JP2010181455A - 表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライト光が光センサ等の受光素子に入射することを防ぐ遮光層を形成することなく、環境光を好適に検出する。
【解決手段】表示装置（１００）は、表示パネル（３０）と、画像表示用の光（Ｌ１）を出射する光源（１０、１３）と、帰線期間中に、環境光（Ｌ２）を受光する受光手段（６１）と、光源の光の出射を制御する制御手段（５３）と、帰線期間中における受光手段の受光結果に基づいて、環境光の強度を検出する検出手段（５２）とを備え、制御手段は、帰線期間中に、光源の光の出射が周期的に行われるデューティー比を変化させるように制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば液晶装置等の表示装置及びこのような表示装置を備える電子機器の技術分野に関する。

表示装置の一例として、一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶装置があげられる。このような液晶装置では、例えば表示パネルである液晶パネルを構成する一対の基板間において液晶を所定の配向状態としておき、例えば画像表示領域に形成された画素部毎に、液晶に所定の電圧を印加することにより、液晶における配向や秩序を変化させて、光を変調することにより階調表示を行う。

このような液晶装置における視認性は、周囲の明るさ（例えば、環境光の輝度等）に応じて変化することが知られている。例えば、液晶装置の周囲が相対的に明るい場合（例えば、環境光が相対的に強い場合）には、液晶装置の輝度（具体的には、光源であるバックライトからの光源光の輝度）を相対的に明るくした方が、視認性が向上する。他方で、例えば、液晶装置の周囲が相対的に暗い場合（例えば、環境光が相対的に弱い場合）には、液晶装置の輝度を必要以上に明るくしなくとも、視認性が悪化することはない。また、液晶装置の消費電力を考慮すると輝度を抑えた方が好ましい。このような構成を実現するために、特許文献１及び２には、環境光が照射されるフォトダイオード（つまり、光センサ）の検出結果に応じて、バックライトの光量を制御する液晶装置が開示されている。

特開２００２−１３１７１９号公報 特開２００６−１１８９６５号公報

このような光センサを備える液晶装置では、光センサに対するバックライト光の影響を排除するために、光センサとバックライトとの間に遮光層が形成されるのが一般的である。この遮光層は、バックライト光が光センサに入射するのを防ぐために形成される。しかしながら、遮光層を形成するということは、表示装置の製造プロセスの増加や歩留まりの低下につながりかねない。このため、このような観点から見れば、光センサとバックライトとの間に遮光層を形成しないことが好ましいとも言える。

ここで、光センサがボトムゲート構造を有している場合には、光センサとバックライトとの間にゲート電極が形成されるため、当該ゲート電極を遮光層として使用すれば、光センサとバックライトとの間に別途特別な遮光層を形成する必要がなくなる。しかしながら、光センサがトップゲート構造を有している場合には、光センサとバックライトとの間にゲート電極が形成されることはないため、バックライト光が光センサに入射してしまう。このため、バックライト光の影響を受けて、環境光を高精度に検出することができないという技術的な問題点が生ずる。

また、遮光層を形成しない場合には、光センサの下層（具体的には、バックライト側の層）の膜厚及び寄生容量が減少することになる。このため、光センサは、外来ノイズの影響を大きく受けることになってしまう。具体的には、例えば、液晶パネルの液晶駆動に伴う表示ノイズに起因する影響を受けて、光センサの出力が変動してしまうという技術的な問題点が生じてしまう。従って、環境光を高精度に検出することができないという技術的な問題点が生ずる。

本発明は、例えば上述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、例えばバックライト光が光センサ等の受光素子に入射することを防ぐ遮光層を形成することなく、環境光を好適に検出することができる表示装置及び電子機器を提供することを課題とする。

（表示装置）
上記課題を解決するために、本発明の表示装置は、第１基板（例えば、後述の素子基板）及び前記第１基板に対向する第２基板（例えば、後述のカラーフィルタ基板）を有する表示パネルと、前記第１の基板側から前記表示パネルに向けて画像表示用の光を出射する光源と、前記表示パネル内に形成され、且つ前記第２基板側から前記表示パネルに入射する環境光を帰線期間中に受光する受光手段と、前記光源の光の出射を制御する制御手段と、前記帰線期間中における前記受光手段の受光結果に基づいて、前記環境光の強度を検出する検出手段とを備え、前記制御手段は、前記帰線期間中に前記光の出射が周期的に行われるデューティー比を段階的に又は連続的に変化させるように前記光源の光の出射を制御する。

本発明の表示装置によれば、光源から出射する光（例えば、パルス光ないしはパルス波形が崩れた光）は、例えば第１基板の側から第２基板の側へ向かって伝搬するように表示パネルを透過した後にユーザに視認される。これにより、所望の画像を表示することができる。このような表示装置の一例として、第１基板と第２基板との間に電気光学物質（例えば、液晶等）が挟持されている電気光学装置が一例としてあげられる。このような電気光学装置では、画像に応じた電界が電気光学物質に印加されることで、画像表示が行われる。

本発明に係る表示装置は特に、受光手段と、制御手段と、検出手段とを備えている。

受光手段は、表示装置の外部（特に、第２基板側）から表示パネル内に入射してくる光（より具体的には、例えば太陽光等の外光を含む環境光）を受光する。加えて、本発明に係る表示装置では、光源から出射される光を遮光する遮光層が受光手段と光源との間には形成されていないため、受光手段は、環境光に加えて、光源から出射される光をも受光する。特に、本発明では、受光手段は、画像表示が実際に行われる有効表示期間以外の帰線期間中に、環境光を受光する。

