JP2009265074A - 光検出装置、電気光学装置及び電子機器並びに光劣化補正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光検出用トランジスタを有し、当該光検出用トランジスタに対する照射光量に応じた信号を出力する光センサ部と、光検出用トランジスタと隣接して配置されていると共に光検出用トランジスタと同一プロセスで形成された閾値検出用トランジスタを有し、当該閾値検出用トランジスタの閾値電圧を検出する閾値電圧検出部と、光センサ部の出力信号を基に照射光量に関するセンサ出力値を生成するセンサ出力値生成部と、光劣化に起因するセンサ出力値の変化を補正するための補正係数と閾値電圧との対応関係に基づいて、閾値電圧検出部にて検出された閾値電圧に対応する補正係数を決定する補正係数決定部と、補正係数決定部にて決定された補正係数に基づいてセンサ出力値を補正する補正処理部とを備える。
【選択図】図1
Description
本願発明者は、光検出用トランジスタの光劣化の進行度に対するセンサ出力値の変化と、光検出用トランジスタの光劣化の進行度に対する閾値電圧の変化との関係から、閾値電圧は光検出用トランジスタの光劣化状態を指し示す指標であり、この閾値電圧を知ることができれば、これに応じた補正係数をセンサ出力値に掛け合わせることにより、光劣化の進行度に拘わらず、常に一定の(言い換えれば光劣化のない状態と同等の)センサ出力値が得られることを見出した。
光検出用トランジスタの閾値電圧を検出するためには、光検出用トランジスタと同一の電気的特性を有し、且つ光検出用トランジスタと同条件の光曝露となる(つまり光検出用トランジスタと隣接配置される)閾値検出用トランジスタを設け、その閾値電圧を検出すれば良い。そして、両方のトランジスタの特性を一致させるためには同一のプロセスで製造すれば良いため、特殊なプロセスは不要であり、また、トランジスタの閾値電圧を検出するための回路は比較的簡単な回路で実現できるため、補正処理を行うための複雑なアナログ回路や信号源等を設ける必要はない。
従って、本発明に係る光検出装置によれば、光劣化補正機能の実現に要するコストを低減しつつ検出精度の向上を図ることが可能となる。
補正係数と閾値電圧との対応関係はほぼ直線的な関数で表されるため、複雑な演算式とはならない。つまり、この演算式を用いた補正係数の算出処理に要する演算回路も小規模なものとなりコストの低減に寄与する。一方、補正係数と閾値電圧との対応関係をルックアップテーブルで保存しておく場合は、それなりのメモリ容量は必要となるが、補正係数の算出処理に要する演算回路が不要となるため、コスト低減の寄与度という観点では演算式を用いた場合と大差はない。従って、光検出装置の仕様に応じて、演算式を用いるかルックアップテーブルを用いるかは適宜選択すれば良い。
上記のような光センサ部の構成では、光検出用トランジスタの光リーク電流によってコンデンサに充電した電位が所定の電位に低下するまでの時定数を、光検出用トランジスタに対する照射光量に関するセンサ出力値として得ることができるようになる。また、閾値電圧検出部は、閾値検出用トランジスタと抵抗素子との2素子だけで構成されていると共に、光リーク電流を利用する必要のある光検出用トランジスタと比べて、閾値電圧を検出するだけの閾値検出用トランジスタのサイズは極めて小さくすることができるので、閾値電圧検出部を構成する回路の占有面積を極めて小規模にすることができる。その結果、光センサ部と閾値電圧検出部とで占有するトータルの回路面積は小さくなり、例えば光センサ部と閾値電圧検出部を半導体基板やTFT基板上に形成する場合には、省スペース化を図ることができる。
光検出装置の動作中において、光検出用トランジスタ及び閾値検出用トランジスタのゲート端子に常に一定のバイアス電圧を与え続けた場合、トランジスタは通電による特性シフトを引き起こし、光劣化とは関係のない誤差がセンサ出力値に生じる可能性がある。よって、上記のようにゲート電圧及び第2の駆動電圧を変化させながら光検出用トランジスタ及び閾値検出用トランジスタを駆動することにより、通電による特性シフトの発生を防止することができる。
光劣化による電気的な特性変化は特にアモルファスシリコントランジスタで顕著である。従って、本発明は、特に光検出用トランジスタ及び閾値検出用トランジスタがアモルファスシリコントランジスタである場合に大きな効果(検出精度の向上)を得ることができる。また、TFTとすることにより、従来のTFT製造プロセスを利用することができ、低コスト化に寄与する。
