(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を挟んで対向配置される一対の基板の一方に、相互に平行に設けられた複数の信号線と、前記各信号線とは少なくとも一部が重畳した状態で前記各信号線に沿った状態に設けられた複数の画素電極と、前記各画素電極とは基板平面方向に離隔して、前記各画素電極とはそれぞれ平行に設けられた複数の信号電極とを具備し、
前記各信号線と前記各画素電極との重畳部間に強誘電体層がそれぞれ設けられて、前記各信号線と前記各強誘電体層と前記各画素電極とによって、分極特性が非線形になった非線形素子がそれぞれ構成されており、
前記各画素電極と隣接する前記各信号電極との間に生じる基板平面方向にほぼ平行な成分を主とする電界により液晶層が駆動されて、選択期間に各画素に映像信号が書き込まれ、非選択期間に前記各画素に書き込まれた映像信号が保持され、
前記非線形素子は、前記選択期間に前記強誘電体層に印加される電界によって前記画素の液晶層に電荷を誘起し、誘起された電荷に基づく電界を前記非選択期間に前記画素の液晶層に印加するようになっており、
前記各画素電極の上下一方側に絶縁膜が設けられ、該絶縁膜を挟んで前記各画素電極と重畳するように付加容量電極がそれぞれ設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
液晶層を挟んで対向配置される一対の基板の一方に、相互に平行に設けられた複数の信号線と、前記各信号線とは少なくとも一部が重畳した状態で前記各信号線に沿った状態に設けられた複数の画素電極と、前記各画素電極とは基板平面方向に離隔して、前記各画素電極とはそれぞれ平行に設けられた複数の信号電極とを具備し、
前記各信号線と前記各画素電極との重畳部間に強誘電体層がそれぞれ設けられて、前記各信号線と前記各強誘電体層と前記各画素電極とによって、分極特性が非線形になった非線形素子がそれぞれ構成されており、
前記各画素電極と隣接する前記各信号電極との間に生じる基板平面方向にほぼ平行な成分を主とする電界により液晶層が駆動されて、選択期間に各画素に映像信号が書き込まれ、非選択期間に前記各画素に書き込まれた映像信号が保持され、
前記非線形素子は、前記選択期間に前記強誘電体層に印加される電界によって前記画素の液晶層に電荷を誘起し、誘起された電荷に基づく電界を前記非選択期間に前記画素の液晶層に印加するようになっており、
前記各画素電極が設けられた前記基板に対向する他方の基板に前記液晶層を挟んで前記各画素電極と重畳するように付加容量電極がそれぞれ設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
前記各画素電極と前記各信号線とが交差し、かつ、前記各画素電極が前記各信号線との交差部の両側で屈曲してそれぞれの屈曲部から、交差した前記信号線の両側に沿って延在している請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記付加容量電極が、重畳する前記画素電極に対して前記信号電極側にはみ出さないように形成されている請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、テレビジョンセット、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ又はＯＡ（Ｏｆｆｉｃｅ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器等に用いられるマトリクス型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶表示装置はその薄型、軽量及び低消費電力等の特徴を活かして、例えば、テレビジョンセット、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータやＯＡ機器等に用いられている。
【０００３】
現在普及している液晶表示装置においては、液晶層を挟んで対向する透明電極間に電圧を印加し、液晶層に基板表面とほぼ垂直な電界を生じさせるＴＮ（ツイスティッドネマティック）型やＳＴＮ（スーパーツイスティッドネマティック）型の表示モードが採用されている。しかし、これらの表示モードのものは画像のコントラスト等の光学特性が視角方向に依存するため、視野角が狭くなるという問題がある。特に、画面が大型化した場合には実用上の問題となり、大型の液晶表示装置が普及する上で大きな制限となっていた。
【０００４】
この視野角の問題を改善する方法として、「ＡＳＩＡ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ’９５  Ｐ５７７．〜Ｐ．５８０」に電気的及び光学的特性が詳細に説明されている横電界方式がある。
【０００５】
図８は横電界方式による液晶表示装置の一般的な構成を示す断面図であり、図９はその画素の構成を示す平面図である。
【０００６】
この液晶表示装置は、マトリクス基板５０と対向基板５１との間に液晶層５２を挟んだ構造となっている。マトリクス基板５０には複数のゲートライン５３と複数のコモンライン５４とが交互に平行に配線され、ゲートライン５３に直交する方向に複数のソースライン５５が平行に配線されている。ゲートライン５３とソースライン５５とに囲まれた領域には、コモンライン５４から分岐したコモン電極５６と、ＴＦＴ５７を介してソースライン５５に接続されたドレイン電極５８とが一対の電極としてくし歯状に設けられている。表示装置の開口部５９は、コモン電極５６とドレイン電極５８との間の隙間に対応している。
