JP4811326B2

JP4811326B2 - 表示装置

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Publication number: JP4811326B2
Application number: JP2007099990A
Authority: JP
Inventors: 建史神谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: JP2007208291A

Description

この発明は表示装置に関する。

例えば液晶表示パネルのような非発光型の表示パネルを備えた表示装置には、大別すると、透過光を利用して表示する透過型のものと、反射光を利用して表示する反射型のものとがあるが、この両者を兼ねた反射兼透過型のものもある。反射兼透過型の表示装置の場合には、図示していないが、一般的に、非発光型の表示パネルの裏面側に半透過半反射板を配置し、その裏面側にバックライトを配置した構造となっている。そして、透過型として使用する場合には、バックライトを点灯させ、バックライトからの光を半透過半反射板及び表示パネルを透過させて表示パネルの表面側に出射させ、これにより表示を行っている。一方、反射型として使用する場合には、バックライトを点灯させず、表示パネルの表面側から入射された外光を表示パネルを透過させて半透過半反射板で反射させ、この反射光を表示パネルを透過させて表示パネルの表面側に出射させ、これにより表示を行っている。

ところで、このような表示装置では、外光とバックライトからの光との双方を同時に利用して表示を行うこともできる。この場合、外光の照度を外光照度検出センサで検出し、この検出結果に基づいて、バックライトからの光の輝度を制御することにより、外光とバックライトからの光との双方による表示パネルの画面輝度が外光照度に応じた好適な画面輝度となるようにすることが考えられる。しかしながら、光トランジスタや光ダイオード等からなる外光照度検出センサでは、反応時間が外光照度が高くなるほど早くなり、高外光照度の環境下においてはかなり早くなるので、外光照度検出センサを駆動するための信号及び光検出信号を出力するための信号の周波数を高くする必要がある。この発明の課題は、光センサの反応時間を簡単な方法で遅延させることができるようにすることである。
この発明の課題は、光センサの反応時間を簡単な方法で遅延させることができるようにする表示装置を提供することである。

請求項１に記載の発明の表示装置は、第１の基板と第２の基板との間に液晶層が設けられた表示パネルと、光が前記第２の基板から前記第１の基板に向かうように、前記表示パネルに向けて光を照射するバックライトと、前記第１の基板から前記第２の基板に向かうように照射される外光の照度を検出するための外光照度検出センサと、前記外光照度検出センサにより検出される外光の照度に基づいて前記バックライトが照射する光の照度を制御する照度制御手段と、を備え、前記外光照度検出センサは、前記第２の基板における前記第１の基板との対向面に設けられた、トップゲート電極の透明度が互いに異なる少なくとも２つのダブルゲート型薄膜トランジスタからなり、前記照度制御手段は、前記外光の照度が所定の照度閾値よりも高いときには、トップゲート電極の透明度が低い方のダブルゲート型薄膜トランジスタを用いて前記外光の照度を検出し、前記外光の照度が所定の照度閾値よりも低いときには、トップゲート電極の透明度が高い方のダブルゲート型薄膜トランジスタを用いて前記外光の照度を検出することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表示装置において、前記２つのダブルゲート型薄膜トランジスタは、前記トップゲート電極がクロムにより形成されているとともに、互いのトップゲート電極の厚さが異なっていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の表示装置において、前記２つのダブルゲート型薄膜トランジスタは、ボトムゲート電極が遮光性の材料により形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、回路の周波数特性を下げることができる。

図１はこの発明の一実施形態を適用した反射兼透過型の液晶表示装置の要部を示したものである。この液晶表示装置は、データラインと各画素電極との間に薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有するアクティブマトリクス型の液晶表示パネル１を備えている。液晶表示パネル１は、詳細には図示していないが、一対のガラス基板２、３がほぼ枠状のシール材４を介して貼り合わされ、シール材４の内側における両ガラス基板２、３間に液晶が封入され、各ガラス基板２、３の表面に偏光板５、６が貼り付けられたものからなっている。

