包括用於在至少一個產生退化取向的限制板上進行錨定的方法的液晶器件的製作方法

2023-09-21 18:47:35

專利名稱：：包括用於在至少一個產生退化取向的限制板上進行錨定的方法的液晶器件的製作方法
技術領域：
：本發明涉及液晶顯示器件領域。本發明是法國國家科學研究中心，南巴黎大學(theFrenchNationalScientificResearchCenter,Paris-SudUniversity)及居裡研究所(theCurieInstitude)的合作結果。本領域人士皆知，一般液晶和向列相分子在與邊界面接觸時，會由於它們與基板的相互作用而可使之在一個或多個方向上取向。比如，在一個方向上受到摩擦的固體表面上，介晶基元(mesogene)分子一般沿接近摩擦方向取向。這種取向稱為「單穩態的」取向，其特徵是向列相液晶具有一個單一的「優先(facile)」方向，通常由角度θ0和φ0決定(見圖1)在優先軸和基板的法線z之間的天頂角(zenithangle)θ0；及優先軸f和基板平面上選定的固定方向之間的方位角(azimuthangle)φ0。優先軸f對應於向列相和毗鄰相之間的相互作用能量最小。通過施加一個外場可以使向列相液晶在表面上重新取向。表面能增加，並且由於表面指向矢(director)ns相對優先軸f的偏轉的這一附加能量稱為錨定能(anchoringenergy)W，並且是確定ns的角度θ和φ的函數W=W(θ,φ)在單穩錨定的場合，錨定能W具有單一極小值，此值與單一優先軸對應(通常不區分方向ns和其反向-ns，因為向列相是非極性的)。大量的處理方法(見[1])可產生這種單一的錨定，這在液晶顯示器件中應用甚廣。然而，有的錨定具有多個能量極小值w，因而具有多個優先軸。比如，在通過在一定條件下在真空中蒸發生成的SiO層上，向列相的取向是雙穩的，具有由θ02=θ01和φ02=φ01定義兩個優先方向的f1和f2(見圖2)。曾提出並制出數種利用向列相的雙穩錨定現象的器件。見文獻[2-5]。另一類熟知的錨定是退化錨定(degenerateanchoring)。在這種情況下，存在一個對應於同一天頂角θ0和任意方位角的整個的連續優先方向區。此時的錨定能是θ的函數，但與φ無關W=W(θ)。在這種情況下可以說不存在方位錨定(azimuthanchoring)，或稱之為無限軟。根據θ0的值，可以區分ns平行於表面的平面退化錨定(planardegenerateanchoring)(θ0=90°)和ns可以在一個孔徑角為2θ0的圓錐上自由轉動的圓錐退化錨定(conicaldegenerateanchoring)(0＜θ0＜90°)(見圖3)。另外一種特別情況對應於θ0=0(其分子與平面成直角排列的垂面錨定)，其顯示出單穩錨定效應，分子垂直於表面(當θ=0時φ無定義)。退化錨定在向列相和各向同性相之間的平面表面上是典型的。在這種情況下，對方位角方向沒什麼可強加的，並且由於對稱可以對所有的可能角度φ(0≤φ＜360°)得到錨定能極小值。實驗中，在向列相液晶滴的自由表面上或向列相液晶-液體的界面上經常可觀察到退化錨定。對這類錨定曾經從學術觀點進行過研究，但由於其不穩定特性現在尚未找到應用液-液或液-氣界面很容易變形，它很容易產生缺陷，並且難於通過界面施加電場。在文獻[6]中可以找到涉及退化錨定當前技術狀況的描述。根據本發明者所完成的研究，原則上得出可以在任何各向同性固體表面，比如無機或有機玻璃，得到退化錨定，但實際上此種錨定很少能觀察到，因為有兩種現象介入的緣故。由本發明者確認的這兩種現象的第一種對應於表面上介晶基元分子的吸附。在向列相液晶與基板剛一接觸時，比如充填液晶盒時，不會強迫形成方位角方向，並且分子的取向由偶然因素或液流確定。所以初始取向通常是很不均勻的，此時θ=θ0而φ為任意的，但φ取決於在基板上的位置。很快與基板直接接觸的向列相液晶分子被基板吸附。結果，它們的次序和取向被記憶在表面上並且強加給留存在靠近基板的容積內的向列相液晶分子。儘管在理論上吸附是可逆過程，實際上在常溫下解吸的特徵時間很長(以天甚至年計)。所以試樣的取向保持為確定性很差，非均質，且牢固地錨定在基板上。由本發明者確認的這兩種現象的第二種對應於向列相液晶適應基板而取向。在採用相對軟的基板時，比如聚合物基板，會出現第二種現象。即使吸附很輕微，基板與向列相液晶的交互作用也可以使其成為各向異性，比如通過聚合物鏈的局部取向作用。在這種情況下，也是確定性差而且不均勻的初始狀態被記憶在基板上，而這將伴隨有可以摧毀退化錨定的方位角錨定能。由於這兩種取向記憶現象，就很難在固體表面上產生和利用退化錨定。這就是為何迄今為止退化錨定還未有任何應用。本發明的一個目的是改進液晶器件以使退化錨定或近似退化錨定得到應用。更準確地講，本發明的一個目的是提出一種新穎的方法使得可以在固體表面上得到退化錨定或近似退化錨定，而無液晶記憶，從而使得錨定可以在顯示器件中採用。在本發明的環境下達到這些目的所使用的液晶顯示器件的構成包括一種夾在兩塊限制板(confinementplate)之間的液晶材料，並且其特徵在於其中至少一塊限制板經過處理，得以確定退化方位角錨定而不會出現方位角取向記憶。根據本發明的另一個特點，這種處理是通過禁止在上述表面上出現吸附位置鈍化至少一塊基板的表面的處理。這種處理可以是通過吸附位置飽和的操作而進行的處理。根據本發明的另一個優點，這種處理包括一種聚合物塗層，其中包含流體的或非常活動的，或真正是自潤滑的鏈，即沒有任何可以吸附液晶的位置。本發明的其餘特徵、目的和優點通過下面參考附圖及非限制性示例所進行的詳細描述將得到闡述，其中圖1示出向列相液晶指向矢的「優先」方向相對一個限制板的方位角取向，以及優先方向相對上述限制板的法線的天頂角取向；圖2示出雙穩錨定情況下的兩個優先方向的取向；圖3示出圓錐錨定的情況；圖4示出單穩平面排列的天頂角錨定能；圖5示出對稱雙穩錨定或退化圓錐錨定的天頂角錨定能；圖6示出在切換(switching)過程的接連6個步驟期間液晶的織構；圖7示出在按照本發明的另一種方案的開關過程的接連4個步驟期間液晶的織構；圖8示出在按照本發明的另一種過程的接連4個步驟，錨定沒有斷裂；圖9示出根據本發明的液晶盒的交叉偏振片之間的光學響應；圖10示出在採用背板平面錨定可以得到的兩個平板織構；圖11示出根據控制脈衝持續時間的寫入閾值(writethreshold)，其結果是利用經過聚異戊二烯處理的液晶盒得到的；圖12示出根據控制脈衝持續時間的寫入閾值，其結果是利用經過聚苯乙烯處理的液晶盒得到的；圖13示出根據液晶盒的厚度的平方的液晶盒的瞬時擦除時間；圖14示出表示本發明的液晶盒對固定周期和不同幅度的電控制脈衝的光學響應的各種曲線；圖15示出根據固定重複頻率和不同脈衝幅度的刷新脈衝時間的光學信號；圖16示出了根據電壓rms的平均光強；圖17示出了一種兩個電極都設置在同一基板上的方案；圖18示出兩種顯示的角度φ(z)，一種是根據本發明，另外一種是普通的；圖19示出手徵性液晶盒的扭曲；圖20示出水平場液晶盒的光學響應；圖21示出手徵性向列相或膽甾型液晶器件；圖22示出器件的光學響應；圖23示出具有不同厚度和不同螺距的類似器件的光學響應；圖24示出長螺距液晶盒的光學響應。I-本發明的特徵涉及採用表面活化劑使吸附位置飽和而令基板鈍化如上所述，在本發明的第一種方法中，不需要的限制板表面的記憶藉助在基板上採用合適的表面活化劑薄層被消除。這種表面活化劑的功能是佔據表面上可以獲得的吸附位置，從而「鈍化」基板，防止其吸附液晶本身。