JPH0720482A - 液晶表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 第１基板上にはマトリックス状に配列された
画素電極と、画素電極の各行毎に設けられた第１電極線
と、強誘電性物質からなり画素電極を対応する第１電極
線に接続する非線形容量素子を備え、第２基板上には各
列の前記画素電極に対向するように設けられた第２電極
線を備え、第１および第２基板間に液晶を封入したマト
リクスアドレス方式の液晶表示装置において、第１電極
線がそれぞれｎ本（ｎ＞１）の電極線からなり、各画素
電極についてｎ個の非線形容量素子が設けられ、各画素
電極が非線形容量素子を介して対応するｎ本の第１電極
線に接続されることを特徴とする。 【効果】 非線形容量素子の強誘電性物質を完全に分極
させるので、分極によって誘起する電荷量の制御が容易
になり、液晶表示装置のクロストークを十分に抑制する
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性物質を非線形
容量素子として用いたマトリクスアドレス方式の液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物質に、ある程度振幅の大きい交流電界
を加えたときに、電場Ｅと電気変位Ｄが、図９のような
ヒステリシス曲線を示す場合、その物質を強誘電性物質
という。このような物質には、チタン酸バリウム、ＰＺ
Ｔ、ＰＬＺＴ、フッ化ビニリデンなどがある。Ｄ＝０を
与えるＥを抗電界Ｅｃといい、強誘電性物質にＥｃを加
えると、分極が反転する。この分極は、電場をゼロにし
ても元には戻らず、残留分極として残る。この性質を、
液晶表示装置の非線形容量素子として利用すれば、クロ
ストークの少ないパネルを作ることができる（例えば、
特開昭６２−２７９３９２号公報参照）。

【０００３】強誘電性物質を用いた液晶表示装置の構造
は、図２０および図２０のＤ−Ｄ矢視断面図である図２
１に示すようになっている。基板１上に電気信号を伝え
る電極線２が設けられ、その上に一様に、強誘電性物質
４がある。強誘電性物質４を挟んで電極線２の一部であ
る下部電極３と対向する位置に、画素電極６の一部であ
る上部電極５があり、下部電極３と上部電極５とその間
の強誘電性物質４ａが、非線形容量素子７を構成する。
電極線２からの電気信号は、非線形容量素子７を通じ
て、画素電極６に供給される。

【０００４】この液晶表示装置の等価回路は、簡単に
は、図４のように表せる。Ｃｆは非線形容量素子（強誘
電性物質）の容量を表し、Ｃｌｃは、液晶の容量を表し
ている。等価回路を用いて、駆動原理を説明する。

【０００５】非線形容量素子にかかる電圧をＶｆ、液晶
にかかる電圧Ｖｌｃ、非線形容量素子と液晶の両方にか
ける電圧をＶｔ（＝Ｖｆ＋Ｖｌｃ）とおき、非線形容量
素子（強誘電性物質）が分極反転する時のＶｔ、すなわ
ち、非線形容量素子に抗電界Ｅｃを与えるようなＶｔを
Ｖｔｈとおく。また、非線形容量素子の面積をＳｆ、Ｖ
ｔがかかった時の分極の大きさをＰ（Ｖｔ）とおく。

【０００６】まず、選択期間（書き込み期間）を考え
る。選択期間に、書き込み電圧Ｖｔ＝Ｖｗ（＞Ｖｔｈ）
がかかると、Ｖｆ、Ｖｌｃは、それぞれ、以下のように
なる。 Ｖｆ＝Ｖｗ＊Ｃｌｃ／（Ｃｆ＋Ｃｌｃ）−Ｓｆ＊Ｐ（Ｖ
ｗ）／（Ｃｆ＋Ｃｌｃ） Ｖｌｃ＝Ｖｗ＊Ｃｆ／（Ｃｆ＋Ｃｌｃ）＋Ｓｆ＊Ｐ（Ｖ
ｗ）／（Ｃｆ＋Ｃｌｃ）

