JP2010122567A

JP2010122567A - 表示装置

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Publication number: JP2010122567A
Application number: JP2008297670A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kunimori; 隆志國森; Yukiya Hirabayashi; 幸哉平林
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: JP5154378B2; US8324818B2; US20100127628A1

Abstract

【課題】液晶表示装置が急に明るい場所に置かれたときにもバックライト装置の輝度調整
が遅れないようにすること。
【解決手段】本発明の表示装置は、表示パネルと、光検出部と、光センサ制御部とを有し
、前記光検出部はＴＦＴからなる光センサと、容量部と、容量部への充電をオン／オフ切
り替えするスイッチ手段ＳＷとを有しており、前記光センサ制御部は、前記容量部の電圧
が前記閾値以下になったことを検知してから予め定めた所定時間後に前記スイッチ手段を
オン状態に移行させることを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、外光を検出する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）からな
る光センサ及び前記光センサの一対の電極間に接続された容量部を備える光検知部を組み
込んだ表示装置に関する。更に詳しくは、本発明は、特に暗い状態から明るい状態に変化
した際にも素早く外光の検出を行うことができるようにして表示画面を素早く視認できる
ようにした、前記光センサ及び光検知部を組み込んだ表示装置に関する。

表示装置には、ＣＲＴ（陰極線管）、液晶表示装置、発光ダイオード（ＬＥＤ）表示装
置、プラズマ表示装置、有機ＥＬ表示装置等、多種多様なものが知られている。このうち
、液晶表示装置はＣＲＴと比較して軽量、薄型、低消費電力という特徴があるため、表示
用として多くの電子機器に使用されている。液晶表示装置は、所定方向に整列した液晶分
子の向きを電界により変えて、液晶層の光の透過量を変化させて画像を表示させるもので
ある。この液晶表示装置には、外光が液晶層を透過し、反射部材で反射されて再度液晶層
を透過して出射される反射型のものと、バックライト装置からの入射光が液晶層を透過す
る透過型のものと、それらの両者の性質を備えた半透過型のものとが存在している。

反射型の液晶表示装置は外光を光源として用いるために消費電力が少ないという長所が
あるが、暗い場所では表示が見え難くなるという短所がある。透過型の液晶表示装置は、
暗い場所でも表示が見易いという長所があるが、常時バックライト装置を点灯しておく必
要があるため、消費電力が大きいという短所がある。

半透過型の液晶表示装置は、一つのサブ画素領域内に透過領域と反射領域を有しており
、暗い場所においてはバックライト装置を点灯して透過領域を利用して画像を表示し、明
るい場所においてはバックライト装置を点灯することなく反射領域において外光を利用し
て画像を表示している。そのため、半透過型の液晶表示装置は、常時バックライト装置を
点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に低減させることができるという長所を有
しており、特に携帯型の電子機器に多く使用されている。

一方、透過型及び半透過型の液晶表示装置においては、周囲の明るさが変化しても画像
が見易くなるようにするため、液晶表示装置に外光を検出するための光センサを設け、外
光が暗い場合にはバックライト装置の輝度を低くし、外光が明るい場合には輝度を高くす
ることが行われている（下記特許文献１参照）。同じく、半透過型の液晶表示装置におい
ては、明るい場所では反射領域で表示させるためにバックライト装置を消灯させ、暗い場
所では透過領域で表示させるためにバックライト装置を点灯させる（特許文献２参照）こ
とが行われている。なお、周囲の明るさが変化した場合に、表示装置の明るさを自動的に
変えて画像が見易くなるようにすることは他の表示装置においても同様に行われている。

この光センサとして、特許文献１に開示されている液晶表示装置では、液晶表示パネル
内に形成したフォトダイオードを用いた例が示されている。しかしながら、光センサとし
てフォトダイオードを用いると、液晶表示パネルの製造工程が増加するという問題点が存
在する。そこで、特許文献２および特許文献３に開示されている液晶表示装置では、光セ
ンサとして液晶表示パネルの駆動用のＴＦＴと同一製造工程で作製し得るＴＦＴからなる
光センサを用いている。このＴＦＴからなる光センサは、照度が高い程光リークによって
漏れる電流が大きくなる光導電素子として作動する点に着目したものであり、容量部（コ
ンデンサ）に蓄積された電荷に起因する電圧がこの光リーク電流によって低下する度合に
基いて照度を測定するものである。
特開２００７−３１６２４３号公報特開２００８− ８３３１３号公報特開２００７−２７９１００号公報

上述のような従来のＴＦＴからなる光センサによる外光の照度の測定方法は、所定時間
後の容量部の電圧に基いて外光の照度を測定する方法、あるいは容量部の電圧が閾値以下
に変化するまでの時間を測定することによって外光の照度を測定する方法が用いられてい
た。このうち、容量部の電圧が閾値以下に変化するまでの時間を測定することによって外
光の照度を測定する従来例の光センサ制御部の動作を図１１を用いて説明する。

なお、図１１は従来例の光センサ制御部の照度測定時の各部の波形を示すタイムチャー
トである。

図１１の出力曲線は、左側が高照度（明るい）領域を示し、右側が低照度（暗い）領域
を示す。ここで、満充電となった容量部の電圧Ｖｓが予め定めた閾値Ｖｔｈまで低下する
時間をｔ９（明るいとき）及びｔ１１（暗いとき）とする。図１１の出力曲線から明らか
なように、光導電素子としてのＴＦＴからなる光センサは、低照度域では光リークによっ
て流れる電流が微少となるため、容量部の電圧が閾値以下に変化するまでの時間ｔ１１が
高照度領域の対応する時間ｔ９よりも長くなる。