制御手段は、帰線期間中に、光源から出射される光のデューティー比を段階的に又は連続的に変化させるように光源を制御する。従って、帰線期間中は、光源からは、オンオフ（言い換えれば、明滅）が繰り返される光が出射される。その結果、受光手段は、帰線期間中に、環境光に加えて、デューティー比が段階的に又は連続的に変化するように光源から出射される光を受光する。尚、制御手段は、帰線期間中以外の有効表示期間中には、通常の画像表示に用いられる光を出射するように光源を制御してもよい。

検出手段は、受光手段の受光結果（つまり、帰線期間中の受光手段の出力）に基づいて、環境光の強度（例えば、輝度等）を検出する
このように、本発明では、受光手段による受光動作は、帰線期間に行われる。つまり、表示パネルでは、画像表示に伴う各種動作（特に、例えばゲート線やソース線や共通配線等の各種電気配線の電圧変動を伴う各種動作）が行われない期間中に、受光動作が行われる。従って、遮光層を形成しない場合であっても、少なくとも受光手段が受光動作を行う間には、外来ノイズの影響（特に、表示パネルにおける画像表示に伴う各種動作に起因する外来ノイズ）を受光手段が受けることはなくなる。従って、受光手段の出力が外来ノイズに起因して変動してしまうという不都合を好適に抑制することができる。

加えて、本発明では、受光手段による受光動作が行われる間（つまり、帰線期間）には、光源から出射される光のデューティー比が連続的に又は段階的に変化している。このため、後にグラフを用いて詳細に説明するように、環境光の輝度（或いは、その他の光特性を示すパラメータ）と検出手段の検出結果とが所定の相関関係を有することになる。言い換えれば、環境光のみならず光源から出射される光が受光手段によって受光されている場合であっても、検出手段は、光源から出射される光の影響を受けることなく、環境光の強度を好適に検出することができる。従って、遮光層を形成しない場合であっても、環境光の強度を好適に検出することができる。その結果、光源の輝度を好適に制御することができる。

尚、帰線期間中に光源からの光の出射を停止すれば、検出手段は、光源から出射される光の影響を受けることなく、環境光の強度を好適に検出することができるとも考えられる。しかしながら、後にグラフを用いて詳述するように、単に帰線期間中に光源からの光の出射を停止するだけでは、検出手段による環境光の強度の検出が帰線期間中に終了しなくなりかねない。しかるに、本発明によれば、受光手段による受光動作が行われる間に、光源から出射される光のデューティー比を連続的に又は段階的に変化させることで、検出手段による環境光の強度の検出を帰線期間中に確実に終了させることができるため、実践上大変有用である。

本発明の表示装置の一の態様では、前記制御手段は、前記検出手段により検出される前記環境光の強度に基づいて、前記光源の輝度を制御する。

この態様によれば、検出手段の検出結果（つまり、環境光の強度）に基づいて、光源の輝度を好適に制御する（言い換えれば、調整する）ことができる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記帰線期間は、垂直帰線期間である。

この態様によれば、１垂直走査期間（例えば、１フレーム期間又は１フィールド期間等）における垂直帰線期間中に、光源から出射される光のデューティー比を段階的に又は連続的に変化させると共に受光手段が受光動作を行うことで、上述した各種効果を好適に享受することができる。特に、有効な画像が表示されない期間である垂直帰線期間を利用することで、画像表示に関するシーケンスを大きく変更することなく、上述した動作を行うことができる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記制御手段は、前記帰線期間中に前記光源の光が出射される周波数が１２０ｋＨｚ以上且つ２４０ｋＨｚ以下の範囲内に設定されるように前記光源を制御する。

この態様によれば、概ね数百μ秒程度の帰線期間中に多数の（例えば、数十本の）光を光源から出射することができる。言い換えれば、概ね数百μ秒程度の帰線期間中に、多数の明滅又はオンオフを繰り返す光を光源から出射することができる。このため、帰線期間中に、光源から出射される光のデューティー比を好適に又は確実に変化させることができる。このため、上述した各種効果を好適に享受することができる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記制御手段は、前記デューティー比を段階的に又は連続的に減少させるように前記光源を制御する。

この態様によれば、後にグラフを用いて詳細に説明するように、環境光のみならず光源から出射される光が受光手段によって受光されている場合であっても、検出手段は、光源から出射される光の影響を受けることなく、環境光の強度を好適に検出することができる。このため、上述した各種効果を好適に享受することができる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記制御手段は、有効表示期間中に前記光源から光が出射される周波数よりも、前記帰線期間中に前記光源から光が出射される周波数を高くする。

この態様によれば、一般的には有効表示期間よりは短い帰線期間中に、多数の（例えば、数十本の）光を光源から出射することができる。このため、帰線期間中に、光源から出射される光のデューティー比を好適に又は確実に変化させることができる。このため、上述した各種効果を好適に享受することができる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記制御手段は、前記帰線期間中に前記光源の光の出射を制御する制御信号のデューティー比を段階的に又は連続的に変化させる。

この態様によれば、帰線期間中に、光源から出射される光のデューティー比を好適に変化させることができる。このため、上述した各種効果を好適に享受することができる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記受光手段は、ＰＩＮダイオードを含んでおり、前記ＰＩＮダイオードは、ゲート電極が前記第２基板側に配置されるトップゲート構造を有する。

この態様によれば、トップゲート構造を有するＰＩＮダイオードを含む受光素子を備える表示装置であっても、遮光層を形成することなく、環境光の強度を好適に検出することができる。

（電子機器）
上記課題を解決するために、本発明の電子機器は、上述した本発明の表示装置（但し、その各種態様を含む）を備える。

本発明の電子機器によれば、上述した本発明の表示装置（或いは、その各種態様）備えているため、上述した本発明の表示装置が享受する各種効果と同様の効果を享受することができる。つまり、上述した本発明の表示装置が享受する各種効果と同様の効果を享受することができる投射型表示装置（例えば、プロジェクタやヘッドアップディスプレイ等）や直視型表示装置（例えば、テレビ、携帯電話、電子手帳、携帯オーディオプレーヤ、ワードプロセッサ、デジタルカメラ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネル等）などの各種電子機器を実現することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から更に明らかにされよう。

