JP2020027272A - 液晶パネルの表示品位低下の評価方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、液晶パネルの表示品位低下を適切に評価する。【解決手段】液晶パネルの表示品位低下の評価方法が開示される。評価方法は、液晶パネルに電圧を印加し、前記電圧により前記液晶パネルに流れる電流波形を測定し、前記電流波形から、前記液晶内のイオンに起因する複数のピークカーブを抽出し、前記複数のピークカーブにおいて最も速い第１移動度よりも遅い第２移動度に対応する第２ピークカーブの分析結果に基づき、液晶パネルの表示品位低下を評価する。【選択図】図１０

Description

本開示は、液晶パネルの表示品位低下の判定方法及びその装置に関する。

液晶表示装置の高品位化に伴い、シミ（局所的なムラ）の発生による表示品位低下のリスクを低減するため、製品においてシミの発生を予測することや、液晶パネルの部材選定時にシミ発生のリスクが低い部材を選択できるようにすることが求められている。

液晶パネルにおけるシミ発生の要因の１つは、液晶中のイオン増加である。液晶中のイオンは、液晶に与えるべき電界を低下させることで、表示領域内にシミを発生させる。液晶内のイオン量を測定する従来の方法は、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０２４２３５３号に開示されている。

米国特許出願公開第２０１２／０２４２３５３号

しかし、従来のイオン密度測定分析方法では、シミ発生等による表示品質悪化のリスクを適切に判定できない場合があることが分かった。したがって、液晶パネルのシミ発生のリスクをより適切に評価することができる手法が望まれる。

本開示の一態様は、液晶パネルのシミ発生リスクの評価方法であって、液晶パネルに電圧を印加し、前記電圧により前記液晶パネルに流れる電流波形を測定し、前記電流波形から、前記液晶内のイオンに起因する複数のピークカーブを抽出し、前記複数のピークカーブにおいて最も速い第１移動度よりも遅い第２移動度に対応する第２ピークカーブの分析結果に基づき、シミ発生リスクを評価する。

本開示の一態様によれば、液晶パネルのシミ発生のリスクを適切に評価することができる。

本実施形態のシミ発生リスク評価装置の構成例を模式的に示す。 液晶パネルの断面構造例を模式的に示す。 液晶パネルの断面構造例を模式的に示す。 液晶パネルに与えられる電圧の波形例を示す。 三角波を与えられた液晶パネルにおいて測定された印加電圧に対する電流波形のグラフを示す。 不純物イオン密度とシミの発生との間の関係の測定結果を示す。 シミの発生が認められた液晶パネルの、三角波電圧の印加による電流変化の測定例を示す。 図７Ａに示す二つのガウス関数の和と電流波形との関係を示す。 電流波形にフィッティングされたガウス関数の曲線の例を示す。 液晶パネルの不純物イオン移動度、不純物イオン濃度及びシミ発生の関係の測定結果を示す。 シミ発生リスク評価装置による液晶パネルのシミ発生リスクの評価処理のフローチャートである。 シミの発生が認められた液晶パネルの、三角波電圧の印加による電流変化の測定例を示す。 図１１Ａに示す三つのガウス関数の和と電流波形との関係を示す。 液晶パネルの不純物イオン移動度、不純物イオン濃度及びシミ発生の関係の測定結果を示す。

以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。説明をわかりやすくするため、図示した物の寸法、形状については、誇張して記載している場合もある。図において同一種類の要素の内の一部のみが符号で指示されている場合がある。
［装置構成］

図１は、本実施形態のシミ発生リスク評価装置の構成例を模式的に示す。シミ発生リスク評価装置は、表示品位の低下を評価する装置の例であり、被測定物である液晶パネル５のシミ発生のリスクを評価する。シミ発生リスク評価装置は、制御計算機１（第２装置）と測定装置２（第１装置）とを含む。制御計算機１は、測定条件設定部１１及び電流分析部１２を含む。測定装置２は、ゲート電圧供給部２１、電圧波形生成部２２、及び電流測定部２３を含む。

制御計算機１は、例えば、プロセッサ、入出力インタフェース、補助記憶装置、及びメモリを含む。これらはバスを介して接続されている。入出力インタフェースは、測定装置２を含む複数の外部装置と接続される。測定装置２への制御信号及び測定装置２からの信号は、入出力インタフェースを介して送受信される。

入出力インタフェースは、さらに、入力装置及び出力装置に接続されている。入力装置は、ユーザに操作される装置であって、例えば、タッチパネル装置（表示装置と共に使用される）である。出力装置は、表示装置やプリンタである。

補助記憶装置は、例えば、フラッシュメモリ装置等の不揮発性記憶装置であり、プロセッサが実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを格納する。一般に、補助記憶装置に格納されているデータは、メモリにロードされて使用される。メモリは、例えば、揮発性メモリであり、プロセッサが実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを格納する。補助記憶装置、メモリ及びこれらの組み合わせは、それぞれ、記憶装置である。

プロセッサは、メモリに格納されたプログラムを実行する。プロセッサは、プログラムに従って動作することによって、所定の機能を実現する機能部（手段）として動作する。例えば、プロセッサは、測定条件設定プログラムに従って動作することで測定条件設定部１１として機能し、電流分析プログラムに従って動作することで電流分析部１２として機能する。他の例において、測定条件設定部１１及び電流分析部１２の機能を有する論理回路がプロセッサとは別に実装されてもよい。

測定装置２は、電源、アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータ、増幅器、電流電圧変換回路、フィルタ、レジスタ等の構成要素を含む。ゲート電圧供給部２１、電圧波形生成部２２、及び電流測定部２３は、それぞれ、これらの一部又は全部の構成要素を含む。

測定条件設定部１１は、液晶パネル５に印加する電圧の波形を定義するパラメータを測定装置２の電圧波形生成部２２に設定する。電圧波形生成部２２は、波形を定義する設定パラメータをレジスタに格納する。設定パラメータは、例えば、波形の種類、周波数、最大電圧、最小電圧等を含む。

