JP5171329B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置に関する。
従来の光量検出回路として、薄膜トランジスタの漏れ電流が受光量に比例することを利用し、この漏れ電流で電圧検出用コンデンサに電荷を充電あるいは放電させ、当該コンデンサの両端間の電圧変化を監視することによって光量を検出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、薄膜トランジスタの漏れ電流は受光量に比例するが、受光量に対する漏れ電流値である感度は、光曝露によって低下することがわかっている。そのため、上記特許文献1に記載の光量検出回路にあっては、この感度低下によって光量の検出精度が低下してしまう。
このような検出精度の低下を防止するために、薄膜トランジスタの生成方法を改良して、対劣化特性を向上させる光電変換素子が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2006−29832号公報 特開平9−232620号公報
ところが、上記特許文献2に記載の光電変換素子においては、特別な製造条件を必要とするため、製造コストが上昇する問題がある。具体的には、薄膜トランジスタを用いた表示装置の内部に光センサを作り込んだり、同一装置で表示装置と光センサとを製造したりする場合に、表示装置の駆動トランジスタと製造プロセスを共通化できないため、製造プロセスの追加や、製造装置の煩雑な条件設定が必要になる。
上記課題を解決するための本発明の一側面によれば、基板上に各画素に対応してスイッチング素子を備えた表示領域を有する表示装置であって、第1の光センサを備えた第1の光検出部と、第2の光センサを備えた第2の光検出部と、光センサ読み取り部とを有し、第1の光検出部と第2の光検出部とで検出した光量を光量信号として出力する光量検出装置と、平面視で、第1の光センサ又は第2の光センサの少なくとも一方に重なる領域に形成され、第1の光センサへの入射光量と第2の光センサへの入射光量とを異ならせるように、第1の光センサへの入射光量又は第2の光センサへの入射光量の少なくとも一方を完全に遮光しない範囲で減少させる減光手段と、を備え、第1の光検出部は、第1の光センサに入射された入射光に基づく第1の出力信号を光センサ読み取り部に出力する第1の光検出回路を有し、第2の光検出部は、第2の光センサに入射された入射光に基づく第2の出力信号を光センサ読み取り部に出力する第2の光検出回路を有し、光センサ読み取り部は、第1の出力信号と第2の出力信号との比率である測定比率を演算し、測定比率と、あらかじめ測定された初期状態の測定比率である初期比率と、の比率である光劣化補正係数を演算する劣化係数演算部と、光劣化補正係数に基づいて、第1又は第2の出力信号の光劣化率を導出する光劣化率演算部と、光劣化率に基づいて第1又は第2の出力信号を初期状態の光量信号となるように補正して出力する光信号出力部と、を備えている表示装置が提供される。
かかる構成により、第1及び第2の出力信号とあらかじめ用意された初期比率とから初期状態の第1又は第2の出力信号を算出することができるので、第1及び第2の光センサの構造に変更を加えることなく感度補正機能を備えた表示装置を実現することができる。
また、第1及び第2の光センサの製造プロセスは、表示装置の駆動トランジスタと製造プロセスを共通化できるので、第1及び第2の光センサを簡便な工程で製造することが可能である。したがって、製造コストを低減することができる。
また、上記課題を解決するための本発明の他の一側面によれば、第1の光センサと、第2の光センサと、光センサ読み取り部と、光信号出力部と、平面視で、第1の光センサ又は第2の光センサの少なくとも一方に重なる領域に形成され、第1の光センサへの入射光量と第2の光センサへの入射光量とを異ならせるように、第1の光センサへの入射光量又は第2の光センサへの入射光量の少なくとも一方を完全に遮光しない範囲で減少させる減光手段とを有し、光センサ読み取り部は、第1の光センサに入射された入射光に基づく第1の出力信号と第2の光センサに入射された入射光に基づく第2の出力信号との比率である測定比率を演算し、測定比率と、初期状態の測定比率である初期比率とに基づいて、第1又は第2の出力信号の光劣化率を導出するルックアップテーブルを備え、光信号出力部は、光劣化率に基づいて第1又は第2の出力信号を補正して出力する表示装置が提供される。
以下に、図面を用いて本発明における表示装置について説明する。また、本実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。
[第1の実施形態]
図1は本発明の第1の実施形態に係る半透過型液晶表示装置(表示装置/電気光学装置)におけるアレイ基板の模式平面図である。図1は、カラーフィルタ基板を透視して表示したものである。図2は、図1のアレイ基板の1画素分の平面図である。図3は図2のIII−III線における断面図である。
液晶表示装置1000は、図1に示すように、互いに対向配置される矩形状の透明絶縁材料、例えばガラス板からなる透明基板1002上に種々の配線等を施してなるアレイ基板AR(図3参照)と、同様に矩形状の透明絶縁材料からなる透明基板1010上に種々の配線等を施してなるカラーフィルタ基板CF(図3参照)とを有している。アレイ基板ARは、カラーフィルタ基板CFと対向配置させたときに所定スペースの張出し部1002Aが形成されるようにカラーフィルタ基板CFよりサイズが大きいものが使用されている。これらアレイ基板AR及びカラーフィルタ基板CFの外周囲にシール材(図示は省略)が貼付されて、内部に液晶(電気光学物質)1014(図3参照)及びスペーサ(図示は省略)が封入された構成となっている。
アレイ基板ARは、それぞれ対向する短辺1002a、1002b及び長辺1002c、1002dを有し、一方の短辺1002b側が張出し部1002Aとなっており、この張出し部1002Aにソースドライバ及びゲートドライバ用の半導体チップDrが搭載され、他方の短辺1002a側に第1の光検出部10aと第2の光検出部10bが配設されている。また、アレイ基板ARの背面には照光手段としてのバックライト(図示は省略)が設けられている。このバックライトは第1の光検出部10aと第2の光検出部10bの出力に基づいて、外部制御回路(図示は省略)によって制御される。
このアレイ基板ARは、カラーフィルタ基板CFと対向する面、すなわち液晶と接触する面に、図1の横方向(X軸方向)に延在し所定の間隔をあけて配列された複数本のゲート線GWと、これらのゲート線GWと絶縁され縦方向(Y軸方向)に延在し所定の間隔をあけて配列された複数本のソース線SWとを有している。これらのソース線SWとゲート線GWとがマトリクス状に配線され、互いに交差するゲート線GWとソース線SWとで囲まれる各領域に、ゲート線GWからの走査信号によってオン状態となるスイッチング素子としてのTFT(図2参照)及びソース線SWからの映像信号がスイッチング素子を介して供給される画素電極1026(図3参照)が形成されている。
これらのゲート線GWとソース線SWとで囲まれる各領域は、いわゆる画素を構成し、これらの画素を複数備えたエリアが表示領域DAとなっている。また、スイッチング素子には例えば薄膜トランジスタ(TFT)が使用される。
各ゲート線GW及び各ソース線SWは、表示領域DAの外、すなわち額縁領域へ延出されてLSI等の半導体チップから構成されるドライバDrに接続されている。また、アレイ基板ARは、一方の長辺1002d側に第1、第2の光検出部10a,10bの第1、第2の光検出回路LS1,LS2から導出された引回し配線L1〜L4が配線されて外部制御回路50との接点である端子T1〜T4に接続されている。なお、引回し配線L1は第1ソース線を、引回し配線L2は第2ソース線を、引回し配線L3はドレイン線を、引回し配線L4はゲート線をそれぞれ構成している。
外部制御回路50は、光センサ読み取り部20及び電位制御回路30を有している。
光センサ読み取り部20は端子T1、T2と接続されており、電位制御回路30は端子T3、T4と接続されている。電位制御回路30は第1、第2の光検出部10a,10bに対して基準電圧、ゲート電圧等を供給し、光センサ読み取り部20には、第1、第2の光検出部10a,10bから出力信号が出力される。そして、光センサ読み取り部20からの光量信号によって、図示は省略のバックライトを制御する。
また、透明基板1002上のドライバDrは、ドライバDr、光センサ読み取り部20などを有するIC(Integrated Circuit)チップに代えてもよい。
次に各画素の具体的構成について主に図2及び図3を参照して説明する。図2は、アレイ基板の1画素分の平面図であり、図3は、図2のIII−III線における断面図である。
アレイ基板ARの透明基板1002上の表示領域DAには、ゲート線GWが等間隔に平行になるように形成され、更にこのゲート線GWからスイッチング素子を構成するTFTのゲート電極Gが延設されている。また、この隣り合うゲート線GW間の略中央にはゲート線GWと平行になるように補助容量線1016が形成され、この補助容量線1016には補助容量線1016よりも幅広となされた補助容量電極1017が形成されている。
