KR20010039965A

KR20010039965A - 액정소자

Info

Publication number: KR20010039965A
Application number: KR1020000057682A
Authority: KR
Inventors: 아사오야스후미; 토가노타케시
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-30
Publication date: 2001-05-15
Also published as: US6636193B1; JP2001100257A; KR100473874B1

Abstract

키럴스메틱액정을 사용하여 액티브매트릭스구동에 따른 아날로그 계조표시에 적합한 액정소자를 형성한다. 셀두께 변화에 의한 전압-투과율(V-T)특성의 변화를 최소화하여 고수율의 액정소자의 제조를 제공할 수 있다. 액정소자에 있어서, 무전압인가시에는, 액정이 단안정화되고, 대향극성의 전압의 인가에 대해서는 각도 α1과 α2로 경사되는 배향상태로 액정을 배향시킴으로서 각도 α1과 α2는 큰 셀두께(액정층두께)에서 증가된다.

Description

액정소자{LIQUID CRYSTAL DEVICE}

본 발명은 평탄패널디스플레이, 투사디스플레이 및 프린터 등에 사용되는 광밸브용 액정소자에 관한 것이다.

트위스트네마틱(TN)모드는, M. Schadt와 W. Helfrich 의해 1971년 2월 15일에 발행된 Applied Physics Letters의 제 18권 제 4호의 127페이지 내지 128페이지에 표시되어 있는 것으로서, 박막트랜지스터(TFT)와 같은 액티브소자를 사용하는 표시소자용으로 널리 사용되는 네마틱액정소자의 대표적인 모드로서 사용되고 있다.

한편, 최근에는 횡방향전계를 이용하는 인플레인 절환모드(In-plane switching mode)와 수직배향모드(vertical alignment mode)에 의한 액정소자가 종래의 액정디스플레이에서 문제가 되는 시야각특성을 개선할 수 있는 것으로 제안되고 있다.

상기 설명한 바와 같이, 네마틱액정을 사용하는 TFT표시소자용으로서 다수의 액정구동모드가 공지되어 있으나, 어떤 구동모드는 수십밀리세컨드이상의 느린 응답시간을 요구하게 되어 응답속도의 개선이 요구되고 있다.

최근에는, 종래의 네마틱액정소자의 응답속도를 개선하기 위하여 키시럴스메틱액정을 사용하는 다수의 액정구동모드를 제안하고 있다. 예를 들면, 쇼트피치형 강유전성액정모드, 고분자안정형 강유전성액정모드, 한계치가 없는 반강유전성모드 등이 제안되고 있으며, 비록 실용화는 되고 있지는 않으나, 이들은 서브밀리세컨드보다 짧은 고속응답성을 실현할 수 있는 것으로서 보고되고 있다.

한편, 키럴스메틱액정내부의 위치에 단안정화를 가능하게 하기 위하여 온도감소에 대해서 액정재료가 등방성액정체상(ISO)-콜레스테릭상(Ch)-시럴스메틱C(SmC^*) 또는 대략 Ch상을 개재하지 않고서 ISO에서 SmC^*로의 직접 위상전이를 야기하는 ISO-SmC^*의 위상전이계열을 나타내는 액정소자를 제안하고 있다. Ch-SmC^*또는 ISO-SmC^*위상전이시에는, 스메틱층의 방향을 한방향으로 균일화하기 위해서 액정을 샌드위치한 한쌍의 전극을 가로질러서 DC전압을 인가한다. 결과적으로서, 고속응답과 계조제어(gradation control)를 가능하게 하고, 양호한 동화질과 고휘도를 나타내고 또한 대량생산을 가능하게하는 액정소자를 실현하는 것이 가능하다.

자발분극에 기인하여 반전절환을 행하는 강유전성액정과 반강유전성액정은 키럴스메틱상을 나타내는 액정이다. 따라서, 키럴스메틱액정을 사용함으로써, 종래의 네마틱액정에 수반되는 느린 응답속도의 문제를 해결할 수 있는 표시소자를 실현할 수 있을 것으로 기대된다.

상기 설명한 바와 같이, 차세대표시소자로서 고속응답성능과 계조표시특성을 나타내는 스메틱액정소자를 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나, 소자설계의 최적화, 특히 유지용량(holding capacitance)의 최적화설계는 아직까지 달성되지 않고 있다.

자발분극을 갖는 액정에 대한 유지용량의 설계에 관하여는, 자발분극을 갖는 액정을 적절하게 설계하기 위해서는 가능하면 큰 유지용량을 제공하는 것이 중요하다고 타카토씨가 보고하고 있다(AMLCD 97, P.29-). 보다상세하게는, TFT(TFT구동)를 사용하는 액티브매트릭스구동시에 액정분자가 게이트온기간내에 반전되지 않는다고 가정하면, 게이트온기간중안 소자에 인가되는 전하는 자발분극의 반전에 의해 보상되고 이에 의해 소자에 잔존하는 전하가 상쇄되는 결과를 초래하여 전압강하를 야기시킨다.

자발분극의 반전에 의해 야기되는 전압강하 vd는 다음의 식(1)에 의해 대량 표시될 수 있다.

Vd=2×ps'×S/(C_1c+C_s) …(1)

여기서 ps'는 소망의 계조레벨에 의존하여 실제적으로 반전된 자발분극의 크기이다. 예를 들면, 50%의 계조레벨을 표시하는 경우에는, ps는 액정재료의 자발분극(ps)의 반과 동일하다. S는 절환영역의 면적이고, C_1c는 액정층의 용량이고, C_s는 유지용량의 크기이다. 상기 식(1)으로부터, vd가 작을수록 큰 유지용량(C_s)을 요구한다.

한편, 키럴스메틱액정의 단안정성을 이용하는 상기 언급한 소자에 있어서, TFT구동용 액정용량에 비해 매우큰 유지용량을 사용할때는, 액정층두께(셀두께)의 작은변동은 전압투과율특성에 상당한 변화를 초래한다는 것을 인식하고 있다.