液晶表示パネル１の裏面側には反射機能を備えたバックライト（反射兼光出射手段）１１が配置されている。バックライト１１は、液晶表示パネル１の裏面に設けられた光学シート１２と、この光学シート１２の裏面に設けられた光拡散層１３と、この光拡散層１３の裏面に設けられた光学部材１４と、この光学部材１４の裏面側に設けられた導光体１５と、この導光体１５の所定の一端面側に設けられた光源１６とを備えている。光源１６は、直線状の蛍光管１７と、この蛍光管１７からの光を導光体１５の一端面に向けて反射させるためのリフレクタ１８とからなっている。

導光体１５は、図２にも示すように、アクリル樹脂等によって形成されたものであって、裏面を平坦面とされ、裏面に垂直な所定の一端面を光入射面２１とされ、表面を光入射面２１側から他端面側に向かうに従って漸次薄肉となる階段状とされた構造となっている。この場合、階段状の表面は、裏面に平行な複数の段面２２と、これらの段面２２に垂直な段差面（光出射面）２３とからなっている。各段面２２上には、酸化シリコンからなる下地膜（図示せず）を介してアルミニウムの蒸着膜等からなる反射膜２４が設けられている。導光体１５の裏面には反射板２５が設けられている。そして、導光体１５は、その裏面を液晶表示パネル１に対して適宜に傾斜された状態で、液晶表示パネル１の裏面側に配置されている。

光学部材１４は、図２にも示すように、アクリル樹脂等によって形成されたものであって、表面を平坦面とされ、裏面に複数の断面三角形状の突状部３１が一定のピッチで形成された構造となっている。この場合、突状部３１の一方の側面と空気との界面は第１の光学界面３２となっており、突状部３１の他方の側面と空気との界面は第２の光学界面３３となっており、各突状部３１間における光学部材１４の裏面と空気との界面は第３の光学界面３４となっている。そして、光学部材１４は、その突状部３１の頂点を反射膜２４に近接または当接された状態で、導光体１５上に配置されている。この状態では、第１の光学界面３２は、導光体１５の段面２２に対する角度（第１の光学界面３２の段差面２３と対向する側の角度）が９０°以下であって、段差面２３とほぼ平行する面またはそれに近い傾斜面となっている。第２の光学界面３３は、光学部材１４の表面の垂線に対する角度が当該垂線と第１の光学界面３２とのなす角度よりも大きい傾斜面となっている。第３の光学界面３４は、導光体１５の段面２２とほぼ平行する面またはそれに近い傾斜面となっている。なお、光学部材１４の突状部３１のピッチは、液晶表示パネル１の画素ピッチとほぼ同じか、あるいは同画素ピッチの整数分の１となっている。また、導光体１５の段面２２のピッチは、光学部材１４の突状部３１のピッチよりもやや大きくなっている。

光拡散層１３は、例えば、光散乱用微粒子が分散された透明な粘着剤を光学部材１４の表面に塗布したものからなっている。そして、光学シート１２は、この光拡散層１３を介して光学部材１４の表面に貼り付けられている。また、液晶表示パネル１は、光学シート１２の表面に透明な粘着剤または両面粘着シート３５を介して貼り付けられている。光学シート１２は、図３に示すように、互いにほぼ直交する透過軸Ｐ及び反射軸Ｓを有し、透過軸Ｐに沿った偏光成分（Ｐ偏光成分）の光を透過させ、反射軸Ｓに沿った偏光成分（Ｓ偏光成分）の光を反射するようになっている。すなわち、この光学シート１２の裏面側から、透過軸Ｐに沿ったＰ偏光成分の光と反射軸Ｓに沿ったＳ偏光成分の光との双方を含む光が入射されると、この入射光のうち透過軸Ｐに沿ったＰ偏光成分の光は光学シート１２を透過し、反射軸Ｓに沿ったＳ偏光成分の光は光学シート１２で反射される。このような半透過半反射特性は、光学シート１２の表面側からの入射光に対しても同様である。