このような特徴を有する電気光学装置によると、画素のスイッチング用トランジスタと、光検出用トランジスタ及び閾値検出用トランジスタとの製造プロセスを共有化することができるため、光検出装置を備える電気光学装置を低コストで実現することができる。
これにより、電気光学装置に入射する光量に応じて正確にバックライトの光量を制御することが可能となり、表示品質の向上を図ることができる。
これにより、低コスト且つ表示品質が高い表示装置(電気光学装置)を備えた電子機器を提供することができる。
閾値検出用トランジスタは、光が当たった状態において光の照度に相関して閾値電圧が変化することがある。そのため、閾値電圧の検出中に照射光に曝されると、照射光の照度に応じて検出される閾値電圧がばらつき、その結果、光劣化を正しく算定できない虞がある。よって、閾値検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態において、閾値検出用トランジスタを駆動することにより、光劣化を表す閾値電圧を検出することができる。
これにより、低コスト且つ表示品質が高い表示装置(電気光学装置)を備えた電子機器を提供することができる。
これにより、閾値検出用トランジスタと光検出用トランジスタの光暴露量が同じになるため、閾値検出用トランジスタの閾値電圧によって、光検出用トランジスタの光劣化量を正しく検出することができる。
こうすれば、例えば、非使用時において2つの筐体部を重なるように折りたたむ方式の携帯電話において、表示装置が一方の筐体部で覆われることによって、容易に遮光状態を形成することができる。また、筐体部の折りたたみ動作を検出することによって遮光状態の形成を容易に判定することができる。
閾値検出用トランジスタは、光が当たった状態において光の照度に相関して閾値電圧が変化することがある。そのため、閾値電圧の検出中に照射光に曝されると、照射光の照度に応じて検出される閾値電圧がばらつき、その結果、光劣化を正しく算定できない虞がある。よって、光検出装置に設けた遮光手段によって閾値検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態が形成された状態で、閾値検出用トランジスタを駆動することにより、光劣化を表す閾値電圧を検出することができる。この結果、電子機器において必ずしも遮光手段を備える必要がない。
こうすれば、閾値検出用トランジスタと光検出用トランジスタの光暴露量が同じになるため、閾値検出用トランジスタの閾値電圧によって、光検出用トランジスタの光劣化量を正しく検出することができる。
このような特徴を有する光劣化補正方法によると、光劣化補正機能の実現に要するコストを低減しつつ検出精度の向上を図ることが可能となる。
閾値検出用トランジスタは、光が当たった状態において光の照度に相関して閾値電圧が変化することがある。そのため、閾値電圧の検出中に照射光に曝されると、照射光の照度に応じて検出される閾値電圧がばらつき、その結果、光劣化を正しく算定できない虞がある。よって、閾値検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態において、閾値検出用トランジスタを駆動することにより、光劣化を表す閾値電圧を検出することができる。
〔光検出装置〕
図1は、本実施形態に係る光検出装置100の構成概略図である。この図1に示すように、本実施形態に係る光検出装置100は、光センサ部10、閾値電圧検出部20、電圧供給部30及び信号処理部40を備えている。
図4は、照射光量として照度を用い、センサ出力値として光リーク電流を用いた場合において、照度とセンサ出力値との関係を、光検出用トランジスタ11の光劣化の進行度別に測定した結果を表す特性図である。なお、以下では、光劣化の進行度を光検出用トランジスタ11が曝される照射光量(照度)と時間との積(以下、積算照度と称す)で表すものとする。図4では、光劣化無しの状態に対応する積算照度を「0」とし、光劣化の進行度「中」に対応する積算照度を「3.5×106(lx・h)」とし、光劣化の進行度「大」に対応する積算照度を「1.0×107(lx・h)」としている。
K = −0.378・Vth + 2.130 ・・・・(1)
この演算式(1)によれば、例えば光劣化の進行度「中」に対応する積算照度「3.5×106(lx・h)」における閾値電圧4.5(V)に対する補正係数Kは0.42と決定され、光劣化の進行度「大」に対応する積算照度「1.0×107(lx・h)」における閾値電圧5.0(V)に対する補正係数Kは0.25と決定される。
また、上記演算式(1)を用いる場合、センサ出力値は下記(2)式にて補正することができる。
補正後センサ出力値=補正前センサ出力値/補正係数K ・・・・(2)
