JP2017097208A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】液晶を含む液晶層と、液晶を駆動する電界を発生させる画素電極と、画素電極に映像信号を供給する映像信号線と、画素電極の液晶層と対向する面の裏面側に設けられた容量絶縁膜とを備え、１フレーム期間は、画素電極に映像信号を供給する駆動期間と、映像信号を供給しない休止期間とを有し、フレーム周波数は、５０Ｈｚ以下であり、容量絶縁膜は、ジルコニウム、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム及びハフニウムからなる群から選択される元素を含む酸化物又は窒化物、であり、駆動期間において画素電極には映像信号が複数回供給される液晶表示装置である。【選択図】図７

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

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。

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。

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。

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２／３、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。

特開２００２−２７８５２３号公報

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２／３の４０Ｈｚ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。

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。

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、液晶を含む液晶層と、前記液晶を駆動する電界を発生させる画素電極と、前記画素電極に映像信号を供給する映像信号線と、前記画素電極の前記液晶層と対向する面の裏面側に設けられた容量絶縁膜と、を備え、１フレーム期間は、前記画素電極に前記映像信号を供給する駆動期間と、前記映像信号を供給しない休止期間とを有し、フレーム周波数は、５０Ｈｚ以下であり、前記容量絶縁膜は、ジルコニウム、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム及びハフニウムからなる群から選択される元素を含む酸化物又は窒化物、であり、前記駆動期間において、前記画素電極には前記映像信号が複数回供給される、液晶表示装置である。

実施の形態に係る表示装置の構成を示す概略の平面図。 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。 実施の形態の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間欠駆動における駆動方法を説明するための図。 実施の形態の液晶表示装置の検討に先立って検討した間欠駆動を行った場合の輝度応答波形を示す図。 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。 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ピーク的な輝度変動の原因を説明するための図。 実施の形態の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。 実施の形態の液晶表示装置の第１走査期間と第２走査期間とにおける階調レベルの関係を示す図。 液晶表示装置の駆動時における画素電極の電位の応答と、これに対する輝度応答を示す図。 実施の形態の液晶表示装置の２回書込みにおけるフリッカ改善を調査した結果を示す図。 実施の形態の液晶表示装置の２回書込みにおけるフリッカ改善を調査した結果を示す他の図。 実施の形態の液晶表示装置の駆動方法が適用される縦電界型の液晶表示装置の構造の例を示す図。

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。

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。

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。

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。

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。

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極ＰＥの電位Ｖｐｉｘ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。

比誘電率の大きい材料としては、ジルコニウム、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム及びハフニウムからなる群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８程度のＨｉｇｈ−ｋ材料を用いれば、同じ膜厚でより大きい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。

そこでＦＦＳモードの液晶表示装置において、比誘電率が８程度のＨｉｇｈ−ｋ材料を用いてフレーム周波数が１Ｈｚ〜５０Ｈｚ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極ＰＥの電位Ｖｐｉｘ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。

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〜５０Ｈｚ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。
図１は、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。

図２は、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。

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。

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）等の容量絶縁膜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。

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、ジルコニウム、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、ハフニウムからなる群から選択される元素を含む酸化物又は窒化物である。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_４、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２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_３Ｎ_２、Ｍｇ_３Ｎ_２、ＡｌＮ、ＹＮ、ＨｆＮからなる群から選択されるものが挙げられる。

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。

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。

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は容量絶縁膜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、容量絶縁膜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極ＰＥの電位Ｖｐｉｘ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、容量絶縁膜Ｌ１として比誘電率が８程度のＨｉｇｈ−ｋ材料を採用している。

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。

ここで、「電位」は位置エネルギの大小を表し、「電圧」は２点の電位の差（電位差）を表す用語であると定義されている。液晶層ＬＱに印加される電圧は、画素電極ＰＥと対向電極ＣＯＭとの間の電位差に相当する。そして、反転駆動においては、液晶層ＬＱに印加される電位差（電圧）の極性が反転する。以下の記載においては、簡便のため、例えば、液晶層ＬＱに作用する画素電極ＰＥと対向電極ＣＯＭとの電位差（Ｖｐｉｘ）を画素電極ＰＥの電位（Ｖｐｉｘ）と表現する。

図３は、実施の形態の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極ＰＥの電位Ｖｐｉｘ変動は描かれていない。

