JP2009134258A - 表示装置および表示制御方法ならびに電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示装置に適用したフォトセンサにおける性能ばらつきによる検出誤差の影響を抑制して、表示領域へ与える光量を的確に調整すること。
【解決手段】本発明は、表示エリア１１の外光の光量を検出する第１のフォトセンサＰＳ１と、遮光時の暗電流を検出する第２のフォトセンサＰＳ２と、第１のフォトセンサＰＳ１と第２のフォトセンサＰＳ２との選択を行う切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、選択された第１のフォトセンサＰＳ１または第２のフォトセンサＰＳ２の出力と所定の基準値との比較を行うコンパレータ１０２と、第１のフォトセンサＰＳ１によるコンパレータ１０２の比較結果と、第２のフォトセンサＰＳ２によるコンパレータ１０２の比較結果との差分を演算し、この演算結果に応じて表示領域へ与える光量を制御する制御手段とを備える表示装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定の映像を表示する表示装置およびその表示装置を制御する表示制御方法ならびに表示装置を用いた電子機器に関する。
従来、液晶表示装置の調光制御用に用いられるフォトセンサには、次のようなものが用いられている。すなわち、アモルファスシリコンＴＦＴを用いる液晶表示装置の場合、図２１に示すように、センサ出力に定電流回路を接続し、電流を電圧に変換して光電流を検出している。
また、低温ポリシリコン（以下、「ＬＴＰＳ」と言う。）では、基板上に回路形成が可能なため、図２２や図２３に示すように、センサ出力にコンパレータを接続した回路構成も可能であり、回路面積も小さくできることから、画素周辺への配置が可能となっている。
特開２００７−０１８４５８号公報
しかし、ＬＴＰＳを用いた表示装置においてフォトセンサを適用する場合、次のような問題がある。
問題点(a)…単結晶シリコンよりもフォトセンサ（トランジスタ）のリーク量（暗電流）が大きい。
問題点(b)…フォトセンサの光リーク量（明電流）が小さい。
問題点(c)…同一液晶表示装置（パネル）内でフォトセンサや比較器等の素子の性能ばらつき（個体差）が大きい。
問題点(d)…フォトセンサの暗電流の温度変化がある。
以上の要因を解決しなければ、ＬＴＰＳを用いた液晶表示装置に精度の良いフォトセンサを作ることは困難である。
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、外光の光量を検出する第１の検出素子と、遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子と、第１の検出素子と第２の検出素子とのいずれか一方を選択する選択手段と、選択手段によって選択された第１の検出素子または第２の検出素子の出力と所定の基準値との比較を行う比較器と、選択手段によって第１の検出素子が選択された場合の比較器による第１の比較結果と、第２の検出素子が選択された場合の比較器による第２の比較結果との差を演算し、この演算結果に応じて表示領域へ与える光量を制御する制御手段とを備える表示装置である。
このような本発明では、外光の光量を検出する第１の検出素子の出力と所定の基準値との比較、および遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子の出力と所定の基準値との比較を１つの比較器で行うことから、比較器の性能ばらつきによる影響をなくすことができる。
本発明では、１つの比較器によって２つの比較結果を得ることから、選択手段によって第１の検出素子または第２の検出素子を選択し、時分割によって２つの比較結果を得ることができるようになる。
また、第１の検出素子の出力を比較器で比較する場合の所定の基準値と、第２の検出素子の出力を比較器で比較する場合の所定の基準値とを切り替えることで、両検出素子の性能ばらつきによる演算結果の誤差を抑制できることになる。
また、選択手段によって第１の検出素子が選択された場合と第２の検出素子が選択された場合とで両検出手段に共通で接続される付加容量の切り替えを行うことにより、外光の光量を検出する場合と暗電流を検出する際の両検出素子の検出時間を調整できることになる。
ここで、検出素子としては、受光量に応じた電流を出力できる素子であり、ダイオード構成のものやトランジスタ構成のものが挙げられる。
また、本発明は、外光の光量を検出する第１の検出素子と、遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子とを備える表示装置の表示制御方法において、第２の検出素子によって遮光時の暗電流を検出し、所定の基準値との比較によって遮光時の比較値を算出する工程と、第１の検出素子によって周辺の光量に応じた電流を検出し、所定の基準値との比較によって受光時の比較結果を算出する工程と、受光時の比較結果と遮光時の比較結果との差を演算し、この演算結果に応じて表示領域へ与える光量を制御する工程とを備える表示制御方法である。
このような本発明では、外光の光量を検出する第１の検出素子の出力と所定の基準値との比較、および遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子の出力と所定の基準値との比較を１つの比較器で行うにあたり、第１の検出素子での比較と第２の検出素子での比較とを切り替えて行うことから、比較器の性能ばらつきによる影響をなくすことができる。
また、本発明は、筐体に表示装置が設けられた電子機器において、表示装置が、外光の光量を検出する第１の検出素子と、遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子と、第１の検出素子と第２の検出素子とのいずれか一方を選択する選択手段と、選択手段によって選択された第１の検出素子または第２の検出素子の出力と所定の基準値との比較を行う比較器と、選択手段によって第１の検出素子が選択された場合の比較器による第１の比較結果と、第２の検出素子が選択された場合の比較器による第２の比較結果との差を演算し、この演算結果に応じて表示領域へ与える光量を制御する制御手段とを備えるものである。
