JP2017075981A - Liquid crystal display - Google Patents

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幸生 田中
Yukio Tanaka
幸生 田中
博都 三宅
Hiroto Miyake
博都 三宅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display that suppresses flicker generated when low-frequency drive or intermittent drive is applied to achieve good display quality.SOLUTION: There is provided a liquid crystal display comprising: a first electrode; a second electrode that forms an electric field with the first electrode; an insulating film that is arranged between the first electrode and second electrode; and liquid crystal that has its alignment direction controlled by the electric field. The material of the insulating film is an oxide or a nitride including an element selected from zircon, magnesium, strontium, titanium, aluminum, yttrium, and hafnium; when the capacity of the insulating film at a frequency of 1 Hz is Ca and the capacity of the insulating film at a frequency of 1000 Hz is Cb, the following formula (1) is satisfied. (1) 3.0×10≤|(Ca-Cb)/Ca|≤1.5×10.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device.

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。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。   Liquid crystal display devices are mounted on various devices such as in-vehicle displays such as television receivers and car navigation devices, mobile terminals such as notebook computers, tablet PCs, mobile phones, and smartphones. In this liquid crystal display device, liquid crystals of various modes are employed depending on the application.

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。   For example, in a vertical electric field type liquid crystal display device such as a TN (Twisted Nematic) mode and an OCB (Optically Compensated Bend) mode, it is generated between a counter electrode provided on the upper substrate and a pixel electrode provided on the lower substrate. The orientation direction of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer sandwiched between the two substrates is controlled by the electric field.

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。   Further, in a horizontal electric field liquid crystal display device such as an IPS (In-Plane Switching) mode or an FFS (Fringe-Field Switching) mode, both the counter electrode (in this case called a COM electrode) and the pixel electrode are formed on one substrate. The orientation direction of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer is controlled by an electric field (fringe field) generated between both electrodes. Since the FFS mode liquid crystal display device can secure a large aperture ratio, the luminance is high and the viewing angle characteristic is excellent.

ところでスマートフォンなどのモバイル用端末用途の液晶表示装置においては回路消費電力の低減が必須である。その消費電力低減手段の一つとして、低周波駆動や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などに低減して回路電力を低減する方式である。また、間欠駆動とは液晶表示装置に対して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を書き換える周期が長くなるため動画表示時にぼけが発生する等の副作用が発生じるが、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。   Incidentally, in a liquid crystal display device for mobile terminals such as a smartphone, it is essential to reduce circuit power consumption. As one of the power consumption reducing means, low frequency driving, intermittent driving, and the like have been proposed. Low-frequency driving is a method of reducing circuit power by reducing the driving frequency of the liquid crystal display device to, for example, 1/2, 1/4, etc. with respect to standard conditions. The intermittent drive is a method of reducing circuit power by providing a circuit stop period of several display periods after writing for one display period to the liquid crystal display device. In either case, the cycle of rewriting the video signal on the liquid crystal display unit becomes longer, causing side effects such as blurring during video display, but it is effective in cases such as still image display where video visibility is not important. This is a circuit power reduction measure.

特開2002−278523号公報JP 2002-278523 A

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。
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。
However, when performing low frequency driving and intermittent driving in a liquid crystal display device, it is necessary to reduce flicker.
For example, flicker was not particularly visible when the frame frequency was 60 Hz, which is used in a normal liquid crystal display device, but flicker was visually recognized when the frame frequency was set to 1/3 of 20 Hz. When the frame frequency was further lowered, the flicker was visually recognized more prominently.

本発明においては、低周波駆動、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。   An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that suppresses flicker that occurs when low-frequency driving and intermittent driving are applied, and that has good display quality.

一実施形態に係る液晶表示装置は、液晶表示装置であって、第1の電極と、前記第1の電極との間で電界を形成する第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配される絶縁膜と、前記電界によって配向方向が制御される液晶とを有し、前記絶縁膜の材料は、ジルコン、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ハフニウムから選択される元素を含む酸化物又は窒化物であり、周波数1Hzにおける前記絶縁膜の容量をCa、周波数1000Hzにおける前記絶縁膜の容量をCbとした場合に、以下の式(1)を満たす、液晶表示装置。
3.0×10−3≦|(Ca−Cb)/Ca|≦1.5×10−2 ・・・(1)
The liquid crystal display device according to an embodiment is a liquid crystal display device, and includes a first electrode, a second electrode that forms an electric field between the first electrode, the first electrode, and the first electrode. An insulating film disposed between the two electrodes and a liquid crystal whose orientation direction is controlled by the electric field, and the insulating film is made of zircon, magnesium, strontium, titanium, aluminum, yttrium, and hafnium. A liquid crystal that is an oxide or a nitride containing a selected element and satisfies the following formula (1) when the capacitance of the insulating film at a frequency of 1 Hz is Ca and the capacitance of the insulating film at a frequency of 1000 Hz is Cb. Display device.
3.0 × 10 −3 ≦ | (Ca—Cb) /Ca|≦1.5×10 −2 (1)

第1の実施の形態に係る表示装置の構成を示す概略の平面図。1 is a schematic plan view showing a configuration of a display device according to a first embodiment. 第1の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部の断面を示す図。The figure which shows the cross section of the display part of the liquid crystal display panel of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る液晶表示装置の間欠駆動における駆動方法を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a driving method in intermittent driving of the liquid crystal display device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る液晶表示装置の保持容量絶縁膜に用いるHigh−k材料の規格化されたキャパシタンスの周波数依存を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining frequency dependence of normalized capacitance of a High-k material used for a storage capacitor insulating film of the liquid crystal display device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る液晶表示装置と従来例の液晶表示装置を実際に駆動したときの輝度応答波形を示す図。The figure which shows the luminance response waveform when the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment, and the liquid crystal display device of a prior art example are actually driven. 第1の実施の形態に係る液晶表示装置のHigh−k材料を用いた容量絶縁膜の等価回路モデルを示す図。FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit model of a capacitive insulating film using a High-k material for the liquid crystal display device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る液晶表示装置の輝度応答波形が発生するメカニズムを説明するための図。The figure for demonstrating the mechanism in which the luminance response waveform of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment generate | occur | produces. 第1の実施の形態に係る液晶表示装置の輝度応答波形が発生するメカニズムを説明するための図。The figure for demonstrating the mechanism in which the luminance response waveform of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment generate | occur | produces. 第1の実施の形態に係る液晶表示装置のキャパシタンスの周波数依存カーブの傾きとフリッカとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the inclination of the frequency dependence curve of the capacitance of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment, and flicker. 第2の実施の形態に係る液晶表示装置の検討に際して行った基礎実験の結果を示す図。The figure which shows the result of the basic experiment performed in the case of examination of the liquid crystal display device which concerns on 2nd Embodiment. フレクソエレクトリック効果について説明するための図。The figure for demonstrating a flexoelectric effect. フレクソ係数と輝度振幅の関係を示す図。The figure which shows the relationship between a flexo coefficient and a brightness | luminance amplitude. 第2の実施の形態に係る液晶表示装置にフレクソ係数の大きい液晶材料を採用した場合の輝度応答波形を示す図。The figure which shows a luminance response waveform at the time of employ | adopting a liquid crystal material with a large flexo coefficient for the liquid crystal display device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る液晶表示装置にフレクソ係数の異なるいくつかの液晶材料を適用し輝度振幅のピークtoピーク値を測定した結果を示す図。The figure which shows the result of having applied the several liquid crystal material from which a flexo coefficient differs to the liquid crystal display device which concerns on 2nd Embodiment, and measuring the peak-to-peak value of a luminance amplitude. 第3の実施の形態に係る液晶表示装置の検討に先立って検討した液晶表示装置のHigh−k材料を用いた容量絶縁膜、配向膜及び液晶層の等価回路モデルを示す図。The figure which shows the equivalent circuit model of the capacity | capacitance insulating film, alignment film, and liquid crystal layer which used the High-k material of the liquid crystal display device examined prior to examination of the liquid crystal display device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る液晶表示装置の検討に先立って検討した液晶表示装置の等価回路モデルによるリークの態様を説明するための図。The figure for demonstrating the aspect of the leak by the equivalent circuit model of the liquid crystal display device examined prior to examination of the liquid crystal display device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る液晶表示装置の等価回路モデルによるリークの態様を説明するための図。The figure for demonstrating the aspect of the leak by the equivalent circuit model of the liquid crystal display device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る液晶表示装置の保持期間における液晶印加電圧変化率をパラメータとした容量絶縁膜比抵抗と配向膜比抵抗との関係を説明するための図。The figure for demonstrating the relationship between the capacitance insulation film specific resistance and alignment film specific resistance which made the parameter the liquid crystal applied voltage change rate in the holding | maintenance period of the liquid crystal display device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る液晶表示装置の配向膜比抵抗と容量絶縁膜比抵抗とに関するフリッカ抑制条件を示す図。The figure which shows the flicker suppression conditions regarding the alignment film specific resistance and capacitive insulating film specific resistance of the liquid crystal display device which concern on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る液晶表示装置の配向膜比抵抗と容量絶縁膜比抵抗とに関する他のフリッカ抑制条件を示す図。FIG. 10 is a diagram showing another flicker suppression condition related to the alignment film resistivity and capacitance insulating film resistivity of the liquid crystal display device according to the third embodiment.

以下に説明する、本発明の各実施の形態についての開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。   The disclosure of each embodiment of the present invention described below is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive of appropriate modifications while maintaining the gist of the invention. It is contained in the range. In addition, the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, and the like of each part in comparison with actual aspects for the sake of clarity of explanation, but are merely examples, and the interpretation of the present invention is not limited. It is not limited. In addition, in the present specification and each drawing, elements similar to those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description may be omitted as appropriate.

本発明の各実施の形態の液晶表示装置の検討に先立ち、フリッカを低減する方法について検討した内容について説明する。なお以下において、低周波駆動や間欠駆動に関して、画素の映像信号書き換えを行う時間間隔を「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。   Prior to the study of the liquid crystal display device according to each embodiment of the present invention, the contents studied on a method for reducing flicker will be described. In the following, regarding low-frequency driving and intermittent driving, a time interval for rewriting a video signal of a pixel is referred to as “frame period” or “1 frame”, and the reciprocal thereof is referred to as “frame frequency”.

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のが一般的である。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ーの輝度が異なり、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。   When a DC voltage is applied to a liquid crystal material for a long time, the display characteristics change with time due to charge-up, so it is generally driven by inverting the positive / negative polarity for each frame so that the DC average becomes almost zero. Is. However, if there is a difference in the response characteristics (brightness-voltage characteristics) between positive and negative, the luminance of-differs between positive and negative frames, and a difference in brightness occurs for each frame, causing flicker (flicker). Flicker can be minimized by adding a minute offset voltage to the positive / negative average (DC average value) of the signal or adjusting the counter electrode potential. It is difficult to eliminate the flicker completely by completely absorbing the deviation of the optimum condition between gradations.

