JP2021021888A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位を向上することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】 本実施形態の表示装置は、表示領域に配置された液晶層と、表示領域に配置された走査線と、表示領域に配置された信号線と、表示領域に配置された共通電極と、表示領域に配置され、信号線に接続された画素電極と、信号線への映像信号の供給及び加熱信号の供給を制御するコントローラと、を備えている。加熱信号の周波数は、映像信号の周波数より高い。コントローラは、走査線が選択されている期間に、信号線に加熱信号を供給する。【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

液晶表示装置において、液晶層に含まれる液晶分子の応答速度は、液晶層の温度に依存することが知られている。一般に、温度の低下に伴い、液晶分子の応答速度が低下するため、表示品位が低下するおそれがある。このため、低温環境下での使用が想定される例えば車載用の液晶表示装置では、液晶層を加熱するためのヒータが表示パネルに取り付けられている場合がある。しかしながら、このような液晶表示装置においては、液晶以外の部材も加熱され得る。また、表示領域の一部のみ加熱すれば良い場合にも、このような液晶表示装置においては、対応が難しい。

特開２０１０−２７６９０９号公報 特開２０１６−１４２８３７号公報 特開２００２−１４８５８７号公報

本実施形態の目的は、表示品位を向上することが可能な表示装置を提供することにある。

一実施形態によれば、
表示領域に配置された液晶層と、前記表示領域に配置された走査線と、前記表示領域に配置された信号線と、前記表示領域に配置された共通電極と、前記表示領域に配置され、前記信号線に接続された画素電極と、前記信号線への映像信号の供給及び加熱信号の供給を制御するコントローラと、を備え、前記加熱信号の周波数は、前記映像信号の周波数より高く、前記コントローラは、前記走査線が選択されている期間に、前記信号線に前記加熱信号を供給する、表示装置が提供される。

図１は、本実施形態に係る表示装置の基本構成及び等価回路を示す平面図である。 図２は、図１に示す表示パネル２の構成例を示す断面図である。 図３は、交流電圧印加時における液晶層の温度変化の一例を示す図である。 図４は、加熱信号Ｖｈｅａｔの一例を示す図である。 図５は、表示モードの一例を示すタイミングチャートである。 図６は、加熱モードの一例を示すタイミングチャートである。 図７は、両立モードの一例を示すタイミングチャートである。 図８は、両立モードの他の例を示すタイミングチャートである。 図９は、コントローラ３の加熱制御処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、表示装置１を車載用の表示装置に適用した場合の一例を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、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、実際の態様に比べて、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一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態に係る表示装置１の基本構成及び等価回路を示す平面図である。本実施形態の表示装置は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話端末、ノートブックタイプのパーソナルコンピュータ、車載機器、ゲーム機器等の種々の装置に用いることができる。

図に示す第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、表示装置１を構成する基板の主面に平行な方向に相当し、第３方向Ｚは、表示装置１の厚さ方向に相当する。本明細書において、第３方向Ｚを示す矢印の先端に向かう方向を「上」と称し、矢印の先端から逆に向かう方向を「下」と称する。

表示装置１は、表示パネル２と、コントローラ３と、温度センサ４とを備えている。表示パネル２は、一例ではアクティブマトリクス型の液晶表示パネルである。図示した例では、表示パネル２は、略長方形状であり、第１方向Ｘに沿って延出した長辺２Ｘａ及び２Ｘｂと、第２方向Ｙに沿って延出した短辺２Ｙａ及び２Ｙｂを有している。なお、表示パネル２の形状は、図示した例に限定されない。表示パネル２は、四角形以外の多角形でもよく、曲線を含む形状であってもよい。

表示パネル２は、映像を表示する表示領域ＤＡと、表示領域ＤＡの外側に位置する非表示領域ＮＤＡとを有している。表示領域ＤＡは、表示素子として機能する液晶層が設けられた領域に相当する。非表示領域ＮＤＡは、図示した例では、表示領域ＤＡを囲む額縁状の領域に相当し、後述するように表示素子を制御する各種ドライバなどが配置される。

表示パネル２は、表示領域ＤＡにおいて、複数の走査線Ｇ（Ｇ１，Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）と、複数の信号線Ｓ（Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３）とを備えている。一例では、走査線Ｇは、第１方向Ｘに沿って延出し、第２方向Ｙに沿って間隔を置いて並んでいる。信号線Ｓは、第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに沿って間隔を置いて並んでいる。また、表示パネル２は、表示領域ＤＡにおいて、複数の画素ＰＸを備えている。ここで、画素ＰＸとは、後述する映像信号に対して個別に制御できる最小単位を示す。図示した例では、画素ＰＸは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに沿ってマトリクス状に配置されている。