鈍化材料可以由任何能夠與限制板表面強作用並容易吸附其上的表面活化劑組成，最好是以確定的方式。此表面活化劑還最好是選擇能避免與液晶材料發生強烈相互作用的材料，比如不應通過與介晶基元分子的各向異性相互作用很容易被取向。一旦限制板的表面為表面活化劑的分子所覆蓋，該表面即成為惰性表面它不再吸附液晶分子，而且當其暴露於液晶分子時它不會成為各向異性。對於一個剛性的扁平基板而言，比如無機玻璃，一個表面活化劑的單分子層足以使所有可用的吸附位置飽和並使基板鈍化。對於一個粗糙多孔的基板，比如一層蒸發的SiO，表面活化劑薄膜最好厚一些以保證鈍化。對於軟基板，比如聚合物，鈍化材料最好是一厚層以便在基板和液晶之間提供牢靠的相互作用屏障，從而防止聚合物取向和由此產生的滯後現象。為通過使吸附位置飽和而鈍化不同的基板，本發明者曾經特別試驗了屬於有機功能矽烷族的各種表面活化劑，包含氯矽烷類(Si-Cl)、矽烷醇(Si-OH)或烷氧基矽烷(Si-CnH2nOH)。為粘附在表面，這些物質表現出容易吸附在玻璃或其他物質上的性質，並且在經過熱處理之後它們表現出與表面發生化學反應的性質。用這種方式得到的表面活化劑層很牢固，介晶基元分子不能穿透。選擇有機功能矽烷類是為了將表面活化劑和介晶基元分子之間的相互作用減小到最小，以便避免記憶和滯後現象。然而，本發明並不限於有機功能矽烷類。它可被擴展為任何等效的化合物，即任何能夠完成上述兩種功能的化合物a)粘附於基板，b)與液晶材料無相互作用，例如鉻基絡合物。文獻[7]給出了適於用來確定垂面錨定的鉻絡合物。實驗結果表明，所試驗的大部分矽烷可減小其所澱積的基板的記憶能力。利用GLYMO3-甘油氧基丙基三甲氧基矽烷(3-glyceryloxypropyltrimethoxysilane)獲得了特別有利和可重複結果。利用異丙醇溶液(0.01％-0.5％)將這種物質澱積到基板上形成薄層(厚度為20埃到100埃)。這一薄層在120°-200°溫度下烘乾1小時以使其不溶解於液晶。為試驗錨定作用，本發明者使用了常溫下的戊基氰基聯苯基(pentylcyanobiphenyl)(5CB)向列相液晶。試驗用的液晶盒採用了兩種不同的基板片經過表面活化劑處理的基板片和「標準」的具有很強的和單穩錨定作用的基板片(蒸發SiO)。在所使用的所有的各向同性基板上(玻璃，浮法玻璃，銦和錫雙氧化物)，本發明者觀察到澱積一層厚度大於100埃的GLYMO層可以引起退化平面錨定(θ0≈90°)而沒有方向記憶試驗液晶盒中的向列相液晶的取向一致，由標準基板片確定，並在外加電場或磁場的作用下，上述取向改變一致，沒有記憶現象。具有厚度大於100埃鈍化層的基板的方位角錨定能嚴格等於零。薄於100埃的鈍化層只有很低的方位角錨定能，錨定一致性較弱而且結果的重複性較差。本發明者還試驗了GLYMO鈍化層對各向異性基板的作用。試驗基板是具有透明ITO電極和SiO薄層(5埃到1000埃)的玻璃平板，SiO是以75°掠射角真空蒸發到基板上的。不使用鈍化層時，5CB的向列相液晶在這種基板上的取向根據蒸發條件為單穩平面型，傾斜雙穩型或傾斜單穩型，。在所有的場合，由於SiO多孔極性層對介晶基元分子的強吸附作用，基板表現出對向列相液晶初始取向的強記憶作用。在施加一層薄的(≥20埃)鈍化層之後，取向記憶幾乎完全消失。在所有的基板上，5CB在鈍化層上垂直蒸發平面的方向上的排列為單穩平面型(沒有預傾斜)。對於最薄層的方位角錨定能很強，外推長度為L≤40埃。這一錨定能隨GLYMO薄膜的厚度d的增加而越來越減小，並且在d＞200埃時，L發散並且錨定變成退化和平面型。根據本發明的有利特點，鈍化層的厚度最好是在20埃到500埃範圍內。採用GLYMO層使經過摩擦作成各向異性的ITO基板或玻璃基板鈍化也可以得到類似的結果。不經過鈍化，這些基板使5CB以單穩平面方式排列，具有很強的方位角錨定和很強的表面記憶。通過在基板上澱積一GLYMO層，本發明者觀察到記憶徹底消失，並且錨定力減小。另外，隨著d的增加，錨定能越來越減小，並且在d＞200埃時變為零錨定變為退化和平面型，記憶作用可忽略不計。在採用對預先澱積在各向異性基板上的GLYMO層進行單向摩擦時也可以得到類似的結果。這些結果肯定了限制板的取向記憶可以通過適當的使基板上可用的吸附位置飽和的表面活化劑處理而消除。這種處理可以達到兩個目的a)各向異性基板上的表面記憶可大大減小或徹底消除。結果得到的退化圓錐或平面錨定很均勻，容易利用，並且沒有滯後現象；以及b)在各向異性的基板上，這種處理還可以使改變方位角錨定強度成為可能。這就可以減小單穩或雙穩錨定強度，使之幾乎退化，使方位角錨定的斷裂閾值變得很低。在本發明的另外一種變化方案中，鈍化處理可通過澱積一層足夠厚的塗層而實現，只要其厚度足以防止液晶分子接觸基板上所形成的吸附位置即可，無需塗層使上述每一個吸附位置都飽和。Ⅱ-本發明的特徵採用具有流體的或非常活動的鏈的聚合物層使表面的方位角錨定「潤滑」本發明還提出了通過在基板上使用各向同性的玻璃質或液體層避免表面滯後發生，這些層的分子不僅可，如上所述，抑止在基板上的吸附位置，而且可以很容易改變取向或變形，結果就可以使經過這種方式處理的限制板失掉所有的先前的取向記憶。這個層的作用是用作取向潤滑劑它使基板表面上的向列相液晶指向矢ns的取向毫無摩擦或滯後地在基板上滑動。在這種條件下應該可以觀察到介晶基元分子是否吸附在潤滑劑層上都毫無關係當有扭矩施加到ns上時，被吸附的分子很容易取得一個新的取向而無須解吸，因為潤滑劑層的「軟」分子會變形並取得新的取向。這種「錨定潤滑劑」可以在常溫下(更準確地說，在所採用的介晶基元相的整個熱穩定區域)是液相的聚合物。在這種條件下，必須將潤滑劑層接合(graft)到基板上以使其分子粘附牢固，以便防止其在液晶中溶解或擴散。採用此種方式製備的層既是微觀極其穩定的又是在分子級(level)上極其活動的。換一種方式，可以採用玻璃態的固態聚合物作為錨定潤滑劑，只要其鏈活動性足夠並且其黏滯性適中。這一條件很容易滿足，只要在常溫下聚合物接近其熔點即可。特別是，本發明者曾經試驗了矽氧烷和玻璃質聚合物族的多種熔點接近室溫的液態聚合物(即聚異戊二烯和聚丁二烯)。這些物質具有高度活動的鏈。在本研究中使用了兩種常溫向列相液晶5CB和向列相液晶混合物MLC6012(Merck)。當澱積在基板上形成薄層時，所有這些物質都對本研究中的兩種向列相液晶產生退化錨定而沒有出現取向記憶現象。下面將描述一個典型結果，這一結果是利用在常溫下是玻璃質的聚異戊二烯得到的。一均勻薄層(＜300埃)利用旋塗器澱積，利用的是環己烷溶液(0.3％-3％)。這個層不經熱處理就使用以避免使此聚合物轉變為其液相，因為這樣會破壞薄膜的均勻性。經過很長的時期(以日計)本發明者觀察到聚異戊二烯從所研究的基板片傳輸到試驗液晶盒中所使用的標準基板片上去的現象。這就是本發明者為何採用具有錨定作用的標準基板片的原因，它們對於聚異戊二烯分子的緩慢遷移不敏感經過摩擦的聚醯亞胺層可產生很強的平面或傾斜的單穩錨定。澱積在各向同性基板(一般的玻璃，浮法玻璃，玻璃上的透明ITO電極)上的聚異戊二烯層產生所研究的向列相液晶的極佳的退化取向。在試驗液晶盒中未發現錨定記憶聚異戊二烯上的優先軸的取向一直在標準基板片上的同一平面上。在外部場的作用下，試驗的基板片上的優先軸一致採取新取向，沒有滯後和任何方位角錨定能。當聚異戊二烯層澱積在正常情況下產生強單穩錨定的各向異性基板(經過摩擦的玻璃或ITO，蒸發SiO)上時，方位角錨定能減小。