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。

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の電位はＶ（Ｄ１）、Ｖ（Ｄ２）、‥‥、Ｖ（Ｄｍ）として示すようなフレーム毎に反転する矩形波状となる。

そこで、図２に示す構造の液晶表示パネルＰＮＬにおいて、容量絶縁膜Ｌ１に比誘電率が８程度のＨｉｇｈ−ｋ材料を用いてフレーム周波数が１Ｈｚ〜５０Ｈｚの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極ＰＥの電位Ｖｐｉｘ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。

図４は、実施の形態の液晶表示装置の検討に先立って検討した間欠駆動を行った場合の輝度応答波形を示す図である。これは特定の１画素に注目したときの出力輝度応答波形である。

図４に示すように、容量絶縁膜Ｌ１として比誘電率の大きい材料（Ｈｉｇｈ−ｋ材料）を用いた場合であっても、輝度応答測定において信号書き込み（極性反転）直後にピーク的な輝度変動が観測された。この輝度変動は、従来の容量絶縁膜Ｌ１を用いた場合と比較してピーク値が低減しているもののフリッカの原因となり得るものであり、想定通りのフリッカ抑制を図ることができなかった。この輝度変動の原因は、Ｈｉｇｈ−ｋ材料の誘電応答遅延に起因していると考えられる。以下、誘電応答遅延の内容について説明する。

図５は、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。

図５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とに挟持される容量絶縁膜Ｌ１には容量成分Ｃ０、Ｃ１と抵抗因子Ｒ１とが存在する。また、液晶層ＬＱ内に回り込む電界の経路に沿って、配向膜ＡＬ１の容量、液晶層ＬＱの容量及び配向膜ＡＬ１の容量が存在する。上述のピーク的な輝度変動は、容量絶縁膜Ｌ１に存在する容量成分Ｃ０、Ｃ１と抵抗因子Ｒ１によって生じる。

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に容量成分Ｃ０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に容量で表すことができず、等価回路的に容量成分Ｃ１と抵抗因子Ｒ１の直列接続として表される。

図６は、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ピーク的な輝度変動の原因を説明するための図である。

図６（ａ）は、画素電極ＰＥの電位（Ｖｐｉｘ）の推移を示している。容量成分Ｃ０は、画素スイッチＳＷのＴＦＴがオンとなる書込み期間（≒１０μｓｅｃ）において誘電応答し、瞬時に充電が完了する。これに対して、容量成分Ｃ１は、書込み期間では応答せず、画素スイッチＳＷのＴＦＴがオフとなる保持期間が開始されてから誘電応答する。画素スイッチＳＷのＴＦＴがオフであるため、容量成分Ｃ０の電荷が容量成分Ｃ１の充電に充当される。その結果、画素電極ＰＥの電位（Ｖｐｉｘ）が時間経過とともに低下する。

図６（ｂ）は、輝度の推移を示している。輝度は、画素電極ＰＥの電位の絶対値｜Ｖｐｉｘ｜に対応するため、図６（ｂ）は、図６（ａ）を元にして描いている。このように、フレームの先頭にピーク状の輝度変動が生じている。Ｈｉｇｈ−ｋ材料は、一般にＳｉＮなどに比べて特にＣ１／Ｃ０比が大きいため、上述のピーク状の輝度変動が顕著となる。

図７は、実施の形態の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７は簡略図であり、誘電応答遅延起因の画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘ変動は描かれていない。

図３に示す駆動方法と異なり、１フレーム期間は第１走査期間、第２走査期間、およびそれに引き続く休止期間によって構成されている。第１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。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ＳＤ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。第２走査期間においても同様であり、各行に対応した映像信号Ｖｓが各行の画素電極ＰＥに書き込まれて保持される。ここで、第１走査期間と第２走査期間で各画素に書き込まれる映像信号Ｖｓの極性は同一であるが、それぞれの階調レベルは所定の関係となるように設定する。

