DE69612295T2

DE69612295T2 - Bistabile nematische Flüssigkristallvorrichtung

Info

Publication number: DE69612295T2
Application number: DE69612295T
Authority: DE
Inventors: Vernon Brown; Peter Bryan-Brown; Clifford Jones
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: ZBD Displays Ltd
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2016-10-10
Also published as: GB2318422A; WO1997014990A1; MY120509A; US7280175B2; CN1928684B; US20030063246A1; JPH11513809A; US20010028426A1; CN1529203A; US6249332B1; CN1200180A; KR19990064269A; CN1928684A; GB9521106D0; KR100352052B1; CN1303464C; ATE200154T1; GB9802806D0; EP0856164B1; GB2318422B

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf bistabile nematische Flüssigkristallvorrichtungen.
Flüssigkristallvorrichtungen enthalten typischerweise eine dünne Schicht aus einem Flüssigkristallwerkstoff, der zwischen den Zellenwänden enthalten ist. Optisch transparente Elektrodenstrukturen auf den Wänden erlauben, daß ein elektrisches Feld über der Schicht angelegt werden kann, das eine Neuordnung der Flüssigkristallmoleküle verursacht.
Es gibt drei bekannte Typen von Flüssigkristallwerkstoffen, nematische, cholesterische und smektische, wovon jeder eine andere Molekül Ordnung besitzt. Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, die nematische Werkstoffe verwenden.
Um Anzeigen mit einer großen Anzahl adressierbarer Elemente zu schaffen, ist es üblich, die Elektroden als eine Reihe von Zeilenelektroden auf einer Wand und eine Reihe von Spaltenelektroden auf der anderen Wand herzustellen. Diese bilden z. B. eine x-y-Matrix aus adressierbaren Elementen oder Pixeln, wobei sie für verdrillte nematische Vorrichtungstypen üblicherweise unter Verwendung von Effektivwert-Adressierverfahren adressiert werden.
Verdrillte nematische Flüssigkristallvorrichtungen und Phasenänderungstypen der Flüssigkristallvorrichtungen werden durch das Anlegen einer geeigneten Spannung in einen EIN-Zustand geschaltet, wobei sie in einen AUS-Zustand geschaltet werden können, wenn die angelegte Spannung unter einen niedrigeren Spannungspegel fällt, d. h., diese Vorrichtungen sind monostabil. Für einen verdrillten nematischen Vorrichtungstyp (90º oder 270º Verdrillung, wie in US-4.596.446) ist die Anzahl der Elemente, die effektivwertadressiert werden können, durch die Steilheit einer Kurve des Übergangs der Vorrichtung gegen die Spannung begrenzt, wie von Alt und Pleschko in IEEE Trans. ED, Bd. ED21, 1974, S. 146-155 ausführlich beschrieben ist. Ein Weg, die Anzahl der Pixel zu erweitern, besteht darin, Dünnfilmtransistoren in der Nähe jedes Pixel einzubauen; derartige Anzeigen werden als Aktivmatrix-Anzeigen bezeichnet. Ein Vorteil der nematischen Vorrichtungstypen sind die relativ niedrigen Spannungsanforderungen. Sie sind außerdem mechanisch stabil und besitzen breite Temperatur-Arbeitsbereiche. Sie erlauben die Konstruktion kleiner und tragbarer batteriegespeister Anzeigen.
Eine weitere Art, große Anzeigen zu adressieren, besteht darin, eine bistabile Flüssigkristallvorrichtung zu verwenden. Ferroelektrische Flüssigkristallanzeigen können zu bistabilen Vorrichtungen bei der Verwendung von smektischen Flüssigkristallwerkstoffen und einer geeigneten Behandlung der Oberflächenausrichtung der Zellenwände gemacht werden. Eine derartige Vorrichtung ist eine oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung (SSFELCDs), die durch L. J. Yu, H. Lee, C. S. Bak und M. M. Labes in Phys. Rev. Lett. 36, 7, 388 (1976); R. B. Meyer, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 40, 33 (1977); N. A. Clark und S. T. Lagerwall, Appl. Phys. Lett. 36, 11, 899 (1980) beschrieben ist. Ein Nachteil der ferroelektrischen Vorrichtungen ist die relativ große Spannung, die notwendig ist, um den Werkstoff zu schalten. Diese hohe Spannung macht kleine tragbare, batteriegespeiste Anzeigen teuer. Diese Anzeigen leiden außerdem an anderen Problemen, wie z. B. dem Mangel an Schlagfestigkeit, dem begrenzten Temperaturbereich und außerdem an elektrisch induzierten Fehlern, wie z. B. Nadeln.
Wenn unter Verwendung von nematischen Kristallen eine bistabile Oberflächenverankerung erreicht werden kann, kann eine Anzeige hergestellt werden, die die Vorzüge von beiden obenerwähnten Technologien, aber keines der Probleme aufweist.
Es ist bereits von Durand u. a. gezeigt worden, daß ein nematischer Kristall zwischen zwei Ausrichtungszuständen über die Verwendung von chiralen Ionen oder einer flexoelektrischen Kopplung geschaltet werden kann: A. Charbi, R. Barberi, G. Durand und P. Martinot-Largarde, Patentanmeldung Nr. WO 91/11747, (1991), "Bistable electrochirally controlled liquid crystal optical device", G. Durand, R. Barberi, M. Giocondo, P. Martinot-Largarde, Patentanmeldung Nr. WO 92/00546 (1991), "Nematic liquid crystal display with surface bistability controlled by a flexoelectric effect". Diese werden wie folgt zusammengefaßt:
In der Patentanmeldung Nr. WO 91/11747 ist eine Vorrichtung mit den folgenden Merkmalen beschrieben:
1. Die Zelle wird unter Verwendung von zwei Oberflächen hergestellt, die SiO-Beschichtungen mit einer geeigneten Dicke und einem geeigneten Verdampfungswinkel aufweisen, damit zwei stabile Zustände auf jeder Oberfläche existieren können. Außerdem sind die zwei Zustände auf einer Oberfläche so entworfen, daß sie sich im Azimutwinkel um 45º unterscheiden und die Oberflächen sind so orientiert, daß sie sich im Azimutwinkel um 45º unterscheiden, wobei die Oberflächen so orientiert sind, daß jeder der zwei sich ergebenden Bereiche unverdrillt ist.
2. Die Zelle (mit einer Dicke von 6 um) ist mit 5CB gefüllt, das mit 0,5% Benzylchininbromid und 1,8% Phenylmilchsäure dotiert ist. Das erstere ist ein elektrisch positives chirales Ion mit Linksdrall, während das letztere ein negatives chirales Ion mit Rechtsdrall ist. Die Konzentrationen sichern, daß die abschließende Mischung eine sehr große Schrittweite besitzt, so daß die Zustände in der dünnen Zelle gleichmäßig sind.