通過改變澱積層的厚度，本發明者觀察到典型地對於聚異戊二烯層在基板的強單穩錨定和退化錨定之間的越來越強的過渡。這同時還伴隨有取向記憶的徹底消失。最後，聚異戊二烯上的退化錨定天頂角θ0取決於基板的性質和向列相液晶的性質。對向列相液晶混合物LC6012(Merck)而言，錨定永遠是退化和平面型(θ0=90°)。對5CB，錨定對於澱積在蒸發SiO上的聚異戊二烯是退化和平面型，而如果聚異戊二烯薄膜是直接澱積在玻璃上，則錨定是退化和圓錐型(θ0接近55°，即「魔」角)。通過將利用氯矽烷類端接的聚苯乙烯(專門為本研究工作而合成的)接枝(graft)到基板上也可得到很類似的結果。用來改造表面的聚苯乙烯(下面稱之為功能PS)是採用常規方法利用陰離子合成的以得到只一端由SiCl3端接的聚合物鏈。功能PS的分子質量一般是40,000g/mol(克/摩爾)，不過可以在1000g/mol到106g/mol範圍內變化。為了接枝聚合物，開始時先利用無水甲苯製備功能PS溶液，體積份額為5％。待接枝的表面在UV(紫外光)下利用氧氣流被清潔。利用旋塗器將功能PS溶液澱積在上述的清潔的表面上。在甲苯蒸發掉以後，將覆蓋有功能PS的表面在真空中烘乾，一般是溫度160℃下24小時。然後將多餘的功能聚合物在甲苯中冷溶解去掉，可能要藉助超聲波。接枝的PS量用橢圓對稱測量。將聚苯乙烯接枝到各向同性基板(玻璃或ITO)上可得到5CB向列相液晶的無記憶效應的退化圓錐錨定，很均勻並可重複。此外，採用接枝聚合物的處理在時間上是很穩定的接枝的分子不會溶入液晶而是繼續粘附在表面上，即使經過對其進行機械處理，例如在布上單向摩擦。接枝聚苯乙烯到各向異性的基板上(摩擦玻璃或ITO，蒸發SiO)可減小方位角錨定能和消除錨定記憶。通過改變基板的初始各向異性或接枝密度，本發明者觀察到方位角錨定能在通常的未經處理的基板的強值和接枝層的典型退化錨定之間連續變化。這樣，本發明者就可以以高度可重複的方式得到近退化錨定。通過機械摩擦已經接枝過的聚苯乙烯層也可得到類似的結果。在另一有變化的實施方案中，可以應用自潤滑材料，即沒有能夠吸附液晶的位置的材料，而在塗敷限制板或不加任何塗敷直接製作上述限制板時無需包含流體或活動鏈。這種配置特別適合基板之一不具有電極的情況。下面描述這種配置的示例。大多數顯示器件只利用體效應。在這種器件中，織構的改變只作為體積的連續變形發生，而沒有任何表面上的重新取向。按其本性而言，此類器件需要強單穩錨定來進行工作。近來，提出並製成利用斷裂表面錨定的向列相顯示。見文獻[2-5],[8]和[9]。在那些器件中，在顯示工作中表面上的液晶取向突然改變，從而使其可以變換其體積織構並在兩個雙穩織構(即在沒有外加場的情況下長時間保持穩定的織構)之間切換。這種器件的主要優點在於雙穩性質及其切換速度。但是，具有雙穩表面的向列相液晶顯示器也有一些缺點其中的錨定難以取得和控制。在文獻[2-5]中建議的顯示器要求相等複雜的錨定所採用的兩個狀態方位角和天頂角(預傾角)都不同。現在仍很難做到這種錨定。在文獻[8]和[9]中所建議的器件採用較簡單的錨定(單穩)。但是，為縮短控制脈衝持續時間和減小控制脈衝電壓，它要求天頂角錨定能水平中等或小，而用於此目的的製造技術尚未完全掌握。本發明者現在建議的新方法可以實現退化錨定(即無需任何方位角錨定能和無任何表面記憶)或近退化錨定(即小方位角錨定能和無任何表面記憶)。這種錨定易於利用外電場產生和控制。天頂角錨定力中等或者很小，並且這也正是其適於應用在顯示器件中的原因。退化錨定顯示可以通過斷裂退化錨定和在其後控制斷裂的錨定來切換。另一解決方案是施加方位角扭矩，它使退化錨定轉換。Ⅰ-採用通過斷裂退化錨定或近退化錨定進行切換的器件Ⅰ-1)退化錨定的斷裂為理解退化錨定場合的表面斷裂，我們從回憶斷裂單穩錨定的最簡單的情況開始。圖4示出與單穩平面排列對應的天頂角錨定能。在不存在外場時，表面上的指向矢ns取向為沿w(θ)的極小值，對應於θ=±90°，(這兩個指向矢物理上相等，這也是為何認為這種錨定是單穩的原因)。在電場E的作用下，體積中的分子沿電場取向(假設液晶的介電各向異性Δε為正)。在ns上施加一扭矩作用向列相液晶在電場的作用下在表面上重新取向。一般講，扭矩越強，新的取向ns越接近電場的方向，但永遠不會到達該方向(因為由於表面錨定產生的反扭矩對抗之故)。這一點的一個重要例外是當電場E的方向是與表面能最大值相應的方向的場合(圖4中方向θ=0)。在此方向，由於錨定產生的反扭矩變為零而不再對抗電場E於是在電場足夠強並大於閾值Ec時ns變成與E平行。如果現在將電場關掉，表面將處於θ=0的不穩定平衡狀態並且可以返回或此或彼的穩定平衡位置之一(θ=±90°)。具體是哪一個位置是隨機的，是由起伏現象決定的，或者可以對液晶盒施加一個小的控制效應來誘導。實際中，易於施加強電場E的唯一方向是基板片的法線方向。這樣，由於對稱，上述的錨定斷裂就可以做到，但是只是對於平面錨定，或其他相對θ=0對稱的錨定的情況。這種錨定，對稱雙穩錨定，的天頂角能示於圖5。這種錨定可以利用一個在兩個不同方向上垂直液晶盒的電場斷裂θ=0，如Δε＞0；θ=±90°，如Δε＜0。圖5還可以解釋為退化錨定的天頂角部分，根據定義其方位角能量為零(於是兩分支θ＞0和θ＜0相應於同一天頂角θ，並且相應於相差是180°的兩個方位角)。對雙穩圓錐錨定得到的同樣結論對這種退化圓錐錨定也仍然有效它在θ=0或θ=90°時斷裂(φ任意)。在本發明的情況下，雙穩對稱錨定可認為是一種非常接近退化錨定的錨定退化錨定能w(θ)為圓柱對稱並且僅為θ的函數；如果一個關於φ=0對稱的小的方位角能量Wφ(φ)疊加到上述能量上，則可以得到雙穩對稱錨定。採用這種疊加方式獲得的錨定在本發明的申請書內容中稱為「近退化錨定」。近退化錨定的一個特例是從退化平面錨定(θ0=90°)出發得到的這是方位角能量很小的平面錨定。在退化錨定(或近退化錨定)時方位角錨定能為零(或很小)，但天頂角能任意並且可以很大。實際上，這種錨定與單穩錨定比較各向異性較小，並且一般天頂角錨定中等或很弱。Ⅰ-2)斷裂錨定的控制可採用各種辦法控制斷裂錨定。在本發明的一個優選實施例中，這種控制是利用流體表面流提供的。這種採用流體動力表面效應的控制可與在文獻[8]和[9]中所描述的配置一致，一般為了更好的理解本發明可參考上述文獻。我們從考慮圖6a中示出的液晶盒開始。基板片1具有通常類型的強單穩錨定，最好是具有預傾角(θ01＜90°)。基板片2具有根據本發明的退化平面或圓錐型錨定(θ02≠0,φ02任意)。如圖6所示，體積的彈性能對具有φ2=180°的平面織構為最小。如果將電場Ec1＞E＞Ec2垂直施加到基板片1和2上，則在退化錨定基板片2上的錨定斷裂，並且可得到如圖6b所示的一個實際上是垂面排列的織構。Ec1和Ec2分別對應於兩基板片上的斷裂閾值。如果電場E突然關掉，則基板片2將處於不穩定平衡狀態，但無扭矩作用於其上。與此相反，基板片1處於失衡並由於錨定具有很強的作用在靠近的分子上的反扭矩，從而強制它們返回其初始取向。這種返回產生一個迅速通過液晶盒擴散到基板片2的質量流(圖6c)。通過與此質量流的相互作用，基板片2上的分子轉向與其初始取向相反的方向(φ2=0，圖6c)。一旦θ≠0，由於基板片2的天頂角錨定所產生的扭矩再出現並且加速基板片2向狀態θ2=θ20,φ2=0弛豫(relaxation)(圖6d)。在控制脈衝結束之後迅速(十分之幾微秒)形成的這一織構(圖6d)與初始織構不同-顯示已經寫入。