さて、この液晶表示装置を透過型として使用する場合には、蛍光管１７を点灯させる。すると、蛍光管１７からの光及びリフレクタ１８によって反射された反射光は導光体１５の光入射面２１に入射される。この入射光は、例えば図２において実線の矢印で示すように、反射膜２４や反射板２５で反射されながら導光体１５内を横方向に進行し、各段差面（光出射面）２３から出射される。この出射光は、同じく図２において実線の矢印で示すように、光学部材１４の第１の光学界面３２に入射され、第２の光学界面３３で全反射され、光学部材１４の表面から出射され、光散乱層１３に入射されて散乱される。この散乱光のうちＰ偏光成分の光は光学シート１２を透過して液晶表示パネル１の裏面に入射され、Ｓ偏光成分の光は光学シート１２で反射される。しかし、光学シート１２で反射された光は、反射膜２４で反射され、光散乱層１３で再度散乱される。この散乱光のうちＰ偏光成分の光は光学シート１２を透過して液晶表示パネル１の裏面に入射され、Ｓ偏光成分の光は光学シート１２で反射される。そして、このようなことが繰り返されることにより、各段差面２３から出射された光のほとんどが液晶表示パネル１の裏面に入射される。なお、光学シート１２の透過軸と液晶表示パネル１の裏面側の偏光板６の透過軸とは互いにほぼ平行となっている。そして、液晶表示パネル１の裏面に入射された光は、液晶表示パネル１を透過して液晶表示パネル１の表面側に出射され、これにより表示が行われることになる。

一方、この液晶表示装置を反射型として使用する場合には、蛍光管１７を点灯させず、外光を利用することになる。すなわち、液晶表示パネル１の表面側から入射された外光（直線偏光光）は液晶表示パネル１を透過する。この透過光は、例えば図２において点線の矢印で示すように、光学シート１２、光拡散層１３及び光学部材１４を順に透過し、反射膜２４で反射される。この反射光は、光学部材１４を透過し、光拡散層１３で拡散される。この拡散光のほとんどは、上記の場合と同様にして、光学シート１２を透過して液晶表示パネル１の裏面に入射される。この入射光は、液晶表示パネル１を透過して液晶表示パネル１の表面側に出射され、これにより表示が行われることになる。

次に、この液晶表示装置において、光源１６からの光と外光との双方を同時に利用して表示を行う場合について説明する。ところで、液晶表示パネル１の好適な画面輝度（使用環境下で表示を充分な明るさで観察することができる輝度）は使用環境の照度（以下、環境照度という。）によって異なり、同じ画面輝度でも、環境照度によっては画面が眩しすぎたり暗すぎたりする。例えば、夏期の直射日光下のような１０万ルクスを越える高照度の使用環境下では、眩しすぎることになる。

そこで、この液晶表示装置では、夏期の直射日光下のような１０万ルクスを越える高照度の使用環境下でも、眩しすぎない好適な画面輝度が得られるようにするために、主として反射膜２４による外光の反射率と液晶表示パネル１の光の透過率とによって決まる装置全体としての反射率（液晶表示パネル１の表面側から入射する外光の強度と反射膜２４によって反射されて液晶表示パネル１の表面側に出射される外光の強度との比）を、外光のみを利用する通常の反射型液晶表示装置に比べて低く設定している。

また、光源１６からの光の輝度を環境照度に応じて制御することにより、光源１６からの光と外光との双方による液晶表示パネル１の画面輝度が環境照度に応じた好適な画面輝度となるようにしている。すなわち、この液晶表示装置では、環境照度に応じて光源１６からの光の輝度を制御するために、光源輝度制御手段が備えられている。次に、この光源輝度制御手段について説明する。

まず、図４はこの液晶表示装置の一部の概略構成を示したものである。この液晶表示装置では、図１に示すシール材４の外側における裏面側のガラス基板３の上面において表面側のガラス基板２と対向する部分の所定の箇所に外光照度検出センサ４１が設けられている。一方、表面側のガラス基板２の下面において外光照度検出センサ４１と対向する部分の所定の箇所にはクロム等の金属薄膜からなる透過率低下用膜４２が設けられ、この透過率低下用膜４２を透過した外光が外光照度検出センサ４１に入射されるようになっている。なお、透過率低下用膜４２の具体的な役目等については、後で説明する。

次に、図５はこの液晶表示装置の回路の要部を示したものである。液晶表示パネル１の裏面側のガラス基板３の上面の所定の箇所には外光照度検出部５１が一体的に形成されている。外光照度検出部５１は、後述するダブルゲート型光電変換薄膜トランジスタからなる外光照度検出センサ４１と、薄膜トランジスタからなる第１のスイッチング素子５２と、外光照度検出センサ４１と第１のスイッチング素子５２との間に設けられた抵抗５３及びキャパシタ５４と、外光照度検出センサ４１と抵抗５３との間に接続された薄膜トランジスタからなる第２のスイッチング素子５５とを備えている。

