JP4062254B2 - 反射型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、液晶表示パネルの前面にフロントライトを備えた反射型液晶表示装置に関するものである。
【0002】
【背景技術】
第12図は従来の反射型液晶表示装置の構成を示す図である。図において、液晶表示パネル1001は、画素マトリクス1005、スキャンドライバ回路1008、データドライバ回路1009から構成され、画素マトリックス1005を構成する各画素は、画素TFT(Thin Film Transistor)1002、液晶1003、補助容量1004から構成される。画素マトリクス1005の各TFT1002のゲートはスキャン線1006により接続され、スキャンドライバ回路1008によりスキャンされる。画素マトリクス1005の各TFT1002のソースはデータ線1007に接続されており、このデータ線を介してデータドライバ回路1009からの信号が各液晶1003へ書込まれる。外部回路として、外部より入力される画像信号を処理する画像信号処理回路1016、スキャンドライバ回路1008及びデータドライバ回路1009を制御するドライバ制御回路1017、液晶表示パネルの表示前面に設けられたフロントライト1019の光源であるLED1020を同期信号に基づき駆動するLED駆動回路1021を備える。
【0003】
次に動作につき説明する。入力された画像信号は、画像信号処理回路1016へ入力され、所定のタイミングのR,G,Bデータとしてデータドライバ回路1009へ出力される。また、ドライバ制御回路1017では、入力される同期信号に基づいて、スキャンドライバ回路1008及びデータドライバ回路1009を制御するための制御信号を生成する。
【0004】
データドライバ回路1009においては、まず、入力されるスタートパルスSTH及びシフトクロックCLKHによりシフトパルスを発生する。そして、1ライン分のRGBデータを上記シフトパルスにより順次ラッチすることにより、1ライン分のデータとして展開する。ラッチされたRGBデータは、共通のラッチパルスLPでさらにラッチされた後、アナログ信号に変換され、各データ線に送られる。
【0005】
一方、スキャンドライバ回路1008においては、入力されるスタートパルスSTV及びシフトクロックCLKVにより、順次シフトパルスを発生し、スキャン線1006を走査する信号となる。
【0006】
画素マトリクス1005を構成する各画素回路においては、そのTFT2のスキャン線1006がスキャンドライバ回路1008により走査されると、TFT1005が導通状態となる。そして、データドライバ回路1009により各データ線1007に出力される当該表示ラインのアナログ信号は、TFT1002を介して、液晶1003及び補助容量1004に印加される。TFT1002のドレインは反射電極(図示せず。)に接続されており、液晶1003には、TFT1002を介して印加された電圧と透明対向電極の電圧との差に応じた電圧が印加され、その電圧に応じた光学応答を示すことにより、各画素のRGBドットの反射率がRGBデータに応じて変化することになる。このようにして、表示面への表示が行われる。
【0007】
一方、液晶表示パネル1の前面に設けられたフロントライト1019の光源であるLED1020は、LEDドライバ回路1021により順方向電流が流れるように駆動されて発光する。フロントライト1019は、特に屋内のように液晶表示パネル1001へ入射する外光が弱い使用環境下における補助光源として使用されるのが一般的である。
【0008】
また、たとえば特開平5−158034号公報に示された別の従来の反射型液晶表示装置においては、一対の偏光板間に液晶表示素子を配置して構成し、さらに、液晶表示素子それぞれの偏光板との間には空気層を介在して導光板を配置し、この導光板の対向する側面の外方側には、それぞれランプが配置されている。
【0009】
このように導光板と光源とから成る光源装置を、液晶表示素子の前面(表示面)側に設置することができ、光源点灯時には均一で良好な照明が可能となり、光源消灯時には導光板は透明となり、外光の入射の障害とはならず、良好な表示を実現することが開示されている。
【0010】
また、特開平4−174819号公報に示された従来の透過型液晶表示装置においては、別途設けられた光検出器より出力される光検知信号を入力し、あらかじめ光検知信号と光強度との相関を記憶するメモリと、このメモリより出力される信号に応じてバックライトの光強度を調節するコントローラ5とを設けることが開示されている。
【0011】
以上のように、従来のフロントライト(液晶表示素子の前面(表示面)側に設置された導光板と光源とから成る光源装置)を備えた反射型液晶表示装置は、フロントライトの発光強度が一定であるため、装置外部より照射する外光が変化すると、その影響を受けて表示面照度が変化してしまう結果、表示輝度が変化してしまうという問題点があった。
【0012】
また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合であっても、フロントライトの発光量が一定であるため、フロントライトで無駄な電力を消費してしまうといった問題点があった。
【0013】
さらに、バックライトを備えた透過型液晶表示装置にあっては、外光強度の検出結果とバックライトの発光量の関係を記憶しておくメモリが必要であり、回路規模が増大するといった問題点があった。
【0014】
この発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、 装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことのできる反射型液晶表示装置を得ることを目的とする。
