JP4736686B2

JP4736686B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4736686B2
Application number: JP2005293985A
Authority: JP
Inventors: 俊彦田中; 寛佐野; 隆志國森; 正憲安森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: JP2007102025A

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特にバックライトやフロントライト等の光源を有する液晶表示装置において、外光の明るさに応じて自動的に光源の明るさを変えることのできる液晶表示装置に関するものである。

近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置の適用が急速に普及している。特に、携帯型のものは、消費電力を減少させるために、透過型液晶表示装置のようなバックライトないしはサイドライト（以下、両者をまとめて「バックライト等」という）を必要としない反射型の液晶表示装置が多く用いられているが、この反射型液晶表示装置は、外光を光源として用いるので暗い室内などでは見え難くなってしまうために、フロントライトを使用したもの（下記特許文献１参照）や、透過型と反射型の性質を併せ持つ半透過型の液晶表示装置の開発が進められてきている（下記特許文献２参照）。

例えば、フロントライトを使用した反射型液晶表示装置は、暗い場所においてはフロントライトを点灯させて画像を表示し、明るい場所ではフロントライトを点灯させることなく外光を利用して画像を表示することができるので、常時フロントライトを点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に削減することができる。また、半透過型液晶表示装置は、一つの画素内に透明電極を備えた透過部と反射電極を備えた反射部を有しており、暗い場所においてはバックライト等を点灯して画素領域の透過部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等を点灯することなく反射部において外光を利用して画像を表示しているため、この場合も常時バックライト等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利点を有している。

上述のような反射型液晶表示装置や半透過型液晶表示装置においては、外光の強さにより液晶表示画面の見えやすさが異なる。このため、エンドユーザは、液晶表示画面を見やすくするために、外光の強さに応じてバックライト等ないしはフロントライトを点灯すべきレベルであるか否かを自ら判断してバックライト等ないしはフロントライトを点灯、減灯ないしは消灯するという煩雑な操作を行う必要があった。更に、外光の明るさが十分である時にも、不必要にバックライト等ないしはフロントライトを点灯してしまう場合もあり、このような場合には、無駄な消費電力が増大するため、携帯電話機等の携帯型の機器においては電池の消耗が早くなるという問題点が顕在する。

このような問題点に対処するための従来技術として、光センサを液晶表示装置に設け、この光センサによって外光の明暗を検知し、光センサの検知結果に基づいてバックライト等のオン／オフを制御する発明が知られている（下記特許文献３参照）。

下記特許文献３に記載された液晶表示装置は、液晶表示パネルの基板上に光センサを有する光検知部を配置したもので、光センサとして薄膜電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）を用い、このＴＦＴを液晶表示パネルのＴＦＴと同時に作成し、このＴＦＴ光センサの光リーク電流を検知することにより、周囲の明るさに応じてバックライトを自動的にオン／オフするようにしたものである。

また、下記特許文献４の液晶表示装置は、光センサとしてフォトダイオードを使用し、周囲の明るさに応じてバックライトとしての発光ダイオードに温度保証した電流を供給するようにしたものである。

更に、下記特許文献５のものは、バックライトないし機器の動作表示手段として使用されている発光ダイオードを光センサと兼用し、周囲の明るさに応じた発光ダイオードの起電力に基づいてバックライトの点灯を制御するようにしたものである。
特開２００２−１３１７４２号公報（特許請求の範囲、図１〜図３）特開２００１−３５０１５８号公報（特許請求の範囲、図４）特開２００２−１３１７１９号公報（特許請求の範囲、段落［００１０］〜［００１３］、図１）特開２００３−２１５５３４号公報（特許請求の範囲、段落［０００７］〜［００１９］、図１〜図３）特開２００４−００７２３７号公報（特許請求の範囲、段落［００２３］〜［００２８］、図１）

