JPH1124023A

JPH1124023A - 液晶ディスプレイのシミュレーション方法

Info

Publication number: JPH1124023A
Application number: JP17544897A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubota; 浩史久保田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-29
Anticipated expiration: 2017-07-01
Also published as: JP3353655B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＴＦＴ-ＬＣＤの応答特性などの動特性を、
厳密、かつ簡便に解析できるシミュレーション方法を提
供することを目的とする。【解決手段】液晶配向状態から液晶容量を、直接、計
算で導出する工程と、駆動電極電位をＴＦＴ等価回路か
ら計算する工程を有するシミュレーション方法を用い
る。このとき、液晶容量の計算は、液晶配向状態をほぼ
均一な配向を有する複数の領域に分割し、さらにそれぞ
れの領域を微少なコンデンサとし、全体の液晶容量を微
少なコンデンサの接続状態で表すことで計算を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型液晶パネルのシミュレーション方法に関するもの
であり、特に応答特性のシミュレーションに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アクティブマトリクス型液晶パ
ネル（以下、ＴＦＴ-ＬＣＤとする）を作成する場合、
シミュレーションを用いて、パネル設計が行われてい
る。

【０００３】シミュレーションは、実際のパネルを作成
する必要がないため、業務の削減、開発期間の短縮化に
大きな効果がある。

【０００４】ＴＦＴ−ＬＣＤのシミュレーションは、大
別して以下の２種類の設計に用いられる。

【０００５】一つは、ＴＦＴ-ＬＣＤの等価回路をもと
に、電極抵抗、蓄積容量等の設計を行うシミュレーショ
ンである（例えば、木村、Digest of technical papers
ofInternational Workshop on ACTIVE-MATRIX LIQUID
CRYSTAL DISPLAYS,p317-320,1996）。

【０００６】他方は、電圧・透過率特性、応答特性、視
角特性など、パネルの電気光学特性を設計する場合であ
る。これは、パネル内の液晶分子の配向状態をもとに透
過光強度を計算するのが一般的である。例えば、液晶の
配向状態と透過光強度の面内分布の時間変化がシミュレ
ーションで評価されている（A.Killian, Z.Natur-forsc
h.,44a:p.693-703,1989）。

【０００７】そこで以下では従来のパネルの電気光学特
性を設計する場合のシミュレーション方法について図７
に示す一般に用いられるアルゴリズムの例を参照しなが
ら説明する。

【０００８】アルゴリズムは、主に、パネル構成のパラ
メータ設定、パネル内の電界分布計算、液晶配向状態計
算、パネル透過光強度計算の部分から成り、電界分布計
算、液晶配向状態計算、パネル透過光強度計算を繰り返
し行うことで、パネル透過光強度の時間変化を計算する
ことを特長とする。しかしながら、この従来のアルゴリ
ズムは、電極電位が常に一定の場合に相当するテストパ
ネルの応答特性を求めるものであった。

【０００９】一方、ＴＦＴ-ＬＣＤの電気光学特性に関
し、応答特性などの動特性のシミュレーション例は、以
下の理由で少ない。

【００１０】一般に液晶パネルは、液晶分子を動かすこ
とで表示を行うため、駆動時に液晶層の静電容量が時間
と共に変化する。さらにＴＦＴ-ＬＣＤの場合、画素に
電位を書き込んだ後、１フレーム間（１６.７ｍｓｅ
ｃ）は、画素がフローティングの状態になるため、液晶
容量の変化により、等価回路を通して、画素電位はフロ
ーティングの間も逐次変化している。このため、一般
に、書き込み後の液晶容量の変化が大きいと、回路構成
に応じて画素電位が増減し、応答特性が変化する。

【００１１】過去、ＴＦＴ-ＬＣＤの動特性のシミュレ
ーション例が少ないのは、このような液晶容量変化と画
素電位変化を同時にシミュレーションに取り込むことが
困難であったためであり、実際のところ、ＴＦＴの駆動
も考慮した液晶の透過光強度特性などを正確にシミュレ
ーションすることは困難であった。

【００１２】しかしながら、例えば、印加電圧と液晶容
量の関係を近似式を用いて現し、ＴＦＴパネルの等価回
路と組み合わせてシミュレーションを行った例が存在す
る（山口、第２２回液晶討論会予稿集 p.263-264、199
6）。

【００１３】また、液晶層自体を、抵抗と静電容量の直
列回路で近似して、ＴＦＴ回路の等価回路と組み合わせ
た例が発表されている（島、電子技術 Vol.38 No.7,p38
-41,1996）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような近似式を用いたシミュレーションにおいては下
記に示すような問題点が存在する。

【００１５】ＴＦＴ-ＬＣＤの動特性をシミュレーショ
ンで解析する場合、上記した従来の技術では、共に液晶
容量を近似式、および抵抗と静電容量で近似しており、
実際の液晶容量の複雑な変化に対応したものではない。
例えば、近似式を用いるということは、電圧・静電容量
特性を近似式で表す必要が発生するわけであるが、液晶
の誘電率、パネルギャップ等に応じてその近似式は変化
するため、パネルギャップが変化した場合、近似式のパ
ラメータを決定するため（近似式を求めるため）の実験
をその都度行わなければならない。また、抵抗と静電容
量の直列回路で近似する場合も、実際の液晶層には存在
しない抵抗という概念を仮定し、値を実験結果からその
都度仮に求める必要があった。

【００１６】従って、上記したような近似式を用いたシ
ミュレーションでは、液晶容量の変化に対応するには手
間がかかり、また、近似式を使用しているため、そもそ
もシミュレーションの精度もあまり良くなかった。

【００１７】そこで本発明は、上記課題を解決すべく、
近似式等を用いることなく、液晶容量の時間変化を、簡
便、かつ厳密に等価回路の計算に取り込んで、応答特性
に代表されるＴＦＴ-ＬＣＤの動特性を正確にシミュレ
ーションできる方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明はＴＦＴ型液晶ディスプレイの電気光学特性
のシミュレーション方法において、駆動に伴う液晶配向
状態の時間変化とＴＦＴ等価回路のシミュレーションを
組み合わせ、交互に繰り返しシミュレーションを行うこ
とで、パネル透過率の時間変化を求める構成となってい
る。

【００１９】このとき、液晶の配向状態から液晶容量
を、直接、計算で求めるとともに、求めた液晶容量を画
素書き込み後の電極電位の時間変化にフィードバックす
るという手法を新たに用いることで、上記シミュレーシ
ョンを可能とした。

【００２０】具体的には、本発明は、ＴＦＴ型液晶表示
パネルを対象とし、次のような解決手段を講じた。

【００２１】すなわち、本発明の第一の解決手段は、ア
クティブマトリクス型液晶パネルの液晶分子の配向状態
計算手段と、電界分布を計算する電界分布計算手段と、
パネルの等価回路をもとに液晶駆動電極の電位を計算す
る電極電位計算手段と、透過光強度を計算する透過光強
度計算手段と、液晶の配向状態から液晶の静電容量を計
算する液晶容量計算手段を用いて、液晶パネルの表示動
作のシミュレーションを行うことを特長とする。

【００２２】このとき、液晶容量計算手段は、配向状態
計算手段と、電極電位計算手段の間で用いる。

【００２３】また、上記の液晶容量計算手段は、液晶配
向状態を、領域内で配向状態がほぼ同一な複数の領域に
分割し、それぞれの領域を静電コンデンサで近似すると
ともに、全体の配向状態を、静電コンデンサの結合状態
で近似することで、液晶の静電容量を導出する手法を用
いる。このとき、上記液晶パネルの等価回路は、表示画
素の液晶容量、蓄積容量、およびゲート・ドレイン容量
からなる等価回路を用いる。

【００２４】また、配向状態計算手段が、液晶の配向状
態の時間変化が計算可能な手段を用いることで、動特性
の計算が可能となる。

【００２５】また、電界分布計算手段は、ポワソン方程
式を差分法、もしくは有限要素法を用いて計算する手段
を用いることが望ましい。

【００２６】本発明の第２の解決手段は、上記した、配
向状態計算手段、液晶容量計算手段、電界分布計算手
段、及び電極電位計算手段を組み合わせたものを一連の
手順とし、この手順を繰り返し用いると共に、さらに適
時、透過光強度計算手段を用いることで、パネル透過光
強度の時間変化を計算することを特長とする。

【００２７】このとき、上記の一連の手順は、電界分布
計算手段、配向状態計算手段、液晶容量計算手段、およ
び電極電位計算手段の順序で行うことが望ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
液晶ディスプレイのシミュレーション方法について図面
を参照しながら説明する。

【００２９】（実施の形態１）まずＴＦＴパネルの等価
回路の一般的な模式図を図１に示す。図１において、１
０はゲートライン、１１はソースライン、１２はＴＦＴ
素子、１３は蓄積容量、１４はゲート・ドレイン容量、
１５は液晶容量、１６は対向電極を示している。また、
シンクロゲート駆動を行ったときのゲートオフ期間の画
素電位と液晶容量の関係式を下記の式に示す。

【００３０】

【数１】

【００３１】ここで、Ｃstは蓄積容量、Ｃgdはゲートド
レイン容量、Ｃlc（old）は、配向変化前の液晶容量、
Ｃlc（new）は配向変化後の液晶容量、Ｖ（old）は配向
変化前の画素電位、Ｖ（new）は配向変化後の画素電位
を示している。

【００３２】液晶パネルでは、駆動に伴い、液晶容量Ｃ
lcが時間と共に大きく変化する。このとき、（数１）で
明らかな様に、画素電位Ｖも変化する。このような電位
の変化は、液晶分子の動きに影響を与える。

【００３３】しかし、従来は、この画素電位の変化の影
響をシミュレーションに導入することができなかった。
これは、ＴＦＴパネル内の液晶容量の時間変化を、適
時、画素電位の変化にフィードバックする手法が確立さ
れていなかったためである。

【００３４】今回、本発明者らは、液晶容量の時間変化
を、液晶の配向状態から直接、計算で導出する手法と、
求めた液晶容量を、適時、ＴＦＴパネルの等価回路にフ
ィードバックする手法を用いて、ＴＦＴパネルの透過光
強度の過渡的な変化を求めるシミュレーション手法を開
発した。

【００３５】そこで開発したシミュレーション手法のア
ルゴリズムを図２に示す。大別して、アルゴリズムは、
パネル内の電界分布と液晶配向状態を求める部分、液晶
容量を計算する部分、ＴＦＴパネルの等価回路をもとに
電極電位を計算する部分、及びパネル透過光強度を計算
する部分から成る。さらに、液晶配向状態とＴＦＴ等価
回路の部分を、適時、互いに繰り返して計算すること
で、ミリ秒以下という非常に短い時間間隔で、パネル透
過光強度を求めることが可能となった。

【００３６】上記した本発明のシミュレーション方法に
おいて、液晶容量は以下の手法で求めた。

【００３７】図３（ａ）は、パネル内の液晶配向状態の
計算結果の模式図である。通常、液晶分子の配向はパネ
ル内で異なっており、例えば、９０度ツイストネマチッ
クモードの場合、基板上の液晶は、基板に平行に束縛さ
れており、電界を印加すると基板近くの液晶よりもパネ
ルギャップの中間領域の液晶の方が、基板に対して垂直
方向に配向する。図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応した
液晶容量の近似モデル図である。

【００３８】今回、発明者たちは、液晶容量を求めるた
めに、図３（ａ）に示したパネル内の配向状態を、配向
がほぼ等しい領域ごとに分割し、それぞれの領域を、図
３（ｂ）に示すようなコンデンサで近似した。さらに、
液晶容量の全体を前記のコンデンサの結合状態で表すこ
とで、液晶容量を計算から求めることを可能とした。

【００３９】次に液晶容量の具体的な計算方法を以下に
示す。前述した液晶の配向がほぼ等しい領域の一つを、
領域１とする。領域１の液晶分子のチルト角をθ１とす
ると、領域１の誘電率ε１は、下記の式で与えられる。

【００４０】

【数２】

【００４１】ここで、ε平行、ε垂直は、液晶分子の長
軸、及び短軸方向の誘電率である。なお、θ１は、基板
平面に対する液晶のチルト角を表す。

【００４２】このとき、領域１の静電容量Ｃ１は、下記
の式で表される。

【００４３】

【数３】

【００４４】ここで、Ｓ１は領域１の底面積、ｄ１は厚
みである。次に図３（ｂ）をもとに、全体の液晶容量Ｃ
lcを求める。なお、図３（ｂ）では、簡単のため液晶領
域の分割数を９とした。９分割した領域の静電容量をＣ
１からＣ９とすると、図３（ｂ）よりＣlcは、下記の式
で与えられる。

【００４５】

【数４】

【００４６】次に以下では、図２のアルゴリズムに添っ
て、実際の計算の手順について説明する。

【００４７】手順１：パラメータの設定パネルの電極電位、配向状態等の初期状態を設定する。

【００４８】手順２：パネル内の電界分布の計算電極電位、液晶配向状態をもとに、電界分布を計算す
る。

【００４９】手順３：液晶配向状態の計算電界分布に応じた、パネル配向状態の時間変化を求め
る。このときの時間変化は、ミリ秒程度、もしくは以下
とする。

【００５０】手順４：液晶容量の計算新たな液晶容量Ｃlc（new）を、（数４）から求める。

【００５１】手順５：電極電位の計算新たな電極電位Ｖ（new）を、（数１）から求める。こ
のとき、手順４で求めた液晶容量をＣlc（new）として
代入する。

【００５２】手順６：パネルの透過光強度の計算手順７：手順２以降を繰り返す。

【００５３】なお、（数１）、（数４）の液晶容量、電
極電位に関しては、手順を繰り返すごとに、順次、new
をoldに入れ替えることは言うまでもない。

【００５４】以上のように本実施の形態によれば、液晶
容量計算手段と電極電位計算手段を新たに設け、上記の
手順を繰り返し用いるという手法を用いることにより、
精度の高いシミュレーションを行うことが可能となり、
また、パネルギャップなどが変化してもそれに応じた物
性値のみを変化させるだけで、近似を行うための実験な
どをその都度行うことなくシミュレーションを行うこと
が可能となった。さらに、ＴＦＴ−ＬＣＤの透過光強度
の時間変化をミリ秒以下の時間間隔で求めることが可能
となった。

【００５５】（実施の形態２）以下本発明の実施の形態
２における液晶ディスプレイのシミュレーション方法に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００５６】上記の実施の形態１で示したシミュレーシ
ョン方法において、手順６のパネル透過光強度の計算
は、必ずしも一連の手順に含まず、必要に応じて用いる
こともできる。そこで、図４に本実施の形態に対応する
アルゴリズムを示す。

【００５７】本実施の形態は、少なくとも、液晶分子の
配向状態計算手段と、パネル内部の電界分布を計算する
電界分布計算手段と、液晶パネルの等価回路をもとに液
晶駆動電極の電位を計算する電極電位計算手段と、液晶
容量計算手段を一連の手順とし、前記一連の手段を繰り
返し用いると共に、液晶パネルの透過光強度を計算する
透過光強度計算手段を、適時、用いることを特長とす
る。

【００５８】上記の図２に示した実施の形態１の手順で
は、透過光強度の変化をミリ秒以下の間隔で求めること
ができるわけであるが、数１００ミリ秒と長い期間でシ
ミュレーションを行うと、数ミリ秒以下で逐次、透過光
強度を計算するのは煩雑であり計算時間もかかる。これ
に対して、図４に示した本実施の形態のアルゴリズムで
あれば、任意の時間間隔で透過光強度を求めることがで
き有効である。

【００５９】また、上記の実施の形態１及び２の手順に
おいては、手順４の液晶容量の計算は、手順３と手順５
の間にあれば良い。また、手順６の透過光強度の計算は
手順３の後であれば、任意の位置で良い。したがって、
例えば、手順１−２−３−６−４−５−７、手順１−２
−３−４−６−５−７などでも同様の結果が得られる。
また、手順２と３の順序は逆でも良い。

【００６０】電界分布計算では、ポワソンの方程式を解
く必要があるが、手法は差分法、有限要素法など任意の
手法を用いることができる。差分法はプログラム化が容
易であるが、計算時間がかかるという難点がある。有限
要素法は、計算時間が短いという利点があるが、計算ポ
イント数が多いとプログラム化に難点がある。

【００６１】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００６２】（実施例１）本実施例は、上記の実施の形
態１に対応する実施例であり、対向する基板間で、液晶
分子が９０度捻れた配向を有するツイストネマチック型
ＴＦＴ-ＬＣＤの応答特性に関するシミュレーションを
行った。

【００６３】そこでＴＦＴ-ＬＣＤの概略図を図５に示
す。図５に示すように、アレイ基板５０上にソースライ
ン５２、ゲートライン５３、ＴＦＴ素子５４、画素電極
５５等が、多数形成されている。また、対向基板５１上
にはカラーフィルタ５６が形成されている。アレイ基板
５０と対向基板５１は、一定の間隔を保って貼り合わさ
れ、基板間に液晶５７が、配向方位を９０度捻った形で
保持されている。さらに、アレイ基板５０と対向基板５
１の外側には、偏光板５８が、偏光軸を互いに直交させ
て配置されている。なお、シミュレーションは、多数、
配置された画素の一つを対象に行った。

【００６４】応答特性は、主に、上下基板間の液晶の動
きで決まる。このため、液晶の配向状態、及びパネル内
の電界分布を計算する場合のシミュレーション領域は、
ソースラインに対して垂直方向に画素を切断した、２次
元計算領域５９で行った。また、隣り合う画素は全て同
じ駆動とするため、ソースライン６２上に周期境界条件
を設定した。

【００６５】以下、本実施例のシミュレーション手法
を、図２を参照しながら説明する。手順１：パネル構成等のパラメータ設定計算領域５９の分割格子点数、液晶の誘電率、弾性定
数、粘性係数等の物性値、液晶のプレチルト角、ラビン
グ方向、パネルギャップ、偏光板の偏光軸方向等のパネ
ル構成、蓄積容量等の等価回路値、及び画素書き込み時
のソース電位、ゲート電位等の駆動条件を設定した。

【００６６】駆動条件は、周波数６０Ｈｚ、対向電位０
Ｖ、初期の書き込み電位が最大透過率の９０％（以下、
Ｖ９０）、スイッチング後の書き込み電位が最大透過率
の１０％（以下、Ｖ１０）、ゲートパルスの高さ＋１２
Ｖ、幅１００ナノ秒に対応する応答特性のシミュレーシ
ョンを行った。

【００６７】このとき、パネル構成は、液晶分子が９０
度捻れたノーマリーホワイトモードとした。また、偏光
板の偏光軸は、隣接する基板のラビング方向と直交する
吸収軸合わせの構成とした。パネルギャップは５μｍと
し、液晶は、ＺＬＩ４７９２（Ｍｅｒｃｋ社製）の物性
値を用いた。

【００６８】手順２：パネル内電界分布の計算電界分布の計算は、下記の式に示すポワソン方程式を差
分法を用いて解くことで行った。

【００６９】

【数５】

【００７０】手順３：液晶配向状態の計算配向状態の計算は、下記の式に示す時間発展方程式（A.
Killian, Z.Naturforsch.,44a:p.693-703,1989）を差
分法を用いて解くことで行った。

【００７１】

【数６】

【００７２】ここで、γは粘性係数、Ｋは弾性定数、Ｅ
は電界強度、ｎは液晶分子の３次元方向ベクトル、ｔは
時間である。また、μ、νは方向ベクトルｘ、ｙ、ｚに
対応する添字であり、δεは液晶の誘電率異方性の大き
さを示す。

【００７３】（数６）の左辺が、液晶分子の方向ベクト
ルｎを時間ｔで偏微分した形であることから、（数６）
により、微少時間ｔの間の液晶分子の配向状態の時間変
化を求めることができる。このとき、時間ｔは、ほぼ
０.１ミリ秒であった。

【００７４】手順４：液晶容量の計算前述した手法で液晶容量の計算を行った。手順３で得ら
れた配向状態をもとに、画素電極と対向電極間の液晶容
量を求めた。このとき、領域の分割数は、パネルギャッ
プ方向に１０個、画素面内方向に１００個とし、液晶容
量全体を、合計１０００個の微少コンデンサで近似し
た。

【００７５】手順５：電極電位の計算図１に示したＴＦＴパネルの等価回路図をもとに、（数
１）より電極電位を求めた。

【００７６】このとき、手順４以前の液晶容量、電極電
位を、それぞれＣlc（old）、Ｖ（old）とし、手順４で
新たに求めた液晶容量をＣlc（new）として、（数１）
に代入し、Ｖ（new）を求めた。

【００７７】手順６：パネル透過光強度の計算手順４で得られた液晶の配向状態をもとに、パネル透過
光強度を、ジョーンズ行列による通常の２×２マトリク
ス法を用いて求めた。このとき、透過光の波長は、５４
０ｎｍのグリーン光とした。

【００７８】手順７：手順２以降を、順次、繰り返し、
０.１ミリ秒刻みで透過光強度を計算した。また、トー
タル８０ミリ秒経過後の透過光強度を計算した時点でシ
ミュレーションを終了した。

【００７９】応答特性の計算結果を図６に示す。図６
は、Ｖ９０から、Ｖ１０へ、電位を切り替えて表示を行
った場合の応答特性を示す。図６から明らかなように、
シミュレーション結果は、実験値と非常に良く一致し
た。

【００８０】また、１６.７ミリ秒ごとに画素を書き込
む際に、ゲートパルスが、ゲートに繋がった蓄積容量を
通して画素に重畳する様子もシミュレーションで再現さ
れた。

【００８１】なお、ゲートパルスの波高自体は＋１２Ｖ
であるが、画素に重畳する際に蓄積容量、液晶容量等で
電圧分割されるため、ゲートパルスの実質Ｃst／（Ｃst
＋Ｃlc＋Ｃgd）倍の電位が画素に重畳される。画素電位
書き込み時の液晶容量Ｃlcをもとに、ゲートパルスの実
質的な重畳電位を算出し、シミュレーションに用いた。

【００８２】このように、本シミュレーション手法を用
いることで、ＴＦＴ-ＬＣＤの応答特性を、極めて厳
密、かつ簡便に求めることができる。

【００８３】これは、液晶の配向状態をコンデンサの接
続状態で近似することで、液晶容量を厳密、かつ容易に
計算することができ、さらに画素電極の変化に、コンマ
数ミリ秒以下という非常に短い時間間隔でフィードバッ
クすることができることによるものである。従って、従
来のように、液晶容量を電圧・静電容量特性などの実験
結果から近似する必要がなくなり、応答特性を、全てシ
ミュレーションで求めることが可能となった。

【００８４】なお上記の例では、液晶の表示モードは、
９０度ツイストノーマリホワイトモードとしたが、これ
は、液晶の配向状態が計算で求めることが可能で、ＴＦ
Ｔ-ＬＣＤに用いられる任意の表示モードで良い。例え
ば、ノーマリブラックモード、横方向電界駆動モード、
ホメオトロピック−ホモジニアス配向モード、ＯＣＢモ
ード、配向分割型モード、高分子分散型モード等でも同
様のシミュレーションが可能である。特に、横方向電界
モードの場合、対向基板上には電極が存在しないため、
液晶容量の計算は、アレイ基板上に隣接する駆動電極間
の液晶配向状態をもとに、液晶容量を求める必要があ
る。

【００８５】対向電極電位、ソース電極電位、ゲートパ
ルス電位、及び書き込み時の画素電位等は、任意に設定
できるため、基本的に全ての駆動条件でのシミュレーシ
ョンが可能である。

【００８６】また、パネルは上記の透過型以外に反射型
パネルでも良い。さらに、ＴＦＴ-ＬＣＤに限らず、画
素書き込み後に、画素がフローティング状態となり、さ
らに書き込み後の画素電位の変化が、等価回路等から計
算可能なディスプレイであれば、同様なシミュレーショ
ンが可能である。例えば、ＭＩＭ等の２端子型の表示素
子と上記の表示モードとの組み合わせにも適用すること
ができる。

【００８７】液晶容量を計算する場合、上記例では、液
晶領域を図３（ｂ）に示したように、格子状に分割した
が、これは、液晶の配向状態が面内ではなく、パネルギ
ャップ方向に依存して変わる場合は、液晶層をパネルギ
ャップ方向にのみ分割しても良い。しかし、縦横方向に
分割した方が、液晶容量をさらに厳密に計算することが
できる。

【００８８】計算領域を多数の格子点に分割する際の格
子点の間隔は、通常は縦横は同じ長さを用いる。これ
は、同じ長さにする方が、プログラム化が容易なためで
ある。しかし、局所的に配向状態や電界分布が大きく変
わる場合などは、大きく変わる部分の格子を細かくし、
それ以外を粗くとることで、全体の格子点の数を小さく
したまま、配向、電界が大きく変わる部分を詳細に見る
手法を用いても良い。格子点の数を小さくすることは、
計算時間の短縮に効果がある。

【００８９】上記例では、電界分布の計算に差分法を用
いたが、これは有限要素法を用いても良い。有限要素法
を用いると計算時間の短縮に効果がある。

【００９０】ＴＦＴ-ＬＣＤの等価回路は上記例によら
ず、パネル設計に応じて変えても良い。液晶、パネル構
成等も必要に応じて変える必要がある。

【００９１】また、透過光強度の計算は、上記以外にも
ベルマンの４×４法等を用いても良い。４×４法を用い
ると、透過光強度の計算に基板での多重反射の効果を取
り込むことができる。

【００９２】手順３の液晶配向状態の計算において、
（数６）では、弾性定数Ｋは一定数近似を用いたが、こ
れは近似を使わずベンド、ツイスト、スプレイの３個の
弾性定数を用いて計算を行っても良い。３弾性定数を用
いると、より厳密に液晶の配向状態を求めることができ
る。

【００９３】また、前述の手順においては、手順４の液
晶容量の計算は、手順３と手順５の間にあれば良い。ま
た、手順６の透過光強度の計算は手順３の後であれば、
任意の位置で良い。したがって、例えば、手順１−２−
３−６−４−５−７、手順１−２−３−４−６−５−７
などでも同様の結果が得られる。

【００９４】手順２と３は逆でも良い。この場合、手順
は、例えば、１−３−２−４−５−６−７となり、手順
３から手順７を繰り返し行うことで透過光強度を計算す
る。この場合も上記と同様に、例えば、手順１−３−２
−６−４−５−７、手順１−３−２−４−６−５−７な
どでも同様の結果が得られる。

【００９５】本実施例では、ＴＦＴ-ＬＣＤの基本的な
応答特性のシミュレーションを行ったが、これは、応答
特性が関与する一般的なシミュレーションに適用でき
る。例えば、フレーム反転駆動、１Ｈ反転駆動などの駆
動方式と組み合わせ、さらに複数の画素での透過光強度
を、個別に、かつ時間変化を追って連続的に求めること
で、動画表示における画像の尾引き現象と駆動方式の関
係等の評価を行うことができる。

【００９６】（実施例２）本実施例は上記の実施の形態
２に対応する実施例である。パネル構成等は実施例１と
同様であるが、以下では図４に基づいて説明を行う。

【００９７】本実施例の特長は、透過光強度の計算を必
要に応じて行うことで、計算プロセスと計算時間の削減
を行うことにある。実際のプロセスを下記に示す。

【００９８】手順１：パネル構成等のパラメータ設定手順２：パネル内電界分布の計算手順３：液晶配向状態の計算手順４：液晶容量の計算手順５：電極電位の計算に関しては、実施例１と同様で
あるため省略する。

【００９９】手順６：透過光強度計算判断経過時間をもとに、透過光強度を計算するかどうかの判
断を行う。本実施例では、１ミリ秒ごとに透過光強度の
計算を行った。Ｎｏの場合、手順２以降を行う。

【０１００】手順７：透過光強度の計算については実施
例１と同等である。本手順後、手順２以降を行った。本手順を用いて、透過
光強度をトータル８０ミリ秒まで計算したところ、実施
例１のシミュレーション結果を１ミリ秒間隔でプロット
した結果と、ほぼ同様の結果が得られた。

【０１０１】透過光強度を実施例１では０.１ミリ秒間
隔で計算したが、本実施例では１ミリ秒としたため、透
過光強度の計算回数が１０分の１に削減された。

【０１０２】また、シミュレーションにかかったトータ
ルの計算時間が、実施例１の５分に対し、４分４０秒に
低減した。

【０１０３】その他の点については、実施例１で述べた
通りであるので、重複を避けるために説明は省略する。

【０１０４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、ＴＦＴ-ＬＣＤの動特性のシミュレーションを行う
場合に、シミュレーションの手順に液晶の配向状態から
液晶容量を直接、計算で導出する手順と、駆動電極の電
位をＴＦＴ等価回路から導出する手順を取り入れること
で、ＴＦＴ-ＬＣＤの動特性のシミュレーションを厳密
（精度よく）、かつ、ギャップ、プレチルト角、ラビン
グ方向などの変化に伴ってその都度実験を行うことな
く、物性値を変化させるだけで簡便に行うことができ
る。本手法を用いることで、ＴＦＴ-ＬＣＤにおける任
意の表示モード、及び駆動方法における動特性のシミュ
レーションが可能となり、実験業務の削減、開発効率が
大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＦＴパネルの等価回路の模式図

【図２】本発明の実施の形態１における液晶ディスプレ
イのシミュレーション方法のアルゴリズムを示す図

【図３】本発明において液晶容量を計算するための模式
図

【図４】本発明の実施の形態２における液晶ディスプレ
イのシミュレーション方法のアルゴリズムを示す図

【図５】ＴＦＴ-ＬＣＤの概略を示す斜視図

【図６】本発明の液晶ディスプレイのシミュレーション
方法によるシミュレーション結果を示す図

【図７】従来の液晶ディスプレイのシミュレーション方
法のアルゴリズムを示す図

【符号の説明】

１０ゲートライン１１ソースライン１２ＴＦＴ素子１３蓄積容量１４ゲート・ドレイン容量１５液晶容量１６対向電極３０基板３１液晶３２コンデンサ５０アレイ基板５１対向基板５２ソースライン５３ゲートライン５４ＴＦＴ素子５５画素電極５６カラーフィルタ５７液晶５８偏光板５９２次元計算領域５１０偏光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、アクティブマトリクス型液晶
パネルの基板間に存在する液晶分子の配向状態を計算す
る配向状態計算手段と、パネル内部の電界分布を計算す
る電界分布計算手段と、液晶パネルの等価回路をもとに
液晶駆動電極の電位を計算する電極電位計算手段と、液
晶パネルの透過光強度を計算する透過光強度計算手段
と、前記液晶配向状態から液晶の静電容量を計算する液
晶容量計算手段を用いて、液晶パネルの表示動作のシミ
ュレーションを行う液晶ディスプレイのシミュレーショ
ン方法。
【請求項２】液晶容量計算手段が、液晶配向状態を領域
内の配向状態がほぼ等しい複数の領域に分割し、それぞ
れの領域を静電コンデンサで近似するとともに、全体の
配向状態を前記静電コンデンサの結合状態で近似するこ
とで、液晶の静電容量を導出することを特徴とする請求
項１記載の液晶ディスプレイのシミュレーション方法。
【請求項３】液晶パネルの等価回路が、表示画素の液晶
容量、蓄積容量、およびゲート・ドレイン容量とを有す
ることを特徴とする請求項１記載の液晶ディスプレイの
シミュレーション方法。
【請求項４】配向状態計算手段、液晶容量計算手段、電
界分布計算手段、電極電位計算手段、及び透過光強度計
算手段を組み合わせたものを一連の手順とし、この手順
を繰り返し用いることで、パネル透過光強度の時間変化
を計算することを特徴とする請求項１記載の液晶ディス
プレイのシミュレーション方法。
【請求項５】液晶容量計算手段を配向状態計算手段と電
極電位計算手段の間で用い、さらに配向状態計算手段よ
り後で透過光強度計算手段を用いることを特徴とする請
求項４記載の液晶ディスプレイのシミュレーション方
法。
【請求項６】電界分布計算手段、配向状態計算手段、液
晶容量計算手段、電極電位計算手段、透過光強度計算手
段の順序でシミュレーションを行うことを特徴とする請
求項４または５記載の液晶ディスプレイのシミュレーシ
ョン方法。
【請求項７】配向状態計算手段、液晶容量計算手段、電
界分布計算手段、電極電位計算手段を組み合わせたもの
を一連の手順とし、この手順を繰り返し用いると共に、
さらに適時、透過光強度計算手段を用いることで、パネ
ル透過光強度の時間変化を計算することを特徴とする請
求項１記載の液晶ディスプレイのシミュレーション方
法。
【請求項８】液晶容量計算手段を配向状態計算手段と前
記電極電位計算手段の間で用いることを特徴とする請求
項７記載の液晶ディスプレイのシミュレーション方法。