本发明涉及液晶显示器件领域。

更具体地说，本发明涉及具有双稳态效应的显示器件。

液晶显示器件已经有了大量的参考文献。

可提到的(但不是限定的)有以下的参考文献：

(1)M.Nobili等在Europhysics Letters(25)(7)，p527-531上 的″Critical Behaviour of a Nematic-Liquid-Crystal Anchoring at aMonostable-Bistable Surface Transition″；

(2)M.Nobil等在J.Phys.II France 5(1995)上″Surfac Wallls ona Bistable Anchoring of Nematic Liquid Crystals；

(3)A.Gharbi等在Liquid Crystals 1992，vol.12，No.3，p515-520 上发表的″Dynamics of surface anchoring breaking in a nematicliquid crystal″；

(4)R.Barberi等在Liquid Crystals 1991，vol.10，No.2，p289- 293上发表的″flow induced bistable anchoring switching innematic liquid crystals″，其中描述了双稳态稳固装置；

(5)R.Barberi等在Appl.Phys.Letters 55(24)上发表的 ″Electrically Controlled surface bistability in nematic liquid crystals″，其中描述了双稳态稳固器件；

(6)R.Barberi等在Appl.Phys.Letters 60(9)上发表的 ″Flexoelectrically controlled surface bistable switching innematic liquid crystals″；

(7)R.Barberi等在Appl.Phys.Letters 62(25)上发表的 ″Intrinsic multiplexability of surface bistable nematicdisplays″；(8)G.D.Boyd等在Appl.Phys.Letters 40(11)u上发表的″AMultiplexible bistable nematic liquid crystal display usingthermal erasure″；

(9)Julian Cheng等在Appl.Phys. Letters 37(12)上发表 的″Threshold andswitching characteristics of a bistable nematic liquid-crystalstorage display″；

(10)G.D.Boyd等在Appl.Phys.Letters 36(7)上发表的″Liquid- crystal orientational bbistability and nematic storageeffects″；

(11)J.Cheng等在J.Appl.Phys.52(4)上发表的″Boundary- layermodel of field effects in a bbistable liquid-crystal geometry；

(12)J.Cheng等在J.Appl.Phys.52(2)上发表的 ″Thepropagation of disclinations in bistable switching″；

(13)J.Cheng等在J.Appl.Phys.52(2)上发表的″surfac pinningof disclinations and the stablility of bistable nematic storagedisplays″；

(14)J.Cheng等在Appl.Phys. Letters 40(12)上发表的 ″Anematic liquid crystal storage display based on bistableboundary layer configurations″；

(15)R.B.Meyer等在Appl.Phys.Letters 43(4)上发表的 ″Discovery of DC switching of a bistable boundary layer liquidcrystal display″；

(16)R.N.TKhurston等在J.Appl.Phys.56(2)上发表的 ″Physical mechanisms of DC switching in a liquid crystalbistable boundary layer display″；

(17)R.N.TKhurston等在J.Appl.Phys.53(6)上发表的 ″Optical progerties of a new bistabl twisted nematic liquidcrystal boundary layer display″；

(18)D.W.Berreman等在J.Appl.Phys.52(4)上发表的″New bistablliquid-crystal twist cell″；

(19)D.W.Berreman等在Appl.Phys.Letters 37(1)上发表的″New bistabl胆甾醇的liquid-crystal display″

(20)T.Tanaka等在Asia Display 95上发表的″A bistable TwistedNematic(BTN)LCD Driven by a Passive-Matrix Addressing″；

(21)H.A.Van Sprang在J.Appl.Phys.(59)(9)上发表的 “Fastswitching in a bistable 270°twist display”。

上述的文件主要涉及打破双稳态稳固(anchorings)、稳固能量和缺陷 的传播所导致的状态改变方面的研究。

本发明的目的，信号改善液晶显示器件，以获得一种新颖的双稳态效 果。

根据本发明的该目的是借助一种显示器件来实现的，该显示器件包括 两个平行的板并包含液晶材料—这些板的内表面上设置有透明电极，其特 征在于该器件包括：

限定各个板上的单稳稳固的装置；

能够根据指令打破这些稳固中的至少一个的装置；以及

能够在这种打破之后在没有电场的情况下引致一种双稳态体效应的装 置。

这两种体组构—它们在没有外部电场的情况下保持了稳定的状态—必 须与板上的单稳稳固相容。

根据一个具体实施例：

这些板限定了不同的稳固阈值(这些稳固可以是例如平面或各向同态 (homeotropic)的)；

两个板之间的器件的厚度足够地小，以使这些板的内部表面之间能够 实现流体动力学耦合；且

设置了能够在两个板的电极之间施加一个在能够打破两个板上的稳固 的阈值之上的交变写入电场脉冲，在该电场中断之后，从两个板之间的流 体动力学耦合产生了一种扭转第一稳定状态，以及在所述能够打破单个的 稳固之下或具有缓慢变化的下降缘以使两个板上的倾斜面脱离耦合的第二 电场，以限定一个均匀的第二稳定状态。

