KR100896108B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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유타카 사노
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엡슨 이미징 디바이스 가부시키가이샤
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Abstract

광센서에 박막 트랜지스터를 이용하여, 게이트 전극에 편향된 극성의 전압이 인가되는 것에 의한 광센서 소자의 열화를 방지하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
액정 표시 패널과, 액정 표시 패널에 내장된 TFT 광센서를 가지는 광검출부(LS1)와, TFT 광센서의 광리크에 의한 전압을 독취하는 광센서 독취부(Re1)와, 광검출부 및 광센서 독취부를 제어하는 동시에 광센서 독취부의 출력에 의해 백라이트 등(24)을 제어하는 제어 장치(20)를 구비한 액정 표시 장치(1)에 있어서, 광검출부는 TFT 광센서의 소스 전극(SL)에 접속된 소스선과 드레인 전극(DL)에 접속된 드레인선 사이에 스위칭 소자(SW2)가 접속되고, 제어 장치(20)는 TFT 광센서의 게이트 전압을 변화시킬 때에, 스위칭 소자(SW2)를 온 상태로 함으로써, TFT 광센서의 소스선과 드레인선이 공통 전위에 접속된다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판을 투시하여 나타낸 액티브 매트릭스 기판을 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 광검출부 및 광센서 독취부의 등가 회로도이다.
도 3은 도 1의 TFT 기판에 형성된 광검출부의 구조 단면도이다.
도 4는 백라이트 등을 제어하는 제어 장치의 블럭도이다.
도 5는 도 4의 제어 장치의 동작 파형도이다.
도 6은 도 4의 제어 장치에 있어서 게이트 전압의 인가 상태를 변경한 동작 파형도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 관한 액정 표시 장치의 광검출부의 등가 회로도이다.
도 8은 도 7의 회로의 동작 파형도이다.
도 9는 TFT 광센서의 전압 - 전류 곡선의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 TFT 광센서를 이용한 공지된 광검출 회로도이다.
도 11은 밝기가 다른 경우의 도 10에 나타낸 회로도에 있어서 컨덴서의 양단의 전압 - 시간 곡선을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 10의 광검출 회로의 동작 파형도이다.
<부호의 설명>
1 액정 표시 장치
2 액티브 매트릭스 기판(TFT 기판)
10 컬러 필터 기판(CF 기판)
LS1, LS2 광검출부
DL 드레인 전극
GL 게이트 전극
SL 소스 전극
Cw 컨덴서
Cr 홀드용 컨덴서
C1, C2 기생 용량
Re1 광센서 독취부
20 제어 장치
22 비교부
23 스위칭부
24 백라이트 등
25 제어 수단
SW1 ~ SW3 스위칭 소자
본 발명은 액정 표시 패널을 조사하는 조광 수단을 구비한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 외광을 검출하는 광센서를 액정 표시 패널에 내장하고, 이 광센서의 출력에 의해 조광 수단을 제어하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 정보 통신 기기뿐만 아니라 일반의 전기 기기에 있어서도 표시 장치로서 특히 액정 표시 장치가 많이 이용되고 있다. 이 액정 표시 장치는 액정이 비발광재이기 때문에 어두운 장소에서 표시 화상이 보이기 어려워지므로, 백라이트 내지는 사이드라이트 등을 설치하고, 이 백라이트 등을 외광이 어두울 때에 점등시켜 표시 화상을 조사하도록 하고 있다.
그러나, 수동에 의한 백라이트 등의 온/오프 조작은 그때마다 이용자가 외광의 명암을 판단하여 행해야 하기 때문에, 그 온/오프 조작이 지극히 귀찮게 되어, 가끔 밝을 때에도 점등해 버리는 일이 있다. 이와 같은 경우, 예를 들어 휴대 전화기에서는 전지가 빨리 소모해 버리게 된다.
여기서, 이와 같은 과제의 해결책으로서, 액정 표시 패널에 광센서를 내장하고, 이 광센서에 의해서 외광의 명암을 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여 백라이트 등의 온/오프를 제어하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 하기와 같이 특허 문헌 1, 2 참조).
예를 들어, 하기와 같이 특허 문헌 1에 기재된 액정 표시 장치는 액정 표시 패널에 박막 트랜지스터(TFT)로 이루어지는 광검출부를 내장한 것으로, 이 TFT 광센서의 광리크 전류를 검출함으로써 외광의 밝기를 검출하고, 백라이트 등을 자동적으로 온/오프하고 있다. 또, 하기와 같이 특허 문헌 2에 기재된 액정 표시 장치는 외광 조도 검출 센서 및 백라이트 조도 검출 센서를 설치하고 양 센서의 검출 결과에 의해 백라이트 등을 제어하는 것이며, 이러한 센서에는 모두 박막 트랜지스터(TFT)가 이용되고 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특개 2002-131719호 공보(특허 청구의 범위, 단락 [000 6] ~ [0013], 도 1)
[특허 문헌 2] 일본 특개 2000-122575호 공보(단락 [0013] ~ [0016], 도 4)
[특허 문헌 3] 일본 특개 2O01-169190호 공보(단락 [OO53] , [0054], 도 2)
상기 특허 문헌 1, 2의 액정 표시 장치에 내장되는 TFT 광센서는 도 9에 나타낸 바와 같이, 광이 닿지 않을 때는 그 게이트 오프 영역에 있어서 얼마 안되는 누설 전류(암전류)가 흐르고, 또 광이 닿으면 그 광의 세기(밝기)에 따라 큰 누설 전류가 흐르는, 이른바 광리크 특성을 가지고 있다. 이와 같은 특성을 갖는 TFT 센서는 예를 들어 도 1O에 나타내는 광검출 회로(LS)에 내장되어 이용된다. 광검출 회로(LS)는 TFT 광센서의 드레인 전극(DL)과 소스 전극(SL) 사이에 컨덴서(C)가 병렬 접속되고, 소스 전극(SL)과 컨덴서(C) 중 한쪽의 단자가 스위칭 소자(SW)를 통하여 기준 전압원(VS)에 접속되고, 또한 TFT 광센서의 드레인 전극(DL) 및 컨덴서(C) 중 다른쪽의 단자가 접지(GR)된 구성을 가지고 있다.