【0015】
【発明の開示】
本発明の第1の構成による反射型液晶表示装置は、表示面からの入射光を反射することにより表示を行う液晶表示パネルと、上記表示面の前面から光を照射するライティング手段と、上記表示面の近傍に設けられ、外光と上記ライティング手段から上記表示面への照射光との両者による上記表示面の照度を検出する光検出手段と、上記光検出手段により検出された上記表示面照度の検出結果と調光レベル設定に基づく制御目標との誤差が小さくなるように上記ライティング手段の発光強度をフィードバック制御するライティング制御手段を備えたので、表示面照度を所望の値に制御可能となり、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことが可能となる。また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合では、フロントライトの発光量を小さくして、フロントライトで無駄な電力消費を抑えることが可能となる。さらに、予め表示面照度とフロントライト発光強度の関係を記憶しておくメモリを使用する必要がないので、簡単な回路構成で容易に自動調光を実現することができる。
【0016】
また、この発明の第2の構成による反射型液晶表示装置においては、第1の構成において、光検出手段が画素マトリクス近傍のアレイ基板上に形成されているので、表示面照度を忠実に検出することができ、フロントライトの調光誤差を抑えることが可能となる。また、液晶パネルとは別体の光検出手段を設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【0017】
この発明の第3の構成による反射型液晶表示装置においては、第2の構成において、画素用薄膜トランジスタが低温多結晶シリコンで形成され、光検出手段の受光素子が非晶質シリコンで形成されているので、受光素子を液晶パネルと一体化することができ、光検出手段が液晶パネルと別途光検出手段を設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【0018】
この発明の第4の構成による反射型液晶表示装置においては、第2の構成において、受光素子の受光部に対応する位置にブラックマトリクス層非形成部を有するようにしたので、表示面周辺部ブラックマトリクス層の直下のTFTアレイ基板に受光素子を形成しても受光素子による受光が可能となり、液晶表示パネル、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
【0019】
この発明の第5の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第2の構成において、受光素子の受光部が表面領域とブラックマトリクス層との間隙に対応する位置に形成されているので、受光素子を形成することにより液晶表示パネルのサイズが周辺に広がることがなく、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
【0020】
この発明の第6の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第3の構成において、受光素子及びそれと縦列接続されるようにアレイ基板上に形成された抵抗素子とによる素子対の一端に第1の電位を供給し、他端に第2の電位を供給するとともに、受光素子の受光部における照度に応じて受光素子の抵抗値が変化することにより生じる受光素子及び抵抗素子との接続点電位を、受光素子の受光部における照度の検出結果として出力するように構成したので、簡単な構成で受光素子の抵抗変化を照度検出結果として取り出すことができる。
【0021】
この発明の第7の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第6の構成において、受光素子及び抵抗素子との接続点電位について、受光素子の受光部における照度に対する非線形性を補正して、その補正された結果に基づいて、ライティング手段の発光強度を制御するように構成したので、フロントライトの発光強度を制御する系に対する上記非線形性の影響を排除できるので、表示面照度を一定に制御して、最適な表示輝度を自動的に保つことが可能となる。
【0022】
この発明の第8の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第1の構成において、ライティング制御手段の制御可能範囲で、上記表示面照度が概ね一定となるようにライティング制御手段をフィードバック制御したので、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、一定の表示輝度を自動的に保つことが可能となる。
【0023】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明は、反射型液晶表示装置において、外光強度が変化してもフロントライトの発光量を自動調光して常に最適な表示輝度を保つためにパネルと一体に光センサを形成してこれを実現した。すなわち、表示面の近傍に設けられた光センサは表示面の前面から光を照射するライティング手段(フロントライト)と外光との両者を含んだ照度を検出し、その結果に基いて、ライティング手段の発光強度を調整するようにしたので、表示面の外光強度が変化したり、使用環境を変えても最適な輝度を得ることが可能となった。光センサで表示面の照度を簡便な構成で計測する一方、常時計測できるので、照度変化に容易に追従できる。
以下、この発明の具体的実施の形態を図について説明する。
【0024】
実施の形態1.
