Пассивно-матричный жидкокристаллический экран и способ управления данным экраном

Пассивно-матричный жидкокристаллический экран и способ управления данным экраном

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам воспроизведения изображений и способам управления этими устройствами. Его применение в указанных устройствах позволяет получить технический результат в виде улучшения контрастных и временных характеристик экрана при одновременном увеличении угла обзора. Этот результат достигается благодаря тому, что в заявленном экране жидкокристаллический слой выполнен с возможностью существования динамической самокомпенсирующейся конфигурации, а оптические оси поляроидных пленок расположены по биссектрисам углов между векторами ориентации приповерхностных молекул. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к индикаторной технике и может быть использовано в плоских экранах телевизоров, компьютеров, игровых приставок, факсимильных аппаратов, мобильных телефонов и т.д.

Известен активно-матричный экран [1], содержащий жидкокристаллический (ЖК) слой, расположенный между двумя прозрачными диэлектрическими пластинами, на внешних поверхностях которых находятся поляроидные пленки, на внутренней поверхности одной из диэлектрических пластин выполнена тонкопленочная интегральная схема (включающая в себя MхN тонкопленочных полевых транзисторов) и две группы входных прозрачных электродов, первая из которых образует N строк, а вторая группа - М столбцов матрицы, при этом вход каждого тонкопленочного полевого транзистора подключен к электродам соответствующей строки и столбца, а его выход - к соответствующему элементу выходного прозрачного электрода, состоящего из MхN элементов и контактирующего через полимерный слой с ЖК слоем, при этом полимерные слои обеспечивают исходную ориентацию прилегающих к ним ЖК молекул и их спиралевидную закрученность в объеме ЖК слоя.

Цветной вариант такого экрана содержит утроенное число столбцов, под электродами которых расположены светофильтры трех основных цветов.

Управление активно-матричным экраном осуществляется путем матричной адресации входов (затворов) тонкопленочных транзисторов, поэтому пороговая характеристика активно-матричного экрана определяется порогом включения тонкопленочного транзистора. При превышении (на входе выбранного тонкопленочного транзистора) порогового уровня напряжения происходит быстрый заряд конденсатора (являющегося составной частью тонкопленочной интегральной схемы), подсоединенного на выходе рассматриваемого тонкопленочного транзистора параллельно электродам той области ЖК слоя, которая соответствует включаемому элементу экрана. Заряд на конденсаторе обеспечивает эффект памяти для данного элемента экрана, обеспечивая поддерживающее напряжение на соответствующей области ЖК слоя в течение времени Т_F развертки кадра. Напротив, при напряжении на входе выбранного тонкопленочного транзистора ниже порогового уровня цепь заряда конденсатора будет оставаться разомкнутой, и соответствующая область ЖК слоя в течение всего времени Т_F развертки кадра будет находиться под нулевым напряжением, т.е. рассматриваемый элемент экрана в этом случае будет выключен.

Высокие пороговые характеристики активно-матричного экрана в сочетании с наличием в нем электронной памяти обеспечивают реализацию больших перепадов управляющего напряжения на коммутируемых областях ЖК слоя, и, как следствие, в таких экранах реализуется высокий (до 500:1) контраст и хорошее быстродействие (суммарное время реакции и релаксации элемента экрана до 25 мс).

Основным недостатком активно-матричного экрана является его сложность (высокая стоимость), обусловленная технологической сложностью изготовления бездефектной тонкопленочной электронной схемы, особенно в случае большой апертуры экрана. По этой причине в основном выпускаются активно-матричные экраны с диагональю не более 15 дюймов и разрешением не более 1024х768 цветных триад (не превосходящим XGA формат).

Известен пассивно-матричный ЖК экран на сверхзакрученных нематиках (super twist nematics) или кратко - STN экран [2], содержащий ЖК слой, состоящий из нематических ЖК молекул с положительной диэлектрической анизотропией и расположенный между двумя прозрачными диэлектрическими пластинами, на внешних поверхностях которых находятся соответственно первая и вторая поляроидные пленки, а на внутренних поверхностях - соответственно первая и вторая группы прозрачных электродов с нанесенными на них первым и вторым полимерными слоями, причем первая группа прозрачных электродов образует N строк матрицы, а вторая группа - М столбцов, при этом первый и второй полимерные слои обеспечивают исходную ориентацию прилегающих к ним ЖК молекул соответственно под углами ₁ и ₂ к поверхностям соответствующих пластин, и в ЖК слое присутствует вращательная добавка, задающая исходную спиральную закрутку молекул в объеме слоя на угол ₀ пределах 180-270^o. Под ориентацией нематических ЖК молекул понимается ориентация их длинных осей.