【０００７】つまり、Ｖｗは、非線形容量素子と液晶
に、容量の逆比で分配される（第１項）。また、図５の
ように、非線形容量素子（強誘電性物質）に分極Ｐ（Ｖ
ｗ）が現れるため、非線形容量素子と液晶の間に、Ｑ＝
Ｓｆ＊Ｐ（Ｖｗ）の電荷が誘起される。このため、非線
形容量素子と液晶に、大きさは同じで、向きが逆の電圧
がかかる（第２項）。

【０００８】次に、非選択期間（保持期間）を考える。
非選択期間には、データ信号（非選択信号）であるＶｂ
（＜Ｖｔｈ）が、Ｖｔとしてかかってしまうが、簡単の
ため、Ｖｂ＝０として考えると、等価回路は、図６のよ
うになる。この時、Ｖｆ，Ｖｌｃは、それぞれ、以下の
ようになる。 Ｖｆ＝−Ｓｆ＊Ｐｒ（Ｃｆ＋Ｃｌｃ） Ｖｌｃ＝Ｓｆ＊Ｐｒ（Ｃｆ＋Ｃｌｃ） ここで、Ｐｒ＝Ｐ（０）であり、Ｐｒを残留分極とい
う。この式から、Ｖｌｃは非線形容量素子（強誘電性物
質）が分極することによって誘起される電荷により、生
じることが分かる。

【０００９】以上のことから、強誘電性物質を非線形容
量素子に用いた液晶表示装置の駆動方法は、オンしたい
画素に対しては、非線形容量素子（強誘電性物質）が完
全に分極するようなＶｔ、すなわちＶｔｈよりも大きな
Ｖｔを与え、オフしたい画素に対しては、分極がゼロと
なるようにＶｔ、すなわちＶｔｈを与えればよいことに
なる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、ある
画素をオフしたい時には、非線形容量素子（強誘電性物
質）の分極がゼロとなるようなＶｔ、すなわちＶｔｈを
与えなければならない。しかし、それは、図９のヒステ
リシスのグラフからも明らかなように、非常に困難であ
る。わずかでもＶｔｈからずれると、強誘電性物質は、
分極してしまうからである。また、同一パネル内でも、
非線形容量素子の特性のひとつであるＶｔｈ自体がばら
ついてしまうことがある。これらのことは、クロストー
クの発生につながってしまう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、第１基板上
にはマトリックス状に配列された画素電極と、画素電極
の各行毎に設けられた第１電極線と、強誘電性物質から
なり画素電極を対応する第１電極線に接続する非線形容
量素子を備え、第２基板上には各列の前記画素電極に対
向するように設けられた第２電極線を備え、第１および
第２基板間に液晶を封入したマトリクスアドレス方式の
液晶表示装置において、第１電極線がそれぞれｎ本（ｎ
＞１）の電極線からなり、各画素電極についてｎ個の非
線形容量素子が設けられ、各画素電極が非線形容量素子
を介して対応するｎ本の第１電極線に接続されることを
特徴とする液晶表示装置を提供するものである。

【００１２】画素電極が光を反射する電極からなり、第
１電極線が第１基板と画素電極との間に設けられ、第１
電極と画素電極との間に絶縁層が設けられてもよい。ま
た、非線形容量素子が第１基板と画素電極との間に設け
られてもよい。

【００１３】ｎが偶数であり、各非線形容量素子は、分
極によって誘起される電荷量が互に等しくてもよい。各
画素について設けられたｎ個の非線形容量素子は、誘起
する電荷量の総和がゼロになり得るように設定されても
よい。

【００１４】ｎ＝２であり、２つの非線形容量素子を同
一方向又は逆方向に分極させて分極方向を正又は逆方向
に変化させて画素電極の電位を制御し、画素電極に対応
する液晶の印加電圧を調節して前記液晶をオン・オフさ
せてもよい。

【００１５】非線形容量素子を互いに平行な方向のうち
いずれかの方向の完全に分極させ、一方向に分極する非
線形容量素子の数によって画素電極に誘起される電位を
制御し、画素電極に対応する液晶を階調表示させてもよ
い。