図８は、実施の形態の液晶表示装置の第１走査期間と第２走査期間とにおける階調レベルの関係を示す図である。

図８に示す座標の縦軸は第１走査期間に書き込む映像信号Ｖｓの階調レベルを表し、横軸は第２走査期間に書き込む映像信号Ｖｓの階調レベルを表している。直線Ａは基準線を表している。直線Ａは横軸に対して４５度の傾きをもつ直線である。従って、直線Ａ上の点Ｇに対応する縦軸、及び横軸上の階調レベルは同一の階調レベルｇ０である。これは、第１走査期間に書き込む階調レベルと第２走査期間に書き込む階調レベルとが同じであることを表している。

曲線Ｂは、実施の形態における、書き込まれるそれぞれの階調レベルの関係を規定している。直線Ａ上の点Ｇに対応する横軸上の階調レベルはレベルｇ０である。これに対して、点Ｇに対応する曲線Ｂ上の点Ｇ’に対応する縦軸上の階調レベルはレベルｇ１である。従って、第１走査期間に書き込む階調レベルｇ１は、第２走査期間に書き込む本来表示すべき階調レベルｇ０よりも大きい階調レベルとなる。

なお、階調レベルｇ０と階調レベルｇ１との差が中間階調では大きく、低階調レベル（黒レベル）、高階調レベル（白レベル）に近づくにつれて差が小さくなるように曲線Ｂを設定している。即ち、中間調領域の階調を表示する場合に、第１走査期間で書き込まれる階調は第２走査期間で書き込まれる階調よりも、より大きく設定される。この理由は、フリッカの視認性が高い中間階調レベルにおいてピーク状の輝度変動をより強く抑制するためである。

図７において、休止期間における動作は、図３における動作と同様であり、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をそのまま保持する状態が継続する。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の電位はＶ（Ｄ１）、Ｖ（Ｄ２）、‥‥、Ｖ（Ｄｍ）に示すように、極性反転直後のみ振幅が大きくなる電圧波形となる。

図９は、液晶表示装置の駆動時における画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘの応答と、これに対する輝度応答を示す図である。

図９（１）の上段には、実施の形態の液晶表示装置の駆動時における画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘの応答を示している。本発明の駆動を行った場合、まず正極性の第１走査期間に対応する書き込み（映像信号電位は＋Ｖｓ１とする）を行った後の保持期間では、上述のメカニズムにより画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘが低下する。その後第２走査期間に対応する書き込み（映像信号電位は＋Ｖｓ２とする）を行うと、その瞬間に一旦画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘが増加し、その後同じメカニズムにより画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘは緩やかに減少する。負極性側の挙動も電位の極性が反転する以外は同様の動作である。

図９（１）の下段には、以上の動作に対応する輝度の推移を示している。輝度は、画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘの絶対値である｜Ｖｐｉｘ｜として表される。この輝度の推移を示す例では、１フレーム期間中の輝度の振幅の最大値はＡである。

図９（２）の上段には、従来の液晶表示装置の駆動時における画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘの応答を示している。従来の方式で液晶表示装置の駆動を行った場合、まず正極性の第１走査期間に対応する書き込み（映像信号電位は＋Ｖｓ１とする）を行った後の保持期間では、上述のメカニズムにより画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘが低下する。この低下状態は、次の負極性の第１走査期間に対応する書き込み（映像信号電位は−Ｖｓ１とする）が行われるまで継続される。

図９（２）の下段には、以上の動作に対応する輝度の推移を示している。輝度は、画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘの絶対値である｜Ｖｐｉｘ｜として表される。この輝度の推移を示す例では、１フレーム期間中の輝度の振幅の最大値はＢである。

図９に示す例では、第２走査期間の後の、単位保持期間における画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘの低下度合いは、第１走査期間の後の、単位保持期間における画素電極ＰＥの電位Ｖｐｉｘの低下度合いよりも小さくなっている。これによって、輝度の振幅の最大値Ａ＜輝度の振幅の最大値Ｂの関係が成立している。従って、本発明の駆動方法を実行した場合、従来の駆動方法を実行した場合に比較してフリッカが低減できることがわかる。

ところで、本発明の駆動方法を実行した場合の輝度の振幅の最大値Ａは、第１走査期間の書き込みが行われてから第２走査期間の書き込みが行われるまでの時間間隔（Ｔとする）、および第１期間に書き込まれる映像信号振幅の第２期間のそれに対する比（Ｖｓ１／Ｖｓ２とする）によって変化する値である。即ち、上記時間間隔Ｔと比Ｖｓ１／Ｖｓ２をパラメータとしてフリッカを低減することのできる範囲が存在する。

