JP3692795B2

JP3692795B2 - Display device

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Publication number: JP3692795B2
Application number: JP25334098A
Authority: JP
Inventors: 建史神谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JP2000066624A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば液晶表示パネルのような非発光型の表示パネルを備えた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば液晶表示パネルのような非発光型の表示パネルを備えた表示装置には、大別すると、透過光を利用して表示する透過型のものと、反射光を利用して表示する反射型のものとがあるが、この両者を兼ねた反射兼透過型のものもある。反射兼透過型の表示装置の場合には、図示していないが、一般的に、非発光型の表示パネルの裏面側に半透過半反射板を配置し、その裏面側にバックライトを配置した構造となっている。そして、透過型として使用する場合には、バックライトを点灯させ、バックライトからの光を半透過半反射板及び表示パネルを透過させて表示パネルの表面側に出射させ、これにより表示を行っている。一方、反射型として使用する場合には、バックライトを点灯させず、表示パネルの表面側から入射された外光を表示パネルを透過させて半透過半反射板で反射させ、この反射光を表示パネルを透過させて表示パネルの表面側に出射させ、これにより表示を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような表示装置では、バックライトからの光と外光との双方を同時に利用して表示を行うこともできる。しかしながら、外光のみで十分な画面輝度が得られる環境下において、バックライトからの光と外光との双方を同時に利用して表示を行うと、液晶表示パネルの画面輝度が高くなりすぎて見ずらくなることがあるという問題があった。
この発明の課題は、バックライトからの光と外光との双方を同時に利用して表示を行っても、表示パネルの画面輝度を常に好適とすることができるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、スイッチング素子としてのＭＩＳ型薄膜トランジスタを備えた非発光型の表示パネルと、該表示パネルの裏面側に配置され、光を前記表示パネルの裏面に向けて出射するとともに、前記表示パネルの表面側から入射されて前記表示パネルを透過した外光を前記表示パネルの裏面に向けて反射する反射兼光出射手段と、前記表示パネルの前記薄膜トランジスタの形成面に形成された、前記薄膜トランジスタと同じＭＩＳ型薄膜トランジスタからなる照度検出センサと、該照度検出センサによる検出照度に基づいて前記反射兼光出射手段からの出射光の輝度を制御する出射光輝度制御手段とを具備したものである。
この発明によれば、照度検出センサによって例えば外光とバックライトの双方の照度を検出し、この検出照度に基づいて出射光輝度制御手段により反射兼光出射手段からの出射光の輝度を制御することになるので、反射兼光出射手段からの光と外光との双方を同時に利用して表示を行っても、表示パネルの画面輝度を常に好適とすることができる。しかも、この場合、照度検出センサは表示パネルの薄膜トランジスタ形成面に形成されたＭＩＳ型薄膜トランジスタによって構成されているので、照度検出センサをスイッチング素子としてのＭＩＳ型薄膜トランジスタの形成と同時に形成することができ、製造工程数が増加しないようにすることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態を適用した反射兼透過型の液晶表示装置の要部を示したものである。この液晶表示装置は、データラインと各画素電極との間に薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有するアクティブマトリクス型の液晶表示パネル１を備えている。液晶表示パネル１は、詳細には図示していないが、一対のガラス基板２、３がほぼ枠状のシール材４を介して貼り合わされ、シール材４の内側における両ガラス基板２、３間に液晶が封入され、各ガラス基板２、３の表面に偏光板５、６が貼り付けられたものからなっている。
【０００６】
液晶表示パネル１の裏面側には反射機能を備えたバックライト（反射兼光出射手段）１１が配置されている。バックライト１１は、液晶表示パネル１の裏面に設けられた光学シート１２と、この光学シート１２の裏面に設けられた光拡散層１３と、この光拡散層１３の裏面に設けられた光学部材１４と、この光学部材１４の裏面側に設けられた導光体１５と、この導光体１５の所定の一端面側に設けられた光源１６とを備えている。光源１６は、直線状の蛍光管１７と、この蛍光管１７からの光を導光体１５の一端面に向けて反射させるためのリフレクタ１８とからなっている。
【０００７】
導光体１５は、図２にも示すように、アクリル樹脂等によって形成されたものであって、裏面を平坦面とされ、裏面に垂直な所定の一端面を光入射面２１とされ、表面を光入射面２１側から他端面側に向かうに従って漸次薄肉となる階段状とされた構造となっている。この場合、階段状の表面は、裏面に平行な複数の段面２２と、これらの段面２２に垂直な段差面（光出射面）２３とからなっている。各段面２２上には、酸化シリコンからなる下地膜（図示せず）を介してアルミニウムの蒸着膜等からなる反射膜２４が設けられている。導光体１５の裏面には反射板２５が設けられている。そして、導光体１５は、その裏面を液晶表示パネル１に対して適宜に傾斜された状態で、液晶表示パネル１の裏面側に配置されている。
【０００８】
光学部材１４は、図２にも示すように、アクリル樹脂等によって形成されたものであって、表面を平坦面とされ、裏面に複数の断面三角形状の突状部３１が一定のピッチで形成された構造となっている。この場合、突状部３１の一方の側面と空気との界面は第１の光学界面３２となっており、突状部３１の他方の側面と空気との界面は第２の光学界面３３となっており、各突状部３１間における光学部材１４の裏面と空気との界面は第３の光学界面３４となっている。そして、光学部材１４は、その突状部３１の頂点を反射膜２４に近接または当接された状態で、導光体１５上に配置されている。この状態では、第１の光学界面３２は、導光体１５の段面２２に対する角度（第１の光学界面３２の段差面２３と対向する側の角度）が９０°以下であって、段差面２３とほぼ平行する面またはそれに近い傾斜面となっている。第２の光学界面３３は、光学部材１４の表面の垂線に対する角度が当該垂線と第１の光学界面３２とのなす角度よりも大きい傾斜面となっている。第３の光学界面３４は、導光体１５の段面２２とほぼ平行する面またはそれに近い傾斜面となっている。なお、光学部材１４の突状部３１のピッチは、液晶表示パネル１の画素ピッチとほぼ同じか、あるいは同画素ピッチの整数分の１となっている。また、導光体１５の段面２２のピッチは、光学部材１４の突状部３１のピッチよりもやや大きくなっている。
【０００９】
光拡散層１３は、例えば、光散乱用微粒子が分散された透明な粘着剤を光学部材１４の表面に塗布したものからなっている。そして、光学シート１２は、この光拡散層１３を介して光学部材１４の表面に貼り付けられている。また、液晶表示パネル１は、光学シート１２の表面に透明な粘着剤または両面粘着シート３５を介して貼り付けられている。光学シート１２は、図３に示すように、互いにほぼ直交する透過軸Ｐ及び反射軸Ｓを有し、透過軸Ｐに沿った偏光成分（Ｐ偏光成分）の光を透過させ、反射軸Ｓに沿った偏光成分（Ｓ偏光成分）の光を反射するようになっている。すなわち、この光学シート１２の裏面側から、透過軸Ｐに沿ったＰ偏光成分の光と反射軸Ｓに沿ったＳ偏光成分の光との双方を含む光が入射されると、この入射光のうち透過軸Ｐに沿ったＰ偏光成分の光は光学シート１２を透過し、反射軸Ｓに沿ったＳ偏光成分の光は光学シート１２で反射される。このような半透過半反射特性は、光学シート１２の表面側からの入射光に対しても同様である。
【００１０】
