JP2005345286A

JP2005345286A - 光センサ、光センサ出力処理方法、表示装置および電子機器

Info

Publication number: JP2005345286A
Application number: JP2004165779A
Authority: JP
Inventors: Norio Ozawa; 徳郎小澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-15
Also published as: CN100424881C; CN1705135A; KR20060046323A; KR100667666B1; US20050269486A1; US7268337B2

Abstract

【課題】表示パネルのような基板上に、２値的な値で出力が可能な光センサを形成する
。
【解決手段】受光光量に応じた電流が流れるように逆バイアスされたフォトダイオード
１１２と、フォトダイオード１１２のアノードの電圧レベルを論理反転するインバータ回
路１１４とを有し、受光光量の検出前に、フォトダイオード１１２のアノードおよびイン
バータ回路１１４の入力端であるノードＰを、インバータ回路１１４のしきい値電圧Ｖth
に初期化し、この初期化完了後に、ノードＰを所定電圧だけ低下させて、当該低下後、イ
ンバータ回路１１４（１１６）による論理信号が論理反転するまでの期間を、受光光量に
応じた値として出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトダイオードのような受光素子の出力を読み取る技術に関する。

近年、携帯電話や個人向携帯端末（Personal Digital Assistance）などの電子機器に
、液晶素子や有機ＥＬ（Electronic Luminescence）素子などをマトリクス状に配列させ
た表示パネルが広く用いられている。この表示パネルは、明るい状態から暗い状態まで様
々な環境下で使用される。このため、外光にかかわらず表示素子の明るさや画質が一定で
あると、ある条件では見易いが、他の条件では非常に見辛くなってしまう。そこで、この
ような表示パネルでは、外光の光量を検出するとともに、その検出結果に合わせて明るさ
や画質などの表示画像を制御することが望ましい、と考えられる。
このような制御において、光量の検出にはフォトダイオードのような受光素子が用いら
れるが、受光素子を表示パネルとは別体に設けると、電子機器において受光素子を実装す
るスペースが余計に必要となったり、電子機器の外装部に外光を検出するための開口部を
設ける必要が生じたりするなどの問題が生じる。

この問題を解消する策としては、表示パネルの画素をスイッチングする薄膜トランジス
タ（Thin Film Transistor、以下、適宜「ＴＦＴ」と略称する）と共通プロセスによって
、受光素子を形成して、表示パネル自体で外光を検出する技術が考えられる。
この技術では、ノイズが出力線に混入して光量検出の精度を低下させるので、出力線に
現れるノイズを検出するとともに、検出したノイズを反転して出力線に供給することによ
って、当該出力線に現れるノイズを相殺する技術も提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−８２９３１号公報（図１参照）

しかしながら、上記技術ではいずれも出力がアナログであるために、その後の処理が容
易ではない、といった問題があった。この問題を解消するためには、受光素子の出力をＡ
／Ｄ変換すれば良い、と考えてしまうが、Ａ／ＤコンバータをＴＦＴで構成するのは容易
ではない。このため、Ａ／Ｄコンバータを表示パネルとは別体で設けなければならず、結
局、表示パネル自体で外光を検出する、という当初の目的を達成することができない。
また、表示パネルは、日光下のように非常に明るい状態（約１０万ルクス）から、色が
視認できる程度の極端に暗い状態（約１０ルクス）まで使用される。このため、表示パネ
ルに形成される光センサには、受光光量の検出範囲が非常に広いことが要求される。
本発明は、上述した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、表示パネ
ルのような基板上に容易に形成することが可能であって、２値的な値で出力が可能な光セ
ンサ、光センサ出力処理方法、表示装置および電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る光センサは、一端と他端との間で受光光量に応
じた電流が流れる受光素子と、前記受光素子の一端における電圧と所定のしきい値電圧と
を比較して、その比較結果に基づく論理信号を出力するコンパレータと、受光光量の検出
前に、前記受光素子の一端を前記しきい値またはその近傍電圧に初期化する初期化回路と
、前記初期化の完了後に、前記受光素子の一端を、予め定められた所定電圧だけ変位させ
る電圧変位回路とを備え、前記電圧変位回路による電圧変位後、前記コンパレータによる
論理信号が論理反転するまでの期間が、受光光量に応じた値として表されることを特徴と
する。この構成によれば、受光素子の一端は、初期化期間においてコンパレータのしきい
値電圧（またはその近傍電圧に初期化された後、所定電圧だけ変位させられる。この後、
受光素子の一端における電圧は、受光光量に応じた電流によって変化するので、再び、コ
ンパレータのしきい値電圧に達することになる。この際の電圧変化は、受光光量に流れる
電流に対応するので、受光素子の一端電圧がしきい値電圧に達するまでの時間は、受光光
量に応じたものとなる。
この光センサにおいて、前記コンパレータは、前記受光素子の一端における電圧を前記
しきい値を境に論理反転するインバータ回路である構成としても良い。さらに、前記初期
化回路は、前記インバータ回路の入力端および出力端の間を短絡させることにより、前記
受光素子の一端を前記しきい値またはその近傍電圧に初期化する第１スイッチである構成
としても良い。インバータ回路やスイッチはＴＦＴで構成することができる。
また、光センサにおいて受光光量の検出範囲が広い場合には、第１に、前記電圧変位回
路は、前記所定電圧を複数のなかからいずれかを選択可能とする構成が好ましい。

