(57)【要約】  ディスプレイ上で周囲光を検出するための回路であって、光センサを有し、周囲光の強度を代表する連続光信号を定期的に発生させるため周囲光に応答する光集積光センサ回路と、該連続光信号を受信し、該連続光信号の連続進行平均を代表する平均周囲光信号を発生させるための平均化回路とを含む回路。
2007511751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ上で周囲光を検出するための回路であって、
ａ）光センサを有し、該周囲光の強度を代表する連続光信号を定期的に発生させるため周囲光に応答する光集積光センサ回路と、
ｂ）該連続光信号を受信し、該連続光信号の連続進行平均を代表する平均周囲光信号を発生させるための平均化回路と
を含んでなる回路。
【請求項２】
該光センサが光ダイオードである、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
該光センサが光キャパシタである、請求項１に記載の回路。
【請求項４】
該光センサが光トランジスタである、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
該光センサ回路及び該平均化回路が薄膜デバイスである、請求項１に記載の回路。
【請求項６】
該光センサが有機光センサである、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
該光センサがシリコン光センサである、請求項１に記載の回路。
【請求項８】
該光センサ回路が、センサキャパシタと、該センサキャパシタに初期電荷を印加するためのリセットトランジスタと、該センサキャパシタを放電させるための光センサとを含む、請求項１に記載の回路。
【請求項９】
該光センサを該センサキャパシタに接続するための分離トランジスタをさらに含む、請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
該平均化回路が、平均信号を保存するための平均化キャパシタと、該平均信号に光信号を定期的に組み合わせるためのトランスファトランジスタとを含む、請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
トランジスタ出力増幅器をさらに含む、請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
該光センサ回路及び平均化回路が共通の基板上に集積されている、請求項１に記載の回路。
【請求項１３】
ａ）基板、
ｂ）該基板上に形成されたアドレス可能な発光要素のアレイを含む表示領域、
ｃ）ディスプレイ上で周囲光を検出するための回路であって、
１）光センサを有し、該周囲光の強度を代表する連続光信号を定期的に発生させるため周囲光に応答する光集積光センサ回路と、
２）該連続光信号を受信し、該連続光信号の連続進行平均を代表する平均周囲光信号を発生させるための平均化回路と
を含む回路、並びに
ｄ）該平均周囲光信号及び表示制御信号に応じてディスプレイを制御するためのコントローラ
を含んでなるディスプレイ。
【請求項１４】
該表示領域が方形であり、かつ、該光センサが該方形表示領域のエッジに配置されている、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
該表示領域が方形であり、かつ、該光センサが該方形表示領域のコーナーに配置されている、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
複数の光センサ回路をさらに含む、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
該複数の光センサ回路の光センサが該表示領域を包囲している、請求項１６に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
該光センサの受光面を覆って配置されたカラーフィルタをさらに含む、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
該発光要素、該光センサ及び／又は該光センサ回路が共通の基板上に集積されている、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
該発光要素がＯＬＥＤである、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
