JP2007316243A - Display device and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば液晶表示装置等の表示装置及びその制御方法に関するものであり、特に、外光照度をモニタする光センサを設置した表示装置の改良に関する。 The present invention relates to a display device such as a liquid crystal display device and a control method thereof, and more particularly to an improvement of a display device provided with an optical sensor for monitoring external light illuminance.
近年、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等の情報機器の表示装置、テレビ、ビデオムービー、カーナビゲーションシステム等の映像機器の表示装置として、軽量、薄型、低消費電力という特長を持つ液晶表示装置が多用されている。このような液晶表示装置においては、明るい表示画面を実現するために、表示素子の背後から照明光を照射するバックライトを内蔵した構成をとるものが多い。 In recent years, liquid crystal display devices having features such as light weight, thinness, and low power consumption are widely used as display devices for information devices such as personal computers and word processors, and display devices for video devices such as televisions, video movies, and car navigation systems. . In many cases, such a liquid crystal display device has a built-in backlight that irradiates illumination light from behind the display element in order to realize a bright display screen.
ところで、液晶表示装置の長所の一つは、その低消費電力性にあるが、一般に液晶パネルよりもバックライトの消費電力の方が大きい。一方、通常、液晶表示装置において、十分な視認性を得るためには、表示輝度をできるだけ高くする必要があり、これに対応してバックライトを明るく設定すると、前記低消費電力性を損なう要因となる。 Incidentally, one of the advantages of the liquid crystal display device is its low power consumption, but generally the power consumption of the backlight is larger than that of the liquid crystal panel. On the other hand, in general, in a liquid crystal display device, in order to obtain sufficient visibility, it is necessary to increase the display luminance as much as possible. If the backlight is set to be bright in response to this, it is a factor that impairs the low power consumption. Become.
そこで、環境照度(外光照度)に応じてバックライトの明るさを調節し、消費電力をできる限り抑えることが検討されている。例えば、夜間のように環境照度が低い場合と、晴天時の日中の屋外のように環境照度が高い場合とでは、十分な視認性を得るのに必要な輝度が異なり、これに応じて必要最小限にバックライトの照度を調節することにより、消費電力を抑えることができるものと考えられる。 Therefore, it has been studied to adjust the brightness of the backlight in accordance with the ambient illuminance (external light illuminance) to suppress power consumption as much as possible. For example, the brightness required to obtain sufficient visibility differs depending on whether the ambient illuminance is low, such as at night, or when the ambient illuminance is high, such as outdoors in the daytime in fine weather. It is considered that power consumption can be suppressed by adjusting the illuminance of the backlight to the minimum.
これを実現するために、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置において、光センサ(フォトセンサ)を基板の表示領域外に設置し、その出力を利用してバックライトの明るさを調光する提案がなされている(例えば、特許文献1や特許文献2等を参照)。
In order to achieve this, in a liquid crystal display device using a thin film transistor, a proposal has been made in which an optical sensor (photosensor) is installed outside the display area of the substrate, and the brightness of the backlight is adjusted using the output. (See, for example,
特許文献1には、液晶表示板と、この液晶表示板の裏面側より光を照射するバックライトと、このバックライトの光量を調節するコントローラと、前記液晶表示板と並べて配置される光検知器とを備え、この光検知器により周囲の明るさを検知し、前記コントローラを調節し、前記バックライトの光量を調節することを特徴とする液晶表示装置が開示されている。
特許文献2には、バックライトを持つ液晶表示装置のバックライト駆動回路に輝度調光電圧を供給するためのバックライト調光回路であって、液晶表示パネルの表面側の周囲の明るさを検出して外光照度信号を出力するための複数の光センサと、これらの光センサから出力される外光照度信号の全て又は一部の平均値を算出する平均値算出手段と、該平均値算出手段によって算出された前記外光照度の平均値と、手動にて設定された調光設定量とに基づいて、前記バックライト駆動回路の輝度調整を行う輝度調整手段を備えてなることを特徴とする液晶表示装置のバックライト調光回路が開示されている。
前述の各特許文献記載の発明によれば、外光照度に応じて表示輝度を調節することができ、例えば携帯電話やPDA等において、消費電力を抑えることが可能である。しかしながら、前述の従来技術では、液晶表示パネルとは別個のディスクリートな調光センサを設置するという構成が採られており、液晶表示装置の小型化や薄型の妨げになっている。携帯電話やPDA等においては、小型化や薄型化に対する要求が厳しく、前記小型化や薄型化の妨げは大きな問題である。 According to the inventions described in the above-mentioned patent documents, the display luminance can be adjusted according to the illuminance of outside light, and for example, power consumption can be suppressed in a mobile phone, a PDA, or the like. However, the above-described conventional technology adopts a configuration in which a discrete light control sensor separate from the liquid crystal display panel is installed, which hinders downsizing and thinning of the liquid crystal display device. In mobile phones, PDAs, and the like, demands for miniaturization and thinning are strict, and hindering the miniaturization and thinning is a serious problem.