本実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を模式的に示す平面図である。 液晶表示装置における切断線Ａ−Ａ’に沿った１つの表示画素の拡大断面図である。 液晶表示装置における１つの検知領域の拡大断面図である。 光センサ及び検知回路のより詳細な回路構成を示す回路図である。 本実施形態に係る液晶表示装置の動作の流れを示すタイミングチャートである。 バックライト光のデューティー比を連続的に又は段階的に且つ単調に減少させながら光センサによる受光動作を行った場合における、環境光の照度とコンパレータ出力反転時間との関係を示すグラフである。 バックライト光のデューティー比を固定した状態で光センサによる受光動作を行った場合における、環境光の照度とコンパレータ出力反転時間との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る液晶表示装置（つまり、遮光層を形成しない液晶表示装置）における光センサの受光電流の温度特性と、比較例に係る液晶表示装置（つまり、遮光層を形成する液晶表示装置）における光センサの受光電流ｉの温度特性とを示すグラフである。 コンパレータ出力反転時間とバックライト光のデューティー比との関係を示すグラフである。 液晶表示装置が適用されたモバイル型のパーソナルコンピュータの斜視図である。 液晶表示装置が適用された携帯電話の斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づいて説明する。尚、以下では、本発明に係る表示装置の一例として、液晶装置を用いて説明を進める。

（１）液晶表示装置の基本構成
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る液晶表示装置１００の構成等について説明する。

図１は、本実施形態に係る液晶表示装置１００の概略構成を模式的に示す平面図である。図１では、紙面手前側（観察側）にカラーフィルタ基板９２が、また、紙面奥側に素子基板９１が夫々配置されている。なお、図１では、紙面縦方向（列方向）をＹ方向と規定し且つ紙面横方向（行方向）をＸ方向と規定する。また、図１において、Ｒ（赤）、Ｇ（緑１）、Ｂ（青）に対応する各領域は１つのサブ画素ＳＧを示していると共に、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する１行３列のサブ画素ＳＧは、１つの表示画素ＡＧを示している。尚、サブ画素ＳＧの配列が図１に示す例に限定されることはない。

図２は、液晶表示装置１００における切断線Ａ−Ａ’に沿った１つの表示画素ＡＧの拡大断面図である。図２に示すように、液晶表示装置１００は、本発明における「光源」の一具体例を構成する照明装置１０と、本発明における「表示パネル」の一具体例を構成する液晶表示パネル３０と、拡散シート１４と、プリズムシート１５と、反射シート１６より構成される。液晶表示パネル３０は、本発明における「第１基板」の一具体例を構成する素子基板９１と、その素子基板９１に対向して配置され且つ本発明における「第２基板」の一具体例を構成するカラーフィルタ基板９２とが枠状のシール材５を介して貼り合わされ、そのシール材５の内側に液晶が封入されて液晶層４が形成されてなる。液晶層４に用いられる液晶は、例えばＴＮ（Twisted Nematic）型液晶である。液晶表示パネル３０の素子基板９１の外面上には、照明装置１０が備えられている。

本実施形態に係る液晶表示装置１００は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を用いて構成されるカラー表示用の液晶表示装置であると共に、スイッチング素子としてポリシリコンＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置である。

素子基板９１の平面構成について説明する。素子基板９１の内面上には、主として、複数のソース線３２、複数のゲート線３３、複数のポリシリコンＴＦＴ３７、複数の画素電極３４、ドライバＩＣ４０、外部接続用配線３５及びＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）４１などが形成若しくは実装されている。

図１に示すように、素子基板９１は、カラーフィルタ基板９２の一辺側から外側へ張り出してなる張り出し領域３１を有しており、その張り出し領域３１上には、ドライバＩＣ４０が実装されている。ドライバＩＣ４０の入力側の端子（図示略）は、複数の外部接続用配線３５の一端側と電気的に接続されていると共に、複数の外部接続用配線３５の他端側はＦＰＣ４１と電気的に接続されている。各ソース線３２は、Ｙ方向に延在するように且つＸ方向に適宜の間隔をおいて形成されており、各ソース線３２の一端側は、ドライバＩＣ４０の出力側の端子（図示略）に電気的に接続されている。

各ゲート線３３は、Ｙ方向に延在するように形成された第１配線３３ａと、その第１配線３３ａの終端部からＸ方向に延在するように形成された第２配線３３ｂとを備えている。各ゲート線３３の第２配線３３ｂは、各ソース線３２と交差する方向、即ちＸ方向に延在するように且つＹ方向に適宜の間隔をおいて形成されており、各ゲート線３３の第１配線３３ａの一端側は、ドライバＩＣ４０の出力側の端子（図示略）に電気的に接続されている。各ソース線３２と各ゲート線３３の第２配線３３ｂの交差に対応する位置にはポリシリコンＴＦＴ３７が設けられており、各ポリシリコンＴＦＴ３７は各ソース線３２、各ゲート線３３及び各画素電極３４等に電気的に接続されている。各ポリシリコンＴＦＴ３７は、ガラスなどの素子基板９１上の各サブ画素ＳＧに対応する位置に設けられている。各画素電極３４は、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）などの透明導電材料により形成されており、素子基板９１上の各サブ画素ＳＧに対応する位置に設けられる。各画素電極３４は、不図示の層間膜に設けられたコンタクトホールを介してソース線３２及び各ポリシリコンＴＦＴ３７と電気的に接続されている。

１つの表示画素ＡＧがＸ方向及びＹ方向に複数個、マトリクス状に並べられた領域が有効表示領域Ｖ（２点鎖線により囲まれる領域）である。この有効表示領域Ｖに、文字、数字、図形等の画像が表示される。

