JP2007322830A - Display device and control method therefor - 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起電力センサを備えた新規な表示装置に関する。 The present invention relates to a display device such as a liquid crystal display device and a control method thereof, and more particularly to a novel display device including a photovoltaic sensor that monitors the illuminance of external light.
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、光センサとして外光照度に応じて光電流値が変化するフォトダイオードを用いるのが一般的であり、人間が感じる照度変化と光センサにおける光電流の変化とが必ずしも一致しないという問題がある。 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, in the above-described conventional technology, it is common to use a photodiode whose photocurrent value changes according to the illuminance of outside light as the photosensor, and the change in illuminance felt by humans and the change in photocurrent in the photosensor do not necessarily match. There is a problem of not.
調光機能は、照度範囲(例えば100ルクス〜10000ルクス)に対し所定のステップを設定し、照度が第何ステップにあるかを出力させるものである。このステップは、通常は照度に対して均等に分割設定されるが、照度の対数に対して均等に分割設定することが要求される場合がある。人間が感じる照度変化は、照度に対して線形ではなく、むしろ照度の対数的な変化に対して線形だからである。 A dimming function sets a predetermined step with respect to an illuminance range (for example, 100 lux to 10000 lux), and outputs what step the illuminance is in. This step is normally divided and set evenly with respect to the illuminance, but may be required to be divided and set evenly with respect to the logarithm of the illuminance. This is because the change in illuminance felt by humans is not linear with respect to illuminance, but rather is linear with respect to a logarithmic change in illuminance.
前述のように照度の対数に対してステップを均等に分割設定することを考えた場合、照度とほぼ比例して光電流が変化する光センサではこれに直接的に対応することは難しい。また、例えば演算回路の追加等により照度の対数に対してステップを均等に分割設定することも考えられるが、回路構成が複雑化する等の不都合があり、仮に演算回路を追加したとしても必ずしも要望される設定が実現されるとは限らない。 As described above, when it is considered to divide and set the steps evenly with respect to the logarithm of illuminance, it is difficult to directly cope with this in an optical sensor in which the photocurrent changes almost in proportion to the illuminance. In addition, for example, it may be possible to divide and set the steps evenly with respect to the logarithm of illuminance by adding an arithmetic circuit or the like, but there is a disadvantage that the circuit configuration becomes complicated, and even if an arithmetic circuit is added, it is not always desired The setting to be performed is not always realized.
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、人間が感じるように照度変化を把握することができ、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 it is possible to grasp a change in illuminance as perceived by humans and to appropriately control luminance (for example, the amount of light of a backlight). An object is to provide a simple display device.
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光起電力により外光照度を計測する光起電力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起電力センサによって外光照度を計測し、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, external light illuminance is generated on the array substrate by photovoltaic power. A photovoltaic sensor to be measured is installed. 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 a photovoltaic sensor installed on the array substrate. The illuminance of outside light is measured by means of adjusting the luminance of the display area.
本発明の表示装置では、光起電力センサによって外光照度を計測する。光起電力センサにおいては、光が照射されたときに光の照度に応じて起電力が発生する。ここで、光照射時に発生する起電力は、照度の対数に比例し、したがってその出力の変化は、人間が感じる照度変化に即したものとなる。 In the display device of the present invention, the ambient light illuminance is measured by the photovoltaic sensor. In the photovoltaic sensor, an electromotive force is generated according to the illuminance of light when light is irradiated. Here, the electromotive force generated at the time of light irradiation is proportional to the logarithm of the illuminance, and therefore the change in the output is in accordance with the illuminance change felt by humans.
本発明によれば、人間の目が感じるように照度変化を捉えること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、検出された照度変化に応じ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。また、前記照度変化の検出に際して複雑な演算回路等も不要であり、装置構成を簡略化することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the display apparatus which can catch an illumination intensity change so that a human eye may feel. Therefore, it is possible to appropriately control the brightness by appropriately adjusting the backlight according to the detected change in illuminance, etc., and to realize a display device that has excellent visibility and low power consumption in all environments. Is possible. In addition, a complicated arithmetic circuit or the like is not required for detecting the change in illuminance, and the apparatus configuration can be simplified.
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.
