SiO 상에 PVA 의 박막을 증착시킴으로써 제공되며, 이것은 약간의 경사(θ_s2∼ 86°)를 갖는다. 이 경우에도, 반회전 상태일 때의 기록 임계값은 매우 낮아서(τ_i∼10 μs에 때 E_c=11V/μm), 앵커링 파괴의 탄성 메커니즘의 유효성을 나타내고 있다. 이러한 두꺼운 셀에 대해, τ_e∼3s 가 측정된다.

본 발명에 의한 교번 전계에서의 여기 방법에 대해 이하에서 상세히 설명한다.

실제적인 이유에 의해, 액정 디스플레이는 인가 전압의 평균값이 가능한 낮은 "교번(alternating)" 신호에 의해 양호하게 구동되어야 한다. 이로 인하여, 디스플레이의 수명을 제한하는 것과 같은 비가역적인 전기화학적 효과를 피할 수 있게 된다. 발명자들은 실험에 의해 표면 파괴의 원인으로서 "극성(polar)" 신호와 "교번(alternating)" 신호와의 등가성을 증명하였다. 이러한 것은 물리적으로 표면에 전달되는 볼륨 모멘트가 대부분 유전체 (∼E²)에서 유래하는 것으로서, 전계의신호에 의존하지 않는다는 사실에 의한 것이다.

실시예로서, 발명자들은 기록의 경우, 도 57에 도시한 바와 같이 "극성" 신호는 진폭 V_p= 13V, 지속 시간 τ= 40 μs 를 가지고 있고, 도 58에 도시한 바와 같이 이것이 V₃= 13.4 에 매우 가까운 진폭과, 동일한 지속 시간을 가지고 있는 사각 "교번" 신호와 등가임을 보여 주었다.

동일한 증거는 소거 신호에서도 관찰된다. 즉, 극성 전압, V'_p= 5V 및 τ = 240μs 에서 소거가 행해지는 반면에, 약 V'_a= 5.3 의 교번 전압은 동일한 소거를 제공한다.

발명자들은 도 59 및 60에 도시한 바와 같이, 반대 위상의 2개의 "교번" 신호 사이에 약간의 차이가 있다는 것을 관찰하였다. 이 차이는 표면 앵커링 파괴에 대한 작은 플렉소전기 효과로부터 발생한다. 예컨대, 발명자들은 V₊= 5.8 , τ' = 240 ㎲인 도 59의 신호는 반회전을 기록하고, 도 60에 있어서 동일한 진폭 및 동일한 지속 시간을 갖는 신호 V_ 는 소거를 행하는 것을 관찰하였다. 이것은 실용상, 극성 신호의 극성을 이용하는 것에 의해, 이전에 설명한 바와 같이, 교번 신호의 위상만을 사용하여 표면 파괴를 일으킬 수 있게 한다.

(22) 1974년, Oxford, Clarendon, P.G. de Gennes 의 "The Physics of Liquid Crystals",

(23) 1988년, Journal of Applied Physics, vol. 64, No. 2, PP 614-628 의H.L. Ong 에 의한 "Origin and characteristics of the optical properties of general twisted nematic liquid crystal displays",

(24) 1985년, Journal de Physique Lettres [Journal of Physics Letters], vol. 46, pp L195-L200 에 있는 N.V. Madhusudana 와 G.Durand 에 의한 "Linear flexoelector-optic effect in a hybrid aligned nematic liquid crystal cell",

(25) 1988년, Europhysics Letters, vol. 5, No. 8, pp 697-702에 있는 M. Monkade, M. Boix 및 G.Durand 에 의한 "Order Electricity and Oblique Nematic Orientation on Rough Solid Surfaces".

Claims (63)

1. 내측 표면에 전극이 마련된 2개의 평행한 투명 플레이트에 구비하며, 네마틱 액정 재료를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서,

   상기 각 플레이트에 단안정 앵커링을 규정하는 수단과;

   상기 앵커링 중 적어도 하나를 명령에 의해 파괴하여 분자들을 상기 처음의 단안정 앵커링 방향에 일시적으로 수직하게 재배향시킬 수 있는 수단(40)과;