この問題を解消するためには、例えば低温ポリシリコン技術を用いて光センサを液晶表示パネルの一方の基板(例えばアレイ基板)に一体形成することが考えられるが、低温ポリシリコン技術を用いてアレイ基板に一体形成された光センサは、周囲の温度によって特性が変化するという問題がある。光センサに流れる電流は、入射光に比例する光電流の他、温度によって増減する熱電流が含まれる。このため、例えば光センサから500ルクスに相当する出力が得られたとしても、本当に500ルクスなのか、あるいは300ルクスなのに温度が高いため光電流が多く流れた結果なのか、的確に区別することは難しい。したがって、調光性能が周囲の温度によって変動してしまうという問題がある。 In order to solve this problem, for example, it is conceivable to integrally form the optical sensor on one substrate (for example, an array substrate) of the liquid crystal display panel using a low-temperature polysilicon technology. The optical sensor integrally formed on the substrate has a problem that the characteristics change depending on the ambient temperature. The current flowing through the optical sensor includes a thermal current that increases or decreases depending on temperature, in addition to a photocurrent proportional to incident light. For this reason, for example, even if an output equivalent to 500 lux is obtained from an optical sensor, it can be accurately distinguished whether it is really 500 lux or a result of a large amount of photocurrent due to high temperature even though it is 300 lux. difficult. Therefore, there is a problem that the dimming performance varies depending on the ambient temperature.
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、小型化や薄型化に対応可能で、しかも温度によらず正確な照度計算が可能で適正に輝度(例えばバックライトの光量)を制御することが可能な表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and can cope with downsizing and thinning, and can accurately calculate illuminance regardless of temperature and appropriately brightness (for example, backlight). An object is to provide a display device capable of controlling the amount of light.
前述の目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置において、前記アレイ基板上に外光照度を計測する光センサが設置されるとともに、温度センサが設置されていることを特徴とする。また、本発明の表示装置の制御方法は、駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置の制御方法であって、前記アレイ基板上に設置された光センサによって外光照度を計測するとともに、光センサの出力を温度センサの出力に基づいて補正し、前記表示領域の輝度調整を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a display device according to the present invention includes an array substrate on which a drive circuit is formed, and in a display device having a predetermined display area, an optical sensor that measures external light illuminance on the array substrate. Is installed, and a temperature sensor is installed. Also, the display device control method of the present invention is a display device control method including an array substrate on which a drive circuit is formed and having a predetermined display area, and is controlled by an optical sensor installed on the array substrate. The light intensity is measured, the output of the optical sensor is corrected based on the output of the temperature sensor, and the brightness of the display area is adjusted.
本発明の表示装置では、光センサによって外光照度を計測する。この場合、例えば第1の光センサを低温ポリシリコン技術等によりアレイ基板に一体に形成すれば小型化や薄型化の点で有利であるが、低温ポリシリコン技術等により一体形成された光センサからの出力には、温度によって増減する熱電流が含まれ、これだけで正確な外光照度を把握することは難しい。 In the display device of the present invention, the ambient light illuminance is measured by the optical sensor. In this case, for example, if the first optical sensor is integrally formed on the array substrate by low-temperature polysilicon technology or the like, it is advantageous in terms of downsizing and thinning. However, from the optical sensor integrally formed by low-temperature polysilicon technology or the like, The output includes a thermal current that increases or decreases depending on the temperature, and it is difficult to accurately determine the illuminance of outside light.
そこで、本発明では、前記光センサの他に、光センサの周囲の温度を計測する温度センサを設置し、この温度センサからの出力に基づいて光センサの計測値を補正することとする。温度センサで計測されるのは、温度で増減する熱電流であり、温度センサの出力から求められる熱電流を光センサの出力から差し引けば、外光による出力のみが取り出され、外光照度が正確に計測される。 Therefore, in the present invention, in addition to the optical sensor, a temperature sensor that measures the ambient temperature of the optical sensor is installed, and the measured value of the optical sensor is corrected based on the output from the temperature sensor. The temperature sensor measures the thermal current that increases or decreases with temperature, and subtracting the thermal current required from the output of the temperature sensor from the output of the optical sensor extracts only the output from the external light, and the external light illuminance is accurate. Is measured.
本発明によれば、小型化や薄型化が可能で、正確な照度計算が可能な表示装置を提供することが可能である。したがって、例えばバックライトを適正に調節する等により輝度を適正に制御することが可能となり、あらゆる環境で視認性に優れ、しかも低消費電力な表示装置を実現することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a display device that can be reduced in size and thickness and that can accurately calculate illuminance. Therefore, for example, it is possible to appropriately control the luminance by appropriately adjusting the backlight, and it is possible to realize a display device that has excellent visibility and low power consumption in any environment.