3. Die Anwendung eines 110-V-Gleichspanmmgsimpulses für 40 us ermöglichte das Schalten zwischen den zwei Zuständen. Für längere Impulse wird eine niedrigere Schwelle beobachtet, z. B. wird für 300-us-Impulse eine 80-V- Schwelle beobachtet.
4. Das Hinzufügen von geeignet orientierten Polarisatoren verursacht, daß ein Zustand schwarz erscheint, während der andere bei einem Kontrastverhälmis von ungefähr 20 weiß erscheint.
5. Außerdem wird eine andere Vorrichtung erwähnt, die eine Mischung chiraler Ionen mit kurzer Schrittweite zwischen monostabilen Oberflächen bewirkt, die unterschiedliche höchste Verankerungsenergien besitzen. Das Schalten zwischen einem um 180º verdrillten Zustand und einem gleichförmigen Zustand wird für Impulse über 50 V in einer 4-um-Zelle beobachtet. In der Patentanmeldung Nr. WO 92/00546 ist eine Vorrichtung mit den folgenden Merkmalen beschrieben:
Die Zelle wird unter Verwendung von zwei Oberflächen hergestellt, die SiO- Beschichtungen mit einer geeigneten Dicke und einem geeigneten Verdampfungswinkel aufweisen, damit zwei stabile Zustände auf jeder Oberfläche existieren können. Außerdem sind die zwei Zustände auf einer Oberfläche so entworfen, daß sie sich im Azimutwinkel um 45º unterscheiden, wobei die Oberflächen so orientiert sind, daß jeder der zwei sich ergebenden Bereiche unverdrillt ist.
Die Oberflächen sind außerdem in einer derartigen Weise orientiert, daß der vorgeneigte Zustand auf einer Oberfläche mit dem ungeneigten Zustand auf der anderen Oberfläche zusammengeschlossen ist und umgekehrt. Wenn sie mit 5CB gefüllt ist, sind daher die zwei Zustände zu sehen, wie in Fig. 7B und 7C gezeigt ist.
Die Anwendung eines 14-V-Gleichspannungsimpulses über einer 1-um-Zelle für 100 us ermöglicht das Schalten zwischen den zwei Zuständen. Der Endzustand ist von dem Vorzeichen des Impulses abhängig, was auf seine Kopplung mit der flexoelektrischen Polarisation zurückzuführen ist. Die gleiche Spannungsschwelle wird für das Schalten in beide Richtungen beobachtet.
Die von Durand verwendete Oberfläche, um eine bistabile Ausrichtung zu erhalten, war eine dünne, bei einem genauen, schiefen Winkel verdampfte Schicht SiO. Dieses Verfahren leidet jedoch an dem Nachteil, daß es wahrscheinlich ist, daß irgendeine Abweichung in dem Verdampfungswinkel, der Schichtdicke oder wirklich irgendeines der Aufdampfparameter eine Oberfläche mit nur monostabiler Ausrichtung erzeugt. Dies macht die schiefe Verdampfungstechnik für großflächige Anzeigen instabil oder sehr schwierig.
Das Patent US 4.333.708 beschreibt eine multistabile Flüssigkristallvorrichtung, in der die Zellenwände profiliert sind, um eine Matrix aus einzelnen Punkten zu schaffen. Derartige Substratkonfigurationen schaffen multistabile Konfigurationen der Direktorausrichtungen, weil die Disklination bewegt werden muß, um zwischen stabilen Konfigurationen zu schalten. Das Schalten wird durch das Anlegen elektrischer Felder erreicht.
Eine weitere bistabile nematische Vorrichtung ist in GB 2.286.467-A beschrieben. Diese verwendet genau gebildete Doppelgitter auf wenigstens einer Zellenwand. Das Doppelgitter erlaubt den Flüssigkristallmolekülen, zwei in verschiedenen Winkeln ausgerichtete Richtungen anzunehmen, wenn geeignete elektrische Signale an die Zellenelektroden angelegt werden, z. B. galvanische Kopplung mit der flexoelektrischen Polarisation, wie in der Patentanmeldung Nr. WO 92/00546 beschrieben ist. Weil sich in den zwei gewölbten Zuständen der Direktor ganz nahe bei der Ebene der Schicht befindet, kann die Kopplung zwischen dem Direktor und der flexoelektrischen Komponente klein sein, was unter manchen Umständen das Schalten verhindern kann.
Gemäß dieser Erfindung werden die obigen Nachteile durch eine Oberflächenbehandlung von wenigstens einer Zellenwand überwunden, die den nematischen Flüssigkristallmolekülen erlaubt, irgendeinen von zwei Vorneigungswinkeln in der gleichen Azimutebene anzunehmen. Die Zelle kann zwischen diesen zwei Zuständen elektrisch geschaltet werden, um eine Informationsanzeige zu erlauben, die nach der Entfernung der Leistung fortdauern kann.
Der Begriff der gleichen Azimutebene ist wie folgt erklärt: angenommen, die Wände einer Zelle 1iegen in der x-y-Ebene, was bedeutet, daß die Normale der Zellenwände die z-Achse ist. Zwei Vorneigungswinkel in derselben Azimutebene bedeuten zwei verschiedene Molekularpositionen in derselben x-y- Ebene.
Gemäß dieser Erfindung enthält eine bistabile nematische Flüssigkristallvorrichtung:
zwei Zellenwände, die eine Schicht eines nematischen Flüssigkristallwerkstoffs mit einer positiven dielektrischen Anisotropie einschließen;
Elektrodenstrukturen an beiden Enden,
eine Oberflächenausrichtungseinrichtung auf den einander zugewandten Oberflächen der beiden Zellenwände, die eine Ausrichtung für Flüssigkristallmoleküle schafft, wobei die Oberflächenausrichtungseinrichtung auf wenigstens einer der einander zugewandten Oberflächen ein Oberflächenausrichtungsgitter aufweist;
eine Einrichtung, die zwischen Schaltzuständen des Flüssigkristallwerkstoffs unterscheidet;
dadurch gekennzeichnet, daß
das Oberflächenausrichtungsgitter den Flüssigkristallmolekülen ermöglicht, zwei unterschiedliche Vorneigungswinkel in derselben Azimutebene anzunehmen;
die Anordnung derart ist, daß zwei stabile Flüssigkristall- Molekularkonfigurationen bestehen können, nachdem an die Elektroden geeignete elektrische Signale angelegt worden sind.
Das Gitter kann ein symmetrisches oder ein asymmetrisches Rillenprofil besitzen.
Das Gitter kann ein asymmetrisches Rillenprofil besitzen, das eine Vorneigung von weniger als 90º, z. B. 50º bis 90º, hervorrufen wird. Ein asymmetrisches Profil kann als eine Oberfläche definiert sein, für die kein Wert h existiert, so daß
Ψx(h - x) = Ψx(h + x) (1)
für alle Werte von x gilt, wobei Ψ die Funktion ist, die die Oberfläche beschreibt.
