JP5008017B2

JP5008017B2 - 表示装置

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Publication number: JP5008017B2
Application number: JP2006034328A
Authority: JP
Inventors: 俊彦田中; 隆志國森; 寛佐野; 正憲安森
Original assignee: ソニーモバイルディスプレイ株式会社
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: US20070188441A1; EP1818714A1; KR20070081428A; CN101017273A; JP2007212890A; TWI448782B; KR100857639B1; TW200734764A

Description

本発明は、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表示装置において、人間の視感度特性に合致した外光の明るさに応じて誤動作なく自動的に光源の明るさを変えることのできる表示装置に関する。

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、携帯型のものについては、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にく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３〜５参照）。

例えば、下記特許文献３には、光センサとして液晶表示パネルの基板上に光検出用の薄膜電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）（段落［００１２］参照）を作成し、このＴＦＴの光リーク電流を検出することにより、周囲の明るさに応じてバックライトを自動的にオン／オフさせるようになした液晶表示装置が開示されている。

また、下記特許文献４には、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液晶表示装置が開示されている。

更に、下記特許文献５には、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して兼用し、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携帯端末の発明が開示されている。

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）

上述のような従来の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／オフさせる液晶表示装置は、液晶表示装置を組み込んだ携帯電話機等の携帯型の機器が小型であるため、通常は１個の光センサを液晶表示装置を組み込んだ機器の空きエリアに配置することにより周囲の明るさを検知し、この光センサの出力に基づい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／オフさせるようになしている。

しかしながら、従来の光センサの分光感度特性は人間の視感度特性とは必ずしも一致していないため、例えば水銀灯照明下では短波長成分の光が多く、人の目には暗く感じられるが、光センサは光を感じてしまうことがあり、必ずしも好ましい状態でバックライト等がオン／オフされない場合があった。

本願発明は、上述のような従来の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／オフさせる表示装置の問題点を解決すべくなされたものであって、バックライト等の明るさを人間の視感度特性に合致した周囲の明るさに応じて自動的にかつ安定的にオン／オフ制御できるようにした表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、アクティブマトリクス基板及びカラーフィルタ基板を備えた表示パネルと、表示パネルの照光手段と、外光の明るさを検出する光センサと、光センサの出力に基づいて照光手段の発光強度を制御する制御部と、を備えた表示装置において、カラーフィルタ基板のそれぞれの光センサに対向する位置に設けられ、入射光の波長に応じた分光透過率を有する偏光フィルタ層と、偏光フィルタ層に重ねて設けられ、表示パネルの表示領域上にそれぞれの画素に対応して形成される色からなるカラーフィルタ層と、を有する表示装置が提供される。

本発明は上記のような構成を備えることにより以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、カラーフィルタ基板のそれぞれ光センサに対向する位置に光センサの分光感度を人の視感度特性に合致させるための偏光フィルタ層を設けたので、例えば水銀灯照明光等、光センサとしては感度があるが、人の目には暗く感じられるような場所で誤動作してしまうようなことがなくなる。

一般に使用されている偏光フィルタは短波長領域の光を通さないから、例えば水銀灯から発されるような短波長領域の光に対して感度がある光センサを用いても、光センサの分光感度を人の視感度特性に近づけることができるため、誤動作してしまうようなことがなくなる。

さらにカラーフィルタ層を設け、カラーフィルタ層の分光感度特性と偏光フィルタ層の分光感度特性を適宜選択して組み合わせることにより、用いた光センサの特性を正確に人の視感度に近くなるように補正することができるようになる。

また、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、ある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アクティブマトリクス型の表示装置の一例としての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。

まず最初に、光センサとしてのＴＦＴ（以下、「ＴＦＴ光センサ」という）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出部の回路図であり、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。従って、図２の光検出部３３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。従って、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、アクティブマトリクス型の表示装置の一例として半透過型液晶表示装置を例にとり、その製造方法とともに上述のＴＦＴ光センサを含む光検出部の製造方法及び得られた半透過型液晶表示装置の構成を図４〜図１４を用いて説明する。