以下、本発明を適用した表示装置(ここでは液晶表示装置)について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a display device (here, a liquid crystal display device) to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、液晶表示装置の一例を示すものである。液晶表示装置1においては、一対の光透過性絶縁基板で液晶セルを構成し、その間隙に液晶材料を封入して液晶層が形成されている。具体的には、アレイ基板2と対向基板3との間に液晶層4が封入されている。
FIG. 1 shows an example of a liquid crystal display device. In the liquid
アレイ基板2は、例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とし、この光透過性絶縁基板上に、互いにほぼ平行且つ等間隔に配列される走査線や、これら走査線とほぼ直交して配列された信号線、走査線と信号線との間に介在されこれらを電気的に絶縁する層間絶縁膜(透明絶縁膜)、走査線と信号線との交点近傍に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等が形成されている。
The
また、アレイ基板2においては、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子に電気的に接続された画素電極がマトリクス状に配列形成されている。なお、アレイ基板2の光透過性絶縁基板と画素電極との間には、前述の通り信号線や走査線、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子、層間絶縁膜等が配置されているが、図1においては、これらの図示は省略する。さらに、アレイ基板2の画素電極が設けられた面のほぼ全体に配向膜が設けられるが、これについても、ここでは図示は省略する。
In the
一方、前記対向基板3も例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とするものであり、その液晶層4側の面には、各画素に対応してカラーフィルタ層5が形成されるとともに、その表面を覆ってITO等の透明導電材料からなる透明対向電極6が全面に形成されている。カラーフィルタ層は、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えばR,G,Bの各色のフィルタ層が組み合わされて構成されている。また、図示は省略するが、各カラーフィルタ層の画素境界部分には、コントラスト向上等を目的として、いわゆるブラックマトリクス層が形成されている。
On the other hand, the
以上の構成を有する液晶表示装置1では、前記アレイ基板2及び対向基板3の外側に偏光板7,8がぞれぞれ設けられ、背面側に配されたバックライト9を光源として、画像表示が行われる。
In the liquid
図2は、前記液晶表示装置1の模式的な平面図であり、画像表示が行われるアクティブエリアである表示領域Aの外側には、ブラックマトリクスBMが枠状に形成され、バックライト9の光が漏れないように構成されている。そして、このブラックマトリクBMが形成された領域の外側には、外部LSI10がチップ・オン・グラス(COG)によりアレイ基板2上に実装されている。
FIG. 2 is a schematic plan view of the liquid
以上が液晶表示装置1の基本的な構成であるが、本実施形態の液晶表示装置1においては、前記表示領域Aの外側のブラックマトリクスBMに開口部11が設けられ、ここに臨んでアレイ基板2上に外光照度計測用光センサ12が設置されている。さらに、前記外光照度計測用光センサ12に近接して、外光照度計測用光センサ12の周囲の温度を計測する温度センサ13が、同様にアレイ基板2上に設置されている。
The basic configuration of the liquid
図3は、前記外光照度計測用光センサ12及び温度センサ13の設置状態を示すものである。外光照度計測用光センサ12は、前記の通り、対向基板3のブラックマトリクスBMの無い部分(開口部11)に対向して設けられており、外光は、前記開口部11から液晶表示装置1内に進入し、外光照度計測用光センサ12に入射される。外光照度計測用光センサ12の下には、遮光層14が設けられ、バックライト9の光が外光照度計測用光センサ12に直接当たらないようになっている。
FIG. 3 shows an installation state of the external light illuminance measuring
温度センサ13は、前記外光照度計測用光センサ12に近接して配置され、外光照度計測用光センサ12と同等の環境下に設置されている。これにより、温度センサ13の温度と外光照度計測用光センサ12の温度とがほぼ同じになり、外光照度計測用光センサ12の温度補償が可能となる。
The
前記外光照度計測用光センサ12や温度センサ13は、いずれもアレイ基板2に一体形成されるものであり、例えばアレイ基板2上の薄膜トランジスタと同様、例えば低温ポリシリコン技術を用い、これら薄膜トランジスタと同時に形成されている。
Both the external light illuminance measuring
図4は、アレイ基板2に形成される薄膜トランジスタ及び光センサの構成例を示すものであり、図4(a)はn−チャンネル薄膜トランジスタの構成、図4(b)はp−チャンネル薄膜トランジスタの構成、図4(c)は光センサとして用いられるPINダイオードの構成を示す。
4 shows a configuration example of a thin film transistor and an optical sensor formed on the
薄膜トランジスタ(n−チャンネル薄膜トランジスタ及びp−チャンネル薄膜トランジスタ)は、図4(a)及び図4(b)に示すように、基板21上にアンダーコート層22を介して多結晶半導体層(ポリシリコン層)23A,23Bを形成し、当該多結晶半導体層23A,23Bをチャンネル層として利用してなるものである。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the thin film transistors (n-channel thin film transistors and p-channel thin film transistors) are polycrystalline semiconductor layers (polysilicon layers) on a
基板21上には、前記の通りアンダーコート層22が形成されるが、これは基板21の表面の傷や穴等を塞いで平坦化すること、基板21に含まれる不純物の多結晶半導体層23A,23Bへの拡散を防止すること等を目的に形成されている。このアンダーコート層22は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を成膜することにより形成されるが、例えば、熱処理により流動化する流動化樹脂からなる平坦化層と、不純物の拡散を防止する被覆層とからなる積層構造とすることも可能である。あるいは、前記基板21が平坦化に優れ、含まれる不純物も少ない場合には、前記アンダーコート層22を省略することも可能である。
