JP2008026688A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明にちらつき等があった場合にも正確な照度計算が可能で適正に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。
【解決手段】 表示のための駆動回路が形成されたアレイ基板２を備え、所定の表示領域を有する表示装置である。アレイ基板２上に外光照度を計測する光センサ１２が設置されるとともに、光センサ１２から出力される信号をフィルタリングするフィルタリング手段（加算回路７５及び上位ビットを出力する回路７６）及び光センサ１２から出力される信号を処理する処理回路（外部ＬＳＩ１０）を備える。光センサ１２から出力される信号がフィルタリング手段によってフィルタリングされた後、処理回路（外部ＬＳＩ１０）に供給される
【選択図】 図９

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等の表示装置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。

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。

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。

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。

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〜特許文献３等を参照）。

例えば、特許文献１には、第１及び第２基板と、この第１及び第２基板の間に挟持された液晶層と、前記第１及び第２基板の少なくとも一方の周辺部分に形成された第１及び第２の受光素子とを有する液晶表示パネルと、この液晶表示パネルに隣接して設置されたバックライトとを備えた液晶表示装置において、前記第１の受光素子は周囲の外光を検出するのに対し前記第２の受光素子は前記バックライトからの光を検出し、前記第１及び第２の受光素子の検出結果に基づいて前記バックライトの出力光量を調整する手段を有する液晶表示装置が開示されている。

特許文献２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３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。
特許第３０１５４００号公報 特開平４−１７４８１９号公報 特開平９−１４６０７３号公報

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、光センサからの出力のばらつきや不安定さ等に関して、十分な対策が講じられておらず、正確な輝度調節が難しいという問題を抱えている。

例えば、蛍光灯等の照明は、所定の周波数で発光することから、いわゆるちらつきが生じており、照度が時間変化している。したがって、光センサの露光タイミングとの関係により、実際よりも明るく検出したり、逆に実際よりも暗く検出するという事態が生ずる。このような検出誤差は、輝度を調節する上で大きな問題となり、表示輝度が実際の周囲の明るさと適合しなくなる等の問題が生ずるおそれがある。

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、例えば照度が時間変化しているような場合においても、正確に外光照度を把握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。

前述の目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、表示のための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、前記光センサから出力される信号をフィルタリングするフィルタリング手段及び前記光センサから出力される信号を処理する処理回路を備え、前記光センサから出力される信号が前記フィルタリング手段によってフィルタリングされた後、前記処理回路に供給されることを特徴とする。

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、照明等がちらついていた場合には、これだけで正確な外光照度を把握することは難しい。

そこで、本発明では、光センサとその出力信号を処理する処理回路の間に、フィルタリング手段を介在させている。フィルタリング手段によって光センサから出力される信号が平均化される。その結果、例えば照明等がちらついていたとしても安定した出力が行われ、処理回路によって正確な照度計算が行われる。

本発明によれば、照明のちらつき等があった場合にも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。

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。

（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。

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。

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。

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。

前述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。

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。

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の光センサ１２が設置されている。

図３は、前記外光照度計測用光センサ１２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。

前記外光照度計測用光センサ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ＳｉＮ_ｘやＳｉＯ_ｘ等からなるアンダーコート層２２を備える。

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。

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。

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。

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５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、前記光センサ１２、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に光センサ１２の出力を処理する処理回路（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。

図６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。

図７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の光センサ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７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。

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８に示す。

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８（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８（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。

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。

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。例えば、蛍光灯等の照明は所定の周波数でチラチラしている。つまり照度が時間変化している。光センサ１２の露光タイミングとの関係により、明るめに感じすぎたり、暗めに感じすぎたりする。そこで、本実施形態では、フィルタリング回路（フィルタリング手段）をガラス基板上に形成することによりこの問題に対して対策する。

図９はフィルタリング回路の回路ブロック図である。フィルタリング回路は、トリガ切替え回路７１と、複数のラッチ回路（ラッチＡ７２及びラッチＢ７３）と、カウンタ７４、加算回路７５及び上位ビットを出力する回路７６とから構成されている。ここで、ラッチＡ７２及びラッチＢ７３は、トリガ信号が入力された時のカウンタ値をラッチする。ラッチ回路は、ここでは２個とされているが、これより多くてもよい。加算回路７５は、複数回に亘るラッチ値を加算する。上位ビットを出力する回路７６により上位ビットを出力することにより、複数回分の平均化ができる。したがって、これら加算回路７５と上位ビットを出力する回路７６によってフィルタ回路（平均化回路）が構成されることになる。