상기 언급한 문제의 관점에 있어서는, 본 발명의 주요목적은 자발분극을 갖는 액정을 사용한 소자를 제공하는 것으로서, 특히 상기 언급한 상전이계열을 갖고 단안정화상태로 배향되는 액정을 사용하는 액정소자를 제공하는 것으로서, 액정은 액티브매트릭스소자에 있는 셀두께의 다소의 변동에 있어서도 V-T특성의 변동이 거의 없고, 따라서 높은 제조수율을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 액정소자의 개략적인 단면도

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 액정소자의 액티브매트릭스기판과 주변구동회로의 배열을 도시하는 개략적인 평면도

도 3은 도 2에 도시된 액정소자의 일화소의 구성을 도시하는 개략적인 단면도

도 4는 도 3에 도시된 화소의 등가회로를 도시하는 도면

도 5는 본 발명에 의한 액정소자의 액티브매트릭스구동을 위한 구동신호파형의 일예를 도시하는 도면

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

11a, 11b: 기판 12a, 12b: 전극

13a, 13b: 절연층 14a, 14b: 배향제어층

15: 액정층 16: 스페이서

20: 패널부 21: 주사신호구동기

22: 데이터신호구동기 24: 절환(스위칭)소자

25: 화소전극 30: 액티브매트릭스기판

31: 기판 32: 게이트전극

33: 게이트절연막 34: a(비결정)-Si층

35, 38: n⁺a-Si층 37: 소스전극

38: 드레인전극 39: 채널보호막

40: 보수용량전극 41: 액정용량

42: 보수용량 50: 대향기판

51: 투명기판 52: 공통전극

53a, 53b: 배향제어막 59: 액정층

본 발명에 의하면, 일축으로 배향처리된 상호배향면을 갖도록 배치된 한쌍의 기판과, 액티브소자와 이 액티브소자를 통하여 액정에 전압을 인가하는 전극을 각각 구비한 화소메트릭스를 형성하도록 기판사이에 배치된 키럴스메틱액정과를 구비한 액티브매트릭스구동에 의해 아날로그계조표시에 적합한 액정소자로서, 무전압인가시에는, 액정의 평균분자축이 제 1위치에서 단안정화되는 배향상태로 액정이 배향되고,

제 1극성전압의 인가시에는, 인가된 전압의 크기에 따라서 단안정화된 제 1위치로부터 제 1방향으로 α1의 각도로 액정의 평균분자축이 경사지고,

제 1극성과 반대되는 제 2극성전압의 인가시에는, 제 2극성전압의 크기에 따라서 단안정화된 제 1위치로부터 제 1방향에 대향하는 제 2방향으로 α2의 각도로 액정의 평균분자축이 경사지고,

이에 의해, 경사각도 α1및 α2중 적어도 하나는 기판사이의 보다 두꺼운 액정층두께에서 증가하는 경향을 갖는다.

액정소자의 바람직한 실시예에서는, 유지용량 C_s는 각 액티브소자와 접속하고, 유지용량은 액정용량 C_1c에 대해 C_s≤1.5×C_1c의 관계식을 만족시키거나, 또는 이와 같은 유지용량은 각 액티브소자에 결합되지 않는다.

본 발명의 이와 같은 또는 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예의 이하 설명을 고려하므로서 보다 명확하게 될것이다.

본 발명에 의한 액정소자는 액티브매티릭스구동에 의해 아날로그계조표시를 행하기 위한 액정소자로서, 단일축으로 배향처리된 상호 대향면을 갖도록 배치된 한쌍의 기판과, 액티브소자와 이 액티브소자를 통하여 액정에 전압을 인가하는 전극을 각각 구비한 화소매트릭스를 형성하도록 기판사이에 배치된 키럴스메틱액정을 포함한다. 액정소자에 있어서, 무전압인가시에는, 액정의 평균분자축은 제 1상태로 단안정화되고, 제 1의 극성전압의 인가시에는, 인가된 전압의 크기에 따라서 단안정화된 위치로부터 제 1방향으로 α1의 각도로 액정의 평균분자축은 경사지고, 제 1극성과 반대되는 제 2극성전압의 인가시에는, 제 2극성전압의 크기에 따라서 단안정화된 위치로부터 제 1방향에 대향하는 제 2방향으로 α2의 각도로 액정의 평균분자축은 경사지고, 이에 의해 경사각도α1 및 α2의 적어도 하나는 큰 셀두께(액정층두께)에서 증가하는 경향이 있다. 결과적으로, 셀두께변동에 대응하는 소자특성의 변동은 액티브매트릭스구동중에 저감될 수 있다. 또한, 유지용량과 액정용량과의 비를 특정값이하로 억제하도록 소자를 설계함으로써, 셀두께변동에 대응하는 특성변동을 더욱 억압하는 것이 가능하고, 따라서 높은 생산성을 얻는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 액정소자에 있어서는, 각 화소에 유지용량이결합될 수도 있고, 또는 그렇지 않을수도 있다. 유지용량을 사용하는 경우에는, 유지용량은 액정용량에 대해 1.5배 이하로 설계되거나 또는 3.0(nF)이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 액정소자에 있어서는, 바람직하게는 ISO-Ch-SmC^*또는 ISO-SmC^*의 상전이계열을 갖는 액정이 사용되고 한쌍의 기판사이에 인가된 정 또는 부전압의 하나를 공급함으로써 액정은 2개의 스매틱층 방향의 한방향에 균일하게 배향되고, 즉 스메틱층에 대한 법선방향은 평균단일축배향처리방향으로부터 한방향으로 균일하게 이탈됨으로써, 무전압인가시에는, 액정분자는 키럴스메틱헬리칼코온(헬리칼상태를 형성하는 것이 허가될때)의 내부위치에서 안정화되어 액정의 메모리특성을 상실한다.

본 발명의 액정소자에 있어서는, 액정은 액정의 배향벡터(평균분자배향축)가 축에 형성된 단일축의 배향축방향에 대략 평행하고, 보다 상세하게는 축에 형성된 단일축의 배향방향으로부터 5도이하의 각도가 되도록 액정을 배향하는 것이 바람직하다.

이와 같은 자발분극반전형의 액정소자는 단일축의 배향처리방향으로부터 큰 각도이동을 행하는 방향으로 분자이동을 야기시키기 위해 극성전압의 인가에 의해 구동될 수도 있다. 벌크액정층이 강한 단일축배향규제력에 의해 강하게 영향을 받는 경우에는, 일축배향규제력의 영향은 작은셀두께에서 크고, 큰셀두께에서는 작다. 따라서, 절환특성은 작은두께에서 더욱 어렵게되고 큰두께에서는 더욱 쉽게된다. 즉, 이런 절환특성(이하 셀두께의존성-1)은 절환성능이 전계강도에 비례하는 종래의 SSFLC소자(표면안정화 강유전성액정소자)의 특성과는 반대이다.