さて、この液晶表示装置を透過型として使用する場合には、蛍光管１７を点灯させる。すると、蛍光管１７からの光及びリフレクタ１８によって反射された反射光は導光体１５の光入射面２１に入射される。この入射光は、例えば図２において実線の矢印で示すように、反射膜２４や反射板２５で反射されながら導光体１５内を横方向に進行し、各段差面（光出射面）２３から出射される。この出射光は、同じく図２において実線の矢印で示すように、光学部材１４の第１の光学界面３２に入射され、第２の光学界面３３で全反射され、光学部材１４の表面から出射され、光散乱層１３に入射されて散乱される。この散乱光のうちＰ偏光成分の光は光学シート１２を透過して液晶表示パネル１の裏面に入射され、Ｓ偏光成分の光は光学シート１２で反射される。しかし、光学シート１２で反射された光は、反射膜２４で反射され、光散乱層１３で再度散乱される。この散乱光のうちＰ偏光成分の光は光学シート１２を透過して液晶表示パネル１の裏面に入射され、Ｓ偏光成分の光は光学シート１２で反射される。そして、このようなことが繰り返されることにより、各段差面２３から出射された光のほとんどが液晶表示パネル１の裏面に入射される。なお、光学シート１２の透過軸と液晶表示パネル１の裏面側の偏光板６の透過軸とは互いにほぼ平行となっている。そして、液晶表示パネル１の裏面に入射された光は、液晶表示パネル１を透過して液晶表示パネル１の表面側に出射され、これにより表示が行われることになる。
【００１１】
一方、この液晶表示装置を反射型として使用する場合には、蛍光管１７を点灯させず、外光を利用することになる。すなわち、液晶表示パネル１の表面側から入射された外光（直線偏光光）は液晶表示パネル１を透過する。この透過光は、例えば図２において点線の矢印で示すように、光学シート１２、光拡散層１３及び光学部材１４を順に透過し、反射膜２４で反射される。この反射光は、光学部材１４を透過し、光拡散層１３で拡散される。この拡散光のほとんどは、上記の場合と同様にして、光学シート１２を透過して液晶表示パネル１の裏面に入射される。この入射光は、液晶表示パネル１を透過して液晶表示パネル１の表面側に出射され、これにより表示が行われることになる。
【００１２】
次に、この液晶表示装置において、光源１６からの光と外光との双方を同時に利用して表示を行う場合について説明する。ところで、液晶表示パネル１の好適な画面輝度（使用環境下で表示を充分な明るさで観察することができる輝度）は使用環境の照度（以下、環境照度という。）によって異なり、同じ画面輝度でも、環境照度によっては画面が眩しすぎたり暗すぎたりする。例えば、夏期の直射日光下のような１０万ルクスを越える高照度の使用環境下では、眩しすぎることになる。
【００１３】
そこで、この液晶表示装置では、夏期の直射日光下のような１０万ルクスを越える高照度の使用環境下でも、眩しすぎない好適な画面輝度が得られるようにするために、主として反射膜２４による外光の反射率と液晶表示パネル１の光の透過率とによって決まる装置全体としての反射率（液晶表示パネル１の表面側から入射する外光の強度と反射膜２４によって反射されて液晶表示パネル１の表面側に出射される外光の強度との比）を、外光のみを利用する通常の反射型液晶表示装置に比べて低く設定している。
【００１４】
また、光源１６からの光の輝度を環境照度等に応じて制御することにより、光源１６からの光と外光との双方による液晶表示パネル１の画面輝度が環境照度に応じた好適な画面輝度となるようにしている。すなわち、この液晶表示装置では、環境照度等に応じて光源１６からの光の輝度を制御するために、光源輝度制御手段が備えられている。次に、この光源輝度制御手段について説明する。
【００１５】
まず、図４はこの液晶表示装置の一部の概略構成を示したものである。液晶表示パネル１の一対のガラス基板２、３のうち裏面側のガラス基板３の所定の辺部は表面側のガラス基板２から突出されている。そして、この裏面側のガラス基板３の突出部の上面には外光照度検出センサ４１が設けられている。また、図１に示すシール材４の外側における裏面側のガラス基板３の上面において表面側のガラス基板２と対向する部分の所定の箇所にはバックライト照度検出センサ４２が設けられている。この場合、表面側のガラス基板２の下面にはクロム等の金属からなるブラックマスク４３が設けられ、このブラックマスク４３によって外光がバックライト照度検出センサ４２に入射されないようになっている。そして、バックライト１１からの光がブラックマスク４３で反射されてバックライト照度検出センサ４２に入射されるようになっている。バックライト照度検出センサ４２は、蛍光管１７の照度が経時変化により徐々に低下していくので、これを検出するためのものである。
【００１６】
次に、図５はこの液晶表示装置の回路の要部を示したものである。液晶表示パネル１の裏面側のガラス基板３の上面の所定の箇所には外光照度検出部５１が一体的に形成され、他の所定の箇所にはバックライト照度検出部５２が一体的に形成されている。両照度検出部５１、５２は同じ構造となっている。すなわち、照度検出部５１、５２は、後述するダブルゲート型光電変換薄膜トランジスタからなる照度検出センサ４１、４２と、薄膜トランジスタからなる第１のスイッチング素子５３、５４と、照度検出センサ４１、４２と第１のスイッチング素子５３、５４との間に設けられた抵抗５５、５６及びキャパシタ５７、５８と、照度検出センサ４１、４２と抵抗５５、５６との間に接続された薄膜トランジスタからなる第２のスイッチング素子５９、６０とを備えている。
【００１７】
そして、分周器６１、６２から予め設定された時間だけ出力される信号が第２のスイッチング素子５９、６０に入力されている間に、照度検出センサ４１、４２から検出照度に応じた電流がキャパシタ５７、５８に流れ、キャパシタ５７、５８に電荷が蓄積される。そして、所定のタイミングで第１のスイッチング素子５３、５４がオンすると、キャパシタ５７、５８に蓄積された電荷に応じた光検出信号がレベルシフト調整器６３、６４に入力される。レベルシフト調整器６３、６４は、例えばＡ／Ｄ変換器からなり、入力された光検出信号をパラレル信号に変換し、このパラレル信号をパラレルシリアル変換器６５、６６に出力する。パラレルシリアル変換器６５、６６は入力されたパラレル信号をシリアル信号に変換し、このシリアル信号を加算器６７に出力する。加算器６７は入力された両シリアル信号を加算し、加算信号を調光用制御信号発生器６８に出力する。調光用制御信号発生器６８は入力された加算信号に応じた調光用制御信号を調光機能付きインバータ６９に出力する。調光機能付きインバータ６９は、光源１６（図１参照）が調光用制御信号発生器６８からの調光用制御信号に応じた輝度の光を発光するように、光源１６（蛍光管１７）を駆動する。
【００１８】
次に、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度等に応じて制御することについて、具体的な数値を挙げて説明する。まず、図６はこの場合の液晶表示パネル１の画面輝度と環境照度との関係を示したものである。前提条件として、環境照度に応じた液晶表示パネル１の好適な画面輝度は、夜間の街灯下のような５０ルクスの環境照度では２０〜２００ニット、室内照明を点灯させたときの室内のような１０００ルクスの環境照度では３０〜３００ニット、晴天時の木陰のような３００００ルクスの環境照度では４００〜４０００ニットであるとし、より好ましくは、５０ルクスの環境照度では２０〜６０ニット、１０００ルクスの環境照度では６０〜２００ニット、３００００ルクスの環境照度では１０００〜３０００ニットであるとする。
【００１９】
さて、液晶表示パネル１の画面輝度Ｌ（ニット）は、環境照度をＩ（ルクス）、光源１６からの光の輝度をＢ（ニット）、液晶表示パネル１の光の透過率をＴ（％）、上述の装置全体としての反射率をＲ（％）としたとき、次の式（１）から求められる。
Ｌ＝Ｉ×Ｒ／４００＋Ｂ×Ｔ／１００……（１）
【００２０】
そこで、第１に、液晶表示パネル１の画面輝度Ｌが、５０ルクスの環境照度で２０〜２００ニット、１０００ルクスの環境照度で３０〜３００ニット、３００００ルクスの環境照度で４００〜４０００ニットの範囲をそれぞれ満足する二次関数で表わされる輝度となるように、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度等に応じて制御する。すなわち、この場合の光源１６からの光の輝度の制御条件は、上記式（１）から求められ、次の式（２）のようになる。
−２×１０^−８×Ｉ^２＋０．０１５×Ｉ＋２０≦Ｌ≦−３×１０^−７×Ｉ^２＋０．１１３×Ｉ＋１５０…（２）
【００２１】
そして、図６において、曲線Ｍ_１、Ｍ_２は上記式（２）から求められる画面輝度Ｌの最大値と最小値を示す。すなわち、曲線Ｍ_１、Ｍ_２は次の式（３）、（４）によってそれぞれ表わされる曲線である。
