KR100667666B1

KR100667666B1 - 광센서, 광센서 출력 처리 방법, 표시 장치 및 전자 기기

Info

Publication number: KR100667666B1
Application number: KR1020050046173A
Authority: KR
Inventors: 도쿠로 오자와
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2007-01-12
Also published as: CN1705135A; US20050269486A1; JP2005345286A; KR20060046323A; US7268337B2; CN100424881C

Abstract

본 발명은 표시 패널과 같은 기판 위에 2치적(値的)인 값으로 출력이 가능한 광센서를 형성하는 것을 과제로 한다.

수광 광량에 따른 전류가 흐르도록 역(逆) 바이어스 된 포토다이오드(112)와, 포토다이오드(112)의 애노드의 전압 레벨을 논리 반전하는 인버터 회로(114)를 갖고, 수광 광량의 검출 전에 포토다이오드(112)의 애노드 및 인버터 회로(114)의 입력단인 노드(P)를 인버터 회로(114)의 임계값 전압 Vth로 초기화하고, 이 초기화 완료 후에 노드(P)를 소정 전압만큼 저하시켜, 상기 저하 후에 인버터 회로(114, 116)에 의한 논리 신호가 논리 반전할 때까지의 기간을 수광 광량에 따른 값으로서 출력한다.

광센서, 표시 장치, 전자 기기, 인버터 회로, 포토다이오드

Description

광센서, 광센서 출력 처리 방법, 표시 장치 및 전자 기기{OPTICAL SENSOR, OUTPUT PROCESSING METHOD OF OPTICAL SENSOR, DISPLAY DEVICE, AND ELECTRONIC APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 표시 패널의 전체 구성을 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 표시 패널의 전체 구성을 나타내는 평면도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 구성을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 동작을 설명하기 위한 각 부(部)의 전압 파형도.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 동작을 나타내는 도면.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 동작을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 동작을 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 동작을 나타내는 도면.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 동작을 나타내는 도면.

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광센서를 적용한 광센서의 동작을 설명하기 위한 각 부의 전압 파형도.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광센서의 구성을 나타내는 도면.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광센서에서의 제어 신호(S1, S2, S3)의 출력을 나타내는 도면.

도 13은 광센서를 적용한 표시 패널을 갖는 휴대 전화를 나타내는 도면.

도 14는 광센서를 적용한 표시 패널을 갖는 디지털 스틸 카메라를 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 표시 패널

10 : 광센서

40 : 제어 회로

50 : 화소 영역

52 : 프레임

112 : 포토다이오드

114, 116 : 인버터 회로

118 : 기준 전압원

122 : 스위치(제 1 스위치)

126 : 스위치(제 2 스위치)

130 내지 133 : 용량 소자

1100 : 휴대 전화

1200 : 디지털 스틸 카메라

본 발명은 포토다이오드와 같은 수광 소자의 출력을 판독하는 기술에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화나 개인용 휴대 단말(Personal Digital Assistance) 등의 전자 기기에, 액정 소자나 유기 EL(Electronic Luminescence) 소자 등을 매트릭스 형상으로 배열시킨 표시 패널이 널리 사용되고 있다. 이 표시 패널은 밝은 상태부터 어두운 상태까지 다양한 환경 하에서 사용된다. 이 때문에, 외광에 관계없이 표시 소자의 밝기나 화질이 일정하면 어떤 조건에서는 보기 쉽지만, 다른 조건에서는 매우 보기 힘들다. 그래서, 이러한 표시 패널에서는 외광의 광량을 검출하는 동시에, 그 검출 결과에 맞추어 밝기나 화질 등의 표시 화상을 제어하는 것이 바람직하다고 생각된다.

이러한 제어에 있어서, 광량의 검출에는 포토다이오드와 같은 수광 소자가 사용되지만, 수광 소자를 표시 패널과는 별체로 설치하면, 전자 기기에서 수광 소자를 실장하는 스페이스가 더 필요해지거나, 전자 기기의 외장부(外裝部)에 외광을 검출하기 위한 개구부를 설치할 필요가 생기거나 하는 등의 문제가 발생한다.

이 문제를 해소하는 대책으로서는, 표시 패널의 화소를 스위칭하는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하, 적절하게「TFT」라고 약칭함)와 공통 프로세스에 의해 수광 소자를 형성하여 표시 패널 자체에서 외광을 검출하는 기술이 고려된다.

이 기술에서는, 노이즈가 출력선에 혼입하여 광량 검출의 정밀도를 저하시키므로 출력선에 나타나는 노이즈를 검출하는 동시에, 검출한 노이즈를 반전하여 출력선에 공급함으로써, 상기 출력선에 나타나는 노이즈를 상쇄하는 기술도 제안되고 있다(특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본국 특개평 9-82931호 공보(도 1 참조)

그러나, 상기 기술에서는 모든 출력이 아날로그이기 때문에, 그 후의 처리가 용이하지 않다는 문제가 있었다. 이 문제를 해소하기 위해서는, 수광 소자의 출력을 A/D 변환하면 된다고 생각하지만, A/D 컨버터를 TFT로 구성하는 것은 용이하지 않다. 이 때문에, A/D 컨버터를 표시 패널과는 별체로 설치하지 않으면 안되며, 결국, 표시 패널 자체에서 외광을 검출한다는 당초의 목적을 달성할 수 없다.