上記特許文献３に記載されている液晶表示装置のように、光検知部のＴＦＴ光センサと液晶表示パネル用のＴＦＴとを基板上に同時に作成して光検知部を表示パネルに組み込むと、通常、このＴＦＴ光センサは、表示パネルの画素部に近接したところに設けられる。ところが、光センサが画素部に近接したところに設けられると、この画素部の向かい側基板に対向電極が配設されているので、この光センサも対向電極と対向することになる。光センサが対向電極に対向すると、この対向電極には、通常数ボルトの矩形波からなる対向電極電圧が印加されているので、この矩形波電圧が光センサの検知信号に影響してしまい誤動作の原因となる。この影響をなくすには光センサの向かい側基板にアース電極を配置することにより解決することが可能であるが、基板にアース電極を設けるとなると、アース電極の設置にともなって、他にアース線及び接地用トランスファ電極を設けなければならなくなり、基板回路の設計が複雑になると共に製造が難しくなる。

また、これまでの液晶表示装置は、光センサにより周囲の明るさを検知してバックライト等を自動的にオン／オフさせるのに、予め定めた所定の明るさでバックライト等を自動的にオン／オフさせるようになしている。この場合、別途フォトダイオード等の光センサを用意して液晶表示装置に組み込む場合には、光センサを特性に応じて選別することができるために、光センサの特性バラツキを余り考慮しないですむ。しかしながら、上記特許文献３の液晶表示装置のように液晶表示パネルにＴＦＴ光センサを組み込み、或いは上記特許文献５に開示されている発明のようにバックライトないし機器の動作表示手段として使用されている発光ダイオードを光センサとして兼用する場合には、それぞれの光センサの特性バラツキが大きいため、必ずしも予め定めた所定の明るさでバックライト等を自動的にオン／オフさせることができないという問題がある。このため、固定の閾値でバックライト等のオン／オフを認識させてしまうと、個々の製品によりバックライト等が点灯／消灯する明るさが異なるため、液晶表示装置としては都合が悪くなる。更にこれまでの液晶表示装置は、エンドユーザが個々の好みの周囲の明るさでバックライト等を自動的にオン／オフできるように設定することは考慮されていなかった。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたもので、本発明の目的は、液晶表示パネルに組み込んだ光検知部が表示パネル用駆動信号により影響を受けることがないようにした液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、光センサの特性バラツキを補正して予め定めた所定の明るさでバックライト等を自動的にオン／オフ制御できるようにするとともに、エンドユーザが任意の周囲の明るさでバックライト等を自動的にオン／オフできるように設定することができるようにした液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向電極を有するカラーフィルタ基板との間に液晶層が設けられた液晶表示パネルと、外光を検知する光センサを有し、前記アクティブマトリクス基板の表示領域の周縁部に配置された光検知部と、前記光検知部の出力により制御される照光手段と、を備え、前記光検知部は、前記光センサとして薄膜電界効果トランジスタを用い、前記薄膜電界効果トランジスタのソース・ドレイン電極間にコンデンサを接続し、前記コンデンサの一方の端子側をスイッチ素子を介して基準電圧源に接続し、前記コンデンサのグラウンド端子側に該当する他方の端子側を前記対向電極に接続し、前記対向電極には、所定周期で矩形状に変化する対向電極電圧を印加し、前記薄膜電界効果トランジスタのゲート電極には、前記対向電極電圧と同じ振幅で矩形状に変化するとともに前記対向電極電圧よりも常に逆バイアス電圧に対応する一定の低い電圧を印加し、前記対向電極電圧のハイレベル期間、またはロウレベル期間に、前記スイッチ素子をオンにして、前記コンデンサに基準電圧を印加して充電した後、前記スイッチ素子をオフにしてから所定時間後の前記コンデンサの電圧を出力する。

本発明は上記のような構成を備えることにより、液晶表示パネルに組み込んだ光検知部が表示パネル用駆動信号により影響を受けることがないようにした液晶表示装置を提供することができる。

また、以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、光検知部のグラウンド端子をカラーフィルタ基板の対向電極に接続し、この対向電極に印加された対向電極電圧を光検知部の作動に利用することにより、アース電極などの新たな電極を設けることなく液晶表示パネルの対向電極をそのまま兼用或いは光検知部を設ける領域まで延設することで対応ができるので光検知部の構成が簡単になる。すなわち、対向電極には、通常数ボルトの矩形波が印加されているので、光検知部がこの対向電極と対向すると、この矩形波電圧が光センサに影響してしまい誤動作の原因になるが、このような不都合を回避するには、光検知部の向かい側にアース電極を設けることで解決可能である。しかしながら、このようなアース電極を設けるとなると、基板上に新たにアース電極、アース線及び接地用トランスファ電極を設けなければならなくなり、基板回路の設計が複雑になると共に製造が難しくなるが、本発明のように対向電極電圧を積極的に利用すればこの課題を解決できる。