そして、分周器５６から予め設定された時間だけ出力されるセンサ駆動信号が第２のスイッチング素子５５に入力されている間に、外光照度検出センサ４１から検出照度に応じた電流がキャパシタ５４に流れ、キャパシタ５４に電荷が蓄積される。そして、所定のタイミングで第１のスイッチング素子５２がオンすると、キャパシタ５４に蓄積された電荷に応じた光検出信号がレベルシフト調整器５７に入力される。レベルシフト調整器５７は、例えばＡ／Ｄ変換器からなり、入力された光検出信号をパラレル信号に変換し、このパラレル信号をパラレルシリアル変換器５８に出力する。パラレルシリアル変換器５８は入力されたパラレル信号をシリアル信号に変換し、このシリアル信号をを調光用制御信号発生器５９に出力する。調光用制御信号発生器５９は入力されたシリアル信号に応じた調光用制御信号を調光機能付きインバータ６０に出力する。調光機能付きインバータ６０は、光源１６（図１参照）が調光用制御信号発生器５９からの調光用制御信号に応じた輝度の光を発光するように、光源１６（蛍光管１７）を駆動する。

次に、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度に応じて制御することについて、具体的な数値を挙げて説明する。まず、図６はこの場合の液晶表示パネル１の画面輝度と環境照度との関係を示したものである。前提条件として、環境照度に応じた液晶表示パネル１の好適な画面輝度は、夜間の街灯下のような５０ルクスの環境照度では２０〜２００ニット、室内照明を点灯させたときの室内のような１０００ルクスの環境照度では３０〜３００ニット、晴天時の木陰のような３００００ルクスの環境照度では４００〜４０００ニットであるとし、より好ましくは、５０ルクスの環境照度では２０〜６０ニット、１０００ルクスの環境照度では６０〜２００ニット、３００００ルクスの環境照度では１０００〜３０００ニットであるとする。

さて、液晶表示パネル１の画面輝度Ｌ（ニット）は、環境照度をＩ（ルクス）、光源１６からの光の輝度をＢ（ニット）、液晶表示パネル１の光の透過率をＴ（％）、上述の装置全体としての反射率をＲ（％）としたとき、次の式（１）から求められる。
Ｌ＝Ｉ×Ｒ／４００＋Ｂ×Ｔ／１００……（１）

そこで、第１に、液晶表示パネル１の画面輝度Ｌが、５０ルクスの環境照度で２０〜２００ニット、１０００ルクスの環境照度で３０〜３００ニット、３００００ルクスの環境照度で４００〜４０００ニットの範囲をそれぞれ満足する二次関数で表わされる輝度となるように、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度に応じて制御する。すなわち、この場合の光源１６からの光の輝度の制御条件は、上記式（１）から求められ、次の式（２）のようになる。
−2×10^-8×Ｉ²＋0.015×I＋20≦Ｌ≦−3×10^-7×Ｉ²＋0.113×Ｉ＋150…（２）

そして、図６において、曲線Ｍ₁、Ｍ₂は上記式（２）から求められる画面輝度Ｌの最大値と最小値を示す。すなわち、曲線Ｍ₁、Ｍ₂は次の式（３）、（４）によってそれぞれ表わされる曲線である。
Ｌ（Ｍ₁）＝−3×10^-7×Ｉ²＋0.113×Ｉ＋150…（３）
Ｌ（Ｍ₂）＝−2×10^-8×Ｉ²＋0.015×I＋20……（４）
したがって、この両曲線Ｍ₁、Ｍ₂間の範囲Ｍは、環境照度に応じた液晶表示パネル１の好適な画面輝度の範囲である。

次に、第２に、液晶表示パネル１の画面輝度Ｌが、５０ルクスの環境照度で２０〜６０ニット、１０００ルクスの環境照度で６０〜２００ニット、３００００ルクスの環境照度で１０００〜３０００ニットの範囲をそれぞれ満足する二次関数で表わされる輝度となるように、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度に応じて制御する。すなわち、この場合の光源１６からの光の輝度の制御条件は、上記式（１）から求められ、次の式（５）のようになる。
−9×10^-8×Ｉ²＋0.0453×I＋20≦Ｌ≦−2×10^-7×Ｉ²＋0.0871×Ｉ＋50…（５）