또한, 표시 패널은 일광(日光) 하에서와 같이 매우 밝은 상태(약 10만룩스)부터 색이 시인(視認)될 수 있는 정도의 매우 어두운 상태(약 10룩스)까지 사용된 다. 이 때문에, 표시 패널에 형성되는 광센서에는 수광 광량의 검출 범위가 매우 넓은 것이 요구된다.

본 발명은 상술한 배경을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은 표시 패널과 같은 기판 위에 용이하게 형성하는 것이 가능하고, 2치적인 값으로 출력이 가능한 광센서, 광센서 출력 처리 방법, 표시 장치 및 전자 기기를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광센서는 일단과 타단 사이에서 수광 광량에 따른 전류가 흐르는 수광 소자와, 상기 수광 소자의 일단에서의 전압과 소정의 임계값 전압을 비교하여, 그 비교 결과에 의거하여 논리 신호를 출력하는 콤퍼레이터와, 수광 광량의 검출 전에, 상기 수광 소자의 일단을 상기 임계값 또는 그 근방 전압으로 초기화하는 초기화 회로와, 상기 초기화의 완료 후에, 상기 수광 소자의 일단을 미리 정해진 소정 전압만큼 변위시키는 전압 변위 회로를 구비하고, 상기 전압 변위 회로에 의한 전압 변위 후, 상기 콤퍼레이터에 의한 논리 신호가 논리 반전할 때까지의 기간이 수광 광량에 따른 값으로서 나타나는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의하면, 수광 소자의 일단은 초기화기간에서 콤퍼레이터의 임계값 전압 또는 그 근방 전압으로 초기화된 후, 소정 전압만큼 변위된다. 이 후, 수광 소자의 일단에서의 전압은 수광 광량에 따른 전류에 의해 변화되므로, 다시 콤퍼레이터의 임계값 전압에 도달하게 된다. 이 때의 전압 변화는 수광 소자에 흐르는 전류에 대응하므로, 수광 소자의 일단 전압이 임계값 전압에 도달할 때까지의 시간은 수광 광량에 따른 것으로 된다.

이 광센서에 있어서, 상기 콤퍼레이터는 상기 수광 소자의 일단에서의 전압을 상기 임계값을 경계로 논리 반전하는 인버터 회로인 구성으로 해도 좋다. 또한, 상기 초기화 회로는 상기 인버터 회로의 입력단과 출력단 사이를 단락(短絡)시킴으로써, 상기 수광 소자의 일단을 상기 임계값 또는 그 근방 전압으로 초기화하는 제 1 스위치인 구성으로 해도 좋다. 인버터 회로나 스위치는 TFT로 구성할 수 있다.

또한, 광센서에 있어서, 수광 광량의 검출 범위가 넓은 경우에는, 첫 번째로, 상기 전압 변위 회로는 상기 소정 전압을 복수 중에서 어느 하나를 선택 가능하게 하는 구성이 바람직하다.

한편, 상기 광센서에 있어서, 상기 전압 변위 회로는 일단이 상기 수광 소자의 일단에 접속된 용량 소자와, 수광 광량의 검출 전에, 상기 용량 소자의 타단에 제 1 전압을 인가하고, 상기 초기화의 완료 후에, 상기 용량 소자의 타단에 상기 제 1 전압과는 다른 제 2 전압을 인가하는 제 2 스위치를 포함하는 구성으로 해도 좋다. 용량 소자는 TFT의 제조 프로세스를 이용하여 형성될 수 있고, 또한, 스위치는 TFT 자체로 구성될 수 있다.

여기에서, 수광 광량의 검출 범위가 넓은 경우에는, 두 번째로, 상기 전압 변위 회로는 상기 용량 소자를 복수 중에서 어느 하나를 선택 가능하게 하는 구성도 또한 바람직하다. 특히, 상기 수광 소자의 일단의 전압이 상기 전압 변위 회로에 의한 전압 변위 후로서 미리 정해진 기간 내에 상기 임계값 전압에 도달하지 않 은 경우에, 상기 전압 변위 회로는 보다 작은 용량 사이즈의 용량 소자를 선택하도록 전환하는 구성이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 수광 광량에 따라 적절한 감도 조정이 행해지게 된다.

그리고, 표시 장치로서는 상기 어느 하나의 광센서와, 상기 수광 소자의 근방에서 화상을 표시하는 표시 패널과, 상기 용량 소자의 선택 상태를 나타내는 데이터(또는 콤퍼레이터에 의해 출력되는 논리 신호)에 따라 표시 화상을 제어하는 제어 회로를 갖는 구성이 바람직하다. 또한, 전자 기기로서는, 이러한 표시 장치를 갖는 구성이 바람직하다.

또한, 본 발명은 광센서 뿐만아니라 광센서의 출력 처리 방법으로서도 개념화할 수 있다.

이하, 본 발명의 각 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

<제 1 실시예>

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광센서를 포함하는 표시 패널의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에서, 광센서(10)는 수광 광량에 따른 신호 Out를 출력하는 것이다. 상세한 것에 대해서는 후술하지만, 본 실시예에서는 수광 광량이 많을수록 신호 Out의 펄스 폭이 짧아지도록 구성되어 있다.

이 광센서(10)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 화소 영역(50)의 외측 가장자리를 구획하는 프레임(차광층, 52)의 바로 아래에 설치된다. 그리고, 광센서(10)의 수광면은 프레임(52)이 개구된 부분에 설치된다.