따라서, 단일축배향규제력이 충분히 작은 경우에는, 셀두께 의존성은 절환특성이 전계강도에 의존하는 종래의 SSFLC소자 보다 더 작게된다고 생각된다.

한편, 상기 언급한 타입의 구동모드에 대한 액티브매트릭스구동의 경우에는, 액정용량과 유지용량의 합이큰 액정은 큰 전압유지율을 갖도록 야기된다. 유지용량은 기판설계인자이고 어떤 소자에 대해서는 일정하다. 한편, 액정용량은 셀두께에 따라서 변동한다. 보다 상세하게는, 큰 셀두께는 작은 액정용량을 형성하고, 작은 셀두께는 큰 액정용량을 형성한다. 따라서, 큰 셀두께는 낮은 전압유지율을 초래하고, 작은셀두께는 높은 전압유지율을 초래한다. 다시 말하면, 액티브매트릭스구동에 있어서는, 큰 전압을 작은 셀두께의 액정층에 인가하고, 작은 전압만을 큰 셀두께의 액정층에 인가한다. 이와 같은 특성을 이하 셀두께의존성-2로 칭한다.

액정응답이 액티브매트릭스구동의 게이트온 기간내에서 완료되는 경우에는, 즉 액정응답시간이 게이트온기간보다 짧은 경우에는, 전압유지율에 영향을 미치는 인자는 오믹전류성분과 액정층의 불순물이동에 의해 야기되는 전하이동뿐이므로, 셀두께의존성-2은 액정이 고순도를 갖는 경우에는 그렇게 크지않다. 한편, 액정응답시간이 게이트온기간보다 긴 경우에는, 전압보수율은 상기 언급한 전류성분에 추가하여 초당 액정의 자발분극의 반전에 의해 야기되는 분극반전전류에 의해 영향을 받는다. 따라서, 셀두께의존성-2은 액정응답시간이 게이트온기본에 비해 긴 경우에는 특히 커지게 된다.

상기 언급한 2종류의 셀두께의존성은 서로 상쇄하는 관계에 있다. 따라서, 기판계면의 배향규제력이 큰 경우에는, 셀두께의존성-1을 갖는 액정소자의 액티브매트릭스구동은 액정소자가 제조공정에서 어떤 변동에 기인하여 셀두께 변동이 수반될때 액정소자특성의 변동을 저감시키는 특징을 갖는다. 따라서, 유지용량이 액정용량에 비해 상당히 크다면, 액정용량의 변동은 전체소자의 용량에 크게 영향을 끼치지 못하고, 따라서 셀두께의존성-2은 크게 상실된다. 따라서, 과도한 유지용량은 바람직하지 않다. 보다 상세하게는, 유지용량은 액정용량의 1.5배이하이거나 또는 수치적으로는 3nF/㎠이하인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 액정소자의 구성을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 액정소자의 개략적인 단면도이다. 도 1에 있어서, 액정소자는 기판상에 전극 (12a), (12b), 절연층 (13a), (13b) 및 배향제어층 (14a), (14b)과, 기판사이에 배치된 액정층 (15)과 액정층두께(셀두께)를 결정하는 (비이드)스페이서(16)를 갖는 한쌍의 기판 (11a), (11b)를 포함한다.

보다 상세하게는, 도 1에 도시된 액정소자에 있어서는, 키럴스메틱상의 성질을 띠는 액정(재료)을 구비하는 액정층(15)을 유리 또는 플라스틱과 같은 높은 투명도를 갖는 재료를 구비한 한쌍의 기판사이에 끼운다.

기판 (11a), (11b)에는 In₂O₃, ITO(산화인듐주석) 등의 투명전극재료의 전극 (12a), (12b)이 배치되어 있다. 후술하는 전극 (12a), (12b)에 있어서, 하나의 기판 (11a)(또는 11b)에는 스위칭소자로서 TFT 또는 MIM(금속-절연체-금속) 등의 액티브소자와 각각 결합되는 도트형태의 투명전극의 매트릭스를 형성하고, 다른 기판 (11b)(또는 11a)에는 전면 또는 소정의 패턴에 배치되는 대향전극(counter electrode)을 설치함으로써 액티브매트릭스소자구조를 구성한다.

바람직하게는, 전극 (12a), (12b)은, 전극간의 쇼트회로를 방지하기 위하여, 예를 들면, SiO₂, TiO₂, Ta₂O₃등의 재료로 구성된 절연층 (13a), (13b)으로 피복한다.

또한, 절연층 (13a), (13b)상에는, 액정층(15)과 접속하고, 액정층의 배향상태를 제어하기 위해 배향제어층 (14a), (14b)을 액정층과 접속하여 절녕층(13a),(13b)상에 설치한다. 배향제어층 (14a), (14b)의 적어도 하나에는 단일축배향처리를 행한다. 이와 같은 배향제어층 (14a), (14b)은, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리아미드, 폴리비닐아코올과 같은 용액상태의 유기재료나 또는 이들의 프리커서를 인가한 후에 러빙함으로써 형성되거나, 또는 증착에 의해 형성된 SiO₂등의 산화물 또는 질화물의 무기재료의 경사증착막으로서 기판으로부터 소정각도의 경사방향으로 기판상에 형성될 수 있다.

예를 들면, 경사제어막 (14a), (14b)의 처리(단일축배향처리)를 위한 재료 및 조건을 선택함으로써, 액정층(15)의 분자는 배향제어막을 갖는 계면부근의 액정분자에 의해 형성되거나 액정제어층으로서 형성된 제어된 프리틸트각도 (pretilt angle)에 배향된다.

배향제어층 (14a), (14b)의 양자를 단일축배향처리를 행한 경우에는, 두층에 대한 일축배향처리의 방향(특히 러빙방향)은, 사용된 액정재료에 따라서, 서로 평행, 반평행하게 되도록 설정되거나 또는 45°이하의 각도로서 서로 교차하도록 설정될 수 있다. 본 발명에 있어서는, 셀두께 의존성-1을 개발하는 관점에서 단일축배향처리가 충분한 강도로 인가되는 것이 바람직하다.

