特許 6294629 液晶表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6294629

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】液晶表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/133 20060101AFI20180305BHJP

   G09G 3/36 20060101ALI20180305BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20180305BHJP

   G02F 1/1337 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/133 550

   G09G3/36

   G09G3/20 611A

   G09G3/20 611E

   G02F1/1337

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-213566(P2013-213566)

(22)【出願日】2013年10月11日

(65)【公開番号】特開2015-75723(P2015-75723A)

(43)【公開日】2015年4月20日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091351

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 哲

(74)【代理人】

【識別番号】100084618

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 貞男

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 大一

(72)【発明者】

【氏名】田中 幸生

(72)【発明者】

【氏名】中尾 健次

(72)【発明者】

【氏名】西山 和廣

(72)【発明者】

【氏名】小村 真一

(72)【発明者】

【氏名】岡 真一郎

(72)【発明者】

【氏名】大岩 みか

【審査官】 岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１５９７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１２２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７０３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１００３８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３３

Ｇ０２Ｆ １／１３３７

Ｇ０２Ｆ １／１３４３−１／１３４５；１／１３５

Ｇ０２Ｆ １／１３６−１／１３６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

横電界方式の液晶表示装置であって、
複数の液晶画素と、当該液晶画素に供給する画素電圧を断続するＴＦＴと、をマトリクス状に配列した表示パネルと、
間欠駆動によって前記液晶画素への画像信号を書き換える制御部と、を備え、
フレーム周波数が１０Ｈｚ以上で２０Ｈｚ以下の値であり、
前記ＴＦＴのオフリーク電流が１×１０^−１５以上で１×１０^−１４Ａ以下であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗率が５×１０^１２以上で５×１０^１４Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される配向膜の抵抗率が５×１０^１１以上で５×１０^１３Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗Ｒ１、液晶の容量Ｃ１、配向膜の抵抗Ｒ２、配向膜の容量Ｃ２との間に、Ｒ１×Ｃ１＞Ｒ２×Ｃ２なる関係が成立する液晶表示装置。

【請求項2】

横電界方式の液晶表示装置であって、
複数の液晶画素と、当該液晶画素に供給する画素電圧を断続するＴＦＴと、をマトリクス状に配列した表示パネルと、
間欠駆動によって前記液晶画素への画像信号を書き換える制御部と、を備え、
フレーム周波数が１０Ｈｚ以上で２０Ｈｚ以下の値であり、
前記ＴＦＴのオフリーク電流が１×１０^−１５以上で１×１０^−１４Ａ以下であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗率が１×１０^１２以上で５×１０^１２Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される配向膜の抵抗率が１×１０^１１以上で５×１０^１１Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗Ｒ１、液晶の容量Ｃ１、配向膜の抵抗Ｒ２、配向膜の容量Ｃ２との間に、Ｒ１×Ｃ１＞Ｒ２×Ｃ２なる関係が成立する液晶表示装置。

【請求項3】

横電界方式の液晶表示装置であって、
複数の液晶画素と、当該液晶画素に供給する画素電圧を断続するＴＦＴと、をマトリクス状に配列した表示パネルと、
間欠駆動によって前記液晶画素への画像信号を書き換える制御部と、を備え、
フレーム周波数が１０Ｈｚ以上で２０Ｈｚ以下の値であり、
前記ＴＦＴのオフリーク電流が１×１０^−１４以上で１×１０^−１３Ａ以下であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗率が５×１０^１２以上で５×１０^１４Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される配向膜の抵抗率が１×１０^１１以上で１×１０^１３Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗Ｒ１、液晶の容量Ｃ１、配向膜の抵抗Ｒ２、配向膜の容量Ｃ２との間に、Ｒ１×Ｃ１＞Ｒ２×Ｃ２なる関係が成立する液晶表示装置。

【請求項4】

横電界方式の液晶表示装置であって、
複数の液晶画素と、当該液晶画素に供給する画素電圧を断続するＴＦＴと、をマトリクス状に配列した表示パネルと、
間欠駆動によって前記液晶画素への画像信号を書き換える制御部と、を備え、
フレーム周波数が１０Ｈｚ以上で２０Ｈｚ以下の値であり、
前記ＴＦＴのオフリーク電流が１×１０^−１４以上で１×１０^−１３Ａ以下であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗率が１×１０^１２以上で５×１０^１２Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される配向膜の抵抗率が５×１０^１０以上で１×１０^１１Ω・ｃｍ以下の値であり、
前記液晶画素に使用される液晶の抵抗Ｒ１、液晶の容量Ｃ１、配向膜の抵抗Ｒ２、配向膜の容量Ｃ２との間に、Ｒ１×Ｃ１＞Ｒ２×Ｃ２なる関係が成立する液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液晶表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液晶表示装置は、テレビ受像機、カーナビゲーション装置等の車載用ディスプレイ、ノートパソコン、タブレット型ＰＣ、携帯電話、スマートフォンなどモバイル用端末等、様々な機器に搭載されている。