【０００７】
この液晶表示装置において、正の誘電率異方性を有する液晶を用いる場合には、液晶分子をコモン電極５６とドレイン電極５８とに対して平行な方向に初期配向させる。そして、コモン電極５６とドレイン電極５８との間に電圧を印加して液晶層５２に基板表面とほぼ平行な電界を生じさせることにより、液晶分子をコモン電極５６とドレイン電極５８とに対して直交する方向へ基板面に平行な面内で回転させる。また、負の誘電率異方性を有する液晶を用いる場合には、液晶分子をコモン電極５６とドレイン電極５８とに対して直交する方向に配向させる。そして、コモン電極５６とドレイン電極５８との間に電圧を印加して液晶層５２に基板表面とほぼ平行な電界を生じさせることにより、液晶分子をコモン電極５６とドレイン電極５８とに対して平行な方向へ基板面に平行な面内で回転させる。このようにして、液晶層５２を電圧無印加時と電圧印加時とで光学的に変調させることができる。
【０００８】
この横電界方式の液晶表示装置における視野角特性については、「ＡＳＩＡ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ’９５  Ｐ７０７．〜Ｐ．７１０」に説明されている。この横電界方式によれば液晶分子が基板面にほぼ平行な面内で回転するので、ＴＮ型やＳＴＮ型のように液晶分子が基板平面に垂直な方向に傾斜する表示モードと比較して、光学特性の視角依存性が飛躍的に減少して視野角特性が大幅に改善される。
【０００９】
一方、強誘電体の自発分極を利用した液晶表示装置は、例えば特開平６−４３４２９号公報にその基本的な概念が示されている。この公報によれば、図１０に示すように、行信号線と列信号線との間で液晶画素セルの容量Ｃｌｃと強誘電体セルの容量Ｃｆｅとが直列に接続された液晶表示装置において、強誘電体の自発分極を画素の非選択期間における電圧維持に用いることについて示されている。また、ある画素の非選択期間において、他の画素に対するデータ信号の変動がその画素の強誘電体の自発分極に影響を与えずにほぼ一定の残留分極を維持できるようにするための条件について考察を加えている。
【００１０】
また、同様の液晶表示装置は、Ｔ．Ｓａｔｏ  ｅｔ．  ａｌ．  Ａ  ｎｅｗ  Ｔｗｏ−Ｔｅｒｍｉｎａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｔｒｉｃ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅ  ＬＣＤｓ（  ＳＩＤ  ’９１  ＤＩＧＥＳＴ  ｐｐ．１８−ｐｐ．２１）にても公表されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した横電界方式の液晶表示装置によれば、視野角特性を大幅に改善できる。しかし、液晶表示装置として利用する場合には設計上のデメリットも生じる。このことについて以下に説明する。
【００１２】
横電界方式における閾値電圧Ｖｃ及び閾値電界Ｅｃは下記式（１）で表され、応答時間は下記式（２）で表される。
【００１３】
Ｖｃ＝Ｅｃ×ｌ＝π×ｌ／ｄ√（Ｋ2／ε0Δε）  ・・・（１）
τ＝γ×ｄ2／π2×Ｋ2  ・・・（２）
ｄ：液晶層厚さ            ｌ：電極間距離
Ｋ2：液晶の弾性定数       ε：液晶の誘電率
Δε：液晶の誘電率異方性  γ：液晶の粘性係数
上記式（１）から分かるように、閾値電圧Ｖｃは一定の閾値電界Ｅｃに対して電極間距離ｌに比例し、また、液晶層厚さｄに反比例している。
【００１４】
よって、液晶の駆動電圧を下げるためには、電極間距離ｌを小さくするか、又は液晶層厚さｄを大きくする必要がある。ところが、上記式（２）により、液晶層厚さｄを増加させると応答時間が増大してしまう。
【００１５】
従って、低電圧駆動と応答時間の低減とを両立させるためには、液晶層厚さｄと電極間距離ｌとの両方をできるだけ小さくする必要がある。
【００１６】
例えば、液晶駆動電圧をＴＦＴ駆動を行うために適切な１０Ｖ以下とするためには電極間距離ｌを約１５μｍ以下とする必要があるが、この電極間距離で実際の表示装置の電極構造を設計すると、光学変調を制御できる面積が減少して開口率が小さくなってしまうという問題がある。
【００１７】
表示装置の開口率が小さい場合、表示の明るさを十分確保するためには非常に高輝度のバックライトと組み合わせる必要があり、薄型、軽量及び低消費電力という液晶表示装置の優れた特徴が失われてしまう。
【００１８】
一方、上述した強誘電体の自発分極を液晶層への電圧印加手段として利用した液晶表示装置においては、強誘電体を横電界方式の表示装置に用いることに関しての記述や示唆は示されておらず、そのような概念に基づく表示装置の構造に関しても示唆する記述はない。
【００１９】