また、薄膜電界効果トランジスタのゲート電極には対向電極に印加される電圧よりも常に所定の逆バイアス電圧を印加した電圧が印加されている。すなわち対向電極に印加された電圧が直流あるいは交流であった場合においても、その影響を考慮した電圧がゲート電極に印加されているため、対向電極を光検出部に対向させても正確な光検出を行うことができる。

また、光センサとしての薄膜電界効果トランジスタは、液晶表示パネルのスイッチング素子としての薄膜電界効果トランジスタの製造時に同時に製造することができるので、光センサを設けるために特に製造工数を増加させる必要がなくなる。

また、対向電極に所定の周期で矩形状に変化する電圧、詳しくは所定周期でその極性が反転する電圧が印加されることより、この対向電極と光センサとの間に直流成分の電圧が常時発生することがなく、この間に液晶層が形成されていても液晶が劣化するおそれがない。

また、光検知部に印加される対向電極電圧が所定の振幅を有する矩形波電圧であっても、薄膜電界効果トランジスタのゲート電極には、対向電極に印加される電圧と同じ振幅の矩形波電圧が印加されるので、光検知時に薄膜電界効果トランジスタを確実にゲートオフさせることができるので、光センサは高感度に光の強度を検知することができる。

また、光センサに特性のバラツキがあっても、初期設定モード時に基準となる光を照射することにより校正されているので、正確に予め定めた所定の明るさで照光手段を自動的にオン／オフ制御できるようになる。しかも、基準となる光はエンドユーザが任意に選択できるから、エンドユーザが任意の周囲の明るさでバックライト等を自動的にオン／オフできるように設定することができる。

また、それぞれ透過型液晶表示装置ないしは半透過型液晶表示装置の場合、或いは反射型液晶表示装置の場合でも、同様の効果を奏する液晶表示装置が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明するが、以下に述べる実施例は、本発明の技術思想を具体化するための液晶表示装置として半透過型液晶表示装置を例示するものであって、本発明をこの実施例に特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。

最初に、光センサとしてのＴＦＴ（以下、ＴＦＴ光センサという）の公知の動作原理及び駆動回路について図１〜図３を用いて説明する。なお、図１はＴＦＴ光センサの電圧−電流曲線の一例を示す図であり、図２はＴＦＴ光センサを使用した光検知部の回路図であり、また、図３は明るさが異なる場合の図２に示した回路図におけるコンデンサの両端の
電圧−時間曲線を示す図である。

ＴＦＴ光センサは、実質的にアクティブマトリクス型液晶表示パネルのスイッチング素子として用いられているＴＦＴと同一の構成を備えている。このＴＦＴ光センサは、図１に示したように、遮光されている場合にはゲートオフ領域で非常に僅かな暗電流が流れているが、チャネル部に光が当たるとその光の強さ（明るさ）に応じて漏れ電流が大きくなるという特性を有している。したがって、図２の光検知部ＬＳの回路図に示したように、ＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Lにゲートオフ領域となる一定の逆バイアス電圧（例えば−１０Ｖ）を印加し、ドレイン電極Ｄ_Lとソース電極Ｓ_Lとの間にコンデンサＣを並列に接続し、一定の基準電圧Ｖｓ（例えば＋２Ｖ）をスイッチ素子ＳＷをオンにしてコンデンサＣの両端に印加した後、スイッチ素子ＳＷをオフにすると、コンデンサＣの両端の電圧はＴＦＴ光センサの周囲の明るさに応じて図３に示したように時間とともに低下する。したがって、スイッチ素子ＳＷをオフにしてから所定時間ｔ₀後にコンデンサＣの両端の電圧を測定すれば、その電圧とＴＦＴ光センサの周囲の明るさとの間に反比例関係が成立するから、ＴＦＴ光センサの周囲の明るさを求めることができることになる。