周囲光を検出するための回路が該基板上に形成されている、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項２２】
該光センサが該基板上に形成されている、請求項１３に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ回路に、特に周囲照明を検出するための光センサを有するソリッドステートのフラットパネル形ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイのようなフラットパネル形ディスプレイは、多種多様な環状条件下、広範囲にわたる用途において有用である。こうしたディスプレイは、暗い環境（周囲放射線がほとんどない）で観察される時には、より明るい環境（周囲放射線がより多い）で観察される時ほど明るさは必要でない。周囲光状態を補償するためディスプレイの光出力を周期的に調整すると、ディスプレイは、周囲光が変化した場合でも、周囲光と表示光との間の比率を一定に維持することができる。このことは、明るい環境においては視認性を高めるため表示明度を高くし、かつ、暗い環境においては不必要な表示明度を低下させることにより表示装置の寿命を延ばすと共に消費電力を削減できることでもある。
【０００３】
周囲光を検出するためディスプレイに光センサを使用し、周囲光に応じてディスプレイの明るさを調整することが知られている。高効率シリコン光センサを利用することができ、一般には該センサに入射する光に比例する電流が得られる。これらの光センサは、シリコン基板上に構築される。これらのセンサは、ディスプレイと組み合わされて周囲検出を提供する。例えば、電界発光ディスプレイに周囲補償を提供するための回路について記載する特開２００２−２９７０９６号公報を参照されたい。しかしながら、実施すると、該センサはディスプレイから独立し、光を単一地点で検出する。これでは、装置のコスト、部品点数及びサイズを増大させ、センサの感度を低下させ、そしてディスプレイ自体に入射する光を直接測定することにならない。
【０００４】
表示装置自体から放出された光を検出する目的で、アクティブマトリックス式表示装置上に光センサを集積することが知られている。例えば、Youngらの米国特許第６，４８９，６３１号（２００２年１２月３日発行）に、ディスプレイの発光要素が放出した光を検出するための光センサを集積したディスプレイが記載されている。しかしながら、発光体にセンサを結合させる配置は、光センサのサイズ、及びその周囲光を検出する能力を制限する。その上、フラットパネル形ディスプレイ上に構築された光センサは、シリコン基板上に構築されたものの効率を有さず、また、ディスプレイの使用頻度が高い低光量（例えば、＜１００ｃｄ／ｍ2）を代表する信号を提供するのに必要な感度を有さない。このため、代わりとなる別の回路及び設計が必要である。
【０００５】
ディスプレイに周囲補償を提供する場合、光検出装置が、周囲照明を常時代表する連続的に有効な出力を提供することが重要である。もし、その出力が定期的に無効であるならば、いずれの補償も定期的に誤ったものとなり、ディスプレイのちらつきの原因となり得る。代わりに、光検出装置の出力をサンプリングして保持するため、追加の回路を付け加えなければならない。その上、一連の光量にわたり周囲照明を代表する信号出力を提供することも有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、アクティブマトリックス式フラットパネル形ディスプレイ内の周囲光を検出するための改良型光センサに対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、ディスプレイ上で周囲光を検出するための回路であって、光センサを有し、周囲光の強度を代表する連続光信号を定期的に発生させるため周囲光に応答する光集積光センサ回路と、該連続光信号を受信し、該連続光信号の連続進行平均を代表する平均周囲光信号を発生させるための平均化回路とを含む回路によって、上記課題が解決される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による利点は、アクティブマトリックス式フラットパネル形ディスプレイ内に容易に集積することができる、低光状態における周囲補償のための改良された光センサ回路である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照する。