また、透明基板1002の全面に、ゲート線GW、補助容量線1016、補助容量電極1017及びゲート電極Gを覆うようにして窒化ケイ素や酸化ケイ素などの透明絶縁材料からなるゲート絶縁膜1018が積層されている。そして、ゲート電極Gの上にゲート絶縁膜1018を介してアモルファスシリコン等からなる半導体層1019が形成されている。また、ゲート絶縁膜1018上に複数のソース線SWがゲート線GWと交差するようにして形成され、このソース線SWから半導体層1019と接触するようにTFTのソース電極Sが延設され、更に、ソース線SW及びソース電極Sと同一の材料からなるドレイン電極Dが同じく半導体層1019と接触するようにゲート絶縁膜1018上に設けられている。
ここで、ゲート線GWとソース線SW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1018、半導体層1019、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が構成される。このTFTはそれぞれの画素に形成される。この場合、ドレイン電極Dと補助容量電極1017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SW、TFT、ゲート絶縁膜1018を覆うようにして透明基板1002の全面にわたり例えば無機絶縁材料からなる保護絶縁膜(パッシベーション膜ともいわれる)1020が積層され、この保護絶縁膜1020上に例えばネガ型の感光材料を含むアクリル樹脂等からなる層間膜(平坦化膜ともいわれる)1021が透明基板1002の全体にわたり積層されている。この層間膜1021の表面は、反射部1022においては微細な凹凸(図示は省略)が形成されており、透過部1023においては平らになされている。
そして、反射部1022の層間膜1021の表面にはスパッタリング法によって例えばアルミニウムないしアルミニウム合金製の反射板1024が形成されており、保護絶縁膜1020、層間膜1021及び反射板1024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1025が形成されている。
更に、それぞれの画素において、反射板1024の表面、コンタクトホール1025内及び透過部1023の層間膜1021の表面には、例えばITO(Indium Tin Oxide)ないしIZO(Indium Zinc Oxide)からなる画素電極1026が形成され、この画素電極1026の更に上層に全ての画素を覆うように配向膜(図示せず)が積層されている。
また、カラーフィルタ基板CFは、ガラス基板等からなる透明基板1010の表面に、アレイ基板ARのゲート線GW及びソース線SWに対向するように遮光層(図示は省略)が形成され、この遮光層に囲まれたそれぞれの画素に対応して例えば赤色(R)、緑色(G)、青色(B)からなるカラーフィルタ層1027が設けられている。更に、反射部1022に対応する位置のカラーフィルタ層1027の表面にはトップコート層1028が形成されており、このトップコート層1028の表面及び透過部1023に対応する位置のカラーフィルタ層1027の表面には共通電極1029及び配向膜(図示は省略)が積層されている。なお、カラーフィルタ層1027としては、更にシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)等のカラーフィルタ層を適宜に組み合わせて使用する場合もあり、モノクロ表示用の場合にはカラーフィルタ層を設けない場合もある。
そして、上述した構成を備えるアレイ基板AR及びカラーフィルタ基板CFがシール材(図示は省略)を介して貼り合わされ、最後にこの両基板とシール材とによって囲まれた領域に液晶1014が封入されることにより、半透過型液晶表示装置1000を得ることができる。なお、透明基板1002の下方には、図示は省略の周知の光源、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る。
この場合、反射板1024を画素電極1026の下部全体に亘って設けると反射型液晶表示パネルが得られるが、この反射型液晶表示パネルを使用した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代えて、フロントライトが使用される。
図4は、第1の光検出部10aと第2の光検出部10bと光センサ読み取り部20とからなる光量検出装置1の構成を示すブロック図である。
第1の光検出部10aは、第1の光検出回路LS1を有し、第2の光検出部10bは、第2の光検出回路LS2とを有している。そして、第1の光検出回路LS1からの第1の出力信号Sa及び第2の光検出回路LS2からの第2の出力信号Sbが、光センサ読み取り部20に出力される。
光センサ読み取り部20は、劣化係数演算部21と、光劣化率演算部22と、メモリ回路23と、光信号出力部24とを有している。
劣化係数演算部21は第1の光検出回路LS1と第2の光検出回路LS2とメモリ回路23に接続されており、第1の出力信号Saと第2の出力信号Sbとを光センサにおけるリーク電流である第1の光電流量と第2の光電流量とに読み替える。そして、第1の光電流量と第2の光電流量との比率である測定比率を演算し、メモリ回路23に記憶されたあらかじめ用意された初期状態における測定比率である初期比率との比率である光劣化補正係数Kを演算する。そして劣化係数演算部21は、光劣化補正係数Kを光劣化率演算部22に出力する。また、第2の光電流量を光信号出力部24に出力する。
光劣化率演算部22は、劣化係数演算部21とメモリ回路23とに接続されている。そして、光劣化補正係数Kと、第2の光電流量と初期状態の第2の光電流量との比率である光劣化率Dとを対応させたルックアップテーブルを参照して、劣化係数演算部21から出力された光劣化補正係数Kと対応する光劣化率Dを取得する。そして、取得した光劣化率Dを光信号出力部24に出力する。
光信号出力部24は、劣化係数演算部21と光劣化率演算部22とに接続されている。そして、劣化係数演算部21から出力された第2の光電流量と、光劣化率演算部22から出力された光劣化率Dとから初期状態の第2の光電流量を演算し、この初期状態の第2の光電流量を入射光量に相当する光量信号Sを出力する。
図5は、第1、第2の光検出部10a,10bの回路構成図である。
第1の光検出部10aの第1の光検出回路LS1は、第1の光センサとしての薄膜トランジスタ100(以下「TFT100」と略記する。)とコンデンサ110とスイッチング素子120とを備えている。TFT100は、コンデンサ110と並列に接続されている。すなわち、TFT100のソース部101とコンデンサ110の電極111とが電気的に接続され、TFT100のドレイン部102とコンデンサ110の電極112とが電気的に接続されている。ソース部101と電極111とが出力端子140に接続され、かつ、スイッチング素子120を介して電源端子130に接続されている。そして出力端子140は、図1の引回し配線L1を介して端子T1と電気的に接続されている。
また、TFT100のドレイン部102及びコンデンサ110の電極112はドレイン端子191と電気的に接続されている。ドレイン端子191は、図1の引回し配線L3を介して端子T3と電気的に接続されている。ドレイン端子191は接地されているが、第1の光検出部10a内において接地されていてもよく、端子T3を介して接地されていてもよい。そして、TFT100のゲート部103は、ゲート端子190と電気的に接続されている。
第2の光検出部10bの第2の光検出回路LS2は、第2の光センサとしての薄膜トランジスタ200(以下「TFT200」と略記する。)とコンデンサ210とスイッチング素子220と減光手段としてのカラーフィルタ(減光部材)250とを備えている。カラーフィルタ250は、平面視でTFT200と重なる領域に形成されており、TFT200に入射する光量を低減することができる。TFT200は、コンデンサ210と並列に接続されている。すなわち、TFT200のソース部201とコンデンサ210の電極211とが電気的に接続され、TFT200のドレイン部202とコンデンサ210の電極212とが電気的に接続されている。カラーフィルタ250はTFT200の光入射側に配置され、TFT200はカラーフィルタ250で減光された光を検出する。ソース部201と電極211とが出力端子240に接続され、かつ、スイッチング素子220を介して電源端子230に接続されている。出力端子240は、図1の引回し配線L2を介して端子T2と電気的に接続されている。
なお、以下の説明では、第1の光センサと第2の光センサの双方を一括して「光センサ」と呼称することがある。
また、TFT200のドレイン部202及びコンデンサ210の電極112はドレイン端子191と電気的に接続されている。ドレイン端子191はTFT100と共通の端子であり、図1の引回し配線L3を介して端子T3と電気的に接続されている。
そして、TFT200のゲート部203は、TFT100と共通のゲート端子190と電気的に接続されている。
出力端子240は、図1の引回し配線L2を介して端子T2と電気的に接続されている。ドレイン端子191は、図1の引回し配線L3を介して端子T3と電気的に接続されている。ゲート端子190は、図1の引回し配線L4を介して端子T4と電気的に接続されている。