一方、上記光センサにおいて、前記電圧変位回路は、一端が前記受光素子の一端に接続
された容量素子と、受光光量の検出前に、前記容量素子の他端に第１電圧を印加し、前記
初期化の完了後に、前記容量素子の他端に前記第１電圧とは異なる第２電圧を印加する第
２スイッチとを含む構成としても良い。容量素子は、ＴＦＴの製造プロセスを用いて形成
することができ、また、スイッチはＴＦＴ自体で構成することができる。
ここで、受光光量の検出範囲が広い場合には、第２に、前記電圧変位回路は、前記容量
素子を複数のなかからいずれかを選択可能とする構成もまた好ましい。特に、前記受光素
子の一端の電圧が、前記電圧変位回路による電圧変位後であって予め定められた期間内に
前記しきい値電圧を達しない場合に、前記電圧変位回路は、より小さな容量サイズの容量
素子を選択するように切り替える構成が好ましい。このような構成によって、受光光量に
応じて適切な感度調整が行われることになる。
そして、表示装置としては、上記いずれかの光センサと、前記受光素子の近傍において
画像を表示する表示パネルと、前記容量素子の選択状態を示すデータ（またはコンパレー
タによって出力される論理信号）に応じて表示画像を制御する制御回路とを有する構成が
好ましい。くわえて、電子機器としては、このような表示装置を有する構成が好ましい。
なお、本発明は、光センサのみならず、光センサの出力処理方法としても概念すること
ができる。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る光センサを含む表示パネルの全体構成を示すブロック
図である。
この図において、光センサ１０は、受光光量に応じた信号Ｏutを出力するものである。
詳細については後述するが、本実施形態では、受光光量が多い程、信号Ｏutのパルス幅が
短くなるように構成されている。
この光センサ１０は、図２に示されるように、画素領域５０の外側周縁を区画する額縁
（遮光層）５２の直下に設けられる。そして、光センサ１０の受光面は、額縁５２が開口
した部分に設けられる。
なお、画素領域５０とは、画素がマトリクス状に配列する領域である。
ここで、表示パネル１が液晶パネルであると想定すると、画素は、周知のように走査線
とデータ線（いずれも図示省略）との交差に対応して設けられ、走査線が選択されたとき
にデータ線と画素電極との間においてオンするＴＦＴと、画素電極と対向電極（共通電極
）とによって液晶を挟持した液晶層から構成されるが、その詳細については、本発明と特
に関係ないので説明を省略する。

制御回路４０は、画素領域５０における各画素の階調を示すデータＤataを、信号Ｏut
に応じて画像処理して駆動回路６０に供給したり、図示しないバックライトなどの補助光
源の輝度を調整したりするほか、光センサ１０に後述する制御信号Ｉni等を供給するもの
である。また、制御回路４０は、クロックパルスを発生するとともに、後述するように当
該クロックパルス数をカウントする機能も併せ持つ。
駆動回路６０は、上述した走査線およびデータ線の各々を駆動する回路を総称したもの
である。詳細には、駆動回路６０は、走査線を順次選択する走査線駆動回路と、選択され
た走査線に位置する画素に対し階調に応じた電圧のデータ信号を、データ線を介し供給す
るデータ線駆動回路とから構成されるが、その詳細については、本発明と特に関係ないの
で説明を省略する。