有効表示領域Ｖの外側の領域は、表示に寄与しない額縁領域３８となっている。後に詳しく述べるが、額縁領域３８には、液晶表示装置１００の外部から入射する光を検知するための領域として一又は複数の検知領域ＳＧａが設けられている。各検知領域ＳＧａには、本発明における「受光手段」の一具体例を構成する光センサ６１が形成されている。光センサ６１は、具体的には、ＰＩＮ（p-intrinsic-n）ダイオードなどやＭＯＳトランジスタ等の半導体素子である。尚、以下の説明では、光センサ６１が、ＰＩＮ（p-intrinsic-n）ダイオードである場合の例について説明を進める。光センサ６１は、配線３２ａを介して検知回路５２と電気的に接続されている。

検知回路５２は、本発明における「検出手段」の一具体例を構成しており、光センサ６１で発生した電流を検知することで、当該光センサ６１に入射した光の輝度（特に、後に詳述するように、液晶表示装置１００の外部から入射する環境光の輝度等）を検出する。

検知回路５２において検出された輝度等の情報は、本発明における「制御手段」の一具体例を構成するＬＥＤ制御回路５３に出力される。ＬＥＤ制御回路５３は、検知回路５２において検出された環境光の輝度に基づいて、照明装置１０が備えるＬＥＤ１３の動作電流を調整する。また、ＬＥＤ制御回路５３は、後に詳述するように、照明装置１０が備えるＬＥＤ１３が出射するバックライト光がパルス光となるように且つ当該パルス光に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）が行われるようにＬＥＤ１３を制御する。

次に、カラーフィルタ基板９２の平面構成について説明する。図２に示すように、カラーフィルタ基板９２は、ガラスなどの基板２上に、ブラックマトリクスＢＭ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｇの３色の着色層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ及び共通電極８などを有する。ブラックマトリクスＢＭは、各色のサブ画素ＳＧを区画する位置に形成されている。なお、以下の説明もしくは図面において、Ｒ、Ｇ、Ｂの色を特定することなく構成要素を示す場合には、単に「着色層６」のように記し、Ｒ、Ｇ、Ｂの色を区別して構成要素を示す場合には、例えば「着色層６Ｒ」のように記すこととする。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のサブ画素ＳＧは、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの夫々を有している。このＲ、Ｇ、Ｂの着色層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂが、夫々の色のカラーフィルタとして機能する。共通電極８は、画素電極と同様にＩＴＯなどの透明導電材料からなり、カラーフィルタ基板９２の略一面に亘って形成されている。共通電極８は、シール材５の隅の領域Ｅ１において配線３６の一端側と電気的に接続されていると共に、当該配線３６の他端側は、ドライバＩＣ４０のＣＯＭに対応する出力端子と電気的に接続されている。

次に、照明装置１０について説明する。照明装置１０は、導光板１１と光源部１２より構成される。光源部１２は、導光板１１の端面１１ｃに対し光Ｌを出射する。光源部１２は、後に詳しく述べるが、光源としてＲＧＢの各色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）１３を有する。

光源部１２より出射したバックライト光Ｌ１は、導光板１１の端面（以下、「入光端面」と称す）１１ｃより導光板１１内へ入り、導光板１１の出射面１１ａ、反射面１１ｂで反射を繰り返すことにより方向を変える。バックライト光Ｌ１は、導光板１１の出射面１１ａとバックライト光Ｌ１のなす角が臨界角を超えると、導光板１１の出射面１１ａより液晶表示パネル３０へ向けて出射する。バックライト光Ｌ１は、導光板１１の反射面１１ｂと光Ｌのなす角が臨界角を超えると、導光板１１の反射面１１ｂより出射する。しかし、導光板１１の反射面１１ｂより出射した光は、光を反射する反射シート１６によって反射され、導光板１１内部へ戻される。

導光板１１の出射面１１ａより液晶表示パネル３０へ向けて出射したバックライト光Ｌ１は、拡散シート１４、プリズムシート１５を透過した後、液晶表示パネル３０を透過する。拡散シート１４は、バックライト光Ｌ１を拡散して出射する。プリズムシート１５は、プリズムシート１５ａ、１５ｂより構成される。プリズムシート１５ａ、１５ｂは夫々、断面形状が略三角形となるプリズム形状を全面に有しており、バックライト光Ｌ１を液晶表示パネル３０に向けて出射する。なお、プリズムシート１５ａ、１５ｂは、プリズム形状のプリズムの稜線が互いに略垂直となる配置とされる。液晶表示装置１００は、バックライト光Ｌ１が液晶表示パネル３０を透過することによって照明される。これにより、液晶表示装置１００は、文字、数字、図形等の画像を表示することができ、観測者が画像を視認することができる。

液晶表示装置１００では、電子機器のメイン基板等と接続されたＦＰＣ４１側からの信号及び電力等に基づき、ドライバＩＣ４０によって、Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍ−１、Ｇｍ（ｍは自然数）の順にゲート線３３が順次排他的に１本ずつ選択されるとともに、選択されたゲート線３３には、選択電圧のゲート信号が供給される一方、他の非選択のゲート線３３には、非選択電圧のゲート信号が供給される。そして、ドライバＩＣ４０は、選択されたゲート線３３に対応する位置にある画素電極３４に対し、表示内容に応じたソース信号を、それぞれ対応するＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎ−１、Ｓｎ（ｎは自然数）のソース線３２及びポリシリコンＴＦＴ３７を介して供給する。その結果、液晶層４の配向状態が制御され、液晶表示装置１００の表示状態が、非表示状態または中間表示状態に切り替えられることとなる。