液晶パネル５が薄膜トランジスタアレイ（ＴＦＴアレイ）を有している場合、測定条件設定部１１は、ゲート電圧供給部２１に、液晶パネル５の走査線にゲート電圧を印加することを指示する。ゲート電圧は、ＴＦＴをＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化させ、液晶パネル５の画素電極に信号電位を与えることを可能とする。

測定条件設定部１１は、測定開始のトリガを測定装置２に出力する。トリガを受けた電圧波形生成部２２は、測定条件設定部１１により設定された条件の電圧を、液晶パネル５に印加する。電流測定部２３は、液晶パネル５に流れる電流を計測する。

制御計算機１の電流分析部１２は、電流測定部２３による電流の計測結果を取得する。電流分析部１２は、計測された電流を分析し、シミ発生のリスクを評価する。電流分析部１２によるシミ発生リスクの評価方法の詳細は後述する。

シミ発生リスク評価装置は、任意の種類の液晶パネル５のシミ発生リスクを評価することができる。以下において、液晶パネル５の構成例を説明する。図２は、液晶パネル５の断面構造例を模式的に示す。液晶パネル５は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板１０２と、ＴＦＴ基板１０２に対向するカラーフィルタ（ＣＦ）基板１４１とを含む。ＴＦＴ基板１０２とＣＦ基板１４１との間には、液晶層１１１が挟まれている。

ＴＦＴ基板１０２は、ガラス又は樹脂からなる絶縁性の透明基板である。ＴＦＴ基板１０２は、例えば矩形であり、その一つの主面がＣＦ基板１４１の一つの主面と対向している。ＴＦＴ基板１０２は不撓性又は可撓性である。

ＴＦＴ基板１０２の液晶層１１１と反対側の主面上に、偏向板１０１が取り付けられている。ＴＦＴ基板１０２の液晶層１１１に対する主面上には、液晶層１１１に電界を与えるための液晶駆動電極１０３（画素電極）と共通電極１０４とが配列されている。液晶駆動電極１０３と共通電極１０４との各ペアが、一つの画素の液晶に電界を与える。与えられえる電界によって、画素の透過光量が変化する。ＴＦＴ基板１０２上には、制御する画素を選択するための不図示のＴＦＴアレイが形成されている。

横電界制御型液晶パネルには、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型とＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型液晶パネルがある。図２に示す構成例は、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型である。図２においては、複数の液晶駆動電極のうちの一つのみが符号１０３で指示されており、複数の共通電極のうちの一つのみが符号１０４で指示されている。

液晶駆動電極１０３と共通電極１０４とからなる電極層を覆うように、配向膜１０５が積層されている。配向膜１０５は液晶層１１１と接触して、無電界時の液晶分子の配列状態を定義する。

ＣＦ基板１４１は、ガラス又は樹脂からなる絶縁層の透明基板である。ＣＦ基板１４１は、例えば矩形である。ＣＦ基板１４１は不撓性又は可撓性である。ＣＦ基板１４１の液晶層１１１と反対側の主面上に、偏向板１４２が取り付けられている。

ＣＦ基板１４１上に、画素を画定する格子状のブラックマトリックス１２４が積層されている。赤、緑、青のいずれかのカラーフィルタ１２３が、ブラックマトリックス１２４で囲まれている各画素の領域に形成されている。カラーフィルタ１２３上に、配向膜１２１が積層されている。配向膜１２１は、液晶層１１１に接触し、無電界時の液晶分子の配列状態を定義する。液晶パネル５を含む液晶表示装置は、さらに、液晶パネル５の背面（後側）に配置される不図示のバックライトユニット及び制御回路を含む。

図３は、液晶パネル５の断面構造例を模式的に示す。以下において、図２に示す構成との相違点を主に説明する。ＴＦＴ基板１０２上に、液晶駆動電極１０３及び共通電極１０４に代わり、画素電極１０７が形成されている。画素電極１０７は、対応する画素の液晶に電界を印加するための液晶駆動電極である。画素電極１０７は、透明電極であり、例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯで形成されている。

ＣＦ基板１４１上に、共通電極１２７が積層されている。共通電極１２７は、配向膜１２１とカラーフィルタ１２３との間に形成されている。共通電極１２７は、連続する面状の透明電極であり、例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯで形成されている。共通電極１２７は、画素に共通である。

図３に示す構成例は、縦電界制御型液晶パネルである。縦電界制御型液晶パネルは、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型とＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶表示装置である。図３においては、複数の画素電極のうちの一つのみが符号１０７で指示されている。液晶層１１１における各画素の液晶は、共通電極１２７と画素電極１０７とに挟まれており、これらの間の電圧によって、画素における液晶の向き及び透過光量が変化する。

シミ発生リスク評価装置が評価できる液晶パネル５は、カラーフィルタやＴＦＴアレイを含まないパネルでもよい。また、画素の構造を含まず、単純な電極構造(１枚のシート状透明電極)や任意の形状に加工された電極のみでもよい。

例えば、シミ発生リスク評価装置は、製品の検査において、サンプルの液晶パネルのシミ発生リスクを評価することができる。または、シミ発生リスク評価装置は、製品に使用する液晶材料の選定のため、製品と同様の構造の液晶パネル又はよりシンプルな構成の液晶パネルのシミ発生リスクを評価することができる。

電圧波形生成部２２は、液晶パネルの画素電極と共通電極に電流測定のための電圧を与える。

図２又は図３に示すような液晶パネルの評価において、電圧波形生成部２２は、画素電極への信号を伝送する信号線と共通電極（の端子）とに電圧を与える。複数の信号線が表示領域外において一つの端子に接続されていてもよい。同様に、複数のゲート線が表示領域外において一つの端子に接続されていてもよい。測定装置２は、これら端子に所定の信号を与える。

制御計算機１は、例えば、液晶パネルの表示領域の一部を選択し、その領域におけるシミ発生のリスクを評価してもよい。制御計算機１は、ゲート電圧供給部２１に、部分領域のゲート線のみにＴＦＴをＯＮにするゲート電位を与えるように指示し、電圧波形生成部２２に、部分領域の信号線のみに電圧を与えるように指示する。
［液晶パネルの測定］