이 광검출 회로(LS)의 동작은 TFT 광센서의 게이트 전극(GL)에 일정한 역바이어스 전압(GV, 예를 들어 -10V)을 인가해 두고, 스위칭 소자(SW)를 온 하여 일정한 기준 전압원(VS, 예를 들어 +2V)을 컨덴서(C)의 양단에 인가하여 충전하고, 소정 시간 후에 이 스위칭 소자(SW)를 오프로 한다. 이것에 의해, 컨덴서(C)의 양단에는 TFT 광센서의 주위의 밝기에 따르고, 도 11에 나타내는 바와 같이, 시간과 함께 저하하는 소스 전압, 즉 충전 전압이 얻어진다. 따라서, 스위칭 소자(SW)를 오프로 하고 나서 소정 시간 tO 후에 컨덴서(C)의 양단의 충전 전압을 측정하면, 그 전압과 TFT 광센서 주위의 밝기가 반비례하고 있으므로, 이 관계로부터 외광의 밝기를 검출할 수 있다
그러나, 이와 같은 광검출 회로(LS)는 TFT 광센서의 게이트 전극에, 항상 일정한 역바이어스 전압을 인가하고 있으므로, 극성이 편향된 전압이 상시 인가된 상태가 계속되고, TFT의 게이트 전극 부분에 전하가 트랩(trap)되는 현상이 발생한다. 이 때문에, TFT 센서 소자의 열화나 특성의 변화가 일어나고, 센서 감도의 저하를 가져와서 정확한 광검출을 할 수 없게 된다. 여기서, 이와 같은 극성의 편향에 기인하는 센서 소자의 열화를 막기 위해서, 게이트 전극에 리셋 신호를 인가하고, 이것에 의해서 열화를 방지하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 상기 특허 문헌 3 참조). 그러나, 이와 같은 리셋 신호를 광검출 회로에 인가하려고 하면, 그 인가하는 타이밍이 어렵고, 예를 들어 광센서에 충전시 또는 독취시에 인가하면 광검출부 및 독취부가 오동작할 우려가 있고, 또 다른 시점에서 인가하면, 리셋, 충 전 및 독출을 제어하는 순서 제어가 필요하여, 그 제어 회로가 복잡하게 된다.
또, 이와 같은 광검출 회로(LS)에서는 회로 동작시에 게이트 전극(GL) - 드레인 전극(DL) 사이 및 게이트 전극(GL) - 소스 전극(SL) 사이에 각각 기생 용량(C1, C2)이 형성된다. 이러한 기생 용량(C1, C2)은 TFT 광센서를 TFT 기판에 내장하면, TFT 소자의 구조상, 상기의 전극 사이에 형성되는 것은 회피할 수 없는 것으로 되어 있다. 또, 한편으로, 이 TFT 광센서의 출력 라인(소스 전극(SL)에 접속된 라인)은 충전되어 있지 않을 때는 고임피던스 상태로 되어 있다. 이 때문에, 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 게이트를 온 하여, 역바이어스 전압을 -10V 에서 +15V 로 변환한 순간에, 기생 용량(C1, C2)의 존재에 의해서 광센서 출력 전압이 상승한다(예를 들어 +8V)고 하는 현상이 발생한다(도 12(c) 참조). 동양(同樣)으로, 게이트를 오프 하여 바이어스 전압을 OV 로 한 순간도 이 기생 용량(C1, C2)에 의해서 드레인측의 전압이 순간적으로 하락되는(예 -10V) 현상이 발생한다. 그 결과, 이러한 펀치-쓰루(punch-through) 전압 및 이 펀치-쓰루 전압에 의해서 발생하는 돌입(突入) 전류가 출력 라인을 통하여 외부 회로에 더해져 출력 라인에 접속된 외부 회로 소자를 파괴할 우려가 있다.
또한, 상기 특허 문헌 1, 2의 액정 표시 장치에, 상기와 같은 외광 검출 회로가 내장되면, 통상 외광의 비검출시, 예를 들어 휴대 전화 기가 대기 상태에서 최소한의 요구인 일부 화상을 표시시키는, 이른바 부분(partial) 구동시에도, 광검 출 회로가 작동하므로, 여분의 전력이 소비되어 전지의 소모가 빨라진다고 하는 문제점이 표면화된다.