本発明は、検出回路１１に光センサ１０を連結させた回路８を含む。検出回路１１と光センサ１０とが光センサ回路１２を構成し、それが保存回路１３と出力回路１６とを含む平均化回路１４に連結されている。光センサ１０は、表示装置内に用いるのに適したどのような感光デバイスであってもよい。例えば、シリコン又は有機系のフォトダイオード又はトランジスタを採用することができる。これらの光センサ及び回路要素は、離散型であってもよいが、集積されたソリューションを提供するため、ディスプレイに集積されていてもよい。ディスプレイに集積される場合、フラットパネル形ディスプレイ技術において知られているように、薄膜トランジスタ及び電気部品を用いて、回路８のいずれかの部分又は全部を構築することができる。ディスプレイ基板は硬質又は軟質のガラス又はプラスチック製であることができる。
【００１０】
図２に、より詳細な回路図を示す。光センサ１０は２個の端子を有し、その一方は一定電圧に接続されており、例えば接地されており、もう一方は分離トランジスタ３０のドレインに接続されている。分離トランジスタ３０のゲートは分離信号Ｖ分離に接続され、そしてトランジスタのソースがキャパシタ２０（Ｃセンサ）に接続されて、光センサ１０上に入射する光を代表する電荷を保存する。キャパシタ２０は、光センサ１０の一定電圧端子に接続された一つの端子と、リセットトランジスタ３２のドレインに接続された別の端子とを有する。リセットトランジスタ３２、キャパシタ２０及び分離トランジスタ３０が検出回路１１を構成する。外部定期リセット信号は、それがリセットトランジスタ３２をオンにすると、リセットトランジスタ３２のゲートを駆動し、そしてリセットトランジスタ３２のソースを、キャパシタ２０を充電させ得る既知の一定電圧（Ｖｄｄで表示）に固定する。検出回路１１及び光センサ１０が光センサ回路１２を構成する。
【００１１】
定期的リセット信号が、Ｖｄｄ及びリセットトランジスタ３２特性により規定される既知の電圧に対し、キャパシタ２０を定期的に充電させることになる。リセット信号がキャパシタ２０を充電している時、分離トランジスタ３０もオンになり、よって光センサ１０も同様に充電する。キャパシタ２０と光センサ１０が充電されている間、検出回路の出力は無効であり、すなわち、光トランジスタに入射する光を代表しない。リセット信号がオフになった後は、光センサ１０とキャパシタ２０が並列に接続され、そして光センサ１０上に光が当たると、キャパシタ２０と光センサ１０が共に分離トランジスタ３０を介して時間をかけて放電し、積算期間中のリセット信号間に光センサ１０上に入射した光束の総量を代表する光信号を発生させる。積算期間後、キャパシタ２０と光センサ２０は、積算期間中に光センサ上に入射した累積光量を代表する帯電量を有することになる。該帯電量は光センサ１０に入射した周囲光量に反比例するので、光量が多いほど、帯電量は小さくなり、光量が少ないほど、帯電量は大きくなる。単に光センサからの瞬間電流を測定する設計より、時間をかけて集められた定期的な積算光信号の方がはるかに高感度であるため、積算光信号を測定する。
【００１２】
平均化回路１４は、トランスファトランジスタ３４を含み、そのゲートは定期的トランスファ信号に接続されている。トランスファトランジスタ３４のソースは、センサキャパシタ２０に接続されて、光信号を受信する。トランスファトランジスタ３４のドレインは、平均化キャパシタ２２の端子の一つに接続されている。平均化キャパシタ２２のもう一方の端子は一定電圧（例、接地）に接続されている。トランスファトランジスタ３４と平均化キャパシタ２２が、平均光信号のための保存回路１３を構成する。
【００１３】
光積算時間の終了時、分離トランジスタ３０がオフになり、トランスファトランジスタがオンになる。次いで、センサキャパシタ２０の帯電量と平均化キャパシタ２２の帯電量とが合体して平均信号を代表する帯電量を形成する。これらのキャパシタの値が同等である場合には、その帯電量は、二つのキャパシタの帯電量の平均値となる。そうでない場合には、平均帯電量は、相対的なキャパシタサイズ及び帯電量の比率となる。キャパシタ電荷が再分配されて両キャパシタ間の電圧が同等である場合、トランスファトランジスタ３４はオフになり、そしてリセット及び分離トランジスタ（３２及び３０）がオンになり、再びサイクルが始まる。
【００１４】