从以下结合附图以非限定性的例子的方式进行的详细描述，本发明的 其他特征、目的和优点将变得更为明显，在附图中：

图1a和1b示意显示了用平面稳固获得的两个向列液晶构造；

图2显示了在施加的电场中的正介电各向异性的液晶分子的强迫排 列；

图3显示了一条曲线，表示了分子在电极的表面上相对于板的法线的 角度和所加的电场的关系；

图4显示了一条曲线，它表示了打破稳固的场的阈值与施加的场脉冲 的持续时间之间的关系；

图5a、5b、5c和5d示意显示了当施加的电场逐渐减小时相继获得 的四种组构；

图6a、6b、6c和6d显示了当电场突然截止时获得的组构；

图7示意显示了当电场关断时接近于板获得的大电流；

图8示意表示了关断驱动电场时板附近和散布到其他板的的局部的流 量剪切(shear)；

图9显示了两个板之间的流体动力学耦合效应；

图10显示了借助流体动力学耦合而获得的弯曲结构；

图11显示了在图10的弯曲结构弛豫之后获得的扭转结构；

图12显示了第二板上的分子由于流体动力学耦合效应的倾斜；

图13、14和15示意显示了由于流体动力学耦合效应而对于简单稳固 方向之间的各种相对取向获得的分子方位取向与方位转矩；

图16示意显示了当单个的稳固被打破时获得的结构；

图17示意显示两个叠置的板—它们具有相对彼此转动的简单取向；

图18示意显示了根据本发明的一个单元；

图19示意显示了根据本发明的一个矩阵配置屏幕；

图20、21和22示意表示了三种电驱动信号；

图23和24对于纯5CB和掺杂5CB切换电压与电场持续时间的关系曲 线；

图25、26和27示意表示了表面附近向列方向的三种可能的取向；

图28、29和30示意表示了各向同态(homeotropic)稳固的三种可能 组构；

图31和32示意表示了倾斜稳固的两种可能组构；

图33示意表示了叉指式电极所加的倾斜场引起的切换；

图34示意显示了用于施加倾斜切换场的装置的另一种替换形式；这些 都是基于电极的电阻的，且图35表示了这些电极的等价的图；

图36示意表示了借助辅助驱动电极获得的借助流体动力学效应而引起 的切换；

图37示意表示了根据本发明的器件的四个级、包括一个倾斜稳固主 板；

图38示意表示了作为静态驱动电场的函数的表面分子的角度；

图39显示了在两个表面之间没有耦合的情况下在驱动场停止之后作为 时间的函数的同一角度；

图40表示了用于擦除这种器件的驱动电场的一个例子；

图41示意表示了相同的器件的三个级，其结果是借助图40显示的驱 动电场的擦除；

图42表示了用于擦除的驱动电场的另一个例子；

图43表示了相同的器件的四个级，导致了借助图42所示的驱动电场 的擦除；

图44表示了作为时间τ2的函数的电压U2并显示了作为结果的写入/ 擦除状态；

图45表示了根据本发明的器件的五个级，包括一个倾斜稳固从属板并 引起了写入；

图46表示了作为静态驱动电场的函数的表面分子角度的变化；

图47表示了表面分子的取向；

图48表示了相同的倾斜稳固从属板器件的五个级，导致了擦除；

图49显示了作为电场的函数的表面分子角度；

图50表示了作为单元的厚度的函数的自发擦除时间；

图51显示了包括向列/胆甾醇的混合物的器件的光学特性；

图52A和52B分别示意表示了在半圈扭转模式和非扭转倾斜模式下， 对于在一个板上的倾斜稳固和在另一个板上的平面稳固的两种不同的弹性 能量双稳态组构；

图53A和53B显示了两个板上的倾斜稳固的类似视图；

图54示意表示了对于常规的体器件(曲线a)和所提出的器件(曲线 b)作为驱动电压的函数的器件光学响应的强度；

图55表示了作为脉冲的持续时间的函数的写入阈值；

图56表示了器件的光学响应所时间的改变，特别是比较短的自发擦除 时间；且

图57、58、59和60示意表示了根据本发明的器件的四种驱动信号。

以下首先描述采用流体动力学耦合的本发明的最佳实施例，该实施例 是基于下面所说明的研究和实验的。

向列液晶对于相同的稳固条件可在显示单元的两个透明约束板10、12 上形成各种组构：例如，对于称为单稳“平面”稳固的容易产生的稳固， 可获得图1a和1b显示的两种组构。在图1a显示的组构中，液晶分子20 在该体内和板10、12的表面上都彼此平行。另一方面，在图1b显示的组 构中，液晶分子20呈现出180°的扭转结构—这不是说分子，但仍然保持 与板10、12的平行，从一个板10向着另一板12逐渐转动180°。

图1a和1b中的这两个组构具有不同的光学性质，且在理论上被用来 通过保持板10、12上的表面稳固状态，而定义偏振光的两种状态，即白 和黑。不可能从一种组构连续地改变到另一种组构(它们“在拓扑学上” 是不同的)；只能够通过产生代表比热搅动相比的高能量势垒的缺陷来做 到这一点：即使两种组构a和b的能量是非常不同的，在没有缺陷的情况 下这些状态可被认为是持续稳定的。如果缺陷变成不可迁移的，则通过附 着在表面上，情况也是一样。提供两种不同的扭转组构的最简单的方式， 对于本领域的技术人员是众所周知的：它包括使向列液晶相对于这两种组 构之间的自发扭转胆甾醇的化。

与定义的单稳稳固相应的组构的多样性，是向列胆甾醇的液晶的通常 特性。本领域的技术人员知道如何从这些组构中选择两种具有类似的能量 但不同的光学特性的组构。

本发明的目的，是造成这两种组构之间的转变，从而使得可以产生稳 定的象素和双稳态的液晶显示器。

现在的描述还限于平面的稳固。已知的是(见参考文献(1))可以 利用与板垂直的电场E(见图2)和具有正介电各向异性εa＝ε//＝ε ⊥＞0的向列液晶—这强迫了沿着电场的排列，来“打破”表面稳固。打 破稳固的临界场由以下条件确定：

ξK＝1

其中ξK由K/ξK2＝(εa/4π)E2给出，K是弹性曲率常数(～10-6 cgs)且1是限定顶点稳固能量的外推长度。该能量被写为：

WS＝(1/2)(K/l)cos2θS

其中θS是表面分子的角度。

在“强”稳固的情况下(1～1000埃)的情况下，ES～5V/μm，且 对于“弱”稳固(1～1μm)的情况，ES～0.5V/μm。随着E增大并接 近ES，表面角θS迅速地从90°变到0。在ES以上，角θS保持为零且表 面被称为被“打破”。联系θS和E的曲线被显示在图3中。当场E以长度 为τ的脉冲的形式被加上时，当τ减小时阈值增大(见参考文献3)，但 由于表面动力学很迅速，可以用不太高的电压来打破这种表面稳固：例如 对于室温下的5CB液晶(εa～10)对时间τ～10μs约30V。该联系阈 值ES和脉冲的持续时间τ的该曲线被显示在图4中。

当两个表面稳固都被打破时，单元的组构是均匀的(如图2所示)且 没有初始状态的记忆，因为分子20不能保持扭转。

本发明中用于初始化组构的效应是动力学效应。它依赖于以下的研究 和观测。

假定板10和20的两种稳固已经被打破，如上所述；如果电场缓慢减 小，每次系统都将选择其最低能量的状态以限定一种缓慢改变的组构。

从图2显示的各向同态(homeotropic)取向开始，在电场中，这些组构 在零场情况下总是向着图5d所示的平面取向的非扭转状态移动，并通过图 5b和5c所示的中间状态—其中板10、12的两个表面上的分子沿着相同的 方向转动并保持平行。这引起了板10、12之间的弹性作用，从而减小了 系统的曲率和曲率能量。

另一方面，如果电场被突然关断，则获得的效应是非常不同的，如图6 所示。

动力学效应受到两个特性时间的控制：体特性时间τV和表面特性时 间τS。τV由样品的厚度d上的曲率弹性普遍地给出如下：

1/τV＝K/d2η，其中η是粘滞度(η＝0.1或1poise)。 τS由相同的公式给出，其中d被表面外推长度1所取代，即1/τS＝K/12 η。

由于1《d，τS比τV小得多；通常，对于d＝1μ且1～1000埃， τV＝1ms且τS＝10μs。

当场E被解除时，两个表面上的分子在它们的时间τS里迅速地转动， 同时体内的分子几乎保持不迁移。在此时间量级中，板10、12之间的弹 性耦合是可忽略的，但有流体动力学耦合。与分子的转动相联系的是宏观 流动(见参考文献(22))。这种流动在各个板的附近～1的厚度里存在。 其速度V约V＝1/τS。这种流动在图7中显示。

假定板12具有大于板10的阈值ES10的阈值ES12。在此情况下，板12 附近的分子20倾向比接近板10的分子先倒转到平面状态。另外，邻近板 12的表面分子从θS＝0取向向稳定的θS＝90°取向(称为平面取向) 的回归，产生了在1上的局部流动剪切V，如图8所示意显示的。

这种剪切在经典上由顶点弛豫(流体动力学中的Navier-Stoke公式) 给出的时间中在厚度d上扩散：

1/τD＝η/d2ρ，其中ρ是密度(ρ～1)。

如果τD＜τS，关于板12上的倾斜的信息在板10正在倾斜的同时到 达板10，且两个板10和12得到流体动力学耦合。这种流体动力学效应是 瞬态的，并只持续倾斜时间τS。

在扩散时间τD中，速度特性从板12向着板10延伸。速度幅度变成v～ V1/d，因为薄片1的运动是向着薄片d分布的。在板10上出现了一个速度 梯度v/d，使得板10上的分子向着v的方向倾斜。