본 발명은 상기 종래 기술이 가진 과제를 해소하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 광센서에 박막 트랜지스터를 이용하여, 게이트 전극에 편향된 극성의 전압이 인가되는 것에 의한 광센서 소자의 열화를 방지하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광센서 소자의 열화를 방지하는 수단에 의해서, 광센서에 접속된 제어 회로 소자의 파괴가 일어나지 않게 한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광센서를 가지는 광검출부의 전력 소비량을 작게 한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치의 발명은 액정 표시 패널과, 이 액정 표시 패널에 내장되어 외광을 검출하는 박막 트랜지스터(TFT)로 이루어지는 TFT 광센서를 가지는 광검출부와, 상기 TFT 광센서의 광리크에 의한 전압을 독취하는 광센서 독취부와, 상기 광검출부 및 광센서 독취부를 제어하는 동시에 상기 광센서 독취부의 출력에 의해 상기 액정 표시 패널을 조명하는 조광 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 액정 표시 장치에 있어서, 상기 광검출부는 상기 TFT 광센서의 소스 전극에 접속된 소스선과 드레인 전극에 접속된 드레 인선 사이에 스위칭 소자가 접속되고, 상기 제어 수단은 상기 TFT 광센서의 게이트 전극에 접속된 게이트선에 인가하는 게이트 전압을 변화시킬 때에, 상기 스위칭 소자를 온 상태로 함으로써, 상기 TFT 광센서의 소스선과 드레인선을 단락(短絡)시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 TFT 광센서의 소스선과 드레인선 중 어느 한쪽은 접지 전위 또는 직류 전위에 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 TFT 광센서의 게이트 전압은 부(負)전압 인가 상태에서 정(正)전압으로 변환되고, 일정 기간 후에 부전압으로 변환되도록 변화시키는 것이고, 상기 스위칭 소자는 상기 게이트 전압이 부전압에서 정전압으로 변환되기 직전부터 정전압에서 부전압으로 변환되는 직후까지의 동안 온 상태로 되는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 TFT 광센서의 게이트 전압은 부전압 인가 상태에서 정전압으로 변환되고, 일정 기간 후에 부전압으로 변환되도록 변화시키는 것이고, 상기 스위칭 소자는 상기 게이트 전압이 부전압에서 정전압으로 변환되기 직전부터 직후까지의 동안, 및 상기 게이트 전압이 정전압에서 부전압으로 변환되기 직전부터 직후까지의 동안, 온 상태로 되는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 발명은 청구항 1 ~ 4 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 TFT 광센서의 게이트 전압을 변화시킬 때 에, 이 게이트 전압을 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 발명은 청구항 1 - 4 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 광검출부는 상기 게이트선에 저항과 컨덴서가 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제어 수단은 액정 표시 패널을 탑재한 기기의 동작 상태가 통상의 동작 상태인지 대기 상태인지를 판정하는 대기 상태 판정부를 설치하고, 이 대기 상태 판정부에서 기기가 통상의 동작 상태에서 대기 상태로 변경되었음을 판정했을 때에, 상기 스위칭 소자의 온 동작을 개시시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 발명은 청구항 7에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 대기 상태 판정부는 상기 액정 표시 패널의 표시 영역의 일부 영역이 표시 상태로 되고, 나머지의 영역이 비표시 상태로 됐을 때에 대기 상태로 판정하는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 발명은 청구항 7에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 대기 상태 판정부는 상기 액정 표시 패널의 표시 영역의 전체 영역이 비표시 상태로 됐을 때에 대기 상태로 판정하는 것을 특징으로 한다.
청구항 10에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 TFT 광센서는 상기 액정 표시 패널의 제조 공정에 있어서 스위칭 소자로서의 TFT와 동시에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 단, 이하 에 나타내는 실시 형태는 본 발명의 기술 사상을 구체화하는 액정 표시 장치를 예시하는 것이며, 본 발명을 이 액정 표시 장치로 특정하는 것을 의도하는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 포함되는 그 외의 실시 형태의 것도 동일하게 적응할 수 있는 것이다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판을 투시하여 나타낸 액티브 매트릭스 기판을 모식적으로 나타낸 평면도이다.
액정 표시 장치(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 서로 대향 배치되는 직사각 형상의 투명 재료, 예를 들어 유리판에 여러 가지의 배선 등을 형성하여 이루어지는 액티브 매트릭스 기판(이하, TFT 기판이라고 함)(2)과, 컬러 필터 기판(이하, CF기판이라고 함)(10)을 가지고, TFT 기판(2)은 CF 기판(10)과 대향 배치시켰을 때에 소정 스페이스의 오버행(overhang)부(2A)가 형성되도록 CF 기판(10)보다 사이즈가 큰 것이 이용되고, 이러한 것들 TFT 기판(2) 및 CF 기판(10)의 바깥 둘레에 씰(seal)재(도시 생략)가 첩부(貼付)되고, 내부에 액정 및 스페이서가 봉입된 구성으로 되어 있다.
