JP5315136B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式の液晶表示装置に適用して有効な技術に関するものである。

液晶表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）などに代表される自発光型の表示装置と異なり、光源からの光の透過光量または外光の反射光量あるいはその両方を調節することで映像や画像を表示する非発光型の表示装置である。

また、液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった特徴を有し、近年、液晶テレビ、パーソナルコンピュータ用の液晶ディスプレイ、携帯電話端末などの携帯型電子機器の液晶ディスプレイなどに広く用いられている。

液晶表示装置は、液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルを駆動させる駆動回路とを有する。液晶表示パネルは、一対の基板の間に液晶材料が封入された表示パネルであり、多数の画素の集合で構成される表示領域を有する。このとき、それぞれの画素は、画素電極、共通電極、および液晶層を有し、画素電極と共通電極との電位差によって液晶層（液晶分子）の配向を変化させることで、透過光量または反射光量あるいはその両方が変化する。またこのとき、画素電極と共通電極との配置方法は、画素電極と共通電極とを異なる基板に配置する方法と、同じ基板に配置する方法とに大別される。

画素電極と共通電極とを同じ基板に配置した液晶表示パネルは、一般に、ＩＰＳ方式と呼ばれており、液晶分子を面内方向で回転させることで、実効的な光軸を面内で回転させ、透過光量または反射光量あるいはその両方を調節する。このＩＰＳ方式を適用した液晶表示パネルを有する液晶表示装置は、液晶層の配向方向が水平に近いので、視野角変化による液晶層のリタデーション変化が小さい。そのため、ＩＰＳ方式の液晶表示装置は、広視野角を達成できることが知られている。

ＩＰＳ方式の液晶表示パネルにおける画素電極と共通電極との配置方法は、絶縁層の同一面に対向させて配置する方法と、絶縁層を介して積層させて配置する方法とに大別される。画素電極と共通電極とを絶縁層の同一面に配置する方法では、画素電極および共通電極の平面形状を櫛歯状にし、たとえば、画素電極の歯の部分と共通電極の歯の部分とが交互に並ぶように配置する。また、画素電極と共通電極とを積層させて配置する方法では、たとえば、液晶層に近いほうの電極の平面形状を櫛歯状にし、他方の電極の平面形状を平板状にする。

ところで、液晶テレビや液晶ディスプレイなどの液晶表示装置では、通常、画素電極の電位と共通電極の電位との高低の関係を、あらかじめ定められたフレーム期間毎に反転させる。そのため、従来の液晶表示装置では、たとえば、画素電極に正電圧を印加したときと、負電圧を印加したときとで、透過率の面内分布が異なり、フリッカと呼ばれる現象が発生するという問題がある。なお、前記正電圧は、共通電極の電位よりも高い電位の電圧であり、前記負電圧は、共通電極の電位よりも低い電位の電圧である。

フリッカの発生要因としては、たとえば、ＴＦＴ素子がオンからオフに切り替わる際の寄生容量を介した飛び込み電圧により画素電極の電位が変動し、直流電圧成分（ＤＣ電圧成分）が生じることが挙げられる。そのため、従来の液晶表示装置では、たとえば、画素電極に加える階調電圧に、当該画素電極の電位の変動により生じるＤＣ電圧成分を打ち消す成分（以下、ＤＣオフセット電圧という）を付加することで、フリッカを抑制している（たとえば、特許文献１を参照。）。

特許文献１および以下の説明で参照する先行技術文献は、下記の通りである。

特開平０７−０２０４４０号公報

チャンドラセカール著、「液晶の物理学」、吉岡書店、1995年9月25日、p.235-240 T. Takahashi, et.al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol.37, 1998, p.1865. E.K.Tidey, et.al. Liq. Cryst. Vol.34, No.2, 2007, p.251. Darren R. Link, et.al. Phys. Rev. E, Vol.65, 2001, 010701.

ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、階調電圧にＤＣオフセット電圧を付加する場合、ＤＣオフセット電圧に対するフリッカ強度を測定すると、当該フリッカ強度は、あるＤＣオフセット電圧で最小値をとることが知られている。

しかしながら、従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置では、フリッカ強度が最小値になるようにＤＣオフセット電圧を設定したとしても、フリッカ強度がゼロにならないことが多い。

本発明の目的は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置におけるフリッカ強度を、表示品質に影響しない程度まで小さくすることが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置におけるフリッカ強度を容易に小さくすることが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。

（１）第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟持された液晶層と、前記第１の基板に対して前記液晶層が配置された側の反対側に配置された第１の偏光板と、前記第２の基板に対して前記液晶層が配置された側の反対側に配置された第２の偏光板とを有し、前記第２の基板の液晶層が配置された側に、画素電極と共通電極を有し、前記画素電極および前記共通電極のいずれか一方、もしくはその両方が櫛歯状の液晶表示装置であって、前記液晶層は、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３の両方が±７ｐＣ／ｍ以下である液晶表示装置。

（２）前記（１）の液晶表示装置において、前記液晶層は、弾性定数Ｋ_１１，Ｋ_３３の両方が１３ｐＮ以上である液晶表示装置。

（３）前記（１）の液晶表示装置において、前記液晶層は、弾性定数Ｋ_１１，Ｋ_３３の両方が１６ｐＮ以上である液晶表示装置。

（４）前記（１）の液晶表示装置において、前記画素電極および前記共通電極は、絶縁層を介して積層されており、かつ、前記液晶層に近いほうの電極が櫛歯状であり、当該液晶層に近いほうの電極の歯の数をｕ本としたときに、前記液晶層の誘電率異方性Δεと前記歯の数ｕとの間に、下記数式１の関係がある液晶表示装置。

（５）前記（１）の液晶表示装置において、前記画素電極および前記共通電極は、絶縁層を介して積層されており、かつ、前記液晶層に近いほうの電極が櫛歯状であり、当該液晶層に近いほうの電極の外周部と、前記液晶層との間に、前記液晶層の比誘電率よりも低い誘電率を持つ誘電体キャップを有する液晶表示装置。

（６）前記（５）の液晶表示装置において、前記液晶層に近いほうの電極と前記誘電体キャップとの重畳領域の面積は、当該電極の面積に対して１０％以上９０％未満である液晶表示装置。

（７）前記（１）の液晶表示装置において、前記液晶層は、前記第１の基板側の界面での極角アンカリング強度が、前記第２の基板側の界面での極角アンカリング強度よりも小さい液晶表示装置。

（８）前記（１）の液晶表示装置において、前記画素電極および前記共通電極は、絶縁層を介して積層されており、かつ、前記液晶層に近いほうの電極が櫛歯状であり、前記液晶層に近いほうの電極の歯の幅をＬ、歯の間隙をＳとしたときに、０．３≦Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）≦０．５である液晶表示装置。

（９）第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟持された液晶層と、前記第１の基板に対して前記液晶層が配置された側の反対側に配置された第１の偏光板と、前記第２の基板に対して前記液晶層が配置された側の反対側に配置された第２の偏光板とを有し、前記第２の基板の液晶層が配置された側に、絶縁層を介して積層された画素電極と共通電極を有し、前記画素電極および前記共通電極のうちの、前記液晶層に近いほうの電極が櫛歯状であり、前記画素電極の電位と前記共通電極の電位との高低の関係を、あらかじめ定められたフレーム期間毎に反転させる液晶表示装置であって、前記液晶層に近いほうの電極の歯の数をｕとしたとき、歯の上における透過率変動率ＴＰＰ１、および歯の間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰ２が、それぞれ、下記数式２および下記数式３の関係を満たす液晶表示装置。