當θ1和θ2足夠大時，示於圖6d的寫入織構仍然是不穩定的，因為它呈現彎曲中的高彈性能級。經過幾毫秒之後，它自發地弛豫進入體圓錐螺旋(bulkconicalhelical)織構而不改變其表面錨定(圖6e)。這一體扭曲施加一個方位扭矩到基板片2的退化錨定上，從而使指向矢繞錨定圓錐轉動(圖6f)，最後，通過解退圓錐螺旋使其返回平衡位置φ(=180°(圖6a)。通過圓錐的運動由於表面黏滯性而減速並持續十分之幾毫秒。與此相反，如果θ1和θ2很小，圖6d的織構可以穩定。於是所得到的器件表現出雙穩特性。如此就可以得到可利用很短促(τ1≤10μs)的脈衝寫入的單穩顯示，經過一長得多的時間(τe≥10ms)它自發地擦除。此外，依使用情況而定，τe可以通過改變錨定和液晶盒的厚度在很寬的範圍內調節。自然，可以利用其他的過程來控制錨定的斷裂。在需要時，圖6的顯示可以轉換為雙穩顯示。首先，如果分子平均傾斜角(θ1+θ2)/2小於臨界值θc，則彎曲狀態(圖6d)穩定。為了從這一彎曲狀態轉到最小能量傾斜均勻狀態(圖6a)，織構必須通過180°扭曲狀態(圖6e)。這一中間狀態形成一個壁壘，該壁壘可穩定彎曲狀態達(θ1+θ2)/2＜θc長的時間。這一臨界值θc從對於具有很低扭曲能的化合物的大約45°變化到對於彎曲和扭曲中的彈性能相等的化合物的90°(一直穩定的彎曲狀態)。此外，由近乎退化錨定代替基板片2上的錨定就足夠了。在這種情況下，只有圓錐θ2=θ20上的位置φ2=0和φ2=180°是穩定的，並且由方位角錨定所產生的一個小壁壘Wφ將其分開。然後織構6d轉變為扭曲圓錐織構，該織構在錨定壁壘Wφ大於扭曲體能(twistingbulkenergy)時保持穩定。這樣就可得到雙穩顯示。為了擦除這一扭曲織構，使用一個新脈衝就足夠了，並且這一次是逐漸斷裂電場。此時流體動力相互作用不存在了，而一個小的體彈性相互作用有利於返回圖6a的「均勻」狀態顯示被擦除。自然，本發明並不限於上述的具體實施例，而是擴展到本發明精神範圍內的任何變形。特別是，在本發明的範圍中，可以設想·利用體流體動力效應控制錨定的斷裂；·利用將兩個流體動力效應，體效應和表面效應，疊加來控制錨定的斷裂；·通過使指向矢在退化錨定圓錐上轉動進行切換而無需徹底斷裂表面。在又一個方案中，可以設想將兩個基板片上的錨定都斷裂(對具有正介電各向異性的液晶，在場的作用下可以得到均勻的垂面排列狀態，而在負的各向異性時可得到平面狀態)。在場去掉後，採用任何附加的控制最後的狀態都可能是隨機的。但是，如果願意，結構的最後狀態可以利用一個附加的命令，比如電場或適當取向(如水平方向)的流動被控制。Ⅰ-2a)利用體流體動力效應控制錨定的斷裂上述的流體動力效應(圖6c)是由基板片1上的分子在作用在上述表面的扭矩的作用下迅速返回其初始取向而生成的。如果基板片1上的錨定很強，則在控制脈衝期間靠近表面的分子不改變其取向，結果就可以得到圖7b上所示的織構整個是垂面織構，除了在基板片1附近的薄體積層以外。在電場去掉後，表面1上的分子不採取新的取向，結果不出現表面流體動力效應。然而，使高度變形的體積層弛豫成為更均質的織構會生成一個被稱為「回流」效應的體流體動力流(圖7c)(見文獻[10])。該流動向基板片2擴散並控制上述基板片上的錨定斷裂，其方式與在表面流體動力效應的情況下完全一樣。這樣就可得到與圖6d和7d所示等同的狀態，即如果θ1和θ2很小時可得到兩個穩定狀態中的任何一個，或得到一種轉變成圖6e和6f中所示的狀態的狀態。在圖7中示出基板片1上的平面錨定。但是，在本實施方案中上述基板片1上的錨定可以是傾斜的。Ⅰ-2b)通過疊加兩種流體動力效應控制錨定的斷裂一種體效應和一種表面效應最後，由兩種流體動力效應，體效應和表面效應，生成的流動發生在同一方向上，並且因此是累積的實際上，表面斷裂由疊加兩種效應控制。Ⅰ-2c)通過使指向矢在退化錨定圓錐上轉動進行切換而無需徹底斷裂表面圖6中所描述的切換要求天頂角錨定徹底斷裂在電場E＞Ec2的作用下，在基板片2附近的分子與其處的法線完全平行。然而，退化錨定是高度各向異性的天頂角錨定的斷裂閾值Ec2是有限的，但是方位角錨定是無限軟的並且其對應的斷裂閾值嚴格為零(或對於近退化錨定為很低)。此種各向異性使圖6a所示的織構易於切換為圖6d所示的織構，不通過基板片的法線，但要通過使退化錨定圓錐繞其自身的軸線轉動或通過在一個靠近法線的圓錐上轉動(圖8)。利用一個低於斷裂閾值的電場(E＜Ec2)，基板片2上的分子保持在相對法線的一個有限的角度內(圖8b)。當電場去掉時，由另一基板片和變形的體積層生成的流體動力流將使指向矢指向φ=0。此時分子將繞法線轉動(圖8c)(左向還是右向是隨機的)，但基本上保持同一天頂角θ2。在流動和天頂角錨定的疊加作用下(趨向θ2=θ20)，此系統弛豫成為與圖6d和7d等同的織構(8d)。在退化錨定時，只有很小的彈性扭曲扭矩對抗切換。在近退化錨定時，其上附加一個小方位角錨定扭矩。然而，在兩種場合，切換都比天頂角錨定完全斷裂時有效得多。Ⅰ-3)實驗結果為研究提出的器件的工作情況，本發明者製作了數個採用退化或近退化錨定的液晶盒。第一類液晶盒所用的基板片是在透明的ITO電極上覆蓋一個GLYMO薄層(厚度大約為100埃)，提供5CB向列相液晶的退化平面錨定。GLYMO用化學方法接枝到表面交聯形成一個在液晶中穩定和不溶解的層。液晶盒的另外一個基板片總是採用SiO蒸發處理(82°,105nm，強錨定，單穩，θ10傾斜大約55°)。液晶盒的厚度在1μm到4μm範圍內。在填充後，液晶盒總是表現平面織構，無任何扭曲。在施加短促的電脈衝後，本發明者觀察到切換到180°扭曲織構的現象。該織構是過渡性的，並且經過一個擦除時間τe自發地轉變返回初始織構。該時間大約為10ms到100ms級，並且與液晶盒的厚度的平方成正比。這些液晶盒的天頂角錨定能量與採用單穩蒸發SiO所得到的比較相對很強。對於τ=1ms,Ec大約是10V/μm。圖9是在施加控制脈衝30之後在正交偏振片之間的液晶盒的光透射情況的記錄。在圖9中，還畫出了與參考圖6進行解釋的狀態對應的標記點。可以觀察到最大透射是在狀態6e時得到。在其光學響應未經優化的液晶盒上本發明者測得的對比度好於100∶1。另一系列的典型液晶盒所採用的基板片2覆蓋有聚異戊二烯，可對5CB生成圓錐錨定。作為背板1，本發明者使用帶有透明電極的玻璃平板，其上覆蓋或是經過摩擦的聚醯亞胺(平面、單穩、強錨定)，或是蒸發SiO(82°,105nm，單穩、強錨定，傾斜大約55°)。在填充後，所有試樣都顯示平面織構，指向矢位於由背板1上的單穩錨定確定的平面中。對於採用SiO(傾斜錨定)處理過的背板1觀察到了單個傾斜和接近均勻的織構，與圖6a的織構類似。對於平面背板1(摩擦的聚醯亞胺)，有兩個在圖10中示意畫出的平面織構共存，由斷層分隔。通過施加短電脈衝，本發明者觀察到液晶盒轉入「寫入」狀態，扭曲180°。測得的液晶盒的寫入閾值Ec(τ)示於圖11。聚異戊二烯的表面斷裂的靜態閾值很低(Ec約為1.5V/μm，比聚醯亞胺的數量級小)。從實際觀點看，這一性質很重要此器件可以用低電壓控制，即使是採用短脈衝(U=26V,τ大約為10μ，為2μm的液晶盒)。儘管其數值低，但整個液晶盒的表面上的錨定能高度均勻，這實際上就可產生在大面積上的明確而固定的寫入閾值。圖12示出根據在ITO上接枝聚苯乙烯的處理的脈衝持續時間的5CB錨定的斷裂閾值。採用這種塗層時，閾值也相當低(對於τ=1ms,E≈3V/μm)，並且是高度可重複的。同一閾值也可對通過對接枝聚苯乙烯層進行摩擦而獲得的近退化錨定得到。