JP2009109288A

JP2009109288A - 光検出回路

Info

Publication number: JP2009109288A
Application number: JP2007280616A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tada; 正浩多田; Taku Nakamura; 卓中村; Hiroyoshi Hayashi; 宏宜林; Masayoshi Fuchi; 正芳淵; Takayuki Imai; 貴之今井
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-21
Also published as: US8076631B2; KR20090043457A; TWI395179B; TW200929133A; US20090108179A1

Abstract

【課題】安定した光検出回路を提供する。
【解決手段】２つの外光照度を検出する光センサ２０ａ，２０ｄと２つの遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃとを縦横互い違いに配置し、光センサ２０ａ，２０ｄの出力と光センサ２０ｂ，２０ｃの出力との差分を取る。これにより、素子毎のバラツキや温度分布による熱電流の違いを補正して外光照度の検出を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電流を考慮して照度を検出する光検出回路に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力という特徴を持つことから、情報機器や携帯端末の表示装置として多用されている。液晶表示装置は、明るい表示画面を実現するために、液晶パネルの背面から照射光を照射するバックライトを備えたものが多い。十分な視認性を得るために必要なバックライトの照度は、暗い場所と明るい場所とでは異なっている。光センサを備えて外光照度を検出し、バックライトの照度を調整する表示装置が知られている（特許文献１参照）。

光センサを液晶パネルの基板に一体形成すると、液晶表示装置の小型化に有利であるが、低温ポリシリコン技術により液晶パネルに一体形成された光センサは、熱電流の影響を受けやすく正確な外光照度の検出が難しいという問題があった。そこで、特許文献１では、外光を受けて外光照度を検出する第１の光センサの他に、外光を遮光して熱電流を検出する第２の光センサを備え、２つの光センサの差分をとることで、より正確に外光照度を検出している。
特開２００７−１１４３１５号公報

しかしながら、素子本来のバラツキや、それぞれの光センサを配置した位置における温度分布により、第１の光センサと第２の光センサの熱電流が一致しない場合があり、安定した光検出回路が構成できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、光センサ素子の特性にバラツキがある場合でも安定した光検出回路を構成することにある。

本発明に係る光検出回路は、外光を入射する並列に接続された第１、第２の光センサと、外光を遮光する遮光部が設けられ並列に接続された第３、第４の光センサと、第１、第２の光センサの出力と第３、第４の光センサの出力との差分を取る差分回路と、を備え、第１の光センサの横方向に第３の光センサが配置され、第１の光センサの縦方向に第４の光センサが配置されており、第２の光センサは第３の光センサの縦方向であって第４の光センサの横方向に配置されることを特徴とする。

本発明にあっては、外光を入射する第１、第２の光センサと外光が遮光された第３、第４の光センサとを縦横互い違いに配置することにより、素子毎のバラツキや温度分布による熱電流の違いを補正して光電流を検出し、安定して外光照度の検出を行うことが可能となる。

上記光検出回路において、第１、第２の光センサと第３、第４の光センサとは縦横互い違いの市松模様状に配置されることが望ましい。

本発明によれば、光センサ素子の特性にバラツキがある場合でも安定した光検出回路を構成することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における光検出回路を備えた表示装置の構成を示す平面図である。同図に示す表示装置１は、表示領域１１と、表示領域１１の周辺部の周辺領域１２とで構成され、周辺領域１２の３箇所に光検出部２０を備える。周辺領域１２には、バックライトから放射された光が漏れないように遮光層が設けられる。光検出部２０に対応する遮光層には開口部が設けられる。外光は、この開口部を通って光検出部２０に入射する。表示装置１は、各光検出部２０で検出された外光照度に応じてバックライトの照度を調整する。このとき、すべての光検出部２０で検出された外光照度を用いてもよいし、検出された外光照度のうち１つを選択して用いてもよい。

次に、本実施の形態における光検出回路について説明する。図２は、光検出回路が有する光センサの配置を示す平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ部に対応した光センサの断面の構成を示す模式図である。図３においては、基板、アンダーコート層および絶縁層を省略し、メタル層、半導体層のみを図示している。