기판 (11a), (11b)은, 이들 사이에 배치된 스페이서(비이드)(16)를 개재하여 서로 대향배치된다. 스페이서(16)는 기판 (11a), (11b)간의 갭(셀두께)를 결정하는데 사용되고, 예를 들면 실리카비드로 이루어질 수도 있다. 이와 같이 결정된 셀두께는, 사용된 액정재료에 의존하여 가변되는 최적범위를 갖고, 또한 평균분자축이 평균배향처리축과 대략 일치하도록 액정분자가 배향된 균일한 일축배향특성과 배향상태를 개발하기 위해서는, 0.3-10㎛범위내에 설정되는 것이 바람직하다. 소망의 리타데이션값(retardation value)을 제공하도록 셀두께를 적절하게 조정함으로써 키럴스메틱액정의 벌크상태에서의 헬리컬피치가 셀두께의 적어도 2배가 되는 것이 또한 바람직하다.

스페이서(비이드)(16)에 추가하여 기판 (11a), (11b)간의 접착성을 향상시키고 키럴스메틱상을 나타내는 액정층(15)의 임팩트레지스턴(impact resistance)를 향상시키기 위해 에폭시수지 등의 수지재료를 포함하는 접착재료(도시되지 않음)를 분산배치하는 것이 또한 가능하다.

상기 설명한 구조의 액정소자에 있어서, 액정층(15)과 소자의 재료는 배향제어층(14a),(14b)의 재료와 처리조건과 같은 특징을 나타내고, 무전압인가시에는, 액정의 평균분자축이 단안정화의 제 1상태에 위치되도록 액정은 배향되고, 제 1극성의 전압이 인가시에는, 제 1극성전압의 크기에 따라서 단안정화된 위치로부터 한방향으로 α1의 각도로 평균분자축은 경사되고, 제 1극성에 대향하는 제 2극성전압의 인가시에는, 제 2극성전압의 크기에 따라서 단안정화된 위치로부터 역방향으로 각도α2로 경사되는 배향상태로 평균분자축은 위치된다. 제 1극성전압의 인가시의 최대경사각도 β1이 제 2극성전압의 인가하에서의 최대경사각도β2보다 크게되도록 경사각도특성을 설정하는 것이 가능하다. 이하 설명하는 실질적으로 비유지형표시(non-hold typedizplay)를 행하기 위해서는, β1≥5×β2를 만족시키는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 사용되는 키럴스메틱상을 나타내는 액정은, 비폐닐골격, 페닐시클로헥산에스테르골격, 페닐피리미딘골격등을 갖는 탄화수소계액정재료, 나프탈렌계액정재료, 폴리플루오리네이트액정재료로부터 대략 선택된 액정재료를 혼합함으로써 형성된 조성물을 구비할 수도 있다.

본 발명에 사용되는 액정은 ISO-Ch-SmC^*또는 ISO-SmC^*의 상전이계열을 나타내는 것이 바람직하다.

이와 같은 상전이계열을 나타내는 액정조성물을 구성하는 화합물의 구체적 예는 다음을 포함할 수도 있다.

(화합물 1)

여기서 R₁, R₂는 치환기를 갖을 수 있는 1∼20개의 탄소원자를 갖는 직쇄 또는 분기형태의 알킬기; X₁, X₂는 단결합, O, COO 또는 OOC; Y₁, Y₂, Y₃및 Y₄는 H 또는 F, n은 0 또는 1을 나타낸다.

(화합물 2)

여기서, R₁, R₂는 치환기를 갖을수 있는 1∼20개의 탄소원자를 갖는 직쇄 또는 분기형태의 알킬기; X₁, X₂는 단결합 O, COO 또는 OOC; Y₁, Y₂, Y₃및 Y₄는 H 또는 F를 나타낸다.

(화합물 3)

여기서 R₁, R₂는 치환기를 갖을 수 있는 1∼20개의 탄소원자의 직쇄 또는 분기형의 알킬기; X₁, X₂는 단결합 O, COO 또는 OOC, Y₁, Y₂, Y₃및 Y₄는 H 또는 F를 나타낸다.

(화합물 4)

여기서 R₁, R₂는 치환기를 갖을 수 있는 1∼20개의 탄소원자의 직쇄 또는 분지형의 알킬기; X₁, X₂는 단결합 O, COO 또는 OOC, Y₁, Y₂, Y₃및 Y₄는 H 또는 F를 나타낸다.

경사각 α의 셀두께의존성(예를 들면, 큰셀두께에서는 큰 경사각)을 실현하기 위해서는, 자발분극이 10nc/㎠이하인 액정(조성물)을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 액정소자는 조성물의 등방성 또는 콜레스테릭상을 형성하는 온도에서 액정조성물을 상기 설명한 바와 같은 셀구조에 주입함으로써 얻을 수 있다.

액정소자는 기판 (11a), (11b)의 한쪽에 R(적), G(녹), B(청)의 세그먼트를 포함하는 컬러필터층을 설정함으로써 컬러액정소자로서 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 액정소자는 기판 (11a), (11b)과 전극 (12a), (12b)을 포함하고 외부광원으로부터의 입사광을 하나의 기판측으로부터 입사하게 하고 액정층으로부터의 변조광을 다른 기판을 통해 출사시킴으로써 표시를 행하기 위해 한쌍의 편광체판 사이에 샌드위치된 투과형소자로서 조성될 수도 있다. 또한, 본 발명의 액정소자를 기판 (11a)과 전극 (12a) 또는 기판 (11b)과 전극 (12b)의 하나는 투명하고 또한 편광체판이 설치되고, 다른 기판은 반사판을 설치하거나 또는 기판 또는 기판상의 전극을 반사재료로 구성하는 반사형소자로서 구성함으로써, 광은 투명측으로부터 입사하고 액정층을 통해 변조된 후에 또한 투명측으로 출사된다.

본 발명의 액정소자에 의해, 후술하는 실질적으로 비유지형 표시를 행하기 위해서는, 액정소자는 제 1분극전압의 인가시에 투과율(투과형소자의 경우) 또는 반사율(반사형소자의 경우)을 T1으로 나타내고, 제 2분극전압을 인가시에는 투과율 또는 반사율을 T2로 나타낼때, T1≥5×T2를 만족시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 액정소자에 있어서, 상기 설명한 구성에 추가하여, 각 화소는 아날로그개조표시를 위해 액티브매트릭스구동을 행하는 액티브소자를 구비한다. 본 발명에 의한 액티브매트릭스구동을 위한 구성은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 액정소자에 있어서의 액티브매트릭스기판과 주변구동회로의 구성을 도시하는 개략적인 평면도이다.

