JP4940733B2

JP4940733B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP4940733B2
Application number: JP2006101631A
Authority: JP
Inventors: 俊彦田中; 隆志國森; 寛佐野; 正憲安森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: JP2007279099A

Description

本発明は表示装置に係り、特にバックライトやフロントライト等の光源を有する表示装
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ができる表示装置
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が広く使用され
てきている。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或いはサイドライト（以下、両者を纏めて「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使用されている。しかし、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（例えば、下記特許文献１参照）、或いは透過型と反
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（例えば、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、暗い場所ではフロントライ
トを点灯して画像を表示し、明るい場所ではフロントライトを点灯す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り
、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、暗い場所ではバッ
クライト等を点灯させて画素領域の透過部を利用して画像を表示し、明るい場所ではバッ
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させているため
、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利点を有している。

このような反射型液晶表示装置や半透過型液晶表示装置は、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ときにも、不必要にバックライト等を点灯してしまうこ
とがあり、このようなときは、電力が無駄になるため、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に、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
制御を行う液晶表示装置が開発されている（例えば、下記特許文献３〜５参照）。

例えば、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型トランジスタ（
ＴＦＴ）を用い、このＴＦＴを液晶表示パネルのＴＦＴと同時に基板上に作成し、このＴ
ＦＴ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／オフさせ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補償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）

ところで、上記特許文献３の液晶表示装置に搭載されるＴＦＴ光センサは、図１４に示
すように、光が当たらないときはゲートオフ領域において僅かな暗電流が流れ、一方、光
が当たるとその光の強さ（明るさ）に応じて大きな漏れ電流が流れる、いわゆる光リーク
特性を有している。そして、このような特性をもつＴＦＴ光センサは、例えば、図１５に
示すような検知回路に組み込まれて使用される。なお、図１４はＴＦＴ光センサの電圧−
電流曲線の一例を示す図であり、図１５はＴＦＴ光センサを使用した公知の検知回路図で
あり、また、図１６は明るさが異なる場合の図１５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。

この検知回路は、図１５に示すように、ＴＦＴ光センサのドレイン電極Ｄ_Ｌとソース電
極Ｓ_Ｌ間にコンデンサＣが並列接続され、ソース電極Ｓ_ＬとコンデンサＣの一方の端子が
スイッチ素子ＳＷを介して基準電圧源に接続され、更に、ＴＦＴ光センサのドレイン電極
Ｄ_Ｌ及びコンデンサＣの他方の端子が接地された構成を有している。

この検知回路の動作は、先ず、ＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Ｌに一定の逆バイアス電
圧（例えば−１０Ｖ）を印加しておき、スイッチ素子ＳＷをオンして一定の基準電圧Ｖｓ
（例えば＋２Ｖ）をコンデンサＣの両端に印加し、所定時間後にこのスイッチ素子ＳＷを
オフにする。これにより、コンデンサＣの両端には、ＴＦＴ光センサの周囲の明るさに応
じて、図１６に示すように、時間とともに低下するソース電圧、すなわち充電電圧が得ら
れる。したがって、スイッチ素子ＳＷをオフにしてから所定時間ｔ_０後にコンデンサＣの
両端の充電電圧を測定すれば、その電圧とＴＦＴ光センサの周囲の明るさとの間に反比例
の関係が成立しているので、ＴＦＴ光センサの周囲の明るさを検知することができる。

しかしながら、この検知回路では、周囲の明暗によって光検知の感度が左右されるとい
う課題がある。以下、この課題について説明する。なお、図１７、図１８は、光センサへ
の充電電圧と読み出し時間、すなわち検出時間との関係を示した光照射時の放電曲線、す
なわち光リーク特性を示したものである。