図２に示すように、光検出部２０は、近接して配置した４つの光センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで構成される。その内２つの光センサ２０ｂ，２０ｃは外光を遮光する遮光層２６を備える。光センサ２０ａの横方向に遮光された光センサ２０ｃが配置され、光センサ２０ａの縦方向には遮光された光センサ２０ｂが配置される。また、光センサ２０ｄは、遮光された光センサ２０ｃの縦方向であって遮光された光センサ２０ｂの横方向に配置される。つまり、光センサ２０ａ，２０ｄと遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃは、基板平面上に縦横互い違いの市松模様状に配置される。光センサ２０ａ，２０ｄには、外光照度に比例した光電流と熱電流が流れるので、遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃにより熱電流を検出して補正し、光センサ２０ａ，２０ｄに流れる光電流を検出して外光照度を求める。

光センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄには、ＰＩＮ構造を有するゲート制御型の薄膜ダイオードを用いる。光センサ２０ａは、基板に形成されたアンダーコート層上に多結晶半導体層２７を有する。多結晶半導体層２７には、ｐ^＋領域、ｉ（intrisic）領域およびｎ^＋領域が形成される。ｉ領域の上には、絶縁層を介してゲート電極２３が形成される。ｐ^＋領域はコンタクトホールを介してアノード電極２２が接続される。ｎ^＋領域はコンタクトホールを介してカソード電極２１が接続される。なお、光センサ２０ｄも同様な構成である。

遮光された光センサ２０ｃも同様に、多結晶半導体層２８、ゲート電極２５を有し、ｐ^＋領域にはアノード電極２２が接続され、ｎ^＋領域にはカソード電極２４が接続される。光センサ２０ｃは、外光を遮光する遮光層２６を多結晶半導体層２８の上方に備える。遮光層２６は、ＰＩＮダイオードの上に遮光性金属層を形成するものでもよいし、光センサ２０ｃを形成した基板に対向して配置される対向基板にブラックマトリクス層を形成するものでもよい。なお、光センサ２０ｂも同様な構成である。

従来のように、遮光されていない光センサと遮光された光センサの１組で外光照度を検出して熱電流を補正する場合、素子の特性のバラツキなどにより熱電流が一致しないことがあり、安定した光検出回路が構成できなかった。素子の特性は、行あるいは列ごとにバラつくことが多いので、遮光されていない光センサ２０ａ，２０ｄと遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃとを縦横互い違いに配置する。これにより、素子毎のバラツキを吸収し、安定した光検出回路を構成することができる。また、光センサの近辺に熱源が存在し、行あるいは列ごとに温度分布が異なる場合も同様に、熱電流のバラツキを吸収することができる。

遮光されていない光センサ２０ａ，２０ｄと遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃに流れるセンサ電流は、次式のように表すことができる。

センサ電流ａ＝熱電流ａ＋光電流ａ
センサ電流ｂ＝熱電流ｂ
センサ電流ｃ＝熱電流ｃ
センサ電流ｄ＝熱電流ｄ＋光電流ｄ
行あるいは列ごとに素子の特性がバラつき、縦方向あるいは横方向に隣接する光センサに流れる熱電流が異なる場合でも、光センサ２０ａ，２０ｄと遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃが縦横互い違いに配置されていることから、熱電流ａ＋熱電流ｄ−（熱電流ｂ＋熱電流ｃ）＝０が成り立つので、センサ電流ａ，ｄとセンサ電流ｂ，ｃの差分を取ることで安定して光電流ａ，ｄを検出することが可能である。

次に、本実施の形態における光検出回路の動作について説明する。図４は、本実施の形態における光検出回路の回路図である。同図に示す光検出回路は、並列に接続された２つの光センサ２０ａ，２０ｄと並列に接続された２つの遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃとを有する光検出部２０と、光センサ２０ａ，２０ｄに並列に接続されたキャパシタ素子３３と、遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃに並列に接続されたキャパシタ素子３４と、キャパシタ素子３３，３４に充電するタイミングを制御するスイッチング素子３１，３２と、キャパシタ素子３３，３４の電位を出力するスイッチング素子３５，３６と、キャパシタ素子３３，３４の電位の差分を得る差動アンプ３７とを備える。