도 2에 있어서, 액정소자에 대응하는 패널부(20)에는, 수평방향으로 연장되고 수사신호구동기(21)에 접속하는 주사신호선에 대응하는 게이트선 G1, G2…과 수직으로 연장되고 데이터신호구동기(22)에 접속되는 데이터신호선에 대응하는 소스선 S1, S2…은 상호 절연되어 교차배치된다. 게이트선G1, G2…과 소스선 S1, S2의 각각의 교차점에는, TFT(절환소자(24))가 배치되고 화소전극(25)은 화소를 형성하기 위해 TFT에 접속된다. 도 2는 설명의 편의를 위해 단지 5×5화소영역만을 도시하고 있으나, 다수의 화소영역을 실제적으로는 포함한다. 절환소자(액티브소자)로서는, TFT 대신에 MIN소자를 사용하는 것도 가능하다.

게이트선 G1, G2…은 TFT(24)의 게이트전극에 접속되고, 소스선S1, S2…은 TFT(24)의 소스전극에 접속되고, 화소전극(25)은 TFT(24)의 드레인전극에 접속된다. 이 구성에 의거하여, 게이트선G1, G2…은 주사신호구동기(21)에 의해 순차적으로 선택되어 게이트전압이 인가된다. 게이트선의 수차적인 주사선택에 동기하여, 각 화소에 기입된 데이터에 대응하는 데이터신호전압은 소스선S1, S2…과 선택된 게이트선상의 TFT(24)를 통하여 데이터신호구동기(22)로부터 대응하는 화소전극(25)에 인가된다.

도 3은 도 2에 도시된 패널(20)의 1화소영역의 구성을 도시하는 개략적인 부분단면도이다. 도 3을 참조하면, 각화소는, 기판(31), 화소전극(25), 기판(31)상에 형성된 게이트전극(32)과, 게이트절연막(33)과, a(비결정)-Si층(34)과, n⁺a-Si층(35),(36)과, 소스전극(37)과, 드레인전극(38)과 채널보호층(39)을 포함하는 TFT(24), 유지용량(42)을 제공하는 유지용량전극(40)과 배향제어층(53)을 포함하는 액티브매트릭스기판(30)과; 투명기판(51), 공통전극(52)과 배향제어전극(53)을 포함하는 대향기판(50)과, 액정용량(41)을 제공하고 액티브매트릭스기판(30)과 대향기판(50)사이에 배치된 액정층(59)에 의해 형성된다.

따라서, 도 3에 도시된 구성에 있어서, 키럴스메트릭상을 나타내는 액정층(59)은 액정용량(C_1c)(41)를 제공하기 위하여 TFT(24)와 화소전극(25)을 갖는 액티브매트릭스기판(30)과 공통전극(42)이 형성된 대응기판(50)사이에 배치된다.

액티브매트릭스기판(30)에 관해서는, 도 3은 a(비결정)-Si TFT(24)를 사용하는 일예를 도시한다. 보다 상세하게는, 도 2에 도시된 게이트선G1, G1…에 접속되는 게이트전극(32)과 절연막(게이트절연막)(33)과 a-Si층(34)을 연속적으로 형성함으로써 TFT(24)를 유리기판(31)상에 형성된다. a-Si층(34)상에는, 소스전극(37)과 드레인전극(38)이 n⁺a-Si층(34)상에는, 소스전극(37)과 드레인전극(38)이 n⁺a-Si층(35),(36)을 개재하여 각각 서로 분리되어 배치된다. 소스전극(37)을 도 2에 도시된 소스선 S1, S2…의 하나에 접속하고, 드레인전극(38)을 ITO막 등의 투명도전막을 포함하는 화소전극(25)에 접속한다. TFT(24)의 a-Si층(34)을 채널보호막(39)에 의해 또한 코팅한다. TFT는 대응게이트선의 주사선택시에 게이트펄스가 게이트전극(32)에 인가될때 턴온된다.

액티브매트릭스기판(30)에서는, 유지용량 CS는 도 3에 도시도니 바와 같이 화소전극 (25)과 액정층 (59)에 의해 형성되는 액정용량 C_1c에 평행하게 기판 (31)상에 배치되는 유지용량전극 (40)을 갖는 절연층(33)(게이트전극을 덮음)의 부분을 사이에낀 구성에 의해 형성된다. 유지용량전극 (40)의 큰 면적을 요구하는 경우에는, 유지용량전극 (40)은 개구율을 저하시키지 않기 위해 ITO막 등의 투명도전막으로 형성될 수 있다.

액티브매트릭스기판 (30)의 TFT(24)와 화소전극 (25)위에는, 액정 (59)의 배향상태를 제어하기 위한 배향제어층 (53a)이 설치되어 있다. 한편, 대향기판 (50)은 공통전극(52)와 배향제어층 (53b)각각을 균일층으로 투명기판(51)에 전체적으로 코팅함으로써 형성된다. 배향제어층 (53a), (53b)은 도 1을 참조하여 설명한 배향제어층 (14a), (14b)에 대응한다.

도 1을 참조하여 설명할 때, 도 3에 도시된 액정소자는 한쌍의 편광체판사이에 있는 구조물을 샌드위치하여 투과형으로 구성되거나 또는 대향기판(50)측에만 편광체판을 배치한 반사형으로 구성될 수 있다.

TFT(24)는 a-Si층(34) 대신에 다결정 Si(p-Si)층을 사용함으로써 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 패널화소부는 도 4에 도시된 등가회로로 표시될 수 있고, 여기서 액정의 자발분극 PS는 소자 (60)에 의해 나타내고 도 3과 같은 동일부호는 도 3의 대응부재를 나타낸다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 대한 액정소자의 액티브매트릭스 구동을 설명한다. 본 발명의 액정소자는, 하나의 화소(표시패널에 대해)에 어떤 데이터를 표시하는 기간(하나의 프레임기간)이 복수의 유닛기간(필드), 예를 들면 도 5에 도시된 2개의 필드 1F, 2F로 분해되고, 화소에 데이터표시를 위한 극성전압이 각 필드에 대해 반전되어 필드의 화소에 표시되는 소정의 데이터에 평균적으로 대응하는 출사광량을 얻는, 액티브매트릭스구동모드와 같이 구동되는 것이 바람직하다. 본 발명의 액정소자에 있어서, 제 1극성전압인가시의 경사각도는 제 2극성전압인가시의 경사각도와 상이하고, 따라서 상기 설명한 바와 같은 각 필드에 대한 극성반전구동에 있어서, 출사광량은 절대치가 동일한 전압이 인가시에도 각 필드에 대해서 상이하게 된다. 어떤 액정소자에 대해서, 제 1극성전압인가시의 투과율 또는 반사율 T1과 제 2극성전압인가시의 투과율 또는 반사율 T2가 크게 상이하고, 바람직하게는 T1≥5×T2의 관계를 만족시키는 경우에는, T2를 표시하는 필드를 실질적으로 비표시필드(흑표시)로 간주함으로써 실질적으로 동화상화질을 향상할 수 있는 비유지표시를 행하는 것이 가능하다. 도 5는 실질적으로 이와 같은 비유지표시를 실현하기 위한 일련의 구동신호파형을 도시한다. 이하 비유지표시를, 예를 들면, 설명의 편의를 위해 채택된 투과형 액정소자에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

