KR100346797B1

KR100346797B1 - 액정소자

Info

Publication number: KR100346797B1
Application number: KR1020010003564A
Authority: KR
Inventors: 아사오야스후미; 토가노타케시; 이소베류이치로
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-07-31
Also published as: KR20010074532A; JP2001281668A; US20020018171A1

Abstract

액정소자는 한쌍의 기판중 적어도 하나의 기판에 일축배향축이 형성된 한쌍의 기판과, 열과 행으로 배열된 복수의 화소를 형성하기 위하여 기판사이에 배치된 키럴스메틱액정으로 구성된다. 각 화소에는 스위칭소자와 상기 스위칭소자를 개재하여 액정에 전압을 인가하기 위한 전극이 형성되어 있다. 주사신호선과 데이터신호선을 포함하는 신호선의 매트릭스는 각각의 주사신호선이 화소의 행에 형성된 스위칭소자의 행을 접속하기 위하여 화소의 행을 따라서 배치되고 각각의 신호선은 화소의 열에 형성된 스위칭소자의 열을 접속하기 위하여 화소의 열을 따라서 배치되도록 배열된다. 온도가 감소하에 따라서, 액정은 이소트로픽상, 콜레스테릭상 및 키럴스메틱C상 또는 이소트로픽상 및 키럴스메틱C상을 갖는 상전이계열을 나타낸다. 일축배향축은 주사신호선 및 데이터신호선의 양쪽에 대해 적어도 10°의 각도를 형성하도록 배향됨으로써, 주사신호선 및 데이터신호선의 한쪽에 대해 기껏해야 10°의 각도를 형성하는 층연장방향을 갖는 스메틱층을 형성하기 위하여 액정은 배향된다.

Description

액정소자{LIQUID CRYSTAL DEVICE}

본 발명은 평탄패널표시장치, 투사장치 및 프린트 등의 광밸브에 사용되는 액정소자에 관한 것이다.

본 발명에서 사용되는 네마틱액정표시소자의 형태로서, 각각의 화소에 예를 들면, 박막트렌지스터(TFT)가 같은 액티브소자가 형성된 액티브매트릭스형 액정소자가 공지되어 있다.

TFT를 사용하는 이와 같은 액티브매트릭스형 액정소자에 사용되는 네마틱액정재료로서, 문헌 「"M. Schadt and Helfrich, Applied physics letters", Vol. 18, No.4(February 17. 1971), PP. 127-128」에 기재된 바와 같은 트위스트된 네마틱(TN)액정이 현재 넓리 사용되고 있다.

최근, 소자의 수직방향으로 인가된 전계를 사용하는 인-플레인 스위칭모드(In-plain switching mode) 즉 수직배향모드의 액정소자가 제안되고 있고, 이에 의해 종래의 액정표시장치의 불량한 시야각특성을 개선할 수 있다.

따라서, 네마틱액정재료를 사용하는 TFT형 액정소자에 적합한 다양한 액정모드가 존재하나, 임의의 모드에 있어서, 결과적인 네마틱액정표시소자는 수십밀리초 또는 이상의 느린응답속도의 문제를 직면하고 있다.

종래의 네마틱액정소자 형태의 응답특성을 개선시키기 위하여, 쇼트피치형의 강유전성액정, 고분자 안정형 강유전성액정 또는 문턱(전압)값을 나타내지 않는 반강유전성액정등과 같은 특정의 키럴스메틱액정을 사용하는 다수의 액정소자가 제안되고 있다. 이들의 소자가 충분히 실용화되지는 않고 있으나, 밀리초이하정도의 고속응답성이 실현된다고 보고되고 있다.

키럴스메틱액정소자에 대해, 연구 그룹은, 미국특허출원번호 제 09/338426(1999년 6월 23일 등록됨)에 기재된 바와 같이, 키럴스메틱액정이 온도감소에 따라서 이소트로픽액상(Iso)-콜레스테릭상(Ch)-키럴스메틱상(SmC^*) 또는 ISO-SmC^*(SmA(스메틱A상)전이계열이 없는 상전이계열)를 갖는 상전이 계열을 갖고 액정분자가 버츄얼콘(Virtual cone)의 에지내부의 위치에서 단안정화되는 액정소자를 제안하고 있다. Ch-SmC^*또는 Iso-SmC^*의 상전이동안에, 예를 들면, 고속응답특성 및 계조제어성능을 향상시키고 높은 양산성을 가지는 동화상품질에 뛰어난 고휘도액정소자를 실현시키기 위하여 한쌍의 기판사이에 1극성(+ 또는 -)의 DC전압을인가시킴으로써, 액정분자층은 균일하게 배향되거나 또는 단일방향으로 정열된다. 이런 형태의 액정소자는 사용되는 액정재료가 종래의 키럴스메틱액정소자에 사용된 액정재료와 비교할 때 상대적으로 작은 자발분극을 가지기 때문에, TFT와 같은 액티브소자와 조합하여 사용되는 것이 유리하다.

상기 설명한 바와 같이, 종래의 네마틱액정소자의 문제점, 예를 들면, 응답속도의 향상등을 해결함으로써, 키럴스메틱액정을 사용하는 실질적인 액정소자의 실현, 특히 연구진에 의해 제안된 바와 같은 단안정화된 액정소자는 고속응답특성과 양호한 계조표시성능이 결합된 진보된 표시장치에 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

그러나, 상기 언급한 단안정화된 액정소자에 있어서, TFT(액티브소자)를 가지는 액티브매트릭스의 기판을 따라서 액정은 배향되도록 요구되고, 따라서 TFT자체에 의하여 야기되거나 또는 TFT를 구동하기 위하여 TFT의 게이트 및 소스에 각각 접속된 게이트 및 소스선에 의해 야기되는 두께의 불균일(스텝의 표면형상)에 기인하여 화소내에 배향결함선의 발생을 초래한다. 따라서, 결과적인 액정소자는 균일한 배향특성을 저하하기 쉽고, 이에 의해 현저하게 콘트라스트비율을 감소시킴으로써 표시장치의 표시성능을 열화시킨다. 이와 같은 이유에 의해, 이러한 액정소자에는 TFT가 형성된 액티브매트릭스기판의 상기 언급한 표면불균일에 기인한 배향결함의 발생을 억압하는 것이 본질적으로 요구된다.

본 발명의 주목적은 상기 언급한 문제를 해결한 액정소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 특수목적은 TFT에 의해 야기되거나 또는 TFT에 접속된 게이트선 및 소스선에 의해 야기되는 두께의 불균일(스텝의 표면형상)에 기인한 배향결함이 발생을 억압할 수 있는 키럴스메틱액정을 사용한 액티브매트릭스형 액정소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 콘트라스트를 제공하는 키럴스메틱액정소자를 제공하는 것이다.