図6は、第1、第2の光検出部10a,10bの模式断面図であり、図6(a)は第1の光検出回路LS1を示し、図6(b)は第2の光検出回路LS2を示している。
まず、図6(a)について説明する。透明基板1002上には、第1の光検出回路LS1を構成するTFT100と、コンデンサ110と、スイッチング素子120とが形成されている。透明基板1002上に、TFT100のゲート部103と、コンデンサ110の電極112と、スイッチング素子120である薄膜トランジスタのゲート部123とが形成されている。ゲート部103と電極112とゲート部123とを覆ってゲート絶縁膜72が積層されている。
ゲート絶縁膜72上において、ゲート部103の上方には半導体層104が形成されており、ゲート部123の上方には半導体層124が形成されている。ゲート絶縁膜72には、半導体層104のドレイン部102と接続された導電膜173と、ソース部101及び半導体層124のドレイン部122と接続された導電膜174と、ソース部121と接続された導電膜175とが形成されている。導電膜174は、電極112上の領域でコンデンサ110の電極111を構成する。
これらの導電膜173、174、175を覆って、保護絶縁膜76が積層されている。スイッチング素子120の半導体層124を平面的に覆うように、保護絶縁膜76上にブラックマトリクス125が形成されている。
第1の光検出回路LS1は、表示領域DAと同一基板上に形成されており、アレイ基板ARと製造プロセスの一部を共通化することができる。例えば、第1の光検出回路LS1のゲート絶縁膜72とアレイ基板ARのゲート絶縁膜1018、第1の光検出回路LS1の保護絶縁膜76とアレイ基板ARの保護絶縁膜1020、第1の光検出回路LS1の導電膜173、174、175とアレイ基板ARのソース電極S、ドレイン電極D、及び第1の光検出回路LS1の半導体層104、124とアレイ基板ARの半導体層1019などである。
続いて図6(b)について説明する。透明基板1002上には、第2の光検出回路LS2を構成するTFT200と、コンデンサ210と、スイッチング素子220とが形成されている。透明基板1002上に、TFT200のゲート部203と、コンデンサ210の電極212と、薄膜トランジスタであるスイッチング素子220のゲート部223とが形成されている。ゲート部203と電極212とゲート部223とを覆ってゲート絶縁膜72が積層されている。
ゲート絶縁膜72上において、ゲート部203の上方には半導体層204が形成されており、ゲート部223の上方には半導体層224が形成されている。ゲート絶縁膜72には、半導体層204のドレイン部202と接続された導電膜273と、ソース部201及び半導体層224のドレイン部222と接続された導電膜274と、ソース部221と接続された導電膜275とが形成されている。導電膜274は、電極212上の領域でコンデンサ210の電極211を構成する。
これらの導電膜273、274、275を覆って、保護絶縁膜76が積層されている。スイッチング素子220の半導体層224を平面的に覆うように、保護絶縁膜76上にブラックマトリクス225が形成されている。そして、保護絶縁膜76に対向して設けられているカラーフィルタ基板CFには、TFT200に対向するようにカラーフィルタ250が形成されている。なお、カラーフィルタ250は、TFT200と平面視で重なる領域に形成される。カラーフィルタ250により、第2の光検出回路LS2への入射光は、第1の光検出回路LS1に対して1/n(n>1)に減光される。
第2の光検出回路LS2は、表示領域DAと同一基板上に形成されており、アレイ基板ARと製造プロセスの一部を共通化することができる。例えば、第2の光検出回路LS2のゲート絶縁膜72とアレイ基板ARのゲート絶縁膜1018、第2の光検出回路LS2の保護絶縁膜76とアレイ基板ARの保護絶縁膜1020、第2の光検出回路LS2の導電膜273、274、275とアレイ基板ARのソース電極S、ドレイン電極D、及び第2の光検出回路LS2の半導体層204、224とアレイ基板ARの半導体層1019などである。
本実施形態の表示装置1000の光量検出装置1は、光劣化によって低下した光センサの感度を補正する機能を備えている。以下で、光センサの感度補正原理について説明する。
まず、コンデンサ110、210を所定の電位まで充電した第1、第2の光検出部10a,10bに対して光を照射する。そうすると、TFT100、200にてリーク電流が発生するので、コンデンサ110、210の電位が経時的に低下する。このとき、第1の光検出部10aからは第1の出力信号Sa、第2の光検出部10bからは第2の出力信号Sbとしてコンデンサ110、210の電極111、211の電位が出力される。そして、光センサ読み取り部20では、第1、第2の光検出部10a,10bから出力された電位の信号から光電流に相当する情報を読み取り、補正処理を行った後に光量信号として出力する。
したがって、以下の説明では光電流による演算方法について説明するが、演算で用いている光電流は、光センサ読み取り部20における読み取り値と置き換えることができる。
光センサの感度の補正は、まず測定された(劣化後の)第1の光検出回路LS1の第1の光電流と第2の光検出回路LS2の第2の光電流との比率である測定比率と、初期状態における測定比率との比率である光劣化補正係数Kを演算する。次に、演算により算出した光劣化補正係数Kに基づいて、劣化後の第2の光検出回路LS2の第2の光電流と初期状態の第2の光検出回路LS2の第2の光電流との比率である光劣化率Dを算出する。その後、光劣化率Dから初期状態の第2の光検出回路LS2の第2の光電流を入射光の光量信号Sとして出力する。
ここで、光劣化補正係数Kの演算方法について説明する。図7は、入射光量Lに対する光電流Iの関数を示す図である。図7には、入射光量Lに対する第1の光検出回路LS1の第1の光電流の関数Ia(L)と、第2の光検出回路LS2の第2の光電流の関数Ib(L)とが示されており、これらから劣化前(初期状態)の第1の光電流Ia(L)と第2の光電流Ib(L)との比率である初期比率を求めることができる。
光電流は入射光量に比例して増加するので、第1の光検出回路LS1における初期感度をXa0、第2の光検出回路LS2における初期感度をXb0とすると、第1の光検出回路LS1における第1の光電流Ia(L)、第2の光検出回路LS2における第2の光電流Ib(L)は以下のように表される。
Ia(L)=Xa0・L
Ib(L)=Xb0・L
したがって、ある光量L0が入射光として入射された場合には、第2の光検出回路LS2における減光入射光の光量はL0/nとなるので、光量L0における第1の光検出回路LS1における第1の光電流Ia(L0)、第2の光検出回路LS2における第2の光電流Ib(L0/n)は以下のように表される。
Ia(L0)=Xa0・L0
Ib(L0/n)=Xb0・(L0/n)
これにより、初期比率は、Ia(L0)/Ib(L0/n)=n・(Xa0/Xb0)となる。この初期比率は入射光量L0に依らず初期感度Xa0、Xb0とnとの関数となり、任意の入射光量Lにおける測定比率を初期比率とすることができる。
次に、劣化時の測定比率を演算する。図8は、劣化後の入射光量Lに対する光電流Iの関数を示す図である。図8では、初期状態の第1の光電流の関数Ia(L)、初期状態の第2の光電流の関数Ib(L)と、劣化後の第1の光検出回路LS1の第1の光電流の関数Iaa(L)と、劣化後の第2の光検出回路LS2の第2の光電流の関数Ibb(L)とが示されている。図8は、劣化後の測定比率を求めるためのものである。
光センサは、光曝露により劣化して光感度が低下することにより、初期状態に対して光電流が低下する。このような光感度の低下は、初期状態から照射された光量の累計である積算光量pの関数R(p)(<1)によって求めることができる。ある時間経過後の第1の光検出回路LS1における積算光量をpとすると、第2の光検出回路LS2における積算光量はp/nである。したがって、積算光量pの光曝露を受けた後の第1の光検出回路LS1の感度をXa1、積算光量p/nの光曝露を受けた後の第2の光検出回路LS2の感度をXb1とすると、
Xa1=R(p)・Xa0
Xb1=R(p/n)・Xb0
と表すことができる。
これにより、劣化後の第1の光検出回路LS1の第1の光電流Iaa(L)と、劣化後の第2の光検出回路LS2の第2の光電流Ibb(L)とが以下のように表される。
Iaa(L)=Xa1・L=R(p)・Xa0・L
Ibb(L)=Xb1・L=R(p/n)・Xb0・L
第1の光検出回路LS1は、カラーフィルタ250などの減光手段を有していないので、第2の光検出回路LS2よりも積算光量が多くなる。このため、第1の光センサであるTFT100の劣化が速く、第1の光電流Iaa(L)の減少幅のほうが大きくなる。
したがって、ある光量L1が入射光として入射された場合には、第2の光検出回路LS2における減光入射光の光量はL1/nとなるので、光量L1における第1の光検出回路LS1の第1の光電流Iaa(L1)、第2の光検出回路LS2の第2の光電流Ibb(L1/n)は以下のように表される。
Iaa(L1)=Xa1・L1=R(p)・Xa0・L1
Ibb(L1/n)=Xb1・(L1/n)=R(p/n)・Xb0・(L1/
n)