なお、図４は半透過型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り、図５はカラーフィルタ基板を除外した図４のＡ−Ａ断面図であり、図６は半透過型液晶表示装置の平面図であり、図７は光検出部の断面図である。また、図８は人の視感度を表す図であり、図９は実施例で使用した光センサの分光感度を表す図であり、図１０は液晶表示パネルで使用されているＲ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタ層の分光透過率を表す図であり、図１１は偏光フィルタの分光透過率を表す図であり、図１２はＧのカラーフィルタ及び偏光フィルタにより補正された実施例の光センサの分光感度を示す図である。また、図１３Ａは実施例の半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ層をも含めた平面図であり、図１３Ｂは図１３Ａの光センサ上のカラーフィルタ部分の拡大図であり、図１３Ｃ〜図１３Ｇはそれぞれ図１３Ｂに対応する変形例である。更に、図１４は複数個の光検出部の電気的接続例を示す回路図であり、図１５は図１４の変形例の回路図であり、更に図１６は図６の半透過型液晶表示装置の変形例である。

この半透過型液晶表示装置１０は、図４及び５に示すように、透明な絶縁性を有するガラス基板１１の表示領域上に、アルミニウムやモリブデン等の金属からなる複数の走査線１２が等間隔で平行に形成されており、また、隣り合う走査線１２間の略中央には走査線１２と同時に補助容量線２１が平行して形成され、走査線１２からはＴＦＴのゲート電極Ｇが延設されている。

更に、ガラス基板１１上には、走査線１２、補助容量線２１、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１４が積層されている。そして、ゲート電極Ｇの上にはゲート絶縁膜１４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２２が形成され、またゲート絶縁膜１４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信号線１３が走査線１２と直交するようにして形成されており、この信号線１３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２２と接触している。更に、信号線１３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１４上に設けられており、このドレイン電極Ｄも半導体層２２と接触している。

ここで、走査線１２と信号線１３とに囲まれた領域が１画素に相当する。そしてゲート電極Ｇ、ゲート絶縁膜１４、半導体層２２、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２１によって各画素の補助容量を形成することになる。

これらの信号線１３、ＴＦＴ、ゲート絶縁膜１４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２３が積層され、この保護絶縁膜２３上に、有機絶縁膜からなる層間膜１７が積層されている。この層間膜１７の表面は、反射部１５においては微細な凹凸部が形成され、透過部１６においては平坦となされている。なお、図４及び図５においては反射部１５における層間膜１７の凹凸部は省略してある。そして保護絶縁膜２３と層間膜１７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２０が形成されている。そして、それぞれの画素において、コンタクトホール２０上及び層間膜１７の表面の一部分には、反射部１５に例えばアルミニウム金属からなる反射電極１８が設けられ、この反射電極１８の表面及び透過部１６における層間膜１７の表面には例えばＩＴＯからなる画素電極１９が形成されている。

そして、ガラス基板１１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を配置し、また、画素電極１９の表面には総ての画素を覆うように配向膜（図示せず）を積層し、そして、それぞれの画素に対応して形成されるＲ、Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルタ、対向電極等が設けられているカラーフィルタ基板（図示せず）をこのガラス基板１１と対向させ、両基板の周囲にシール材を設けることにより両基板を貼り合せ、両基板間に液晶を注入することにより半透過型液晶表示装置１０を得ることができる。

この場合、反射電極１８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１８を画素電極１９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、この実施例に係る半透過型液晶表示装置１０は、上述のような走査線１２、信号線１３、画素電極１９等が多数マトリクス状に配置されて、図６に示すように、表示領域３０を形成し、この表示領域３０の周縁に、半透過型液晶表示装置１０を駆動するためのドライバＩＣ３１が設けられ、この表示領域３０のドライバＩＣ３１が設けられた側とは反対側の周縁に沿って例えば２列に複数個（例えば一列３個×２列＝計６個）のＴＦＴ光センサ部、コンデンサＣ及び一個のＴＦＴからなるスイッチ素子ＳＷを一体に備えた２列の光検出部３３_１及び３３_２が形成されている。

この２列の光検出部３３_１及び３３_２のうち、表示領域３０の外側の列の光検出部３３_１はＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３が遮光されておらず、内側の列の光検出部３３_２はＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６部か遮光されている外は両者とも実質的に同一であるので、以下では遮光されていない外側の光検出部３３_１を例にとり具体的な構成を説明する。

光検出部３３_１は、図７に示したように、ガラス基板１１の表面にＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_Ｌ１〜Ｇ_Ｌ３、コンデンサＣ_１〜Ｃ_６の一方の電極Ｃｅ_１〜Ｃｅ_３及び第１のスイッチ素子ＳＷ_１を構成するＴＦＴのゲート電極Ｇ_Ｓ１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１４が積層されている。