도 1A 내지 1C는 CL상의 주사신호선, 데이터신호선, 러빙, 스메틱층의 법선 및 스메틱층형성의 방향사이의 위치관계와, DC(+)하에서의 SmC^*상 및 DC(-)하에서의 SmC^*를 각각 도시하는 개략적인 도면

도 2 및 도 2B는 도 1B(DC(+)SmC^*상) 및 도 1C(DC(-)SmC^*상)에 도시된 위치관계를 상세하게 도시하는 각각의 개략적인 도면

도 3은 구동회로가 접속된 본 발명의 액정소자의 액티브매트릭스기판의 개략적인 평면도

도 4는 도 3에 도시된 액정소자의 1화소부분의 개략적인 단면도

도 5는 도 4에 도시된 1화소부분의 등가회로도

도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 액정소자에 대한 구동파의 타임챠트

<부호의 간단한 설명>

10: 액정패널 11: 주사신호구동기

12: 데이터신호구동기 14: TFT

15: 화소전극 20: 액티브매트릭스기판

41, 21; 투명기판 22: 게이트전극

23: 게이트절연막 24: a-Si층

25, 26: n⁺a-Si층 27: 소오스전극

28: 드레인전극 29: 채널보호막

30: 유지커패시터전극 31: 액정용량

32; 유지용량 40: 배향기판

42: 공통전극 43a, 43b: 배향제어판

49: 액정층

본 발명에 의하면, 한쌍의 기중중 적어도 하나의 기판에 일축배향축이 형성된 한쌍의 기판과, 행과 열로 배열된 복수의 화소를 형성하기 위하여, 기판사이에 배치된 키럴스메틱액정을 포함하는 액정소자로서, 각각의 화소에는 스위칭소자와 상기 스위칭소자를 통해서 액정에 전압을 인가하기 위한 전극이 형성되고, 복수의 주사신호선과 복수의 데이터신호선을 포함하는 신호선의 매트릭스는 각각의 주사신호선이 화소의 행에 형성된 스위칭소자의 일행을 접속하도록 화소의 행을 따라서 배치되고 또한 각각의 신호선이 화소의 열에 형성된 스위칭소자의 열을 접속하도록 화소의 열을 따라서 배치되도록 배향되고 액정은 온도가 감소함에 따라서 이소트로픽상, 콜레스테릭상 및 키럴스메틱C상 또는 이소트로픽상 및 키럴스메틱상을 갖는 상전이계열을 나타내고, 일축배향축이 주사신호선 및 데이터신호선의 양쪽에 대해 적어도 10°의 각도를 형성하도록 배향됨으로써, 주사신호선 및 데이터신호선의 한쪽에 대해 기껏해야 10°의 각을 형성하는 층연장방향을 갖는 스메틱층을 형성하기위하여 액정이 배향되는 것을 특징으로 하는 액정소자를 제공한다.

액정소자에 있어서, 액정은 전압을 인가하지 않는 상태에서, 액정은 단안정배향상태로 위치되는 평균분자축을 형성하도록 배향되고, 제 1극성의 전압이 인가될때, 액정은 일방향의 단안정배향상태로부터 인가된 전압의 크기에 따라서 가변하는 경사각도로 경사되고, 제 1극성과 대향하는 제 2극성의 전압이 인가될때, 액정은 다른 방향의 단안정배향상태로부터 경사각도에 배향되고, 여기서 제 1극성 및 제 2극성의 전압의 인가하에서 형성된 최대경사각도 β1과 β2는 β1＞β2, 바람직하게는 β1≥5×β2를 만족시키는 배향특성을 갖은 것이 바람직하다.

상기 액정소자에 있어서, 액정은, 전압을 인가하지 않은 상태에서, 액정에 단안정배향상태로 위치되는 평균분자축을 형성하도록 배향되고, 액정은 제 1극성의 전압이 인가될때 일방향의 단안정배향상태로부터 인가된 전압의 크기에 따라서 가변하는 경사각도로 경사되고, 제 1극성에 대향하는 제 2극성전압이 인가될 때 다른 방향의 단안정배향상태로부터 거의 경사되지 않는 배향특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 액정은 벌크상태에 있어서 셀두께의 2배이상 큰 헬리컬피치를 갖는 것이 바람직하고, 스위칭소자는 박막트렌지스터를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 언급한 바와 같이, TFT형(액티브매트릭스형)액정소자가 특정(SmA상전이가 없음)상전이계열을 가지는 키럴스메틱액정을 사용함으로써 제조되는 경우, TFT의 스텝형상의 와이어링(wiring)에 기인한 배향결합은 빈번하게 발생되고, 따라서 콘트라스트를 낮춘다. 이는 액티브매트릭스기판의 스텝형상의 표면부의 존재때문에 균일한 스메틱분자층의 형성에 대한 장애물로서 작용할 수도 있다. 따라서,액티브매트릭스기판이 TFT 및 이들의 와이어선의 존재에 의해 스텝형상의 부분(표면불균일)을 갖는한 배향결함의 발생은 제거될 수 없다.

배향결함은 스메틱층구조의 무질서로부터 발생된다. 연구에 의하면, 러빙처리(일축배향처리)를 스텝형상(불균일)부분이 없는 대향기판에만 행하는 경우에도, 다른 액티브매트릭스기판이 스텝형상의 부분을 가질때에는, 액정분자의 스메틱층구조는 무질서화되어 배향결함을 초래한다. 즉, 배향결함을 억압하기 위해서는, 예를 들면, 전체표시영역에 대한 러빙불균일의 개선은 본질적인 해결책이 될수는 없다.

본 발명에서는, 한쌍의 기판중 적어도 하나의 기판을 액티브소자(예를 들면, TFT)를 가지는 액티브매트릭스기판상에 스텝형상부분을 형성하는 주사신호선 및 데이터신호선의 연장방향에 대해 적어도 10°의 각도를 형성하는 방향의 일축배향처리(예를 들면, 러빙)를 행함으로써, 키럴스메틱액정분자의 스메틱층연장(또는 형성)방향(SLD)과 층법선방향(LND)이 주사신호선군과 데이터신호선군의 하나에 대해 기껏해야 10°의 각도를 형성하도록 액정분자의 키럴스메틱층구조가 형성된다. 결과적으로, 주사신호선군 및 데이터신호선군의 하나의 연장방향은 스메틱층법선(또는 형성)방향(LND 또는 SLD)과 대략 평행하거나 또는 작은 교차각도(예를 들면, 기껏해야 10°)로 교차하기 때문에, 스텝형상의 와이어링부분(wiring portion)에 기인하여 초래되는 배향결함은 각화소에 경사하여 교차하지 않고, 이것의 양은 결과적인 액정소자의 콘트라스트를 향상시키기 위하여 또한 저감된다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부도면과 함께된 본 발명의바람직한 실시예의 다음 설명을 고려함으로써 한층더 명확하게 될 것이다.

<실시예>

이하, 본 발명의 액정소자의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 1A 내지 도 1C는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 특히 도 1A는 콜레스테릭액정분자와, 일축배향방향(예를들면, 러빙방향(RD)), 게이트(주사)전극(G)연장방향, 소스(데이타)전극(S)연장방향을 포함하는 다소의 방향벡터사이의 위치관계를 도시한다. 도 1B는, 예를 들면, Ch에서 SmC^*로의 상전이온도가 TC일때, TC±2℃의 온도에서 Ch(콜레스테릭상)에서 SmC^*(키럴스메틱 C상)으로의 상전이하는 동안에 키럴스메틱액정에 정극성(DC(+))의 전압(DC전압)이 인가될때, 키럴스메틱액정분자와 층법선방향(LND)(스메틱층에 대한 법선방향) 및 스메틱층(형성)방향(SLD)을 포함하는 이들의 방향벡터사이의 위치관계를 도시하고, 도 1C는 Ch에서 SmC^*로의 상전이동안에 액정에 부극성전압(DC전압: DC(-))이 인가시에 대응하는 위치관계를 도시한다.