次に、本発明の実施例に係る光センサを組み込んだ半透過型液晶表示装置を図４〜図５を用いて説明する。なお、図４は液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表したアクティブマトリクス基板を模式的に示した平面図、図５は図４のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。

液晶表示装置１は、図５に示すように、表面に薄膜電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）等を搭載した透明な絶縁性を有する材料、例えばガラス基板からなるアクティブマトリクス基板（以下、ＴＦＴ基板という）２と、表面にカラーフィルタ等が形成されたカラーフィルタ基板（以下、ＣＦ基板という）２５との間に液晶層１４が形成された構成を有している。

このうちＴＦＴ基板２は、その表示領域ＤＡにゲート線４及びソース線５がマトリクス状に形成されており、ゲート線４とソース線５で囲まれる部分に画素電極１２が形成され、ゲート線４とソース線５の交差部に画素電極１２と接続されたスイッチング素子としてのＴＦＴが形成されている（図７参照）。なお、光検知部ＬＳ１は、後述するように表示領域ＤＡの周縁部、さらに詳しくは表示領域ＤＡのシール材６が塗布された部分に近接する位置に設けられている。

これら各配線、ＴＦＴ及び画素電極は、図５においてこれらを模式的に第１構造物３として示し、具体的な構成は、図６〜図８に示し後述する。
ＴＦＴ基板２は、図４に示すように、その短辺部に液晶表示装置１を駆動するための画像供給装置（図示せず）と接続するためのフレキシブル配線基板ＦＰＣが設けられ、このフレキシブル配線基板ＦＰＣは画像供給装置からのデータ線及び制御線をドライバＩＣに接続している。ＶＣＯＭ信号、ソース信号、ゲート信号はドライバＩＣ内で生成され、それぞれＴＦＴ基板２上のコモン線１１、ソース線５、ゲート線４に接続される。

また、ＴＦＴ基板２の四隅には、複数のトランスファ電極１０₁〜１０₄が設けられている。これらのトランスファ電極１０₁〜１０₄はコモン線１１を介して互いに直接接続ないしはドライバＩＣ内で互いに接続されて同電位となるようになっている。各トランスファ電極１０₁〜１０₄は後述する対向電極２６と電気的に接続され、ドライバＩＣから出力される対向電極電圧が対向電極２６に印加されるようになっている。

ＣＦ基板２５は、ガラス基板の表面にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の複数色からなるカラーフィルタと、ブラックマトリクスが形成されている。このＣＦ基板２５はＴＦＴ基板２に対向配置されるとともに、ブラックマトリクスが少なくともＴＦＴ基板２のゲート線４やソース線５に対応する位置に配置され、このブラックマトリクスによって区画された領域にカラーフィルタが設けられている。これらカラーフィルタ等の具体的な構成は図示しないが、図５ではこれらを模式的に第２構造物２７として示してある。また、ＣＦ基板２５には、更に酸化インジウム、酸化スズ等で構成された透明電極からなる対向電極２６が設けられており、この対向電極２６はＴＦＴ基板２に形成された光検知部ＬＳ１と対向する箇所まで延設されている（図５参照）。

シール材６は、ＴＦＴ基板２の表示領域ＤＡの周囲に注入口（図示せず）を除いて塗布されている。このシール材６は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に絶縁性粒体のフィラを混入したものである。また、両基板を接続するコンタクト材１０ａは例えば表面に金属メッキが施された導電性粒子と熱硬化性樹脂とから構成される。