   상기 파괴 후 쌍안정 볼륨 효과를 유도하도록 2개의 상이한 조직 중 어느 한 조직을 선택하는 수단을 포함하며,

   상기 2개의 조직은 동일한 단안정 앵커링 배향을 가지며, 약 180°의 회전각만큼 상이한 기하학상 다른 2개의 쌍안정 상태에 대응하는 것인 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 파괴 수단은 상기 2개의 플레이트상의 앵커링을 파괴하는 데에 적합한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 단안정 앵커링은 플래너(planar)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 단안정 앵커링은 호메오트로픽인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 단안정 앵커링의 적어도 하나는 상기 플레이트에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 중 하나는 호메오트로픽이고, 다른 하나는 플래너인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 중 하나는 플래너이고, 다른 하나는 경사져 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 중 하나는 호메오트로픽이고, 다른 하나는 경사져 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 파괴 수단은 전계를 인가할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 앵커링 파괴 수단은 상기 플레이트에 수직 방향의 전계를 인가할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 앵커링은 플래너이고, 액정은 정(正)의 유전 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 앵커링은 호메오트로픽이며, 액정은 부(負)의 유전 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 파괴 수단은 상기 액정을 액정의 표면 분자와 플레이트 표면과의 상호 작용의 탄성 에너지가 최대로 되는 불안정 상태로 만들기에 적합한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 상기 디스플레이 장치에 횡방향 전계를 인가할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 앵커링이 파괴된 플레이트에 대향하는 플레이트상의 교대 배치 전극과, 교대로 선택되는 상기 전극 중 적어도 하나에 구동 전압을 인가할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도할 수 있는 수단은 중앙부 보다 도전성이 큰 적어도 하나의 에지를 갖는 적어도 하나의 전극을 구비하는 것을특징으로 하는 디스플레이 장치.
17. 제14항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 상기 디스플레이 장치의 에지를 따라 위치한 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
18. 제1항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 유체 역학적 효과를 발생시킬 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 앵커링이 파괴된 플레이트에 인접한 액정 분자에 대해 응력을 발생시킬 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 예컨대, 압전 시스템을 이용하거나 음파를 이용하여 상기 플레이트의 적어도 일부분을 기계적으로 변위시킬 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 상기 플레이트에 대해 횡단 방향의 기계적 응력을 확보할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
22. 제19항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도할 수 있는 수단은 픽셀을 규정하는 전극(p)에 나란히 배치된 보조 전극(c)을 포함하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 앵커링은 보조 전극(c)상에서 경사져 있으며, 픽셀 전극(p)으로의 전계가 차단될 때 상기 보조 전극에 구동 전계를 인가할 것인지, 또는 픽셀 전극(p)상의 전계와 동일한 때에 상기 보조 전극에 구동 전계를 인가할 것인지를 선택하여 행할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
24. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 쌍안정 볼륨 효과를 유도하는 수단은 상기 2개의 플레이트 사이의 유체역학적 결합을 규정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
25. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 파괴 수단 및 쌍안정 볼륨 스위칭 수단은 픽셀의 전체 표면을 균일하게 구동시키기에 적합한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
26. 제1항에 있어서, 상기 앵커링 파괴 수단 및 쌍안정 볼륨 스위칭 수단 중 적어도 하나는 픽셀의 가변 부분을 구동하기에 적합한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
27. 제19항에 있어서, 상기 플레이트는 상이한 앵커링 임계값을 규정하며,