時間τe是單穩顯示器(可自發擦除)的重要特徵，並且必須根據刷新頻率能調整。這一時間取決於幾個參數液晶盒厚度，錨定的幾何條件，以及控制脈衝的持續時間和電壓。在圖13中，τe根據包含5CB向列相液晶的各種試樣的液晶盒厚度「d」的函數。退化錨定基板片2一直是採用聚異戊二烯覆蓋(無記憶退化圓錐錨定)。所採用的背板1有兩類摩擦的聚醯亞胺的單穩平面錨定(曲線a)和蒸發SiO的單穩傾斜錨定(曲線b)。專業人士都十分清楚τe取決於d2這可由迫使指向矢繞錨定圓錐轉動的扭曲體彈性扭矩和對抗的粘性扭矩之間的平衡條件導出。還可以觀察到對於背板上的傾斜錨定，τe較長這樣的液晶盒具有較小的平均角θ，並且因而其彎曲織構(圖6d)及其扭曲織構(圖6e)的能量非常相似。扭曲的彈性扭矩變小，並且弛豫時間τe延長。圖14示出一種液晶盒(5CB，聚異戊二烯基板片2，傾斜SiO背板1，厚度2.3μm)對於固定持續時間(τ=50μs)和不同電壓的控制脈衝的光學響應曲線。更準確地說，圖14示出4條曲線a、b、c和d，分別對應於4種控制電壓13.4V、13.5V、14V和15V。在圖14中可以看到，在十分明顯的大約為13.4V的閾值Uc下沒有觀察到透射。對於U＞Uc，透射隨著在控制脈衝期間施加的電壓而加大。對於大於或等於US=15V的U，透光強度在其最大值處飽和且不再有任何變化。本發明者所發現的這一關係可解釋如下在高電壓(U＞US)下，在聚異戊二烯基板片上的錨定被徹底斷裂，並且在脈衝的結束時，流體動力控制高度有效，使指向矢在天頂角錨定的協助下快速回到位置θ=θ0，φ=0°(圖6d)。如此得到的彎曲織構是平面的，且光學透射率低。此時，無天頂角扭矩施加，且錨定不滑動。正如上文中已經解釋過的，此織構(圖6d)不穩定，並且會轉變為圖6e的扭曲織構，它會牽引表面2並使錨定滑動，結果導致通過圖6f的織構到達最後的圖6a的織構。在圖6d織構之後並通向圖6a的織構的轉換之際，織構被扭曲，並且透光強度大。當控制電壓小(U大約為Uc)時，基板片2的天頂角錨定未徹底斷裂，並且在脈衝的尾部指向矢繞著小孔徑圓錐θ2＜θ20的法線轉動。此時流體動力效應和天頂角錨定在兩個不同方向上牽引分子分別向著半平面φ2=0°和向著錨定圓錐θ2=θ20。在流動的末端，得不到圖6d的平面織構，但可以得到如圖6f所示的扭曲織構。這一織構迅速解扭並產生圖6a的初始織構。此外，所有這些中間織構接近垂面，結果通過正交偏振片的相應透光率很小。這一模型可解釋圖14中的曲線I(t)的變化情況，特別是弛豫時間和最大強度隨著電壓增加的增加。本發明者利用固定控制電壓(U=25V)和可變持續時間τ得到並解釋了類似的曲線對於τ=14μs無光學響應；對於14μs＜τ＜16μs透射強度逐漸增加；並且對於τ大於或等於16μs，光信號飽和並且不再與τ有關。從實際觀點來看，脈衝後的透射強度與τ和U的依從關係很重要這使得採用所提出「灰度級」工作模式的顯示成為可能，而這一點對於彩色顯示非常重要。這是一種通過改變短控制脈衝的電壓或持續時間而改變像素亮度的能力。這樣，為了定義灰度梯級，可以使用接近斷裂閾值的脈衝，比如持續時間固定而幅度在Uc到Uc-20％範圍內的脈衝，或是幅度固定而持續時間在τc到τc-20％的範圍內(τc代表對於給定幅度斷裂錨定所要求的脈衝持續時間，示例見圖11和12)。閾值Uc和τc的高度一致及這些參數(U或τ)的微小改變引起的光度的快速增加使得可以在保持灰度梯級的同時得到高倍增率的顯示。比如，可以在主動(有源)行採用電壓Urow=(Uc-Us)/2及在列上採用電壓(Uc-Us)/2＜Ucol＜(Us-Uc)/2一行一行寫入進行顯示。採用這種方式時主動行像素上產生的電壓在Uc到Us範圍之間變化。從而，透射光的亮度可在零和最大值之間變化。未受到尋址的行上的電壓保持低於弗雷德利克斯(Fredericks)不穩定電壓[10]。為避免圖像閃爍，可以採用比擦除時間τe短的圖像刷新周期。圖15示出根據固定重複頻率和不同脈衝幅度變化的刷新脈衝時間的光學信號。在這種情況下，本發明者指出器件工作在rms(均方根)模式平均光學信號是施加電壓的均方的函數。圖16示出根據rms(均方根=電壓平方的平均值的平方根)電壓的平均光強。可以看到電壓閾值很陡。產生光強90％的電壓與產生光強10％的電壓之間的比率M接近1.025。這使製作行數由Alt和Pieshko公式[11]給出的屏幕成為可能N=[(M2+1)/(M2-1)]2=1600即製作的屏幕具有1600行。最後，本發明者還研究了利用圓錐或平面退化錨定(聚異戊二烯、聚苯乙烯或GLYMO層)與小單穩排列(在澱積退化錨定層、將上述層澱積在蒸發SiO上或澱積在某一等效各向異性表面上之前或之後進行摩擦的基板片)疊加而得到的近退化錨定。正如已經解釋過的，此種錨定構成對稱雙穩且具有很低的方位錨定能的錨定。在又一個方案中，可採用紫外或可見偏振光束處置誘導各向異性。在施加了控制信號之後，近退化錨定斷裂且液晶盒被寫入，產生如圖6e中所示的織構。斷裂閾值與相應的退化錨定的相同。然而，寫入的織構不會由錨定滑動而自發擦除並將在以秒計的時間範圍內保持穩定。在更長的一段時間，此液晶盒將由斷層的運動擦除。在合適處，這種自發擦除可通過在液晶材料中添加手性摻雜劑而消除，如文獻[9]中在對單穩錨定的另一種的情況下所建議的。簡言之，在本發明的情況下所建議的顯示表現出如下的特徵·錨定的實現簡單；·寫入時間很迅速(對於U大約為26V時τ1＜10μs)；·在一個大約為20μs到100μs，即與視頻圖像刷新速率可相比的一個可調時間τe之後自發擦除；·灰度梯級(對非優化液晶盒大約7到8個2進位灰度)；以及·可得到雙穩液晶盒。還可以設想如下情況退化錨定的天頂角斷裂閾值Ec2大於通常的天頂角錨定的天頂角斷裂閾Ec1值。對於Ec2＞E＞Ec1的電場E，退化錨定基板片成為主基板片，即它在寫入之際產生彎曲狀態或在擦除時產生生成圖6a的均勻狀態的彈性相互作用的流體動力體積流和表面流。還可以設想一種可消除兩塊基板片上所有方位角取向記憶的處理。此外，在本發明的情況下，還可以設想利用具有正介電各向異性的液晶或具有負介電各向異性的液晶。Ⅱ-利用方位扭矩轉動退化錨定的器件在上述器件中，外加的場垂直於基板片並且強電場扭矩斷裂退化方位角錨定基板片的天頂角錨定。在控制脈衝之後，得到一個新的體積織構，該織構在單穩狀態下會由於退化錨定基板片上的分子的方位角旋轉作用而回復到初始織構。下面我們描述其它的器件，在這些器件中，在液晶盒中施加的方位角扭矩產生方位角轉動。在這種情況下不出現錨定斷裂退化方位錨定在這樣扭矩作用下可自由重新取向並且液晶盒的織構的改變越來越強和可逆轉，因為根據定義斷裂退化方位角錨定閾值為零。然而，這些新器件與通常的顯示的不同在於在切換時指向矢的取向在退化錨定基板片上轉動它們不利用傳統的強錨定，而是利用「無限軟」的方位角錨定。Ⅱ-1)採用水平場退化錨定的顯示a)器件的幾何尺寸在這種場合，兩個電極都布置在同一基板上，例如圖17中的基板片1上；它們與y軸平行並且其間的間隔為L。電場在液晶盒的平面上且平行x軸。在基板片2上沒有電極，並且其錨定為圓錐或退化平面型，無取向記憶。在基板片1上，錨定為傳統的單穩平面或傾斜的，相對x軸的方位角為θ1(圖17)。基板片間的距離為d。無任何場作用時，可得到圖17a的平面織構整個液晶盒中的分子平行於由φ(z)=φ1定義的一個垂直面。這一織構只由基板片1上的錨定和向列相液晶的變形彈力決定，因為在基板片2上沒有表面方位扭矩。