次に、本実施形態に係る光検出装置100を備えた電気光学装置について説明する。なお、以下では、本実施形態に係る電気光学装置として半透過型の液晶表示装置を例示して説明する。図11は、本実施形態に係る液晶表示装置1000の平面図であり、対向基板であるカラーフィルタ基板を透視してアレイ基板を主に図示したものである。図12は、図11のアレイ基板の1画素分の平面図である。図13は図12のIII−III線における断面図である。
アレイ基板ARの透明基板1002上の表示領域DAには、ゲート線GWが等間隔に平行になるように形成され、更にこのゲート線GWからスイッチング素子を構成するTFTのゲート電極Gが延設されている。また、この隣り合うゲート線GW間の略中央にはゲート線GWと平行になるように補助容量線1016が形成され、この補助容量線1016には補助容量線1016よりも幅広となされた補助容量電極1017が形成されている。
この場合、反射板1024を画素電極1026の下部全体に亘って設けると反射型液晶表示パネルが得られるが、この反射型液晶表示パネルを使用した反射型液晶表示装置の場合は、バックライトないしはサイドライトに代えて、フロントライトが使用される。
次に、本実施形態に係る電気光学装置(液晶表示装置1000)を備えた電子機器について説明する。なお、本実施形態では電子機器として携帯電話端末を例示して説明する。図14は、本実施形態に係る携帯電話端末500の外観図である。この図14に示すように、本実施形態に係る携帯電話端末500は、折り畳み可能に連結された第1筐体501と第2筐体502とから構成されており、第1筐体501には表示装置として上記の液晶表示装置1000及び音声出力用のスピーカ503が設けられており、第2筐体502にはテンキーやファンクションキー、電源キー等の各種キーから成る操作キー504と、音声入力用のマイク505が設けられている。
閾値検出用トランジスタ21に光が当たらない遮光状態を形成する変形例として、閾値検出用トランジスタ21を遮光状態にする遮光手段を、光検出装置に具備するようにしてもよい。こうすれば、閾値検出用トランジスタ21に光が当たらない遮光状態において、閾値検出用トランジスタ21を駆動して、光劣化を表す閾値電圧を正しく検出することが可能となる。
閾値検出用トランジスタ21に光が当たらない遮光状態を形成する他の変形例として、遮光手段を光検出装置に設けることなく、光検出装置が備えられた電子機器において閾値検出用トランジスタ21が遮光される状態が形成されるものとしてもよい。本変形例について、図19および図20を用いて説明する。図19は、本変形例に係る光検出装置100bの構成概略図である。また、図20は、本変形例に係る光検出装置100bの動作を表すフローチャートである。
本実施形態に係る電子機器として携帯電話端末500を例示したが、本発明はこれに限定されず、PDA(Personal Digital Assistants)やノートパソコン、腕時計等の携帯端末、その他の表示機能を有する各種の電子機器にも適用することができる。例えば、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなども含まれる。
Claims (22)
- 光検出用トランジスタを有し、当該光検出用トランジスタに対する照射光量に応じた信号を出力する光センサ部と、
前記光検出用トランジスタと隣接して配置されていると共に前記光検出用トランジスタと同一プロセスで形成された閾値検出用トランジスタを有し、当該閾値検出用トランジスタの閾値電圧を検出する閾値電圧検出部と、
前記光センサ部の出力信号を基に照射光量に関するセンサ出力値を生成するセンサ出力値生成部と、
予め前記光検出用トランジスタの光劣化の進行度に対する前記センサ出力値の変化と前記閾値電圧の変化との関係性を基に作成された、前記光劣化に起因する前記センサ出力値の変化を補正するための補正係数と前記閾値電圧との対応関係に基づいて、前記閾値電圧検出部にて検出された閾値電圧に対応する前記補正係数を決定する補正係数決定部と、
前記補正係数決定部にて決定された補正係数に基づいて、前記センサ出力値を補正する補正処理部と、
を備えることを特徴とする光検出装置。 - 前記補正係数決定部は、前記補正係数と前記閾値電圧との対応関係を表す演算式に基づいて、前記閾値電圧検出部にて検出された閾値電圧に対応する前記補正係数を算出することを特徴とする請求項1記載の光検出装置。
- 前記補正係数決定部は、前記補正係数と前記閾値電圧との対応関係を表すルックアップテーブルを記憶しており、当該ルックアップテーブルから前記閾値電圧検出部にて検出された閾値電圧に対応する前記補正係数を取得することを特徴とする請求項1記載の光検出装置。