このような本発明では、外光の光量を検出する第１の検出素子の出力と所定の基準値との比較、および遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子の出力と所定の基準値との比較を１つの比較器で行うことから、比較器の性能ばらつきによる影響をなくすことができ、表示領域へ与える光量を精度良く制御できるようになる。
本発明によれば、次のような効果がある。すなわち、ＬＴＰＳを用いた表示装置においてフォトセンサを適用する場合、各素子の性能ばらつきによる検出誤差の影響を抑制して、表示領域へ与える光量を的確に調整することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
＜表示装置の概要＞
図１は、本実施形態に係る表示装置の概略構成図である。すなわち、本実施形態の表示装置であるディスプレイパネル１０は、表示エリア（センサエリア）１１と、表示用Ｈ（水平）方向の走査を行う選択スイッチ１２と、表示用Ｖ（垂直）方向を走査するＶドライバ１３と、ディスプレイドライバ１４と、センサドライバ１５と、複数のフォトセンサＰＳとを備えている。
表示エリア（センサエリア）１１は、図示しないバックライトからの光を変調して表示光を出射する。複数のフォトセンサＰＳは、表示エリア１１の周辺に配置されており、センサドライバ１５によって駆動している。ディスプレイドライバ１４とセンサドライバ１５とは集積回路化されており、基板上にチップ部品として実装される。
選択スイッチ１２は、ディスプレイドライバ１４から供給される表示駆動用の表示信号および制御クロックに基づいて、Ｖドライバ１３と共に表示エリア１１内の各画素の液晶素子を線順次駆動するものである。
表示エリア１１の周辺には、複数のフォトセンサＰＳが配置されている。フォトセンサＰＳはダイオード構成やトランジスタ構成から成り、例えば、表示エリア１１に形成される駆動素子と同一基板上に形成される。
ディスプレイパネル１０はケーブルによって外部のインタフェース（例えば、ディスプレイインタフェース、ＣＰＵインタフェース）とバックライトコントローラとに接続され、これらからの制御信号や映像信号によって駆動することになる。
図１に示す例では、表示エリア１１の隅部に対応して４つのフォトセンサＰＳが設けられているが、少なくとも２つのフォトセンサが設けられていればよく、１つは外光の光量を検出する第１のフォトセンサ、他の１つは遮光時の暗電流を検出する第２のフォトセンサとなる。本実施形態では、これらのフォトセンサによる検出結果に基づき、バックライトの光量を制御部（バックライトコントローラ）が制御することになる。
図２は、本実施形態に係る他の表示装置の概略構成図である。図２に示す表示装置であるディスプレイパネル１０は、先に説明した図１に示すディスプレイパネル１０とフォトセンサＰＳの配置が異なること以外は同様である。すなわち、図２に示すディスプレイパネル１０では、フォトセンサＰＳが表示エリア１１内に配置され、表示エリア１１内に配置されたフォトセンサＰＳによって外光の光量を検出する。
図２に示す例では、表示エリア１１内の４つのフォトセンサＰＳが設けられているが、少なくとも２つのフォトセンサが設けられていればよい。そのうち１つフォトセンサＰＳは表示エリア１１内に配置され、他の１つのフォトセンサＰＳは表示エリア１１もしくは表示エリア１１の周辺に設けられている。
ここで、表示エリア１１内に配置されるフォトセンサＰＳは、外光の光量を検出する第１のフォトセンサ、表示エリア１１内もしくは表示エリア１１の周辺に設けられる他のフォトセンサＰＳは遮光時の暗電流を検出する第２のフォトセンサとなる。本実施形態では、これらのフォトセンサによる検出結果に基づき、バックライトの光量を制御部（バックライトコントローラ）が制御することになる。
次に、上記表示装置における２つのフォトセンサの具体的な適用例について説明する。
＜第１実施形態：コンパレータ特性の個体差の影響を無くすための構成＞
本実施形態は、表示エリアの近傍もしくは表示エリア内で同一基板上に形成されるフォトセンサであって、外光の光量を検出する第１のフォトセンサと遮光時の暗電流を検出する第２のフォトセンサとの出力を演算する構成において、第１のフォトセンサと第２のフォトセンサとを切り替えて同一のコンパレータ（比較器）を用いて検出結果を保持しておき、差分演算回路でこれらの差分を求める回路構成となっている。
ここで、図２３に示す従来例では、暗電流は自動的に除去されるが、図２２の方法を用いた場合には出力側で暗電流の除去が必要になる。暗電流を除去するためには、フォトセンサを２個配置し片側のセンサを光が当たらないようにカラーフィルタ(Black)で遮光する。遮光したセンサの出力は暗電流分のみとなるため、光を当てたセンサの出力との差分を演算する事で、明電流だけを算出することができるようになる。
しかし、従来の構造をＬＴＰＳで実現した場合、コンパレータは個体差が大きく、出力に差が出てしまうという問題がある。
そこで、本実施形態では、図３に示すように、調光側、遮光側のそれぞれのフォトセンサＰＳ１、ＰＳ２の出力に切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２をつけて、同じコンパレータ１０２を用いて時分割で読み出すことで、コンパレータ１０２の誤差を除去することが可能となり、さらには回路面積削減の効果を得ることもできる。
＜第１実施形態に係る表示装置による表示制御方法＞
上記のように、本実施形態に係る表示装置には、外光の光量を検出する第１のフォトセンサＰＳ１と、遮光時の暗電流を検出する第２のフォトセンサＰＳ２とが設けられており、これらの検出結果と所定の基準値との比較を一つのコンパレータ１０２で行う構成である。このため、第１のフォトセンサＰＳ１と第２のフォトセンサＰＳ２とを切り替えるとともに、コンパレータ１０２を時分割で動作させる。