そのため、液晶表示装置のバックライト装置制御用として使用するためには、特に低照
度領域でも検出し得るようにするため、照度検出の周期（サンプリング時間）Ｗは長い一
定値とされている。また、容量部に電荷を満充電させる時間ａ、演算を開始して照度決定
ｄｅｔまでの処理時間ｂ、照度決定ｄｅｔの後に容量部に充電を開始するまでの時間ｃも
それぞれ信号処理手段の性能に応じて予め定められた一定の時間とされている。そうする
と、Ｗ、ａ、ｂ及びｃはそれぞれ一定であるから、満充電となった容量部の電圧Ｖｓが予
め定めた閾値Ｖｔｈまで低下した後、照度決定のための演算を開始するまでの待機時間を
ｔ１０（明るいとき）及びｔ１２（暗いとき）とすると、
Ｗ＝ａ＋ｔ９＋ｔ１０＋ｂ＋ｃ
＝ａ＋ｔ１１＋ｔ１２＋ｂ＋ｃ
＝一定
となる。

上記式を並べ換えると、
Ｗ−（ａ＋ｂ＋ｃ）＝ｔ９＋ｔ１０
＝ｔ１１＋ｔ１２
＝一定
となることから明らかなように、明るいときの待機時間ｔ１０は暗いときの待機時間ｔ１
２よりも、長くなってしまう。この待機時間ｔ１０及びｔ１２は照度決定までの遅延時間
となる。そのため、従来の照度測定方法によれば、明るいときの待機時間ｔ１０は暗いと
きの待機時間ｔ１２よりも長くなるので、特に周囲の環境が急に明るくなったときにはバ
ックライト装置の輝度調整が遅れるという問題が生じる。

なお、上記特許文献３には、外光が暗い場合には容量部に蓄積した電荷の放電時間が長
くなるという問題点を解決するために、ＴＦＴからなる光センサのゲート電圧レベルを低
照度用及び高照度用で変えるようにした例が開示されている。しかしながら、ＴＦＴから
なる光センサのゲート電圧に印加する電圧を複数用意することは、コストアップに繋がる
ため、好ましくない。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、表示装置
の周囲の明るさが暗い状態から急に明るい状態に変化したとき、遅滞なく照度の測定を行
うことができるようにして、表示画面を素早く視認できるようにした表示装置を提供する
ことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、表示パネルと、外光を検出するＴＦＴ
からなる光センサ及び前記光センサの一対の電極間に接続された容量部を備える光検知部
と、前記容量部への充電をオン／オフ切り替えするスイッチ手段と、前記スイッチ手段の
オン／オフ切り替えを制御すると共に前記スイッチ手段がオフ状態となった後の前記容量
部の電圧が閾値以下に変化するまでの時間に基いて外光の照度を測定する光センサ制御部
と、前記光センサ制御部の出力に基づいて表示パネルの明るさを制御する制御手段と、を
備えた表示装置であって、前記光センサ制御部は、前記容量部の電圧が前記閾値以下にな
ったことを検知してから予め定めた所定時間後に前記スイッチ手段をオン状態に移行させ
ることを特徴とする。

本発明の表示装置では、光センサ制御部によって、容量部の電圧が閾値以下になったこ
とを検知してから予め定めた所定時間後にスイッチ手段をオン状態に移行させ、容量部へ
の充電を開始するようにしている。この予め定めた所定時間は、光センサ制御部が外光の
照度を決定するのに必要な時間よりも長い時間範囲において適宜定められている。すなわ
ち、本発明の表示装置では、容量部の電圧が閾値以下になったことを検知してから外光の
照度を決定するのに必要な時間よりも長い予め定めた所定時間後に容量部に充電が開始さ
れるので、測定周期は、外光が明るい場合には短くなり、外光が暗い場合には長くなる。
そのため、本発明の表示装置によれば、外光の照度が暗い状態から急に明るい状態に変化
しても、その変化状態は直ちに検出されるために表示装置の明るさが暗いままの状態を維
持することがなくなり、直ちに表示画面が見やすい状態の明るさとすることができるよう
になる。なお、本発明における「表示装置の明るさ」とは、バックライトやフロントライ
トの明るさだけでなく、表示画面の明るさをも含む意味で用いられている。

また、本発明の表示装置においては、前記光センサの一対の電極は前記ＴＦＴのソース
電極及びドレイン電極であることが好ましい。

本発明の表示装置によれば、光センサをＴＦＴで構成しているので、表示装置において
スイッチング素子ないし周辺回路素子として一般に用いられるＴＦＴと同様の製造工程で
同時に形成することができるので、製造工数を少なくすることができる。

また、本発明の表示装置においては、前記光センサ制御部は、前記容量部の電圧が前記
閾値以下に変化したことを検知した後、前記スイッチ手段をオン状態に移行させる前に、
前記光センサのゲート電極に正バイアス電圧を印加することが好ましい。

本発明の光センサ制御部は、光センサとしてのＴＦＴの漏れ電流が外光の照度に比例す
ることを利用し、この漏れ電流で電圧検出用コンデンサに蓄えた電荷を放電させ、このと
きのコンデンサの両端間の電圧変化を監視することによって外光の照度を検出している。
この光センサ制御部は、外光の照度を検出するときは光センサとしてのＴＦＴのゲート電
極に予め定めた一定の逆バイアス電圧を印加しているが、逆バイアス電圧を印加し続ける
と極性の偏りに起因するＴＦＴ光センサの閾値変化が生じる。そこで、本発明の表示装置
では、光センサ制御部によって周期的に光センサとしてのＴＦＴのゲート電極に予め定め
た一定の正バイアス電圧を印加して容量部を短絡させるリセット操作を行っている。本発
明の表示装置によれば、周期的に容量部の電荷が全て放電されるので、各周期の測定条件
が全て同一となり、また、ゲート電極に一定の逆バイアス電圧が連続的に印加されている
ことに起因する閾値変化を防止できるため、外光の照度の検出精度の信頼性が保たれる。