As described above, the
前記アンダーコート層22上に形成される多結晶半導体層23A,23Bは、例えばプラズマCVD法により成膜された非晶質シリコン(a−Si)をアニールした後、レーザ照射等によって多結晶化することにより形成されるものである。この多結晶半導体層23A,23Bは、エッチングにより島状に素子分離され、マトリクス状に配列されている。
The
前記多結晶半導体層23Aはnチャンネル型薄膜トランジスタに対応するものであり、多結晶半導体層23Bはpチャンネル型薄膜トランジスタに対応するものである。したがって、各多結晶半導体層23A,23Bには、不純物注入によりソース領域23Aa,23Ba及びドレイン領域23Ab,23Bbが形成されており、さらにnチャンネル型薄膜トランジスタにおいては、LDD領域(低濃度不純物拡散領域)23Ac、23Adが形成されている。
The
また、いずれの薄膜トランジスタにおいても、前記多結晶半導体層23A,23B上に第1絶縁層24や第2絶縁層25を介して第1メタル(ゲート電極)26や第2メタル27が形成されている。
In any thin film transistor, a first metal (gate electrode) 26 and a
一方、PINダイオードでは、図4(c)に示すように、基板21上に遮光パターン28が金属材料(例えばMo−W合金)を用いて形成されている。遮光パターン28は、図示しないスルーホールにより図示しない電源線と接続され、少なくともセンサ部において特定電位(例えばGNDレベル)に設定される。また、PINダイオードにおいても、基板21上に形成される素子(PINダイオード)に前記遮光パターン28や基板21からの不純物の拡散を防ぐため、先の薄膜トランジスタと同様、SiNxやSiOx等からなるアンダーコート層22を備える。
On the other hand, in the PIN diode, as shown in FIG. 4C, the
なお、前記各薄膜トランジスタの下には遮光パターン28は設けなくてもよく、これら薄膜トランジスタに遮光パターン28を設けない場合には開口率が向上する等の利点がある。また、薄膜トランジスタの下に遮光パターン28を設ける場合には、薄膜トランジスタのオフリーク電流を低減させることができ、コントラスト比が改善される等、画質が向上する利点がある。
The
前記アンダーコート層22上には、前記薄膜トランジスタと同様、多結晶半導体層23Cが前記多結晶半導体層23A,23Bと同時に形成され、p+領域23Ca、p−領域23Cb、n−領域23Cc、n+領域23Cdが形成されている。このように、p+/p−/n−/n+が横方向に形成されることによりダイオードが構成され、p+側をGND(0V)、n+側を5Vとしたときに照射光強度に応じた光電流が当該ダイオードの両端に流れる。
On the
なお、前記PINダイオードにおいては、n−領域23Ccを除いた構成にしてもよい。また、図4(c)に示すように横方向に各領域を形成しPINダイオードを形成するのではなく、これら領域を縦方向に積層することによりPINダイオードを構成するようにしても良い。PINダイオードにおいても、前記多結晶半導体層23C上に第1絶縁層24や第2絶縁層25を介して第1メタル26や第2メタル27が形成されていることは、前記薄膜トランジスタの場合と同様である。
The PIN diode may be configured without the n − region 23Cc. Further, as shown in FIG. 4C, instead of forming each region in the horizontal direction and forming the PIN diode, the PIN diode may be configured by stacking these regions in the vertical direction. Also in the PIN diode, the
一方、前記温度センサ13は、例えばポリシリコンを用いて形成される抵抗素子を感熱素子とするものである。ポリシリコンの抵抗は温度に依存し、例えば図5に示すように温度が高くなると抵抗値が減少し、逆に温度が低くなると抵抗値が上昇する傾向にある。この性質を前記温度センサ13に利用する。
On the other hand, the
抵抗素子の構造としては、図6(a),(b)に示すように、ポリシリコンからなる抵抗体31の両端に電極32,33を形成するだけでよい。前記光センサ(PINダイオード)12と同時形成することを考えた場合、アレイ基板2上に前記抵抗体31を形成し、第1絶縁層24及び第2絶縁層25を形成した後、これら第1絶縁層24や第2絶縁層25に開口部を形成して前記電極32,33を形成する。
As the structure of the resistance element, as shown in FIGS. 6A and 6B, it is only necessary to form
前記構造の抵抗素子において、抵抗体31の抵抗値の温度依存性は、ポリシリコンに注入される不純物の種類や濃度によって変化する。この場合、nチャンネル型薄膜トランジスタやpチャンネル型薄膜トランジスタに用いる不純物の種類や濃度を適用すれば、これらをトランジスタを形成するプロセスで不純物が注入された抵抗体(ポリシリコン)31を同時形成することが可能である。この場合、抵抗体31は、p−領域、p+領域、n−領域、n+領域のいずれかとして形成されることになるが、これらの中では、特性等の点でn−領域とすることが好ましい。前記抵抗素子においては、抵抗体31のうち感熱素子として機能する領域31aをn−領域とし、両端部分31bをn+領域としている。電極32,33が接続される両端部分31bについては、n+領域として抵抗値をできるだけ下げることが好ましい。
In the resistance element having the above structure, the temperature dependence of the resistance value of the
前述の光センサ(PINダイオード)12や薄膜トランジスタの電流値が光と熱の双方に対して依存性を持つのに対して、前記構造の抵抗素子は光に対する依存性がほとんどなく、抵抗値が光によってあまり変化しないので、熱依存性のみを持つ温度センサとして機能する。 Whereas the current value of the optical sensor (PIN diode) 12 and the thin film transistor described above has dependency on both light and heat, the resistance element having the above structure has almost no dependency on light, and the resistance value is light. Therefore, it functions as a temperature sensor having only thermal dependence.