先ず、第１のフォトセンサＰＳ１の切り替えスイッチＳＷ１をＯＦＦ、第２のフォトセンサＰＳ２の切り替えスイッチＳＷ２をＯＮにする。この状態で、第２のフォトセンサＰＳ２のリセットを１度ＯＮ／ＯＦＦして検出を開始する。第２のフォトセンサＰＳ２には黒のカラーフィルタが設けられていることから、遮光時の暗電流の計測となる。検出結果はコンパレータ１０２の一方の入力に送られる。また、コンパレータ１０２の他方の入力には第２のフォトセンサＰＳ２を選択した際に用いる所定の基準値が入力されている。
そして、検出開始から第２のフォトセンサＰＳ２の検出値が所定の基準値を超えるまでの時間（例えば、ステップ数）をカウントし、差分演算回路１０４のメモリに記憶する。
次に、第２のフォトセンサＰＳ２の切り替えスイッチＳＷ２をＯＦＦ、第１のフォトセンサＰＳ１の切り替えスイッチＳＷ１をＯＮにする。この状態で、第１のフォトセンサＰＳ１のリセットを１度ＯＮ／ＯＦＦして検出を開始する。第１のフォトセンサＰＳ１は周辺の光を受けることができ、明光時の電流を計測することになる。検出結果はコンパレータ１０２の一方の入力に送られる。また、コンパレータ１０２の他方の入力には第１のフォトセンサＰＳ１を選択した際に用いる所定の基準値が入力されている。
そして、検出開始から第１のフォトセンサＰＳ１の検出値が所定の基準値を超えるまでの時間（例えば、ステップ数）をカウントし、差分演算回路１０４のメモリに記憶する。
次に、差分演算回路１０４のメモリに記憶された第１のフォトセンサＰＳ１での検出結果と第２のフォトセンサＰＳ２での検出結果とを読み出し、差分演算回路１０４によって第１のフォトセンサＰＳ１での検出結果から第２のフォトセンサＰＳ２での検出結果を差し引く演算を行う。これにより、明光時の検出結果から暗電流の分を差し引いた結果を得ることができる。そして、この演算結果に基づき、表示エリア１１（図１参照）に照射されるバックライトの光量をバックライトコントローラによって制御する。例えば、周辺の光量が多いほどバックライトの光量を増加し、反対に外光の光量が少ないほどバックライトの光量を減少させる。
このように、２つのフォトセンサＰＳ１、ＰＳ２についての検出結果を一つのコンパレータ１０２によって比較し、その値を用いて演算することから、コンパレータ１０２の特性ばらつきによる影響を受けることなく、正確な光量検出を行うことが可能となる。
＜第２実施形態：フォトセンサ特性の個体差の影響を無くすための構成＞
図４は、第２実施形態に係る表示装置の主要部を説明する回路図である。この表示装置は、外光の光量を検出する第１のフォトセンサＰＳ１、遮光時の暗電流を検出する第２のフォトセンサＰＳ２、第１のフォトセンサＰＳ１と第２のフォトセンサＰＳ２とを切り替える切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２、コンパレータ１０２を備える点で第１実施形態（図３参照）と同様であるが、第１のフォトセンサＰＳ１および第２のフォトセンサＰＳ２とに共通する出力線に接続される付加容量Ｃが可変となっている点、コンパレータ１０２の基準値が可変となっている点で相違する。
本実施形態の表示装置における付加容量Ｃは、第１のフォトセンサＰＳ１が選択された場合と第２のフォトセンサＰＳ２が選択された場合とで切り替え可能となっている。また、本実施形態の表示装置におけるコンパレータ１０２の基準値も、第１のフォトセンサＰＳ１が選択された場合と第２のフォトセンサＰＳ２が選択された場合とで切り替え可能となっている。
ここで、第１のフォトセンサＰＳ１と第２のフォトセンサＰＳ２とによって光量の検出を行う場合、第１のフォトセンサＰＳ１と第２のフォトセンサＰＳ２とで素子の特性に個体差があると、その出力の精度が低下してしまう原因となる。
そこで、本実施形態では、フォトセンサＰＳ１、ＰＳ２の素子の個体差を調整する手段として、上記のような付加容量Ｃの可変およびコンパレータ１０２の基準値の可変を行うことができる構成をとっている。
このような構成では、表示装置について初期キャリブレーションを行い、その値をフィードバックすることで、フォトセンサＰＳ１、ＰＳ２の素子の個体バラツキを吸収させることができる。例えば、初期キャリブレーション（例えば、製品出荷時のキャリブレーション）において、第１のフォトセンサＰＳ１で暗電流を検出した際の検出結果と、第２のフォトセンサＰＳ２で暗電流を検出した際の検出結果とが一致するよう付加容量Ｃもしくは基準値を調整する。
具体的には、付加容量Ｃの調整を行う場合、先ず、コンパレータ１０２の基準値をｒｅｆ１の一定にするとともに第１のフォトセンサＰＳ１で一定の付加容量Ｃ（ここでは、Ｃ１と言う。）にした場合の暗電流を検出し、コンパレータ１０２による比較結果を求める。
次いで、先と同じコンパレータ１０２の基準値ｒｅｆ１を用い、第２のフォトセンサＰＳ２で暗電流を検出してコンパレータ１０２による比較結果を求める。この際、付加容量Ｃを可変して、先に検出した第１のフォトセンサＰＳ１での比較結果と一致する付加容量Ｃ（ここでは、Ｃ２と言う。）を決定する。
また、基準値の調整を行う場合、先ず、付加容量ＣをＣ１に固定するとともにコンパレータ１０２の基準値をｒｅｆ１の一定に設定する。そして、第１のフォトセンサＰＳ１で暗電流を検出し、コンパレータ１０２による比較結果を求める。次いで、先と同じ付加容量Ｃ１において第２のフォトセンサＰＳ２で暗電流を検出してコンパレータ１０２による比較結果を求める。この際、コンパレータ１０２の基準値を可変して、先に検出した第１のフォトセンサＰＳ１での比較結果と一致する基準値（ここでは、ｒｅｆ２と言う。）を決定する。
そして、第１のフォトセンサＰＳ１に対応する付加容量Ｃ１もしくは基準値ｒｅｆ１と、第２のフォトセンサＰＳ２に対応する付加容量Ｃ２もしくは基準値ｒｅｆ２とを記憶しておき、実際の光量計測の際に適用する。
＜第２実施形態に係る表示装置による表示制御方法＞
