JPWO2006117956A1

JPWO2006117956A1 - 液晶表示装置

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Publication number: JPWO2006117956A1
Application number: JP2007514519A
Authority: JP
Inventors: 加藤　浩巳; 浩巳加藤; 和泉　良弘; 良弘和泉; 前田　和宏; 和宏前田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-12-18
Also published as: US20090066897A1; US7898619B2; CN100573245C; CN101180565A; WO2006117956A1

Abstract

アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、液晶表示パネルをアクティブマトリクス基板側から照明するバックライトとを備える液晶表示装置において、アクティブマトリクス基板のガラス基板１８上の周辺領域に、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０を配置する。第１の光センサ１０は、液晶表示装置の外部の光と、アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光とが入射するように形成する。第２の光センサ２０は、アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光のみが入射するように形成する。また、第２の光センサ２０は、外部の光から遮光する。例えば、第２の光センサ２０の上面に遮光膜２８を形成する。

Description

本発明は、光センサを備えた液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置として、周囲の光（以下、「外光」と称す。）の強度を検出するため、いわゆる環境センサ（以下「アンビエントセンサ」という。）を備えたものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。このような液晶表示装置では、検出された外光の強度に応じて、バックライトからの光の強度が調整される。

具体的には、透過型液晶表示装置の場合、屋外など明るい環境下ではバックライトの光強度を高くし、夜間や室内など比較的暗い環境下ではバックライトの光強度を低くしている。このため、アンビエントセンサを備えた液晶表示装置によれば、画面の視認性の向上や、低消費電力化及び長寿命化が実現される。アンビエントセンサを備えた液晶表示装置は、特に、屋外に持ち出して使用する機会が多い携帯端末装置（例えば、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機器等）の表示装置として有用である。

アンビエントセンサの例としては、フォトダイオードやフォトトランジスタといった光センサが挙げられる。液晶表示装置への光センサの搭載は、表示パネル上に、ディスクリート部品によって提供された光センサを実装することによって行うことができる（例えば、特許文献３参照。）。また、近年においては、部品点数の削減による製造コストの低下や、表示装置の小型化を図るため、表示パネルを構成しているアクティブマトリクス基板にモノリシックに光センサを形成する試みもなされている（例えば、特許文献４参照。）。この場合、光センサは、アクティブ素子（ＴＦＴ）の形成プロセスを利用して形成される。

ここで、図５を用いて、光センサを搭載した液晶表示装置の構成について説明する。図５は、従来の光センサを搭載した液晶表示装置の概略構成を示す図である。図５においては、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの概略構成が示されている。

図５に示すように、液晶表示パネルは、アクティブマトリクス基板１０１と対向基板１０３とで液晶層１０２を挟み込んで構成されている。アクティブマトリクス基板１０１において液晶層１０２と接する領域は表示領域である。表示領域には、複数の画素がマトリクス状に配置されている。画素は、アクティブ素子と画素電極とを備えている。また、光センサ１０４は、表示領域の周辺の領域（以下「周辺領域」という。）に、アクティブ素子の形成プロセスを利用して、モノリシックに形成されている。

アクティブマトリクス基板１０１の裏面側（アクティブ素子が形成されていない側）には、バックライトが配置されている。図５の例では、バックライトは、サイドライト方式のバックライトであり、主に、導光板１０８と、光源１０５とを備えている。光源１０５は、蛍光ランプ１０６とランプリフレクタ１０７とで構成されている。また、導光板１０８の下面及び側面（図示せず）には、反射シート１０９が貼付されている。更に、導光板１０８の上面（出射面）には、拡散シート１１０とプリズムシート１１１とが順に貼付されている。

光源１０５から出射された光は、導光板１０８の内部で反射され、導光板１０８の上面（出射面）から出射される。導光板１０８の出射面から出射された光は、先ず、拡散シート１１０に入射し、拡散する。これにより、輝度ムラの低減が図られる。更に、拡散シート１１０を通過した光は、プリズムシート１１１によって屈折し、出射面の法線に略平行な平行光となって、アクティブマトリクス基板１０１、液晶層１０２、及び対向基板１０３を順に通過する。