出力回路１６は、出力トランジスタ３６を含み、そのゲートは平均化キャパシタ２２に接続されている。そのソースは抵抗負荷に接続され、それがＶｄｄのような出力信号に接続されて、光センサ１０に入射する周囲照明を代表する出力信号４０を形成する。ドレインを一定電圧に接続することができる。設計時、出力回路は反転増幅器を提供し、その入力が連続光信号の連続進行平均を代表する平均信号となり、平均周囲光信号出力を発生する。キャパシタ２２に蓄えられた帯電量が出力トランジスタ３６をオンにさせるのに十分な大きさになると、出力信号が一定電圧に接続されることになる。キャパシタ２２に蓄えられた帯電量が小さいと、出力トランジスタ３６のインピーダンスが増大し、そして平均周囲光信号４０が最大で出力信号（例、Ｖｄｄ）の限界まで増大する。
【００１５】
最初に光センサ回路を始動した時には、光センサ１０に当たる周囲光は、キャパシタの帯電量及び出力信号の値と同様に、まだわからない。初期サイクル後、センサキャパシタ２０の帯電量が光センサ１０に入射する周囲照明を正確に代表し、平均化キャパシタ２２へ転送される。この時点で、平均化キャパシタ２２を差し渡す電圧は、光集積サイクルの終了時におけるセンサキャパシタ２０を差し渡す電圧とは必ずしも等価ではない。平均化キャパシタ２２を差し渡す電圧は、実際には、センサキャパシタ２０及び平均化キャパシタ２２における平均帯電量であって、キャパシタ２０及び２２の相対サイズ並びにそれらに当初保存されていた帯電量によって重み付けされた値を代表することになる。後続のサイクル毎に、平均化キャパシタ２２を差し渡す電圧は、電荷が平均化キャパシタ２２へ転入され又はそこから転出されるので、センサキャパシタ２０を差し渡す電圧に近づくことになる。最終的に、両方のキャパシタを差し渡す電圧が同等になる。各サイクル後、平均化キャパシタ２２は、センサキャパシタ２０の帯電量と、平均化キャパシタ２２の前帯電量（キャパシタサイズによる重み付）との平均を保存することになる。このように、平均化キャパシタ２２の帯電量は、センサキャパシタ２０内に連続サイクルで保存された帯電量の連続進行平均を代表する。
【００１６】
光センサ１０上の周囲光が変化すると、センサキャパシタ２０の帯電量が変化し、平均化キャパシタを差し渡す電圧も調和するように変化することになる。平均化キャパシタ２２は既知状態への明確なリセット又は電荷蓄積を必要としないことに留意されたい。代わりに、平均化キャパシタ２２上の電荷は、センサキャパシタ２０から電荷が移るにつれて徐々に正確な値になる。このように、出力回路１６からの出力は常時有効であり、突然の不連続変化を生じることなく徐々に正確な値になる。その上、該出力信号は、明るい状態におけるセンサキャパシタ２０の飽和と、出力トランジスタ３６の最小閾値電圧とによって限定される広い範囲にわたる周囲照明を代表する連続アナログ信号を提供する。キャパシタ２０及び２２のサイズを変更することにより、周囲光に対する回路の感度範囲を変更することができ、またキャパシタサイズの比率を変化させることにより、平均化の程度を制御することもできる。
【００１７】
この回路のタイミング信号を図３に示す。図中、Ｔは、表示の状態において信号を印加する時間を表す。
【００１８】
それぞれトランスファトランジスタ３４及び分離トランジスタ３０を駆動するトランスファ信号及び分離信号は、互いに反対、すなわち一方の信号は他方の逆数となる。したがって、これらの信号を単一の信号から、好ましくは分離信号から派生させることができる。反転信号は、ゲートを該信号に接続し、ドレインを接地のような既知電圧に接続し、そしてソースを負荷を介してパワー信号に接続したトランジスタを有する出力回路１６のような回路を用いて容易に創り出される。
【００１９】
図２の回路を、分離トランジスタ３０及び分離信号を除外することによって簡略化することも可能である。この場合、トランスファトランジスタ３４がオンである間、光センサ１０に入射する周囲光に応じて、センサキャパシタ２０及び平均化キャパシタ２２が放電し続けることになる。このため、電圧変動は大きくなり、出力は安定ではなくなる。
【００２０】
別の光センサ回路を使用することができ、本発明に包含される。例えば、光が存在すると帯電する光キャパシタを採用して光信号を提供してもよい。この態様では、光キャパシタを定期的に放電させるため、リセット信号を用いる必要がある。センサキャパシタを放電させるために、光レジスタ、光ダイオード及び光トランジスタを使用してもよい。
【００２１】