この光リーク特性によれば、暗所、例えば３０〜３００_ＬＸの低照度領域においては、
図１７に示すように、コンデンサの放電量が少ないので、所定時間経った時点での放電電
圧の差が極めて小さくこの領域における電圧差を検知することが極めて難しい。この課題
は、コンデンサ容量を小さくして放電速度を速くすれば改善されるが、そうすると、明所
、例えば３０００〜１００００_ＬＸの高照度領域における光リーク特性は、図１８に示す
ように、上記と同じ時間経った時点での放電電圧の差が極めて小さくなるのでこの領域に
おける電圧差の検知が難しくなる。

したがって、このような検知回路では、明所での感度を上げようとすると暗所の感度が
低下し、反対に暗所での感度を上げようとすると明所の感度が低下しまい、結局、これら
はトレードオフの関係となって明暗によって検知感度が左右されてしまうことになる。

そこで、この課題を解決すべく、明所及び暗所に拘わらず高感度の光検知が可能な表示装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、表示装置は、アクティブマトリクス基板を有する表示パネルと、前記表示パネルを照光する照光手段と、外光を検知する光センサと、所定の基準電圧が充電されるとともに前記光センサの漏れ電流によって充電された電圧が降下する第１コンデンサとを備える光検知部と、前記第１コンデンサの充電電圧の電圧降下量に応じた読み取り時間で、前記第１コンデンサに充電されている充電電圧を読み取る光センサ読み取り部と、前記光センサ読み取り部の出力値に基づいて前記照光手段の制御を行う制御手段と、を備え、前記光センサ読み取り部は、所定の明基準値及び所定の暗基準値がそれぞれ設定されており、所定の読み取り時間ｔで読み取った充電電圧が前記明基準値以下のときは前記読み取り時間ｔを該読み取り時間ｔよりも短い読み取り時間ｔ'に変更し、前記読み取り時間ｔで読み取った充電電圧が前記暗基準値以上のときは前記読み取り時間ｔを該読み取り時間ｔよりも長い読み取り時間ｔ"に変更して読み取るものであって、前記読み取り時間は、前記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向電極に印加される矩形波のカウント数にしたがい段階的に変更可能である。

上記の表示装置によれば、明所及び暗所に拘わらず高感度の光検知が可能になる。

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、以下に説
明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための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、本発明をこの実施形態のもの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。なお、図１は一実施形態に係る液晶表示
装置のカラーフィルタ基板を透視して表した表示パネルを模式的に示した平面図、図２は
図１のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。

本実施形態に係る液晶表示装置１は、図１及び図２に示すように、透明な絶縁性を有す
る材料、例えばガラス基板からなり、表面に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を搭載したア
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とで囲まれる部分に
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３、図４参照）。なお、光検知部
ＬＳ１は、後述するように表示領域ＤＡ内の外周縁部に設けられている。これらの配線、
ＴＦＴ及び画素電極は、図２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３、図４に示し後述する。

ＴＦＴ基板２は、図１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を通して画像供給装置から導出されたデータ線及び制御線が
ドライバＩＣに接続されている。そして、液晶を駆動するＶＣＯＭ信号、ソース信号、ゲ
ート信号等の信号は、ドライバＩＣ内で生成されて、それぞれＴＦＴ基板２上のコモン線
１１、ソース線５及びゲート線４に供給される。また、ＴＦＴ基板２の四隅には、複数の
トランスファ電極１０_１〜１０_４が設けられている。これらのトランスファ電極１０_１〜
１０_４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
ている。各トランスファ電極１０_１〜１０_４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。

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２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、この
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は表示領域ＤＡ全体に亘って形成されてい
る。

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ている。そして、ＴＦＴ
基板２とＣＦ基板２５との貼り合わせは、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１０
ａを各トランスファ電極１０_１〜１０_４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とを貼
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１４を注入し、この注入口を封止剤で塞ぐと半透過型の液晶表示装置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（あるいは照光手段）
、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。

ゲート線４とソース線５とで囲まれた領域が液晶表示装置の１画素を構成しているので
この画素構成を図３、図４を参照して説明する。なお、図３は液晶表示装置のＣＦ基板を
透視して表した１画素分の平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。