また、本発明の表示装置においては、前記光センサ制御部は、前記光センサのゲート電
極に正バイアス電圧を印加させておく時間を前回の前記スイッチ手段がオフ状態となった
後の前記容量部の電圧が前記閾値以下に変化するまでの時間に比例して定めることが好ま
しい。

本発明の表示装置では、光センサ制御部によって周期的に光センサとしてのＴＦＴのゲ
ート電極に予め定めた一定の正バイアス電圧を印加してＴＦＴをオン状態とし、容量部を
短絡させるリセット操作を行っているが、正バイアス電圧の印加時間と負バイアスの印加
時間の比がある一定値から外れると、ＴＦＴ光センサの閾値変化を防止することができな
い。

そこで、本発明の表示装置における光センサ制御部では、前記光センサのゲート電極に
正バイアス電圧を印加させておく時間を、前回の前記スイッチ手段がオフ状態となった後
の前記容量部の電圧が前記閾値以下に変化するまでの時間、すなわち、逆バイアス電圧の
印加時間に比例して定めるようにしている。それによって、本発明の表示装置によれば、
ＴＦＴ光センサのゲート電極に印加される正バイアス電圧の印加時間と負バイアスの印加
時間の比を一定にさせることができるため、ＴＦＴ光センサの閾値変化を防止することが
できる。

また、本発明の表示装置においては、前記光センサ制御部は、予め前記容量部の電圧が
閾値以下に変化するまでの時間の下限値を記憶しており、前記容量部の電圧が前記閾値以
下に変化するまでの時間が前記下限値よりも短い場合には、前記下限値を前記外光の照度
の測定値として採用するすると共に前記下限値を経過した後の前記予め定めた所定時間後
に前記スイッチ手段をオン状態に移行させることが好ましい。

容量部の電圧は指数関数的に減少するので、外光の照度が高すぎると短時間で容量部の
電圧が閾値以下に変化してしまう。また、表示装置の使用者が最適と感じる明るさの範囲
は狭い。本発明の表示装置によれば、容量部の電圧が前記閾値以下に変化するまでの時間
が前記下限値よりも短い場合には、前記下限値を前記外光の照度として採用することとし
たため、外光の照度が高すぎる場合でも検出エラーを起こすことがなくなる。

また、本発明の表示装置においては、前記光センサ制御部は、予め前記容量部の電圧が
閾値以下に変化するまでの時間の上限値を記憶しており、前記最長時間に達しても前記容
量部の電圧が前記閾値以下に変化しない場合には、前記上限値を前記外光の照度の測定値
として採用すると共に前記上限値を経過した後の前記予め定めた所定時間後に前記スイッ
チ手段をオン状態に移行させることが好ましい。

容量部の電圧は指数関数的に減少するので、外光の照度が低すぎると容量部の電圧が閾
値以下に変化するまで非常に長い時間がかかり、所定の測定周期内では測定値が得られな
い場合がある。また、表示装置の使用者が最適と感じる明るさの範囲は狭い。本発明の表
示装置によれば、予め定めた最長時間に達しても前記容量部の電圧が前記閾値以下に変化
しない場合には、前記上限値を前記外光の照度の測定値として採用することとしたため、
外光の照度が低すぎる場合においても検出エラーを起こすことがなくなる。

以下、実施形態及び図面を参照にして本発明を実施するための最良の形態を液晶表示装
置の場合を例にとって説明するが、以下に示す実施形態は、本発明を液晶表示装置に限定
することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱する
ことなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、この明細書に
おける説明のために用いられた各図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程
度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせて表示しており、必ずしも実際
の寸法に比例して表示されているものではない。

図１は各実施形態で使用した液晶表示装置の要部を示すブロック図である。図２は各実
施形態で使用した液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した平面図である。図
３は実施形態で使用した液晶表示装置の１サブ画素の概要を示す平面図である。図４は図
３のIV−IV線の断面図である。図５は各実施形態で使用した液晶表示装置の光検出部の概
要を示す断面図である。図６は図４の光検出部の等価回路図である。図７は第１実施形態
の光センサ制御部の動作を示すフローチャートである。図８Ａは第１実施形態の光センサ
制御部の通常の照度の時の各部の波形を示すタイムチャートであり、図８Ｂは異常状態の
時の各部の波形を示すタイムチャートである。図９は第２実施形態の光センサ制御部の動
作を示すフローチャートである。図１０Ａは第２実施形態の光センサ制御部の通常の照度
の時の各部の波形を示すタイムチャートであり、図１０Ｂは異常状態の時の各部の波形を
示すタイムチャートである。

最初に、各実施形態で使用した液晶表示装置１０の構成を図１〜図６を用いて説明する
。この液晶表示装置１０は、横電界方式のＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードの透
過型液晶表示装置であり、図１に示すように、液晶表示パネル１１、コントローラ基板１
２、バックライト装置１３を有している。このバックライト装置１３が本発明の照光手段
に対応する。また、図４に示すように、液晶表示パネル１１の背面側には第１偏光板１４
が貼付され、表示面側には第２偏光板１５が貼付されている。そして、第１偏光板１４の
背面側にバックライト装置１３が配設され、図示しないが、バックライト装置１３の背面
側にコントローラ基板１２が配設され、コントローラ基板１２は液晶表示パネル１１およ
びバックライト装置１３とフレキシブル配線基板で電気的に接続されている。