도 1A에 있어서, 게이트 또는 주사전극(주사신호선)(S)과 소스 또는 데이터전극(데이터신호선)(G)은 한쌍의 기판(도시되지 않음)의 한쪽기판상에서 서로 직각으로 교차하도록 배열됨으로써 기판의 표면에 돌기를 형성한다.

러빙방향(RD)은 소정의 각도θ₁을 형성하기 위하여 소스전극(S)으로부터 벗어나있다. 러빙방향(RD)은 한쌍의 기판에 형성된 배향막의 적어도 하나를 러빙 등의 일축배향처리를 행함으로서 형성된 (평균)일축배향축의 방향이다. 예를 들면, 2개의 일축배향축이 소정의 각도로 서로 교차할 때, 러빙방향은 2개의 일축배향축의 이등분선의 방향으로 결정된다.

도 1에서, 장방형의 영역은 한쌍의 기판사이에 배치된 액정이 Ch(콜레스터릭상)로 추정되는 상태를 도시하고, 각각의 연장된 타원은 콜레스테릭액정분자를 나타낸다. 각각의 연장된 타원은 러빙방향(RD)으로 대략 배향되는 장축을 가진다.

본 발명에서는, 러빙방향(RD)과 소스선(전극)(S)연장방향사이의 (일탈)각도(θ1)는 적어도 10°가 되도록 설정되어 있다.

본 실시예에서는, 러빙방향(RD)이 시계방향으로 소스선(전극)(S)연장방향으로부터 벗어날때 각도θ1은 정의 값으로 취하고, 반시계방향으로 소스선(전극)(S)연장방향으로부터 편차될때는 각도θ1은 음의 값으로 취한다. 편차각도(θ1)은 소스선(S)연장방향을 대신하여 게이트선(전극)(G)연장방향에 의거하여 결정될 수도 있다.

도 1A에 도시된 바와 같은 Ch의 액정이 DC(+) 및 DC(-)가 인가되는 동안에 액정의 상태를 SmC^*로 변화시키도록 초래될 때, 결과적인 (키럴)스메틱액정분자는 도 1B 및 도 1C에 도시된 층구조를 각각 형성하도록 배행된다. 이들의 각각의 모양을 참조할 때, 콘(cone)상에서 이동가능한 각각의 스메틱액정분자(굵은선으로 표시됨)의 2개의 그룹은 서로 평행하게 배향되고 또한 스메틱층을 포함하는 장방향의영역의 긴축으로부터 소정의 각도로 다소 경사되어 있다. 스메틱액정분자의 평행한 2개의 그룹은 스메틱층(형성)방향(SLD)으로 형성되고 스메틱층에 대한 법선의 방향은 LND(층법선방향)에 의해 표시된다.

도 1B 및 도 1C로부터 이해된 바와 같이, 모든 키럴스메틱액정분자는 대략 러빙방향으로 배향되는 방향에서 각각의 경우(SmC^*/DC(+) 또는 SmC^*/DC(-))의 2개의 광학적으로 안정된 상태의 하나의 안정된 상태로 위치된다. 그러나, 도 1B에 도시된 바와 같이 정극선 DC전압(DC(+))의 인가에 의해 형성된 SmC^*의 스메틱층의 경사방향은 장방향영역의 긴측에 대해서 도 1C에 도시된 바와 같은 DC(-)의 인가에 의해 형성된 SmC^*의 스메틱층의 경사방향과는 반대이다. 이런 위치관계는 도 1B 및 1C의 SLD(스메틱층방향)사이의 경사방향과 SLD와 수직인 LND(층법선방향)사이의 경사방향에도 각각 적용된다.

본 실시예에서는, 스메틱층의 SLD(또는 LND)가 상기 설명한 바와 같이 특히 도 2A에 도시된 바와 같은 게이트선(G)(또는 소스선(S))연장방향으로 대략 배향되기 때문에 Ch-SmC^*상전이(도 1B)동안에 DC(+)의 인가를 통해서 (SmC^*의)스메틱층을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, DC(-)인 도 1C의 경우, 스메틱층의 SLD(또는 LND)는, 특히 도 2B에 도시된 바와 같이 게이트선(G)(또는 소스선(S))으로부터 10°이상의 각도로 크게 일탈된다.

본 발명에서는, 사용된 키럴스메틱액정이 키럴스매틱액정의 특징에 의거하여 Ch-SmC^*상전이동안에 부(-)DC전압을 인가함으로써 도 1B에 도시된 바와 같은 상태로 추정되고, 또한 정(+)DC전압을 인가함으로써 도 1C에 도시된 바와 같은 상태로 추정되면, SLD는 도 2A에 도시된 바와 같이 게이트선(G)연장방향과 거의 유사하게 배향되기 때문에 DC(-)인가를 통해서 (SmC^*의) 스메틱층을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 소스선(S)(또는 게이트선(G))연장방향에 대해 적어도 10°의 각도를 형성하도록 러빙방향(RD)을 대략 설정함으로써, 게이트선(G)연장방향(또는 소스선(S)연장방향)의 하나에 SLD(또는 LND)를 완벽하게 배향시키는것이 바람직하고, 이에 의해 효과적으로 콘트라스트를 개선할 수 있다. SLD가 게이트선(G)연장방향에 대해 완벽하게 배향되지 않는 경우에도, 사이의 일탈각도가 게이트선(G)연장방향에 의거하여 ±10°이내 일때에는, 콘ㅌ라스트를 개선시키는 것이 가능하다.

한편, SLD가 도 2B에 도시된 바와 같이 게이트선(G)연장방향으로부터 크게 일탈될 때(10°이상의 일탈각), 콘트라스트를 개선하는 것은 어렵다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 러빙방향(RD)이 소정의 범위, 상세하게는 소스선(S)연방방향과 게이트선(G)연장방향에 대해 적어도 ±10도의 일탈각도를 형성하는 소정의 범위로 설정되는 것이 중요하고, 또한 Ch-SmC^*상전이동안에 인가되는 전압(DC전압)의 극성은 게이트선(G)연장방향과 소스선(S)연장방향중의 하나에 대해 SLD(또는 LND)를 대략 배향하도록 위해(즉, 게이트선(G)(또는 소스선(S))에 대해 SLD의 편향각도를 기껏해야 10°로 형성하기 위해)적합하게 선택하는 것이 중요하며, 이에 의해 콘트라스트를 효과적으로 개선할 수 있다.