【0003】

この液晶表示装置には、用途に応じて種々のモードの液晶が採用されている。

【0004】

例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モードなどの縦電界方式の液晶表示装置では、上側基板に備えられた対向電極と、下側基板に設けられた画素電極との間に発生する電界により、両基板間に挟持された液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御する。

【0005】

また、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどの横電界方式の液晶表示装置においては、対向電極（この場合はＣＯＭ電極と呼ばれる）、画素電極ともに一方の基板に備えられ、両電極間に発生する電界（フリンジ電界）により、液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御する。ＦＦＳモードの液晶表示装置は、大きな開口率を確保できるので輝度が高く、かつ視野角特性に優れている。

【0006】

ところで、モバイル端末用途の液晶表示装置においては回路消費電力を低減することが強く求められ、電力低減手段の一つとして、低周波駆動、間欠駆動などが提案されている。低周波駆動とは液晶表示装置の駆動周波数を標準条件に対して例えば１／２、１／４などに低減することで回路電力を低減する方式である。また、間欠駆動とは１表示期間の書き込みを行った後に数表示期間の回路停止期間を設けることで回路電力を低減する方式である。いずれの場合も液晶表示部の映像信号書き換え周期が長くなるため動画表示には適していないが、動画視認性が重要視されない静止画表示等の場合においては、有効な回路電力低減策となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−２７８５２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、液晶表示装置において低周波駆動、間欠駆動を実施する場合には、フリッカを低減することが必要である。

【0009】

例えば、フレーム周波数が通常の液晶表示装置で採用されている６０Ｈｚの場合には特にフリッカは視認されなかったが、フレーム周波数を１／３の２０Ｈｚにした場合にはフリッカが視認された。そして、フレーム周波数をさらに下げた場合にはフリッカはより顕著に視認された。

【0010】

本発明においては、低周波駆動や間欠駆動を適用したときに発生するフリッカを抑制し、表示品位を良好とする液晶表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様による液晶表示装置は、横電界方式の液晶表示装置であって、複数の液晶画素と、当該液晶画素に供給する画素電圧を断続するＴＦＴと、をマトリクス状に配列した表示パネルと、間欠駆動によって前記液晶画素への画像信号を書き換える制御部と、を備え、フレーム周波数が１０Ｈｚ以上で２０Ｈｚ以下の値であり、前記ＴＦＴのオフリーク電流が１×１０^−１５以上で１×１０^−１４Ａ以下であり、前記液晶画素に使用される液晶の抵抗率が５×１０^１２以上で５×１０^１４Ω・ｃｍ以下の値であり、前記液晶画素に使用される配向膜の抵抗率が５×１０^１１以上で５×１０^１３Ω・ｃｍ以下の値であり、前記液晶画素に使用される液晶の抵抗Ｒ１、液晶の容量Ｃ１、配向膜の抵抗Ｒ２、配向膜の容量Ｃ２との間に、Ｒ１×Ｃ１＞Ｒ２×Ｃ２なる関係が成立する液晶表示装置である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す概略の平面図である。

【図2】本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの表示画素部の断面を示す図である。

【図3】本実施の形態に係る液晶表示装置の輝度変化の一例を示す図である。

【図4】フリッカが視認されない規格化輝度振幅ＰＰ値の上限値とフレーム周波数との関係を主観評価により求めて表した図である。

【図5】リーク電流の異なるＴＦＴについて生じる輝度振幅を、図４に示す特性図に重ねて表した図である。

【図6】本実施の形態の液晶表示装置における対称成分と反対称成分とを説明するための図である。

【図7】本実施の形態の液晶表示装置における液晶及び配向膜のインピーダンス不整合に起因する液晶保持電圧の変化を説明するための図である。

【図8】本実施の形態の液晶表示装置におけるシミュレーションに用いた回路モデルと、計算条件とを示す図である。

【図9】本実施の形態の液晶表示装置における保持期間の液晶印加電圧変化率のシミュレーション結果を示す図である。

【図10】本実施の形態の液晶表示装置におけるフリッカを低減する構成を示す図である。

【図11】本実施の形態の液晶表示装置におけるケース１とケース２の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。

【図12】本実施の形態の液晶表示装置におけるケース３とケース４の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。

【図13】本実施の形態の液晶表示装置におけるケース５とケース６の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。

