NL8303545A - DISPLAY DEVICE. - Google Patents

DISPLAY DEVICE. Download PDF

Info

Publication number
NL8303545A
NL8303545A NL8303545A NL8303545A NL8303545A NL 8303545 A NL8303545 A NL 8303545A NL 8303545 A NL8303545 A NL 8303545A NL 8303545 A NL8303545 A NL 8303545A NL 8303545 A NL8303545 A NL 8303545A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
liquid crystal
substrate
orientational
display cell
crystal material
Prior art date
Application number
NL8303545A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Western Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Western Electric Co filed Critical Western Electric Co
Publication of NL8303545A publication Critical patent/NL8303545A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1391Bistable or multi-stable liquid crystal cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)

Description

* .. ♦ ‘ VO 5094* .. ♦ VO 5094

Weergeefinrichting.Display device.

Bistabiele nematische vloeibare-kristalweergeefinricntingen vereisen in het algemeen grote elektrische wisselspanningen om de onderlinge toestandsomschakeling tussen bistabiele toestemden in te leiden. Een belangrijke reden voor dergelijke grote elektrische scha-^ kelwisselspanningen is, dat aan elke weergeefcel voldoende elektrische energie moet worden toegevoerd om disclinaties uit "pinning"-plaatsen los te maken en te bewegen.Bistable nematic liquid crystal displays generally require large AC alternating voltages to initiate interstate switching between bistable ones. An important reason for such large electrical switching AC voltages is that sufficient electrical energy must be supplied to each display cell to release and move drifts from "pinning" sites.

Een uitvoeringsvorm van een nematische vloeibare-kristalweer-geefinrichting vertoont een configurationele bistabiliteit tussen ^ twee toestanden. Zie het Amerikaanse octrooischrift 4.333.708. De twee toestanden, welke afzonderlijk in de afwezigheid van een vasthoud-potentiaal aanwezig zijn, zijn topologisch inequivalent en ontlenen hun stabiliteit uit disclinatie-"pinning". Een omschakeling tussen de toestanden geschiedt door disclinaties uit een "pinning"-plaats los te maken en te bewegen in responsie op een aangelegde schakel-wisselspanning, die een grote, scherpe schakeldrempelwaarde overschrijdt.An embodiment of a nematic liquid crystal display device exhibits a configurable bistability between two states. See U.S. Patent 4,333,708. The two states, which are separately present in the absence of a retention potential, are topologically inequivalent and derive their stability from declination pinning. Switching between states occurs by loosening and moving drifts from a "pinning" site in response to an applied switching AC voltage exceeding a large, sharp switching threshold value.

Een reductie van het schakeldrempelniveau voor dit type vloei-bare-kristalweergeefinrichting wordt verkregen door gekozen cellen in 20 de weergeefinrichting vooraf voor te spannen met een kleine wisselspanning voordat de grotere schakelspanning wordt aangelegd.A reduction of the switching threshold level for this type of liquid crystal display is achieved by pre-biasing selected cells in the display with a small alternating voltage before applying the larger switching voltage.

Er wordt ten aanzien van de boven beschreven weergeefinrichtingen op gewezen, dat schakelwisseIspanningen worden gebruikt voor het tot stand brengen van een omschakeling tussen toestanden. De signalen, 25 welke deze schakelwisselspanningen opwekken, behoren in het algemeen tot de schaar van signalen met constante omhullende en zijn meer in het bijzonder gepoorte wisselstroompulssignalen met in hoofdzaak constante omhullende. Wisselstroomsignalen met constante omhullende verdienen de voorkeur ten opzichte van gelijkstroomsignalen of signalen 30 met constante amplitude omdat deze laatste aanleiding geven tot ruirnte-ladingspolarisatie-effecten, die de amplitude van het aangelegde elektrische veld reduceren.With regard to the above-described displays, it is pointed out that switching alternating voltages are used to effect switching between states. The signals which generate these switching AC voltages generally belong to the host of constant envelope signals and more particularly are gated AC pulse signals with substantially constant envelope. Constant-envelope AC signals are preferred over DC or constant-amplitude signals because the latter give rise to space charge polarization effects, which reduce the amplitude of the applied electric field.

Voor de bovengenoemde weergeefinrichtingen doen zich de problemen van relatief grote schakelwisselspanningen en een omschakeling 35 door disclinatiebeweging nog steeds voor.For the above-mentioned displays, the problems of relatively large switching AC voltages and a switching due to the declination movement still occur.

8303545 j * i -2-8303545 j * i -2-

Volgens de uitvinding wordt een kleine elektrische gelijkspanning aan de nematische vloeibare-kristalweergeefcel aangelegd om een bistabiele intertoestandsomschakeling tussen twee topologisch equivalente horizontale oriëntationele richtconfiguraties in te leiden.According to the invention, a small DC electric voltage is applied to the nematic liquid crystal display cell to initiate a bistable interstate switching between two topologically equivalent horizontal orientational alignment configurations.

5 De polariteit van de gelijkspanning bepaalt de configuratie waarnaar een tussentoestandsomschakelperiode wordt ingeleid. Nadat het omschakelen begint, wordt een kleine elektrische wisselspanning bijvoorbeeld kleiner dan 10 volt, aan de cel toegevoerd om de omschakelperiode te voltooien en de oriëntationele richtconfiguratie in één van de twee 10 horizontale toestanden te onderhouden. De bistabiele nematische vloeibare-kristalweergeefcel omvat bovenste en onderste substraten, nema-tisch vloeibaar-kristalmateriaal, dat zich tussen de beide substraten bevindt, en een combinatie van elementen, die integraal met de substraten zijn verbonden en in staat zijn om richtelementen van het 15 vloeibare-kristalmateriaal bij voorkeur te oriënteren in een asymmetrische horizontale toestand met een inversielaag, welke in hoofdzaak bij en evenwijdig aan een voorafbepaalde substraat is gelegen in de aanwezigheid van een, de symmetrie verbrekend elektrisch gelijkstroom- t veld, gevolgd door een bepaalde aangelegde elektrische wisselspanning.5 The polarity of the DC voltage determines the configuration to which an intermediate state switching period is initiated. For example, after switching begins, a small alternating electrical voltage of less than 10 volts is supplied to the cell to complete the switching period and maintain the orientational alignment configuration in either of the two horizontal states. The bistable nematic liquid crystal display cell comprises upper and lower substrates, liquid liquid crystal material located between the two substrates, and a combination of elements which are integrally connected to the substrates and are capable of directing elements of the liquid Preferably orienting crystal material in an asymmetric horizontal state with an inversion layer located substantially at and parallel to a predetermined substrate in the presence of a symmetrically breaking DC electric field, followed by a certain applied alternating electric voltage.

20 Bij een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding omvat de vloei bare-kristalweergeefcel bovenste en onderste evenwijdige substraten met elektrisch geleidende stroken en topografisch getextureerde kantel-centreervlakken, welke zich daarop bevinden, een nematisch vloeibaar-kristalmateriaal, dat zich tussen tegenover elkaar gelegen getextu-25 reerde oppervlakken bevindt, en een variabele-spanningsbron, die met de geleidende stroken is verbonden om in het gehele vloeibare-kristalmateriaal elektrische omschakelvelden op te wekken. Een cel is gesplitst in een actief gebied en een isolatiegebied, dat het actieve gebied omgeeft. In het actieve gebied van de cel vertonen de tegenover elkaar 30 gelegen getextureerde kantelcentreervlakken een gelijke tegengestelde kantelgrenstoestand en een twist- of hoekverschil tussen azimut -oriëntaties van de tegenover elkaar gelegen getextureerde kantelcentreervlakken voor een optische differentiatie van de toestanden.In one embodiment of the invention, the liquid crystal display cell comprises upper and lower parallel substrates with electrically conductive strips and topographically textured tilt-centering surfaces disposed thereon, a nematic liquid crystal material sandwiched between opposed textured surfaces, and a variable voltage source connected to the conductive strips to generate electrical switching fields throughout the liquid crystal material. A cell is split into an active area and an isolation area surrounding the active area. In the active region of the cell, the opposed textured tilt center faces exhibit an equal opposite tilt boundary state and a twist or angular difference between azimuth orientations of the opposed textured tilt center faces for optical differentiation of states.