當電壓U作用於兩個電極之間時，電場(E=U/L)使指向矢n(z)平行(若Δθ＞0)或垂直(若Δθ＜0)於x軸。在基板片1上，方位錨定很強，並且指向矢不轉動(φ(0)=φ1)。在基板片2上，方位錨定是自由的，並且邊緣條件由dφ/dz/z=d=0給定。一般講，在場中可得到扭曲織構，如圖17b所示，退化基板片上的分子具有取決於場的取向φ2。帶有電場的基板片2上的向列相液晶的取向中的這一變化將建議的這種器件與已知的其他器件區別開，這些其他器件也是利用水平控制場，但在這些器件中基板片2上的錨定很強並且是單穩型(垂面[文獻12和13]，平面或傾斜型[見文獻中的參考文獻14])。專業人士知道水平場顯示與垂直場(場與基板片垂直)顯示比較，製作難得多，並且因而價格更貴；它們要求的控制電壓大L/d＞＞1倍，在一個像素中電極的布置很複雜，而對於多路復用來講有源矩陣是主要的。但是，水平場顯示也有重大優點它們的視角很寬，因為在所有狀態中指向矢都保持與基板片平行。b)所建議的器件與傳統錨定和水平場顯示之間的比較為了理解所建議的器件的優點，必須比較兩種很類似的顯示中通過液晶盒的角度φ(z)的變化(圖18)圖17a中建議的器件和同樣類型的顯示但其中基板片2上的錨定很強並且是單穩型，從而強迫φ(d)=φ2=φ1。在不存在電場(U=0)時，兩種顯示具有均勻織構，其φ(z)=φ1(圖18，曲線a)。為了簡化起見，此處假設φ1=90°並且Δε＞0，雖然本發明自然不受這一場合的限制。直到電壓Us的某一閾值為止，由於錨定產生的表面扭矩支配體積電扭矩，而此織構保持均勻。對傳統的單穩錨定，這一閾值由U′s=LU2/d決定，其中U2是扭曲幾何形狀中的弗雷德利克斯閾值[文獻10]，對於5CB其值大約為0.5V。在帶有基板片2上的圓錐錨定的器件，由於基板片2上的自由錨定的條件，此閾值是U″s=LU2/2d的一半。高於此閾值時，電扭矩變得足夠強以使織構變形。在兩基板片上的傳統錨定的情況下，φ(z)在體積內變化(圖18，曲線b)，但在兩個表面上保持不變。當採用基板片2上的退化方位錨定時，分子也在此表面上轉動(圖18，曲線c)。在此場合，織構的扭曲更強烈。為了觀察到織構中的轉變，液晶盒置於兩個正交偏振片之間，其中一個偏振片平行基板片1上的指向矢。對於兩種顯示，如果U＜Us，則液晶盒為雙折射片，其慢軸平行入射光的偏振，而穿過顯示的透射光(液晶盒加偏振片)為零顯示處於黑態(blackstate)。採用這種在兩個基板片上具有強錨定的已知顯示，如果U＞Us但接近於Us，則液晶盒中的扭曲對應於圖18，曲線b，可滿足毛勾(Mauguin)條件(dφ/dz＜＜Δn/λ)。在這種條件下，光偏振跟隨分子的方向，高扭曲和低扭曲的效應抵消，並且顯示保持為黑色。在較高電壓下，液晶盒扭曲變得很強，靠近表面處毛勾條件不再滿足，所以液晶盒的光輸出變為強橢圓型。透射光隨電壓迅速增加，不過對不同顏色的光方式不同。在退化錨定時，如果U＞Us但接近Us，則液晶盒保持在波導條件中，並且其作用為一偏振旋轉器在穿過液晶盒之後，光的偏振轉過一個角度φ2-φ1，此角度對所有波長都相同(或近似相同)。於是一旦通過了閾值透射光隨電壓很正常地增加，並且透射光保持為白色。即使在退化錨定的普遍情況φ1＜90°時仍是這樣，不過在這種情況下不存在明顯的閾值Us，並且織構的扭曲隨U的增加越來越快。於是，灰度延伸到更大的電壓範圍，所以更容易控制，不過對比度由於液晶盒的總扭曲φ1-φ2小於90°而稍微有所下降。為避免這一缺點，只要通過將向列相液晶轉變為具有長螺距2μm＜P＜10μm的膽甾相液晶對向列相液晶進行手徵性材料處理即可。在手徵性液晶盒中的扭曲示於圖19，曲線a，無場，和曲線b,c,d,場逐漸增強。c)所建議的顯示的優點從上面的描述可以清楚看到圖17的器件優於其他水平場顯示的某些優點。基板片2上的退化錨定使得可以降低控制電壓達1/2，或採用比固定的U大一倍的比率L/d，從而使像素尺寸加倍。透射的光為白光，無任何顏色散射。自然，視角與其他水平場顯示一樣，很寬。退化錨定還使為優化液晶盒的工作情況而選擇液晶盒的幾何參數的自由度增加。比如，液晶盒的光學可以通過使向列相液晶手性化和獨立地選擇兩個基板片上相對場E的取向φ1和φ2而得到優化。還可以利用場的極性控制器件因為兩個表面不同，可以在液晶盒內生成體積或表面偶極子密度(比如柔電型〔(flexoelectric)[文獻13]或序電型(ordoelectric)[文獻15]〕。這一偏振與場的極性耦合，並且依據其指示的不同織構向左或向右扭曲，由於這一耦合與場E是線性的使能量極小化。當E⊥n或場很弱時這一效應可以很大，因為在兩種場合線性效應比介電效應強得多(E的二次方)。d)實驗結果本發明者製作了數個在具有強平面錨定(傾斜蒸發SiO)的基板片1和具有退化圓錐錨定(接枝的聚苯乙烯)的基板片2之間的水平場液晶盒。將兩個透明ITO電極都澱積在基板片2上，並且其間隔為100μm。控制脈衝的持續時間選擇為40ms，這與一個視頻圖像的持續時間相容。在圖20a中示出這樣一個液晶盒(d=2.0μm,φ1=70°，向列相液晶為純5CB)對可變控制場E=U/L光學響應。作為比較，圖20b中示出利用一個類似的液晶盒所取得的結果，不過在基板片2上採用的是單穩平面錨定。在兩種場合下，對比度都很好(～200)，並且視角很大。對單穩錨定(圖20b)透射光帶有更多的彩色，並且與預期一樣，控制場大約大一倍。Ⅱ-2)採用「垂直」場中的退化方位角錨定顯示如已經解釋過的，採用水平場的器件的優點是其視角寬。與此相反，具有「垂直」場(與基板片垂直，是在兩個基板片上澱積的兩個透明電極之間得到的)的顯示的優點是簡單和其控制電壓低。下面示出了，通過採用圓錐錨定可以將兩種類型的顯示的優點結合起來。a)器件的幾何尺寸在此場合(圖21)兩個電極是分別澱積在兩個基板片1和2上。電場E=U/d平行基板片的法線。基板片1上的錨定是單穩型(平面型或傾斜型)。在基板片2上，錨定是退化型，為平面型或圓錐型，並且無記憶。基板片之間的液晶為手性的向列相或膽甾相，與可見光的波長相比其螺距相對大。基板片2上的圓錐或平面退化錨定將建議的器件與在文獻[16]和[17]中已經建議的垂面排列單穩錨定器件區別開來。專業人士已知，不加外部約束，受到場或邊緣的作用，膽甾相會捲成螺旋。如果螺旋的軸線平行於z，則分子垂直上述軸線(θ=90°)，且φ=φ(z)=q0z，其中q0z=2π/P為自發膽甾相扭曲的波矢量。圖21的液晶盒中的錨定條件要求螺旋的軸線垂直基板片的螺旋織構。然而，基板片上的排列及施加的電場產生的天頂角θ=θ(z)一般不等於90°。之後在θ(z)和dφ(z)/dz之間由於向列相液晶的彈性常數(K1≈K3＞K2)的各向異性而出現耦合。假設K1=K3=K＞K2，並且當方位角錨定在基板片之一上是自由的時，下面的關係式成立ddz=q01+(KK2-1)cos2]]>式中K1=液晶的扇狀變形的彈性常數；K2=扭曲的彈性常數；K3=彎曲的彈性常數。於是在天頂角變形和方位角變形之間存在耦合。如果結構接近平面型(θ≈90°，圖21a)，則系統返回dφ/dz=q0。如果織構接近垂面排列，(θ＜＜90°)，則可以得到扭曲減小dφ/dz=q0K2/K。在本發明者建議的器件中，φ與θ之間的耦合充當一個扭矩「轉換器」。它可以將垂直場直接生成的天頂角扭矩轉換為方位角扭矩。這樣，因為基板片2上的自由方位錨定，角度φ2在場的作用下(圖21b，假設在此圖中Δε＞0)發生改變。在正交偏振片之間，可得到透射光的強度的改變。