본 발명의 액정소자에 있어서, 사용된 키럴스메틱액정은 온도가 감소함에 따라서 Iso-Ch-SmC^*또는 Iso-SmC^*을 갖는 상전이계열, 즉 SmA(스메틱A상)이 거의 없는 상전이계열을 갖는다. 단일극성 (정(+) 또는 부(-)) DC전압이 Ch에서 SmC^*로의 상전이동안에 한쌍의 기판사이에 인가될 때, SmC^*의 액정분자는 평균일축배향축과 결과적인 스메틱층법선방향사이에 어떤 각도를 형성하기 위하여 상이한 층법선방향(LND)을 형성하는 2개의 스메틱층(형성)방향CSLD의 단지 하나만을 형성하는 상태로 놓여진다. 또한, 전압을 인가하지 않는 상태에서, 액정분자는 액정분자에 대한 버츄얼콘엔지(virtual cone edge)내부에서 안정화되고, 따라서 전압을 인가하지 않은 상태에서, 액정분자는 메모리특성이 개발되지 않는(즉, 비메리상태임)SmC^*배향상태, 즉 단안정화된 상태에 위치된다.

키럴스메틱액정은 비페닐, 페닐시클로헥산에스테르 또는 페닐-피리미딘골격을 함유하는 탄화수소형 액정재료; 나프탈렌형 액정재료 및 플루오린함유액정재료로부터 선택된 복수의 액정재료를 적합하게 혼합함으로써 제조된 액정조성물인 것이 바람직하다.

액정소자에 사용되는 키럴스메틱액정으로서의 액정조성물은 다음의 화학식(1),(2),(3) 및 (4)로 각각 표시되는 적어도 2개의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

R₁과 R₂는 선택적으로 치환체를 갖는 1 내지 20개의 탄소원자를 갖는 각각의 선형 또는 분지형의 알킬기이고; X1과 X2는 각각 단일결합 O, COO 또는 OOC이고, Y1, Y2, Y3 및 Y4는 각각 H 또는 F이고; n은 0 또는 1이다.

R₁과 R₂는 선택적으로 치환체를 갖는 1 내지 20개의 탄소원자를 갖는 각각의 선형 또는 분지형의 알킬기이고; X1과 X2는 각각 단일결합 O, COO 또는 OOC이고, Y1, Y2, Y3 및 Y4는 각각 H 또는 F이다.

여기서, R₁과 R₂는 선택적으로 치환체를 갖는 1 내지 20개의 탄소원자를 갖는 각각의 선형 또는 분지형의 알킬기이고; X1과 X2는 각각 단일결합 O, COO 또는 OOC이고, Y1, Y2, Y3 및 Y4는 각각 H 또는 F이다.

이하, 본 발명에 의한 액정소자의 실시예를 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 액정소자의 액티브매트릭스기판과 주변구동회로의 배열을 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 4는 액정소자의 1화소영역의 구성을 도시하는 개략적인 부분단면도이고 도 5는 도 4에 도시된 1화소에 대한 등가회로이다.

본 실시예에서는, 스위칭소자로서, 비결정성 실리콘박막트렌지스터(a-SiTFT)을 사용한다.

도 3 내지 도 5에 있어서, 액정패널(10)은 복수의 화소를 포함하고, 각각의 화소는, 기판(11)과, 화소전극(15)과, 기판상에 형성된 게이트전극(22), 게이트절연막(23), a-Si층(24), n+ a-Si층(25),(26), 소스전극(27), 드레인전극(28) 및 채널보호막(29)을 포함하는 TFT(14)와, 유지(기억)용량(CS)(32)을 형성하는 유지(기억)커패시터전극(30) 및 배향제어층(43a)을 포함하는 액티브매트릭스기판(20)과; 투명기판(41), 공통전극(42) 및 배향제어층(43b)을 포함하는 대향기판(40); 및 액티브매트릭스기판(20)과 대향기판(40)사이에 배치된 액정용량 (C_1c)을 형성하는 액정층(49)에 의해 형성된다.

따라서, 도 4에 도시된 구조에 있어서, 키럴스메틱상으로 추정되고 또한 자발분극(Ps)을 갖는 액정층(49)은 액정용량(C_1c)(31)을 형성하기 위하여 TFT(14)와 화소전극(15)을 갖는 액티브매트릭스기판(20)과 공통전극(42)이 설치된 대향기판사이에 배치된다.

액티브매트릭스기판(20)에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, TFT(14)는 도 3에 도시된 게이트(주사신호)선 G1, G2…에 접속된 게이트(주사)전극(22)과 절연막(게이트절연막)(23) 및 예를 들면 SiNx의 a-Si층(24)을 연속적으로 형성함으로써 유리, 플라스틱 등의 투명기판(21)상에 형성된다. a-Si층(24)상에는, 소스전극(27)과 드레인전극(28)이 n+ a-Si층(25),(26)을 개재하여 서로 분리되어 각각배치된다. 소스전극(27)은 도 3에 도시된 소스(데이터신호)선 S1, S2…의 하나에 접속되고, 드레인전극(28)은 ITO막등과 같은 투명도전체막을 구비하는 화소전극(15)에 접속된다. TFT(14)의 a-Si층(24)은 채널보호막(29)으로 또한 피복되어 있다. TFT는 게이트펄스가 대응하는 게이트선의 주사선택의 시간에서 게이트전극(22)에 인가될 때 턴온된다.

액티브매트릭스기판(20)에서, 유지용량(CS)은 도 4에 도시된 바와 같이 절연막(23)의 일부 (또한 게이트전극을 피복함)를 화소전극(15)과 액정층(29)에 의해 주어진 액정용량(C_1c)와 평행하게 기판(21)에 배치된 유지커패시터전극(30)으로 샌드위치시킨 구조에 의해 형성될 수 있다. 큰 영역의 유지커패시터전극(30)이 요구되는 경우, 유지커패시터전극(30)은 개구율을 낮추지 않기 위하여 ITO막등과 같은 투명도전막으로 형성될 수 있다.

액티브매트릭스기판(20)과 대향기판(40)상에 형성된 전극은 이들 사이에 단략회로를 방지하기 위하여, 예를 들면, SiO₂, TiO₂, Ta₂O₃등과 같은 재료의 절연층(도시되지 않음)으로 피복되는 것이 바람직하다.

또한, 배향제어층(43a),(43b)는 이것의 배향상태를 제어하기 위하여 액정층(49)과 접촉하여 각각 형성된다. 배향제어층(43a) 및 (43b)의 적어도 하나는, 예를 들면 러빙 등의 1축배향처리를 행한다. 이와 같은 배향제어층(43a) 및 (43b)는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리아미드, 폴리비닐알코올 등의 유기재료, 또는 이들의 프리커서를 인가한 후에 러빙함으로써 형성될 수도 있고, 또는SiO₂와 같은 산화물 또는 질화물등과 같은 무기재료의 경사증착막으로서 형성될 수 있고, 또한 기판으로부터 소정의 각도에서 경사방향으로 기판상에 증착에 의해 형성될 수도 있다.

예를 들면, 배향제어막(43a) 및 (43b)의 처리조건(일축배향처리등) 및 재료를 선택함으로써, 액정층(49)의 분자는 배향제어층에 대해 배향제어층의 경계근처의 액정분자에 의해 형성되는 각도인 제어된 프리틸트각도로 배향된다. 배향제어층(43a) 및 (43b)이 양쪽 모두 1축배향처리를 행하는 경우, 2개의 층에 대한 1축배향처리의 방향(특히, 러빙방향)은, 사용된 액정재료에 따라서, 서로 평행하거나 또는 서로 평행하고 대향하도록 (역병렬)설정되거나 또는 서로 교차(예를 들면, 기껏해야 45°의 각도에서)하도록 설정될 수 있다.