Bij elk getextureerd kantelcentreervlak is het isolatiegebied gekenmerkt 35 door een parallelle begrenzingstoestand. Een tussentoestandsomschake-ling geschiedt door een eerste gelijkspanning aan het vloeibare- 8303545 • κ -3- • kristalxnateriaal aan te leggen teneinde de centrering van de oriënta-tionele richtelementen in een eerste asymmetrische horizontale toestand in te leiden. Een kleine wisselvasthoudspanning, welke groter is dan een kritische spanning, wordt loodrecht op de substraten aangelegd om 5 de omschakeling naar de eerste toestand te voltooien. Overgangen naar de tweede toestand geschieden door het aanleggen van een tweede gelijkspanning aan het vloeibare-kristalmateriaal ten einde een juiste centrering van de oriëntationele richtelementen in een tweede asymmetrische horizontale toestand in te leiden. Opnieuw wordt een kleine vast-10 houdwisselspanning aangelegd om een omschakeling naar de tweede toestand te voltooien.With each textured tilt center face, the isolation area is characterized by a parallel boundary condition. An intermediate state switching is effected by applying a first DC voltage to the liquid crystal material to initiate the centering of the orientational orienters in a first asymmetric horizontal state. A small AC holding voltage greater than a critical voltage is applied perpendicular to the substrates to complete the switchover to the first state. Transitions to the second state are made by applying a second DC voltage to the liquid crystal material to initiate proper centering of the orientational alignment elements in a second asymmetric horizontal state. Again, a small holding-AC voltage is applied to complete a switch to the second state.

Bij een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding omvat de vloeibare-kristalweergeefcel op een soortgelijke wijze bovenste en onderste evenwijdige substraten met elektrisch geleidende stroken en 15 topografisch getextureerde kantelcentreervlakken, die zich daarop bevinden, het nematische vloeibare-kristalmateriaal, dat zich tussen tegenover elkaar gelegen getextureerde oppervlakken bevindt, en de variabele-spanningsbron, die met de geleidende stroken is verbonden om door het gehele vloeibare-kristalmateriaal elektrische omschakel-20 velden op te wekken. Deze uitvoeringsvorm verschilt van de eerder beschreven uitvoeringsvorm daarin, dat topografisch getextureerde kantelcentreervlakken aan tegenover elkaar gelegen substraten in hun geheel een omgekeerde kantelgrenstoestand vertonen. Actieve gebieden van deze laatste uitvoeringsvorm worden niet gedefinieerd door de textuur van 25 de kantelcentreervlakken doch in plaats daarvan worden de actieve gebieden bepaald door het overlappingsgebied tussen geleidende stroken op tegenover elkaar gelegen substraten.In another embodiment of the invention, the liquid crystal display cell similarly comprises upper and lower parallel substrates with electrically conductive strips and topographically textured tilt center faces disposed thereon, the nematic liquid crystal material disposed between opposed textured surfaces and the variable voltage source connected to the conductive strips to generate electric switching fields throughout the liquid crystal material. This embodiment differs from the previously described embodiment in that topographically textured tilt center faces on opposed substrates exhibit an inverted tilt limit state in their entirety. Active regions of the latter embodiment are not defined by the texture of the tilt center planes, but instead the active regions are defined by the overlapping region between conductive strips on opposed substrates.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: 30 fig. 1 een drie-dimensionaal aanzicht van een vloeibare-kristal weergeefcel ; fig. 2 een conceptie van het bovenste topografisch getextureerde kantelcentreervlak 20, beschouwd vanaf de lijn II-II in fig. 1; fig. 3 een conceptie van het onderste topografisch getectureerde 35 kantelcentreervlak 21, als beschouwd vanuit de lijn III-III in fig. 1; en fig. 4 t/m 7 verschillende horizontale oriëntationele richt- 8303545 r · i -4- Λ elementcentreringen binnen het actieve gebied in de weergeefcel volgens fig. 1 overeenkomstig de uitvinding.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a three-dimensional view of a liquid crystal display cell; FIG. 2 is a conception of the top topographically textured tilt center plane 20 viewed from line II-II in FIG. 1; FIG. 3 is a conception of the bottom topographically structured tilt-center plane 21 as viewed from line III-III in FIG. 1; and FIGS. 4 to 7 are different horizontal orientational target element centers within the active region in the display cell of FIG. 1 according to the invention.

Er wordt een nieuwe bistabiliteitseffect verschaft voor nema-tische vloeibare-kristallen, waarbij de tussentoestandsomschakeling 5 tussen twee topologisch equivalente toestanden wordt ingeleid door het aanleggen van een, de symmetrie verbrekende elektrische gelijkspanning. Een toestand wordt in de juiste configuratie daarvan gehouden door het daarna aanlëggen van een kleine vasthoudwisselspanning. Elke toestand vertoont een begrenzingsinversielaag, welke in hoofdzaak horizontaal 10 gecentreerde oriëntationele richtelementen bij een overeenkomstige begrenzing bevat. Een omschakeling vanuit één toestand naar een andere vereist geen disclinatiebeweging in verband met de topologische equi-valentheid van de toestanden.A new bistability effect is provided for nematic liquid crystals, in which the intermediate state switching 5 is initiated between two topologically equivalent states by applying a symmetrical breaking DC voltage. A state is maintained in its proper configuration by subsequently applying a small holding AC voltage. Each state has a boundary inversion layer, which contains substantially horizontally centered orientational orientations at a corresponding boundary. Switching from one state to another does not require any divergence movement due to the topological equivalence of the states.

In fig. 1 vindt men een vloeibare-kristalweergeefcel. In deze 15 weergeefcel is een bij wijze van voorbeeld gekozen uitvoeringsvorm volgens de uitvinding weergegeven. De cel in fig. 1 is slechts één van een aantal van dergelijke cellen, welke in een gehele vloeibare-kris-talweergeefinrichting aanwezig zijn. Zoals aangegeven in fig. 1, omvat de vloeibare-kristalweergeefcel een bovenste substraat 10, een onder-20 ste substraat 11, een bovenste topografisch getextureerd kantelcen- treervlak 20, een onderste topografisch getextureerd kantelcentreervlak 21, nematisch vloeibaar-kristalmateriaal 30, een bovenste geleider 40 en een onderste geleider 41. Omschakel- en vasthoudspanningen worden aan de cel toegevoerd vanuit een variabele-spanningsbron 50, die met 25 de bovenste geleider 40 en de onderste geleider 41 is verbonden.Figure 1 shows a liquid crystal display cell. An exemplary embodiment according to the invention is shown in this display cell. The cell in Figure 1 is only one of a number of such cells, which are contained in an entire liquid crystal display. As shown in Fig. 1, the liquid crystal display cell comprises an upper substrate 10, a lower substrate 11, an upper topographically textured tilt center face 20, a lower topographically textured tilt center face 21, nematic liquid crystal material 30, an upper conductor. 40 and a lower conductor 41. Switching and holding voltages are supplied to the cell from a variable voltage source 50, which is connected to the upper conductor 40 and the lower conductor 41.

In de figuren is een stel referentiebasisvectoren (x, y, z) aangegeven om een oriëntatie van fig. 1 ten aanzien van- dé fig. 4 t/m 7 te ondersteunen .In the figures, a set of reference base vectors (x, y, z) is indicated to support an orientation of figure 1 with respect to figures 4 to 7.

De substraten 10 en 11 ondersteunen de respectieve geleiders 40 30 en 41 en verschaffen tevens een middel voor het onderbrengen van het vloeibare kristalmateriaal 30. Elke substraat bestaat in hoofdzaak uit een transparant diëlektrisch materiaal, zoals siliciumdioxyde of glas of dergelijke.The substrates 10 and 11 support the respective conductors 40 and 41 and also provide a means of accommodating the liquid crystal material 30. Each substrate consists essentially of a transparent dielectric material, such as silicon dioxide or glass or the like.

De geleiders 40 en 41 bevinden zich op een binnenste tegenover-35 gelegen vlak van elke respectieve substraat om het mogelijk te maken, dat een elektrisch wisselstroom- of gelijkstroomveld in hoofdzaak 3303545 • ·♦ -5- loodrecht op elke substraat wordt aangelegd. Zowel interdigitale elektroden als elektroden in de vorm van een continue uniforme strook, zijn middelen, welke geschikt zijn om voor de geleiders 40 en 41 te worden gebruikt.Conductors 40 and 41 are located on an inner opposing face of each respective substrate to allow an alternating AC or DC electric field to be applied substantially perpendicular to each substrate. Both interdigital and continuous uniform strip electrodes are means suitable for use with conductors 40 and 41.