Die Gitter können auf beiden Zellenwänden angelegt sein, wobei sie auf jeder Wand die gleiche oder eine verschiedene Form aufweisen können. Außerdem kann sich das Gitterprofil innerhalb jedes Pixelbereichs oder in den Zwischenpixel-Spalten zwischen den Elektroden ändern. Eine oder beide Zellenwände können mit einem grenzflächenaktiven Stoff beschichtet sein, z. B. mit Lethecin.
Der Flüssigkristallwerkstoff kann in einer oder beiden stabilen Molekularkonfigurationen unverdrillt sein.
Die Zellenwände können aus einem relativ dicken unflexiblen Werkstoff, wie z. B. einem Glas, hergestellt sein, oder eine oder beide Zellenwände können aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt sein, wie z. B. einer dünnen Schicht aus Glas oder einem flexiblen Kunststoff-Werkstoff, z. B. Polyolefin oder Polypropylen. Eine Kunststoff-Zellenwand kann auf ihrer inneren Oberfläche geprägt sein, um ein Gitter zu schaffen. Außerdem kann das Prägen schmale Pfeiler schaffen (z. B. mit 1-3 um Höhe und 5-50 um oder mehr Breite), um die richtige Beabstandung der Zellenwände zu unterstützen und außerdem als eine Barriere für die Strömung des Flüssigkristallwerkstoffs, wenn die Zelle gebogen wird. Alternativ können die Pfeiler durch den Werkstoff der Ausrichrungsschichten gebildet sein.
Das Gitter kann eine Profilschicht aus einem durch einen photolithographischen Prozeß gebildeten Photopolymer sein, z. B. M. C. Hutley, Diffraction Grätings (Academic Press, London 1982), S. 95-125; und F. Hörn, Physics World, 33 (März 1993). Alternativ kann das Doppelgitter durch Prägen gebildet werden; M. T. Gale, J. Kane und K. Knop, J. App. Photo. Eng., 4, 2, 41 (1978), oder durch Liniieren; E. G. Loewen und R. S. Wiley, Proc. SPIE, 88 (1987) oder durch Übertragung von einer Trägerschicht.
Die Elektroden können als eine Reihe von angeordneten Zeilen- und Spaltenelektroden und eine x-y-Matrix aus adressierbaren Elementen oder Anzeigepixeln gebildet sein. Typischerweise sind die Elektroden 200 um breit und mit 20 um beabstandet.
Alternativ können die Elektroden in anderen Anzeigeformaten angeordnet sein, z. B. als eine r-θ-Matrix oder als 7- oder 8-Streifenanzeigen.
Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
Fig. 1 ein Grundriß einer gemultiplexten adressierten Matrix-Flüssigkristallanzeige ist;
Fig. 2 der Querschnitt der Anzeige nach Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Draufsicht und eine Seitenansicht der Maske und der Belichtungsgeometrie ist, die verwendet werden, um eine Gitteroberfläche herzustellen.
Fig. 4 ist ein Querschnitt der Flüssigkristall-Direktorkonfiguration auf der Gitteroberfläche, die zu einer höheren Vorneigung fuhrt.
Fig. 5 ist ein Querschnitt der Flüssigkristall-Direktorkonfiguration auf der Gitteroberfläche, die zu einer niedrigeren Vorneigung führt.
Fig. 6 ist die Energie der zwei Vorneigungskonfigurationen als eine Funktion des Rillentiefe-zu-Schrittweite-Verhältnisses (h/w).
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt einer Zellenkonfiguration, die das bistabile Schalten zwischen den zwei Zuständen erlaubt.
Fig. 8 zeigt die Übertragung der Zelle und der angelegten Signale als eine Funktion der Zeit.
Fig. 9 zeigt ein Beispiel-Multiplexschema für die bistabile Vorrichtung.
Fig. 10 zeigt eine alternative Zellenkonfiguration für das bistabile Schalten.
Fig. 11 zeigt eine Zellenkonfiguration für das bistabile Schalten zwischen einem unverdrillten und einem verdrillten Zustand.
Die Anzeige in Fig. 1, 2 enthält eine Flüssigkristallzelle 1, die aus einer Schicht 2 eines nematischen Flüssigkristallwerkstoffs oder eines cholesterischen Flüssigkristallwerkstoffs mit langer Schrittweite gebildet ist, der zwischen den Glaswänden 3, 4 enthalten ist. Ein Abstandsring 5 hält die Wände typischerweise 1-6 um beabstandet. Außerdem können zahlreiche Kügelchen mit den gleichen Abmessungen innerhalb des Flüssigkristalls dispergiert sein, um einen genauen Wandabstand aufrechtzuerhalten. Die streifenförmigen Zeilenelektroden 6, z. B. aus SnO&sub2; oder ITO (Indiumzinnoxid), sind auf der Wand 3 gebildet, wobei ähnliche Spaltenelektroden 7 auf der anderen Wand 4 gebildet sind. Mit m Zeilenelektroden und n Spaltenelektroden bildet dieses eine m · n-Matrix aus adressierbaren Elementen oder Pixeln. Jedes Pixel wird durch den Schnittpunkt einer Zeilen- und einer Spaltenelektrode gebildet.
Ein Zeilentreiber 8 liefert Spannung an jede Zeilenelektrode 6. Ähnlich liefert ein Spaltentreiber 9 Spannungen an jede Spaltenelektrode 7. Die Steuerung der angelegten Spannungen erfolgt von einer Steuerlogik 10, die die Leistung von einer Spannungsquelle 11 und die Takrung von einem Taktgeber 12 empfängt.
Auf beiden Seiten der Zelle 1 sind Polarisatoren 13, 13' mit ihren Polarisationsachsen im wesentlichen mit Bezug zueinander gekreuzt und, wenn überhaupt, in einem Winkel von im wesentlichen 45º zu den Ausrichtungsrichtungen R auf der benachbarten Wand 3, 4 angeordnet, wie später beschrieben ist. Außerdem kann eine optische Kompensationsschicht 17 aus z. B. gestrecktem Polymer benachbart zu der Flüssigkristallschicht 2 zwischen der Zellenwand und dem Polarisator hinzugefügt sein.
Ein teilweise reflektierender Spiegel 16 kann hinter der Zelle 1 zusammen mit einer Lichtquelle 15 angeordnet sein. Dies erlaubt, daß die Anzeige in Reflektion und von hinten in matter Umgebungsbeleuchtung beleuchtet zu sehen ist. Für eine Durchstrahlungsvorrichtung kann der Spiegel 16 weggelassen werden.
Vor dem Zusammenbau wird wenigstens eine der Zellen wände 3, 4 mit Ausrichtungsgittern behandelt, um eine bistabile Vorneigung zu schaffen. Die andere Oberfläche kann entweder mit einer ebenen (d. h. null oder ein paar Grad der Vorneigung bei einer Ausrichtungsrichtung) oder einer homöotropen monostabilen Oberfläche oder einer entarteten ebenen Oberfläche (d. h. null oder ein paar Grad der Vorneigung ohne Ausrichtungsrichtung) behandelt werden.
Schließlich wird die Zelle mit einem nematischen Werkstoff gefüllt, der z. B. E7, ZLI2293 oder TX2A (Merck) sein kann.
Ein Beispielverfahren, das verwendet wird, um die Gitteroberfläche herzustellen, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Beispiel 1:

Ein Stück ITO-beschichteten Glases, das die Zellen Wand 3, 4 bilden soll, wurde mit Aceton und Isopropanol gereinigt und dann mit Photolack (Shipley 1805) bei 3000 U/min für 30 Sekunden schleuderbeschichtet, wodurch sich für die Beschichtung eine Dicke von 0,55 um ergibt. Dann wurde bei 90ºC für 30 Minuten ein Verhärten ausgeführt.
Dann wurde auf der beschichteten Wand 3, 4 unter Verwendung einer Chrommaske 20, die 0,5-um-Linien 21 und 0,5-um-Lücken 22 (und folglich eine Gesamtschrittweite von 1 um) enthält, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine Kontaktbelichtung ausgeführt. Die Belichtung wurde bei schrägem Einfall ausgeführt, in diesem Fall wurde ein Winkel von 60º verwendet. Die Orientierung der Maske 20 ist so, daß die Rillenrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Einfallsebene ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Belichtung in dieser Geometrie führt zu einer asymmetrischen Intensitätsverteilung und deshalb zu einem asymmetrischen Gitterprofil (siehe z. B. B. J. Lin, J. Opt. Soc. Am., 62, 976, (1972)). Die beschichteten Zellenwände 3, 4 wurden dem Licht von einer Quecksilberlampe (Osram Hg/100) mit einer Intensität von 0,8 mW/cm² für eine Periode von ungefähr 40 bis 180 Sekunden ausgesetzt, wie später ausführlich beschrieben ist.
Nach der Belichtung wurde die beschichtete Zellenwand 3, 4 von der Maske 20 gelöst und für 10 Sekunden in Shipley MF319 entwickelt, gefolgt von einem Ausspülen in entionisiertem Wasser. Dies hinterläßt die Oberfläche der Zellenwand mit einer asymmetrischen Oberflächenmodulation gemustert, die das gewünschte Gitterprofil bildet. Der Photolack wurde dann durch die Belichtung mit tiefer UV-Strahlung (254 nm) gefolgt vom Härten bei 160ºC für 45 Minuten gehärtet. Dies wurde ausgeführt, um die Unlösbarkeit des Photolacks in dem Flüssigkristall zu sichern. Schließlich wurde die Gitteroberfläche mit einer Lösung des grenzflächenaktiven Stoffs Lecithin behandelt, um eine homöotrope Randbedingung hervorzurufen.
Die Finite-Elemente-Analyse ist ausgeführt worden, um die Molekularkonfiguration (richtiger die Direktorkonfiguration) einer freien Schicht des nematischen Werkstoffs auf derartigen Gitteroberflächen vorherzusagen. Die Ergebnisse sind in Fig. 4, 5 und 6 gezeigt, wobei die kurzen Linien den Direktor des Flüssigkristalls durch die Dicke der Schicht darstellen, wobei die Einhüllende der kurzen Linien ganz unten das Gitterprofil zeigt. In diesem Fall ist die Gitteroberfläche durch die Funktion beschrieben worden:
wobei h die Rillentiefe, w die Schrittweite und A ein Asyrnmetriefaktor ist. In Fig. 4 und 5 gilt A = 0,5 und h/w = 0,6. In Fig. 4 ist dem Finite-Elemente- Gitter erlaubt worden, sich von einer anfänglichen Neigung des Direktors von 80º zu entspannen. In diesem Fall hat sich die Konfiguration auf eine Vorneigung von 89,5º entspannt. Wenn jedoch die anfängliche Neigung des Direktors auf 30º gesetzt ist, dann entspannt sich das Gitter auf eine Vorneigung von 23,0º, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Deshalb kann ein nematischer Flüssigkristall abhängig von den Anfangsbedingungen zwei verschiedene Konfigurationen annehmen.
In der Praxis wird sich ein nematischer Flüssigkristallwerkstoff in diejenige dieser zwei Konfigurationen entspannen, die die niedrigste Gesamtverdrehungsenergie besitzt. Fig. 6 zeigt die Gesamtenergie (in beliebigen Einheiten) des Zustands mit hoher Vorneigung (ausgefüllte Kreise) und des Zustands mit niedriger Vorneigung (leere Kreise) gegen das Rillentiefe-zu-Schrittweite- Verhältnis (h/w). Für niedriges h/w besitzt der Zustand mit hoher Vorneigung die niedrigste Energie, wobei deshalb der nematische Kristall einen Zustand mit hoher Vorneigung annehmen wird. Umgekehrt besitzt für großes h/w der Zustand mit niedriger Vorneigung die niedrigste Energie, wobei deshalb dieser Zustand gebildet wird. Wenn jedoch h/w = 0,52 gilt, besitzen die Zustände die gleiche Energie, wobei deshalb irgendeiner existieren kann, ohne sich in den anderen zu entspannen. Deshalb kann, wenn eine Oberfläche bei oder dicht bei diesen Bedingungen hergestellt wird, eine Bistabilität in der Vorneigung beobachtet werden. Unter Bezugnahme auf die obigen Einzelheiten der Herstellung wurde festgestellt, daß eine Belichtungszeit von 80 Sekunden zu einer bistabilen Oberfläche führt. In diesem Fall ist die Bistabilität nur eine Funktion der Oberfläche, wobei sie sich nicht auf irgendeine spezielle Zellengeometrie stützt. In diesem Sinn ist sie vom Stand der Technik verschieden, wie z. B. US 4333708 (1982).
Eine geeignete Zellenkonfiguration, um das Schalten zwischen den bistabilen Zuständen zu erlauben, ist in Fig. 7 gezeigt, die ein stilisierter Querschnitt der Vorrichtung ist, in der eine Schicht 2 aus einem nematischen Flüssigkristallwerkstoff mit positiver dielektrischer Anisotropie zwischen einer bistabilen Gitteroberfläche 25 und einer monostabilen homöotropen Oberfläche 26 enthalten ist. Die letztere Oberfläche 26 könnte z. B. eine ebene, mit Lecithin beschichtete Photolackoberfläche sein. Innerhalb dieser Vorrichtung können die Flüssigkristallmoleküle in zwei stabilen Zuständen existieren. In dem Zustand (a) sind beide Oberflächen 25, 26 homöotrop, wohingegen in (b) sich die Gitteroberfläche 25 im Zustand mit niedriger Vorneigung befindet, was zu einer gewölbten Struktur führt. Für viele nematische Werkstoffe wird eine gewölbte oder gebogene Deformation zu einer makroskopischen flexoelektrischen Polarisation führen, die durch den Vektor P in Fig. 7 dargestellt ist. Ein Gleichstromimpuls kann an die Polarisation koppeln, wobei er, abhängig von seinem Vorzeichen, entweder die Konfiguration (b) begünstigen oder benachteiligen wird.
Wenn sich die Vorrichtung im Zustand (a) befindet, wird das Anlegen eines positiven Impulses ungeachtet der positiven dielektrischen Anisotropie immer noch Fluktuationen in der homöotropen Struktur verursachen. Diese Fluktuationen sind ausreichend, um das System über die Energiebarriere zu treiben, die die zwei Ausrichtungszustände trennt. Am Ende des Impulses wird das System in den Zustand (b) fallen, weil das Vorzeichen des Feldes vorteilhaft mit der flexoelektrischen Polarisation koppelt. Wenn sich das System im Zustand (b) befindet, wird ein Impuls mit negativem Vorzeichen das System noch einmal stören, aber das System wird sich nun in den Zustand (a) entspannen, da sein Vorzeichen die Bildung der flexoelektrischen Polarisation nicht begünstigt. In ihrem homöotropen Zustand ist die bistabile Oberfläche geringfügig weniger als 90º geneigt (z. B. 89,5º). Dies ist ausreichend, um die Richtung der Wölbung zu steuern, die erhalten wird, wenn die Zelle in den Zustand (b) schaltet.