(第1の実施形態)
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。
(First embodiment)
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上に外光照度を計測する光起電力センサ12が設置されている。
The basic configuration of the liquid
図3は、前記光起電力センサ12の設置状態を示すものである。光起電力センサ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、光起電力センサ12に入射される。光起電力センサ12の下には、遮光層14が設けられ、バックライト9の光が光起電力センサ12に直接当たらないようになっている。
FIG. 3 shows the installation state of the
前記光起電力センサ12は、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。
The
図4は、アレイ基板2に形成される薄膜トランジスタ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を示す。
4 shows a configuration example of a thin film transistor 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、光起電力センサ12は、例えば図5に示すようなPIN構造を有する素子により構成され、前記素子の多結晶半導体層23Cには、図中横方向(面内方向)にP+領域23Ca、P−領域23Cb、N−領域23Cc、N+領域23Cdが形成され、P−領域23Cbの上部にはゲート電極28が設けられている。P+領域23Ca及びN+領域23CdにはAl等からなる電極29,30が接続されている。P+領域23CaをGND電位とし、ゲート電極28に所定のバイアス電圧(0V)を印加する。このようにすると光が照射されたときに、光の照度に応じてN+領域23Cdに形成された電極30に起電力が発生する。
On the other hand, the
図6は、ゲート電極に印加するバイアス電圧を0Vとした場合のN+電極30側に発生する起電力を照度の対数に対してプロットしたものである。光起電力センサ12の光照射時の起電力が照度の対数に比例していることがわかる。図5に示す素子を複数個直列することにより、起電力を素子数に応じて比例増加することができる。
FIG. 6 is a plot of the electromotive force generated on the N + electrode 30 side with respect to the logarithm of illuminance when the bias voltage applied to the gate electrode is 0V. It can be seen that the electromotive force during light irradiation of the
図7はこの光起電力を発生する素子を含む等価回路図であり、図8は回路を駆動するための制御信号のタイミングチャートである。この回路は低温ポリシリコンTFT技術を用いてLCDやOLED等のディスプレイのガラス基板上に画素TFTと同時形成することができる。 FIG. 7 is an equivalent circuit diagram including an element that generates this photovoltaic power, and FIG. 8 is a timing chart of control signals for driving the circuit. This circuit can be formed simultaneously with the pixel TFT on a glass substrate of a display such as an LCD or OLED using low-temperature polysilicon TFT technology.
素子31は図9に示すように複数個が直列接続されており、さらにこれら直列接続された素子31と並列にキャパシタ素子32が接続されている。各素子31に光起電力が発生すると、このキャパシタ素子32に電荷が保持される。キャパシタ素子32の電荷は、図7に示す等価回路において、制御信号R0がHとなったときにノードV0に接続されることによりリセットされる。キャパシタ素子32に蓄えられた電荷は、制御信号HSWがHとなったときにコンパレータに入力される。コンパレータは、キャパシタとインバータとインバータの入出力を接続したり分離したりすることができるアナログスイッチと、基準電圧Vtpをキャパシタに入力するアナログスイッチとを含む。制御信号HSWがHのときコンパレータの入出力は接続され、キャパシタの一方の端にはインバータの閾値電圧Vinvが保持される。
A plurality of
その後、制御信号HSWがLとなり、代わりに制御信号SRTがHとなることにより基準電位Vtpとの比較動作が行われる。基準電位Vtpがセンサとなる素子31の起電力より高いか否かによりインバータの出力論理が変化する。このとき、基準電位Vtpは1V、2V、3V、4Vと段階的に変化させる。ここで、1Vというのは照度10ルクスの起電力に相当するようにセンサ(素子31)の直列段数を決める。このように設定することにより、2Vが100ルクス、3Vが1000ルクス、4Vが1万ルクスに対応することになる。
Thereafter, the control signal HSW becomes L, and the control signal SRT becomes H instead, whereby the comparison operation with the reference potential Vtp is performed. The output logic of the inverter changes depending on whether or not the reference potential Vtp is higher than the electromotive force of the
このようなセンサとコンパレータの組が2組(3組以上でもよい。)設けられている。これら二組のセンサのデジタル出力はNOR回路に入力される。NOR回路の出力は、図8中矢印で示すタイミングでドライバICのレジスタ(4つ)に格納される。NOR回路を用いているため、一方のセンサが例えば不用意に手で覆われて影になっても、他方のセンサが外光を受光できていれば誤データがドライバICのレジスタに格納されることを回避できる。 Two sets (three or more sets) of such sensors and comparators are provided. The digital outputs of these two sets of sensors are input to the NOR circuit. The output of the NOR circuit is stored in the registers (four) of the driver IC at the timing indicated by the arrows in FIG. Since a NOR circuit is used, even if one of the sensors is inadvertently covered with a hand and becomes a shadow, if the other sensor can receive external light, erroneous data is stored in the register of the driver IC. You can avoid that.