上記のように、本実施形態に係る表示装置には、外光の光量を検出する第１のフォトセンサＰＳ１と、遮光時の暗電流を検出する第２のフォトセンサＰＳ２とが設けられており、これらの検出結果と所定の基準値との比較を一つのコンパレータ１０２で行う構成である。このため、第１のフォトセンサＰＳ１と第２のフォトセンサＰＳ２とを切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２によって切り替えるとともに、コンパレータ１０２を時分割で動作させる。また、予め、第１のフォトセンサＰＳ１に対応する付加容量Ｃ１もしくは基準値ｒｅｆ１と、第２のフォトセンサＰＳ２に対応する付加容量Ｃ２もしくは基準値ｒｅｆ２とが記憶されていることを前提とし、これらを切り替えて測定を行う。
先ず、第１のフォトセンサＰＳ１の切り替えスイッチＳＷ１をＯＦＦ、第２のフォトセンサＰＳ２の切り替えスイッチＳＷ２をＯＮにする。また、予め記憶してある第２のフォトセンサＰＳ２に対応する付加容量Ｃ２もしくは基準値ｒｅｆ２を設定し、この状態で、第２のフォトセンサＰＳ２のリセットを１度ＯＮ／ＯＦＦして検出を開始する。第２のフォトセンサＰＳ２には黒のカラーフィルタが設けられていることから、遮光時の暗電流の計測となる。検出結果はコンパレータ１０２の一方の入力に送られる。また、コンパレータ１０２の他方の入力には第２のフォトセンサＰＳ２を選択した際に用いる所定の基準値ｒｅｆ２が入力されている。
そして、検出開始から第２のフォトセンサの検出値が所定の基準値ｒｅｆ２を超えるまでの時間（例えば、ステップ数）をカウントし、差分演算回路１０４のメモリに記憶する。
次に、第２のフォトセンサＰＳ２の切り替えスイッチＳＷ２をＯＦＦ、第１のフォトセンサＰＳ１の切り替えスイッチＳＷ１をＯＮにする。また、予め記憶してある第１のフォトセンサＰＳ１に対応する付加容量Ｃ１もしくは基準値ｒｅｆ１を設定し、この状態で、第１のフォトセンサＰＳ１のリセットを１度ＯＮ／ＯＦＦして検出を開始する。第１のフォトセンサＰＳ１は周辺の光を受けることができ、明光時の電流を計測することになる。検出結果はコンパレータ１０２の一方の入力に送られる。また、コンパレータ１０２の他方の入力には第１のフォトセンサＰＳ１を選択した際に用いる所定の基準値ｒｅｆ１が入力されている。
そして、検出開始から第１のフォトセンサＰＳ１の検出値が所定の基準値ｒｅｆ１を超えるまでの時間（例えば、ステップ数）をカウントし、差分演算回路１０４のメモリに記憶する。
次に、差分演算回路１０４のメモリに記憶された第１のフォトセンサＰＳ１での検出結果と第２のフォトセンサＰＳ２での検出結果とを読み出し、差分演算回路１０４（図３参照）によって第１のフォトセンサＰＳ１での検出結果から第２のフォトセンサＰＳ２での検出結果を差し引く演算を行う。これにより、明光時の検出結果から暗電流の分を差し引いた結果を得ることができる。そして、この演算結果に基づき、表示エリア１１（図１参照）に照射されるバックライトの光量をバックライトコントローラによって制御する。例えば、外光の光量が多いほどバックライトの光量を増加し、反対に外光の光量が少ないほどバックライトの光量を減少させる。
このように、２つのフォトセンサＰＳ１、ＰＳ２について、各々付加容量Ｃ１、Ｃ２もしくは基準値ｒｅｆ１、ｒｅｆ２を設定して検出を行い、その検出結果を一つのコンパレータ１０２によって比較することから、２つのフォトセンサＰＳ１、ＰＳ２で特性ばらつき、およびコンパレータ１０２の特性ばらつきによる影響を受けることなく、正確な光量検出を行うことが可能となる。
なお、２つのフォトセンサＰＳ１、ＰＳ２の特性ばらつきを抑制する構成として、上記の付加容量Ｃもしくは基準値の切り替えのほか、以下のようなものが考えられる。
（１）２つのフォトセンサ（もしくはそのうちのいずれか一方）の素子サイズを可変する機能を備え、これらのフォトセンサの素子サイズを外部より制御できる回路を内蔵する。図５は、第２のフォトセンサの素子サイズを変更できる構成を示す回路図である。第２のフォトセンサＰＳ２を並列で複数設けておき、これらのいくつを設けるかをスイッチによって選択できるようにしておく。この選択は、予め初期キャリブレーションで求めておき、第２のフォトセンサＰＳ２を用いた光量（暗電流）検出の際に適用する。選択する素子サイズは、予め不揮発性メモリに記録した値に設定するようにしてもよい。また、スイッチの代わりにヒューズを設け、選択する素子サイズに合わせてヒューズを焼き切るようにしてもよい。
（２）表示エリアと同一基板上に形成されるフォトセンサであって、フォトセンサの素子特性に合わせてフォトセンサの素子の電源電圧を変化できる構成。
（３）２つのフォトセンサ（もしくはそのうちいずれか一方）のリセット時にフォトセンサに与える電圧を可変する機能を備え、フォトセンサに与える電圧を外部より制御できる回路を内蔵する。そして、予め初期キャリブレーションでリセット時に与える電圧を求めておき、フォトセンサを用いた光量（暗電流）検出の際に適用する。
＜第３実施形態：温度や外光照度による分解能低下を回避する構成＞
本実施形態は、図４、図５に示す構成の表示装置を用いて、温度や外光照度によるフォトセンサの分解能低下を回避する手法である。
ＬＴＰＳでは、図６に示すように、暗電流（トランジスタリーク）の特性に激しい温度特性を持っている。したがって、図４や図５に示す表示装置の構成において、フォトセンサの素子に流れる電流を容量にチャージしてコンパレータを通して時間として出力するセンサ回路の場合、高温側で暗電流が増大してしまうと容量にチャージされる電荷が増えるため、出力時間が短くなり検出分解能が低下するという問題がある。
そこで、本実施形態では、図４、図５に示す表示装置に用いられる外部から容量選択可能な付加容量Ｃを利用し、温度や外光照度によるフォトセンサの分解能低下を回避する。
すなわち、高温時や高照度時に付加容量Ｃにすぐに電荷が溜まってしまい、分解能が低下するような状況では、外部からの制御で付加容量Ｃを増加させ、付加容量Ｃに電荷がチャージされる時間を延ばすようにして、フォトセンサの分解能を上げるようにする。また、逆に電流が少ない低温や低照度時には、付加容量Ｃを小さくするようにして、付加容量Ｃに電荷がチャージする時間を制御し、測定時間を短縮するようにしている。