Технологически такой экран значительно проще активно-матричного из-за отсутствия сложной тонкопленочной электронной схемы.

Управление данным экраном осуществляют в соответствии с известным способом [2], заключающимся в том, что развертку кадра осуществляют в N последовательных тактов, подавая в каждом такте на электроды М столбцов и N строк экрана управляющие сигналы и действуя их результирующим электромагнитным полем на те области ЖК слоя, состоящего из нематических жидкокристаллических молекул с положительной диэлектрической анизотропией, которые соответствуют MхN элементам экрана, при этом в i-ом такте, где i=1, 2, ... N, выбирают заданные элементы только i-ой строки, изменяя физические свойства соответствующих областей ЖК слоя путем превышения на этих областях определенного значения амплитуды результирующего электромагнитного поля, при этом в течение всего времени Т_F развертки кадра создается поддерживающее напряжение на каждом элементе i-ой строки.

Прямая матричная адресация ЖК слоя в пассивно-матричном (STN) экране ведет к проблемам с реализацией высоких контрастных и временных характеристик. Для получения высокого контраста необходимо создать большой перепад напряжения между включенным и невключенным состояниями каждого элемента экрана, причем при характерном для данного экрана отсутствии памяти в адресуемых элементах указанный перепад напряжения должен поддерживаться в течение всего времени Т_F развертки кадра, что при прямой матричной адресации областей ЖК слоя приводит к невозможности использовать весь динамический диапазон его вольт-контрастной характеристики (ВКХ) для информационной модуляции (в отличие от активно-матричного экрана), поскольку в пассивно-матричном экране существенную часть динамического диапазона ВКХ занимают поддерживающие перепады напряжения. Работа на весьма ограниченном участке ВКХ с недостаточной крутизной (для реально существующих ЖК материалов) ведет к невозможности реализации максимального контраста и быстродействия для элементов пассивно-матричного экрана; последний по данным параметрам уступает активно-матричному экрану приблизительно на порядок величины. Кроме того, в пассивно-матричных экранах реально действующее на ЖК слой значение управляющего напряжения всегда уменьшается из-за наличия сопротивления электродных полос и межэлектродных емкостей экрана, что в известном экране из-за отсутствия запаса в динамическом диапазоне управляющего напряжения дополнительно ограничивает предельный уровень мультиплексирования (предельное количество элементов, участвующих в формировании каждого кадра изображения) и предельный размер диагонали экрана. Даже специальные корректирующие алгоритмы управления не могут устранить указанные проблемы, поэтому пассивно-матричные экраны уступают активно-матричным не только по параметрам контраста и быстродействия, но и по информативности (в 1,5-2 раза).

Техническим результатом, достигаемым при помощи настоящего изобретения в пассивно-матричном ЖК экране, является улучшение его контрастных, временных характеристик, увеличение информативности, улучшение угла обзора изображения.

Указанный технический результат достигается тем, что в пассивно-матричном ЖК экране, содержащем ЖК слой, состоящий из нематических ЖК молекул с положительной диэлектрической анизотропией, первую и вторую прозрачные диэлектрические пластины, на внешних поверхностях которых находятся соответственно первая и вторая поляроидные пленки, а на внутренних поверхностях - соответственно первая и вторая группа прозрачных электродов, которые образуют соответственно N строк и М столбцов матрицы, на которые нанесены первый и второй полимерные слои, задающие ориентацию прилегающих к ним молекул соответственно в первом и втором направлениях с углами наклона ₁ и ₂ к поверхностям соответствующих диэлектрических пластин, причем в ЖК слое присутствует вращательная добавка, задающая исходную спиральную ориентацию молекул на угол ₀ в объеме ЖК слоя, оптические оси первой и второй поляроидных пленок совпадают с биссектрисами смежных углов между проекциями векторов ориентации молекул, прилегающих к первой и второй диэлектрическим пластинам, на плоскости этих пластин, ЖК слой выполнен с возможностью существования динамической самокомпенсирующейся конфигурации, структура которая характеризуется постепенным изменением угла наклона молекул по толщине ЖК слоя от величины ₁ до величины ₂ с переходом через величину _c = 90 для молекул в центральной части ЖК слоя, причем знак угла поворота молекул при переходе от угла ₁ к углу _c = 90 противоположен знаку угла поворота молекул при переходе от угла _c = 90 к углу ₂, а пороговая характеристика экрана определена энергетическим барьером между исходным состоянием ЖК слоя и его состоянием с наличием самокомпенсирующейся конфигурации.