第1図は、この発明を実施するための実施の形態1による反射型液晶表示装置の構成を示す図である。図において、液晶表示パネル1は、画素TFT(Thin Film Transistor)2、液晶3、補助容量4を備えた画素マトリクス5と、画素マトリクス5の各画素TFT2のゲートに接続されたスキャン線6をスキャンするスキャンドライバ回路8、画素マトリクス5の各画素TFT2のソースに接続されたデータ線7に液晶3への書込み信号を与えるデータドライバ回路9、及び光センサ10を備える。該光センサ10は受光素子11、基準抵抗素子12、バッファ回路13を有し、バッファ回路13からの信号はセレクタ回路14を介してA/D変換回路15に出力される。外部回路として、外部より入力される画像信号を処理する画像信号処理回路16、スキャンドライバ回路8及びデータドライバ回路9を制御するドライバ制御回路17、表示装置の各部へ電源を供給する電源回路18、表示パネルの表示前面に設けられたフロントライト19の光源であるLED20を駆動するLEDドライバ回路21、及びこのLEDドライバ回路21を制御するライティング制御回路22を備える。
【0025】
なお、ここで、画素マトリクス5を構成する各画素はTFT2のドレインに接続された反射電極(図示せず)を有しており、液晶表示パネル1はその表示面への入射光を反射することにより画像を表示する反射型液晶パネルである。また、画素TFT2、スキャンドライバ回路8、データドライバ回路9、セレクタ回路14、A/D変換回路15は、後述するTFTアレイ基板30上に低温多結晶シリコンTFT(低温ポリシリコンTFT)により構成されるものとする。
【0026】
また、画素TFT2のソース及びドレインは流れる電流方向により異なることになるが、ここでは便宜上、データ線7に接続されているほうをソースとして説明する。
【0027】
第2図は液晶表示装置を構成する液晶表示パネル1とその表示前面に配置されるフロントライト19との概略構成を示すための展開構成図である。まず、液晶表示パネル1の構成を説明する。TFTアレイ基板30には、ガラス基板の上に、画素マトリクス5、ゲートドライバ回路8、データドライバ回路9、光センサ10、セレクタ回路14、A/D変換回路15、接続端子40、そして各種配線が形成されている(第2図では、セレクタ回路14、A/D変換回路15は図示せず)。そして、カラーフィルタ基板31には、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、共通透明電極などが形成されている。そして、TFTアレイ基板30とカラーフィルタ基板31の周囲をシール剤によりシールすることにより液晶セルを構成した後、液晶材料が液晶セルの注入口より注入されて、封止されている。このように、TFTアレイ基板30とカラーフィルタ基板31とにより液晶材料が挟持されており、さらにカラーフィルタ基板32の上には偏光板32が接着されている。なお、TFTアレイ基板30の接続端子40はFPC(Flexible Printed Circuit)などにより別途設けられた回路基板(図示せず)へ電気的に接続されている。
【0028】
一方、フロントライト19は次のように構成されている。LED20は基板33の上に実装されており、基板33の接続端子(図示せず)より、別途設けられた回路基板(図示せず)に実装されたLEDドライバ回路21へ電気的に接続されている。ここで、LEDはチップ形状の白色LEDを2個用いるものとする。2個のLED20の発光面はライトガイド34の2つの入射面のそれぞれの近傍に、もしくは接触して配設されており、LED20からの発光はライトガイド34を介して導光板35のライトガイド側に向いた入射面に入射して、導光板35を介して液晶表示パネル1の表示面方向へ光を照射する。
【0029】
第3図は液晶表示パネル1とフロントライト19との位置関係を示す図で、図中(a)は平面図、(b)は(a)の右側方から見た右側面図である。液晶表示パネル1の表示面の上に、それと近接してフロントライト19の導光板35の出射面がくるようにホルダ(図示せず)により液晶表示パネル1とフロントライト19が固定される。このとき、液晶表示パネル1とフロントライト19の導光板35との間隙はスペーサシート37により一定に保たれる。
【0030】
ここでは、光センサ10を例えば4個備えるものとし、各光センサ10の受光素子11の受光部を、画素マトリクス5の外周部の四隅付近に配置する。
【0031】
また、フロントライト19から表示面への入射光及び表示装置の周囲より表示面を照射する外光とを受光できるように、カラーフィルタ基板31の内面側(下側)に形成されたブラックマトリクス層36は、受光素子11に対応した位置には形成されないようにする。38はそのブラックマトリクス非形成部である。
【0032】
第4図はTFTアレイ基板30上に形成された光センサ10及びカラーフィルタ基板31上に形成されたブラックマトリクス層36の構成を示すための一部断面模式図である。
まず、ガラス基板100上に、例えばレーザー結晶化された多結晶シリコン膜101、SiO2膜からなるゲート絶縁膜102、金属膜からなるゲート電極103、多結晶シリコン膜101にリンイオンを注入したソース/ドレイン領域104からなる多結晶シリコンTFT114を形成する。さらに多結晶シリコンTFT114を覆うようにSiO2膜からなる層間絶縁膜105を形成する。
【0033】
また、ゲート電極103の形成時にドライブ電圧配線106とグランド配線107を形成する。
【0034】
層間絶縁膜105上には、多結晶シリコンTFT114と重ならないように、非晶質シリコン(アモルファス・シリコン)膜108を形成する。なお、非晶質シリコン膜108の直下に層間絶縁膜105を介して遮光用金属膜109を形成しておく。そして、非晶質シリコン膜108の電極形成部110にはイオンを注入する。