【００１６】１画素電極についての非線形容量素子を互
に平行な２つの方向のいずれか一方向に分極させ、各分
極方向を非線形容量素子の分極方向を選択することによ
って非線形容量素子に誘起される電荷量の総和を制御
し、画素電極に対応する液晶の印加電圧を調節して階調
表示させてもよい。

【００１７】なお、第１および第２基板には、ガラス、
樹脂、セラミックなどの絶縁性透明基板が用いられる。
画素電極には、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）や酸化亜鉛
などの透明導電膜を用いるが、アルミニウムのような金
属で形成した反射膜を用いてもよい。第１，第２電極線
は、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン等の
導電性材料を用いて形成される。

【００１８】強誘電体物質としては、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリフッ化ビニリデン／トリフロロエチレン共重
合体、ポリフッ化ビニリデン／テトラフロロエチレン共
重合体のうち少くとも１種類を含む高分子強誘電体材料
を使用することが好ましいが、チタン酸バリウム、ロシ
ェル塩、ＰＺＴ、ＰＬＺＴなどの無機強誘電体や、強誘
電液晶、強誘電液晶高分子のような有機強誘電体を用い
ることもできる。液晶は、従来公知の液晶であれば、い
ずれでも使用でき、特に限定されない。

【００１９】

【作用】本発明による液晶表示装置で、１画素につきＮ
個（偶数個）の非線形容量素子があり、非線形容量素子
が分極して誘起される電荷量が、前記非線形容量素子の
全てにおいて等しく、その値をｑとおくと、液晶には、
Ｎｑ、（Ｎ−２）ｑ、（Ｎ−４）ｑ、・・・、０の電荷
による電圧を加えることができる。

【００２０】図７（ａ）はＮ＝４の場合の等価回路であ
る。図７（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ電荷量、４ｑ、２
ｑ、０、が誘起されている状態である。この場合、液晶
には、４ｑ（４Ｃｆ＋Ｃｌｃ）、２ｑ（４Ｃｆ＋Ｃｌ
ｃ）、０、のいずれかの電圧をかけることができる。

【００２１】また、本発明による液晶表示装置で、１画
素につきＭ個の非線形容量素子があり、非線形容量素子
が分極することによって誘起される電荷量が、前記非線
形容量素子の全てにおいて等しいとは限らないが、前記
非線形容量素子の分極方向を適当に選ぶことによって、
全非線形容量素子による電荷量の総和をゼロにすること
が可能である場合には、例えば、Ｍ＝３で、１個の非線
形容量素子が分極によって誘起する電荷量をｑ、ｑ’、
ｑ”とすると、液晶にはｑ＋ｑ’＋ｑ”、ｑ＋ｑ’−
ｑ”、ｑ−ｑ’−ｑ”の電荷による電圧を加えることが
できる。

【００２２】ただし、ｑ＋ｑ’＋ｑ”、ｑ＋ｑ’−
ｑ”、ｑ−ｑ’−ｑ”のうち１つは、仮定によってゼロ
である。図８（ａ）は、ｑ＝２ｑ’＝２ｑ”の等価回路
である。

【００２３】図８（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、ｑ＋
ｑ’＋ｑ”＝２ｑ、ｑ＋ｑ’−ｑ”＝ｑ、ｑ−ｑ’−
ｑ”＝０が誘起されている状態である。この場合、液晶
には、２ｑ／（ΣＣｆ＋Ｃｌｃ）、ｑ／（ΣＣｆ＋Ｃｌ
ｃ）、０、の電圧をかけることができる。