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方式が知られている。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、後者はチェッカー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。   As means for reducing such flicker, for example, inversion methods such as line inversion, column inversion, and dot inversion are known. For example, in the case of line inversion, the phase of positive / negative polarity inversion in time is reversed and distributed for each row to macroscopically cancel the difference in luminance response between positive and negative so that flicker is not visually recognized. it can. The same is true for column inversion and dot inversion, and the former can be prevented from being visually recognized by reversing the phase of positive / negative polarity inversion in a checker pattern for each column.

こ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は有利である。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。   Of these, line inversion and dot inversion perform writing to the pixel while reversing the polarity for each line during screen scanning, so it is necessary to charge and discharge the signal lines in the panel every 1H period (one horizontal period). Circuit power consumption increases. On the other hand, column inversion is advantageous from the viewpoint of reducing circuit power consumption because there is no polarity inversion in the row direction. In a liquid crystal display device for mobile use, various inversion methods are adopted according to product specifications, but the column inversion method is most desirable from the viewpoint of power reduction.

ところが、このようなカラム反転のような方式を採用しても、フレーム周波数が低減してTFT書き込み後の保持期間が長くなると、TFTのリーク電流により画素電位が変動し、フリッカが発生するという課題が生じる。この原因によるフリッカは、特にLTPS(低温ポリシリコン)の場合に顕著である。そこでこの対策を種々検討した結果、FFS構造の場合では画素ITOと対向電極COM間の絶縁膜に相当する、保持容量絶縁膜(以下、容量絶縁膜という。)に後述する比誘電率の大きい材料を用いて保持容量を大きくすることがTFTのリーク電流の低減に有効であることがわかった。なお、比誘電率の大きい材料としては、ジルコン、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ハフニウムから選択される元素を含む酸化物又は窒化物である(以下、High−k材料とする)。従来、容量絶縁膜として最も一般に用いられている材料は窒化シリコン(SiN)であり、その比誘電率は5〜7程度である。容量絶縁膜に、例えば比誘電率が20程度のHigh−k材料を用いれば、同じ膜厚で約3倍の保持容量を確保することができるため、フリッカ抑制に有効であると考えられる。   However, even if such a method such as column inversion is adopted, if the frame frequency is reduced and the retention period after TFT writing becomes long, the pixel potential fluctuates due to TFT leakage current, and flicker occurs. Occurs. Flicker due to this cause is particularly noticeable in the case of LTPS (low temperature polysilicon). Therefore, as a result of various examinations of this countermeasure, in the case of the FFS structure, a material having a large relative dielectric constant, which will be described later, is equivalent to the insulating film between the pixel ITO and the counter electrode COM (hereinafter referred to as a capacitive insulating film). It has been found that increasing the storage capacity using the TFT is effective in reducing the leakage current of the TFT. Note that the material having a high relative dielectric constant is an oxide or nitride containing an element selected from zircon, magnesium, strontium, titanium, aluminum, yttrium, and hafnium (hereinafter referred to as a High-k material). Conventionally, the most commonly used material for the capacitive insulating film is silicon nitride (SiN), and its relative dielectric constant is about 5 to 7. If, for example, a high-k material having a relative dielectric constant of about 20 is used for the capacitor insulating film, it is possible to secure about three times the storage capacity with the same film thickness, which is considered to be effective in suppressing flicker.

そこでFFSモードの液晶表示装置において、比誘電率が20程度のHigh−k材料を用いてフレーム周波数が1Hz〜40Hzの低周波駆動、間欠駆動を実施した。その結果、TFTリークに起因する画素電位変動は抑制された。しかし別の課題として、輝度応答波形にて信号書き込み(極性反転)直後にピーク的な輝度変動が観測され、想定通りのフリッカ抑制ができなかった。   Therefore, in the FFS mode liquid crystal display device, low-frequency driving and intermittent driving with a frame frequency of 1 Hz to 40 Hz were performed using a High-k material having a relative dielectric constant of about 20. As a result, pixel potential fluctuation due to TFT leakage was suppressed. However, as another problem, peak luminance fluctuation was observed immediately after signal writing (polarity inversion) in the luminance response waveform, and flicker suppression as expected could not be performed.

以下の各実施の形態では、High−k材料を用いた液晶表示装置を1Hz〜40Hzで低周波駆動、間欠駆動する際において、フリッカを低減する方法を説明する。   In the following embodiments, a method for reducing flicker when a liquid crystal display device using a High-k material is driven at a low frequency and intermittently at 1 Hz to 40 Hz will be described.

[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係る表示装置の構成を示す概略の平面図である。本実施形態に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルPNLとバックライトBLTとを備えている。液晶表示パネルPNLは、m行×n列(m、nは正の整数とする)のマトリクス状に配置された表示画素PXを含む表示部を含む。バックライトBLTは、液晶表示パネルPNLを背面側から照明する照明手段である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of the display device according to the first embodiment. The liquid crystal display device according to the present embodiment includes a liquid crystal display panel PNL and a backlight BLT. The liquid crystal display panel PNL includes a display unit including display pixels PX arranged in a matrix of m rows × n columns (m and n are positive integers). The backlight BLT is illumination means for illuminating the liquid crystal display panel PNL from the back side.

図2は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルPNLの表示部の断面を示す図である。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。   FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section of the display unit of the liquid crystal display panel PNL of the liquid crystal display device according to the first embodiment. The liquid crystal display panel PNL includes an array substrate 100, a counter substrate 200, and a liquid crystal layer LQ sandwiched between the pair of substrates 100 and 200.

対向基板200には、透明絶縁性基板SB2、カラーフィルタ層CF、オーバコート層L2、及び配向膜AL2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。配向膜AL2は、液晶層LQに接して設けられ、液晶分子の配向を制御する。   The counter substrate 200 is provided with a transparent insulating substrate SB2, a color filter layer CF, an overcoat layer L2, and an alignment film AL2. The color filter layer CF includes red (R), green (G), and blue (B) colored layers disposed on the transparent insulating substrate SB2. The overcoat layer L2 is provided so as to cover the color filter layer CF, and prevents substances contained in the color filter layer CF from flowing out to the liquid crystal layer LQ. The alignment film AL2 is provided in contact with the liquid crystal layer LQ and controls the alignment of liquid crystal molecules.

アレイ基板100は、透明絶縁性基板SB1、対向電極(第1電極)COM、複数の画素電極(第2電極)PE及び配向膜AL1を備えている。画素電極PEは、窒化シリコン(SiN)等の絶縁膜L1を介して対向電極COMの上方に配置されている。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。配向膜AL1は、液晶層LQに接して設けられ、液晶分子の配向を制御する。   The array substrate 100 includes a transparent insulating substrate SB1, a counter electrode (first electrode) COM, a plurality of pixel electrodes (second electrodes) PE, and an alignment film AL1. The pixel electrode PE is disposed above the counter electrode COM via an insulating film L1 such as silicon nitride (SiN). The pixel electrode PE is disposed for each display pixel PX, and a slit-shaped opening SLT is formed. The counter electrode COM and the pixel electrode PE are transparent electrodes formed of, for example, ITO (Indium Tin Oxide). The alignment film AL1 is provided in contact with the liquid crystal layer LQ and controls the alignment of liquid crystal molecules.

ここで、絶縁膜L1の材料は、ジルコン、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ハフニウムから選択される元素を含む酸化物又は窒化物が好ましい。より好ましくは、これらの元素を含む酸化物と窒化物を共に含む。これらの元素を含む酸化物は、例えば、ZrSiO、TiO、SrTiO、MgO、ZrO、Al、Y、HfOからなる群から選択されるものが挙げられる。これらの元素を含む窒化物は、例えば、ZrN、TiN、Sr、Mg、AlN、YN、HfNからなる群から選択されるものが挙げられる。 Here, the material of the insulating film L1 is preferably an oxide or nitride containing an element selected from zircon, magnesium, strontium, titanium, aluminum, yttrium, and hafnium. More preferably, both oxides and nitrides containing these elements are included. Examples of the oxide containing these elements include those selected from the group consisting of ZrSiO 4 , TiO 2 , SrTiO 3 , MgO, ZrO 2 , Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , and HfO 2 . Examples of the nitride containing these elements include those selected from the group consisting of ZrN, TiN, Sr 3 N 2 , Mg 3 N 2 , AlN, YN, and HfN.

図1に示すように、アレイ基板100は、表示部において、走査線GL(GL1、GL2、…、GLm)、信号線SL(SL1、SL2、…、SLn)及び画素スイッチSWを備えている。走査線GLは、複数の表示画素PXが配列する行に沿って延びる。信号線SLは、複数の表示画素PXが配列する列に沿って延びる。画素スイッチSWは、走査線GLと信号線SLとが交差する位置近傍に配置されている。   As shown in FIG. 1, the array substrate 100 includes scanning lines GL (GL1, GL2,..., GLm), signal lines SL (SL1, SL2,..., SLn) and pixel switches SW in the display unit. The scanning line GL extends along a row in which the plurality of display pixels PX are arranged. The signal line SL extends along a column in which the plurality of display pixels PX are arranged. The pixel switch SW is disposed in the vicinity of the position where the scanning line GL and the signal line SL intersect.

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。画素電極PEは絶縁膜L1を介して対向電極COMと対向し、対向電極COMとの間に保持容量Csを形成している。   The pixel switch SW includes a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor). The gate electrode of the pixel switch SW is electrically connected to the corresponding scanning line GL. The source electrode of the pixel switch SW is electrically connected to the corresponding signal line SL. The drain electrode of the pixel switch SW is electrically connected to the corresponding pixel electrode PE. The pixel electrode PE is opposed to the counter electrode COM via the insulating film L1, and a storage capacitor Cs is formed between the pixel electrode PE and the counter electrode COM.

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。   The array substrate 100 includes a gate driver GD (left GD-L and right GD-R) and a source driver SD as driving means for driving the plurality of display pixels PX. The plurality of scanning lines GL are electrically connected to the output terminal of the gate driver GD. The plurality of signal lines SL are electrically connected to the output terminal of the source driver SD.

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映像信号VSを供給する。信号線SLに供給された映像信号VS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。   The gate driver GD and the source driver SD are arranged in a region around the display unit. The gate driver GD sequentially applies an ON voltage to the plurality of scanning lines GL, and supplies the ON voltage to the gate electrode of the pixel switch SW electrically connected to the selected scanning line GL. The source electrode and the drain electrode of the pixel switch SW in which the ON voltage is supplied to the gate electrode are conducted. The source driver SD supplies a video signal VS corresponding to each of the plurality of signal lines SL. The video signal VS supplied to the signal line SL is applied to the corresponding pixel electrode PE through the pixel switch SW in which the source electrode and the drain electrode are conducted.

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。   The operations of the gate driver GD and the source driver SD are controlled by a control circuit CTR disposed outside the liquid crystal display panel PNL. The control circuit CTR supplies the counter voltage Vcom to the counter electrode COM. Further, the control circuit CTR controls the operation of the backlight BLT.