次に、光センサ１０の詳細構成について図３を参照して説明する。
この図に示されるように、フォトダイオード１１２のカソードは、電源の高位側電圧Ｖ
ddが供給される給電線に接続される一方、フォトダイオード１１２のアノードは、インバ
ータ回路１１４の入力端、スイッチ１２２の一端、容量素子１３０の一端およびスイッチ
１２８の一端にそれぞれ接続されている。ここで、上述したようにフォトダイオード１１
２の受光面は、額縁５２の開口部分を通して入射した光を受光するように設けられている
。このフォトダイオード１１２は例えばＰＩＮ型であり、画素をスイッチングするＴＦＴ
と共通プロセスにて形成される。

インバータ回路１１４は、電圧（Ｖdd−Ｇnd）を電源とするｐチャネル型ＴＦＴとｎチ
ャネル型ＴＦＴとの相補型構成であって、共通ゲートが入力端であり、共通ドレインが出
力端となっている。インバータ回路１１４の出力端は、当該インバータ回路１１４と同一
構成のインバータ回路１１６の入力端に接続されている。そして、インバータ回路１１６
の出力端に現れる信号Ｏutとして出力される構成となっている。
インバータ回路１１６の出力端は、スイッチ１２４の一端にも接続されている。スイッ
チ１２４の他端は、電圧の基準である電位Ｇnd（電圧ゼロ）に接地されている。このスイ
ッチ１２４は、制御回路４０（図１参照）から供給される制御信号ＳetがＨレベルである
場合にのみオンするものである。
このスイッチ１２４によって、信号Ｏutの電圧レベルは、制御信号ＳetがＬレベルであ
る場合には、インバータ回路１１６の入力端（インバータ回路１１４の入力端）によって
定まる一方、制御信号ＳetがＨレベルである場合には、インバータ回路１１６の入力端の
電圧にかかわらず強制的にＬレベルとなる。

一方、インバータ回路１１４の出力端は、インバータ回路１１６の入力端のほか、スイ
ッチ１２２の他端にも接続されている。ここで、スイッチ１２２は、制御回路４０から供
給される制御信号ＩniがＨレベルになるとオンし、制御信号ＩniがＬレベルになるとオフ
するものである。
また、容量素子１３０の他端は、スイッチ１２６の共通出力端に接続されている。ここ
で、スイッチ１２６は双投スイッチであり、制御信号ＳetがＬレベルである場合には図に
おいて実線で示される位置をとって、電位Ｇndを選択する一方、制御信号ＳetがＨレベル
である場合には電圧Ｖsetを供給する基準電圧源１１８の正極端子を選択する。基準電圧
源１１８の負極端子に電位Ｇndに接地されている。
なお、スイッチ１２８の他端は電位Ｇndに接地されている。このスイッチ１２８は、制
御回路４０から供給される制御信号ＷtがＨレベルである場合にのみオンするものである
。

説明の便宜上、フォトダイオード１１２のアノード（インバータ回路１１４の入力端、
スイッチ１２２、１２８および容量素子１３０の各一端）を、ノードＰとする。上述した
ように、光センサ１０は、表示パネル１に形成されるので、ノードＰには少なからず容量
、特にインバータ回路１１４のゲート容量が寄生する。そこで、この寄生容量を図３にお
いて符号１３６で表すことにする。

次に、光センサ１０の動作について図４〜図９を参照して説明する。
まず、制御回路４０は、図４に示されるように、タイミングｔ１において制御信号Ｉni
、ＳetをともにＨレベルとして初期化期間とさせる。制御信号ＩniがＨレベルになること
によってスイッチ１２２がオンするので、図５に示されるように、インバータ回路１１４
の入力端と出力端とが短絡状態となる。このため、ノードＰは（Ｖdd−Ｇnd）をほぼ半分
に分圧した電圧、すなわち、インバータ回路１１４のしきい値電圧Ｖthとなる。これによ
り、初期化期間の直前において、寄生容量１３６によって保持された電圧は、しきい値電
圧Ｖthに初期化されることになる。

また、スイッチ１２２のオンによってインバータ回路１１４の出力電圧がしきい値電圧
Ｖthとなるが、初期化期間では制御信号ＳetもＨレベルになるので、スイッチ１２４がオ
ンする結果、出力信号Ｏutは、Ｌレベルに相当する電位Ｇndに確定する。
一方、制御信号ＳetがＨレベルになることによって、スイッチ１２６が基準電圧源１１
８の正極端子を選択するので、容量素子１３０の他端には、電圧Ｖsetが印加される。
なお、図４において信号波形は図示していないが、光量検出する場合、制御回路４０は
、制御信号ＷtをＬレベルとするので、スイッチ１２８はオフとなる。