两个板10、12的表面倾斜之间的流体动力学耦合可以是很强的(这 将在下面描述)。在此情况下，所希望的倾斜情况仍然是图9的情况，其 中在两个表面上的分子沿着相反的方向转动，且其中总的流体动力学流动 v在单元中是均匀的，以减小摩擦。因而总是获得两个板10、12的取向之 间的一个180°转动。这种转动可以是一种弯曲，如图10所示，它通常是 不稳定的并转变成较低弹性能量的180°扭转，因而是如图11显示的扭转 组构。

如果流体动力学耦合弱，可获得图1显示的组构a或b，由于弹性作 用，通常能够获得均匀的组构。

现在描述耦合强迫的效应。

假定板12具有比板10高的阈值ES。如果在施加了场ES以打破稳固之 后场E突然减小到零，则板12上的分子在τS中迅速转动，并在板12上产 生剪切v/d，其中τD＜τS。

由于各种原因(弹性耦合、滞后等等)，板10上的分子可能要从θS ＝0方向落到平面稳定的θS＝90°位置并同时保持与在板12上转动(沿 着ωa方向)的分子的平行。如果这种运动持续下去，将给出均匀的最后 组构。速度梯度剪切v/d在体内给出了对分子的一种转矩密度ηv/d。这 些体转矩之和是一种表面转矩，(ηv/d)d～ηv＝ηV1/d，它将使 表面分子沿着ωH方向转动，如图12所示。

为了获得产生如图11所示的扭转结构的倾斜，如此获得的表面转矩因 而必须大于沿着ωa方向(图12)转动的稳固转矩。

该条件是：

(K/l)θS＜ηV1/d。用1/τS取代V，其中1/τS＝K/l2η，得到 θS＜l/d。

θS是在时间τD中的角度变化的量级，因而具有τD/τS＝(Kρ/ η2)(d2/l2)的量级。该条件变成了：d/l＜(η2/Kρ)1/3；其中η～ 0.1poise，这给出了d＜201。如果1～1000埃，d必须小于2μm。然 而，由于d＝2μm是通常的样品厚度，该条件是比较难于实现的。需要 采用弱稳固，因而响应时间较长。

在本发明中，将认为单元的厚度d较好地是必须小于5μm。

在本发明中，因而提出了一种稳固的流体动力学耦合方法，它更为有 效并可应用于强稳固。

到此为止，只考虑了通常较强的θS顶点稳固。然而，还有较好的在 板上的方位角—它采用沿着定义的方向的“平面”取向。设φ为分子相对 此方向的方位角，表面能量应该为：

WS＝1/2(K/l)cos2θS+1/2(K/L)sin2θSsin2φ

其中L是定义方位稳固能量K/L的外推长度。

一般地，方位角项具有小于顶点项(见参考文献(11)的幅度的幅度： L的幅度的量级大于1的。从上方看下板10，可以假定表面分子在时间τ D之后倾斜了一个角θS，如图13所示。

如果板10上的平面方向为P，分子在其上可以取两种方向P1和P2。 为了强迫分子下降到P2状态—它将给出半圈，而不是P1状态，只要移动 在另一侧yy’上的分子的端部m，其中yy’即P1、P2的中间垂直线(图 13)。为此，不是通过沿着P1、P2移动m，更为有效的是使m沿着圆圈 C转动一个常数θS(图13)。为此，只要使上板10的简易稳固方向相对 于P1 P2转过角α。速度v是沿着方向α的，并产生一个最后排列f。由 于瞬态速度梯度所加的转矩现在被方位角稳固能量的单个反应所平衡，转 矩的条件对于小的θS可写为：

K/lθS2＜K/dθS

需要满足的条件现在是：θS＜L/d。由于L的幅度具有大于1的量级， 耦合条件更容易得到满足。因此，最后为：dφ＝dθ(L/l)1/3＞dθ。

存在有两个板的最佳转动角α。如果α非常小，将出现非常接近P2(通 过180°-α～180°)的倾斜，但将难于施加初始的方位转动转矩：系 统将倾向于进行效果较小的改变θS，如图14所示。另一方面，如果α接 近90°，将获得最强的方位转矩，如图15所示，但所获得的转动只是90 °，这对于提供倾斜是不利的，因为这种转动只是把系统置于P1 P2之间 的等能量线上。存在有一个最佳值，它可在45°或135°附近—如果稳固 具有限定在平面中的极性，如蒸发SiO或单向摩擦的聚合物。

为了擦除“1/2圈”扭转，如图1a所示示意显示的，只要“打破” 单个表面的稳固就足够了—如果进行得迅速的话，或缓慢地减小施加的场 以随着时间解除两个表面倾斜的耦合—假定它们具有不同的阈值。在每一 种情况下，都将选择将在两个板10、12上给出不同的稳固阈值的表面处 理。

实现1/2圈扭转的原理是基于以下的现象的。当只有两个表面中的一 个被打破时，如图16所示示意显示的，或者当在时间间隔＞τS两个稳固 被相继解除时，就不再有流体动力学耦合效应：占据支配地位的弹性耦合 和一个表面的纵向取向不能保持扭转，因而扭转消失了。1/2圈扭转因而 得到擦除。

根据上述观测，本发明人提出借助两个板10、12来生产一种显示器 (实际上是一个象素)，其中板10、12得到处理以给出不同的平面稳固 A1和A2(或具有平面分量的稳固)。这些与具有εa＞0的向列耦合的稳 固分别具有打破阈值E1和E2。它们彼此成α＝45°地设置，如图17所 示意显示的，或者被置于0°、90°、180°或270°以外但使转动流体 动力学耦合为最佳的角度α。

该角α还得到选择以给出初始组构—该组构现在被扭转了角度α—与 所谓的“1/2圈”最后组构(它现在被扭转了一个角度180°-α)之间的 良好的对比度。为了进行写入，施加了在两个阈值之上的一个电场脉冲，E ＞E1和E＞E2。通过突然关断电场，由于流体动力学耦合效应，仍然获 得了180°-α状态，而不论初始状态是α还是180°-α。为了进行擦除， 施加了在E1与E2之间的一个脉冲E，迅速地关断该脉冲，或者施加具有 在两个阈值E1和E2之上的电平的一个脉冲—但其幅度缓慢地减小，以解 除两个板10、12上的倾斜；不论初始状态是α还是180°-α，总是获得 α状态。

在图18中用标号40示意显示了施加这种驱动脉冲的源装置。

这种象素的两个状态之间的光学对比度取决于样品的厚度和采用的偏 振器30和分析仪32的取向(见图18)。

优化问题是本领域的技术人员所已知的(见参考文献(23))。在实 际中，对于每一种液晶和每一个单元，偏振器30、32都有一个位置—它 对于一个状态给出几乎透明的象素而对于另一个状态给定几乎黑的象素。

上述的切换系统具有阈值和几乎无限的存储。因而在原理上是伪双稳 态和无限可多路复用的。对于多路复用器，在由行和列组成的矩阵配置屏 幕(如图19所示示意显示的)中通过把略微小于V＝E1d(最难打破的表 面的上电压阈值)的电压加到一个行上而打开该行就足够了。所产生的电 压将是V-(±v)＝V-v或V+v。V-v小于较高的阈值。如果｜v｜＜(E1-E2) d得到选择，V-v大于低的阈值因而“擦除”。V+v大于高的阈值，且它 进行“写入”。有利的是选择尽可能小的v以不使其它行受到幅度为(±v) 的交变电压的影响—这可能产生另一种类型的不稳定(例如Freedericks 不稳定)；通常选择v约为1伏特，例如伏特≤1伏特，以做到这点。较 高的阈值因而需要得到良好的限定并且均匀。较低的阈值的限制较小。为 了使系统保持迅速它不能太小。实际上，将因此选择给出伏特级阈值的稳 固，通常在约1伏特的范围。由于通常的阈值具有10V/μm的量级(参考 文献1)，对于2μm厚的单元，阈值必须与相差5至10％。