次に、前記構成を有する液晶表示装置1における外光照度の計測法について説明する。先ず、図7に光センサ回路の回路ブロックを示す。前述の通り、アレイ基板2上には例えば低温ポリシリコン技術を用いて表示のための画素TFTやゲート線駆動回路、信号線駆動回路等の他、前記各光センサ51、増幅器(AMP)52及びA/D変換回路53が一体形成される。そして、外部LSI10に照度計算回路や前記センサ回路と接続される制御信号発生回路54が設けられている。
Next, a method for measuring the external light illuminance in the liquid
図8は、アレイ基板2上に形成された光センサ回路の回路図である。光センサ回路は、フォトダイオード(前記各光センサ)55とキャパシタ素子56を備える。所定のタイミングでキャパシタ素子56に所定の電圧Vprcがプリチャージされ、外光照度に応じた光電流がフォトダイオード55に流れる。
FIG. 8 is a circuit diagram of an optical sensor circuit formed on the
図9は、前記キャパシタ素子56の電圧が時間的に変化する様子を示している。例えば外光が外光照度計測用光センサ12に照射されると、フォトダイオード55(外光照度計測用光センサ12)に電流が流れるため、徐々に初期のプリチャージ電圧VprcからGND電圧に向かって低下してゆく。これを所定のタイミングでアレイ基板2上に形成されたA/D変換回路53でデジタル信号に変換する。そして所定のタイミングで外部LSI10に出力する。図8における傾きの絶対値が大きければ外光照度が強く、傾きの絶対値が小さければ外光照度が弱いと考えることができる。
FIG. 9 shows how the voltage of the
ここで、A/D変換回路53としては、特に限定されないが、例えば外部ICから基準電圧Vtpを段階的に与え、これとセンサの出力電圧を比較するものを用いることができる。A/D変換回路53の例を図10に示す。
Here, the A /
前記A/D変換回路53は、3つのスイッチSW1,SW2,SW3と、キャパシタ素子61、インバータ62とから構成されている。そして、図10(a)に示すように、SW1=H,SW2=Lとしたときに、ノードn1にセンサ出力電圧Vsが、ノードn2にインバータの動作閾値が充電される。一方、図10(b)に示すように、SW1=L,SW2=Hとしたときには、センサの出力電圧VsとVtpの比較動作がなされ、VsがVtpより大きいか否かにより異なるVout論理出力が得られる。センサ出力をサンプリングする毎に、Vtpを段階的に変化させることによりVsの値を求めることができる。このとき、Vtpの刻みが細かいほど精度が高まる。
The A /
前記光センサ回路では、A/D変換回路53の出力が反転するまでの時間(すなわち、リークによりキャパシタ素子56の電位がΔV=2.5V減じるまでの時間)ΔTを計測し、この時間ΔTからフォトダイオード55(外光照度計測用光センサ12)に流れる電流IがI=dQ/dt=CΔV/ΔTとして算出することができる。プリチャージ電圧Vprcは例えば5V、基準電圧Vtpは例えば2.5Vである。
In the optical sensor circuit, the time until the output of the A /
前記により外光照度計測用光センサ12の出力に基づいて、外光照度を算出するが、それだけでは正確な計測は難しい。これは、アレイ基板2に形成した外光照度計測用光センサ12は、温度によって増減する熱電流の影響を受けることによる。そこで、本実施形態の液晶表示装置1では、前記外光照度計測用光センサ12の他に前述の通り温度センサ13を設け、その出力を利用して前記外光照度計測用光センサ12における温度依存性を有する熱電流を除去し、その影響を排除する。
The external light illuminance is calculated based on the output of the external light illuminance measurement
温度センサ回路は、図11に示すように、光センサ回路と同様、温度センサ71、A/D変換回路73、及び御信号発生回路74によって構成される。A/D変換回路73の構成は、光センサ回路のA/D変換回路53と同様である。
As shown in FIG. 11, the temperature sensor circuit includes a
図12は、アレイ基板2上に形成された温度センサ回路の回路図である。温度センサ回路は、抵抗素子75とキャパシタ素子76を備える。所定のタイミングでキャパシタ素子76に所定の電圧Vprcがプリチャージされ、抵抗素子75を構成する抵抗体の温度変化による抵抗値の変化に応じた電流が抵抗素子75に流れる。
FIG. 12 is a circuit diagram of a temperature sensor circuit formed on the
前記温度センサ回路では、A/D変換回路73の出力が反転するまでの時間(すなわち、リークによりキャパシタ素子76の電位がΔV′=2.5V減じるまでの時間)ΔT′を計測する。そして、この時間ΔT′から抵抗素子75に流れる電流IをI′=dQ′/dt=CΔV′/ΔT′として算出することができる。プリチャージ電圧Vprcは例えば5V、基準電圧Vtpは例えば2.5Vである。
The temperature sensor circuit measures ΔT ′ until the output of the A /
前述の光センサ回路と温度センサ回路では、A/D変換回路53,73は同じ回路を用いることが可能である。また、プリチャージのタイミングも共通化することができる。したがって、前記共通化により制御信号も共通化することができ、これら回路が内蔵される表示装置の額縁部分の占有面積を小さくすることができるという利点を有する。
In the optical sensor circuit and the temperature sensor circuit described above, the same circuit can be used for the A /
温度補正は具体的には次のようにして行う。なお、温度補正は外部ICにおいて行うが,例えば前記アレイ基板2の額縁部分に温度補正を行う外部ICを配置すればよい。
Specifically, the temperature correction is performed as follows. The temperature correction is performed by an external IC. For example, an external IC that performs temperature correction may be disposed on the frame portion of the
例えば、光センサ12に流れる電流(光電流+熱電流)が25℃、100ルクスで5pAとする。熱電流は、図13に示すように、25℃の2pAに対し50℃で2倍の4pA、−20℃で0.5倍の1pAとなる。その間はほぼ直線近似で実用上問題ない。一方、抵抗素子75の電流は、図14に示すように、25℃に対し50℃で108%、−20℃で88%となる。これらの間はほぼ直線近似で実用上問題ない。したがって、例えば所定時間経過後の温度センサ71のA/D変換出力73から、抵抗素子75の電流が104%になっていたとすると、温度が比例計算により37.5℃と算出される。このとき、光センサ51の熱電流は25℃の値に比べ1.5倍多い3pAと考えられるので、光センサ51のA/D変換出力は熱電流3pAの寄与分を減じてやることにより、温度特性の影響を除いた調光のためのデータとすることができる。光センサ51や抵抗素子75の温度特性が上述より複雑でも同様の補正ができることはいうまでもない。なお、ここでは調光センサの補正に用いる例を示したが、その他、例えば光学式タッチパネルの動作点補正等にも用いることができる。