Ｌ（Ｍ_１）＝−３×１０^−７×Ｉ^２＋０．１１３×Ｉ＋１５０…（３）
Ｌ（Ｍ_２）＝−２×１０^−８×Ｉ^２＋０．０１５×Ｉ＋２０……（４）
したがって、この両曲線Ｍ_１、Ｍ_２間の範囲Ｍは、環境照度等に応じた液晶表示パネル１の好適な画面輝度の範囲である。
【００２２】
次に、第２に、液晶表示パネル１の画面輝度Ｌが、５０ルクスの環境照度で２０〜６０ニット、１０００ルクスの環境照度で６０〜２００ニット、３００００ルクスの環境照度で１０００〜３０００ニットの範囲をそれぞれ満足する二次関数で表わされる輝度となるように、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度等に応じて制御する。すなわち、この場合の光源１６からの光の輝度の制御条件は、上記式（１）から求められ、次の式（５）のようになる。
−９×１０^−８×Ｉ^２＋０．０４５３×Ｉ＋２０≦Ｌ≦−２×１０^−７×Ｉ^２＋０．０８７１×Ｉ＋５０…（５）
【００２３】
そして、図６において、曲線Ｎ_１、Ｎ_２は上記式（５）から求められる画面輝度Ｌの最大値と最小値を示す。すなわち、曲線Ｎ_１、Ｎ_２は次の式（６）、（７）によってそれぞれ表わされる曲線である。
Ｌ（Ｎ_１）＝−２×１０^−７×Ｉ^２＋０．０８７１×Ｉ＋５０…（６）
Ｌ（Ｎ_２）＝−９×１０^−８×Ｉ^２＋０．０４５３×Ｉ＋２０……（７）
したがって、この両曲線Ｎ_１、Ｎ_２間の範囲Ｎは、環境照度等に応じた液晶表示パネル１のより好適な画面輝度の範囲である。
【００２４】
以上のように、この液晶表示装置では、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度等に応じて制御することにより、液晶表示パネル１の画面輝度を曲線Ｍ₁、Ｍ₂間の範囲Ｍ、より好ましくは曲線Ｎ₁、Ｎ₂間の範囲Ｎとすることができる。これにより、低照度から高照度の広い環境照度において、液晶表示パネル１の画面輝度を好適もしくはより好適とすることができる。
【００２５】
なお、図６における二点鎖線は、比較のために、外光のみを利用する通常の反射型液晶表示装置の画面輝度を表わしたものである。この二点鎖線で示す画面輝度は、環境照度の変化に対して直線的に変化している。そして、この通常の反射型液晶表示装置では、曲線Ｍ₁、Ｍ₂間の範囲Ｍに対応する環境照度が約３００〜約５０００ルクスの範囲であり、曲線Ｎ₁、Ｎ₂間の範囲Ｎに対応する環境照度が約５００〜約２０００ルクスの範囲である。したがって、それ以上の環境照度では、液晶表示パネルの画面が明るくなりすぎ、例えば夏期の直射日光下のような１０万ルクスを越える高照度の使用環境下では、液晶表示パネルの画面が眩しすぎて表示が見えにくくなってしまう。一方、それ以下の環境照度では、液晶表示パネルの画面が暗くなりすぎ、例えば夜間の屋外のような暗い使用環境下では、表示を視認できる程度の画面輝度が得られなくなってしまう。
【００２６】
ところで、図６から明らかなように、一例として、環境照度が１０００ルクス以下の場合には、液晶表示パネル１の画面輝度が最低４０ニットあると、好適な画面輝度とすることができる。したがって、この場合には、光源１６の輝度を液晶表示パネル１の画面輝度が最低４０ニットとなるある値で一定としても、外光の照度が上昇するとともに図１に示す反射膜２４による反射光量が増大するだけであるので、好適な画面輝度とすることができる。
【００２７】
また、環境照度が１０００〜１００００ルクスの場合には、液晶表示パネル１の画面輝度が最低２００ニットあると、好適な画面輝度とすることができる。したがって、この場合には、光源１６の輝度を液晶表示パネル１の画面輝度が最低２００ニットとなるある値で一定としても、外光の照度が上昇するとともに図１に示す反射膜２４による反射光量が増大するだけであるので、好適な画面輝度とすることができる。
【００２８】
さらに、環境照度が１００００ルクス以上の場合には、蛍光管１７を消灯しても、液晶表示パネル１の画面輝度を約３００ニット以上の好適な画面輝度とすることができる。すなわち、この場合には、蛍光管１７を点灯させる必要のない高照度の使用環境下であり、外光のみを利用して表示することになる。ただし、この場合も、外光の照度が上昇するとともに図１に示す反射膜２４による反射光量が増大するが、上述したように、装置全体としての反射率を外光のみを利用する通常の反射型液晶表示装置に比べて低く設定しているので、好適な画面輝度とすることができる。
【００２９】
このように、第１に、光源１６の輝度を液晶表示パネル１の画面輝度が最低４０ニットとなるある値で一定とし、第２に、光源１６の輝度を液晶表示パネル１の画面輝度が最低２００ニットとなるある値で一定とし、第３に、蛍光管１７を消灯する、という３種類の制御（調整）によっても、低照度から高照度の広い環境照度において、液晶表示パネル１の画面輝度を好適とすることができる。
【００３０】
ところで、この場合の光源１６に対する制御は３種類であるので、外光照度検出センサ４１を３個設置するようにしてもよい。すなわち、例えば、図５に示す分周器６１、６２から信号を出力する時間やキャパシタ５７、５８の容量が異なるものを３種類設け、それぞれ異なるある外光照度以上でオン状態となるようにし、光源１６に対して３種類の制御を行うようにしてもよい。この場合、この３種類の制御を手動で行うようにしてもよい。なお、外光照度検出センサ４１を４個以上設置し、光源１６に対する制御を４種類以上としてもよい。また、バックライト照度検出センサ４２を複数個設置するようにしてもよい。
【００３１】
次に、照度検出センサ４１、４２の具体的な構造について、図７を参照して説明する。裏面側のガラス基板３の上面にはアルミニウム等の遮光性電極からなるボトムゲート電極７１が設けられ、その上面全体には窒化シリコンからなるボトムゲート絶縁膜７２が設けられている。ボトムゲート絶縁膜７２の上面においてボトムゲート電極７１に対応する部分にはアモルファスシリコンやポリシリコンからなる半導体層７３が設けられている。半導体層７３の上面中央部には窒化シリコンからなるブロッキング層７４が設けられている。ブロッキング層７４の上面両側及びその両側における半導体層７３の上面にはｎ⁺シリコン層７５、７６が設けられている。ｎ⁺シリコン層７５、７６の上面にはアルミニウム等の遮光性電極からなるソース電極７７及びドレイン電極７８が設けられ、その上面全体には窒化シリコンからなるトップゲート絶縁膜７９が設けられている。トップゲート絶縁膜７９の上面において半導体層７３に対応する部分にはＩＴＯ等の透明電極からなるトップゲート電極８０が設けられ、その上面全体には窒化シリコンからなるオーバーコート膜８１が設けられている。そして、この照度検出センサ４１、４２では、その下面側から入射された光がボトムゲート電極７１によって遮光されて半導体層７３に直接入射しないようになっている。
【００３２】
この照度検出センサ４１、４２では、ボトムゲート電極（ＢＧ）７１、半導体層７３、ソース電極（Ｓ）７７及びドレイン電極（Ｄ）７８等によってボトムゲート型トランジスタが構成され、トップゲート電極（ＴＧ）８０、半導体層７３、ソース電極（Ｓ）７７及びドレイン電極（Ｄ）７８等によってトップゲート型トランジスタが構成されている。すなわち、この照度検出センサ４１、４２は、半導体層７３の下側及び上側にそれぞれボトムゲート電極（ＢＧ）７１及びトップゲート電極（ＴＧ）８０が配置されたダブルゲート型光電変換薄膜トランジスタによって構成され、その等価回路は図８のように示すことができる。
【００３３】
次に、この照度検出センサ４１、４２の動作について説明する。まず、図９（Ａ）に示すように、ソース電極（Ｓ）−ドレイン電極（Ｄ）間に正電圧（例えば＋５Ｖ）が印加された状態において、ボトムゲート電極（ＢＧ）に正電圧（例えば＋１０Ｖ）が印加されると、半導体層７３にチャネルが形成され、ドレイン電流が流れる。この状態で、トップゲート電極（ＴＧ）にボトムゲート電極（ＢＧ）の電界によるチャネルを消滅させるレベルの負電圧（例えば−２０Ｖ）が印加されると、トップゲート電極（ＴＧ）からの電界がボトムゲート電極（ＢＧ）の電界によるチャネル形成に対してそれを妨げる方向に働き、チャネルがピンチオフされる。このとき、トップゲート電極（ＴＧ）側から半導体層７３に光が照射されると、半導体層７３のトップゲート電極（ＴＧ）側に電子−正孔対が誘起される。この電子−正孔対は半導体層７３のチャネル領域に蓄積され、トップゲート電極（ＴＧ）の電界を打ち消す。このため、半導体層７３にチャネルが形成され、ドレイン電流が流れる。このドレイン電流は半導体層７３への入射光量に応じて変化する。そして、このドレイン電流により、図５に示すキャパシタ５７、５８に電荷が蓄積されることになる。