そして、図６において、曲線Ｎ₁、Ｎ₂は上記式（５）から求められる画面輝度Ｌの最大値と最小値を示す。すなわち、曲線Ｎ₁、Ｎ₂は次の式（６）、（７）によってそれぞれ表わされる曲線である。
Ｌ（Ｎ₁）＝−2×10^-7×Ｉ²＋0.0871×Ｉ＋50 …（６）
Ｌ（Ｎ₂）＝−9×10^-8×Ｉ²＋0.0453×I＋20……（７）
したがって、この両曲線Ｎ₁、Ｎ₂間の範囲Ｎは、環境照度に応じた液晶表示パネル１のより好適な画面輝度の範囲である。

以上のように、この液晶表示装置では、光源輝度制御手段により光源１６からの光の輝度を環境照度に応じて制御することにより、液晶表示パネル１の画面輝度を曲線Ｍ₁、Ｍ₂間の範囲Ｍ、より好ましくは曲線Ｎ₁、Ｎ₂間の範囲Ｎとすることができる。これにより、低照度から高照度の広い環境照度において、液晶表示パネル１の画面輝度を好適もしくはより好適とすることができる。

なお、図６における二点鎖線は、比較のために、外光のみを利用する通常の反射型液晶表示装置の画面輝度を表わしたものである。この二点鎖線で示す画面輝度は、環境照度の変化に対して直線的に変化している。そして、この通常の反射型液晶表示装置では、曲線Ｍ₁、Ｍ₂間の範囲Ｍに対応する環境照度が約３００〜約５０００ルクスの範囲であり、曲線Ｎ₁、Ｎ₂間の範囲Ｎに対応する環境照度が約５００〜約２０００ルクスの範囲である。したがって、それ以上の環境照度では、液晶表示パネルの画面が明るくなりすぎ、例えば夏期の直射日光下のような１０万ルクスを越える高照度の使用環境下では、液晶表示パネルの画面が眩しすぎて表示が見えにくくなってしまう。一方、それ以下の環境照度では、液晶表示パネルの画面が暗くなりすぎ、例えば夜間の屋外のような暗い使用環境下では、表示を視認できる程度の画面輝度が得られなくなってしまう。

次に、外光照度検出センサ４１の具体的な構造について、図７を参照して説明する。裏面側のガラス基板３の上面にはアルミニウム等の遮光性電極からなるボトムゲート電極７１が設けられ、その上面全体には窒化シリコンからなるボトムゲート絶縁膜７２が設けられている。ボトムゲート絶縁膜７２の上面においてボトムゲート電極７１に対応する部分にはアモルファスシリコンやポリシリコンからなる半導体層７３が設けられている。半導体層７３の上面中央部には窒化シリコンからなるブロッキング層７４が設けられている。ブロッキング層７４の上面両側及びその両側における半導体層７３の上面にはｎ⁺シリコン層７５、７６が設けられている。ｎ⁺シリコン層７５、７６の上面にはアルミニウム等の遮光性電極からなるソース電極７７及びドレイン電極７８が設けられ、その上面全体には窒化シリコンからなるトップゲート絶縁膜７９が設けられている。トップゲート絶縁膜７９の上面において半導体層７３に対応する部分にはＩＴＯ等の透明電極からなるトップゲート電極８０が設けられ、その上面全体には窒化シリコンからなるオーバーコート膜８１が設けられている。そして、この外光照度検出センサ４１では、その下面側から入射された光がボトムゲート電極７１によって遮光されて半導体層７３に直接入射しないようになっている。

この外光照度検出センサ４１では、ボトムゲート電極（ＢＧ）７１、半導体層７３、ソース電極（Ｓ）７７及びドレイン電極（Ｄ）７８等によってボトムゲート型トランジスタが構成され、トップゲート電極（ＴＧ）８０、半導体層７３、ソース電極（Ｓ）７７及びドレイン電極（Ｄ）７８等によってトップゲート型トランジスタが構成されている。すなわち、この外光照度検出センサ４１は、半導体層７３の下側及び上側にそれぞれボトムゲート電極（ＢＧ）７１及びトップゲート電極（ＴＧ）８０が配置されたダブルゲート型光電変換薄膜トランジスタによって構成され、その等価回路は図８のように示すことができる。

