JP2000066623A

JP2000066623A - 表示装置

Info

Publication number: JP2000066623A
Application number: JP25333998A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kamiya; 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: 2000-03-03
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JP3692794B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置において、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っても、液
晶表示パネルの画面輝度を常に好適とする。【解決手段】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。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。そして、外光照度検出センサ４１に
よる検出照度に基づいてバックライト１１からの出射光
の輝度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、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、前記表示パネルに一体的に形成され
た外光照度検出センサと、該外光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、表示パネルに一体的に形成
された外光照度検出センサによる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。

【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１
４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１
５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１
６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４
２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４
１、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４
１、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、６
４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４００〜４
０００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×Ｉ²＋0.015×I＋20≦Ｌ≦−3×10^-7×Ｉ²＋0.0113×Ｉ＋150…(2)

【００２１】そして、図６において、曲線Ｍ₁、Ｍ₂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Ｍ₁、Ｍ₂は次の式（４）、
（５）によってそれぞれ表わされる曲線である。Ｌ（Ｍ₁）＝−3×10^-7×Ｉ²＋0.0113×Ｉ＋150…（４）Ｌ（Ｍ₂）＝−9×10^-8×Ｉ²＋0.0453×I＋20……（５）したがって、この両曲線Ｍ₁、Ｍ₂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、１
０００ルクスの環境照度で６０〜２００ニット、３００
００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（３）のようになる。 −9×10^-8×Ｉ²＋0.0453×I＋20≦Ｌ≦−2×10^-7×Ｉ²＋0.0871×Ｉ＋50…(3)

【００２３】そして、図６において、曲線Ｎ₁、Ｎ₂は上
記式（３）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Ｎ₁、Ｎ₂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（Ｎ₁）＝−2×10^-7×Ｉ²＋0.0871×Ｉ＋50 …（６）Ｌ（Ｎ₂）＝−9×10^-8×Ｉ²＋0.0453×I＋20……（７）したがって、この両曲線Ｎ₁、Ｎ₂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２
００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１
７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７
３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）７９、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）７９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１１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４
１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１１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、表示パネルに一体的に形成された外光照度検出セン
サによる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。

【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

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１０月１２日（１９９８．１０．
１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【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間に液品が封入され、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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【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）

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【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、１
０００ルクスの環境照度で６０〜２００ニット、３００
００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）

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【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４
１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。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
パネルに一体的に形成された外光照度検出センサと、該
外光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
制御手段とを具備することを特徴とする表示装置。
【請求項２】請求項１記載の発明において、前記外光
照度検出センサは前記表示パネルの外部に一体的に形成
されていることを特徴とする表示装置。
【請求項３】請求項１記載の発明において、前記外光
照度検出センサは前記表示パネルの内部に一体的に形成
されていることを特徴とする表示装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の発明に
おいて、前記外光照度検出センサは、裏面側に遮光性を
有する材料からなる第１ゲート電極が配置され、表面側
に透光性を有する材料からなる第２ゲート電極が配置さ
れた光電変換薄膜トランジスタによって構成されている
ことを特徴とする表示装置。