また、このとき、バックライトの制御装置（図５において図示せず）は、光センサ１０４によって検出された外光の強度に応じて、バックライトの光源１０５が出射する光の強度を調整する。このため、図５に示す液晶表示装置を用いれば、画面の視認性の向上を図ることができ、また低消費電力化や長寿命化を実現できる。
特開平４−１７４８１９号公報特開平５−２４１５１２号公報特開２００２−６２８５６号公報（第１２図−第１４図）特開２００２−１７５０２６号公報（第１２図）

しかしながら、従来の液晶表示装置において、導光板１０８の出射面から出射され、プリズムシート１１１を通過した光は完全な平行光ではない。このため、図５に示すように、導光板１０８から出射した光の一部は、液晶層１０２に入射せずに、アクティブマトリクス基板１０１の両主面において界面反射を繰り返し、迷光１１２となる。

更に、迷光１１２は、上記図５の例のように、光センサ１０４がアクティブマトリクス基板にモノリシックに形成されている場合、光センサ１０４に入射することがある。このような場合、迷光１１２は、光センサ１０４にとってノイズとなり、光センサ１０４における外光の検出精度を低下させてしまう。また、この結果、液晶表示装置においては、画面の輝度調整を適切に行うのが困難になる。

本発明の目的は、上記問題を解消し、外光を検出する際の検出精度の低下を抑制し得る液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライトとを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、第１の光センサ及び第２の光センサを備え、前記第１の光センサは、当該液晶表示装置の外部の光と、前記アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光とが入射するように形成され、前記第２の光センサは、前記アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光が入射するように形成され、且つ、前記外部の光から遮光されていることを特徴とする。

以上の構成により、本発明における液晶表示装置においては、第１の光センサには外光と迷光との両方の光が入射するが、第２の光センサには迷光のみが入射するため、第２の光センサからは迷光に基づく信号のみが出力される。このため、本発明における液晶表示装置によれば、ノイズ成分を除いた外光の強度のみを特定する信号を簡単に取り出すことができ、外光を検出する際の検出精度の低下を抑制できる。

図１は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１に示したアクティブマトリクス基板に形成されているアクティブ素子の構成を示す断面図である。図３は、図１に示した第１の光センサ及び第２の光センサの具体的構成を示す断面図である。図４は、図１に示した検出装置の回路構成を示す回路図である。図５は、従来の光センサを搭載した液晶表示装置の概略構成を示す図である。

本発明における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライトとを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、第１の光センサ及び第２の光センサを備え、前記第１の光センサは、当該液晶表示装置の外部の光と、前記アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光とが入射するように形成され、前記第２の光センサは、前記アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光が入射するように形成され、且つ、前記外部の光から遮光されていることを特徴とする。

上記本発明における液晶表示装置においては、前記第１の光センサと前記第２の光センサとが、前記アクティブマトリクス基板の表示領域の外縁からの距離が互いに同一となるように、前記表示領域の周辺の領域に配置されているのが好ましい。この場合、第１の光センサによる外光の検出精度の向上を図ることができる。また、この場合において、前記表示領域が矩形状を呈しているのであれば、更なる検出精度の向上の点から、前記第１の光センサと前記第２の光センサとが、前記表示領域の外縁を形成する四辺の一つに沿って配列されているのが好ましい。

また、上記本発明における液晶表示装置においては、前記アクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されていても良い。

上記本発明における液晶表示装置は、第１の検出回路と、第２の検出回路と、比較回路とを更に備え、前記第１の検出回路は、前記第１の光センサが出力した信号を検出し、前記第１の光センサに入射した光の強度に応じた第１の電圧信号を出力し、前記第２の検出回路は、前記第２の光センサが出力した信号を検出し、前記第２の光センサに入射した光の強度に応じた第２の電圧信号を出力し、前記比較回路は、前記第１の電圧信号と前記第２の電圧信号との差分値に基づいて、当該表示装置が前記外部の光の強度を特定するための信号を出力する態様とすることができる。この態様によれば、精度の高い輝度調整を行うことができる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における液晶表示装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。先ず、本実施の形態における液晶表示装置の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の全体構成を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板１と対向基板３との間に液晶層２を挟みこんで形成した液晶表示パネルと、バックライト４０とを備えている。アクティブマトリクス基板１において液晶層２と接触する領域は表示領域である。表示領域には、図示していないが、アクティブ素子と画素電極とを備えた複数の画素がマトリクス状に形成されている。また、表示領域は矩形状を呈している。