液晶表示パネル１１は、図２に示すように、中央に広い表示領域１６を有し、表示領域
１６の上方に光センサ領域１７が、表示領域１６の下方に信号線配線領域１８が、表示領
域１６の左右及び下方の左右に走査線配線領域１９が、左右上下方向に共通配線領域２０
が、それぞれ形成されている。液晶表示パネル１１の下方に駆動用のドライバＩＣ２１及
び外部接続端子２２が形成されている。

表示領域１６は、例えばＲ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の３つのサブ画素で１画素を構
成しており、それぞれ複数の画素が行方向（走査線方向）及び列方向（信号線方向）に形
成されている。図４に示すように、液晶表示パネル１１は液晶層ＬＣがアレイ基板ＡＲと
カラーフィルタ基板ＣＦで挟持される構成となっている。

アレイ基板ＡＲは透明な絶縁性を有するガラスや石英、プラスチック等からなる第１透
明基板２３を基体としている。第１透明基板２３上には、図３に示すように、液晶ＬＣに
面する側に、アルミニウムやモリブデン等の金属からなる走査線２４がサブ画素の上下側
にＸ軸方向（行方向）に形成されている。走査線２４からはゲート電極Ｇがサブ画素の左
下に延設されている。

また、走査線２４、ゲート電極Ｇ、第１透明基板２３の露出部分を覆うようにして窒化
ケイ素や酸化ケイ素等からなる透明なゲート絶縁膜２５が積層されている。そして、平面
視でゲート電極Ｇと重なるゲート絶縁膜２５上には非晶質シリコンや多結晶シリコンなど
からなる半導体層２６が形成されている。ゲート絶縁膜２５上にはアルミニウムやモリブ
デン等の金属からなる複数の信号線２７が、サブ画素の左右側にＹ軸方向（列方向）に形
成されている。この信号線２７からはソース電極Ｓが延設され、このソース電極Ｓは半導
体層２６の表面と部分的に接触している。

更に、信号線２７及びソース電極Ｓと同一の材料で同時に形成されたドレイン電極Ｄが
ゲート絶縁膜２５上に設けられており、このドレイン電極Ｄはソース電極Ｓと近接配置さ
れて半導体層２６と部分的に接触している。液晶表示パネル１１の隣接する走査線２４と
信号線２７とによって囲まれた領域が１サブ画素領域に相当する。そしてゲート電極Ｇ、
ゲート絶縁膜２５、半導体層２６、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄによってスイッチング
素子となるＴＦＴが構成され、それぞれのサブ画素にこのＴＦＴが形成されている。

更に、信号線２７、ＴＦＴ及びゲート絶縁膜２５の露出部分を覆うようにして例えば窒
化ケイ素や酸化ケイ素等からなる透明なパッシベーション膜２８が積層されている。そし
て、パッシベーション膜２８を覆うようにして例えばフォトレジスト等の透明樹脂材料か
らなる層間膜２９が積層されている。そして、層間膜２９の上にＩＴＯ（Indium Thin Ox
ide）ないしＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明導電性材料からなる下電極３０が形成
されている。下電極３０は、層間膜２９とパッシベーション膜２８を貫通するように形成
されたコンタクトホール３１を介してドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。そのた
め、この下電極３０は画素電極として作動する。

下電極３０を覆って酸化ケイ素ないし窒化ケイ素等の無機絶縁膜からなる電極間絶縁膜
３２が形成されている。この電極間絶縁膜３２は、下電極３０及び層間膜２９の表面が荒
れないようにするため、パッシベーション膜２８よりも低温成膜条件で形成される。また
、下電極３０及びこの電極間絶縁膜３２の液晶層ＬＣ側の表面には、ＩＴＯないしＩＺＯ
からなる透明導電材料からなる上電極３３が形成されている。この上電極３３は、例えば
図３に示したように、サブ画素毎の列方向中央部を中心として互いに異なる方向に延在す
るスリット状開口３４が形成されており、列方向中央部のスリット状開口は互いに「く」
字状に連結されている。

スリット状開口３４は上電極３３をフォトリソグラフィー法によって露光及びエッチン
グすることによって形成される。この上電極３３の表面及びスリット状開口３４の内面は
第１配向膜３５が形成され、この第１配向膜３５のラビング方向は、スリット状開口３４
の形成状態から、走査線２４の延在方向に向いており、ラビング方向に対してスリット状
開口３４の延在方向は約５度〜約２５度傾いているようになされる。これにより、下電極
３０と上電極３３との間に電界が印加されたとき、列方向中央部の上下のそれぞれの領域
で異なる方向に液晶分子が回転することができるようになるため、良好な視野角特性が得
られるようになる。

なお、スリット状開口３４の形状は、図３に示したような形状のみでなく、全てが「く
」字状となっていてもよく、互いに異なる方向に延在するスリット状開口が連結されてい
なくてもよい。更には、スリット状開口３４の形状は、信号線２７に沿った縦方向の「く
」字状とする場合だけでなく、信号線２７に沿った縦方向に「く」字状となるようにして
もよく、或いは、屈曲部が存在しないバー状であってもよい。特に、屈曲部が存在しない
バー状の場合、走査線２４に沿って平行ないし傾いて延在する状態としても、信号線２７
に沿って縦方向に平行ないし傾いて延在する状態としてもよい。