外光照度の計測に際しては、１フレーム期間に１回のセンサ露光をする。トリガー切替え回路７１では、選択信号ＳＥＬが与えられ、これに基づいて光センサ１２から発せられるトリガ信号をラッチＡ７２に供給するかラッチＢ７３に供給するかを切り替える。具体的には、先ず、光センサ１２からのトリガ信号に基づいてカウンタ値がラッチＡ７２に格納される。次のトリガ信号はラッチＢ７３に格納される。例えば照明がチラチラしている場合にはラッチＡ７２とラッチＢ７３に異なるカウンタ値が格納される。照明がチラチラしていない場合にはラッチＡ７２とラッチＢ７３にはほぼ同じような値が格納される。

ラッチＡ７２のカウンタ値（Ｔａ）とラッチＢ７３のカウンタ値（Ｔｂ）は、加算回路７５で加算される（Ｔａ＋Ｔｂ）。次に、上位ビットを出力する回路７６に送られ、当該回路７６では最下位ビットを除いた上位ビットが出力される。すなわち、（Ｔａ＋Ｔｂ）／２が出力される。このようにしてフィルタリング（平均化）することにより、例えば照明がチラチラしていても安定した出力を行うことができる。

サンプリング数は、前述の構成例で２としたが、より多くても良い。サンプリング数を多くすることで、より安定した出力を得ることが可能となる。ただし、サンプリング数があまり多くなりすぎると、調光の応答が悪くなるという問題が生ずるおそれがある。調光の応答が悪くなると、明所から暗所に移動した場合に直ちに照度変化を認識できずに、少し遅れて認識されるようなことが起きてしまう。これらを考慮して、例えば１フレーム期間（１６．７ｍｓｅｃ）に１回の露光が行われる場合、１６フレーム程度サンプリングするとよい。その場合には、ラッチ回路（ラッチＡ、ラッチＢ・・・）を１６用意する。

なお、本実施形態では、フィルタリングをガラス基板（アレイ基板２）上に形成する回路で行う例を示したが、外部ＬＳＩ１０側でもフィルタリングを適宜行ってよい。また、ガラス基板上で１６フレームにわたるフィルタリングを行い、外部ＬＳＩ１０側でさらに平均化してもよい。

以上の構成を有する本実施形態の表示装置においては、照明のちらつき等があった場合にも正確な照度計算が可能であり、照度計算に基づい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である。

（第２の実施形態）
本実施形態も、光センサの出力のばらつきや不安定性を対策するものであるが、本実施形態では２つの光センサを設置し、これら光センサからの出力に基づいて調光を行うようにしている。いろいろなケースが考えられるが、特に光センサ１２の受光部にユーザーの手の影がかかり、実際には明るいのに光センサ１２は暗いと判断してしまう問題が有る。この対策としてアレイ基板２上に２個（もっと多くても良い）の光センサ１２Ａ，１２Ｂを設け、それらの出力の否定論理和「ＮＯＲ」を取り出すことにより正しく認識させる。

図１０は、アレイ基板２に形成された回路ブロック図である。光センサは２つ（光センサ１２Ａ及び光センサ１２Ｂ）有り、組合せ回路８１にその出力が入力される。光センサ１２Ａ，１２Ｂの出力は、照度に応じて異なる時間に反転する。組合せ回路８１はラッチ回路８２に対してトリガ信号を出力するが、光センサ１２Ａ，１２Ｂの出力が反転したときに組合せ回路８１はラッチ回路８２に対してトリガ信号を発する。ラッチ回路８２はトリガ信号が来たときのカウンタ８３からのカウンタ値をラッチする。その後、出力回路８３に転送され、出力回路８４はデータをシリアル出力して外部ＬＳＩ１０に渡す。

図１１は、図１０に示す回路ブロックの回路詳細図である。前述の通り、光センサを２つ（光センサ１２Ａ及び１２Ｂ）有しており、これらはいずれもコンパレータに接続されている。光センサ１２Ａ，１２ＢにはＶＤＤ（５Ｖ）が所定のタイミング（ＳＲＴがＨとなるとき）に充電される。また、コンパレータのキャパシタには、基準電圧Ｖｔｐが所定のタイミング（ＳＲＴがＨとなるとき）に充電される。ＳＲＴをＬとした後、外光照度に応じてＶＤＤ（５Ｖ）は光センサ１２Ａや光センサ１２Ｂを通してリークして低減する。コンパレータは光センサ１２Ａ，１２Ｂの出力が基準電圧Ｖｔｐ（４Ｖ）を下回ったときにＮＯＲ回路にＬ出力をする。このＨからＬへの変化をトリガ信号として用いる。