【００３４】
次に、この照度検出センサ４１、４２をリセットする場合について、図９（Ｂ）を参照して説明する。ボトムゲート電極（ＢＧ）に正電圧（＋１０Ｖ）が印加された状態において、トップゲート電極（ＴＧ）を例えば０Ｖにすると、半導体層７３とトップゲート絶縁膜７９との間のトラップ準位から正孔を吐き出させてリフレッシュ、つまりリセットすることができる。すなわち、連続して使用されると、半導体層７３とトップゲート絶縁膜７９との間のトラップ準位が光照射により発生する正孔とドレイン電極（Ｄ）から注入される正孔とによって埋められていき、光無入射状態でのチャネル抵抗が小さくなり、光無入射時にドレイン電流が増加する。そこで、トップゲート電極（ＴＧ）を０Ｖとし、この正孔を吐き出させてリセットする。
【００３５】
ところで、この照度検出センサ４１、４２のドレイン電流が外光照度に対して１μＡに達するまでの反応時間を調べたところ、一例として、図１０に示す結果が得られた。この図から明らかなように、照度検出センサ４１、４２のドレイン電流が１μＡに達するまでの反応時間は、外光照度が高くなるほど短くなる。この結果、反応時間から環境照度及びバックライト照度を求めることができる。そこで、例えば図５に示す第１のスイッチング素子５３、５４をオンするタイミングとして、照度検出センサ４１、４２から１μＡ以上の電流が流れた時点とすることもできる。なお、ドレイン電流が０．１μＡに達するまでとした場合には、反応時間は約１０分の１となり、１０μＡに達するまでとした場合には、反応時間は約１０倍となる。
【００３６】
次に、照度検出センサ４１、４２の形成方法の一例について、アクティブマトリクス型の液晶表示装置におけるスイッチング素子としてのＭＩＳ型薄膜トランジスタの形成方法と併せ、図１１を参照して説明する。裏面側のガラス基板３の上面の薄膜トランジスタ等形成領域にアルミニウム等からなるゲート電極９１を形成するとともに、同上面の照度検出センサ形成領域にアルミニウム等からなるボトムゲート電極７１を形成する。次に、上面全体には窒化シリコンからなるボトムゲート絶縁膜７２を形成する。次に、ボトムゲート絶縁膜７２の上面の薄膜トランジスタ等形成領域にアモルファスシリコンやポリシリコンからなる半導体層９２を形成するとともに、同上面の照度検出センサ形成領域にアモルファスシリコンやポリシリコンからなる半導体層７３を形成する。次に、半導体層９２、７３の上面中央部に窒化シリコンからなるブロッキング層９３、７４を形成する。次に、ブロッキング層９３、７４の上面両側及びその両側における半導体層９２、７３の上面にｎ⁺シリコン層９４、９５、７５、７６を形成する。次に、ｎ⁺シリコン層９４、９５、７５、７６の上面にアルミニウム等からなるソース電極９６、ドレイン電極９７、ソース電極７７、ドレイン電極７８を形成する。次に、上面全体には窒化シリコンからなるトップゲート絶縁膜７９を形成する。次に、トップゲート絶縁膜７９の上面の薄膜トランジスタ等形成領域にＩＴＯ等の透明電極からなる画素電極９８を形成するとともに、同上面の照度検出センサ形成領域にＩＴＯ等の透明電極からなるトップゲート電極８０を形成する。この場合、画素電極９８は、トップゲート絶縁膜７９に形成されたコンタクトホール９９を介してソース電極９６に接続される。次に、画素電極９８の所定の部分を除く上面全体に窒化シリコンからなるオーバーコート膜８１を形成する。かくして、薄膜トランジスタ等形成領域にＭＩＳ型薄膜トランジスタ及び画素電極９８が形成され、照度検出センサ形成領域にＭＩＳ型薄膜トランジスタからなる照度検出センサが形成される。このように、照度検出センサをスイッチング素子としてのＭＩＳ型薄膜トランジスタ及び画素電極９８の形成と同時に形成することができるので、製造工程数が増加しないようにすることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、図４に示すように、外光照度検出センサ４１を裏面側のガラス基板３の突出部の上面に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、図１に示すシール材４の外側における裏面側のガラス基板３の上面において表面側のガラス基板２と対向する部分の所定の箇所に外光照度検出センサ４１を形成するようにしてもよい。このようにした場合には、外光が表面側のガラス基板２（このガラス基板２の下面に顔料入りの樹脂等からなるカラーフィルタが形成されている場合には、ガラス基板２及びカラーフィルタ）及びブラックマスク４３に形成された開口部４３ａを透過して外光照度検出センサ４１に入射されることになるので、外光の光量が数十％程度低下することになる。したがって、図４に示す場合と比較して、外光照度検出センサ４１の外光に対する反応時間を少し長めとすることができる。そこで、図４に示す場合と図１２に示す場合の２種類の外光照度検出センサ４１を設置した場合には、感度範囲を広くすることができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、照度検出センサ４１、４２としてダブルゲート型光電変換薄膜トランジスタを用いた場合について説明したが、これに限らず、スイッチング素子としての薄膜トランジスタの形成と同時に形成することができるｐｎ型光ダイオード等を用いてもよい。また、上記実施形態では、蛍光管１７を用いた場合について説明したが、これに限らず、直線状の発光ダイオードアレイ等を用いてもよい。また、上記実施形態では、階段状の段面２２上に反射膜２４を有する導光体１５等からなるバックライト１１を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図示していないが、液晶表示パネルの裏面側に光学シートを配置し、その裏面側にＥＬ等からなるバックライトを配置するようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、この発明を液晶表示装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、他の非発光型の表示パネルを備えた表示装置にも適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、照度検出センサによって例えば外光とバックライトの双方の照度を検出し、この検出照度に基づいて出射光輝度制御手段により反射兼光出射手段からの出射光の輝度を制御しているので、反射兼光出射手段からの光と外光との双方を同時に利用して表示を行っても、表示パネルの画面輝度を常に好適とすることができる。しかも、この場合、照度検出センサは表示パネルの薄膜トランジスタ形成面に形成されたＭＩＳ型薄膜トランジスタによって構成されているので、照度検出センサをスイッチング素子としてのＭＩＳ型薄膜トランジスタの形成と同時に形成することができ、製造工程数が増加しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を適用した液晶表示装置の要部の側面図。
【図２】液晶表示装置の一部における光の進行を説明するために示す図。
【図３】光学シートを説明するために示す斜視図。
【図４】液晶表示装置の一部の概略構成を示す側面図。
【図５】液晶表示装置の要部の回路図。
【図６】液晶表示パネルの画面輝度と環境照度との関係を示す図。
【図７】照度検出センサの具体的な構造を示す断面図。
【図８】図７に示す照度検出センサの等価回路図。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は照度検出センサの動作を説明するために示す図。
【図１０】照度検出センサのドレイン電流が外光照度に対して１μＡに達するまでの反応時間を示す図。
【図１１】照度検出センサの形成方法の一例を説明するために示す断面図。
【図１２】外光照度検出センサの他の設置例を示す側面図。
【符号の説明】
１液晶表示パネル
２、３ガラス基板
１１バックライト
４１外光照度検出センサ
４２バックライト照度検出センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device including a non-light emitting display panel such as a liquid crystal display panel.