次に、制御回路４０は、図４に示されるように、タイミングｔ２において、制御信号Ｉ
niをＬレベルに変化させる一方、制御信号ＳetをＨレベルに維持する。このため、図６に
示されるように、スイッチ１２２がオフする。容量素子１３０の他端は電圧Ｖsetに維持
されるので、ノードＰは、当該容量素子１３０および寄生容量１３６によって初期化時の
しきい値Ｖthに保持される。

続いて、制御回路４０は、図４に示されるように、タイミングｔ３において制御信号Ｓ
etもＬレベルに変化させる。このため、図７に示されるように、スイッチ１２４がオフす
るので、以降、信号Ｏutの論理レベルは、ノードＰの電圧に依存することになる。
そこで、ノードＰの電圧を検討する。まず、制御信号ＳetがＬレベルになることによっ
て、図７に示されるように、スイッチ１２６が電位Ｇndを選択するので、容量素子１３０
の他端は、電圧Ｖsetから接地電位Ｇndに引き下げられる。
ここで、スイッチ１２２はすでにオフとなっているので、ノードＰは、容量素子１３０
の他端における電圧降下分を、容量素子１３０と寄生容量１３６との容量比に応じて分配
した分だけ低下することになる。詳細には、容量１３０の他端における電圧降下分は（Ｖ
set−Ｇnd）であるので、ノードＰは、しきい値電圧Ｖthから（Ｖset−Ｇnd）・Ｃa／（
Ｃa＋Ｃb）だけ電圧低下することになる。なお、Ｃa、Ｃbは、それぞれ寄生容量１３６、
容量素子１３０の各容量サイズである。
したがって、制御信号ＳetがＬレベルに変化した直後では、ノードＰの電圧は、必ずし
きい値電圧Ｖthよりも低い状態となる。
初期化期間において制御信号ＳetがＨレベルとなった時点から出力信号ＯutはＬレベル
に変化し、制御信号ＳetがＬレベルに復帰した直後において、ノードＰの電圧はしきい値
電圧Ｖthよりも低いから、タイミングｔ３直後において出力信号ＯutはＬレベルを維持す
ることになる。

一方、フォトダイオード１１２には、図８に示されるように、受光光量に応じた電流が
容量素子１３０および寄生容量１３６を充電しつつ流れる結果、ノードＰは、電圧低下し
たポイントから電圧Ｖddに向かって上昇することになる。
なお、厳密に言えば、制御信号ＩniがＬレベルとなってスイッチ１２２がオフした時点
から、ノードＰにおける電圧上昇が開始するが、制御信号ＳetだけがＨレベルとなる期間
は実際には無視できる程度に短く設定されるので、当該期間においては、上述したように
、ノードＰがしきい値電圧Ｖthに保持される、として差し支えない。

ノードＰが電圧上昇して、インバータ回路１１４のしきい値電圧Ｖthを超えると、イン
バータ回路１１４の出力端がＬレベルとなり、これが、インバータ回路１１６によって再
反転されるので、信号ＯutはＨレベルとなる。
このとき、フォトダイオード１１２には、受光光量が多ければ多いほど、電流が多く流
れるので、ノードＰは電圧上昇率が高くなる結果、タイミングｔ３から信号ＯutがＨレベ
ルに変化するタイミングまでの期間がそれだけ短くなる。
タイミングｔ３におけるノードＰの電圧降下は、電圧Ｖs etと上記容量比とで定まり一
定であるので、タイミングｔ３から信号ＯutがＨレベルに変化するまでの期間は、フォト
ダイオード１１２への受光光量に対応することになる。

したがって、制御回路４０は、例えば、制御信号ＳetをＬレベルに変化させてから、信
号ＯutがＨレベルに変化するまでの期間内に含まれるクロックパルス数をカウントすると
ともに、当該カウント結果を求める構成によって、フォトダイオード１１２への受光光量
に応じた情報を取得することができる。
そして、制御回路４０は、この受光光量に応じた情報に基づいて、表示パネル１におけ
るデータDataに対する画像処理や、バックライトのような補助光源の輝度調整等を実行し
て、使用環境に応じて表示画面の適切な制御を実行する。
なお、制御信号ＳetがＨレベルとなるタイミングｔ１において信号ＯutがＬレベルに変
化するので、制御信号ＳetのＨレベルとなるタイミングｔ１からｔ３までの期間を一定（
または既知）とすれば、信号ＯutがＬレベルとなるパルス幅を、フォトダイオード１１２
への受光光量に対応する値として扱うこともできる。