액티브매트릭스기판(20)과 대향기판(40)은 기판사이에 배치된 스페이서(도시되지 않음)에 의해 서로 대향하여 배치된다. 스페이서는 기판(20)과 기판(40)사이의 간격(셀두께)을 결정하기 위하여 사용되고, 예를 들면 실리카비드를 포함한다. 이와 같이 결정된 셀두께는 사용된 액정재료에 따라서 가변하는 최적범위를 가지고 또한 셀두께는 액정분자가 배향처리축의 평균과 대략 일치하는 평균분자축을 추정하도록 배향되는 배향상태와 균일한 1축배향특성을 형성하도록 0.3 내지 10㎛의 범위내로 설정되는 것이 바람직하다. 셀두께는 키럴스메틱액정의 벌크상태의 헬리컬피치가 셀두께의 적어도 2배가 되도록 적합하게 조정되는 것이 더욱 바람직하다.

기판(20)과 기판(40)사이의 접착력을 강화시키고 키럴스메틱상으로 추정되는 액정층(49)의 임팩트저항을 향상시키기 위하여, 스페이서(비드)에 부가하여, 에폭시수지와 같은 수지재료를 포함하는 부착입자(도시되지 않음)를 산재시키는 것이 또한 가능하다.

도 3에 있어서, 액정소자에 대응하는 패널유닛(10)에서는, 행으로 연장되고 주사신호구동기(11)에 접속되는 주사신호선에 대응하는 게이트선 G1, G2,…와 열로 연장되고 데이터신호구동기(12)에 접속되는 데이터신호선에 대응하는 소스선 S1, S2,…는 서로 절연되면서 상호 교차하도록 배치된다. 게이트선 G1, G2,…와 소스선 S1, S2,…의 각각의 교차점에서, TFT(스위칭소자)는 배치되고 화소전극은 화소를 형성하기 위하여 교차점에 접속된다. 도 3은 설명의 편의를 위해 단지 5×5화소영역을 도시하고 있으나, 더큰 화소영역의 수도 실질적으로 포함된다. 스위칭소자(액티브소자)로서, 다결정실리콘(P-Si)TFT 또는 TFT 대신으로 MIM(금속-절연체-금속)소자를 사용하는 것이 또한 가능하다.

게이트선 G1, G2,…는 TFT(14)의 게이트전극(22)에 접속되고, 소스선 S1, S2,…는 TFT(14)의 소스전극(27)에 접속되고, 화소전극(15)은 TFT(14)의 드레인전극(28)에 접속된다. 구조에 의거하여, 게이트선 G1, G2,…는 주사신호구동기(11)에 의해 순차적으로 선택되고 게이트전압이 인가된다. 게이트선의 순차주사선택과 동기하여, 각 화소에 기록된 데이터에 대응하는 데이터신호전압은 소스선 S1, S2,…과 선택된 게이트선상의 TFT(14)를 개재하여 데이터신호구동기(12)로부터 대응하는 화소전극(15)에 인가된다.

본 발명의 액정소자는 한쌍의 기판(20),(40)의 한쪽에 적어도 적(R), 녹(G) 및 청(B)의 컬러필터세그먼트(컬러부분)를 구비한 컬러필터를 형성하으로써 컬러액정소자로서 사용될 수도 있다. 순차적으로 컬러믹싱을 행하기 위하여 대응컬러광속을 발산하는 적색광원, 녹색광원 및 청색광원을 구비한 광원을 연속적으로 절환시키면서 풀컬러표시(full-color display)를 행하는 것이 또한 가능하다.

본 실시예에 의한 액정소자는 한쌍의 기판(20),(40)이 기판의 한쪽을 통해 다른쪽 기판으로 통과하는 입사광(예를 들면 외부광원으로부터 배출된 입사광)을 광학적으로 변조하는 한쌍의 편광체판사이에 샌드위치된 광투과형액정소자이다. 본 발명의 액정소자는 기판(20),(40)의 하나에 반사판을 형성하거나 또는 반사재료로 형성된 기판자체 또는 기판상에 반사부재를 가지는 하나의 기판과 기판의 외측에 편광체판이 형성된 다른 기판을 조합하여 사용함으로써 반사형 액정소자로 변형될 수도 있고, 이에 의해 입사광과 반사광을 광학적으로 변조하고 광입사측상에 반사광을 통과하도록 초래한다.

상기 언급한 셀구조를 가지는 액정소자는 키럴스매틱액정조성을 조절하면서 키럴스매틱액정재료를 사용함으로써 제조가능하고, 또한 액정재료처리, 재료를 포함하는 소자구조 및 배향제어막(43a),(43b)에 대한 처리조건의 적합한 조정에 의해 제조가능한다. 결과적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 일극성(제 1극성)의 전압을 인가한 상태에서, 액정분자가 액정분자에 인가된 전계가 없는 경우 평균분자축이 단안정상태가 되도록 배향되고, 또한 인가된 전압의 크기에 따라서 단안정화된 위치의 평균분자축으로부터 계속해서 가변하는 틸트각도(tilting angle)를형성하기 위하여 전계무인가하에서 평균분자축으로부터 한방향으로 경사되는 배향상태로 액정재료는 위치된다. 한편, 다른 극성(예를 들면, 제 1극성에 대향하는 제 2극성)의 전압을 인가한 상태에서, 액정분자는 인가된 전압의 크기에 따라서 전계무인가하에서 평균분자축으로부터 다른 방향으로 경사된다. 또한, 본 실시예에서, 단안정화된 위치에 의거하여 제 1극성전압을 인가한 상태에서 얻은 최대경사각도(β1)는 제 2극성전압의 인가하에서 형성된 최대경사각도(β2)보다 대략 크고, 즉 β1＞β2이고, β1≥5×β2인 것이 더욱 바람직하다.

액정은, 전압을 인가하지 않는 상태에서, 액정이 평균분자축을 단안정상태로 위치하도록 설정하기 위해 배향되고, 액정은 제 1극성의 전압이 인가될때 단일방향의 단안정배향상태로부터 인가된 전압의 크기에 따라서 가변하는 경사각도로 경사되고, 액정은 제 1극성에 대향하는 제 2극성의 전압이 인가될 때 다른 방향의 단안정배향상태로부터 대략 경사되지 않는 배향특성을 또한 갖는다.

본 발명에 있어서, 상기 언급한 액정소자와 액정소자에 계조신호(gradation signal)를 인가하기 위한 구동회로를 조합하여 사용함으로써, 전압을 인가하는 상태에서, 인가된 전압에 따라서 결과적인 경사각도는 평균분자축(액정분자)의 단안정화된 위치로부터 계속적으로 가변하고 또한 대응하는 방사광량도 계속적으로 변화하는 상기 언급한 배향특성과 진폭변조를 조합한 것에 의거하여 액티브매트릭스구동구조에 의한 아날로그형 계조표시를 행하는 것이 가능한 액정표시장치를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 액티브메트릭스기판(평판)과 상기 언급한 배향특성(β1＞β2 또는 β1≥5×β2)을 가지는 액정소자를 사용하는 통상적인 액티브메트릭스구동방법의 일예를 도 3과 도 5를 조합한 도 6을 참조하여 설명한다.