アクティブマトリクス基板１の液晶層２側の基板面において、表示領域の周辺の領域（以下「周辺領域」という。）には、水平駆動回路（ソースドライバ）４と垂直駆動回路（ゲートドライバ）５とが搭載されている。水平駆動回路４又は垂直駆動回路５を構成するＴＦＴは、アクティブ素子（図２参照）の形成工程を用いて、アクティブマトリクス基板１のベース基板（ガラス基板）上にモノリシックに形成されている。なお、「ガラス基板上にモノリシックに形成される」とは、物理的プロセスおよび／または化学的プロセスにより、ガラス基板上に直接に素子が形成されることを意味し、半導体回路がガラス基板に実装されることを含まない意である。

更に、アクティブマトリクス基板１には、ＦＰＣ６を介して外部基板７が接続されている。外部基板７には、ＩＣチップ８及びＩＣチップ９が実装されている。ＩＣチップ９は、表示装置内部で使用される電源電圧を発生させる基準電源回路を備えている。ＩＣチップ８は、水平駆動回路４及び垂直駆動回路５の制御を行うための制御回路を備えている。本実施の形態１において、外部基板７には、ＩＣチップ８及びＩＣチップ９以外のＩＣチップを実装することもできる。

バックライト４０は、背景技術において図５に示したバックライトと同様に、導光板と光源とを備えている。バックライト４０は、液晶表示パネルをアクティブマトリクス基板１側から照明している。本実施の形態において、バックライト４０は、直下方式及びサイドライト方式のいずれの方式を採用するバックライトであっても良い。また、バックライト４０の光源は特に限定されず、光源としては、例えば、蛍光ランプ、発光ダイオードが挙げられる。

また、外光の強度を検出するため、アクティブマトリクス基板１は、液晶層２側の基板面における周辺領域に、第１の光センサ１０、第２の光センサ２０及び検出装置３０を備えている。本実施の形態において、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０は、後述の図３に示すように、アクティブ素子の形成工程を用いて、アクティブマトリクス基板１のベース基板（ガラス基板）上にモノリシックに形成されている。

図２は、図１に示したアクティブマトリクス基板に形成されているアクティブ素子の構成を示す断面図である。図２に示すように、本実施の形態において、アクティブ素子５０は、ガラス基板１８上に形成されたシリコン膜５１と、その上層に配置されたゲート電極５８とを備えている。ガラス基板１８は、アクティブマトリクス基板１のベース基板である。図２において、ガラス基板１８についてはハッチングを省略している。

図２の例では、シリコン膜５１の形成は、ガラス基板１８上にシリコン膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法によるレジストパターンの形成、レジストパターンをマスクとしたエッチングを実施することによって行われている。このとき成膜するシリコン膜は、アモルファスシリコン膜よりも電荷移動度が速いシリコン膜、例えばポリシリコン膜、低温ポリシリコン膜、又はＣＧ（連続粒界結晶）シリコン膜等であるのが好ましい。これは、本実施の形態においては、水平駆動回路４及び垂直駆動回路５をガラス基板１８上にモノリシックに形成するためである。

また、図２の例では、アクティブ素子５０はｎ型のＴＦＴである。シリコン膜５１には、ＴＦＴのソース又はドレインとなるｎ型の半導体領域５１ａ及び５１ｃが形成されている。ｎ型の半導体領域５１ａ及び５１ｃの形成は、ヒ素等のｎ型の不純物のイオン注入によって行われている。５１ｂは、ＴＦＴのチャネルとなるチャネル領域を示している。

ゲート電極５８とシリコン膜５１との間には、第１の層間絶縁膜５６が介在している。第１の層間絶縁膜５６のゲート電極５８の直下にある部分は、ゲート絶縁膜として機能している。図２の例では、第１の層間絶縁膜５６の形成は、シリコン膜５１の形成後に、ＣＶＤ法によってシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を成膜することによって行われている。また、ゲート電極５８の形成は、第１の層間絶縁膜５６の上にＣＶＤ法等によってシリコン膜等の導電膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法によるレジストパターンの形成、レジストパターンをマスクとしたエッチングを実施することによって行われている。