さらに、液晶表示パネル３０としては、上述したようなＴＮ液晶からなる液晶層を有する液晶表示パネルには限られず、代わりに、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＩＰＳ（In Plane Switching）方式、ＦＦＳ（Fringe Field Structure）方式などの液晶表示パネルを用いるとすることもできる。

（２）検知領域の構成
次に、検知領域ＳＧａの構成について説明する。図３は、液晶表示装置１００における１つの検知領域ＳＧａの拡大断面図である。

図３に示すように、素子基板９１の内面上には、不図示のシリコン酸化膜が形成されている。シリコン酸化膜の内面上で、光センサ６１が形成される領域には、不純物が導入されていないポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）の層であるｉ（intrinsic）層６１ｂが形成され、ｉ層６１ｂの両側には、ｉ層６１ｂを挟み込んで、ポリシリコンにボロン（Ｂ）イオンが注入された高不純物濃度のｐ＋層６１ａと、ポリシリコンにリン（Ｐ）イオンが注入された高不純物濃度のｎ＋層６１ｃが形成されている。光センサ６１たるＰＩＮダイオードは、これらｉ層６１ｂとｐ＋層６１ａとｎ＋層６１ｃより構成される。また、ｐ＋層６１ａは、配線を介して不図示の高位電源ＶＨＨに接続されており、ｎ＋層６１ｃは、配線３２ａを介して検知回路５２に接続されている。このため、光センサ６１の出力電流は、配線３２ａを介して検知回路５２へ出力される。

また、本実施形態では、光センサ６１は、光センサ６１のゲート電極４５が、光センサ６１の上層側（つまり、カラーフィルタ基板９２側）に配置されるトップゲート構造を有している。

次に、検知領域ＳＧａにおけるカラーフィルタ基板９２側の構成について述べる。図３に示すように、カラーフィルタ基板９２の内面上（特に、検知領域ＳＧａ）には、樹脂などでベタ状のブラックマトリクスＢＭが形成されている。但し、液晶表示パネル３０の外部の環境光Ｌ２が光センサ６１に照射されるように、光センサ６１に対向するカラーフィルタ基板９２の領域部分におけるブラックマトリクスＢＭは、液晶表示パネル３０の外部に開けた開口９４（つまり、ブラックマトリクスＢＭが形成されない開口９４）を有している。その結果、光センサ６１には、開口９４を介して液晶表示パネル３０内部に入射してくる環境光Ｌ２を受光する。

ここで、図４を参照して、光センサ６１及び検知回路５２のより詳細な回路構成について説明する。ここに、図４は、光センサ６１及び検知回路５２のより詳細な回路構成を示す回路図である。

図４に示すように、光センサ６１は、高電位側電源ＶＨに直列に接続されている。また、光センサ６１は、ＰＩＮダイオードで構成され、逆バイアスされている。光センサ６１には、バックライト光Ｌ１と環境光Ｌ２とが入射光として入射する。光センサ６１は、入射光の光量に応じた受光電流ｉを出力する。受光電流ｉは、配線３２ａを介して検知回路５２へと出力される。

また、光センサ６１は、配線３２ａ及びノードＱを介して、検知回路５２が備えるキャパシタ５２１の一方の端子と電気的に接続されている。ノードＱからは、受光電流ｉがキャパシタ５２１に出力される。キャパシタ５２１の他方の端子は、グランドＧＮＤ（又は、低電位側電源ＶＬＬ）に電気的に接続されている。

また、ノードＱには、スイッチング素子５２２の一方の端子が電気的に接続されている。スイッチング素子５２２の他方の端子は、グランドＧＮＤに電気的に接続されている。キャパシタ５２１には受光電流ｉによって電荷が蓄積されノードＱの電位が上昇するが、スイッチング素子５２２がオン状態になると、蓄積された電荷が放電されてノードＱの電位がグランドレベルになる。スイッチング素子５２２はＴＦＴによって構成され、そのゲートに供給されるリセット信号ＲＳＴがアクティブ（ハイレベル）になるとオン状態になり、リセット信号ＲＳＴが非アクティブ（ローレベル）になるとオフ状態になる。

ノードＱは、コンパレータ５２３の一方の入力端子に電気的に接続されている。コンパレータ５２３の他方の入力端子（不図示）には、基準信号ＲＥＦが供給される。従って、コンパレータ５２３は、ノードＱの電位が基準信号ＲＥＦの電位よりも低い場合には、ローレベルの出力ＤＴを出力し、他方で、ノードＱの電位が基準信号ＲＥＦの電位以上となる場合には、ハイレベルの出力ＤＴを出力する。

（３）液晶表示装置の動作
続いて、図５を参照して、本実施形態に係る液晶表示装置１００の動作（特に、光センサ６１及び検知回路５２を用いた、環境光Ｌ２の輝度の検出動作）について説明する。ここに、図５は、本実施形態に係る液晶表示装置１００の動作の流れを示すタイミングチャートであ。

図５に示すように、液晶表示装置１００は、例えば１６．８ｍｓの長さを有するフレーム毎に、有効表示期間において画像表示を行うと共に、２８０μｓの長さを有する垂直帰線期間において環境光Ｌ２の輝度の検出動作を行う。

まず有効表示期間においては、液晶表示装置１００は、以下のように動作する。まず、ドライバＩＣ４０から第１水平ラインのゲート線３３にハイレベルの走査信号を供給することで、第１水平ラインのゲート線３３に接続された全てのポリシリコンＴＦＴ３７をオン状態にして、第１水平ラインのゲート線３３に係る全ての表示画素ＡＧを選択する。また、第１水平ラインのゲート線３３に係る表示画素ＡＧの選択に同期して、ドライバＩＣ４０から各ソース線３２に、画像信号が供給される。これにより、選択した全ての表示画素ＡＧに、各ソース線３２及びポリシリコンＴＦＴ３７を介して画像信号が供給され、この画像信号に基づく書込電圧が画素電極３４に書き込まれる。これにより、画素電極３４と共通電極８との間に電位差が生じて、駆動電圧が液晶層４に印加される。以降、同様の動作は、第２水平ラインのゲート線３３に係る表示画素ＡＧから第ｎ（但し、ｎは、水平方向の画素数を示す自然数）水平ラインのゲート線３３に係る表示画素ＡＧに対しても順次行われる。これにより、１フレームの画像表示が行われる。