5 Zoals in figuur 1 slechts ter illustratie is aangegeven, be staan de geleiders 40 en 41 uit elektroden in de vorm van een continue uniforme strook, welke elektroden loodrecht ten opzichte van elkaar zijn opgesteld. De geleider 40 is gevormd op een binnenvlak van de bovenste substraat 10, terwijl de geleider 41 op een soortgelijke wijze 10 is gevormd op een binnenoppervlak vein de onderste substraat 11 en wel in een richting loodrecht op de richting van de geleider 40. Elke geleider wordt als een dunne film op het binnenvlak vein de respectieve substraat neergeslagen of door een gebruikelijke fotolithografische methode daarin geëtst. Transparante films van bijvoorbeeld indium-15 tinoxyde worden als geleiders op beide substraten van weergeefcellen volgens de transmissiemodes gebruikt, terwijl ondoorzichtige films, bestaande uit bijvoorbeeld aluminium, worden gebruikt voor geleiders op één substraat bij weergeefcellen volgens de reflectiemodes.As shown in Figure 1 for illustrative purposes only, conductors 40 and 41 consist of electrodes in the form of a continuous uniform strip, which electrodes are arranged perpendicular to each other. The conductor 40 is formed on an inner surface of the upper substrate 10, while the conductor 41 is similarly formed on an inner surface of the lower substrate 11 in a direction perpendicular to the direction of the conductor 40. Each conductor is deposited as a thin film on the inner surface of the respective substrate or etched therein by a conventional photolithographic method. For example, transparent films of indium-tin oxide are used as conductors on both substrates of display cells according to the transmission modes, while opaque films consisting of, for example, aluminum are used for conductors on one substrate in display cells according to the reflection modes.

Topografisch getextureerde kantelcentreervlakken 20 en 21 20 worden gebruikt om aan de vloeibare kristalmoleculen bij elk oppervlak een bekende kantelcentrering mede te delen. Deze vlakken worden ook kantelcentreervlakken genoemd. De oppervlakken 20 en 21 bestaan uit transparante niet-geleidende lagen op de vrije binnenvlakken van de substraten en geleiders voor het definiëren van een oppervlaktecen-25 trering van de oriëntationele richtelementen van het vloeibare-kristal-materiaal 30. De oppervlakken 20 en 21 zijn integraal met elke respectieve substraat verbonden door een schuine elektronenbundel neerslag of een thermische verdamping van een materiaal, zoals titaanoxyde of siliciumoxyde, die beide als isolatoren werken. Dit leidt tot een 30 uniform gekantelde kolomtopografie voor elk kantelcentreervlak. De topografie bij elk van de vlakken 20 en 21 bepaalt een oppervlakte-kantel-hoek 9g, gemeten voor elke substraat normaal (binnenvlak) in het gebied van 0° tot 90°. Oppervlaktekantelhoeken, groter dan 45° verdienen de voorkeur om een overheersing van de horizontale oriëntationele richt-35 elementconfiguratie te verzekeren. De kantelcentreervlakken 20 en 21 zullen hierna onder verwijzing naar de fig. 2 en 3 meer volledig worden beschreven.Topographically textured tilt centering surfaces 20 and 21 are used to communicate a known tilt centering to the liquid crystal molecules at each surface. These planes are also called tilt-centering planes. The surfaces 20 and 21 consist of transparent non-conductive layers on the free inner surfaces of the substrates and conductors for defining a surface centering of the orientational alignment elements of the liquid crystal material 30. The surfaces 20 and 21 are integral with each respective substrate connected by an oblique electron beam deposit or a thermal evaporation of a material, such as titanium oxide or silicon oxide, both of which act as insulators. This results in a uniformly tilted column topography for each tilt center plane. The topography at each of the faces 20 and 21 determines a surface tilt angle 9g measured for each substrate normal (inner face) in the range of 0 ° to 90 °. Surface tilt angles greater than 45 ° are preferred to ensure dominance of the horizontal orientational straightening element configuration. The tilt centering surfaces 20 and 21 will be described more fully hereinafter with reference to Figures 2 and 3.

3303545 * -6- %3303545 * -6-%

Het vloeibare-kristalmateriaal 30 is een vloeibare-kristal-substantie in de nematische mesofase met tenminste in een bepaald frequentiegebied een positieve diëlektrische anisotropie. Bij een bij wijze van voorbeeld gekozen weergeefcel bestaat het materiaal 30 uit 5 cyanobifenylmonsters van E7 van Merck Chemical Company. Het vloeibare-kristalmateriaal 30 bevindt zich tussen tegenover elkaar gelegen evenwijdige substraten waarin de afstand tussen oppervlak en oppervlak van de substraten minder dan 20 en meer in het bijzonder ongeveer 10 ^im bedraagt.The liquid crystal material 30 is a liquid crystal substance in the nematic mesophase with a positive dielectric anisotropy at least in a certain frequency range. In an exemplary display cell, the material 30 consists of 5 cyanobiphenyl samples of E7 from Merck Chemical Company. The liquid crystal material 30 is located between opposed parallel substrates in which the distance between surface and surface of the substrates is less than 20 µm and more particularly about 10 µm.

10 Elke weergeefcel is gesplitst in een actief gebied en een in actief gebied. Het actieve gebied omvat een volume van vloeibaar-kristalmateriaal 30, dat in staat is tot een tussentoestandsomschake-ling in responsie op op een geschikte wijze aangelegde elektrische velden.10 Each display cell is split into an active area and an active area. The active region includes a volume of liquid crystal material 30 capable of intermediate switching in response to suitably applied electric fields.

15 In het algemeen wordt'voor het in fig. 1 afgeheelde type cel het actieve gebied bepaald als dat gebied, dat gelegen is tussen de overlapping van de geleiders 40 en 41. In fig. 1 is een onderste begrenzing van het actieve gebied aangegeven als het kruislings gearceerde gebied bij het oppervlak 21.Generally, for the cell type depleted in FIG. 1, the active region is determined as that region located between the overlapping of conductors 40 and 41. In FIG. 1, a bottom boundary of the active region is indicated as the crosshatched area at the surface 21.

20 Het inactieve gebied, dat elk actief .gebied omgeeft, bestaat uit een volume vloeibaar-kristalmateriaal, dat een vaste öriëntatio-nele richtelementconfiguratie behoudt onafhankelijk van de configuraties in naastgelegen actieve gebieden. Elk inactief gebied, ook bekend als een neutraal isolatiegebied, scheidt, isoleert en stabiliseert 25 het omgevende actieve gebied van een overeenkomstige cel in de vloei-bare-kristalweergeefinrichting. Een theorie van neutrale, isolatie-gebieden is toegelicht door J. Cheng in "Surface Pinning of Disclina-tions and the Stability of Bistable Nematic Storage Displays", J. Appl. Phys. 52_, pag. 724-727 (1981).The inactive region surrounding each active region consists of a volume of liquid crystal material which maintains a fixed orientational alignment element configuration independent of the configurations in adjacent active regions. Each inactive region, also known as a neutral isolation region, separates, isolates and stabilizes the surrounding active region of a corresponding cell in the liquid crystal display. A theory of neutral, isolation areas is explained by J. Cheng in "Surface Pinning of Disciplines and the Stability of Bistable Nematic Storage Displays", J. Appl. Phys. 52_, p. 724-727 (1981).

30 Verdere informatie betreffende fysische aspecten en de con structie van de in fig. 1 afgeheelde basisweergeefcel vindt men in het Amerikaanse octrooischrift 4.333.708.Further information regarding physical aspects and the construction of the basic display cell enclosed in FIG. 1 is found in U.S. Patent 4,333,708.

De variabele-spanningsbron 50 wekt een aantal elektrische signalen op, die aan de bovenste geleider 40 en de onderste geleider 41 35 worden toegevoerd om door het gehele vloeibare-kristalmateriaal 30 en in hoofdzaak loodrecht op de substraten 10 en 11 verschillende elek- 8303545 • · .*· -7- trische wisselstroom- en gelijkstroomvelden aan te leggen. Afhankelijk van de karakteristieken van het elektrische veld, dat in het actieve gebied van de weergeefcel wordt aangelegd, wordt de oriëntationele richtelementconfiguratie van het vloeibare-kristalmateriaal 30 via 5 een vervormde horizontale configuratie (fig. 5 getransformeerd tot of een bovenste asymmetrische horizontale toestand (fig. 6) of een onderste asymmetrische horizontale toestand (fig. 7). Nadat de omschakeling naar een asymmetrische toestand is ingeleid, wekt de bron 50 een vast-houdwisselspanningssignaal op ten einde de omschakelperiode te vol-10 tooien en in de weergeefcel een aysmmetrische horizontale toestand met een vasthoudspanning te onderhouden.The variable voltage source 50 generates a number of electrical signals which are supplied to the upper conductor 40 and the lower conductor 41 to pass through the entire liquid crystal material 30 and substantially perpendicularly to the substrates 10 and 11 different electrodes. . * · -7- to create AC and DC electrical fields. Depending on the characteristics of the electric field applied in the active region of the display cell, the orientational alignment element configuration of the liquid crystal material 30 is transformed via 5 a distorted horizontal configuration (Fig. 5) or an upper asymmetric horizontal state (Fig. 6) or a lower asymmetric horizontal state (Fig. 7) After the switch to an asymmetrical state is initiated, the source 50 generates a hold AC voltage signal to complete the switch period and an asymmetric horizontal in the display cell condition with a holding voltage.