そして、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３のゲート電極Ｇ_Ｌ１〜Ｇ_Ｌ３の上部及び第１のスイッチ素子ＳＷ_１を構成するＴＦＴのゲート電極Ｇ_Ｓ１の上部にはそれぞれゲート絶縁膜１４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２２_Ｌ１〜２２_Ｌ３及び２２_Ｓ１が形成され、更にゲート絶縁膜１４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３２_１〜３２_３のソース電極Ｓ_Ｌ１〜Ｓ_Ｌ３及びドレイン電極Ｄ_Ｌ１〜Ｄ_Ｌ３、第１のスイッチ素子ＳＷ_１を構成するＴＦＴのソース電極Ｓ_Ｓ１及びドレイン電極Ｄ_Ｓ１がそれぞれの半導体層２２_Ｌ１〜２２_Ｌ３及び２２_Ｓ１と接触するように設けられている。

このうち、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３のソース電極Ｓ_Ｌ１〜Ｓ_Ｌ３は延長されてコンデンサＣ_１〜Ｃ_３の他方の電極Ｃｅ_１'〜Ｃｅ_３'を形成しているとともに、ＴＦＴ光センサ３２_３のソース電極Ｓ_Ｌ３は第１のスイッチ素子ＳＷ_１を構成するＴＦＴのドレイン電極Ｄ_Ｓ１と接続されている。

更に、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３、コンデンサＣ_１〜Ｃ_３及びＴＦＴからなる第１のスイッチ素子ＳＷ_１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２３が積層されており、また、第１のスイッチ素子ＳＷ_１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２４で被覆されている。

このＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３、コンデンサＣ_１〜Ｃ_３及びＴＦＴからなる第１のスイッチ素子ＳＷ_１を一体に備えた光検出部３３_１は、図５及び図７において同一層の絶縁層には同一の参照符号を付与するとともに、それぞれのＴＦＴの対応する構成部分には同一の参照符号に添え字を設けて区別して表してあるため、表示領域３０のスイッチング用ＴＦＴ形成時に同時に形成することができることは容易に理解できるであろう

そして、本実施例では、図６に示したように、複数個の光検出部３３_１及び３３_２を２列に配置したが、このうち表示領域３０から見て内側に位置する一列の光検出部３３_２においては、少なくともＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６のゲート電極Ｇ_Ｌ４〜Ｇ_Ｌ６部分の表面をブラックマトリクスで被覆して遮光した。このような構成とすると、光検出部３３_２の出力は、外光の影響を受けなくなるため、暗基準出力となる。

なお、別途図示しないカラーフィルタ基板の周囲のブラックマトリクスを利用して遮光することもできる。この場合は、表示装置の表示部はカラーフィルタ基板の周囲に設けられているブラックマトリクスが設けられているため、ブラックマトリクスを僅かに広げるだけでＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６を覆うことができるため、別途遮光のための部材を設ける必要がなくなり、構造的及び外観的に見栄えがよくなる。

ここで、人間の視感度（比視感度）とＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の分光感度について図８及び図９を用いて説明する。人の視感度は、図８に示したように、波長約５５０ｎｍの緑色領域が最も感度が高く、それよりも波長が長くなっても短くなっても感度が低くなっている。一般に可視光といわれるのは波長約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光であるが、このうち約４００ｎｍから７００ｎｍが人の主な感知領域となっている。これに対し、この実施例で採用したＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の相対感度は、図９に示したように、ピーク波長が４６０ｎｍ近傍にあり、波長約３５０ｎｍの紫外領域から波長７００ｎｍ以上までの範囲にわたって感度を有している。

したがって、この実施例で採用したＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３は、人間が感知できない紫外線領域にまで感応するため、特に水銀灯などの短波長領域の光成分が多い照明下では、人の目には暗いと判断されるにもかかわらず、明るいと判断してしまうことになる。従って、この実施例では以下のようにしてＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の相対感度を人の視感度と同様になるような手段を講じている。

すなわち、一般的な液晶表示パネルに使用されている赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタの分光透過率は図１０に示したとおりである。従って、Ｇのカラーフィルタは、波長約４６０ｎｍ〜６４０ｎｍｎｍの範囲の光を透過し、波長約４５０ｎｍ以下の光を僅かに透過する。そうするとこの実施例で採用したＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３に入射する光を液晶表示パネルで普通に使用されているカラーフィルタのうち、少なくともＧのカラーフィルタ層を透過させたものとすれば、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の分光感度は、波長約４５０ｎｍ以下の光に対しては実質的に感度がなくなるため、実質的に人の視感度に近い特性を示すようになる。