ＴＦＴ基板２は、その表示領域ＤＡ上に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が略等間隔で平行に形成されている。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１
６及びゲート電極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、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。したがって、ＴＦＴは、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によって構成されて
いる。そして、このＴＦＴはそれぞれの画素に形成されている。また、この構成では、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。また、
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４においては反射部Ｒにおける層間膜２０の凹
凸部は省略されている。また、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。さらに、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Ｒ_０が設けられ、この反射電極Ｒ_０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、図５〜図７を参照して光検知部ＬＳ１及び光センサ読み取り部の構成及びこれら
の動作を説明する。なお、図５はＴＦＴ基板上の光センサ及びスイッチ素子の断面図であ
り、図６は光検知部及びセンサ読み取り部の回路図であり、図７は図６の回路を動作させ
る信号のタイミングチャート図である。

先ず、図５を参照して、光検知部ＬＳ１の構造及び光センサ読み取り部の構成を説明す
る。
光検知部ＬＳ１を構成するＴＦＴ光センサ及びスイッチ素子ＳＷ１は、図５に示すよう
に、いずれもＴＦＴからなりＴＦＴ基板２上に形成されている。すなわち、ＴＦＴ基板２
は、その表面にＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Ｌ、コンデンサＣｗの一方の端子Ｃ_１及び
一方のスイッチ素子ＳＷ１を構成するＴＦＴのゲート電極Ｇ_Ｓが形成され、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。また、ＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Ｌの上及びスイッチ素子ＳＷ１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が形成されている。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、一方のスイッチ素子ＳＷ１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ＳＷ１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Ｃｗの他方の
端子Ｃ_２が形成されている。更に、ＴＦＴ光センサ、コンデンサＣｗ及びＴＦＴからなる
スイッチ素子ＳＷ１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ＳＷ１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が被覆されている。さらに、この
光検知部ＬＳ１が配設された向かい側のＣＦ基板２５上には、図２に示すように、光検知
部ＬＳ１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及びコンデンサＣｗのグラウンド端子ＧＲ側の他方の端子Ｃ
_２がこの対向電極２６にトランスファ電極１０_２を介して接続されている。なお、光検知
部ＬＳ１及び光センサ読み取り部Ｒｅ１は、ＴＦＴ基板２の表示領域ＤＡの外周縁に設け
ているが、特に光検知部ＬＳ１においては、表示領域ＤＡの内周縁部に設けてもよい。

この構造の光検知部ＬＳ１は、図６に示すように、ＴＦＴ光センサのドレイン電極Ｄ_Ｌ
とソース電極Ｓ_Ｌ間にコンデンサＣｗが並列接続され、ソース電極Ｓ_ＬとコンデンサＣｗ
の一方の端子がスイッチ素子ＳＷ１を介して基準電圧源に接続され、更に、ＴＦＴ光セン
サのドレイン電極Ｄ_Ｌ及びコンデンサＣｗの他方の端子が対向電極（ＶＣＯＭ）に接続さ
れる。

この回路構成において、対向電極には、所定振幅の矩形波からなる対向電極電圧（以下
、ＶＣＯＭという）が印加されている。このＶＣＯＭは、図７に示すように、ハイレベル
電圧ＶＣＯＭＨ、ローレベル電圧ＶＣＯＭＬ、及び電圧幅ＶＣＯＭＷを有している。この
ＶＣＯＭは、図６に示すように、ＴＦＴ光センサ及びコンデンサＣｗに印加されている。
一方、ＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Ｌには、図示しないがこのＶＣＯＭと同期して所定
のマイナスのゲート電圧ＧＶが印加されている。このゲート電圧ＧＶとＶＣＯＭとは、そ
の振幅が同一であり、しかもこの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、このゲート電圧ＧＶのハイレベル
の電圧であるＧＶＨはＶＣＯＭＨ−１０Ｖであり、ローレベルの電圧であるＧＶＬはＶＣ
ＯＭＬ−１０Ｖに設定されている。