为了在两个板10、12上产生略微不同的稳固阈值，且因而打破稳固， 有利的是采用相同的表面制备技术(例如倾斜SiO蒸发或表面摩擦聚合 物)，但改变阈值的偏振。因而几乎可以抵消或放大已有的小阈值差。为 此，可采用离子输送效应的挠电效应。

两个板10、12上的两种稳固在提出的机制中扮演着可相互改变的角 色。假定在两个稳固的阈值之间的差—它与所加的场的极性有关—只在单 元在初始时是非对称的情况下有意义，两个不同的阈值场E1#E2，因而两 个不同的阈值电压V1和V2。

改变阈值的第一个方法是采用挠电效应—它与施加的场成比例地改变 稳固力(见参考文献24)。这种效应具有e/(K)1/2～几个10-1的相对 幅度，即适中或小的。

借助离子掺杂可获得较强的偏振效果。这是由于观测到稳固能量取决 于极性，如以下的实验所显示的。

采用一个45°扭转单元，它具有用相同的SiO蒸发获得的两个平面稳 固。选择6μm厚的单元。组构是一种扭转组构且偏振光沿着这种缓慢的 扭转。施加长度100ms并具有限定的极性的方波脉冲。该脉冲的幅度从0 至±40V地变化。选择长的时间以确信把所有离子从单元中的一个板传送 到了另一个板。单元在室温下包含戊基氰基联苯(5CB)，掺杂有10-3 mol的四苯基硼酸钠(sodium tetraphenylborate)—它给出两种离子即 Na+和TφB-。在施加场期间，各个轴的取向和单元对偏振光的双折射得到 观测。因而可以确定哪一个板被打破—各个轴与另一板的方向对准—以及 在什么场值这两个稳固被打破。其结果显示出吸引Na+离子的表面先被打 破，在V＝3V即0.5V/μm，这是低于通常的值的一个量级。另一个板在 V＝30V被打破，即5V/μm的场值(几乎是正常的)。

用另一离子重复该实验。向列现在掺杂有氯化四丁基铵 (tetrabutylammonium chloride)—它给出两种离子Cl-和TBA+。观测 到吸引Cl-的表面的阈值减小到1.5V/μm。如果向列掺杂有溴化十六烷 基三丁基铵(cetyltributylammonium bromide)—它给出Br-和CTBA+ 离子，则吸引CTBA+的表面上的稳固能量减小到1V/μm。

首先的两种掺杂的效果可以从小的无机离子对SiO表面的较大亲和来 理解。这些离子产生一种与表面垂直的电场，这作为一种施加的外场而减 小了稳固力。第三种掺杂可用碳16烷基链(16 carbon cetyl)的作用来 解释。当链的带电端附着在表面上时，链引致了一种垂直取向，这减小了 平面稳固力。

本领域的技术人员应该理解的是，使阈值E1和E2接近有利于写入过 程，而使阈值E1和E2远离则有利于擦除。

说明性的实施例

本发明人已经生产出了具有戊基氰基联苯(5CB)向列液晶—它在室 温下具有向列相和高介电各向异性εa～10＞0—的显示器。

该显示器包括玻璃板10、12—它们用ITO(氧化铟锡)处理指导以 使透明电极具有低电阻(30Ω/平方)。这些用具有几乎掠射的75°蒸发 角进行倾斜SiO蒸发处理，并具有25埃和30埃的厚度，它们给出具有略 微不同的稳固力的平面稳固(参考文献25)。该单元具有d＝1.5μm的 厚度，并具有α＝45°的转动。单元的取向的几何形状如图18显示。

该单元使得可以对于45°组构获得具有高透射强度的明亮的黄色。对 于180°-α＝135°状态，获得了低透射强度的、非常暗的蓝色且几乎 是黑的颜色。

为了测试该模型，本发明人对系统施加了方波脉冲—它具有300μs 的固定长度和从0至40伏特变化的幅度V。下降时间小于1μs。在V＝ 24.5伏特处获得了明亮—暗(白至黑)转换。从黑状态开始，本发明人总 是用这些相同的脉冲获得黑状态。随后，本发明人把相同极性的脉冲加到 这种黑状态，但幅度为21.5伏特。获得了与擦除相应的黑至白转变。这同 一种21.5伏特脉冲使初始的白状态不发生改变。因而系统的最后状态对于 相同的极性只取决于电压的幅度。本发明人用一个阈值略微小于24.5V且 另一个阈值小于21.5V来解释这种行为。

为了证实系统的这种行为只受到驱动信号的最后减小的控制，本发明 人进行了以下实验。

首先，本发明人采用了其前缘与时间成线状的脉冲，如图20所示。

更具体地说，本发明人选择了τ＝100μs的高位时间并把前缘的上 升时间τ’从0改变到300μs。对于τ’＝0，系统在25V处经历了白 至黑转变(或在初始状态为黑的情况下是黑至黑)。在采用的τ’的整个 范围中，该行为不发生改变，阈值保持在25伏特±0.5伏特。这表明只 有脉冲的幅度和下降才是有效的。

其次，本发明人采用了其下降缘与时间成线状的脉冲，如图21所示。 对于0＜τ’＜30μs的下降时间，该行为不发生改变。在此之外，对于 30＜τ’＜300μs，在从黑开始时获得了黑至白擦除，且在从白开始时 获得了白至白。对于τ＝100μs和τ’＝0，发现了阈值V＝25伏特。 这种行为证实了只有脉冲的缓慢下降缘对于擦除是有效的。通过线状下 降，两个阈值的触发随时间移动。对于21伏特和25伏特值，随着时间的 移动为((25-21)/25)×30μs～5μs。

该值是表面倾斜时间的估计值。

为了在同一实验中真正地隔离两个阈值，本发明人随后采用了具有双 方波形状的幅度为V和V’且持续时间为τ和τ’的脉冲，如图22所示。

本发明人选择τ＝1ms以确信系统只在下降缘发生切换，而不记忆先 前的效果。对于V’＝0，在V＝22伏特处获得了白至黑或黑至黑切换。

随后，本发明人选择V＝30伏特，为了在阈值之上很多，通过取τ’ ＝0.5ms，他们改变V’。对于30伏特＞V’＞20伏特，黑写入得到保 留。另一方面，对于20伏特＞V’＞7伏特，系统变成了二进制计数器， 即该产生白至黑或黑至白切换。对于零与7伏特之间的V’，黑写入重新 得到良好的确定。

本发明人随后改变V’的极性，但保持V的极性。观测到了相同的行 为：

-30伏特＜V’＜-20伏特：写入黑

-20伏特＜V’＜-7伏特：“计数器”区

-7伏特＜V’＜0伏特：写入黑

从其工作，本发明人把计数器区解释为不完全的擦除—系统记忆了初 始状态。

该实验的重要结果是，对于V’＝-V，获得了写入；这也对于τ’＝ τ＝1ms得到了证实。本发明人因而已经显示了交变驱动是可能的。

本发明人对于上述样品测量了V(τ)。在V曲线为5CB时，他们观 测到如图23所示的写入(τ)。这种在固定极性的写入/擦除行为直到τ ＝150μs都得到了满足。对于更短的时间，获得了“计数器”区。