어떤 한 회소를 주목하는 경우에는, 도 5(a)에서 도시된 바와 같이 화소에 결합되는 게이트선(주사신호선에)에 전압이 인가된다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 액정소자에 있어서, 게이트선 G1, G2은, 예를 들면 선순차적으로 각필드에서 선택되고, 하나의 게이트선에는 주목화소에 대해 TFT(24)를 턴온하기 위해 선택기간(Ton)에서 소정의 게이트전압(Vg)이 게이트전극에 인가된다. 반대로, 다른 게이트선이 선택되는 비선택기간 (Toff)동안에는, 턴온전압(Vg)은 주목화소에 대해 TFT(24)의 게이트전극(32)에 인가되지 않고, 따라서 TFT는 고저항상태(off상태)로 존재한다. 각 필드의 주목화소에 대한 각각의 Ton기간에 있어서, 주목화소에 대한 게이트선을 주목화소에 대한 TFT(24)을 턴온하기 위해 선택한다. 다른 게이트선도 화소의 동작을 위해 각 필드에서 한번은 선택된다.

1프레임의 제 1필드(1F)에서는, 주목화소에 기입된 데이터, 예를 들면 화소에서 얻어지고, 사용된 액정의 전압-투과율(V-T)특성에 의거하여 결정된 광학상태(투과광량)에 대응하는 레벨V_x의 양극극성소스전압은 주목화소에 대한 TFT(24)의 소스전극(37)에 접속된 소스선을 통해 소스전극(37)에 인가된다. TFT(24)가 on상태일 때, 소스전극(37)에 인가되는 전압 V_x은 드레인전극(38)을 통하여 화소전극(25)에 인가됨으로서, 액정용량(C_1c)(41)과 유지용량(C_s)(42)를 변경하여 화소전극의 전위를 V_x(데이터신호전압)로 상승시킨다. 주목화소에 대한 게이트선의 비선택기간 (Toff)동안에는, TFT(24)는 고저항(off)상태가 되고, 선택기간 (Ton)에서 축적된 전하는 액정용량(C_1c)(41)과 유지용량 (C_s)(42)에 축적된다. 결과적으로는, 각 주목화소의 액정층(59)에는 제 1필드(1F)의 기간을 통해 전압(V_x)이 인가되어 주목화소에 광학상태(투과율)을 제공한다. 그러나, 이런 경우에 있어서, 액정의 자발분극의 반전이 야기되는 경우에는, 축적된 전하의 일부가 상쇄됨에 따라서, V_x는 유지될 수 없게된다. 자발분극의 반전에 의해 야기되는 전압강하 Vd는 상기 언급된 바와 같은 다음의 식(1)으로 표현될 수 있다.

Vd=2×Ps'×S/(C_1c+C_s) …(1)

이때, 제 2필드(2F)의 주목화소와 관련된 게이트선에 대한 선택기간 (Ton)에 있어서, 제 1필드(1F)에 인가되는 소스전압(Vx)과 비교할때 절대값이같고 대향극성인 소스전압(-Vx)이 주목화소에 대한 TFT의 동일소스전극(37)에 인가된다. TFT(24)는 이 시간에서는 on상태이기 때문에, 전압(-Vx)은 화소전극(25)에 인가되고 액정용량(C_1c)(41)과 유지용량(C_s)에 축적되어 화소전극을 전위(-Vx)로 유지시킨다. 이때, 비선택기간 (Toff)동안에는, 주목화소에 관련된 TFT(24)는 고저항(off)상태로 유지되기 때문에, 선택기간 (Ton)에서 축적된 전하는 액정용량(C_1c)(41)과 유지용량(C_s)(42)에 유지되고, 따라서 전압 (-Vx)를 유지한다. 결과적으로, 주목화소의 액정층(59)에는 제 2필드(2F)를 통해서 전압(-Vx)이 인가되어 전압(-Vx)에 대응하는 광학상태(투과율)을 주목화소에 제공한다. 그러나, 이러한 경우에 있어서, 자발분극의 반전을 야기하는 경우에는, 충전전하의 일부는 이에 의해 상쇄되기 때문에, 전압(-Vx)은 최초상태와 같이 유지되지 못한다. 이때의 전압강하 Vd는 상기 언급한 식(1)에 의해 또한 표현된다.

도 5(c)에는, 각각의 화소에 있어서, 액정용량(41)과 유지용량(42)에 유지되고 액정층에 인가되는 전압(Vpix)의 시순변화가 도시되어 있고, 도 5(d)에는 주목화소의 광학응답(투과광량)의 시순변화가 도시되어 있다. 도 5(c)에서 도시된 바와 같이, 2개의 필드 1F와 2F에 인가되는 전압은 대향극성의 Vx-Vd의 동일값(절대값)이다. 한편, 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 주목화소는 제 1필드(1F)에 있어서는, Vx-Vd에 대응하는 개조표시상태(투과광량)(Tx)를 나타내고, 연속하는 제 2필드(2F)에서는 -(Vx-Vd)에 대응하는 개조표시상태(투과광량)(Ty)을 나타낸다. 그러나, 제 2필드의 투과광량 (Ty)은 작고, 대략 Tx보다 낮거나 제로레벨에 근접한다.

상기 설명한 바와 같이, 액정층에는 소스전극으로부터 공급된 전압 Vx에서 Vd를 뺀 전압(Vx-Vd)가 공급되고, 전압Vd는 식(1)에 의해 규제되는 셀두께의존성 2를 나타낸다. 셀두께의존성의 정도는 대략 C_s를 조정함으로써 제어될 수 있다.