まず、スイッチング素子３１，３２をオンにする。これにより、キャパシタ素子３３，３４に所定の電圧ＶＤＤがプリチャージされる。続いて、スイッチング素子３１，３２をオフにする。光センサ２０ａ，２０ｄに光電流ａ，ｄと熱電流ａ，ｄとを含むセンサ電流ａ，ｄが流れるため、キャパシタ素子３３の電位が低下する。一方、キャパシタ素子３４の電位は、光センサ２０ｂ，２０ｃに熱電流ｂ，ｃが流れるため低下する。そして、スイッチング素子３５，３６をオンにして、差動アンプ３７にキャパシタ素子３３，３４の電位を入力し、その差分を得る。このように、光センサ２０ａ，２０ｄのセンサ電流ａ，ｄから遮光した光センサ２０ｂ，２０ｃにより検出した熱電流ｂ，ｃを相殺することにより、外光照度に比例した光電流ａ，ｄをより正確に検出することができるので、熱電流の影響を抑制して外光照度を検出することが可能となる。

なお、光検出回路の出力は、増幅器により増幅され、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換されてバックライトの照度の調整に用いられる。

図５は、光センサの別の配置を示す平面図である。同図に示す光センサは、図２に示した光センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄをそれぞれ分割したものである。このように、光センサの数は、外光照度を検出する光センサと遮光された光センサのそれぞれを２つづつ、合計４つの光センサを１組みとして増やすことができる。光センサを増やすときは、遮光されない光センサと遮光された光センサが縦横互い違いになるように配置する。これにより、縦方向あるいは横方向ごとに異なる素子の特性のバラツキや温度分布による熱電流の影響を抑制することができる。光センサを増やす際には、図６に示すように、外光照度を検出する光センサ６１と遮光された光センサ６２を市松模様状に配置することが望ましい。

したがって、本実施の形態によれば、２つの外光照度を検出する光センサ２０ａ，２０ｄと２つの遮光された光センサ２０ｂ，２０ｃとを縦横互い違いに配置することにより、素子毎のバラツキや温度分布による熱電流の違いを補正することができるので、安定して外光照度の検出を行う光検出回路を提供することができる。

一実施の形態における光検出回路を備えた表示装置の構成を示す平面図である。一実施の形態における光検出回路が有する光センサの配置を示す平面図である。図２のＡ−Ａにおける断面の構成を示す模式図である。上記光検出回路の回路構成を示す回路図である。一実施の形態における別の光検出回路が有する光センサの配置を示す平面図である。さらに別の光検出回路の光センサの配置を示す平面図である。

符号の説明

１…表示装置
１１…表示領域
１２…周辺領域
２０…光検出部
２０ａ…光センサ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…光センサ
２１，２４…カソード電極
２２…アノード電極
２３，２５…ゲート電極
２６…遮光層
２７，２８…多結晶半導体層
３１，３２…スイッチング素子
３３，３４…キャパシタ素子
３５，３６…スイッチング素子
３７…差動アンプ
６１，６２…光センサ

Claims

外光を入射する並列に接続された第１、第２の光センサと、
前記外光を遮光する遮光部が設けられ並列に接続された第３、第４の光センサと、
前記第１、第２の光センサの出力と前記第３、第４の光センサの出力との差分を取る差分回路と、を備え、
前記第１の光センサの横方向に前記第３の光センサが配置され、前記第１の光センサの縦方向に前記第４の光センサが配置されており、前記第２の光センサは前記第３の光センサの縦方向であって前記第４の光センサの横方向に配置されることを特徴とする光検出回路。
前記第１、第２の光センサと前記第３、第４の光センサとは縦横互い違いの市松模様状に配置されることを特徴とする請求項１記載の光検出回路。