Eine spezielle Zelle besteht aus einer Schicht aus nematischem ZLI2293 (Merck), die zwischen einer bistabilen Gitteroberfläche und einer homöotropen ebenen Oberfläche schichtenweise angeordnet ist. Die Zellendicke betrug 3 um. Die Übertragung wurde durch die Zelle während der Anwendung von Gleichstromimpulsen bei Zimmertemperatur (20ºC) gemessen. Der Polarisator und der Analysator 13, 13' auf jeder Seite der Zelle 1 waren mit Bezug aufeinander gekreuzt und bei ± 45º zu den Gitterrillen orientiert. In diesem Aufbau erscheinen die zwei Zustände (a) und (b) in Fig. 7 schwarz bzw. weiß, wenn sie wie folgt adressiert werden.
Fig. 8 zeigt die angelegten Spannungsimpulse (untere Spur) und die optische Antwort (obere Spur) als Funktion der Zeit. Jeder Impuls besaß eine Spitzenhöhe von 55,0 V und eine Dauer von 3,3 ms. Der Impulsabstand betrug 300 ms. Bei der ersten Anwendung eines positiven Impulses ändert sich die Übertragung von dunkel zu hell, wodurch angezeigt wird, daß die Zelle aus dem Zustand nach Fig. 7(a) in den Zustand (b) geschaltet hat. Ein zweiter positiver Impuls bewirkt eine Übergangsänderung bei der Übertragung, verursacht durch die Effektivwirkung der Kopplung mit der positiven dielektrischen Anisotropie, die ein vorübergehendes Schalten des Volumenmaterials in den Zustand (a) verursacht. In diesem Fall wird die Zelle jedoch nicht auf der Oberfläche verriegelt, wobei sie deshalb im Zustand (b) verbleibt. Der nächste Impuls besitzt ein negatives Vorzeichen, wobei er deshalb die Zelle aus dem Zustand (b) in den Zustand (a) schaltet. Schließlich hinterläßt ein zweiter negativer Impuls die Zelle im Zustand (a). Dieses Experiment zeigt, daß die Zelle nicht bei jedem Impuls den Zustand ändert, falls er nicht das richtige Vorzeichen besitzt. Folglich erweist es sich, daß das System bistabil ist und daß der Endzustand zuverlässig durch das Vorzeichen des angelegten Impulses ausgewählt werden kann.
Das Schalten erfolgt über einen weiten Temperaturbereich. Wenn die Temperatur vergrößert wird, fällt die für das Schalten erforderliche Spannung. Bei 30ºC ist z. B. eine Spannung von 44,8 V für das bistabile Schalten erforderlich, wohingegen bei 50ºC die Spannung nur 28,8 V beträgt. Ähnlich nimmt für eine feste Spannung die für das Verriegeln erforderliche Impulslänge mit der Temperatur ab.
Nachdem diese Daten gewonnen wurden, wurde die Zelle demontiert, wobei die Gitteroberfläche durch AFM (Atomkraftmikroskopie) charakterisiert wurde. Eine asymmetrische Modulation wurde bestätigt, die durch die Gleichung 2 angepaßt wurde, wobei sich eine Schrittweite von 1 um, eine Rillentiefe von 0,425 um (h/w = 0,425) und ein Asymmerriefaktor von A = 0,5 ergibt. Im Vergleich zu den Ergebnissen in Fig. 6 besitzt dieses Gitter bei einem niedrigeren Wert von h/w (0,425 im Vergleich zu 0,52) seine bistabile Betriebsart. Die Gleichung 2 war jedoch keine genaue Anpassung an die AFM-Daten, weil die wirkliche Oberfläche steilere Schrägungswinkel besitzt, die die Hinzufügung höherer Harmonischer in der Beschreibung erfordern. Andere Wirkungen, wie z. B. der AFM-Spitzenradius, müssen außerdem für einen genaueren Vergleich betrachtet werden. Folglich kann gefolgert werden, daß die gemessene Oberflächenmodulation für die vorhergesagte Betriebsart für die Bistabilität ähnlich ist.
Das erfolgreiche Schalten eines einzelnen Pixels erlaubt die Entwicklung eines geeigneten Multiplexverfahrens für die Auswahl verschiedener benachbarter Pixel. Fig. 9 zeigt ein spezielles Beispiel eines derartigen Schemas. Wie gezeigt ist, sind die Pixel in vier aufeinanderfolgenden Zeilen R1, R2, R3, R4 in einer Spalte zu schalten. Zwei mögliche Ausrichtungszustände können beliebig als EIN- und AUS-Zustände definiert sein. Die Zeilen R1 und R4 sind in einen EIN-Zustand zu schalten, die Zeilen R2 und R3 sind in den AUS- Zustand zu schalten. Die Ausblendimpulse +Vs für drei Zeitschlitze, gefolgt von -Vs für drei Zeitschlitze (ts), werden der Reihe nach an jede Zeile angelegt. An die Spalte wird eine Daten-Signalform wie gezeigt angelegt, wobei sie einen -V& für 1 ts, gefolgt von einem +Vd für eine 1 ts, für einen EIN-Pixel, und -Vä für 1 ts, gefolgt von +Kd für 1 ts, für ein AUS-Pixel enthält.
Nun wird ein spezielles Pixel bei A betrachtet. Die resultierende Signalform besteht aus großen positiven und negativen Impulsen, die die nematische Orientierung stören und ihre Energie bis zu der Barriere erhöhen, die die zwei bistabilen Oberflächenzustände trennt. Unter der Bedingung dieses angelegten Feldes richten sich die Flüssigkristallmoleküle entlang dem elektrischen Feld wie in herkömmlichen monostabilen nematischen Vorrichtungen und wie in Fig. 7a gezeigt ist aus. Diesen großen 'Rücksetz'-Impulsen mit entgegengesetzter Polarität folgt unmittelbar ein kleinerer Impuls, der noch immer groß genug ist, um den endgültigen Auswahlzustand des Pixels während der Entspannung der Orientierung vorzuschreiben. Die elektrische Symmetrie wird durch einen kleinen Impuls mit zu dem Schaltimpuls entgegengesetzter Polarität erreicht, der den zwei großen Impulsen vorangeht. Alternativ kann die Polarisationsumkehr zu benachbarten Anzeigeadressenzeitpunkten verwendet werden.
Die obige bistabile Vorrichtung erreicht die Auswahl des Endzustandes kraft der flexoelektrischen Polarisation in einem Zustand. Deshalb muß diese Konfiguration Wölbung enthalten. In dem experimentellen Beispiel ist nur einer Oberfläche das Schalten erlaubt, es können aber außerdem Arbeitsvorrichtungen hergestellt werden, in denen beide Oberflächen schalten. Die einzige verbleibende Beschränkung ist, daß sich die Zustände mit niedriger Vorneigung auf jeder Oberfläche im Wert unterscheiden sollten, so daß eine endgültige Wölbung verbleibt. Selbst wenn beide Zustände mit niedriger Vorneigung gleich sind, kann die Zelle jedoch noch immer geschaltet werden, falls sie einen nematischen Werkstoff mit zwei Frequenzen enthält, d. h. einen Werkstoff, dessen dielektrische Anisotropie bei niedrigen Frequenzen positiv und bei hohen Frequenzen negativ ist. Ein Beispiel eines derartigen Materials ist TX2A (Merck), das eine Übergangsfrequenz von 6 kHz besitzt. Fig. 9 zeigt einen Querschnitt dieser Konfiguration. Wenn sich die Zelle im Zustand (a) befindet, steuert das Anlegen eines Signals mit hoher Frequenz das Volumen des nematischen Kristalls in eine niedrige Vorneigung. Die Oberflächen folgen, und auf diese Weise schaltet die Zelle in den Zustand (b). Umgekehrt wird ein Signal mit niedriger Frequenz den nematischen Kristall in eine hohe Vorneigung steuern, wobei auf diese Weise die Zelle in den Zustand (a) schalten wird.