为了改善这种行为，本发明人随后采用了用10-3mol的Na+TφB-掺杂 的5CB液晶，其厚度为1.5μm。他们采用了正脉冲进行写入并用负脉冲 进行擦除。在此情况下，他们在直到10μs的范围中在30和38伏特的电 压获得了受控的写入和擦除区，如图24所示。在30μs，在22和26伏 特获得了擦除和写入。

在白光下，本发明人在两个状态之间获得了20的对比度。

当然，本发明不限于刚描述的这些具体实施例，而是包含了根据其精 神的所有替换形式。

具体地，本发明不限于采用向列液晶。它还包括采用胆甾醇的类型的 液晶。

另外，借助流体动力学耦合的切换不限于采用板上的平面稳固。它也 包括各向同态(homeotropic)或甚至倾斜稳固。

另外，以一种更为一般的方式，如上所解释的，本发明不限于采用借 助流体动力学耦合的切换，而是包括所有的单稳稳固器件，包括能够造成 至少一种稳固的打破并随后引致双稳态体效应的装置。

另外，本发明适用于大量的可能的组构。

已知加到液晶单元的板10、12之每一个上的处理可以得到适当设 计，以施加一种平面稳固方向(与板平行的向列取向器，见图25)、一 种各向同态(homeotropic)稳固方向(与板垂直的向列取向器，见图26) 或一种倾斜稳固方向(相对于板倾斜的向列取向器，见图27)。

对于之两种板设置，可以用各个板的分子的单个稳固方向确定几种组 构。

例如，对于两种平面稳固，可以产生如图1a所示的均匀平面组构，或 如图1b所需的具有半圈向右或左扭转的结构，或具有若干个半圈的结构， 在此情况下的向列取向器通过绕着一条与板垂直的轴逐渐转动而保持与板 相平行，如图10示意显示的，而向列取向器不保持与板平行而是逐渐信号 相对于它们发生倾斜。

对两种各向同态(homeotropic)稳固，可以获得一种各向同态 (homeotropic)均匀组构(图28)，或者具有一个或多个半圈的弯曲(图 29)。这种弯曲组构也可以是扭转的(图30)。

一般地，对于沿着两个任意方向的单稳表面稳固，可以获得不同的组 构：一种简单的组构，它通过简单的扭转和简单的弯曲而直接连接两个任 意的稳固方向，如图31所示；以及在从一个表面至另一个表面时通过加上 一或多个半圈而与这种简单组构不同的组构，如图32所示意显示的。

向列取向器在图28至32中以箭头的形式示意显示。

通过比较28和29或30、31和32，可以看到在两个板上的相应的箭 头沿着相反的方向。在物理上，由于向列液晶与表面的作用不是偏振的， 两个箭头的相反的方向相对于表面是等价的。然而，这些箭头使得体组构 有所不同，例如在图28与29或30、31与32之间转动了一个半圈，从而 清楚地可以看出。相同的情况也适用于图1a和1b。

另外，这些与相同的稳固方向相应的各种组构，具有不同的光学特性， 这使得它们能够在光学上得到区分并被用作黑白显示象素的两个状态之 一。

如上所述，发生了各种组构之间的切换，其中表面稳固得到打破。

图3显示了具有平面稳固的表面分子的角度θ作为所加电场E的函数 的变化。

在ES之上，表面分子处于这样一种情况—即其中与表面的作用弹性能 量最大。如果场E被关断，表面分子掉落回到初始的平面取向，但它们可 选择两个不同的路径。在图3中，这两个路径对应于正和负角度之间的Es 之下的分支。这两个最后的状态，θ＝±90°，对于表面是相同的，如上 所述，然而，它们给出了不同的体组构：额外的180°转动对应于相对初 始组构转动了半圈的组构。如果畸变保持在图所在的平面内，则获得了一 种180°弯曲组构(图10)。一般地，由于扭转比弯曲简易，这种180° 弯曲继续转变成图1b的180°扭转。

能够在稳固打破之后引致双稳态效果的切换装置的作用，是控制取向ES 的分支(bifurcation)，从而按照需要获得两种相应双稳态组构中的一种或 另一种。

更一般地，对于上述的通过改变角度、弹性常数和与在一个板上的相 同的稳固和通过在另一个板上的半圈的两种不同的稳固相应的扭转功率而 获得的所有双稳态组构，对于第二板上的送有一种分割线，它与已经描述 的分支相类似。

稳固打破的目的，是使表面分子借助强电场而到达这种分割线的附 近。

另外，切换装置借助一个小的外部效应的作用，是控制使在该分割线 两侧的移动。所产生的两个方向对于该表面是等价的，但导致了两种双稳 态组构中的一种或另一种。

为了打破表面，需要选择适当的装置：如果场垂直板，则为了打破平 面稳固液晶需要具有正的介电各向异性，从而使分子与场平行地排列；为 了打破各向同态(homeotropic)稳固，材料需要具有负的介电各向异性。

应该注意的是，表面打破的一个重要和一般的性质，是它们的迅速性： 相应的弛豫时间在微秒的范围。它们独立于向列单元的厚度。

现在描述使得可以实现各种可能的本领域的技术人员之间的切换的各 种装置，即使得可以控制在Es的取向的分支的装置。

假定平面稳固在其分支点之上已经被打破。表面分子与板相垂直。当 场被关断时，分子下落回到两个平衡态中的一个或另一个，+90°或-90°。 切换装置的作用是控制这两种状态之间的取向的最后方向。这些装置的目 的是把一个小的转矩加到分子上以使它们向着一侧或另一侧倾斜。这种转 矩可以在打破场的同时或刚好之后施加，但它必须在分子保持在与分割线 接近的状态下起作用。

产生这种转矩的第一种方式包括把一个横向电场加到单元上。

这种横向场本身可以用几种方式获得。

根据第一种变形，该横向场可以借助在一个板10上的叉指式电极50、 52来施加，而板10对着其稳固被打破的板12，如图33所示意显示的。平 均场保持被加到在顶部和底部的两个板10、12之间。该横向场产生了与 所产生的场相倾斜的分量。按照其符号，获得了倾斜场E1或E2。

与法线偏离了一个小角度的E1或E2的施加，使得可以控制至平面状态1 和2的下落，这对于表面是相同的但对于组构是不同的。

根据第二个变形，横向场可借助沿着单元的边缘设置的电极来施加。

根据第三个变形，横向场可从设置在板10、12上的透明电极的电阻 来产生。如图34所示，在此情况下电极60之一占据至少一个边缘62，较 好地是两个边缘62—它们的导电率比其中心部分64更高。打破稳固所需 的电信号V是沿着由液晶的电容C和表面电阻R形成的RC电路传送的(见 图34和35)。在高频下，信号迅速地衰减且象素看上去象是一个电极边 缘，给出一个倾斜场。在低频下没有衰减且场是纵向的。这种机制在参考 文献FR-A-8606916中进行了描述。利用双横向控制象素获得了一个沿 着两个方向倾斜的场：信号V1或V2被加到象素的半透明电极的导电边缘的 一个或另一个上。V1给出右取向且V2给出左取向。