Достижение указанного технического результата связано в первую очередь с присутствием в ЖК слое динамической самокомпенсирующейся конфигурации, возникающей только после процедуры подачи-снятия управляющего напряжения высокого уровня, величина которого достаточна для преодоления энергетического барьера формирования указанной конфигурации. Получение высокого контраста и увеличение угла обзора обусловлено взаимной оптической компенсацией (самокомпенсацией) двух симметричных (относительно центральной части ЖК слоя) частей конфигурации вследствие взаимной противоположности знаков угла поворота молекул. При этом возможность получить достаточно длительное (не менее времени Т_F развертки кадра) время _memory существования самокомпенсирующейся конфигурации позволяет реализовать оптическую память, являющуюся физическим аналогом электронной памяти активно-матричного экрана. Высокие пороговые характеристики предложенного устройства (достигаемые физическими свойствами энергетического барьера, который надо преодолеть для формирования самокомпенсирующейся конфигурации) ведут к возможности увеличения максимально возможного числа адресуемых элементов экрана (увеличению его информативности), поскольку снимаются прежние (характерные для известного экрана) существенные ограничения на длину электродов матрицы, поскольку в предложенном устройстве имеет место запас по уровню управляющего напряжения, и поэтому здесь не столь значительно влияние сопротивления и емкости матрицы электродов на снижение реально действующего (на ЖК слой) значения управляющего напряжения.

Быстродействие экрана улучшается за счет как уменьшения времени включения элементов экрана (за счет использования больших перепадов напряжения управляющего напряжения), так и за счет уменьшения времени релаксации элементов (до величины времени существования динамической самокомпенсирующиеся конфигурации, выбираемого не превосходящим Т_F развертки кадра).

В первом частном варианте выполнения устройства оптические оси первой и второй поляроидных пленок взаимно ортогональны, при этом оптическая ось по крайней мере одной из поляроидной пленок параллельна проекции на ее поверхность вектора ориентации молекул, находящихся у ближайшей к данной поляроидной пленке поверхности ЖК слоя, углы наклона молекул отвечают условию ₁ = ₂, угол закрутки ₀ равен 180^o, а произведение величины n оптической анизотропии на толщину d ЖК слоя находится в пределах 0,4 мкмnd0,7 мкм.

В таком частном варианте устройства максимальный контраст формируемого изображения может приближаться в пределе к величине контраста самих поляроидных пленок при некотором уменьшении коэффициента пропускания (оптической эффективности) экрана в исходном состоянии по сравнению с общим случаем.

Во втором частном варианте в устройство дополнительно введен пленочный компенсатор между по крайней мере одной из диэлектрических пластин и прилегающей к ней поляроидной пленкой, что позволяет увеличить угол обзора изображения.

В третьем частном варианте устройства прозрачный электрод каждого столбца матрицы разделен на три продольных сегмента, в экран дополнительно введены светофильтры, каждый из которых расположен между поверхностью одной из диэлектрических пластин и соответствующим сегментом прозрачного электрода, при этом каждому столбцу экрана соответствует триада светофильтров трех основных цветов. Такой вариант экрана позволяет получить полноцветное изображение.

Техническим результатом, достигаемым с помощью предложенного способа, является улучшение контрастных и динамических характеристик формируемого изображения.