De signalen, die door de bron 50 worden opgewekt, behoren in het algemeen tot de scharen signalen met constante omhullende en signalen met constante amplitude. Meer in het bijzonder zijn signalen 15 met constante omhullende gepoorte wisselstroompulssignalen met in hoofdzaak constante omhullende, terwijl signalen met constante amplitude gepoorte gelijkstroompulssignalen zijn.The signals generated by the source 50 generally belong to the multitude of constant envelope and constant amplitude signals. More specifically, signals with constant envelope gated are AC pulse signals with substantially constant envelope, while signals with constant amplitude are gated DC pulse signals.

Ten einde de omschakeling volgens de uitvinding te bewerkstelligen, wekken signalen uit de bron 50 spanningen op, welke zijn be-20 trokken op een kritische potentiaal V , welke later meer gedetailleerd zal worden beschreven. De signalen worden geklassificeerd in grote categoriën nl. een gelijkstroom-registratiesignaal, een gelijkstroom-inleid- of gelijkstroom-uitwissignaal, en een wisselstroom-vasthoud-signaal. Een registratiesignaal uit de bron 50 legt een gelijkspanning 25 met een waarde V over de weergeefcel aan ten einde de omschakeling π van de cel naar een eerste (bovenste of onderste) asymmetrische horizontale toestand in te leiden, terwijl de potentiaal V of boven of onder de kritische potentiaal V is gelegen om de gewenste omschakel- c karakteristieken te verkrijgen. Een uitwissignaal legt een potentiaal 30 met een waarde V over de weergeefcel aan om een omschakeling van deIn order to effect the switching according to the invention, signals from the source 50 generate voltages which are related to a critical potential V, which will be described in more detail later. The signals are classified into large categories, namely, a DC recording signal, a DC lead-in or DC exchange signal, and an AC hold signal. A recording signal from the source 50 applies a DC voltage 25 of a value V across the display cell to initiate the switch π of the cell to a first (top or bottom) asymmetric horizontal state, while the potential V is either above or below the critical potential V is located to obtain the desired switching c characteristics. An exchange signal applies a potential 30 with a value V across the display cell to switch the

EE

cel naar een tweede (onderste of bovenste) asymmetrische horizontale toestand in te leiden, waarbij V in hoofdzaak dezelfde waarde heeft als doch wat polariteit betreft tegengesteld is aan V . Door de bron 50 wordt een vasthoudwisselspanningssignaal opgewekt om de omschakelperio-35 de te voltooien en oriëntationele richtelementen in de bepaalde asymmetrische horizontale toestand waarnaar zij zijn omgeschakeld te houden.cell to a second (bottom or top) asymmetric horizontal state, where V has substantially the same value as but is opposite to V in polarity. A holding AC voltage signal is generated by the source 50 to complete the switching period and to keep orientational orienters in the particular asymmetric horizontal state to which they have switched.

8303545 / ψ i -8-8303545 / ψ i -8-

Het vasthoudsignaal wekt een wisselspanning met een waarde V overThe hold signal generates an AC voltage of a value V.

HH

de cel op, waarbij V ten minste groter is dan de kritische potentiaal V . De waarde van de vasthoudpotentiaal V_ kan worden vergroot om het C n optische contrast tussen de eerste en tweede asymmetrische horizontale 5 toestanden te verbeteren. Opgemerkt wordt, dat de potentialen V , V , E Ξ V en V afhankelijk zijn van de afmetingen en andere eigenschappen w c van de vloeibare-kristalweergeefcel. Bij wijze van voorbeeld is het echter bekend, dat bij een dunne cel (een afstand tussen de substraten van 10 ^nn), welke E7 bevat, de voorkeurspotentialen zijn = 1,5 volt, 10 Vw en V zijn gelegen tussen 1,5 volt en 5,0 volt, en minder is dan 10,0 volt. Meer gedetailleerde informatie betreffende de variabele spanningsbron 50 en de bistabiele omschakeling van de vloeibare-kristalweergeefcel vindt men hierna onder verwijzing naar de fig. 5 t/m 7.the cell, where V is at least greater than the critical potential V. The value of the holding potential V_ can be increased to improve the C n optical contrast between the first and second asymmetric horizontal states. It is noted that the potentials V, V, E Ξ V and V depend on the dimensions and other properties w c of the liquid crystal display cell. By way of example, however, it is known that with a thin cell (a distance between the substrates of 10 ^ nn) containing E7, the preferred potentials are = 1.5 volts, 10 Vw and V are between 1.5 volts and 5.0 volts, and is less than 10.0 volts. More detailed information regarding the variable voltage source 50 and the bistable switching of the liquid crystal display cell can be found below with reference to Figures 5 to 7.

Fig. 2 toont een aanzicht van het bovenste kantelcentreervlak 15 20 vanuit een positie langs de lijn II-^II in fig. 1. Het kantelcen treervlak 20 omvat het actieve gebiedvlak 201 (ellipsen met een donkere omtrek) en een isolatiegebiedvlak 202 (ellipsen met een lichte omtrek). Men heeft ellipsen getekend om gekantelde moleculaire kolommen in de gekantelde topografie van het oppervlak 20 voor te stellen. Langs de 20 hoofdas van elk van een aantal ellipsen bij het actieve gebiedvlak 201 is een vector getekend als een orthogonale projectie van de hoofdas van elke ellips, dat wil zeggen de moleculaire as van de metallische kolom, op het kantelcentreervlak. Aangezien de vector een richting aangeeft waarin de kolommen van het kantelcentreervlak zijn afgekeerd, 25 kan worden gesteld, dat de vector een richting van de oppervlakte-kanteling voor de metallische oxydekolommen en derhalve een richting van azimutalè voorspanning voor het kantelcentreervlak aangeeft.Fig. 2 shows a view of the top tilt center plane 15 from a position along the line II-II in FIG. 1. The tilt center plane 20 comprises the active area plane 201 (ellipses with a dark outline) and an isolation area plane 202 (ellipses with a light outline). perimeter). Ellipses have been drawn to represent tilted molecular columns in the tilted topography of the surface 20. A vector is drawn along the major axis of each of a number of ellipses at the active region plane 201 as an orthogonal projection of the major axis of each ellipse, that is, the molecular axis of the metallic column, on the tilt center plane. Since the vector indicates a direction in which the columns are tilted from the tilt center plane, it can be said that the vector indicates a direction of the surface tilt for the metallic oxide columns and, therefore, a direction of azimuthal bias for the tilt center plane.

De azimutale voorspanning voor een actief gebiedvlak wordt gemeten als een hoekverplaatsing ten opzichte van de referentielijn.The azimuthal bias for an active area plane is measured as an angular displacement from the reference line.

30 In de figuren is de lijn 213 de referentielijn. Lijn 203 is evenwijdig aan de vectoren aan het oppervlak 201 om de richting van de azimutale voorspanning voor het actieve gebiedvlak 201 bij een hoek α aan te geven, waarbij α een scherpe hoek tussen -90 en +90° is. Opgemerkt wordt, dat het isolatiegebiedvlak 202 evenwijdig aan de richting van 35 de azimutale voorspanning van het actieve gebiedvlak 201 is gecentreerd.In the figures, line 213 is the reference line. Line 203 is parallel to the vectors on the surface 201 to indicate the direction of the azimuthal bias for the active area plane 201 at an angle α, where α is an acute angle between -90 and + 90 °. It should be noted that the isolation area plane 202 is centered parallel to the azimuthal bias direction of the active area plane 201.

8303545 Μ *+ -9-8303545 Μ * + -9-

Fig. 3 toont een aanzicht van het onderste kantelcentreervlak 21 vanuit een positie langs de lijn III-III in fig. 1. Het vlak 21 omvat het actieve gebiedvlak 211 (ellipsen met donkere omtrek) en het isolatiegebiedvlak 212 (ellipsen met lichte omtrek). De referentie-5 lijn 213 toont weer de richting van de azimuthale voorspanning voor het actieve gebiedvlak 211, e.e.a. zodanig, dat de azimutale voorspanning voor het oppervlak 211 0° is. De azimutale voorspanning voor het vlak 212 is evenwijdig aan de richting van de voorspanning voor het oppervlak 211.Fig. 3 shows a view of the bottom tilt center plane 21 from a position along the line III-III in FIG. 1. The plane 21 includes the active area plane 211 (dark outline ellipses) and the isolation area plane 212 (light outline ellipses). The reference 5 line 213 again shows the direction of the azimuthal bias for the active region plane 211, such that the azimuthal bias for the surface 211 is 0 °. The azimuthal bias for the surface 212 is parallel to the direction of the bias for the surface 211.