画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、保持容量Ｃｓ、及び液晶層ＬＣを備えている。スイッチング素子ＳＷは、一例では、薄膜トランジスタであり、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷは、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極を有している。ゲート電極は、走査線Ｇと電気的に接続されている。ソース電極は、信号線Ｓと電気的に接続され、ドレイン電極は、画素電極ＰＥと電気的に接続されている。なお、本明細書において、信号線Ｓと電気的に接続される電極を便宜的にソース電極と称し、画素電極ＰＥと電気的に接続される電極を便宜的にドレイン電極と称する。

走査線Ｇは、第１方向Ｘに沿って並んだ画素ＰＸの各々に含まれるスイッチング素子ＳＷと接続されている。信号線Ｓは、第２方向Ｙに沿って並んだ画素ＰＸの各々に含まれるスイッチング素子ＳＷと接続されている。走査線Ｇに所定の信号が供給された場合、スイッチング素子ＳＷが導通し、信号線Ｓに供給された各種信号がスイッチング素子ＳＷを介して画素電極ＰＥに供給される。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って配置され、共通電位Ｖｃｏｍに保持されている。液晶層ＬＣは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に形成される電界に応じて駆動される。保持容量Ｃｓは、液晶層ＬＣに印加される電圧を保持する。

表示パネル２は、非表示領域ＮＤＡにおいて、ソースドライバ５とゲートドライバ６とを備えている。図示した例では、ソースドライバ５は、長辺２Ｘａに沿って設けられ、ゲートドライバ６は、短辺２Ｙｂに沿って設けられている。なお、ソースドライバ５及びゲートドライバ６の配置は、図示した例に限定されない。例えば、ゲートドライバ６は、複数配置されていてもよく、短辺２Ｙａ及び２Ｙｂの双方に沿って設けられていてもよい。信号線Ｓは、非表示領域ＮＤＡまで延出し、ソースドライバ５に接続されている。走査線Ｇは、非表示領域ＮＤＡまで延出し、ゲートドライバ６に接続されている。

温度センサ４は、一例では、表示パネル２の側面に設けられている。温度センサ４は、表示パネル２に接しており、表示パネル２の表面の温度を検出する。なお、温度センサ４が設けられる位置は、適宜に変更することができる。表示パネル２の温度を検出する場合、温度センサ４は、表示パネル２を構成する部材の一部と接していればよく、例えば、非表示領域ＮＤＡにおいて、表示パネル２の上面（Ｘ−Ｙ平面と平行な面）と接していてもよい。あるいは、表示装置１が例えば車載用の表示装置である場合、車両に搭載されている温度センサを温度センサ４として利用することも可能である。この場合、温度センサ４は、外気温、又は車両内部の室温などを検出する。

コントローラ３は、ソースドライバ５とゲートドライバ６とを制御する。本実施形態において、コントローラ３は、表示領域ＤＡにおける映像の表示を制御する機能に加え、表示領域ＤＡにおける液晶層ＬＣの加熱を制御する機能を有している。例えば、コントローラ３は、表示装置１の動作を、表示領域ＤＡに映像を表示する表示モード、液晶層ＬＣを加熱する加熱モード、及び表示と加熱を両立する両立モードによって制御する。コントローラ３は、例えば温度センサ４によって検出された温度に基づいて、表示モード、加熱モード、及び両立モードの切り替えを行う。例えば、温度センサ４によって検出された温度が第１温度Ｔ１以下である場合、コントローラ３は、加熱モードを選択する。例えば、温度センサによって検出された温度が第１温度Ｔ１よりも高く第２温度Ｔ２以下である場合、コントローラ３は、両立モードを選択する。例えば、温度センサによって検出された温度が第２温度Ｔ２よりも高い場合、コントローラ３は、表示モードを選択する。

表示モードにおいて、コントローラ３は、信号線Ｓに映像信号Ｖｓｉｇを供給する。より具体的には、コントローラ３は、外部装置から供給される映像データなどに基づいて、ソースドライバ５を制御するための制御信号ＣＴｓと、ゲートドライバ６を制御するための制御信号ＣＴｇとを生成し、ソースドライバ５とゲートドライバ６とにそれぞれ出力する。ゲートドライバ６は、コントローラ３から受信した制御信号ＣＴｇに基づいて、走査線Ｇを選択するためのゲート信号Ｖｇを走査線Ｇに順次供給する。ソースドライバ５は、コントローラ３から受信した制御信号ＣＴｓに基づいて、画素ＰＸの階調に応じた映像信号Ｖｓｉｇを生成し、複数の信号線Ｓに供給する。以下では、走査線Ｇが順次選択され、同一の信号線Ｓに映像信号Ｖｓｉｇが供給されるまでの時間間隔を、１フレームと称する。

