JP2020042192A - 表示装置及びミラー装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】反射状態における反射率の低下が抑制され、かつ近接物体の検出を可能とする表示装置及びミラー装置を提供する。【解決手段】表示装置は、表示パネルと、表示パネルと重畳するとともに、入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態とを切り替える前面パネルとを有する。前面パネルは、被検出体の存在が検出可能である。【選択図】図14

Description

本開示は、入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態でかつ画像表示可能な表示装置及びミラー装置に関する。
特許文献1には、画像を表示する表示状態と、反射像が得られる鏡状態(反射状態)とに切り替え可能な装置が記載されている。
特開2001−318374号公報
特許文献1の表示装置において、タッチパネルを更に上に重ねると、反射状態における反射率が低下してしまう可能性がある。
本開示は、反射状態における反射率の低下が抑制され、かつ近接物体の検出を可能とする表示装置及びミラー装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様による表示装置は、表示パネルと、前記表示パネルと重畳するとともに、入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態とを切り替える前面パネルとを有し、前記前面パネルは、被検出体の存在が検出可能である。
本発明の他の態様によるミラー装置は、入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態でかつ画像表示可能なミラー装置であって、上記表示装置と、前記画像を撮像する撮像装置を備える。
図1は、実施形態1の表示装置のアクティブ領域を説明するための模式的な平面図である。 図2は、実施形態1の表示装置の構成の一例を示す斜視図である。 図3は、実施形態1の表示装置の第2透光性電極を示す平面図である。 図4は、実施形態1の表示装置の第1透光性電極を示す平面図である。 図5は、実施形態1の表示装置の断面図である。 図6は、実施形態1の表示装置の断面図である。 図7は、表示パネルの画素の大きさと、第2透光性電極の大きさとを模式的に比較して説明する説明図である。 図8は、実施形態1の表示装置を説明するためのブロック図である。 図9は、入射光が透過する透過状態でかつ画像表示可能な表示状態を説明するための模式図である。 図10は、入射光が反射する反射状態を説明するための模式図である。 図11は、第1偏光部材の透過軸と、光学シートの透過軸との関係を模式的に説明するための説明図である。 図12は、ミラー装置の取り付け状態を示す図である。 図13は、駆動回路のブロック図の一例である。 図14は、自己静電容量検出の等価回路の例を示す説明図である。 図15は、自己静電容量検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。 図16は、実施形態1の表示状態における静電容量検出のタイミングチャートである。 図17は、実施形態1に係るホバー検出の一例を示す説明図である。 図18は、静電容量検出の一例を説明するためのフローチャートである。 図19は、検出電極ブロックと信号強度との関係を模式的に示すグラフである。 図20は、実施形態2の表示状態における静電容量検出のタイミングチャートである。 図21は、実施形態3の表示装置の断面図である。 図22は、実施形態4の表示装置の断面図である。 図23は、実施形態5の表示装置の断面図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、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。
(実施形態1)
図1は、実施形態1の表示装置のアクティブ領域を説明するための模式的な平面図である。図1に示すように、画像を表示する表示状態と、反射像が得られる鏡状態(反射状態)とに切り替え可能なアクティブ領域10と、アクティブ領域10の周囲にある額縁領域10Fとがある。
図2は、実施形態1の表示装置の構成の一例を示す斜視図である。表示装置100は、第1偏光部材4と、前面パネル1と、光学シート5と、第2偏光部材31と、表示パネル2と、第3偏光部材32と、バックライト3とを備えている。図2において、表示パネル2の平面の一方向がX方向とされ、表示パネル2の平面においてX方向と直交する方向がY方向とされ、X−Y平面に直交する方向がZ方向とされている。Z方向にみて表示パネル2が画像を表示する表示面(又は上面)がある側を表示面側(又は上面側)といい、Z方向にみて表示面(又は上面)とは反対の背面(又は下面)がある側を背面側(又は下面側)という。
Z方向にみて、表示パネル2の背面側には、第3偏光部材32と、バックライト3とが表示パネル2と重なり合う。
バックライト3は、表示パネル2に向けて光を出射する照明装置である。バックライト3は、例えば、光源と導光板とを有し、光源から出射された光を導光板で散乱させつつ、表示パネル2と対面する出射面から光を出射する。バックライト3は、導光板と第3偏光部材32との間にプリズムシートや拡散シートを有していても良い。
Z方向において、表示パネル2の表示面側には、第1偏光部材4と、前面パネル1と、光学シート5と、第2偏光部材31と、がこの順に表示パネル2と重なり合う。このように、前面パネル1は、表示パネル2と重畳している。
図3は、実施形態1の表示装置の第2透光性電極を示す平面図である。図4は、実施形態1の表示装置の第1透光性電極を示す平面図である。図5は、実施形態1の表示装置の断面図である。図5に示す第2透光性電極15は、図3に示すように、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に分割されている。以下、第2透光性電極15と表記した場合、第2透光性電極15は、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536の全体を指し示している。第2透光性電極15は、図1に示すアクティブ領域10と重なる。