加えて、液晶表示パネルには表示面側に偏光フィルタが普通に使用されているが、この偏光フィルタの分光透過率は図１１に示したとおりである。従って、表示面側の偏光フィルタは実質的に波長４００ｎｍ以下の光を透過しないから、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３に入射する光を更に表示面側の偏光フィルタをも透過した光とすることで、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の分光感度をより人の視感度に近い特性を示すようにすることができる。このようにして、Ｇのカラーフィルタ層及び偏光フィルタの両者を用いて補正したＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の分光感度を図１２に示す。図１２の分光感度は、図８に示した人の視感度に類似した特性となっていることがわかる。

Ｇのカラーフィルタ層によりＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３を補正した実施例の半透過型液晶表示装置１０のカラーフィルタ層をも含めた平面図を図１３Ａに示し、図１３ＡのＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３上のカラーフィルタ部分の拡大図を図１３Ｂに示す。この半透過型液晶表示装置１０においては、ＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６はカラーフィルタ基板の周囲に設けられているブラックマトリクスＢＭを僅かに広げることにより遮光し、Ｇのカラーフィルタ層のみを光検出部３３_１が存在している位置まで延長し、少なくともＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３上にＧのカラーフィルタ層が位置するようにされている。なお、ここでは、Ｒ及びＢのカラーフィルタ部分はブラックマトリクスＢＭとなるようにしたが、図１３Ｃに示すように全てＧのフィルタ層となるようにしてもよい。

また、用いる光センサの分光感度によっては、Ｒ及びＢのカラーフィルタ層も適宜併用して、光センサの分光感度が人の視感度に近くなるようにすることも可能である。例えば、ＴＦＴ光センサをＧのカラーフィルタだけで分光感度を補正するとピーク波長が５００ｎｍ近くになるので、ＴＦＴ光センサの分光感度のピーク波長が人の視感度のピーク波長である５５０ｎｍになるようにするには、Ｒのカラーフィルタをも併用するとよい。この場合においては、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３上に設けるカラーフィルタ層として図１３Ｄに示したようにＲ、Ｇ、ＢＭ配列としたり、図１３Ｅに示したようにＲ×３＋Ｇ×３単位で繰り返した構成となしてもよい。しかしながら、Ｒのカラーフィルタによる補正は少しで良いため、図１３Ｆに示したようにＲ、Ｇ、ＢＭ配列としてＲを間引いたり、Ｇ×４＋Ｒ×２単位で繰り返した構成となすこともできる。

ここで、この実施例における複数個の光検出部３３_１及び３３_２の電気的接続例を図１４を用いて説明する。この実施例においては、光検出部３３_１のＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の各ソース電極Ｓ_Ｌ１〜Ｓ_Ｌ３は互いに並列に接続されて第１のスイッチ素子ＳＷ_１を介して一定の電圧Ｖｓ（例えば＋２Ｖ）に接続されるとともに、信号配線Ｓ_Ｓによって外部に出力信号が取り出されており、更に、各ゲート電極Ｇ_Ｌ１〜Ｇ_Ｌ３は互いに並列に接続されて一定の逆バイアス電圧（例えば−１０Ｖ)が印加され、また、各ドレイン電極Ｄ_Ｌ１〜Ｄ_Ｌ６も互いに並列に接続されて所定の電圧源ＶＣＯＭに接続されている。

同様に、光検出部３３_２のそれぞれのＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６の各ソース電極Ｓ_Ｌ４〜Ｓ_Ｌ６は互いに並列に接続されて第２のスイッチ素子ＳＷ_２を介して一定の電圧Ｖｓに接続されるとともに、信号配線Ｓ_Ｒによって外部に出力信号が取り出されており、更に、各ゲート電極Ｇ_Ｌ４〜Ｇ_Ｌ６は互いに並列に接続されて光検出部３３_１側と同じ一定の逆バイアス電圧が印加され、また、各ドレイン電極Ｄ_Ｌ１〜Ｄ_Ｌ６も互いに並列に接続されて光検出部３３_１側と同じ所定の電圧源ＶＣＯＭに接続されている。