このような付加容量Ｃの切り替え制御は、先に説明した第２のフォトセンサＰＳ２による暗電流の検出および第１のフォトセンサＰＳ１による周辺光量の検出を行う前のイニシャライズ期間に行う。イニシャライズ期間としては、例えば、表示エリア１１（図１参照）で画像を表示する際の垂直ブランキング期間が挙げられる。
＜第３実施形態に係る表示装置による表示制御方法＞
次に、本実施形態の表示装置による具体的に表示制御方法を説明する。前述したように、ＬＴＰＳの暗電流は激しい温度特性を持っている。このため、図４に示す表示装置において、遮光測定側のフォトセンサ（第２のフォトセンサＰＳ２）と明光測定側のフォトセンサ（第１のフォトセンサＰＳ１）とを別々に用いて測定し、その出力の差分を演算して明電流を測定する場合、分解能を確保するために付加容量Ｃを可変させれば良いが、温度変化が大きいため付加容量Ｃの設定幅を大きくしなければならず、最適な容量を選ぶことが困難である。
そこで、本実施形態では、次のような方法によって最適な付加容量Ｃの選択を行い、表示制御を実現している。
先ず、遮光測定側である第２のフォトセンサＰＳ２をキャリブレーション時と同じ設定で測定し、その値と比較することで暗電流の変化を測定することができる。つまり、キャリブレーション時は一定の温度環境下で暗電流の検出を行っていることから、第２のフォトセンサＰＳ２での暗電流の検出値とキャリブレーション時の検出値との比較によって、これを温度変化に換算することができる。
図７は、これを前提とした本実施形態の表示制御方法の流れを説明する図である。初めに、イニシャライズとして、第２のフォトセンサの選択、キャリブレーション時のコンパレータ基準値および付加容量の選択を行う。その後、第２のフォトセンサによって遮光時の電流を測定する（第１計測ステップ）。
次に、イニシャライズとして、第２のフォトセンサの選択、キャリブレーション時のコンパレータ基準値の選択、第１ステップでの第２のフォトセンサによる測定結果とキャリブレーション時の測定結果との比率から、暗電流量を推測して最適容量を選択し、その後、もう一度第２のフォトセンサで遮光時の電流を測定する（第２計測ステップ）。
次いで、イニシャライズとして、第１のフォトセンサの選択、キャリブレーション時のコンパレータ基準値の選択、上記最適容量の選択を行い、その後、第１のフォトセンサによって周辺光量を測定する（第３計測ステップ）。そして、上記測定結果から以下の演算式によって照度を算出する。
Ｌout＝Ｌ0×ＳL×Ｓbk／（Ｓbk−ＳL）／Ｓc
ここで、
Ｌout：出力照度［lx］
Ｓbk：キャリブレーション時の第２のフォトセンサによる遮光時の暗電流によるコンパレータ出力値［時間（例えば、step）］
ＳL：キャリブレーション時の第１のフォトセンサによる一定照度Ｌ0［lx］を当てたときの電流によるコンパレータ出力値［時間（例えば、step）］
また、上記式のＳcは次のようになる。
Ｓc＝Ｓt×ＳRTbk／（Ｓtbk−Ｓt）
ここで、
Ｓt：実際の測定で光を当てた際の第１のフォトセンサの電流値によるコンパレータ出力値［時間（例えば、step）］
Ｓtbk：実際の測定で遮光時の第２のフォトセンサの電流値によるコンパレータ出力値［時間（例えば、step）］
ＳRTbk：キャリブレーション時と同じ付加容量に設定した状態で実際の測定を行った場合の遮光時の第２のフォトセンサの電流値によるコンパレータ出力値［時間（例えば、step）］
そして、上記第１計測ステップ〜第３計測ステップを１サイクルとして、上記演算式により連続的に照度の算出を行う。これにより、温度や外光照度による分解能低下を回避して正確な照度を求めることが可能となる。
本実施形態の表示装置では、上記実施形態によって求めた照度を用いて、表示エリア１１（図１参照）に照射するバックライトの光量をバックライトコントローラによって制御する。例えば、求めた照度が明るいほどバックライトの光量を多く、反対に求めた照度が暗いほどバックライトの光量を少なく調整する。
本実施形態による照度の算出およびバックライトの光量制御は、表示エリア１１に画像を表示するタイミングと独立して行ってもよいが、画像表示に悪影響を与えないように、および表示画像の内容や表示駆動自体がセンサに影響を与えないように、ならびにシステム構成の容易性の観点から一定の処理については画像表示のタイミングに合わせて行うことが望ましい。
図８は、表示エリアへの画像表示とフォトセンサでの検出のタイミングを示す図である。表示エリアへの画像表示は、垂直ブランキング期間と表示期間とを１フィールドとして繰り返し行われる。図８に示す例では４つのフォトセンサが設けられており、各フォトセンサは、上記説明した第１計測ステップ〜第３計測ステップを繰り返し実行する。第１計測ステップ〜第３計測ステップの１サイクルは図中破線枠で示される。この際、各ステップにおけるイニシャライズを画像表示における垂直ブランキング期間で行う。これにより、画像表示への影響を与えないように、および表示画像の内容や表示駆動自体がセンサに悪影響を与えないようにすることができる。
また、各フォトセンサにおいて、検出期間（active）の長さは光量によって異なっている。これは受光光量によってコンパレータ出力値に差が出るためである。
図９は、イニシャライズ期間の動作タイミングを説明する図である。先に説明したように、各フォトセンサは、各計測ステップにおけるイニシャライズを画像表示の垂直ブランキング期間内で行っている。すなわち、イニシャライズとしては、差分演算回路のメモリのリセットおよび各種データの入力である。入力するデータは、第１のフォトダイオードと第２のフォトセンサのうちいずれを選択するかの情報、選択するコンパレータ基準値の情報、選択する付加容量の情報である。
そして、各フォトセンサによって検出した値を用いて表示エリアの外光の光量（照度）を算出し、この光量（照度）に基づき図１に示すバックライトコントローラがバックライトの光量を制御することになる。
＜電子機器＞