以下において、液晶パネル５を流れる電流の測定方法を説明する。図４は、液晶パネル５に与えられる電圧の波形例を示す。電圧波形生成部２２は、図４に示すように、液晶パネル５に対して三角波を与える。図４に例示されている三角波は、０．１Ｈｚの周波数及び＋１０Ｖ及び−１０Ｖのピークを有している。

図５は、三角波を与えられた液晶パネル５において測定された印加電圧に対する電流波形のグラフを示す。図５のグラフにおいて、横軸は電圧であり縦軸は電流である。図４に示すように電圧は時間と共に線形に変化するため、図５のグラフにおける電圧の値は、時間も表わす。

測定に用いた液晶パネル５は、カラーフィルタとＴＦＴアレイを含まない図３に示すようなＴＮ型の液晶パネルである。なお、ポジティブ液晶とネガティブ液晶それぞれの液晶パネル５を測定した。図５は、ポジティブ液晶の電流波形２００及びネガティブ液晶の電流波形２１０を示す。

図４に示すように、印加電圧は、−１０Ｖから線形増加して＋１０Ｖに達し、＋１０から線形減少して−１０Ｖに戻る。印加電圧は、この周期を繰り返す。図５は、このように変化する印加電圧と共に変化する電流の波形を示す。液晶パネル５の液晶層の等価回路は、並列に接続されたキャパシタと抵抗で構成される。

キャパシタに流れ込む電流は、キャパシタの容量Cと電圧の時間変化の積で示される。線形に変化する電圧の時間変化量は一定であり、また図５の例において、液晶材料の容量は−１０Ｖから−３Vあたり、また＋３Ｖから＋１０Ｖにおいて一定であるため、液晶中に流れ込む電流（単位時間に蓄積される電荷）は一定となる。図５の例において、ポジティブ液晶の電流波形２００においてこの一定電流は略３０ｎＡであり、ネガティブ液晶の電流波形２１０においてこの一定電流は略４０ｎＡである。図５のグラフにおいて、液晶の抵抗による電流波形の線形変化は補正されていない。

図５に示すように、ポジティブ液晶の電流波形２００は、−３Ｖ付近の領域２０１及び＋３Ｖ付近の領域２０２において変化する。これらの変化は、液晶のスイッチングに起因する。一方、図５の測定に用いた液晶パネルでは、ネガティブ液晶を適用した場合、液晶のスイッチングが生じないため、−３Ｖ付近の領域２０１及び＋３Ｖ付近の領域２０２において電流の変化が生じない。

ポジティブ液晶の電流波形２００におけるピークカーブ２０３Ａ及び２０３Ｂは、液晶内の不純物イオンに起因する。また、ネガティブ液晶の電流波形２１０におけるピークカーブ２１３Ａ及び２１３Ｂも、液晶内の不純物イオンに起因する。液晶内の不純物イオンは、電界に応じて一方の電極から他方の電極に移動する。これにより、電流波形にピークカーブが現れる。

液晶内の不純物イオンは、液晶へ与えられるべき電界を低下させ、シミを発生させ得る。不純物イオン密度は、シミの発生と関連性を有すると考えられる。電荷量は電流の時間積分であり、不純物イオン量（の電荷量）は、液晶パネルの電流波形における不純物イオンに起因するピークカーブの面積から計算できる。不純物イオン密度は、電流波形における不純物イオンによるピークカーブの面積を、電極面積で割った値である。電極面積は液晶パネル５の構造に応じて定数が定義される。
［電流波形の分析］

図５の例において、電流波形２００におけるピークカーブ２０３Ａ若しくは２０３Ｂ又は、電流波形２１０におけるピークカーブ２１３Ａ若しくは２１３Ｂは、液晶における不純物イオン量を示す。ピークカーブの面積は、例えば、三角形をフィッティングすることで近似値を得ることができる。

しかし、不純物イオンに起因するピークカーブに一つの三角形をフィッティングして得られる近似値では、正確にシミの発生等による表示品質の優劣を適切に評価することができないことを見出した。

図６は、不純物イオン密度とシミの発生との間の関係の測定結果を示す。測定は、図４及び図５における測定方法と同様であり、不純物イオンによるピークカーブの面積は三角形で近似した。ネガティブ液晶１、２のイオン密度は、それぞれ、ポジティブ液晶１、２の一方と同等かそれら以下である。しかし、ネガティブ液晶ではシミが発生して表示品質が低下したが、ポジティブ液晶ではシミの発生は認められなかった。

シミが発生している液晶の電流波形を分析して、不純物イオンに起因するピークカーブが、複数のピークカーブ（成分）の合成であることを見出した。本開示の手法は、電流波形から、複数のピークカーブを抽出し、それらを分析することで、液晶パネルのシミ発生のリスクをより適切に評価することを可能とする。シミ発生のリスクの適切な評価は、パネル部材選定時にシミ発生のリスクが低い部材を選択可能とし、また、製品においてシミの発生予測を可能とする。

図７Ａは、シミの発生が認められた液晶パネルの、三角波電圧の印加による電流変化の測定例を示す。電流波形の測定対象の液晶パネルの構成及び電流波形の測定方法は、図４及び図５と同様である。図７Ａのグラフにおいて、横軸は三角波の電圧を示し、縦軸は電流を示す。液晶パネルの容量及び抵抗によるベース電流は補正されている。実線の曲線３００は、測定された電流波形における不純物イオンに起因するピークカーブを示し、短破線の曲線３１１及び長破線の曲線３１２は、曲線３００に対する関数フィッティングにより得られた曲線を示す。例えば、同種の１又は複数の関数（フィッティング関数）がフィッティングされる。

図７Ａのグラフの例において、フィッティング関数はガウス関数であり、測定電流波形は、１又は複数のガウス関数の和で近似される。測定電流波形３００から、二つのピークカーブ成分３１１及び３１２が抽出され、それぞれがガウス関数で表わされる。曲線３１１及び３１２は、それぞれ、移動度が近いイオン成分群によるピークカーブであり、これら二つのイオン成分群の移動度の平均値（及び中央値）は、異なっている。一つのイオン成分群は、１又は複数種類のイオンで構成されている。