[0002]
[Prior art]
For example, a display device having a non-light-emitting display panel such as a liquid crystal display panel can be roughly classified into a transmission type that displays using transmitted light and a reflection type that displays using reflected light. However, there is also a reflection / transmission type that combines the two. In the case of a reflection / transmission type display device, although not shown, generally, a transflective plate is disposed on the back side of a non-luminous display panel, and a backlight is disposed on the back side. It has a structure. And when using it as a transmissive type, the backlight is turned on, the light from the backlight is transmitted through the semi-transmissive semi-reflective plate and the display panel and emitted to the surface side of the display panel, thereby performing display. Yes. On the other hand, when used as a reflective type, the backlight is not turned on, and external light incident from the surface side of the display panel is transmitted through the display panel and reflected by the semi-transmissive semi-reflective plate, and this reflected light is displayed. The panel is transmitted and emitted to the surface side of the display panel, thereby performing display.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such a display device, it is also possible to perform display using both the light from the backlight and the outside light at the same time. However, in an environment where sufficient screen brightness can be obtained only with external light, if display is performed using both the light from the backlight and the external light simultaneously, the screen brightness of the liquid crystal display panel becomes too high. There was a problem that sometimes it would be staggered.
An object of the present invention is to make it possible to always make the screen brightness of a display panel suitable even when display is performed using both light from a backlight and external light simultaneously.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a non-light emitting display panel provided with a MIS thin film transistor as a switching element, and is disposed on the back side of the display panel to emit light toward the back side of the display panel. Reflecting / light emitting means for reflecting external light incident from the front side and transmitted through the display panel toward the back surface of the display panel, and the same MIS as the thin film transistor formed on the thin film transistor forming surface of the display panel An illuminance detection sensor comprising a thin film transistor, and an emitted light luminance control means for controlling the luminance of the emitted light from the reflection / light emission means based on the illuminance detected by the illuminance detection sensor.
According to the present invention, for example, the illuminance detection sensor detects the illuminance of both the external light and the backlight, and the luminance of the outgoing light from the reflection / light emission means is controlled by the outgoing light luminance control means based on the detected illuminance. Therefore, even when the display is performed by using both the light from the reflection / light emitting means and the outside light at the same time, the screen brightness of the display panel can always be made suitable. Moreover, in this case, since the illuminance detection sensor is constituted by a MIS type thin film transistor formed on the thin film transistor formation surface of the display panel, the illuminance detection sensor can be formed simultaneously with the formation of the MIS type thin film transistor as a switching element, The number of manufacturing processes can be prevented from increasing.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a main part of a reflection / transmission type liquid crystal display device to which an embodiment of the present invention is applied. This liquid crystal display device includes an active matrix liquid crystal display panel 1 having a switching element such as a thin film transistor between a data line and each pixel electrode. Although not shown in detail in the liquid crystal display panel 1, a pair of glass substrates 2 and 3 are bonded together via a substantially frame-shaped sealing material 4, and between the glass substrates 2 and 3 inside the sealing material 4. liquid crystal is enclosed, it is made of one polarizer 5 and 6 was pasted on the surface of each glass substrate 2.
[0006]
On the back side of the liquid crystal display panel 1, a backlight (reflection / light emitting means) 11 having a reflection function is disposed. The backlight 11 includes an optical sheet 12 provided on the back surface of the liquid crystal display panel 1, a light diffusion layer 13 provided on the back surface of the optical sheet 12, and an optical member 14 provided on the back surface of the light diffusion layer 13. And a light guide 15 provided on the back side of the optical member 14 and a light source 16 provided on a predetermined one end face side of the light guide 15. The light source 16 includes a linear fluorescent tube 17 and a reflector 18 for reflecting the light from the fluorescent tube 17 toward one end surface of the light guide 15.
[0007]
As shown in FIG. 2, the light guide 15 is formed of an acrylic resin or the like, and the back surface is a flat surface, and a predetermined end surface perpendicular to the back surface is a light incident surface 21. Is a stepped structure that gradually becomes thinner from the light incident surface 21 side toward the other end surface side. In this case, the stepped surface is composed of a plurality of step surfaces 22 parallel to the back surface and step surfaces (light emitting surfaces) 23 perpendicular to these step surfaces 22. On each step surface 22, a reflection film 24 made of an aluminum vapor deposition film or the like is provided via a base film (not shown) made of silicon oxide. A reflective plate 25 is provided on the back surface of the light guide 15. And the light guide 15 is arrange | positioned in the back surface side of the liquid crystal display panel 1 in the state which inclined the back surface suitably with respect to the liquid crystal display panel 1. FIG.
[0008]
As shown in FIG. 2, the optical member 14 is formed of an acrylic resin or the like, and has a flat surface on the front surface, and a plurality of triangular projections 31 formed on the back surface at a constant pitch. It has a structured. In this case, the interface between one side surface of the projecting portion 31 and air is the first optical interface 32, and the interface between the other side surface of the projecting portion 31 and air is the second optical interface 33. The interface between the back surface of the optical member 14 and the air between the protrusions 31 is a third optical interface 34. The optical member 14 is disposed on the light guide 15 in a state where the apex of the protruding portion 31 is close to or in contact with the reflective film 24. In this state, the first optical interface 32 has an angle with respect to the step surface 22 of the light guide 15 (an angle on the side facing the step surface 23 of the first optical interface 32) of 90 ° or less, and the step surface The surface is substantially parallel to the surface 23 or an inclined surface close thereto. The second optical interface 33 is an inclined surface in which the angle with respect to the normal of the surface of the optical member 14 is larger than the angle formed by the normal and the first optical interface 32. The third optical interface 34 is a surface substantially parallel to the step surface 22 of the light guide 15 or an inclined surface close thereto. Note that the pitch of the protrusions 31 of the optical member 14 is substantially the same as the pixel pitch of the liquid crystal display panel 1 or is an integral fraction of the pixel pitch. Further, the pitch of the stepped surface 22 of the light guide 15 is slightly larger than the pitch of the protruding portions 31 of the optical member 14.
[0009]
The light diffusion layer 13 is made of, for example, a transparent adhesive in which light scattering fine particles are dispersed applied to the surface of the optical member 14. The optical sheet 12 is affixed to the surface of the optical member 14 via the light diffusion layer 13. The liquid crystal display panel 1 is attached to the surface of the optical sheet 12 through a transparent adhesive or a double-sided adhesive sheet 35. As shown in FIG. 3, the optical sheet 12 has a transmission axis P and a reflection axis S that are substantially orthogonal to each other, transmits light of a polarization component (P polarization component) along the transmission axis P, and passes through the reflection axis S. The light of the polarized component (S-polarized component) along is reflected. That is, when light including both the P-polarized component light along the transmission axis P and the S-polarized component light along the reflection axis S is incident from the back side of the optical sheet 12, Among them, the light of the P polarization component along the transmission axis P is transmitted through the optical sheet 12, and the light of the S polarization component along the reflection axis S is reflected by the optical sheet 12. Such a transflective characteristic is the same for incident light from the surface side of the optical sheet 12.
[0010]
Now, when this liquid crystal display device is used as a transmission type, the fluorescent tube 17 is turned on. Then, the light from the fluorescent tube 17 and the reflected light reflected by the reflector 18 enter the light incident surface 21 of the light guide 15. For example, as indicated by solid arrows in FIG. 2, the incident light travels in the light guide 15 in the lateral direction while being reflected by the reflective film 24 and the reflective plate 25, and from each step surface (light emitting surface) 23. Emitted. The emitted light is incident on the first optical interface 32 of the optical member 14, totally reflected by the second optical interface 33, and emitted from the surface of the optical member 14, as indicated by solid arrows in FIG. The light is incident on the light scattering layer 13 and scattered. Of this scattered light, the P-polarized component light is transmitted through the optical sheet 12 and incident on the back surface of the liquid crystal display panel 1, and the S-polarized component light is reflected by the optical sheet 12. However, the light reflected by the optical sheet 12 is reflected by the reflective film 24 and scattered again by the light scattering layer 13. Of this scattered light, the P-polarized component light is transmitted through the optical sheet 12 and incident on the back surface of the liquid crystal display panel 1, and the S-polarized component light is reflected by the optical sheet 12. Then, by repeating this, most of the light emitted from each step surface 23 is incident on the back surface of the liquid crystal display panel 1. The transmission axis of the optical sheet 12 and the transmission axis of the polarizing plate 6 on the back side of the liquid crystal display panel 1 are substantially parallel to each other. Then, the light incident on the back surface of the liquid crystal display panel 1 is transmitted through the liquid crystal display panel 1 and emitted to the front surface side of the liquid crystal display panel 1, thereby displaying.