- Nチャネル型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであり、ソース端子が基準電位線と接続され、ゲート端子がゲート電圧線と接続された前記光検出用トランジスタと、
一方の電極が前記光検出用トランジスタのドレイン端子と接続され、他方の電極が前記基準電位線と接続されたコンデンサと、
前記光検出用トランジスタのドレイン端子の接続先を、第1の駆動電圧線と出力信号線とのいずれかに切り替えるためのスイッチと、を有する前記光センサ部と、
Nチャネル型MOSトランジスタであり、ドレイン端子とゲート端子とが接続され、ソース端子が前記基準電位線と接続された前記閾値検出用トランジスタと、
一端が前記閾値検出用トランジスタのドレイン端子と接続され、他端が第2の駆動電圧線と接続されていると共に、前記閾値検出用トランジスタのオン抵抗より高く且つオフ抵抗より低い抵抗値に設定された抵抗素子と、を有する前記閾値電圧検出部と、
前記第1の駆動電圧線に前記コンデンサを充電させるための第1の駆動電圧を供給し、前記ゲート電圧線に前記光検出用トランジスタをオフ状態にするためのゲート電圧を供給し、前記第2の駆動電圧線に前記閾値検出用トランジスタの最大閾値電圧より高い第2の駆動電圧を供給し、前記基準電位線に基準電位を供給する電圧供給部と、
を備え、
前記センサ出力値生成部は、前記照射光量の検出開始時において、前記スイッチを制御して前記光検出用トランジスタのドレイン端子の接続先を前記第1の駆動電圧線に切り替え、前記コンデンサが満充電状態となる時間の経過後に前記スイッチを制御して前記光検出用トランジスタのドレイン端子の接続先を前記出力信号線に切り替え、当該出力信号線の電位が所定の電位に低下するまでの時定数を前記センサ出力値として計測し、
前記補正係数決定部は、前記閾値検出用トランジスタのドレイン端子の電圧を前記閾値電圧として取得し、当該取得した閾値電圧に対応する前記補正係数を決定し、
前記補正処理部は、前記補正係数決定部にて決定された前記補正係数に基づいて前記センサ出力値としての時定数を補正する、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記電圧供給部は、少なくとも前記照射光量の検出開始時から前記時定数及び前記閾値電圧の計測完了までの期間では、前記ゲート電圧線に前記光検出用トランジスタをオフ状態にするためのゲート電圧を供給すると共に前記第2の駆動電圧線に前記閾値検出用トランジスタの最大閾値電圧より高い第2の駆動電圧を供給する一方、その他の期間では前記ゲート電圧及び前記第2の駆動電圧を変化させることを特徴とする請求項4記載の光検出装置。
- 前記光検出用トランジスタ及び前記閾値検出用トランジスタは、アモルファスシリコンTFT(Thin Film Transistor)であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光検出装置。
- 表示領域にスイッチング用トランジスタを有する複数の画素、走査線及びデータ線が形成された基板と、当該基板と対となる対向基板と、前記基板と前記対向基板との間に挟持された電気光学材料とを備える電気光学装置であって、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光検出装置を備え、
少なくとも前記光検出装置における前記光センサ部及び前記閾値電圧検出部は、前記基板上の表示領域以外の領域に設けられており、
前記光検出用トランジスタ及び前記閾値検出用トランジスタは、前記スイッチング用トランジスタと同一プロセスにより前記基板上に形成されている、
ことを特徴とする電気光学装置。 - 前記電気光学材料は液晶であり、
バックライトと、
前記光検出装置における前記補正処理部にて補正されたセンサ出力値を基に前記バックライトの光量を制御するバックライト制御部と、
を備えることを特徴とする請求項7記載の電気光学装置。 - 請求項7または8に記載の電気光学装置を表示装置として備えることを特徴とする電子機器。
- 前記閾値検出用トランジスタに対して光が当たらない遮光状態が形成されたか否かを判定する遮光判定部を備え、
前記閾値電圧検出部は、前記遮光判定部が判定した前記閾値検出用トランジスタの遮光状態において、前記閾値検出用トランジスタの閾値電圧を検出することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 表示領域にスイッチング用トランジスタを有する複数の画素、走査線及びデータ線が形成された基板と、当該基板と対となる対向基板と、前記基板と前記対向基板との間に挟持された電気光学材料とを備える電気光学装置であって、