【0035】
層間絶縁膜105には、電極や配線を接続するためのコンタクトホールが適宜設けられる。
【0036】
薄膜トランジスタと非晶質シリコン膜、ドライブ電圧配線、グランド配線を接続するために、上記コンタクトホールと上記非晶質シリコン膜のイオン注入部をつなぐ金属膜111を形成し、さらに、その上層にSiNからなる絶縁膜112を形成する。そして、基準抵抗素子となる非晶質シリコン膜上に遮光用金属膜113を形成する。
【0037】
また、カラーフィルタ基板31の内面(下面)にはブラックマトリクス層36が形成されている。このブラックマトリクス層36は、上記の画素マトリクス5に対応する表示面を囲むように、表示面の周縁に形成されている。また、ブラックマトリクス層36は、上記の画素マトリクス5の各画素間に対応する部分や、さらには各画素を形成するR(Red)G(Green)B(Blue)ドット間にも形成される。さらに、ブラックマトリクス層36の表面には保護層61を介して透明電極層62が形成される。
【0038】
ここで、受光素子11を構成する非晶質シリコン膜108に対応する部分には、上述したように、非晶質シリコン膜108によるフロントライト19及び外光による照射光の受光を妨げないようにブラックマトリクス層36を形成しないブラックマトリクス非形成部38が設けられる。
【0039】
次に、このように形成された光センサ10の動作について説明する。
上述したように、受光素子11及び基準抵抗素子12の一端は接続されており、受光素子12の他端はドライブ配線へ、また、基準抵抗素子12の他端はグランド配線に接続されている。このように、受光素子11と基準抵抗素子12は縦列接続されている。
【0040】
ここで、受光素子11の抵抗値をRs、基準抵抗素子12の抵抗値をRr、ドライブ配線の印加電圧をVd、受光素子11と基準抵抗素子12の接続点の電圧をVmとすると、Vmは下式(1)のように表される。
Vm=Vd×Rr/(Rs+Rr) ・・・ (1)
【0041】
発明者らの実験結果では、受光素子11を構成する非晶質シリコン膜48は、第5図中(a)に示すように、照射光の照度に対してほぼ線形関係で受光素子11のコンダクタンスが大きくなる特性となることが確認された。この例では、受光素子11を構成するゲート電極幅W=100(μm)、ゲート電極長L=20(μm)である。
【0042】
このような特性の受光素子に対して、受光素子11と基準抵抗素子12の接続点の電圧Vmは、第5図中(b)に示すように、照射光の照度に対してほぼ線形関係で増加する特性となる。この例では、基準抵抗12の抵抗値Rr=100(MΩ)、ドライブ線の印加電圧Vd=5(V)に設定した場合を示している。
【0043】
上式(1)に示す関係から、照射光強度に対する受光素子11と基準抵抗素子12の接続点電圧Vmの感度はRrを大きくしたほうが高くなる。
【0044】
感度が低すぎる場合、後段のバッファ回路13等のゲインやオフセットのばらつき等を考慮すると、表示面照度の検出誤差が大きくなり、また、感度が高すぎる場合には、検出のダイナミックレンジが小さくなる。
【0045】
これらのことを考慮して、受光素子11及び基準抵抗素子12を構成するゲート電極幅Wとゲート電極長Lを適宜選定することにより、検出感度を設定する。
【0046】
次に、本実施の形態による液晶表示装置の動作について第1図をもとに説明する。まず、画素マトリクス5を用いた表示動作につき、簡単に説明する。
【0047】
入力された画像信号IDATAは、画像信号処理回路16へ入力され、所定のタイミングのR,G,Bデータとしてデータドライバ回路9へ出力される。また、ドライバ制御回路17では、入力される同期信号SYNCに基づいて、スキャンドライバ回路8及びデータドライバ回路9を制御するための制御信号を生成する。
【0048】
データドライバ回路9においては、まず、入力されるスタートパルスSTH及びシフトクロックCLKHによりシフトパルスを発生する。そして、1ライン分のRGBデータを上記シフトパルスにより順次ラッチすることにより、1ライン分のデータとして展開する。ラッチされたRGBデータは、共通のラッチパルスLPでさらにラッチされた後、アナログ信号に変換され、各データ線に送られる。
【0049】
一方、スキャンドライバ回路8においては、入力されるスタートパルスSTV及びシフトクロックCLKVにより、順次シフトパルスを発生し、スキャン線6を走査する信号となる。
【0050】
画素マトリクス5を構成する各画素回路においては、その画素TFT2のスキャン線6がスキャンドライバ回路8により走査されると、画素TFT2が導通状態となる。そして、データドライバ回路9により各データ線7に出力される当該表示ラインのアナログ信号は、画素TFT2を介して、液晶3及び補助容量4に印加される。画素TFT2のドレインは反射電極(図示せず。)に接続されており、反射電極と第4図に示した透明対向電極62に挟まれた液晶3には、画素TFT2を介して印加された電圧と透明対向電極62の電圧の差に応じた電圧が印加され、その電圧に応じた光学応答を示すことにより、各画素のRGBドットの反射率がRGBデータに応じて変化することになる。この結果、液晶表示パネル1の表示面からの入射光は画素マトリクス5を構成する画素回路の反射電極で反射され、RGBデータに応じた表示光となる。このようにして、表示面への表示が行われる。
【0051】
電源回路18は装置外部から供給される電源PSに基づいて、所定電圧の電源を液晶表示パネル1及びLEDドライバ回路21へ供給する。なお、画像信号処理回路16、ドライバ制御回路17及びライティング制御回路22は外部より液晶表示装置へ供給される電源PSにより動作するものとする。
【0052】