[0011]
On the other hand, when this liquid crystal display device is used as a reflection type, the fluorescent tube 17 is not lit and external light is used. That is, external light (linearly polarized light) incident from the surface side of the liquid crystal display panel 1 passes through the liquid crystal display panel 1. For example, as shown by a dotted arrow in FIG. 2, this transmitted light is transmitted through the optical sheet 12, the light diffusion layer 13, and the optical member 14 in order, and is reflected by the reflective film 24. The reflected light passes through the optical member 14 and is diffused by the light diffusion layer 13. Most of the diffused light passes through the optical sheet 12 and enters the back surface of the liquid crystal display panel 1 in the same manner as described above. This incident light is transmitted through the liquid crystal display panel 1 and emitted to the front surface side of the liquid crystal display panel 1, whereby display is performed.
[0012]
Next, a description will be given of a case where the liquid crystal display device performs display using both the light from the light source 16 and external light simultaneously. By the way, the suitable screen brightness (the brightness at which the display can be observed with sufficient brightness under the use environment) of the liquid crystal display panel 1 varies depending on the illuminance of the use environment (hereinafter referred to as the environment illuminance). Depending on the ambient illuminance, the screen may be too bright or too dark. For example, in a use environment with high illuminance exceeding 100,000 lux, such as under direct sunlight in summer, it will be too bright.
[0013]
Therefore, in this liquid crystal display device, in order to obtain a suitable screen brightness that is not excessively dazzled even in a high illuminance usage environment exceeding 100,000 lux as in direct sunlight in summer, the liquid crystal display device mainly uses the reflective film 24. Reflectance of the entire device determined by the reflectance of external light and the light transmittance of the liquid crystal display panel 1 (the intensity of external light incident from the surface side of the liquid crystal display panel 1 and the liquid crystal display panel reflected by the reflective film 24 The ratio of the intensity of external light emitted to the surface side of 1 is set lower than that of a normal reflective liquid crystal display device using only external light.
[0014]
Further, by controlling the luminance of the light from the light source 16 according to the environmental illuminance or the like, the screen luminance of the liquid crystal display panel 1 due to both the light from the light source 16 and external light is suitable for the screen luminance according to the environmental illuminance. It is trying to become. That is, the liquid crystal display device includes light source luminance control means for controlling the luminance of light from the light source 16 in accordance with the ambient illuminance or the like. Next, the light source luminance control means will be described.
[0015]
First, FIG. 4 shows a schematic configuration of a part of the liquid crystal display device. Among the pair of glass substrates 2 and 3 of the liquid crystal display panel 1, a predetermined side portion of the glass substrate 3 on the back surface side protrudes from the glass substrate 2 on the front surface side. And the external light illumination intensity detection sensor 41 is provided in the upper surface of the protrusion part of the glass substrate 3 of this back surface side. Further, a backlight illuminance detection sensor 42 is provided at a predetermined portion of the upper surface of the glass substrate 3 on the back surface outside the sealing material 4 shown in FIG. In this case, a black mask 43 made of a metal such as chromium is provided on the lower surface of the glass substrate 2 on the front surface side, and external light is not incident on the backlight illuminance detection sensor 42 by the black mask 43. The light from the backlight 11 is reflected by the black mask 43 and enters the backlight illuminance detection sensor 42. The backlight illuminance detection sensor 42 is for detecting the illuminance of the fluorescent tube 17 that gradually decreases with time.
[0016]
Next, FIG. 5 shows the main part of the circuit of this liquid crystal display device. An external light illuminance detection unit 51 is integrally formed at a predetermined location on the upper surface of the glass substrate 3 on the back surface side of the liquid crystal display panel 1, and a backlight illuminance detection unit 52 is integrally formed at another predetermined location. ing. Both illuminance detectors 51 and 52 have the same structure. In other words, the illuminance detection units 51 and 52 include illuminance detection sensors 41 and 42 each including a double-gate photoelectric conversion thin film transistor described later, first switching elements 53 and 54 each including a thin film transistor, the illuminance detection sensors 41 and 42, and the first Resistors 55 and 56 and capacitors 57 and 58 provided between the switching elements 53 and 54, and a second switching element comprising a thin film transistor connected between the illuminance detection sensors 41 and 42 and the resistors 55 and 56. 59, 60.
[0017]
While the signals output from the frequency dividers 61 and 62 for a preset time are being input to the second switching elements 59 and 60, the current corresponding to the detected illuminance is output from the illuminance detection sensors 41 and 42. The charge flows in the capacitors 57 and 58, and charges are accumulated in the capacitors 57 and 58. When the first switching elements 53 and 54 are turned on at a predetermined timing, a light detection signal corresponding to the electric charge accumulated in the capacitors 57 and 58 is input to the level shift adjusters 63 and 64. The level shift adjusters 63 and 64 include, for example, A / D converters, convert the input photodetection signals into parallel signals, and output the parallel signals to the parallel-serial converters 65 and 66. The parallel / serial converters 65 and 66 convert the input parallel signal into a serial signal and output the serial signal to the adder 67. The adder 67 adds the input serial signals and outputs the added signal to the dimming control signal generator 68. The dimming control signal generator 68 outputs a dimming control signal corresponding to the input addition signal to the inverter 69 with a dimming function. The inverter 69 with the dimming function is configured such that the light source 16 (see FIG. 1) emits light having a luminance corresponding to the dimming control signal from the dimming control signal generator 68. Drive.
[0018]
Next, the control of the luminance of light from the light source 16 according to the ambient illuminance by the light source luminance control means will be described with specific numerical values. First, FIG. 6 shows the relationship between the screen luminance of the liquid crystal display panel 1 and the ambient illuminance in this case. As a precondition, the suitable screen brightness of the liquid crystal display panel 1 according to the environmental illuminance is 20 to 200 nits at an environmental illuminance of 50 lux such as under a streetlight at night, as in a room when the indoor lighting is turned on. The ambient illumination of 1000 lux is 30 to 300 nits, the ambient illumination of 30000 lux like the shade in a sunny day is 400 to 4000 nits, and more preferably, the ambient illumination of 50 lux is 20 to 60 nits and 1000 lux. It is assumed that the ambient illuminance is 60 to 200 knit, and the ambient illuminance is 30000 lux, 1000 to 3000 knit.
[0019]
The screen luminance L (knit) of the liquid crystal display panel 1 is the environmental illuminance I (lux), the luminance of light from the light source 16 is B (knit), and the light transmittance of the liquid crystal display panel 1 is T (%). When the reflectance of the entire apparatus is R (%), the following equation (1) is obtained.
L = I × R / 400 + B × T / 100 (1)
[0020]
Therefore, first, the screen luminance L of the liquid crystal display panel 1 is in the range of 20 to 200 nits with an environmental illuminance of 50 lux, 30 to 300 nits with an environmental illuminance of 1000 lux, and 400 to 4000 nits with an environmental illuminance of 30000 lux. The luminance of light from the light source 16 is controlled according to the ambient illuminance or the like by the light source luminance control means so that the luminance is expressed by a quadratic function that satisfies the above. That is, the control condition of the luminance of the light from the light source 16 in this case is obtained from the above equation (1) and is represented by the following equation (2).
−2 × 10 ⁻⁸ × I ² + 0.015 × I + 20 ≦ L ≦ −3 × 10 ⁻⁷ × I ² + 0.113 × I + 150 (2)
[0021]
In FIG. 6, curves M ₁ and M ₂ indicate the maximum value and the minimum value of the screen brightness L obtained from the above equation (2). That is, the curves M ₁ and M ₂ are curves represented by the following expressions ( 3 ) and ( 4 ), respectively.
L (M ₁ ) = − 3 × 10 ⁻⁷ × I ² + 0.113 × I + 150 ( 3 )
L (M ₂ ) = − 2 × 10 ⁻⁸ × I ² + 0.015 × I + 20 ( 4 )
Therefore, the range M between the two curves M ₁ and M ₂ is a preferable range of screen luminance of the liquid crystal display panel 1 according to the environmental illuminance or the like.
[0022]
Secondly, the screen brightness L of the liquid crystal display panel 1 is 20 to 60 nits at an environmental illuminance of 50 lux, 60 to 200 nits at an environmental illuminance of 1000 lux, 1000 to 3000 nits at an environmental illuminance of 30000 lux. The light source luminance control means controls the luminance of light from the light source 16 in accordance with the ambient illuminance or the like so that the luminance is expressed by a quadratic function that satisfies each range. That is, the control condition of the luminance of the light from the light source 16 in this case is obtained from the above equation (1) and is represented by the following equation ( 5 ).