또한, 화소 영역(50)이란, 화소가 매트릭스 형상으로 배열되는 영역이다.

여기에서, 표시 패널(1)이 액정 패널이라고 상정하면, 화소는 이미 알고 있는 바와 같이 주사선과 데이터선(모두 도시 생략)의 교차에 대응하여 설치되고, 주사선이 선택되었을 시에 데이터선과 화소 전극 사이에서 온(on)하는 TFT와, 화소 전극과 대향 전극(공통 전극)에 의하여 액정을 사이에 협지(挾持)한 액정층으로 구성되지만, 그 상세에 대해서는 본 발명과 특별히 관계 없으므로 설명을 생략한다.

제어 회로(40)는 화소 영역(50)에서의 각 화소의 계조를 나타내는 데이터(Data)를 신호(Out)에 따라 화상 처리하여 구동 회로(60)에 공급하거나, 백라이트(도시 생략) 등의 보조 광원의 휘도를 조정하거나 하는 것 외에, 광센서(10)에 후술하는 제어 신호 Ini 등을 공급하는 것이다. 또한, 제어 회로(40)는 클록 펄스(clock pulse)를 발생하는 동시에, 후술하는 바와 같이 상기 클록 펄스 수를 카운트하는 기능도 겸비한다.

구동 회로(60)는 상술한 주사선 및 데이터선의 각각을 구동하는 회로를 총칭한 것이다. 상세하게는, 구동 회로(60)는 주사선을 순차적으로 선택하는 주사선 구동 회로와, 선택된 주사선에 위치하는 화소에 대하여 계조에 따른 전압의 데이터 신호를 데이터선을 통하여 공급하는 데이터선 구동 회로로 구성되지만, 그 상세에 대해서는, 본 발명과 특별히 관계 없으므로 설명을 생략한다.

다음에, 광센서(10)의 상세 구성에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드(112)의 캐소드는 전원의 고위측 전압 Vdd이 공급되는 급전선에 접속되는 한편, 포토다이오드(112)의 애노드는 인버터 회로(114)의 입력단, 스위치(122)의 일단, 용량 소자(130)의 일단 및 스위치(128)의 일단에 각각 접속되어 있다. 여기에서, 상술한 바와 같이, 포토다이오드(112)의 수광면은 프레임(52)의 개구 부분을 통하여 입사한 광(光)을 수광 하도록 설치되어 있다. 이 포토다이오드(112)는, 예를 들면, PIN형으로서 화소를 스위칭하는 TFT와 공통 프로세스에 의해 형성된다.

인버터 회로(114)는 전압(Vdd-Gnd)을 전원으로 하는 p채널형 TFT와 n채널형TFT의 상보형 구성으로서, 공통 게이트가 입력단이고, 공통 드레인이 출력단으로 되어 있다. 인버터 회로(114)의 출력단은 상기 인버터 회로(114)와 동일 구성의 인버터 회로(116)의 입력단에 접속되어 있다. 그리고, 인버터 회로(116)의 출력단에 나타나는 신호 Out로서 출력되는 구성으로 되어 있다.

인버터 회로(116)의 출력단은 스위치(124)의 일단에도 접속되어 있다. 스위치(124)의 타단은 전압의 기준인 전위 Gnd(전압 제로)에 접지되어 있다. 이 스위치(124)는 제어 회로(40, 도 1 참조)로부터 공급되는 제어 신호 Set가 H레벨인 경우에만 온되는 것이다.

이 스위치(124)에 의해, 신호 Out의 전압 레벨은 제어 신호 Set가 L레벨인 경우에는 인버터 회로(116)의 입력단(인버터 회로(114)의 입력단)에 의해 결정되는 한편, 제어 신호 Set가 H레벨인 경우에는 인버터 회로(116)의 입력단의 전압에 관계없이 강제적으로 L레벨로 된다.

한편, 인버터 회로(114)의 출력단은 인버터 회로(116)의 입력단 외에, 스위치(122)의 타단에도 접속되어 있다. 여기에서, 스위치(122)는 제어 회로(40)로부 터 공급되는 제어 신호 Ini가 H레벨로 되면 온되고, 제어 신호 Ini가 L레벨로 되면 오프(off)되는 것이다.

또한, 용량 소자(130)의 타단은 스위치(126)의 공통 출력단에 접속되어 있다. 여기에서, 스위치(126)는 쌍투(雙投) 스위치로서, 제어 신호 Set가 L레벨인 경우에는 도면에서 실선으로 나타나는 위치를 취하여 전위 Gnd를 선택하는 한편, 제어 신호 Set가 H레벨인 경우에는 전압 Vset을 공급하는 기준 전압원(118)의 정극 단자를 선택한다. 기준 전압원(118)의 부극(負極) 단자의 전위 Gnd에 접지되어 있다.

또한, 스위치(128)의 타단은 전위 Gnd에 접지되어 있다. 이 스위치(128)는 제어 회로(40)로부터 공급되는 제어 신호 Wt가 H레벨인 경우에만 온되는 것이다.

설명의 편의상, 포토다이오드(112)의 애노드(인버터 회로(114)의 입력단, 스위치(122, 128) 및 용량 소자(130)의 각 일단)를 노드(P)라고 한다. 상술한 바와 같이, 광센서(10)는 표시 패널(1)에 형성되므로, 노드(P)에는 적지 않은 용량, 특히 인버터 회로(114)의 게이트 용량이 기생한다. 여기에서, 이 기생 용량을 도 3에서 부호 136으로 나타내기로 한다.