制御回路CTRは、駆動電力低減のために間欠駆動の機能を持っている。いま、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VS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。   The control circuit CTR has an intermittent drive function to reduce drive power. As an example, it is assumed that the standard frame frequency of the liquid crystal display device is 60 Hz (that is, the video signal VS is rewritten to the pixel every (1/60) sec). In the case of moving image display, the operation is performed at a standard 60 Hz. However, when displaying a still image or the like where moving image visibility is not so important, the control circuit CTR performs intermittent driving.

制御回路CTRは、(1/60)secをかけて書き込み(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。休止期間制御に回路CTRの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。   The control circuit CTR performs writing (scanning from the top to the bottom of the screen) over (1/60) sec, and then, for example, (1/60) sec, (3/60) sec, (7/60) A rest period of sec or (59/60) sec is provided. If the operation of the circuit CTR is stopped during the idle period control, the circuit power consumption during that period becomes substantially zero, and the circuit power consumption as the time average including the time of writing is 1/2, 1/4, 1/8, Or it is reduced to 1/60.

上述のような駆動では各画素への書き込み後に長時間の保持を行う必要があることから、TFTとしてオフリーク電流の小さいものを用いることが望ましい。例えばIGZO(In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)から構成される酸化物)を用いたTFTは一般にオフリーク電流が小さく、上述の低周波駆動、間欠駆動に適したTFTであるといわれている。   In the drive as described above, since it is necessary to hold for a long time after writing to each pixel, it is desirable to use a TFT having a small off-leakage current. For example, a TFT using IGZO (an oxide composed of In (indium), Ga (gallium), and Zn (zinc)) generally has a small off-leakage current and is suitable for the above-described low-frequency driving and intermittent driving. It is said.

一方、ポリシリコンTFTはIGZOほど低リークではなく、一般的には間欠駆動には適さないと言われている。しかしながら、ポリシリコンTFTは高移動度という特長を有するため比較的小さなTFTサイズで大きな充電能力を得ることができ、画素の開口率を大きくできる(すなわちバックライト光利用効率を高くできる)というメリットがあり、ポリシリコンTFTで間欠駆動を実施したいという要望は強い。そこで、絶縁膜L1の厚みを薄くしたり誘電率を大きくしたりすることで容量Csを増大させ、TFTリークが発生しても画素電位が変動しにくい(すなわち保持能力が高くフリッカが発生しにくい)構造にすることで、ポリシリコンで間欠駆動を実現する。なお本願では、絶縁膜L1として比誘電率が20程度のHigh−k材料を採用している。   On the other hand, polysilicon TFTs are not as low as IGZO and are generally not suitable for intermittent driving. However, since the polysilicon TFT has a feature of high mobility, there is a merit that a large charging capability can be obtained with a relatively small TFT size, and the aperture ratio of the pixel can be increased (that is, the backlight light utilization efficiency can be increased). There is a strong demand for intermittent driving with polysilicon TFTs. Therefore, by reducing the thickness of the insulating film L1 or increasing the dielectric constant, the capacitance Cs is increased, and even if a TFT leak occurs, the pixel potential hardly changes (that is, the holding capability is high and flicker does not easily occur). ) With this structure, intermittent driving is realized with polysilicon. In the present application, a High-k material having a relative dielectric constant of about 20 is employed as the insulating film L1.

本実施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。   The liquid crystal display device according to this embodiment generates an electric field in the liquid crystal layer LQ due to a potential difference between voltages applied to the counter electrode COM and the pixel electrode PE, and controls the alignment direction of liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer. This is a liquid crystal display device in (Fringe-Field Switching) mode. The amount of transmitted light emitted from the backlight BLT is controlled by the alignment direction of the liquid crystal molecules.

図3は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置の間欠駆動における駆動方法を説明するための図である。なお、図3は簡略図であり、誘電応答遅延起因の画素電位変動は描かれていない。   FIG. 3 is a diagram for explaining a driving method in intermittent driving of the liquid crystal display device according to the first embodiment. FIG. 3 is a simplified diagram, and pixel potential fluctuations due to dielectric response delay are not drawn.

先に説明した通り、間欠駆動においては、1フレーム期間は走査期間とそれに引き続く休止期間によって構成される。走査期間においては、走査線GL1、GL2、‥‥、GLmが順次選択され、対応する行の画素スイッチSWが順次導通状態となる。なお、mは液晶表示装置のライン数である。そして、各行の画素スイッチSWが導通状態になるタイミングに合わせてソースドライバから信号線SLに出力される映像信号VSが各行の画素電極PEに書き込まれて保持される。なお、信号線SLは表示領域内にn本あるが、簡単のため1本の信号線のみに注目し、これに対応した映像信号をVSとして説明する。   As described above, in intermittent driving, one frame period is composed of a scanning period followed by a rest period. In the scanning period, the scanning lines GL1, GL2,..., GLm are sequentially selected, and the pixel switches SW in the corresponding rows are sequentially turned on. Here, m is the number of lines of the liquid crystal display device. Then, the video signal VS output from the source driver to the signal line SL in accordance with the timing when the pixel switch SW of each row becomes conductive is written and held in the pixel electrode PE of each row. Although there are n signal lines SL in the display area, for simplicity, only one signal line will be noted, and a video signal corresponding to this will be described as VS.

休止期間においてはどの走査線GLも選択されず、各画素電極PEに保持された映像信号VSはそのまま保持が継続される。次のフレーム期間においても同様の動作が行われるが、映像信号VSの極性は1フレーム毎に反転するため、画素電極PEに保持される映像信号VSも1フレーム毎に反転したものとなる。その結果、画素電極PEに印加される電位はV(D1)、V(D2)、‥‥、V(Dm)に示すようなフレーム毎に反転する矩形波状となる。   In the pause period, no scanning line GL is selected, and the video signal VS held in each pixel electrode PE is held as it is. The same operation is performed in the next frame period. However, since the polarity of the video signal VS is inverted every frame, the video signal VS held in the pixel electrode PE is also inverted every frame. As a result, the potential applied to the pixel electrode PE has a rectangular wave shape that is inverted every frame as indicated by V (D1), V (D2),..., V (Dm).

図4は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置の保持容量絶縁膜に用いるHigh−k材料の規格化されたキャパシタンスの周波数依存を説明するための図である。図4には、本願発明で用いたHigh−k材料と、従来例のHigh−k材料とについて規格化されたキャパシタンスの周波数依存を示している。なお図4に示すキャパシタンスとは、インピーダンスアナライザで周波数f(角周波数ω=2πf)の正弦波電圧を印加することによって測定したアドミッタンスY(一般に複素数であり、インピーダンスZの逆数に相当)をY=G+jωCとしたときのCに相当する(jは虚数単位)。すなわち、アドミッタンスの虚数部(これはサセプタンスと呼ばれる)をωで割った値である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the frequency dependence of the normalized capacitance of the High-k material used for the storage capacitor insulating film of the liquid crystal display device according to the first embodiment. FIG. 4 shows the frequency dependence of capacitance normalized for the High-k material used in the present invention and the conventional High-k material. The capacitance shown in FIG. 4 is an admittance Y (generally a complex number, which corresponds to the reciprocal of impedance Z) measured by applying a sine wave voltage having a frequency f (angular frequency ω = 2πf) with an impedance analyzer. This corresponds to C when G + jωC (j is an imaginary unit). That is, a value obtained by dividing the imaginary part of admittance (this is called susceptance) by ω.

図4(1)は、第1の実施の形態のキャパシタンスと従来例のキャパシタンスとを、f=1Hzでの値が1になるように規格化して描いた図である。そして、図4(2)は、低周波駆動に関連する領域に着目してこの部分の縦軸を拡大して描いた図である。なお、低周波駆動においてフリッカ現象が生ずるのは、後述するようにフレーム開始から数ms〜100msの現象である。即ち、周波数領域では概ね0.1〜1kHzの範囲に存在する現象である。   FIG. 4A is a diagram in which the capacitance of the first embodiment and the capacitance of the conventional example are normalized so that the value at f = 1 Hz is 1. FIG. 4 (2) is an enlarged view of the vertical axis of this portion, focusing on the region related to low frequency driving. Note that the flicker phenomenon occurs in the low frequency drive, as will be described later, in a phenomenon of several ms to 100 ms from the start of the frame. That is, it is a phenomenon that exists in the range of approximately 0.1 to 1 kHz in the frequency domain.

図4(2)を参照して第1の実施の形態の特性と従来例の特性とを比較すると、低周波領域(概ね0.1〜1kHzの範囲)における特性曲線の傾きが大きく異なっている。グラフから傾き(周波数が対数目盛で3増加、すなわち1000倍になったときのキャパシタンスの相対変化量)を読み取ると、第1の実施の形態が−0.39%に対し、従来例は−2.01%である。   When the characteristic of the first embodiment is compared with the characteristic of the conventional example with reference to FIG. 4 (2), the slope of the characteristic curve in the low frequency region (approximately 0.1 to 1 kHz) is greatly different. . When the slope (the relative change in capacitance when the frequency is increased by 3 on the logarithmic scale, that is, 1000 times) is read from the graph, the first embodiment is −0.39%, whereas the conventional example is −2 0.01%.

なお、グラフでは約10kHz以上の高周波領域でキャパシタンスが急激に減少しているが、これはITOの抵抗などのために絶縁膜への充電ができなくなることによるものである。第1の実施の形態の原理説明においては、特に重要な意味は持たないことに留意されたい。
表示装置を実際に駆動したときの輝度応答波形を示す図である。なお、それぞれの波形においては、ピークの最大値が1になるように規格化して描いてある。従来例では信号書き込み直後にピーク状の輝度変動が顕著に出現しているが(ピークtoピーク値で約3.5%)、第1の実施の形態ではこのピーク的な輝度変動がピークtoピーク値で1.6%程度にまで低減していることがわかる。実際に、液晶表示装置を目視したときに従来例ではフリッカが視認されたが、第1の実施の形態では視認されなかった。この結果から、低周波領域(0.1Hz〜1kHz)でのキャパシタンスの周波数依存の小さいHigh−k材料を用いることで、極性反転直後のピーク状の輝度変動が抑制され、フリッカが低減することがわかる。
In the graph, the capacitance sharply decreases in a high frequency region of about 10 kHz or more, which is because the insulating film cannot be charged due to the resistance of ITO or the like. It should be noted that the description of the principle of the first embodiment has no significant meaning.
It is a figure which shows a brightness | luminance response waveform when a display apparatus is actually driven. Each waveform is standardized so that the maximum peak value is 1. In the conventional example, peak-like luminance fluctuations appear noticeably immediately after signal writing (peak-to-peak value is about 3.5%), but in the first embodiment, this peak luminance fluctuation is peak-to-peak. It can be seen that the value is reduced to about 1.6%. Actually, when the liquid crystal display device was visually observed, flicker was visually recognized in the conventional example, but was not visually recognized in the first embodiment. From this result, by using a high-k material having a small frequency dependence of capacitance in a low frequency region (0.1 Hz to 1 kHz), peak-like luminance fluctuation immediately after polarity inversion is suppressed, and flicker is reduced. Recognize.