상기 언급한 액티브매트릭스구동구조에 있어서, 본 발명의 액정소자는 계조표시를 위해 고속으로 구동될 수 있다. 고투과율을 표시하는 제 1필드와 저투과율을 표시하는 제 2필드를 포함하는 연속하는 2개 필드에 있는 임의의 개조레벨을 화소에 표시함으로써, 시간적분 개구율은 50%이하가 되어, 인간의 눈에 감지될 수 있는 동화상고속응답특성을 제공한다. 또한, 제 2필드에서는, 투과광량은 액정분자의 다소의 절환동작에 의해 완전히 제로로 감소되지는 않기 때문에, 인간의 눈에 감지될 수 있는 휘도는 전체프레임기간에 대하여 확보된다.

또한, 제 1 및 제 2필드에 있어서는, 절대값이 동일하고 대향극성의 전압을 액정층(59)에 인가함으로써, 액정층(59)에 실질적으로 인가되는 전압은 교류화되어 액정의 열화를 방지한다.

상기 설명한 매트릭스에 있어서, Tx와 Ty의 평균은 2개의 필드를 포함하는 1개 프레임에 대한 유효한 투과광량으로서 얻어진다. 따라서, 데이터신호전압 Vs을 1프레임에 대해 표시되는 소망의 화소데이터에 대응하는 소망의 개조레벨을 제공하는 전압보다 큰 값으로 설정함으로서 제 1필드(1F)의 소망의 개조레벨보다 높은 투과광량을 표시하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

(실시예)

실시예 1

(셀제작)

ITO막의 70㎚ 두께의 투명전극을 갖는 두께 1.1㎜인 한쌍의 유리기판을 이용하였다. 각 기판의 투명전극을 스핀코팅에 의해 다음의 화학식의 반복되는 단위을 갖는 폴리이미드의 프리커서용액으로 피복하고, 80℃에서 5분동안 선베이킹(pre-baking)을 행하고, 200℃에서 1시간동안 베이킹하여 50㎚두께의 폴리이미드코팅막을 형성하였다.

이때, 폴리이미드막은 0.3㎜의 가압깊이, 5㎝/sec의 피드속도, 1000rpm의 회전수 및 8회의 피딩조건하에서 표면이 나일론천인 직경 10㎝의 러빙롤러(타이진 K.K. 제조 "NF-77")에 의해 러빙을 행하는 단일축의 배향처리를 행한다.

이때, 상기 처리된 한쌍의 기판중의 한쪽기판상에는, 스페이서실리카비드를 산재시키고, 다른 기판을 중첩시킴으로서 두기판상의 러빙방향을 상호 평행하게 되도록하여 1㎠의 유효표시영역(기판간의 전압인가를 위해 전극이 서로 대향된 유효영역)을 갖는 블랭크셀을 형성하였다. 마찰조건은, 액정회전법(이하 설명하는 조성물 LC-1을 사용함)에 의해 측정할때, 2.0도의 프리틸드각을 나타내는 9㎛두께의 셀을 제공하였다.

상기 공정을 1.0㎛, 1.2㎛, 1.4㎛ 및 1.6㎛의 4개의 상이한 평균입자직경을 갖는 4개의 스페이서실리카비이드형을 이용하여 4회 반복함으로써, 4종류의 블랭크셀(각각의 A 내지 D)을 제작하였다.

(액정조성물)

액정조성물 LC-1은 상기 액정성화합물을 각각의 지정된 중량비로 혼합함으로써 제조하였다.

액정조성물 LC-1는 다음과 같은 물성을 나타냈다.

상전이온도(℃)

자발분극(30℃): Ps=1.2 nC/㎠

(1/2)코온각(30℃):=23.7도

굴절률이방성(30℃): △n=0.18

SmC^*의 헬리컬피치(30℃): 20㎛이상

상기 언급한 자발분극값과 (1/2)코온각값은 다음의 방법에 의해 측정하였다.

(자발분극)

자발분극은, K.미야사토씨 등(Japanese J. Appl. Phys. 22, No. 10, L661(1983))에 의해 기재된 「삼각파에 의해 강유전성액정의 자발분극을 측정하는 직접방법」에 의해 측정되었다.

((1/2)콘각)

±30V 내지 ±50V와 1-100㎐의 주파수의 인가AC전압하에서 샘플액정소자(셀두께=1.4㎛)를 샘플소자를 사이에낀 고정된 위치에 배치된 한쌍의 직교니콜편광체판에 비례하여 회전시키면서 광전증배관을 통해 관찰하여 제 1소광위치(투과율이 가장 낮은 제 1위치)와 제 2소광위치(투과율이 가장 낮은 제 2위치)를 결정한다. 제 1소광위치와 제 2소광위치사이의 용해각도의 반을 (1/2)콘각도로서 취한다.

(소자제작)

상기 제작된 각각의 블랭크셀에 등방상온에서 상기 언급한 액정조성물LC-1을 주입하고, 봉입한 후에 조성물 LC-1이 SmC^*상을 나타내는 실온으로 점진적으로 냉각하였다. 냉각동안에, Ch-SmC^*상전이주위의 온도에 있어서, 액정에 -5볼트의 DC오프셋전압을 인가하였다. 결과적으로, 소자 A 내지 D로 칭하는 4형태의 샘플액정소자를 제작하였다. 또한, 액정주입을 콜레스테릭상온도에서 실행했을때 유사한 액정소자를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

샘플소자 A-D를 이하 항목에 따라서 각각 평가하였다.

(a) 배향상태

액정배향상태에 대해 편광현미경을 통해서 각 샘플소자를 관측하였다. 결과적으로, 각 소자에 있어서, 무전압인가에 가장 어두운 축을 러빙방향으로부터 1.5도 벗어난 위치에서 발견하였고, 1개의 스메틱층법선방향만이 전체소자에 관측되는 균일한 배향상태를 관측하였다.

(b) 삼각파응답

각각의 샘플소자를 광전증배관이 장착된 수직니클-편광현미경에 설정함으로써 전압무인가상태에서 소자에 대해 가장 어두운 상태를 제공하도록 배치하였다.

다음에, 광학응답을 실험하기 위해 ±5V와 0.2㎐의 삼각파를 각각의 샘플소자에 인가하였다. 결과로서는, 인가전압이 정극성전압의 인가에 대응하여 증가할때 각 샘플소자는 점진적으로 증가하는 투과광량을 나타냈다. 한편, 부극성전압의 인가에 대한 응답에 있어서는, 각소자는 무전압인가상태에서 전압인가에 따라 증가된 투과광량을 나타냈으나, 최대투과광량은 정극성전압의 인가하에서 얻은 최대투과광량의 1/10이었다.