また、光センサ読み取り部Ｒｅ１は、図６に示すように、光検知部ＬＳ１のコンデンサ
Ｃｗの充電電圧をスイッチ素子ＳＷ２をオンとすることによって移し変えて充電されるコ
ンデンサＣｒと、このコンデンサに充電された電圧を検知して所定の基準値と比較判定す
る検知判定回路ＳＨとを有している。この検知判定回路ＳＨは、読み取った電圧を入力す
る入力部、入力された電圧を図８で後述する第１、第２基準値と比較する第１、第２比較
判定部、及び判定結果を出力する出力部とを有するマイクロコンピュータを備えた制御装
置で構成されている。この検知判定回路ＳＨは、判定結果に基づいてスイッチ素子ＳＷ１
、ＳＷ２を制御するとともに、所定の基準値と比較して所定の条件を満たすときは、バッ
クライトへの制御信号等を送出するようになっている。なお、このコンデンサＣｒには、
コンデンサＣｗより容量が大きいものが使用されている。この制御装置、図８で後述する
処理フロープログラムで動作するようになっている。なお、この種のマイクロコンピュー
タを備えた制御装置のハードウエアは公知のものを使用するので説明を省略する。

次に、この光検知部ＬＳ１及びセンサ読み取り部Ｒｅ１を用いた通常の光検知プロセス
を図６、図７を参照して説明する。
光検知部ＬＳ１は、図７に示すように、所定のフレーム期間、例えば奇数（ＯＤＤ）フ
レーム期間毎にスイッチ素子ＳＷ１をオン状態とすることにより基準電圧源から所定の基
準電圧Ｖｓ（例えば、＋２Ｖ）がコンデンサＣｗに印加されて充電される。この充電によ
り、コンデンサＣｗの両端には基準電圧ＶｓとＶＣＯＭＬ間の電位差Ｖａが掛かって充電
されるが、ゲート電極Ｇ_Ｌには逆極性のゲート電圧ＧＶＬが印加されてゲートオフされて
いるので、スイッチ素子ＳＷ１をオフすると、ＴＦＴ光センサへ光が照射されることによ
り生じる漏れ電流によってこの充電電圧が低下する。そして、この同じＯＤＤフレーム期
間内にあって、所定の読み取り時間ｔ、例えば数サイクル（なお、このサイクル数は、図
７では３サイクルとなっているが、このサイクルは説明上のもので実際は任意のサイクル
数が選定される）後のＶＣＯＭＬ期間にスイッチ素子ＳＷ２をオンしてコンデンサＣｗに
充電された電圧をコンデンサＣｒへ移動して、このコンデンサＣｒに移し換えられる。そ
して、このコンデンサＣｒに充電された電圧を読み取り（検知）、この検知出力により、
バックライト等の制御が行なわれる。したがって、コンデンサＣｗの充電された電圧を所
定時間ｔ後にコンデンサＣｒに移し換えてこの電圧を検知することにより、光検知を行う
。そして、この光検知は、次のＯＤＤフレーム期間においても、同様にしてＶＣＯＭＬ期
間に再びスイッチ素子ＳＷ１をオンとし、基準電圧ＶｓをコンデンサＣｗに充電し、スイ
ッチ素子ＳＷ１をオフにし、代ってスイッチ素子ＳＷ２をオンとして、コンデンサＣｗの
充電電圧をコンデンサＣｒへ移し換えて、この充電電圧を検出する。このような検知を繰
り返すと、周囲の光量が瞬間的に変動あるいはノイズが侵入したような場合でも、所定期
間を超えた長い期間で積分した電圧を読み取り出力することにより、このような微小変動
を吸収できるので、誤動作がなくなり、精度よく安定した外光の検出を行うことができる
。