両基板２、２５を貼り合わせるときは以下の手順で行なわれる。まず、ＴＦＴ基板２を第１のディスペンサ装置にセットしてシール材６を所定パターンで塗布し、次にＴＦＴ基板２を第２のディスペンサ装置にセットしてコンタクト材１０ａを各トランスファ電極１０₁〜１０₄上に塗布する。その後、ＴＦＴ基板２の表示領域ＤＡにスペーサ１５を均一に散布し、ＣＦ基板２５のシール材６やコンタクト材１０ａが当接する部分に仮止め用接着剤を塗布する。その後、ＴＦＴ基板２とＣＦ基板２５を貼り合わせ、仮止め用接着剤を硬化させて仮止めが完了する。そして仮止めされた両基板２、２５を加圧しながら加熱処理するとシール材６及びコンタクト材１０ａの熱硬化性樹脂が硬化し、空の液晶表示パネルが完成する。この空の液晶表示パネル内に注入口（図示せず）から液晶を注入し、この注入口を封止剤で塞ぐと液晶表示装置１が完成する。なお、ＴＦＴ基板２の下方には、図示しない周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライトないしはサイドライトが配置されている。

次に、この液晶表示装置の画素構成を図６〜図７で説明する。なお、図６は液晶表示装置のＣＦ基板を透視して表した１画素分の平面図、図７はＣＦ基板を含む図６のＡ−Ａ断面図である。

ＴＦＴ基板２の表示領域ＤＡ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ゲート線４が等間隔で平行に形成されており、また、隣り合うゲート線４間の略中央にはゲート線４と同時に補助容量線１６が平行に形成され、ゲート線４からはＴＦＴのゲート電極Ｇが延設されている。更に、ＴＦＴ基板２上には、ゲート線４、補助容量線１６、ゲート電極Ｇを覆うようにして窒化シリコンや酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜１７が積層されている。ゲート電極Ｇの上にはゲート絶縁膜１７を介して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１９が形成され、またゲート絶縁膜１７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ソース線５がゲート線４と直交するようにして形成されており、このソース線５からはＴＦＴのソース電極Ｓが延設され、このソース電極Ｓは半導体層１９と接触している。更にまた、ソース線５及びソース電極Ｓと同一の材料でかつ同時形成されたドレイン電極Ｄがゲート絶縁膜１７上に設けられており、このドレイン電極Ｄも半導体層１９と接触している。

ここで、ゲート線４とソース線５とで囲まれた領域が１画素に相当する。そしてゲート電極Ｇ、ゲート絶縁膜１７、半導体層１９、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、それぞれの画素にこのＴＦＴが形成される。この場合、ドレイン電極Ｄと補助容量線１６によって各画素の補助容量を形成することになる。

これらのソース線５、ＴＦＴ、ゲート絶縁膜１７を覆うようにして例えば無機絶縁材料からなる保護絶縁膜１８が積層され、この保護絶縁膜１８上に、有機絶縁膜からなる層間膜２０が積層されている。この層間膜２０の表面は、反射部Ｒには微細な凹凸部が形成され、透過部Ｔは平坦となっている。なお、図７においては反射部Ｒにおける層間膜２０の凹凸部は省略してある。そして保護絶縁膜１８と層間膜２０には、ＴＦＴのドレイン電極Ｄに対応する位置にコンタクトホール１３が形成されている。また、それぞれの画素において、コンタクトホール１３上及び層間膜２０の表面の一部分には、反射部Ｒに例えばアルミニウム金属からなる反射電極Ｒ₀が設けられ、この反射電極Ｒ₀の表面及び透過部Ｔにおける層間膜２０の表面には例えばＩＴＯからなる画素電極１２が形成されている。

次に、光検知部の構成及びその動作を図８、図９を用いて説明する。なお、図８は基板上の光検知部の断面図、図９（ａ）は光検知部の等価回路、図９（ｂ）は光センサ駆動時における各部の出力波形を示すタイミングチャートである。

光検知部ＬＳ１の回路構成は、図２の光検知ＬＳとほぼ同じであるが、ドレイン電極Ｄ_Lとソース電極Ｓ_Lとの間に接続されたコンデンサＣに接続されたグラウンド端子ＧＲがトランスファ電極１０₂を介して対向電極（図９中のＶＣＯＭ）２６に接続されている点が異なる（図５参照）。なお、この光検知部ＬＳ１のＴＦＴ光センサ及びスイッチ素子ＳＷはＴＦＴ基板２の表示領域ＤＡ内に設けられたスイッチング素子としてのＴＦＴと同時に作成される。