【図14】本実施の形態の液晶表示装置におけるケース７とケース８の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。

【図15】本実施の形態の液晶表示装置におけるケース９の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。

【図16】本実施の形態の液晶表示装置におけるケース１０の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態に係る液晶表示装置について図面を参照して詳細に説明する。

【0014】

図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す概略の平面図である。
液晶表示装置は、液晶表示パネルＰＮＬと、液晶表示パネルＰＮＬを背面側から照明するバックライトＢＬＴと、を備えている。そして液晶表示パネルＰＮＬには、マトリクス状に配置された表示画素ＰＸを含む表示部が設けられている。

【0015】

図２は、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルＰＮＬの表示画素部の断面を示す図である。

【0016】

液晶表示パネルＰＮＬは、アレイ基板１００、対向基板２００と、この一対の基板１００、２００間に挟持された液晶層ＬＱとを備えている。

【0017】

対向基板２００には、透明絶縁性基板ＳＢ２、カラーフィルタ層ＣＦ、及びオーバコート層Ｌ２が設けられている。カラーフィルタ層ＣＦは、透明絶縁性基板ＳＢ２上に配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各色の着色層を含んでいる。オーバコート層Ｌ２は、カラーフィルタ層ＣＦを覆って設けられ、カラーフィルタ層ＣＦに含まれる物質が液晶層ＬＱへ流出することを防止する。

【0018】

アレイ基板１００は、透明絶縁性基板ＳＢ１、対向電極（第１電極）ＣＯＭ、及び複数の画素電極（第２電極）ＰＥを備えている。画素電極ＰＥは、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁層Ｌ１を介して対向電極ＣＯＭ上に配置されている。画素電極ＰＥは表示画素ＰＸ毎に配置され、スリット状の開口部ＳＬＴが形成されている。対向電極ＣＯＭと画素電極ＰＥとは、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）によって形成された透明電極である。

【0019】

図１に示すように、アレイ基板１００は、表示部において、複数の表示画素ＰＸが配列する行に沿って延びる走査線ＧＬ（ＧＬ１、ＧＬ２…）と、複数の表示画素ＰＸが配列する列に沿って延びる信号線ＳＬ（ＳＬ１、ＳＬ２…）と、走査線ＧＬと信号線ＳＬが交差する位置近傍に配置された画素スイッチＳＷとを備えている。

【0020】

画素スイッチＳＷは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備えている。画素スイッチＳＷのゲート電極は対応する走査線ＧＬと電気的に接続されている。画素スイッチＳＷのソース電極は対応する信号線ＳＬと電気的に接続されている。画素スイッチＳＷのドレイン電極は対応する画素電極ＰＥと電気的に接続されている。

【0021】

アレイ基板１００は、複数の表示画素ＰＸを駆動する駆動手段として、ゲートドライバＧＤ（左側ＧＤ−Ｌおよび右側ＧＤ−Ｒ）とソースドライバＳＤとを備えている。複数の走査線ＧＬはゲートドライバＧＤの出力端子と電気的に接続されている。複数の信号線ＳＬはソースドライバＳＤの出力端子と電気的に接続されている。

【0022】

ゲートドライバＧＤとソースドライバＳＤとは、表示部の周囲の領域に配置されている。ゲートドライバＧＤは複数の走査線ＧＬにオン電圧を順次印加して、選択された走査線ＧＬに電気的に接続された画素スイッチＳＷのゲート電極にオン電圧を供給する。ゲート電極にオン電圧が供給された画素スイッチＳＷの、ソース電極−ドレイン電極間が導通する。ソースドライバＳＤは、複数の信号線ＳＬのそれぞれに対応する出力信号を供給する。信号線ＳＬに供給された信号は、ソース電極−ドレイン電極間が導通した画素スイッチＳＷを介して対応する画素電極ＰＥに印加される。

【0023】

ゲートドライバＧＤとソースドライバＳＤとは、液晶表示パネルＰＮＬの外部に配置された制御回路ＣＴＲにより動作を制御される。また制御回路ＣＴＲは、対向電極ＣＯＭに対向電圧Ｖｃｏｍを供給している。さらに制御回路ＣＴＲは、バックライトＢＬＴの動作を制御する。

【0024】

制御回路ＣＴＲは、通常駆動のほかに駆動電力低減のために間欠駆動の機能を備えている。なお、画素の映像信号書き換えが行われる時間間隔を「フレーム周期」あるいは「１フレーム」と呼び、その逆数を「フレーム周波数」と呼ぶが、本願においては低周波駆動、間欠駆動に関しても、同様に呼ぶものとする。