Ｃ１〜Ｃ４は４ビットのカウンタ回路である。ＣＬＫをカウントする。ＣＬＫとしては専用のクロックを用いても良いがゲート線駆動回路のクロックを用いることができる。Ｌ１〜Ｌ４はラッチ回路である。前記ＮＯＲ回路の出力がＨからＬに変化したときの前記カウンタ値を格納するように動作する。Ｓ１〜Ｓ４は前記ラッチ回路に保持されれた４ビットのカウンタ値をシリアル変換して出力するシフトレジスタ回路である。ＳＲＴをＨとすることにより前記ラッチ回路の各ビットをシフトレジスタＳ１〜Ｓ４に格納した後、ＳＲＴがＬとなりラッチ回路との接続が分離され、クロックに同期して最上位ビット（ＭＳＢ）から順に１ビットずつ出力される。

図１２は、前記図１１に示す回路における具体的な駆動タイミングである。ＬＣＤの映像表示の１フレーム期間に１回の調光出力がされるようにしている。なお、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌ４はＳＲＴが立ち下がった直後にリセットする回路を付加しても良い。また、本例では光センサを２個としたがより多くても良い。その場合はＮＯＲ回路の替わりに多数決回路を組合せ回路８１として用いることができる。

本実施形態においても、照明のちらつき等の対策として、フィルタリング回路（フィルタリング手段）を付加する。図１３は図１０の回路に加算回路８５及び上位ビットを出力する回路８６により構成される平均化回路を付け加えたものである。加算回路８５は複数回にわたるラッチ値を加算する。上位ビットを出力する回路８６から上位ビットを出力することにより複数回分の平均化ができる。これを外部ＬＳＩ１０に引き渡す。あるいは、図１４に示すように、光センサ１２Ａの出力をラッチＡ８２Ａに入力するとともに、光センサ１２Ｂの出力をラッチＢ８２Ｂに入力するようにし、加算回路８５及び上位ビットを出力する回路８６で平均化して外部ＬＳＩ１０に引き渡すようにしてもよい。

（その他の構成）
本発明は、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、前述のように、アレイ基板２には光センサ１２が設置されるが、光センサとして、前記外光照度計測用の光センサ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。

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の光センサ１２よりも小さく、例えば１／Ｐ（Ｐ＞１）とすることが好ましい。

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。

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、外光照度計測用の光センサ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。

あるいは、前記外光照度計測用の光センサ１２の他に温度センサを設け、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ようにしてもよい。

前記温度センサは、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１６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。

抵抗素子の構造としては、図１７（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。

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。

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。

温度センサ回路は、図１８に示すように、光センサ回路と同様、温度センサ９１、Ａ／Ｄ変換回路９３、及び御信号発生回路９４によって構成される。Ａ／Ｄ変換回路９３の構成は、光センサ回路のＡ／Ｄ変換回路５３と同様である。

図１９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９５とキャパシタ素子９６を備える。所定のタイミングでキャパシタ素子９６に所定の電圧Ｖｐｒｃがプリチャージされ、抵抗素子９５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９５に流れる。

前記温度センサ回路では、Ａ／Ｄ変換回路９３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９６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９５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。

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５３，９３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。

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。

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２０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２１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９１のＡ／Ｄ変換出力９３から、抵抗素子９５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１２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１２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１２や抵抗素子９５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。

また、例えば、前記外光照度計測用の光センサ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の光センサ１２を設置し、外光照度に応じてこれら外光照度計測用の光センサ１２を切り換えて照度を計測することも可能である。

具体的には、例えば図２２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２３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。

図２４及び図２５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２４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２５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１０１とセンサ選択回路１０２が設けられる。４ビットカウンタ１０１にはＺＳＴが入力され、４ビットカウンタ１０１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１０１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１０１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１０１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１０２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。

また、アレイ基板２上に形成される外光計測用の光センサ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２６乃至図２８に示す。図２６及び図２７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２８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。

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。

さらには、外光照度計測用の光センサ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、外光照度計測用の光センサ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、外光照度計測用の光センサ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の光センサ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、外光照度計測用の光センサ１２の配置されている場所にカラーフィルタを形成し、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。

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。

前記カラーフィルタを形成する場合、図２９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。

図３０及び図３１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ＣＰＵ１１１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１１２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１２１がＣＰＵ１１１からＬＳＩ１０のＡ／Ｄ変換回路１２２へ送られ、さらにアレイ基板２上のアンプ１２３を介して画素１２４のスイッチング素子（薄膜トランジスタ）を駆動する。