次にカラーフィルタ基板ＣＦについて説明する。カラーフィルタ基板ＣＦは透明な絶縁
性を有するガラスや石英、プラスチック等からなる第２透明基板３６を基体としている。
第２透明基板３６には、サブ画素毎に異なる色（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）の光を透過するカラ
ーフィルタ層３７及び遮光部材３８が形成されている。カラーフィルタ層３７及び遮光部
材３８を覆うようにして例えばフォトレジスト等の透明樹脂材料からなるオーバーコート
層４０が積層されている。このオーバーコート層４０を覆うようにして例えばポリイミド
からなる第２配向膜４１が形成されている。そして、第２配向膜４１には第１配向膜３５
と逆方向のラビング処理が施されている。

そして、上述のように形成されたアレイ基板ＡＲとカラーフィルタ基板ＣＦと対向配置
させ、周縁部をシール材（図示せず）によってシールし、液晶層ＬＣをアレイ基板ＡＲと
カラーフィルタ基板ＣＦの間に形成された密封エリア内に封止することにより実施形態の
液晶表示パネル１１が得られる。次いでこの実施形態の液晶表示パネル１１のアレイ基板
ＡＲの裏面側には第１偏光板１４を貼付すると共にバックライト装置１３配置し、カラー
フィルタ基板ＣＦの表面側には第２偏光板１５を貼付することにより、実施形態の液晶表
示装置１０が得られる。

次に、第１実施形態の液晶表示装置１０における光センサ領域１７の構成について図１
、図２、図４、図５及び図６を用いて説明する。光センサ領域１７は１又は複数の光検出
部４２を有している。光検出部４２はＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬ、容量部Ｃおよび
スイッチ手段ＳＷを有しており、アレイ基板ＡＲ基板の第１透明基板２３上に形成されて
いる。図５に示すように、ＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬは、第１透明基板２３上に形
成されているゲート電極ＧＬと、ゲート電極ＧＬを覆うゲート絶縁膜２５と、ゲート絶縁
膜２５上に平面視でゲート電極ＧＬと重なって形成されている半導体層４３と、半導体層
４３と部分的に重なり、近接配設されるソース電極ＳＬおよびドレイン電極ＤＬとによっ
て構成されている。このようにＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬは表示領域に形成される
スイッチング素子としてのＴＦＴと同一構成であり、スイッチング素子としてのＴＦＴと
同時に形成される。

容量部Ｃは、ゲート電極ＧＬの近傍の第１透明基板２３上に形成されている容量下電極
４４と、容量下電極４４を覆うゲート絶縁膜２５と、ゲート絶縁膜２５上に平面視で容量
下電極４４と重なるように形成されている容量上電極ＵＣとから形成されている。なお、
この容量上電極ＵＣは、ＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬのソース電極ＳＬと一体に形成
されている。スイッチ手段ＳＷは、第１透明基板２３上に形成されているゲート電極ＧＳ
と、ゲート電極ＧＳを覆うゲート絶縁膜２５と、ゲート絶縁膜２５上に平面視でゲート電
極ＧＳと重なって形成されている半導体層４５と、半導体層４５と部分的に重なり、近接
配設されるソース電極ＳＳおよびドレイン電極ＤＳと、平面視で半導体層４５を覆うよう
に形成されている遮光部材４６によって構成されている。そして、ＴＦＴからなる光セン
サＴＦＴＬのソース電極ＳＬ、容量上電極ＵＣ及びスイッチ手段ＳＷのドレイン電極ＤＳ
は一体に形成されており、互いに電気的に同電位となるようになされている。この容量部
Ｃ及びスイッチ手段ＳＷも、表示領域に形成されるスイッチング素子としてのＴＦＴと同
時に形成される。

図６に示すように、スイッチ手段ＳＷのドレイン電極ＤＳは容量部Ｃに接続され、ソー
ス電極ＳＳには容量部Ｃを充電するための電圧Ｖｓが印加され、ゲート電極ＧＳにはスイ
ッチ手段ＳＷのオン／オフを切り替えるＳＷ制御信号が入力される。容量部Ｃの容量下電
極４４は接地されているので、スイッチ手段ＳＷがオン状態になると容量部Ｃが充電され
、スイッチ手段ＳＷがオフ状態になると容量部Ｃの充電が終了される。ＴＦＴからなる光
センサＴＦＴＬのドレイン電極ＤＬは接地されており、ソース電極ＳＬは容量部Ｃの容量
上電極ＵＣに接続されており、ゲート電極ＧＬにはＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬのオ
ン／オフを切り替えるＧＶ制御信号が入力されている。

これにより、ＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬがオンのとき（正バイアス電圧が印加さ
れているとき）は容量部Ｃに蓄積された電荷が放電され、オフのとき（逆バイアス電圧が
印加されているとき）はＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬに照射される照度に応じたリー
ク電流により容量部Ｃに蓄積された電荷が徐々に放電される。リーク電流は外光の照度が
高いほど大きくなる。そして、容量部Ｃのソース電極ＳＬの電圧が光検出部４２の出力と
なる。なお、スイッチ手段ＳＷは遮光部材４６により遮光されているので、スイッチ手段
ＳＷのリーク電流による容量部Ｃの放電は実質的にない。

次にコントローラ基板１２について説明する。図１に示すように、コントローラ基板１
２は光検出部４２を駆動して外光の照度を出力する光センサ駆動回路４７と、バックライ
ト装置１３の輝度を制御するバックライト装置制御部４８を有している。光センサ駆動回
路４７は、光検出部４２に一定の基準電圧Ｖｓを供給する第１電源４９と、閾値電圧Ｖｔ
ｈを与える第２電源５０と、光検出部４２の出力電圧と第２電源５０からの閾値電圧Ｖｔ
ｈとを比較する比較器５１と、比較器５１の出力に基いて光検出４２にＳＷ制御信号及び
ＧＶ制御信号を出力して光検出部４２を駆動する光センサ制御部５２と、光センサ制御部
５２からの供給された容量部Ｃの放電時間に比例して外光の照度に対応する信号をバック
ライト制御部４８に出力する照度測定部５３を有している。