本発明は上記従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、薄型、軽量及び低消費電力である優れた特徴を活かすと共に視野角を広くすることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向配置される一対の基板の一方に、相互に平行に設けられた複数の信号線と、前記各信号線とは少なくとも一部が重畳した状態で前記各信号線に沿った状態に設けられた複数の画素電極と、前記各画素電極とは基板平面方向に離隔して、前記各画素電極とはそれぞれ平行に設けられた複数の信号電極とを具備し、前記各信号線と前記各画素電極との重畳部間に強誘電体層がそれぞれ設けられて、前記各信号線と前記各強誘電体層と前記各画素電極とによって、分極特性が非線形になった非線形素子がそれぞれ構成されており、前記各画素電極と隣接する前記各信号電極との間に生じる基板平面方向にほぼ平行な成分を主とする電界により液晶層が駆動されて、選択期間に各画素に映像信号が書き込まれ、非選択期間に前記各画素に書き込まれた映像信号が保持され、前記非線形素子は、前記選択期間に前記強誘電体層に印加される電界によって前記画素の液晶層に電荷を誘起し、誘起された電荷に基づく電界を前記非選択期間に前記画素の液晶層に印加するようになっており、前記各画素電極の上下一方側に絶縁膜が設けられ、該絶縁膜を挟んで前記各画素電極と重畳するように付加容量電極がそれぞれ設けられていることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
また、本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向配置される一対の基板の一方に、相互に平行に設けられた複数の信号線と、前記各信号線とは少なくとも一部が重畳した状態で前記各信号線に沿った状態に設けられた複数の画素電極と、前記各画素電極とは基板平面方向に離隔して、前記各画素電極とはそれぞれ平行に設けられた複数の信号電極とを具備し、前記各信号線と前記各画素電極との重畳部間に強誘電体層がそれぞれ設けられて、前記各信号線と前記各強誘電体層と前記各画素電極とによって、分極特性が非線形になった非線形素子がそれぞれ構成されており、前記各画素電極と隣接する前記各信号電極との間に生じる基板平面方向にほぼ平行な成分を主とする電界により液晶層が駆動されて、選択期間に各画素に映像信号が書き込まれ、非選択期間に前記各画素に書き込まれた映像信号が保持され、前記非線形素子は、前記選択期間に前記強誘電体層に印加される電界によって前記画素の液晶層に電荷を誘起し、誘起された電荷に基づく電界を前記非選択期間に前記画素の液晶層に印加するようになっており、前記各画素電極が設けられた前記基板に対向する他方の基板に前記液晶層を挟んで前記各画素電極と重畳するように付加容量電極がそれぞれ設けられていることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
前記各画素電極と前記各信号線とが交差し、かつ、前記各画素電極が前記各信号線との交差部の両側で屈曲してそれぞれの屈曲部から、交差した前記信号線の両側に沿って延在していてもよい。
【００２３】
前記付加容量電極が、重畳する前記画素電極に対して前記信号電極側にはみ出さないように形成されていてもよい。
【００２７】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２８】
本発明にあっては、画素電極と信号電極とにより基板表面にほぼ平行な成分を主とする電界を生じさせて液晶層を駆動する横電界方式の液晶表示装置において、画素電極に電位を与える一方の信号線と画素電極との間に強誘電体層からなる非線形素子を設けているので、信号電極と画素電極とで挟まれた液晶容量Ｃｌｃと強誘電体層からなる非線形素子の容量Ｃｆｅとが電気的に直列に接続された構造が得られる。
【００２９】
強誘電体層は自発分極Ｐを有するので、この自発分極Ｐに相当する電荷が液晶容量Ｃｌｃに誘起される。従って、画素の非選択期間においても、強誘電体層の分極によって生じる電荷に基づく電界を液晶層に印加することができる。これにより、液晶層に印加される電圧を大きくすることができるので、十分なコントラストを得るために従来では約１５μｍ以下にする必要があった電極間距離を、例えば後述する実施形態１では１００μｍと広くすることができ、その結果、開口率を高くすることができる。
【００３０】
また、強誘電体層を挟んで画素電極と一方の信号線とを少なくとも一部重畳して形成し、この重畳部で非線形素子を構成することにより、非線形素子の面積を任意に設定することができる。よって、適切な電圧を液晶層に容易に印加することができ、画素電極と信号電極との間隔を充分大きくして表示装置の開口率を大きくすることができる。
【００３１】
また、強誘電体層を挟んで画素電極と一方の信号線とを交差させ、画素電極を交差部の両側で屈曲させて、その屈曲部からその一方の信号線の両側に沿って延長形成することにより、その一方の信号線からの電界が液晶層に影響を与えるのを防ぐことができる。よって、液晶層への印加電圧を容易に適切なものにすることができる。
【００３２】
また、信号電極は他方の信号線の分岐部であってもよく、その信号線を兼ねていてもよい。この場合、信号電極を別に設ける必要が無いので製造プロセスが増加したりパターンが複雑化したりするのを防ぐことができる。
【００３３】