다음에, 광센서(10)의 동작에 대해서 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

우선, 제어 회로(40)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 타이밍 t1에서 제어 신호 Ini, Set를 함께 H레벨로 하여 초기화 기간으로 한다. 제어 신호 Ini가 H레벨로 됨으로써 스위치(122)가 온되므로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 인버터 회로(114)의 입력단과 출력단이 단락 상태로 된다. 이 때문에, 노드(P)는 (Vdd-Gnd)를 거의 절 반으로 분압한 전압, 즉, 인버터 회로(114)의 임계값 전압 Vth로 된다. 이것에 의해, 초기화 기간의 직전에서 기생 용량(136)에 의해 유지된 전압은 임계값 전압 Vth로 초기화되게 된다.

또한, 스위치(122)의 온에 의해 인버터 회로(114)의 출력 전압이 임계값 전압 Vth로 되지만, 초기화 기간에서는 제어 신호 Set도 H레벨로 되므로, 스위치(124)가 온되는 결과, 출력 신호 Out는 L레벨에 상당하는 전위 Gnd로 확정된다.

한편, 제어 신호 Set가 H레벨로 됨으로써, 스위치(126)가 기준 전압원(118)의 정극 단자를 선택하므로, 용량 소자(130)의 타단에는 전압 Vset이 인가된다.

또한, 도 4에서, 신호 파형은 도시하지 않았지만, 광량 검출하는 경우, 제어 회로(40)는 제어 신호 Wt를 L레벨로 하므로, 스위치(128)는 오프로 된다.

다음에, 제어 회로(40)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 타이밍 t2에서 제어 신호 Ini를 L레벨로 변화시키는 한편, 제어 신호 Set를 H레벨로 유지한다. 이 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 스위치(122)가 오프된다. 용량 소자(130)의 타단은 전압 Vset으로 유지되므로, 노드(P)는 상기 용량 소자(130) 및 기생 용량(136)에 의해 초기화 시의 임계값 전압 Vth로 유지된다.

계속하여, 제어 회로(40)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 타이밍 t3에서 제어 신호 Set도 L레벨로 변화시킨다. 이 때문에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 스위치(124)가 오프되므로, 이 후, 신호 Out의 논리 레벨은 노드(P)의 전압에 의존하게 된다.

여기에서, 노드(P)의 전압을 검토한다. 우선, 제어 신호 Set가 L레벨로 됨 으로써, 도 7에 나타낸 바와 같이, 스위치(126)가 전위 Gnd를 선택하므로 용량 소자(130)의 타단은 전압 Vset으로부터 접지 전위 Gnd로 떨어진다.

여기에서, 스위치(122)는 이미 오프로 되어 있으므로, 노드(P)는 용량 소자(130)의 타단에서의 전압 강하분을 용량 소자(130)와 기생 용량(136)의 용량비에 따라 분배한 분만큼 저하되게 된다. 상세하게는, 용량(130)의 타단에 서의 전압 강하분은 (Vset-Gnd)이므로, 노드(P)는 임계값 전압 Vth로부터 (Vset-Gnd)·Ca/ (Ca+Cb)만큼 전압 저하되게 된다. 또한, Ca, Cb는 각각 기생 용량(136), 용량 소자(130)의 각 용량 사이즈이다.

따라서, 제어 신호 Set가 L레벨로 변화된 직후에서는, 노드(P)의 전압은 반드시 임계값 전압 Vth보다도 낮은 상태로 된다.

초기화 기간에서, 제어 신호 Set가 H레벨로 된 시점으로부터 출력 신호 Out는 L레벨로 변화되고, 제어 신호 Set가 L레벨로 복귀한 직후에서 노드(P)의 전압은 임계값 전압 Vth보다도 낮으므로, 타이밍 t3 직후에서 출력 신호 Out는 L레벨을 유지하게 된다.

한편, 포토다이오드(112)에는 도 8에 나타낸 바와 같이, 수광 광량에 따른 전류가 용량 소자(130) 및 기생 용량(136)을 충전하면서 흐르는 결과, 노드(P)는 전압 저하된 포인트로부터 전압 Vdd을 향하여 상승하게 된다.

또한, 엄밀하게 말하면, 제어 신호 Ini가 L레벨로 되어 스위치(122)가 오프 된 시점으로부터 노드(P)에서의 전압 상승이 개시되지만, 제어 신호 Set만이 H레벨로 되는 기간은 실제로는 무시할 수 있을 정도로 짧게 설정되므로, 상기 기간에서 는 상술한 바와 같이, 노드(P)가 임계값 전압 Vth로 유지되는데는 지장이 없다.

노드(P)가 전압 상승되어 인버터 회로(114)의 임계값 전압 Vth를 초과하면, 인버터 회로(114)의 출력단이 L레벨로 되고, 이것이 인버터 회로(116)에 의해 재반전되므로 신호 Out는 H레벨로 된다.

이 때, 포토다이오드(112)에는 수광 광량이 많으면 많을수록 전류가 많이 흐르므로, 노드(P)는 전압 상승률이 높아지는 결과, 타이밍 t3으로부터 신호 Out가 H레벨로 변화되는 타이밍까지의 기간이 그만큼 짧아진다.