しかしながら、この光検知では、読み取り時間ｔを所定の時間に固定しているが、この
時間を固定すると、明暗によって検知感度が左右されてしまうことがあるので、本発明に
おいては明暗に応じて読み取り時間ｔを変更して光検知を行う。以下、この読み取り時間
ｔを変更する光検知を図８〜図１２を参照して説明する。なお、図８は検知判定回路ＳＨ
における検知処理プロセスを示した処理フローチャートであり、図９は明所における検知
タイミング図であり、図１０は図９の検知タイミングでの光照射の放電曲線を示した曲線
図であり、図１１は暗所における検知タイミング図であり、図１２は図１１の検知タイミ
ングでの光照射の放電曲線を示した曲線図である。

初めに、図８に示すように、光検知部ＬＳ１の起動時に任意の読み取り時間ｔ（例えば
、１フレーム期間内）を初期値として設定しておく（ステップＳ０１）。この状態にして
、先ず、光検知部ＬＳ１のスイッチ素子ＳＷ１をオンにしてＯＤＤフレーム期間に基準電
圧ＶｓをコンデンサＣｗに充電し、所定サイクル、例えば１サイクル内でスイッチ素子Ｓ
Ｗ１をオフする（ステップＳ０２）。スイッチ素子ＳＷ１がオフとなった後に所定の読み
取り時間ｔが経過すると（ステップＳ０３）、スイッチ素子ＳＷ２をオンして、コンデン
サＣｗに充電された電圧をコンデンサＣｒに移し換え、このコンデンサＣｒの充電電圧を
読み取り検知する（ステップＳ０４）。次いで、この読み取り値を検知判定回路の第１判
定部において所定の明基準電圧値（例えば充電電圧の１０％、以下第１基準値という）と
比較する（ステップＳ０５）。この比較結果から、この読み取り値が第１基準値以下のと
きは、図９に示すように、ＴＦＴセンサの光リーク電流が大きくなっており、この電圧降
下量の読み取りが極めて難しいので、この読み取り値を光検知の出力として採用せずに（
ステップＳ０６）、次のＯＤＤフレーム期間内において読み取りが行われる際の読み取り
時間ｔをこの読み取り時間ｔより短い読み取り時間ｔ'に短縮、例えば３サイクル期間か
ら２サイクル期間に変更して（ステップＳ０７）、再びスイッチ素子ＳＷ１（図９参照）
をオンして基準電圧ＶｓをコンデンサＣｗに充電し（ステップＳ０２）、読み取り時間ｔ
'経過後に読み取りを行って（ステップＳ０３、Ｓ０４）、再び得られた読み取り値と第
１基準値と比較・判定する（ステップＳ０５）。そして、この比較結果からこの読み取り
値が未だ第１基準値以下のときは、この読み取り値も不採用とするとともに（ステップＳ
０６）読み取り時間ｔ'を更に短縮（ステップＳ０７）し、再度読み取る。つまり、前述
の読み取りプロセスを読み取り値が第１基準値を超えるまで続行する。

上記読み取りが行われた読み取り値が第１判定部の第１基準値を超えていると（ステッ
プＳ０５でＮｏ）、次の第２判定部に進み、この第２判定部において所定の暗基準電圧値
（例えば充電電圧の９０％、以下第２基準値という）と比較する（ステップＳ０８）。こ
の比較結果から、読み取り値が第２基準値以下のときは、光センサ読み取り部の出力値と
して採用し（ステップＳ１１）、この出力値は、制御手段に入力される。一方、この読み
取り値が第２基準値以上のときは、この読み取り値を光検知の出力として採用しないで（
ステップＳ０９）、図１１に示すように、再度、読み取り時間ｔを大きく、例えば１フレ
ーム期間を超える長さの読み取り時間ｔ"に延長して(ステップＳ１０)、再度スイッチ素
子ＳＷ１をオンして基準電圧ＶｓをコンデンサＣｗに充電（なお、読み取り時間を延長す
る目的で、この充電自体をスキップするようにしてもよい）し（ステップＳ０２）、この
変更した読み取り時間ｔ"後にスイッチ素子ＳＷ２をオンしてコンデンサＣｗの充電電圧
をコンデンサＣｒに移し変えて、このコンデンサの充電電圧を読み取る。次いで、この読
み取り値を第２判定部で第２基準値と比較し、この比較結果から、読み取り値が未だ第２
基準値以上となっているときは、読み取り時間ｔ"を更に大きくして上記の充電、読み取
りを繰り返し行ない、この繰り返しが第２基準値以下になるまで行なう。そして、この読
み取り値が、第２判定部の第２基準値以下となったタイミング（ステップＳ０８でＮｏ）
でこの読み取り値を採用する（ステップＳ１１）。