また、一方の基板上に絶縁膜を挟んで画素電極と重畳するように付加容量電極を形成し、又は他方の基板上に液晶層を挟んで画素電極と重畳するように付加容量電極を形成することにより、画素電極と付加容量電極とで挟まれた付加容量と画素電極と信号電極とで挟まれた液晶容量とが電気的に並列に接続された構造が得られる。これにより画素の容量が液晶容量と付加容量とを加えた値になるので、画素の非選択時における列信号線と行信号線との間の電圧変動の影響を抑制することができる。
【００３４】
この付加容量電極は、他方の基板上に液晶層を挟んで画素電極と重畳するように形成すると、付加容量のための絶縁膜を別に設ける必要がなく、製造プロセスが増加したりパターンが複雑化したりするのを防ぐことができる。
【００３５】
また、付加容量電極を他方の信号線の分岐部として形成すると、付加容量電極を別に設ける必要が無いので製造プロセスが増加したりパターンが複雑化したりするのを防ぐことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は実施形態１の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線による断面図である。
【００３８】
この液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向配置された一対のガラス基板の一方に、複数の平行な列信号線１及び複数の平行な行信号線４が互いに交差（ここでは直交）する方向に配線されている。
【００３９】
列信号線１の上には、強誘電体層２を挟んで列信号線１と少なくとも一部が重畳するように画素電極３が設けられ、列信号線１、強誘電体層２及び画素電極３の重畳部で非線形素子８が構成されている。本実施形態１では、強誘電体層２としてＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）を用い、列信号線１のパターンと画素電極３のパターンとがずれても非線形素子部８の面積が変化しないように列信号線１を覆うように画素電極３を形成した。
【００４０】
この画素電極３と離隔して、かつ画素電極３とほぼ平行に行信号線４から分岐した信号電極５が設けられ、画素電極３と信号電極５との間の隙間が表示装置の開口部６に対応している。そして、画素電極３の両側の開口部６、６を１組として１画素が構成されている。本実施形態１では、画素電極３と信号電極５との間隔を１００μｍ、両者の対向部の幅を８００μｍに設定した。
【００４１】
この液晶表示装置において、画素電極３とその両側の信号電極５とに挟まれた液晶層は、両電極３、５に印加された電圧に応じて光学変調される。本実施形態１では、正の誘電率異方性を有する液晶を用い、ラビング処理を行うことにより液晶分子７を画素電極３と信号電極５とに対してほぼ平行な方向に初期配向させている。よって、この画素電極３と信号電極５との間に電圧を印加して液晶層に基板表面とほぼ平行な電界を生じさせることにより、画素電極３と信号電極５とにほぼ直交する方向に液晶分子７を回転させるトルクが生じて液晶分子７が回転し、光学変調が得られる。
【００４２】
この液晶表示装置の駆動原理について、以下に説明する。
【００４３】
図３は典型的な強誘電体層の履歴曲線を示すグラフである。この図に示すように、強誘電体層にある程度以上の電界を与えても、全体が単一の分極状態となって飽和するのでほぼ一定の分極値となる。逆に、分極値が飽和した後で電界の値を小さくしても、履歴特性によりほぼ一定の分極値が維持されるが（図中、Ａの領域）、電界が零に近づくにつれて少しずつ分域が逆転しはじめ、全体としての分極値が少しずつ小さくなる（図中、Ｂの領域）。しかし、電界が零になっても、飽和した状態より少し小さい値ではあるが、依然としてかなりの分極値（残留分極Ｐｒ）を維持している。さらに逆方向の電界を加えると、残留分極を構成していた分域でも分極が逆転しはじめ、最初は少しずつの逆転（図中、Ｃの領域）が起こり、ついで急激な逆転（図中、Ｄの領域）が起こって、所謂抗電界において全体としての自発分極が零になる。
【００４４】
本発明の液晶表示装置は、強誘電体層におけるこのような特性、即ち、飽和領域における自発分極の平坦性領域から、残留分極に至る領域、さらには逆電界によって分極の急激な減少に至るまでの領域の分極特性を利用するものであり、強誘電体層の分極によって生じる電荷に基づく電界を、画素の非選択期間において液晶層に印加しようとするものである。
【００４５】
この液晶表示装置において、画素に映像信号を書き込む選択時には、強誘電体層２の抗電界以上の電圧を行信号線４と列信号線１との間に印加して強誘電体層２の自発分極を制御する。また、書き込まれた映像信号を保持する非選択時には、行信号線４と列信号線１との間に印加される電圧を強誘電体層２の抗電界を超えない範囲にすることで自発分極が保持される。
【００４６】
これにより液晶層に印加される電圧は、例えば以下のようになる。
【００４７】
画素電極３と信号電極５とで挟まれた液晶容量Ｃｌｃは画素電極３を介して強誘電体層２の容量Ｃｆｅと直列に接続されており、強誘電体層３が自発分極Ｐを有するので、この自発分極Ｐに相当する電荷が液晶容量Ｃｌｃに誘起される。従って、画素電極３と信号電極５とで挟まれた液晶層に印加される電圧Ｖｌｃは下記式（３）で表される。
【００４８】
Ｖｌｃ＝（Ｖ×Ｃｆｅ−Ｐ×Ａｆｅ）／（Ｃｌｃ＋Ｃｆｅ）  ・・・（３）
Ｖ：行信号線と列信号線との間の電圧
Ｃｆｅ：非線形素子の容量
Ａｆｅ：非線形素子の面積
Ｃｌｃ：液晶容量