以下、本願発明の特徴であるキャパシタンスの周波数依存カーブの傾きの絶対値を小さくすることでフリッカが改善される理由について説明する。   Hereinafter, the reason why flicker is improved by reducing the absolute value of the slope of the frequency dependence curve of capacitance, which is a feature of the present invention, will be described.

誘電体材料は一般に、電圧印加に対して瞬時に誘電応答する成分(電子分極、イオン分極など)と、電圧印加に対して遅延して誘電応答する成分(空間電荷分極など)を有する。電圧印加に対して瞬時に誘電応答する成分は単なる容量で表すことができるが、電圧印加に対して遅延して誘電応答する成分は単なる容量で表すことができず、等価回路的に容量と抵抗因子の直列接続として表される。   In general, a dielectric material has a component (such as electronic polarization and ion polarization) that instantaneously responds to voltage application, and a component (such as space charge polarization) that responds dielectrically after voltage application. A component that instantaneously responds to a voltage application can be expressed by a simple capacitance, but a component that responds to a voltage delayed by a voltage application cannot be expressed by a simple capacitance. Expressed as a series connection of factors.

図6は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置のHigh−k材料を用いた容量絶縁膜の等価回路モデルを示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit model of the capacitive insulating film using the High-k material of the liquid crystal display device according to the first embodiment.

容量C0は電圧印加に対して瞬時に誘電応答する成分の電子分極、イオン分極などに対応する成分であり、メイン容量と呼ぶ。また、容量Ciおよび抵抗因子Ri(i=1,2,‥‥,16)の直列接続は電圧印加に対して遅延して誘電応答する成分に対応し、遅延容量、および遅延抵抗因子と呼ぶ。ここで抵抗因子Riは遅延の時定数(電圧印加してから誘電応答するまでの時間遅れに相当する量)τiを用いてRi=τi/Ciと表される。なお、一般には遅延容量はメイン容量に比べて小さな値である。また、一般に誘電体材料の遅延容量は時定数の異なる複数の成分を持っており、ここでは一例として16個(i=1,2,‥‥,16)の成分の重畳として表現している。   Capacitance C0 is a component corresponding to electronic polarization, ion polarization, etc., of a component that instantaneously responds to voltage application, and is called a main capacitance. The series connection of the capacitance Ci and the resistance factor Ri (i = 1, 2,..., 16) corresponds to a component that delays the voltage application and has a dielectric response, and is called a delay capacitance and a delay resistance factor. Here, the resistance factor Ri is expressed as Ri = τi / Ci by using a time constant of delay (an amount corresponding to a time delay from application of voltage to dielectric response) τi. In general, the delay capacity is smaller than the main capacity. In general, the delay capacity of a dielectric material has a plurality of components having different time constants, and here, as an example, it is expressed as a superposition of 16 components (i = 1, 2,..., 16).

次に、図6の等価回路のキャパシタンスの周波数依存について説明する。簡単のため、Ci(i=1,2,‥‥,16)はiによらず一定値(=C1)であるとする。また、τi(i=1,2,‥‥,16)はiに関して昇順に等比数列をなしているものとし、公比(=τi+1/τi)をrとする(r>1)。   Next, the frequency dependence of the capacitance of the equivalent circuit of FIG. 6 will be described. For simplicity, it is assumed that Ci (i = 1, 2,..., 16) is a constant value (= C1) regardless of i. Further, τi (i = 1, 2,..., 16) is assumed to form a geometric progression in ascending order with respect to i, and the common ratio (= τi + 1 / τi) is r (r> 1).

図6の等価回路に例えば周波数f(角周波数ω=2πf)の正弦波電圧を印加する場合を想定すると、メイン容量C0は誘電応答するが、遅延容量は時定数の小さいものしか応答しない。具体的には、τiが1/ωより小さい成分のみが誘電応答すると考えられる。16個の遅延容量Ciのうちτiが1/ωより小さい成分がi=1,2,‥‥,nのn個であるとすると、このときのキャパシタンスは誘電応答する成分の容量の総和としてC0+n・C1で表すことができる。   For example, assuming that a sinusoidal voltage having a frequency f (angular frequency ω = 2πf) is applied to the equivalent circuit of FIG. 6, the main capacitor C0 responds dielectrically, but only the delay capacitor with a small time constant responds. Specifically, it is considered that only a component with τi smaller than 1 / ω has a dielectric response. If there are n components of i = 1, 2,..., N, where τi is smaller than 1 / ω among the 16 delay capacitors Ci, the capacitance at this time is C0 + n as the sum of the capacitances of the components that respond dielectrically. • Can be represented by C1.

次に、周波数をr倍した正弦波電圧(角周波数はr・ω)を印加する場合を考える。この場合、遅延容量のうち誘電応答するのはτiが1/(r・ω)=(1/r)・(1/ω)より小さい成分のみということになるが、τiは公比rの等比数列であることから、誘電応答する成分は1個減ってi=1,2,‥‥,(n−1)の(n−1)個になると考えられる。従って、キャパシタンスはC0+(n−1)・C1になる。   Next, consider the case of applying a sinusoidal voltage (angular frequency is r · ω) multiplied by r. In this case, of the delay capacitance, the dielectric response has only a component in which τi is smaller than 1 / (r · ω) = (1 / r) · (1 / ω). Since it is a ratio sequence, it is considered that the number of components having dielectric response decreases by 1 and becomes (n−1) of i = 1, 2,..., (N−1). Therefore, the capacitance is C0 + (n-1) · C1.

以上を一般化すると、正弦波の周波数がr倍になる毎にキャパシタンスはC1ずつ低減するものと理解できる。すなわち、縦軸にキャパシタンス、横軸に周波数をとって、縦軸はリニアスケールで、横軸は対数目盛でキャパシタンスの周波数依存のグラフを描くと右下がりの直線となる。   When the above is generalized, it can be understood that the capacitance decreases by C1 every time the frequency of the sine wave is r times. That is, when the capacitance is plotted on the vertical axis and the frequency is plotted on the horizontal axis, the vertical axis is a linear scale, and the horizontal axis is a logarithmic scale, a frequency-dependent graph of capacitance is drawn as a downward-sloping line.

以上の考察により、図6の等価回路モデルは、図4のキャパシタンスの周波数依存をよく表現していると考えられる。そうすると、C1の総容量に対する比(C0がC1に比べて十分大きいとすると、近似的にC1/C0で表される)が図4の(規格化された)キャパシタンスの周波数依存の傾きの絶対値に対応していることも理解される。つまり、第1の実施の形態のHigh−k材料はC1/C0が小さい値で表現され、従来例はC1/C0が大きい値で表現されることになる。   From the above consideration, it is considered that the equivalent circuit model of FIG. 6 well expresses the frequency dependence of the capacitance of FIG. Then, the ratio of C1 to the total capacity (assuming that C0 is sufficiently larger than C1 is approximately represented by C1 / C0) is the absolute value of the frequency-dependent slope of the capacitance (standardized) in FIG. It is understood that it corresponds to. That is, the High-k material of the first embodiment is expressed with a small value of C1 / C0, and the conventional example is expressed with a large value of C1 / C0.

図7は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置の輝度応答波形が発生するメカニズムを説明するための図である。図7(1)は、TFTがON期間での等価回路の動作を示し、図7(2)は、TFTがOFF期間での等価回路の動作を示している。   FIG. 7 is a diagram for explaining a mechanism for generating a luminance response waveform in the liquid crystal display device according to the first embodiment. 7A shows the operation of the equivalent circuit when the TFT is on, and FIG. 7B shows the operation of the equivalent circuit when the TFT is off.

図7(1)に示すように、TFTがONになる期間(書き込み期間;一般に数μsec〜数十μsec)においては、信号線側から供給される映像信号電圧V(S)が画素ITO電極に伝達される。このとき、メイン容量C0は電圧印加に対して瞬時に誘電応答し充電(電荷の充填)が完了するが、遅延容量成分Ci(i=1,2,‥‥,16)は時定数τiがON期間幅より大きいためほとんど充電されない。その後図7(2)に示すようにTFTがOFF(保持期間)になってから遅延容量成分が誘電応答し充電が行われるが、既にTFTはOFFになっているため信号線側からの電荷供給は行われず、C0に保持された電荷が充電に充当される。この電荷再配分のために画素電位Vpixが低下する。   As shown in FIG. 7A, in the period when the TFT is ON (writing period; generally several μsec to several tens μsec), the video signal voltage V (S) supplied from the signal line side is applied to the pixel ITO electrode. Communicated. At this time, the main capacitor C0 instantaneously responds to voltage application and completes charging (charging), but the delay capacitance component Ci (i = 1, 2,..., 16) has the time constant τi ON. Because it is larger than the period width, it is hardly charged. Thereafter, as shown in FIG. 7 (2), after the TFT is turned off (holding period), the delay capacitance component performs a dielectric response and charging is performed. However, since the TFT is already turned off, charge is supplied from the signal line side. Is not performed, and the charge held at C0 is used for charging. Due to this charge redistribution, the pixel potential Vpix decreases.

図8は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置の輝度応答波形が発生するメカニズムを説明するための図である。図8(1)は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置の画素電位Vpixの挙動を示す図である。図8(2)は、従来の液晶表示装置の画素電位Vpixの挙動を示す図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining a mechanism by which a luminance response waveform is generated in the liquid crystal display device according to the first embodiment. FIG. 8A illustrates the behavior of the pixel potential Vpix of the liquid crystal display device according to the first embodiment. FIG. 8B is a diagram illustrating the behavior of the pixel potential Vpix of the conventional liquid crystal display device.

第1の実施の形態、従来例いずれの場合も、書き込み期間において、映像信号電位+Vs1(正フレームの場合)または−Vs1(負フレームの場合)が画素ITOに伝達されVpixはこれらの電位に到達する。そして、その後の保持期間で上述の電荷再配分によりVpixの絶対値が低下する。このときの電荷再配分による画素電位低下はC1/C0が小さいほど軽微である。従って、第1の実施の形態のほうが従来例より軽微となる。輝度応答は画素ITOと対向電極COM間に印加される電圧の絶対値に概略対応するが、図8では、対向電極COMの電位を0Vに設定しているので、輝度応答は|Vpix|に対応すると理解することができる。   In both the first embodiment and the conventional example, the video signal potential + Vs1 (in the case of a positive frame) or −Vs1 (in the case of a negative frame) is transmitted to the pixel ITO and Vpix reaches these potentials in the writing period. To do. In the subsequent holding period, the absolute value of Vpix decreases due to the above-described charge redistribution. The pixel potential drop due to charge redistribution at this time is smaller as C1 / C0 is smaller. Therefore, the first embodiment is lighter than the conventional example. The luminance response roughly corresponds to the absolute value of the voltage applied between the pixel ITO and the counter electrode COM. However, in FIG. 8, since the potential of the counter electrode COM is set to 0 V, the luminance response corresponds to | Vpix |. Then you can understand.