【0025】

一例として液晶表示装置の標準のフレーム周波数が６０Ｈｚ（すなわち（１／６０）ｓｅｃごとに画素への映像信号の書き換えが行われる）であるとする。動画表示の場合には標準の６０Ｈｚでの動作とするが、動画視認性がそれほど重視されない静止画像などを表示する場合には、制御回路ＣＴＲは、間欠駆動を実行する。

【0026】

制御回路ＣＴＲは、（１／６０）ｓｅｃをかけて書き込み動作（画面の上から下までの走査）を行った後に、例えば（１／６０）ｓｅｃ、（３／６０）ｓｅｃ、（７／６０）ｓｅｃ、あるいは（５９／６０）ｓｅｃの休止期間を設ける。休止期間において制御回路ＣＴＲの書き込み動作を停止すればその間の回路消費電力は実質０になり、書き込み時も含めた時間平均としての回路消費電力はそれぞれ、１／２、１／４、１／８、あるいは１／６０に低減される。

【0027】

本実施の形態に係る液晶表示装置は、対向電極ＣＯＭと画素電極ＰＥとに印加される電圧の電位差により、液晶層ＬＱに電界を生じさせ、液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御するＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶表示装置である。液晶分子の配向方向により、バックライトＢＬＴから出射される光の透過光量が制御される。

【0028】

図２に示すように、画素電極ＰＥと対向電極ＣＯＭとが絶縁層Ｌ１を挟んで対向する部分には、容量成分Ｃｓ０が発生する。この他に液晶層ＬＱ内に回り込む電界に対応する補助容量成分Ｃｓ１および液晶容量Ｃｌｃも存在する。画素電極ＰＥと対向電極ＣＯＭ間に存在する全容量をＣｓと表すと、図１に示すようにＴＦＴのドレインと対向電極ＣＯＭの間に容量Ｃｓを挟みこんだ等価回路で表現することができる。

【0029】

次に、フリッカを低減するための駆動方式について説明する。

【0030】

液晶材料は長時間ＤＣ電圧を印加しておくとチャージアップにより表示特性に経時変化が生じるため、１フレーム毎に正負極性を反転させてＤＣ平均がほぼ０になるようにして駆動するフレーム駆動が一般的である。しかし、正負での応答特性（輝度−電圧特性）にずれがあると正負フレームでの輝度が異なり、１フレーム毎に明暗の差が生じてフリッカ（ちらつき）が発生する。信号の正負平均（ＤＣ平均値）に微小なオフセット電圧を加えたり、対向電極電位を調整したりすることでフリッカを極小化することは可能であるが、経時的な輝度−電圧特性のシフトや階調間の最適条件のずれなども完全に吸収してフリッカを皆無にすることは困難である。

【0031】

このようなフリッカを低減するための手段として、例えばライン反転、カラム反転、ドット反転などの反転駆動が知られている。例えばライン反転では、時間的な正負極性反転の位相を１行毎に逆にして分布させることにより、正負での輝度応答の差を巨視的に相殺して、フリッカが視認されないようにすることができる。カラム反転やドット反転も同様であり、前者は１列毎に、後者は市松パターン状に正負極性反転の位相を逆にすることでフリッカが視認されないようにすることができる。

【0032】

これらの反転方式のうちライン反転とドット反転は画面走査時に１ライン毎に極性反転しながら画素への書き込みを行うため、１Ｈ期間（１水平周期）毎にパネル内の信号線の充放電を行う必要があり、回路消費電力が大きくなる。一方、カラム反転は行方向の極性反転が無いため回路消費電力低減という観点で有利である。モバイル用液晶表示装置においては製品仕様に応じて各種反転方式が採用されるが、電力低減という観点ではカラム反転方式が最も望ましい。

【0033】

続いて、液晶表示装置の輝度応答波形について説明する。上述のような間欠駆動方式では各画素ＰＸに画素電圧を書き込んだ後、その画素電圧を長時間保持することが必要である。そのため、ＴＦＴのオフリーク電流による輝度変化の対策が必要となる。

【0034】

図３は、本実施の形態に係る液晶表示装置の輝度変化の一例を示す図である。図３（ａ）は、画素電圧Ｖｄ、信号線電圧Ｖｓ、ゲート電圧Ｖｇの推移を示し、図３（ｂ）は、液晶の輝度の推移を示す図である。

【0035】

１フレームの走査期間において、ソースドライバＳＤは、信号線ＳＬに画像信号に対応する信号線電圧Ｖｓを出力する。続いて、ゲートドライバＧＤは、走査線ＧＬにＴＦＴをオンするゲート電圧Ｖｇを出力する。これによって、画素電圧Ｖｄは、信号線電圧Ｖｓと等しくなり、この結果画素の輝度は所望の値となる。