产生上述取向转矩的第二个方式，是利用流体动力学效应。

在此情况下，在回归平衡的时候，在具有打破的稳固的板与向列之间 产生一个小的剪切v。

这可借助板的全部或一部分的机械位移，通过例如一个压电系统的作 用或通过声波的作用，而实现。

向列对接近板的速度梯度是敏感的，并按照v的方向(v1还是v2)而 落到分支的一侧或另一侧上。

剪切v也可借助两个板之间的流动来产生，这种流动可以是借助任何 源来产生的，例如通过与板垂直地压屏幕。

该系统此时构成了一个压强检测器。它可被用来通过把压强转换成与 两个双稳态组构有关的电性质，而在屏幕上进行写入。

另一种变形在于利用一定的分子的倾斜造成的剪切流。这种效应与前 述的效应相反，其中一个剪切控制着倾斜。

为此，可以采用例如沿着一个正方形象素的一个线状驱动电极c(图 36)。

在c稳固是例如倾斜的，而在P它是平面的。

由于加到象素上的场的作用，稳固P被打破。

如果在场E被关断时一个驱动场E’被加到横电极上，与由于E’的 作用的再取向相关的流动v’把象素P的取向切换到了状态1。

如果另一方面E’与E同时被加上且如果它也同时被关断，则E’产 生的流动沿着相反的方向-v’，且象素切换到了状态2。

另一种变形采用了流体动力学耦合，并包括如前所述地打破两个面对 面的稳固。

当然，本发明不限于在上述平面几何形状的情况中描述的分支控制— 其中在打破之后变成各向同态(homeotropic)。

实际上，如上所述，本发明还可应用于在关断状态是各向同态 (homeotropic)或倾斜的几何条件下对分支的控制。

另外，倾斜可以是以两维的方式进行的，即不仅涉及顶点表面角θ而 且还涉及方位角φ，如前面在流体动力学耦合的情况下所述的。等于-90° 至+90°的θ转动可被理解为φ的简易180°转动。这对于与横电场或横流 体动力学流动的耦合是重要—它们具有非常确定的方位角方向。

还应该注意的是，切换可同时在象素的整个表面上进行，以形成一个 黑白显示器，或者可以在该象素的一个可变部分上进行以形成一个灰色调 显示器。

只驱动象素的一个可变部分可通过非均匀地打破在后者上的场或借助 用于控制分支的非均匀装置来实现。

最后，应该注意的是，在某些配置中，稳固打破装置和能够引致双稳 态体效应的装置—它在前面得到了描述—可被用于多稳态(例如双稳态) 稳固，而不只是单稳稳固。

至此，在前面的描述中基本上显示了，平面稳固的打破使得可以控制 两个双稳态体组构之间的转变。即，在此情况下，完全的打破—在电场中 表面上的分子准确地沿着场取向，通过了分支点。倾斜稳固的打破(它在 前面的描述中提到了)则是不同的。它是部分打破：分子移向场的方向， 而不会达到它且不通过分支点。

在本发明的范围中，将详细描述倾斜稳固的这种部分打破的利用。

倾斜稳固板可扮演两个不同的角色：

1)一种发射器角色(“主板”)—在此情况下倾斜稳固板起着驱动 另一板的作用。主板不会通过其分支点，且在场关断时它总是回归到其取 向，发射出一种非常强而迅速的剪切流。

2)或者，一种接收器角色(“从属板”)—在此情况下电场部分地 打破板上的倾斜稳固，但不会到使其达到其分支点的程度。但它的确相当 接近分支点，以便能够借助流体动力学或主板引致的弹性效应超过该点。

我们首先看倾斜稳固主板的情况。

为了使流体动力学效应更为有效，可以用一个倾斜稳固板10作为迅速 剪切源。该板10因而将借助流体动力学耦合来驱动另一板12—它将被选 择成例如具有平面稳固的(图37)。

假定在施加打破电场之前，单元的组构是无扭转组构且由于反对称性 稳固而具有略微的倾斜扭转(图37a)。在打破电场中，例如与板垂直的 电场中，分子进行取向从而几乎与电场平行，在两个表面上形成拉力。在 阈值Ec2之上(图37b)，平面源12打破且获得θS2＝0。在倾斜表面10 上的—总是保持在相对于场的一个小的角度θS1：对于倾斜的板，不存在表 面打破阈值且板不通过分支点(图38)。

当场在E＞Ec2突然关断时，倾斜板10—它现在处于非平衡状态—迅速 地倾斜回其初始取向(见图39)。角θS1以指数的形式θS1≈θ01exp(t/ τS)从高的初始值θ01增大，且随后饱和至倾斜稳固所加的值。另一方面， 平面板12在t＝0时处于不稳定平衡态并缓慢地倾斜：θS2也以指数形式 增大，但是从一个非常低的角度θ02—它由涨落确定。

各个板10、12所产生的剪切与角度对时间的导数成比例。对于倾斜 板10它要大得多(具有θD1/τS》θD2/τS)的量级)。后一板因而变成 了主板：其剪切流在通过了样品20的扩散之后把从属板12驱动到其分支 点之外(图37c)。因而在样品20中产生了弯曲半圈，它转变成了扭转 半圈(图37d)。

或者，为了擦除该半圈，需要防止两个板10、12之间的流体动力学 耦合。这样做的一种方式，是逐渐减小阈值UC2上的电压，如图40所示。

在脉冲的第一部分期间(即从t＝0至τ1)，平面板12上的稳固被 打破，且不论初始组构如何获得了图37a或41a中的几乎各向同态 (homeotropic)的组构。通过阈值的缓慢下降(τ》τS)使得主板10引 致的流体动力学效应几乎是无效的。从属板12现在被弱的弹性静态耦合所 驱动(图41b)，而这总是有利于均匀的最后组构(图41c)。

实现相同的效果—即擦除前面获得的样品20中的半圈—的另一种方 式，是利用两阶梯矩形电信号(图42)。再次地，初始组构在脉冲的第一 部分期间被擦除(图43a)(图42中从0至τ1)。在t＝τ1，电压突 然下降到略微高于阈值ξUC2的U2。主板10产生一种强的瞬态流体动力学 流(图43b)，该流逐渐消失。稳固在打破位置保持垂直。弹性效应—它 在这种几何设置中是永久的—克服它并在脉冲结束时从属板12已经选择了 一种取向(图43c)，这种取向在没有场的情况下弛豫至均匀组构。场在 t＝τ1+τ2的突然关断总是产生一种小的流体动力学效应，但如果在平面 板12上的稳固是较弱的(UC2＜UC1)，这种流体动力学耦合对于抵抗弹性 静态效应来说是太弱了。最后的组构将再次是均匀的(图43d)。

为了测试倾斜主板10引致的擦除和写入的有效性，本发明人制备了薄 的单元(厚度d＝1.5μm)。在主板10上，他们选择了一个倾斜的强 稳固(θS1≈55°)—它是借助SiO在板10上的掠射蒸发而产生的。借 助SiO在适当条件下的蒸发，在从属板12上产生了较弱的平面稳固。两 种稳固的平面分量被选择为彼此平行，然而，这种设置不是必须的。两种 组构是在用向列液晶5CB填充样品时自发产生的—均匀组构(图37a)和 半圈扭转组构(图37d)扭转组构具有较高的能量且在几秒内它被缺陷的 运动所擦除。因此所有样品都自发地变成均匀的。

现在在板10、12之间加上电压为U且持续时间τ的矩形脉冲。直到U ＝UC2(τ)—板12的平面稳固的打破阈值，只观测到瞬态搅动，而在组 构中没有改变。另一方面，在U≥UC2(在此情况下，动态稳固打破阈值UC2 对于τ＝100μs等于20.8V)，半圈被写入到单元的整个表面上。如果 相同的脉冲被加到扭转组构上，最后的状态总是保持扭转。因而矩形脉冲 可被用来写入半圈。对于擦除，施加了图42中的脉冲，其中U1＝24V且τ1 ＝100μs且UC2、τ2是变化的。如果τ2＜50μs，擦除从不发生且半 圈得到写入，就象在矩形脉冲的情况下一样。如果τ2得到扩展，对于U2 总是存在一个电压范围—其中半圈被擦除(图44)。