図8に示される|Vpix|を参照すると、信号書き込みの直後にピーク状の波形が発生することがわかる。また、C1/C0の大小に関連して第1の実施の形態のほうが従来例よりピーク状の輝度変動のレンジが小さくなること、即ちフリッカが小さいことが理解できる。図8では、輝度変動のレンジは第1の実施の形態が図中のA、従来例がBであり、A<Bとなっている。この結果は、上述のメカニズムによって図5に示すピーク状の輝度変動が発生する状況を良く説明できることを示している。   Referring to | Vpix | shown in FIG. 8, it can be seen that a peak-like waveform is generated immediately after signal writing. Further, it can be understood that the range of the peak luminance fluctuation is smaller in the first embodiment than in the conventional example, that is, the flicker is smaller in relation to the magnitude of C1 / C0. In FIG. 8, the range of the luminance variation is A in the figure for the first embodiment, B in the conventional example, and A <B. This result shows that the situation in which the peak-like luminance variation shown in FIG.

以上の図6、図7、図8の説明により、キャパシタンスの周波数依存の傾きの絶対値を小さくすることでフリッカが改善されることが理解できる。   6, 7, and 8, it can be understood that flicker is improved by reducing the absolute value of the frequency-dependent slope of the capacitance.

図9は、第1の実施の形態に係る液晶表示装置のキャパシタンスの周波数依存カーブの傾きとフリッカとの関係を示す図である。図9には、キャパシタンスの周波数依存の傾きの異なる各種のHigh−k材料を保持容量絶縁膜に適用して液晶表示装置を作製し、フリッカ(輝度変動のピークtoピーク値)を測定した結果を表形式で示している。この結果に併せて、図9には、それぞれの条件におけるフリッカの発生の有無を目視により判定した結果を示している。   FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between the slope of the frequency dependence curve of the capacitance of the liquid crystal display device according to the first embodiment and flicker. FIG. 9 shows a result of measuring a flicker (peak-to-peak value of luminance variation) by manufacturing a liquid crystal display device by applying various high-k materials having different frequency-dependent slopes of capacitance to a storage capacitor insulating film. Shown in tabular form. In addition to this result, FIG. 9 shows the result of visual determination of the occurrence of flicker under each condition.

図9に示す結果によれば、上記の原理説明に対応してキャパシタンスの周波数依存の傾きの絶対値が小さいほどフリッカのピークtoピーク値が小さくなっていることがわかる。そして、キャパシタンスの周波数が1000倍になった際における、キャパシタンスの周波数依存の傾きの絶対値(%/1000倍)が、1.5%(1.5×10−2)以下であると目視でフリッカが視認されないこともわかった。なお、図9に示す結果より、キャパシタンスの周波数依存の傾きの絶対値を0.3%(3.0×10−3)以上とすることが好ましい。
つまり、上記結果を数式とすると以下の式のようになる。なお、周波数1Hzにおける前記絶縁膜の容量をCa、周波数1000Hzにおける前記絶縁膜の容量をCbとしている。
3.0×10−3≦|(Ca−Cb)/Ca|≦1.5×10−2 ・・・(式)
According to the results shown in FIG. 9, it can be seen that the peak-to-peak value of flicker is smaller as the absolute value of the frequency-dependent slope of the capacitance is smaller corresponding to the above explanation of the principle. When the capacitance frequency becomes 1000 times, the absolute value of the frequency-dependent slope of the capacitance (% / 1000 times) is visually 1.5% (1.5 × 10 −2 ) or less. It was also found that flicker was not visible. From the results shown in FIG. 9, the absolute value of the frequency-dependent slope of the capacitance is preferably 0.3% (3.0 × 10 −3 ) or more.
That is, when the above result is expressed as an equation, the following equation is obtained. The capacity of the insulating film at a frequency of 1 Hz is Ca, and the capacity of the insulating film at a frequency of 1000 Hz is Cb.
3.0 × 10 −3 ≦ | (Ca—Cb) /Ca|≦1.5×10 −2 (formula)

[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。液晶表示装置の基本的な構成は第1の実施形態と同じであるが、液晶層LQとしてフレクソエレクトリック効果の大きい液晶材料を用いることを特徴とする。第1の実施の形態と同一又は同様の機能を奏する部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
[Second Embodiment]
The liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is the same as that of the first embodiment, but a liquid crystal material having a large flexoelectric effect is used as the liquid crystal layer LQ. Parts having the same or similar functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第2の実施形態に係る液晶表示装置の詳細について説明する前に、液晶のフレクソエレクトリック効果に関して行った基礎実験について説明する。この基礎実験では、図2に示す基本構造を備え、TFTを有していない素子(以下、テストセルと呼ぶ。)を用いて、画素電極PEと対向電極COMの間に直接に矩形波電圧を印加した場合の挙動を観測した。   Before describing the details of the liquid crystal display device according to the second embodiment, a basic experiment performed on the flexoelectric effect of the liquid crystal will be described. In this basic experiment, a rectangular wave voltage is directly applied between the pixel electrode PE and the counter electrode COM using an element having the basic structure shown in FIG. 2 and having no TFT (hereinafter referred to as a test cell). The behavior when applied was observed.

すなわち、TFTを用いた保持駆動ではなく、両電極間に常に矩形波電圧(振幅をVpとするとき、+Vpまたは−Vpの電圧)が印加される状況での挙動について検討した。このような条件下での観測では、先に述べたHigh−k材料の遅延誘電応答に起因する画素電位の変動を排除することができるため、液晶材料自体に起因する挙動のみに注目した解析が可能となる。   That is, the behavior in a situation where a rectangular wave voltage (a voltage of + Vp or −Vp when the amplitude is Vp) is always applied between both electrodes, instead of holding driving using a TFT, was examined. In the observation under such conditions, since the fluctuation of the pixel potential due to the delayed dielectric response of the High-k material described above can be eliminated, an analysis focusing only on the behavior due to the liquid crystal material itself is performed. It becomes possible.

図10は、第2の実施の形態に係る液晶表示装置の検討に際して行った基礎実験の結果を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a result of a basic experiment performed in examining the liquid crystal display device according to the second embodiment.

図10(1)には、テストセルに振幅Vpの矩形波を印加した場合の輝度応答波形を示している。この輝度応答波形では、正フレーム(+Vp印加)から負フレーム(−Vp印加)に切り替わった直後数msec間に輝度が一瞬落ち込んでいることが確認された。これはFFSモード特有の現象であり、液晶のフレクソエレクトリック効果に起因して液晶分子が自発分極を持ち、電界の反転に即座に応答して液晶分子の配向方向が変化するため、このような輝度応答波形が得られたと考えられる。   FIG. 10A shows a luminance response waveform when a rectangular wave having an amplitude Vp is applied to the test cell. In this luminance response waveform, it was confirmed that the luminance fell for a few milliseconds immediately after switching from the positive frame (+ Vp application) to the negative frame (−Vp application). This is a phenomenon peculiar to the FFS mode. The liquid crystal molecules have spontaneous polarization due to the flexoelectric effect of the liquid crystal, and the orientation direction of the liquid crystal molecules changes immediately in response to the inversion of the electric field. It is considered that a luminance response waveform was obtained.

図11は、フレクソエレクトリック効果について説明するための図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining the flexoelectric effect.

液晶分子は一般に図11(1)に示すように楔(くさび)形の形状をしており、かつ矢印(→)で示す自発分極を有している。液晶層に応力がかかっていない状態では液晶分子はランダムな方向を向いており、巨視的な分極は0である。しかし、液晶に電圧が印加されると、FFSモードにおける画素電極エッジ近傍の強電界領域では、図11(2)に示すように液晶に応力が加わり歪みが発生する。すると、この歪みに対応して生じた弾性エネルギーを極小化するように楔形の向きが変化する。この結果、特定の方向を向く液晶分子の比率が増加するため、巨視的に見たときの分極が有限の値となる。この状態で液晶に印加する電圧の極性を反転させると、分極が瞬時(数+μsec〜数msec)に応答する。この結果、ピーク的な輝度変化が起こるものと考えられる。   The liquid crystal molecules generally have a wedge shape as shown in FIG. 11 (1) and have spontaneous polarization indicated by an arrow (→). In a state where no stress is applied to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules are in random directions, and the macroscopic polarization is zero. However, when a voltage is applied to the liquid crystal, in the strong electric field region near the pixel electrode edge in the FFS mode, stress is applied to the liquid crystal as shown in FIG. Then, the direction of the wedge shape changes so as to minimize the elastic energy generated corresponding to this strain. As a result, since the ratio of liquid crystal molecules facing a specific direction increases, the polarization when viewed macroscopically becomes a finite value. In this state, when the polarity of the voltage applied to the liquid crystal is reversed, the polarization responds instantaneously (several + μsec to several msec). As a result, it is considered that a peak luminance change occurs.

図10(2)には、図10(1)の正負フレームの波形を平均化した波形(2つの波形を足し合わせて2で割った波形)を示す。図10(2)に示す波形は、液晶表示装置をライン反転、カラム反転、ドット反転などで駆動する場合に、巨視的に(正負各極性の画素をほぼ同数ずつ含む十分な広さの領域に注目したときに)観測される輝度応答波形に相当する。   FIG. 10 (2) shows a waveform obtained by averaging the waveforms of the positive and negative frames in FIG. 10 (1) (a waveform obtained by adding two waveforms and dividing by two). When the liquid crystal display device is driven by line inversion, column inversion, dot inversion, etc., the waveform shown in FIG. 10 (2) is macroscopically (in a sufficiently wide area including almost the same number of positive and negative pixels). Corresponds to the observed luminance response waveform.

正負フレームの波形を平均化することにより正負フレームでの輝度差の影響は相殺されるが、極性反転直後(フレームの先頭)において一瞬輝度が低下する現象が見られる。従って、結果的に100msec周期での明暗の輝度変動が視認されることになる。このフレーム先頭での輝度低下は、上述したフレクソエレクトリック効果による輝度変動が、正負フレームの波形を平均化することによっても相殺されずに残ったためであると考えられる。   By averaging the waveforms of the positive and negative frames, the influence of the luminance difference between the positive and negative frames is offset, but a phenomenon is observed in which the luminance decreases momentarily immediately after polarity reversal (the beginning of the frame). Therefore, as a result, the brightness fluctuations in the light and dark with a period of 100 msec are visually recognized. This decrease in luminance at the beginning of the frame is considered to be because the luminance fluctuation due to the flexoelectric effect described above remains without being canceled out by averaging the waveforms of the positive and negative frames.

ところで、液晶材料のフレクソエレクトリック効果の程度を示すパラメータとしてフレクソ係数(e11、あるいはe33で表される)が知られている。フレクソ係数は、液晶に図11(2)に示すような歪みが加わったときに発生する分極の程度を表す指標であり、その単位にはpC/mが用いられる。   By the way, a flexo coefficient (represented by e11 or e33) is known as a parameter indicating the degree of the flexoelectric effect of the liquid crystal material. The flexo coefficient is an index representing the degree of polarization that occurs when the liquid crystal is subjected to distortion as shown in FIG. 11 (2), and its unit is pC / m.