これにより、測定比率は、Iaa(L1)/Ibb(L1/n)=n・(R(p)/R(p/n))・(Xa0/Xb0)となる。この測定比率は入射光量L1に依らないので、任意の入射光量Lで求めても同一の測定比率を得ることができる。
このようにして求められた初期比率と劣化後の測定比率とから、光劣化補正係数K=(Iaa(L1)/Ibb(L1/n))/(Ia(L0)/Ib(L0/n))=R(p)/R(p/n)となり、積算光量pの関数として導出される。
この光劣化補正係数Kにより、TFT100、200の劣化の進行度を知ることができる。
次に、光劣化率Dについて説明する。光劣化率Dは、ある光量L1/nが減光入射光として入射された場合に測定された第2の光電流Ibb(L1/n)と初期状態の第2の光電流Ib(L1/n)との比率でありD=Ibb(L1/n)/Ib(L1/n)=R(p/n)と表される。この値は入射光量に依らず劣化状態により決まる値である。
この光劣化率Dは上述した光劣化補正係数Kと対応しており、あらかじめこの対応関係を求めておくことによって、光劣化補正係数Kから光劣化率Dを求めることができる。このようにして求めた光劣化率Dと測定された第2の光電流Ibb(L1/n)とから、初期状態の第2の光電流Ib(L1/n)を、Ib(L1/n)=Ibb(L1/n)/Dとして算出することができる。
以上の各ステップにより、劣化後の第2の光電流Ibb(L1/n)を初期状態の第2の光電流Ib(L1/n)に補正して出力することができる。
次に、このような光電流の補正を本発明の表示装置1000の光量検出装置1において行なう場合の動作について説明する。
図9は、光電流の補正に係るフローチャートを示す図である。図9では、劣化係数演算部21において測定比率を演算するステップS1と、メモリ回路23から初期比率を読み出し、測定比率と初期比率との比率である光劣化補正係数Kを演算するステップS2と、求めた光劣化補正係数Kに対応する光劣化率Dをメモリ回路23から読み出すステップS3と、読み出した光劣化率Dから光劣化前の光電流を演算するステップS4と、演算により導出した光電流を入射光の光量信号Sとして出力するステップS5とを有している。
まずステップS1では、コンデンサ110、210を電位Vsまで充電する。そして、TFT100に光量L1の入射光とTFT200に光量L1/nの減光入射光とを入射して、TFT100、200に光電流(リーク電流)を発生させる。そうすると、コンデンサ110、210の電位が低下する。第1、第2の光検出部10a,10bは、このときのそれぞれのコンデンサ110、210の電位を第1の出力信号Sa、第2の出力信号Sbとして出力する。
そして、劣化係数演算部21では、第1、第2の光検出部10a,10bから出力された第1の出力信号Sa、及び第2の出力信号Sbの電位信号を、TFT100、200における光電流に読み替えている。コンデンサ110、210に充電された電位は、TFT100、200におけるソースとドレインとの間の電位差と同等である。入射光の光量が大きいと光電流は多くなるので、コンデンサ110、210の電位低下が大きくなる。これに対して、入射光の光量が小さいと光電流は少なく、コンデンサ110、210の電位低下は小さい。したがって、入射光の照射開始から所定の期間経過後の電位信号を取得することで光電流の信号に読み替えることができる。すなわち、電位信号であるコンデンサ110、210の電位が低いほうが光電流は大きく、コンデンサ110、210の電位が高いほうが光電流は小さい。
劣化係数演算部21では、電位信号と光電流とを対応させるようになっており、電位信号から第1の光電流Iaa(L1)、第2の光電流Ibb(L1/n)の信号を取得している。
そして、このようにして取得した第1の光電流Iaa(L1)と第2の光電流Ibb(L1/n)とから、測定比率(Iaa(L1)/Ibb(L1/n))を演算する。
そして、ステップS2に移行して、あらかじめメモリ回路23に記憶されている初期比率(Ia(L0)/Ib(L0/n))を劣化係数演算部21に読み出して、光劣化補正係数K(=(Iaa(L1)/Ibb(L1/n))/(Ia(L0)/Ib(L0/n)))を演算する。
このとき、メモリ回路23には初期比率に代えて、上述の初期状態の第1の光電流Ia(L0)と、初期状態の第2の光電流Ib(L0/n)を記憶しておき、ステップS2において初期比率を演算することとしてもよい。
その後、ステップS3に移行する。ステップS3では、ステップS2で演算した光劣化補正係数Kは光劣化率演算部22に出力される。そして、光劣化率演算部22では、メモリ回路23に記憶されたルックアップテーブルを参照して、劣化係数演算部21から出力された光劣化補正係数Kに対応する光劣化率Dを取得する。
ここで、ルックアップテーブルについて説明する。図10は、本発明の表示装置1000の光量検出装置1に関する光劣化補正係数K及び光劣化率Dの測定データをプロットした図である。図10では、横軸は光劣化補正係数Kを示し、縦軸は光劣化率Dを示している。劣化が進行すると、光劣化補正係数K及び光劣化率Dは低下する。そして、光劣化率Dの低下幅は、光劣化補正係数Kが低下するにつれて大きくなる。
ところが、光劣化補正係数Kがおよそ0.6以下になると、光劣化率Dは一定の値を示すようになる。これは、ある程度劣化が進行すると第2の光電流Ibbが変化しなくなることを示している。
そして図10に示した関数曲線500は、測定データに基づいた光劣化補正係数Kを変数とする光劣化率Dの関数である。この関数を実現する回路を光劣化率演算部22内で構成することができれば、ある光劣化補正係数Kに対応する光劣化率Dを演算することが可能である。しかし、このような不規則な関数を回路構成によって実現しようとすれば、回路構成が複雑になる。そこで本実施形態では、関数曲線500に基づいた光劣化補正係数Kと光劣化率Dとを対応させたルックアップテーブルを作成し、メモリ回路23に記憶させている。
これにより、光劣化率Dの演算に必要な複雑な回路を必要としないので、回路規模を縮小することができる。
メモリ回路23に記憶するルックアップテーブルのデータ量を縮小する場合には、例えば光劣化補正係数Kの値を0.2刻みのルックアップテーブルを記憶させればよい。そして、光劣化補正係数Kの値がルックアップテーブルに含まれない場合には、近隣のデータを用いて補間演算を行なうことによって、ルックアップテーブルに含まれない場合でも、光劣化補正係数Kから光劣化率Dを導出することができる。
例えば、ある光劣化補正係数Kの値を挟んだ2つの光劣化補正係数Kの値に対応する点を図10の関数曲線500から選択し、これらの点を直線で結ぶことでルックアップテーブルに含まれない光劣化補正係数Kに対応する光劣化率Dを規定する。具体的には、光劣化補正係数Kの値が0.3であるときには、光劣化補正係数Kが0.2と0.4とに対応する光劣化率Dの平均値によって光劣化率Dを導出することができる。
図9の説明に戻りステップS4では、光信号出力部24において、光劣化率演算部22から転送された光劣化率Dに基づいて、劣化後の第2の光電流Ibb(L1/n)を補正して、初期状態の第2の光電流Ib(L1/n)を演算により算出する。そして、ステップS5において、初期状態の第2の光電流Ib(L1/n)を入射光の光量信号Sとして出力する。
このような構成を有する光量検出装置1を備えた表示装置によれば、以下の効果を得ることができる。
光劣化補正係数Kと光劣化率Dとから、劣化後の第2の光電流Ibb(L)を補正して初期状態の第2の光電流Ib(L)を求める感度補正機能を備えた光量検出装置となっているので、光曝露による劣化が生じても正確な光量信号Sを出力するものとなる。
また、第1、第2の光検出部10a,10bには、対劣化特性を向上させる光電変換素子を用いていないので、表示装置の駆動トランジスタの製造プロセスと共通化することができる。したがって、光センサを簡便な工程で製造することが可能となり、製造コストを低減することができる。
メモリ回路23にルックアップテーブルを記憶させることによって、光劣化率Dの演算に係る複雑な回路構成が不要になるので、消費電力を抑え回路面積を低減し、製造コストを抑えることができる。
演算された光劣化補正係数Kがルックアップテーブルに含まれない場合には、この光劣化補正係数Kを挟んだ2つの光劣化補正係数Kに対応した光劣化率Dによる補間計算を行なうことによって、光劣化率Dを導出することが可能となる。これにより、ルックアップテーブルを縮小してデータ量を抑えることができる。
本実施形態では、第2の光検出回路LS2の初期状態における第2の光電流Ib(L)を演算により算出することで光量信号Sとしているが、第1の光検出回路LS1の初期状態における第1の光電流Ia(L)を光量信号Sとすることも可能である。この場合には、光劣化補正係数Kと第1の光検出回路LS1における測定した第1の光電流Iaa(L)と初期状態における第1の光電流Ia(L)との比率である光劣化率Daとを対応させるルックアップテーブルをメモリ回路23に記憶させればよい。これにより、Ia(L)=Iaa(L)/Daを演算することにより、測定した第1の光電流Iaaを初期状態における第1の光電流Iaに補正することができる。
本実施形態の光量検出装置1における入射光量Lの測定は、所定の期間ごとに連続的に行うことができる。そして、次の測定を行なう場合には、ゲート端子190に電位Vgを印加することでTFT100、200をオン状態にしてコンデンサ110、210の電位を放電させる。そして、再びコンデンサ110、210に電位Vsを充電して測定を行なう。