BEISPIEL 2

Ein zweites Beispiel einer bistabilen Vorrichtung wird nun beschrieben. Ein Stück ITO-beschichtetes Glas, das die Zellenwand bilden soll, wurde mit Aceton und Isopropanol gereinigt und dann mit Photolack (Shipley 1813) bei 3000 U/min für 30 Sekunden schleuderbeschichtet, wodurch sich eine Überzugsdicke von 1,5 um ergibt. Dann wurde bei 90ºC für 30 Minuten ein Verhärten ausgeführt.
Dann wurde unter Verwendung einer Chrommaske, die 0,5-um-Linien und 0,5-um-Lücken (und folglich eine Gesamtschrittweite von 1 um) enthält, eine Kontaktbelichtung ausgeführt. In diesem Beispiel wurde die Belichtung bei senkrechtem Einfall ausgeführt. Die Belichtung in dieser Geometrie führt zu einer symmetrischen Intensitätsverteilung und deshalb zu einem symmetrisehen Gitterprofil. Die Proben wurden dem Licht von einer Quecksilberlampe (Osram Hg/100) mit einer Intensität von 0,8 mW/cm² ausgesetzt.
Nach der Belichtung wurde die Probe von der Maske gelöst und für 20 Sekunden in Shipley MF319 entwickelt, gefolgt von einem Ausspülen in entionisiertem Wasser. Dies hinterläßt die Probe mit einer symmetrischen Oberflächenmodulation gemustert. Der Photolack wurde dann durch die Belichtung mit tiefer UV-Strahlung (254 nm) gefolgt vom Härten bei 160ºC für 45 Minuten gehärtet. Dies wurde ausgeführt, um die Unlösbarkeit des Photolacks in dem Flüssigkristall zu sichern. Schließlich wurde die Gitteroberfläche mit einer Lösung eines grenzflächenaktiven Chromkomplexes behandelt, um eine homöotrope Randbedingung hervorzurufen.
Eine spezielle Oberfläche wurde unter Verwendung des obigen Verfahrens mit einer Belichtungszeit von 360 s hergestellt. Die AFM-Analyse dieses Gitters zeigte, daß es ein symmetrisches Profil mit einer Schrittweite von 1 um und einer Tiefe von 1,2 um besitzt. Diese Oberfläche wurde entgegengesetzt zu einer ebenen homöotropen Oberfläche konstruiert, um eine Zelle mit einer Dicke von 2,0 um zu bilden. Die Zelle wurde mit einem nematischen Material E7 (Merck) in der isotropen Phase gefüllt, gefolgt von der Abkühlung auf Zimmertemperatur. Die mikroskopische Beobachtung offenbarte eine Mischung aus beiden bistabilen Zuständen, wie in (a) und (b) in Fig. 7 gezeigt ist.
Die Zelle wurde zwischen gekreuzten Polarisatoren so orientiert, daß sich die Rillenrichtung bei 45º der Richtung der Polarisatoren befand. Folglich war der Zustand (a) der helle Zustand, während der Zustand (b) der dunkle Zustand war. Dann wurden monopolare Impulse mit abwechselndem Vorzeichen an die Zelle angelegt. Die Impulslänge war bei einem Impulsabstand von 1 s auf 5,4 ms gesetzt. Das volle Schalten erfolgte zwischen dem Zustand (a) und (b), wenn die Spitzenspannung der angelegten Impulse auf 20,3 V vergrößert wurde. An die Zelle wurden außerdem Impulspaare in einer ähnlichen Weise wie die in Fig. 8 gezeigten Daten angelegt. Noch einmal änderte nur der erste Impuls den Zustand des Systems, während der zweite Impuls nur ein nichtverriegelndes Übergangsverhalten hervorrief. In diesem Fall wurden die optische Antwortzeiten außerdem gemessen. Die 10%-90%-Antwortzeit für das Schalten von (a) nach (b) betrug 8,0 ms, während die Antwortzeit für das Schalten von (b) nach (a) 1,2 ms betrug. Die weitere Analyse dieser Zelle offenbarte, daß die bistabilen Zustände (a) und (b) Vorneigungen von 90º bzw. 0º auf der Gitteroberfläche hervorriefen. Folglich hat diese Probe die maximal mögliche Änderung der Vorneigung demonstriert.
Die Optik der in Fig. 7 und 10 gezeigten Konfigurationen ist optimiert, wenn die Zellendicke d durch:
d = λ 2Δnav (3)
gegeben ist, wobei λ die Betriebswellenlänge ist, während Δnav der Mittelwert der Komponente in der gleichen Ebene (parallel zu den Zellenwänden) der nematischen Doppelbrechung ist. Δnav wird im Vergleich zu Fig. 7 für die in Fig. 10 gezeigte Konfiguration größer sein, folglich kann die Zellendicke kleiner sein, wobei deshalb die optische Schaltgeschwindigkeit größer sein wird. Die Verwendung eines nematischen Kristalls mit zwei Frequenzen beschränkt jedoch die Wahl der verfügbaren Materialien, wobei sie außerdem zu einem komplexeren Adressierungsschema führt, sie kann aber einen Betrieb bei niedrigerer Spannung erlauben.

BEISPIEL 3