図5に示す第1透光性電極14は、図4に示すように、第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436に分割されている。以下、第1透光性電極14と表記した場合、第1透光性電極14は、第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436の全体を指し示している。図3に示すように、第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436は、フレキシブルプリント基板(FPC)18を介して、プリント基板99に搭載された駆動回路17にそれぞれ接続されている。第1透光性電極14は、図1に示すアクティブ領域10と重なる。
図5は、画像が表示されている表示状態の表示装置100を示す図である。図6は、実施形態1の表示装置の断面図である。図6は、入射光が反射する反射状態の表示装置100を示す図である。図5及び図6の断面は、図3に示すV−V’の模式的な断面である。
図5、図6に示すように、表示パネル2は、いわゆる液晶表示装置である。表示パネル2は、透光性の基板21と、透光性の基板22と、基板21と基板22との間に封止層23で封止された液晶層29とを備えている。なお、表示パネル2は、液晶表示装置に限定されるものでなく、EL(Electro−Luminescence)方式等の表示装置であってもよい。
液晶層29は、電界の状態に応じて、液晶層29を通過する光を変調するものである。液晶層29は、実施形態1においては、例えば、IPS(インプレーンスイッチング)の一形態であるFFS(フリンジフィールドスイッチング)等の横電界モードが用いられるが、これに限定されるものではなく、縦電界モードを用いてもよい。例えば、TN(Twisted Nematic:ツイステッドネマティック)、VA(Virtical Alignment:垂直配向)、ECB(Electrically Controlled Birefringence:電界制御複屈折)等の各種モードの液晶を用いてもよい。
図7は、表示パネルの画素の大きさと、第2透光性電極の大きさとを模式的に比較して説明する説明図である。表示パネル2は、画像を表示する。表示パネル2は、図7に示すように多数の画素Pixが二次元配列で配置されている。表示パネル2は、バックライト3(図4参照)から出射された光が入射する。表示パネル2は、各画素Pixに入射される光の透過率を変えることで、画像を表示させる。
実施形態1の表示装置100は、モノクロ表示対応の表示装置及びカラー表示対応の表示装置のいずれにも適用できる。カラー表示対応の表示装置100とした場合、カラー画像を形成する単位となる1つの画素Pix(単位画素)が、複数の副画素(サブピクセル)を含むことになる。より具体的には、カラー表示対応の表示装置では、1つの画素は、例えば、赤色(Red;R)を表示する副画素、緑色(Green;G)を表示する副画素及び青色(Blue;B)を表示する副画素の3つの副画素を含む。
1つの画素は、RGBの3原色の副画素の組み合わせに限定されず、RGBの3原色の副画素に更に1色又は複数色の副画素を加えて1つの画素を構成することも可能である。より具体的には、例えば、輝度向上のために白色(White;W)を表示する副画素を加えて1つの画素を構成したり、色再現範囲を拡大するために補色を表示する少なくとも1つの副画素を加えて1つの画素を構成したりすることも可能である。
図5及び図6に示す基板21の液晶層29側には、マトリクス状に配置された複数の画素電極25と、共通電極24と、がある。画素電極25と共通電極24とは、絶縁層26で絶縁され、基板21の表面に垂直なZ方向において、対向している。画素電極25及び共通電極24は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される透光性電極である。基板21は、ガラスや樹脂などの透光性基板である。基板21の液晶層29側には、積層された配向膜83が設けられている。基板21の液晶層29とは反対側には、第3偏光部材32が配置されている。
図5及び図6に示す基板22の液晶層29側には、カラーフィルタ(図示省略)と、配向膜84とが設けられている。カラーフィルタは、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色された色領域を含む。基板22の液晶層29とは反対側には、第2偏光部材31が配置されている。
表示パネル2は、ドライバICとよばれる駆動回路27を備えている。フレキシブルプリント基板(FPC(Flexible Printed Circuits))28は、駆動回路27への信号又は駆動回路27を駆動する駆動電力を伝送する。
図5、図6に示すように、前面パネル1は、第1基板11と、第2基板12と、第1基板11と第2基板12との間に封止層13で封止された液晶層19とを備えている。第1基板11及び第2基板12は、ガラスや樹脂などの透光性基板である。
液晶層19は、電界の状態に応じて、液晶層19を通過する入射した光の偏光方向を変換可能なように変調するものである。液晶層19は、実施形態1においては、例えば、TNモードが用いられる。
図5及び図6に示す第1基板11の液晶層19がある側には、図7に示すマトリクス状の画素Pix全体の領域以上の大きさを有する第1透光性電極14がある。第2基板12の液晶層19側には、図7に示すマトリクス状の画素Pix全体の領域以上の大きさを有する第2透光性電極15がある。本実施形態では、第1透光性電極14は、供給される電圧が変化し、電界により液晶層19の状態を変化させる駆動電極である。第2透光性電極15は、固定された電圧により固定電位を維持する固定電位電極である。図5及び図6に示すように、第1透光性電極14は、窒化シリコンなどの透光性の絶縁膜85で覆われている。絶縁膜86は、第2透光性電極15と第1透光性電極14とのショートを抑制できる。金属層73は、絶縁膜85で覆われることで、腐食が抑制される。
また、第1基板11は、配向膜81を介して、配向膜81に接する液晶層19の液晶配向を一方向にしている。同様に、第2基板12は、配向膜82を介して、配向膜82に接する液晶層19の液晶配向を、第1基板11に接する液晶配向と異なる方向にしている。第1透光性電極14と第2透光性電極15とは、第1基板11の表面に垂直なZ方向において、対向している。第1透光性電極14及び第2透光性電極15は、ITO等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される透光性電極である。