次に、光センサ10を構成する受光素子11により検出された表示面照度に基づいたフロントライト19の調光動作につき説明する。上述したように、受光素子11と基準抵抗素子12との接続点の電圧Vmは、バッファ回路13を介してセレクタ回路14へ送られる。
【0053】
ここで、本実施の形態においては、液晶表示パネル1の四隅近傍に光センサ10を4個配置するものとする。
【0054】
セレクタ回路14へ送られた各光センサ10の出力信号は、セレクタ回路14を介してA/D変換回路15へ入力される。ここで、ライティング制御回路22は、装置へ入力される同期信号に基づいてセレクタ切替信号SELを発生して、セレクタ回路14の接続を切替える。ここでは、左上→左下→右上→右下の順に光センサ10の出力信号がセレクタ回路14にて切替えられて、A/D変換回路15へ入力されるものとする。A/D変換回路15は、入力された光センサ10出力信号を順次A/D変換して、ライティング制御回路22により発生されるシリアルクロックに同期して、シリアル・デジタルデータとしてライティング制御回路22へ入力される。このようにして、ライティング制御回路22には、受光素子11により検出された表示面照度を表すデジタル照度検出信号ssが入力される。
【0055】
このように、各光センサ10からの出力信号をセレクタ回路14で切り替え、A/D変換回路15へ入力するので、A/D変換回路15を共通に使用して、液晶表示パネル1のサイズが大きくなることを抑えることができる。さらにA/D変換回路15の出力をシリアル・デジタルデータとして出力するので、パラレル・データとして出力する場合と比べ、液晶表示パネル1から取り出すための端子数を減らすことができる。
【0056】
ライティング制御回路22は、表示面照度を表すデジタル照度信号に基づいて、LEDドライバ回路21を介して、フロントライト19の光源であるLED20の発光量を表示面照度が概ね一定となるように制御する。
【0057】
ここで、本実施の形態による液晶表示装置は、表示面に照射する光の表示面における反射光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置であるので、表示面照度を制御することにより表示面の輝度を制御することが可能となる。
【0058】
このとき、外部から装置へ入力される調光レベル設定信号LLSETによりライティング制御装置22は、制御対象である表示面照度の大きさ、すなわち調光レベルを切替える。これは、装置を使用するユーザの好みにより表示輝度を変更できるようにするためである。なお、調光レベルは何段階に設定してもまた、連続的に設定してもよいが、ここでは、簡便のため調光レベル設定信号により3段階にライティングの調光レベルを設定する例について説明する。
【0059】
次に、表示面照度を制御する方法につき説明する。第6図にフロントライト19の制御系の構成を示すが、一種のフィードバック制御系を形成する。フロントライト19の光源であるLED20からの発光が表示面Xを照射するときの照度(ライティング照度)Elと、例えば装置が使用される室内照明等により装置外部から表示面を照射するときの照度Eaが表示面で合成される結果、表示面照度Eoが得られ、この表示面照度Eoが制御対象となる。
【0060】
上述したように、この表示面照度Eoは光センサ10で検出され、検出結果がA/D変換回路14にてデジタル照度検出信号となる。
【0061】
ここで、第5図に示した例では、受光素子11と基準抵抗素子12の接続点電圧Vm、すなわち、光センサ10の照度検出信号の表示面照度Eoに対する特性はほぼ線形特性となっているが、ライティング制御回路22においては、さらに線形性を高めるために、ゲイン要素50により、ゲインを補正したのち補正デジタル照度検出信号sを得る。
【0062】
光センサ10の照度検出信号の表示面照度Eoに対する特性の非線形性が問題とならない場合には、ゲイン要素50が省略可能であることは言うまでも無い。
【0063】
本実施の形態では、4個の光センサ10を備えているが、まず、それぞれの光センサ10について、所定の時間間隔で数回程度、デジタル照度検出信号を取得して、補正デジタル照度検出信号の時間平均値を得て、さらにそれの個数平均(この場合、4個の平均)を得る。これにより、表示面照度の検出精度を上げることができる。
【0064】
フロントライトを使用する場合、上述したように、表示面の上にフロントライトが配置され、通常そのさらに上方にカバー(ウィンドウ)が配設されるため、表示面は、かなり奥まった位置にくる場合があり、このため、表示面の周辺部に配置された受光素子は、表示装置の取付けられる情報機器等の筐体の影となり、周辺外光の受光が妨げられることが考えられる。
【0065】
ここでは、4個光センサ10の平均をとるので、仮に1個の光センサ10の受光部が筐体等の影になり、本来の表示面照度を検出できない場合であっても、それによる検出精度の低下を抑えることができる。
【0066】
一方、ライティング制御回路22は、ユーザの好みに応じて外部より入力されるライティング調光レベル設定信号に基づいて制御目標uを切替えて誤差検出要素51に設定する。誤差検出要素51では、制御目標uに対する補正デジタル照度検出信号sの誤差eを得る。そして、可変ゲイン要素52のゲインを誤差eが小さくなるように変更したのち、LEDドライバ回路21へLED制御信号dを送る。
【0067】
ここで、LED20の発光量の調整は、発光デューティー比(点灯/非点灯デューティー比)を変化させることにより行うものとする。従って、LED制御信号dはPWM(Pulse Width Modulation)信号としてLEDドライバ回路21へ送られることとなる。
【0068】
そして、LEDドライバ回路21はドライバ制御信号dの表す発光デューティーに基づいてLED20の順方向電流の導通/遮断を制御することにより、LED20の発光/非発光(点灯/非点灯)を制御する。