［第１実施形態］
次に、図１、図７及び図８を参照して、第１実施形態の液晶表示装置１０における光セ
ンサ駆動回路４７の動作を説明する。電源がオン状態とされて光センサ駆動回路４７が動
作を開始すると、光センサ制御部５２はＧＶ制御信号を送出してＴＦＴからなる光センサ
ＴＦＴＬのゲート電極ＧＬの電圧ＧＶをオフ状態（逆バイアス状態）にする（ステップＳ
１１）。これにより、ＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬのソース電極ＳＬとドレイン電極
ＤＬ間に流れる電流は光によるリーク電流のみとなる。そして、光センサ制御部５２は内
部のカウンター（図示省略）を初期化する（ステップＳ１２）。カウンターは所定の周波
数のクロックパルス信号に基いてパルス数をカウントすることによって時間を計測する機
能を有している。そして、光センサ制御部５２はスイッチ手段ＳＷをオン状態にし（ステ
ップＳ１３）、所定時間ａ（図８参照）後（ステップＳ１４）にＳＷ制御信号を送出して
スイッチ手段ＳＷをオフ状態にするとともにカウンターの動作を開始させる（ステップＳ
１５）。容量部Ｃは所定時間ａの間に満充電されて、容量部Ｃの電圧（光検出部４２の出
力）がＶｓになる。

ステップＳ１５でスイッチ手段ＳＷがオフ状態にされると、容量部Ｃの電圧はＴＦＴか
らなる光センサＴＦＴＬのリーク電流により、外光の照度に応じて電圧が降下する。光セ
ンサＴＦＴＬのリーク電流は外光の照度が高い程（周囲が明るい程）大きいので、容量部
Ｃの電圧は外光の照度が高いほど早く低下する。ステップＳ１６において、光センサ制御
部５２は比較器５１からの入力信号により、容量部Ｃの電圧が閾値Ｖｔｈ以下になったか
否かを判定する。

ステップＳ１６において、容量部Ｃの電圧が閾値Ｖｔｈ以下になっていないと判定（Ｎ
）された場合、ステップＳ１７においてカウント値が電圧計測の最長時間ｍａｘ以上とな
ったか否か判定する。そして、ステップＳ１７において、カウント値が電圧計測の最長時
間ｍａｘ以上となっていないと判定（Ｎ）された場合、再度ステップＳ１６に戻る。ステ
ップＳ１７において最長時間ｍａｘ以上となっていると判定（Ｙ）された場合、外光の照
度が低すぎる（暗すぎる）場合であるので、ステップＳ２１においてカウント値＝最長時
間ｍａｘとして内部のレジスタ（図示省略）に記憶するとともに照度測定部５３に出力し
、照度測定部５３はそのカウント値に対応した照度値の信号をバックライト装置制御部４
８に出力し、更に、ステップＳ１２に戻る。なお、最長時間ｍａｘの設定はステップＳ１
６〜ステップＳ１７のループから抜けることができるようにするためである。

ステップＳ１６で容量部Ｃの電圧が閾値Ｖｔｈ以下になったと判定（Ｙ）された場合、
光センサ制御部５２はステップＳ１８においてカウント値が電圧計測の最短時間ｍｉｎよ
りも大きいか否かを判定する。ステップＳ１８においてカウント値が電圧計測の最短時間
ｍｉｎよりも小さいと判定（Ｎ）されたときは、外光の照度が高すぎる（明るすぎる）場
合であるので、ステップＳ２０においてカウント値が電圧計測の最短時間ｍｉｎ以上とな
るまで待機し、最短時間ｍｉｎに対応するカウント値を内部のレジスタに記憶するととも
に照度測定部５３に出力し、照度測定部５３はそのカウント値に対応した照度値の信号を
バックライト装置制御部４８に出力し、更に、ステップＳ１２に戻る。

また、ステップＳ１８でカウント値が電圧計測の最短時間ｍｉｎ以上と判定（Ｙ）され
たときは、通常の照度状態であるので、ステップＳ１９においてそのときのカウント値を
内部のレジスタに記憶するとともに照度測定部５３に出力し、照度測定部５３はそのカウ
ント値に対応した照度値の信号をバックライト装置制御部４８に出力する。これにより、
バックライト装置制御部４８は受信した照度の信号に基いてバックライト装置１３の輝度
が制御される。ステップＳ１９の後、光センサ制御部５２は動作をステップＳ１２に戻し
、次の照度検出の動作を行うことになる。

図８Ａは、ステップ１９（通常の照度）のときの各部の波形を示すタイムチャートであ
り、明るいときと暗いときの波形を示している。明るいときと暗いときでは容量部Ｃが閾
値まで電圧降下する時間ｔ１とｔ２は異なる。明るいときも暗いときも容量部Ｃが蓄積さ
れるスイッチ手段ＳＷのオン時間ａと、容量部Ｃが閾値に達してから照度決定までの処理
時間ｂと、照度決定からスイッチ手段ＳＷのオン開始までの処理時間ｃは同一である。明
るいときの１周期Ｗ１はａ＋ｔ１＋ｂ＋ｃとなり、暗いときの１周期Ｗ２はａ＋ｔ２＋ｂ
＋ｃとなり、ｔ１≠ｔ２であるので、明るいときの周期Ｗ１は暗いときの周期Ｗ２よりも
短く（Ｗ１<Ｗ２）なる。