図7に示すように、アクティブ領域10の面積は、全画素Pixが配置された表示領域と同じ面積である。
FPC18は、前面パネル1とボンディングパッド74で電気的に接続される。図5に示す金属層73の一部は、図4に示すようにパターニングされ、図3に示す第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に電気的に接続された各導電柱71とボンディングパッド74とを接続する配線となる。あるいは、金属層73の一部は、各第2透光性電極15とボンディングパッド74とを接続する配線となる。金属層73の他の部分は、額縁領域10Fに沿って配置される。金属層73の他の部分は、配線であって、かつアクティブ領域10の光透過率よりも額縁領域10Fの光透過率を低くなるように、額縁領域10Fを遮光する遮光部である。駆動回路17は、FPC18を介して前面パネル1へ第1透光性電極14及び第2透光性電極15の電力を伝送する。
求められる偏光度、反射像のムラに応じて第1偏光部材4の材質が選択される。例えば、第2基板12の液晶層19とは反対側には、シクロオレフィンポリマーの基材層64がある。基材層64の表示面側は、ラビング処理がされ、特定の配向が付与されている。
第1偏光部材4は、基材層64の表示面側に形成されている。言い換えると、第1偏光部材4は、第2基板12の液晶層19とは反対側の面にある。第1偏光部材4は、液晶材料と二色性色素とが混合された塗布型偏光層である。第1偏光部材4が、液晶材料と二色性色素とが混合された塗布型偏光層であれば、表示装置100は、反射像の短波長側の波長が吸収されにくく、白色度がニュートラルに近くなる。
あるいは、第1偏光部材4は、ヨウ素をPVAのフィルムに吸着させ、一方向に延伸して分子の配向を一定方向に揃える偏光板であってもよい。この場合、基材層64が省略され、第1偏光部材4は、第2基板12の液晶層19とは反対側に設けられる。
光学シート5において、第1偏光方向の直線偏光が透過され、第2偏光方向の直線偏光が反射される。光学シート5は、反射型偏光板ともよばれる。
図8は、実施形態1の表示装置を説明するためのブロック図である。図8において、実施形態1の表示装置100は、車両のルームミラーとして使用されている。制御部9は、例えば、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)と、記憶装置であるメモリとを備えたコンピュータである。制御部9は、これらのハードウェア資源を用いてコンピュータプログラムを実行することによって各種の機能を実現することもできる。
具体的には、制御部9は、所定の記憶部(図示せず)に記憶されているコンピュータプログラムを読み出してメモリに展開し、メモリに展開されたプログラムに含まれる命令をCPUに実行させる。実施形態1において、制御部9は、鏡面状態決定部93と、画像制御部94とを備える。鏡面状態決定部93と、画像制御部94とは、ハードウェア資源を用いてコンピュータプログラムを実行することによってそれぞれ実現される制御部9の機能である。
そして、画像制御部94は、CPUによる命令の実行結果に応じて、バックライト3の点灯及び消灯並びに点灯時の光量及び光の強度を制御する。また、画像制御部94は、CPUによる命令の実行結果に応じて、表示パネル2に表示させる画像信号を、フレキシブルプリント基板28を介して駆動回路27へ伝送し、駆動回路27が表示パネル2に画像を表示させる。また、鏡面状態決定部93は、入力部202の表示状態の指令信号に応じて、FPC18を介して駆動回路17を制御し、駆動回路17が第1透光性電極14に電圧を印加する状態にする。これにより、第1透光性電極14の電圧が閾値以上となる。又は、鏡面状態決定部93は、入力部202の反射状態の指令信号に応じて、FPC18を介して駆動回路17を制御し、駆動回路17が第1透光性電極14に電圧を印加しない状態にする。これにより、第1透光性電極14の印加電圧が、基準電圧となり、閾値より小さくなる。
例えば、図8に示すように、制御部9は、車両200の撮像装置201と接続されている。撮像装置201は、車両200の後方BDを撮影し、車両200の後方BDの画像が制御部9に伝送される。表示状態において、表示装置100は、車両200の後方BDの画像を表示する。撮像装置201が車両に取り付けられる位置は、車両200の前方FDを撮影できる位置としてもよく、車両200の周囲を撮影できる位置でもよい。
図9は、入射光が透過する透過状態でかつ画像表示可能な表示状態を説明するための模式図である。図9に示すように、第1偏光部材4は、第1偏光方向PA1と直交する第2偏光方向PA2の直線偏光を吸収する。
第1偏光方向PA1の直線偏光が第1偏光部材4を透過し、前面パネル1に入射する。前面パネル1において、図6に示すように、駆動回路17が第1透光性電極14に電圧を印加する状態になっている。第1透光性電極14と第2透光性電極15との間には、縦電界が加わる。これにより、前面パネル1において、第1偏光部材4から入射した第1偏光方向PA1の直線偏光を第1偏光方向PA1の直線偏光のまま、光学シート5へ出射する。
ここで、表示パネル2が画像を表示すると、第1偏光部材4、前面パネル1、光学シート5が、第1偏光方向PA1の直線偏光に対してシャッターを開けた状態となり、画像を視認し易くする。
光学シート5において、前面パネル1から入射した第1偏光方向PA1の直線偏光が透過する。第2偏光部材31は、第1偏光方向PA1の直線偏光を透過する。このように、第1偏光部材4の表示面側より、表示パネル2の画像が視認可能である。
表示パネル2は、第2偏光部材31を介して、第1偏光方向PA1の直線偏光により、画像を出射する。
光学シート5において、表示パネル2から入射した第1偏光方向PA1の直線偏光が透過する。
前面パネル1において、光学シート5から入射した第1偏光方向PA1の直線偏光を第1偏光方向PA1の直線偏光のまま、第1偏光部材4へ出射する。
第1偏光方向PA1の直線偏光が第1偏光部材4を透過し、第1偏光部材4の表示面側に画像として出射する。