光量検出装置1は、図示は省略のバックライトと接続されており、光量検出装置1で測定した外部の環境光の光量信号をバックライトに出力する。バックライトでは、光量検出装置1からの光量信号に基づいて発光量を調整する。具体的には、日中の自然光のように環境光が明るい場合には、バックライトの発光量が大きくなるように設定する。一方、夜間での使用などのように暗い環境下で使用する場合には、バックライトの発光量を低く設定する。これにより、使用環境下に応じた適切な発光量でもって画像表示を行うことができる。
なお、ここでは液晶表示装置について説明したが、表示領域を有機EL装置や極性が相違する領域ごとに異なる色に塗り分けられたツイストボールを電気光学物質として用いたツイストボールディスプレイパネル、黒色トナーを電気光学物質として用いたトナーディスプレイパネル、ヘリウムやネオンなどの高圧ガスを電気光学物質として用いたプラズマディスプレイパネルなどの表示装置に適用することができる。
前述の実施形態では、光センサに入射される光を減光する減光手段としてカラーフィルタ250が第2の光検出部10bに設けられた構成を一例として説明したが、減光手段の構成はこれに限らない。以下に、減光手段(第1の減光手段、第2の減光手段)の他の構成例について説明する。
(減光手段の構成例1)
減光手段の構成例1を、図11に示す回路構成図に沿って説明する。なお、前述の第1の実施形態と同じ構成は同符号をつけて説明を省略し、異なる構成について説明する。
図11に示すように、第1の光検出部10aの第1の光検出回路LS1は、第1の光センサとしての薄膜トランジスタ100(以下「TFT100」と略記する。)を含む種々の素子(説明を省略する。)を備えている。
TFT100の入光側には、第1の減光手段としてのカラーフィルタ530が設けられている。カラーフィルタ530は、平面視でTFT100と重なる領域に形成されている。カラーフィルタ530に入光した光は、カラーフィルタ530に用いられている色材によって減光される。これにより、TFT100にはカラーフィルタ530で減光された光が入光する。そして、TFT100は、その減光された光を検出する。
第2の光検出部10bの第2の光検出回路LS2は、第2の光センサとしての薄膜トランジスタ200(以下「TFT200」と略記する。)を含む種々の素子(説明を省略する。)を備えている。TFT200の入光側には、第2の減光手段としてのカラーフィルタ550が設けられている。カラーフィルタ550は、平面視でTFT200と重なる領域に形成されている。カラーフィルタ550に入光した光は、カラーフィルタ550に用いられている色材によって減光される。これにより、TFT200にはカラーフィルタ550で減光された光が入光する。そして、TFT200は、その減光された光を検出する。
このカラーフィルタ550は、カラーフィルタ530と比べ入射光の低減率(減光率)が大きくなるように形成されている。入射光の低減率を大きくするためには、カラーフィルタ550の厚さをカラーフィルタ530の厚さより厚くする、カラーフィルタ550に用いられている色材の濃度をカラーフィルタ530に用いられている色材の濃度より濃くする、などによって実現できる。このように、カラーフィルタ530よりカラーフィルタ550の入射光の低減率を高くすることにより、前述の第1の実施形態で説明した感度補正機能を適用することが可能となる。
また、カラーフィルタ530とカラーフィルタ550とは、例えば、用いられる色材を同じ種類とするなどして相対分光透過率が等しくなるようにすることが好ましい。
このように、2つの減光手段としてのカラーフィルタ530,550の相対分光透過率を等しくすることにより、入射光の差によって生じるTFT100,200の光劣化量のばらつきを抑えることが可能となる。これは、光劣化量が、TFT100,200への入射光の分光特性と、TFT100,200の分光感度との掛け算によって決まるため、相対分光透過率が等しい減光手段を用いることにより入射光の差による光劣化量のばらつきを抑えることができるためである。従って、安定した補正を行うことが可能な表示装置を提供することができる。
なお、相対分光透過率を等しくするためには、後述する減光手段の他の構成例のように、減光手段として遮光部材を用いることによっても実現することができる。
これらにより、第1の光センサとしてのTFT100、及び第2の光センサとしてのTFT200に入射する光量を減らすことができるため、それぞれのTFT100,200の光劣化速度を遅らせることができる。このため、それぞれのTFT100,200の光劣化が進み、第1の出力信号と第2の出力信号との比率が変化しなくなることによって生じる補正が十分にできなくなるまでの時間を延ばすことが可能となる。
図12は、双方の光センサに減光された光を入射した場合と一方の光センサのみ減光された光を入射した場合との第1の出力信号と第2の出力信号との測定比率の推移である。図12に示すように、TFT100、及びTFT200に入射する光量を減らした場合(折れ線2)は、10×106(Lx・h)以降の比率が変化しなくなる。また、一方のTFT200に入射する光量のみ減らした場合(折れ線1)は、2×106(Lx・h)以降の比率が変化しなくなる。即ち、TFT100、及びTFT200に入射する光量を減らした場合は、一方のTFT200に入射する光量のみ減らした場合よりほぼ5倍の補正寿命を有している。従って、本構成によれば、補正寿命を延ばすことが可能な表示装置を提供することができる。
(減光手段の構成例2)
減光手段の構成例2を、図13に示す回路構成図に沿って説明する。なお、前述の第1の実施形態と同じ構成は同符号をつけて説明を省略し、異なる箇所について説明する。
図13に示すように、第1の光検出部10aの第1の光検出回路LS1は、第1の光センサとしての薄膜トランジスタ100(以下「TFT100」と略記する。)を含む種々の素子(説明を省略する。)を備えている。
TFT100の入光側には、減光手段は設けられておらず、TFT100は減光されない光を検出する。
第2の光検出部10bの第2の光検出回路LS2は、第2の光センサとしての薄膜トランジスタ200(以下「TFT200」と略記する。)を含む種々の素子(説明を省略する。)を備えている。TFT200の入光側には、遮光部材としてのブラックマトリクス660が設けられている。ブラックマトリクス660は、平面視でTFT200と重なる領域に形成されている。本構成例では、遮光部材としてのブラックマトリクス660が減光手段を構成する。ブラックマトリクス660は、図示しないカラーフィルタと同層に黒色樹脂などの遮光部材により形成されている。このブラックマトリクス660には、開口部670が形成されている。
TFT200に向かう光は、ブラックマトリクス660によって遮光されるが、開口部670からのみ通過する。このため通過する光量が減少する。即ち、開口部670を有するブラックマトリクス660が減光手段として用いられている。これにより、TFT200には、ブラックマトリクス660を通過することにより減光された光が入光する。そして、TFT200は、その減光された光を検出する。
本構成例2によれば、遮光部材としてのブラックマトリクス660の製造プロセスを、通常の表示装置に備えられているブラックマトリクスの製造プロセスと共通化できるので、遮光部材を簡便な工程で製造することが可能である。従って、本構成例2を用いた表示装置は、第1の実施形態の効果に加えて製造コストを低減することができる。
(減光手段の構成例3)
減光手段の構成例3を、図14に示す回路構成図に沿って説明する。なお、前述の第1の実施形態と同じ構成は同符号をつけて説明を省略し、異なる箇所について説明する。
図14に示すように、第1の光検出部10aの第1の光検出回路LS1は、第1の光センサとしての薄膜トランジスタ100(以下「TFT100」と略記する。)を含む種々の素子(説明を省略する。)を備えている。TFT100の入光側には、第1の減光手段としてのカラーフィルタ730が設けられている。カラーフィルタ730は、平面視でTFT100と重なる領域に形成されている。これにより、TFT100にはカラーフィルタ730で減光された光が入光する。そして、TFT100は、その減光された光を検出する。
第2の光検出部10bの第2の光検出回路LS2は、第2の光センサとしての薄膜トランジスタ200(以下「TFT200」と略記する。)を含む種々の素子(説明を省略する。)を備えている。TFT200の入光側には、第2の減光手段として、減光部材としてのカラーフィルタ750とカラーフィルタ750の光入射側に設けられた遮光部材としてのブラックマトリクス760とが設けられている。カラーフィルタ750、及びブラックマトリクス760は、平面視でTFT200と重なる領域に形成されている。ブラックマトリクス760は、カラーフィルタ750の基板上に黒色樹脂などの遮光部材により形成されている。このブラックマトリクス760には、開口部770が形成されている。
TFT200に向かう光は、先ずブラックマトリクス760に形成された開口部770を通過することによって一旦減光され、続いてカラーフィルタ750を通過することによって更に減光される。このように、TFT200は、遮光部材と減光部材とが重ねて設けられた第2の減光手段によって減光された光を検出する。