また、光センサ１０において光量を検出しなくても良い場合、例えば、スタンバイモー
ドであるような場合、制御回路４０は、制御信号ＷtのみをＨレベルとする。制御信号Ｗt
がＨレベルになると、図９に示されるように、スイッチ１２８がオンするので、ノードＰ
が電位Ｇndにロックされる結果、インバータ回路１１４、１１６のＴＦＴによるスイッチ
ングにより消費される電力を抑えることが可能となる。

このような光センサ１０のうち、インバータ回路１１４、１１６、スイッチ１２２、１
２４、１２６、１２８は、いずれもＴＦＴ等で構成することができる。また、容量素子１
３０は、ＴＦＴの製造プロセスを用いて形成することができる。例えば容量素子１３０は
、低抵抗化させた半導体層と熱酸化膜と導電層との積層構造で構成することができる。さ
らに、フォトダイオード１１２は、上述したようにＴＦＴのプロセスを用いて製造される
。
したがって、表示パネル１において、画素領域５０と共通プロセスを用いて同一の基板
上に形成することが可能となる。
さらに、本実施形態では、受光光量に応じた電流（または電圧）のアナログ値をデジタ
ル値に変換して表すのではなく、受光光量を電圧変化に置き換え、さらに、その電圧変化
を、タイミングｔ３から信号ＯutがＨレベルに変化するまでの２値的な値で示される期間
として求めるので、Ａ／Ｄコンバータを必要としない上、簡易な構成で実現可能となる。
また、このような光センサ１０による光量検出は、図４に示されるように一定の周期に
て実行することによって、環境変化に応じた適切な制御が繰り返して可能となる。

なお、上述した実施形態では、初期化期間にノードＰをしきい値電圧Ｖthに初期化した
が、しきい値電圧の近傍電圧であっても良い。要は、ノードＰが、タイミングｔ３の後に
再びしきい値電圧Ｖthを超えるのであれば、良い。また、ノードＰが、タイミングｔ３に
おいて電圧上昇し、その後、受光光量に応じて電圧が低下するように構成しても良い。

ところで、上述した第１実施形態では、図１０（ａ）に示されるように、ノードＰは、
タイミングｔ３における電圧ΔＶの降下後、フォトダイオード１１２への受光光量が少な
くなるにつれて、ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅというように緩やかとなる。
したがって、例えば受光光量が極めて少ない場合、例えば同図において符号ｅで示され
る場合、検出期間内において、ノードＰがしきい値電圧Ｖthを超えない状態が発生して、
受光光量に応じた情報を取得できなくなってしまう。
反対に、受光光量が極めて多い場合、例えば同図において符号ａで示される場合、ノー
ドＰが、タイミングｔ３後、直ちにしきい値電圧Ｖthを超えてしまう。この場合、タイミ
ングｔ３からノードＰがしきい値電圧Ｖthを超えるまでの期間がクロックパルスの周期よ
りも短ければ、同様に、受光光量に応じた情報を取得できなくなってしまう。

このように受光光量に応じた情報を取得できなくなることを防止する対策としては、基
準電圧源１１８が、電圧Ｖsetとして複数の電圧を用意するとともに、制御回路４０が信
号Ｏutの状態に応じて複数電圧のいずれかを選択する構成とすることが考えられる。詳細
には、受光光量が極めて少ないため検出期間の終了時に依然として信号ＯutがＬレベルで
あるような場合、制御回路４０は、電圧Ｖsetとして１段階低い電圧を選択する一方、受
光光量が極めて多いために、ノードＰの電圧がタイミングｔ３後、直ちにしきい値電圧Ｖ
thを超えてしまって、クロックパルス数のカウント結果がゼロであるような場合には、電
圧Ｖsetとして１段階高い電圧を選択する構成が考えられる。