本実施形態に係る表示装置は、図１０に示すようにフラット型のモジュール形状のものを含む。例えば絶縁性の基板上に、液晶素子、薄膜トランジスタ、薄膜容量、受光素子等からなる画素をマトリックス状に集積形成した画素アレイ部を設ける、この画素アレイ部（画素マトリックス部）を囲むように接着剤を配し、ガラス等の対向基板を貼り付けて表示モジュールとする。この透明な対向基板には必要に応じて、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等を設けてもよい。表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するためのコネクタとして例えばＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）を設けてもよい。
以上説明した本実施形態に係る表示装置は、図１１〜図１５に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本実施形態が適用される電子機器の一例について説明する。
図１１は、本実施形態が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１２０やフィルターガラス１３０等から構成される映像表示画面部１１０を含み、その映像表示画面部１１０として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作成される。
図１２は、本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
図１３は、本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
図１４は、本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
図１５は、本実施形態が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
＜表示撮像装置＞
本実施形態に係る表示装置は、以下のような表示撮像装置に適用可能である。また、この表示撮像装置は、先に説明した各種電子機器に適用可能である。図１６には、表示撮像装置の全体構成を表すものである。この表示撮像装置は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００と、バックライト１５００と、表示ドライブ回路１２００と、受光ドライブ回路１３００と、画像処理部１４００と、アプリケーションプログラム実行部１１００とを備えている。
Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００は、複数の画素が全面に渡ってマトリクス状に配置された液晶パネル（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））からなり、線順次動作をしながら表示データに基づく所定の図形や文字などの画像を表示する機能（表示機能）を有すると共に、後述するようにこのＩ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体を撮像する機能（撮像機能）を有するものである。また、バックライト１５００は、例えば複数の発光ダイオードが配置されてなるＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の光源であり、後述するようにＩ／Ｏディスプレイ２０００の動作タイミングに同期した所定のタイミングで、高速にオン・オフ動作を行うようになっている。
表示ドライブ回路１２００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において表示データに基づく画像が表示されるように（表示動作を行うように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。
受光ドライブ回路１３００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において受光データが得られるように（物体を撮像するように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。なお、各画素での受光データは、例えばフレーム単位でフレームメモリ１３００Ａに蓄積され、撮像画像として画像処理部１４へ出力されるようになっている。
画像処理部１４００は、受光ドライブ回路１３００から出力される撮像画像に基づいて所定の画像処理（演算処理）を行い、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）を検出し、取得するものである。なお、この検知する処理の詳細については後述する。
アプリケーションプログラム実行部１１００は、画像処理部１４００による検知結果に基づいて所定のアプリケーションソフトに応じた処理を実行するものであり、例えば検知した物体の位置座標を表示データに含むようにし、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００上に表示させるものなどが挙げられる。なお、このアプリケーションプログラム実行部１１００で生成される表示データは表示ドライブ回路１２００へ供給されるようになっている。
次に、図１７を参照してＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の詳細構成例について説明する。このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００は、表示エリア（センサエリア）２１００と、表示用Ｈドライバ２２００と、表示用Ｖドライバ２３００と、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００と、センサ用Ｖドライバ２４００とを有している。