10 In het actieve gebied van de weergeefcel vormen de oppervlakken 20 en 21 een omgekeerde kantelbegrenzingstoestand. Er treedt een omgekeerde kanteling op omdat de azimutale voorspanning α van het oppervlak 201 is gelegen tussen -90 en +90° en, wanneer gemeten als een scherpe hoek ten opzichte van elke respectieve substraatnormaa1 15 (binnenvlak), de oppervlaktekantelhoek voor het oppervlak 201 een tegengestelde polariteit heeft ten opzichte van de oppervlaktekantelhoek voor het oppervlak 211. Zoals bijvoorbeeld is weergegeven in de fig. 2 en 3, wordt de oppervlaktekantelhoek voor het oppervlak 201 in linkse zin vanuit de binnenvlaknormaal van de substraat 10 als een 20 scherpe hoek gemeten, terwijl de kantelhoek voor het oppervlak 211 in rechtse zin vanuit de binnenvlaknormaal voor de substraat 11 wordt gemeten. Zoals boven is vermeld, moeten de oppervlaktekantelhoeken voor de oppervlakken 201 en 211 absolute waarden in het gebied van 0° tot 90° ten opzichte van de respectieve substraatnormalen hebben, en 25 bij voorkeur groter dan 45°, om een horizontale oriëntationele richt-elementconfiguratie te begunstigen.Voorts is het van belang voor de uitvinding, dat de omgekeerde kanteling gelijk is, zodat de kantelhoek met absolute waarde van het oppervlak 201 in hoofdzaak gelijk is aan de kantelhoek in absolute waarde van het oppervlak 211.In the active region of the display cell, surfaces 20 and 21 form an inverse tilt limit state. An inverse tilt occurs because the azimuthal bias α of the surface 201 is between -90 and + 90 ° and, when measured as an acute angle to each respective substrate normal (inner surface), the surface tilt angle for the surface 201 is a has opposite polarity to the surface tilt angle for the surface 211. As shown, for example, in Figs. 2 and 3, the surface tilt angle for the surface 201 in the left direction is measured from the inner surface normal of the substrate 10 as an acute angle, while the tilt angle for the surface 211 in the right sense from the inner surface is normally measured for the substrate 11. As noted above, the surface tilt angles for the surfaces 201 and 211 must have absolute values in the range of 0 ° to 90 ° relative to the respective substrate normals, and preferably greater than 45 °, to achieve a horizontal orientation target configuration. Furthermore, it is important for the invention that the inverse tilt is equal so that the absolute value tilt angle of the surface 201 is substantially equal to the absolute value tilt angle of the surface 211.

30 In het isolatiegebied vormen de oppervlakken 20 en 21 een uni form evenwijdige begrenzingstoestand, die parallel aan de azimutale voorspanning van de overeenkomstige actieve gebiedsoppervlakken is gecentreerd. Dat wil zeggen, dat de isolatiegebiedvlakken 202 en 212 kolommen bezitten, die oppervlaktekantelhoeken van bij benadering 90° 35 ten opzichte van de substraatnormaal (zie fig. 2 en 3) vertonen.In the isolation region, surfaces 20 and 21 form a uniform parallel boundary state, which is centered parallel to the azimuthal bias of the corresponding active region surfaces. That is, the insulating area surfaces 202 and 212 have columns that exhibit surface tilt angles of approximately 90 ° to the substrate normal (see Figures 2 and 3).

83035458303545

VV

-10--10-

Het is gebleken, dat voor een eenvoudige fabricage de parallelle begrenzingstoestand van de vlakken 201 en 202 wordt verkregen door een schuine verdamping van SiO^ met het invalsvlak in een richting loodrecht op de azimutale voorkeursvoorspanningsrichting ten opzichte van 5 een hoek van bij benadering 65° ten opzichte van de substraatnormaal.It has been found that, for simple fabrication, the parallel boundary state of the surfaces 201 and 202 is obtained by an oblique evaporation of SiO 2 with the incident plane in a direction perpendicular to the azimuthal preferred bias direction relative to an angle of approximately 65 ° relative to the substrate normal.

De bovenste en onderste kantelcentreervlakken zijn, individueel en in combinatie, van belang voor een bistabiele omschakeling van de vloeibare-kristalweergeefcel. De bovenste en onderste kantelcentreervlakken worden op een zodanige wijze vervaardigd, dat een preferentie 10 van één asymmetrische horizontale toestand ten opzichte van de andere in de afwezigheid van een bepaald elektrisch omschakelveld wordt geëlimineerd en wordt voorzien in een optische differentiatie van de asymmetrische toestanden. Meer in het bijzonder voorziet het verschil tussen de azimutale voorspanningen van de bovenste en de onderste 15 actieve gebiedvlakken in een optische differentiatie tussen de bistabiele toestanden. Een symmetrie van de oppervlakken in de weergeefcel elimineert een preferentie voor het tot stand brengen van een asymmetrische horizontale toestand bij een bepaald oppervlak in de afwezigheid van het, de symmetrie verbrekende veld. Deze kenmerken zullen 20 later duidelijker blijken bij de beschrijving van de fig. 4 t/m 7.The top and bottom tilt centering surfaces, individually and in combination, are important for bistable switching of the liquid crystal display cell. The top and bottom tilt center planes are fabricated in such a way that a preference of one asymmetric horizontal state over the others is eliminated in the absence of a particular electrical switching field and optical differentiation of the asymmetric states is provided. More specifically, the difference between the azimuthal biases of the top and bottom active region planes provides for an optical differentiation between the bistable states. A symmetry of the surfaces in the display cell eliminates a preference for establishing an asymmetric horizontal state at a given surface in the absence of the symmetry breaking field. These features will become more apparent later in the description of FIGS. 4 to 7.

Fig. 4 toont een drie-dimensionaal aanzicht van het volume van vloeibaar-kristalmateriaal in het actieve gebied van de weergeefcel, waarbij de oriëntationele richtelementen in een onvervormde horizontale configuratie zijn aangegeven. Dit is de rustconfiguratie van de cel 25 omdat de oriëntationele richtelementen van het vloeibare kristalmate-riaal deze configuratie aannemen in afwezigheid van een elektrisch veld. De planaire sectie 401 van een begrenzingslaag bevat richtelementen van het vloeibare kristalmateriaal, die in hoofdzaak onder de oppervlakte-kantelhoek van het oppervlak 211 zijn georiënteerd, terwijl 30 de planaire secties 403 van een begrenzingslaag richtelementen bevatten, die onder de oppervlakte-kantelhoek van het oppervlak 201 zijn georiënteerd. De planaire sectie 402 van een inversielaag bevat oriëntationele richtelementen, die in hoofdzaak horizontaal (in hoofdzaak evenwijdig aan) ten opzichte van elk substraatoppervlak zijn.Fig. 4 shows a three-dimensional view of the volume of liquid crystal material in the active region of the display cell, with the orientational alignment elements shown in an undistorted horizontal configuration. This is the quiescent configuration of the cell 25 because the orientation elements of the liquid crystal material adopt this configuration in the absence of an electric field. The planar section 401 of a boundary layer contains alignment elements of the liquid crystal material, which are oriented substantially below the surface tilt angle of the surface 211, while the planar sections 403 of a boundary layer comprise alignment elements, which are below the surface tilt angle of the surface 201 are oriented. Planar section 402 of an inversion layer includes orientational orienters that are generally horizontal (substantially parallel to) relative to each substrate surface.

35 Ter wille van de eenvoud toont fig. 4 slechts voldoende details om de planaire sectie 402 als een enkele sectie van coplanaire oriën- §303545 9 .» -11- tationele richtelementen in de inversielaag te zien. Het is duidelijk, dat er een aantal identieke planaire secties, evenwijdig aan de pla-naire sectie 402 aanwezig is, waardoor de gehele inversielaag wordt omvat. Op een soortgelijke wijze is er een overeenkomstig aantal iden-5 tieke planaire secties evenwijdig aan elk van de planaire secties 401 en 403, welke begrenzingslagen bij de respectieve oppervlakken 20 en 21 omvatten. Deze vereenvoudiging van details is ook toegepast bij de fig. 5, 6 en 7.For the sake of simplicity, FIG. 4 shows only enough detail to make planar section 402 as a single section of coplanar orientations. §303545 9. » -11- see rational target elements in the inversion layer. Obviously, there are a number of identical planar sections parallel to the planar section 402, including the entire inversion layer. Similarly, there is a corresponding number of identical planar sections parallel to each of planar sections 401 and 403, which include boundary layers at respective surfaces 20 and 21. This simplification of details has also been applied to Figures 5, 6 and 7.