ここで、ドライバICとは、外部CPU等から送信されるデジタル映像信号を受けて各画素に書き込むべきアナログ信号を出力するICである。図10は、調光センサとして光起電力センサ12が内蔵された液晶表示装置において、液晶表示装置のアレイ基板2の上に実装されたドライバIC(外部LSI10)と装置側のCPU33の関係を示すものである。本実施形態では、ドライバIC(外部LSI10)内にアレイ基板2からの調光信号を格納するレジスタを備える。レジスタの中身はCPU33からアクセスすることができる。CPU33はこの4つのレジスタを見て、液晶表示装置が設置されている場所の照度が、10ルクス、100ルクス、1000ルクス、1万ルクスのいずれであるのかを判定することができる。
Here, the driver IC is an IC that receives a digital video signal transmitted from an external CPU or the like and outputs an analog signal to be written to each pixel. FIG. 10 shows the relationship between the driver IC (external LSI 10) mounted on the
以上のような構成を有する本実施形態の表示装置(液晶表示装置)では、人間の目が感じるように照度変化を捉えることが可能である。すなわち、光起電力センサ12によって検出された照度変化に応じ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た液晶表示装置を実現することができる。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り、また前記照度変化の検出に際して複雑な演算回路等も不要であることから装置構成を簡略化することも可能である。
In the display device (liquid crystal display device) of the present embodiment having the above-described configuration, it is possible to capture the change in illuminance so that the human eye can feel it. In other words, it is possible to properly control the brightness by, for example, appropriately adjusting the backlight according to the illuminance change detected by the
(第2の実施形態)
本実施形態は、光起電力センサ12に起因する信頼性上の問題を対策するものである。光起電力センサ12は、外光照度が高いとき起電力が非常に大きくなり、例えば低温ポリシリコン薄膜トランジスタの回路系の電圧(例えば5V)を超えてしまう場合が生じる。このような事態が生ずると、個々の薄膜トランジスタに過剰なストレスが加わり、長期間のうちに個々の薄膜トランジスタの特性が変動してしまうという不都合が生ずるおそれがある。また、光起電力センサ12自体も、高いバイアスに晒され続けると、特性が経時変化してしまうおそれもある。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a problem in reliability caused by the
そこで、本実施形態においては、これらの信頼性上の問題の対策として保護ダイオードを設置している。すなわち、図11に示すように、直列接続され光起電力センサ12を構成する素子31の起電力が発生する端部に保護ダイオード34を接続する。保護ダイオード34の構成としては、具体的には例えば図12(a)や図12(b)に示す構成を採用することが可能である。例えば図12(a)に示す保護ダイオードの場合、光起電力センサ12の起電力が5Vを超えると保護ダイオードに電流が流れるように構成されており、この端の電位は5Vが上限となる。図12(b)に示す構成の保護ダイオードにおいても同様である。通常、保護ダイオードのサイズはW=6.5μmとされているが、保護ダイオードで発生する熱電流の影響があるため、サイズW=3μmとなるように保護ダイオードのサイズを小さくし熱電流の影響を減らすことで、良い結果が得られている。
Therefore, in the present embodiment, a protection diode is installed as a countermeasure against these reliability problems. That is, as shown in FIG. 11, the
(第3の実施形態)
本実施形態は、光起電力センサ12を内蔵する表示装置において、起電力の温度特性(温度依存性)の問題を対策するものである。
(Third embodiment)
In the present embodiment, the problem of the temperature characteristics (temperature dependence) of the electromotive force is countered in the display device incorporating the
温度センサは、前記光起電力センサ12に近接して配置され、光起電力センサ12と同等の環境下に設置される。これにより、温度センサの温度と光起電力センサ12の温度とがほぼ同じになり、光起電力センサ12の温度補償が可能となる。
The temperature sensor is disposed in the vicinity of the
ここで、温度センサは、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13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に利用する。 Here, the temperature sensor uses, for example, a resistance element formed using polysilicon as a thermal element. The resistance of polysilicon depends on temperature. For example, as shown in FIG. 13, the resistance value decreases as the temperature increases, and conversely, the resistance value tends to increase as the temperature decreases. This property is used for the temperature sensor.