上記式（３）は、Ｐ×Ａｆｅ＞＞Ｖ×Ｃｆｅ、かつ、Ｃｌｃ＞＞Ｃｆｅの条件において下記式（４）で近似できる。
【００４９】
Ｖｌｃ＝Ｅｌｃ×ｌ＝−Ｐ×Ａｆｅ／Ｃｌｃ  ・・・（４）
ここで、充分なコントラストを得るためには液晶層に印加される電界強度Ｅｌｃを約０．７×１０6Ｖ／ｍより大きくする必要がある。本実施形態１では、画素電極３と信号電極５との間隔を１００μｍ、両者の対向部の幅を８００μｍに設定しているので、充分なコントラストを得るためには液晶層に印加される電圧Ｖｌｃを約７０Ｖより大きくする必要がある。
【００５０】
一方、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）からなる強誘電体層２の自発分極Ｐは約１００ｍＣ／ｍ2であり、液晶容量Ｃｌｃが約０．１ｐＦであるので、非線形素子８の面積Ａｆｅが１００μｍ2であってもＶｌｃ＝１００Ｖであり、液晶層に充分な電圧を印加することができる。
【００５１】
このように、本実施形態１によれば、強誘電体層の自発分極により液晶層への印加電圧を充分大きくすることができるので、画素電極３と信号電極５との間隔を大きくして、開口率を大きくすることができる。その結果、広い視野角特性と薄型、軽量及び低消費電力という優れた特性とを両立させることができる。また、ＰＺＴやＢａＴｉＯ3等の強誘電体層を用いることにより、自発分極Ｐをさらに大きくして液晶層に印加される電圧Ｖｌｃをより大きくすることもできる。
【００５２】
また、非線形素子８の面積Ａｆｅは列信号線１と画素電極３との重畳部の面積で決定されるので、本実施形態１のように列信号線１を覆うように画素電極３を形成することにより、列信号線１のパターンと画素電極３のパターンとがずれても非線形素子部８の面積が変化せず、液晶層への印加電圧を適切な値に制御することができる。
【００５３】
なお、本実施形態１において、行信号線４及び信号電極５は、上記一方の基板と液晶層を挟んで対向配置される他方の基板に設けてもよい。
【００５４】
（実施形態２）
本実施形態２では、非線形素子を列信号線と画素電極との交差部に設けた例について説明する。
【００５５】
図４は実施形態２の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。
【００５６】
この液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向配置された一対のガラス基板の一方に、複数の平行な列信号線２０及び複数の平行な行信号線２２が互いに交差（ここでは直交）する方向に配線されている。
【００５７】
列信号線２０の上には、強誘電体層（図示せず）を挟んで列信号線２０と交差するように画素電極２１が設けられ、列信号線２０、強誘電体層及び画素電極２１の重畳部で非線形素子２８が構成されている。また、画素電極２１は、列信号線２０との交差部の両側で屈曲して列信号線２０の両側に沿って延びている。
【００５８】
この画素電極２１と離隔し、かつ、画素電極２１とほぼ平行に行信号線２２から分岐した信号電極２３が設けられ、画素電極２１と信号電極２３との間の隙間が表示装置の開口部２４に対応している。そして、画素電極２１の両側の開口部２４、２４を１組として１画素が構成されている。
【００５９】
この液晶表示装置において、画素電極２１とその両側の信号電極２３とに挟まれた液晶層は、両電極２１、２３に印加された電圧に応じて光学変調される。本実施形態２では、正の誘電率異方性を有する液晶を用いて液晶分子２５を画素電極２１と信号電極２３とに対してほぼ平行な方向に初期配向させている。よって、画素電極２１と信号電極２３との間に電圧を印加して液晶層に基板表面とほぼ平行な電界を生じさせることにより、画素電極２１と信号電極２３とにほぼ直交する方向に液晶分子２５を回転させるトルクが生じて液晶分子２５が回転し、光学変調が得られる。
【００６０】
本実施形態２の液晶表示装置の駆動原理は実施形態１と同様であり、液晶層に印加される電圧Ｖｌｃは液晶容量Ｃｌｃ、非線形素子の面積Ａｆｅ、非線形素子の容量Ｃｆｅ、強誘電体層の自発分極Ｐで決定される。この中でも特に、非線形素子の面積Ａｆｅは非線形素子の容量Ｃｆｅの因子でもあり、電気特性を決定付ける重要な因子である。
【００６１】
そこで、本実施形態２においては、画素電極２１と列信号線２０との交差部に非線形素子２８を形成し、これにより非線形素子２８の面積Ａｆｅを容易に任意な面積に設計できるようにしているのである。これにより、液晶層への印加電圧を容易に適切な大きさに設定することができるので、画素電極２１と信号電極２３との間隔を大きくして開口率を大きくすることができる。その結果、広い視野角特性と薄型、軽量及び低消費電力という優れた特性とを両立させることができる。
【００６２】
また、本実施形態２では、画素電極２１を列信号線２０との交差部の両側で屈曲させて列信号線２０の両側に沿って延在させているので、列信号線２０からの電界が表示に影響を及ぼすのを防ぐことができる。よって、さらに高品位の画像表示を行うことが可能である。
【００６３】
なお、本実施形態２においても、行信号線２２及び信号電極２３は、上記一方の基板と液晶層を挟んで対向配置される他方の基板に設けてもよい。
【００６４】
（実施形態３）
本実施形態３では、付加容量を設けた例について説明する。
【００６５】