以上説明したように、図8に示す鏡面状態決定部93が入力部202の透過状態の指令信号を受け取ると、入射光が透過する透過状態となるように駆動回路17が動作する。画像制御部94は、バックライト3と、表示パネル2とを制御し、表示パネル2に画像を表示する。
図10は、入射光が反射する反射状態を説明するための模式図である。図10に示すように、第1偏光部材4は、第1偏光方向PA1と直交する第2偏光方向PA2の直線偏光を吸収する。
第1偏光方向PA1の直線偏光が第1偏光部材4を透過し、前面パネル1に入射する。前面パネル1において、図5に示すように、駆動回路17が第1透光性電極14に電圧を印加していない状態になっている。これにより、前面パネル1において、第1偏光部材4から入射した第1偏光方向PA1の直線偏光を第2偏光方向PA2の直線偏光に変換して、光学シート5へ出射する。
光学シート5において、前面パネル1から入射した第2偏光方向PA2の直線偏光が反射される。
光学シート5で反射された第2偏光方向PA2の直線偏光が前面パネル1に入射する。前面パネル1において、光学シート5から入射した第2偏光方向PA2の直線偏光を第1偏光方向PA1の直線偏光に変換して、第1偏光部材4へ出射する。
前面パネル1からの第1偏光方向PA1の直線偏光が第1偏光部材4を透過し、第1偏光部材4の表示面側からみると、第1偏光部材4の表示面側の像が鏡面のように表示される。
ここで、表示パネル2が画像を表示しても、第1偏光部材4、前面パネル1、光学シート5が、表示パネル2が出射した第1偏光方向PA1の直線偏光が変換された第2偏光方向PA2の直線偏光に対してシャッターを閉めた状態となり、画像を視認し難くする。
具体的には、表示パネル2は、第2偏光部材31を介して、第1偏光方向PA1の直線偏光により、画像を出射する。
光学シート5において、表示パネル2から入射した第1偏光方向PA1の直線偏光が透過する。
前面パネル1において、光学シート5から入射した第1偏光方向PA1の直線偏光を第2偏光方向PA2の直線偏光に変換して、第1偏光部材4へ出射する。
第2偏光方向PA2の直線偏光が第1偏光部材4で吸収され、第1偏光部材4の表示面側に画像が視認し難くなる。
以上説明したように、図8に示す鏡面状態決定部93が入力部202の反射状態の指令信号を受け取ると、入射光が反射する反射状態となるように駆動回路17が動作する。反射状態において、表示パネル2に画像を表示しても画像が視認し難いので、図8に示す鏡+-面状態決定部93が入力部202の反射状態の指令信号を受け取ると、画像制御部94は、表示パネル2に画像を表示しないようにする。
以上説明したように、表示装置100は、第1偏光部材4と、光学シート5と、前面パネル1と、第2偏光部材31と、表示パネル2と、を備えている。第1偏光部材4は、第1偏光方向PA1と直交する第2偏光方向PA2の直線偏光を吸収する。光学シート5は、第2偏光方向PA2の直線偏光を反射し、第1偏光方向PA1の直線偏光を透過する。前面パネル1は、印加電圧に応じて、入射した光の偏光方向を他の偏光方向に変換可能である。そして、前面パネル1は、第1偏光部材4と光学シート5との間に配置されている。表示パネル2は、光学シート5に対して、第2偏光方向PA2の直線偏光を透過する第2偏光部材31を介して、前面パネル1とZ方向に重ね合わされている。これにより、表示装置100は、図6及び図9に示す画像を表示する表示状態と、図5及び図10に示す反射像が得られる鏡状態(反射状態)とに切り替え可能である。
前面パネル1は、表示パネル2よりも観察者側にある。前面パネル1は、入射した第1偏光方向PA1の直線偏光を第1偏光方向PA1の直線偏光のまま出射する第1前面パネル状態と、入射した第1偏光方向PA1の直線偏光を第2偏光方向PA2の直線偏光に変換して出射する第2前面パネル状態とのどちらかに、駆動回路17が第1透光性電極14に電圧を印加する状態に応じて切り替えることが可能なパネルである。
これにより、第1前面パネル状態において、反射状態となり、第2前面パネル状態において、表示状態になる。反射状態の電力消費は、表示状態の電力消費よりも少なくなる。言い換えると、印加電圧が閾値より小さい場合、表示装置100において、入射光が反射される。その結果、表示装置100において、反射状態において消費電力が低減可能になる。
図11は、第1偏光部材の透過軸と、光学シートの透過軸との関係を模式的に説明するための説明図である。図11には、第1偏光部材4の透過軸方向PU1と、配向膜82のラビング方向PB2と、配向膜81のラビング方向PB1と、光学シート5の透過軸方向PU2と、光学シート5の反射軸方向PMとが図示されている。
図11に示すように、配向膜82のラビング方向PB2と、配向膜81のラビング方向PB1とは、平面視で交差する方向である。第1偏光部材4の透過軸方向PU1と、光学シート5の透過軸方向PU2と、は平行である。第1偏光部材4の透過軸方向PU1と、光学シート5の反射軸方向PMとは、交差する方向である。これにより、第1偏光部材4及び光学シート5には、第1偏光方向PA1の直線偏光が透過するようになる。
図12は、ミラー装置の取り付け状態を示す図である。図12において、実施形態1の表示装置100は、ウインドウWの中央上部に配置されるルームミラーとして使用されている。ミラー装置は、入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態でかつ画像表示可能である。
第1透光性電極14の印加電圧が閾値より小さい場合、入射光が反射された反射状態となり、表示装置100は、車両後方からの入射光が鏡面反射し、車両後方が視認できるミラーとなっている。反射状態において、図8に示す制御部9は、車両200の後方BDの画像を表示パネル2に表示しない。
表示状態において、表示装置100の表示パネル2が後方の撮像装置201(図8参照)が撮影した画像を表示する。あるいは、表示状態において、表示装置100の表示パネル2が車両の周囲の撮像装置が撮影した画像を表示してもよい。
実施形態1の表示装置100は、車両のサイドミラー101に適用してもよい。車両のサイドミラー101は、車両の車外に配置したが、車両の車内に配置してもよい。
図13は、駆動回路のブロック図の一例である。駆動回路17は、制御回路171と、検出回路172と、アナログフロントエンドSCとを備える。制御回路171は、第1透光性電極駆動部171Aと、第2透光性電極駆動部171Bと、検出信号駆動部171Cとを備える。