【0036】

１フレームの休止期間においては、ゲート電圧ＶｇはＴＦＴをオフするレベルとなり、短期的には画素電圧Ｖｄは信号線電圧Ｖｓに保持される。しかし、休止期間が長期にわたる場合は、ＴＦＴのオフリーク電流（例えば、ＴＦＴのドレインからソースに漏洩して流れる電流）により画素電圧Ｖｄは低下する。この結果、休止中において画素の輝度は低下する。

【0037】

次のフレームが開始され、新たな信号線電圧Ｖｓによって画素電圧Ｖｄが書き換えられると、画素の輝度は所望の値に復帰する。なお、図３（ａ）では、次のフレームにおいて画素電圧Ｖｄの極性が変化しているがこれはフレーム反転駆動を行っているためである。このＴＦＴオフリーク電流による輝度変化がフレーム毎に繰り返されることでフリッカが視認される。

【0038】

なお、図３（ｂ）に示す輝度は、所望の輝度が１となるように規格化して表している。この規格化された輝度がＴＦＴのオフリーク電流により低下する量を、規格化輝度振幅ＰＰ値と呼ぶ。

【0039】

ところで、一般に人間の視覚におけるフリッカ視認感度は周波数依存を持つことが知られており、同振幅の輝度変動であっても周波数が低くなるほどフリッカとして視認されやすいという特徴がある。

【0040】

図４は、フリッカが視認されない規格化輝度振幅ＰＰ値の上限値とフレーム周波数との関係を主観評価により求めて表した図である。フレーム周波数が４０Ｈｚを超えるところでグラフが急峻に立ち上がっている。これはフレーム周波数が４０Ｈｚより大きい周波数であれば輝度振幅が大きくてもフリッカとして視認されないが、フレーム周波数が４０Ｈｚ以下の周波数では輝度振幅が小さくてもフリッカとして視認されることを示している。

【0041】

この主観評価の結果を参照すると、仮に図３（ｂ）の振幅の輝度変動がある場合、一般的なフレーム周波数６０Ｈｚの場合にはフリッカが視認されなくても４０Ｈｚ以下にまで下げるとフリッカが視認されると考えられる。

【0042】

図５は、リーク電流の異なるＴＦＴについて生じる輝度振幅を、図４に示す特性図に重ねて表した図である。曲線Ａは、リーク電流（Ｉ（off））が１×１０^−１５（Ａ)の場合のフレーム周波数と輝度振幅との関係を示している。曲線Ｂは、従来使用していたＴＦＴの特性であって、リーク電流（Ｉ（off））が１×１０^−１３（Ａ)の場合のフレーム周波数と輝度振幅との関係を示している。曲線Ｃは、リーク電流（Ｉ（off））が１×１０^−１２（Ａ)の場合のフレーム周波数と輝度振幅との関係を示している。

【0043】

曲線Ａ−Ｃの内、フリッカが視認されない上限値を示す特性曲線Ｌよりも上の領域内でフリッカが視認される。リーク電流が増加するにつれて高いフレーム周波数においてもフリッカが視認されることがわかる。また曲線Ｂ（従来のＴＦＴ）では、４０Ｈｚ以下のフレーム周波数で、フリッカが視認されている。１Ｈｚでフリッカが視認されないためには、曲線Ａに示すように、リーク電流が１×１０^−１５（Ａ)以下となることが条件である。

【0044】

従って、図５に基づいて、使用するフレーム周波数帯に応じて使用するＴＦＴを選定することで、フリッカが視認されないようにすることができる。

【0045】

ここで、低周波駆動時における輝度変動の対応を検討する際に使用する対称成分と反対称成分とについて説明する。

【0046】

図６は、本実施の形態の液晶表示装置における対称成分と反対称成分とを説明するための図である。

【0047】

図６（ａ）は、フレーム周期５０ｍｓｅｃ（フレーム周波数２０Ｈｚ）で駆動したときの１画素の輝度応答である。図中の縦軸は輝度を表し、横軸は時間を表している。なお、輝度は、平均値が１となるように規格化している。画素に書き込まれる映像信号の極性は１フレーム毎に反転しており、それぞれ矢印で示した区間が負フレームおよび正フレームに対応する。

【0048】

図６（ａ）に示す輝度応答では、正フレームでは輝度値が約１．３まで上昇するが、負フレームでは輝度値が約０．８まで下降し、正負フレームで輝度が大きく異なっている。これは、正極の電圧と負極の電圧とで液晶の応答が異なるためである。