このように、液晶パネル５に流れる電流波形を関数フィッティングすると、液晶パネル５内の移動度の異なる複数のイオン成分群を分離して分析可能になる。これにより、液晶パネル５内の移動度の異なる複数のイオン成分群のうち、シミ発生の主要因となるイオン成分群を推定し、シミ発生のリスクをより適切に評価することが可能となる。

一般に、液晶材料の寿命を延ばすため、液晶パネル５は交流電圧により駆動される。移動度が遅いイオン成分群は、移動度が速いイオン成分群に対して、交流電圧に対する応答が遅い。そのため、交流電圧を印加し続けた結果、表示領域内で移動度が速いイオン成分群と遅いイオン成分群の分布に偏りが生じる。特に、移動度が遅いイオン成分群は、表示領域とその外周部の境界に集積しやすく、その領域でシミが発生しやすい。

このようなイオン成分群の分布の偏りは、１画素内に収まらず、複数の連続する画素で生じるため、シミは数十の連続する画素で見えることがある。また、表示領域内の一部に、ＤＣ電圧が印加される場合がある。また、表示する階調によっても、一時的にＤＣ電圧がかかる場合がある。この場合も、表示領域内で移動度が速いイオン成分群と遅いイオン成分群の分布に偏りが生じシミが発生しやすい。また、電圧が切り替わった際に、移動度が遅いイオン成分群は移動度が早い成分群に対してイオンが緩和する速度が遅いため、シミがより視認されやすい。

そこで、本開示の評価手法の一例は、液晶パネル５に流れる電流波形が、複数のイオン成分群によるピークカーブを含む場合、それらピークカーブを抽出し（分離し）、それらにおいて移動度が相対的に遅いイオン成分群のピークカーブの分析結果に基づき、液晶パネル５におけるシミ発生のリスクを評価する。

抽出されたピークカーブから、不純物イオン成分群の複数の物性値（の推定値）を計算することができる。特徴量一つは、不純物イオン移動度（単に移動度とも呼ぶ）であり、他の一つは、不純物イオン密度（不純物イオン量）である。上述のように、ピークカーブの面積は、当該不純物イオン成分群の密度を示す。不純物イオン密度評価値は、ピークカーブの面積に基づき計算できる。

移動度評価値は、ピークカーブが示す不純物イオン成分群の移動度を評価した値であり、移動度の増減に応じて増減又は減増する。移動度評価値は、電流波形のフィッティング関数から計算される。上述のように、フィッティング関数の一例はガウス関数である。図８は、電流波形にフィッティングされたガウス関数の曲線の例を示す。液晶パネル５の容量によるベース電流はＩ_０であり、抵抗によるベース電流の変化は補正されている。

ガウス波形は、Ｉ＝Ａｅｘｐ（−１／２＊（ｔ−ｔｐ）^２／Ｗ^２）と表わされる。波形は、時刻ｔｐにおいてピーク値Ｉ_０＋Ａを示し、半値幅Ｗを有する。半値幅は、ベース電流Ｉ_０を基準とする。時刻ｔｐは、印加電圧が０Ｖからの時間を示す。

イオン移動度の推定モデルは、不純物イオンが、印加電圧の極性が変化する０Ｖ（の時刻）において一方の電極から移動を開始し、不純物イオンに起因する電流がピークを示す時刻に、もう一方の電極近傍に到着し、集積されると仮定する。イオン移動度μは、一方の電極から距離Ｌの反対側の電極にイオンが移動するときの、単位電界あたりの移動速度で表わされる。

電界ＥはＶ／Ｌ（Ｖは印加電圧）で示され、印加電圧Ｖは時間に比例するため、移動度μは１／ｔｐ^２に比例する。半値幅Ｗは、ｔｐに略同一である。したがって、移動度評価値は、ｔｐ又はＷに基づき決定することができる。移動度評価値の例は、１／ｔｐ^２、１／Ｗ^２、１／ｔｐ又は１／Ｗである。移動度評価値は、ｔｐ又はＷの他の関数で計算されてよい。

縦電界制御型液晶パネルのＬやＥは、比較的単純なモデルで決定することができる。しかし、横電界制御型液晶パネルのＬやＥは、単純なモデルで決定することは困難である。ｔｐ又はＷは、液晶パネル５の構造に依存せず、電流波形のみから決定することができる。したがって、ｔｐ又はＷに基づく評価は、高い汎用性を有する。

シミ発生リスク評価方法の一例は、分離した複数のピークカーブの１以上のピークカーブから計算される１以上の移動度評価値に基づき、シミ発生のリスクを評価する。一例において、シミ発生リスク評価方法は、相対的に遅い不純物イオン移動度に基づき、シミ発生のリスクを評価する。

不純物イオンの移動度は、図７Ａのグラフの例において、二つのピークカーブ３１１及び３１２の移動度評価値を、それぞれ、Ｅ（μａ）及びＥ（μｂ）とする。μａはピークカーブ３１１の移動度（第１移動度）であり、μｂはピークカーブ３１２の移動度（第２移動度）である。μａ＞μｂの関係が成立する。上述のように、移動度評価値Ｅ（μａ）及びＥ（μｂ）は、それぞれ、ピークカーブ３１１及び３１２のピーク時刻又は半値幅に基づき計算できる。ピーク時刻は、電圧０Ｖを基準とした、ピーク電圧の時刻である。

シミ発生リスク評価方法は、例えば、より遅い移動度μｂの移動度評価値Ｅ（μｂ）からシミ発生リスク評価値を決定する。移動度が遅い程、シミが発生し易いからである。シミ発生リスク評価値を決定すると、パネルの表示品位低下のリスクを適切に判定できる。一例は、移動度評価値Ｅ（μｂ）を、シミ発生リスク評価値として使用する。当該方法は、移動度評価値Ｅ（μｂ）と所定値とを比較し、その大小関係に基づき、シミ発生のリスクの有無を判定する。他の例は、移動度評価値Ｅ（μｂ）を所定関数に代入して、シミ発生リスクの数値を算出してもよい。