制御部9からの指令信号Scntに応じて、第2透光性電極駆動部171Bは、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に駆動信号Vcomを供給する回路である。
また、制御部9からの指令信号Scntに応じて、第1透光性電極駆動部171Aは、第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436に、駆動信号Vmを供給する。
制御部9からの指令信号Scntに応じて、検出信号駆動部171Cは、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に駆動信号Vselfを供給する回路である。検出信号駆動部171Cは、第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436に、駆動信号Vselfと同じ信号であるガード信号Vgdを供給する。
制御回路171は、上述した金属層73の配線を介して、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に、駆動信号Vselfを供給する。
第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536は、後述する自己静電容量方式による被検出体の検出方法に基づいて、前面パネル1に接触又は近接した被検出体の位置に応じた検出信号Vdetを出力する。第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536は、上述した金属層73を介して、アナログフロントエンドSCに電気的に接続されている。第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536は、被検出体の接触又は近接に応じて、検出信号VdetをアナログフロントエンドSCに出力する。
図13に示すように、検出回路172は、A/D変換回路173と、信号処理回路174と、座標抽出回路175と、検出タイミング制御回路176と、を備える。検出タイミング制御回路176は、制御回路171から供給される制御信号に基づいて、A/D変換回路173と、信号処理回路174と、座標抽出回路175とが同期して動作するように制御する。
検出回路172には、アナログフロントエンドSCを介して、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536からの検出信号Vdetを供給される。アナログフロントエンドSCは、供給された検出信号Vdetのノイズを抑制し、信号成分を増幅するなど信号調整を行う。A/D変換回路173は、駆動信号Vselfに同期したタイミングで、アナログフロントエンドSCから出力されるアナログ信号をそれぞれサンプリングしてデジタル信号に変換する。
信号処理回路174は、A/D変換回路173の出力信号に基づいて、検出信号の差分の信号(絶対値|ΔV|)を取り出す処理を行う。信号処理回路44は、絶対値|ΔV|を所定の閾値電圧と比較し、この絶対値|ΔV|が閾値電圧未満であれば、被検出体が非存在状態であると判断する。一方、信号処理回路174は、絶対値|ΔV|が閾値電圧以上であれば、被検出体の存在状態と判断する。
座標抽出回路175は、信号処理回路174において被検出体が検出されたときに、被検出体の座標を求める論理回路である。座標抽出回路175は、被検出体の座標を出力信号Voutとして出力する。
以上説明したように、検出回路172は、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536から出力される検出信号Vdetに基づいて、前面パネル1のアクティブ領域10を検出面として、この検出面に近づいた被検出体を検出する。検出回路172は、被検出体の存在状態と判断されるいずれかの第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536の位置に基づいて被検出体の座標などを求める。
図14は、自己静電容量検出の等価回路の例を示す説明図である。図15は、自己静電容量検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。なお、図14は、検出回路を併せて示している。なお、以下の説明では、被検出体が指の場合を説明するが、被検出体は、指に限られず、例えば手やスタイラスペン等の導体を含む物体であってもよい。以下、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536のいずれか1つを検出電極E1として説明する。
非存在状態において、検出電極E1に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波の駆動信号Vselfが印加される。検出電極E1は、静電容量C1を有しており、静電容量C1に応じた電流が流れる。電圧検出器DETは、駆動信号Vselfに応じた電流の変動を電圧の変動(実線の波形V(図15参照))に変換する。
次に、図14に示すように、被検出体の存在状態において、指と検出電極E1との間の静電容量C2が、検出電極E1の静電容量C1に加わる。したがって、検出電極E1に駆動信号Vselfが印加されると、静電容量C1及び静電容量C2に応じた電流が流れる。図4に示すように、電圧検出器DETは、駆動信号Vselfに応じた電流の変動を電圧の変動(点線の波形V)に変換する。そして、波形Vと波形Vとの差分の絶対値|ΔV|に基づいて、被検出体の存在が測定される。
具体的には、図15において、時刻T01のタイミングで駆動信号Vselfは電圧Vに相当する電圧レベルに上昇する。このときスイッチSW1はオンとなりスイッチSW2はオフとなるため検出電極E1の電位も電圧Vに上昇する。次に時刻T11のタイミングの前にスイッチSW1をオフとする。このとき検出電極E1はフローティング状態であるが、検出電極E1の静電容量C1(又はC1+C2、図3参照)によって、検出電極E1の電位はVが維持される。更に、時刻T11のタイミングの前に電圧検出器DETのリセット動作が行われる。