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。ＣＰＵ１１１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、ＣＰＵ１１１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）。

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。

本発明を適用した液晶表示装置の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明を適用した液晶表示装置の一例を模式的に示す概略平面図である。 光センサの設置部分を拡大して示す概略断面図である。 （ａ）はｎ−チャンネル薄膜トランジスタの概略断面図、（ｂ）はｐ−チャンネル薄膜トランジスタの概略断面図、（ｃ）はＰＩＮダイオード（光センサ）の概略断面図である。 光センサ回路の一例を示す回路図である。 光センサの回路図である。 光センサにおいて、キャパシタ素子の電圧（アンプ出力）が経時的に変化する様子を示す図である。 Ａ／Ｄ変換回路の一例を示す回路図であり、（ａ）はＶｓ＞Ｖｔｐである場合、（ｂ）はＶｓ＜Ｖｔｐである場合を示す。 フィルタリング手段の回路構成の一例を示す図である。 ２つの光センサを有する場合の回路ブロック図である。 図１０に示す回路ブロックの回路詳細図である。 図１１に示す回路における具体的な駆動タイミングである。 図１０に示す回路にフィルタリング手段を追加した場合の回路構成の一例を示す図である。 図１０に示す回路にフィルタリング手段を追加した場合の回路構成の他の例を示す図である。 光センサの設置部分を拡大して示す概略断面図であり、（ａ）はバックライト照度計測用光センサの設置状態を示し、（ｂ）は全照度計測用光センサの設置状態を示す。 ポリシリコンの抵抗値の温度依存性を示す特性図である。 抵抗素子の構成例を示すものであり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。 温度センサ回路の一例を示す回路図である。 温度センサの回路図である。 光センサに流れる電流の温度依存性を示す特性図である。 温度センサの抵抗値（相対値）の温度依存性を示す特性図である。 感度の異なる複数の光センサを設けた場合のセンサ回路の一例を示す回路図である。 感度の異なる複数の光センサを設けた場合の各光センサにおけるアンプ出力の経時変化の様子を示す図である。 複数の光センサの出力を取り出す場合のタイムシーケンスの一例を示す図である。 複数の光センサの出力を取り出す場合のアレイ基板上に設けられる回路の一例を示す図である。 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図である。 光センサの局所的なばらつきを平滑化するための構成における各光センサの回路図である。 光センサの局所的なばらつきが平滑化される様子を示す図である。 種々のカラーフィルタを設けた複数の光センサを有するセンサ回路の一例を示す回路図である。 狭額縁化と高精度な調光を両立するのに適した表示装置の概略構成を示す平面図である。 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図である。

符号の説明

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、７１ トリガ切替え回路、７２，８２Ａ ラッチＡ、７３，８２Ｂ ラッチＢ、７４，８３ カウンタ、７５，８５ 加算回路、７６，８６ 上位ビットを出力する回路、８２ ラッチ

Claims (8)

1. 表示のための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、前記光センサから出力される信号をフィルタリングするフィルタリング手段及び前記光センサから出力される信号を処理する処理回路を備え、
   前記光センサから出力される信号が前記フィルタリング手段によってフィルタリングされた後、前記処理回路に供給されることを特徴とする表示装置。
2. 前記フィルタリング手段は、前記アレイ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記フィルタリング手段は、光センサから出力されるトリガ信号に基づくカウンタ値を順に加算し、加算結果の上位ビットをシリアル出力することを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
4. 前記フィルタリング手段は、光センサから出力されるトリガ信号に基づいてカウンタ値を取り込むラッチ回路と、前記ラッチ回路に保持されたカウンタ値を加算する加算回路と、加算結果の上位ビットをシリアル出力する出力回路を備えることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
5. 前記フィルタリング手段は、さらにトリガ切り替え回路を備え、且つ前記ラッチ回路を複数備えることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
6. 前記アレイ基板に露光期間の異なる複数の光センサが設置されており、前記フィルタリング回路はこれら光センサのそれぞれの反応時間に対応する信号を平均化する回路であることを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
7. 前記フィルタリング手段は、光センサから出力されるトリガ信号に基づいてカウンタ値を取り込むラッチ回路と、前記ラッチ回路に保持されたカウンタ値を加算する加算回路と、加算結果の上位ビットをシリアル出力する出力回路を備えることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
8. 前記フィルタリング手段は、複数の光センサに対応して複数のラッチ回路を備えることを特徴とする請求項７記載の表示装置。
   

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