光検知部ＬＳ１は、図８及び図９（ａ）に示すように、ＴＦＴ光センサとコンデンサＣとＴＦＴから構成されたスイッチ素子ＳＷとで構成されている。ＴＦＴ基板２の表面には下方からＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_L、コンデンサＣの一方の電極Ｃ₁及びスイッチ素子ＳＷを構成するＴＦＴのゲート電極Ｇ_Sが形成されており、これらの表面を覆うようにして窒化シリコンや酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜１７が積層されている。

ＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Lの上及びスイッチ素子ＳＷを構成するＴＦＴのゲート電極Ｇ_Sの上には、それぞれゲート絶縁膜１７を介して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１９_L及び１９_Sが形成され、またゲート絶縁膜１７上にはアルミニウムやモリブデン等の金属からなるＴＦＴ光センサのソース電極Ｓ_L及びドレイン電極Ｄ_L、スイッチ素子ＳＷを構成するＴＦＴのソース電極Ｓ_S及びドレイン電極Ｄ_Sがそれぞれの半導体層１９_L及び１９_Sと接触するように設けられている。このうち、ＴＦＴ光センサのソース電極Ｓ_L及びスイッチ素子ＳＷを構成するＴＦＴのドレイン電極Ｄ_Sは、互いに延長されて接続されてコンデンサＣの他方の電極Ｃ₂を形成している。更に、ＴＦＴ光センサ、コンデンサＣ及びＴＦＴからなるスイッチ素子ＳＷの表面を覆うようにして例えば無機絶縁材料からなる保護絶縁膜１８が積層されており、また、ＴＦＴからなるスイッチ素子ＳＷの表面には、外部光の影響を受けないようにするために、ブラックマトリクス２１がその表面を覆うように被覆されている。

また、ＴＦＴ基板２の光検知部ＬＳ１が配設された位置に対向するＣＦ基板２５上には、この光検知部ＬＳと対向する位置まで対向電極２６が延設され、光検知部ＬＳ１を構成するＴＦＴ光センサのドレイン電極Ｄ_Lがこの対向電極２６にグラウンド端子ＧＲ、トランスファ電極１０₂及びコンタクト材１０ａを介して接続されている（図５参照）。

以下、この光検知部ＬＳ１の駆動動作を説明する。
対向電極２６には、図９（ｂ）に示すような、所定の振幅の対向電極電圧（以下、ＶＣＯＭという）が印加されている。この対向電極電圧は矩形波を形成し、図９（ｂ）においては、Ｈｉｇｈレベルの対向電極電圧をＶＣＯＭＨ、Ｌｏｗレベルの対向電極電圧をＶＣＯＭＬとして示している。また、このＶＣＯＭはＴＦＴ光センサ及びコンデンサＣに印加されている。ＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Lには、このＶＣＯＭと同期して所定のマイナス電圧ＧＶが印加されている。このＧＶはＶＣＯＭとその振幅が同一であり、かつＶＣＯＭの電圧よりも常に所定の逆バイアス電圧分、例えば１０Ｖだけ電圧が低く設定されている。すなわち、このＧＶのＨｉｇｈレベルの電圧であるＧＶＨはＶＣＯＭＨ−１０Ｖであり、Ｌｏｗレベルの電圧であるＧＶＬはＶＣＯＭＬ−１０Ｖに設定されている。

この状態において、ＶＣＯＭがＬｏｗレベルのときに、スイッチＳＷを閉じて、基準電圧ＶｓをコンデンサＣに印加して充電すると、ゲート電極Ｇ_Lには、ＧＶＬが印加されているので、このコンデンサＣの充電電圧は、ＴＦＴ光センサへの光照射による漏れ電流により低下して図９（ｂ）に示す出力電圧波形が得られる。そして、この電圧を検出することにより、外光を検知できる。なお、上述の実施例では、ＶＣＯＭＬの期間でスイッチＳＷを閉じてコンデンサに基準電圧を充電したが、ＶＣＯＭＨ期間を利用して充電するようにしてもよい。