抵抗素子の構造としては、図14(a),(b)に示すように、ポリシリコンからなる抵抗体41の両端に電極42,43を形成するだけでよい。前記光起電力センサ(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41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42,43を形成する。
As the structure of the resistance element, as shown in FIGS. 14A and 14B, it is only necessary to form
前記構造の抵抗素子において、抵抗体41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41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41のうち感熱素子として機能する領域41aをn−領域とし、両端部分41bをn+領域としている。電極42,43が接続される両端部分41b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
前述の光起電力センサ(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 photovoltaic sensor (PIN diode) 12 and the thin film transistor described above has dependency on both light and heat, the resistance element of the above structure has almost no dependency on light, and the resistance value. Since it does not change much with light, it functions as a temperature sensor having only thermal dependence.
温度センサ回路は、図15に示すように、温度センサ51、A/D変換回路53、及び御信号発生回路54によって構成される。A/D変換回路53の構成は、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16に示す。
As shown in FIG. 15, the temperature sensor circuit includes a
前記A/D変換回路53は、図16に示すように、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16(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16(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。
As shown in FIG. 16, the A /
図17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、抵抗素子55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55に流れる。
FIG. 17 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を計測する。そして、この時間ΔTから抵抗素子55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 the time ΔT until the output of 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
前述の通り、光起電力センサ12は、p−i−n型ダイオードのような構造を有し、i層に相当する不純物濃度が低い領域に光が照射されると、p−n間に起電力が生じる。光起電力は低濃度不純物領域に印加する電圧(Vgp)により変化し、電圧Vgpを一定にした場合に発生する光起電力は、図6に示すように、入射光照度の対数に比例する関係にあるため、光起電力の出力値により外光照度を計測できる。ただし、図18に示す通り、光起電力は温度が高くなるのに伴って次第に小さくなる温度特性を持っているため、同じ外光照度であっても温度によって異なる値を出力してしまうことになるため、温度補正が必要である。
As described above, the
そこで、本発明者らは、光起電力の温度特性について様々な調査を行うことにより、光起電力と電圧Vgpの関係が温度に依存していることを見出した。例えば図20に示す通り、光起電力−電圧Vgp特性において、電圧Vgp=0Vあるいは5V付近の傾きが温度に依存している。例えば、電圧Vgp=3〜5Vの範囲の傾きは、図22に示す通り温度の上昇に伴って増加する。 Therefore, the present inventors have found that the relationship between the photovoltaic power and the voltage Vgp depends on the temperature by conducting various investigations on the temperature characteristics of the photovoltaic power. For example, as shown in FIG. 20, in the photovoltaic power-voltage Vgp characteristic, the slope around the voltage Vgp = 0V or 5V depends on the temperature. For example, the gradient in the range of voltage Vgp = 3 to 5V increases as the temperature rises as shown in FIG.
ところで、この傾きは外光照度に対しても変化を示す。図19及び図21に示すように、照度が高くなるに従い傾きが増加するため、前記温度変化との切り分けができない。しかしながら、光起電力及び傾きの絶対値は温度に対しては共に単調増加を示すのに対し、照度に対しては光起電力が単調増加を示す一方、傾きは単調減少を示す。この関係を利用すると、例えば、光起電力と傾きの積を取った場合には、照度に対しては図23に示すように依存性をほとんど示さない一方、図24に示すように温度に対しては単調増加を示す。この光起電力と傾きの積と温度の関係を利用することで、照度の影響を受けずに温度をモニタすることが可能である。また、図6のような光起電力と外光照度の関係を温度毎に持っておけば、各温度での外光照度を正確に計測することが可能である。 By the way, this inclination also shows a change with respect to the illuminance of outside light. As shown in FIGS. 19 and 21, since the inclination increases as the illuminance increases, it cannot be separated from the temperature change. However, the absolute value of the photovoltaic force and the slope both monotonously increase with respect to the temperature, whereas the photovoltaic power monotonously increases with respect to the illuminance, whereas the slope monotonously decreases. Using this relationship, for example, when the product of the photovoltaic force and the slope is taken, the illuminance shows almost no dependence as shown in FIG. 23, whereas the dependence on temperature as shown in FIG. Shows a monotonous increase. By utilizing the relationship between the product of the photovoltaic force and the inclination and the temperature, it is possible to monitor the temperature without being affected by the illuminance. Further, if the relationship between the photovoltaic power and the external light illuminance as shown in FIG. 6 is maintained for each temperature, the external light illuminance at each temperature can be accurately measured.