他の例において、シミ発生リスク評価方法は、移動度評価値Ｅ（μａ）及び移動度評価値Ｅ（μｂ）に基づき、シミ発生のリスクを評価する。一例は、移動度評価値Ｅ（μａ）と移動度評価値Ｅ（μｂ）の比に基づきシミ発生のリスクを評価する。移動度評価値Ｅ（μａ）と移動度評価値Ｅ（μｂ）の差に基づきシミ発生のリスクを評価してもよい。

不純物イオンの移動度は、配向膜や画素構造といった液晶パネルの構成により大きく変化し、また、同一設計の液晶パネル５の間でも変化し得る。同一液晶パネル内の異なる移動度の比や差といった相違量（関係）に基づきシミ発生のリスクを評価することで、より適切に液晶パネル５のシミ発生のリスクを評価できる。

シミ発生リスク評価方法は、例えば、より遅い移動度μｂのイオン濃度評価値に基づき、シミ発生のリスクを評価してもよい。不純物イオン密度が大きい程、シミが発生し易いからである。上述のように、イオン濃度評価値は、フィッティングされたガウス波形の面積（積分）に基づき決定される。具体的には、ガウス波形Ｉの面積は、Ｓ＝ＡＷ√２πである。例えば、シミ発生リスク評価方法は、移動度評価値Ｅ（μｂ）を参照することなく、移動度μｂのイオン濃度評価値からシミ発生リスク評価値を決定する。一例は、イオン濃度評価値を、シミ発生リスク評価値として使用する。

当該方法は、イオン濃度評価値と所定値とを比較し、その大小関係に基づき、シミ発生のリスクの有無を判定する。他の例は、イオン濃度評価値を所定関数に代入して、シミ発生リスクの数値を算出してもよい。移動度μａ及びμｂのイオン濃度評価値の相違量に基づき、シミ発生リスクを評価してもよい。

他の例において、シミ発生リスク評価方法は、移動度μｂの移動度評価値Ｅ（μｂ）及びイオン濃度評価値に基づき、シミ発生のリスクを評価する。二種類の評価値はより適切な評価を可能とする。一例において、シミ発生リスク評価方法は、移動度評価値Ｅ（μｂ）及びイオン濃度評価値それぞれから、シミ発生リスク評価値を決定し、二つのシミ発生リスク評価値がそれぞれ所定条件を満たす場合に、シミ発生のリスクがあると判定する。他の例は、移動度評価値及びイオン濃度評価値を所定関数に代入して、シミ発生リスクの数値を算出してもよい。

上記シミ発生リスク評価方法は、三角波の電圧を印加する。他の例において、測定期間において印加電圧が一定であってもよい。例えば、印加電圧は矩形波であって、電圧が一定の期間において、不純物イオンに起因するピーク波形を分析する。印加電圧が一定である場合（例えば正の電圧と負の電圧を繰り返す矩形波）、不純物イオン移動度μは１／ｔｐに比例する。不純物イオン密度は、三角波印加電圧と同様に、ガウス波形の面積から計算できる。

印加電圧が一定である場合、上述の不純物イオンに起因する二つのピーク波形及び液晶スイッチングに起因する電流変化（図５を参照）を分離することができるように、適切な電圧値を選択することが重要である。例えば、大きすぎる電圧は、全ての要因の電流変化を一つにまとめてしまい、異なる要因による波形を適切に分離することを不可能としてしまう。

三角波電圧は、各周期において時間の経過と共に負の電圧から正の電圧へ漸増する、又は、正の電圧から負の電圧に漸減するため、異なる移動度の不純物イオンのピークカーブ及び液晶のスイッチングによる電流変化を適切に分離することができる。正の電圧及び負の電圧は、二つの電極の間の電位の関係を意味する。三角波と異なる正の電圧と負の電圧の間で周期的に変化する電圧、例えば正弦波が印加されてもよい。不純物イオンのピークカーブを得るため、三角波の１周期のみの電圧が印加されてもよい。

上記シミ発生リスク評価方法は、室温で液晶パネル５に流れる電流波形を測定する。他の例において、測定温度は室温より高い温度であってもよい。例えば、温度４０℃で液晶パネル５に流れる電流波形を測定し、不純物イオンに起因するピーク波形を分析する。

測定温度が室温より高い温度である場合、液晶の粘弾性が小さくなるため、例えばイオンサイズの大きな不純物イオンでも電極間を移動する速度が速くなる。また、不純物のイオンへの遊離が促進されるため、不純物イオン密度が高くなる。その結果、複数のイオン成分群によるピークカーブを感度良く抽出することができる。測定温度が室温より高い温度である場合、不純物イオン移動度μは１／ｔｐ^２に比例し、不純物イオン密度はガウス波形の面積から計算できる。

図９は、液晶パネルの不純物イオン移動度、不純物イオン濃度及びシミ発生の関係の測定結果を示す。測定対象の液晶パネルは、図６に示す測定結果の液晶パネルと同一である。二つのポジティブ液晶の液晶パネルにおいて、ガウス関数を使用した関数フィッティングにより得られた、不純物イオンに起因するピーク波形の数は１であった。二つのポジティブ液晶の液晶パネルにおいて、シミの発生は認められず、表示品質の低下はなかった。

二つのネガティブ液晶の液晶パネルにおいて、ガウス関数を使用した関数フィッティングにより得られた、不純物イオンに起因するピーク波形の数は２であった。二つのネガティブ液晶の液晶パネルにおいて、シミの発生が認められ、表示品質が低下した。

図９の表において、不純物イオン移動度μａはポジティブ液晶の一つのピークカーブの移動度又はネガティブ液晶の二つのピークカーブの内の早い移動度の値を示す。不純物イオン移動度μｂは、ネガティブ液晶の二つのピークカーブのうちの遅い移動度の値を示す。移動度は、フィッティングされたガウス波形のピーク時刻から計算した。イオン密度は、フィッティングされたガウス波形の面積から計算した。