この実施形態の光センサ制御部５２においては、容量部Ｃの電圧が閾値に達した後、従
来例である図１１に示したような待機時間ｔ１０、ｔ１２はなく、処理に必要な時間ｂ経
過後に照度決定ｄｅｔを行い、更に処理に必要な時間ｃ経過後にスイッチ手段ＳＷをオン
状態として充電処理に移行する。従って、この実施形態の光センサ制御部５２によれば、
明るいときは早く照度決定を行うことができる。

また、図８Ｂは、ステップ２０及び２１（異常の照度）のときの各部の波形を示すタイ
ムチャートであり、極めて明るいときと極めて暗いときの波形を示している。極めて明る
いときの１周期Ｗ３はａ＋ｍｉｎ＋ｂ＋ｃとなり、極めて暗いときの１周期Ｗ４はａ＋ｍ
ａｘ＋ｂ＋ｃとなる。極めて明るいとき及び極めて暗いときのいずれも、容量部Ｃが閾値
に達した後、従来例である図１１に示したような待機時間ｔ１０、ｔ１２はなく、処理に
必要な時間ｂ経過後に照度決定ｄｅｔを行い、更に処理に必要な時間ｃ経過後にスイッチ
手段ＳＷをオン状態として充電処理に移行する。

なお、極めて明るいときは、容量部Ｃが早く閾値に到達しても、光センサ制御部５２の
処理速度を超えないように待機するために異常な状態になることを回避することができる
。また、極めて暗くて或いは何等かしらの異常状態で容量部Ｃがなかなか閾値に到達しな
いときには、予め定めた最長時間ｍａｘ経過後に直ちに待ち時間から抜けることができる
。

［第２実施形態］
次に、図１、図９及び図１１を参照して、第２実施形態の液晶表示装置１０における光
センサ制御部５２の動作を説明する。なお、第２実施形態の光センサ制御部５２において
は、第１実施形態の光センサ制御部５２と同一の構成部分には同一の参照符号を付与して
その詳細な説明は省略する。

図９に示した第２実施形態の光センサ制御部５２のフローチャートにおけるステップＳ
１１〜Ｓ２１は、図７に示した第１実施形態の光センサ制御部５２のフローチャートにお
けるステップＳ１１〜Ｓ２１と同一である。第２実施形態の光センサ制御部５２はステッ
プＳ１９、Ｓ２０、Ｓ２１を終了するとステップＳ２２に進み、ＴＦＴからなる光センサ
ＴＦＴＬのゲート電極ＧＬをオンさせる期間を、レジスタに記憶させているカウント値を
引数として後述のように計算し、その計算された期間、ゲート電極ＧＬをオン状態とさせ
る（ステップＳ２２〜Ｓ２４）。そして、所定時間ｅ（図１０Ａ及び図１０Ｂ参照）待機
し（ステップＳ２５）、その待機時間が経過するとステップＳ１２に戻り、次の照度検出
の動作を行うことになる。

図１０Ａは、ステップ１９（通常の照度）のときの各部の波形を示すタイムチャートで
あり、明るいときと暗いときの波形を示している。明るいときと暗いときでは、容量部Ｃ
が閾値まで電圧降下する時間ｔ５及びｔ６並びにゲート電極ＧＬのオン時間ｗ５及びｗ６
は異なる。なお、明るいときも暗いときも容量部Ｃが充電される期間であるスイッチ手段
ＳＷのオン時間ａと、容量部Ｃの電圧が閾値に達してから照度決定までの処理時間ｂと、
照度決定からゲート電極ＧＬをオン状態にするまでの処理時間ｄと、ゲート電極ＧＬがオ
フ状態となってからスイッチ手段ＳＷをオン状態とするまでの処理時間ｅはそれぞれ一定
である。

そして、ステップＳ２２では、ゲート電極ＧＬがオン状態となっている時間とオフ状態
となっている時間の比が一定になるように、前回の容量部Ｃの電圧降下時間に比例してゲ
ート電極ＧＬをオン状態とする時間Ｗ５ないしＷ６が計算される。例えば、ゲート電極Ｇ
Ｌのオン状態となっている時間とオフ状態となっている時間の比を１：４００とすると、
図１０Ａでは、ｗ６＝ｋ６／４００＝（ｅ＋ａ＋ｔ６＋ｂ＋ｄ）／４００となる。ここで
、ｅ、ａ、ｂ、ｄは照度に無関係に一定であるので、ｔ６を線形の一次方程式の引数とし
てｗ６を算出することができる。このようにして、ゲート電極ＧＬがオン状態とされるこ
とにより、ＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬがオン状態にされて容量部Ｃの残りの電荷が
放電される。

このように、第２実施形態の光センサ制御部５２では、所定のタイミングで定期的にＴ
ＦＴからなる光センサＴＦＴＬのゲート電極ＧＬをオン状態にして極性の偏りに起因する
ＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬの閾値変化を抑制することができる。しかも、ゲート電
極ＧＬのオン時間はゲート電極ＧＬのオン時間とオフ時間の比が一定になるようにしてい
るために、ＴＦＴからなる光センサＴＦＴＬの閾値変化を確実に抑制することができ、外
光の照度の検出精度の信頼性が保たれるようになる。なお、第２実施形態の光センサ制御
部５２でも、容量部Ｃが閾値に達した後、従来例である図１１に示したような待機時間ｔ
１０、ｔ１２はなく、処理に必要な時間ｂ経過後に照度決定ｄｅｔを行い、更に処理に必
要な時間ｃ経過後にスイッチ手段ＳＷをオン状態として充電処理に移行する。