−9 × 10 ⁻⁸ × I ² + 0.0453 × I + 20 ≦ L ≦ −2 × 10 ⁻⁷ × I ² + 0.0871 × I + 50 ( 5 )
[0023]
In FIG. 6, curves N ₁ and N ₂ indicate the maximum value and the minimum value of the screen luminance L obtained from the above formula ( 5 ). That is, the curves N ₁ and N ₂ are curves represented by the following expressions (6) and (7), respectively.
L (N ₁ ) = − 2 × 10 ⁻⁷ × I ² + 0.0871 × I + 50 (6)
L (N ₂ ) = − 9 × 10 ⁻⁸ × I ² + 0.0453 × I + 20 (7)
Therefore, the range N between the two curves N ₁ and N ₂ is a more preferable range of screen luminance of the liquid crystal display panel 1 according to the environmental illuminance or the like.
[0024]
As described above, in this liquid crystal display device, the luminance of the light from the light source 16 is controlled according to the ambient illuminance or the like by the light source luminance control means, thereby changing the screen luminance of the liquid crystal display panel 1 between the curves M ₁ and M _2. Range M, more preferably a range N between the curves N ₁ and N ₂ . Thereby, the screen luminance of the liquid crystal display panel 1 can be made suitable or more suitable in a wide environment illuminance from low illuminance to high illuminance.
[0025]
The two-dot chain line in FIG. 6 represents the screen luminance of a normal reflective liquid crystal display device that uses only external light for comparison. The screen luminance indicated by the two-dot chain line changes linearly with respect to the change in environmental illuminance. In this normal reflection type liquid crystal display device, the ambient illuminance corresponding to the range M between the curves M ₁ and M _{2 is in} the range of about 300 to about 5000 lux, and in the range N between the curves N ₁ and N _2. The corresponding ambient illuminance is in the range of about 500 to about 2000 lux. Therefore, at higher ambient illuminance, the screen of the liquid crystal display panel becomes too bright. For example, in an environment with high illuminance exceeding 100,000 lux, such as under direct sunlight in summer, the screen of the liquid crystal display panel is too dazzling. The display becomes difficult to see. On the other hand, when the ambient illuminance is lower than that, the screen of the liquid crystal display panel becomes too dark. For example, in a dark usage environment such as outdoors at night, it is impossible to obtain screen brightness enough to visually recognize the display.
[0026]
As is apparent from FIG. 6, as an example, when the environmental illuminance is 1000 lux or less, the screen brightness of the liquid crystal display panel 1 can be set to a suitable screen brightness when the screen brightness is 40 nits. Therefore, in this case, even if the luminance of the light source 16 is constant at a certain value at which the screen luminance of the liquid crystal display panel 1 is at least 40 nits, the illuminance of external light increases and the amount of light reflected by the reflective film 24 shown in FIG. Since only increases, a suitable screen brightness can be obtained.
[0027]
In addition, when the environmental illuminance is 1000 to 10000 lux, a suitable screen brightness can be obtained when the screen brightness of the liquid crystal display panel 1 is at least 200 nits. Therefore, in this case, even if the luminance of the light source 16 is constant at a certain value at which the screen luminance of the liquid crystal display panel 1 is at least 200 knit, the illuminance of external light increases and the amount of light reflected by the reflective film 24 shown in FIG. Since only increases, a suitable screen brightness can be obtained.
[0028]
Furthermore, when the environmental illuminance is 10,000 lux or more, even if the fluorescent tube 17 is turned off, the screen brightness of the liquid crystal display panel 1 can be set to a suitable screen brightness of about 300 nits or more. That is, in this case, the display is performed under the use environment with high illuminance that does not require the fluorescent tube 17 to be lit, and only the outside light is used for display. However, in this case as well, the illuminance of external light increases and the amount of light reflected by the reflective film 24 shown in FIG. 1 increases. However, as described above, the reflectance of the entire apparatus is a normal reflection that uses only external light. Since it is set lower than the liquid crystal display device, a suitable screen luminance can be obtained.
[0029]
Thus, firstly, the luminance of the light source 16 is constant at a certain value at which the screen luminance of the liquid crystal display panel 1 is at least 40 nits, and secondly, the luminance of the light source 16 is the lowest of the screen luminance of the liquid crystal display panel 1. The screen brightness of the liquid crystal display panel 1 can be maintained in a wide range of ambient illuminance from low to high illuminance by three types of control (adjustment), which is constant at a certain value of 200 nits and thirdly, the fluorescent tube 17 is turned off. Can be preferred.
[0030]
Incidentally, since there are three types of control over the light source 16 in this case, three external light illuminance detection sensors 41 may be installed. That is, for example, there are provided three types having different times for outputting signals from the frequency dividers 61 and 62 shown in FIG. 5 and the capacities of the capacitors 57 and 58 so that the light sources are turned on at different external light illuminances or more. Three types of control may be performed on 16. In this case, these three types of control may be performed manually. Four or more external light illuminance detection sensors 41 may be installed, and four or more types of control over the light source 16 may be used. A plurality of backlight illuminance detection sensors 42 may be installed.
[0031]
Next, a specific structure of the illuminance detection sensors 41 and 42 will be described with reference to FIG. A bottom gate electrode 71 made of a light-shielding electrode such as aluminum is provided on the upper surface of the glass substrate 3 on the back side, and a bottom gate insulating film 72 made of silicon nitride is provided on the entire upper surface. A semiconductor layer 73 made of amorphous silicon or polysilicon is provided in a portion corresponding to the bottom gate electrode 71 on the upper surface of the bottom gate insulating film 72. A blocking layer 74 made of silicon nitride is provided at the center of the upper surface of the semiconductor layer 73. N ⁺ silicon layers 75 and 76 are provided on both sides of the upper surface of the blocking layer 74 and on the upper surface of the semiconductor layer 73 on both sides thereof. A source electrode 77 and a drain electrode 78 made of a light-shielding electrode such as aluminum are provided on the upper surfaces of the n ⁺ silicon layers 75 and 76, and a top gate insulating film 79 made of silicon nitride is provided on the entire upper surface. A top gate electrode 80 made of a transparent electrode such as ITO is provided on a portion corresponding to the semiconductor layer 73 on the upper surface of the top gate insulating film 79, and an overcoat film 81 made of silicon nitride is provided on the entire upper surface. . In the illuminance detection sensors 41 and 42, light incident from the lower surface side is shielded by the bottom gate electrode 71 and is not directly incident on the semiconductor layer 73.
[0032]
In the illuminance detection sensors 41 and 42, a bottom gate type transistor is configured by the bottom gate electrode (BG) 71, the semiconductor layer 73, the source electrode (S) 77, the drain electrode (D) 78, and the like, and the top gate electrode (TG). 80 , a semiconductor layer 73, a source electrode (S) 77, a drain electrode (D) 78, and the like constitute a top gate transistor. That is, the illuminance detection sensors 41 and 42 are configured by double-gate photoelectric conversion thin film transistors in which a bottom gate electrode (BG) 71 and a top gate electrode (TG) 80 are disposed on the lower side and the upper side of the semiconductor layer 73, respectively. The equivalent circuit can be shown as in FIG.
[0033]
Next, the operation of the illuminance detection sensors 41 and 42 will be described. First, as shown in FIG. 9A, in the state where a positive voltage (for example, +5 V) is applied between the source electrode (S) and the drain electrode (D), a positive voltage (for example, +10 V) is applied to the bottom gate electrode (BG). ) Is applied, a channel is formed in the semiconductor layer 73 and a drain current flows. In this state, when a negative voltage (for example, −20 V) at a level that eliminates the channel due to the electric field of the bottom gate electrode (BG) is applied to the top gate electrode (TG), the electric field from the top gate electrode (TG) The channel is pinched off by acting in a direction to prevent the channel formation due to the electric field of the gate electrode (BG). At this time, when the semiconductor layer 73 is irradiated with light from the top gate electrode (TG) side, an electron-hole pair is induced on the top gate electrode (TG) side of the semiconductor layer 73. This electron-hole pair is accumulated in the channel region of the semiconductor layer 73 and cancels the electric field of the top gate electrode (TG). For this reason, a channel is formed in the semiconductor layer 73 and a drain current flows. This drain current changes according to the amount of light incident on the semiconductor layer 73. Then, charges are accumulated in the capacitors 57 and 58 shown in FIG. 5 by this drain current.