De oriëntationele richtelementcentrering wordt uit de onvervorm-10 de horizontale configuratie pas gewijzigd wanneer aan de cel een, de symmetrie verbrekend veld wordt aangelegd. Voorts wordt deze verandering onderhouden wanneer vervolgens aan de weergeefcel een vasthoud-spanning, gelijk aan of groter dan de kritische potentiaal wordt aangelegd . De kritische potentiaal V wordt bepaald als de potentiaalThe orientational alignment element centering is not changed from the deformed horizontal configuration until a field breaking the symmetry is applied to the cell. Furthermore, this change is sustained when a holding voltage equal to or greater than the critical potential is subsequently applied to the display cell. The critical potential V is determined as the potential

OO

15 waarboven het vloeibare kristalmateriaal 30 zich op een bistabiele wijze ten opzichte van horizontale configuraties gedraagt. De kritische potentiaal wordt als volgt omschreven.. Aangenomen wordt, dat de be-grenzings- en inversielagen volledig zijn gescheiden en een uniforme "splay bend" vervormingsenergie Uq per eenheid van volume vertonen, 20 waarbij TT _ k Γ π 2 üo “ 2 2ξ ' en r - I "4Trk1 T 4 “ E Δε waarbij ξ de elektrische coherentielengte is, bepaald als de karakteristieke afstand waarin vloe'ibare-kristalmoleculen met een gemiddelde 25 "splay-bend" modulus k en diëlektrische anisotropie Δε vanuit de loodrechte toestand naar de evenwijdige toestand ten opzichte van een aangelegd elektrisch veld E roteren..De energiedichtheid per eenheid van oppervlak voor elke begrenzingslaag is evenredig met de dikte van de bepaalde laag, zoals blijkt uit de hiernavolgende tabel: 8303545 -12-15 above which the liquid crystal material 30 behaves in a bistable manner relative to horizontal configurations. The critical potential is described as follows. It is believed that the boundary and inversion layers are completely separated and exhibit a uniform "splay bend" distortion energy Uq per unit of volume, 20 where TT _ k Γ π 2 üo “2 2ξ 'and r - I "4Trk1 T 4" E Δε where ξ is the electrical coherence length, determined as the characteristic distance in which liquid crystal molecules with an average 25 splay bend modulus k and dielectric anisotropy Δε from the perpendicular state to rotate the parallel state relative to an applied electric field E. The unit energy density of area for each boundary layer is proportional to the thickness of the particular layer, as shown in the following table: 8303545 -12-

Laag-type Dikte Energiedichtheid (Referentienummers) per eenheid van oppervlakLayer Type Thickness Energy Density (Reference Numbers) per unit area

Begrenzing 5 (501, 503) ξ/2 ϋοξ/2Limit 5 (501, 503) ξ / 2 ϋοξ / 2

Inversie (502) 52 2α0ξInversion (502) 52 2α0ξ

Begrenzing inversie 3_ 3„ _ ö-ξ tü 5 10 (504, 505)Inversion limitation 3_ 3 „_ ö-ξ tü 5 10 (504, 505)

Oit de bovenstaande tabel blijkt, dat de in fig. 5 afgebeelde vervormde horizontale configuratie een totale energie per eenheid van oppervlak van 3υ^ξ heeft, terwijl de asymmetrische horizontale toestanden volgens de fig. 6 en 7 elk een totale energie per eenheid van 15 oppervlak van 2üqC hebben. Het argument geldt echter niet voor een aangelegd veld, waarbij de begrenzings- en inversielagen over de totale dikte, d, van de weergeefcel versmelten. Derhalve is de celdikte d ten minste gelijk aan 3ξ en wordt de kritische potentiaal gegeven door de relatie: 20 V = dE = 3ξΕ .The above table shows that the distorted horizontal configuration shown in Figure 5 has a total energy per unit area of 3µ ^ ξ, while the asymmetric horizontal states of Figures 6 and 7 each have a total energy per unit area of 15 of 2üqC. However, the argument does not apply to an applied field, where the boundary and inversion layers merge over the total thickness, d, of the display cell. Therefore, the cell thickness d is at least equal to 3ξ and the critical potential is given by the relationship: 20 V = dE = 3ξΕ.

c c cc c c

Voor een monster van cyanobifenyl E7 en oppervlakte-kantelwaarden met absolute waarde van bij benadering 53°, bedraagt de kritische potentiaal Vc bij benadering 1,3-1,7 volt..For a sample of cyanobiphenyl E7 and surface tilt values with an absolute value of approximately 53 °, the critical potential Vc is approximately 1.3-1.7 volts.

Wanneer een potentiaal, groter dan de kritische potentiaal Vq, 25 aan de weergeefcel wordt aangelegd, worden de oriëntationele richt-elementen van het actieve gebied gedurende een korte tijd getransformeerd tot een vervormde horizontale configuratie, als aangegeven in fig. 5. De vervormde horizontale configuratie bevat planaire secties 501 van de onderste begrenzingslaag, de planaire sectie 502 van de 30 inversielaag en de planaire sectie 503 van de bovenste begrenzings-laag, hierna respectievelijk betiteld als de onderste begrenzingslaag 501, de inversielaag 502 en de bovenste begrenzingslaag 503. Deze toestand is onstabiel omdat de totale elastische en diëlektrische energie van de oriëntationele richtelementconfiguratie kan worden verlaagd 3303545 -13- wanneer de inversielaag 502 met of de bovenste begrenzingslaag 503 (fig. 6) versmelt voor het vormen van de bovenste asymmetrische horizontale toestand, of met de onderste begrenzingslaag 501 (fig. 7) voor het vormen van de onderste asymmetrische horizontale toestand. De 5 beide resulterende asymmetrische horizontale toestemden hebben eenzelfde energie, zijn topologisch equivalent en zijn gescheiden door een energiebarrière, voorgesteld door de vervormde horizontale configuratie .When a potential greater than the critical potential Vq, 25 is applied to the display cell, the orientational orienters of the active region are transformed for a short time into a distorted horizontal configuration, as shown in Fig. 5. The distorted horizontal configuration includes planar sections 501 of the lower boundary layer, planar section 502 of the inversion layer and planar section 503 of the upper boundary layer, hereinafter referred to as the lower boundary layer 501, the inversion layer 502 and the upper boundary layer 503, respectively. This state is unstable because the total elastic and dielectric energy of the orienting straightener configuration can be decreased 3303545 -13- when the inversion layer 502 fuses with either the top boundary layer 503 (Fig. 6) to form the top asymmetric horizontal state, or with the bottom boundary layer 501 (Fig. 7) for forming the bottom shaft symmetrical horizontal state. The two resulting asymmetric horizontal permissions have the same energy, are topologically equivalent, and are separated by an energy barrier represented by the distorted horizontal configuration.

Indien de aan de cel in de vervormde horizontale configuratie 10 aangelegde gelijkspanning V is, overeenkomende met het registratie- w signaal uit de bron 50, wordt vanuit de vervormde horizontale configuratie (fig. 5) een oriëntationele richtelementtransformatie ingeleid naar de in fig. 6 afgebeelde bovenste asymmetrische horizontale toestand. De transformatie treedt op door een directe verticale beweging 15 van de inversielaag 502 naar de begrenzingslaag 503. Dit resulteert tot de vorming van de begrenzingsinversielaag 504 bij het actieve gebiedvlak 201 van het oppervlak 20. Wanneer daarna aan de cel via het vasthoudsignaal uit de bron 50 de vasthoudwisselspanning V wordt aan- 5 gelegd, wordt de omschakelperiode voltooid en worden de oAëntationele 20 richtelementen in de bovenste asymmetrische horizontale toestand gehouden. De oriëntationele richtelementen in de begrenzingsinversielaag 504 bevinden zich in het vlak, dat zowel de substraat normaal als de azimutale voorscanningslijn voor het actieve gebiedvlak 201, dat wil zeggen de lijn 203 bevat.If the DC voltage applied to the cell in the distorted horizontal configuration 10 is V corresponding to the recording w signal from the source 50, an orientational directional transform is introduced from the distorted horizontal configuration (Fig. 5) to the one shown in Fig. 6. upper asymmetric horizontal position. The transformation occurs by a direct vertical movement 15 of the inversion layer 502 to the boundary layer 503. This results in the formation of the boundary inversion layer 504 at the active region plane 201 of the surface 20. Then, to the cell via the hold signal from the source 50 the holding AC voltage V is applied, the switching period is completed, and the orientational alignment elements are kept in the upper asymmetric horizontal state. The orientational alignment elements in the boundary inversion layer 504 are in the plane containing both the substrate normal and the azimuthal bias line for the active region plane 201, i.e. the line 203.