加熱モードにおいて、コントローラ３は、信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔを供給する。より具体的には、コントローラ３は、例えば温度センサ４が検出した温度に基づいて、ソースドライバ５を制御するための加熱制御信号Ｃｈｓと、ゲートドライバ６を制御するための加熱制御信号Ｃｈｇとを生成し、ソースドライバ５とゲートドライバ６とにそれぞれ出力する。ゲートドライバ６は、コントローラ３から受信した加熱制御信号Ｃｈｇに基づいて、走査線Ｇを選択するためのゲート信号Ｖｇを所定の走査線Ｇに所定時間供給する。ソースドライバ５は、コントローラ３から受信した加熱制御信号Ｃｈｓに基づいて、加熱信号Ｖｈｅａｔを生成し、走査線Ｇが選択されている期間に加熱信号Ｖｈｅａｔを所定の信号線Ｓに供給する。なお、加熱モードにおいて、コントローラ３は、すべての走査線Ｇを選択し、すべての信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔを供給してもよく、特定の走査線Ｇを選択し、特定の信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔを供給してもよい。

両立モードにおいて、コントローラ３は、信号線Ｓに映像信号Ｖｓｉｇと加熱信号Ｖｈｅａｔの双方を供給する。より具体的には、コントローラ３は、両立モードにおいて、映像信号Ｖｓｉｇが供給される駆動期間と加熱信号Ｖｈｅａｔが供給される加熱期間とを、１フレーム内に設定する。駆動期間において、コントローラ３は、表示モードと同様の制御を行う。加熱期間において、コントローラ３は、加熱モードと同様の制御を行う。なお、コントローラ３は、表示モード、加熱モード、及び両立モードのいずれのモードにおいても、共通電極ＣＥに共通電位Ｖｃｏｍを供給する。

図示した例では、コントローラ３は、表示パネル２の外部に配置されている。コントローラ３は、例えば表示パネル２に接続されるフレキシブル回路基板に実装される。なお、コントローラ３は、その一部又は全部が表示パネル２に実装されていてもよい。

図２は、図１に示す表示パネル２の構成例を示す断面図である。ここでは、表示パネル２を第１方向Ｘ及び第３方向Ｚに沿って切断した断面図を示す。表示パネル２は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２とを備えている。第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とは、第３方向Ｚに沿って対向し、その間に液晶層ＬＣを保持している。表示パネル２は、一例では、第１基板ＳＵＢ１の下方からの光を選択的に透過させることで映像を表示する透過表示機能を備えた透過型である。なお、表示パネル２は、第２基板ＳＵＢ２の上方からの光を選択的に反射することで映像を表示する反射表示機能を備えた反射型、あるいは、透過表示機能と反射表示機能の双方を備えた半透過型のいずれであってもよい。

第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１０、絶縁層１１、１２、及び１３、信号線Ｓ、共通電極ＣＥ、画素電極ＰＥ（ＰＥ１、ＰＥ２、ＰＥ３）、配向膜ＡＬ１などを備えている。絶縁基板１０は、例えばガラス、又は樹脂等の透明な絶縁材料によって形成されている。絶縁層１１は、絶縁基板１０の上に形成されている。図示しない走査線やスイッチング素子の半導体層は、絶縁基板１０と絶縁層１１の間に位置している。信号線Ｓは、絶縁層１１の上に形成され、絶縁層１２によって覆われている。共通電極ＣＥは、絶縁層１２の上に形成され、絶縁層１３によって覆われている。画素電極ＰＥは、絶縁層１３の上に形成され、配向膜ＡＬ１によって覆われている。画素電極ＰＥは、第１方向Ｘにおいて、隣り合う信号線Ｓの間の領域に配置され、各々が共通電極ＣＥと対向している。図示した例では、画素電極ＰＥの各々は、スリットＳＴを有している。

走査線、及び信号線Ｓは、モリブデン、タングステン、チタン、アルミニウムなどの金属材料によって形成され、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、例えばインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透明導電材料で形成することができる。絶縁層１１は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）やシリコン酸化物（ＳｉＯ）などの無機絶縁層であり、これらのいずれかからなる単層膜でもよいし、複数の無機絶縁層を積層した多層膜であってもよい。絶縁層１２は、アクリル樹脂などによって形成された有機絶縁層である。絶縁層１３は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）によって形成された無機絶縁層である。