なお、各温度での外光照度を正確に計測するためには、低濃度不純物領域に印加する電圧(Vgp)の設定も重要である。例えば、光起電力センサ12の照度100ルクス下での温度特性を図25に示す。不純物濃度が低い領域に印加する電圧をVgpとすると、光起電力センサ12で発生する光起電力の温度特性はVgpに依存する。図25は、Vgp=0Vでの温度特性であり、0℃から+40℃の範囲で20℃のときの起電力に比べ最大+60%となる。これに対し、図26は、Vgp=−5Vとした場合の光起電力センサ12の照度100ルクス下での温度特性である。この場合には、0℃から+40℃の範囲で20℃のときの起電力にくらべ最大+30%と、温度の影響が小さくなっている。このように、不純物濃度が低い領域に印加する電圧Vgpを0V→−5Vとすることで温度依存性を低減できることがわかる。
Note that setting the voltage (Vgp) applied to the low-concentration impurity region is also important for accurately measuring the illuminance of outside light at each temperature. For example, the temperature characteristics of the
一方、不純物濃度が低い領域に印加する電圧Vgpは、±5Vの耐圧以上を印加すると信頼性上問題が発生するため、−5V〜5Vの範囲で使用する必要がある。以上から、電源電圧ばらつき約10%を考慮し、Vgp=−4〜−5Vで使用すれば、信頼性上の問題がなく温度依存性を低減することができる。 On the other hand, the voltage Vgp applied to the region having a low impurity concentration causes a problem in reliability when a breakdown voltage of ± 5 V or more is applied, and therefore must be used in the range of −5 V to 5 V. From the above, considering the power supply voltage variation of about 10%, if it is used at Vgp = −4 to −5V, there is no problem in reliability and the temperature dependency can be reduced.
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、温度によらず正確な照度計算が可能である。したがって、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
以上、本発明を適用した実施形態について説明してきたが、本発明が前記各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。例えば、アレイ基板2には光起電力センサ12が設置されるが、光センサとして、前記光起電力センサ12に加えて、第2、第3の光起電力センサをアレイ基板2に設置することも可能である。第2、第3の光起電力センサとしては、例えばバックライトの照度を計測するための光起電力センサや、全ての光(外光及びバックライトの光)を計測する全照度計測用の光起電力センサを挙げることができる。
As mentioned above, although embodiment which applied this invention was described, this invention is not limited to said each embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the
また、例えば、前記光起電力センサ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光起電力センサ12を設置し、外光照度に応じてこれら光起電力センサ12を切り換えて照度を計測することも可能である。
In addition, for example, at least one
さらには、光起電力センサ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。前記のように光起電力センサ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、光起電力センサ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、光起電力センサ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光起電力センサ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、光起電力センサ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、この問題を改善することができる。
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、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, a photosensor PT without a color filter, a photosensor PR with a red color filter, a photosensor PG with a green color filter, and a photosensor PB with a blue color filter are formed at a predetermined ratio. By providing and shorting these optical sensors together before sampling by the amplifier, it is possible to freely set a correction suitable for the application of the display (environmental light that can be exposed). As a modified example, a photosensor PT without a color filter, a photosensor PR with a red color filter, a photosensor PG with a green color filter, and a photosensor PB with a blue color filter are provided at an equal ratio. For the time being, all the sensor outputs may be handed over to the CPU, and averaging processing may be performed while weighting. The color filter can be formed simultaneously with the color filter in the display area.
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 光起電力センサ、41 抵抗体、41a n−領域、41b n+領域、42,43 電極 1 liquid crystal display device, 2 an array substrate, 3 the counter substrate, 4 a liquid crystal layer, 11 opening, 12 photovoltaic sensor, 41 resistors, 41a n - region 41b n + regions, 42 and 43 electrodes
Claims (17)
前記アレイ基板上に光起電力により外光照度を計測する光起電力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,
A display device, wherein a photovoltaic sensor for measuring external light illuminance by photovoltaic power is installed on the array substrate.
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13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起電力センサによって外光照度を計測し、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,
A method for controlling a display device, comprising: measuring external light illuminance by a photovoltaic sensor installed on the array substrate and adjusting the luminance of the display region.
17. The display device control method according to claim 16, wherein the output of the photovoltaic sensor is corrected based on the output of the temperature sensor.
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