この実施例では、信号線Ｓ_Ｓには遮光されていないＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の平均出力が得られ、また信号線Ｓ_Ｒには遮光されたＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６の平均出力が得られるから、信号線Ｓ_Ｒ及びＳ_Ｓに現れた信号を処理すると、遮光されたＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６の出力の平均値を基準とした遮光されていないＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の出力の平均値が得られる。

この出力を用いて別途周知の制御手段により、照光手段のオン／オフが制御される。なお、信号線Ｓ_Ｒ及びＳ_Ｓに表れた信号の処理は、差動出力を求めてもよいし、予め定めた所定の関係となるように演算処理してもよい。この制御手段は別途光検出部３３_１及び３３_２の近傍に設けてもよいし、あるいはドライバＩＣ３１内に設けてもよい。

そして、遮光されていないＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３は、図６に示したように、表示領域３０の周辺に沿って一列に間隔を置いて配置されているため、使用者が不注意に指等でＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３を遮るようなことがあっても、全てのＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３が同時に遮られることは少ないから、遮光されていないＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の出力の平均値は大きく変動することがなく、バックライト等の明るさが頻繁に変動することはなくなる。

加えて、本実施例では、ＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の分光感度が人の視感度に近くなるようにしたため、例えば水銀灯照明光等、光センサ単独では感度があるが、人の目には暗く感じられるような場所で照光手段のオン／オフが行われるようなことがなくなる。

なお、上述のように遮光されたＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６を設けた理由は、ＴＦＴ光センサは温度により光検出特性が大きく変化するが、遮光されていないＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の温度特性を遮光されたＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６により補償するためであり、このような構成とすると、温度が変化しても所望の明るさで正確にバックライト等のオン／オフを制御することができるようになる。しかしながら、温度補償が必要なければ遮光された光検出部３３_２、ＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６等を省略することも可能である。

この場合、コンデンサＣ_１〜Ｃ_３及びＣ_４〜Ｃ_６もそれぞれ並列接続された形になるので、それぞれコンデンサを１個ずつ使用することもできるが、必要な容量が大きくなるため、図７及び図１４に示したように個別に設ける方がよい。

また、上記実施例の変形例として、図１５に示したように、光検出部３３_１のＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３の各ソース電極Ｓ_Ｌ１〜Ｓ_Ｌ３は、それぞれ独立して第１〜第３のスイッチ素子ＳＷ_１〜ＳＷ_３を介して共通の一定の電圧Ｖ_Ｓ（例えば＋２Ｖ）に接続されるとともに、それぞれ独立して出力配線Ｓ_Ｓ１〜Ｓ_Ｓ３に接続されており、更に、各ゲート電極Ｇ_Ｌ１〜Ｇ_Ｌ３は互いに並列に接続されて一定の逆バイアス電圧（例えば−１０Ｖ)が印加され、また、各ドレイン電極Ｄ_Ｌ１〜Ｄ_Ｌ６も互いに並列に接続されて所定の電圧源ＶＣＯＭに接続されている。

同様に、光検出部３３_２のそれぞれのＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６の各ソース電極Ｓ_Ｌ４〜Ｓ_Ｌ６は、それぞれ独立して第４〜第６のスイッチ素子ＳＷ_４〜ＳＷ_６を介して光検出部３３_１側と同じ共通の一定の電圧Ｖ_Ｓに接続されるとともに、それぞれ独立して出力配線Ｓ_Ｒ１〜Ｓ_Ｒ３に接続されており、更に、各ゲート電極Ｇ_Ｌ４〜Ｇ_Ｌ６は互いに並列に接続されて光検出部３３_１側と同じ一定の逆バイアス電圧が印加され、また、各ドレイン電極Ｄ_Ｌ４〜Ｄ_Ｌ６も互いに並列に接続されて光検出部３３_１側と同じ所定の電圧源ＶＣＯＭに接続されている。

この変形例では、遮光されていない光検出部３３_１の出力配線Ｓ_Ｓ１〜Ｓ_Ｓ３からＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３それぞれの出力が得られる。したがって、使用者が指等でＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３のいずれかを遮った場合、出力配線Ｓ_Ｓ１〜Ｓ_Ｓ３のうちのいずれかの出力が他の出力とかけ離れた値となるため、容易に使用者が遮ったＴＦＴ光センサを判別でき、別途図示しない制御装置により他の出力とかけ離れた出力を除外して平均値を求めると、この平均値は使用者がＴＦＴ光センサを遮る前の平均値と実質的に同じになるため、周囲の明るさは変化していないものと判断され、バックライト等の明るさが頻繁に変動することはなくなる。