上述したようにタイミングｔ３におけるノードＰの電圧低下分は、容量素子１３０の他
端における電圧降下分を、容量素子１３０と寄生容量１３６との容量比に応じて分配した
分である。したがって、電圧Ｖsetを複数の中から選択して切り替えるという構成は、言
い換えれば容量素子１３０の他端における電圧降下分を複数の中から選択するという構成
となる。

電圧Ｖsetとして１段階低い電圧が選択されると、図１０（ｂ）に示されるように、タ
イミングｔ３におけるノードＰの電圧降下分はΔＶ_１となり、ΔＶよりも小さくなるので
、受光光量が少ないためにタイミングｔ３後におけるノードＰの電圧上昇が緩やかとなる
場合であっても、検出期間内に、ノードＰがしきい値電圧Ｖthを超えさせることが可能と
なる。
また、電圧Ｖsetとして１段階高い電圧が選択されると、図１０（ｃ）に示されるよう
に、タイミングｔ３におけるノードＰの電圧降下分はΔＶ_２となり、ΔＶよりも大きくな
るので、受光光量が多いためにタイミングｔ３後におけるノードＰの電圧上昇が急激とな
る場合であっても、ノードＰがしきい値電圧Ｖthを超えるタイミングをそれだけ遅らせる
ことができる。このため、タイミングｔ３から信号ＯutがＨレベルとなるまでの期間内に
含まれるクロックパルス数のカウント結果をゼロよりも大きくさせて、有意とさせること
が可能となる。
このような構成では、タイミングｔ３から信号ＯutがＨレベルとなるまでの期間ととも
に、電圧Ｖsetとしていずれの電圧を選択しているかを示す情報も、受光光量に応じた情
報となる。

＜第２実施形態＞
ところで、上述したように、信号Ｏutの状態に応じて複数電圧のいずれかを電圧Ｖset
として選択する構成では、異なる複数の電圧を予め用意しなければならず、図示しない電
源回路（電圧生成回路）の構成が複雑化してしまうことが考えられる。そこで、受光光量
に応じた情報を取得できなくなることを防止しつつ、電圧Ｖsetが一種類で済む光センサ
を、第２実施形態として説明する。

図１１は、第２実施形態に係る光センサ１０の構成を示す図である。
この図に示される光センサ１０は、図３における容量素子１３０を、領域Ｑで示される
部分に置換したものであり、他の部分については同一である。そこで、この相違部分につ
いてのみ説明する。
領域Ｑにおいては、容量素子１３１、１３２、１３３の各一端が、それぞれノードＰに
共通接続されている。この容量素子１３１、１３２、１３３の容量サイズをそれぞれＣ１
、Ｃ２、Ｃ３とすると、これらの容量比は１：２：４となっている。
容量１３１、１３２、１３３の各他端は、それぞれスイッチ１４１、１４２、１４３の
一端に別々に接続される一方、スイッチ１４１、１４２、１４３の各他端は、スイッチ１
２６の一端に共通接続されている。
ここで、スイッチ１４１、１４２、１４３は、それぞれ制御回路４０から供給される制
御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がＨレベルである場合にオンし、Ｌレベルである場合にオフする
ものである。

第２実施形態において、制御回路４０は、制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の出力状態を図１
２に示される内容を参照して次のように決定する。すなわち、制御回路４０は、検出期間
の終了時に依然として信号ＯutがＬレベルである場合、現時点における出力状態から１段
階低い（図１２では上方向）状態に変更して、容量素子として用いる容量サイズを減少さ
せる一方、例えばクロックパルス数のカウント結果がゼロである場合（または別途設定さ
れるしきい値以下の場合）には、現時点における出力状態から１段階高い（図１２では下
方向）状態に変更して、容量素子として用いる容量サイズを増加させる。

このような構成では、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、受光光量がどのレンジに存在するかを
示す情報として、タイミングｔ３から信号ＯutがＨレベルとなるまでの期間は、そのレン
ジにおいてどの程度の値かを示す情報として用いることができる。換言すれば、信号Ｓ１
、Ｓ２、Ｓ３を上位ビットとし、タイミングｔ３から信号ＯutがＨレベルとなるまでの期
間を示す情報（例えば上記カウント結果）を下位ビットとしたデータ全体を、受光光量を
示す情報として用いることができる。したがって、細かい検出精度が要求されないのであ
れば、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のみを、受光光量を示す情報として、表示パネル１の制御に
用いても良い。