이하 설명하는 본 발명에 사용된 액티브메트릭스구동방법에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 화소에 대해, 소정의 정보를 표시하는 1프레임주기는 소정의 화상에 대한 복수의 필드주기(예를 들면 도 6의 1F 및 2F)로 분할된다.

각각의 필드주기 1F 및 2F에 있어서, 각 필드주기에 대한 소정의 화상정보에 의존하는 소정의 투과(방사)광량을 얻는다. 또한, 각 프레임주기에서, 필드주기 1F 및 2F의 투과광량의 평균을 소정의 화상을 형성하기 위하여 얻는다.

도 6의 (a)는 각 화소에 접속된 하나의 게이트선(전극)(22)(예를 들면 도 3에 도시된 G1)에 인가되는 전압파형을 도시한다.

액티브매트릭스구동방법에 의해 구동되는 액정소자에 있어서, 도 3에 도시된 게이트선G1, G2,…은, 예를 들면, 각각의 필드주기 1F 및 2F에서 선순차방법(line-sequential manner)으로 선택된다. 이때, 대응하는 게이트선에 접속되는 각각의 게이트전극(22)에는 각각의 필드주기(예를 들면 1F)의 선택주기(Ton)에서 소정의 게이트전압(Vg)이 인가되고, 이에 의해 TFT(14)를 "ON"상태로 위치시킨다. 다른 게이트선이 선택된 주기에 대응하는 비선택주기(Toff)(예를 들면 필드주기 1F)에 있어서, 게이트전극(22)에는 게이트전압(Vg)이 인가되지 않고, 따라서 TFT(14)는 "off"상태(고저항상태)로 위치시킨다.

도 6의 (b)는 관련된 화소에 접속된 하나의 소스선(전극)(27)(예를 들면 도 3에 도시된 S1)에 인가되는 전압파형을 도시한다.

게이트전극(22)에 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 필드주기 1F 또는 2F의 선택주기(Ton)에서 게이트전압(Vg)이 인가될 때, 이 전압인가와 동기하여, 관련된 화소에 기록데이터를 형성하는 소정의 전위를 가지는 소정의 소스전압(데이터신호전압)(Vs)이 기준전위인 공통전극(42)의 전위(Vc)에 의거하여 화소에 접속된 소스선을 통해서 소스전극(27)에 인가된다.

보다 상세하게는, 1프레임주기를 구성하는 제 1필드주기(1F)에서는, 사용된 액정에 대한 전압-투과율(V-T)특성에 의거하여 소망의 광학상태 또는 표시데이터(투과율)를 형성하는 전위(Vx)(기준전위 Vc에 의거함)를 가지는 정극성소스전압(Vs)은 관련된 소스전극(27)에 인가된다.

이때, TFT(14)는 "on"상태로 되고, 이에 의해 소스전극(27)에 인가되는 양극성의 소스전압(Vx)은 드레인전극(28)을 개재하여 화소전극(15)에 인가되고, 따라서, 액정커패시터(C1_c)(31)와 유지커패시터(Cs)(32)를 충전시킨다. 따라서, 화소전극(15)의 전위는 정극성소스(데이터신호)전압(Vx)의 전위와 동일한 레벨이 된다.

이후, 다음의 비선택주기(Toff)에 있어서, 관련된 화소의 게이트선에 대해, TFT(14)는 "off"(고저항)상태이다. 이때(1F의 Toff상태), 액정셀에서는, 액정커패시터(C1_c)(31)와 유지커패시터(Cs)(32)는 선택주기(Ton)에서 충전된 전하를 커패시터내에 각각 유지함으로써 (정극성)전압(Vx)를 유지시킨다. 결과적으로, 관련된 화소의 액정층(49)에는 제 1필드주기(1F)를 통해서 전압(Vx)이 인가되고, 이에 의해 전압(Vx)에 따라서 소망의 광학상태(투과된 광량)를 형성한다.

액정의 응답시간이 게이트 "ON"주기보다 큰 경우, 액정의 스위칭은 액정커패시터(C1_c)(31)와 유지커패시터(Cs)(32)의 충전을 완료한 후에 비선택주기(Toff)(게이트 "OFF"주기)에서 행하여진다. 이 경우에 있어서, 커패시터에 축적된 전하는 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이 액정층(49)에 인가된 화소전압(Vpix)으로서 의해 전압(Vx)보다 전압(Vd)만큼 더 작은 (정극성)전압(Vx')를 형성하도록 자발분극(Ps)의 반전에 기인하여 감소된다.

이후, 제 2(다음)필드주기(2F)에서는, 제 1필드주기(1F)에서 인가된 소스전압(Vs)(=Vx1)에 대해 동일한 전위(절대치)를 갖고 또한 대향하는 극성을 갖는 부극성소스전압(Vs)(=-Vx)이 관련된 소스전극(27)에 인가된다.

이때, TFT는 "ON"상태이고, 이에 의해 부극선소스전압(-Vx)은 화소전극(15)에 인가되고, 따라서 액정커패시터(C1_c)(31)와 유지커패시터(Cs)(32)를 충전시킨다. 결과적으로, 화소전극(15)의 전위는 부극성소스(데이터신호)전압(-Vx)의 전위와 동일한 레벨이 된다.

이후, 다음의 비선택주기(Toff)에서는, 관련된 화소상의 게이트선에 대해, TFT(14)는 "OFF"(고저항)상태이다. 이때(2F의 Toff), 액정셀에서는, 액정커패시터(C1_c)(31)와 유지커패시터(Cs)(32)각각은 (부극성)전압(-Vx)을 유지시키기 위하여 선택주기(Ton)에서 충전된 전하를 유지시킨다. 결과적으로, 관련된 화소의 액정층(49)에는 제 2필드주기(2F)를 통해 전압(-Vx)이 인가되고, 이에 의해 전압(-Vx)에 따라서 소망의 광학상태(투과광량)를 형성한다.

액정의 응답속도가 게이트 "ON"주기보다 큰 경우, 액정의 스위칭은 액정커패시터(C1_c)(31)와 유지커패시터(Cs)(32)의 충전을 완료한 후에 비선택주기(Toff)(게이트 "OFF"주기)에 실행된다. 이 경우, 제 1주기(1F)와 유사하게, 커패시터에 축적된 전하는 자발분극(Ps)의 반전에 기인하여 감소되어 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이 액정층(49)에 인가된 화소전압(Vpix)으로서 전압(-Vx)보다 전압(Vd)만큼 더 작은 (부극성)전압(-Vx')을 형성한다.

도 6의 (d)는 관련된 화소의 실제 광학응답의 일예를 도시한다.

도 6의 (c)에서 도시된 바와 같이, 2개의 필드주기 1F와 2F를 통해서 인가된 전압은 제 1필드주기(1F)의 정극성전압(Vx')와 제 2필드주기(2F)의 부극성전압(-Vx(Vx'과 동일한 진폭을 갖음)을 포함한다. 제 1필드주기(1F)에 있어서, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, β1＞β2(β1≥5×β2)의 관계가 만족되기 때문에, 높은휘도(또는 투과광량)(Tx)는 제 1필드주기(1F)에서 얻어지나 제로에 가까우나 제로가 아닌 값인 낮은 휘도(또는 투과광량)(Ty)는 제 2필드주기(2F)에서 얻어진다.