【００２４】いずれの場合にも、強誘電性物質を完全に
分極させているので、図９のヒステリシス曲線の安定し
た部分を利用することになり、分極によって誘起される
電荷量を制御しやすくなり、クロストークの発生を防ぐ
ことが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。これによってこの発明が限定されるもので
はない。実施例１ 図１はこの発明の実施例１における非線形素子基板Ｓ１
（非線形容量素子を備えた基板）の上面図、図２は図１
のＡ−Ａ矢視断面図である。これらの図において、１１
は基板、１２は画素電極、１３，１３ａは電極線、１４
は強誘電体膜である。１つの画素電極１２に対して２本
の電極線１３，１３ａが割当てられ、各画素電極１２に
は、画素電極１２の一部と電極線１３，１３ａの一部と
その間に挟まれた強誘電体膜によって形成される２つの
非線形容量素子を介して、電極線１３，１３ａからの電
気信号が供給されるようになっている。

【００２６】ここで、図１および図２に示す非線形素子
基板Ｓ１の製造方法を説明する。まず、ガラス、樹脂、
セラミックなどの絶縁性透明基板１１上にアルミニウ
ム、チタン、タンタル等の導電性材料をスパッタリング
法によって積層して、図１に示す所定の形状にフォトリ
ソグラフィー法によりパターニングし、膜厚３０００Å
の電極線１３，１３ａを形成する。

【００２７】さらに、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ
化ビニリデン／トリフルオロロエチレン共重合体、ポリ
フッ化ビニリデン／テトラフルオロロエチレン共重合体
等の高分子強誘電体をメチルエチルケトンに３％溶かし
た溶液を、スピンコート法により２０００Åの厚さで積
層し、１４０℃で３０分間焼成した後、２５℃／時の速
度で降温し、強誘電体膜１４を形成する。

【００２８】ここでは、高分子強誘電体を強誘電体膜１
４に用いたが、これはチタン膜バリウム、ロシェル塩、
ＰＺＴ、ＰＬＺＴなどの無機強誘電体や強誘電液晶、強
誘電液晶高分子など他の有機強誘電体でもよい。

【００２９】次に、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）、酸化
亜鉛などの透明導電膜をスパッタリング法によって積層
し、所定の形状にパターニングを行い、マトリック状に
配列された膜厚１０００Åの画素電極１２を形成する。

【００３０】次に、このようにして形成した非線形素子
基板Ｓ１を用いて図３に示す液晶表示装置を次のように
製作する。基板１１と同様な材料の基板１５の上にＩＴ
Ｏを平行な帯状にパターニングして対向電極線１６を形
成し、対向基板Ｔ１を作成する。

【００３１】そして、非線形素子基板Ｓ１と対向基板Ｔ
１との上に、ポリイミドのような耐熱性樹脂か酸化シリ
コンのような無機配向材を用いて配向膜１７をそれぞれ
形成し、配向処理を行う。ここでは、配向膜１７として
ポリイミド材料を用いる。配向処理はナイロン製起毛布
を用いてセル内の液晶分子が所定の方向を向くような方
向に行う。

【００３２】その後、基板Ｓ１上にスペーサーを散布
し、図３に示すように基板Ｓ１に基板Ｔ１を対向させ、
シール材として紫外線硬化樹脂で周囲をシールし、セル
厚が５μｍになるように両基板を貼り合わせる。このよ
うにして作成されたセルに液晶を注入した後、注入口を
封止樹脂で封止し、図３に示すような液晶表示装置を得
る。

【００３３】実施例２ この実施例は、実施例１の液晶表示装置を反射型にして
開口率を向上させるものである。図１０は実施例２にお
ける非線形素子基板の上面図、図１１は図１０のＢ−Ｂ
矢視断面図である。これらの図において２１は基板、２
２は画素電極、２３，２３ａは電極線、２４は強誘電体
膜、２５は絶縁層、２６，２６ａは非線形容量素子であ
る。

【００３４】画素電極２２は、光を反射する物質から成
っている。電極線２３，２３ａは、画素電極２２の下に
設けられているが、絶縁層２５によって、電極線２３，
２３ａと画素電極２２とは、電気的に絶縁されている。
この液晶表示装置の製造方法は、まず、基板２１上に、
図１２（ａ）のように電極線２３，２３ａを形成する。
次に、図１２（ｂ）のように、非線形容量素子の形成部
を除いて絶縁膜２５を形成する。