表示エリア（センサエリア）２１００は、バックライト１５００からの光を変調して表示光を出射すると共にこのエリアに接触または近接する物体を撮像する領域であり、発光素子（表示素子）である液晶素子と後述する受光素子（撮像素子）とがそれぞれマトリクス状に配置されている。
表示用Ｈドライバ２２００は、表示ドライブ回路１２００から供給される表示駆動用の表示信号および制御クロックに基づいて、表示用Ｖドライバ２３００と共に表示エリア２１００内の各画素の液晶素子を線順次駆動するものである。
センサ読み出し用Ｈドライバ２５００は、センサ用Ｖドライバ２４００と共にセンサエリア２１００内の各画素の受光素子を線順次駆動し、受光信号を取得するものである。
次に、図１８を参照して、表示エリア２１００における各画素の詳細構成例について説明する。この図１８に示した画素３１００は、表示素子である液晶素子と受光素子とから構成されている。
具体的には、表示素子側には、水平方向に延在するゲート電極３１００ｈと垂直方向に延在するドレイン電極３１００ｉとの交点に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）などからなるスイッチング素子３１００ａが配置され、このスイッチング素子３１００ａと対向電極との間に液晶を含む画素電極３１００ｂが配置されている。そしてゲート電極３１００ｈを介して供給される駆動信号に基づいてスイッチング素子３１００ａがオン・オフ動作し、オン状態のときにドレイン電極３１００ｉを介して供給される表示信号に基づいて画素電極３１００ｂに画素電圧が印加され、表示状態が設定されるようになっている。
一方、表示素子に隣接する受光素子側には、例えばフォトダイオードなどからなる受光用のセンサ３１００ｃが配置され、電源電圧ＶＤＤが供給されるようになっている。また、この受光センサ３１００ｃには、リセットスイッチ３１００ｄとコンデンサ３１００ｅが接続され、リセットスイッチ３１００ｄによってリセットされながら、コンデンサ３１００ｅにおいて受光量に対応した電荷が蓄積されるようになっている。そして蓄積された電荷は読み出しスイッチ３１００ｇがオンとなるタイミングで、バッファアンプ３１００ｆを介して信号出力用電極３１００ｊに供給され、外部へ出力される。また、リセットスイッチ３１００ｄのオン・オフ動作はリセット電極３１００ｋにより供給される信号により制御され、読み出しスイッチ３１００ｇのオン・オフ動作は、読出し制御電極３１００ｋにより供給される信号により制御される。
次に、図１９を参照して、表示エリア２１００内の各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００との接続関係について説明する。この表示エリア２１００では、赤（Ｒ）用の画素３１００と、緑（Ｇ）用の画素３２００と、青（Ｂ）用の画素３３００とが並んで配置されている。
各画素の受光センサ３１００ｃ，３２００ｃ，３３００ｃに接続されたコンデンサに蓄積された電荷は、それぞれのバッファアンプ３１００ｆ，３２００ｆ，３３００ｆで増幅され、読み出しスイッチ３１００ｇ，３２００ｇ，３３００ｇがオンになるタイミングで、信号出力用電極を介してセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００へ供給される。なお、各信号出力用電極には定電流源４１００ａ，４１００ｂ，４１００ｃがそれぞれ接続され、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００で感度良く受光量に対応した信号が検出されるようになっている。
次に、表示撮像装置の動作について詳細に説明する。
まず、この表示撮像装置の基本動作、すなわち画像の表示動作および物体の撮像動作について説明する。
この表示撮像装置では、アプリケーションプログラム実行部１１００から供給される表示データに基づいて、表示用ドライブ回路１２００において表示用の駆動信号が生成され、この駆動信号により、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に対して線順次表示駆動がなされ、画像が表示される。また、このときバックライト１５００も表示ドライブ回路１２００によって駆動され、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００と同期した点灯・消灯動作がなされる。
ここで、図２０を参照して、バックライト１５００のオン・オフ状態とＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の表示状態との関係について説明する。
まず、例えば１／６０秒のフレーム周期で画像表示がなされている場合、各フレーム期間の前半期間（１／１２０秒間）にバックライト１５００が消灯し（オフ状態となり）、表示が行われない。一方、各フレーム期間の後半期間には、バックライト１５００が点灯し（オン状態となり）、各画素に表示信号が供給され、そのフレーム期間の画像が表示されるようになっている。
このように、各フレーム期間の前半期間は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００から表示光が出射されない無光期間である一方、各フレーム期間の後半期間は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００から表示光が出射される有光期間となっている。
ここで、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００に接触または近接する物体（例えば、指先など）がある場合、受光ドライブ回路１３００による線順次受光駆動により、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００における各画素の受光素子においてその物体が撮像され、各受光素子からの受光信号が受光ドライブ回路１３００へ供給される。受光ドライブ回路１３００では、１フレーム分の画素の受光信号が蓄積され、撮像画像として画像処理部１４へ出力される。