なお、上記変形例では、遮光された光検出部３３_２側においても遮光されていない側の光検出部３３_１と同様の構成を備えているものを使用したが、このような構成であると、別途遮光されていない光検出部３３_１とは異なる構成の遮光された光検出部３３_２を用意する必要はなくなり、遮光された検出部３３_２は単に遮光されていない検出部３３_１の表面をブラックマトリクスで覆うだけで得られるために経済的となる。しかも、遮光された光センサ及び遮光されていない光センサともに通常は同一ロット品が使用されるため、両者の特性のバラツキが少なくなる。

しかしながら、遮光された光検出部３３_２側の各ＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６の出力は、使用者が指等によって遮光されたＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６を遮っても、実質的に変動しないため、遮光された光検出部３３_２としては、図１４に示したように、ＴＦＴ光センサ３２_４〜３２_６のソース電極Ｓ_Ｌ４〜Ｓ_Ｌ６も並列に接続することによりスイッチ素子を１個及び出力配線を１個とすることもできる。

また、上記実施例及び変形例では、遮光されていない光検出部３３_１及び遮光された光検出部３３_２をそれぞれ１列ずつ近接して平行に配置した例を示したが、このように２つの検出部３３_１及び３３_２を近接配置したのは、両者の温度に差異が生じないようにして測定値のバラツキが少なくなるようにして、予め定めた所定の明るさで正確に照光手段を自動的にオン／オフ制御できるようにするためであるが、更に進めて遮光されていない光検出部３３_１及び遮光された光検出部３３_２を一体化したものを用いてもよい。

更に、上記実施例ないし変形例では複数個の光検出部３３_１及び３３_２を液晶表示装置の表示領域３０のドライバＩＣ３１が設けられた側とは反対側の周縁に沿って設けた例を示したが、図１６に示したように、ドライバＩＣと表示領域３０との間に配置してもよく、更には表示領域３０の側面に配置してもよい。この図１６に示した変形例ないし表示領域の側面に配置した場合は、表示領域３０とドライバＩＣ３１との間を接続するための信号線ないし走査線が配置されているため、複数個の光検出部３３_１〜３３_６及び必要な配線を信号線ないし走査線の間に配置するかあるいは積層配線とする必要がある。

また、上記実施例では遮光されていない光検出部３３_１及び遮光された光検出部３３_２としてそれぞれ複数個のＴＦＴ光センサ３２_１〜３２_３及び３２_４〜３２_６からなるものを用いた例を示したが、特に使用者の指の不本意な動きにより光センサが遮光されたような場合や周囲環境の影響により瞬間的に光センサに光が射したり遮られたりした場合の誤動作を考慮する必要がなければ、ＴＦＴ光センサをそれぞれ１個のみからなるものとしてもよい。更に、上記実施例では光センサとしてＴＦＴからなるものを使用した例を示したが、これに限らずフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトＳＣＲ、ＣｄＳ等の光導電体、光電池等を使用することもできる。

次に、このようにして得られた液晶表示装置１０の複数個の光検出部３３_１及び３３_２の出力を用いてバックライト等のオン／オフ制御を行うためのバックライト制御部４０の一例を図１７に示したブロック図を用いて説明する。このバックライト制御部４０は、センサ制御部４１によりスイッチ素子ＳＷを構成するＴＦＴのソース電極Ｓ_Ｓに一定の基準電圧Ｖｓ（たとえば＋２Ｖ)を印加し、同じくゲート電極ＧｓにＴＦＴをオン／オフするための電圧（例えば±１０Ｖ)を切換印加し、更にＴＦＴ光センサのゲート電極Ｇ_ＬにはＴＦＴ光センサをゲートオフ領域で作動させるための一定の電圧（例えば−１０Ｖ）を印加するとともに、ＴＦＴ光センサのドレイン電極Ｄ_Ｌには共通電位ＶＣＯＭを印加するようにしている。そして、光検出部３３_１及び３３_２の出力をセンサ制御部４１で所定の演算処理を行い、外光の明るさに対応した測定値を得て、比較部４２の一方の端子に入力するとともに、モード制御部４３にも入力する。