図５は実施形態３の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図であり、図６はそのＢ−Ｂ’線断面図である。
【００６６】
この液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向配置された一対のガラス基板の一方に、複数の平行な列信号線３０及び複数の平行な行信号線３２が互いに交差（ここでは直交）する方向に配線されている。
【００６７】
列信号線３０の上には、強誘電体層３２を挟んで列信号線３０と交差するように画素電極３１が設けられ、列信号線３０、強誘電体層３８ａ及び画素電極３１の重畳部で非線形素子３８が構成されている。また、画素電極３１は、列信号線３０との交差部の両側で屈曲して列信号線３０の両側に沿って延びている。
【００６８】
画素電極３１の列信号線３０の両側に沿って延びている部分の上には、基板全面に設けられた絶縁膜３３ａを挟んで行信号線３２から分岐した付加容量電極３３が設けられ、画素電極３１、絶縁膜３３ａ及び付加容量電極３３の重畳部で付加容量が構成されている。
【００６９】
この画素電極３１と離隔し、かつ、画素電極３１とほぼ平行に行信号線３２から分岐した信号電極３４が設けられ、画素電極３１と信号電極３４との間の隙間が表示装置の開口部３５に対応している。そして、画素電極３１の両側の開口部３５、３５を１組として１画素が構成されている。
【００７０】
この液晶表示装置において、画素電極３１とその両側の信号電極３４とに挟まれた液晶層は、両電極３１、３４に印加された電圧に応じて光学変調される。本実施形態４では、正の誘電率異方性を有する液晶を用いて液晶分子３６を画素電極３１と信号電極３４とに対してほぼ平行な方向に初期配向させている。よって、画素電極３１と信号電極３４との間に電圧を印加して液晶層に基板表面とほぼ平行な電界を生じさせることにより、画素電極３１と信号電極３４とにほぼ直交する方向に液晶分子３６を回転させるトルクが生じて液晶分子３６が回転し、光学変調が得られる。
【００７１】
本実施形態３の液晶表示装置の駆動原理においては、実施形態１における液晶容量Ｃｌｃが液晶容量Ｃｌｃと付加容量Ｃｃｓとを加えたものとなり、その他は実施形態１と同様である。
【００７２】
実施形態１で説明したように、液晶層に印加される電圧Ｖｌｃは上記式（４）で近似でき、非線形素子の面積Ａｆｅに比例する。つまり、非線形素子の面積Ａｆｅのばらつきがそのまま液晶層に印加される電圧Ｖｌｃのばらつきとなるので、非線形素子の面積Ａｆｅの精度を高める必要がある。パターニングの絶対的な精度が非線形素子の面積Ａｆｅに与える影響を相対的に緩和するためには、非線形素子を構成するパターンの各辺の長さを長くして非線形素子の面積Ａｆｅの絶対値を大きくすればよい。
【００７３】
しかし、非線形素子の面積Ａｆｅが増加すると非線形素子の容量Ｃｆｅも共に増加するので、上記式（４）で近似できる条件であるＰ×Ａｆｅ＞＞Ｖ×Ｃｆｅ、かつ、Ｃｌｃ＞＞Ｃｆｅが満たされなくなる。その結果、液晶層に印加される電圧Ｖｌｃは上記式（３）に従うことになる。
【００７４】
上記式（３）では、列信号線と信号電極との間の電圧の変化量ΔＶに比例して下記式（５）に示すような液晶層に印加される電圧の変動ΔＶｌｃが生じる。
【００７５】
ΔＶｌｃ＝ΔＶ×Ｃｆｅ／（Ｃｌｃ＋Ｃｆｅ）  ・・・（５）
ここで、列信号線には各行に対応した映像信号が順次入力されるので、液晶層に印加される電圧Ｖｌｃが他の画素の映像信号に影響されて変動し、これがクロストーク等の原因となる。
【００７６】
そこで、本実施形態３においては、絶縁膜３３ａを挟んで画素電極３１と重畳するように付加容量電極３３を設けて、液晶容量と並列に接続された付加容量を形成しているのである。これにより、液晶層に印加される電圧の変動を小さくすることができるので、パターニングの精度を緩和することができる。その結果、広い視野角特性と薄型、軽量及び低消費電力という優れた特性を両立させ、さらに、量産性も向上することができる。
【００７７】
また、本実施形態３においても、実施形態２と同様に、画素電極３１と列信号線３０との交差部に非線形素子３８を形成しているので、非線形素子３８の面積Ａｆｅを容易に任意な面積に設計できる。よって、液晶層への印加電圧を容易に適切な大きさに設定し、画素電極３１と信号電極３４との間隔を大きくして開口率を大きくすることができる。また、画素電極を列信号線３０との交差部の両側で屈曲させて列信号線３０の両側に沿って延在させているので、列信号線３０からの電界が表示に影響を及ぼすのを防ぐことができる。よって、さらに高品位の画像表示を行うことが可能である。
【００７８】
なお、本実施形態３において、付加容量電極３３は、画素電極３１よりも信号電極３４側にはみ出さないように形成すれば、付加容量電極３３から開口部への電界の影響を少なくすることができる。
【００７９】
また、付加容量電極３３は行信号線３２から分岐させたが、付加容量電極用に他の信号線を設けてもよい。但し、付加容量電極３３を行信号線から分岐させた場合には、製造プロセスが増加したりパターンが複雑化したりしない。
【００８０】
また、絶縁膜及び付加容量電極を画素電極よりも基板側に設けてもよい。
【００８１】