【0049】

ここで、対称成分とは、正フレームの輝度波形と負フレームの輝度波形との平均の波形である。フレーム毎に同じ波形（対称な波形）が繰り返すため、対称成分なる名称が付されている。図６（ｂ）に対称成分の例を示している。もし、対称波形がフラット（平坦）な特性である場合は、平均化されることでフラットな特性になることを表しているため、上述のようにライン反転、カラム反転、ドット反転などで駆動することにより輝度振幅がない（フリッカが生じない）として視認され得る。しかし、対称成分の波形はフラットな特性でない。従って、対称成分は、反転駆動によっても解消されない成分である。

【0050】

一方、反対称成分とは、正フレームの輝度波形と負フレームの輝度波形との平均の波形をもとめ、この平均の波形を０として（基準として）表した波形である。従って、正の波形と負の波形とが現れる。このことから反対称成分なる名称が付されている。図６（ｃ）に反対称成分の例を示している。もし、反対称成分が基準線に対して対称な特性である場合は、上述のようにライン反転、カラム反転、ドット反転などで駆動することにより輝度振幅がない（フリッカが生じない）として視認される。反対称成分は基準線に対して対称である。従って、反対称成分は、反転駆動によって解消可能な成分である。

【0051】

上述の検討結果からＴＦＴリークによる輝度変動は対称成分であり、従って反転駆動によって解消することができない。

【0052】

以上、低周波駆動時においてフリッカが視認される原因であるＴＦＴリークについて説明した。しかし、フリッカが視認される原因には、このＴＦＴリークの他にセルに起因するものが存在する。発明者らはセル起因のフリッカを低減するための検討を重ね、フリッカ発生に液晶及び配向膜のインピーダンスが影響していることを明らかにした。

【0053】

図７は、本実施の形態の液晶表示装置における液晶及び配向膜のインピーダンス不整合に起因する液晶保持電圧の変化を説明するための図である。

【0054】

図７（ａ）に示す液晶パネルの等価回路のモデルでは、画素電極ＰＥと対向電極ＣＯＭとが対向する部分に存在する保持容量Ｃｓ、液晶層ＬＱ内に回り込む電界に対応する配向膜の容量Ｃ２、及び液晶容量Ｃｌで構成されている。また、液晶容量Ｃｌ、容量Ｃ２に並列にそれぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２が設けられている。なお、保持容量Ｃｓ、容量Ｃ２、液晶容量Ｃｌは、それぞれ図２に示す容量成分Ｃｓ０、Ｃｓ１およびＣｌｃに対応している。

【0055】

次に、図７（ｂ）を参照しつつ、液晶及び配向膜のインピーダンス不整合に起因する液晶保持電圧の変化を説明する。

【0056】

ケース１では、液晶及び配向膜のインピーダンスが不整合（Ｒ１・Ｃ１＜Ｒ２・Ｃ２）である。この場合、ＴＦＴがＯＦＦとなり画素電圧保持状態になると、液晶、配向膜はそれぞれ独立に放電するが、放電によるＶ１＋Ｖ２の減衰分を補うように保持容量Ｃｓから電荷が供給される。しかし、放電による電荷減少は液晶保持電圧Ｖ１側が大きいのに対し、電荷供給は等量に配分されるため、Ｖ１は時間と共に減少し、Ｖ２は時間とともに増大する。従って、ケース１では液晶保持電圧は減衰し、輝度変動が生ずる。

【0057】

ケース２では、液晶及び配向膜のインピーダンスが整合（Ｒ１・Ｃ１≒Ｒ２・Ｃ２）している。この場合、ＴＦＴがＯＦＦとなり画素電圧保持状態になると、液晶、配向膜はそれぞれ独立に放電するが、インピーダンスが整合しているため、放電の時定数が同じである。このため、放電による電荷減少と保持容量Ｃｓからの電荷供給とがバランスし、Ｖ１及びＶ２は一定の状態を維持する。従って、ケース２では、輝度変動が低減しフリッカが改善する。

【0058】

ケース３では、液晶及び配向膜のインピーダンスが不整合（Ｒ１・Ｃ１＞Ｒ２・Ｃ２）である。この場合、ＴＦＴがＯＦＦとなり画素電圧保持状態になると、液晶、配向膜はそれぞれ独立に放電するが、放電によるＶ１＋Ｖ２の減衰分を補うように保持容量Ｃｓから電荷が供給される。しかし、放電による電荷減少は配向膜電圧Ｖ２側が大きいのに対し、電荷供給は等量に配分されるため、Ｖ２は時間と共に減少し、Ｖ１は時間とともに増大する。従って、ケース３では液晶保持電圧は増加し、輝度変動が生ずる。