第１の層間絶縁膜５６の上には、ゲート電極５８を被覆するように第２の層間絶縁膜５７が形成されている。第２の層間絶縁膜５７の形成は、ゲート電極５８の形成後に、第１の層間絶縁膜５６と同様に、ＣＶＤ法によってシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を成膜することによって行われている。

更に、第１の層間絶縁膜５６及び第２の層間絶縁膜５７を貫通するようにコンタクトプラグ５２及び５３が形成されている。コンタクトプラグ５２及び５３の形成は、第１の層間絶縁膜５６及び第２の層間絶縁膜５７を貫通するコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内にタングステン等の導電材料を充填することによって行われている。第２の層間絶縁膜５７の上には、コンタクトプラグ５２又は５３に接続される電極パターン５４及び５５も形成されている。電極パターン５４及び５５の形成は、第２の層間絶縁膜５７の上に、導電膜を成膜し、これをフォトリソグラフィとエッチングによってパターニングすることによって行われている。

ところで、上述したように、本実施の形態において、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０は、アクティブマトリクス基板１にモノリシックに形成される。従って、迷光（図５参照）が発生した場合、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０に迷光が入射する可能性がある。このため、本実施の形態では、第２の光センサ２０を外光から遮光することによって、迷光の強度を特定している。また、検出装置３０によって、第１の光センサ１０の出力信号と、第２の光センサ２０の出力信号とを比較し、第１の光センサ１０の出力信号から迷光によるノイズ成分を除去している。

ここで、図３及び図４を用いて、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０の具体的構成と、検出装置３０の回路構成及び機能とについて説明する。図３は、図１に示した第１の光センサ及び第２の光センサの具体的構成を示す断面図である。図３において、左半分は第１の光センサ１０を示し、右半分は第２の光センサ２０を示している。

図３に示すように、本実施の形態において、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０は、共にＰＩＮ型のフォトダイオードである。第１の光センサ１０は、ガラス基板１８上に形成されたシリコン膜１１を備えている。シリコン膜１１には、ｐ型の半導体領域（ｐ層）１１ａ、真性半導体領域（ｉ層）１１ｂ、及びｎ型の半導体領域（ｎ層）１１ｃが形成されている。同様に、第２の光センサ２０は、ガラス基板１８上に形成されたシリコン膜２１を備えている。シリコン膜２１にも、ｐ層２１ａ、ｉ層２１ｂ、及びｎ層２１ｃが形成されている。

また、第１の光センサ１０の上面には、第１の層間絶縁膜１６と第２の層間絶縁膜１７とが順に積層されている。同様に、第２の光センサの上面にも、第１の層間絶縁膜２６と第２の層間絶縁膜２７とが順に積層されている。更に、光センサ１０のｐ層１１ａは、コンタクトプラグ１２によって電極パターン１４に接続され、光センサ１０のｎ層１１ｂは、コンタクトプラグ１３によって電極パターン１５に接続されている。同様に、光センサ２０のｐ層２１ａは、コンタクトプラグ２２によって電極パターン２４に接続され、光センサ２０のｎ層２１ｂは、コンタクトプラグ２３によって電極パターン２５に接続されている。

更に、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０の構成部材は、図２に示したアクティブ素子５０の構成部材と同一のプロセスによって形成されている。この点について、具体的に説明する。第１の光センサ１０のシリコン膜１１と、第２の光センサ２０のシリコン膜２１とは、図２に示したアクティブ素子５０のシリコン膜５１と同一のシリコン膜である。第１の光センサ１０のシリコン膜１１と、第２の光センサ２０のシリコン膜２１とは、アクティブ素子５０のシリコン膜５１の形成工程により、シリコン膜５１と同時に形成される。

また、シリコン膜１１のｎ層１１ｃ及びｐ層１１ａ、シリコン膜２１のｎ層２１ｃ及びｐ層２１ａは、アクティブ素子５０（図２参照）や、水平駆動回路４、垂直駆動回路５（図１参照）のｐ型又はｎ型の半導体領域の形成工程（イオン注入工程）によって形成される。例えば、シリコン膜１１のｎ層１１ｃ及びシリコン膜２１のｎ層２１ｃは、図２に示したアクティブ素子５０の半導体領域５１ａ及び５１ｃの形成工程（イオン注入工程）によって形成できる。アクティブ素子５０の半導体領域５１ａ及び５１ｃが、注入条件の異なる複数回のイオン注入によって行われる場合は、この中から、ｎ層１１ｃ及びｎ層２１ｃの形成に最適なイオン注入が選択される。