このように、読み取り値が第１基準値以上かつ第２基準値以下との条件を満たした時点
で光検知の読み取り値として採用するが、この読み取りは数回繰り返して行なった後に採
用するのが望ましい。このように読み取りを数回繰り返すと、ノイズ等の影響を受けるこ
となく正確な光検知が可能になる。

したがって、光センサの光リークによる電圧降下量の大きさに応じて読み取り時間を変
更して読み取ることにより、光リークが大きいときは、読み取りタイミングの読み取り時
間ｔを短縮（例えば、図９に示すように、読み取りのタイミングを充電した時点に近い時
点で読み取って、コンデンサＣｒに充電）して読み取ることで明所での正確な光検知が可
能になる。すなわち、異なる光量によって発生する漏れ電流に基づく充電電圧の放電曲線
を示す図１０を参照すると、初期値として設定された読み取り時間ｔの時点では、光量が
１００００_ＬＸの場合と３０００_ＬＸの場合とではその充電電圧にはほとんど差異が見ら
れず、正確な光量を判別できなかったが、読み取り時間をｔ'に短縮することで明所での
光量の判別も行えるようになり、正確な光検知が可能となる。

反対に、光リークが小さいときは、読み取りタイミングの読み取り時間ｔを延長（例え
ば、図１１に示すように、読み取りのタイミングを充電した時点から遠い時点で読み取っ
て、コンデンサＣｒに充電）して読み取ることで暗所での正確な光検知も可能になる。す
なわち、図１２の充電電圧の放電曲線を示すグラフから明らかなように、読み取り時間ｔ
において充電電圧にほとんど差異が見られない光量３０_ＬＸと１００_ＬＸの場合であって
も、読み取り時間をｔ"の時点まで延長することで充電電圧の差が明確となり、正確な光
検知が行える。

この光センサ読み取り部Ｒｅ１の出力Ｐは、制御手段１Ａに入力されて光源のオン／オ
フ制御がされる。なお、図１３は制御手段を構成するブロック図である。

この光センサ読み取り部Ｒｅ１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３
２に記憶されている閾値よりも小さい（明るい）場合にはスイッチング部３４を介して照
光手段であるバックライト等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３３に記憶されている閾値よりも大きい（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もできる。

また、本実施形態では、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、液晶表示装置のドライバＩＣに組み込むこともできる。
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。また、フレーム期間毎にＶＣＯＭの極性を変えてコ
ンデンサＣｗへの基準電圧を印加することにより、光検知部からは交流成分の検知出力が
得られ、同時にこの出力電圧が表示パネルの液晶に加えられ、光検知部の作動時に常時直
流が加わることがなく液晶の劣化がなくなるとともにノイズが抑えられる。

なお、反射電極Ｒ_０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の下部全体にわた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。なお、光センサとしては、周知のフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォ
トＴＦＴ、フォトＳＣＲ、光導電体、光電池等、任意の光−電気変換素子を適宜選択して
使用し得る。