請求項10記載の光検出装置を備え、
少なくとも前記光検出装置における前記光センサ部及び前記閾値電圧検出部は、前記基板上の表示領域以外の領域に設けられており、
前記光検出用トランジスタ及び前記閾値検出用トランジスタは、前記スイッチング用トランジスタと同一プロセスにより前記基板上に形成されている、
ことを特徴とする電気光学装置。 - 前記電気光学材料は液晶であり、
バックライトと、
前記光検出装置における前記補正処理部にて補正されたセンサ出力値を基に前記バックライトの光量を制御するバックライト制御部と、
を備えることを特徴とする請求項11記載の電気光学装置。 - 前記閾値検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態を形成する遮光手段を有し、
請求項11または12に記載の電気光学装置を表示装置として備えることを特徴とする電子機器。 - 前記遮光手段は、前記閾値検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態を形成するとともに前記光検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態を形成することを特徴とする請求項13記載の電子機器。
- 前記電子機器は、非使用時に前記表示装置を覆い、使用時に当該表示装置を露出させる筐体部を有する携帯電話であり、前記遮光手段は当該筐体部であることを特徴とする請求項13または14に記載の電子機器。
- 遮光手段を有し、
前記閾値電圧検出部は、前記遮光手段を用いて前記閾値検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態を形成した状態で、前記閾値検出用トランジスタの閾値電圧を検出することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記遮光手段は、前記閾値検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態を形成するとともに前記光検出用トランジスタに光が当たらない遮光状態を形成することを特徴とする請求項16記載の光検出装置。
- 表示領域にスイッチング用トランジスタを有する複数の画素、走査線及びデータ線が形成された基板と、当該基板と対となる対向基板と、前記基板と前記対向基板との間に挟持された電気光学材料とを備える電気光学装置であって、
請求項16または17に記載の光検出装置を備え、
少なくとも前記光検出装置における前記光センサ部及び前記閾値電圧検出部は、前記基板上の表示領域以外の領域に設けられており、
前記光検出用トランジスタ及び前記閾値検出用トランジスタは、前記スイッチング用トランジスタと同一プロセスにより前記基板上に形成されている、
ことを特徴とする電気光学装置。 - 前記電気光学材料は液晶であり、
バックライトと、
前記光検出装置における前記補正処理部にて補正されたセンサ出力値を基に前記バックライトの光量を制御するバックライト制御部と、
を備えることを特徴とする請求項18記載の電気光学装置。 - 請求項18または19に記載の電気光学装置を表示装置として備えることを特徴とする電子機器。
- 光検出用トランジスタを有する光センサ部を用いて前記光検出用トランジスタに対する照射光量に応じた信号を取得する第1の工程と、
前記第1の工程により取得した信号を基に照射光量に関するセンサ出力値を生成する第2の工程と、
前記光検出用トランジスタと隣接して配置されていると共に前記光検出用トランジスタと同一プロセスで形成された閾値検出用トランジスタを有する閾値電圧検出部を用いて前記閾値検出用トランジスタの閾値電圧を検出する第3の工程と、
予め前記光検出用トランジスタの光劣化の進行度に対する前記センサ出力値の変化と前記閾値電圧の変化との関係性を基に作成された、前記光劣化に起因する前記センサ出力値の変化を補正するための補正係数と前記閾値電圧との対応関係に基づいて、前記第3の工程にて検出された閾値電圧に対応する前記補正係数を決定する第4の工程と、
前記第4の工程にて決定された補正係数に基づいて、前記第2の工程にて生成されたセンサ出力値を補正する第5の工程と、
を含むことを特徴とする光劣化補正方法。 - 前記第3の工程は、前記閾値検出用トランジスタが光に曝されない遮光状態において、前記閾値検出用トランジスタの閾値電圧を検出することを特徴とする請求項21記載の光劣化補正方法。
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