これにより、第1の光センサとしてのTFT100、及び第2の光センサとしてのTFT200に入射する光量を減らすことができるため、それぞれのTFT100,200の光劣化速度を遅らせることができる。このため、それぞれのTFT100,200の光劣化が進み、第1の出力信号と第2の出力信号との比率が変化しなくなることによって生じる補正が十分にできなくなるまでの時間を延ばすことが可能となる。
また、減光手段として用いられる減光部材及び遮光部材の製造プロセスを、通常の表示装置の製造プロセスと共通化できるので、減光手段を簡便な工程で製造することが可能である。
なお、減光手段としての減光部材及び遮光部材の配置は上述の実施形態あるいは構成例に限らず、他の組み合わせであってもよい。
また、減光手段としてカラーフィルタを用いて説明したがこれに限らず、偏光板あるいは位相差板など減光可能な減光部材を用いればよく、同等の効果を有する。
(変形例)
上述した実施形態では、第1の光検出回路LS1のコンデンサ110の電極111の電位である第1の出力信号Sa、及び第2の光検出回路LS2のコンデンサ210の電極211の電位である第2の出力信号Sbを、劣化係数演算部21において光電流に読み替えたものであった。しかし本実施形態の変形例では、第1の出力信号Saと第2の出力信号Sbとを、コンデンサ110の電極111の電位、及びコンデンサ210の電極211の電位がVsから所定の電位Vcまで低下するのに要する時間に読み替えて感度を補正するものである。
ここで、本実施形態の変形例における補正方法について説明する。
図15は、第1の光検出装置LS1に入射光量L1の入射光が入射し、第2の光検出装置LS2に入射光量L1/nの減光入射光が入射した場合において、コンデンサ110、210に充電された電位の時間変化を示す図である。図15において、縦軸はコンデンサの電位を示し、横軸は測定開始からの経過時間を示している。図15において、関数曲線Va(t)は初期状態における第1の光検出回路LS1のコンデンサ110の電極111の電位の時間変化を示し、関数曲線Vb(t)は初期状態における第2の光検出回路LS2のコンデンサ210の電極211の電位の時間変化を示し、関数曲線Vaa(t)は劣化後に測定したコンデンサ110の電極111の電位の時間変化を示し、関数曲線Vbb(t)は劣化後に測定したコンデンサ210の電極211の電位の時間変化を示している。これらの曲線が、時間経過にともない電位低下が緩やかになっているのは、第1の光センサであるTFT100のソース部101とドレイン部102との間、及び第2の光センサであるTFT200のソース部201とドレイン部202との間の電位差が小さくなると、TFT100、200に流れる光電流が小さくなり電位の低下に時間を要するからである。
図15の電位低下時間ta1は初期状態の第1の光検出回路LS1のコンデンサ110の電位Vaが所定の電位Vcまで低下する時間を示し、電位低下時間tb1は初期状態の第2の光検出回路LS2のコンデンサ210の電位VbがVcまで低下する時間を示している。電位低下時間taa1は劣化後に測定されたコンデンサ110の電位VaaがVcまで低下する時間を示し、電位低下時間tbb1は劣化後に測定されたコンデンサ210の電位VbbがVcまで低下する時間を示している。
第1の光検出回路LS1の入射光の光量は、減光手段を備えた第2の光検出回路LS2における減光入射光の光量よりも大きいので、TFT100におけるリーク電流は、TFT200におけるリーク電流よりも大きい。そして、初期状態のほうが光曝露による劣化後よりも感度が高く、初期状態のほうがリーク電流は大きい。したがって、初期状態の第1の光検出回路LS1における電位低下時間が最も短くなっている。
そして、TFT100のほうがTFT200に比べて積算光量は多くなるので劣化は速い。そのため、初期状態に対する劣化後の電位低下時間の変化幅は、第1の光検出回路LS1のほうが大きい。
コンデンサの電位と電位低下時間との関係は、光電流と入射光量との関係と同様なので、あらかじめ所定の入射光量L0に対して初期状態の電位低下時間ta0、tb0を測定し、初期比率ta0/tb0を求めておくことができる。
そして、測定した電位低下時間taa1と電位低下時間tbb1とから、測定比率(taa1/tbb1)を演算により算出する。
そして、測定比率(taa1/tbb1)と初期比率(ta0/tb0)との比率である本実施形態の変形例における光劣化補正係数Ktは、Kt=(taa1/tbb1)/(ta0/tb0)と表される。
次に、本実施形態の変形例における光劣化率Dtについて説明する。光劣化率Dtは、初期状態における第2の光検出回路LS2の電位低下時間tb1と、劣化後の第2の光検出回路LS2の電位低下時間tbb1との比率で規定し、Dt=tbb1/tb1と表す。
本実施形態において光劣化補正係数Kと光劣化率Dとを対応させたように、光劣化補正係数Ktと光劣化率Dtとを対応させることができる。そして、ルックアップテーブルを、光劣化補正係数Ktと光劣化率Dtとを対応させたものに変更すればよい。
これにより、光劣化補正係数Ktから光劣化率Dtを取得でき、初期状態におけるコンデンサ210の電位低下時間tb1(=tbb1/Dt)を算出することができる。そして、この電位低下時間tb1を入射光の光量信号Sとして出力する。
次に、本実施形態の変形例に係る光量検出装置1の動作について説明する。本実施形態の変形例の動作に係るフローチャートは図9と同様である。
まずステップS1では、コンデンサ110、210を電位Vsまで充電する。そして、TFT100に入射光量L1の入射光を照射し、TFT200に入射光量L1/nの減光入射光を照射してリーク電流を発生させる。そして、コンデンサ110の電極111の電位を第1の出力信号Sa、コンデンサ210の電極211の電位を第2の出力信号Sbとして劣化係数演算部21に出力する。そして劣化係数演算部21では、第1の出力信号Sa、第2の出力信号Sbの電位信号をモニターして、電位がVcまで低下するのに要する電位低下時間に読み替える。このようにして、劣化後に測定した第1の光検出回路LS1における電位低下時間taa1、第2の光検出回路LS2における電位低下時間tbb1を取得し、これらの電位低下時間から測定比率(taa1/tbb1)を演算する。
また、劣化後の第2の光検出回路LS2における電位低下時間tbb1を光信号出力部24に出力する。
そして、ステップS2に移行して、メモリ回路23から初期比率(ta0/tb0)を劣化係数演算部21に読み出して、光劣化補正係数Kt(=(taa1/tbb1)/(ta0/tb0))を演算する。そして、この光劣化補正係数Ktを光劣化率演算部22に出力する。
この初期比率は、初期状態において、第1の光検出回路LS1に入射光量L0の入射光を入射し、第2の光検出回路LS2に入射光量L0/nの入射光を入射した場合における電位低下時間であり、第1の光検出回路LS1における電位低下時間がta0、第1の光検出回路LS1における電位低下時間がtb0である。
その後、ステップS3に移行する。ステップS3では、光劣化率演算部22において、メモリ回路23に記憶されている光劣化補正係数Ktと光劣化率Dtとを対応させたルックアップテーブルを参照して、劣化係数演算部21から出力された光劣化補正係数Ktに対応する光劣化率Dtを取得する。そして、取得した光劣化率Dtを、光信号出力部24に出力する。
そして、ステップS4では、光信号出力部24において、光劣化率演算部22からの光劣化率Dtと劣化係数演算部21から出力された電位低下時間tbb1に基づいて、初期状態の電位低下時間tb1(=tbb1/Dt)を演算して、劣化後の電位低下時間tbb1を補正する。そして、ステップS5において、初期状態の電位低下時間tb1を入射光の光量信号Sとして出力する。
以上説明したように、第1、第2の光検出部10a,10bからの出力信号Sa、Sbを、コンデンサ110、210の電位低下時間に読み替えることによっても、光劣化時における感度補正を行なうことができる。
[第2の実施形態]
次に第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1、第2の光検出部10a,10bから光センサ読み取り部20に出力された電位信号を光電流に読み替え、この光電流を対数変換してから演算を行なうものである。
まず、対数変換による演算方法について説明する。第1の実施形態における光劣化補正係数Kを対数変換すると、Log2K=Log2{(Iaa(L1)/Ibb(L1/n))/(Ia(L0)/Ib(L0/n))}=(Log2(Iaa(L1))−Log2(Ibb(L1/n)))−(Log2(Ia(L0))−Log2(Ib(L0/n)))となる。
そして光劣化率Dは、対数変換されると、Log2D=Log2(Ibb(L1/n)/Ib(L1/n))=Log2(Ibb(L1/n))−Log2(Ib(L1/n))となる。
したがって、対数変換することにより乗算と除算とが加算と減算とに置き換えられる。
これにより、対数変換された光劣化補正係数Log2Kと対数変換された光劣化率Log2Dとから、初期状態における対数変換された光電流Log2(Ib(L1/n))は、Log2(Ib(L1/n))=Log2(Ibb(L1/n))−Log2Dにより演算される。