図１０は、実施の形態の液晶表示装置の２回書込みにおけるフリッカ改善を調査した結果を示す図である。図１０には、第１走査期間の書き込みが行われてから第２走査期間の書き込みが行われるまでの時間間隔（Ｔとする）、および第１期間に書き込まれる映像信号振幅の第２期間のそれに対する比（Ｖｓ１／Ｖｓ２とする）を変化させたときのフリッカレベルをシミュレートした結果を示している。

図１０の座標の横軸は比（Ｖｓ１／Ｖｓ２）を表し、縦軸は従来の駆動方法（映像信号振幅はＶｓ１とする）について測定したフリッカの比率を表している。すなわち、本グラフの縦軸の値が１より小さい場合に、従来例に比べてフリッカが低減していることを意味する。なお、フリッカレベルはＪＥＩＴＡ規格の測定法に基づいて評価した。ＪＥＩＴＡのフリッカ測定法については、例えば以下を参照することができる。（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｉｔａ．ｏｒ．ｊｐ／ｊａｐａｎｅｓｅ／ｓｔａｎｄａｒｄ／ｂｏｏｋ／ＥＤ−２７１４＿Ｂ／＃ｐａｇｅ＝２９）

第１回目の書き込みと第２回目の書込みとの時間間隔Ｔは、１１、１６、２１、２６、３１ｍｓｅｃの５水準を選択した。なお、フレーム周波数は５Ｈｚである。図１０に示される曲線にはフリッカ比率が１以下となる領域が存在する。この曲線の特性は、時間間隔３１ｍｓｅｃの曲線（黒三角マークを結んだ曲線）を例にすると、次のように説明することができる。

横軸の第１期間電圧比が１．０よりも小さい場合、即ち、第１回目の電圧が第２回目の電圧よりも低い場合、第２回目の高い電圧の影響によって１フレーム期間中の輝度の振幅の最大値は高くなり、フリッカレベルは高くなる。横軸の第１期間電圧比が１．０よりも大きい場合、即ち、第１回目の電圧が第２回目の電圧よりも高い場合、図９で説明したように１フレーム期間中の輝度の振幅の最大値は低くなり、フリッカレベルは低減する。しかし、横軸の第１期間電圧比がさらに所定の値よりも大きくなった場合、第１回目の電圧がさらに高くなった影響によって、１フレーム期間中の輝度の振幅の最大値は高くなり、フリッカレベルは高くなる。

この結果によると、図１０に示す条件の下では、概ねＴ＝１０〜３０ｍｓｅｃ、Ｖｓ１／Ｖｓ２＝１．０００〜１．０１５の場合に、フリッカ改善効果が高くなることがわかる。

図１１は、実施の形態の液晶表示装置の２回書込みにおけるフリッカ改善を調査した結果を示す他の図である。図１１では、第１回目の書き込みと第２回目の書込みとの時間間隔Ｔは、図１０と同様の１１、１６、２１、２６、３１ｍｓｅｃの５水準を選択した。なお、フレーム周波数は１０Ｈｚである。

図１１においても、図１０と同様に下に凸の曲線が得られた。図１１に示す条件の下では、フリッカ改善効果が高いケースは、概ねＴ＝１０〜２０ｍｓでは、Ｖｓ１／Ｖｓ２＝１．０００〜１．０１５であり、概ねＴ＝２０〜３０ｍｓでは、Ｖｓ１／Ｖｓ２＝１．００７〜１．０１５であった。

以上述べたことから、フレーム周波数によって、高いフリッカ改善効果を与える時間間隔（Ｔ）、および比（Ｖｓ１／Ｖｓ２）は異なるが、１フレーム期間に２回の書込みを行うことによってフリッカ改善を図ることが可能であることがわかる。即ち、通常のフレーム周波数６０Ｈｚよりも低い周波数である、１Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下のフレーム周波数において、間欠駆動を行った場合であっても、本実施の形態の駆動方法を適用することでフリッカを改善することが可能である。なお、フレーム周波数は、５Ｈｚ以上４０Ｈｚ以下が好ましい。また、１フレーム中に２回の映像信号を書き込む時間間隔は、１０ｍｓｅｃ以上で５０ｍｓｅｃ以下であればフリッカを改善することが可能である。なお、時間間隔は、１３ｍｓｅｃ以上で３０ｍｓｅｃ以下が好ましい。