Die bistabile Gitteroberfläche kann außerdem gegenüber einer ebenen Oberfläche konstruiert sein. Eine derartige Zelle bestand aus einem Gitter mit dem gleichen Profil wie denjenigen, das im Beispiel 2 beschrieben ist. Dieses wurde gegenüber einer geriebenen Polymeroberfläche, die unter Verwendung einer Schicht aus P132-Polyimid (Ciba Geigy) gebildet wurde. Die Reiberichtung der Polyimidoberfläche wurde parallel zu der Richtung der Gitterrillen auf der Gitteroberfläche gesetzt. Die Zellenlücke wurde auf 2,5 um gesetzt, wobei das nematische E7 verwendet wurde, um die Zelle zu füllen. Das Abkühlen auf Zimmertemperatur nach dem Füllen offenbarte zwei Zustände, die in Fig. 11 schematisch gezeigt sind. Diese Figur unterscheidet sich von Fig. 7 insofern, als die Rillenrichtung der bistabilen Oberfläche nun in der Ebene der Seite (in einer x-y-Ebene) liegt. Folglich bildet der 90º-Vorneigungszustand in dem Gitter eine hybride Struktur, die in (a') gezeigt ist, während der 0º-Vorneigungszustand in dem Gitter die in (b') gezeigte verdrillte Struktur bildet. Um einen optischen Kontrast zwischen den Zuständen zu erreichen, wurde die Zelle zwischen gekreuzten Polarisatoren 13, 13' angeordnet, die so orientiert sind, daß die Gitterrillen (und die Reiberichtung) zu einem Polarisator parallel waren, obwohl die Polarisatoren gedreht werden können, um den Kontrast in den zwei Schaltzuständen zu optimieren. Folglich war der Zustand (b') der helle Zustand, während (a') der dunkle Zustand war. Unter Verwendung von monopolaren 5,3-ms-Impulsen erfolgte das Schalten zwischen (a') und (b') bei einer Spitzenspannung von 56,7 V. Die optischen Antwortzeiten betrugen 110 ms für das Schalten von (a') nach (b') und 1,4 ms für das Schalten von (b) nach (a').
Der helle Zustand (b') besitzt eine Volumenverdrillung von 90º. Wie bei herkömmlichen TN-Strukturen wird die maximale Übertragung erhalten, wenn N eine ganze Zahl mit
ist (C. H. Gooch und H. A. Tarry, J. Phys. D: Appl. Phys., 8, 1575 (1975)); wobei An die nematische Doppelbrechung ist, d ist die Zellenlücke und λ ist die Betriebswellenlänge. Deshalb wird eine bistabile Vorrichtung, die E7 (Δn = 0,22) verwendet, bei einer Betriebswellenlänge von 530 nm und N = 1 eine Zellenlücke von 2,1 um besitzen.
Im Vergleich besitzt die im Beispiel 2 beschriebene Konfiguration eine optimale Dicke, die durch Gleichung 3 gegeben ist. Für dieses Beispiel beträgt Δnav Δn/2, wobei deshalb Gleichung 3 eine Dicke von 1,2 um ergibt. Folglich wird die bistabile Vorrichtung ohne Verdrillung immer eine optimale Optik bei einer dünneren Zellenlücke besitzen, wobei sie deshalb bei niedrigeren Spannungen mit einer kürzeren optischen Antwortzeit schalten wird.
Ein cholesterischer Dotierstoff (z. B. < 1 % von CB15 Merck) kann hinzugefügt werden, um Verdrillungsdisklinationen zu verhindern. Alternativ können diese Disklinationen durch das Anordnen der Rillenrichtung nicht parallel zu den Ausrichtungsrichtungen des Reibens, z. B. ungefähr 5º Einstellung, verhindert werden.
Die Gitteroberflächen für diese Vorrichtungen können unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken hergestellt werden, die früher aufgelistet sind. Die homöotrope Behandlung kann irgendein grenzflächenaktiver Stoff sein, der eine gute Adhäsion auf der Gitteroberfläche aufweist. Diese Behandlung sollte außerdem zu einer nicht angehefteten Ausrichtung führen. Das heißt, eine Ausrichtung, die eine spezielle nematische Orientierung begünstigt, ohne eine starre Positionsordnung des nematischen Kristalls auf der Oberfläche hervorzurufen.
Wie aus der obigen Analyse ersichtlich ist, muß die Gittermodulation ein bestimmtes h/w für eine gegebene Asymmetrie besitzen, damit Bistabilität existiert. Diese absolute Skala der Modulation ist durch andere Faktoren eingeschränkt. Falls die Rillentiefe und die Schrittweite zu groß sind, dann werden BeugungsWirkungen signifikant werden, wobei sie zu einem Verlust des Durchsatzes der Vorrichtung führen. Außerdem kann, falls die Rillentiefe ähnlich der Zellendicke ist, die Nähe der Rillenspitzen zu der entgegengesetzten ebenen Oberfläche das bistabile Schalten sperren. Falls zwei Gitter erforderlich sind, wie in der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung, dann würde eine im Vergleich zu der Zellendicke große Rillentiefe zwangsläufig zu einem Schalten führen, das von der Phase der zwei Modulationen abhängt. Dies würde den Herstellungsprozeß der Vorrichtung äußerst verkomplizieren.
Es bestehen außerdem Probleme, falls die Rillentiefe und die Schrittweite zu klein sind. Für konstantes h/w wird die Energiedichte der Volumenverdrehung auf der Oberfläche größer, da die Schrittweite kleiner wird. Schließlich ist diese Energie ähnlich zu der lokalen Verankerungsenergie des nematischen Kristalls auf der Oberfläche. Folglich würden die in Fig. 4 und 5 gezeigten Strukturen (die eine unendliche Verankerungsenergie annehmen) nicht länger erhalten werden, wobei die Bistabilität zwangsläufig verloren würde. Typische Werte von h und w sind ungefähr 0,5 um und 1,0 um in einem Bereich von 0,1 bis 10 um bzw. 0,05 bis 5 um.
In dem Flüssigkristallwerkstoff können kleine Mengen, z. B. 1-5%, eines dichroitischen Farbstoffs enthalten sein. Dieser kann mit oder ohne Polarisator verwendet werden, um Farbe zu schaffen, den Kontrast zu verbessern oder um als eine Gastwirt-Vorrichtung zu arbeiten; z. B. der Werkstoff D124 in E63 (Merck). Der (die) Polarisator(en) der Vorrichtung (mit oder ohne einen Farbstoff) kann (können) gedreht werden, um den Kontrast zwischen den zwei Schaltzuständen der Vorrichtung zu optimieren.