TFT 기판(2) 및 CF 기판(10)의 대향면측에는 여러 가지의 배선 등이 형성되어 있다. 여기서, CF 기판(10)에는 TFT 기판(2)의 표시 영역(DA)내의 화소 영역에 맞추어 매트릭스 형상로 설치된 금속 크롬 등으로 이루어지는 블랙 매트릭스와, 이 블랙 매트릭스로 둘러 싸인 영역에 설치한 예를 들어 적(R), 녹(G), 청(B)으로 이루어지는 컬러 필터 및 TFT 기판(2)측의 전극에 전기적으로 접속되어 CF 기판(10) 의 대향면을 덮도록 설정된 공통(커먼) 전극이 설치되어 있다. 공통 전극은 예를 들어 산화 인듐, 산화 주석 등의 투명 재료로 형성되어 있다. 이러한 컬러 필터, 블랙 매트릭스 및 공통 전극의 구체적인 구성은 도시하지 않지만, 이러한 것들은 TFT 기판(2)에 형성된 광검출부(LS1) 및 광검출부(LS1)로부터 도출되는 복수 라인의 인출(引出) 배선(L)과 대향하는 위치까지 연장하여 설치되어 있다.
또, TFT 기판(2)의 배면에는 조광 수단으로서의 백라이트(도시 생략)가 설치되어 있다. 이 백라이트는 광검출부(LS1)의 출력에 의해서 제어된다.
TFT 기판(2)은 각각 대향하는 단변(2a, 2b) 및 장변(2c, 2d)을 가지고, 한쪽의 단변(2b)측이 오버행부(2A)로 되어 있고, 상기 오버행부(2A)에 소스 드라이버 및 게이트 드라이버용의 반도체 칩(Dr)이 탑재되고, 다른쪽의 단변(2a)측에 광검출부(LS1)가 배설되어 있다.
이 TFT 기판(2)은 그 대향면, 즉 액정과 접촉하는 면에, 도 1의 행방향(횡방향)에 소정 간격을 두고 배열된 복수 라인의 게이트선(GW1 ~ GWn, n=2, 3, 4, ㆍㆍㆍ)과, 이러한 게이트선(GW1 ~ GWn)과 절연되어 열방향(종방향)으로 배열된 복수 라인의 소스선(SW1 - SWm, m=2, 3, 4,ㆍㆍㆍ)을 가지고, 이러한 소스선(SW1 ~ SWm)과 게이트선(GW1 ~ GWn)이 매트릭스 형상으로 배선되고, 서로 교차하는 게이트선(GW1 ~ GWn)과 소스선(SW1 - SWm)으로 둘러 싸인 각 영역에, 게이트선(GW1 ~ GWn)으로부터의 주사 신호에 의해서 온 상태로 되는 스위칭 소자(도시 생략) 및 소스선(SW1 - SWm) 으로부터의 영상 신호가 스위칭 소자를 통하여 공급되는 화소 전극이 형성되어 있다.
이러한 게이트선(GW1 ~ GWn)과 소스선(SW1 - SWm)으로 둘러 싸인 각 영역은 이른바 화소를 구성하고, 이러한 화소가 형성된 에어리어가 표시 영역(DA), 즉 화상 표시부로 되어 있다. 스위칭 소자에는 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT)가 이용된다.
각 게이트선(GW1 ~ GWn) 및 각 소스선(SW1 - SWm)은 표시 영역(DA)의 외부로 연장되어 표시 영역(DA) 바깥의 외주변의 영역에 인도되어서 소스 드라이버 및 게이트 드라이버용 반도체 칩(Dr)에 접속되어 있다. 또, TFT 기판(2)은 한쪽의 장변(2d)측에 광검출부(LS1)의 광센서로부터 도출된 각 인출 배선(L)이 배선되어 외부 제어 회로가 접속되는 단자(T1, T2, T3)에 접속되어 있다. 각 단자(T1 ~ T3)에는 외부의 제어 회로가 접속되고, 상기 제어 회로로부터 광검출부(LS1)로 기준 전압, 게이트 전압 등이 공급되고, 추가로 광검출부(LS1)로부터의 출력이 송출된다.
다음에 도 2 및 도 3을 참조하여, 광검출부(LS1) 및 광센서 독취부(Re1)의 구성 및 동작을 설명한다. 또한, 도 2는 광검출부 및 광센서 독취부의 등가 회로도, 도 3은 도 1의 TFT 기판에 형성된 광검출부의 구조 단면도이다.
광검출부(LS1)는 도 2에 나타내는 바와 같이, TFT 광센서의 드레인 전극(DL)과 소스 전극(SL) 사이에 컨덴서(Cw)가 병렬 접속되고, 소스 전극(SL)과 컨덴서(Cw) 중 어느 한쪽의 단자가 스위칭 소자(SW1)를 통하여 기준 전압원(VS)에 접속되고, 또한 TFT 광센서의 드레인 전극(DL) 및 컨덴서(Cw) 중 다른쪽의 단자가 접지(GR)되고, 소스 전극(SL)에 접속된 출력선과 드레인 전극(DL) 사이에 스위칭 소자(SW2)가 접속된 회로 구성으로되어 있다. 또한, 이 스위칭 소자(SW2)의 타단은 접지(GR)되어 있다. 또한, 스위칭 소자(SW2)는 그 단부를 접지(GR)하여 스위칭 소자(SW2)가 닫혀졌을 때, 소스 전극에 접속된 소스선이 접지 전위로 되도록 하였으나, 이 전위는 접지 전위로 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 소정의 직류 전압이어도 된다.