図12は、フレクソ係数と輝度振幅の関係を示す図である。
フレクソ係数の異なるいくつかの液晶材料を用いてテストセルを作製し、図10(2)に示す輝度応答波形を測定した。図12には、フレクソ係数と測定した輝度変動の振幅(ピークtoピーク値)との関係をプロットした結果を示している。フレクソ係数が大きいほど、輝度振幅のピークtoピーク値が大きくなることがわかる。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the flexo coefficient and the luminance amplitude.
Test cells were prepared using several liquid crystal materials having different flex coefficients, and the luminance response waveform shown in FIG. 10 (2) was measured. FIG. 12 shows the result of plotting the relationship between the flexo coefficient and the measured luminance fluctuation amplitude (peak to peak value). It can be seen that the peak-to-peak value of the luminance amplitude increases as the flexo coefficient increases.

なお、測定はフレクソ係数を0.4pC/m〜3.7pC/mの範囲で変化させて実施した。その範囲における輝度振幅値の変化は、0.7%〜4.9%であった。測定結果では、フレクソ係数が0.8pC/mのときの輝度振幅値は1.1%であり、フレクソ係数が3.7pC/mのときの輝度振幅値は4.9%であった。   The measurement was performed by changing the flexo coefficient in the range of 0.4 pC / m to 3.7 pC / m. The change in luminance amplitude value in the range was 0.7% to 4.9%. In the measurement results, the luminance amplitude value when the flexo coefficient was 0.8 pC / m was 1.1%, and the luminance amplitude value when the flexo coefficient was 3.7 pC / m was 4.9%.

図13は、第2の実施の形態に係る液晶表示装置にフレクソ係数の大きい液晶材料を採用した場合の輝度応答波形を示す図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a luminance response waveform when a liquid crystal material having a large flexural coefficient is employed in the liquid crystal display device according to the second embodiment.

ここで、従来例はフレクソ係数の小さい材料(0.4pC/mと推定)を用いた場合、第2の実施の形態はフレクソ係数の大きい材料(1.6pC/m)を用いた場合である。図13に示す測定結果によると、第2の実施の形態の液晶表示装置においては従来例よりも輝度振幅のピークtoピーク値が低減しており、フリッカが低減していることがわかる。実際に、液晶表示装置を目視した結果、従来例ではフリッカが視認されたが、第2の実施の形態ではフリッカは視認されなかった。   Here, the conventional example uses a material with a low flexo coefficient (estimated to be 0.4 pC / m), and the second embodiment uses a material with a high flexo coefficient (1.6 pC / m). . According to the measurement results shown in FIG. 13, in the liquid crystal display device of the second embodiment, it can be seen that the peak-to-peak value of the luminance amplitude is reduced as compared with the conventional example, and flicker is reduced. Actually, as a result of viewing the liquid crystal display device, flicker was visually recognized in the conventional example, but flicker was not visually recognized in the second embodiment.

この結果は以下のように解釈できる。従来例においてTFTを介して液晶表示装置を駆動した場合には、上述したように遅延誘電応答により上に凸なピーク的輝度変動が発生する。ところが第2の実施の形態のようにフレクソ係数の大きい液晶材料を用いるとフレクソ効果に起因して、図10(2)に示すような下に凸なピーク的輝度変動が重畳される。このため、High−k材料の遅延誘電応答に起因する上に凸な輝度変動のピークと、フレクソ係数に起因する下に凸な輝度変動のピークとが互いに相殺して、トータルとしての輝度振幅が低減するものと考えられる。   This result can be interpreted as follows. In the conventional example, when the liquid crystal display device is driven via the TFT, as described above, the peak luminance fluctuation that is convex upward occurs due to the delayed dielectric response. However, when a liquid crystal material having a large flexo coefficient is used as in the second embodiment, a downward peak luminance variation as shown in FIG. 10B is superimposed due to the flexo effect. For this reason, the upward convex luminance fluctuation peak caused by the delayed dielectric response of the high-k material and the downward convex luminance fluctuation peak caused by the flexo coefficient cancel each other, and the total luminance amplitude is increased. It is thought to reduce.

図14は、第2の実施の形態に係る液晶表示装置にフレクソ係数の異なるいくつかの液晶材料を適用し、輝度振幅のピークtoピーク値を測定した結果を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating the results of measuring the peak-to-peak value of the luminance amplitude by applying several liquid crystal materials having different flexural coefficients to the liquid crystal display device according to the second embodiment.

上述の解釈の通り、用いた液晶材料のフレクソ係数が大きいほど遅延誘電応答に起因する上に凸なピークを相殺する効果が高くなり、トータルとして輝度振幅が低減している。実際に液晶表示装置においてフリッカの有無を目視で確認した結果、フレクソ係数が0.8pC/m以下ではフリッカが視認されたが、フレクソ係数が1.1pC/m以上ではフリッカが視認されなかった。よって、液晶のフレクソ係数は1.1pC/m以上にすることが望ましい。図12の結果と併せると、液晶のフレクソ係数を1.1pC/m以上、3.7pC/m以下とすることが考えられる。   As described above, the larger the flexo coefficient of the liquid crystal material used, the higher the effect of canceling the upwardly convex peak caused by the delayed dielectric response, and the luminance amplitude is reduced as a whole. As a result of actually confirming the presence or absence of flicker in the liquid crystal display device, flicker was visually recognized when the flexo coefficient was 0.8 pC / m or less, but flicker was not visually recognized when the flexo coefficient was 1.1 pC / m or more. Therefore, it is desirable that the flexural coefficient of the liquid crystal is 1.1 pC / m or more. In combination with the result of FIG. 12, it is conceivable that the flexural coefficient of the liquid crystal is 1.1 pC / m or more and 3.7 pC / m or less.

なお、以上に述べた本発明の第1および第2の実施形態における液晶表示装置は、図2のFFSやIPSのような横電界型の液晶表示装置だけでなく、TNあるいはVA等の縦電界型のセル構造を有する液晶表示装置であっても適用可能である。即ち、本発明の第1の実施形態で述べたように保持容量絶縁膜のキャパシタンスの周波数依存の傾きの絶対値を小さくしたり、あるいは本発明の第2の実施形態で述べたように更に液晶のフレクソ係数を大きくすることで、フリッカを抑制することが可能である。   Note that the liquid crystal display devices in the first and second embodiments of the present invention described above are not only horizontal electric field type liquid crystal display devices such as FFS and IPS in FIG. 2, but also vertical electric fields such as TN or VA. Even a liquid crystal display device having a type cell structure is applicable. That is, the absolute value of the frequency-dependent slope of the capacitance of the storage capacitor insulating film is reduced as described in the first embodiment of the present invention, or the liquid crystal is further reduced as described in the second embodiment of the present invention. The flicker can be suppressed by increasing the flexo coefficient.

[第3の実施の形態]
以下、本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。液晶表示装置の基本的な構成は第1の実施形態と同じであるが、更に配向膜として低抵抗材料の配向膜を用いることを特徴とする。第1の実施の形態と同一又は同様の機能を奏する部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
[Third embodiment]
The liquid crystal display device according to the third embodiment of the present invention will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is the same as that of the first embodiment, but is characterized in that an alignment film made of a low resistance material is used as the alignment film. Parts having the same or similar functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図15は、第3の実施の形態に係る液晶表示装置の検討に先立って検討した液晶表示装置のHigh−k材料を用いた容量絶縁膜、配向膜及び液晶層の等価回路モデルを示す図である。   FIG. 15 is a diagram showing an equivalent circuit model of a capacitive insulating film, an alignment film, and a liquid crystal layer using a High-k material of a liquid crystal display device examined prior to the examination of the liquid crystal display device according to the third embodiment. is there.

図15に示す液晶表示パネルPNL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内に回り込む電界の経路にそって存在する容量絶縁膜L1の容量C0、配向膜AL1の容量C1、液晶層LQの容量C2及び配向膜AL1の容量C3で構成されている。そして、保持容量Cs、容量C0、容量C1、容量C2及び容量C3に並列にそれぞれ抵抗Rs、R0、R1、R2及びR3が存在している。また、保持容量Cs、容量C0、容量C1、容量C2及び容量C3の両端の電圧をそれぞれVd、V0、V1、V2及びV3とする。なお、図15からわかるように、各電圧の間にはV1+V2+V3=Vd−V0の関係がある。   In the equivalent circuit model of the liquid crystal display panel PNL shown in FIG. 15, the storage capacitor Cs that exists in the portion where the pixel electrode PE and the counter electrode COM face each other, and the capacitance insulation that exists along the path of the electric field that wraps around the liquid crystal layer LQ. The capacitor C0 of the film L1, the capacitor C1 of the alignment film AL1, the capacitor C2 of the liquid crystal layer LQ, and the capacitor C3 of the alignment film AL1. Resistors Rs, R0, R1, R2, and R3 exist in parallel with the holding capacitor Cs, the capacitor C0, the capacitor C1, the capacitor C2, and the capacitor C3, respectively. Further, the voltages at both ends of the holding capacitor Cs, the capacitor C0, the capacitor C1, the capacitor C2, and the capacitor C3 are Vd, V0, V1, V2, and V3, respectively. As can be seen from FIG. 15, there is a relationship of V1 + V2 + V3 = Vd−V0 between the voltages.

図16は、第3の実施の形態に係る液晶表示装置の検討に先立って検討した液晶表示装置の等価回路モデルによるリークの態様を説明するための図である。ここで、先立って検討した液晶表示パネルPNLの等価回路のモデルでは、Rs、R0は相対的に低抵抗(≒1012Ω・cm)であり、R1、R2、R3は相対的に高抵抗(≒1014Ω・cm)である。 FIG. 16 is a diagram for explaining a leak state by an equivalent circuit model of the liquid crystal display device examined prior to the examination of the liquid crystal display device according to the third embodiment. Here, in the equivalent circuit model of the liquid crystal display panel PNL examined in advance, Rs and R0 have relatively low resistance (≈10 12 Ω · cm), and R1, R2, and R3 have relatively high resistance ( ≈10 14 Ω · cm).

容量絶縁膜L1の抵抗Rs、R0が低抵抗であることから、保持容量Cs、容量C0の両端の電圧Vd及びV0は、主にRs及びR0からのリークによって低下する。但し、Vdの方がV0より電圧が大きいことから、電圧の低下はVdの方が顕著である。この電圧低下の影響を受けて、配向膜AL1及び液晶層LQに配分される電圧(V1+V2+V3)も減衰する。R1、R2、R3が十分に高抵抗の場合、V1、V2、V3はそれぞれ容量の逆数(1/C1、1/C2、1/C3)の比に分割されて減衰する。この結果、液晶層LQに印加される電圧V2も減衰する。これによってフリッカが発生する。   Since the resistances Rs and R0 of the capacitor insulating film L1 are low resistances, the voltages Vd and V0 across the storage capacitor Cs and the capacitor C0 are mainly reduced due to leakage from Rs and R0. However, since the voltage of Vd is larger than that of V0, the decrease in voltage is more remarkable in Vd. Under the influence of this voltage drop, the voltage (V1 + V2 + V3) distributed to the alignment film AL1 and the liquid crystal layer LQ is also attenuated. When R1, R2, and R3 have sufficiently high resistances, V1, V2, and V3 are each divided into ratios of reciprocals of capacitance (1 / C1, 1 / C2, 1 / C3) and attenuated. As a result, the voltage V2 applied to the liquid crystal layer LQ is also attenuated. As a result, flicker occurs.