そして画像処理部１４００では、この撮像画像に基づいて、以下説明する所定の画像処理（演算処理）を行い、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）が検出される。
本実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 本実施形態に係る他の表示装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る表示装置の主要部を説明する回路図である。 第２実施形態に係る表示装置の主要部を説明する回路図である。 第２のフォトセンサの素子サイズを変更できる構成を示す回路図である。 暗電流の温度特性を示す図である。 第３実施形態に係る表示制御方法の流れを説明する図である。 表示エリアへの画像表示とフォトセンサでの検出のタイミングを示す図である。 イニシャライズ期間の動作タイミングを説明する図である。 フラット型のモジュール形状の例を示す模式図である。 本実施形態が適用されるテレビを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。 本実施形態が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る表示撮像装置の構成を表すブロック図である。 図１に示したＩ／Ｏディスプレイパネルの構成例を表すブロック図である。 各画素の構成例を表す回路図である。 各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバとの接続関係を説明するための回路図である。 バックライトのオン・オフ状態と表示状態との関係について説明するためのタイミング図である。 従来例を説明する図（その１）である。 従来例を説明する図（その２）である。 従来例を説明する図（その３）である。
符号の説明
１０…ディスプレイパネル、１１…表示エリア、１２…選択スイッチ、１３…Ｖドライバ、１４…ディスプレイドライバ、１５…センサドライバ、１０２…コンパレータ、１０４…差分演算回路、ＰＳ…フォトセンサ、ＰＳ１…第１のフォトセンサ、ＰＳ２…第２のフォトセンサ、ＳＷ１…切り替えスイッチ、ＳＷ２…切り替えスイッチ

Claims (8)

  1. 外光の光量を検出する第１の検出素子と、
    遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子と、
    前記第１の検出素子と前記第２の検出素子とのいずれか一方を選択する選択手段と、
    前記選択手段によって選択された前記第１の検出素子または前記第２の検出素子の出力と所定の基準値との比較を行う比較器と、
    前記選択手段によって前記第１の検出素子が選択された場合の前記比較器による第１の比較結果と、前記第２の検出素子が選択された場合の前記比較器による第２の比較結果との差を演算し、この演算結果に応じて前記表示領域へ与える光量を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とする表示装置。
  2. 前記選択手段によって前記第１の検出素子が選択された場合と前記第２の検出素子が選択された場合とで前記比較器に入力される前記所定の基準値の切り替えを行う基準値切り替え手段を備える
    ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
  3. 前記選択手段によって前記第１の検出素子が選択された場合と前記第２の検出素子が選択された場合とで両検出手段に共通で接続される付加容量の切り替えを行う付加容量切り替え手段を備える
    ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
  4. 外光の光量を検出する第１の検出素子と、遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子とを備える表示装置の表示制御方法において、
    前記第２の検出素子によって遮光時の暗電流を検出し、所定の基準値との比較によって遮光時の比較値を算出する工程と、
    前記第１の検出素子によって周辺の光量に応じた電流を検出し、所定の基準値との比較によって受光時の比較結果を算出する工程と、
    前記受光時の比較結果と前記遮光時の比較結果との差を演算し、この演算結果に応じて前記表示領域へ与える光量を制御する工程と
    を備えることを特徴とする表示制御方法。
  5. 前記第２の検出素子で電流を検出する場合と、前記第１の検出素子で電流を検出する場合とで、前記比較結果を算出する際に適用する所定の基準値の切り替えを行う
    ことを特徴とする請求項４記載の表示制御方法。
  6. 前記第２の検出素子で電流を検出する場合と、前記第１の検出素子で電流を検出する場合とで、両検出素子に共通で接続される付加容量の切り替えを行う
    ことを特徴とする請求項４記載の表示制御方法。
  7. 前記表示領域の周囲温度に応じて前記付加容量を設定する
    ことを特徴とする請求項６記載の表示制御方法。
  8. 筐体に表示装置が設けられた電子機器において、
    前記表示装置は、
    外光の光量を検出する第１の検出素子と、
    遮光時の暗電流を検出する第２の検出素子と、
    前記第１の検出素子と前記第２の検出素子とのいずれか一方を選択する選択手段と、
    前記選択手段によって選択された前記第１の検出素子または前記第２の検出素子の出力と所定の基準値との比較を行う比較器と、
    前記選択手段によって前記第１の検出素子が選択された場合の前記比較器による第１の比較結果と、前記第２の検出素子が選択された場合の前記比較器による第２の比較結果との差を演算し、この演算結果に応じて前記表示領域へ与える光量を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とする電子機器。
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