For example, the current flowing through the optical sensor 12 (photocurrent + thermal current) is 5 pA at 25 ° C. and 100 lux. As shown in FIG. 13, the thermal current is 2 pA at 25 ° C., 4 pA doubled at 50 ° C., and 1 pA 0.5 times at −20 ° C. In the meantime, it is almost straight-line approximation and there is no practical problem. On the other hand, the current of the
以上のように、本実施形態の液晶表示装置1では、光センサや温度センサをアレイ基板2に一体に形成しているので、小型化や薄型化が可能であり、しかも正確な照度計算が可能である。また、アレイ基板上に温度センサ及びその信号変換回路を一体形成し、温度補正機能を設けているので、例えば周囲の温度が変化して光電流の値が常温のときの値に対して変化しても、温度センサの出力をみてこれを適切に補正することが可能である。したがって、バックライトを適正に調節して、あらゆる温度環境で視認性に優れ、しかも低消費電力な液晶表示装置を実現することができる。
As described above, in the liquid
なお、本発明が前記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、前述のように、アレイ基板2には外光照度計測用センサ12及び温度センサ13が設置されるが、光センサとして、前記外光照度計測用光センサ12に加えて、第2、第3の光センサをアレイ基板2に設置することも可能である。
For example, as described above, the
図15は、第2、第3の光センサの具体例を示すものである。例えば第2の光センサとしては、図15(a)に示すような、バックライト照度計測用光センサ41を挙げることができる。バックライト照度計測用光センサ41は、バックライト9の照度をモニタするために設けられるもので、図15(a)に示すように、バックライト照度計測用光センサ41の下の遮光層14には、バックライト9の光を取り込むための開口部14aが設けられている。なお、前記開口部14aを形成する代わりに、前記遮光層14を省略することも可能である。対向基板3側のブラックマトリクスBMには、開口部は設けられておらず、したがってバックライト照度計測用光センサ41に外光が直接照射されることはない。なお、前記バックライト照度計測用光センサ41には、近傍に配置したバックライト9から直接光が入射し、当該入射光強度は外光に比べて高いことから、バックライト照度計測用光センサ41の受光面積は、先の外光照度計測用光センサ12よりも小さく、例えば1/P(P>1)とすることが好ましい。
FIG. 15 shows a specific example of the second and third photosensors. For example, as the second optical sensor, a backlight illuminance measurement
図15(b)は、第3の光センサの構成例である。第3の光センサとしては、例えば全ての光(外光及びバックライト9の光)を計測する全照度計測センサ42を挙げることができる。この全照度計測センサ42では、対向基板3側のブラックマトリクスBMに開口部11を形成して外光を取り込み可能とするとともに、全照度計測用光センサ42の下の遮光層14にバックライト9の光を取り込むための開口部14aが設けられている。なお、この場合にも、前記開口部14aを形成する代わりに、前記遮光層14を省略することも可能である。
FIG. 15B is a configuration example of the third photosensor. As a 3rd optical sensor, the total illumination
前記バックライト照度計測用光センサ41や全照度計測センサ42を設けることにより、これらの出力を基準として、外光照度計測用光センサ12に基づいて外光照度を換算したり、バックライト9の照度変動を把握してバックライト9の光量調節に利用することが可能である。
By providing the backlight illuminance measurement
また、例えば、前記外光照度計測用光センサ12は、最低限1つ設置すればよいが、例えば受光面積の異なる複数の外光照度計測用光センサ12を設置し、外光照度に応じてこれら外光照度計測用光センサ12を切り換えて照度を計測することも可能である。
Further, for example, at least one external light illuminance measurement
具体的には、例えば図16に示すように、感度の異なる16種類の光センサP1,P2・・・P16を外光照度計測用光センサとして設ける。ここで、光センサP1は高感度な光センサ、光センサP16は低感度なセンサとするとともに、その間の光センサP2〜P15は徐々に感度を変化させる。このように感度の異なる複数の光センサを設けた場合、例えば図17のように、光センサP1の出力は感度が高すぎるため正しく照度を求めることができず、一方、光センサP16の出力は感度が低すぎるため正しく照度を求めることができないような場合においても、中間の例えば光センサP5の感度が適正であれば、その出力を用いて照度を求めることができる。 Specifically, for example, as shown in FIG. 16, 16 types of optical sensors P1, P2,..., P16 having different sensitivities are provided as external light illuminance measuring optical sensors. Here, the optical sensor P1 is a high-sensitivity optical sensor, the optical sensor P16 is a low-sensitivity sensor, and the optical sensors P2 to P15 in the meantime gradually change the sensitivity. When a plurality of photosensors having different sensitivities are provided as described above, for example, as shown in FIG. 17, the output of the photosensor P1 is too sensitive to obtain the illuminance correctly, while the output of the photosensor P16 is Even in the case where the illuminance cannot be obtained correctly because the sensitivity is too low, the illuminance can be obtained using the output if the sensitivity of the optical sensor P5, for example, is appropriate.