なお、シリコン膜１１のｉ層１１ｂや、シリコン膜２１のｉ層２１ｂは、ｎ層１１ｃ及び２１ｃ、ｐ層１１ａ及び２１ａよりも電気的に中性であれば良い。具体的には、ｉ層１１ｂ及びｉ層２１ｂは、これらの不純物濃度が、ｎ層１１ｃ及び２１ｃの不純物濃度及びｐ層１１ａ及び２１ａの不純物濃度より薄くなるように形成する。例えば、ｉ層１１ｂ及びｉ層２１ｂは、イオン注入時にｉ層１１ｂ及びｉ層２１ｂの形成領域にマスクを設けることによって、又は成膜されたシリコン膜が電気的に中性でない場合は、ｉ層１１ｂ及びｉ層２１ｂの形成領域にイオン注入を行うことによって形成できる。また、イオン注入を行う場合は、アクティブ素子５０や、水平駆動回路４、垂直駆動回路５の形成時に行われるイオン注入工程の中から、最適な条件のものを選択し、それを利用できる。

更に、第１の光センサ１０を被覆する第１の層間絶縁膜１６と、第２の光センサ２０を被覆する第１の層間絶縁膜２６とは、共に、図２に示したアクティブ素子５０の第１の層間絶縁膜５６と同一の絶縁膜である。これらは、アクティブ素子５０の第１の層間絶縁膜５６の成膜工程を用いて形成されている。同様に、第２の層間絶縁膜１７と第２の層間絶縁膜２７も、図２に示したアクティブ素子５０の第２の層間絶縁膜５７と同一の絶縁膜である。これらも、図２に示したアクティブ素子５０の第２の層間絶縁膜５７の成膜工程を用いて形成されている。

このように、本実施の形態において、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とは、同一の形成工程によって形成された共通の構成を有している。但し、第２の光センサ２０においては、第１の光センサ１０と異なり、第２の層間絶縁膜２７の上に遮光膜２８が形成されている。このため、第２の光センサ２０のｉ層２１ｂには、外光が入射しないようになっている。よって、第１の光センサ１０は、外光と迷光との両方に反応して信号（起電流）を出力するが、第２の光センサ２０は迷光のみに反応して信号（起電流）を出力する。第１の光センサ１０の出力信号と第２の光センサ２０の出力信号とは、共に、図４に示す検出装置３０に入力される。

本実施の形態において、遮光膜２８は、ｉ層２１ｂへの外光の入射を妨げるものであれば良く、その形状や形成材料は特に限定されるものではない。遮光膜２８としては、例えば、非透明性のテープや、樹脂、インク等が挙げられる。また、本発明においては、遮光膜２８以外の部材によって、ｉ層２１ｂへの外光の入射を妨げる態様とすることもできる。例えば、液晶表示パネルのフレームやカバー等によって、ｉ層２１ｂへの外光の入射を妨げる態様としても良い。

図４は、図１に示した検出装置の回路構成を示す回路図である。図４に示すように、検出装置３０は、第１の検出回路３１と、第２の検出回路３２と、比較回路３３とを備えている。第１の検出回路３１は第１の光センサ１０の陰極に接続され、第２の検出回路３２は第２の光センサ２０の陰極に接続されている。比較回路３３は、コンパレータ７０を備えている。また、第１の検出回路３１及び第２の検出回路３２それぞれは、コンパレータ７２の入力端子に接続されている。

第１の光センサ１０の陽極、及び第２の光センサ２０の陽極は、電源電位Ｖ_ＤＤに接続されており、バイアス電圧が印加されている。よって、第１の光センサ１０は、外光及び迷光のうち少なくとも一方が入射した場合に、第１の検出回路３１へと起電流Ｉ_ＰＨ１（出力信号）を出力する。一方、第２の光センサ２０は、迷光が入射した場合にのみ、第２の検出回路３２へと起電流Ｉ_ＰＨ２（出力信号）を出力する。