また、この光検知部ＬＳ１の出力は、バックライト制御手段１Ａに入力されて照光手段のオン／オフ制御がされる。なお、図１０は制御手段を構成するブロック図である。
光検知部ＬＳ１の出力は、センサ制御部３０で処理されて比較部３３の一方の端子に入力されるとともに、モード制御部３１にも入力される。モード制御部３１は、外部からの入力信号により通常動作モードと初期設定モードとを切換えるものであり、初期設定モード時にはセンサ制御部３０の出力を閾値記憶部３２に入力して記憶させ、通常動作モード時にはセンサ制御部３０の出力を遮断するようになされており、また、閾値記憶部３２は記憶している閾値を比較部３３の他方の端子へ出力するようにされている。

そして、通常動作モード時には、比較部３３はセンサ制御部３０からの入力信号と閾値記憶部３２からの入力信号とを比較し、センサ制御部３０からの入力信号が閾値記憶部３２に記憶されている閾値よりも大きい（明るい）場合にはスイッチング部３４を介してバックライト等３５を消灯し、逆にセンサ制御部３０からの入力信号が閾値記憶部３２に記憶されている閾値よりも小さい（暗い）場合にはスイッチング部３４を介してバックライト等３５を点灯するようになされている。

また、初期設定モードが選択された場合は、モード制御部３１において、センサ制御部３０からの出力を閾値記憶部３２に記憶するようになされているため、ＴＦＴ光センサに予め定めた明るさの光を照射することによりその光の明るさに対応する閾値を記憶させることができる。したがって、ＴＦＴ光センサの光−電気特性にバラツキがあっても、バックライト等を予め定めた明るさを境として正確にオン／オフ制御することができるようになる。

この場合、予め定めた光の明るさは製造工程で一律に定めてもよく、あるいはエンドユーザが好みに応じて適宜の明るさで自動的にバックライト等をオン／オフ制御できるように変更可能としてもよい。なお、比較部３３として、頻繁にバックライト等がオン／オフ制御されないようにするため、オンになるときの明るさとオフになるときの明るさを変える、すなわちヒステリシス特性を持たせてもよい。このヒステリシス特性は比較部３３にヒステリシスコンパレータを備えることにより簡単に達成することができる。

また、使用されるＴＦＴ光センサは一つに限らず、複数個用いることもできる。すなわち、複数のＴＦＴ光センサの出力を平均化して使用したり、あるいは一方のＴＦＴ光センサを完全遮光して暗基準値として用いて他方の遮光しないＴＦＴ光センサの出力との差分を取ることにより、明るさの測定精度を向上させることができる。

以上説明したように、本発明に係る液晶表示装置１によれば、バックライトのオン／オフ制御を行うための光検出部が対向電極に印加される電圧をも考慮して設計されているので、ＴＦＴ基板２上に別途アース電極等を設けることなく光検出部を設けることができるようになる。なお、上記実施例においては対向電極電圧として極性の反転する電圧、すなわち交流電圧が印加されている場合について説明したが、直流電圧が印加されている場合であっても対向電極電圧を考慮した設計となっているので、光検出部における光検出を良好に行うことができる。

なお、本実施例では、光検知部ＬＳ１のＴＦＴ光センサを、液晶表示パネルのスイッチング素子として用いられているＴＦＴと同時に製造することができるようにするために、ＴＦＴ基板２の表示領域ＤＡの内周縁部に設けた例を説明したが、外光を検知できる位置であれば表示領域ＤＡの外周縁部、すなわちシール材６の外側に設けてもよい。また、光検知部ＬＳ１のＴＦＴ光センサを、液晶表示パネルのスイッチング素子として用いられているＴＦＴと同時に製造する必要がなければ、液晶表示パネルの外部に設けて液晶表示パネルとは別途配線手段により電気的に接続するようにしてもよい。この場合、別途光センサの製造工数が増加するが、光センサの設置場所を自由に設定できるようになる。また、本実施例では、センサ制御部３０、比較部３３、モード制御部３１、閾値記憶部３２、スイッチング部３４は、液晶表示装置１のドライバＩＣに組み込むこともできる。さらに閾値記憶部３２は液晶表示装置１内部に設けなくてもよいが、この場合は液晶表示装置１の電源立ち上げ時に外部の閾値記憶部３２を有するホストＰＣ等から液晶表示装置１を初期化するように構成されていればよい。