第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基板２０、遮光層２１、カラーフィルタ層２２、オーバーコート層２３、配向膜ＡＬ２などを備えている。絶縁基板２０は、例えばガラス、又は樹脂等の透明な絶縁材料によって形成されている。遮光層２１は、一例では、黒色に着色された樹脂であり、絶縁基板２０の第１基板ＳＵＢ１と対向する面に設けられている。遮光層２１は、信号線Ｓの各々と対向し、各画素ＰＸを区画している。カラーフィルタ層２２は、遮光層２１を覆うとともに、絶縁基板２０とも接している。カラーフィルタ層２２は、一例では、赤色のカラーフィルタＣＦ１、緑色のカラーフィルタＣＦ２、及び青色のカラーフィルタＣＦ３を含んでいる。カラーフィルタＣＦ１、ＣＦ２、及びＣＦ３は、画素電極ＰＥ１、ＰＥ２、及びＰＥ３とそれぞれ対向している。オーバーコート層２３は、カラーフィルタ層２２を覆っている。オーバーコート層２３は、透明な樹脂によって形成されている。配向膜ＡＬ２は、オーバーコート層２３を覆っている。

なお、カラーフィルタ層２２は、第１基板ＳＵＢ１に設けられてもよい。また、カラーフィルタ層２２は、４色以上のカラーフィルタを含んでいてもよい。白色を表示する画素ＰＸには、白色のカラーフィルタが配置されてもよいし、無着色の樹脂材料が配置されてもよいし、カラーフィルタを配置せずにオーバーコート層２３が配置されてもよい。

液晶層ＬＣは、配向膜ＡＬ１と配向膜ＡＬ２との間に封入されている。配向膜ＡＬ１と配向膜ＡＬ２とは、一例では、絶縁基板１０及び２０の主面と平行な方向に液晶分子を配向させる水平配向膜である。液晶層ＬＣに含まれる液晶分子の配向は、共通電極ＣＥと画素電極ＰＥとの間に形成される電界によって制御される。液晶分子の配向を制御することで、表示パネル２を透過する光の偏光が制御される。

表示パネル２は、偏光板ＰＬ１を含む第１光学素子ＯＤ１と、偏光板ＰＬ２を含む第２光学素子ＯＤ２との間に位置している。第１光学素子ＯＤ１は、図示した例では、第１基板ＳＵＢ１の下方に位置している。第２光学素子ＯＤ２は、図示した例では、第２基板ＳＵＢ２の上方に位置している。第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、必要に応じて位相差板を含んでいてもよい。

図示した表示パネル２は、主として基板主面にほぼ平行な横電界を利用する表示モードに対応した構成を有している。なお、表示パネル２は、基板主面に対して垂直な縦電界や、基板主面に対して斜め方向の電界、或いは、それらを組み合わせて利用する表示モードに対応した構成を有していてもよい。縦電界や斜め電界を利用する表示モードでは、例えば、第１基板ＳＵＢ１に画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥのいずれか一方が備えられ、第２基板ＳＵＢ２に画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥのいずれか他方が備えられた構成が適用可能である。なお、ここでの基板主面とは、絶縁基板１０及び２０の主面であり、Ｘ−Ｙ平面と平行な面である。

図３は、交流電圧印加時における液晶層の温度変化の一例を示す図である。図３は、室温が２６度の条件において、４種類の液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに異なる周波数の交流電圧を印加した場合の液晶材料の温度を示している。液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、それぞれ液晶層として表示パネルを構成しており、交流電圧は、共通電極ＣＥと画素電極ＰＥとの間に印加された。液晶材料Ａ及びＢは、フッ素系の液晶材料であり、液晶材料Ｃ及びＤは、シアノ系の液晶材料である。なお、ここでの液晶材料の温度は、表示パネル表面に設置された温度センサによって測定された測定値である。

図３に示すように、印加される交流電圧の周波数が５０ｋＨｚから１０ＭＨｚまでの範囲において、例示するすべての液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの温度は、室温よりも上昇している。より具体的には、周波数が５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の範囲では、液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの温度は、周波数の増加に伴い上昇している。周波数が５００ｋＨｚより大きく１０ＭＨｚ以下の範囲では、液晶材料Ａ、Ｃ及びＤの温度は、ほぼ一定である。以上のように、液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの温度は、その種類によらず、ほぼ同様の周波数依存性を示している。

