Bistabilities in twisted nematics with a holding voltage

Abstract
We study the bistability between a 180° twisted state and its topologically equivalent planar vertical state in pure nematics in the presence of a holding voltage. These bistable states can be distinguished optically by incorporating a pleochroic dye guest into the liquid crystal host. The holding voltage range ΔV of the bistability is found to increase with decreasing k1/k 3 and with decreasing dielectric anisotropy. With reasonable elastic constants and dielectric anisotropy parameter (ε∥ - ε ⊥)/ε⊥ = 0.05, the theoretical holding voltage range ΔV is about 7 % in the idealized case of perfect alignment and zero boundary tilt bias. With such boundary conditions, the cell would be subject to oppositely tilted and oppositely twisted domains, whose elimination would entail a drastic reduction of ΔV and some loss of contrast. While the bistability could probably be demonstrated experimentally, it is not likely to be practical in displays without major materials innovation to obtain significantly lower values of the elastic constant ratio k1/k3.

Résumé
On étudie la bistabilité entre un état en hélice à 180° et l'état planaire vertical topologiquement équivalent dans les nématiques purs soumis à une tension. On peut distinguer optiquement ces états bistables en mélangeant un colorant pléochroïque avec le cristal liquide. L'intervalle de tension ΔV pour lequel on observe la bistabilité s'accroit à mesure que décroissent le rapport k1/k3 et la valeur du paramètre d'anisotropie diélectrique. Avec des constantes élastiques plausibles et avec un paramètre d'anisotropie diélectrique (ε ∥ - ε⊥)/ε ⊥ = 0,05, l'intervalle théorique de tension ΔV où la bistabilité existe est à peu près 7 % dans le cas idéal où l'alignement est à 180° et où le directeur est parallèle à la surface. Avec de telles conditions aux limites, la cellule serait sujette à des domaines en hélice, de sens inverse ainsi qu'à des domaines inclinés en sens inverse, dont l'élimination entraînerait une réduction importante de l'intervalle ΔV et une diminution de contraste. Bien que la bistabilité puisse être démontrée expérimentalement, il n'est pas probable qu'elle soit utilisée dans les affichages sans innovation majeure de matériau pour obtenir des valeurs de k 1/k3 considérablement moins élevées.