さらに、行信号線３２及び信号電極３４は、上記一方の基板と液晶層を挟んで対向配置される他方の基板に設けてもよい。また、付加容量電極３３も他方の基板に設けてもよい。この場合、画素電極３１と付加容量電極３３とで挟まれた液晶層を誘電層とした付加容量が得られる。
【００８２】
（実施形態４）
本実施形態４では、非線形素子を行信号線と画素電極との交差部に設けた例について説明する。
【００８３】
図７は実施形態４の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。
【００８４】
この液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向配置された一対のガラス基板の一方に、複数の平行な行信号線４０及び複数の平行な列信号線４２が互いに交差（ここでは直交）する方向に配線されている。
【００８５】
行信号線４０の上には、強誘電体層（図示せず）を挟んで行信号線４０と交差するように画素電極４１が設けられ、行信号線４０、強誘電体層及び画素電極４１の重畳部で非線形素子４８が構成されている。また、画素電極４１は、行信号線４０との交差部から列信号線４２と平行な方向に延びている。
【００８６】
列信号線４２は画素電極４１の両側にある１本ずつが端部（この図では上端）でつながって同一信号が入力されるようになっており、画素電極４１と列信号線４２との間の隙間が表示装置の開口部４３に対応している。そして、画素電極４１の両側の開口部４３、４３を１組として１画素が構成されている。
【００８７】
この液晶表示装置において、画素電極４１とその両側の列信号線４２とに挟まれた液晶層は、画素電極４１と列信号線４２との間に印加された電圧に応じて光学変調される。本実施形態４では、正の誘電率異方性を有する液晶を用いて液晶分子４４を画素電極４１と列信号線４２とに対してほぼ平行な方向に初期配向させている。よって、画素電極４１と列信号線４２との間に電圧を印加して液晶層に基板表面とほぼ平行な電界を生じさせることにより、画素電極４１と列信号線４２とにほぼ直交する方向に液晶分子４４を回転させるトルクが生じて液晶分子４４が回転し、光学変調が得られる。
【００８８】
本実施形態４の液晶表示装置の駆動原理は実施形態１と同様であり、本実施形態４では、画素電極４１と行信号線４０との交差部に非線形素子４８を形成してあるので、非線形素子４８の面積Ａｆｅを容易に任意な面積に設計できる。よって、液晶層への印加電圧を容易に適切な大きさに設定することができ、画素電極４１と信号電極である列信号線４２との間隔を大きくして開口率を大きくすることができる。その結果、広い視野角特性と薄型、軽量及び低消費電力という優れた特性とを両立させることができる。
【００８９】
なお、本実施形態４においては、列信号線４２は、上記一方の基板と液晶層を挟んで対向配置される他方の基板に設けてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態１〜４において、強誘電体層としてはＰＶＤＦやＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）等の有機材料又はＢａＴｉｏ3やＰＺＴ等の無機材料を用いることができ、配線や電極材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗやそれらの合金を用いることができ、絶縁膜の材料としてはＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＮX等を用いることができるが、その他の材料であってもよく、画面サイズ、画素ピッチ等の仕様や製造プロセスの容易さ等に応じて適宜選択して用いることが可能である。
【００９１】
また、上記実施形態１〜４では、画素電極の長手方向を列方向に配置した例について説明したが、画素形状が横長である場合等には画素電極の長手方向を行方向に配置するのが好ましい場合もある。よって、画素サイズや画素ピッチ等に応じて適切な形状の画素電極を形成すればよい。
【００９２】
また、上記実施形態１〜４では、正の誘電率異方性を有する液晶を用いた例について説明したが、負の液晶を用いた液晶表示装置についても本発明は適用可能である。この場合、液晶分子を画素電極と信号電極とに対してほぼ直交する方向に初期配向させる。そして、画素電極と信号電極とに電位を与えて液晶層に基板表面とほぼ平行な電界を生じさせることにより、液晶分子が画素電極と信号電極とにほぼ平行な方向になるように基板面にほぼ平行な面内で回転させて、光学変調を得る。
【００９３】
さらに、上記実施形態１〜４では上記式（４）を成立させるためにＣｌｃ＞＞Ｃｆｅの条件が成立する場合について説明したが、本発明の液晶表示装置を駆動する条件は単純ではなく、これに限られない。例えばＣｌｃ＞＞Ｃｆｅが成立しない場合には、上述の図３から予想されるように、非選択期間中に強誘電体層に印加される電圧としては、可能な限り図中の平坦な領域の電圧であるのが好ましい。その意味で最良の領域は図３のＡの領域であり、この領域では平坦性が高いため、画素に印加される電界の変動が少ない。次に好ましい領域は図３のＢの領域であり、その次に好ましいのはＣの領域である。一方、Ｄの領域では、印加される電界に大きな変動が生じるのであまり好ましくない。しかし、非選択期間中において、強誘電体層に印加される電界が絶対にＤ領域に入ってはいけないということではない。
【００９４】