타이밍 t3에서의 노드(P)의 전압 강하는 전압 Vset과 상기 용량비로 정해져 일정하므로, 타이밍 t3으로부터 신호 Out가 H레벨로 변화될 때까지의 기간은 포토다이오드(112)로의 수광 광량에 대응하게 된다.

따라서, 제어 회로(40)는, 예를 들면, 제어 신호 Set를 L레벨로 변화시키고나서 신호 Out가 H레벨로 변화될 때까지의 기간 내에 포함되는 클록 펄스 수를 카운트하는 동시에, 상기 카운트 결과를 구하는 구성에 의해 포토다이오드(112)로의 수광 광량에 따른 정보를 취득할 수 있다.

그리고, 제어 회로(40)는 이 수광 광량에 따른 정보에 의거하여 표시 패널(1)에서의 데이터(Data)에 대한 화상 처리나, 백라이트와 같은 보조 광원의 휘도 조정 등을 실행하여 사용 환경에 따라 표시 화면의 적절한 제어를 실행한다.

또한, 제어 신호 Set가 H레벨로 되는 타이밍 t1에서 신호 Out가 L레벨로 변화되므로, 제어 신호 Set가 H레벨로 되는 타이밍 t1로부터 t3까지의 기간을 일정(또는 그 기간을 이미 알고 있음)하게 하면, 신호 Out가 L레벨로 되는 펄스 폭을 포 토다이오드(112)로의 수광 광량에 대응하는 값으로서 취급할 수도 있다.

또한, 광센서(10)에서 광량을 검출하지 않아도 되는 경우, 예를 들면, 스탠바이 모드(standby mode)와 같은 경우, 제어 회로(40)는 제어 신호 Wt만을 H레벨로 한다. 제어 신호 Wt가 H레벨로 되면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 스위치(128)가 온되므로, 노드(P)가 전위 Gnd로 고정되는 결과, 인버터 회로(114, 116)의 TFT에 의한 스위칭에 의해 소비되는 전력을 억제할 수 있게 된다.

이러한 광센서(10) 중, 인버터 회로(114, 116), 스위치(122, 124, 126, 128)는 모두 TFT 등으로 구성될 수 있다. 또한, 용량 소자(130)는 TFT의 제조 프로세스를 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 용량 소자(130)는 저저항화시킨 반도체층과 열산화막과 도전층의 적층 구조로 구성할 수 있다. 또한, 포토다이오드(112)는 상술한 바와 같이, TFT의 프로세스를 이용하여 제조된다.

따라서, 표시 패널(1)에 있어서, 화소 영역(50)과 공통 프로세스를 이용하여 동일한 기판 위에 형성하는 것이 가능해 진다.

또한, 본 실시예에서는 수광 광량에 따른 전류(또는 전압)의 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하여 나타내는 것이 아니라 수광 광량을 전압 변화로 치환하고, 또한, 그 전압 변화를, 타이밍 t3으로부터 신호 Out가 H레벨로 변화될 때까지의 2치적인 값으로 나타나는 기간으로서 구하기 때문에, A/D 컨버터를 필요로 하지 않은 이상 간이한 구성으로 실현 가능해진다.

또한, 이러한 광센서(10)에 의한 광량 검출은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 일정한 주기로 실행함으로써, 환경 변화에 따른 적절한 제어가 반복하여 가능해진다.

또한, 상술한 실시예에서는 초기화 기간에 노드(P)를 임계값 전압 Vth로 초기화했지만, 임계값 전압의 근방 전압이어도 좋다. 요는, 노드(P)가 타이밍 t3 후에 다시 임계값 전압 Vth를 초과하는 것이면 좋다. 또한, 노드(P)가 타이밍 t3에서 전압 상승되고, 그 후, 수광 광량에 따라 전압이 저하되도록 구성해도 좋다.

그러나, 상술한 제 1 실시예에서는 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 노드(P)는 타이밍 t3에서의 전압 ΔV의 강하 후, 포토다이오드(112)로의 수광 광량이 적어짐에 따라서, a→b→c→d→e와 같이 완만해진다.

따라서, 예를 들면, 수광 광량이 매우 적은 경우, 예를 들면, 도 10의 (a)에서 부호 e로 나타나는 경우, 검출 기간 내에 있어서, 노드(P)가 임계값 전압 Vth를 넘지 않은 상태가 발생하여 수광 광량에 따른 정보를 취득할 수 없게 되어 버린다.

반대로, 수광 광량이 매우 많은 경우, 예를 들면, 도 10의 (a)에서 부호 a로서 나타나는 경우, 노드(P)가 타이밍 t3 후, 즉시 임계값 전압 Vth를 넘어 버린다. 이 경우, 타이밍 t3으로부터 노드(P)가 임계값 전압 Vth를 넘을 때까지의 기간이 클록 펄스의 주기보다도 짧으면, 마찬가지로 수광 광량에 따른 정보를 취득할 수 없게 되어 버린다.

이와 같이, 수광 광량에 따른 정보를 취득할 수 없게 되는 것을 방지하는 대책으로서는, 기준 전압원(118)이 전압 Vset으로서 복수의 전압을 준비하는 동시에, 제어 회로(40)가 신호 Out의 상태에 따라 복수 전압 중 어느 하나를 선택하는 구성으로 하는 것이 고려된다. 상세하게는, 수광 광량이 매우 적기 때문에 검출 기간의 종료시에 여전히 신호 Out가 L레벨인 경우, 제어 회로(40)는 전압 Vset으로서 1 단계 낮은 전압을 선택하는 한편, 수광 광량이 매우 많기 때문에 노드(P)의 전압이 타이밍 t3 후, 즉시 임계값 전압 Vth를 넘어 버려 클록 펄스 수의 카운트 결과가 제로인 경우에는 전압 Vset로서 1단계 높은 전압을 선택하는 구성이 고려된다.