【0069】
なお、LED20の点滅周波数は、表示面における輝度変化、すなわちフリッカとして視認されることがないように、例えば数100kHz以上の十分高い周波数に選定される。
【0070】
第7図には、上記のように構成された制御系を用いた制御例を示すが、外光照度Eaによりフロントライト19によるライティング照度Elとの関係は、概ね本図に示すようになる。図において、ライティング照度Elを実線、表示面照度Eoを点線で示している。
【0071】
ここでは、ライティング設定レベルが(暗)−(中間)−(明)の3段階である場合について示した。
【0072】
図に示すように、各調光レベル設定信号により外部より設定される調光レベルuにおいて、外光照度がある値(図中Ex)以上の範囲で外光照度Eaが増大すればライティング照度Elが低下するように作用し、結果として表示面照度Eoは、ライティング調光レベル設定信号に応じた所定値としてほぼ一定に保たれる。
【0073】
ここで、ライティング制御の制御範囲について考える。この範囲は主に、光センサ10による表示面照度Eoの検出範囲とLED20の発光量制御範囲に依存している。反射型液晶表示装置の場合、透過型液晶表示装置や自発光型表示装置とは異なり、外光が大きい使用環境化下で表示面照度が大きいときには、むしろ透過型や自発光型よりも明るく表示できる。従って、表示面照度Eoがあるレベル以上に得られる使用環境下では、当然のことながらフロントライト19によるライティングが不要であり、外光のみで十分明るく表示ができる。
【0074】
このことから、フロントライト19のライティング制御が必要なのは、屋内の比較的暗い使用環境下である。
【0075】
一方、ライティング制御による表示面照度Eoの制御上限は、ライティングを消灯したときの外光照度に対応する値である(第7図中、Ey1〜Ey3)。
【0076】
換言すれば、外光照度EaがEx以下の時はライティング照度Elを最大に設定する必要があり、外光照度Eaの増加に伴ってライティング照度Elを制御し、所望の表示面照度Eoを確保する。外光照度が十分大きく、つまり十分明るい環境下(Ey1〜Ey3)ではライティングの必要はなくなる。ライティング制御範囲は外光照度EaがEx<Ea<Ey1〜Ey3の範囲となる。
【0077】
従って、ライティング制御の制御範囲の上限Ey1〜Ey3を数百lx(ルクス)に、また、下限Exを数lx(ルクス)となるように、先に述べた非線形性を含めた光センサの感度やダイナミックレンジと、LED20の発光量制御範囲をとれば良い。
【0078】
上述したとおり、前者の感度やダイナミックレンジは、受光素子11及び基準抵抗素子12の抵抗値、すなわち、素子サイズにより適宜設定することが可能である。
【0079】
また、後者のLED発光量については、表示面の反射率等を勘案して、LED20の個数によって設定することが可能である。
【0080】
また、本実施の形態におけるライティング制御回路22の機能は、MPU(マイクロプロセッサ・ユニット)によるソフトウェア処理により容易に実現することができる。
【0081】
以上のように、実施の形態1においては、光センサにより表示面照度を検出し、その検出結果に基づいて、ライティング制御回路により表示面照度が概ね一定の所定値となるようにフロントライトの発光強度を制御するように構成したので、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことができる。
【0082】
また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合では、フロントライトの発光量を小さくして、フロントライトで無駄な電力消費を抑えることが可能となる。
【0083】
さらに、予め表示面照度とフロントライト発光強度の関係を記憶しておくメモリを使用する必要がないので、簡単な回路構成で容易に自動調光を実現することができる。
【0084】
また、受光素子が画素マトリクス近傍のTFTアレイ基板上に形成されているので、表示面照度を忠実に検出することができ、フロントライトの調光誤差を抑えることが可能となる。また、液晶パネルとは別体の光センサを設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【0085】
さらに、画素TFTが低温多結晶シリコンで形成され、光センサの受光素子が非晶質シリコンで形成されているので、受光素子を液晶パネルと一体化することができ、光センサを液晶パネルと別途設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【0086】
さらに、受光素子の受光部に対応する位置にブラックマトリクス層非形成部を有するようにしたので、表示面周辺部ブラックマトリクス層の直下のTFTアレイ基板に受光素子を形成しても受光素子による受光が可能となり、液晶表示パネル、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
【0087】
また、受光素子11及びそれと縦列接続されるようにアレイ基板上に形成された基準抵抗素子12とによる素子対の一端に第1の電位(Vd)を供給し、他端に第2の電位(GND)を供給するとともに、受光素子及び基準抵抗素子との接続点電位(Vm)を、受光素子の受光部における照度の検出結果として出力するように構成したので、簡単な構成で受光素子の抵抗変化を照度検出結果として取り出すことができる。
【0088】
また、受光素子及び基準抵抗素子との接続点電位(Vm)の非線形性を補正した結果に基づいて、フロントライトの発光量を制御するようにしたので、表示面照度を一定に制御して、最適な表示輝度を自動的に保つことが可能となる。
【0089】
実施の形態2.