このとき、ＬＥＤ制御回路５３は、ＬＥＤ１３が出射するバックライト光Ｌ１の周波数（具体的には、バックライト光Ｌ１の出射、停止を繰り返す周波数）を４８０Ｈｚに設定し且つバックライト光Ｌ１のデューティー比を表示される画像の輝度ないしは階調に応じた値に設定する。但し、有効表示期間におけるバックライト光Ｌ１の周波数及びデューティー比がこれに限定されるものではない。

他方で、垂直帰線期間においては、液晶表示装置１００は、以下のように動作する。まず、有効表示期間の最後にリセット信号ＲＳＴがアクティブに切り替わると共に垂直帰線期間が開始するまでにリセット信号ＲＳＴが非アクティブになる。このため、垂直帰線期間が開始する時点では、ノードＱの電位はグランドレベルに設定される。また、コンパレータ５２３の出力ＤＴもまた、ローレベルに設定される。

その後、垂直帰線期間の開始と共に、ＬＥＤ制御回路５３は、ＬＥＤ１３が出射するバックライト光Ｌ１の周波数を、有効表示期間における周波数よりも高くする。例えば、ＬＥＤ制御回路５３は、ＬＥＤ１３が出射するバックライト光Ｌ１の周波数を、１２０ｋＨｚから１４０ｋＨｚに設定する。また、ＬＥＤ制御回路５３は、垂直帰線期間中には、バックライト光Ｌ１のデューティー比が連続的に又は段階的に且つ単調に減少するように、バックライト光Ｌ１のデューティー比を設定する。例えば、ＬＥＤ制御回路５３は、バックライト光Ｌ１のデューティー比が、９０％から４０％に連続的に又は段階的に且つ単調に減少するように、バックライト光Ｌ１のデューティー比を設定する。但し、垂直帰線期間におけるバックライト光Ｌ１の周波数及びデューティー比がこれに限定されるものではない。また、バックライト光Ｌ１の周波数及びデューティー比は、ＬＥＤ制御回路５３から照明装置１０に供給される制御信号によって制御される。

また、垂直帰線期間の開始と共に、光センサ６１は、入射光（つまり、バックライト光Ｌ１及び環境光Ｌ２）の光量に応じた受光電流ｉを、検知回路５２に対して出力する。これにより、キャパシタ５２１に対する充電が開始される。また、キャパシタ５２１の充電に伴って、検知回路５２におけるノードＱの電位は徐々に増加する。キャパシタ５２１は定電流で充電されるので、ノードＱの電位変化の波形は概ね直線となる。

その後、検知回路５２におけるノードＱの電位が基準信号ＲＥＦの電位以上となった時点で、コンパレータ５２３の出力ＤＴかローレベルからハイレベルに切り替わる。ここで、ノードＱの電位の波形の傾きは、受光電流ｉが大きいほど大きくなる。従って、光センサ６１に照射される入射光の輝度が高い程、ノードＱの電位の波形の傾きは大きくなる。その結果、光センサ６１に照射される入射光の輝度が高い程、コンパレータ５２３の出力ＤＴかローレベルからハイレベルに切り替わるまでに要する時間が短くなる。このため、検知回路５２は、垂直帰線期間が開始してからコンパレータ５２３の出力ＤＴかローレベルからハイレベルに切り替わるまでに要する時間（つまり、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔ）に基づいて、光センサ６１に入射する入射光（具体的には、環境光Ｌ２）の輝度を検出することができる。

但し、光センサ６１には、検出の対象となる環境光Ｌ２に加えて、バックライト光Ｌ１も入射している。従って、垂直帰線期間が開始してからコンパレータ５２３の出力ＤＴかローレベルからハイレベルに切り替わるまでに要する時間（つまり、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔ）は、環境光Ｌ２のみならずバックライト光Ｌ１の影響をも受けていると想定される。しかしながら、本実施形態によれば、バックライト光Ｌ１のデューティー比を連続的に又は段階的に且つ単調に減少させているがゆえに、環境光Ｌ２のみならずバックライト光Ｌ１が光センサ６１に入射している場合であっても、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔは、入射光のうちの環境光Ｌ２の輝度に対して比例する関係を有している。

これについて、図６を参照して説明する。ここに、図６は、バックライト光Ｌ１のデューティー比を連続的に又は段階的に且つ単調に減少させながら光センサ６１による受光動作を行った場合における、環境光Ｌ２の照度とコンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔとの関係を示すグラフである。

図６に示すように、バックライト光Ｌ１のデューティー比を連続的に又は段階的に且つ単調に減少させた状態で受光センサ６１による受光動作を行わせた場合には、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔと環境光照度とが逆比例の関係になる。従って、検知回路５２は、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔに基づいて、環境光Ｌ２の照度（更には、輝度等）を好適に検出することができる。

尚、図６のグラフは、ＬＥＤ１３が出射するバックライト光Ｌ１の周波数を、１５０ｋＨｚに設定し、且つバックライト光Ｌ１のデューティー比を、９０％から４０％に至るまで１．２％ずつ段階的に減少させた場合の例を示している。

このように、本実施形態に係る液晶表示装置１００によれば、バックライト光Ｌ１の光センサ６１への入射を防ぐ遮光層を形成する必要がない。このため、液晶表示装置１００の製造プロセスが増加したり又は歩留まりが低下したりする不都合を好適に抑制することができる。