如果P和Δn大，則織構接近平面型，並且系統工作在波導條件下，於是在液晶盒的出口，偏振根據外加的電場的大小或大或小的程度旋轉。利用在兩個基板片上的傾斜錨定和Δε＜0(無電場，θ＜0；有電場，θ≈90°)這些條件很容易做到。如果P很小並且/或者織構接近垂面排列(θ＜＜90°)，波導條件被幹擾，則在液晶盒出口的光根據電場的作用而或多或少程度地為橢性的。這些條件採用在兩個基板片上的平面錨定(或接近平面錨定)和Δε＞0(在電場下織構近乎垂面排列)很容易做到。b)所建議的器件的優點與基於傳統的錨定的器件相比所建議的器件具有大量的優最。與水平場顯示比較，這些優點如下·實現簡單；·可製作任意大小和形狀的像素；·控制電壓小，可任選在無源條件下工作(無有源矩陣)；以及·工作在波導模式時具有良好的色度特性(colometry)。與採用傳統的錨定的垂直場顯示相比，這些優點如下·視角寬；·工作在波導模式時具有良好的色度特性；以及·可大大改變織構並從而改變φ而不會出現斷層(因此這些變化可非常迅速和可逆)。c)實驗結果為顯示建議用於垂直場的器件的性能，本發明者製作了各種兩片玻璃平片之間的液晶盒，在基板片的內表面上採用了ITO透明電極。在所有場合基板片1上的錨定為傳統的和單穩型，而在基板片2上為退化平面或圓錐型。向列相液晶為5CB並且經過手性材料處理以取得在螺距P遠大于波長時可得到自發扭曲。圖22示出這種液晶盒對電脈衝持續時間τ=40ms(與視頻兼容)和在1.0V到3.0V範圍內的電壓U的光學響應。基板片1上錨定是單穩和傾斜(SiO)型，而在基板片2上為退化和圓錐(接枝聚苯乙烯)型。液晶盒的厚度為d=4.0μm，膽甾相螺距為P≈5.0μm。液晶盒中的扭曲在範圍～270°(無電場)和～160°(強電場)內變化。這種強扭曲保證了寬視角，與超扭曲顯示的視角相似。響應時間可與視頻兼容，並且對比度(未經優化)為大約20。圖23示出具有同樣錨定但d=2.9μm和P≌2.6μm的另一液晶盒的光學響應。由於厚度薄，在該液晶盒中的弛豫時間更快，使圖像的刷新頻率更高(例如16.6ms,NTSC標準)。液晶盒的對比度很好，大約為140。在兩個液晶盒中，螺旋的螺距都未大到可以滿足毛勾條件ΔnP＞＞λ。因此破壞了波導條件而未能徹底避免色散。另外，發明人在織構調製的液晶盒中觀察到的強烈的總扭曲，正如在混合液晶盒中已經觀察到的[文獻17]一樣。這種連續調製，無斷層線，是由於在基板片2上的圓錐錨定造成的，並且，對於小厚度(d≈P)，它可代替在帶有單穩錨定的膽甾相液晶中所觀察到的真性斷層(「指紋」)。在現在的場合的響應時間不受織構調製的影響因為斷層既不生成也不傳送所以無滯後。在無電場的狀態下觀察到調製，對所建議的顯示這是明亮(clear)狀態，並沒有降低對比度。圖24示出工作在波導狀態下並且提供更好的色度的長螺距(P≈13μm)液晶盒的光學響應。該液晶盒的厚度為d≈3.7μm，基板片1上為單穩平面錨定(SiO)，基板片2上為退化平面錨定(通常採用GLYMO)。液晶盒的總變形很小，並且沒有織構調製。參考文獻1．J.Cognard,″Alignmentofnematicliquidcrystalsandtheirmixtures″,Mol.Cryst.Liq.Cryst.Suppl.1,pp.1-77(1982).2．Durandetal.,USpatent5357358.3．R.Barberi,G.Durand,Appl.Phys.Lett.58,2907(1991).4．R.Barberi,M.Giocondo,Ph.Martinot-Lagarde,G.Durand,J.Appl.Phys.62,3270(1993).5．R.Barberi,M.Giocondo,G.Durand,Appl.Phys.Lett.60,1085(1992).6．B.Jerome,″Surfaceeffectsandanchoringinliquidcrystals″,Rep.Prog.Phys.54,391(1991).7．S.Matsumoto,M.Kawamoto,N.Kaneko,″Surface-inducedmolecularorientationofliquidcrystalsbycarboxylato-chromiumcomplexes″,Appl.Phys.Lett.27,268(1975).8．PatentapplicationPCT/FR96/01771datedNovember8,1996.9．I.Dozov,M.Nobili,G.Durand,″Fastbistablenematicdisplayusingmonostablesurfaceswitching″,AppliedPhysicsLetters70,p.1179(1997).10．P.G.deGennes,J.Prost,″Thephysicsofliquidcrystals″,ClarendonPress,Oxford,1993.11．Alt.P.M.andPleshkoP.；1974IEEETrans.Elec.Dev.ED-21:146.12．FrenchpatentFR82/07309toG.Durand,Ph.Martinot-Lagarde,I.Dozov,entitled″Perfectionnementauxcellulesoptiquesutilisantlescristauxliquides″[Improvedopticalcellsusingliquidcrystals].13．I.Dozov,Ph.Martinot-Lagarde,G.Durand,″Flexo-electricallycontrolledtwistoftextureinanematicliquidcrystal″,J.Phys.Lett.43,366-369(1982).14．MASAHITOOH-Eetal.″Dependenceofviewinganglecharacteristicsonpretiltangleinthein-planeswitchingmodeliquidcrystals″,1997,Vol.22,No.4.15．G.Durand,″Orderelectricityinliquidcrystals″,PhysicaA.,163,94-100(1990).16．US-A-4114990.17．I.Dozov,I.Penchev,″Structureofahybridalignedcholestericliquidcrystalcell″,J.Physique47(1986).權利要求1．一種液晶顯示器件，它包括一種夾在兩塊限制板(1,2)之間的液晶材料，該器件特徵在於其中至少一塊限制板(2)經過處理，得以確定退化方位角錨定而不會出現方位角取向記憶。2．根據權利要求1所述的器件，其特徵在於這種處理是一種通過禁止在上述表面上出現吸附位置的至少基板(1,2)中的一塊的表面鈍化處理。3．根據權利要求1或2所述的器件，其特徵在於這種處理是通過選擇組成基板的一種材料或選擇它的一種覆蓋物而得到。4．根據權利要求3所述的器件，其特徵在於該材料包括具有流體的或高度活動的鏈或不包含任何液晶吸附位置的聚合物。5．根據權利要求1至4中任何一項所述的器件，其特徵在於處理包含接枝一塗層。6．根據權利要求1至5中任何一項所述的器件，其特徵在於處理通過使吸附位置飽和而作用。7．根據權利要求1至6中任何一項所述的器件，其特徵在於採用處理是為了避免與液晶的強相互作用，特別是為避免由於與液晶的介晶基元分子的各向異性相互作用產生優先取向。