図18及び図19は、複数の光センサの出力を取り出すための具体的な例を示している。図18はタイムシーケンスである。読取りを行うフレームを規定する信号ZSTがハイレベルとなったフレームを起点として、以降合計16フレームにわたって、16種類の光センサの出力を順に出力する。図19はアレイ基板上に設ける回路の例を示している。アレイ基板上には4ビットカウンタ81とセンサ選択回路82が設けられる。4ビットカウンタ81にはZSTが入力され、4ビットカウンタ81にZSTが入力されると、1フレームに1カウントのインクリメントがされるように構成する。4ビットカウンタ81の16通りの出力に基づいて16種類のうちの光センサP1〜P16のいずれかが選択される。そのフレームでは、選択された光センサの出力が外部に供給され照度計算に供される。外部では16種類の光センサの出力を蓄積し、所定の演算をして適正な照度値を割り出す。ZSTはCPUで発行されドライバICを介してアレイ基板上に供給される。カウンタは16段のシフトレジスタ列でもよい。初段にZSTを入力し、1フレーム期間毎に次の段にシフトパルスが送られ、各段のシフトパルスに基づいて16種類の光センサのいずれかを選択しても良い。あるいはZSTを要しない別の方法として、電源投入時に4ビットカウンタ81をリセットし、以降ひたすらフレーム数をカウントして、4ビットカウンタ81の状態に基づいて常に対応する種類の光センサの出力をするように前記センサ選択回路82を構成しても良い。これによりZSTを外部から供給しなくて済むという利点がある。
18 and 19 show specific examples for extracting the outputs of a plurality of optical sensors. FIG. 18 is a time sequence. Starting from the frame in which the signal ZST defining the frame to be read becomes high level, the outputs of 16 types of photosensors are sequentially output over a total of 16 frames. FIG. 19 shows an example of a circuit provided on the array substrate. A 4-
また、アレイ基板上に形成される外光計測用光センサ12は、局所的にもばらつきを有する。この局所的なばらつきは照度計算を狂わせる原因となる。この対策を図20乃至図22に示す。図20及び図21に光センサの局所的なばらつきを平滑化するための構成例を示す。本例では、感度が同じN個の光センサP1〜PNを同時にプリチャージし、同時に外光にさらす。アンプ52にサンプリングする際に互いに短絡することにより、図22に示すように光センサP1〜PNの特性(出力S1〜SN)が局所的にばらついていても平均化され、これをアンプ52で出力してA/D変換する等し、前述の照度を求める処理を行うことによって、より高精度に照度を求めることができる。
Further, the external light measurement
すなわち、アンプ52にサンプリングする直前の各容量の電圧をV1,V2,・・・VNとすると、スイッチS1,S2,・・・SNを短絡した後のアンプ入力電圧Vinは、数1で表され、これは結果的に平均値を演算したことになる。このような演算は、重み付けする等、種々考えられる。前記のように、アレイ基板上で計算した結果のみ出力するようにすると、N個の光センサの値を出力する場合に比べて出力ピン数を少なくできるというメリットを有する。
That is, assuming that the voltages of the capacitors immediately before sampling by the
さらには、外光照度計測用光センサ12に対応したブラックマトリクスBMの開口部11にカラーフィルターを形成することも可能である。前記のように外光照度計測用光センサ12をアレイ基板2に作り込み、この出力を用いてバックライトの明るさを調光する場合、問題になるのが、外光照度計測用光センサ12の光の波長に対する感度と、人間の目の波長特性が必ずしも一致しないということである。このことは、例えば赤外あるいは紫外の領域が強い場合に、人間の目にとっては暗い環境でも、外光照度計測用光センサ12の出力は明るいかのようになってしまうという問題がある。例えば、暗い室内で赤外線を発する暖房器具が有る場合に、その赤外線を感じて外光照度計測用光センサ12の出力が大きく出てしまい、バックライトの明るさを必要以上に明るくしてしまうような誤動作が起きる。そこで、外光照度計測用光センサ12の配置されている場所にカラーフィルタを形成することで、赤外あるいは紫外の光を減衰させ、人間の目に感ずる波長の光を選択的にフォトセンサに入るようにすることで、この問題を改善させることができる。
Furthermore, a color filter can be formed in the
前記カラーフィルターを形成する場合、人間の目は、緑の波長に感度のピークがあるため、緑のカラーフィルタを形成するのが望ましい。また、青のカラーフィルタは、紫外を通しやすいが、一般に液晶表示素子に用いられる偏光板には紫外線のフィルタが入っているため、前記目的においては青のフィルタでも効果が得られる。また、ここでは赤緑青という加法混色の三原色のカラーフィルタを用いているが、減法混色のカラーフィルタの場合でも同様の効果が得られる。その場合、シアンの色が適する。 When forming the color filter, it is desirable for the human eye to form a green color filter because there is a sensitivity peak at the green wavelength. In addition, the blue color filter can easily transmit ultraviolet rays, but generally, a polarizing plate used in a liquid crystal display element contains an ultraviolet filter, so that the blue filter can be effective for the above purpose. In addition, although the additive color mixture of three primary colors of red, green and blue is used here, the same effect can be obtained even in the case of a subtractive color filter. In that case, a cyan color is suitable.