次に、この外光照度検出センサ４１の動作について説明する。まず、図９（Ａ）に示すように、ソース電極（Ｓ）−ドレイン電極（Ｄ）間に正電圧（例えば＋５Ｖ）が印加された状態において、ボトムゲート電極（ＢＧ）に正電圧（例えば＋１０Ｖ）が印加されると、半導体層７３にチャネルが形成され、ドレイン電流が流れる。この状態で、トップゲート電極（ＴＧ）にボトムゲート電極（ＢＧ）の電界によるチャネルを消滅させるレベルの負電圧（例えば−２０Ｖ）が印加されると、トップゲート電極（ＴＧ）からの電界がボトムゲート電極（ＢＧ）の電界によるチャネル形成に対してそれを妨げる方向に働き、チャネルがピンチオフされる。このとき、トップゲート電極（ＴＧ）側から半導体層７３に光が照射されると、半導体層７３のトップゲート電極（ＴＧ）側に電子−正孔対が誘起される。この電子−正孔対は半導体層７３のチャネル領域に蓄積され、トップゲート電極（ＴＧ）の電界を打ち消す。このため、半導体層７３にチャネルが形成され、ドレイン電流が流れる。このドレイン電流は半導体層７３への入射光量に応じて変化する。そして、このドレイン電流により、図５に示すキャパシタ５４に電荷が蓄積されることになる。

次に、この外光照度検出センサ４１をリセットする場合について、図９（Ｂ）を参照して説明する。ボトムゲート電極（ＢＧ）に正電圧（＋１０Ｖ）が印加された状態において、トップゲート電極（ＴＧ）を例えば０Ｖにすると、半導体層７３とトップゲート絶縁膜７９との間のトラップ準位から正孔を吐き出させてリフレッシュ、つまりリセットすることができる。すなわち、連続して使用されると、半導体層７３とトップゲート絶縁膜７９との間のトラップ準位が光照射により発生する正孔とドレイン電極（Ｄ）から注入される正孔とによって埋められていき、光無入射状態でのチャネル抵抗が小さくなり、光無入射時にドレイン電流が増加する。そこで、トップゲート電極（ＴＧ）を０Ｖとし、この正孔を吐き出させてリセットする。

次に、この外光照度検出センサ４１の形成方法の一例について、アクティブマトリクス型の液晶表示装置におけるスイッチング素子としてのＭＩＳ型薄膜トランジスタの形成方法と併せ、図１０を参照して説明する。裏面側のガラス基板３の上面の薄膜トランジスタ等形成領域にアルミニウム等からなるゲート電極９１を形成するとともに、同上面の外光照度検出センサ形成領域にアルミニウム等からなるボトムゲート電極７１を形成する。次に、上面全体には窒化シリコンからなるボトムゲート絶縁膜７２を形成する。次に、ボトムゲート絶縁膜７２の上面の薄膜トランジスタ等形成領域にアモルファスシリコンやポリシリコンからなる半導体層９２を形成するとともに、同上面の外光照度検出センサ形成領域にアモルファスシリコンやポリシリコンからなる半導体層７３を形成する。次に、半導体層９２、７３の上面中央部に窒化シリコンからなるブロッキング層９３、７４を形成する。次に、ブロッキング層９３、７４の上面両側及びその両側における半導体層９２、７３の上面にｎ⁺シリコン層９４、９５、７５、７６を形成する。次に、ｎ⁺シリコン層９４、９５、７５、７６の上面にアルミニウム等からなるソース電極９６、ドレイン電極９７、ソース電極７７、ドレイン電極７８を形成する。次に、上面全体には窒化シリコンからなるトップゲート絶縁膜７９を形成する。次に、トップゲート絶縁膜７９の上面の薄膜トランジスタ等形成領域にＩＴＯ等の透明電極からなる画素電極９８を形成するとともに、同上面の外光照度検出センサ形成領域にＩＴＯ等の透明電極からなるトップゲート電極８０を形成する。この場合、画素電極９８は、トップゲート絶縁膜７９に形成されたコンタクトホール９９を介してソース電極９６に接続される。次に、画素電極９８の所定の部分を除く上面全体に窒化シリコンからなるオーバーコート膜８１を形成する。