続いて、時刻T11のタイミングでスイッチSW2をオンさせると、検出電極E1の静電容量C1(又はC1+C2)に蓄積されていた電荷が電圧検出器DET内の容量C3に移動するため、電圧検出器DETの出力が上昇する(図4の検出信号Vdet参照)。電圧検出器DETの出力(検出信号Vdet)は、非存在状態では、実線で示す波形Vとなり、Vdet=C1×V/C3となる。存在状態では、点線で示す波形Vとなり、Vdet=(C1+C2)×V/C3となる。
その後、時刻T31のタイミングでスイッチSW2をオフさせ、スイッチSW1及びスイッチSW3をオンさせることにより、検出電極E1の電位を駆動信号Vselfと同電位のローレベルにするとともに電圧検出器DETをリセットさせる。以上の動作を所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)で繰り返す。このようにして、検出回路172は自己静電容量方式による被検出体の検出方法に基づいて、被検出体の存在状態が検出可能となる。
図16は、表示状態における静電容量検出のタイミングチャートである。実施形態1の反射状態において、第2透光性電極15には、第2透光性電極駆動部171Bから駆動信号Vcomが供給されている。第1透光性電極14には、第1透光性電極駆動部171Aから駆動信号Vmが供給されず、基準電圧Vstとなっている。第1透光性電極14が基準電圧Vstである場合、前面パネル1が反射状態となっている。
第2透光性電極15には、第2透光性電極駆動部171Bから駆動信号Vcomが供給されている。第1透光性電極14には、第1透光性電極駆動部171Aから駆動信号Vmが1フレーム1F毎に極性反転駆動されている。これにより、第2透光性電極15の駆動信号Vcomに対して第1透光性電極14の印加電圧が閾値以上となり、アクティブ領域10が透過状態になる。
検出信号駆動部171Cは、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に駆動信号Vselfを複数回供給する。上述したように、1つの駆動信号Vselfは、交流矩形波である。第1透光性電極14の電位も第2透光性電極15に容量カップリングされているので、駆動信号Vselfに同期した信号Vfが現れる。
以上説明したように、第2透光性電極15には、反射状態と透過状態とにおいて、駆動信号Vcomにより同じ第1電圧が印加されており、透過状態において、交流矩形波である駆動信号Vselfが駆動信号Vcomの第1電圧に重畳する。
実施形態1において、アクティブ領域10により表示を行う表示モードと、アクティブ領域10が鏡面状態となる反射モードとが時分割で行われる。アクティブ領域10が反射モードとなるため、被検出体の手指がアクティブ領域10に接触すると、指紋などの汚れがつき、反射率が下がる可能性がある。このため、被検出体の手指がアクティブ領域10に接触していなくても、被検出体が検出面又は表示面に接触していない状態又は接触と同視できるほどには近接していない状態(以下、「非接触状態」と表す)において、被検出体の位置や動きを検出することが望まれている。本開示において、ホバー検出とは、非接触状態において、被検出体の位置を検出することを表す。
図17は、実施形態1に係るホバー検出の一例を示す説明図である。図9に示すように、前面パネル1は、被検出体である操作者の手指がアクティブ領域10に対し非接触状態でホバー検出を行う。検出回路172は、検出信号Vdetに基づいて、アクティブ領域10に垂直な方向に、被検出体との距離D1があっても被検出体による静電容量の変化を検出することができる。また、検出回路172は、検出信号Vdetに基づいて、被検出体の位置R1を検出することができる。被検出体の位置R1は、例えば、アクティブ領域10と垂直な方向において、被検出体と対向する位置であり、複数の第2透光性電極1511から1520のうち、検出信号Vdetのうち電圧の変動が最大の値となる電極に対応する位置である。
これにより、実施形態1の表示装置100は、アクティブ領域10の汚れを抑制し、被検出体を検出することができる。
ホバー検出において、操作者の手指が物理的な接触なしに中空を動かすことになるので、操作しにくい心証を操作者に与える可能性がある。また、ホバー検出において、被検出体の位置R1の精度を高めようとすると、第2透光性電極1511から1520の面積を小さくすることになり、アクティブ領域10の検出面から離れた被検出体を検知しにくくなる。第2透光性電極1511から1520は、距離D1を確保できる大面積を確保しつつ、第2透光性電極1521から1526、1531から1536は、図17に示す端部1EL又は端部1ERに、被検出体が接触した状態又は接触と同視し得るほど近接した状態(以下、「接触状態」と表す)において、被検出体の位置を検出する面積とする。第2透光性電極1521から1526、1531から1536の各々は、第2透光性電極1511から1520の各々よりも面積が小さくなる。
実施形態1の前面パネル1において、端部1ELに沿う第2透光性電極1521から1526、又は端部1ERに沿う第2透光性電極1531から1536が、アクティブ領域10の中央寄りの第2透光性電極1511から1520よりも小さい。これにより、実施形態1の表示装置100は、操作者の手指が端部1EL又は端部1ERに接することで、第2透光性電極1521から1526、1531から1536のいずれかの位置に被検出体がタッチしていることを検出できる。操作者の手指が端部1EL又は端部1ERに触れても、アクティブ領域10の汚れは付着しない。
なお、アクティブ領域10に対向する位置に被検出体が存在しない場合、又はホバー検出において被検出体を検出できない程度に被検出体が表示面から離れている状態を「非存在状態」と表す。また、検出面又は表示面に対向する位置に被検出体が存在する場合、又はホバー検出において被検出体を検出できる程度に被検出体が表示面から離れている状態を「存在状態」と表す。
図18は、静電容量検出の一例を説明するためのフローチャートである。図19は、検出電極ブロックと信号強度との関係を模式的に示すグラフである。表示装置100は、表示状態の指令がない場合(ステップS11、No)、反射状態のまま表示状態の指令を待つ。表示装置100は、表示状態の指令がある場合(ステップS11、Yes)、前面パネル1を表示状態にする(ステップS12)。