前記カラーフィルタを形成する場合、図23に示すように、カラーフィルタ無しの光センサPT、赤のカラーフィルタありの光センサPR、緑のカラーフィルタありの光センサPG、青のカラーフィルタありの光センサPBを所定の比率で設け、アンプ52がサンプリングする前にこれらの光センサを互いに短絡することにより、ディスプレイの用途(晒され得る環境光)に適した補正を自在に設定することが可能である。変形例として、カラーフィルタ無しの光センサPT、赤のカラーフィルタありの光センサPR、緑のカラーフィルタありの光センサPG、青のカラーフィルタありの光センサPBを均等な割合で設けておき、取りあえずそれらのセンサ出力を全てCPUに引き渡し、そこで重み付けをしながら平均化処理をしても良い。なお、前記カラーフィルターは、表示領域のカラーフィルターと同時に形成することが可能である。
When forming the color filter, as shown in FIG. 23, the light sensor PT without the color filter, the light sensor PR with the red color filter, the light sensor PG with the green color filter, and the light with the blue color filter. By providing sensors PB at a predetermined ratio and shorting these optical sensors together before sampling by the
図24及び図25は、特に表示装置(例えば液晶セル)の狭額縁化と高精度な調光を両立するのに適したシステム構成を示すものである。本例の場合、A/D変換回路53をLSI10に組み込み、さらに制御信号発生回路54は外部に設けたCPU81に組み込むようにしている。また、制御信号発生回路54の出力がバックライトコントローラ82に入力され、バックライト9の光量を制御するように構成されている。画像表示に際しては、画像データ91がCPU81からLSI10のA/D変換回路92へ送られ、さらにアレイ基板2上のアンプ93を介して画素94のスイッチング素子(薄膜トランジスタ)を駆動する。
24 and 25 show a system configuration particularly suitable for achieving both narrowing of the frame of a display device (for example, a liquid crystal cell) and high-precision light control. In the case of this example, the A /
本例の場合、A/D変換回路53はアレイ基板2上には形成しない。アレイ基板2上の回路は、シリコンウェハ上に形成される回路に比べてトランジスタの特性が劣るため、誤差が大きくなるからである。アレイ基板2上のアンプ52の出力をソースドライバ(LSI10)内に設けられたA/D変換回路53でデジタル化する方が、アレイ基板2上でデジタル化する場合より精度の点で有利となる。ソースドライバでは複雑な照度計算をしない方が良い。ソースドライバで複雑な計算をためには、ソースドライバにある程度ロジック回路を形成しなければならず、結果的にソースドライバの面積が大きくなり、液晶表示セルの下辺額縁面積が増大してしまう。CPU81はシステム内で最も微細なプロセスが用いられるため、複雑な照度計算をさせてもセット外形への影響が小さい。なお、CPU81は温度センサを有してもよい(補正に利用することができる)。
In the case of this example, the A /
以上、液晶表示装置を例として説明したが、本発明は有機ELディスプレイ等の発光型の表示装置でも有効である。外光の照度を検出して有機EL素子の発光輝度を制御することは、暗所での低消費電力化や、明所での視認性改善に有効である。 Although the liquid crystal display device has been described above as an example, the present invention is also effective for a light emitting display device such as an organic EL display. Controlling the light emission luminance of the organic EL element by detecting the illuminance of outside light is effective for reducing power consumption in a dark place and improving visibility in a bright place.
1 液晶表示装置、2 アレイ基板、3 対向基板、4 液晶層、11 開口部、12 外光照度計測用光センサ(光センサ)、13 温度センサ、4,15 遮光層、31 抵抗体、31a n−領域、31b n+領域、32,33 電極、41 バックライト照度計測用光センサ、42 全照度計測用光センサ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記アレイ基板上に外光照度を計測する光センサが設置されるとともに、温度センサが設置されていることを特徴とする表示装置。 In a display device that includes an array substrate on which a drive circuit is formed and has a predetermined display area,
An optical sensor for measuring the illuminance of external light is installed on the array substrate, and a temperature sensor is installed.
前記光センサのA/D変換回路と温度センサのA/D変換回路が同一形式とされ、同一の制御信号で制御されることを特徴とする請求項6記載の表示装置。 The outputs of the optical sensor and the temperature sensor are respectively input to the integrated circuit element through an A / D conversion circuit that converts an output signal into a digital signal and outputs the digital signal to the integrated circuit.
7. The display device according to claim 6, wherein the A / D conversion circuit of the optical sensor and the A / D conversion circuit of the temperature sensor have the same format and are controlled by the same control signal.
バックライトを備えていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の表示装置。 A liquid crystal display device comprising a counter substrate facing the array substrate, wherein a liquid crystal layer is sandwiched between the substrates to form a display region;
The display device according to claim 1, further comprising a backlight.
前記アレイ基板上に設置された光センサによって外光照度を計測するとともに、光センサの出力を温度センサの出力に基づいて補正し、前記表示領域の輝度調整を行うことを特徴とする表示装置の制御方法。
A method for controlling a display device including an array substrate on which a drive circuit is formed and having a predetermined display area,
Control of a display device characterized in that external light illuminance is measured by a photosensor installed on the array substrate, the output of the photosensor is corrected based on the output of the temperature sensor, and the brightness of the display area is adjusted. Method.
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