[0034]
Next, a case where the illuminance detection sensors 41 and 42 are reset will be described with reference to FIG. When a positive voltage (+10 V) is applied to the bottom gate electrode (BG), if the top gate electrode (TG) is set to 0 V, for example, holes from the trap level between the semiconductor layer 73 and the top gate insulating film 79 are generated. Can be refreshed, that is, reset. That is, when used continuously, the trap level between the semiconductor layer 73 and the top gate insulating film 79 is filled with holes generated by light irradiation and holes injected from the drain electrode (D). As a result, the channel resistance in the no light incident state decreases, and the drain current increases when no light is incident. Therefore, the top gate electrode (TG) is set to 0 V, and the holes are discharged and reset.
[0035]
By the way, when the reaction time until the drain current of the illuminance detection sensors 41 and 42 reaches 1 μA with respect to the illuminance of outside light was examined, the result shown in FIG. 10 was obtained as an example. As is apparent from this figure, the reaction time until the drain currents of the illuminance detection sensors 41 and 42 reach 1 μA becomes shorter as the illuminance of outside light increases. As a result, the environmental illuminance and the backlight illuminance can be obtained from the reaction time. Therefore, for example, the timing at which the first switching elements 53 and 54 shown in FIG. 5 are turned on may be the time when a current of 1 μA or more flows from the illuminance detection sensors 41 and 42. When the drain current reaches 0.1 μA, the reaction time is about 1/10, and when the drain current reaches 10 μA, the reaction time is about 10 times.
[0036]
Next, an example of a method for forming the illuminance detection sensors 41 and 42 will be described with reference to FIG. 11 together with a method for forming a MIS thin film transistor as a switching element in an active matrix liquid crystal display device. A gate electrode 91 made of aluminum or the like is formed in a thin film transistor forming region on the upper surface of the glass substrate 3 on the back side, and a bottom gate electrode 71 made of aluminum or the like is formed in an illuminance detection sensor forming region on the same upper surface. Next, a bottom gate insulating film 72 made of silicon nitride is formed on the entire top surface. Next, a semiconductor layer 92 made of amorphous silicon or polysilicon is formed in the formation region of the thin film transistor or the like on the upper surface of the bottom gate insulating film 72, and a semiconductor layer 73 made of amorphous silicon or polysilicon is formed in the illuminance detection sensor formation region on the same upper surface. Form. Next, blocking layers 93 and 74 made of silicon nitride are formed at the center of the upper surface of the semiconductor layers 92 and 73. Next, n ⁺ silicon layers 94, 95, 75, 76 are formed on both upper surfaces of the blocking layers 93, 74 and on the upper surfaces of the semiconductor layers 92, 73 on both sides thereof. Next, a source electrode 96, a drain electrode 97, a source electrode 77, and a drain electrode 78 made of aluminum or the like are formed on the upper surfaces of the n ⁺ silicon layers 94, 95, 75, and 76. Next, a top gate insulating film 79 made of silicon nitride is formed on the entire upper surface. Next, a pixel electrode 98 made of a transparent electrode such as ITO is formed in a thin film transistor forming region on the upper surface of the top gate insulating film 79, and a top gate electrode made of a transparent electrode such as ITO in the illuminance detection sensor forming region on the upper surface. 80 is formed. In this case, the pixel electrode 98 is connected to the source electrode 96 through a contact hole 99 formed in the top gate insulating film 79. Next, an overcoat film 81 made of silicon nitride is formed on the entire upper surface excluding a predetermined portion of the pixel electrode 98. Thus, the MIS thin film transistor and the pixel electrode 98 are formed in the thin film transistor formation region, and the illuminance detection sensor including the MIS thin film transistor is formed in the illuminance detection sensor formation region. As described above, since the illuminance detection sensor can be formed simultaneously with the formation of the MIS thin film transistor and the pixel electrode 98 as switching elements, the number of manufacturing steps can be prevented from increasing.
[0037]
In addition, although the said embodiment demonstrated the case where the external light illumination intensity detection sensor 41 was formed in the upper surface of the protrusion part of the glass substrate 3 of a back surface as shown in FIG. 4, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 12 , an external light illuminance detection sensor 41 is formed at a predetermined portion of the upper surface of the glass substrate 3 on the back surface outside the sealing material 4 shown in FIG. You may make it do. In this case, the external light is exposed to the glass substrate 2 on the front side (in the case where a color filter made of a resin containing a pigment is formed on the lower surface of the glass substrate 2, the glass substrate 2 and the color filter). In addition, since the light passes through the opening 43a formed in the black mask 43 and enters the external light illuminance detection sensor 41, the amount of external light is reduced by several tens of percent. Therefore, compared with the case shown in FIG. 4, the reaction time with respect to the external light of the external light illuminance detection sensor 41 can be made slightly longer. Therefore, when two types of external light illuminance detection sensors 41 shown in FIG. 4 and FIG. 12 are installed, the sensitivity range can be widened.
[0038]
Moreover, although the case where the double gate type photoelectric conversion thin film transistor was used as the illuminance detection sensors 41 and 42 has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a pn type that can be formed simultaneously with the formation of the thin film transistor as the switching element. An optical diode or the like may be used. Moreover, although the case where the fluorescent tube 17 was used was demonstrated in the said embodiment, not only this but a linear light emitting diode array etc. may be used. Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the backlight 11 which consists of the light guide 15 etc. which have the reflecting film 24 on the step-shaped step surface 22 was used, it is not limited to this. For example, although not shown, an optical sheet may be arranged on the back side of the liquid crystal display panel, and a backlight made of EL or the like may be arranged on the back side. Furthermore, although the case where this invention was applied to the liquid crystal display device was demonstrated in the said embodiment, it can apply not only to this but to the display apparatus provided with the other non-light-emitting display panel.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for example, the illuminance detection sensor detects the illuminance of both the external light and the backlight, and based on this detected illuminance, the outgoing light luminance control means emits the light emitted from the reflection / light emission means. Since the brightness of the display panel is controlled, the screen brightness of the display panel can always be made suitable even when the display is performed by using both the light from the reflection / light emitting means and the outside light simultaneously. Moreover, in this case, since the illuminance detection sensor is constituted by a MIS type thin film transistor formed on the thin film transistor formation surface of the display panel, the illuminance detection sensor can be formed simultaneously with the formation of the MIS type thin film transistor as a switching element, The number of manufacturing processes can be prevented from increasing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a main part of a liquid crystal display device to which an embodiment of the present invention is applied.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the progress of light in part of a liquid crystal display device. FIGS.
FIG. 3 is a perspective view for explaining an optical sheet.
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of a part of a liquid crystal display device.
FIG. 5 is a circuit diagram of a main part of a liquid crystal display device.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between screen luminance of a liquid crystal display panel and environmental illuminance.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a specific structure of an illuminance detection sensor.
8 is an equivalent circuit diagram of the illuminance detection sensor shown in FIG.
9A and 9B are views for explaining the operation of the illuminance detection sensor.
FIG. 10 is a diagram showing a reaction time until the drain current of the illuminance detection sensor reaches 1 μA with respect to the illuminance of external light.
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for forming an illuminance detection sensor.
FIG. 12 is a side view showing another installation example of an external light illuminance detection sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal display panel 2, 3 Glass substrate 11 Backlight 41 Outside light illuminance detection sensor 42 Backlight illuminance detection sensor

Claims

A non-light emitting display panel provided with a MIS thin film transistor as a switching element, and disposed on the back side of the display panel, emits light toward the back side of the display panel, and enters from the front side of the display panel And reflecting / light emitting means for reflecting the external light transmitted through the display panel toward the back surface of the display panel, and the same MIS thin film transistor as the thin film transistor formed on the thin film transistor forming surface of the display panel. A display device comprising: an illuminance detection sensor; and an emitted light luminance control means for controlling luminance of emitted light from the reflection / light emission means based on illuminance detected by the illuminance detection sensor.

2. The display device according to claim 1, wherein the illuminance detection sensor detects illuminance of outside light or illuminance of light emitted from the reflection / light emission means .

In the first aspect of the present invention, the illuminance detection sensor includes an external light illuminance detection sensor that detects the illuminance of external light and an outgoing light illuminance detection sensor that detects the illuminance of outgoing light from the reflection / light emission means . A display device.

4. The illuminance detection sensor according to claim 1, wherein the illuminance detection sensor includes a first gate electrode made of a light-shielding material on the back side and a light-transmitting material on the front side. A display device comprising a photoelectric conversion thin film transistor in which two gate electrodes are arranged.