8．根據權利要求1至7中任何一項所述的器件，其特徵在於處理包括一種從有機功能矽烷族中選擇的化合物。9．根據權利要求1至8中任何一項所述的器件，其特徵在於處理包括從包含氯矽烷類(Si-Cl)、矽烷醇(Si-OH)或烷氧基矽烷(Si-CnH2nOH)的有機功能矽烷族中選擇的化合物。10．根據權利要求1至9中任何一項所述的器件，其特徵在於處理包括鉻基絡合物。11．根據權利要求1至9中任何一項所述的器件，其特徵在於處理的構成包括3-甘油氧基丙基三甲氧基矽烷(3-glyceryloxypropyltrimethoxysilane)(GLYMO)。12．根據權利要求4所述的器件，其特徵在於材料包括在所利用的介晶基元相整個熱穩定範圍內液相的聚合物，上述聚合物接枝到表面上。13．根據權利要求4所述的器件，其特徵在於材料包括在其玻璃態中不溶於液晶的聚合物。14．根據權利要求4或12及13中任何一項所述的器件，其特徵在於材料包括液態的矽氧烷族聚合物或在常溫下為玻璃質的聚合物。15．根據權利要求14所述的器件，其特徵在於材料包括聚異戊二烯、聚丁二烯或聚苯乙烯。16．根據權利要求1至15中任何一項所述的器件，其特徵在於採用處理確定退化平面錨定。17．根據權利要求1至15中任何一項所述的器件，其特徵在於處理是為了確定退化圓錐錨定而採取。18．根據權利要求1至17中任何一項所述的器件，其特徵在於它包括適於根據表面流體動力效應控制狀態的變化的方法(means)。19．根據權利要求1至18中任何一項所述的器件，其特徵在於它包括適於根據體積流體動力效應控制狀態的變化的方法。20．根據權利要求1至19中任何一項所述的器件，其特徵在於它包括對液晶施加低於經過處理的基板片上的斷裂閾值的脈衝的控制方法。21．根據權利要求20的器件，其特徵在於它包括產生引起沒有斷裂天頂角錨定的退化或近退化錨定方位旋轉的體積或表面流體動力效應的控制方法。22．根據權利要求1至19中任何一項所述的器件，其特徵在於它包括對液晶施加大於經過處理的基板片上的斷裂閾值的脈衝的控制方法。23．根據權利要求1至22中任何一項所述的器件，其特徵在於處理是澱積在各向同性的基板上用於確定無取向滯後的退化、圓錐或平面錨定。24．根據權利要求1至22中任何一項所述的器件，其特徵在於處理是澱積在各向異性的基板上。25．根據權利要求24所述的器件，其特徵在於處理是澱積在置於一個限制板上的SiO層上。26．根據權利要求1至25中任何一項所述的器件，其特徵在於它包括為產生具有非零方位角能但無記憶或滯後而疊加各向異性於圓錐或平面退化錨定的方法。27．根據權利要求26所述的器件，其特徵在於用於疊加各向異性於圓錐或平面退化錨定的方法是從包括下面內容的一組中選擇的在澱積塗層前或後摩擦限制板(2)；在各向異性表面上澱積塗層；或通過採用紫外或可見光的偏振光束輻照鈍化塗層引起各向異性。28．根據權利要求1至27中任何一項所述的器件，其特徵在於顯示器件是雙穩型並且在無場的作用下三種可能的穩定織構中的至少兩種織構是穩定的平面/傾斜(圖6a，7a)、平面/彎曲(圖6d,7d)和扭曲織構(圖6f)。29．根據權利要求28所述的器件，其特徵在於靜止分子相對於限制板的法線的傾斜角(θ)足夠小，以使得平面/彎曲織構穩定。30．根據權利要求28或29中任何一項所述的器件，其特徵在於它包含一種手性摻雜劑以穩定扭曲織構。31．根據權利要求1至23中任何一項所述的器件，其特徵在於顯示器件是單穩型，由控制方法引起的狀態是不穩定的，並且器件會通過連續路逕自發返回其初始穩定狀態。32．根據權利要求31所述的器件，其特徵在於靜止分子相對於限制板的法線的天頂角(θ)大。33．根據權利要求20所述的器件，其特徵在於控制方法是為了將從多種控制脈衝中選擇的一種接近斷裂閾值的脈衝有選擇地施加到液晶上以確定選擇的灰度等級而採用的。34．根據權利要求33所述的器件，其特徵在於控制脈衝具有固定持續時間並且其幅度是接近斷裂閾值而變化的。35．根據權利要求33所述的器件，其特徵在於控制脈衝具有固定幅度並且其持續時間是接近斷裂閾值而變化的。36．根據權利要求33和34中任何一項所述的器件，其特徵在於它是組織為一個陣列並且採用控制方法是將一個電壓Urow=(Uc+Us)/S應用於有源(active)行並且將(Uc-Us)/2＜Ucol＜(Us-Uc)/S應用於列，Uc與Us分別表示器件出現狀態改變和飽和的閾值。37．根據權利要求28所述的器件，其特徵在於為了擦除一個寫入織構，控制方法應用一種相對於兩個表面流體動力相互作用更有利於它們之間的彈性相互作用的脈衝。38．根據權利要求33至35中任何一項所述的器件，其特徵在於刷新圖像的控制脈衝的重複周期小於器件的擦除時間，並且灰度等級選擇由施加到像素上的電壓的均方根值給出。39．根據權利要求1至32,37和38中任何一項所述的器件，其特徵在於提供的控制方法適於斷裂兩個基板片上的錨定。40．根據權利要求39所述的器件，其特徵在於提供適於生成一個取向水平流或場的輔助控制方法。41．根據權利要求1至21，和23至40中任何一項所述的器件，其特徵在於在一個基板片上提供的退化錨定的天頂角斷裂閾值高於在另一個基板片上提供的通常的錨定的天頂角斷裂閾值，並且提供適於應用這樣確定的處於兩個錨定閾值之間的場的方法。42．根據權利要求1至41中任何一項所述的器件，其特徵在於兩個基板片(1,2)都經過處理以確定無方位角取向記憶的退化方位角錨定。43．根據權利要求1至17所述的器件，其特徵在於基板片之一引起強烈的方位角錨定和另一基板片引起平面或圓錐退化方位角錨定。44．根據權利要求43所述的器件，其特徵在於它包括適於應用垂直於基板片的電場的方法，並且液晶是經過手性處理的以便在液晶盒中形成正螺旋織構，其螺距由於基板片之一的退化曲角錨定可在場的作用下改變。45．根據權利要求44所述的器件，其特徵在於液晶是正各向異性的，並且在場的作用下正螺旋織構是保持的，但其螺距是變化的。46．根據權利要求44所述的器件，其特徵在於液晶是負各向異性性，並且至少一個基板片上的錨定是傾斜的；這樣外加場可加大天頂角並改變螺旋螺距。47．根據權利要求43所述的器件，其特徵在於它包括適於應用平行於基板片的電場的方法以便控制在具有退化方位角錨定的基板片附近的分子的扭曲。48．根據權利要求47所述的器件，其特徵在於液晶是帶有正介電各向異性的向列相液晶，並且場E是垂直作用於在無場時是向列相的均勻織構上。49．根據權利要求47所述的器件，其特徵在於液晶是帶有負介電各向異性的向列相液晶，並且場E是平行作用於在無場時是向列相的均勻織構上。50．根據權利要求47所述的器件，其特徵在於液晶是向列相的，並且場是在相對均勻織構為0和90°方向之外的方向作用在均勻織構上。51．根據權利要求47所述的器件，其特徵在於液晶是為了取得在無場情況下為螺旋織構而手性化的。全文摘要本發明涉及一種液晶顯示器件，它包括一種夾在兩塊限制板(1，2)之間的液晶材料，並且該器件特徵在於其中至少一塊限制板(2)經過處理，得以確定退化或近退化方位角錨定，而不會出現方位角取向記憶。文檔編號G02F1/139GK1228168SQ98800770公開日1999年9月8日申請日期1998年5月6日優先權日1997年5月7日發明者菲裡浦·瑪蒂諾－拉噶德,伊萬·多佐,厄裡克·泊羅塞特,厄裡克·拉斯泊德,菲裡浦·奧羅,奧利弗·歐·拉達尼,喬治·杜蘭德,桑吉那·弗蓋特申請人:國家科研中心