【００３５】その上に、一様に強誘電物質をスピンコー
トなどで塗布し、強誘電体膜２４を形成した後、図１２
（ｃ）のように画素電極２２を形成する。このようにし
て非線形素子基板が完成すると、以下、実施例１と同様
にして液晶表示装置を作成する。

【００３６】実施例３ この実施例は実施例２の液晶表示装置の開口率をさらに
向上させるものである。図１３は実施例３における非線
形素子基板の上面図、図１４は図１３のＣ−Ｃ矢視断面
図である。これらの図において、３１は基板、３２は光
を反射する材料で形成した画素電極、３３，３３ａは電
極線、３４は強誘電体膜、３５は絶縁層、３６，３６ａ
は非線形容量素子である。

【００３７】電極線３３，３３ａおよび、非線形容量素
子３６，３６ａは、画素電極３２の下にある。画素電極
３２と電極線３３，３３ａとの間には絶縁層３５が設け
られている。絶縁層３５は非線形容量素子３６，３６ａ
の部分には形成されないので、電極線３３，３３ａから
の電気信号は、強誘電体膜３４を通して、画素電極３２
に供給される。

【００３８】この液晶表示装置の製造方法は、まず、基
板３１上に、図１５（ａ）のように電極線３３，３３ａ
を形成する。次に、図１５（ｂ）のように、非線形容量
素子の形成部を除いて絶縁膜３５を形成する。その上
に、一様に強誘電物質をスピンコートなどで塗布して強
誘電体膜３４を形成した後、図１５（ｃ）のように画素
電極３２を形成する。画素電極３２が、非線形容量素子
３６，３６ａの上部電極を兼ねている。

【００３９】このようにして非線形素子基板が完成する
と、以下、実施例１と同様にして液晶表示装置を作成す
る。

【００４０】なお、実施例２，３において、画素電極２
２，２３は、アルミニウムのような光を反射する金属材
料を用いて形成することが好ましい。また、実施例２，
３の基板、電極線、および強誘電体膜には、実施例１で
用いた材料を使用することができる。さらに、実施例
２，３の絶縁層２５，３５には、酸化ケイ素，窒化ケイ
素，ポリイミド又はアクリルなどを用いることができ
る。

【００４１】本発明による液晶表示装置の非線形容量素
子（強誘電性物質）を動作させる信号は、図１６の
（ａ）〜（ｅ）に示す。スキャン信号（ａ）は、選択期
間（書き込み期間）Ｔｗ＝Ｔ／Ｎのうち、Ｔｗ／２で＋
Ｖｓ、残りのＴｗ／２で−Ｖｓである。ここで、Ｔは１
フレームを書き込むのに要する時間、Ｎはスキャン信号
線の本数である。データ信号は、選択期間Ｔｗで、＋Ｖ
ｄ、または、−Ｖｄである。（ａ）と（ｂ），（ａ）と
（ｃ）を合わせたのが、（ｄ）、（ｅ）である。分極を
起こすための電圧の大きさは、Ｖｓ＋Ｖｄとなる。

【００４２】図１７および図１８は、１画素につき２個
の非線形容量素子があり、非線形容量素子が分極して誘
起される電荷量は等しい（＝ｑ）液晶表示装置に関する
図である。この液晶表示装置の等価回路は、図１７の
（ａ）のとおりである。図１７の（ｂ）、（ｃ）は、そ
れぞれ、非線形容量素子の分極によって、電荷量０、２
ｑが誘起されている状態である。この状態にするための
駆動波形は、図１８（ｄ）〜（ｈ）および図１９の
（ｉ）〜（ｍ）である。（ｄ）、（ｅ）、（ｉ）、
（ｊ）は、図１７の（ｂ）（ｃ）のスキャン信号１、
２、３、４に対応するスキャン信号、（ｆ）、（ｋ）
は、データ信号線５、６に対応するデータ信号、
（ｇ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｍ）は、非線形容量素子
９、１０、１１、１２に対する信号である。