第１の検出回路３１は、容量６１と、センシング用スイッチ６２と、リフレッシュ用スイッチ６３とを備えている。容量６１は、第１の光センサ１０に直列に接続されており、第１の光センサが起電流Ｉ_ＰＨ１を出力すると電荷を蓄積する。これにより、容量６１の両極間には、蓄積された電荷量に応じた電圧が発生する。この結果、第１の光センサ１０と容量６１とを接続する配線から分岐した出力配線６４を介して、起電流Ｉ_ＰＨ１の大きさに応じた、即ち、第１の光センサ１０に入射した光の強度に応じた電圧信号が出力される。電圧信号は、コンパレータ７２に入力される。

センシング用スイッチ６２は、第１の光センサ１０と容量６１との間に、これらと直列に接続されている。リフレッシュ用スイッチ６３は、容量６１に並列に接続されている。第１の検出回路３１において、リフレッシュ用スイッチ６３をオン、センシング用スイッチ６２をオフにして（図１において破線で示した状態）、容量６１のリセットが行われる。また、リフレッシュ用スイッチ６３をオフ、センシング用スイッチ６２をオンにして、検出が行われる。

第２の検出回路３２は、第１の容量６５と、第２の容量６９と、センシング用スイッチ６６と、第１のリフレッシュ用スイッチ６７と、第２のリフレッシュ用スイッチ７０とを備えている。このうち、第１の容量６５、センシング用スイッチ６６、及び第１のリフレッシュ用スイッチ６７は、第１の検出回路３１と同様の回路を構成している。よって、第２の光センサ２０が起電流Ｉ_ＰＨ２を出力すると、第２の光センサ２０と第１の容量６６とを接続する配線から分岐した出力配線６８を介して、第２の光センサ２０に入力した光の強度に応じた電圧信号が出力される。出力配線６８はコンパレータ７２の入力端子に接続されている。

また、第２の検出回路３２において、出力配線６８には、第２の容量６９が直列に設けられている。更に、第２の容量６９とコンパレータ７２の入力端子との間で出力配線６８から分岐した分岐配線７０は、第２のリフレッシュ用スイッチ７１を介して、基準電位Ｖ_ｒｅｆに接続されている。第２のリフレッシュ用スイッチ７１をオンにすると、第２の容量６９に電荷が蓄積され、容量６９の両極間の電圧はＶ_ｒｅｆとなる。

よって、センシング用スイッチ６６をオン、第１のリフレッシュ用スイッチ６７及び第２のリフレッシュ用スイッチ７１をオフにして検出を行うと、第２の検出回路３２からは、電圧レベルが「起電流Ｉ_ＰＨ２による電圧＋Ｖ_ｒｅｆ」の電圧信号が出力される。つまり、第２の検出回路３２は、基準電圧Ｖ_ｒｅｆに、第２の光センサ２０に入射した光の強度に応じた電圧を上乗せした電圧を、コンパレータ７２へと出力している。

また、コンパレータ７２は、第１の検出回路３１から入力された電圧信号と、第２の検出回路３２から入力された電圧信号とを比較し、比較結果に応じて、論理レベルハイ又は論理レベルローの信号を出力する。言い換えると、コンパレータ７２は、第１の光センサ１０に入射した光の強度に応じた電圧信号と第２の光センサ２０に入射した光の強度に応じた電圧信号との差分値が、予め設定された基準値（基準電圧Ｖ_ｒｅｆ）より大きくなっているかどうかを判定している。この差分値は、迷光によるノイズが取り除かれた外光の強度のみに基づく電圧信号に対応する。また、コンパレータ７２は、差分値が基準値より大きくなると、論理信号の論理レベルを切替える。

更に、コンパレータ７２が出力した信号は、例えば、デジタル信号生成回路に入力される。デジタル信号生成回路は、第１の検出回路３１から電圧信号が出力された時から、コンパレータ７２による論理信号の切替えが行われるまでの時間をカウントし、カウント値をデジタル信号に変換する。このとき、光センサに入射した光の強度が高い程、カウント値は低くなる。バックライト４０の制御装置（図示せず）は、このデジタル信号に基づいてバックライトの輝度調整を行う。

このように、本実施の形態における液晶表示装置は、第２の光センサ２０を用いることで、外光検出用の第１の光センサ１０が出力した信号から、迷光によるノイズ成分を除去している。このため、本実施の形態における液晶表示装置によれば、迷光による外光の検出精度の低下を抑制することができる。