또, 광센서 독취부(Re1)는 공지된 샘플링 홀드 회로(SH)로 구성되고, 광검출부(LS1)의 컨덴서(Cw)의 전하를 축적하는 홀드용 컨덴서(Cr)와, 이 홀드용 컨덴서(Cr)의 출력 전압을 증폭하는 OP 앰프와, 이 OP 앰프 출력을 아날로그에서 디지털값으로 변경하는 A/D 변환기로 구성되어 있다. 그리고, 광검출부(LS1)와 광센서 독취부(Re1)는 스위칭 소자(SW3)로 접속되어 있다.
광검출부(LS1)를 구성하는 TFT 광센서 및 스위칭 소자(SW1, SW2)는 모두 TFT 로 구성되고, TFT 기판(2)상에 형성된다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, TFT 기판(2)상에, 먼저 TFT 광센서의 게이트 전극(GL), 컨덴서(Cw) 중 한쪽의 단자(C1) 및 스위칭 소자(SW1, SW2)를 구성하는 TFT의 게이트 전극(GS)이 형성되고, 이들의 표면을 덮도록 하여 질화 실리콘이나 산화 실리콘 등으로 이루어지는 게이트 절연막(9)이 적층된다. TFT 광센서의 게이트 전극(GL)의 위 및 스위칭 소자(SW1, SW2)를 구성 하는 TFT의 게이트 전극(GS)의 위에는 각각 게이트 절연막(9)을 통하여 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘 등으로 이루어지는 반도체층(11L 및 11S)이 형성되고, 또 게이트 절연막(9)상에 알루미늄이나 몰리브덴 등의 금속으로 이루어지는 TFT 광센서의 소스 전극(SL) 및 드레인 전극(DL), 스위칭 소자(SW1, SW2)를 구성하는 TFT의 소스 전극(SS) 및 드레인 전극(DS)이 각각의 반도체층(11L 및 11S)과 접촉하도록 설치된다.
또한, TFT 광센서, 컨덴서(Cw) 및 TFT로 이루어지는 스위칭 소자(SW1, SW2)의 표면을 덮도록 하여 예를 들어 무기 절연 재료로 이루어지는 보호 절연막(13)이 적층되고, 또 TFT로 이루어지는 스위칭 소자(SW1, SW2)의 표면에는 외부광의 영향을 받지 않게 하기 위해서, 차광막으로서의 블랙 매트릭스(12)가 피복된다.
이 광검출부(LS1)는 액정 표시 패널의 제조 공정에 있어서 액정 구동용의 스위칭 소자로서의 TFT와 동시에 형성된다. 이것에 의해, 광검출부(LS1)를 설치하기 위해서 특별히 제조 공정 수를 증가시킬 필요가 없게 된다. 또, TFT 광센서는 1 개가 아니고 복수 개 이용하여 이러한 것들을 단변(2a)을 따라서 일렬로 설치해도 된다. 이와 같이 복수개의 TFT 광센서를 일렬로 배설함으로써, 이용자가 부주의로 손가락 등으로 일부의 TFT 광센서를 차단하는 일이 있어도, 모든 TFT 광센서가 동시에 차단되는 일은 적기 때문에, 차광되어 있지 않은 TFT 광센서로 광검출이 가능하게 된다.
다음에, 광검출부(LS1) 및 광센서 독취부(Re1)의 동작을 설명한다.
통상의 광검출, 즉 휴대 전화기 등에 탑재된 액정 표시 장치(1)의 작동중에 있어서 광검출의 기본적인 동작은(도 10에 나타낸 회로에 의함) 종래 기술의 것과 동일하다. 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 외부의 제어 수단(25)(도 4 참조)으로부터, TFT 광센서의 게이트 전극(GL)에 소정의 역바이어스 전압(-10V)을 인가하여 두고, 스위칭 소자(SW1)를 온 하여 소정의 기준 전압원(VS, 예를 들어, +2V)을 컨덴서(Cw)에 충전한다. 스위칭 소자(SW1)는 이 컨덴서(Cw)에 소정 시간 충전한 후 오프한다. 이 상태로 TFT 광센서에 외광이 닿아 있으면, 그 외광의 세기에 의해서 컨덴서(Cw)의 충전 전압이 저하하므로, 이 전압 강하값을, 스위칭 소자(SW3)를 닫아서 홀드용 컨덴서(Cr)에 충전한다. 홀드용 컨덴서(Cr)에 충전된 충전 전압, 즉 상기 전압 강하 값은 외광의 세기에 비례한 것으로 되어 있다.
이 때, 상술한 동작을 복수 회 반복하고, 홀드용 컨덴서(Cr)에 충전하는 것이 바람직하다. 이 반복에 의해, 컨덴서(Cw)에 축적된 전압이 순간적인 광량의 변화 또는 노이즈 등으로 변화한 경우에도, 홀드용 컨덴서(Cr)에서의 축적 전압에는 큰 영향을 미치는 일이 없고 안정된 광검출 결과가 얻어진다.