상술한 바와 같이, 타이밍 t3에서의 노드(P)의 전압 저하분은 용량 소자(130)의 타단에서의 전압 강하분을 용량 소자(130)와 기생 용량(136)의 용량비에 따라 분배한 분이다. 따라서, 전압 Vset을 복수 중에서 선택하여 전환하는 구성은, 환언하면, 용량 소자(130)의 타단에서의 전압 강하분을 복수 중에서 선택하는 구성으로 된다.

전압 Vset으로서 1단계 낮은 전압이 선택되면, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 타이밍 t3에서의 노드(P)의 전압 강하분은 ΔV₁로 되고, ΔV보다도 작아지므로, 수광 광량이 적기 때문에 타이밍 t3 후에서의 노드(P)의 전압 상승이 완만해지는 경우라도 검출 기간 내에 노드(P)가 임계값 전압 Vth를 넘기는 것이 가능해진다.

또한, 전압 Vset으로서 1단계 높은 전압이 선택되면, 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이, 타이밍 t3에서의 노드(P)의 전압 강하분은 ΔV₂로 되고, ΔV보다도 커지므로, 수광 광량이 많기 때문에 타이밍 t3후에서의 노드(P)의 전압 상승이 급격해지는 경우라도 노드(P)가 임계값 전압 Vth를 넘는 타이밍을 그만큼 지연시킬 수 있다. 이 때문에, 타이밍 t3으로부터 신호 Out가 H레벨로 될 때까지의 기간 내에 포함되는 클록 펄스 수의 카운트 결과를 제로보다도 크게 하여 유의시킬 수 있게 된 다.

이러한 구성에서는, 타이밍 t3으로부터 신호 Out가 H레벨로 될 때까지의 기간과 함께 전압 Vset으로서 어느 하나의 전압을 선택하고 있을지를 나타내는 정보도 수광 광량에 따른 정보가 된다.

<제 2 실시예>

그러나, 상술한 바와 같이, 신호 Out의 상태에 따라 복수 전압 중 어느 하나를 전압 Vset으로서 선택하는 구성에서는, 다른 복수의 전압을 미리 준비하지 않으면 안되며, 전원 회로(전압 생성 회로, 도시 생략)의 구성이 복잡해지는 것이 고려된다. 여기에서, 수광 광량에 따른 정보를 취득할 수 없게 되는 것을 방지하면서 전압 Vset이 한 종류로 완료되는 광센서를 제 2 실시예로서 설명한다.

도 11은 제 2 실시예에 따른 광센서(10)의 구성을 나타낸 도면이다.

도 11에 나타낸 광센서(10)는 도 3에서의 용량 소자(130)를 영역(Q)으로 나타나는 부분으로 치환한 것으로서, 다른 부분에 대해서는 동일하다. 여기에서, 이 상이 부분에 대해서만 설명한다.

영역(Q)에서는, 용량 소자(131, 132, 133)의 각 일단이 각각 노드(P)에 공통 접속되어 있다. 이 용량 소자(131, 132, 133)의 용량 사이즈를 각각 C1, C2, C3이라고 하면, 이들의 용량비는 1:2:4로 되어 있다.

용량(131, 132, 133)의 각 타단은 각각 스위치(141, 142, 143)의 일단에 각각 접속되는 한편, 스위치(141, 142, 143)의 각 타단은 스위치(126)의 일단에 공통 접속되어 있다.

여기에서, 스위치(141, 142, 143)는 각각 제어 회로(40)로부터 공급되는 제어 신호(S1, S2, S3)가 H레벨인 경우에 온되고, L레벨인 경우에 오프되는 것이다.

제 2 실시예에서, 제어 회로(40)는 제어 신호(S1, S2, S3)의 출력 상태를 도 12에 나타낸 내용을 참조하여 다음과 같이 결정한다. 즉, 제어 회로(40)는 검출 기간의 종료시에 여전히 신호 Out가 L레벨인 경우, 현시점에서의 출력 상태로부터 1단계 낮은(도 12에서는 상(上)방향) 상태로 변경하여 용량 소자로서 사용하는 용량 사이즈를 감소시키는 한편, 예를 들면, 클록 펄스 수의 카운트 결과가 제로인 경우(또는 별도 설정되는 임계값 이하의 경우)에는, 현시점에서의 출력 상태로부터 1단계 높은(도 12에서는 하(下)방향) 상태로 변경하여 용량 소자로서 사용하는 용량 사이즈를 증가시킨다.

이러한 구성에서는, 신호(S1, S2, S3)는 수광 광량이 어느 레인지(range)에 존재하는지를 나타내는 정보로서, 타이밍 t3으로부터 신호 Out가 H레벨로 될 때까지의 기간은 그 레인지에서 어느 정도의 값인가를 나타내는 정보로서 사용할 수 있다. 환언하면, 신호(S1, S2, S3)를 상위 비트로 하고, 타이밍 t3으로부터 신호 Out가 H레벨로 될 때까지의 기간을 나타내는 정보(예를 들어, 상기 카운트 결과)를 하위 비트로 한 데이터 전체를 수광 광량을 나타내는 정보로서 사용할 수 있다. 따라서, 세밀한 검출 정밀도가 요구되지 않는다면, 신호(S1, S2, S3)만을 수광 광량을 나타내는 정보로서 표시 패널(1)의 제어로 사용해도 좋다.