次に、検出信号駆動部171Cは、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に駆動信号Vselfを複数回供給する。そして、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536より供給された検出信号Vdetが、図19に示す所定の閾値ΔVth以上であるかどうかを判断する(ステップS13)。例えば、図19に示すように、検出回路172は、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536より供給された検出信号Vdetの信号強度を求め、所定の閾値ΔVthと比較する。
複数の検出信号Vdetのうち、いずれか1つの検出信号Vdetの信号強度が閾値ΔVth以上である場合(ステップS13、Yes)、予め定められた処理を実行する(ステップS14)。例えば、ホバー検出により、第2透光性電極1519の検出信号Vdetの信号強度が閾値ΔVth以上である場合、前面パネル1を反射状態にする。あるいは、図17に示す端部1EL又は端部1ERに沿って配置された第2透光性電極1521から1526、1531から1536のいずれかの位置に被検出体がタッチしている場合、第2透光性電極1519の検出信号Vdetの信号強度が閾値ΔVth以上である場合、被検出体の位置に応じて、表示の明るさを変更する。
以上説明したように、表示装置100は、表示パネル2と、表示パネル2と重畳するとともに、入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態とを切り替える前面パネル1とを有する。前面パネル1は、被検出体の存在に応じた検出信号Vdetを出力する。これにより、タッチパネルを更に重畳させることなく、近接物体である被検出体の検出を可能とする。実施形態1の前面パネル1は、タッチパネルを更に重畳させないため、反射状態における反射率の低下が抑制される。
実施形態1において、検出信号Vdetは、第2透光性電極15から出力される。検出信号Vdetは、第1透光性電極14から出力されるようにしてもよい。しかし、第2透光性電極15は、第1透光性電極14よりも被検出体に近いので、検出信号Vdetが第2透光性電極15から出力される方が信号強度を確保できる。
(実施形態2)
図20は、実施形態2の表示状態における静電容量検出のタイミングチャートである。実施形態2の表示装置100は、タイミングチャートに示すガード信号Vgd以外は、実施形態1の表示装置100と同じ構成である。なお、実施形態1で説明した構成要素については、同じ符号を付して、説明を省略する。
図20に示すように、表示期間Ttと検出期間Tmとが時分割で交互に実行される。表示期間Tt、検出期間Tmの実行の順番はあくまで一例であり適宜変更してもよい。例えば、1フレーム1Fの表示期間Ttに検出期間Tmがあり、次の1フレーム1Fの表示期間Ttに検出期間Tmがなく、更に、1フレーム1Fの表示期間Ttに検出期間Tmがあってもよい。
図20に示すように、第1透光性電極駆動部171Aは、第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436に、基準電圧Vstと駆動信号Vmとを交互に供給する。基準電圧Vstは、検出期間Tmに供給される。検出期間Tmは、液晶層19の応答よりも極短い期間であるので、前面パネル1の第2前面パネル状態が維持される。検出期間Tmであっても、前面パネル1は、入射光が透過する透過状態でかつ表示パネル2の画像が表示可能である。
制御回路171は、検出期間Tmにおいて、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に、交流矩形波の駆動信号Vselfを供給する。制御回路171は、検出期間Tmにおいて、第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436に、交流矩形波のガード信号Vgdを供給する。
以上説明したように、第1透光性電極14は、反射状態において基準電圧Vstであり、透過状態において、基準電圧Vstと異なり、かつ駆動信号Vmに基づく第2電圧が第1透光性電極14に印加されている。第2透光性電極15に交流矩形波である駆動信号Vselfが印加されるタイミングで、第1透光性電極14には、基準電圧Vstが印加され、かつ交流矩形波であるガード信号Vgdが印加される。
ガード信号Vgdは、駆動信号Vselfと同じ信号である。このため、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に対する第1透光性電極1411から1426、及び1431から1436のカップリングした寄生容量がキャンセルされ、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536における検出信号VdetのSN比が向上する。
(実施形態3)
図21は、実施形態3の表示装置の断面図である。実施形態3の表示装置100は、FPC18が第2基板12に接続されている点で、実施形態1の表示装置100と異なる構成である。なお、実施形態1で説明した構成要素については、同じ符号を付して、説明を省略する。
FPC18は、第2基板12の金属層73とボンディングパッド74で電気的に接続される。金属層73の一部は、図21に示すようにパターニングされ、第1透光性電極14に電気的に接続された導電柱72とボンディングパッド74とを接続する配線となる。導電柱72は、金属層73と、第1透光性電極14とを電気的に接続する。駆動回路17は、FPC18を介して前面パネル1へ第1透光性電極14及び第2透光性電極15の電力を伝送する。なお、金属層73の他の部分は、額縁領域10Fに沿って配置される。
額縁領域10Fに沿って配置される金属層73は、アクティブ領域10の周囲を囲むように配置され、金属光沢を有するので、視認者側からみると鏡面に見える。つまり、視認者側の光が、金属層73で反射する。実施形態3の表示装置100において、アクティブ領域10を反射状態とすると、額縁領域10Fも反射状態であるので、鏡面の面積が広がったように見える。
(実施形態4)
図22は、実施形態4の表示装置の断面図である。実施形態4の表示装置100は、液晶層19がIPSの一形態であるFFS等の横電界モードである点で、実施形態3の表示装置100と異なる構成である。なお、実施形態3で説明した構成要素については、同じ符号を付して、説明を省略する。