なお、上述の駆動方法では２回の書き込みを行ってフリッカの改善を図ったが、本願発明は２回の書き込みに限定されず、２回以上の複数回の書き込みを行うことで、１フレーム期間中の輝度の振幅の最大値を低くすることが可能であることが理解できる。

なお、本実施の形態の液晶表示装置の駆動方法（図３）は、図２に示すＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどの横電界型の液晶表示装置だけでなく、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード等の縦電界型のセル構造を有する液晶表示装置に対しても適用可能である。

図１２は、実施の形態の液晶表示装置の駆動方法が適用される縦電界型の液晶表示装置の構造の例を示す図である。図１２に示す構造は、画素電極ＰＥがスリットの無い構造であること、そして液晶層ＬＱを挟んで対向側に対向電極ＣＥがある点で図２と異なっている。

図２に示す構造では画素電極ＰＥとＣＯＭ電極の間に印加される電圧が液晶を変調すると同時に、容量絶縁膜Ｌ１を介してこれらの電極間で形成される容量Ｃｓが保持容量として機能していた。これに対し図１２に示す構造では、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥの間に印加される電圧が液晶を変調し、画素電極ＰＥとＣＯＭ電極の間に形成される容量（Ｃｓ）は専ら保持容量として機能する。なお図１２に示す構造においても、容量絶縁膜Ｌ１として比誘電率が８程度のＨｉｇｈ−ｋ材料を採用している。図１２に示す液晶表示装置においても、実施の形態の液晶表示装置と同様の駆動方法を適用することでフリッカを抑制することが可能である。

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。

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。

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。

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。

ＣＯＭ…対向電極、ＰＮＬ…液晶表示パネル、ＢＬＴ…バックライト、ＰＸ…表示画素、ＬＱ…液晶層、ＰＥ…画素電極、Ｌ１…容量絶縁膜、ＳＬＴ…開口部、ε…比誘電率、ＧＬ…走査線、ＳＬ…信号線、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、ＬＴＰ…低温ポリシリコン、Ｃｓ…容量、Ｒ１…抵抗因子、Ｃ０…容量成分、Ｃ１…容量成分、ｇ０、ｇ１…階調レベル、Ｔ…時間間隔、１００…アレイ基板、２００…対向基板。

Claims (7)

1. 液晶表示装置であって、
   液晶を含む液晶層と、
   前記液晶を駆動する電界を発生させる画素電極と、
   前記画素電極に映像信号を供給する映像信号線と、
   前記画素電極の前記液晶層と対向する面の裏面側に設けられた容量絶縁膜と、を備え、
   １フレーム期間は、前記画素電極に前記映像信号を供給する駆動期間と、前記映像信号を供給しない休止期間とを有し、
   フレーム周波数は、５０Ｈｚ以下であり、
   前記容量絶縁膜は、ジルコニウム、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、アルミニウム、イットリウム及びハフニウムからなる群から選択される元素を含む酸化物又は窒化物、であり、
   前記駆動期間において、前記画素電極には前記映像信号が複数回供給される、液晶表示装置。
2. 前記駆動期間において、前記画素電極には前記映像信号が２回供給され、
   第１回目に前記画素電極に供給される前記映像信号によって前記液晶層に印加される電位差Ｖ１は、第２回目に前記画素電極に供給される前記映像信号よって前記液晶層に印加される電位差Ｖ２よりも大きい、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記駆動期間において、前記画素電極に第１回目の前記映像信号と第２回目の前記映像信号とが供給される時間間隔は、１０ｍｓｅｃ以上で５０ｍｓｅｃ以下である、請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記時間間隔は、１３ｍｓｅｃ以上で３０ｍｓｅｃ以下である、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記映像信号が中間階調である場合の前記電位差Ｖ１／前記電位差Ｖ２の値は、前記映像信号が黒階調又は白階調である場合の前記電位差Ｖ１／前記電位差Ｖ２の値よりも小さい、請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記映像信号線は、カラム反転方式によって駆動される、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記映像信号線と前記画素電極とを電気的に断続する画素スイッチを備え、
   前記画素スイッチは、ポリシリコン薄膜トランジスタで構成される、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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