図９に示すように、不純物イオンに起因するピークカーブの数が二つである電流波形を示し、シミが発生した液晶パネルにおいて、不純物イオン移動度の比（１００＊μｂ／μａ［％］）が１４％以下であった。また、不純物イオンに起因するピークカーブの数が二つである電流波形を示し、シミが発生した液晶パネルにおいて、移動度μｂの不純物イオン密度が９０ｐＣ／ｃｍ^２以上であった。また、不純物イオンに起因するピークカーブの数が一つである電流波形を示し、シミが発生しなかった液晶パネルにおいて、不純物イオン密度は、３８１ｐＣ／ｃｍ^２以下であった。

図１０は、シミ発生リスク評価装置による液晶パネル５のシミ発生リスクの評価処理のフローチャートである。測定装置２は、液晶パネル５に流れる電流を測定する（Ｓ１０１）。具体的には、測定装置２のゲート電圧供給部２１及び電圧波形生成部２２は、測定条件設定部１１による設定に従い、液晶パネル５に電圧を与える。電圧波形生成部２２の与える電圧は、例えば、正の値と負の値の間で漸増及び漸減を繰り返す三角波である。電流測定部２３は、液晶に電界を与える電極間に流れる電流を測定する。

制御計算機１の電流分析部１２は、電流測定部２３から、測定結果を受け取り、ノイズを除去する（Ｓ１０２）。ノイズは、高周波ノイズ及び液晶スイッチングによる電流変化を含む。例えば、電流分析部１２は、所定期間の電流信号（電流波形）を選択することで、液晶スイッチングによる電流変化を除去する。

電流分析部１２は、電流波形において、液晶の抵抗による電流変化を補正する（ベース補正）（Ｓ１０３）。例えば、時間対して線形変化する電圧に対して、電流信号は抵抗成分により線形変化する。

電流分析部１２は、電流波形から、フィッティング関数によって不純物イオンに起因する１以上のピークカーブを分離、抽出する（Ｓ１０４）。フィッティング関数の例は、ガウス関数である。例えば、電流測定部２３は、フィッティングするガウス関数の数を増やしながら、適切な数のガウス関数を電流波形にフィッティングする。

電流分析部１２は、最初に一つのガウス関数を電流波形にフィッティングし、誤差（例えば平均値）を計算する。誤差が規定値より小さい場合、本ステップが終了する。誤差が規定値より大きい場合、電流分析部１２は、フィッティングするガウス関数を追加し、二つのガウス関数の和を電流波形にフィッティングする。電流波形と１以上のガウス関数の和からなるフィッティング関数との誤差が規定値未満となる数が、適切なガウス関数の数である。適用したガウス関数は、それぞれ、不純物イオンによるピークカーブの近似波形を示す。

電流分析部１２は、適用したガウス関数（分離したピークカーブ）それぞれの係数から、イオン密度及び移動度を算出する（Ｓ１０５）。イオン密度及び移動度の計算方法は、上述の通りである。さらに、電流分析部１２は、関数フィッティングにより得られたピークカーブの数をカウントする（Ｓ１０６）。

ピークカーブの数が１である場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、電流分析部１２は、当該ピークカーブから計算されたイオン密度に基づき、シミ発生のリスクを評価する（Ｓ１０７）。電流分析部１２は、その評価結果を出力装置に出力する又は記憶装置に格納する。例えば、電流分析部１２は、不純物イオン密度評価値が閾値を超える場合にシミ発生のリスクが高いと判定し、その評価結果を表示する。又は、電流分析部１２は、不純物イオン密度評価値から計算したシミ発生リスク評価値を表示する。

ピークカーブの数が１より多い場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、電流分析部１２は、二つのピークカーブの移動度評価値の比に基づき、シミ発生のリスクを評価する（Ｓ１０８）。ピークカーブの数が２より多い場合、電流分析部１２は、予め設定された基準に従って二つのピークカーブを選択する。例えば、電流分析部１２は、移動度が最も早いピークカーブと最も遅いピークカーブを選択する。

電流分析部１２は、評価結果を出力装置に出力する又は記憶装置に格納する。例えば、電流分析部１２は、移動度評価値の比が閾値を超える場合にシミ発生のリスクが高いと判定し、その評価結果を表示する。又は、電流分析部１２は、移動度評価値の比から計算したシミ発生リスク評価値を表示する。

電流分析部１２によるピークカーブに基づくシミ発生の評価方法は、上記例に限定されず、図７Ａ及び８を参照して説明したいずれの方法を使用してもよい。電流波形の不純物イオンの分析によるシミ発生のリスク評価は装置を使用しなくてもよい。

電流波形から分離される不純物イオンによるピークカーブの数は、３以上であることがある。図１１Ａは、シミの発生が認められた液晶パネルの、三角波電圧の印加による電流変化の測定例を示す。電流波形の測定対象の液晶パネルの構成及び電流波形の測定方法は、図７Ａと同様である。図１１Ａのグラフにおいて、横軸は三角波の電圧を示し、縦軸は電流を示す。

液晶パネルの容量及び抵抗によるベース電流は補正されている。実線の曲線３５０は、測定された電流波形における不純物イオンに起因するピークカーブを示し、短破線の曲線３６１、長破線の曲線３６２及び一点鎖線の曲線３６３は、曲線３５０に対する関数フィッティングにより得られた曲線を示す。同一種類の複数の関数がフィッティングされる。図１１Ａのグラフにおいて、フィッティング関数はガウス関数である。測定電流波形３５０から、三つのピークカーブ成分３６１、３６２及び３６３が抽出され、それぞれがガウス関数で表わされる。

図１０を参照して説明したように、関数フィッティングの一例は、適用する関数の数を増加させながら、電流波形にフィッティングする関数の適切な数を決定する。複数の関数の和であるフィッティングされた関数と電流波形と間の誤差（例えば誤差平均値）が規定範囲内にある場合、その関数は適切に電流波形にフィッティングされていると判定される。

図７Ｂは、図７Ａに示す二つのガウス関数の和と電流波形との関係を示す。実線の曲線３００は、測定された電流波形における不純物イオンに起因するピークカーブを示し、破線の曲線３１３は、図７Ａの二つの曲線３１１、及び３１２の和を示す。電流波形３００とフィッティングされた曲線３１３との間の誤差は小さく、曲線３１３が適切なフィッティング曲線であることが分かる。