かくして、薄膜トランジスタ等形成領域にＭＩＳ型薄膜トランジスタ及び画素電極９８が形成され、外光照度検出センサ形成領域にＭＩＳ型薄膜トランジスタからなる外光照度検出センサ４１が形成される。このように、外光照度検出センサ４１をスイッチング素子としてのＭＩＳ型薄膜トランジスタ及び画素電極９８の形成と同時に形成することができるので、製造工程数が増加しないようにすることができる。しかも、外光照度検出センサ４１を液晶表示パネル１の裏面側のガラス基板３上に一体的に形成しているので、外光照度検出センサ４１を備えても、部品点数が増加しないようにすることができる。

次に、図４に示す透過率低下用膜４２について説明する。一例として、１０ｍｍＴｏｒｒ以上例えば３０ｍｍＴｏｒｒの圧力下においてアルゴンガスを用いたスパッタ法により、ガラス基板上にクロム薄膜を成膜し、このクロム薄膜の膜厚（ｎｍ）と透過率（％）との関係を調べたところ、図１１に示す結果が得られた。この図から明らかなように、クロム薄膜の膜厚が２００ｎｍ未満において薄くなるほど透過率（％）が高くなる。すなわち、クロム薄膜の膜厚が２００ｎｍ未満においては、クロム薄膜の膜厚が厚くなるほど透過率（％）が低下する。そして、例えば、膜厚約２５ｎｍでは、透過率（％）が約１０％であって約９０％の可視光を遮光し、膜厚約１５０ｎｍでは、透過率（％）が約１％であって約９９％の可視光を遮光することになる。

そこで、図４に示す透過率低下用膜４２を膜厚約２５ｎｍのクロム薄膜によって形成したものと、膜厚約１５０ｎｍのクロム薄膜によって形成したものとを用意し、また比較のために、透過率低下用膜４２を備えていないものを用意し、図７に示すダブルゲート型光電変換薄膜トランジスタからなる外光照度検出センサ４１のドレイン電流が外光照度に対して１μＡに達するまでの反応時間を調べたところ、図１２に示す結果が得られた。この図において、黒丸印の曲線は透過率低下用膜４２を膜厚約１５０ｎｍのクロム薄膜によって形成した場合を示し、黒四角印の曲線は透過率低下用膜４２を膜厚約２５ｎｍのクロム薄膜によって形成した場合を示し、黒三角印の曲線は透過率低下用膜４２を備えていない場合を示す。

この図１２から明らかなように、外光照度検出センサ４１のドレイン電流が１μＡに達するまでの反応時間は、いずれの場合も、外光照度が高くなるほど早くなる。そして、例えば、外光照度１００ルクスにおける反応時間は、黒三角印の曲線で約０．００６秒であり、黒四角印の曲線で約０．０６秒であり、黒丸印の曲線で約０．６秒である。また、外光照度１０００００ルクスにおける反応時間は、黒三角印の曲線で約０．０００００８秒であり、黒四角印の曲線で約０．００００８秒であり、黒丸印の曲線で約０．０００８秒である。このように、反応時間は、透過率低下用膜４２を備えていない場合と比較して、透過率低下用膜４２の透過率が約１０％の場合には約１０倍となり、透過率低下用膜４２の透過率が約１％の場合には約１００倍となる。すなわち、透過率低下用膜４２の膜厚に応じて外光照度検出センサ４１のセンサ面に入射される光量が低下することとなり、外光照度検出センサ４１の反応時間を簡単な方法で遅延させることができる。この結果、外光照度検出センサ４１を駆動するための信号及び光検出信号を出力するための信号の周波数をある程度低くすることができる。

なお、上記実施形態では、液晶表示パネルに１個の外光照度検出センサを設けた場合について説明したが、これに限らず、複数個の外光照度検出センサを設けるようにしてもよい。一例として、外光照度検出センサを３個設け、第１の外光照度検出センサ用の透過率低下用膜の透過率を約１％とし、第２の外光照度検出センサ用の透過率低下用膜の透過率を約１０％とし、第３の外光照度検出センサに対しては透過率低下用膜を設けない。そして、図１２を参照して説明すると、３個の外光照度検出センサの各反応時間が約０．００１秒〜約０．０１秒の範囲内となるように、外光照度５００ルクス以下では第３の外光照度検出センサを使用し、外光照度５００〜５０００ルクスでは第２の外光照度検出センサを使用し、外光照度５０００ルクス以上では第１の外光照度検出センサを使用するようにしてもよい。このようにすると、幅広い外光照度をほぼ均一な感度で検出することができる。