図４は、加熱信号Ｖｈｅａｔの一例を示す図である。図４は、一例として、両立モードにおける加熱信号Ｖｈｅａｔと映像信号Ｖｓｉｇとを示している。図４において、加熱信号Ｖｈｅａｔ及び映像信号Ｖｓｉｇは、共通電極ＣＥの共通電位Ｖｃｏｍを基準とした場合の画素電極ＰＥの電位として示されている。

本実施形態において、加熱信号Ｖｈｅａｔは、交流信号である。加熱信号の周波数は、映像信号Ｖｓｉｇの周波数より高い。加熱信号の周波数は、一例として、５００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。ここで、映像信号Ｖｓｉｇの周波数は、１フレームの逆数に相当する。映像信号Ｖｓｉｇの周波数は、一例では、６０Ｈｚである。信号線Ｓを介して画素電極ＰＥに加熱信号Ｖｈｅａｔが供給されると、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に交流電圧が印加される。したがって、図３を参照して説明したように、この交流電圧によって液晶層ＬＣが加熱される。

図示した例では、加熱信号Ｖｈｅａｔの振幅Ａｈは、映像信号Ｖｓｉｇの振幅Ａｓより大きい。振幅Ａｈをこのように設定することで、より高い加熱効果を得ることができる。なお、振幅Ａｈは、振幅Ａｓと同等であってもよい。一例では、振幅Ａｈは、５Ｖ以上１０Ｖ以下である。

上述したように、両立モードでは、１フレームに、加熱信号Ｖｈｅａｔが供給される加熱期間と、映像信号Ｖｓｉｇが供給される駆動期間の双方が存在する。図示した例では、加熱期間は、各フレームにおいて駆動期間の前に設定されている。両立モードにおいて、加熱期間は、駆動期間よりも短い。より具体的には、加熱期間は、加熱信号Ｖｈｅａｔが形成する電磁場に液晶層ＬＣに含まれる液晶分子が応答しない程度に短いことが好ましい。加熱期間は、一例では、１ｍｓである。なお、各フレームにおいて加熱期間が設けられるタイミングは、図示した例に限定されない。例えば、加熱期間は、各フレームにおいて駆動期間の後に設けられてもよい。

図示した例では、加熱信号Ｖｈｅａｔ及び映像信号Ｖｓｉｇの極性は、フレームごとに反転している。すなわち、第１フレームにおいて、加熱信号Ｖｈｅａｔは、加熱期間の開始時点において正極性であり、加熱期間の終了時点で負極性である。一方、第２フレームにおいて、加熱信号Ｖｈｅａｔは、加熱期間の開始時点において負極性であり、加熱期間の終了時点で正極性である。また、映像信号Ｖｓｉｇは、第１フレームにおいて正極性であるが、第２フレームにおいて負極性である。

次に、図５乃至図８を参照して、表示モード、加熱モード、及び両立モードの動作について説明する。図５乃至図８は、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、及びＧ４の電位と、信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の電位とを示している。

図５は、表示モードの一例を示すタイミングチャートである。
まず、コントローラ３は、ゲートドライバ６を制御して走査線Ｇ１にハイレベルのゲート信号Ｖｇを供給する。これにより、走査線Ｇ１が選択される。このとき、コントローラ３は、ソースドライバ５を制御して信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々にそれぞれ対応した映像信号Ｖｓｉｇを供給する。図示した例では、コントローラ３は、信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々に正極性の映像信号Ｖｓｉｇを供給している。映像信号Ｖｓｉｇの電位は、各画素ＰＸの階調に対応している。

続いて、コントローラ３は、ゲートドライバ６を制御して走査線Ｇ２にハイレベルのゲート信号Ｖｇを供給する。これにより、走査線Ｇ２が選択される。このとき、コントローラ３は、ソースドライバ５を制御して信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々にそれぞれ対応した映像信号Ｖｓｉｇを供給する。図示した例では、コントローラ３は、信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々に負極性の映像信号Ｖｓｉｇを供給している。映像信号Ｖｓｉｇの電位は、各画素ＰＸの階調に対応している。

同様に、コントローラ３は、ゲートドライバ６を制御して走査線Ｇ３及びＧ４にハイレベルのゲート信号Ｖｇを順次供給する。これにより、走査線Ｇ３及びＧ４が順次選択される。コントローラ３は、ソースドライバ５を制御して信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々にそれぞれ対応した映像信号Ｖｓｉｇを供給する。図示した例では、コントローラ３は、走査線Ｇ３の選択と同期して、信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々に正極性の映像信号Ｖｓｉｇを供給し、走査線Ｇ４の選択と同期して、信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々に負極性の映像信号Ｖｓｉｇを供給している。