また、本実施形態に係る液晶表示装置１００によれば、光センサ６１による受光動作は、垂直帰線期間中に行われる。つまり、画像表示に伴う各種動作（特に、例えばゲート線３３やソース線３２や共通電極８等の各種電気配線の電圧変動を伴う各種動作）が表示パネル３０において行われない期間中に、光センサ６１による受光動作が行われる。従って、遮光層を形成しない場合であっても、少なくとも光センサ６１が受光動作を行う間には、外来ノイズの影響（特に、表示パネル３０における各種電気配線の電圧変動を伴う各種動作に起因する外来ノイズ）を光センサ６１が受けることはなくなる。従って、光センサ６１の受光電流ｉが外来ノイズに起因して意図せず変動してしまうという不都合を好適に抑制することができる。

加えて、遮光層を形成しないがゆえに光センサ６１にバックライト光Ｌ１が入射する場合であっても、バックライト光Ｌ１のデューティー比を連続的に又は段階的に且つ単調に減少させながら受光動作を行うため、検知回路５３は、バックライト光Ｌ１の影響を受けることなく、環境光Ｌ２の輝度等を好適に検出することができる。その結果、好適に検出された環境光Ｌ２の輝度等に基づいて、ＬＥＤ１３の輝度を好適に制御することができる。

尚、バックライト光Ｌ１のデューティー比を連続的に又は段階的に且つ単調に減少させることに代えて、バックライト光Ｌ１の出射を停止すれば、バックライト光Ｌ１の影響を受けることなく環境光Ｌ２の輝度等を好適に検出することができるとも考えられる。しかしながら、バックライト光Ｌ１の出射を停止した場合には、光センサ６１から出力される受光電流ｉに基づく環境光Ｌ２の輝度等の検出に、数ｍｓの時間がかかってしまう。これについて、図７を参照して説明する。ここに、図７は、バックライト光Ｌ１のデューティー比を夫々、０％、１０％、２０％、・・・、１００％に固定した状態で光センサ６１による受光動作を行った場合における、環境光Ｌ２の照度とコンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔとの関係を示すグラフである。

図７に示すように、バックライト光Ｌ１の出射を停止した場合（つまり、バックライト光Ｌ１のデューティー比を０％に固定した状態に対応する輝度の場合）には、確かに、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔと環境光Ｌ２の照度とが逆比例の関係になっている。しかしながら、例えば環境光Ｌ２の照度が概ね２０００ｌｘ以下の範囲では、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔが、垂直帰線期間以上となってしまう。これは、垂直帰線期間内に環境光Ｌ２の輝度等を検出することができない（つまり、環境光Ｌ２の輝度等を検出するためには、垂直帰線期間以上の時間を要する）ことを意味している。従って、単にバックライト光Ｌ１の出射を停止しただけでは、環境光Ｌ２の輝度等を好適に検出することができない。

他方で、図７に示すように、バックライト光Ｌ１のデューティー比を相対的に高い値に固定した場合には、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔが垂直帰線期間以下となるものの、バックライト光Ｌ１の影響をそのまま受けることになるため、環境光Ｌ２の輝度を好適に検出することは困難又は不可能である。例えば、バックライト光Ｌ１のデューティー比を４０％に固定した場合には、特に環境光Ｌ２の照度が概ね１０００ｌｘ以下の範囲において、環境光Ｌ２の照度に応じたコンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔの変化が殆ど見られなくなってしまう。

しかるに、本実施形態では、図６及び図７に示すように、バックライト光Ｌ１のデューティー比が連続的に又は段階的に且つ単調に減少するように、バックライト光Ｌ１のデューティー比を設定しているため、垂直帰線期間である２８０μｓ以内に、環境光Ｌ２の輝度等を検出することができる。

また、本実施形態では、垂直帰線期間内に環境光Ｌ２の輝度等を検出することができるように、バックライト光Ｌ１のデューティー比の減少の割合やデューティー比の開始値及び終了値を調整してもよい。具体的には、例えば、図７中の「Ａ」の符号で示すように、垂直帰線期間が２８０μｓから概ね５００μｓ程度に増加する場合には、バックライト光Ｌ１のデューティー比の変化の範囲を拡大しても（例えば、デューティー比を９０％から３０％に至るまで連続的に又は段階的に且つ単調に減少させても）、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔと環境光Ｌ２の照度とが逆比例の関係になっている。従って、環境光Ｌ２の輝度等を好適に検出することができる。或いは、図７中の「Ｂ」の符号で示すように、垂直帰線期間が２８０μｓから概ね２００μｓ程度に減少する場合には、バックライト光Ｌ１のデューティー比の変化の範囲を縮小しても（例えば、デューティー比を９０％から５０％に至るまで連続的に又は段階的に且つ単調に減少させても）、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔと環境光Ｌ２の照度とが逆比例の関係になっている。従って、環境光Ｌ２の輝度等を好適に検出することができる。

また、本実施形態では、検出可能な環境光Ｌ２の範囲に応じて、バックライト光Ｌ１のデューティー比の減少の割合やデューティー比の開始値及び終了値を調整してもよい。

加えて、光センサ６１は、熱電流の発生に起因して、光センサ６１自身の温度又は周辺温度の増加に伴って受光電流ｉが増加するという特性を有している。他方で、バックライト光Ｌ１を出射するＬＥＤ１３は、熱劣化に起因して、ＬＥＤ１３自身の温度又は周辺温度の増加に伴ってバックライト光Ｌ１の輝度が減少するという特性を有している。従って、熱電流に起因した光センサ６１の受光電流ｉの増加分が、バックライト光Ｌ１の減少によって相殺される。これにより、光センサ６１の温度依存性を低下させることができる。つまり、光センサ６１自身の温度又は周囲温度に起因した受光電流ｉの変動を抑制することができる。