상기 설명한 바와 같이, 액티브메트릭스구동방법에 있어서, 키럴스메틱액정의 고속응답에 의거한 양호한 계조표시를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 각 화소에서 소정레벨의 계조표시는 하나의 프레임을 높은 투과광량을 형성하는 제 1필드주기(1F)와 낮은 투과광량을 형성하는 제 2필드주기(2F)로 분할함으로써 연속적으로 실행되고, 따라서 동화상표시에 대해 인간이 분별할 수 있는 고속응답을 향상시키기 위해 기껏해야 50%의 시간적 개구율을 초래한다. 또한, 낮은 투과광량을 형성하는 제 2필드주기(2F)에 있어서, 결과적인 투과광량은 액정분자의 미세한 스위칭(반전)성능에 기인하여 완벽하게 제로가 아니고, 따라서 전체프레임주기를 통해서 어느정도 인지할 수 있는 휘도를 확보한다.

상기 실시예에 있어서, 전압(Vx 또는 -Vx)의 극성은 모든 필드주기(1F 또는 2F)에 대해 교번적으로 반전되고(예를 들면, 각 필드주기에 대한 극성반전), 이에 의해 액정층(49)에 실질적으로 인가된 전압은 교번하는 방식으로 연속적으로 변화하여 오랜주기동안에 연속적인 표시동작에 있어서도 사용된 액정재료의 열화를 억압한다.

상기 설명한 바와 같이, 상기 액티브메트릭스구동방법에서, 2개의 필드주기(1F), (2F)로 구성된 각각의 프레임주기에서는, 결과적인 투과광량은 Tx와 Ty의 평균에 대응한다. 따라서, 각 프레임에 대해 더욱 높은 투과광량을 얻기 위해서는, 제 1필드주기(1F)의 Tx보다 소정의 레벨만큼 높은 투과광량을 형성하는 소스(데이터신호)전압(Vs)를 인가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 액정소자는, 소망하는 바와 같이, 컬러필터를 사용하지 않으면서 적어도 적(R), 녹(G) 및 청(B)의 복수의 컬러광원과 조합하여 액정소자를 사용하는 풀컬러(full-color)액정표시장치에 사용될 수도 있고, 따라서 멀티플렉싱방법의 컬러믹싱을 행할 수 있다.

이하, 본 발명을 실예에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

예 1

키럴스메틱액정조성물 LC-1을 표시된 비율의 다음화합물을 혼합함으로써 제조하였다.

이와 같이 제조된 액정조성물LC-1은 다음과 같은 상전이계열과 물리적인 특성을 나타냈다.

상전이온도(℃)

(Iso: 이소트로픽상, ch: 콜레스테릭상, SmC^*: 키럴스메틱C상, Cry: 결정상)

자발분극(Ps): 2.9nc/㎠ (30℃)

틸트각도: 23.3도(30℃)

AC전압: 100㎐ 및 ±12.5V

셀간격= 1.4㎛

층경사각도δ: 21.6도(30℃)

헬리컬피치(SmC^*): 적어도 20㎛(30℃)

명세서상에 언급된 스메틱층의 상전이온도, 자발분극(Ps), 틸트각도및 경사각도(δ)의 값은 다음의 방법에 의해 측정된 값에 의거한다.

상전이온도의 측정

액정조성물LC-1의 상전이온도는 액정조성물LC-1을 1분동안 100℃에 유지시키고, 5℃/㎜의 비율로 -30℃로 냉각시키고, 5분동안 -30℃에 유지시킨 후에 차동주사열량계(perkin Elmer co.로부터 구입할 수 있는 "DSC pyris 1")를 사용함으로써 측정되었다.

상기 도시된 상기 전이계열로부터 명확하게 된 바와 같이, 액정조성물 LC-1은 스메틱A상(SmA)을 추정하지 못하였다.

자발분극(ps)의 측정

자발분극(ps)은 문헌 「K. Miyasato et al.(Japanese J. Appl. Phys. 22.No. 10, pp, L661-(1983))」에 기재된 바와 같은 "강유전성액정의 자발분극을 측정하기 위한 삼각파에 의한 직접방법"에 의해 측정되었다.

틸트각도 의 측정

제 1소멸위치(가장 낮은 투과율을 형성하는 위치)와 제 2소멸위치를 발견하기 위하여 Hamamatsu Photonics K.K로부터 구입할 수 있는 광분배기에 의해 소자를 통한 투과율을 측정하면서 소자의 상부 및 하부기판사이에 ±12.5V 내지 ±50V 및 1 내지 100㎐의 AC전압을 인가한 상태에서 액정을 직각크로스니콜(right angle-cross nicol)편광체판 사이에 샌드위치 시키고 편광체판에 대해 수평으로 회전시켰다. 틸트각도는 제 1및 제 2소멸위치사이의 각도의 반으로써 측정되었다.

액정경사각도(δ)의 측정

사용된 방법은 문헌 「Clork and Largerwal (Japanese Display) 86, Sept. 30-Oct. 2, 1986, P.P.456-458)에 의해 사용된 방법이나 또는 ANSGJS 「Ohuchi et al(J.J.A.P.,27(5)(1988). P.P. 725-728)」의 방법과 기본적으로 유사하였다. 측정은 회전하는 음극형 X-선회절장치를 사용함으로써 실행되었고, 80㎛두께의 마이크로시트 (Corning Glass works로부터 구입할 수 있음)는 액정셀의 유리기판에 대한 X-선흡수를 최소화하기 위하여 기판으로써 사용되었다.

블랭크셀(blank cell)을 다음의 순서로서 제작하였다.

한쌍의 유리기판의 한쪽은 복수의 a-Si TFT와 실리콘질화물(게이트절연성)막이 형성된 액티브메트릭스기판으로 형성되고 다른 유리기판에는 적색(R), 녹색(G)및 청색(B)의 컬러필터세그먼트를 포함하는 컬러필터를 형성하는 것을 제외하고, ITO막의 700Å두께의 투명전극이 각각 설치된 한쌍의 1.1㎜두께 유리기판을 제조하였다.

도 4에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 이와 같이 제조된 블랭크셀(액티브매트릭스셀)은 복수의 화소(800×600×RGB)를 포함하는 10.4인치의 화소영역사이즈를 지녔다.

한쌍의 유리기판의 각각의 투명전극상에, 폴리이미드 프리커서 ("SE7992", mfd, by nissan kagaku k.k)를 스핀코팅에 의해 도포하고 5분동안 80℃에서 예비건조한 후에, 500Å두께의 폴리이미드막을 얻기 위하여 1시간동안 200℃에서 고온베이커를 하였다.

이와 같이 얻는 폴리이미드막의 각각은 배향제어막을 형성하기 위하여 다음의 조건하에서 나일론천으로 러빙처리(단일축 배향처리)를 행하였다.

러빙롤러: 나일론천("NF-77", mfd, by Teijin K.K)이 감겨져 있는 10㎝직경의 롤러

가압깊이: 0.3㎜

기판피이드율: 10㎝/sec

회전속도: 1000rpm

기판피이드: 4배

이후, 하나의 기판상에, 실리카비드(평균입자크기=1.4㎛)를 산재시키고 한쌍의 기판을 서로에 대해 적용시킴으로써 러빙처리축은 서로 평행하면서 대향(역병렬)되었고 따라서 균일한 셀간격을 갖는 블랭크셀을 형성하였다.