    상기 플레이트 사이의 디스플레이 장치의 두께는 이들 플레이트의 내측 표면 사이에서 유체역학적 결합이 가능할 정도로 충분히 작고,

    상기 2개의 플레이트의 전극 사이에 기록 전계 펄스와 제2의 전계를 교대로 인가할 수 있는 수단이 제공되며, 상기 기록 전계 펄스는 이 전계를 차단한 후 2개의 플레이트 사이의 유체 역학적 결합으로부터 생성된 제1의 트위스트 안정 상태를 규정하기 위해 2개의 플레이트 상의 앵커링을 파괴시킬 수 있는 임계값보다 크고, 상기 제2의 전계는 제2의 균일한 안정 상태를 규정하기 위해 단일의 앵커링을 파괴할 수 있거나 2개의 플레이트 상의 경사(tilts)를 개방하기 위해 매우 느리게 변화하는 하강 에지를 가질 수 있는 상기 임계값보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 액정 재료는 정(正)의 유전 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
29. 제27항에 있어서, 상기 액정 재료의 두께(d)는 l/θ_s보다 작으며, 여기서 l은 정점 앵커링 에너지를 규정하는 외삽 길이를 나타내고, θ_s는 표면 분자의 각도를 나타내는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
30. 제27항에 있어서, 상기 액정 재료의 두께(d)는 d/l 〈 (η²/Kρ)^1/3의 관계식을 만족하며, 여기서 l은 정점 앵커링 에너지를 규정하는 외삽 길이를 나타내고, η는 점도이며, K는 탄성 곡률 정수이고, ρ는 밀도를 나타내는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
31. 제27항에 있어서, 상기 액정 재료의 두께는 L/θ_s보다 작으며, 여기서 L은 방위각 앵커링 에너지를 규정하는 외삽 길이를 나타내고, θ_s는 표면 분자의 각도를 나타내는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
32. 제27항에 있어서, 상기 액정 재료의 두께(d)는 5 ㎛ 보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
33. 제27항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 용이한 앵커링의 방향은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
34. 제27항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 용이한 앵커링의 방향은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
35. 제27항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 용이한 앵커링의 방향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
36. 제27항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 용이한 앵커링의 방향은 서로 직교하지 않는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
37. 제27항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 용이한 앵커링의 방향은 약 45° 또는 135°로 회전하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
38. 제27항에 있어서, 행과 열로 구성된 매트릭스형 스크린으로 형성되며, 상기 공급 수단은 파괴하는 것이 가장 어려운 표면의 전압 위의 임계값인 V=E₀d 보다 약간 작은 전압을 인가함으로써 상기 행을 개방시키는 데에 적합하고, 또한 ±V 〈 ±|E1 - E2|d 의 전압, 즉 2개 면의 임계값 사이의 전압의 차이보다 작은 전압을 상기 열에 인가하는 데에 적합한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
39. 제38항에 있어서, 상기 열에 인가되는 전압이 시간에 대해 평균하여 프레트릭(Freedericksz) 비안정 임계값 보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
40. 제27항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 표면 처리는 5 내지 10% 상이한 앵커링 임계값을 규정하기에 적당한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
41. 제27항에 있어서, 상기 앵커링 임계값은 인가된 전계의 극성과 관련되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
42. 제27항에 있어서, 상기 액정 재료는 상기 플레이트 중 적어도 1개 위의 분자의 경사 임계값을 변경시킬 수 있는 이온으로 도핑되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
43. 제42항에 있어서, 상기 이온은 나트륨테트라페닐보레이트, 테트라부틸암모늄염화물 및 세틸트리부틸암모늄 브롬화물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
44. 제27항에 있어서, 기록 구동 전압의 하강 시간은 30 ㎲ 보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
45. 제27항에 있어서, 소거 구동 전압의 하강 시간은 30 ㎲ 보다 큰 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
46. 제27항에 있어서, 전기 구동 수단은 교번 전압을 인가하기에 적합한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
47. 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 경사 앵커링 마스터 플레이트와 대향하는 플레이트상의 앵커링을 파괴하기 위한 임계값 보다 큰 진폭을 갖는 기록 전계 펄스를 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
48. 제47항에 있어서, 상기 경사 앵커링 마스터 플레이트에 대향하는 플레이트상의 앵커링을 파괴하는 임계값을 디폴트로 통과하기 위하여 점진적으로 감소하는 진폭을 갖는 소거 전계 펄스를 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
49. 제47항에 있어서, 2개의 연속하는 계단부로 구성된 소거 전계를 인가할 수 있는 수단을 구비하며, 상기 계단부 중 제1 계단은 경사 앵커링 마스터 플레이트에 대향하는 플레이트상의 앵커링을 파괴하기 위한 임계값보다 현저히 높고, 제2 계단은 이 제2 계단의 차단 기간 중의 유체 역학적 효과를 제한하기 위하여 이 앵커링 파괴의 임계값보다 약간 높은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
50. 제1항에 있어서, 상기 앵커링은 상기 2개의 플레이트상에서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
51. 제50항에 있어서, 상기 앵커링의 경사각은 마스터 플레이트에서는 크며 슬레이브 플레이트에서는 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
52. 제50에 있어서, 상기 플레이트상의 앵커링을 파괴하기 위한 임계값 보다 큰 진폭을 갖는 기록 전계 펄스를 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
53. 제50항에 있어서, 경사 앵커링 슬레이브 플레이트상의 앵커링을 파괴하기 위한 임계값 보다 큰 소거 전계를 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
54. 제47항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 앵커링은 오프-상태에서 유체 역학적 효과에 유리한 프리트위스트(pretwist)를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
55. 제1항에 있어서, 셀의 두께, 픽셀의 크기, 키럴(chiral) 도핑제 및 프리트위스트 등의 파라미터는 소망하는 자발적 소거 기간을 규정하기에 적합한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
56. 제55항에 있어서, 상기 2개의 플레이트상의 앵커링은 90°로 트위스트되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
57. 제55항에 있어서, 상기 액정은 네마틱/콜레스테릭 혼합물로 구성된 것을 특징으로하는 디스플레이 장치.
58. 제1항에 있어서, 상기 플레이트상의 앵커링은 준안정 동작의 경우, 전계 부존재 하에서 2개의 조직을 규정하고, 그 중 하나가 다른 것보다 더 큰 탄성 에너지를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
59. 제58항에 있어서, 상기 2개의 조직은 한 플레이트상의 경우 앵커링에 대응하며, 다른 플레이트에서는 플래너 앵커링에 대응하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
60. 제58항에 있어서, 상기 2개의 조직은 상기 각 플레이트에 있어서의 경사 앵커링에 대응하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
61. 제58항에 있어서, 상기 2개의 조직 중 하나는 약간 벌어진 비트위스트 조직에 대응하며, 다른 하나는 반회전 트위스트 조직에 대응하는 것을 특징으로 하는디스플레이 장치.
62. 제58항에 있어서, 상기 플레이트 사이에 결함의 핵생성에 유리한 볼 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
63. 제51항에 있어서, 상기 LCD 분자의 조직은 볼륨 플래너 영역을 포함하며, 상기 디스플레이 장치는 볼륨 플래너 영역을 갖는 안정한 조직을 다른 안정한 조직으로 변환하기 위해 비가역적 파괴 임계값보다 큰 진폭을 갖는 전계 펄스를 인가할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.