상술한 바와 같이, 타이밍 t3에서의 노드(P)의 전압 저하분은 (Vset-Gnd)·Ca/ (Ca+Cb)으로 나타나지만, 제 2 실시예에서는 용량 소자로서 사용하는 용량 사 이즈 Ca가 제어 신호(S1, S2, S3)의 상태에 따라 증감하므로, 전압 Vset을 일정하게 한 상태에서 노드(P)의 전압 저하분을 제어할 수 있다.

또한, 제 2 실시예에서 용량 사이즈 Ca의 증감에 의해 타이밍 t3 후에서의 전압 상승률도 변화된다. 즉, 수광 광량에 따른 전류가 포토다이오드(112)에 흐를 때, 상기 전류는 용량 소자(131, 132, 133) 중, 제어 신호(S1, S2, S3)가 H레벨인 것에 대응하는 합성 용량과 기생 용량(136)을 충전하므로, 상기 합성 용량이 감소됨에 따라 노드(P)가 임계값 전압 Vth로부터 상승하는 율이 높아지고, 반대로, 상기 합성 용량이 증가됨에 따라 노드(P)가 임계값 전압 Vth로부터 상승하는 율이 낮아진다.

따라서, 제 2 실시예에서는 수광 광량이 적은 경우, 타이밍 t3에서의 노드(P)의 전압 강하분을 작게하는 동시에, 타이밍 t3 후에서의 노드(P)의 전압 상승률을 높이는 동작이 실행된다. 반대로, 수광 광량이 많은 경우, 타이밍 t3에서의 노드(P)의 전압 강하분을 크게 하는 동시에, 타이밍 t3 후에서의 노드(P)의 전압 상승률을 낮추는 동작이 실행된다.

이 때문에, 수광 광량의 검출 범위가 지수대수적으로 넓은 경우라도, 제 2 실시예에서는, 상기 수광 광량을 적절하게 검출할 수 있다.

또한, 신호(S1, S2, S3)가 모두 L레벨이면 용량 사이즈가 제로로 되고, 타이밍 t3에서 노드(P)가 임계값 전압 Vth로부터 저하되지 않으므로, 도 12에서 신호(S1, S2, S3)가 모두 L레벨인 상태는 제외되어 있다.

<전자 기기>

다음에, 상술한 실시예에 따른 전기 광학 장치를 전자 기기에 사용한 예에 대해서 설명한다.

도 13은 상술한 표시 패널(1)을 표시부에 적용한 휴대 전화의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 13에서, 휴대 전화(1100)는 복수의 조작 버튼(1102) 외에, 수화구(1104), 송화구(1106)와 함께 표시부로서, 상술한 광센서(10)를 포함하는 표시 패널(1)을 구비하는 것이다.

이러한 구성에 의하면, 표시 패널(1)에 광센서(10)를 만들어 넣을 수 있으므로, 별도의 개구부나 수광 소자를 설치하기 위한 실장 스페이스가 불필요해질 뿐만아니라, 보다 정확하게 수광 광량을 검출할 수 있다. 그리고, 검출한 수광 광량에 따라 보다 적절한 표시 화상의 제어가 가능해진다.

다음에, 상술한 표시 패널(1)을 파인더(내장 모니터)에 사용한 디지털 스틸 카메라에 대해서 설명한다.

도 14는 이 디지털 스틸 카메라의 배면을 나타내는 사시도이다. 은염(銀鹽) 카메라는 피사체(被寫體)의 광상(光像)에 의해 필름을 감광시키는 것에 대해, 디지털 스틸 카메라(1200)는 피사체의 광상을 CCD(Charge Coupled Device) 등의 촬상 소자에 의해 광전 변환하여 촬상 신호를 생성·기억하는 것이다. 여기에서, 디지털 스틸 카메라(1200)에서의 케이스(1202)의 배면에는 상술한 표시 패널(1)이 설치된다. 이 표시 패널(1)은 촬상 신호에 의거하여 표시를 행하므로, 피사체를 표시하는 파인더로서 기능하게 된다. 또한, 케이스(1202)의 전면측(도 14에서는 이면 측)에는 광학 렌즈나 CCD 등을 포함한 수광 유닛(1204)이 설치되어 있다.

촬영자가 표시 패널(1)에 표시된 피사체상을 확인하여 셔터 버튼(1206)을 누르면, 그 시점에서의 CCD의 촬상 신호가 회로 기판(1208)의 메모리에 전송·기억된다. 또한, 이 디지털 스틸 카메라(1200)에서 케이스(1202)의 측면에는 외부 표시를 행하기 위한 비디오 신호 출력 단자(1212)와, 데이터 통신용의 입출력 단자 (1214)가 설치되어 있다.

또한, 전자 기기로서는, 도 13의 휴대 전화나, 도 14의 디지털 스틸 카메라 외에도, 텔레비전, 뷰파인더형, 모니터 직시형의 비디오 테이프 리코더, 카 네비게이션 장치, 페이저(pager), 전자 수첩, 전자 계산기, 워드프로세서, 워크스테이션, 텔레비전 전화, POS 단말, 터치 패널을 구비한 기기 등을 들 수 있다. 그리고, 이들의 각종 전자 기기의 표시부로서, 상술한 표시 패널(1)이 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.