【0059】

以上の回路モデルに基づき液晶保持電圧の変化をシミュレーション計算によって確認した。

【0060】

図８は、本実施の形態の液晶表示装置におけるシミュレーションに用いた回路モデルと、計算条件とを示す図である。図８（ａ）は、回路モデルを示し、図８（ｂ）は、計算条件を示している。なお、計算条件では間欠駆動としてフレーム周期０．５秒（フレーム周波数２Ｈｚ）を使用した。

【0061】

図９は、本実施の形態の液晶表示装置における保持期間の液晶印加電圧変化率のシミュレーション結果を示す図である。図９では、配向膜抵抗率と液晶抵抗率とに対応して液晶印加電圧変化率を示している。なお、液晶印加電圧変化率は、保持期間において低下または増加した液晶印加電圧の割合を表す指数であり、（Ｖｆ−Ｖｉ）／Ｖｉとして定義される値である。

【0062】

図９の中央部は、液晶印加電圧変化率が最も小さい領域である。配向膜抵抗率が小さくなるにつれて、実線の矢印で示すように液晶印加電圧変化率は増加する。液晶抵抗率が小さくなるにつれて、点線の矢印で示すように液晶印加電圧変化率は減少する。このシミュレーション結果からも、液晶及び配向膜のインピーダンスを整合することによって１フレーム内の輝度変動を低減できることがわかる。

【0063】

なお、フリッカが視認されない１フレーム内の輝度傾斜の絶対値の上限値を主観評価により求めると０．０３を得た。従って、図９に示すシミュレーション結果に基づいて、配向膜及び液晶の抵抗率（Ω・ｃｍ）を選定することで、１フレーム内の傾斜輝度の絶対値を０．０３以下とすることができる。

【0064】

以上、説明したことから、フレーム周波数、ＴＦＴオフリーク電流、液晶及び配向膜のインピーダンスを組み合わせることでフリッカを低減する液晶表示装置を実現することができる。

【0065】

図１０は、本実施の形態の液晶表示装置におけるフリッカを低減する構成を示す図である。

【0066】

図１０のケース１及びケース２は、フレーム周波数が１〜１０Ｈｚの場合である。このときは、図５で示したように、ＴＦＴオフリーク電流が１×１０^−１５Ａ以下であるＴＦＴを使用し、さらに、液晶及び配向膜のインピーダンスを整合させることにより、フリッカを低減することができる。

【0067】

図１１は、本実施の形態の液晶表示装置におけるケース１とケース２の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。ケース１、ケース２に示す領域では、輝度変化率の絶対値が０．０１以下である。ケース１では、液晶の抵抗率５×１０^１３〜５×１０^１４Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率５×１０^１３〜５×１０^１４Ω・ｃｍである。ケース２では、液晶の抵抗率１×１０^１３〜５×１０^１３Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率１×１０^１３〜５×１０^１３Ω・ｃｍである。

【0068】

図１０のケース３及びケース４は、フレーム周波数が１０〜２０Ｈｚの場合である。このときは、図５で示したように、ＴＦＴオフリーク電流が１×１０^−１５Ａ以下であるＴＦＴを使用し、さらに、液晶及び配向膜のインピーダンスを整合させることにより、フリッカを低減することができる。

【0069】

図１２は、本実施の形態の液晶表示装置におけるケース３とケース４の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。ケース３、ケース４に示す領域では、輝度変化率の絶対値が０．０３以下である。ケース３では、液晶の抵抗率５×１０^１２〜５×１０^１４Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率５×１０^１２〜５×１０^１４Ω・ｃｍである。ケース４では、液晶の抵抗率１×１０^１２〜５×１０^１２Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率１×１０^１２〜５×１０^１２Ω・ｃｍである。

【0070】

図１０のケース５及びケース６は、フレーム周波数が１０〜２０Ｈｚの場合で、かつＴＦＴオフリーク電流が１×１０^−１５〜１×１０^−１４Ａである。このケースでは、図５に示すように輝度振幅値が大きくなるためフリッカが視認される。そのため、図７のケース３に示すように液晶の保持電圧が増加するように液晶及び配向膜のインピーダンスを設定する。これによって、ＴＦＴオフリークによる輝度の低下を、液晶及び配向膜のインピーダンス不整合による輝度の増加によって補償することにより、フリッカを低減することができる。

【0071】

図１３は、本実施の形態の液晶表示装置におけるケース５とケース６の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。ケース５、ケース６に示す領域（実線で囲まれた領域）では、ケース３、ケース４に示す領域（点線で囲まれた領域）が左の方向にシフトしている。即ち、配向膜の抵抗率を低く設定することによって輝度を増加させている。ケース５では、液晶の抵抗率５×１０^１２〜５×１０^１４Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率５×１０^１１〜５×１０^１３Ω・ｃｍである。ケース６では、液晶の抵抗率１×１０^１２〜５×１０^１２Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率１×１０^１１〜５×１０^１１Ω・ｃｍである。