なお、反射電極Ｒ₀を省略すると透過型液晶表示装置が得られ、逆に反射電極を画素電極１２の下部全体に亘って設けると反射型液晶表示装置が得られる。ただし、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換えてフロントライトが使用される。

図１はＴＦＴ光センサの電圧−電流曲線の一例を示す図である。図２はＴＦＴ光センサを使用した光検知部の回路図である。図３は明るさが異なる場合の図２に示した回路図におけるコンデンサの両端の電圧−時間曲線を示す図である。図４は本発明の実施例に係る液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表したアクティブマトリクス基板を模式的に示した平面図である。図５は図４のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。図６は液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図である。図７はカラーフィルタ基板を含む図６のＡ−Ａ断面図である。図８は基板上の光検知部の断面図である。図９（ａ）は光検知部の等価回路、図９（ｂ）は光センサ駆動時における各部の出力波形を示すタイミングチャートである。図１０はバックライト制御手段のブロック図である。

１（半透過型）液晶表示装置
１Ａバックライト制御手段
２ＴＦＴ基板
４ゲート線
５ソース線
１０₁〜１０₄ トランスファ電極
１０ａコンタクト材
１１コモン線
１２画素電極
２５ＣＦ基板
２６対向電極
３０センサ制御部
３１モード制御部
３２閾値記憶部
３３比較部
３４スイッチング部
３５バックライト等
ＬＳ１光検知部
Ｓ、Ｓ_L、Ｓ_S ソース電極
Ｇ、Ｇ_L、Ｇ_S ゲート電極
Ｄ、Ｄ_L、Ｄ_S ドレイン電極
ＳＷスイッチ素子
Ｃコンデンサ
ＶＣＯＭ対向電極電圧
Ｔ透過部
Ｒ反射部
Ｒ₀ 反射電極

Claims

アクティブマトリクス基板と対向電極を有するカラーフィルタ基板との間に液晶層が設けられた液晶表示パネルと、
外光を検知する光センサを有し、前記アクティブマトリクス基板の表示領域の周縁部に配置された光検知部と、
前記光検知部の出力により制御される照光手段と、
を備え、
前記光検知部は、
前記光センサとして薄膜電界効果トランジスタを用い、前記薄膜電界効果トランジスタのソース・ドレイン電極間にコンデンサを接続し、前記コンデンサの一方の端子側をスイッチ素子を介して基準電圧源に接続し、前記コンデンサのグラウンド端子側に該当する他方の端子側を前記対向電極に接続し、
前記対向電極には、所定周期で矩形状に変化する対向電極電圧を印加し、
前記薄膜電界効果トランジスタのゲート電極には、前記対向電極電圧と同じ振幅で矩形状に変化するとともに前記対向電極電圧よりも常に逆バイアス電圧に対応する一定の低い電圧を印加し、
前記対向電極電圧のハイレベル期間、またはロウレベル期間に、前記スイッチ素子をオンにして、前記コンデンサに基準電圧を印加して充電した後、前記スイッチ素子をオフにしてから所定時間後の前記コンデンサの電圧を出力する液晶表示装置。
前記光センサとしての薄膜電界効果トランジスタは、前記アクティブマトリクス基板上に形成される液晶表示パネルの薄膜電界効果トランジスタと製造工程において同時に形成されたものである請求項１に記載の液晶表示装置。
前記光検知部には、閾値記憶部及び比較部を有する制御手段を接続し、
前記制御手段により、通常動作モード時には、前記光検知部の出力と前記閾値記憶部に格納されている閾値を前記比較部にて比較し、この比較結果に基づいて前記照光手段のオン／オフ制御を行い、初期設定モード時には、前記光センサに基準となる光を照射しつつ、前記光検知部の出力を前記閾値記憶部に格納するようにした請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
前記照光手段は、バックライト又はサイドライトであり、
前記液晶表示装置は、透過型又は半透過型液晶表示装置である請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
前記照光手段は、フロントライトであり、
前記液晶表示装置は、反射型液晶表示装置である請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。