25 Indien daarentegen de aan de cel in vervormde horizontale confi guratie aangelegde gelijkspanning gelijk is aan V , overeenkomende met £ het uitwissignaal uit de bron 50, wordt een oriëntationele richtelementtransformatie uit de vervormde horizontale configuratie naar de in fig. 7 weergegeven onderste asymmetrische horizontale toestand ingeleid. 30 De transformatie treedt op door een neerwaartse verticale beweging van de inversielaag 502 naar de onderste begrenzingslaag 501. Wanneer daarna aan de cel via het vasthoudsignaal uit de bron 50 de vasthoudwisselspanning V wordt aangelegd, wordt de omschakelperiode voltooid en wordt de oriëntationele richtelementconfiguratie in de onderste asymmetrische 35 horizontale toestand gehouden. De oriëntationele richtelementen in de begrenzingsinversielaag 505 zijn gelegen in een vlak, dat zowel de substraat normaal als de azimutale voorspanningslijn voor het actieve 3303545 t -14- gebiedvlak 211, dat wil zeggen de referentielijn 213 bevat.On the other hand, if the DC voltage applied to the cell in distorted horizontal configuration is equal to V, corresponding to £ the erasure signal from the source 50, an orientational target transform from the distorted horizontal configuration to the bottom asymmetric horizontal state shown in FIG. 7 is initiated. . The transformation occurs by a downward vertical movement from the inversion layer 502 to the lower boundary layer 501. When thereafter the holding AC voltage V is applied to the cell via the holding signal from the source 50, the switching period is completed and the orienting target configuration in the lower asymmetric horizontal state. The orientational alignment elements in the boundary inversion layer 505 are located in a plane containing both the substrate normal and the azimuthal bias line for the active 3303545 t -14 region plane 211, i.e., the reference line 213.

De tussentoestandsomschakeling tussen de asymmetrische horizontale toestanden bijvoorbeeld van de bovenste naar de onderste of van de onderste naar de bovenste, geschiedt door het vasthoudwisselstroom-5 signaal niet meer aan de cel toe te voeren en het mogelijk te maken, dat het vloeibare-kristalmateriaal 30 een ogenblik overgaat naar de vervormde horizontale configuratie (fig. 5) of de niet-vervormde horizontale configuratie (fig. 4). Na een korte relaxatieperiode wordt een . registratiegelijkstroomsignaal of een uitwisgelijkstroomsignaal aan de 10 cel toegevoerd om de omschakeling op de juiste wijze in te leiden.The intermediate state switching between the asymmetric horizontal states, for example from the top to the bottom or from the bottom to the top, is effected by no longer supplying the holding alternating current signal to the cell and allowing the liquid crystal material 30 to momentarily transitions to the distorted horizontal configuration (Fig. 5) or the undistorted horizontal configuration (Fig. 4). After a short relaxation period, a. registration DC signal or an erase DC signal applied to the 10 cell to initiate the switchover properly.

Er wordt op gewezen, dat de cel naar een in hoofdzaak onvervormde horizontale configuratie zal overgaan in de aanwezigheid van een potentiaal, welke kleiner is dan of zelfs iets is gelegen boven de kritische potentiaal v . Derhalve kan de tussentoestandsomschake-15 ling ook worden verkregen door de potentiaal op de cel vanaf het vast-houdpotentiaalniveau te verlagen tot een niveau, dat iets boven of onder de kritische potentiaal is gelegen.It is noted that the cell will transition to a substantially undistorted horizontal configuration in the presence of a potential less than or even slightly above the critical potential v. Therefore, the intermediate state switch can also be obtained by lowering the potential on the cell from the holding potential level to a level slightly above or below the critical potential.

Het is voor de werking van de weergeefcel in elke asymmetrische toestand van voordeel, dat de oriëntationele richtelementen worden 20 belet om naar een verticale configuratie om te schakelen. Een verticale configuratie-omschakeling kan worden belet door de variabele-spanningsbron 50 te laten werken onder het drempelniveau waarbij een losmaken van disclinaties optreedt. Dit drempelniveau blijkt in het algemeen van de orde van 60 volt te zijn.It is advantageous for the operation of the display cell in any asymmetrical state that the orientational alignment elements are prevented from switching to a vertical configuration. Vertical configuration switching can be prevented by operating the variable voltage source 50 operating below the threshold level at which dislocation is released. This threshold level generally appears to be of the order of 60 volts.

25 Bij een tweede uitvoeringsvorm van de weergeefcel zijn de essen tiële elementen en werkingen dezelfde als bovenbeschreven voor de in de fig. 1 t/m 7 afgeheelde weergeefcel. Bovendien vertonen de isolatie-gebieden 202 en 212 een gekantelde kolomtopografie overeenkomende met het respectieve actieve gebied, dat elk isolatiegebied omgeeft.In a second embodiment of the display cell, the essential elements and operations are the same as described above for the display cell shown in FIGS. 1 to 7. In addition, the isolation regions 202 and 212 exhibit a tilted column topography corresponding to the respective active region surrounding each isolation region.

30 Ofschoon in de figuren niet aangegeven, kan een geschikte combi natie van lineaire polarisatoren en misschien een vaste vertragings-plaat worden gebruikt om het optische contrast tussen de asymmetrische toestanden te vergroten.Although not indicated in the figures, a suitable combination of linear polarizers and perhaps a fixed retardation plate can be used to increase the optical contrast between the asymmetric states.

Een toepassing voor dit type nematische vloeibare-kristalweer-35 geefcel vindt men bij snel werkende matrix-adresseerbare opslagweer-geefinrichtingen. Ofschoon de adresseersnelheden op dit moment van de 9303545An application for this type of nematic liquid crystal display cell is found in fast-acting matrix-addressable storage displays. Although the addressing speeds are currently 9303545

* jJV* jJV

« -15- orde van 30 msec zijn, is het duidelijk, dat bepaalde modificaties vein de weergeefcelkarakteristieken de werking van de weergeefcel kunnen verbeteren. Meer in het bijzonder omvatten deze modificaties het reduceren van de afstand tussen de substraten en het reduceren vein de 5 viscositeit van het nematische vloeibare-kristalmateriaal.It is clear that some modifications of the display cell characteristics may improve the operation of the display cell. More specifically, these modifications include reducing the distance between the substrates and reducing the viscosity of the nematic liquid crystal material.

83035458303545

Claims (5)