第8図は、この発明を実施するための実施の形態2による液晶表示装置における受光素子11の位置を示す図である。図中(a)は平面図、(b)は(a)の右側方から見た右側面図である。において、第3図と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
【0090】
実施の形態1においては、受光素子11に対応する部分のブラックマトリクス層36に非形成部38を設けることにより、受光素子11へのフロントライト19及び外光による照射光の受光を妨げないように構成したが、本実施の形態においては、表示面Xとブラックマトリクス層36と間隙に対応するTFTアレイ基板30上の位置に受光素子11を配し、受光を妨げないように構成した。ここで、表示面とブラックマトリクス層36との間隙を受光素子11の受光の妨げとならないような大きさの間隙にしておくことは言うまでもない。
【0091】
以上のように、実施の形態2においては、受光素子の受光部が表面領域とブラックマトリクス層との間隙に対応する位置に形成されているので、受光素子を形成することにより液晶表示パネルのサイズが周辺に広がることがなく、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
実施の形態3.
【0092】
上記実施の形態1においては、光センサにより表示面照度を検出し、その検出結果に基づいて、ライティング制御回路により表示面照度が概ね一定となるようにフロントライトの発光強度を制御するように構成した。しかしながら、装置の実使用時において、周囲が暗い使用環境では表示輝度を下げ、明るい使用環境では表示輝度を上げたほうが、表示を視認しやすくなることも考えられる。
【0093】
本実施の形態では、表示面照度を概ね一定に制御するのではなく、外光照度に応じて大きくなるよう制御する場合につき説明する。
【0094】
第9図は本実施の形態3におけるフロントライト19の制御系の構成を示す図である。第6図をもとに説明した実施の形態1におけるフロントライト19の制御系における誤差検出要素51の前段に可変ゲイン要素53を追加し、補正デジタル照度検出信号sにより可変ゲイン要素53のゲインを設定する。すなわち、可変ゲイン要素53は、第10図に示すように検出される表示面照度によりゲインが大きくなるようゲインを設定する。
【0095】
そして、外部から入力されるライティング調光レベル設定信号に基づいて設定される制御目標uに対して、可変ゲイン要素53によりレベルを変更した新たな制御目標u’を誤差検出要素51へ出力する。
【0096】
第11図には、上記のように構成された制御系を用いた制御例を示すが、外光照度Eaによりフロントライト19によるライティング照度Elとの関係は、概ね本図に示すようになる。図に示すように、各調光レベル設定信号により外部より設定される調光レベルuにおいて、外光照度がある値(図中Ex)以上の範囲で外光照度Eaが増大すればライティング照度Elが低下するように作用するが、実施の形態1のように表示面照度Eoをほぼ一定とするのではなく、次第に大きくなるような所定値となるよう制御する。すなわち、外光照度EaがEx<Ea<Ey1〜Ey3の範囲である、ライティング制御範囲において、表示面照度Eoが外光照度Eaが大きくなるとそれに応じて大きくなるように制御する。
【0097】
以上のように、実施の形態3においては、光センサにより表示面照度を検出し、その検出結果に基づいて、ライティング制御回路により表示面照度が次第に大きくなるような所定値となるようにフロントライトの発光強度を制御するように構成したので、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことができる。
【0098】
また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合では、フロントライトの発光量を小さくして、フロントライトで無駄な電力消費を抑えることが可能となる。
【0099】
なお、上記各実施の形態においては、光センサ10を4個備え、それを構成する受光素子11の受光部を画素マトリクス5外周部の4隅付近に配置するよう構成したが、光センサ10は任意の個数用いてもよく、また、その受光素子11の受光部の位置も画素マトリクスの外周部であれば任意の位置に配置可能である。
【0100】
例えば、2個の光センサ10を用いて、その受光素子11の受光部を画素マトリクス5の外周部の右辺側と左辺側に配置しても良い。
【0101】
また、上記各実施の形態においては、各光センサ10から得られる照度検出信号に基づく補正デジタル照度検出信号の時間平均値を得て、さらにそれの個数平均を得るように構成したが、光センサ10を3個以上用いて、ある光センサ10からの検出出力が残りの光センサ10からの検出出力よりも明らかに大きい、または小さい場合には、そのセンサの検出出力を誤検出結果として除外するようにしても、同様に表示面照度の検出精度を上げることが可能となる。
【0102】
【産業上の利用可能性】