また、一般に、光センサは、起電流として、光励起によって発生する光電流と、光入射量に依存しない暗電流とを出力している。更に、光センサは、光電流と暗電流の電流値が、共に、周囲の温度に応じて変動するという温度依存性を持っている。また、光センサにおける検出精度の点においては、光電流の温度依存性よりも、暗電流の温度依存性の方が支配的であり、暗電流の温度補償を行うことが重要である。

ところで、本実施の形態において、迷光によって生じた起電流（光電流）の温度変動は、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とにおいて略同一となる。また、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とは、図３に示したように同一の構成を備えているため、両者が出力する暗電流の電流値は略同一となる。更に、このとき両者から出力される暗電流の温度変動も両者において略同一となる。このため、本実施の形態における液晶表示装置によれば、迷光による誤差の補償に加え、暗電流による誤差の補償や温度依存性の補償も行うことができる。

更に、本実施の形態において、外光の検出精度の向上の点からは、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０に入射する迷光の強度は、同一となるのが好ましい。具体的には、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とは、アクティブマトリクス基板１の表示領域の外縁からの距離が互いに同一となるように、周辺領域に配置されているのが好ましい。また、バックライト４０の出射光の指向性は、画面の垂直方向と水平方向とで異なる場合がある。よって、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とは、表示領域の外縁を形成する四辺の一つに沿って配列されているのが好ましい。

このことから、本実施の形態においては、図１に示すように、第１の光センサ１０と表示領域の外縁との距離Ｌ_１と、第２の光センサ２０と表示領域の外縁との距離Ｌ_２とは、同一に設定されている。また、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とは、同じ辺の側に配置されている。

また、図１の例では、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とは、表示領域の一の辺の両端に配置され、両者の間にゲートドライバ５が配置されているが、本発明はこの例に限定されるものではない。本発明においては、第１の光センサ１０と第２の光センサ２０とが隣接し、両者の間に他の回路やチップが配置されていない態様であっても良い。

なお、本実施の形態においては、第１の光センサ１０及び第２の光センサ２０として、フォトダイオードを例示しているが、本発明において、第１の光センサ及び第２の光センサは、フォトダイオードに限定されるものではない。本発明においては、フォトダイオード以外の光センサ、例えば、フォトトランジスタ等を用いることもできる。また、本発明において、第１の光センサ及び第２の光センサは、アクティブマトリクス基板にモノリシックに形成されていなくても良い。本発明は、アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光が入射する光センサを備えた液晶表示装置であれば、問題なく適用できる。

本発明の液晶表示装置は、光センサを搭載して、外光の強度に応じて画面の輝度を調節する液晶表示装置に有用であり、産業上の利用可能性を有するものである。

Claims

アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライトとを備える液晶表示装置であって、
前記アクティブマトリクス基板は、液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、第１の光センサ及び第２の光センサを備え、
前記第１の光センサは、当該液晶表示装置の外部の光と、前記アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光とが入射するように形成され、
前記第２の光センサは、前記アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光が入射するように形成され、且つ、前記外部の光から遮光されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記第１の光センサと前記第２の光センサとが、前記アクティブマトリクス基板の表示領域の外縁からの距離が互いに同一となるように、前記表示領域の周辺の領域に配置されている請求項１に記載の液晶表示装置。
前記表示領域が矩形状を呈し、
前記第１の光センサと前記第２の光センサとが、前記表示領域の外縁を形成する四辺の一つに沿って配列されている請求項２に記載の液晶表示装置。
前記アクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第２の光センサにおける前記アクティブマトリクス基板側の反対側に、遮光膜が形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
第１の検出回路と、第２の検出回路と、比較回路とを更に備え、
前記第１の検出回路は、前記第１の光センサが出力した信号を検出し、前記第１の光センサに入射した光の強度に応じた第１の電圧信号を出力し、
前記第２の検出回路は、前記第２の光センサが出力した信号を検出し、前記第２の光センサに入射した光の強度に応じた第２の電圧信号を出力し、
前記比較回路は、前記第１の電圧信号と前記第２の電圧信号との差分値に基づいて、当該液晶表示装置が前記外部の光の強度を特定するための信号を出力する請求項１に記載の液晶表示装置。