なお、第２実施形態の光センサ制御部５２では、極めて明るいときは、容量部Ｃが早く
閾値に到達しても、光センサ制御部５２の処理速度を超えないように待機するために検出
エラーを起こすことを回避することができる。また、第２実施形態の光センサ制御部５２
では、極めて暗くて或いは何等かしらの異常状態で容量部Ｃがなかなか閾値に到達しない
ときには、予め定めた最長時間ｍａｘ経過後に、検出エラーを起こすことなく、直ちに待
ち時間から抜けることができる。更に、第２実施形態の光センサ制御部５２では、図１０
Ｂに示すように、ステップ２０及び２１（異常の照度）のように、極めて明るいとき及び
極めて暗い時についても、第１実施形態の場合と同様に、ゲート電極ＧＬに、ｗ７の期間
ないしｗ８の期間、正バイアス電圧を印加してオン状態にする方法を採用することができ
る。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態においては、液晶表示装置のバックライト
の照度を制御するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、液晶表示装置のフロン
トライトの照度を制御するものや、ＣＲＴ、ＬＥＤ表示装置、プラズマ表示装置、有機Ｅ
Ｌ表示装置等の各種表示装置の表示画面の明るさそのものを制御するものに対しても等し
く適用可能である。

各実施形態で使用した液晶表示装置の要部を示すブロック図である。各実施形態で使用した液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した平面図である。実施形態で使用した液晶表示装置の１サブ画素の概要を示す平面図である。図３のIV−IV線の断面図である。各実施形態で使用した液晶表示装置の光検出部の概要を示す断面図である。図４の光検出部の等価回路図である。第１実施形態の光センサ制御部の動作を示すフローチャートである。図８Ａは第１実施形態の光センサ制御部の通常の照度の時の各部の波形を示すタイムチャートであり、図８Ｂは異常状態の時の各部の波形を示すタイムチャートである。第２実施形態の光センサ制御部の動作を示すフローチャートである。図１０Ａは第２実施形態の光センサ制御部の通常の照度の時の各部の波形を示すタイムチャートであり、図１０Ｂは異常状態の時の各部の波形を示すタイムチャートである。従来例の光センサ制御部の照度測定時の各部の波形を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０：液晶表示装置１１：液晶表示パネル１２：コントローラ基板１３：バック
ライト装置１４：第１偏光板１５：第２偏光板１６：表示領域１７：光センサ領
域１８：信号線配線領域１９：走査線配線領域２０：共通配線領域２１：ドライ
バＩＣ２２：外部接続端子２３：第１透明基板２４：走査線２５：ゲート絶縁膜
２６：半導体層２７：信号線２８：パッシベーション膜２９：層間膜３０：下
電極３１：コンタクトホール３２：電極間絶縁膜３３：上電極３４：スリット状
開口３５：第１配向膜３６：第２透明基板３７：カラーフィルタ層３８：遮光部
材４０：オーバーコート層４１：第２配向膜４２：光検出部４３：半導体層４
４：容量下電極４５：半導体層４６：遮光部材４７：光センサ駆動回路４８：バ
ックライト装置制御部４９：第１電源５０：第２電源５１：比較器５２：光セン
サ制御部５３：照度測定部ＬＣ：液晶層ＡＲ：アレイ基板ＣＦ：カラーフィルタ
基板ＴＦＴＬ：ＴＦＴからなる光センサＳＷ：スイッチＣ：容量部Ｖｓ：充電用
電圧

Claims

表示パネルと、
外光を検出する薄膜トランジスタからなる光センサ及び前記光センサの一対の電極間に
接続された容量部を備える光検知部と、
前記容量部への充電をオン／オフ切り替えするスイッチ手段と、前記スイッチ手段のオ
ン／オフ切り替えを制御すると共に前記スイッチ手段がオフ状態となった後の前記容量部
の電圧が閾値以下に変化するまでの時間に基いて外光の照度を測定する光センサ制御部と
、
前記光センサ制御部の出力に基づいて表示パネルの明るさを制御する制御手段と、
を備えた表示装置であって、
前記光センサ制御部は、前記容量部の電圧が前記閾値以下になったことを検知してから
予め定めた所定時間後に前記スイッチ手段をオン状態に移行させることを特徴とする表示
装置。
前記光センサの一対の電極はソース電極及びドレイン電極であることを特徴とする請求
項１に記載の表示装置。
前記光センサ制御部は、前記容量部の電圧が前記閾値以下に変化したことを検知した後
、前記スイッチ手段をオン状態に移行させる前に、前記光センサのゲート電極に正バイア
ス電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
前記光センサ制御部は、前記光センサのゲート電極に正バイアス電圧を印加させておく
時間を、前回の前記スイッチ手段がオフ状態となった後の前記容量部の電圧が前記閾値以
下に変化するまでの時間に比例して定めることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
前記光センサ制御部は、予め前記容量部の電圧が閾値以下に変化するまでの時間の下限
値を記憶しており、前記容量部の電圧が前記閾値以下に変化するまでの時間が前記下限値
よりも短い場合には、前記下限値を前記外光の照度の測定値として採用するすると共に前
記下限値を経過した後の前記予め定めた所定時間後に前記スイッチ手段をオン状態に移行
させることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
前記光センサ制御部は、予め前記容量部の電圧が閾値以下に変化するまでの時間の上限
値を記憶しており、前記最長時間に達しても前記容量部の電圧が前記閾値以下に変化しな
い場合には、前記上限値を前記外光の照度の測定値として採用すると共に前記上限値を経
過した後の前記予め定めた所定時間後に前記スイッチ手段をオン状態に移行させることを
特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。