홀드용 컨덴서(Cr)에 축적된 전압은 OP 앰프에 입력ㆍ증폭되고 A/D 변환되어 독취 출력(P)이 얻어진다. 이 광센서 독취부(Re1)의 출력(P)은 제어 장치(20)에 입력되어 백라이트 등(24)의 온/오프 제어가 이루어진다.
다음에, 도 4 및 도 5를 참조하여, 휴대 전화기 등에 탑재된 액정 표시 장치(1)의 백라이트 등(24)의 온/오프 제어에 대해 설명한다. 또한, 도 4는 백라이트 등을 제어하는 제어 장치를 구성하는 블럭도, 도 5는 도 4의 제어 장치의 동작 파형도이다.
제어 장치(20)는 광센서 독취부(Re1)에서 독취된 독취값(P)과 문턱값 기억부(21) 로부터의 문턱값을 비교하는 비교부(22)와, 소정의 명암으로 백라이트 등(24)을 온 하는 기준값이 기억된 문턱값 기억부(21)와, 비교부(22)의 비교 결과에 기초하여 백라이트 등(24)을 온/오프 제어하는 스위칭부(23)와, 백라이트 등(24)과, 광검출부(LS1), 광센서 독취부(Re1) 및 스위칭부(23) 등을 제어하는 제어 수단(25)을 가지고 있다.
이 제어 수단(25)은 또, 액정 표시 장치(1)가 탑재된 기기의 대기 상태를 판정하는 대기 상태 판정부(25A)를 가지고 있다. 이 대기 상태 판정부(25A)는 휴대 전화기가 일시 휴지되고, 액정 표시 장치(1)의 일부 내지 전 표시 영역이 비표시 상태로 되었을 때에 대기 상태로 판정한다.
이 대기 상태 판정부(25A)에 의해, 기기로부터의 대기 신호를 받아서 대기 상태로 판정, 즉 대기 판정 신호가 온 되었을 때에(도 5(a)), 먼저 스위칭 소자(SW2)를 온(도 5(e))하고, 그 후 TFT 광센서에 인가되어 있는 게이트 전압(GV)을 부전압에서 일정 기간 정전압으로 한다. 즉 스위칭 소자(SW2)를 온한 후, 게이트 전압(GV)을 지금까지의 -1OV 에서 일정 기간만 +15V 로 변환한다(도 5(c)). 이 게이트 전압(GV)을 정전압으로 변환함으로써, 광검출부(LS1)는 그 동작이 오프, 즉 정지되고(도 5(d)), 액정 표시 패널은 통상 상태에서 대기 상태로 이행한다(도 5(b)). 일정 기간 경과한 후 게이트 전압은 +15V 에서 OV(오프 전압)로 변환된다. 이 시점에서 스위칭 소자(SW2)는 닫힌(온) 상태가 유지되고 있다. 즉, 게이트 전압이 OV 로 변환되어도 잠시 동안 스위칭 소자(SW2)는 온되어 있다. 따라서, 스위칭 소자(SW2)는 기기가 대기 상태로 들어갔을 때에 온되고, 그 후에 게이트 전압이 부전압(-1OV)에서 정전압(+15V)으로 변환되고, 또한 정전압(+15V)에서 부전압(OV, 오프 전압)으로 변환된 후에 스위칭 소자(SW2)가 오프되고, 상기 스위칭 소자(SW2)가 온되어 있는 기간, TFT 광센서에 접속된 소스ㆍ드레인선이 접지된다.
이것에 의해, 광검출 회로(LS1)에 있어서, 게이트 전극(GL) - 소스 전극(SL) 사이 및 게이트 전극(GL) - 드레인 전극(DL) 사이에 각각 기생 용량(C1, C2)이 발생해도, 이러한 용량에 축적된 전하가 스위칭 소자(SW2)를 통하여 방전되므로, 도 5(f)에 나타내는 바와 같이, 광검출부(LS1)의 출력(SL1)은 게이트 온시에 예를 들어 +0.2V, 오프시에 -0.3V 로 변화할 뿐, 종래 기술과 같이, 드레인측의 전압이 순간적으로 인하되는 현상이 없어져서, 외부 회로로의 악영향을 없앨 수 있다.
또한, 상기 실시 형태(도 5(e) 참조)에 나타내는 스위칭 소자(SW2)의 조작이 아니고, 도 5(e')에 나타내는 바와 같이, 게이트 전압(GV)이 부전압(-10V)에서 정전압(15V)으로 변환될 때, 및 정전압(15V)에서 오프 전압(OV)으로 변환될 때의 직전부터 직후까지의 기간만 스위칭 소자(SW2)를 오프 조작하도록 해도, 상술한 바와 같은 효과를 달성할 수 있다.
스위칭 소자(SW2)의 온시에, 게이트 전극(GL)에 인가하는 게이트 전압(GV, 도 5(c))는 단번에 변환시키도록 하였으나, 단계적으로 변환시키도록 한 것이어도 된다. 또한, 도 6은 도 4의 제어 장치에 있어서 게이트 전압의 인가 상태를 변경한 동작 파형도이다.