また、図１１Ｂは、図１１Ａに示す三つのガウス関数の和と電流波形との関係を示す。実線の曲線３５０は、測定された電流波形における不純物イオンに起因するピークカーブを示し、破線の曲線３６４は、図１１Ａの三つの曲線３６１、３６２及び３６３の和を示す。電流波形３５０とフィッティングされた曲線３６４との間の誤差は小さく、曲線３６４が適切なフィッティング曲線であることが分かる。

なお、上述したフィッティング曲線は二つもしくは３つのガウス関数の和の場合を示したが、４つ以上のガウス関数の和となる場合にも適用できる。また、ガウス関数以外の関数でフィッティングしてもよい。さらに、フィッティングする関数の数は予め決めておいてもよい。

不純物イオンの移動度は、図１１Ａのグラフの例において、３つのピークカーブ３６１、３６２及び３６３の移動度評価値を、それぞれ、Ｅ（μａ）、Ｅ（μｂ）及びＥ（μｃ）とする。μａ＞μｂ＞μｃの関係が成立する。移動度評価値Ｅ（μａ）及びＥ（μｂ）は、それぞれ、ピークカーブ３６１、３６２及び３６３のピーク時刻又は半値幅に基づき計算できる。ピーク時刻は、電圧０Ｖを基準とした、ピーク電圧の時刻である。

シミ発生リスク評価方法は、例えば、移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）からシミ発生リスク評価値を決定する。移動度が遅い程、シミが発生し易いからである。一例は、移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）を、シミ発生リスク評価値として使用する。当該方法は、移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）と所定値とを比較し、その大小関係に基づき、シミ発生のリスクの有無を判定する。他の例は、移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）を所定関数に代入して、シミ発生リスクの数値を算出してもよい。

他の例において、シミ発生リスク評価方法は、移動度評価値Ｅ（μａ）及び移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）に基づき、シミ発生のリスクを評価する。一例は、移動度評価値Ｅ（μａ）と移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）の比に基づきシミ発生のリスクを評価する。移動度評価値Ｅ（μａ）と移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）の差に基づきシミ発生のリスクを評価してもよい。

不純物イオンの移動度は、配向膜や画素構造といった液晶パネルの構成により大きく変化し、また、同一設計の液晶パネル５の間でも変化し得る。同一液晶パネル内の異なる移動度の比や差といった相違量（関係）に基づきシミ発生のリスクを評価することで、より適切に液晶パネル５のシミ発生のリスクを評価できる。

シミ発生リスク評価方法は、例えば、より遅い移動度μｂ又は移動度μｃのイオン濃度評価値に基づき、シミ発生のリスクを評価してもよい。不純物イオン密度が大きい程、シミが発生し易いからである。例えば、シミ発生リスク評価方法は、移動度評価値Ｅ（μｂ）又は移動度評価値Ｅ（μｃ）を参照することなく、移動度μｂ又は移動度μｃのイオン濃度評価値からシミ発生リスク評価値を決定する。一例は、イオン濃度評価値を、シミ発生リスク評価値として使用する。

当該方法は、イオン濃度評価値と所定値とを比較し、その大小関係に基づき、シミ発生のリスクの有無を判定する。他の例は、イオン濃度評価値を所定関数に代入して、シミ発生リスクの数値を算出してもよい。移動度μａ及び移動度μｂ又は移動度μｃのイオン濃度評価値の相違量に基づき、シミ発生リスクを評価してもよい。

他の例において、シミ発生リスク評価方法は、移動度μｂの移動度評価値Ｅ（μｂ）及びイオン濃度評価値又は移動度μｃの移動度評価値Ｅ（μｃ）及びイオン濃度評価値に基づき、シミ発生のリスクを評価する。二種類の評価値はより適切な評価を可能とする。一例において、シミ発生リスク評価方法は、移動度μｂの移動度評価値Ｅ（μｂ）及びイオン濃度評価値又は移動度μｃの移動度評価値Ｅ（μｃ）及びイオン濃度評価値それぞれから、シミ発生リスク評価値を決定し、二つのシミ発生リスク評価値がそれぞれ所定条件を満たす場合に、シミ発生のリスクがあると判定する。他の例は、移動度評価値及びイオン濃度評価値を所定関数に代入して、シミ発生リスクの数値を算出してもよい。

上記シミ発生リスク評価方法は、三角波の電圧を印加する。他の例において、測定期間において印加電圧が一定であってもよい。例えば、印加電圧は矩形波であって、電圧が一定の期間において、不純物イオンに起因するピーク波形を分析する。印加電圧が一定である場合（例えば正の電圧と負の電圧を繰り返す矩形波）、不純物イオン移動度μは１／ｔｐに比例する。不純物イオン密度は、三角波印加電圧と同様に、ガウス波形の面積から計算できる。

印加電圧が一定である場合、上述の不純物イオンに起因する３つのピーク波形及び液晶スイッチングに起因する電流変化（図５を参照）を分離することができるように、適切な電圧値を選択することが重要である。例えば、大きすぎる電圧は、全ての要因の電流変化を一つにまとめてしまい、異なる要因による波形を適切に分離することを不可能としてしまう。

三角波電圧は、各周期において時間の経過と共に負の電圧から正の電圧へ漸増する、又は、正の電圧から負の電圧に漸減するため、異なる移動度の不純物イオンのピークカーブ及び液晶のスイッチングによる電流変化を適切に分離することができる。正の電圧及び負の電圧は、二つの電極の間の電位の関係を意味する。三角波と異なる正の電圧と負の電圧の間で周期的に変化する電圧、例えば正弦波が印加されてもよい。不純物イオンのピークカーブを得るため、三角波の１周期のみの電圧が印加されてもよい。

図１２は、液晶パネルの不純物イオン移動度、不純物イオン濃度及びシミ発生の関係の測定結果を示す。二つのネガティブ液晶の液晶パネルにおいて、ガウス関数を使用した関数フィッティングにより得られた、不純物イオンに起因するピーク波形の数は３であった。二つのネガティブ液晶の液晶パネルにおいて、シミの発生が認められ、表示品質が低下した。