以上の工程により、１フレームの書き込みが終了する。次のフレームにおいても同様に書き込みが行われるが、映像信号Ｖｓｉｇの極性は、反転している。すなわち、次のフレームにおいては、走査線Ｇ１及びＧ３の選択時に信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々に負極性の映像信号Ｖｓｉｇが供給され、走査線Ｇ２及びＧ４の選択時に信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々に正極性の映像信号Ｖｓｉｇが供給されている。なお、図示した例では、フレーム内に、映像信号Ｖｓｉｇが保持される保持期間が設けられているが、保持期間は省略されてもよい。

図６は、加熱モードの一例を示すタイミングチャートである。図６に示す例では、コントローラ３は、表示領域ＤＡ全体を加熱している。すなわち、コントローラ３は、ゲートドライバ６を制御してすべての走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４にハイレベルのゲート信号Ｖｇを所定時間供給する。これにより、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４が所定時間選択される。また、コントローラ３は、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４にハイレベルのゲート信号Ｖｇが供給されている期間、すなわち走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４が選択されている期間に、ソースドライバ５を制御してすべての信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３に加熱信号Ｖｈｅａｔを供給し続ける。したがって、加熱モードでは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に交流電圧が印加され続ける。換言すると、加熱モードでは、走査線Ｇが選択されている期間、液晶層ＬＣの加熱が継続される。

加熱モードにおいて、加熱信号Ｖｈｅａｔが供給される加熱時間は、１フレーム以上である。加熱時間は、一例では、１００秒である。なお、加熱時間は、例えば温度センサ４が検出する温度に応じて適宜に変更可能である。また、図示した例では、コントローラ３は、表示領域ＤＡ全体を加熱しているが、コントローラ３は、特定の走査線Ｇを選択し、特定の信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔを供給することで、表示領域ＤＡを極所的に加熱してもよい。

図７は、両立モードの一例を示すタイミングチャートである。図示した例では、各フレームにおいて、加熱期間が駆動期間の前に設けられている。

加熱期間において、コントローラ３は、図６に示す加熱モードと同様の制御を行い、液晶層ＬＣを加熱する。図示した例では、コントローラ３は、表示領域ＤＡ全体を加熱している。すなわち、コントローラ３は、加熱期間においてすべての走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４にハイレベルのゲート信号Ｖｇを供給し続ける。この間、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４は、選択されている。また、コントローラ３は、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４が選択されている期間に、すべての信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３に加熱信号Ｖｈｅａｔを供給し続ける。

次に、駆動期間において、コントローラ３は、図５に示す表示モードと同様の制御を行い、各画素ＰＸへ映像信号Ｖｓｉｇを書き込む。すなわち、コントローラ３は、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４にハイレベルのゲート信号Ｖｇを順次供給し、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４を順次選択する。コントローラ３は、走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の選択と同期して、信号線Ｓ１、Ｓ２及びＳ３にそれぞれ対応した映像信号Ｖｓｉｇを供給する。

以上のように、コントローラ３は、各フレームにおいて液晶層ＬＣの加熱の後に画素ＰＸへの映像信号Ｖｓｉｇの書き込みを行う。図示した例では、走査線Ｇ１においては、同一フレームの加熱期間から駆動期間の一部に亘ってゲート信号Ｖｇが連続して供給され、走査線Ｇ４においては、当該フレームの駆動期間の一部から次フレームの加熱期間に亘ってゲート信号Ｖｇが連続して供給されている。

図４を参照して説明したように、加熱期間は、一例では１ｍｓである。したがって、フレーム内に加熱期間が設けられていても、加熱信号Ｖｈｅａｔが形成する電磁場に液晶分子が応答しないため、駆動期間における映像の表示に影響しない。したがって、両立モードでは、液晶層ＬＣの加熱と映像の表示とが、１フレーム内で両立される。

図８は、両立モードの他の例を示すタイミングチャートである。図８に示す例は、加熱期間において、表示領域ＤＡが局所的に加熱されている点で、図７に示す例と相違している。図示した例では、加熱期間において、走査線Ｇ１及びＧ２にハイレベルのゲート信号Ｖｇが供給され、走査線Ｇ１及びＧ２が選択されているが、走査線Ｇ３及びＧ４は、選択されていない。また、図示した例では、加熱信号Ｖｈｅａｔは、信号線Ｓ１及びＳ３に供給されているが、信号線Ｓ２には供給されていない。したがって、加熱信号Ｖｈｅａｔは、走査線Ｇ１及びＧ２と、信号線Ｓ１及びＳ３とに接続されたスイッチング素子ＳＷを含む画素ＰＸの画素電極ＰＥに供給される。