上述したようにタイミングｔ３におけるノードＰの電圧低下分は、（Ｖset−Ｇnd）・
Ｃa／（Ｃa＋Ｃb）で示されるが、第２実施形態では、容量素子として用いる容量サイズ
Ｃaが制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の状態に応じて増減するので、電圧Ｖse tを一定とした
状態で、ノードＰの電圧低下分を制御することができる。
さらに、第２実施形態において、容量サイズＣaの増減によってタイミングｔ３後にお
ける電圧上昇率も変化する。すなわち、受光光量に応じた電流がフォトダイオード１１２
に流れるとき、当該電流は、容量素子１３１、１３２、１３３のうち、制御信号Ｓ１、Ｓ
２、Ｓ３がＨレベルであるものに対応する合成容量と寄生容量１３６とを充電するので、
当該合成容量が減少するにつれて、ノードＰがしきい値電圧Ｖthから上昇する率が高くな
り、反対に、当該合成容量が増加するにつれて、ノードＰがしきい値電圧Ｖthから上昇す
る率が低くなる。

したがって、第２実施形態では、受光光量が少ない場合、タイミングｔ３におけるノー
ドＰの電圧降下分を小さくするとともに、タイミングｔ３後におけるノードＰの電圧上昇
率を高めるような動作が実行される。反対に、受光光量が多い場合、タイミングｔ３にお
けるノードＰの電圧降下分を大きくするとともに、タイミングｔ３後におけるノードＰの
電圧上昇率を低めるような動作が実行される。
このため、受光光量の検出範囲が指数対数的に広い場合であっても、第２実施形態では
、当該受光光量を適切に検出することができる。
なお、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がすべてＬレベルであると、容量サイズがゼロとなり、タ
イミングｔ３においてノードＰがしきい値電圧Ｖthから低下しないので、図１２において
、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がすべてＬレベルである状態は除外されている。

＜電子機器＞
次に、上述した実施形態に係る電気光学装置を電子機器に用いた例について説明する。
図１３は、上述した表示パネル１を、表示部に適用した携帯電話の構成を示す斜視図で
ある。
この図において、携帯電話１１００は、複数の操作ボタン１１０２のほか、受話口１１
０４、送話口１１０６とともに、表示部として、上述した光センサ１０を含む表示パネル
１を備えるものである。
このような構成によれば、表示パネル１に光センサ１０を作り込むことができるので、
別途の開口部や受光素子を設けるための実装スペースが不要となるだけでなく、より正確
に受光光量を検出することができる。そして、検出した受光光量に応じてより適切な表示
画像の制御が可能となる。

次に、上述した表示パネル１を、ファインダ（内蔵モニタ）に用いたデジタルスチルカ
メラについて説明する。
図１４は、このデジタルスチルカメラの背面を示す斜視図である。銀塩カメラは、被写
体の光像によってフィルムを感光させるのに対し、デジタルスチルカメラ１２００は、被
写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像
信号を生成・記憶するものである。ここで、デジタルスチルカメラ１２００におけるケー
ス１２０２の背面には、上述した表示パネル１が設けられる。この表示パネル１は、撮像
信号に基づいて表示を行うので、被写体を表示するファインダとして機能することになる
。また、ケース１２０２の前面側（図１４においては裏面側）には、光学レンズやＣＣＤ
などを含んだ受光ユニット１２０４が設けられている。

撮影者が表示パネル１に表示された被写体像を確認して、シャッタボタン１２０６を押
下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、回路基板１２０８のメモリに転送・記
憶される。また、このデジタルスチルカメラ１２００にあって、ケース１２０２の側面に
は、外部表示を行うためのビデオ信号出力端子１２１２と、データ通信用の入出力端子１
２１４とが設けられている。

なお、電子機器としては、図１３の携帯電話や、図１４のデジタルスチルカメラの他に
も、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲー
ション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレ
ビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの
各種電子機器の表示部として、上述した表示パネル１が適用可能なのは言うまでもない。

また、上述した実施形態では、表示パネル１として液晶パネルを例として説明したが、
他のパネル、例えば有機ＥＬ素子や、無機ＥＬ素子、フィールド・エミッション（ＦＥ）
素子、ＬＥＤなどの他の発光素子、さらには、電気泳動素子、エレクトロ・クロミック素
子などを用いた表示パネルを用いても良い。
さらに、直接画像や文字などを表示する表示パネルに限られず、被感光体に光を照射す
ることにより間接的に画像もしくは文字を形成するために用いられる印刷機器の光源、例
えばＬＥＤプリンタのラインヘッドに適用してもよい。
くわえて、画素領域５０を複数に分割するとともに、分割領域の各々に対応するように
光センサ１０を割り当てるように設けて、各検出結果に応じて、対応する分割領域の画像
を制御する構成としても良い。