その理由は、液晶層は印加電圧の実効値に対応して応答するため、例えば非選択期間中の５０分の１の期間だけＤ領域に入ったとしてもそれ以外の５０分の４９の期間がＡ、Ｂ、Ｃの領域で動作していれば、印加電圧の実効値はＡ、Ｂ、Ｃの領域で動作する期間中の実効値で決定され、Ｄ領域で動作する期間の影響は小さくなるからである。従って、非選択期間中のある程度の期間をＤ領域で動作することがあっても、実質的に十分な品位の表示を得ることが可能であり、また、Ａ、Ｂ、Ｃの領域で動作する時間の比についても一概に決定することはできない。なお、実質的に十分な品位の表示についても、表示装置の用途や目的によっても基準が変動するため、絶対的な基準は存在しない。
【００９５】
なお、図３に示した履歴特性のうち、自発電極による分域の揃った領域であるＡ、Ｂ、Ｃの領域を用いるのが好ましく、又は上記（２）を成立させるための条件であるＣｌｃ＞＞Ｃｆｅが好ましいというのは、実質的に十分な表示品位を得るための理想的な一条件として例を挙げているだけであり、これらは必要条件ではない。よって、これらの条件を満たさなくても本発明の本質を外れるわけではないが、これらの条件から離れるにつれてその表示品位が理想状態から少しずつ離れていくことがある。従って、表示装置の用途や目的によってその劣化の度合いが実用上十分な程度になるように条件を設定すればよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、液晶層に基板表面とほぼ平行な成分を主として有する電界を印加することにより、液晶層の視野角を広げることができる。また、画素電極に電位を与える一方の信号線と画素電極との間に強誘電体層からなる非線形素子を設けているので、電極間距離を広げて開口率を高くしても充分に高い電界を液晶層に印加することができる。よって、薄型、軽量、低消費電力であり、しかも視野角が広い液晶表示装置を実現することができる。
【００９７】
また、画素電極と一方の信号線との重畳部に非線形素子を形成することにより、非線形素子の面積を任意に設定することができるので、液晶層への印加電圧を容易に適切なものにすることができる。
【００９８】
また、画素電極を一方の信号線との交差部の両側で屈曲させて、その屈曲部からその一方の信号線の両側に沿って延長形成することにより、その一方の信号線からの電界が液晶層に影響を与えるのを防いでより高品位な画像を得ることができる。
【００９９】
また、信号電極を他方の信号線の分岐部として形成し、又は他方の信号線を兼ねて形成すると、信号電極を別に設ける必要が無いので製造プロセスが増加したりパターンが複雑化したりするのを防ぐことができる。
【０１００】
また、絶縁膜や液晶層を挟んで画素電極と重畳するように付加容量電極を設けることにより、画素の非選択時における列信号線と行信号線との間の電圧変動の影響を抑制してさらに高品位の画像を得ることができる。また、非線形素子のパターン精度を緩和することができるので、量産性を高めることができる。
【０１０１】
この付加容量電極は、他方の基板上に液晶層を挟んで画素電極と重畳するように形成すると、付加容量のための絶縁膜を別に設ける必要がなく、製造プロセスが増加したりパターンが複雑化したりするのを防ぐことができる。
【０１０２】
さらに、付加容量電極を他方の信号線の分岐部として形成すると、付加容量電極を別に設ける必要が無いので製造プロセスが増加したりパターンが複雑化したりするのを防ぐことができるので、さらに量産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線による断面図である。
【図３】典型的な強誘電体層の履歴曲線を示すグラフである。
【図４】実施形態２の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。
【図５】実施形態３の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ’線による断面図である。
【図７】実施形態４の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。
【図８】従来の横電界方式による液晶表示装置の一般的な構成を示す断面図である。
【図９】図８の液晶表示装置における画素の構成を示す平面図である。
【図１０】従来の強誘電体の自発分極を利用した液晶表示装置の基本的な概念を示す図である。
【符号の説明】
１、２０、３０、４２  列信号線
２、３８ａ  強誘電体層
３、２１、３１、４１  画素電極
４、２２、３２、４０  行信号線
５、２３、３４  信号電極
６、２４、３５、４３  開口部
７、２５、３６、４４  液晶分子
８、２８、３８、４８  非線形素子
３３  付加容量電極
３３ａ  絶縁膜
【図１】
0003865277.tif 000002
【図２】
0003865277.tif 000003
【図３】
0003865277.tif 000004
【図４】
0003865277.tif 000005
【図５】
0003865277.tif 000006
【図６】
0003865277.tif 000007
【図７】
0003865277.tif 000008
【図８】
0003865277.tif 000009
【図９】
0003865277.tif 000010
【図１０】
0003865277.tif 000011