図22に示す第2透光性電極15Aは、図3に示すように、第2透光性電極1511から1526、及び1531から1536に分割されている。図22に示す第2透光性電極14Aは、いわゆる櫛歯状にスリットが設けられている。
図22に示すように、第3透光性電極15Bは、窒化シリコンなどの透光性の絶縁膜85で覆われている。第2透光性電極15Aは、窒化シリコンなどの透光性の絶縁膜86で覆われている。
第1基板11は、配向膜81を介して、配向膜81に接する液晶層19の液晶配向を一方向にしている。同様に、第2基板12は、第2透光性電極14Aを覆う配向膜82を介して、配向膜82に接する液晶層19の液晶配向を、第1基板11に接する液晶配向と異なる方向にしている。
導電柱72は、金属層73と、第3透光性電極15Bとを電気的に接続する。駆動回路17は、FPC18を介して第3透光性電極15Bに駆動信号Vcomを供給する。駆動回路17が第1透光性電極14に電圧を印加する状態になると、第1透光性電極14と第2透光性電極15との間には、横電界が加わる。これにより、実施形態4の表示装置は、黄ばみが抑制され、視野角が向上する作用がある。
(実施形態5)
図23は、実施形態5の表示装置の断面図である。実施形態5の表示装置100は、上述した液晶層19がなく、エレクトロクロミック層19Aがある点で、実施形態3の表示装置100と異なる構成である。なお、実施形態3で説明した構成要素については、同じ符号を付して、説明を省略する。
エレクトロクロミック層19Aは、WO、NbO、TiOなどのエレクトロクロミック材料の薄膜と、電解質溶液とを含む。実施形態3の光学シート5の代わりに、ハーフミラー5Aがある。れにより、実施形態5の表示装置は、黄ばみが抑制され、青色寄りの視認性を得る作用がある。
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。例えば、上述した実施形態に係る第1偏光部材4と、光学シート5と、前面パネル1と、第2偏光部材31と、表示パネル2と、の間には、実施形態1において述べた態様によりもたらされる作用を阻害しない、透光性の光学樹脂、各種フィルムがあってもよい。
また、実施形態1から5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。
1 前面パネル
2 表示パネル
3 バックライト
4 第1偏光部材
5 光学シート
9 制御部
10 アクティブ領域
10F 額縁領域
11 第1基板
12 第2基板
13、23 封止層
14 第1透光性電極
15 第2透光性電極
17、27 駆動回路
18 フレキシブルプリント基板
19 液晶層
21、22 基板
24 共通電極
25 画素電極
26 絶縁層
28 フレキシブルプリント基板
29 液晶層
31 第2偏光部材
32 第3偏光部材
100 表示装置
PA1 第1偏光方向
PA2 第2偏光方向
Pix 画素

Claims (14)

  1. 表示パネルと、
    前記表示パネルと重畳するとともに、入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態とを切り替える前面パネルとを有し、
    前記前面パネルは、
    被検出体の存在が検出可能である、
    表示装置。
  2. 前記前面パネルは、
    第1基板と、
    前記第1基板と対向する第2基板と、
    前記第1基板に設けられた第1透光性電極と、
    前記第2基板に設けられた第2透光性電極と、
    を備え、
    前記第1透光性電極又は前記第2透光性電極によって、前記被検出体の存在が検出可能である、
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記第2透光性電極が複数に分割されている、請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記第1透光性電極が複数に分割されている、請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記第2透光性電極が複数に分割され、端部に沿う電極が、中央寄りの電極よりも小さい、請求項2に記載の表示装置。
  6. 前記第2透光性電極には、前記被検出体の存在を検出するための交流矩形波が印加される、請求項2から5のいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 前記第2透光性電極には、前記反射状態と、前記透過状態とにおいて、同じ第1電圧が印加されており、前記透過状態において、前記交流矩形波が前記第1電圧に重畳する、請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記第1透光性電極は、前記反射状態において基準電圧であり、
    前記透過状態において、前記基準電圧と異なる第2電圧が前記第1透光性電極に印加され、前記第2透光性電極に交流矩形波が印加されるタイミングで、前記第1透光性電極には、基準電圧が印加され、かつ前記交流矩形波と同じ信号が印加される、請求項6又は7に記載の表示装置。
  9. 分割された前記第2透光性電極は、アナログフロントエンドに電気的に接続されている、請求項2から8のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 前記第1基板と前記第2基板との間には、液晶層がある、請求項2から9のいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 前記第1透光性電極と前記第2透光性電極との間には、縦電界が加わる、請求項10に記載の表示装置。
  12. 前記第1透光性電極と前記第2透光性電極との間には、横電界が加わる、請求項10に記載の表示装置。
  13. 前記第1基板と前記第2基板との間には、エレクトロクロミック層がある、請求項2から8のいずれか1項に記載の表示装置。
  14. 入射光が反射する反射状態と、入射光が透過する透過状態でかつ画像が表示可能なミラー装置であって、
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の表示装置と、前記画像を撮像する撮像装置を備える、ミラー装置。
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