図８に示す例では、駆動期間において、表示領域ＤＡの全体に映像が表示されている。しかしながら、駆動期間において映像が表示される領域と、加熱期間に加熱される領域とが一致していてもよい。すなわち、駆動期間において、コントローラ３は、加熱期間に選択された走査線Ｇ（図８に示す例では、走査線Ｇ１及びＧ２）を選択し、加熱期間に加熱信号Ｖｈｅａｔが供給された信号線Ｓ（図８に示す例では、信号線Ｓ１及びＳ３）に映像信号Ｖｓｉｇを供給してもよい。

図９は、コントローラ３の加熱制御処理の一例を示すフローチャートである。
ステップ９０１において、コントローラ３は、温度センサ４によって検出された温度Ｔが第１温度Ｔ１以下であるか否かを判断する。第１温度Ｔ１は、例えば−１０℃である。検出された温度Ｔが第１温度Ｔ１以下である場合、処理は、ステップ９０２に進む。

ステップ９０２において、コントローラ３は、加熱モードの制御を行う。すなわち、コントローラ３は、すべての走査線Ｇを選択し、走査線Ｇが選択されている期間にすべての信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔを供給する。

ステップ９０３において、コントローラ３は、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していない場合、ステップ９０３の判断が繰り返される。所定時間が経過した場合、処理は、ステップ９０１に戻る。

ステップ９０１において検出された温度Ｔが第１温度Ｔ１より高い場合、処理は、ステップ９０４に進む。ステップ９０４において、コントローラ３は、検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２以下であるか否かを判断する。第２温度Ｔ２は、例えば０℃である。検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２以下である場合、処理は、ステップ９０５に進む。

ステップ９０５において、コントローラ３は、両立モードの制御を行う。すなわち、コントローラ３は、１フレーム内に加熱期間と駆動期間とを設定する。加熱期間において、コントローラ３は、所定の走査線Ｇを選択し、当該走査線Ｇが選択されている期間に、所定の信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔを供給する。駆動期間において、コントローラ３は、走査線Ｇを順次選択し、走査線Ｇの選択と同期して信号線Ｓにそれぞれ対応した映像信号Ｖｓｉｇを供給する。

ステップ９０６において、コントローラ３は、所定数のフレームが経過したか否かを判断する。所定数のフレームが経過していない場合、ステップ９０６の判断が繰り返される。所定数のフレームが経過した場合、処理は、ステップ９０４に戻る。

ステップ９０４において検出された温度Ｔが第２温度Ｔ２より高い場合、処理は、ステップ９０７に進む。ステップ９０７において、コントローラ３は、表示モードの制御を行う。すなわち、コントローラ３は、走査線Ｇを順次選択し、走査線Ｇの選択と同期して信号線Ｓにそれぞれ対応した映像信号Ｖｓｉｇを供給する。

なお、コントローラ３の加熱制御処理は、上述の例に限定されない。例えば、表示モードが選択された後、コントローラ３は、温度センサ４によって検出された温度Ｔに基づいて、再度加熱モード又は両立モードを選択してもよい。また、加熱モードにおいて、コントローラ３は、特定の走査線Ｇを選択し、特定の信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔを供給してもよい。また、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２は、上記の例に限定されない。第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２は、第２温度Ｔ２が第１温度Ｔ１よりも高いという条件を満たしていればよく、例えば温度センサ４が設けられる位置に応じて適宜に設定される。

図１０は、表示装置１を車載用の表示装置に適用した場合の一例を示す図である。図１０に示す例では、表示パネル２は、自動車の速度を示す速度メータＭｓ、エンジンの回転数を示す回転数メータＭｒなどを表示する。コントローラ３は、温度センサ４が検出した温度Ｔに基づいて加熱モード、両立モード、及び表示モードの切り替えを行うことで、加熱信号Ｖｈｅａｔの生成の有無、表示領域ＤＡにおいて加熱信号Ｖｈｅａｔを供給する範囲、及び加熱信号Ｖｈｅａｔを供給する時間の長さを設定する。

例えば、コントローラ３は、温度センサ４が検出した温度Ｔが−１０℃以下である場合、車両がアイドリング状態で停止している場合は、加熱モードを選択し、表示領域ＤＡ全体を加熱する。この間、表示パネル２は、映像を表示しない。