Указанный технический результат достигается тем, что развертку кадра осуществляют в N последовательных тактов, подавая в каждом такте на электроды М столбцов и N строк экрана управляющие сигналы, действуя их результирующим электромагнитным полем на те области ЖК слоя, состоящего из нематических ЖК молекул с положительной диэлектрической анизотропией, которые соответствуют MхN элементам экрана, при этом в i-ом такте, где i=1, 2, ... N, выбирают элементы только i-ой строки, выделяя период записи длительностью t_W, в течение которого действуют электромагнитным полем записывающих сигналов с амплитудой U₁>U₀(t_W) на те области ЖК слоя, которые соответствуют включаемым элементам i-ой строки, где U₀(t_W) является пороговым напряжением формирования самокомпенсирующейся конфигурации ЖК слоя, в том же такте в течение того же периода записи длительностью t_W на соответствующие невключаемым элементам i-ой строки области ЖК слоя либо не подают электромагнитное поле управляющих сигналов, либо действуют на эти области электромагнитным полем записывающих сигналов с амплитудой U₂<U_{(tW), оставляя тем самым указанные области ЖК слоя в исходном состоянии либо переводя их в слабовозбужденное состояние, а в остальные 1, ... i-1, i+1, ... N такты развертки данного кадра в течение всех соответствующих периодов записи на области ЖК слоя, соответствующие i-ой строке, действуют электромагнитным полем записывающих сигналов амплитудой U2<U(tW) либо снимают электромагнитное поле с указанных областей.}

При этом время Т_F развертки кадра выбрано не превосходящим времени _memory существования самокомпенсирующейся конфигурации.

Улучшение контрастных и динамических характеристик формируемого изображения связано с тем, что при сохранении простоты прямого матричного управления областями ЖК слоя (характерного для пассивно-матричных экранов) в последнем возбуждают самокомпенсирующуюся конфигурацию, что ведет не только к появлению оптической памяти у элементов экрана, но и к появлению крутой динамической ВКХ экрана за счет инерционности отклика ЖК молекул на быстрое повышение уровня возбуждающего электромагнитного поля (в течение длительности t_W периодов записи). Чем короче импульс управляющего напряжения, тем выше порог образования самокомпенсирующейся конфигурации. Существенно, что при этом используется тот же ЖК материал, который характеризуется невысокой крутизной ВКХ при обычном матричном управлении (характерном для известного пассивно-матричного экрана).

В первом частном варианте способа в течение i-го периода записи длительностью t_W на электрод i-той строки подают записывающий сигнал в виде напряжения величиной U_S, на электроды столбцов включаемых элементов i-той строки подают записывающие сигналы в виде напряжения величиной U_D, а на электроды остальных столбцов и строк подают нулевое напряжение, при этом длительность t_W i-го периода записи выбирается в соответствии с условиями T_W>T_D+S, T_W<T_{, TW<T, где TD+S, TD и TS - время формирования динамической самокомпенсирующейся конфигурации ЖК слоя под действием напряжения соответственно величинами Us+UD, UD и US, а в остальное время i-того такта на все электроды экрана подают нулевое напряжение, причем длительность остального времени такта выбирается достаточной для возвращения невключаемых элементов 1, 2, ... i-той строк и всех элементов (i+1), (i+2), ... N - ной строк экрана из промежуточного состояния в исходное состояние.}

Во втором частном варианте способа i-тый период записи разбивают на два смежных временных интервала t_WS и t_WD, в течение интервала t_WS подают напряжение величиной U_S только на электроды i-той строки, а на электроды остальных строк и всех столбцов подают нулевое напряжение, а в течение интервала t_WD подают напряжение U_D только на электроды тех столбцов, которые соответствуют включаемым элементам i-той строки, а на электроды всех остальных строк и столбцов подают нулевое напряжение, при этом величины временных интервалов выбирают в соответствии с условиями t_WS+t_WD>T_S, t_WS+t_WD>Т_D, t_WS<T_{, tWD<T, где ТD и TS - времена формирования динамической самокомпенсирующейся конфигурации ЖК слоя под действием напряжения соответственно величинами UD и US, а в остальное время i-того такта на все электроды экрана подают нулевое напряжение, причем длительность остального времени такта выбирается достаточной для возвращения невключаемых элементов 1, 2 , . . . i-той строк и всех элементов (i+1), (i+2), ... N-ной строк экрана из слабовозбужденного состояния в исходное состояние.}

Второй частный вариант способа позволяет использовать предельно короткие импульсы управляющего напряжения при максимальных значениях амплитуды последнего, что ведет к реализации предельно малого времени адресации каждой строки, и, как следствие, к достижению максимальной величины мультиплексирования N (к возможности управления экраном с максимальным количеством N строк).