図１は一実施形態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表示パネルを模式的に示した平面図である。図２は図１のＸ−Ｘ線で切断した断面図である。図３は液晶表示装置のＣＦ基板を透視して表した１画素分の平面図である。図４は図３のＡ−Ａ断面図である。図５はＴＦＴ基板上の光センサ及びスイッチ素子の断面図である。図６は光検知部及びセンサ読み取り部の回路図である。図７は図６の回路を動作させる信号のタイミングチャート図である。図８は検知判定回路ＳＨにおける検知処理プロセスを示した処理フローチャートである。図９は明所における検知タイミング図である。図１０は図９の検知タイミングでの光照射の放電曲線を示した曲線図である。図１１は暗所における検知タイミング図である。図１２は図１１の検知タイミングでの光照射の放電曲線を示した曲線図である。図１３は制御手段を構成するブロック図である。図１４はＴＦＴ光センサの電圧−電流曲線の一例を示す図である。図１５はＴＦＴ光センサを使用した公知の検知回路図である。図１６は明るさが異なる場合の図１５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１７は光センサへの充電電圧と検出時間との関係を示した光照射時の光リーク特性を示したものである。図１８は光センサへの充電電圧と検出時間との関係を示した光照射時の光リーク特性を示したものである。

符号の説明

１（半透過型）液晶表示装置
１Ａ制御手段
２アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）
４ゲート線
５ソース線
１０_１〜１０_４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
２５カラーフィルタ基板（ＣＦ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、ＬＳ２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
ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ素子
Ｃｗ、Ｃｒコンデンサ
ＶＣＯＭ対向電極電圧
Ｔ透過部
Ｒ反射部
Ｖｓ基準電圧

Claims

アクティブマトリクス基板を有する表示パネルと、
前記表示パネルを照光する照光手段と、
外光を検知する光センサと、所定の基準電圧が充電されるとともに前記光センサの漏れ電流によって充電された電圧が降下する第１コンデンサとを備える光検知部と、
前記第１コンデンサの充電電圧の電圧降下量に応じた読み取り時間で、前記第１コンデンサに充電されている充電電圧を読み取る光センサ読み取り部と、
前記光センサ読み取り部の出力値に基づいて前記照光手段の制御を行う制御手段と、
を備え、
前記光センサ読み取り部は、所定の明基準値及び所定の暗基準値がそれぞれ設定されており、所定の読み取り時間ｔで読み取った充電電圧が前記明基準値以下のときは前記読み取り時間ｔを該読み取り時間ｔよりも短い読み取り時間ｔ'に変更し、前記読み取り時間ｔで読み取った充電電圧が前記暗基準値以上のときは前記読み取り時間ｔを該読み取り時間ｔよりも長い読み取り時間ｔ"に変更して読み取るものであって、
前記読み取り時間は、前記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向電極に印加される矩形波のカウント数にしたがい段階的に変更可能である表示装置。
所定のフレーム期間毎に、前記第１コンデンサを充電する請求項１に記載の表示装置。
前記明基準値は前記基準電圧の実質的に１０％に相当する電圧値であり、前記暗基準値は前記基準電圧の実質的に９０％に相当する電圧値である請求項１または請求項２に記載の表示装置。
前記光センサ読み取り部は前記第１コンデンサの充電電圧を移し換えて充電する第２コンデンサを設け、該第２コンデンサに充電された充電電圧を読み取る請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の表示装置。
前記光検知部は、前記光センサとして薄膜トランジスタを用い、該薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極間に前記第１コンデンサを接続し、該第１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、他方の端子側はコモン電極に接続し、前記薄膜トランジスタのゲート電極には前記コモン電極に印加される電圧よりも逆バイアス電圧を常に印加し、前記スイッチ素子を前記コモン電極に印加される電圧に同期して短時間作動させることにより前記基準電圧源からの前記基準電圧を前記第１コンデンサに印加して充電し、前記所定の読み取り時間後に前記光センサ読み取り部で前記第１コンデンサの充電電圧を読み取る際に、該光センサ読み取り部は、前記第１コンデンサの充電電圧の電圧降下量に応じて前記読み取り時間を変更する請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の表示装置。
前記制御手段は、閾値記憶部及び比較部を有し、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請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の表示装置。
前記照光手段は、バックライト又はサイドライトであり、前記表示パネルは透過型又は半透過型液晶表示パネルである請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の表示装置。
前記照光手段は、フロントライトであり、前記表示パネルは反射型液晶表示パネルである請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の表示装置。