温度Ｔが−１０℃より高くなると、又は、車両が動き出した場合は、コントローラ３は、例えば両立モードを選択する。加熱期間において、コントローラ３は、走行時に必須の情報が表示される優先度が高い表示領域を選択的に加熱する。例えば、コントローラ３は、図１０において、速度メータＭｓおよび回転数メータＭｒが表示される領域に加熱信号Ｖｈｅａｔを供給する。すなわち、コントローラ３は、速度メータＭｓおよび回転数メータＭｒが表示される領域に相当する走査線Ｇを選択し、速度メータＭｓおよび回転数メータＭｒが表示される領域に相当する信号線Ｓに加熱信号Ｖｈｅａｔをフレーム毎に供給する。加熱期間の長さは、例えば１ｍｓである。この時、駆動期間において、コントローラ３は、表示パネル２の全体に映像を表示する。加熱信号が印加された領域以外の表示は、温度の関係で、表示に遅延が発生する可能性もあるが、走行に必須の表示情報は、当該表示領域が加熱され、温度環境が適正に保たれるので、表示遅延の影響なく表示できる。

温度Ｔが例えば０℃より高くなると、コントローラ３は、表示モードを選択する。すなわち、コントローラ３は、加熱信号Ｖｈｅａｔの供給を停止し、表示パネル２の全体においてフレーム毎に駆動期間のみを設定して映像を表示する。

本実施形態によれば、コントローラ３が信号線Ｓに交流の加熱信号Ｖｈｅａｔを供給することで、液晶層ＬＣに交流電圧が印加され、液晶層ＬＣを加熱することができる。したがって、表示装置１の使用環境の温度が低い場合であっても、液晶分子の応答速度の向上することができ、表示品位を向上することができる。また、本実施形態によれば、交流電圧を画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に印加することで、液晶層ＬＣを直接的に加熱することができる。このため、効率的に液晶層ＬＣを加熱することができるとともに、液晶層ＬＣ以外の他の部材が加熱されることを抑制することができる。したがって、他の部材が加熱されることによる劣化等を抑制することができる。また、加熱する表示領域の位置は、任意で設定できるため、図１０の例で言えば、速度メータＭｓおよび回転数メータＭｒの位置をどこに配置しても本実施形態は実現可能であるため、高いデザイン自由度を保つことができる。

さらに、本実施形態によれば、走査線Ｇと信号線Ｓとに各種信号を供給することで液晶層ＬＣを加熱するため、表示装置１の使用環境の温度に応じて、加熱する領域及び加熱する時間を設定することができる。例えば、使用環境の温度が低い場合は、加熱モードによって十分な時間加熱信号Ｖｈｅａｔを供給することで、効率的に液晶層ＬＣを加熱することができる。液晶層ＬＣの温度がある程度まで上昇した場合は、例えば両立モードにおいて、加熱期間を例えば１ｍｓ程度に短く設定することで、駆動期間における表示を妨げることなく、液晶層ＬＣを加熱することができる。また、表示の優先度が高い領域に選択的に加熱信号Ｖｈｅａｔを供給することで、消費電力を抑制しつつ円滑な表示が可能になる。以上のように、本実施形態によれば、表示品位を向上することが可能な表示装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…表示装置、２…表示パネル、３…コントローラ、４…温度センサ、５…ソースドライバ、６…ゲートドライバ、Ｇ…走査線、Ｓ…信号線、ＳＷ…スイッチング素子、ＰＸ…画素、ＬＣ…液晶層、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極。

Claims (9)

1. 表示領域に配置された液晶層と、
   前記表示領域に配置された走査線と、
   前記表示領域に配置された信号線と、
   前記表示領域に配置された共通電極と、
   前記表示領域に配置され、前記信号線に接続された画素電極と、
   前記信号線への映像信号の供給及び加熱信号の供給を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記加熱信号の周波数は、前記映像信号の周波数より高く、
   前記コントローラは、前記走査線が選択されている期間に、前記信号線に前記加熱信号を供給する、表示装置。
2. 前記加熱信号の前記周波数は、５００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記加熱信号は、前記映像信号の振幅と同等以上の振幅を有している、請求項１又は２に記載の表示装置。
4. １フレームに、前記加熱信号が出力される加熱期間と前記映像信号が出力される駆動期間とが設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記加熱期間は、前記駆動期間より短い、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記加熱信号が出力される時間の長さは、１フレーム以上である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記加熱信号を生成するか否かを判断する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記表示領域において前記加熱信号を供給する範囲を設定する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記加熱信号を出力する時間の長さを設定する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。

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