モード制御部４３は、外部からの入力信号により通常動作モード初期設定モードとを切換る回路であり、初期設定モード時にはセンサ制御部４１の出力を閾値記憶部４６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４１の出力を遮断するようになされており、また、閾値記憶部４４は記憶している閾値を比較部４２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４２は、センサ制御部４１からの入力信号と閾値記憶部４４からの入力信号とを比較し、センサ制御部４１からの入力信号が閾値記憶部４４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４５を介してバックライト等４６を消灯し、逆にセンサ制御部４１からの入力信号が閾値記憶部４４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４５を介してバックライト等４６を点灯するようにしている。

モード制御部４３において、初期設定モードが選択された場合は、センサ制御部４１からの出力を閾値記憶部４４に記憶するようになっているため、光検出部３３_１〜３３_６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。従って、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４６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、予め定めた明るさの光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してもよい。なお、比較部４２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４２としてヒステリシスコンパレータを用いることにより簡単に達成することができる。

なお、本実施例では、光検出部３３_１及び３３_２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、ガラス基板１１の表示領域の周囲の額縁上に設けた例を示したが、表示領域内の周辺部に設けてもよい。また、光検出部３３_１及び３３_２自体は、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。

更に、本実施例では、光検出部３３_１及び３３_２のスイッチ素子も、コンデンサ等と積層一体化したものを用いた例を示したが、個別の素子で形成することも可能である。このスイッチ素子を個別の素子とした場合は、スイッチ素子の設置箇所を任意に設定できるようになり、ガラス基板１１の表示領域の周囲の額縁上に設けることもできるし、パネルの外部に設けることもできるし、更にはドライバＩＣ内に組み込むこともできるようになる。

また、センサ制御部４１、比較部４２、モード制御部４３、閾値記憶部４４、スイッチング部４５は、液晶表示装置のドライバＩＣに組み込むこともできる。閾値記憶部は液晶表示装置１０内部に設けなくてもよいが、この場合は液晶表示装置１０の電源立ち上げ時に外部の閾値記憶部備えているホストＰＣから液晶表示装置１０を初期化するように構成されていればよい。

ＴＦＴ光センサの電圧−電流曲線の一例を示す図である。ＴＦＴ光センサを使用した光検出部の回路図である。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。半透過型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。カラーフィルタ基板を除外した図４のＡ−Ａ断面図である。実施例の半透過型液晶表示装置の平面図である。光検出部の断面図である。人の視感度を表す図である。実施例で使用した光センサの分光感度を表す図である。液晶表示パネルで使用されているＲ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタ層の分光透過率を表す図である。偏光フィルタの分光透過率を表す図である。Ｇのカラーフィルタ及び偏光フィルタにより補正された実施例の光センサの分光感度を示す図である。図１３Ａは実施例の半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ層をも含めた平面図であり、図１３Ｂは図１３Ａの光センサ上のカラーフィルタ部分の拡大図であり、図１３Ｃ〜図１３Ｇそれぞれ図１３Ｂに対応する変形例である。複数個の光検出部の電気的接続例を示す回路図である。図１４の回路図の変形例である。図６の半透過型液晶表示装置の変形例である。バックライト制御部のブロック図である。

符号の説明

１０半透過型液晶表示装置
３０表示領域
３１ドライバＩＣ
３２、３２_１〜３２_６ＴＦＴ光センサ
３３、３３_１、３３_２光検出部
４０バックライト制御部
４１センサ制御部
４２比較部
４３モード制御部
４４閾値制御部
４５スイッチング部
４６バックライト等

Claims

アクティブマトリクス基板及びカラーフィルタ基板を備えた表示パネルと、前記表示パネルの照光手段と、外光の明るさを検出する光センサと、前記光センサの出力に基づいて前記照光手段の発光強度を制御する制御部と、を備えた表示装置において、
前記カラーフィルタ基板のそれぞれの前記光センサに対向する位置に設けられ、入射光の波長に応じた分光透過率を有する偏光フィルタ層と、
前記偏光フィルタ層に重ねて設けられ、前記表示パネルの表示領域上にそれぞれの画素に対応して形成される色からなるカラーフィルタ層と、
を有する表示装置。
前記カラーフィルタ層の色は、前記表示パネルの表示領域上にそれぞれの画素に対応して形成される色のいずれか一色である請求項１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または２のいずれかに記載の表示装置。
前記照光手段はフロントライトであり、前記表示装置は反射型液晶表示装置である請求項１または２のいずれかに記載の表示装置。