図１２において、不純物イオン移動度μａはネガティブ液晶の二つのピークカーブの内の最も早い移動度の値を示す。不純物イオン移動度μｂは、ネガティブ液晶の二つのピークカーブのうちのμａの次に速い移動度の値を示す。不純物イオン移動度μｃは、ネガティブ液晶の二つのピークカーブのうちの最も遅い移動度の値を示す。移動度は、フィッティングされたガウス波形のピーク時刻から計算した。イオン密度は、フィッティングされたガウス波形の面積から計算した。

図１２に示すように、不純物イオンに起因するピークカーブの数が３つである電流波形を示し、シミが発生した液晶パネルにおいて、不純物イオン移動度の比（１００＊μｂ／μａ［％］）が１７．９％以下であった。また、不純物イオン移動度の比（１００＊μｃ／μａ［％］）が２．１％以下であった。また、不純物イオンに起因するピークカーブの数が３つである電流波形を示し、シミが発生した液晶パネルにおいて、移動度μｂの不純物イオン密度が１２１ｐＣ／ｃｍ^２以上であった。また、移動度μｃの不純物イオン密度が１７８ｐＣ／ｃｍ^２以上であった。

移動度の比に基づくシミ発生リスク評価方法は、３以上のピークカーブから二つのピークカーブを選択する。シミ発生には移動度が遅い不純物イオンの影響が大きい。そこで、一例は、移動度が最も速いピークカーブと最も遅いピークカーブを選択する。他の例は、不純物イオン密度が所定値より多いピークカーブにおいて、最も速いピークカーブと最も遅いピークカーブを選択する。なお、上述した評価方法は、ピークカーブが二つまたは３つの場合を述べたが、ピークカーブが４つ以上の場合でも適用できる。

複数のピークカーブから選択した一つのピークカーブのみからシミ発生のリスクを判定する場合、例えば、移動度が最も遅いピークカーブが選択される。他の例においては、不純物イオン密度が所定値より多いピークカーブにおいて、最も遅いピークカーブが選択される。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１ 制御計算機、２ 測定装置、１１ 測定条件設定部、１２ 電流分析部、２１ ゲート電圧供給部、２２ 電圧波形生成部、２３ 電流測定部、１００ 表示装置、１０１ 偏向板、１０２ ＴＦＴ基板、１０３ 液晶駆動電極、１０４ 共通電極、１０５ 配向膜、１０７ 画素電極、１１１ 液晶層、１２１ 配向膜、１２３ カラーフィルタ、１２４ ブラックマトリックス、１４１ カラーフィルタ基板、１４２ 偏向板

Claims (13)

1. 液晶パネルの表示品位低下の評価方法であって、
   液晶パネルに電圧を印加し、
   前記電圧により前記液晶パネルに流れる電流波形を測定し、
   前記電流波形から、前記液晶パネルの液晶内のイオンに起因する複数のピークカーブを抽出し、
   前記複数のピークカーブにおいて最も速い第１移動度よりも遅い第２移動度に対応する第２ピークカーブの分析結果に基づき、表示品位低下を評価する、
   評価方法。
2. 請求項１に記載の評価方法であって、
   前記第２ピークカーブの分析結果に基づき、前記第２移動度の評価値を決定し、
   前記第２移動度の評価値に基づき、表示品位低下を評価する、
   評価方法。
3. 請求項１に記載の評価方法であって、
   前記第１移動度に対応する第１ピークカーブの分析結果に基づき、前記第１移動度の評価値を決定し、
   前記第１移動度の評価値と前記第２移動度の評価値と、の間の相違量に基づき、表示品位低下を評価する、
   評価方法。
4. 請求項３に記載の評価方法であって、
   前記相違量は、前記第１移動度の評価値と前記第２移動度の評価値との比である、
   評価方法。
5. 請求項３に記載の評価方法であって、
   前記複数のピークカーブに対応する移動度において、前記第１移動度は最大であり、前記第２移動度は最小である、
   評価方法。
6. 請求項３に記載の評価方法であって、
   前記第１移動度の評価値を前記第１ピークカーブの第１ピーク時刻に基づき決定し、前記第２移動度の評価値を前記第２ピークカーブの第２ピーク時刻に基づき決定する、
   評価方法。
7. 請求項６に記載の評価方法であって、
   前記第１移動度の評価値は、前記第１ピーク時刻の二乗に反比例し、
   前記第２移動度の評価値は、前記第２ピーク時刻の二乗に反比例する、
   評価方法。
8. 請求項１に記載の評価方法であって、
   前記電流波形に対して複数の同種のフィッティング関数をフィッティングすることによって、前記複数のピークカーブを特定する、
   評価方法。
9. 請求項８に記載の評価方法であって、
   前記フィッティング関数はガウス関数である、
   評価方法。
10. 請求項１に記載の評価方法であって、
    前記電圧は三角波である、
    評価方法。
11. 請求項１に記載の評価方法であって、
    前記第２ピークカーブを分析して、イオン密度の評価値を決定し、
    前記イオン密度の評価値に基づき、表示品位低下を評価する、
    評価方法。
12. 請求項１に記載の評価方法であって、
    前記電流波形において、第１ピークカーブと第２ピークカーブと、を特定し、
    前記第２ピークカーブの半値幅に基づき、前記第２移動度の評価値を決定し、
    前記第２移動度の評価値に基づき、表示品位低下を評価する、
    評価方法。
13. 液晶パネルの表示品位低下の評価装置であって、
    液晶パネル内の液晶に電圧を与え、前記電圧により前記液晶パネルに流れる電流の電流波形を測定する、第１装置と、
    前記電流波形から、前記液晶パネルの液晶内のイオンに起因する複数のピークカーブを抽出し、
    前記複数のピークカーブにおいて最も速い第１移動度よりも遅い第２移動度に対応する第２ピークカーブの分析結果に基づき、表示品位低下を評価する、第２装置と、
    を含む評価装置。

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