（１０）前記（９）の液晶表示装置において、前記液晶層は、誘電率異方性が正の値である液晶表示装置。

（１１）前記（９）の液晶表示装置において、前記液晶層は、誘電率異方性が負の値である液晶表示装置。

本発明の液晶表示装置によれば、フリッカ強度を、表示品質に影響しない程度まで小さくすることができる。

また、本発明の液晶表示装置によれば、フリッカ強度を容易に小さくすることができる。

本発明に関わる液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。 図１のＡ−Ａ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 図１のＢ−Ｂ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 画素電極の平面形状に関する第１の変形例を示す模式平面図である。 画素電極の平面形状に関する第２の変形例を示す模式平面図である。 走査信号線の信号入力端からの距離が異なる２つの画素における画素電極の電位の変動の様子の一例を示す模式図である。 ＤＣオフセット電圧とフリッカ強度との関係の一例を示す模式図である。 液晶層の配向とフレクソ分極との関係の一例を示す模式図である。 液晶表示パネルに生じる電界とフレクソ分極との関係の一例を示す模式断面図である。 フレクソ分極と液晶分子の配向との関係の一例を示す模式平面図である。 フレクソ分極による液晶層の配向変化を調べるための画素構造のモデルを示す模式断面図である。 図１１に示したモデルにおける画素電極の印加電圧と透過率の時間変化との関係の一例を示す模式図である。 図１１に示したモデルにおける画素電極の印加電圧と透過率の面内分布との関係の一例を示す模式図である。 図１１に示したモデルと同等の画素を有する液晶表示パネルにおける画素電極の印加電圧と透過率との関係の一例を示す模式図である。 ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置におけるフリッカ強度と透過率変動率との関係の一例を示す模式図である。 ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置における画素電極の歯の数と透過率変動率との関係の一例を示す模式図である。 フレクソ係数と透過率の面内分布との関係の一例を示す模式図である。 フレクソ係数とフリッカ強度との関係の一例を示す模式図である。 画素電極および共通電極の別の配置方法の一例を示す模式平面図である。 図１９のＣ−Ｃ’線における液晶表示パネルの断面構成の一例を示すもいき断面図である。 電界を印加したときの液層分子の配向の変化の一例を示す模式断面図である。 本発明による実施例２の液晶表示パネルにおける断面構成の一例を示す模式断面図である。 図２２に示した構成の液晶表示パネルにおける液晶層の誘電率異方性と透過率の面内分布との関係の一例を示す模式図である。 画素電極の歯の間隙の上における液晶層の誘電率異方性と透過率変動率との関係を示す模式図である。 画素電極の歯の数とフリッカ強度との関係の一例を示す模式図である。 本発明の実施例３の液晶表示パネルにおける主要部の平面構成の一例を示す模式平面図である。 図２６のＤ−Ｄ’線における液晶表示パネルの主要部の断面構成の一例を示す模式断面図である。 本発明による実施例５の液晶表示装置の作用効果を説明するための模式図である。

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１乃至図５は、本発明に関わる液晶表示パネルの概略構成の一例を説明するための模式図である。
図１は、本発明に関わる液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。図４は、画素電極の平面形状に関する第１の変形例を示す模式平面図である。図５は、画素電極の平面形状に関する第２の変形例を示す模式平面図である。

本発明は、前述のように、ＩＰＳ方式の液晶表示装置におけるフリッカ強度を小さくすることを目的としている。液晶表示装置は、液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルを駆動させるための駆動回路を有する。また、透過型と呼ばれる液晶表示装置は、液晶表示パネルおよび駆動回路に加え、照明装置（バックライトユニット）を有する。

また、本発明は、液晶表示装置のうちの、液晶表示パネルの構成に関する。液晶表示パネルは、第１の基板と第２の基板の間に液晶材料が封入された表示パネルであり、多数の画素からなる表示領域を有する。このとき、それぞれの画素は、たとえば、ＴＦＴ素子、画素電極、共通電極、および液晶層を有する。ＩＰＳ方式の場合、それぞれの画素は、たとえば、図１乃至図３に示すような構成になっている。

第１の基板１および第２の基板２は、たとえば、透明性と平坦性に優れ、かつ、イオン性不純物の含有が少ないホウケイサンガラスでなる。

第１の基板１は、液晶層３（第２の基板２）と対向する面に、ブラックマトリクス４、カラーフィルタ５、平坦化膜６、および第１の配向膜７が形成されている。また、第１の基板１は、たとえば、液晶層３と対向する面とは反対側の面に、帯電防止用の裏面電極８が形成されており、当該裏面電極８の上に、第１の偏光板９が貼り付けられている。

第２の基板２は、液晶層３（第１の基板１）と対向する面に、走査信号線１０、第１の絶縁層１１、映像信号線１２、ＴＦＴ素子１３の半導体層、ＴＦＴ素子１３のソース電極１３ｓ、第２の絶縁層１４、共通電極１５、第３の絶縁層１６、画素電極１７、および第２の配向膜１８が形成されている。また、第２の基板２は、液晶層３と対向する面とは反対側の面に、第２の偏光板１９が貼り付けられている。

このとき、共通電極１５および画素電極１７のうちの、液晶層３から近い位置にある画素電極１７は、平面形状が櫛歯状になっており、コンタクトホールＣＨによりソース電極１３ｓと接続している。なお、図１に示した平面構成の一例では、１つの画素電極１７が、ｙ方向に延伸する細長い部分（以下、歯という）を６本有し、当該６本の歯がｘ方向に並んでいる。また、液晶層３から遠い位置にある共通電極１５は、複数の画素で共有される電極であり、平面形状が平板状または帯状になっている。

液晶層３は、たとえば、屈折率異方性が正の液晶材料でなり、画素電極と共通電極との電位差がゼロのときにホモジニアス配向になる。

画素電極１７の歯の部分の延伸方向が、図１に示したように映像信号線１２の延伸方向（ｙ方向）と概略平行の場合、基板平面で見た液晶分子３Ｍの配向方向は、たとえば、走査信号線１０の延伸方向となす角αを約８２．５度にする。また、液晶分子３Ｍは、たとえば、図３に示したように、基板平面に対して数度傾いた状態で配向させる。このとき、液晶分子３Ｍの配向方向は、第１の配向膜７および第２の配向膜１８に施す配向処理（ラビング処理）によって制御する。

図１乃至図３に示した画素の構成は、ＩＰＳ方式の中でも、特に、ＩＰＳ−Ｐｒｏ（IPS-Provectus）方式と呼ばれる方式の構成の一例である。なお、本発明に関わる液晶表示パネルにおける第１の基板１の上のブラックマトリクス４など形成方法や、第２の基板２の上の走査信号線１０などの形成方法は、従来のＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルで適用されている形成方法のいずれかであればよい。そのため、本明細書では、液晶表示パネルの構成や形成方法に関する詳細な説明は省略する。

なお、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルの場合、画素電極１７の平面形状は、図１に示した形状に限らず、たとえば、図４または図５に示すように、複数の歯が映像信号線１２の延伸方向に並んでいる櫛歯状であってもよい。

図４に示した画素電極１７は、平板状の電極の内部に、概略くの字型のスリットを複数形成することにより、複数の歯を設けている。このとき、１つの画素電極１７は、ｘ方向に対する歯（スリット）の延伸方向が反時計回りに角度βだけ傾いている第１の領域と、時計回りに角度βだけ傾いている第２の領域とを有し、当該２つの領域が、ｘ方向に並んでいる。

一方、図５に示した画素電極１７は、平板状の電極の内部に、第１の方向に延びる歯が複数設けられている第１の領域と、第２の方向に延びる歯が複数設けられている第２の領域とを有し、当該２つの領域が、ｙ方向に並んでいる。

図４および図５に示したような平面形状の画素電極１７を設ける場合、電界無印加時の液晶分子３Ｍの配向方向は、たとえば、走査信号線１０の延伸方向（ｘ方向）と概略平行になるようにする。こうすると、電界を印加したときに、第１の領域の液晶分子と第２の領域の液晶分子とは、互いに逆の方向に回転する。すなわち、一方の領域の液晶分子が時計回りに回転する場合、他方の領域の液晶分子は反時計回りに回転する。このとき、１つの画素には、ある視角方向から見たときに黄色い着色を示す領域と、水色の着色を示す領域とが生じるが、両者が重なって観察されるので、視角方向での着色が低減される。そのため、このような画素電極１７を有する液晶表示装置は、視角方向において、より無着色の表示が得られ、かつ、より広い色再現範囲が確保される。

図６乃至図１４は、従来の液晶表示装置における問題点の一つを説明するための模式図である。
図６は、走査信号線の信号入力端からの距離が異なる２つの画素における画素電極の電位の変動の様子の一例を示す模式図である。図７は、ＤＣオフセット電圧とフリッカ強度との関係の一例を示す模式図である。図８は、液晶層の配向とフレクソ分極との関係の一例を示す模式図である。図９は、液晶表示パネルに生じる電界とフレクソ分極との関係の一例を示す模式断面図である。図１０は、フレクソ分極と液晶分子の配向との関係の一例を示す模式平面図である。図１１は、フレクソ分極による液晶層の配向変化を調べるための画素構造のモデルを示す模式断面図である。図１２は、図１１に示したモデルにおける画素電極の印加電圧と透過率の時間変化との関係の一例を示す模式図である。図１３は、図１１に示したモデルにおける画素電極の印加電圧と透過率の面内分布との関係の一例を示す模式図である。図１４は、図１１に示したモデルと同等の画素を有する液晶表示パネルにおける画素電極の印加電圧と透過率との関係の一例を示す模式図である。

従来のアクティブマトリクス型の液晶表示装置では、たとえば、走査信号線１０の信号入力端から近い位置にある画素と、遠い位置にある画素について、ＴＦＴ素子１３のゲート電極に加わる走査信号の電位Ｖ_Ｇや、画素電極１７の電位Ｖ_ＰＸの変化の様子を調べると、たとえば、図６に示したような違いがある。なお、図６は、左側のＶ_Ｇ１，Ｖ_ＰＸ１が走査信号線１０の信号入力端から近い位置にある画素における走査信号の電位および画素電極１７の電位を示しており、右側のＶ_Ｇ２，Ｖ_ＰＸ２が走査信号線１０の信号入力端から遠い位置にある画素における走査信号の電位および画素電極１７の電位を示している。

走査信号線１０に加える走査信号の波形は、図６に点線で示したような矩形であるが、配線抵抗や配線容量などの影響により、歪みが生じる。このとき、走査信号の波形の歪みは、信号入力端から遠いほど大きくなる。そのため、信号入力端から遠い位置にある画素における走査信号の電位Ｖ_Ｇ２の変化を示す波形は、近い位置にある画素における走査信号の電位Ｖ_Ｇ１の変化を示す波形よりも歪み、すなわち点線で示した波形からのずれが大きい。

また、画素電極１７の電位Ｖ_ＰＸ１，Ｖ_ＰＸ２は、それぞれ、ＴＦＴ素子１３がオンになっている期間に、映像信号線１２の電位ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２とほぼ同じ電位になるように変化する。またこのとき、画素電極１７の電位Ｖ_ＰＸ１，Ｖ_ＰＸ２は、ＴＦＴ素子１３がオンからオフに変わる際に、たとえば、ゲート電極とソース電極との間に形成される寄生容量による飛び込み電圧の影響で変動する。この電位の変動量Ｖ_ＦＴ１，Ｖ_ＦＴ２は、信号入力端から遠いほど小さくなる。一方、共通電極１５の電位Ｖｃｏｍは、走査信号線１０の信号入力端からの距離によらず、概ね一定である。そのため、これらの２つの画素に同じ電位の階調電圧を加えた場合、ＴＦＴ素子１３がオンからオフになり画素電極１７の電位を保持している期間の、画素電極１７と共通電極１５との電位差ΔＶ１，ΔＶ２に違いが生じる。

このように、複数の画素に同じ階調電圧を書き込んだときにそれぞれの画素における画素電極１７と共通電極１５との電位差に違いが生じると、その差が直流成分となり、フリッカと呼ばれる現象が発生する。

したがって、従来の液晶表示装置では、階調電圧に、上記の直流成分を打ち消す成分（ＤＣオフセット電圧）を付加することで、たとえば、フリッカの発生を抑制している。

従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置において、ＤＣオフセット電圧を付加してフリッカの発生を抑制する場合、付加するＤＣオフセット電圧ＶＯＳとフリッカ強度ＩＦＬとの関係は、たとえば、図７に示すような関係になることが知られている。すなわち、フリッカ強度ＩＦＬは、あるＤＣオフセット電圧（最適ＤＣオフセット電圧）を付加したときに最小値をとる。

しかしながら、従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置では、最適ＤＣオフセット電圧を付加した場合でも、フリッカ強度ＩＦＬがゼロにならないことが多い。この原因としては、たとえば、液晶層３に存在するイオンの影響が考えられる。すなわち、従来の液晶表示装置では、液晶層３におけるイオンの移動によって液晶内部でＤＣ電圧が発生し、フリッカとなる可能性が考えられる。しかしながら、一般的な液晶表示装置に用いられる液晶材料の比抵抗は、１０^１２Ω・ｃｍ^２以上であり、実際の液晶表示装置でイオンの影響によりフリッカが発生していることはない。

上記のようなことから、液晶表示装置において最適ＤＣオフセット電圧を付加した場合でもフリッカ強度がゼロにならない原因について、本願発明者らが改めて検討したところ、液晶層３に電界を印加したときに生じるスプレイ変形やベンド変形にともなうフレクソエレクトリック効果による分極が関係していることを見出した。

液晶分子は、構成原子の電気陰性度の違いにより、何らかの分極を有する。したがって、液晶層３のような液晶分子の集合体においては、各液晶分子の分極を相殺するように配向したほうがエネルギー的に安定する。また、ネマティック相では、配向方向に対する液晶分子の前後の区別がないため、液晶層全体において分極が現れない。しかしながら、急激な配向変化が生じた場合には、各液晶分子の分極が相殺されずに顕在化することがある。このような配向変化に起因する分極は、フレクソ分極と呼ばれており、その詳細については、たとえば、非特許文献１に記載されている。なお、非特許文献１では、配向変化に起因する分極（flexoelectricity）を撓電性と訳しているが、本明細書では今日においてより一般的なフレクソ分極という名称を用いる。

フレクソ分極が生じる例としては、液晶分子の形状が楔形であり、楔形の先端を尾、その反対側を頭とすると、分極方向が尾または頭の一方である場合が挙げられる。このような楔形の液晶分子の集合体でなる液晶層３において、配向変形が生じていない場合は、たとえば、図８の（ａ）に示すように、分極方向が右方向の分子と、左方向の分子とが概ね同じ割合で存在している。そのため、個々の液晶分子の分極は相殺され、巨視的な分極が現れない。

これに対して、配向変形が生じた場合には、個々の液晶分子の形状の非対称性とその排除体積効果により、配向方向を向く頭と尾の割合が異なるようになる。すなわち、液晶層３に、たとえば、図８の（ｂ）に示すような、右側から左側に向けて扇形に広がる急峻なスプレイ変形が生じた場合は、分極方向が右方向の分子の割合が、左方向の分子の割合よりも高くなる。その結果、分極が相殺されずに顕在化し、スプレイ変形が生じている部分には、巨視的な分極ＦＰが現れる。

さて、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置において、画素電極１７と共通電極１５との間に電位差が生じると、たとえば、図９に示すように、液晶層３を通るアーチ状の電気力線ＥＦが生じる。このとき、液晶層３が正の誘電率異方性を有すると、電気力線ＥＦが生じる部分の液晶分子の配向方向は、基板平面内で回転するとともに、電気力線ＥＦの方向に近づくように変化しようとする。

またこのとき、液晶層３の、第２の配向膜１８との界面では、第２の配向膜１８の配向規制力により液晶分子の配向方向を配向処理方向に固定するような力が働く。

このように、液晶層３の、第２の配向膜１８との界面およびその近傍（図９の領域ＢＬ１）では、相反する２つの効果が競合するため、第２の配向膜１８の界面から電界の存在する部分に向けて急激な配向変化（スプレイ変形）が生じる。またこのとき、画素電極１７の２本の隣接する歯の間には、図９に示したように、それぞれ逆向きのスプレイ変形が生じる。したがって、液晶層３には、図９に白抜きの矢印で示したような方向のフレクソ分極ＦＰが生じる。

なお、図９から明らかなように、液晶層３では、厚さ方向の中央付近から第１の配向膜７との界面にかけての領域ＢＬ２にもスプレイ変形が生じる。しかし、この領域ＢＬ２のスプレイ変形は、領域ＢＬ１に比べて配向変形が比較的緩やかであり、なおかつ電界が集中している第２の基板２（第２の配向膜１８）からより離れている。そのため、領域ＢＬ２のスプレイ変形は、領域ＢＬ１のスプレイ変形に比較して重要ではないので、以下の説明では、領域ＢＬ２のスプレイ変形を考慮しないことにする。

液晶層３にフレクソ分極ＦＰが生じた場合は、フレクソ分極自体が電界（電気力線ＥＦ）に応答して配向変化を引き起こし、誘電率異方性による配向変形に重畳する。画素電極１７の電位を共通電極１５の電位よりも高くしたとき電界（電気力線ＥＦ）の方向とフレクソ分極ＦＰの方向との関係は、たとえば、図１０の（ａ）に示すような関係になる。なお、図１０の（ａ）では、誘電率異方性による配向変形と、フレクソ分極ＦＰによる配向変形とを分離することにより、後者の効果を明らかにすることを試みている。そのため、図１０の（ａ）におけるフレクソ分極ＦＰは、誘電率異方性による配向変形のみを考慮した配向状態におけるフレクソ分極としており、フレクソ分極自身の電界応答を考慮していない状態のものである。

電圧印加時における液晶層３の配向方向の変化は、フレクソ分極ＦＰを考慮しない場合には、図１０の（ａ）における時計回りの回転で表される。また、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式では、画素構造や駆動条件を最適化することにより、現状においても最適値にほぼ近い回転角が実現されていると思われる。

これに対してフレクソ分極ＦＰによる配向変化は、フレクソ分極が電界方向に対して平行となる状態に近づくような回転で表される。その結果、図１０の（ａ）に示すように、時計回りの回転が生じる部分と、反時計回りの回転が生じる部分が交互に現れる。図１０の（ａ）では、画素電極１７の隣接する２本の歯の間隙部分（スリット上）において反時計回りの回転が生じている。この場合、画素電極１７のスリット上にある液晶分子の配向は、電圧無印加時の状態に半ば戻るような変化になり、透過率が変化する。画素電極１７上では時計回りの回転が生じるために、同様に透過率が変化する。

また、画素電極１７の電位を共通電極１５の電位よりも低くしたときには、図１０の（ｂ）に示したように、画素電極の歯の間隙部分（スリット上）で時計回りの回転が生じ、画素電極上で反時計回りの回転が生じる。この場合にもフレクソ分極ＦＰの電界応答により、前述と同様にして透過率が変化する。

したがって、極性、すなわち画素電極１７の電位と共通電極１５の電位との高低の関係を、あらかじめ定められたフレーム期間毎に反転させながら液晶表示パネルを駆動させる場合、そのいずれのフレーム期間（極性）においても透過率の変動が観測されることになる。

以上をまとめると、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置では、電圧印加にともない急峻なスプレイ変形が発生するので、たとえば、分子形状が楔形でその頭または尾の方向に分極を示す液晶分子を液晶層３に含む場合などには、フレクソ分極ＦＰが発生する。また、フレクソ分極ＦＰが発生すると、フレクソ分極自体が電界に応答して、電圧無印加時の状態に半ば戻るような配向変化を引き起こし、その結果として透過率が印加される電圧の極性によって変化する。

そこで、本願発明者らは、上記のフレクソ分極ＦＰによる透過率の変動がフリッカ強度にどの程度影響するかについて調べた。液晶層３の配向は、下記数式４で表されるフランクの弾性自由エネルギーから求めることができることがよく知られている。

なお、数式４において、ｎは配向ベクトルであり、Ｋ_１１、Ｋ_２２、およびＫ_３３は、それぞれスプレイ変形、ツイスト変形、およびベンド変形に対応した弾性定数である。

液晶層３の配向を求めるときにフレクソ分極ＦＰを考慮する場合は、フレクソ分極ＦＰによって誘起された電気分極Ｐを組み込めばよい。電気分極Ｐと配向ベクトルｎの歪みの間には、下記数式５で表される関係がある。

なお、数式５において、ｅ_１１およびｅ_３３は、それぞれスプレイ変形およびベンド変形に対するフレクソ係数である。

フレクソ係数は、液晶材料によって異なり、たとえば、非特許文献２乃至非特許文献４に記載された方法を使用することで測定することができる。したがって、数式５から得られる電気分極Ｐを数式４に組み込むことにより、フレクソ分極ＦＰ（フレクソエレクトリック効果）を導入した液晶層３の配向を計算することができる。

数式１および数式２により液晶層３の配向を計算するにあたり、本願発明者らは、図１１に示すような、平板状の共通電極１５、層間絶縁膜（第３の絶縁膜１ｂ）、および櫛歯状の画素電極１７が積層された第１の基板１と、第２の基板２との間に液晶層３を配置したモデルを使用した。このとき、画素電極１７の歯の幅Ｌ（電極幅）は４μｍとし、歯の間隙Ｓは５μｍとした。また、第３の絶縁膜１６の厚さＴ１は４００μｍとし、液晶層３の厚さＴ２は３．５μｍとした。また、液晶層３は、誘電率異方性Δεが６．５、リタデーションΔｎ・ｄが３８０μｍの液晶材料でなるとし、プレチルト角を２度にした。

また、液晶層３の配向の計算には、２次元シミュレーションが可能であり、かつ、数式５で表される電気分極Ｐを組み込むことが可能なＬＣＤ−Ｍａｓｔｅｒ（Shintech製）を使用した。

本願発明者らが、上記のシミュレータを用いた計算で得られた液晶層３の配向に基づき、画素電極１７に所定の交流電圧を印加したときの透過率の時間変化を算出したところ、図１２に示すような結果が得られた。なお、図１２の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、横軸が時間Ｔｉｍｅ（ｍｓｅｃ）であり、縦軸が透過率ＴＰ（単位は任意）のグラフである。また、図１２の（ａ）は、フレクソ係数をｅ_１１＝ｅ_３３＝１０ｐＣ／ｍとし、画素電極１７に±５Ｖの交流電圧を印加したときの透過率ＴＰの変化を示しており、実線がフレクソエレクトリック効果を考慮した場合の変化である。また、図１２の（ｂ）は、フレクソ係数をｅ_１１＝ｅ_３３＝１０ｐＣ／ｍとし、画素電極１７に±５Ｖの交流電圧を印加したとき、±４Ｖの交流電圧を印加したとき、および±３Ｖの交流電圧を印加したときの透過率ＴＰの変化を示している。

図１２の（ａ）からもわかるように、フレクソエレクトリック効果を考慮した場合、画素電極１７に印加する電圧の極性に応じた透過率ＴＰの変動が観測される。これに対し、フレクソエレクトリック効果を考慮せずに計算した場合の透過率ＴＰは、たとえば、図１２の（ａ）に示した破線のような変化になった。

また、非特許文献２からもわかるように、一般に、フレクソ係数を測定する場合は、ｅ_１１とｅ_３３の和または差の形で測定される。また、非特許文献２によれば、一般的な液晶材料のフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３は、絶対値がおよそ１０ｐＣ／ｍであるとされる。したがって、一般的な液晶材料を使用している液晶表示パネルでは、画素電極に印加する電圧の極性に応じて、図１２の（ａ）に示したような透過率ＴＰの変動が生じる。

また、フレクソエレクトリック効果を考慮した場合の透過率ＴＰの変動について、画素電極１７に印加する電圧の大きさを変えて調べたところ、図１２の（ｂ）に示すような結果が得られた。

図１２の（ｂ）からわかるように、画素電極１７に印加する電圧が大きくなるにつれて、印加電圧の極性に応じた透過率ＴＰの変動幅が大きくなる。フレクソエレクトリック効果は、前述のように、液晶層３の配向の歪みによって誘導される分極である。したがって、高電圧を印加することによって、発生する分極が大きくなり、透過率ＴＰの変動が大きくなったと言える。

また、上記のシミュレータを用いて、図１１に示したｘ＝０からｘ＝Ｘの区間における透過率ＴＰの面内分布を計算しところ、図１３に示すような結果が得られた。なお、図１３の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、横軸がｘ＝０からｘ＝Ｘの区間におけるｘ方向の位置ｘｐであり、縦軸が透過率ＴＰ（単位は任意）のグラフである。また、図１３の（ａ）は、画素電極１７に正電圧（５Ｖ）を印加したときの透過率ＴＰの面内分布を示しており、実線がフレクソエレクトリック効果を考慮した場合の面内分布である。また、図１３の（ｂ）は、画素電極１７に負電圧（−５Ｖ）を印加したときの透過率ＴＰの面内分布を示しており、実線がフレクソエレクトリック効果を考慮した場合の面内分布である。また、図１３の（ａ）および（ｂ）に示した破線の分布は、それぞれ、フレクソエレクトリック効果を考慮せずに計算した場合の透過率ＴＰの面内分布である。

図１３の（ａ）および（ｂ）からからわかるように、フレクソエレクトリック効果を無視した場合の透過率ＴＰの面内分布は、画素電極１７に印加する電圧の極性によらず、概ね同じ分布になる。

これに対し、フレクソエレクトリック効果を考慮した場合は、画素電極１７に印加される電圧の極性に応じて面内での透過率ＴＰの変動が観測された。正電圧を印加したときには、図１３の（ａ）に示したように、画素電極１７の歯の上における透過率ＴＰが低くなり、歯の間隙の上における透過率ＴＰが高くなる。また、負電圧を印加したときには、図１３の（ｂ）に示したように、画素電極１７の歯の上における透過率ＴＰが高くなり、画歯の間隙の上における透過率ＴＰが低くなる。

本願発明者らは、このフレクソエレクトリック効果による面内での透過率ＴＰの変動が、図７に示したような、最適ＤＣオフセット電圧を付加したときに残留するフリッカ強度の主な成分であると考える。同様の現象は、たとえば、液晶中のイオンの影響によっても生じる可能性があるが、前述のように、液晶の比抵抗が充分に高いため、本発明に関わるＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置では、イオンの影響は無視できるほど小さいといえる。

次に、本願発明者らが、上記のシミュレーションの結果の妥当性を調べるために、シミュレーションで使用したモデルと同等の画素（液晶セル）を有する液晶表示パネルを作製し、画素電極に３０Ｈｚの交流電圧を印加したときの透過率を測定したところ、図１４に示すような結果が得られた。なお、図１４の（ａ）は、作製した液晶表示パネルにおける画素電極１７の平面形状を示している。また、図１４の（ｂ）は、画素電極１７に正電圧（５Ｖ）を印加したときの画素の画像であり、図１４の（ｃ）は、画素電極１７に負電圧（−５Ｖ）を印加したときの画素の画像である。なお、図１４の（ｂ）および（ｃ）では、画素電極１７の輪郭を白線で示している。また、図１４の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、画素電極１７の電圧が切り替わって８ｍｓｅｃ後の画像である。

画素電極１７に正電圧を印加した場合は、図１４の（ｂ）に示したように、画素電極１７の歯の上の部分に暗線が発生している。一方、画素電極１７に負電圧を印加した場合は、図１４の（ｃ）に示したように、画素電極１７の歯の間隙部分の上に暗線が発生している。すなわち、シミュレーションで得られた、図１３に示した透過率ＴＰの面内分布は、実際の液晶表示装置における透過率の面内分布をよく再現していると言える。したがって、フレクソエレクトリック効果は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置におけるフリッカの原因として、無視できない効果であるといえる。

以上のようなことから、ＩＰＳ方式の液晶表示装置において残留するフリッカ強度を小さくするには、フレクソエレクトリック効果による透過率ＴＰの変動を抑制すればよいと言える。

実施例１では、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルにおいて残留するフリッカ強度を小さくするために、液晶層３のフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３の絶対値を７ｐＣ／ｍ以下にし、フレクソエレクトリック効果による透過率ＴＰの変動を抑制する。以下、その根拠について説明する。

なお、実施例１の液晶表示パネルは、図１乃至図３に示したような構成の画素を有するものとし、液晶層３以外は、従来の液晶表示パネルと同じ構成であるとする。

図１５乃至図１８は、本発明による実施例１の液晶表示パネルにおける透過率の変動の抑制方法を説明するための模式図である。
図１５は、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置におけるフリッカ強度と透過率変動率との関係の一例を示す模式図である。図１６は、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置における画素電極の歯の数と透過率変動率との関係の一例を示す模式図である。図１７は、フレクソ係数と透過率の面内分布との関係の一例を示す模式図である。図１８は、フレクソ係数とフリッカ強度との関係の一例を示す模式図である。

ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置における、フレクソエレクトリック効果による透過率ＴＰの変動を抑制するために、本願発明者らは、まず、フリッカ強度と透過率ＴＰの変動との関係について考察した。

本願発明者らが、フリッカ強度と面内での透過率変動率との関係を調べところ、図１５に示すような結果が得られた。なお、図１５の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、横軸がフリッカ強度ＩＦＬ（％）であり、縦軸が透過率変動率ＴＰＰ（％）のグラフである。また、図１５は、（ａ）が画素電極１７の歯の上におけるフリッカ強度ＩＦＬと透過率変動率ＴＰＰとの関係を示しており、（ｂ）が歯の間隙部分の上におけるフリッカ強度ＩＦＬと透過率変動率ＴＰＰとの関係を示している。

また、歯の上というのは、歯の幅方向（配列方向）の中心の上であり、歯の間隙部分の上というのは、隣接する２本の歯の間隙の中点の上である。

また、透過率変動率ＴＰＰは、画素電極１７に所定の交流電圧を印加したときの、画素内のある場所における最大透過率と最小透過率の比であり、変動率０％というのは、画素電極１７に印加される電圧の極性によって透過率ＴＰが全く変動しないことを意味する。

また、フリッカ強度ＩＦＬは、画素電極１７の歯の数によって変化するため、図１５の（ａ）および（ｂ）には、それぞれ、歯の数が４本の場合、８本の場合、および１２本の場合のフリッカ強度ＩＦＬと透過率変動率ＴＰＰとの関係を示している。

ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置において、階調電圧に最適ＤＣオフセット電圧を付加したときにフリッカが観測されないようにするには、たとえば、フレクソエレクトリック効果に起因するフリッカ強度ＩＦＬ（残留するフリッカ強度）を３％以内にする必要があり、１％以内にすることが望ましい。そのため、画素電極１７の歯の数が４本の場合、たとえば、フリッカ強度ＩＦＬを許容範囲内（３％以内）にするには、歯の上における透過率変動率ＴＰＰを４５０％以下、歯の間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰを８０％以下にする必要がある。

また、図１５の結果から、フリッカ強度ＩＦＬを１％にする場合の、画素電極１７の歯の数と透過率変動率ＴＰＰとの関係は、たとえば、図１６に示すような関係になる。なお、図１６は、横軸が画素電極１７の歯の数ｕ、縦軸が透過率変動率ＴＰＰ（％）のグラフである。また、図１６において、黒塗りの菱形は歯の上における透過率変動率ＴＰＰの測定結果であり、白塗りの菱形は間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰの測定結果である。

また、図１６において、曲線Ｆ１は歯の上における透過率変動率ＴＰＰの回帰曲線であり、曲線Ｆ２は間隙部分の上における透過変動率ＴＰＰの回帰曲線である。回帰曲線Ｆ１および回帰曲線Ｆ２は、それぞれ、画素電極１７の歯の数ｕを変数とする関数であり、下記数式６および数式７のようになる。

したがって、最適ＤＣオフセット電圧を付加する場合に残留するフリッカ強度ＩＦＬを１％以内にするためには、歯の上における透過率変動率ＴＰＰ１および間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰ２が、それぞれ、下記数式２および数式３を満たすようにすればよい。

すなわち、実施例１の液晶表示装置では、液晶層３として、画素電極１７の歯の上における透過率変動率ＴＰＰ１および間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰ２が、それぞれ、数式２および数式３を満たすようなフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３を有する液晶材料を用いる。

本願発明者らが、液晶層３のフレクソ係数と透過率ＴＰの面内分布との関係を調べたところ、図１７に示すような結果が得られた。なお、図１７の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、横軸が図１１に示したｘ＝０からｘ＝Ｘの区間における位置ｘｐであり、縦軸が透過率ＴＰのグラフである。また、図１７は、（ａ）が画素電極１７に正電圧（５Ｖ）を印加したときの透過率ＴＰの面内分布のフレクソ係数依存性を示しており、（ｂ）が画素電極に負電圧（−５Ｖ）を印加したときの透過率ＴＰの面内分布のフレクソ係数依存性を示示している。

また、図１７の（ａ）および（ｂ）には、それぞれ、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３を１０ｐＣ／ｍ、２０ｐＣ／ｍ、１ｐＣ／ｍ、および５ｐＣ／ｍにした場合の分布曲線を示している。

図１７からわかるように、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３を小さくすることで、正電圧を印加したときの透過率ＴＰの分布と負電圧を印加したときの透過率ＴＰの分布との差が小さくなり、面内での透過率変動率が小さくなる。したがって、液晶層３にフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３が小さい液晶材料を用いることで、フレクソエレクトリック効果に起因するフリッカ強度ＩＦＬを小さくすることができる。

また、図１７に示した透過率ＴＰの面内分布の測定結果に基づいて、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３と透過率変動率ＴＰＰとの関係を求めると、たとえば、図１８のようになる。なお、図１８の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、横軸がフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３（ｐＣ／ｍ）であり、縦軸が透過率変動率ＴＰＰ（％）である。また、図１８は、（ａ）が画素電極１７の歯の上における透過率変動率ＴＰＰのフレクソ係数依存性を示すグラフであり、（ｂ）が歯の間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰのフレクソ係数依存性を示すグラフである。

また、図１８の（ａ）の曲線Ｆ３および（ｂ）の曲線Ｆ４は、それぞれ、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３が１０ｐＣ／ｍ、２０ｐＣ／ｍ、１ｐＣ／ｍ、および５ｐＣ／ｍのときの透過率変動率ＴＰＰから算出した回帰曲線である。

画素電極１７の歯の数ｕが４本の場合、残留するフリッカ強度ＩＦＬを３％以内に抑えるには、前述のように、歯の上における透過率変動率ＴＰＰ１が４５０％以下になり、間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰ２が８０％以下になるようにする必要がある。したがって、実施例１の液晶表示装置において、画素電極１７の歯の数ｕを４本にする場合、液晶層３には、図１８の（ａ）および（ｂ）から、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３の絶対値が７ｐＣ／ｍ以下である液晶材料を用いることが望ましいといえる。

また、フリッカ強度ＩＦＬを１％以内に抑えるには、図１５に示したように、歯の上における透過率変動率ＴＰＰ１、および間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰ２を、さらに小さくする必要がある。また、フリッカ強度ＩＦＬが１％になる透過率変動率ＴＰＰ１，ＴＰＰ２は、画素電極１７の歯の数ｕによって異なる。そのため、実施例１の液晶表示装置において、液晶層３として使用する液晶材料のフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３は、画素電極１７の歯の数ｕに応じて、図１５および図１８に示したような関係に基づいて適宜変更すればよい。

液晶層３のフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３は、主として、液晶の形状と液晶分子の分極率によって決まる。液晶層３のフレクソ係数を小さくするためには、たとえば、液晶分子の形状が、より棒状に近い分子構造を持つ液晶材料を使用すればよい。また、液晶分子の分極率を低下させるためには、液晶として誘電率異方性Δεの絶対値が小さい液晶材料を使用すれば良く、特に、Δε＝０であることが望ましい。しかしながら、誘電率異方性が小さい液晶を使用する場合は、駆動電圧が高くなる欠点を有する。

そのため、液晶層３のフレクソ係数を小さくするには、たとえば、誘電率異方性Δεが１以下（Δε≦１）の液晶材料と、１より大きい（Δε＞１）液晶材料とを混合することが望ましい。このとき、液晶層３として使用する液晶材料は、たとえば、誘電率異方性Δεが１以下（Δε≦１）の液晶材料の含有率を４０％以上にすることが望ましい。

以上説明したように、実施例１の液晶表示装置によれば、液晶層３のフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３の絶対値を７ｐＣ／ｍ以下にすることで、画素電極１７に正電圧を印加したときと負電圧を印加したときとの透過率の面内分布の差を小さくすることができる。そのため、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置において、最適ＤＣオフセット電圧を付加しても残留するフリッカ強度ＩＦＬを小さくすることができる。

また、フレクソ分極が発生するのは、液晶層３にスプレイ変形やベンド変形が発生したときである。そのため、スプレイ変形に対応する弾性定数Ｋ_１１、ベンド変形に対応する弾性定数Ｋ_３３を大きくし、それぞれの変形が発生しないようにすることでフレクソ分極を低減することも可能である。この場合、フリッカ強度を許容範囲にするためには、たとえば、弾性定数Ｋ_１１，Ｋ_３３をともに１３．０ｐＮ以上にすることが望ましい。またさらに、フリッカ強度を１％以内にするためには、弾性定数Ｋ_１１，Ｋ_３３をともに１６．０ｐＮ以上にすることが望ましい。

また、実施例１では、画素電極１７の平面形状が、図１に示したような形状であるＩＰＳ−Ｐｒｏ方式を例に挙げたが、これに限らず、画素電極１７の平面形状が、たとえば、図５や図６に示したような形状であっても、液晶層３のフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３の絶対値を７ｐＣ／ｍ以下にすることで、残留するフリッカ強度ＩＦＬを小さくするできることはもちろんである。

図１９乃至図２１は、実施例１の応用例を説明するための模式図である。
図１９は、画素電極および共通電極の別の配置方法の一例を示す模式平面図である。図２０は、図１９のＣ−Ｃ’線における液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。図２１は、電界を印加したときの液層分子の配向の変化の一例を示す模式断面図である。

実施例１では、たとえば、図１乃至図３に示したような、櫛歯状の画素電極と平板状の共通電極とが第３の絶縁層を介して積層されているＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルにおいて、面内の透過率変動率ＴＰＰを低減し、フリッカ強度ＩＦＬを小さくする方法について説明した。

しかしながら、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルには、たとえば、図１９および図２０に示すように、画素電極および共通電極がともに櫛歯状であり、かつ、第２の絶縁層の同一面に配置させたＡＳ−ＩＰＳ（Advanced Super-IPS）方式と呼ばれるもある。このとき、画素電極１７の歯と共通電極１５の歯とが、走査信号線１０の延伸方向に交互に並んでいると、画素電極１７に正電圧を印加したときの電気力線ＥＦは、たとえば、図２１に示したようなアーチ状になる。

ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルの場合、第３の絶縁層１６の上には、画素電極１７の歯のみが並んでおり、隣接する２つの歯の間に生じるフリンジ電界は２つである。これに対し、ＡＳ−ＩＰＳ方式の液晶表示パネルの場合、第２の絶縁層１４の上には、画素電極１７の歯および共通電極１５の歯が交互に並んでおり、隣接する２つの歯の間に生じるフリンジ電界は１つである。そのため、ＡＳ−ＩＰＳ方式の液晶表示パネルの場合、第２の絶縁層１４の上に形成された画素電極１７および共通電極１５の歯の総数をｕとすると、数式２および数式３に相当する透過率変動率ＴＰＰ１，ＴＰＰ２の関係は、それぞれ、下記数式２’および数式３’のように書き換えられる。

実施例２では、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルにおいて残留するフリッカ強度を小さくするために、画素電極１７の歯の数ｕに応じて液晶層３の誘電率異方性Δεを変えることでフレクソエレクトリック効果による透過率ＴＰの変動を抑制する。

なお、実施例２の液晶表示パネルは、図１乃至図３に示したような構成の画素を有するものとし、液晶層３以外は、従来の液晶表示パネルと同じ構成であるとする。

図２２乃至図２５は、本発明による実施例２の液晶表示パネルの概略構成を説明するための模式図である。
図２２は、本発明による実施例２の液晶表示パネルにおける断面構成の一例を示す模式断面図である。図２３は、図２２に示した構成の液晶表示パネルにおける液晶層の誘電率異方性と透過率の面内分布との関係の一例を示す模式図である。図２４は、画素電極の歯の間隙の上における液晶層の誘電率異方性と透過率変動率との関係を示す模式図である。図２５は、画素電極の歯の数とフリッカ強度との関係の一例を示す模式図である。

ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルにおいて、たとえば、図２２に示すように画素電極１７の歯の数ｕが４本である場合、ｘ＝０からｘ＝ＸＸまでの透過率ＴＰの面内分布と、液晶層３の誘電率異方性Δεとの関係を調べると、たとえば、図２３に示すような結果が得られる。なお、図２３の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、横軸が図２２のｘ＝０からｘ＝ＸＸまでの区間の位置ｘｐ、縦軸が透過率ＴＰの相対値のグラフである。また、図２３の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、液晶層３の誘電率異方性Δεを４．４、７．０、および１０．３にしたときの透過率ＴＰの面内分布を示している。また、図２３の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、実線が画素電極１７に正電圧を印加した場合の面内分布を示しており、点線が画素電極に負電圧を印加したときの面内分布を示している。

図２３からわかるように、誘電率異方性Δεが大きくなるにつれて、画素電極１７の極性が切り替わったときの透過率ＴＰの面内分布の差が大きくなるとともに、面内での透過率変動率が大きくなっている。

このとき、図２３に示した各グラフから、歯の間隙の上における面内の透過率変動率と誘電率異方性との関係を調べると、たとえば、図２４に示すような関係になる。なお、図２４は、横軸が誘電率異方性Δε、縦軸が透過率変動率ＴＰＰ（％）のグラフである。

画素電極１７の歯の数が４本の液晶表示パネルにおいて、たとえば、間隙部分の上におけるフリッカ強度を１％以下にするには、数式３から、透過率変動率ＴＰＰが３５％以下になるようにする必要がある。したがって、液晶層３の誘電率異方性Δεと透過率変動率ＴＰＰとの間に、図２４に示した関係がある場合、液晶層３の誘電率異方性Δεが７．５以下であれば、フリッカ強度を１％以下にすることができる。このように、液晶層３の誘電率異方性Δεを小さくすることによってフリッカ強度を軽減することができるのは、前述のように、誘電率異方性Δεを小さくすることにより液晶分子の分極率が小さくなり、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３が小さくなるからである。

また、フリッカ強度ＩＦＬは、画素電極１７の歯の数ｕに依存し、歯の数ｕが多いほど、フリッカ強度ＩＦＬは低減する。本願発明者らが、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルにおいて、画素電極１７の歯の数ｕと、画素電極１７に所定の交流電圧（たとえば、±５Ｖ）を印加したときのフリッカ強度との関係を調べたところ、図２５に示すような結果が得られた。なお、図２５は、横軸が画素電極１７の歯の数ｕ、縦軸がフリッカ強度ＩＦＬのグラフである。また、図２５は、歯の数ｕが４本の場合、８本の場合、および１２本の場合のフリッカ強度の測定結果と、それらの結果から求めた回帰曲線Ｆ５を示している。また、図２５は、歯の数ｕが４本の場合のフリッカ強度を１としている。

図２５に示した回帰曲線Ｆ５は、画素電極１７の歯の数ｕとフリッカ強度ＩＦＬとの関係を表しており、歯が４本の場合のフリッカ強度を１としたときの、歯がｕ本の場合のフリッカ強度比ＰＦＬは、下記数式８で表される。

また、歯が４本の場合、フリッカ強度が１％になる誘電率異方性Δεの大きさは７．５である。したがって、歯がｕ本の場合、フリッカ強度が１％になる誘電率異方性Δεの値ＰＦＬ_ｍａｘは、下記数式９で表される。

すなわち、画素電極の歯がｕ本の場合、液晶層３として、誘電率異方性Δεが数式９から求まる値ＰＦＬ_ｍａｘよりも小さい（Δε≦ＰＦＬ_ｍａｘ）液晶材料を用いることで、フリッカ強度を１％以内にすることができる。

また、誘電率異方性Δεが負の場合は、電界を印加しても液晶分子が立ち上がることがないので、スプレイ変形やベンド変形が発生しない。そのため、誘電率異方性Δεが負の場合は、フレクソ分極も小さくなる。

以上説明したように、実施例２の液晶表示装置によれば、画素電極の歯の数ｕに応じて液晶層３の誘電率異方性Δεを小さくすることで、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３を小さくできる。そのため、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置において、最適ＤＣオフセット電圧を付加しても残留するフリッカ強度ＩＦＬを小さくすることができる。

また、実施例２では、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置を挙げているが、これに限らず、ＡＳ−ＩＰＳ方式の液晶表示装置でも、液晶層３の誘電率異方性Δεを小さくすることでフリッカ強度を容易に小さくすることができる。

ただし、ＡＳ−ＩＰＳ方式の液晶表示装置の場合は、前述のように、隣接する２つの歯（画素電極１７の歯と共通電極１５の歯）の間に生じるフリンジ電界が１つになる。そのため、ＡＳ−ＩＰＳ方式の液晶表示パネルの場合、絶縁層の上に形成された画素電極１７および共通電極１５の歯の総数をｕ本とすると、数式８に相当する誘電率異方性Δεの値ＰＦＬ_ｍａｘは、下記数式９’のように書き換えられる。

実施例１および実施例２では、液晶層３のフレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３を小さくすることで、フリッカ強度を小さくしている。これに対し、実施例３では、急峻な電界分布を緩和することでフレクソ分極を弱め、フリッカ強度を小さくする。

図２６および図２７は、本発明による実施例３の液晶表示パネルの概略構成の一例を説明するための模式図である。
図２６は、本発明の実施例３の液晶表示パネルにおける主要部の平面構成の一例を示す模式平面図である。図２７は、図２６のＤ−Ｄ’線における液晶表示パネルの主要部の断面構成の一例を示す模式断面図である。

実施例３の液晶表示パネルでは、急峻な電界分布を緩和するために、たとえば、図２６および図２７に示すように、画素電極１７の外周部に誘電体キャップ２０を配置する。

この誘電体キャップ２０は、誘電率が液晶層３の比誘電率よりも低い誘電体（絶縁体）で形成する。また、誘電体キャップ２０は、画素電極１７の歯のエッジ部分のみに形成し、歯の部分の中央付近、および歯の間隙部分の中央付近には給電体キャップ２０が無いようにする。また、実施例３の液晶表示パネルは、たとえば、図１乃至図３に示した構成の液晶表示パネルに誘電体キャップ２０を設けるだけであり、それ以外は、従来の液晶表示パネルと同じ構成であるとする。

このようにすると、画素電極１７に正電圧を印加したときに生じる電界（電気力線ＥＦ）は、たとえば、図２８に実線の矢印で示したような分布になる。一方、誘電体キャップ２０を設けていない場合の電界は、図２８に点線の矢印で示したような分布になる。すなわち、誘電体キャップ２０を設けた液晶表示パネルでは、画素電極１７の歯のエッジ付近における電界がゆがめられ、基板面法線方向の電界成分が弱められる。

また、図示は省略するが、画素電極１７に負電圧を印加したときに生じる電界（電気力線ＥＦ）は、矢印の向きが反転するだけである。

誘電体キャップ２０を設けることにより法線方向の電界成分が弱められると、スプレイ変形やベンド変形が抑制される。フレクソ分極は、液晶がスプレイ変形やベンド変形をしたときに発生するので、スプレイ変形やベンド変形を抑制することにより、フレクソ分極が低減し、面内の透過率変動率が低減する。したがって、実施例３の液晶表示パネルは、実施例１および実施例２の液晶表示パネルと同様に、フレクソエレクトリック効果による透過率の変動を抑制でき、フリッカ強度を小さくすることができる。

誘電体キャップ２０を形成するには、たとえば、有機レジストなどの比誘電率が低い有機膜を用いればよい。なお、誘電体キャップ２０は、上記の有機膜に限らず、比誘電率が液晶材料よりも低く、かつ、誘電体を示す材料であればどんなものでもよい。

また、誘電体キャップ２０によりフリッカ強度を低減するには、図２６および図２７に示したように、画素電極１７の歯のエッジ部分のみに誘電体キャップ２０を形成し、歯の部分の中央付近、および歯の間隙部分の中央付近には誘電体キャップ２０が無いようにする必要がある。このとき、図２６の平面で見た画素電極１７の歯と誘電体キャップ２０との重畳面積は、歯の面積に対して１０％以上９０％未満にすることが望ましい。

以上説明したように、実施例３の液晶表示装置によれば、誘電体キャップ２０を設けることでフレクソ分極を小さくし、フリッカ強度を容易に小さくすることができる。

また、実施例３の液晶表示装置では、液晶層３に、たとえば、従来の一般的なＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示装置と同じ液晶材料を用いることが可能である。そのため、実施例３の液晶表示装置は、実施例１や実施例２の液晶表示装置に比べて、フリッカ強度を小さくすることがさらに容易になる。