Во третьем частном варианте способа i-й такт разбивают на следующие друг за другом i-й такт стирания и i-й такт записи, в течение первого из которых на i-тую строку подают стирающий сигнал амплитудой U_E, частота f которого больше критической частоты f₀ смены знака диэлектрической анизотропии нематического жидкого кристалла, а величина амплитуды U_E0 стирающего сигнала в течение длительности t_E0 периода стирания обеспечивает полное устранение самокомпенсирующейся конфигурации во всех областях ЖК слоя, соответствующих i-той строке.

При этом скорость воспроизведения информации экраном остается равной скорости смены, кадров даже в случае, если _memory, соответствующая условиям естественной релаксации самокомпенсирующейся конфигурации, выбрано больше времени Т_f развертки кадра.

В четвертом частном варианте способа i-й такт разбивают на следующие друг за другом такты записи и стирания, и в течение последнего подают на i-тую строку стирающий сигнал с частотой f, которая выше критической частоты f₀ смены знака диэлектрической анизотропии жидкого кристалла, при этом варьируют амплитудой U_E стирающего сигнала и длительностью t_E периода стирания, управляя тем самым скоростью и степенью устранения самокомпенсирующейся конфигурации в соответствующих областях ЖК слоя.

Указанный частный вариант способа позволяет формировать многоградационное (полутоновое) изображение за счет частичного устранения самосогласованной конфигурации ЖК слоя при варьировании параметрами стирающего сигнала, следующего по времени непосредственно за записывающим сигналом.

В пятом частном варианте способа стирающий сигнал в виде знакопеременного меандра с варьируемой амплитудой U_E и частотой f>f₀ формируют только на выключаемых элементах i-той строки, для чего подают на электрод последней сигнал в виде знакопеременного меандра с частотой f₁, равной f/3<f_{, а на электроды столбцов, соответствующих выключаемым элементам i-той строки, подают сигнал в виде последовательности групп знакопеременных импульсов амплитудой UE, при этом период T1 последовательности равен 1/f1, длительность каждого импульса равна T1/3k, где k - число импульсов в группе, а знак каждого текущего импульса совпадает со знаком текущей амплитуды меандра. В данном частном варианте способа обеспечивается избирательное формирование стирающего сигнала только на выключаемых элементах за счет получения высокой частоты f (более высокой, чем f0) для стирающего сигнала путем сложения сигналов с частотами, меньшими f0.}

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фигурах которого представлено следующее.

Фиг.1 - поперечное сечение пассивно-матричного ЖК экрана.

Фиг.2 - кривые изменения коэффициента К оптического пропускания элемента ЖК экрана при подаче управляющего напряжения.

Фиг. 3 - схема изменения состояния ЖК слоя при наложении и снятии электрического поля (управляющего напряжения).

Фиг. 4 - формирование стирающего сигнала с комбинационной несущей частотой.

Пассивно-матричный ЖК экран, имеющий MхN элементов, содержит (фиг.1) ЖК слой 1, состоящий из нематических ЖК молекул с положительной диэлектрической анизотропией, две диэлектрические пластины 2, 3, на внешних поверхностях которых расположены поляроидные пленки 4, 5, на внутренней поверхности диэлектрической пластины 2 расположена одна группа параллельных между собой прозрачных электродов (показано продольное сечение i-го электрода 6_i, направленного вдоль плоскости чертежа, где i=1, 2, ... N), на внутренней поверхности диэлектрической пластины 3 расположена другая группа параллельных между собой прозрачных электродов (показано поперечное сечение j-го электрода 7_j, направленного ортогонально плоскости чертежа, где j=1, 2, ... М), на прозрачных электродах нанесены полимерные слои 8 и 9, которые обеспечивают исходную ориентацию молекул ЖК слоя 1. Направление (вектор) ориентации нематических ЖК молекул определяется направлением их длинных осей. Приповерхностные молекулы (расположенные непосредственно у обоих поверхностей ЖК слоя 1) наклонены соответственно под углами ₁ и ₂ к внутренним поверхностям соответствующих диэлектрических пластин 2 и 3. В ЖК слое 1 присутствует вращательная добавка, задающая исходную спиральную закрутку молекул на угол ₀ в объеме ЖК слоя. Оптические оси O-O' первой 4 и O₁-O₁' второй 5 поляроидных пленок (фиг.1, снизу) совпадают с биссектрисами смежных углов между проекциями P₁ и Р₂ векторов ориентации молекул, прилегающих к первой 2 и второй 3 диэлектрическим пластинам, на плоскости этих пластин. ЖК слой 1 выполнен с возможностью существования в нем динамической самокомпенсирующейся конфигурации, которая характеризуется постепенным изменением угла наклона молекул по толщине ЖК слоя от величины ₁ до величины ₂ с переходом через величину _c = 90 для молекул в центральной части ЖК слоя, причем знак угла поворота молекул при переходе от угла ₁ к углу _c = 90 противоположен знаку угла поворота молекул при переходе от угла _c = 90 к углу ₂. Пороговая характеристика экрана определена энергетическим барьером между исходным состоянием ЖК слоя 1 и его состоянием с наличием самокомпенсирующейся конфигурации. Время формирования последней не превосходит времени развертки одной строки экрана, а время существования - не превосходит времени Т_F кадровой развертки экрана.