【0072】

図１０のケース７及びケース８は、フレーム周波数が１０〜２０Ｈｚの場合で、かつＴＦＴオフリーク電流が１×１０^−１４〜１×１０^−１３Ａである。このケースでは、図５に示すように輝度振幅値が大きくなるためフリッカが視認される。そのため、図７のケース３に示すように液晶の保持電圧が増加するように液晶及び配向膜のインピーダンスを設定する。これによって、ＴＦＴオフリークによる輝度の低下を、液晶及び配向膜のインピーダンス不整合による輝度の増加によって補償することにより、フリッカを低減することができる。

【0073】

図１４は、本実施の形態の液晶表示装置におけるケース７とケース８の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。ケース７、ケース８に示す領域（実線で囲まれた領域）では、ケース３、ケース４に示す領域（点線で囲まれた領域）が更に左の方向にシフトしている。即ち、配向膜の抵抗率をより低く設定することによって輝度をより増加させている。ケース７では、液晶の抵抗率５×１０^１２〜５×１０^１４Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率１×１０^１１〜１×１０^１３Ω・ｃｍである。ケース８では、液晶の抵抗率１×１０^１２〜５×１０^１２Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率５×１０^１０〜１×１０^１１Ω・ｃｍである。

【0074】

図１０のケース９は、フレーム周波数が１〜１０Ｈｚの場合である。このときは、図５で示したように、ＴＦＴオフリーク電流が１×１０^−１５Ａ以下であるＴＦＴを使用し、さらに、液晶及び配向膜のインピーダンスを整合させることにより、フリッカを低減することができる。

【0075】

図１５は、本実施の形態の液晶表示装置におけるケース９の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。ケース９に示す領域では、輝度変化率の絶対値が０．０１以下である。ケース９では、液晶の抵抗率５×１０^１３〜５×１０^１４Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率１×１０^１4〜５×１０^１４Ω・ｃｍである。ケース１と比較して、配向膜の抵抗率の下限値を高く設定することで、配向膜の抵抗の経時変動が生じた場合にも、良好なフリッカ特性を維持することができる。

【0076】

発明者らは、パネル周辺部からの水分侵入によって配向膜の抵抗が低下することを明らかにした。パネル周辺部からの水分侵入は有効表示領域以外に設置された周辺シール材料が細く設定された場合に顕著になる。シール材の幅が１．５ｍｍ以下の場合において、ケース９記載の液晶および配向膜の抵抗率に設定することで、高湿度環境など厳しい環境条件においても、輝度変化率の絶対値を０．０１以下とすることが可能となった。

【0077】

図１０のケース１０は、フレーム周波数が１０〜２０Ｈｚの場合である。このときは、図５で示したように、ＴＦＴオフリーク電流が１×１０^−１５Ａ以下であるＴＦＴを使用し、さらに、液晶及び配向膜のインピーダンスを整合させることにより、フリッカを低減することができる。

【0078】

図１６は、本実施の形態の液晶表示装置におけるケース１０の液晶及び配向膜のインピーダンスの領域を示す図である。ケース１０に示す領域では、輝度変化率の絶対値が０．０３以下である。ケース３では、液晶の抵抗率５×１０^１２〜５×１０^１４Ω・ｃｍ、配向膜の抵抗率１×１０^１3〜５×１０^１４Ω・ｃｍである。ケース１０はケース９同様、シール材の幅が１．５ｍｍ以下の場合において有効である。すなわち、高湿度環境等、パネル周辺部からの水分侵入に対して厳しい環境条件においても、輝度変化率の絶対値が０．０３以下とすることが可能であった。

【0079】

以上説明したように、フレーム周波数、ＴＦＴオフリーク電流、液晶及び配向膜のインピーダンスを組み合わせることでフリッカを抑制する液晶表示装置を実現することができる。

【0080】

上述のいくつかの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0081】

ＰＮＬ…液晶表示パネル、ＢＬＴ…バックライト、ＰＸ…表示画素、ＬＱ…液晶層、ＣＯＭ…対向電極、ＰＥ…画素電極、ＳＷ…画素スイッチ、ＧＤ…ゲートドライバ、ＳＤ…ソースドライバ、ＣＴＲ…制御回路、Ｒ１、Ｒ２…抵抗、Ｃ１、Ｃ２…容量、１００…アレイ基板、２００…対向基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】