【００４３】

【発明の効果】この発明によれば、非線形容量素子の強
誘電性物質を完全に分極させるので、分極によって誘起
する電荷量の制御が容易になり、液晶表示装置のクロス
トークを十分に抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の要部上面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】実施例１の断面図である。

【図４】非線形容量素子と液晶の等価回路図である。

【図５】非線形容量素子の動作を示す回路図である。

【図６】非線形容量素子の動作を示す回路図である。

【図７】非線形容量素子の等価回路と分極状態の種類を
示す説明図である。

【図８】非線形容量素子の等価回路と分極状態の種類を
示す説明図である。

【図９】非線形容量素子のヒステリシス特性を示すグラ
フである。

【図１０】実施例２の要部上面図である。

【図１１】図１０のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図１２】実施例２の製造方法の要部を示す工程説明図
である。

【図１３】実施例３の要部上面図である。

【図１４】図１３のＣ−Ｃ矢視断面図である。

【図１５】実施例３の製造方法の要部を示す工程説明図
である。

【図１６】この発明の液晶表示装置の駆動波形を示す波
形図である。

【図１７】この発明の液晶表示装置の等価回路と非線形
容量素子の分極状態を示す説明図である。

【図１８】この発明の液晶表示装置の駆動波形を示す波
形図である。

【図１９】この発明の液晶表示装置の駆動波形を示す波
形図である。

【図２０】従来例を示す要部上面図である。

【図２１】図２０のＤ−Ｄ矢視断面図である。

【符号の説明】

１１ 基板 １２ 画素電極 １３，１３ａ 電極線 １４ 強誘電体膜 １５ 基板 １６ 対向電極線 １７ 配向線 Ｓ１ 非線形素子基板 Ｔ１ 対向基板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１基板上にはマトリックス状に配列さ
   れた画素電極と、画素電極の各行毎に設けられた第１電
   極線と、強誘電性物質からなり画素電極を対応する第１
   電極線に接続する非線形容量素子を備え、第２基板上に
   は各列の前記画素電極に対向するように設けられた第２
   電極線を備え、第１および第２基板間に液晶を封入した
   マトリクスアドレス方式の液晶表示装置において、第１
   電極線がそれぞれｎ本（ｎ＞１）の電極線からなり、各
   画素電極についてｎ個の非線形容量素子が設けられ、各
   画素電極が非線形容量素子を介して対応するｎ本の第１
   電極線に接続されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 画素電極が光を反射する電極からなり、
   第１電極線が第１基板と画素電極との間に設けられ、第
   １電極と画素電極との間に絶縁層が設けられたことを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 非線形容量素子が第１基板と画素電極と
   の間に設けられたことを特徴とする請求項２記載の液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】 ｎが偶数であり、各非線形容量素子は、
   分極によって誘起される電荷量が互に等しいことを特徴
   とする請求項１記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 各画素について設けられたｎ個の非線形
   容量素子は、誘起する電荷量の総和がゼロになり得るよ
   うに設定されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表
   示装置。
6. 【請求項６】 ｎ＝２である請求項４の液晶表示装置に
   おいて、１つの画素電極に接続される２つの非線形容量
   素子を同一方向又は逆方向に分極させて画素電極の電位
   を制御し、画素電極に対応する液晶の印加電圧を調節し
   て前記液晶をオン・オフさせることを特徴とする液晶表
   示装置の駆動方法。
7. 【請求項７】 請求項４の液晶表示装置において、非線
   形容量素子を互いに平行な方向のうちいずれかの方向の
   完全に分極させ、一方向に分極する非線形容量素子の数
   によって画素電極に誘起される電位を制御し、画素電極
   に対応する液晶を階調表示させることを特徴とする液晶
   表示装置の駆動方法。
8. 【請求項８】 請求項１の液晶表示装置において、１画
   素電極についての非線形容量素子を互に平行な２つの方
   向のいずれか一方向に分極させ、非線形容量素子の分極
   方向を選択することによって非線形容量素子に誘起され
   る電荷量の総和を制御し、画素電極に対応する液晶の印
   加電圧を調節して階調表示させることを特徴とする液晶
   表示装置の駆動方法。