제어 수단(25)은 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, TFT 광센서의 게이트 전극에 부전압 인가 상태로부터 일정 기간 정전압을 인가할 때에, 부전압에서 정전압으로의 변환시는 게이트 전압을 단계적으로 상승시키고, 또 정전압에서 부전압으로의 변환시는 그 게이트 전압을 단계적으로 저하시킨 전압을 인가한다. 그 결과, 도 6(f)에 나타내는 바와 같이, 광검출부(LS1)의 출력(SL1)은 대부분 OV 로 할 수 있다. 또, 제어 수단(25)은 게이트 전압(GV)을 OV 로 한 후 광검출부(LS1), 광센서 독취부(Re1), 비교부(22) 및 스위칭부(23)를 오프 상태로 한다(도 6(d)).
따라서, 백라이트 등(24)을 제어하는 제어 장치(20)에 대기 상태 판정부(25A)를 설치하고, 이 판정 결과에 의해 TFT 광센서의 게이트 전극(GL)에 일정 기간 정전압을 인가한다고 하는 지극히 간단한 판정 제어에 의해, TFT 광센서 소자의 열화를 방지할 수 있고, 광센서의 감도 특성을 유지할 수 있다. 또, TFT 광센서의 게이트 전극(GL)에 인가되는 정전압은 대기 상태로 변경된 때에 인가되고, 이 때 광센서 독취부(Re1)가 오프 상태로 되므로 독취에 영향을 주는 일이 없다. 또한, 대기 상태로의 변경시에, 광검출부(LS1) 및 광센서 독취부(Re1) 및 스위칭부(23)의 동작을 정지시키므로 불필요한 전력의 소비를 없앨 수 있다. 또, 드레인측의 전압 이 순간적으로 상승되거나 또는 인하되는 현상이 없어져서, 외부 회로로의 악영향을 없앨 수 있다.
[실시예 2]
다음에, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예 2의 액정 표시 장치를 설명한다. 또한, 도 7은 실시예 2의 액정 표시 장치에 내장된 광검출부의 등가 회로도, 도 8은 도 7의 제어 장치의 동작 파형도이다.
이 액정 표시 장치는 실시예 1의 광검출부의 일부가 다를뿐 그외는 동일하다. 광검출부 이외의 설명은 실시예 1의 설명을 원용하고 그 설명을 생략한다.
광검출부(LS2)는 실시예 1의 광검출부(LS1)의 스위칭 소자(SW2) 외에, 게이트 전극(GL)에 접속된 게이트선상에 저항(Rg)을 접속하고, 이 게이트선을 컨덴서(Cg)를 통하여 접지(GR)한 구성으로 되어 있다.
게이트선상에 저항(Rg) 및 컨덴서(Cg) 접속한 상태로 직사각형파의 게이트 전압(GV)을 인가하면, 게이트 전극(GL)에는 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 부전압 인가 상태로부터 일정 기간 정전압을 인가할 때에, 부전압에서 정전압으로의 변환시는 직사각형파가 무디어진 파형파의 전압이 인가되고, 또 정전압에서 부전압으로의 변환시도 감쇠파로 되고, 그 결과 광검출부(LS2)의 출력(SL2)은 대부분 OV 로 된다. 이것에 의해, 드레인측의 전압이 순간적으로 상승되거나 또는 인하되는 현상이 없어져서, 외부 회로로의 악영향을 없앨 수 있다.
본 발명은 상기 구성을 갖추는 것으로 이하에 나타내는 뛰어난 효과를 달성한다. 즉, 청구항 1, 2의 발명에 의하면, TFT 광센서의 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압을 변화시킬 때에, 스위칭 소자를 온 동작함으로써 TFT 광센서의 소스선과 드레인선이 공통 전위로 되므로, TFT 광센서의 게이트 전극 - 소스 전극 사이 및 게이트 전극 - 드레인 전극 사이에 각각 기생 용량이 형성되어도, 이러한 기생 용량에 축적된 전하가 스위칭 소자를 통하여 방출되게 되고, 종래 기술과 같이, 과도한 돌입 전압 및 돌입 전류의 발생이 없어져서, 광센서에 접속된 외부 제어 회로의 소자 파괴 등을 일으키는 일이 없고, 또한 TFT 광센서의 열화를 방지할 수 있다.
또, 청구항 3의 발명에 의하면, 액정 표시 장치를 대기 상태로 이행할 때에, 게이트 전압을 부전압 인가 상태로부터 소정 기간 정전압을 인가하고, 추가로 부전압(오프 전압)을 인가하는 처리를 행하고, 이와 같이 게이트 전압이 변화한 기간 의 직전부터 직후까지 스위칭 소자를 오프하므로, 간단한 처리에 의해 액정 표시 장치의 대기 상태로의 안전한 이행이 가능하게 된다.