ここで、光センサ６１の受光電流ｉの温度依存性について、図８を参照して説明する。ここに、図８は、本実施形態に係る液晶表示装置１００（つまり、遮光層を形成しない液晶表示装置）における光センサ６１の受光電流ｉの温度特性と、比較例に係る液晶表示装置（つまり、遮光層を形成する液晶表示装置）における光センサの受光電流ｉの温度特性とを示すグラフである。

図８に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１００では、熱電流に起因した光センサ６１の受光電流ｉの増加分が、バックライト光Ｌ１の減少によって相殺されるため、光センサ６１の受光電流ｉの温度依存性を低下させることができる。具体的には、図８に示すように、温度依存性を概ね１０％以下に抑制することができる。

他方で、バックライト光Ｌ１の光センサ６１への入射を防ぐ遮光層を形成している比較例に係る液晶表示装置であれば、熱電流に起因した光センサ６１の受光電流ｉの増加分が、バックライト光Ｌ１の減少によって相殺されることはない。従って、光センサ６１自身の温度又は周囲温度が増加するにつれて受光電流ｉが増加してしまう。具体的には、図８に示すように、温度依存性が数十％程度にまで大きくなってしまう。このため、比較例に係る液晶表示装置では、環境光Ｌ２を好適に検出することができない。しかるに、本実施形態では、このような不都合を好適に抑制することができるため、実践上大変有用である。

更に、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔとバックライト光Ｌ１のデューティー比との間には相関関係がある。これについて、図９を参照して説明する。ここに、図９は、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔとバックライト光Ｌ１のデューティー比との関係を示すグラフである。

図９に示すように、コンパレータ出力反転時間ＤＴ＿Ｔとバックライト光Ｌ１のデューティー比とは逆比例の関係を有している。これは、デューティー比を適宜調整することで、光センサ６１の個体バラツキを吸収できるということを示している。従って、例えば環境光Ｌ２の照度が概ね１０ｌｘ程度の暗環境下での光センサ６１の受光電流ｉを検出すると共に、当該検出された受光電流ｉに応じて、垂直帰線期間中におけるバックライト光Ｌ１のデューティー比の減少の割合やデューティー比の開始値及び終了値を調整してもよい。これにより、光センサ６１の個体バラツキを吸収することができる。

尚、上述の説明では、垂直帰線期間中に光センサ６１の受光動作を行う例について説明している。しかしながら、垂直走査期間に限らず、非表示期間（例えば、例えばゲート線３３やソース線３２や共通電極８等の各種電気配線の電圧変動を伴う各種動作が行われていない期間）中に光センサ６１の受光動作を行うように構成してもよい。このように構成しても、上述した各種効果を好適に享受することができる。

（４）電子機器
続いて、図１０及び図１１を参照しながら、上述の液晶表示装置１００を具備してなる電子機器の例を説明する。

図１０は、上述した液晶表示装置１００が適用されたモバイル型のパーソナルコンピュータの斜視図である。図１０において、コンピュータ１２００は、キーボード１２０２を備えた本体部１２０４と、上述した液晶表示装置１００を含んでなる液晶表示ユニット１２０６とから構成されている。

次に、上述した液晶表示装置１００を携帯電話に適用した例について説明する。図１１は、電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。図１１において、携帯電話１３００は、複数の操作ボタン１３０２とともに、半透過反射型の表示形式を採用し、且つ上述した液晶表示装置１００と同様の構成を有する液晶装置１００５を備えている。

これらの電子機器においても、上述した液晶表示装置１００を含んでいるため、上述した各種効果を好適に享受することができる。

尚、図１０及び図１１を参照して説明した電子機器の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置や、液晶プロジェクタ等の投射型の表示装置等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に適用可能なのは言うまでもない。

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なう表示装置及び電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０…照明装置、１３…ＬＥＤ、３０…表示パネル、５２…検知回路、５３…ＬＥＤ制御回路、６１…光センサ、９１…素子基板、９２…カラーフィルタ基板、１００…液晶装置、ＢＭ…ブラックマトリクス、ＳＧａ…検知領域

Claims (9)

1. 第１基板及び前記第１基板に対向する第２基板を有する表示パネルと、
   前記第１の基板側から前記表示パネルに向けて画像表示用の光を出射する光源と、
   前記表示パネル内に形成され、且つ前記第２基板側から前記表示パネルに入射する環境光を帰線期間中に受光する受光手段と、
   前記光源の光の出射を制御する制御手段と、
   前記帰線期間中における前記受光手段の受光結果に基づいて、前記環境光の強度を検出する検出手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記帰線期間中に前記光源の光の出射が周期的に行われるデューティー比を段階的に又は連続的に変化させるように前記光源の光の出射を制御することを特徴とする表示装置。
2. 前記制御手段は、前記検出手段により検出される前記環境光の強度に基づいて、前記光源の輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記帰線期間は、垂直帰線期間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記制御手段は、前記帰線期間中に前記光源の光が出射される周波数が１２０ｋＨｚ以上且つ２４０ｋＨｚ以下の範囲内に設定されるように前記光源を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 前記制御手段は、前記デューティー比を段階的に又は連続的に減少させるように前記光源を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置。
6. 前記制御手段は、有効表示期間中に前記光源から光が出射される周波数よりも、前記帰線期間中に前記光源から光が出射される周波数を高くすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 前記制御手段は、前記帰線期間中に前記光源の光の出射を制御する制御信号のデューティー比を段階的に又は連続的に変化させることを特徴とする請求項１から６に記載の表示装置。
8. 前記受光手段は、ＰＩＮダイオードを含んでおり、
   前記ＰＩＮダイオードは、ゲート電極が前記第２基板側に配置されるトップゲート構造を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の表示装置を備えることを特徴とする電子機器。

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