유사한 방식으로, 아래에 도시된 데이터신호선(소스선)연장방향에 대해 러빙방향의 0 내지 45도 시계방향의 정의값의 일탈각도(θ₁)(시계방향의 정의값)를 변경시키는 것을 제외하고는 상기 셀을 포함한 전체 10개의 블랭크셀(a1 내지 a10)을 제조하였다.

셀수	a1 a2a3a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10
θ₁(각도)	0 +5 +10 +15 +20 +25 +30 +35 +40 +45

액정조성물LC-1을 클레스테릭상상태의 상기 제조한 블랭크셀의 각각에 주입하고 키럴스메틱C상을 형성하는 온도로 냉각하여 액티브매트릭스형 액정소자(A1 내지 A10)를 제조하였다.

Iso에서 SmC^*로의 상기 냉각단계에서, 각각의 소자(A1 내지 A10)는 1℃/min의 비율로 각 소자를 냉각하면서 +2볼트의 DC(오프셋)전압(이하, 소자 A1 내지 A10은 소자 A1(+) 내지 A10(+)으로서 언급함)이 Tc+2℃(Tc:Ch-SmC^*상 전이온도)의 온도범위에 인가되는 전압인가처리를 행하였다.

이와 같이 제조된 액정소자를 상온에서의 콘트라스트측정과 스메틱층(형성)방향(SLC)과 배향상태의 미세관측을 행하였다.

이후, 측정후에 각각의 소자(A1(+) 내지 A10(+)을 다시 가열 및 냉각하고 또한 -2볼트의 DC전압(이후, 소자는 인가된 전압의 측성을 제외하고는 소자(A1(+) 내지 A10(+)과 동일한 소자(A1(-) 내지 A10(-1))으로서 언급한다)이 소자(A1(+) 내지 A10(+))의 경우와 유사하게 인가되는 전압인가처리를 행하였다.

이와 같이 처리된 소자(A1(-) 내지 A10(-)을 소자(A1(+) 내지 A10(+))의 경우와 유사하게 측정하였다.

아래 표 1에 결과를 도시한다. 표 1에서, SLD(스메틱층방향)은 주사신호선(게이트선)연장방향에 의거한 시계방향에서 정의값으로써 취하여진다.

SLD의 관측결과로서, A1(+) 내지 A10(+) 및 A(-1) 내지 A10(-1)의 모든 소자에 있어서, 스메틱(분자)층은 러빙방향에 수직인 방향으로부터 20°의 각도로 어긋난 방향으로 형성되었다는 것이 발견되고 있다.

또한, SLD가 주사신호선(게이트선)연장방향으로부터 절대치로서 10°이상의 SLD각도로 어긋날 때, 예를 들면, 소자A1(+), A2(+), A8(+) 내지 A10(+) 및 A1(-) 내지 A10(-)의 경우, 이들의 소자는 불과 80-95의 낮은 콘트라스트를 형성하였다. 이들의 소자에 있어서, 배향결함은 경사방향의 화소를 가로질러서 놓여있는 가로선으로서 관측되었다. 낮은 콘트라스트는 이들의 배향결함의 발생에 기여할 수도 있다.

한편, 절대치로서 기껏해야 10도의 SLD각도를 형성하는 소자A3(+) 내지 A7(+)은 110 내지 150의 높은 콘트라스트를 나타냈다. 이들의 소자에 있어서, 배향결함은 각화소에서 거의 발견되지 않았다.

연구에 의하면, 상기와 같이 얻어진 결과와 유사한 결과를 정DC(DC(+)인가를 행한 10개 소자와 부DC(DC(-))인가를 행한 10개소자를 포함하는 상이한 20개 소자를 사용하는 경우에서 또한 얻는다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 킬러스메틱액정소자에 있어서, 주사 및 데이터신호선(게이트 및 소스선)의 하나에 대해 ±10°내의 SLD(LND)각도를 형성하도록 소정의 각도(θ1=적어도 10도)로 일축배향축을 설정함으로써, 화소내의 배향결함의 발생을 억압하거나 또는 최소화함으로써 콘트라스트를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, β1＞β2, 바람직하게는 β1≥5×β2의 경사 각도관계를 형성하는 키럴스메틱액정을 사용함으로써 계조표시를 행하는 것이 가능한 액정소자를 제공하는 것이 또한 가능하다.

Claims

한쌍의 기판중 적어도 하나의 기판에 일축배향축이 형성된 한쌍의 기판과, 행과 열로 배치된 복수의 화소를 형성하기 위해 기판사이에 배치된 키럴스메틱액정을 구비하는 액정소자로서,

각 화소에는 스위칭소자 및 상기 스위칭소자를 통해서 액정에 전압을 인가하는 전극이 형성되고,

복수의 주사신호선과 복수의 데이터신호선을 포함하는 신호선의 매트릭스는, 각각의 신호선이 화소의 행에 형성하는 스위칭소자의 행을 접속하도록 화소의 행을 따라서 배치되고 또한 각각의 데이터신호선이 화소의 열에 형성된 스위칭소자의 열을 접속하도록 화소의 열을 따라서 배치되도록 배열되고,

액정은 온도가 감소함에 따라서 이소트로픽상, 콜레스테릭상 및 키럴스메틱C상 또는 이소트로픽상 및 키럴스메틱C상을 갖은 상전이계열을 나타내고,

일축배향축은 주사신호선과 데이터신호선의 양자에 대해 10°이상의 각도를 형성하도록 배열됨으로써, 주사신호선 또는 데이터신호선에 대해 10°이하의 각도를 형성하는 스메틱층의 층연장방향을 형성하도록 액정이 배향되는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항에 있어서, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 액정은 평균분자축이 단안정배향상태를 나타내도록 배향되고, 제 1극성의 전압이 인가될 때 일방향의 단안정배향상태로부터 인가된 전압의 크기에 따라서 가변하는 경사각도로 경사되고, 제 1극성에 대향하는 제 2극성의 전압이 인가될 때 다른 방향의 단안정배향상태로부터 경사각도로 경사되고, 여기서 상기 경사각도는 제 1극성과 제 2극성전압의 인가하에서 형성되고, β1＞β2를 만족하는 각각의 최대경사각도 β1과 β2를 형성하는 배향특성을 가즌 액정인 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 2항에 있어서, 최대경사각도 β1및 β2는 β1≥5×β2를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항에 있어서, 전압을 인가하지 않은 상태에서, 액정은 평균분자축이 단안정배향상태를 나타내도록 배향되고, 제 1극성의 전압이 인가될 때 일방향의 단안정배향상태로부터 인가된 전압의 크기에 따라서 가변하는 경사각도로 경사되고, 제 1극성에 대향하는 제 2극성의 전압이 인가될 때 다른 방향의 단안정배향상태로부터 거의 경사되지 않는 배향특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 액정은 벌크상태에서 셀두께의 2배이상큰 헬리컬피치를 가지는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 스위칭소자는 박막트렌지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정소자.