そして、この対数変換された光電流Log2(Ib)を実数に変換して、初期状態の第2の光電流Ib(L1/n)(=Ibb(L1/n)/D)を演算する。このようにして得られた初期状態の第2の光電流Ibを入射光の光量信号Sとして出力する。
次に、第2の実施形態に係る表示装置1000の光量検出装置1の動作について説明する。
図16は、第2の実施形態における光電流の補正に係るフローチャートを示す図である。図16では、第1、第2の光検出部10a,10bから出力された第1の出力信号Saと第2の出力信号Sbとを第1の光電流Iaa、第2の光電流Ibbに読み替え、これらを対数変換するステップS11と、対数変換された測定比率を演算するステップS12と、メモリ回路23から対数変換された初期比率を読み出し、対数変換された光劣化補正係数Log2Kを演算するステップS13と、演算により求めた対数変換された光劣化補正係数Log2Kに対応する対数変換された光劣化率Log2Dをメモリ回路23から取得するステップS14と、メモリ回路23から取得した対数変換された光劣化率Log2Dから対数変換された初期状態の光電流Log2(Ib)を演算するステップS15と、対数変換された初期状態の光電流Log2(Ib)を実数に変換するステップS16と、実数に変換された第2の光電流Ibを光量信号Sとして出力するステップS17とを有している。
第2の実施形態におけるメモリ回路23には、対数変換された初期比率Log2(Ia(L0))−Log2(Ib(L0/n))が記憶されている。そして、対数変換された光劣化補正係数Log2Kと対数変換された光劣化率Log2Dとを対応させるルックアップテーブルが記憶されている。
まずステップS11では、劣化係数演算部21において、第1、第2の光検出部10a,10bから出力された第1の出力信号Saと、第2の出力信号Sbとから、ある入射光量L1における劣化後の第1の光電流Iaa(L1)、第2の光電流Ibb(L1/n)を取得し、これらの第1の光電流Iaa(L1)、第2の光電流Ibb(L1/n)を対数変換して、Log2(Iaa(L1))、Log2(Ibb(L1/n))を演算する。
また、対数変換された第2の光電流Log2(Ibb(L1/n))を光信号出力部24に出力する。
次にステップS12に移行し、劣化係数演算部21において、対数変換された測定比率Log2(Iaa(L1))−Log2(Ibb(L1/n))を演算する。
そしてステップS13に移行して、劣化係数演算部21において、メモリ回路23から対数変換された初期比率Log2(Ia(L0))−Log2(Ib(L0/n))を読み出し、対数変換された光劣化補正係数Log2K=(Log2(Iaa(L1))−Log2(Ibb(L1/n)))−(Log2(Ia(L0))−Log2(Ib(L0/n)))を演算する。
ステップS14に移行すると、ステップS13で演算した対数変換された光劣化補正係数Log2Kを、劣化係数演算部21から光劣化率演算部22に出力する。そして、光劣化率演算部22では、劣化係数演算部21から出力された対数変換された光劣化補正係数Log2Kをメモリ回路23に出力する。メモリ回路23では、光劣化率演算部22から出力された対数変換された光劣化補正係数Log2Kに対応する対数変換された光劣化率Log2Dをルックアップテーブルから選択し、光劣化率演算部22に出力する。そして、光劣化率演算部22は、メモリ回路23から出力された対数変換された光劣化率Log2Dを光信号出力部24に出力する。
ステップS15に移行すると、光信号出力部24において、メモリ回路23から出力された対数変換された光劣化率Log2Dと劣化係数演算部21から出力された対数の第2の光電流Log2(Ibb(L1/n))とに基づいて、初期状態の対数の光電流Log2(Ib(L1/n))(=Log2(Ibb(L1/n))−Log2D)を演算する。
ステップS16に移行すると、光信号出力部24において、初期状態の対数変換された光電流Log2Ibを実数に変換して、初期状態の第2の光電流Ib(L1/n)(=Ibb(L1/n)/D)を演算する。
そしてステップS17では、ステップS16で演算した初期状態の第2の光電流Ibを入射光の入射光量Lの光量信号Sとして出力する。
第2の実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
対数変換による演算を行なうことによって、乗算と除算とを、加算と減算とに置き換えることができるので回路構成を縮小することができる。これにより、回路面積を低減し製造コストを低減することができる。そして、消費電力を抑えることができる。
そして、第1の実施形態で説明したように、光センサ読み取り部20に入力する第1の出力信号Saと第2の出力信号Sbとを、コンデンサ110、210の電位がVsからVcまで低下するのに要する時間に読み替えて対数に変換し、演算することで光量信号Sを算出し出力することができる。
また本実施形態においても、光量検出装置1における入射光量Lの測定は所定の期間ごとに行なわれる。そして、次の測定を行なう場合には、ゲート端子190に電位Vgを印加することでTFT100、200をオン状態にしてコンデンサ110、210の電位を放電させる。そして、再びコンデンサ110、210に電位Vsを充電して測定を行なう。
ここで、第1の光検出部および第2の光検出部の配置について、図17〜図19を用い、光検出部の配置例1〜光検出部の配置例3として以下に説明する。なお、実施形態などで説明した構成は同符号をつけて説明を省略する。
(光検出部の配置例1)
第1の光検出部および第2の光検出部の配置例1を図17に沿って説明する。図17は、第1の光検出部および第2の光検出部の配置例1を示す概略の平面図である。図17に示すように、アレイ基板ARには、外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)、DA(d)を有し、複数の画素400が配設された表示領域DAが設けられている。表示領域DAの外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)には、外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)のそれぞれに沿って第2の光検出部10bが配設されてる。そして、第2の光検出部10bの外側(表示領域DAと反対側)には、第2の光検出部10bに沿ってほぼ並列に第1の光検出部10aが配設されている。なお、第1の光検出部10a及び第2の光検出部10bは、上述した3つの外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)に沿って設けられる配置に限らず、外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)のうちの少なくとも一つの外周縁に沿って設けられていればよい。
本配置例1の構成によれば、表示領域DAに近接した位置での光検出ができるため、検出の精度を高めることが可能となる。また、第1の光検出部10aと第2の光検出部10bとを並べて配置することで、第1の光センサ(図示せず)と第2の光センサ(図示せず)の特性ばらつきを抑えることが可能となり、さらに検出の精度を高めることができる。
なお、第1の光検出部10a及び第2の光検出部10bは、外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)に沿って第1の光検出部10aが配設され、第1の光検出部10aの外側に沿って第2の光検出部10bが配設されてもよく、同等の効果を有する。
(光検出部の配置例2)
第1の光検出部および第2の光検出部の配置例2を図18に沿って説明する。図18は、第1の光検出部および第2の光検出部の配置例2を示す概略の平面図である。図18に示すように、アレイ基板ARには、外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)、DA(d)を有し、複数の画素400が配設された表示領域DAが設けられている。表示領域DAの外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)には、外周縁DA(a)、DA(b)、DA(c)のそれぞれに沿って、第1の光検出部10aと第2の光検出部10bとが交互に配設されている。なお、図18で示す第1の光検出部10aと第2の光検出部10bとの数は一例であり、それぞれの数は問わない。
本配置例2の構成によれば、表示領域DAに近接した位置での光検出ができるため、検出の精度を高めることが可能となる。また、第1の光検出部10aと第2の光検出部10bとを交互に配置することで、第1の光センサ(図示せず)と第2の光センサ(図示せず)に照射される光量のばらつきを抑え、第1の光センサと第2の光センサの劣化ばらつきを減らすことが可能となる。
(光検出部の配置例3)
第1の光検出部および第2の光検出部の配置例3を図19に沿って説明する。図19は、第1の光検出部および第2の光検出部の配置例3を示す概略の平面図である。図19に示すように、アレイ基板ARには、複数の画素400が配設された表示領域DAが設けられている。それぞれの画素400の一部分(本例では、中央の端部)には、第1の光検出部10a、又は第2の光検出部10bが配設されている。なお、画素400の列、又は行において、画素400ごとに第1の光検出部10aと第2の光検出部10bとが交互に配置されていることが好ましい。また、第1の光検出部10a、及び第2の光検出部10bは、それぞれの画素400の一つずつに双方が設けられていてもよい。