Claims

1. Bistabile nematische Flüssigkristallvorrichtung, mit:

zwei Zellenwänden (3, 4), die eine Schicht (2) eines nematischen Flüssigkristallwerkstoffs mit einer positiven dielektrischen Anisotropie einschließen;

Elektrodenstrukturen (6, 7) an beiden Enden,

einer Oberflächenausrichtungseinrichtung (25, 26) auf den einander zugewandten Oberflächen der beiden Zellenwände (6, 7), die eine Ausrichtung für Flüssigkristallmoleküle schafft, wobei die Oberflächenausrichtungseinrichtung auf wenigstens einer der einander zugewandten Oberflächen ein Oberflächenausrichtungsgitter (25) aufweist;

einer Einrichtung (13, 131), die zwischen Schaltzuständen des Flüssigkristallwerkstoffs unterscheidet;

dadurch gekennzeichnet, daß

das Oberflächenausrichtungsgitter (25) den Flüssigkristallmolekülen ermöglicht, zwei unterschiedliche Vorneigungswinkel in derselben Azimutebene anzunehmen;

die Anordnung derart ist, daß zwei stabile Flüssigkristall- Molekularkonfigurationen bestehen können, nachdem an die Elektroden geeignete elektrische Signale angelegt worden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Gitter (25) eine einzige asymmetrische Modulation aufweist, deren Rillentiefe und deren Schrittweitenverhältnis eine bistabile Ausrichtung schaffen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Gitter (25) eine einzige symmetrische Modulation umfaßt, deren Rillentiefe und deren Schrittweitenverhältnis eine bistabile Ausrichtung schaffen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Gitterwerkstoff (25) eine homöotrope Orientierung des Flüssigkristalldirektors in bezug auf die lokale Oberflächenrichtung induziert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gitteroberfläche mit einem grenzflächenaktiven Stoff behandelt wird, um die homöotrope Orientierung des Flüssigkristalldirektors in bezug auf die lokale Oberflächenrichtung zu induzieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Zellenwand (3) eine bistabile Gitteroberfläche (25) besitzt und die andere Zellenwand (4) eine ebene Oberfläche (26) besitzt, was eine homöotrope Ausrichtung induziert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Zellenwand (3) eine bistabile Gitteroberfläche (25) besitzt und die andere Zellenwand (4) eine ebene Oberfläche besitzt, was eine ebene Ausrichtung mit oder ohne bevorzugte Ausrichtungsrichtung induziert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die ebene Ausrichtung eine Oberflächenvorneigung zwischen 0º und 60º schafft.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der beide Zellenwände (3, 4) bistabile Gitteroberflächen (25) besitzen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Flüssigkristallwerkstoff (2) einen cholesterischen Dotierstoff enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und ferner mit einer Einrichtung (8, 9, 10, 11) zum Anlegen unidirektionaler Spannungsimpulse, wobei der bistabile Zustand durch eine Kopplung zwischen dem angelegten Feld und der flexoelektrischen Polarisation, die in einem gebogenen oder gewölbten Flüssigkristallwerkstoff vorhanden ist, gewählt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und ferner mit einer Einrichtung zum Anlegen unidirektionaler Signale mit zwei unterschiedlichen Frequenzen, wobei der nematische Werkstoff ein mit zwei Frequenzen adressierbarer Flüssigkristallwerkstoff ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das Gitterrillenprofil innerhalb jedes Pixelbereichs oder zwischen benachbarten Pixeln ändert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektroden (6, 7) als eine Reihe aus Zeilen- und Spaltenelektroden gebildet sind, die in einer xy-Matrix aus adressierbaren Elementen oder Anzeigepixeln gebildet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Unterscheiden zwischen Schaltzuständen einen dichroitischen Farbstoff im Flüssigkristallwerkstoff (2) enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Unterscheiden zwischen Schaltzuständen wenigstens einen Polarisator (13, 13¹) enthält.