Указанное взаимное расположение осей поляроидных пленок 4 и 5 и векторов ориентации приповерхностных молекул соответствует минимизации воздействия самокомпенсирующихся конфигураций на оптические характеристики проходящего через ЖК слой 1 поляризованного света. Отклонение от такого расположения ведет к падению контраста вследствие роста эллиптичности света, проходящего через ЖК слой.

Возможность существования динамической самокомпенсирующейся конфигурации в ЖК слое 1 задается выбором соответствующего состава ЖК слоя 1, заданием характера связи его приповерхностных молекул с полимерными слоями 8, 9.

В первом частном варианте устройства оптические оси первой 4 и второй 5 поляроидных пленок взаимно ортогональны, при этом оптическая ось по крайней мере одной из поляроидных пленок параллельна проекции на ее поверхность вектора ориентации молекул, находящихся у ближайшей к данной поляроидной пленке поверхности жидкокристаллического слоя, углы наклона молекул отвечают условию ₁ = -₂ угол закрутки ₀ равен 180^o, а произведение величины n оптической анизотропии на толщину d ЖК слоя находится в пределах 0,4 мкмnd0,7 мкм. В таком варианте влияние неоднородностей начальной ориентации молекул (для исходного состояния ЖК слоя) на качество однородности фона изображения сведено к минимуму вследствие минимального воздействия соответствующих отклонений в величине n оптической анизотропии на оптические свойства проходящего поляризованного света.

Во втором частном варианте устройства дополнительно введен пленочный компенсатор между по крайней мере одной из диэлектрических пластин (например, 2) и прилегающей к ней поляроидной пленкой 4, что позволяет получить расширенный угол обзора изображения за счет взаимной компенсации оптической анизотропии ЖК слоя и пленочного компенсатора.

В третьем частном варианте экрана прозрачный электрод каждого столбца разделен на три продольных сегмента, в экран дополнительно введены светофильтры, каждый из которых расположен между поверхностью одной из диэлектрических пластин и соответствующим сегментом прозрачного электрода, при этом каждому столбцу экрана соответствует триада светофильтров трех основных цветов. Данный частный вариант экрана предназначен для получения цветного изображения.

Устройство работает следующим образом.

Сначала рассмотрим работу одного элемента экрана (находящегося на пересечении i-ой строки j-го столбца). В отсутствие электрического (электромагнитного) поля при исходном состоянии ЖК слоя оптическое пропускание элемента экрана является функцией интерференции двух элементарных световых волн со взаимно ортогональными направлениями поляризации (на которые можно разложить произвольную входную световую поляризованную волну), между которыми возникает фазовая задержка после прохождения ими ЖК слоя (вдоль оси спирально закрученной конфигурации молекул). При подаче напряжения (на i-ую строку и j-ый столбец) выше некоторого порогового значения U₁ молекулы переориентируются вдоль силовых линий возникающего в ЖК слое электрического поля, т. е. стремятся к ортогональной (относительно поверхностей диэлектрических пластин 2, 3) ориентации, которая характеризуюется углом поворота молекул _c = 90, при этом эффективная величина фазовой задержки, создаваемой ЖК слоем, падает (стремится к нулю с ростом напряжения). После снятия напряжения молекулы стремятся возвратиться в исходное состояние. При этом вращающий момент, действующий на молекулы, расположенные между первой диэлектрической пластиной 2 и центральной частью ЖК слоя 1, противоположен вращающему моменту, действующему на молекулы между центральной частью ЖК слоя 1 и второй диэлектрической пластиной 3. Поскольку на молекулы центрального части ЖК слоя 1 при этом действуют силы, равные по абсолютной величине, но противоположные по знаку, то и после прекращения действия поля молекулы остаются в состоянии с _c = 90 в течение некоторого времени _memory (связанным с временем естественной релаксации _relax). В течение времени _memory существует самокомпенсирующаяся конфигурация, характеризующаяся постепенным изменением угла наклона молекул по толщине слоя от величины ₁ у первой пластины до величины ₂ у второй пластины с переходом через величину _c = 90 (перпендикулярно диэлектрическим пластинам) для молекул в центральной части ЖК слоя (по крайней мере для одного слоя молекул в указанной центральной части), причем знак угла поворота молекул при переходе от угла ₁ к углу _c = 90 противоположен знаку угла поворота молекул при переходе от угла _c = 90 к углу ₂.