本発明の第１実施形態に係る光センサを適用した表示パネルの全体構成を示すブロック図である。同表示パネルの全体構成を示す平面図である。同光センサの構成を示す図である。同光センサの動作を説明するための各部の電圧波形図である。同光センサの動作を示す図である。同光センサの動作を示す図である。同光センサの動作を示す図である。同光センサの動作を示す図である。同光センサの動作を示す図である。同光センサの動作を説明するための各部の電圧波形図である。本発明の第２実施形態に係る光センサの構成を示す図である。同光センサにおける制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の出力を示す図である。光センサを適用した表示パネルを有する携帯電話を示す図である。光センサを適用した表示パネルを有するデジタルスチルカメラを示す図である。

符号の説明

１…表示パネル、１０…光センサ、４０…制御回路、５０…画素領域、５２…額縁、１
１２…フォトダイオード、１１４、１１６…インバータ回路、１１８…基準電圧源、１２
２…スイッチ（第１スイッチ）、１２６…スイッチ（第２スイッチ）、１３０〜１３３…
容量素子、１１００…携帯電話、１２００…デジタルスチルカメラ

Claims

一端と他端との間で受光光量に応じた電流が流れる受光素子と、
前記受光素子の一端における電圧と所定のしきい値電圧とを比較して、その比較結果に
基づく論理信号を出力するコンパレータと、
受光光量の検出前に、前記受光素子の一端を前記しきい値またはその近傍電圧に初期化
する初期化回路と、
前記初期化の完了後に、前記受光素子の一端を、予め定められた所定電圧だけ変位させ
る電圧変位回路と
を備え、
前記電圧変位回路による電圧変位後、前記コンパレータによる論理信号が論理反転する
までの期間が、受光光量に応じた値として表される
ことを特徴とする光センサ。
前記コンパレータは、
前記受光素子の一端における電圧を前記しきい値を境に論理反転するインバータ回路で
ある
ことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
前記初期化回路は、
前記インバータ回路の入力端および出力端の間を短絡させることにより、前記受光素子
の一端を前記しきい値またはその近傍電圧に初期化する第１スイッチである
ことを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
前記電圧変位回路は、
前記所定電圧を複数のなかからいずれかを選択可能とする
ことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
前記電圧変位回路は、
一端が前記受光素子の一端に接続された容量素子と、
受光光量の検出前に、前記容量素子の他端に第１電圧を印加し、前記初期化の完了後に
、前記容量素子の他端に前記第１電圧とは異なる第２電圧を印加する第２スイッチと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
前記電圧変位回路は、
前記容量素子を複数のなかからいずれかを選択可能とする
ことを特徴とする請求項５に記載の光センサ。
前記受光素子の一端の電圧が、前記電圧変位回路による電圧変位後であって予め定めら
れた期間内に前記しきい値電圧を達しない場合に、前記電圧変位回路は、より小さな容量
サイズの容量素子を選択するように切り替える
ことを特徴とする請求項６に記載の光センサ。
請求項７に記載の光センサと、
前記受光素子の近傍において画像を表示する表示パネルと、
前記容量素子の選択状態を示すデータを入力して、当該データに応じて表示画像を制御
する制御回路と
を有する表示装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光センサと、
前記受光素子の近傍において画像を表示する表示パネルと、
前記コンパレータによって出力される論理信号に応じて表示画像を制御する制御回路と
を有する表示装置。
請求項８または９に記載の表示装置を有する電子機器。
一端と他端との間で受光光量に応じた電流が流れる受光素子と、
前記受光素子の一端における電圧と所定のしきい値電圧とを比較して、その比較結果に
基づく論理信号を出力するコンパレータと
を有する光センサの出力処理方法であって、
受光光量の検出前に、前記受光素子の一端を前記しきい値またはその近傍電圧に初期化
し、
前記初期化の完了後に、前記受光素子の一端を、予め定められた所定電圧だけ変位させ
、
前記電圧変位回路による電圧変位後、前記コンパレータによる論理信号が論理反転する
までの期間を、受光光量に応じた値として表す
ことを特徴とする光センサ出力処理方法。