第3の実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルPNLの等価回路モデルは図15と同じ構成であるが、その等価回路のモデルでは、Rs、R0、R1、R3が相対的に低抵抗であり、R2は相対的に高抵抗である点が異なっている。   The equivalent circuit model of the liquid crystal display panel PNL of the liquid crystal display device according to the third embodiment has the same configuration as that of FIG. 15, but in the model of the equivalent circuit, Rs, R0, R1, and R3 have relatively low resistance. And R2 is different in that it has a relatively high resistance.

図17は、第3の実施の形態に係る液晶表示装置の等価回路モデルによるリークの態様を説明するための図である。   FIG. 17 is a diagram for explaining a leak mode according to an equivalent circuit model of the liquid crystal display device according to the third embodiment.

容量絶縁膜L1の抵抗Rs、R0が低抵抗であることから、保持容量Cs、容量C0の両端の電圧Vd及びV0は、主にRs及びR0からのリークによって低下する。但し、Vdの方がV0より電圧が大きいことから、電圧の低下はVdの方が顕著である。この電圧低下の影響を受けて、配向膜AL1及び液晶層LQに配分される電圧(V1+V2+V3)も減衰する。このときR1、R3が低抵抗の場合、電圧(V1+V2+V3)の内、電圧V1、V3が特に顕著に減衰するため、電圧V2の減衰が相殺される。即ち、電圧V1、V3の減衰分の一部が電圧V2に付与されることとなる。従って、液晶層LQに印加される電圧V2の減衰が抑制されるため、これによってフリッカを低減することができる。   Since the resistances Rs and R0 of the capacitor insulating film L1 are low resistances, the voltages Vd and V0 across the storage capacitor Cs and the capacitor C0 are mainly reduced due to leakage from Rs and R0. However, since the voltage of Vd is larger than that of V0, the decrease in voltage is more remarkable in Vd. Under the influence of this voltage drop, the voltage (V1 + V2 + V3) distributed to the alignment film AL1 and the liquid crystal layer LQ is also attenuated. At this time, when R1 and R3 are low resistances, the voltages V1 and V3 are particularly significantly attenuated among the voltages (V1 + V2 + V3), so that the attenuation of the voltage V2 is offset. That is, a part of the attenuation of the voltages V1 and V3 is applied to the voltage V2. Accordingly, since the attenuation of the voltage V2 applied to the liquid crystal layer LQ is suppressed, flicker can be reduced thereby.

続いて、容量絶縁膜L1、配向膜AL1の比抵抗を種々の水準に設定して液晶に印加される電圧をシミュレーションした。このシミュレーションに用いた液晶表示パネルPNLの主たる諸元は次のとおりである。
容量絶縁膜厚:150nm以上450nm以下、配向膜厚:100nm、液晶層セル厚:3.3μm、容量絶縁膜比誘電率:60、液晶層比抵抗:1014Ω・cm、保持期間(≒1フレーム周期):1/30秒〜1秒。
Subsequently, the voltage applied to the liquid crystal was simulated by setting the specific resistances of the capacitive insulating film L1 and the alignment film AL1 to various levels. The main specifications of the liquid crystal display panel PNL used for this simulation are as follows.
Capacitance insulating film thickness: 150 nm to 450 nm, alignment film thickness: 100 nm, liquid crystal layer cell thickness: 3.3 μm, capacitance insulating film relative dielectric constant: 60, liquid crystal layer specific resistance: 10 14 Ω · cm, holding period (≈1 Frame period): 1/30 second to 1 second.

図18は、第3の実施の形態に係る液晶表示装置の保持期間における液晶印加電圧変化率をパラメータとした容量絶縁膜比抵抗と配向膜比抵抗との関係を説明するための図である。ここで、図18において示すように、画素電圧書込み開始時の画素電極PEの電圧をViとし、次回画素電圧書込み開始直前の画素電極PEの電圧をVfとしたとき、液晶印加電圧変化率は、(Vf−Vi)/Viとして表される値である。   FIG. 18 is a diagram for explaining the relationship between the capacitance insulating film specific resistance and the alignment film specific resistance using the liquid crystal applied voltage change rate during the holding period of the liquid crystal display device according to the third embodiment as a parameter. Here, as shown in FIG. 18, when the voltage of the pixel electrode PE at the start of pixel voltage writing is Vi, and the voltage of the pixel electrode PE immediately before the start of the next pixel voltage writing is Vf, the change rate of the liquid crystal applied voltage is It is a value expressed as (Vf−Vi) / Vi.

図18では、座標の横軸は配向膜比抵抗の常用対数値を表し、縦軸は容量絶縁膜比抵抗の常用対数値を表している。なお、以下に言及する対数は全て10を底とする常用対数である。図18には、液晶印加電圧変化率が+0.01となる曲線、及び液晶印加電圧変化率が−0.01となる曲線を示している。ここで、液晶印加電圧変化率が±0.01となる曲線は、目視によってフリッカが抑制される境界線を表している。即ち、この2つの曲線によって挟まれる領域に位置するように、配向膜比抵抗値と容量絶縁膜比抵抗値とを設定することによってフリッカを抑制することができる。但し、フリッカ抑制の境界線は厳密に規定できるものではない。事実、この境界線の近傍においてもフリッカを抑制することができる。   In FIG. 18, the horizontal axis of the coordinate represents the common logarithm of the alignment film resistivity, and the vertical axis represents the common logarithm of the capacitance insulating film resistivity. The logarithms referred to below are all common logarithms with a base of 10. FIG. 18 shows a curve in which the liquid crystal applied voltage change rate is +0.01 and a curve in which the liquid crystal applied voltage change rate is −0.01. Here, the curve with the liquid crystal applied voltage change rate of ± 0.01 represents a boundary line where flicker is suppressed by visual observation. That is, flicker can be suppressed by setting the alignment film specific resistance value and the capacitance insulating film specific resistance value so as to be located in a region sandwiched between these two curves. However, the flicker suppression boundary line cannot be strictly defined. In fact, flicker can be suppressed even in the vicinity of this boundary line.

図19は、第3の実施の形態に係る液晶表示装置の配向膜比抵抗と容量絶縁膜比抵抗とに関するフリッカ抑制条件を示す図である。ここで、配向膜比抵抗をR1(Ω・cm)と表し、容量絶縁膜比抵抗をR2(Ω・cm)と表している。   FIG. 19 is a diagram illustrating flicker suppression conditions regarding the alignment film specific resistance and the capacitance insulating film specific resistance of the liquid crystal display device according to the third embodiment. Here, the specific resistance of the alignment film is expressed as R1 (Ω · cm), and the specific resistance of the capacitive insulating film is expressed as R2 (Ω · cm).

図19の、矩形で表される領域1は、容量絶縁膜L1が高抵抗の場合にフリッカを抑制できる領域を表している。領域1は、式(1)、式(2)で表される。
13.47≦Log(R1) ・・・式(1)
13.46≦Log(R2) ・・・式(2)
A region 1 represented by a rectangle in FIG. 19 represents a region in which flicker can be suppressed when the capacitor insulating film L1 has a high resistance. The region 1 is represented by Expression (1) and Expression (2).
13.47 ≦ Log (R1) (1)
13.46 ≦ Log (R2) Formula (2)

図19の、三角形で表される領域2は、容量絶縁膜L1が低抵抗の場合にフリッカを抑制できる領域を表している。領域2は、式(3)〜式(5)で表される。
Log(R2)≦13.46 ・・・式(3)
0.5238*Log(R2)+6.275≦Log(R1)・・・式(4)
Log(R1)≦1.641*Log(R2)−7.855・・・・式(5)
A region 2 represented by a triangle in FIG. 19 represents a region where flicker can be suppressed when the capacitance insulating film L1 has a low resistance. Region 2 is expressed by equations (3) to (5).
Log (R2) ≦ 13.46 Formula (3)
0.5238 * Log (R2) + 6.275 ≦ Log (R1) Expression (4)
Log (R1) ≦ 1.641 * Log (R2) −7.855... Formula (5)

図20は、第3の実施の形態に係る液晶表示装置の配向膜比抵抗と容量絶縁膜比抵抗とに関する他のフリッカ抑制条件を示す図である。図20では、フリッカが抑制できる条件を図19よりも緩和した領域を表している、上述のように、フリッカ抑制の境界線の近傍であってもフリッカが抑制されるとして扱うことができるため、取り扱いの簡便のために上述の数式を簡略化する。   FIG. 20 is a diagram showing another flicker suppression condition regarding the alignment film specific resistance and the capacitance insulating film specific resistance of the liquid crystal display device according to the third embodiment. FIG. 20 shows a region where the conditions for suppressing flicker are relaxed compared to those in FIG. 19. As described above, even in the vicinity of the flicker suppression boundary line, flicker can be treated as being suppressed. The above formula is simplified for easy handling.

図20の、矩形で表される領域3は、容量絶縁膜L1が高抵抗の場合にフリッカを抑制できる領域を表している。領域3は、式(6)、式(7)で表される。
13.5≦Log(R1) ・・・式(6)
13.5≦Log(R2) ・・・式(7)
A region 3 represented by a rectangle in FIG. 20 represents a region where flicker can be suppressed when the capacitor insulating film L1 has a high resistance. Region 3 is expressed by equations (6) and (7).
13.5 ≦ Log (R1) (6)
13.5 ≦ Log (R2) (7)

図20の、多角形で表される領域4は、容量絶縁膜L1が低抵抗の場合にフリッカを抑制できる領域を表している。領域4は、式(8)〜式(9)で表される。
Log(R2)≦13.5 ・・・式(8)
Log(R2)−0.2≦Log(R1)≦Log(R2)+0.7・・・式(9)
A region 4 represented by a polygon in FIG. 20 represents a region in which flicker can be suppressed when the capacitance insulating film L1 has a low resistance. The region 4 is expressed by Expression (8) to Expression (9).
Log (R2) ≦ 13.5 Formula (8)
Log (R2) −0.2 ≦ Log (R1) ≦ Log (R2) +0.7 (9)

式(8)、式(9)に記載された数式は、以下の式(10)、式(11)表現と等価である。
容量絶縁膜比抵抗R2≦3.2×1013・・・式(10)
0.63≦配向膜比抵抗R1/容量絶縁膜比抵抗R2≦5.0・・・式(11)
Expressions described in Expression (8) and Expression (9) are equivalent to the following Expression (10) and Expression (11).
Capacitance insulating film specific resistance R2 ≦ 3.2 × 10 13 Formula (10)
0.63 ≦ alignment film specific resistance R1 / capacitance insulating film specific resistance R2 ≦ 5.0 (11)

なお、上述の結果をふまえて行った調査検討に基づいて把握した望ましい容量絶縁膜L1の諸元は次のとおりである。   The following are the specifications of the desirable capacitive insulating film L1 ascertained based on the investigation and examination conducted based on the above-described results.