另一个相同类型的样品被用来尝试借助电压的逐渐下降进行擦除，如 图40所示。以短于30μs的下降时间τ2，本发明人已经观测到了半圈写 入。延长τ2而不改变电压U，他们总是获得均匀的最后组构。

这些观测证实了以上解释的模型并显示出采用倾斜稳固主板10是写入 和擦除半圈的有效手段。对具有0°与90°之间的预扭转的单元，也获 得的类似的结果，这些是通过相对于另一板而转动一个板而获得的(如已 经说明的，这种几何设置便利了流体动力学耦合)。

现在讨论倾斜稳固从属板的情况。

为了理解倾斜稳固从属板12的用处，我们将分析在其中两个板10、 12上的分子都具有倾斜稳固的单元中的稳固打破(图45)：倾斜角θ在主 板10上较大且在从属板12上要小得多。

我们从图45a中的“均匀”(无扭转)组构开始。在与板10、12垂 直的电场中，在两个表面10、12上的分子向着纵向移动，而不会达到它 (图45b和46)：对于两个表面，分支点都在纵向的另一侧上(图47)。 在图47中，Гh表示了流体动力学转矩，ГS表示了弹性转矩且m表示了 稳固能量最大的方向(分支)。

假定场足够地强，以致能够使两个表面10、12上的分子(图45b) 几乎沿着纵向进行取向(θS1≈0，θS2≈0)。当场被关断时，一个大的 弹性表面转矩ГS≈(K/l1)α1作用在主板10上。l1表示板10上的稳固 力。在该板10上的分子向着它们的初始位置倾斜，发射出高的剪切流。传 递到从属板12上的流体动力学转矩Гh具有K/d的量级，且它试图使分子 通过纵向倾斜(图45c)。一个量级为Kα2/l2的弹性表面转矩ГS′与此相 反。l2表示板12上的稳固力。在此几何设置中用于写入半圈的条件因而 为：K/d＞Kα2/l2，或者α2＜l2/d，即倾斜的从属板12在其稳固弱且 其无场倾斜角θ2非常接近90°(几乎平面)的情况下可得到有效的驱动。 如果是这种情况，就获得了图45d中的弯曲半圈并最后获得了图45c中的 扭转半圈。

对于擦除，一个电场被再次加到扭转半圈组构上(图48a)。在该场 中，它转变成弯曲半圈(图48b)，这使得分子能够在几乎整个样品中沿 着场取向。然而，在接近从属板12的地方，仍然有几乎平面取向的一个薄 区。该区在组构中在拓朴上被阻塞了：其存在取决于两种稳固的相对取向 和初始体组构。一个高(弹性和电)能量被存储在该平面区中，且所产生 的转矩把表面处的分子拉向板12而不再是向着纵向：以此方式，平面区被 从样品“排斥”且能量减小(图48b和48c)。

表面角θS2作为场的函数的行为在图49中得到示意显示，假定没有 场，θ2已且是负的(｜θ2｜＞90°且θ2＜0，图49中的点A)。在场 中，｜θ2｜减小(图49中的路径ABC))且分子向着θ2+90°方向移动， 这对应于稳固能量最大因而向着零稳固转矩移动。在场的临界值Ec，稳固 转矩不再能够平衡电转矩且表面变得不稳定：θS2切换到路径CD(图49) 且分子现在处于纵向的另一侧上(图48d)。如果场现在逐渐减小(以元 件流体动力学耦合)，θS2沿着路径DE(图49)且系统的最后状态是图 48c的非扭转组构-半圈被擦除了。

这种擦除机制是由本发明人发现的，它利用了从属板12上由与倾斜主 板10和初始组构的弹性相互作用所引致的倾斜稳固的打破。一种初始组 构，只有在它包括了体内的一个平面区时，才能够借助这种机制而被擦除。 另一方面，为了写入这种组构，需要利用其他的手段，例如流体动力学效 应：从属板12的稳固的弹性打破是瞬态的且不可逆转的现象，沿着路径CD (图49)的移动是单向的移动。

另一方面，在超过点C之前，先返回到A且组构在关断了场之后仍然 是扭转的。这是由于如果场太低而不能超过点C，就发生了再写入。

为了显示倾斜从属板12的用处，本发明人制备了带有倾斜的主板10 (蒸发的SiO和分子相对于该表面的倾斜角大约为35°(θ2＝90-35＝ 55°)的几个薄样品(d≈1.5μm)。从属板是用不同的摩擦聚合物制 备的(α2是2°与10°之间的倾斜角)。

为了便于借助流体动力学耦合的半圈写入，通过相对于另一个板而转 动一个板，而加上了一个预扭转角φ(在0°与90°之间)。如上所述， 该预扭转有助于流体动力学效应。半圈的写入是在40-50V的电压下在接近 80°的φ处观测到的。写入的这种困难是由于聚合物稳固具有非常高的稳 固能量。

另一方面，对于所有几何设置，本发明人通过观测了借助弹性瞬态打 破对包括体内的平面区的初始结构的擦除。因而这种倾斜从属板可被用来 在具有低稳固能量和低倾斜的情况下写入和擦除双稳态体组构。

用在上述器件中的两种体组构是双稳态的：在没有外场的情况下它们 不能经历至另一个的转变是除了表面打破或缺陷之外的低能量组构。因 此，在没有外场和缺陷的情况下，由于两种组构的布局上的不相容，每一 种组构都在无限长的时间里是稳定的。

然而，在实际上，这两种组构可具有非常不同的能量，特别是在向列 液晶的情况下。这会产生以或大或小的速度移动的缺陷，自发地擦除高能 量组构并写入另一个。这种性质在某些应用中是不利的，如果要求器件有 长期的记忆时间的话。

缺陷的运动引起的自发擦除的时间取决于几个参数：单元的厚度、象 素的大小、手性掺杂物、几何设置(较大或较小的预扭转)等。这些参数 中的某些个可以得到调节以延长或缩短自发擦除时间。例如，图50显示了 自发擦除时间τe对单元的厚度(2×2mm2象素，未掺杂5CB向列的半圈 扭转组构，它转变为没有预扭转的均匀组构)。可见时间τe随着厚度而 在大的范围中改变(从0.1至1秒)，并可根据应用而得到调节。该自发 擦除时间τe也可借助单元的预扭转φ而得到控制。例如在α＝90°，两 种组构的能量加宽且τe倾向于趋向无穷。

然而，厚度和预扭转在场致表面转变的情况下也是重要的参数。因而 借助其他的手段来控制τe是有利的，特别是借助通过加上低浓度的胆 甾醇的而在向列中引致的自发扭转。

本发明人制备了几个具有向列-胆甾醇的混合物的样品，以控制自发擦 除时间τe。图51显示了当半圈(180°扭转)组构被写入和当它被擦除 (均匀组构，没有扭转)时这种样品的光学行为。两种组构的能量，通过 加入百分之几的胆甾醇的，而变得几乎相等。其结果，时间τe被延长至几 小时；这与该图的标度相比是无限长的。