また、上記実施形態では、図４に示すように、液晶表示パネル１の裏面側のガラス基板３の上面に外光照度検出センサ４１を設け、表面側のガラス基板２の下面に透過率低下用膜４２を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、透過率低下用膜４２を表面側のガラス基板２の上面に設けるようにしてもよい。また、透過率低下用膜４２を表面側のガラス基板２の上下面のいずれにも設けずに、図７に示すトップゲート電極８０をクロム等の金属薄膜（透過率低下用膜）によって形成するようにしてもよい。このようにした場合には、トップゲート電極８０が透過率低下用膜を兼ねることになるので、透過率低下用膜を形成するためのそれ専用の工程が不要となり、製造工程数が増加しないようにすることができる。

さらに、上記実施形態では、外光照度検出センサ４１としてダブルゲート型光電変換薄膜トランジスタを用いた場合について説明したが、これに限らず、スイッチング素子としての薄膜トランジスタの形成と同時に形成することができるｐｎ型光ダイオード等を用いてもよい。また、上記実施形態では、蛍光管１７を用いた場合について説明したが、これに限らず、直線状の発光ダイオードアレイ等を用いてもよい。また、上記実施形態では、階段状の段面２２上に反射膜２４を有する導光体１５等からなるバックライト１１を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図示していないが、液晶表示パネルの裏面側に光学シートを配置し、その裏面側にＥＬ等からなるバックライトを配置するようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、この発明を反射及び透過型の液晶表示装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、透過型の機能のみを有する液晶表示装置や他の非発光型の表示パネルを備えた表示装置にも適用することができる。

この発明の一実施形態を適用した液晶表示装置の要部の側面図。液晶表示装置の一部における光の進行を説明するために示す図。光学シートを説明するために示す斜視図。液晶表示装置の一部の概略構成を示す側面図。液晶表示装置の要部の回路図。液晶表示パネルの画面輝度と環境照度との関係を示す図。外光照度検出センサの具体的な構造を示す断面図。図７に示す外光照度検出センサの等価回路図。（Ａ）、（Ｂ）は外光照度検出センサの動作を説明するために示す図。外光照度検出センサの形成方法の一例を説明するために示す断面図。透過率低下用膜をクロム薄膜によって形成した場合におけるクロム薄膜の膜厚と透過率との関係を示す図。外光照度検出センサのドレイン電流が外光照度に対して１μＡに達するまでの反応時間を示す図。

符号の説明

１液晶表示パネル
２、３ガラス基板
１１バックライト
４１外光照度検出センサ
４２透過率低下用膜

Claims

第１の基板と第２の基板との間に液晶層が設けられた表示パネルと、
光が前記第２の基板から前記第１の基板に向かうように、前記表示パネルに向けて光を照射するバックライトと、
前記第１の基板から前記第２の基板に向かうように照射される外光の照度を検出するための外光照度検出センサと、
前記外光照度検出センサにより検出される外光の照度に基づいて前記バックライトが照射する光の照度を制御する照度制御手段と、
を備え、
前記外光照度検出センサは、前記第２の基板における前記第１の基板との対向面に設けられた、トップゲート電極の透明度が互いに異なる少なくとも２つのダブルゲート型薄膜トランジスタからなり、
前記照度制御手段は、前記外光の照度が所定の照度閾値よりも高いときには、トップゲート電極の透明度が低い方のダブルゲート型薄膜トランジスタを用いて前記外光の照度を検出し、前記外光の照度が所定の照度閾値よりも低いときには、トップゲート電極の透明度が高い方のダブルゲート型薄膜トランジスタを用いて前記外光の照度を検出することを特徴とする表示装置。
前記２つのダブルゲート型薄膜トランジスタは、前記トップゲート電極がクロムにより形成されているとともに、互いのトップゲート電極の厚さが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記２つのダブルゲート型薄膜トランジスタは、ボトムゲート電極が遮光性の材料により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。