Динамической самокомпенсирующейся конфигурации свойственна релаксация в виде непрерывного процесса возврата краевых симметрично расположенных (относительно центральной части ЖК слоя) молекул в исходное состояние. Характерным свойством такой релаксации является практическое отсутствие изменения действия ЖК слоя на проходящий поляризованный свет в течение всего процесса релаксации, что обусловлено взаимной компенсацией (самокомпенсацией) оптической активности разного знака, вытекающей из разного знака поворота молекул относительно центральной части ЖК слоя.

Нахождение ЖК слоя в динамической самокомпенсирующейся конфигурации в течение времени _memory в отсутствие внешнего напряжения эквивалентно наличию энергетически независимой оптической памяти у каждого элемента экрана (время _memory выбирается не превосходящим времени кадра Т_F для получения максимального быстродействия экрана).

Время образования самокомпенсирующейся конфигурации выбирается не более времени развертки одной строки экрана. Величина времени возникновения самокомпенсирующейся конфигурации зависит от величины управляющего напряжения; чем больше значение последнего, тем короче требуемое время приложения напряжения, что связано с уменьшением инерционности отклика молекул. Инерционность отклика молекул на возрастание приложенного электрического напряжения поля описывается временем задержки _delay, входящей в состав времени реакции _react [3] где - вязкость жидкого кристалла, ₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума, - анизотропия диэлектрической проницаемости жидкого кристалла, U_n - пороговое напряжение, d - толщина ЖК слоя.

Физически наличие указанной инерционности обусловлено необходимостью преодоления момента сил трения между неподвижными и поворачивающимися слоями молекул в объеме слоя жидкого кристалла. Из (1) следует, что теоретически для любой заданной длительности воздействия внешнего электрического поля на ЖК слой всегда существует такое напряжение U_on, при котором молекулы переориентируются вдоль силовых линий электрического поля по крайней мере в центральной части ЖК слоя (молекулы последнего, контактирующие с ориентирующим полимерным покрытием электродов, не изменяют своего положения при любых напряжениях), а также существует такое напряжение U_off, при котором все молекулы ЖК слоя остаются неподвижными. Чем больше разница в напряжениях U_on и U_off, тем меньшая длительность действия электрического поля необходима и достаточна для разделения элементов экрана на включенные и выключенные. Такой физический механизм ведет к высокой крутизне вольт-контрастной характеристики для данного экрана, при этом для последнего превышает 1 (как и для активно-матричного экрана), в то время как в известных пассивно-матричных экранах, как правило, <<1).

При подаче на элемент напряжения величиной U₁ (кривая 1 на фиг.2), превышающей пороговое значение U₀ для времени записи величиной _write(U₁), состояние ЖК слоя изменяется от исходной закрученной структуры А (фиг.3) к вертикально-ориентированной структуре В. Время реакции молекул _react(U₁) состоит из времени задержки _delay(U₁) и временного интервала формирования вертикально-ориентированной структуры. В течение последнего интервала, соответствующего переднему фронту кривой 7, происходит резкое изменение пропускания К элемента экрана от исходного значения до значения, соответствующего вертикально-ориентированной структуре. После снятия напряжения ЖК слой переходит в самокомпенсирующуюся конфигурацию (в состояние С на фиг.3), и продолжает находиться в ней в течение времени _memory(U₁). Если в течение _memory