本配置例3の構成によれば、第1の光検出部10a、及び第2の光検出部10bが画素400の一部分に配設されてるため、第1の光センサ(図示せず)と第2の光センサ(図示せず)は、表示領域に照射される光量をそのまま検出できる。従って、前述の配置例1、2の効果に加え、更に検出精度を高めることが可能となる。
半透過型液晶表示装置1000の平面図。 アレイ基板の1画素分の平面図。 図2のIII−III線における断面図。 光量検出装置1の構成を示すブロック図。 第1の光検出回路LS1、第2の光検出回路LS2の回路構成図。 第1、第2の光検出部を示し、(a)は第1の光検出回路LS1、(b)は第2の光検出回路LS2の模式断面図。 入射光量Lに対する光電流Iの関数を示す図。 入射光量Lに対する光電流Iの関数を示す図。 光電流の補正に係るフローチャートを示す図。 光劣化補正係数Kと光劣化率Dに関する測定データを示す図。 減光手段の構成例1を示す回路構成図。 第1の出力信号と第2の出力信号との測定比率を示すグラフ。 減光手段の構成例2を示す回路構成図。 減光手段の構成例3を示す回路構成図。 コンデンサの電位の時間変化を示す図。 光電流の補正に係るフローチャートを示す図。 第1の光検出部および第2の光検出部の配置例1を示す概略の平面図。 第1の光検出部および第2の光検出部の配置例2を示す概略の平面図。 第1の光検出部および第2の光検出部の配置例3を示す概略の平面図。
符号の説明
1…光量検出装置、10a…第1の光検出部、10b…第2の光検出部、20…光センサ読み取り部、21…劣化係数演算部、22…光劣化率演算部、23…メモリ回路、24…光信号出力部、100…薄膜トランジスタ(TFT)、110…コンデンサ、200…薄膜トランジスタ(TFT)、210…コンデンサ、250…カラーフィルタ、400…画素、1000…液晶表示装置、Ia(L)、Iaa(L)、Ib(L)、Ibb(L)…光電流、K…光劣化補正係数、D…光劣化率、L…入射光量、LS1…第1の光検出回路、LS2…第2の光検出回路、DA…表示領域、S…光量信号、Sa…第1の出力信号、Sb…第2の出力信号。

Claims (18)

  1. 基板上に各画素に対応してスイッチング素子を備えた表示領域を有する表示装置であって、
    第1の光センサを備えた第1の光検出部と、第2の光センサを備えた第2の光検出部と、光センサ読み取り部とを有し、前記第1の光検出部と前記第2の光検出部とで検出した光量を光量信号として出力する光量検出装置と、
    平面視で、前記第1の光センサ又は前記第2の光センサの少なくとも一方に重なる領域に形成され、前記第1の光センサへの入射光量と前記第2の光センサへの入射光量を異ならせるように、前記第1の光センサへの入射光量又は前記第2の光センサへの入射光量の少なくとも一方を完全に遮光しない範囲で減少させる減光手段と、を備え、
    前記第1の光検出部は、前記第1の光センサに入射された入射光に基づく第1の出力信号を前記光センサ読み取り部に出力する第1の光検出回路を有し、
    前記第2の光検出部は、前記第2の光センサに入射された入射光に基づく第2の出力信号を前記光センサ読み取り部に出力する第2の光検出回路を有し、
    前記光センサ読み取り部は、
    前記第1の出力信号と前記第2の出力信号との比率である測定比率を演算し、前記測定比率と、あらかじめ測定された初期状態の前記測定比率である初期比率と、の比率である光劣化補正係数を演算する劣化係数演算部と、
    前記光劣化補正係数に基づいて、前記第1又は第2の出力信号の光劣化率を導出する光劣化率演算部と、
    前記光劣化率に基づいて前記第1又は第2の出力信号を初期状態の光量信号となるように補正して出力する光信号出力部と、を備えている表示装置。
  2. 請求項1に記載の表示装置において、
    前記減光手段は、
    前記第1の光センサに入射する光量を低減させる第1の減光手段と、
    前記第2の光センサに入射する光量を低減させる第2の減光手段と、を有し、
    前記第2の減光手段による入射光の低減率は、前記第1の減光手段による入射光の低減率より大きい表示装置。
  3. 請求項2に記載の表示装置において、
    前記第1の減光手段と前記第2の減光手段とは、相対分光透過率が等しい表示装置。
  4. 請求項1に記載の表示装置において、
    前記減光手段は、前記第1の光センサ、又は前記第2の光センサに入射する光の一部を遮光する遮光部材を有している表示装置。
  5. 請求項4に記載の表示装置において、
    前記減光手段は、前記第1の光センサ、又は前記第2の光センサに入射する光を減光する減光部材と前記遮光部材とを有している表示装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記光劣化率演算部は、前記光劣化補正係数と前記光劣化率とを対応させたルックアップテーブルを備えている表示装置。
  7. 請求項6に記載の表示装置において、
    前記光劣化率演算部は、前記光劣化補正係数が前記ルックアップテーブルに含まれない場合に、前記ルックアップテーブル上の前記光劣化補正係数を用いた補間計算により前記光劣化率を導出する表示装置。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記第1の光センサ、及び前記第2の光センサが薄膜トランジスタであり、前記薄膜トランジスタの両端に印加する電圧を充電するコンデンサを有している表示装置。
  9. 請求項8に記載の表示装置において、
    前記第1及び第2の出力信号は、光電流量又は前記コンデンサへの電荷の充放電による
    電圧降下時間により求められている表示装置。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記劣化係数演算部は、前記第1及び第2の出力信号を対数変換して前記光劣化補正係数を演算し、
    前記光劣化率演算部は、対数の前記光劣化補正係数と対数の前記光劣化率とを対応させたルックアップテーブルを参照して、前記劣化係数演算部から出力された前記対数の光劣化補正係数から前記対数の光劣化率を取得し、
    前記光信号出力部は、前記対数の光劣化率で対数の前記第1又は第2の出力信号を補正した後に、補正された前記対数の第1又は第2の出力信号を実数に戻して出力する表示装置。
  11. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記表示領域に電気光学物質層を備えている表示装置。
  12. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記第1の光検出部と前記第2の光検出部は、それぞれ前記表示領域の外周縁に沿って少なくとも1辺に並列に配置される表示装置。
  13. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記第1の光検出部と前記第2の光検出部は、それぞれ前記表示領域の外周縁に沿って少なくとも1辺に交互に配置される表示装置。
  14. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記第1の光検出部と前記第2の光検出部は前記画素内の一部分に配設されている表示装置。
  15. 請求項12乃至請求項14のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記第1の光センサの大きさの合計と、前記第2の光センサの大きさの合計は等しい表示装置。
  16. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の表示装置において、
    前記減光手段はカラーフィルタあるいは偏光板あるいは位相差板である表示装置。
  17. 請求項4又は5に記載の表示装置において、
    前記遮光部材はブラックマトリクスである表示装置。
  18. 第1の光センサと、第2の光センサと、光センサ読み取り部と、光信号出力部と、平面視で、前記第1の光センサ又は前記第2の光センサの少なくとも一方に重なる領域に形成され、前記第1の光センサへの入射光量と前記第2の光センサへの入射光量とを異ならせるように、前記第1の光センサへの入射光量又は前記第2の光センサへの入射光量の少なくとも一方を完全に遮光しない範囲で減少させる減光手段とを有し、
    前記光センサ読み取り部は、
    前記第1の光センサに入射された入射光に基づく第1の出力信号と前記第2の光センサに入射された入射光に基づく第2の出力信号との比率である測定比率を演算し、前記測定比率と、初期状態の前記測定比率である初期比率とに基づいて、前記第1又は第2の出力信号の光劣化率を導出するルックアップテーブルを備え、
    前記光信号出力部は、
    前記光劣化率に基づいて前記第1又は第2の出力信号を補正して出力する表示装置。
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