또, 청구항 4의 발명에 의하면, 액정 표시 장치를 대기 상태로 이행할 때에, 게이트 전압을 부전압 인가 상태로부터 소정 기간 정전압을 인가하고, 추가로 부전압(오프 전압)을 인가하는 처리를 행하고, 이와 같이 게이트 전압이 변화한 기간 중에서, 부전압 인가 상태로부터 정전압이 인가되도록 변환되기 직전부터 직후까지와 이 정전압 인가 상태로부터 부전압(오프 전압)이 인가되도록 변환되기 직전부터 직후까지 스위칭 소자를 오프하므로, 간단한 처리에 의해 액정 표시 장치의 대기 상태로의 안전한 이행이 가능하게 된다.
또, 청구항 5, 6의 발명에 의하면, 과도한 돌입 전압 및 돌입 전류의 발생을 대부분 없앨 수 있다.
청구항 7의 발명에 의하면, 액정 표시 패널을 탑재한 기기의 동작 상태가 통상의 동작 상태인지 대기 상태인지를 판정하는 대기 상태 판정부를 설치하고, 이 대기 상태 판정부에서 기기가 통상의 동작 상태에서 대기 상태로 변경되었음을 판정하여 TFT 광센서의 게이트 전극에 일정 기간 정전압을 인가하므로, 지극히 간단한 판정 제어에 의해 TFT 광센서 소자의 열화를 방지할 수 있고, 광센서의 감도 특성을 유지할 수 있다. 또, TFT 광센서의 게이트 전극으로의 정전압은 대기 상태로 변경되었을 때에 인가되고, 이 때 광센서 독취부는 부(不)작동으로 되어 있으므로, 이 독취에 영향을 주는 일이 없다. 또한, 대기 상태로의 변경시에, 광검출부 및 광센서 독취부 및 스위칭부의 동작을 정지시키므로 불필요한 전력의 소비를 없앨 수 있다.
청구항 8, 9의 발명에 의하면, 대기 상태 판정부가 액정 표시 패널의 표시 영역의 일부 영역이 표시 상태로 되고, 나머지의 영역이 비표시 상태로 됐을 때, 또 액정 표시 패널의 표시 영역의 전체 영역이 비표시 상태로 됐을 때에 대기 상태로 판정함으로써, 대기 상태의 판정이 지극히 간단하게 된다.
청구항 10의 발명에 의하면, TFT 광센서는 액정 표시 패널의 스위칭 소자로서의 TFT 제조시에 동시에 제조할 수 있으므로, 광센서를 형성하기 위해서 특별히 제조 공정수를 증가시킬 필요가 없게 된다.

Claims (10)

  1. 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널에 내장되어 외광을 검출하는 박막 트랜지스터(TFT)로 이루어지는 TFT 광센서를 가지는 광검출부와, 상기 TFT 광센서의 광리크에 의한 전압을 독취하는 광센서 독취부와, 상기 광검출부 및 광센서 독취부를 제어하는 동시에 상기 광센서 독취부의 출력에 의해 상기 액정 표시 패널을 조명하는 조광 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 광검출부는 상기 TFT 광센서의 소스 전극에 접속된 소스선과 드레인 전극에 접속된 드레인선 사이에 스위칭 소자가 접속되고,
    상기 제어 수단은 상기 TFT 광센서의 게이트 전극에 접속된 게이트선에 인가하는 게이트 전압을 변화시킬 때에, 상기 스위칭 소자를 온 상태로 함으로써, 상기 TFT 광센서의 소스선과 드레인선을 단락시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 TFT 광센서의 소스선과 드레인선의 어느 한쪽은 접지 전위 또는 직류 전위에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 TFT 광센서의 게이트 전압은 부(負)전압 인가 상태에서 정(正)전압으로 변환되고, 일정 기간 후에 부전압으로 변환되도록 변화시키는 것이고,
    상기 스위칭 소자는 상기 게이트 전압이 부전압에서 정전압으로 변환되기 직전부터 정전압에서 부전압으로 변환되는 직후까지의 동안 온 상태로 되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 TFT 광센서의 게이트 전압은 부전압 인가 상태에서 정전압으로 변환되고, 일정 기간 후에 부전압으로 변환되도록 변화시키는 것이고,
    상기 스위칭 소자는 상기 게이트 전압이 부전압에서 정전압으로 변환되기 직전부터 직후까지의 동안, 및 상기 게이트 전압이 정전압에서 부전압으로 변환되기 직전부터 직후까지의 동안 온 상태로 되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 TFT 광센서의 게이트 전압을 변화시킬 때에, 이 게이트 전압을 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광검출부는 상기 게이트선에 저항과 컨덴서가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 수단은 액정 표시 패널을 탑재한 기기의 동작 상태가 통상의 동작 상태인지 대기 상태인지를 판정하는 대기 상태 판정부를 설치하고,
    상기 대기 상태 판정부에서 기기가 통상의 동작 상태에서 대기 상태로 변경되었음을 판정했을 때에, 상기 스위칭 소자의 온 동작을 개시시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 대기 상태 판정부는 상기 액정 표시 패널의 표시 영역의 일부 영역이 표시 상태로 되고, 나머지의 영역이 비표시 상태로 됐을 때에 대기 상태로 판정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 대기 상태 판정부는 상기 액정 표시 패널의 표시 영역의 전체 영역이 비표시 상태일 때에 대기 상태로 판정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 TFT 광센서는 상기 액정 표시 패널의 제조 공정에 있어서 스위칭 소자로서의 TFT와 동시에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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