通过使它们的能量相等而延长双稳态组构的自发擦除时间的可能性已 经在上面描述了。该使得可能利用双稳态的一个主要优点：在关断场之后， 最后的组构得到无限的保存，或至少是在时间τe中，而τe与各个应用中 具体的器件的更新时间τr相比是非常长的。对于某些应用，τr非常长或 者是没有明确定义的。例如，某些袖珍器件(移动电话、电子个人组织器、 电子日记等)的显示屏幕的更新是尽可能地少的，以保留电力。在此情况 下，要求τe→无穷。

然而，在有些应用中要求规则和频繁的更新。例如，对于录相机，要 求τr＝20-40ms(图象重复时间)。在此情况下，上述双稳态向列显示器 可在一种新颖的似稳模式下得到使用。后面将显示这种似稳模式显示器相 对于通常的器件可具有主要的优点。

根据第一个例子，为了产生这种似稳操作模式，可选择两种双稳态组 构(图52)，其中一个(图52A)具有比另一个(图52B)大得多的无场 弹性能量。作为与板10上的倾斜稳固和板12上的平面稳固相应的一个非 限定例子，图52B中的低能量组构B是无扭转的略微倾斜的组构，且图52A 中的组构A是半圈扭转组构。

在没有外电场的情况下，组构A是似稳的：在特征时间τe内它通过 缺陷的传播和核化变成B。时间τe通过控制例如在板缺陷核化中心的密 度或通过向列的螺旋性被调整到τc＝τr，即刷新频率。这样，组构A 一旦被写入，在τr之后即在图像的结束自擦除。为了打破稳固，只需一 种机制，即写入组构A。对于这个例子，所描述的流体力学耦合可被利用。

第二个非限定的似稳模式器件的例子如图53所示。此处，在两个板 10，12上选择了相对倾斜稳固并且组构A可通过在从属板12上的稳固的 不可逆过渡打破被写入。在一个E＞Ec的场，板12上的稳固打破并且θS2跳 到分支的另一侧，如已经所描述的。在此情况下，流体力学耦合和弹性耦 合不是互相抑制而是互相促进而写入组构A。写入变得有效而变速，阈值 Ec减小。

如上所述的似稳稳固打破显示器有如下优点。

似稳显示器保持了表面双稳态的除一点外的所有优点，只是无穷记忆 这点，在此情况下被限制在时间τe。写入时间很短，对于U≌20伏通常 U≌10μS。

似稳显示器与传统的向列显示器相比的第一个优点是初始状态突变的 阈值。

在传统的显示器中，组构的(因而光学响应的)改变是通过施加强的 短脉冲而产生的。作为所加电压的函数的刚好在脉冲之后的光学响应被绘 制在图54中(曲线a)。在U＜Uc，即阈值电压，组构中未发生改变。在 U＞Uc，获得了一个光学响应，其幅度随着电压而增大。阈值大大地展开 了，至组构中的逐渐改变，它在驱动电压期间和之后通过整个一系列连续 的中间状态。这种展开大大地限制了连续响应系统的多路复用率。

在根据本发明的似稳显示器中，阈值Uc是非常突变的(图54中的曲线 b)：不再有逐渐的B→A改变，且显示器在“所有或完全没有”模式下 进行写入。不存在会使光学响应具有逐渐性质的中间状态。本领域的技术 人员知道这种突变的阈值使得可以进行无限的多路复用。与经典的体显示 器相比，这是一个重要的优点。

本发明与向列液晶体显示器相比的另一个优点，是可以根据应用，在 不改变驱动脉冲的持续时间和电压的情况下，调节擦除时间τe。例如，可 以借助胆甾醇的掺杂或借助缺陷核中心的密度，而与表面打破阈值无关地 控制τe。与此相比，在传统的向列体显示器中，在写入时间τi、无场擦 除时间τe与阈值电压Uc之间存在有一个关系：τe＝τiUc2/U02，或者对于 具有高介电各向异性的向列U0≈1V。对于快速写入(τi-10μs)和视 频速率擦除(τe～40ms)，对于向列体显示器获得了Uc ≈60V，相比之 下本发明的似稳显示器Uc≈15V(图55)。

本发明人制成了与图52的几何设置的一个单元，它对应于上述的第一 个例子，其中有未掺杂的5CB液晶。主板10是倾斜的(SiO掠射蒸发，θS1 ≈55°)且从属板12是平面形的(SiO，θS2＝90°)。该单元的厚 度由设置在平面板12上的隔离球(d＝1.5μm)来限定。组构A(扭转 半圈)利用短矩形脉冲而被写入。在此单元中的非常低的写入阈值(图55) 证实了倾斜主板10所带来的流体动力学控制的有效性。自发擦除借助隔离 球上的缺陷核而发生，隔离球的密度被选择为很高以获得比较短的擦除时 间τe～300ms(图56)。

在第二种单元(它对应于上述的第二个例子)中，本发明人利用弹性 打破，测试了图53的几何设置中的写入。这种单元填充有纯的5CB，并 比较厚(d＝3.3μm)，以显示弹性效应并不十分地依赖于厚度。主板 10具有高度倾斜的稳固(SiO，掠射蒸发，θS1≈55°)，而从属板12是 借助在蒸发的SiO上的PVA薄膜淀积制成的并且是略微倾斜的(θS2≈86 °)。再一次地，半圈状态的写入阈值是非常低的(对于τi～10μs Ec ＝11V/μm)，显示出弹性机制对稳固打破的有效性。对于这种厚单元， 测量到τe～3s。

以下详细描述根据本发明的交变场形成激励方法。

由于实际的原因，液晶显示器较好地是用“交变”信号来驱动，以使 所施加的信号的平均值尽可能地低。这使得可以避免将限制显示器的生命 的不可逆的电磁效应。本发明人已经通过实验显示出了“极化”与“交变” 信号在造成表面打破上的等价性。该是以物理的方式发生的，因为传递到 表面的体转矩主要是介电性的(～E2)且不取决于电场的符号。

例子，本发明人已经在写入的情况下显示了具有Vp＝13V的幅度和τ ＝40μs的持续时间的“极化”信号(如图57所示)与具有非常接近Va ＝13.4的幅度和相同的持续时间的方波“交变”信号(如图58所示)的 等价性。

对于擦除信号观测到了相同的等价性：极化电压V’p＝5V和τ＝ 240μs给出擦除，而大约V’a＝5.3的交变电压给出相同的擦除。

本发明人已经观测到了如图59和60所示的具有相反相位的两种“交 变”信号之间的小的差别。这种差别是由于对表面稳固打破的小的挠电贡 献。他们观测到，例如图59的信号—其具有V+＝5.8和τ＝240μs—写 入半圈，且且图60中的具有相同的幅度和相同的持续时间的信号V-造成了 擦除。这使得可以在实际中如上所述地利用极化信号的符号，在只利用交 变信号的相位的情况下造成表面打破。

(22)P.G.de Gennes″The Physics of liquid Crystals″， Clarendon Press，Oxford，1974。(23)H.L.Ong在Journal of Applied Physics，vol.64，No.2，pp614-628，1988上发表的″Origin and characteristics of theoptical properties of general twisted nematic liquid crystaldisplays″；

(24)N.V.Madhusudana and G.Durand在″Journal de Physics Lettres″(Journal of Physics Letters)，vol.46，pp L195-L200，1985 上发表的″Linear flexoelectro-optc effect in a hybrid alignednematic liquid crystal cell″；

(25)M.Monkade，M.Boix and G.Durand在Europhysics Letters， vol.5，No.8，pp697-702，1988上发表的OOrder Electricity andOblique Nematic Orientation on Rough Solid Surfaces″。