1. Vloeibare-kristalweergeefcel, welke naar of een eerste toestand of een tweede toestand kan worden omgeschakeld, voorzien van eerste en tweede substraten, die evenwijdig aan elkaar zijn opgesteld, en een nematisch vloeibaar-kristalmateriaal met oriêntationele richtelementen, 5 welk materiaal zich tussen de beide substraten bevindt, met het kenmerk, dat elke substraat een topografisch getextureerd vlak bezit, dat een uniforme kanteling bij een scherpe oppervlakte-kantelhoek ten opzichte van een respectieve oppervlaktenormaal vertoont, en organen aanwezig zijn voor het opwekken van een gelijkspanning met eerste 10 polariteit over het vloeibare kristalmateriaal voor het inleiden vein een eerste verandering in de oriêntationele richtelementconfiguratie door de symmetrie van de vloeibare-kristalweergeefcel te verbreken om een oriêntationele richtelementconfiguratie te begunstigen, waarin een inversielaag met oriêntationele richtelementen in hoofdzaak bij en 15 evenwijdig aan de eerste substraat is gelegen, en organen aanwezig zijn, die met elke substraat zijn verbonden om door het gehele vloeibare kristalmateriaal een elektrische potentiaal op te wekken teneinde de eerste verandering in de oriêntationele richtelementconfiguratie te voltooien en zodanig te onderhouden, dat de oriêntationele richtele-20 menten in de eerste toestand worden geconfigureerd.1. Liquid crystal display cell, which can be switched to either a first state or a second state, comprising first and second substrates arranged in parallel to each other, and a nematic liquid crystal material with orienting elements, which material is located between the both substrates, characterized in that each substrate has a topographically textured surface, which exhibits uniform tilt at a sharp surface tilt angle relative to a respective surface normal, and means are provided for generating a DC voltage of first polarity across the initiating liquid crystal material makes a first change in the orientational alignment member configuration by breaking the symmetry of the liquid crystal display cell to favor an orientational alignment member configuration in which an inversion layer with orientational aligners substantially at and parallel to the first sub street, and means are provided which are connected to each substrate to generate an electrical potential throughout the liquid crystal material in order to complete and maintain the first change in the orientational alignment member configuration such that the orientational alignment elements the first state. 2. Weergeefcel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de oppervlakte-kantelhoek voor het topografisch getextureerde binnenoppervlak van de eerste substraat in hoofdzaak gelijk is aan en een tegengestelde polariteit heeft ten opzichte van de oppervlakte-kantelhoek voor het 25 topografisch getextureerde binnenoppervlak van de tweede substraat, zodat de beide topografisch getextureerde binnenvlakken een gelijke tegengestelde kantelbegrenzingstoestand vormen.2. Display cell according to claim 1, characterized in that the surface tilt angle for the topographically textured inner surface of the first substrate is substantially equal to and has an opposite polarity to the surface tilt angle for the topographically textured inner surface of the first substrate. second substrate, so that the two topographically textured inner surfaces form an equal opposite tilt-limiting state. 3. Weergeefcel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat elk topografisch getextureerde binnenoppervlak een azimutale voorspanning 30 ten opzichte een voorafbepaalde referentielijn heeft, waarbij het topografische getextureerde binnenoppervlak van de eerste substraat een azimutale voorspanning bezit, welke uitsluitend in het gebied van -90° tot +90° is gelegen, en het topografisch getextureerde binnenoppervlak van de tweede substraat een azimutale voorspanning van 0® 35 heeft. 8303545 -17-Display cell according to claim 1 or 2, characterized in that each topographically textured inner surface has an azimuthal bias with respect to a predetermined reference line, the topographically textured inner surface of the first substrate having an azimuthal bias, which is only in the range of - 90 ° to + 90 °, and the topographically textured inner surface of the second substrate has an azimuthal bias of 0® 35. 8303545 -17- 4. Weergeefcel· volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de organen voor het inleiden van de eerste verandering zijn voorzien van organen voor het opwekken van een gelijkspanning met tweede polariteit over het vloeibare-kristalmateriaal voor _het inleiden van een 5 tweede verandering in de oriëntationele richtelementconfiguratie door de symmetrie van de vloeibare-kristalweergeefcel te verbreken om de oriëntationele richtelementconfiguratie te begunstigen, waarin een inversielaag van oriëntationele richtelementen in hoofdzaak bij en evenwijdig aan de tweede substraat is gelegen, en waarbij de organen 10 voor het opwekken van een elektrische potentiaal verder zijn voorzien van organen, die met elke substraat zijn verbonden om door het gehele vloeibare-kristalmateriaal een elektrische potentiaal op te wekken teneinde de tweede verandering in de oriëntationele richtelement-.configuratie zodanig te voltooien en te onderhouden, dat de oriënta-15 tionele richtelementen in de tweede toestand worden geconfigureerd.Display cell according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the means for initiating the first change are provided with means for generating a DC voltage of second polarity over the liquid crystal material to initiate a second change in the orientational alignment element configuration by breaking the symmetry of the liquid crystal display cell to favor the orientational alignment element configuration, in which an inversion layer of orientational alignment elements is located substantially at and parallel to the second substrate, and the means 10 for generating an electrical potential further includes means connected to each substrate to generate an electrical potential throughout the liquid crystal material in order to complete and maintain the second change in the orienting alignment configuration such that the orientational 15 tional alignment elements in the second t state. 5. Werkwijze voor het omschakelen van een vloeibare-kristalweergeefcel met een nematisch kristalmateriaal met oriëntationele richtelementen, welk materiaal zich bevindt tussen evenwijdig aan elkaar opgestelde eerste en tweede substraten, waarbij elke substraat een 20 topografisch getextureerd binnenvlak bezit, dat een uniforme kanteling bij een scherpe oppervlakte-kantelhoek ten opzichte van een respectieve oppervlaktenormaal vertoont, een gelijkspanning met een eerste polariteit over het vloeibare-kristalmateriaal wordt opgewekt voor het inleiden van een eerste verandering in de oriëntationele richt-25 elementconfiguratie door de symmetrie van de vloeibare-kristalweergeefcel te verbreken om een oriëntationele richtelementconfiguratie te begunstigen, waarbij een inversielaag van oriëntationele richtelementenzi:h in hoofdzaak bij en evenwijdig aan de eerste substraat bevindt, en door het gehele vloeibare-kristalmateriaal een elektrische potentiaal wordt 30 opgewekt om de eerste verandering in oriëntationele richtelementconfiguratie zodanig te voltooien en te onderhouden, dat de oriëntationele richtelementen in de eerste toestand worden geconfigureerd. 83035455. A method of switching a liquid crystal display cell with a nematic crystal material having orientational alignment elements, which material is disposed between parallel disposed first and second substrates, each substrate having a topographically textured inner surface which has a uniform tilt at a sharp surface tilt angle relative to a respective surface normal, a DC voltage with a first polarity is generated across the liquid crystal material to initiate a first change in the orientational target configuration by breaking the symmetry of the liquid crystal display cell to produce a favor orientational alignment element configuration, wherein an inversion layer of orientational alignment elements is substantially adjacent to and parallel to the first substrate, and an electric potential is generated throughout the liquid crystal material to change the first complete and maintain the orientational alignment element configuration such that the orientational alignment elements are configured in the first state. 8303545
NL8303545A 1982-10-15 1983-10-14 DISPLAY DEVICE. NL8303545A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US43461882A 1982-10-15 1982-10-15
US43461882 1982-10-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8303545A true NL8303545A (en) 1984-05-01

Family

ID=23724954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8303545A NL8303545A (en) 1982-10-15 1983-10-14 DISPLAY DEVICE.

Country Status (9)

Country Link
JP (1) JPS5991420A (en)
BE (1) BE897983A (en)
CA (1) CA1210481A (en)
DE (1) DE3336791A1 (en)
FR (1) FR2534716A1 (en)
GB (1) GB2129151B (en)
IT (1) IT1171770B (en)
NL (1) NL8303545A (en)
SE (1) SE8305480L (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3520775A1 (en) * 1984-06-12 1985-12-12 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa Diesel engine with a swirl chamber and a flame distribution recess molded into the piston crown

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4333708A (en) * 1979-11-30 1982-06-08 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Mechanically multistable liquid crystal cell

Also Published As

Publication number Publication date
SE8305480L (en) 1984-04-16
IT1171770B (en) 1987-06-10
FR2534716A1 (en) 1984-04-20
CA1210481A (en) 1986-08-26
GB2129151B (en) 1986-03-12
IT8323314A1 (en) 1985-04-14
JPS5991420A (en) 1984-05-26
GB2129151A (en) 1984-05-10
SE8305480D0 (en) 1983-10-05
BE897983A (en) 1984-01-30
DE3336791A1 (en) 1984-04-19
GB8327144D0 (en) 1983-11-09
IT8323314A0 (en) 1983-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Clark et al. Ferroelectric liquid crystal electro-optics using the surface stabilized structure
CA1147043A (en) Mechanically multistable liquid crystal cell
US4139273A (en) Method for preparing and operating a smectic liquid crystal display cell having indefinite storage properties
JP2558405B2 (en) Gray scale display
US4838663A (en) Device for submicrosecond electro-optic modulation in the liquid crystal smectic-A phase using orthogonal bookshelf geometry
EP0368305B1 (en) Ferroelectric liquid crystal cell
JPH03212618A (en) Liquid crystal device
GB2255193A (en) Electrically controllable waveplate.
JPS6352122A (en) Liquid crystal apparatus
US4601542A (en) Nematic liquid crystal storage display device
US4601544A (en) Nematic liquid crystal storage display device
Cheng et al. A nematic liquid crystal storage display based on bistable boundary layer configurations
US4601543A (en) Nematic liquid crystal storage display device
NL8303545A (en) DISPLAY DEVICE.
KR100218983B1 (en) Liquid crystal display device for using achiral smectic c liquid crystal material
JPH07505236A (en) lcd device
JPS61159627A (en) Liquid crystal electrooptic device
JPS62112129A (en) Ferro electric crystal optical device and making thereof
KR0177975B1 (en) Antiferroelectric liquid crystal display device of twist structure
US4717243A (en) Bistable liquid crystal display utilizing priming voltages
Berreman Domain‐wall tension allows bistability in imperfect laminar cholesteric twist cells
Tavener et al. Numerical bifurcation study of electrohydrodynamic convection in nematic liquid crystals
JPH08292414A (en) Liquid crystal screen having wide angle of field
JPH0325763B2 (en)
JP2000321587A (en) Liquid crystal display device and its production

Legal Events

Date Code Title Description
A1A A request for search or an international-type search has been filed
A85 Still pending on 85-01-01
BB A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed