JP2004170852A

JP2004170852A - 表示装置

Info

Publication number: JP2004170852A
Application number: JP2002339145A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Memita; 裕一目見田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】低消費電力で、表示媒体層を均一な温度に加熱することができる表示装置を提供される。
【解決手段】表示装置は、表示媒体層３７と、表示媒体層３７の少なくとも一方に配置された基板３１ａまたは３１ｂとを備えている。表示媒体層３７と基板３１ａまたは３１ｂとの間には、表示媒体層３７を所定の温度に加熱するための複数の発熱部１６が設けられている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置に関し、特に、表示媒体層を所定の温度に制御可能な表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶材料のしきい値、粘度、またはねじれ角などの特性は、一般に、温度依存性を有するため、液晶材料を表示媒体層に含む液晶表示装置の応答速度やコントラスト比などの表示特性は、表示媒体層の温度に依存して変化することになる。従って、液晶材料の特性を最適に生かすために、最適な温度環境で液晶表示装置を駆動することが望まれる。例えば液晶材料の動作速度は、高温（約６０℃）環境で常温（約２５℃）環境の約２倍程度になるため、フィールドシーケンシャル法のような高速駆動法を採用した液晶表示装置を高温環境で動作させることは非常に有利である。
【０００３】
従来のパネルヒーターを備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面概略図を図４に示す。
【０００４】
図４に示す従来の液晶表示装置３０は、２枚のガラス基板３１ａおよび３１ｂと、これらの間に配置された液晶層３７とを有している。一方のガラス基板３１ａの液晶層３７側には、有効画素領域（表示領域）全体を覆う絶縁性の配向膜３６ａと、表示領域全体を覆い、対向電極をなす透明電極層３４ａと、画素間（隣接画素の間隙）に配置された遮光膜３２ａとが設けられている。他方のガラス基板３１ｂの液晶層３７側には、表示領域全体を覆う絶縁性配向膜３６ｂと、画素ごとの液晶層３７に電荷を与えて表示を行うためにマトリクス状に配置された透明電極層３４ｂ（画素電極）と、画素間に配置された遮光膜３２ｂとが設けられている。ガラス基板３１ｂの液晶層３７と反対側には透明ヒーター３８が取り付けられており、この透明ヒーターによって液晶層３７全体が加熱される。上記液晶表示装置の具体的な構成は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
上述した構成では、液晶層３７を単一のヒーター３８によって加熱しているので、液晶層３７の面内に温度むらが生じる。そこで、液晶層３７を均一な温度に加熱するために、上記のヒーター３８に代えて、所定の形状の透明導電性膜から形成されたヒーター電極層がガラス基板３１ｂに設けられた液晶表示装置が特許文献２に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５８−１２９４２１号公報（第２図）
【特許文献２】
特開平３−１０７１２３号公報（第３図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来の液晶表示装置は、ヒーターがガラス基板３１ｂの液晶層３７と反対側の表面に設けられており、ガラス基板３１ｂを介して液晶層３７が加熱されるため、消費電流が必要以上に大きくなるという問題がある。また、液晶表示装置を外部から加熱しているので、液晶表示装置の形状によっては液晶層全体を十分に均一な温度に加熱することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、低消費電力で、表示媒体層を均一な温度に加熱することができる表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示装置は、表示媒体層と、前記表示媒体層の少なくとも一方に配置された基板とを備える表示装置であって、前記表示媒体層と前記基板との間に、前記表示媒体層を所定の温度に加熱するための複数の発熱部を有し、これにより上記の課題が解決される。
【００１０】
表示の単位となる複数の画素が行列状に配置されており、前記複数の画素のうちの１行または１列に配列された画素群に、２以上の発熱部が対応するように前記複数の発熱部が設けられていてもよい。
【００１１】
前記複数の画素のうちのそれぞれに１つの発熱部が対応するように前記複数の発熱部が設けられていてもよい。
【００１２】
前記表示媒体層と前記基板との間に配置された導電層を有し、前記導電層は、第１の電圧が与えられる第１電極部と、第２の電圧が与えられる第２電極部と、前記第１電極部と前記第２電極部との間に設けられた複数の第３電極部を有し、前記複数の第３電極部が前記複数の発熱部を構成してもよい。
【００１３】
前記導電層は透明性を有し、前記表示媒体層を介して前記第１電極部と対向するように配置された複数の画素電極を有し、前記第１電極部は対向電極として機能してもよい。
【００１４】
前記導電層は遮光性を有してもよい。表示の単位となる複数の画素が行列状に配置されており、前記導電層は、隣接する前記複数の画素の間隙に対応して配置されていてもよい。
【００１５】
前記導電層は、行方向または列方向に延びた帯状形状の複数の領域を有してもよい。
【００１６】
前記表示媒体層は液晶材料を含んでもよい。
【００１７】
【発明の実施形態】
本発明の表示装置は、表示媒体層と、表示媒体層の少なくとも一方に配置された基板とを備えており、表示媒体層と基板との間に複数の発熱部を有している。上記発熱部により、表示媒体層が所定の温度に加熱される。
【００１８】
本発明の表示装置は、発熱部が表示媒体層と基板との間に配置されているので、発熱部が基板の表示媒体層の反対側に配置されている場合に比べて、表示媒体層をより効率的に加熱することができるため、消費電力が小さい。また、液晶表示装置の形状にかかわらず、表示媒体層の全面を均一な温度に加熱することができる。さらに、発熱部が複数個設けられているので、個々の発熱部を適宜制御することにより、表示媒体層の位置毎に温度制御することができるので、表示媒体層の全面を十分に均一な温度に加熱することができる。
【００１９】
上記の表示装置は、典型的には、表示の単位となる複数の画素が行列状に配置されている。この場合、発熱部は、複数の画素のうちの１行または１列に配列された画素群に、２以上の発熱部が対応するように設けられていることが好ましい。１つの画素群に対して２以上の発熱部を設けることにより、１つの画素群に対して１つの発熱部を設ける場合に比べて、複数の画素の表示媒体層をより個別に温度制御できるので、表示媒体層全体の温度分布を小さくすることができる。
【００２０】
より好ましくは、複数の画素のそれぞれに、１つの発熱部が対応するように発熱部を設ける。画素ごとに発熱部が設けられている場合、表示媒体層を画素ごとに温度制御できるので、表示媒体層全体の温度分布をさらに小さくすることができる。
【００２１】
ある実施形態では、表示媒体層と基板との間に導電層が配置されており、この導電層は、第１電極部、第２電極部、および、第１電極部と第２電極部との間に設けられた第３電極部を有している。第１電極部には第１の電圧が与えられ、第２電極部には第１の電圧と異なる第２の電圧が与えられる。第１電極部と第２電極部との間に電位差が生じるので、２つの電極部の間に電流が流れる。第３電極部は、第１電極部と第２電極部との間に配置されているので発熱し、表示媒体層を加熱する発熱部を構成する。第３電極部が効率的に発熱するように、第１および第２電極部に比べて第３電極部の抵抗値が高くなるように設定されていることが好ましい。
【００２２】
導電層は例えば透明性を有する透明導電層である。透明導電層は例えばＩＴＯで形成される。導電層を透明導電層で構成する場合、第１電極部を対向電極として機能させることが好ましい。すなわち表示装置は、第１電極部と、表示媒体層を介して第１電極部と対向するように配置された複数の画素電極とを有し、第１電極部（対向電極）と画素電極とにそれぞれ所定の電圧が印加され、画素ごとに表示媒体層が駆動される。第１電極部が対向電極として機能し、透明導電層が発熱部および対向電極を兼ねている場合、発熱部を構成するための層を別途設ける必要がない。また、単一の透明導電層をパターニングして、発熱部および対向電極を同一工程で作製することができる。
【００２３】
あるいは、導電層は遮光性を有していてもよい。遮光性導電層は例えば金属で形成される。導電層を遮光性導電層で構成する場合、この導電層を画素間に配置することが好ましい。表示装置は一般に、表示の単位となる複数の画素が行列状に配列されている。隣接する画素の間隙を透過する光は、表示装置の黒表示状態の品位を下げ、コントラスト比を低下させてしまう。従って隣接する画素間から光漏れが生じないように、画素間にブラックマトリクスが配置される。
【００２４】
発熱部を構成する遮光性導電層を、画素間を遮光するためのブラックマトリクスとしても機能させた場合、すなわち、遮光性導電層が発熱部およびブラックマトリクスを兼ねている場合、発熱部を構成するための層を別途設ける必要がない。また、単一の遮光性導電層をパターニングして、発熱部およびブラックマトリクスを同一工程で作製することができる。
【００２５】
上述した発熱部を有する導電層は、例えば、行方向または列方向に延びた帯状形状である。
【００２６】
本発明の構成は、表示媒体層が液晶材料を含む液晶表示装置に好適に利用される。液晶材料の動作速度は高温環境でより高くなるため、例えば、フィールドシーケンシャル法のような高速駆動法を採用した強誘電液晶表示装置に好適に利用される。また、液晶表示装置に限られず、例えば、表示媒体層が有機ＥＬ材料を含んだ発光層である有機ＥＬ表示装置や、表示媒体層が帯電微粒子を含む電気泳動表示装置にも利用可能である。本発明の構成を用いれば、表示媒体層の温度制御を精密に行うことができるので、表示媒体層の特性が最も効果的に発揮される温度環境で、表示装置を駆動することができる。
【００２７】
以下、図１〜図３を参照しながら本発明の実施形態１および２を説明する。下記の実施形態では表示装置として、スイッチング素子を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置を例示するが、本発明はこれに限定されるものでない。
【００２８】
（実施形態１）
図１に示すように実施形態１の液晶表示装置５０は、互いに対向するように配置された２枚のガラス基板３１ａおよび３１ｂと、これらの間に配置された液晶層３７とを有している。
【００２９】
一方の基板３１ａと液晶層３７との間には、遮光膜３２ａと、絶縁膜３３ａと、透明電極層（透明導電層）５４ａと、絶縁膜３５ａと、配向膜３６ａとが形成されている。透明導電層５４ａは例えばＩＴＯから形成されており、液晶層３７に所定の電圧を印加する対向電極である。この透明導電層５４ａはさらに、液晶層３７を所定の温度に加熱するための発熱部を有している。すなわち透明導電層５４ａは、対向電極と発熱部とを兼ねている。
【００３０】
他方の基板３１ｂと液晶層３７との間には、遮光膜３２ｂと、絶縁膜３３ｂと、透明電極層（透明導電層）３４ｂと、絶縁膜３５ｂと、配向膜３６ｂとが形成されている。透明導電層３４ｂは例えばＩＴＯから形成されており、マトリクス状に配置された複数の画素電極である。
【００３１】
なお、図１には示さないが、基板３１ｂには、互いに交差するように配列された信号線および走査線と、信号線に接続されたソースドライバと、走査線に接続されたゲートドライバとが設けられている。信号線はソースドライバから表示信号が供給され、走査線はゲートドライバから表示タイミング信号が供給される。また、信号線と走査線との交差点近傍には、ＴＦＴのようなスイッチング素子が設けられており、ＴＦＴのソース電極は信号線に接続され、かつＴＦＴのゲート電極は走査線に接続されており、ＴＦＴのオン／オフに基づいて各画素が駆動される。
【００３２】
図２（ａ）は実施形態１の液晶表示装置５０の平面図を模式的に示す。図２（ｂ）は（ａ）の２Ａ領域に設けられている透明導電層５４ａを模式的に示している。なお、図２（ａ）は、液晶表示装置５０の備える全画素のうちの一部のみを示しているが、実際には、表示領域１１の全面にマトリクス状に配列された画素１２が配置されている。
【００３３】
上述したように液晶表示装置５０は、透明導電層５４ａが発熱部を有し、この透明導電層５４ａは対向電極としても機能する。図２（ｂ）に示すように、透明導電層５４ａは、行方向に延びる複数の帯状形状の領域Ａ、Ｂ、およびＣを有しており、各領域は、対向電極部（第１の電極部）１４と、加熱用電極部（第２の電極部）１５と、発熱部（第３の電極部）１６とを有している。対向電極部１４は同一の行に配列された複数の画素１２（画素電極３４ｂ）を覆うように配置されている。対向電極部１４と加熱用電極部１５とは発熱部１６を介して電気的に接続されている。発熱部１６および加熱用電極部１５は、行方向に隣接する画素間に配置されている。発熱部１６は１つの画素につき、１つの発熱部１６が対応するように配置されている。加熱用電極部１５は、対向電極部１４と平行に延びている。発熱部１６の線幅ｄ３は、対向電極部１４の線幅ｄ１および加熱用電極部１５の線幅ｄ２よりも小さくなるように形成されている。
【００３４】
対向電極部１４には対向電圧が印加され、加熱用電極部１５には対向電圧１４と異なる電圧が印加される。従って、対向電極部１４と加熱用電極部１５との間に電位差が形成され、発熱部１６を介して対向電極部１４と加熱用電極部１５との間に電流が流れる。上述したように発熱部１６の線幅ｄ３は、ｄ１およびｄ２よりも極端に小さいので、発熱部１６は抵抗値が高く、電力消費が大きくなるので発熱する。この発熱により、発熱部１６近傍に存在する画素の液晶層３７が加熱される。
【００３５】
対向電極部１４に印加される対向電圧は例えば、一定電圧、または、所定の周期で正負が反転する反転電圧（例えばフィールド反転）である。加熱用電極部１５に印加される電圧は、例えば、対向電極を基準にした表示用信号電圧に対して逆位相の電圧である。上記の電圧を加熱用電極部１５に印加すると、液晶層の充放電によって消費される電力を発熱部１６で利用することが可能であるので、更なる消費電力の低減を実現することができる。
【００３６】
加熱用電極部１５に印加される電圧変化の一例を図５に示す。図５に示すように、表示用信号電圧は、対向電極を基準にして、垂直同期信号に対応して正負が反転する反転電圧である。加熱用電極部１５に印加される電圧は、対向電極を基準にして、上記表示用信号電圧に対して逆位相の電圧である。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、透明導電層５４ａの複数の帯形状の領域において、各対向電極部１４は共通の対向電圧が印加され、各加熱用電極部１５は共通の加熱用電圧が印加される。
【００３８】
本実施形態の構成では、液晶表示装置に一般に使用される層（透明導電層）を利用して発熱部を形成しているため、発熱部を形成するために新たな層を別途設ける必要がない。また、単一の透明導電層をパターニングして、発熱部および対向電極部を同一工程で作製することができるので、製造工程が複雑になることがない。また、発熱部のパターン形状を自由に設定できるので、例えば発熱部の幅ｄやその形状を変化させることによって、画素ごとに発熱量を自由に設定することができる。
【００３９】
図６は、本実施形態１から得られる効果を説明するためのグラフである。加熱用電極部１５に印加する電力（電圧）を変化させて、液晶応答時間を測定した。比較のために、液晶表示装置の外部（基板の外側）にヒーターが設けられている従来の液晶表示装置（図４）に対する測定結果もあわせて示す。なお、液晶層（および液晶表示装置（液晶パネル）の）温度は外的要因によって不均一分布を有し、加熱用電極部１５に電圧を投入後、時間経過と共に液晶層の温度（熱）分布は均一になる。従って、上記測定は、液晶層の温度が均一になった（表示むらが解消した）ことを確認した後に行っている。
【００４０】
図６より、本実施形態１の液晶表示装置５０では、同じ液晶応答時間を得るのに必要な加熱用の電力が、従来の表示装置に比べて小さいことがわかる。
【００４１】
なお、上述の説明では単一のＩＴＯ層である透明導電層５４ａを用いて、対向電極部１４、加熱用電極部１５および加熱部１６を形成した場合を例示したが、加熱用電極部１５を透明導電層５４ａと異なる材料（例えば金属）の導電層を用いて形成しても良い。あるいは、加熱用電極部１５を、上記導電層と透明導電層５４ａとの多層構造で形成しても良い。加熱用電極部１５をＩＴＯで構成した場合、ＩＴＯは抵抗率が比較的大きく、加熱用電極部１５の線幅ｄ２は狭いので、加熱用電極部１５の抵抗値が大き過ぎる場合がある。加熱用電極部１５を上記のように構成すれば、加熱用電極部１５の抵抗値を低くすることができる。なお、加熱用電極部１５は画素間に配置されるため、透光性の無い導電材料から形成されてもよい。
【００４２】
（実施形態２）
実施形態２の液晶表示装置６０は、主として、遮光膜が発熱部を有していることにおいて、実施形態１の液晶表示装置５０と異なる。
【００４３】
図１に示すように実施形態２の液晶表示装置６０は、一方の基板３１ａと液晶層３７との間に設けられた遮光膜６２ａと、他方の基板３１ｂと液晶層３７との間に設けられた遮光膜６２ｂとのうちの少なくとも一方が、発熱部を有している。遮光膜６２ａおよび６２ｂは、画素間に対応するように配置されたものであり、画素間から透過する光を遮光するためのブラックマトリクスである。遮光膜は例えばクロムなどの金属材料を用いて形成されている。
【００４４】
図３（ａ）は実施形態２の液晶表示装置６０の平面図を模式的に示す。図３（ｂ）は（ａ）の３Ａ領域に設けられている遮光膜６２ａおよび／または６２ｂを模式的に示している。なお、図３（ａ）は、液晶表示装置６０の備える全画素のうちの一部のみを示しているが、実際には、表示領域１１の全面にマトリクス状に配列された画素１２が配置されている。
【００４５】
上述したように液晶表示装置６０は、遮光膜６２ａおよび／または６２ｂが発熱部を有し、この遮光膜６２ａおよび／または６２ｂはブラックマトリクスとしても機能している。
【００４６】
図３（ｂ）に示すように遮光膜６２ａおよび／または６２ｂは、行方向に延びる複数の帯状形状の領域Ａ、Ｂ、およびＣを有しており、各領域は、各画素１２に対応して開口部６８を有している。遮光膜６２ａおよび／または６２ｂは、１つの帯形状のほぼ上側半分に第１の加熱用電極部６４を備え、ほぼ下側半分に第２の加熱用電極部６５を備えている。また、同一の行に配列された画素１２間の中央付近に発熱部６６を備えている。
【００４７】
第１の加熱用電極部６４と第２の加熱用電極部６５とは、発熱部６６を介して電気的に接続されている。発熱部６６は１つの画素につき、１つが対応するように配置されている。発熱部６６の線幅は、第１の加熱用電極部６４および第２の加熱用電極部６５の線幅よりも極端に小さくなるように形成されている。本実施形態では図３に示すように例えば、行方向に隣接する画素間の遮光膜を部分的に切り取ることによって、遮光膜の幅を小さくした領域を発熱部６６としている。なお、発熱部６６の幅および位置は、画素間で生じる光漏れを考慮して設定される。
【００４８】
第１の加熱用電極部６４と第２の加熱用電極部６６とには、互いに異なる所定の電圧が印加されている。従って、第１の加熱用電極部６４と第２の加熱用電極部６６との間に電位差が形成され、発熱部６６を介して第１の加熱用電極部６４と第２の加熱用電極部６６との間に電流が流れる。上述したように発熱部６６の幅ｄは、第１の加熱用電極部６４および第２の加熱用電極部６６の幅よりも極端に小さいので、発熱部６６は抵抗値が高く、電力消費が大きくなるので発熱する。この発熱により、発熱部６６近傍に存在する画素の液晶層が加熱される。なお、発熱部６６の形状および位置などは図３に例示するものに限られない。対応する液晶層を所望の温度に加熱できるように発熱部６６の発熱量を設定できれば、発熱部６６は種々の形状を取り得る。
【００４９】
図３（ｂ）に示すように、遮光膜６２ａおよび／または６２ｂの複数の帯形状の領域において、各第１の電極部６４は共通の加熱用電圧が印加され、各第２の電極部６５は共通の加熱用電圧が印加される。
【００５０】
対向電極部１４、および加熱用電極部１５に印加される電圧は、例えば実施形態１と同様に設定することができる。
【００５１】
本実施形態の構成では、液晶表示装置に一般に使用される層（遮光膜）を利用して発熱部を形成しているため、発熱部を形成するために新たな層を別途設ける必要がない。また、単一の透明導電層をパターニングして、発熱部および対向電極部を同一工程で作製することができるので、製造工程が複雑になることがない。また、発熱部のパターン形状を自由に設定できるので、例えば発熱部の幅ｄやその形状を変化させることによって、画素ごとに発熱量を自由に設定することができる。
【００５２】
上述した実施形態１および２を組み合わせて、遮光膜および透明導電層の両方に加熱部を設けても良い。また、液晶表示装置の遮光膜または透明電極層以外に、例えば配向膜に発熱部を設けても良い。具体的には、例えば配向膜をポリピロールのような導電性材料を用いて形成し、実施形態１で用いた透明導電層５４ａと同様の形状とし、所定の電圧を印加した場合であっても上記と同様の効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明により、低消費電力で、表示媒体層を均一な温度に加熱することができる表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の液晶表示装置の断面図である。
【図２】（ａ）は第１の実施形態の液晶表示装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の２Ａ領域の透明導電層の平面図である。
【図３】（ａ）は第２の実施形態の液晶表示装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の３Ａ領域の遮光膜の平面図である。
【図４】従来の液晶表示装置の断面図である。
【図５】加熱用電極部に印加される電圧変化の一例を示す図である。
【図６】実施形態１の効果を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
３０液晶表示装置
３１ａガラス基板
３１ｂガラス基板
３２ａ遮光膜
３２ｂ遮光膜
３３ａ絶縁膜
３３ｂ絶縁膜
３４ａ透明電極層
３４ｂ透明電極層
３５ａ絶縁膜
３５ｂ絶縁膜
３６ａ配向膜
３６ｂ配向膜
３７液晶層
３８透明ヒーター
５０液晶表示装置
５４ａ透明電極層
６０液晶表示装置
６２ａ遮光膜
６２ｂ遮光膜

Claims

表示媒体層と、前記表示媒体層の少なくとも一方に配置された基板とを備える表示装置であって、
前記表示媒体層と前記基板との間に、前記表示媒体層を所定の温度に加熱するための複数の発熱部を有する表示装置。
表示の単位となる複数の画素が行列状に配置されており、
前記複数の画素のうちの１行または１列に配列された画素群に、２以上の発熱部が対応するように前記複数の発熱部が設けられている、請求項１に記載の表示装置。
前記複数の画素のうちのそれぞれに１つの発熱部が対応するように前記複数の発熱部が設けられている、請求項２に記載の表示装置。
前記表示媒体層と前記基板との間に配置された導電層を有し、
前記導電層は、第１の電圧が与えられる第１電極部と、第２の電圧が与えられる第２電極部と、前記第１電極部と前記第２電極部との間に設けられた複数の第３電極部を有し、前記複数の第３電極部が前記複数の発熱部を構成する、請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
前記導電層は透明性を有し、
前記表示媒体層を介して前記第１電極部と対向するように配置された複数の画素電極を有し、
前記第１電極部は対向電極として機能する、請求項４に記載の表示装置。
前記導電層は遮光性を有する、請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
表示の単位となる複数の画素が行列状に配置されており、
前記導電層は、隣接する前記複数の画素の間隙に対応して配置されている、請求項６に記載の表示装置。
前記導電層は、行方向または列方向に延びた帯状形状の複数の領域を有する、請求項１から７のいずれかに記載の表示装置。
前記表示媒体層は液晶材料を含む、請求項１から８のいずれかに記載の表示装置。