実施例４では、ＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルにおいて残留するフリッカ強度を小さくするために、液晶層３と第１の配向膜７との界面における極角アンカリング強度を低減させることで、フレクソエレクトリック効果による透過率ＴＰの変動を抑制する。極角アンカリング強度は、液晶分子が第１の配向膜７などの他の物質との界面にどれだけ固定されているかを表しているパラメータであり、この値が大きければ大きいほど、液晶分子が界面により強く固定されていることになる。

第１の配向膜７との界面における極角アンカリング強度を弱くした場合は、極角アンカリング強度が強い場合に比べて、より極角方向へ回転しやすくなる。フレクソ分極は、スプレイ変形やベンド変形が発生したときに生じる分極である。そのため、第１の配向膜側の液晶配向が容易に極角方向へ回転することによって、急峻なスプレイ変形やベンド変形の発生が低減される。すなわち、第１の配向膜７との界面における極角アンカリング強度を弱くすると、たとえば、図９に示した領域ＢＬ２にある液晶分子の傾きが大きくなる。その結果、領域ＢＬ１におけるスプレイ変形が相対的に緩和され、フレクソ分極が小さくなり、フリッカ強度が小さくなると考えられる。

極角アンカリグ強度を弱くするには、たとえば、第１の配向膜７のラビング強度を、第２の配向膜１８のラビング強度よりも小さくすればよい。また、第１の配向膜７の形成に使用する材料を選択することでも容易に極角アンカリング強度を低減させることが可能である。

以上説明したように、実施例４の液晶表示装置によれば、画素電極１７および共通電極１５から遠い位置にある第１の配向膜７の極角アンカリング強度を、近い位置にある第２の配向膜１８の極角アンカリング強度よりも弱くすることで、フリッカ強度を容易に小さくすることができる。

また、実施例４の液晶表示装置では、液晶層３に、従来の一般的なＩＰＳ方式の液晶表示装置に用いられている液晶材料を用いることが可能である。そのため、実施例４の液晶表示装置は、実施例１や実施例２の液晶表示装置に比べて、フリッカ強度を小さくすることがさらに容易になる。

また、実施例４の液晶表示装置は、液晶の配向変形が容易になるために、透過率の向上も期待できる。

実施例５では、画素電極１７の歯の幅Ｌと、間隙の寸法Ｓとの関係により、透過率変動率を、フリッカとして観測できなくなる程度まで小さくする。すなわち、実施例５の液晶表示装置では、たとえば、図１１に示した画素電極の歯の幅Ｌと、間隙の寸法Ｓとの関係を最適化することによって、面内の透過率変動率を、フリッカとして観測できなくなる程度まで小さくする。

図２８は、本発明による実施例５の液晶表示装置の作用効果を説明するための模式図である。

画素電極の歯の幅Ｌと、間隙の寸法Ｓとの関係を最適化するために、本願発明者らは、画素電極１７の歯が無限に並んでいると仮定した場合の、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）とフリッカ強度ＩＦＬとの関係についてのシミュレーションを行った。その結果を図２８に示す。なお、図２８は、画素電極に±５Ｖの方形波であり、かつ、３０Ｈｚの交流電圧を印加したときの、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）とフリッカ強度ＩＦＬとの関係を示すグラフである。また、図２８において、曲線Ｆ６は、フレクソ係数をｅ_１１＝ｅ_３３＝−１０ｐＣ／ｍとした場合のシミュレーション結果であり、曲線Ｆ７は、フレクソ係数を数式２および数式３を満たす小さな値にした場合のシミュレーション結果である。

図２８からわかるように、フレクソ係数がいずれの場合も、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）が約０．４であるときに、フリッカ強度ＩＦＬが最小値をとる。これは、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）を約０．４にすると、画素電極１７に正電圧を印加したときと、負電圧を印加したときとで、面内の透過率の分布が概ね等しくなり、透過率変動率が小さくなるからであると考えられる。

また、液晶層３として、数式２および数式３を満たす小さいフレクソ係数を持つ液晶材料を使用した場合は、最適なＬ／（Ｌ＋Ｓ）の幅が広くなり、０．３≦Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）≦０．５であればフリッカ強度ＩＦＬが１％以下になり、フリッカとして観測できなくなる。

したがって、実施例５の液晶表示装置では、画素電極の幅Ｌと、歯の間隙Ｓとの関係が、Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）≒０．４となるようにすることで、フリッカ強度を小さくすることができる。

また、実施例１や実施例２で説明したようなフレクソ係数が小さい液晶材料を使用すると、画素電極の幅Ｌと、歯の間隙Ｓとの関係の自由度が高くなり、フリッカ強度を小さくすることが容易になる。

以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。

たとえば、前記実施例で挙げたＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルでは、第１の基板１と第１の偏光板９との間に裏面電極８が設けられているが、これに限らず、裏面電極８が無い構成であってもよいことはもちろんである。

また、前記実施例１乃至実施例３、および実施例５で挙げた構成は、たとえば、第１の配向膜７および第２の配向膜１８が無いＩＰＳ−Ｐｒｏ方式の液晶表示パネルにも適用可能である。

また、前記実施例で挙げた液晶表示パネルは、第１の偏光板９と第２の偏光板１９との間に、第１の基板１、液晶層３、および第２の基板２が配置されているが、これに限らず、たとえば、液晶層３と第２の基板２との間に第２の偏光板１９が配置されていてもよい。

１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 液晶層
３Ｍ 液晶分子
４ ブラックマトリクス
５ カラーフィルタ
６ 平坦化膜
７ 第１の配向膜
８ 裏面電極
９ 第１の偏光板
１０ 走査信号線
１１ 第１の絶縁層
１２ 映像信号線
１３ ＴＦＴ素子
１３ｓ ソース電極
１４ 第２の絶縁層
１５ 共通電極
１６ 第３の絶縁層
１７ 画素電極
１８ 第２の配向膜
１９ 第２の偏光板
２０ 誘電体キャップ
ＥＦ 電気力線
ＦＰ フレクソ分極

Claims (10)

1. 第１の基板と、第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板に挟持された液晶層と、
   前記第１の基板に対して前記液晶層が配置された側の反対側に配置された第１の偏光板と、
   前記第２の基板に対して前記液晶層が配置された側の反対側に配置された第２の偏光板とを有し、
   前記第２の基板の液晶層が配置された側に、絶縁層を介して積層された画素電極と共通電極を有し、
   前記画素電極および前記共通電極のうちの、前記液晶層に近いほうの電極が櫛歯状であり、
   前記液晶層は、フレクソ係数ｅ_１１，ｅ_３３の両方が±７ｐＣ／ｍ以下であり、
   当該液晶層に近いほうの電極の歯の数をｕ本としたときに、
   前記液晶層の誘電率異方性Δεと前記歯の数ｕとの間に、下記数式１の関係があり、
   前記画素電極の電位と前記共通電極の電位との高低の関係を、あらかじめ定められたフレーム期間毎に反転させる液晶表示装置であることを特徴とする液晶表示装置。
   

   
2. 前記液晶層は、弾性定数Ｋ_１１，Ｋ_３３の両方が１３ｐＮ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶層は、弾性定数Ｋ_１１，Ｋ_３３の両方が１６ｐＮ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶層に近いほうの電極の外周部と、前記液晶層との間に、前記液晶層の比誘電率よりも低い誘電率を持つ誘電体キャップを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶層に近いほうの電極と前記誘電体キャップとの重畳領域の面積は、当該電極の面積に対して１０％以上９０％未満であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層は、前記第１の基板側の界面での極角アンカリング強度が、前記第２の基板側の界面での極角アンカリング強度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶層に近いほうの電極の歯の幅をＬ、歯の間隙をＳとしたときに、０．３≦Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）≦０．５であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層に近いほうの電極の歯の数をｕとしたとき、歯の上における透過率変動率ＴＰＰ１、および歯の間隙部分の上における透過率変動率ＴＰＰ２が、それぞれ、下記数式２および下記数式３の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
   

   
9. 前記液晶層は、誘電率異方性が正の値であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記液晶層は、誘電率異方性が負の値であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。

Images