또한, 상술한 실시예에서는 표시 패널(1)로서 액정 패널을 예로서 설명했지만, 다른 패널, 예를 들면, 유기 EL 소자나 무기 EL 소자, 필드·에미션(FE) 소자, LED 등의 다른 발광 소자, 또한, 전기 영동 소자, 일렉트로·크로믹 소자 등을 사용한 표시 패널을 이용할 수도 있다.

또한, 직접 화상이나 문자 등을 표시하는 표시 패널에 한정되지 않고, 피감광체에 광을 조사함으로써 간접적으로 화상 또는 문자를 형성하기 위하여 사용되는 인쇄 기기의 광원, 예를 들면, LED 프린터의 라인 헤드에 적용할 수도 있다.

또한, 화소 영역(50)을 복수로 분할하는 동시에, 분할 영역의 각각에 대응하 도록 광센서(10)를 할당하도록 설치하여 각 검출 결과에 따라 대응하는 분할 영역의 화상을 제어하는 구성으로 해도 좋다.

이상의 설명에 따르면, 본 발명은 표시 패널과 같은 기판 위에 용이하게 형성하는 것이 가능하고, 2치적인 값으로 출력이 가능한 광센서, 광센서 출력 처리 방법, 표시 장치 및 전자 기기를 제공할 수 있다.

Claims

일단(一端)과 타단(他端) 사이에서 수광 광량에 따른 전류가 흐르는 수광 소자와,

입력이 상기 수광 소자의 일단에 접속되고, 임계값을 경계로 논리 반전하는 콤퍼레이터(comparator)와,

수광 광량의 검출 전에, 상기 콤퍼레이터를 상기 임계값 또는 그 근방 전압으로 초기화하는 초기화 회로와,

상기 초기화의 완료 후에, 상기 수광 소자의 일단을 미리 정해진 소정 전압만큼 변위시키는 전압 변위 회로를 구비하고,

상기 전압 변위 회로에 의한 전압 변위 후, 상기 콤퍼레이터에 의한 논리 신호가 논리 반전할 때까지의 기간이 수광 광량에 따른 값으로서 나타나는 것을 특징으로 하는 광센서.
제 1 항에 있어서,

상기 콤퍼레이터는 p채널형 트랜지스터와 n채널형 트랜지스터로 이루어지고, 공통 게이트가 입력이며, 공통 드레인이 출력인 것을 특징으로 하는 광센서.
제 1 항에 있어서,

상기 초기화 회로는

상기 입력단 및 출력단 사이를 단락(短絡)시킴으로써, 상기 콤퍼레이터를 상기 임계값 또는 그 근방 전압으로 초기화하는 제 1 스위치인 것을 특징으로 하는 광센서.
제 1 항에 있어서,

상기 전압 변위 회로는

상기 소정 전압을 복수 중에서 어느 하나를 선택 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 광센서.
제 1 항에 있어서,

상기 전압 변위 회로는

일단이 상기 수광 소자의 일단에 접속된 용량 소자와,

수광 광량의 검출 전에, 상기 용량 소자의 타단에 제 1 전압을 인가하고, 상기 초기화의 완료 후에, 상기 용량 소자의 타단에 상기 제 1 전압과는 다른 제 2 전압을 인가하는 제 2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서.
제 5 항에 있어서,

상기 전압 변위 회로는

상기 용량 소자를 복수 중에서 어느 하나를 선택 가능하게 하는 것을 특징으 로 하는 광센서.
제 6 항에 있어서,

상기 수광 소자의 일단의 전압이 상기 전압 변위 회로에 의한 전압 변위 후이며 미리 정해진 기간 내에 상기 임계값 전압에 도달하지 않은 경우에, 상기 전압 변위 회로는 보다 작은 용량 사이즈의 용량 소자를 선택하도록 전환하는 것을 특징으로 하는 광센서.
제 7 항에 기재된 광센서와,

상기 수광 소자의 근방에서 화상을 표시하는 표시 패널과,

상기 용량 소자의 선택 상태를 나타내는 데이터를 입력하고, 상기 데이터에 따라 표시 화상을 제어하는 제어 회로를 갖는 표시 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 광센서와,

상기 수광 소자의 근방에서 화상을 표시하는 표시 패널과,

상기 콤퍼레이터에 의해 출력되는 논리 신호에 따라 표시 화상을 제어하는 제어 회로를 갖는 표시 장치.
제 8 항에 기재된 표시 장치를 갖는 전자 기기.
일단과 타단 사이에서 수광 광량에 따른 전류가 흐르는 수광 소자와,

입력이 상기 수광 소자의 일단에 접속되고, 임계값을 경계로 논리 반전되는 콤퍼레이터를 구비하며,

수광 광량의 검출 전에, 상기 콤퍼레이터를 상기 임계값 또는 그 근방 전압으로 초기화하고,

상기 초기화의 완료 후에, 상기 수광 소자의 일단을 미리 정해진 소정 전압만큼 변위시키고,

상기 전압 변위 회로에 의한 전압 변위 후, 상기 콤퍼레이터에 의한 논리 신호가 논리 반전할 때까지의 기간을 수광 광량에 따른 값으로서 나타내는 것을 특징으로 하는 광센서 출력 처리 방법.
제 9 항에 기재된 표시 장치를 갖는 전자 기기.