容量絶縁膜L1の比抵抗ρは、1.0×10≦ρ≦1.0×1014(Ω・cm)であると好ましい。これにより、容量絶縁膜L1の絶縁性が大きくなり、電極間のリークによる表示異常が発生しにくくなる。具体的には、容量絶縁膜L1として、バンドギャップが3以上、好ましくは4以上の材料を用いることが好ましい。 The specific resistance ρ of the capacitive insulating film L1 is preferably 1.0 × 10 9 ≦ ρ ≦ 1.0 × 10 14 (Ω · cm). As a result, the insulating property of the capacitive insulating film L1 is increased, and display abnormality due to leakage between the electrodes is less likely to occur. Specifically, a material having a band gap of 3 or more, preferably 4 or more is preferably used for the capacitor insulating film L1.

容量絶縁膜L1の膜厚は、例えば、150nm以上450nm以下であり、好ましくは150nm以上350nm以下である。   The film thickness of the capacitive insulating film L1 is, for example, not less than 150 nm and not more than 450 nm, and preferably not less than 150 nm and not more than 350 nm.

容量絶縁膜L1は、従来一般的に使われていた窒化ケイ素や酸化ケイ素よりも、比誘電率εの大きい材料で形成する。誘電率が大きい材料としては、ジルコン、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ハフニウムから選択される元素を含む酸化物又は窒化物である。これらの材料で形成された容量絶縁膜L1の比誘電率εは、8より大きく65よりも小さいことが好ましい。より好ましくは15以上40以下であり、さらに好ましくは15以上30以下である。なお、比誘電率εの測定は、HEWLETT PACKARD社製の測定装置(製品名:4284A PRECISION LCR METER)を用いて、測定周波数1MHzで測定する。測定環境は25℃、50%RHとする。   The capacitive insulating film L1 is formed of a material having a relative dielectric constant ε larger than that of silicon nitride or silicon oxide that is generally used conventionally. The material having a high dielectric constant is an oxide or nitride containing an element selected from zircon, magnesium, strontium, titanium, aluminum, yttrium, and hafnium. The relative dielectric constant ε of the capacitive insulating film L1 formed of these materials is preferably larger than 8 and smaller than 65. More preferably, it is 15-40, More preferably, it is 15-30. The relative dielectric constant ε is measured at a measurement frequency of 1 MHz using a measuring device (product name: 4284A PRECISION LCR METER) manufactured by HEWLETT PACKARD. The measurement environment is 25 ° C. and 50% RH.

以上説明した各実施の形態によれば、種々の効果を得ることができる。
上述の、第1の実施の形態では、低周波領域でのキャパシタンスの周波数依存の少ないHigh−k材料を容量絶縁膜L1に使用する。低周波領域におけるキャパシタンスの周波数依存は、誘電応答の遅延の程度を表すパラメータであると考えられる。容量絶縁膜として誘電応答の遅延の少ない材料を用いることにより、保持期間中の画素電位変動を抑制することができ、ピーク的な輝度変動によるフリッカを低減することができる。
According to each embodiment described above, various effects can be obtained.
In the first embodiment described above, the High-k material having a low frequency dependency of the capacitance in the low frequency region is used for the capacitive insulating film L1. The frequency dependence of the capacitance in the low frequency region is considered to be a parameter representing the degree of delay of the dielectric response. By using a material with a small dielectric response delay as the capacitor insulating film, pixel potential fluctuations during the holding period can be suppressed, and flicker due to peak luminance fluctuations can be reduced.

上述の第2の実施の形態では、液晶材料としてフレクソエレクトリック効果によるピーク輝度変動の大きい材料を用いる。容量絶縁膜の誘電応答遅延に起因するピーク的輝度変動は上に凸であるのに対し、フレクソエレクトリック効果によるピーク的な輝度変動は一般的に下に凸である。このため、第1の実施の形態の容量絶縁膜L1と組み合わせることによって、両者のピーク的な輝度変動が互いに相殺され、フリッカを低減することが可能となる。   In the second embodiment described above, a material having a large peak luminance fluctuation due to the flexoelectric effect is used as the liquid crystal material. While the peak luminance fluctuation due to the dielectric response delay of the capacitive insulating film is convex upward, the peak luminance fluctuation due to the flexoelectric effect is generally convex downward. For this reason, by combining with the capacitive insulating film L1 of the first embodiment, the peak luminance fluctuations of both cancel each other, and flicker can be reduced.

上述の第3の実施の形態では、High−K膜のリーク電流に起因する画素電位低下を、配向膜の比抵抗を下げることで補償し、フリッカを抑制する。この結果、低温ポリシリコン(LTPS)においてフリッカを抑制することができるため、LTPSを用いて1Hz〜40Hzでの低周波駆動、間欠駆動が可能となる。   In the third embodiment described above, a decrease in pixel potential caused by the leak current of the High-K film is compensated by reducing the specific resistance of the alignment film, and flicker is suppressed. As a result, flicker can be suppressed in the low-temperature polysilicon (LTPS), and therefore, low-frequency driving and intermittent driving at 1 Hz to 40 Hz are possible using LTPS.

なお、本発明は、実施の形態に記載のパネル構造に限定されない。
実施の形態では、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を使用したパネルを例としたが、この形態に限定されずTN(Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モードなどの縦電界方式の液晶を使用したパネルについても適用することができる。
Note that the present invention is not limited to the panel structure described in the embodiment.
In the embodiment, a panel using a liquid crystal of a horizontal electric field method such as an IPS (In-Plane Switching) mode or an FFS (Fringe-Field Switching) mode is taken as an example. However, the present invention is not limited to this mode. The present invention can also be applied to a panel using a liquid crystal of a vertical electric field mode such as a mode and an OCB (Optically Compensated Bend) mode.

本発明の実施の形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   Any display device that can be implemented by a person skilled in the art based on the above-described display device as an embodiment of the present invention is also included in the scope of the present invention as long as it includes the gist of the present invention.

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。   In the scope of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. For example, those in which the person skilled in the art appropriately added, deleted, or changed the design of the above-described embodiments, or those in which the process was added, omitted, or changed the conditions are also included in the gist of the present invention. As long as it is provided, it is included in the scope of the present invention.

また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。   In addition, other functions and effects brought about by the aspects described in the present embodiment, which are apparent from the description of the present specification, or can be appropriately conceived by those skilled in the art, are naturally understood to be brought about by the present invention. .

上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

PNL…液晶表示パネル、COM…対向電極、PX…表示画素、LQ…液晶層、CF…カラーフィルタ層、L1…容量絶縁膜、L2…オーバコート層、PE…画素電極、SW…画素スイッチ、Cs…保持容量、CTR…制御回路、GD…ゲートドライバ、SD…ソースドライバ、Vcom…対向電圧、Vpix…画素電位、R1…配向膜比抵抗、R2…容量絶縁膜比抵抗、AL1…配向膜、AL2…配向膜、SB1…透明絶縁性基板、SB2…透明絶縁性基板、100…アレイ基板、200…対向基板。   PNL ... liquid crystal display panel, COM ... counter electrode, PX ... display pixel, LQ ... liquid crystal layer, CF ... color filter layer, L1 ... capacitive insulating film, L2 ... overcoat layer, PE ... pixel electrode, SW ... pixel switch, Cs ... holding capacitor, CTR ... control circuit, GD ... gate driver, SD ... source driver, Vcom ... counter voltage, Vpix ... pixel potential, R1 ... orientation film resistivity, R2 ... capacitance insulating film resistivity, AL1 ... orientation film, AL2 ... Alignment film, SB1 ... Transparent insulating substrate, SB2 ... Transparent insulating substrate, 100 ... Array substrate, 200 ... Counter substrate.

Claims (6)

液晶表示装置であって、
第1の電極と、
前記第1の電極との間で電界を形成する第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配される絶縁膜と、
前記電界によって配向方向が制御される液晶とを有し、
前記絶縁膜の材料は、ジルコン、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ハフニウムから選択される元素を含む酸化物又は窒化物であり、
周波数1Hzにおける前記絶縁膜の容量をCa、周波数1000Hzにおける前記絶縁膜の容量をCbとした場合に、以下の式(1)を満たす、液晶表示装置。
3.0×10−3≦|(Ca−Cb)/Ca|≦1.5×10−2 ・・・(1)
A liquid crystal display device,
A first electrode;
A second electrode that forms an electric field with the first electrode;
An insulating film disposed between the first electrode and the second electrode;
A liquid crystal whose orientation direction is controlled by the electric field,
The material of the insulating film is an oxide or nitride containing an element selected from zircon, magnesium, strontium, titanium, aluminum, yttrium, and hafnium,
A liquid crystal display device that satisfies the following formula (1), where Ca is the capacitance of the insulating film at a frequency of 1 Hz and Cb is the capacitance of the insulating film at a frequency of 1000 Hz.
3.0 × 10 −3 ≦ | (Ca—Cb) /Ca|≦1.5×10 −2 (1)
前記液晶のフレクソ係数が1.1(pC/m)以上である、
請求項1に記載の液晶表示装置。
The flexographic coefficient of the liquid crystal is 1.1 (pC / m) or more.
The liquid crystal display device according to claim 1.
前記絶縁膜の材料は、ジルコン、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ハフニウムから選択される元素を含む窒化物である、
請求項1に記載の液晶表示装置。
The material of the insulating film is a nitride containing an element selected from zircon, magnesium, strontium, titanium, aluminum, yttrium, and hafnium.
The liquid crystal display device according to claim 1.
前記絶縁膜の材料の比誘電率εが8以上65以下である、
請求項1に記載の液晶表示装置。
The dielectric constant ε of the material of the insulating film is 8 or more and 65 or less,
The liquid crystal display device according to claim 1.
前記絶縁膜と前記液晶との間に設けられて、前記液晶を配向させる配向膜を備え、
前記配向膜の比抵抗をR1とし、前記絶縁膜の比抵抗をR2とした場合に、以下の式(2)、式(3)を満たす、
請求項1に記載の液晶表示装置。
log10R2 ≦ 13.5 ・・・(2)
log10R2−0.2≦ log10R1≦ log10R2+0.7 ・・(3)
An alignment film provided between the insulating film and the liquid crystal to align the liquid crystal;
When the specific resistance of the alignment film is R1 and the specific resistance of the insulating film is R2, the following expressions (2) and (3) are satisfied.
The liquid crystal display device according to claim 1.
log 10 R2 ≦ 13.5 (2)
log 10 R2-0.2 ≦ log 10 R1 ≦ log 10 R2 + 0.7 (3)
前記液晶への映像信号の書込み周波数が40Hz以下である、
請求項1に記載の液晶表示装置。
The writing frequency of the video signal to the liquid crystal is 40 Hz or less,
The liquid crystal display device according to claim 1.
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