(c) 각형파응답

상기 삼각파응답의 실험과 유사하게, 각각의 샘플소자를 광전증배관이 장착된 수직니클편광현미경에 설정하였으나, 광학응답을 관측하기 위하여 60㎐와 ±5V의 각형전압을 인가하였다.

결과적으로서, 정극성전압의 인가에 응답하여 이전상태에 의존하지 않는 안정된 반색조상태를 제공하는 충분한 광학응답을 달성했다. 소자는 부극성전압의 인가에 대해 동일한 절대값의 정극성의 인가하에서 얻은 광학응답의 약 1/10의 레벨에서 광학응답을 나타냈다.

그러나, 4개의 샘플소자, 예를 들면 소자 A 내지 소자 D을 이들의 전압-투과율(V-T)특성에 따라서 각각 관측하였을때, 아래 표 1에 표시된 바와 같이 소자 A 내지 소자 D는 현저하게 상이한 포화전압 Vsat, 예를 들면 포화투과율을 나타내는 최대전압과 ±5볼드에서의 상대 투과율(포화전압의 인가상태에서 얻은 포화투과율에 대한 퍼센트)을 나타냈다.

포화전압 Vsat

소자 셀두께 연간된 투과율 포화전압(㎛) 상대비 (volts)

A 1.0 70% 7.0B 1.2 80% 6.5C 1.4 90% 6.0D 1.6 95% 5.5---------------------------------------------Vsat(A) - - 1.27Vsat(D) (=7.0/5.5)

상기 표 1에서 도시된 바와 같이, 작은 셀두께를 ±5볼드인가시에는 큰 포화전압과 작은 상대투과율(작은경사각을 나타냄)을 초래했다. 이는, 전계무인가시에 소자의 평균분자축방향이 일축배향처리방향에 대략 일치하고, 구동시에 액정분자가 일축배향처리의 결과인 일축배향규제력에 강하게 영향을 받기 때문이라고 추측할 수 있다.

(d) 액티브소자 매트릭스소자에 대한 측정

상기 제작한 각각의 샘플소자 A 내지 소자 D를 도 5에 도시된 구동파를 인가함으로써 구동되는 quasi-TFT-driven액정소자를 형성하기 위해 도 4에 도시된 등가회로에 따른 외부트랜지스터(도시바 KK제조, "TC4066BP"에 포함된 트렌지스터)에 접속하였다. 광전증배관을 통해 관측한 결과, ca. 10/1의 전계투과율에서의 비유지표시를 확인하였다.

또한, 각 샘플소자를 용량측정을 행하였다. 그 결과를 아래의 표 2에 도시한다.

액정용량(C_1c)

소자 C_1c(nF)

A 3.0B 2.50C 2.14D 1.88

도 4에 도시된 등가회로에 따른 각각의 샘플소자에 선택적으로 10nF, 5nF, 2nF, 1nF 및 0nF의 유지용량 C_s을 외부적으로 병렬접속함으로써 5개 형태의 소자를 제조하고, 상이한 소스전압에서 구동시킴으로써 각 소자에 대한 전압-투과광량의 관계를 구하고 각각의 소자에 관한 포화전압 Vsat(포화투과광량을 나타내는 최소전압)을 결정한다. 결과를 다음의 표 3에 포괄적으로 표시한다.

상이한 유지용량(Cs)에서의 포화전압 Vsat

소자 Cs=10 [nF] Cs=5 [nF] Cs=2 [nF] Cs=1 [nF] Cs=0

A 7.3V 7.3V 7.5V 7.6V 7.8VB 6.7V 6.8V 7.1V 7.2V 7.5VC 6.2V 6.3V 6.6V 6.8V 7.1VD 5.6V 5.7V 6.0V 6.3V 6.8VVsat(A)/Vsat(D) 1.30 1.28 1.25 1.21 1.15

상기 표 3에서 도시된 바와같이, 5nF이상의 유지용량을 갖는 소자는 표 2에 도시된 각형파응답과 같이 유사하게 포화전압 Vsat에 의존하여 큰 셀두께를 나타낸 반면에, 작은 유지용량을 갖는 소자는 Vsat에 의존하여 작은 셀두께를 나타냈다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 셀두께에 의해서 거의 변화하지 않는 전압-투과율(V-T)특성을 갖는 액정소자를 제공하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 높은 생산수율에 있어서 높은 신뢰도를 갖는 액정소자를 제공하는 것이 가능하다.

Claims

액티브매트릭스구동에 의해 아날로그계조표시에 적합한 액정소자로서,

적어도 한쪽면이 단일축으로 배향처리된 상호 대향면을 갖도록 배치된 한쌍의 기판과; 액티브소자와 이 액티브소자를 통하여 액정에 전압을 인가하는 전극을 각각 구비한 화소매트릭스를 형성하도록 기판사이에 배치된 키럴스메틱액정과를 포함하는 액정소자에 있어서,

무전압인가시에는, 액정의 평균분자축이 제 1위치에서 단안정화된 배향상태로 액정이 배향되고,

제 1극성전압의 인가시에는, 액정의 평균분자축은 인가된 전압의 크기에 따라서 단안정화된 제 1방향으로 α1의 각도로 액정의 평균분자축이 경사지고,

제 1극성과 반대되는 제 2극성전압의 인가시에는, 제 2극성전압의 크기에 따라서 단안정화된 제 1위치로부터 제 1방향에 대향하는 제 2방향으로 α2의 각도로 액정의 평균분자축이 경사지고,

이에 의해 경사각도 α1과 α2중 적어도 하나는 기판사이의 보다 두꺼운 액정층두께에서 증가하는 경향을 갖는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항에 있어서, 액티브소자는 Cs≤1.5×C_1c를 만족시키는 유지용량 Cs와 결합되어 있고, 여기서 C_1c는 화소의 액정용량을 나타내는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항에 있어서, 액티브소자는 3.0nF/㎠이하의 유지용량과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항에 있어서, 액티브소자는 유지용량과 결합되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 액정소자.
제 1항에 있어서, 단안정화된 제 1위치에서 액정의 평균분자축은 기판의 대향면중 적어도 한쪽면에 인가되는 단일축배향처리의 방향으로부터 5도미만의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 액정소자.