この発明による液晶表示装置は、特に、使用環境により外光照度が変化する携帯電話機、携帯情報端末や電子手帳などの携帯機器に搭載される反射型液晶表示装置として用いられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示す図、第2図は液晶表示装置の液晶表示パネルおよびフロントライトの構成を示すための展開構成図、第3図は本実施の形態による液晶表示装置における受光素子の位置を示すための図で、図中(a)は液晶表示パネルとフロントライトの位置関係を示す平面図、(b)は(a)の右方向から見た右側面図、第4図はTFTアレイ基板及びカラーフィルタ基板の構成を示す断面図、第5図は第1の実施の形態による表示面の照度特性を示した図で、図中(a)は表示面照度と受光素子のコンダクタンスとの関係を示した図、図中(b)は表示面照度と電圧Vm(受光素子・基準抵抗の接続点の電圧)との関係を示した図、第6図はフロントライトの制御系を示す図、第7図は第1の実施の形態による外光照度Eaと、ライティング照度El、表示面照度Eoとの関係を示す図である。
第8図は、第2の実施の形態による液晶表示装置における受光素子の位置を示すための図で、図中(a)は液晶表示パネルとフロントライトの位置関係を示す平面図、(b)は(a)の右方向から見た右側面図である。
第9図は、第3の実施の形態におけるフロントライトの制御系を示す図、第10図は、第3の実施の形態による可変ゲイン要素53のゲイン特性を示す図、第11図は第3の実施の形態による外光照度Eaと、ライティング照度El、表示面照度Eoとの関係を示す図である。
第12図は、従来の液晶表示装置の回路構成を示す図である。
Claims (8)
- 表示面から入射された光を反射することにより表示を行う液晶表示パネルと、上記表示面の前面から光を照射するライティング手段と、上記表示面の近傍に設けられ、外光と上記ライティング手段から上記表示面への照射光との両者による上記表示面の照度を検出する光検出手段と、上記光検出手段により検出された上記表示面照度の検出結果と調光レベル設定に基づく制御目標との誤差が小さくなるように上記ライティング手段の発光強度をフィードバック制御するライティング制御手段を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
- 反射電極を有する複数画素からなる画素マトリクスが絶縁基板上に形成されたアレイ基板を備え、上記光検出手段が上記画素マトリクス近傍の上記アレイ基板上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 上記画素マトリクスが液晶への印加電圧の導通/遮断を行う薄膜トランジスタを有し、上記薄膜トランジスタが低温多結晶シリコンで形成され、上記光検出手段の受光素子が非晶質シリコンで形成されていることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 上記表示面に対応する領域の周縁部にブラックマトリクス層が形成され、上記アレイ基板と組み合わされて液晶セルを構成するカラーフィルタ基板を備え、上記光検出手段は、上記ブラックマトリクス層が形成された上記表示面領域の周縁部に対応する上記アレイ基板上に形成されており、上記光検出手段の受光素子の受光部に対応する位置にブラックマトリクス層非形成部を有することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 表示面に対応する領域の周縁部にブラックマトリクス層が形成され、上記アレイ基板と組み合わされて液晶セルを構成するカラーフィルタ基板を備え、上記光検出手段は、上記ブラックマトリクス層が形成された上記表示面領域の周縁部に対応する上記アレイ基板上に形成されており、上記受光素子の受光部が上記表示面領域と上記ブラックマトリクス層との間隙に対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 上記受光素子と縦列接続されるように上記アレイ基板上に形成された抵抗素子を備え、上記縦列接続された素子対の一端に第1の電位を供給し、他端に第2の電位を供給するとともに、上記受光素子の受光部における照度に応じて上記受光素子の抵抗値が変化することにより生じる上記受光素子及び上記抵抗素子との接続点電位を、上記受光素子の受光部における照度の検出結果として出力することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 上記受光素子及び上記抵抗素子との接続点電位の上記受光素子の受光部における照度に対する非線形性を補正して、その補正された結果に基づいて、上記ライティング手段の発光強度を制御することを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
- 上記ライティング制御手段の制御可能範囲において、上記表示面照度が概ね一定となるようにライティング制御手段をフィードバック制御することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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