図４に示したディスプレイシステムにおいて、図１及び図２の光センサ回路を使用することができる。図４において、基板５０は表示領域５２においてＯＬＥＤのような発光要素のアレイを有し、そして基板５０には光センサ回路８が集積されている。光センサ回路８はコントローラ４４に出力信号４０を提供する。コントローラ４４は、出力信号４０及び入力信号４６に応じて、ディスプレイを駆動する表示信号４２を発生する。
【００２２】
薄膜光センサ１０からの信号は、それがカバーする面積及びそれに入射する周囲放射線に直接関係する。集積光センサ１０の面積を大きくすることによって、回路８からの出力信号４０を、ディスプレイのサイズを著しく大きくすることなく、増大させることができる。
【００２３】
複数の光センサ１０を共同で電気接続することにより積算光信号を提供すること、或いは、それらを独立にアドレスし又はそれらの出力を合体することができる。集積光センサ１０の数又はサイズを増大させることにより、信号を大きくし、よって周囲光検出の応答性を向上させることができる。その上、ディスプレイの一部が陰で暗くなった場合でも、複数のセンサがあることにより、複数の信号を提供してこれらを平均化することにより表示領域に入射する照明の全体平均が得られるので、ディスプレイに入射する周囲照明全体を代表する信号となる。実際、表示領域５２に落ちるいかなる陰影の位置及び形状もその程度は限定的であり、よってディスプレイの性能を最適化するのに利用できる更なる情報が得られる。
【００２４】
本発明の光センサ（単数又は複数）１０は、光センサに入射する光の周波数分布に感応する。この感応性は、当該材料の吸収スペクトルと、該光センサを構成するのに用いられる層の構造とに起因する。デバイスの周波数感応性は、光センサと周囲放射線との間にカラーフィルタを設けることにより変更することができる。このようなフィルタを用いて光センサ１０の周囲光応答性をカスタマイズすることができる。
【００２５】
本発明は、上面発光型及び底面発光型のどちらのＯＬＥＤディスプレイ構造体においても使用することができる。アクティブマトリックス式ＯＬＥＤディスプレイに用いられる薄膜構造体を利用して、光センサ１０を形成し、かつ、該光センサ１０に適した制御信号を発生して処理するための回路１１及び１４を設けることができる。同一のパワー及びコントロール信号法を用いてディスプレイを駆動することができる。また、光センサの接続方法も様々で、ディスプレイのレイアウトや、電極及び信号線の導電性のような各種の因子に依存する。
【００２６】
光センサ要素は、個別に（ディスプレイの画素のように）選択することも、またグループとして選択することもできる。現存するアドレス及びシグナルラインを用いて、現存する電子制御法により要素を選択又はリセットすることができる。光センサ要素のグループを物理的又は論理的に結びつけてさらに大きな領域の入射光の測定値を提供することで、情報の特異性並びにロジック及びインターコネクトを支持する必要性の双方を下げることができる。
【００２７】
本発明を用いて周囲照明の色に関する情報を得ることもできる。光センサと周囲光との間に配置されたカラーフィルタを利用することによって、周囲光を濾過することができる。カラーフィルタの付着技法は、当該技術分野においては周知であり、ディスプレイ用としても公知である。複数の光センサに異なるフィルタを設ける場合、光センサからの信号を用いて、例えばディスプレイのカラー又は白色点を調整することにより、ディスプレイを最適化することができる。この場合に限り、同一色のカラーフィルタを具備する光センサが並列に接続される。
【００２８】
発光ディスプレイは、当該技術分野で知られているように発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層及び電子輸送層のような複数の支持層を含む有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであることができる。光センサ回路８は、アクティブマトリックス式ディスプレイ回路と共通の段階において付着することができ、また同一材料を含むことができるため、加工製造が簡略化される。
【００２９】
光センサ回路１０、検出回路１１及び平均化回路１４のいずれか又はすべてを、表示装置と同一の基板上に直接集積するか、或いは、ディスプレイの外部に提供することができる。一般には、回路を直接表示装置に集積することにより性能及び精度の向上を図ることができるが、このことがすべての表示装置に望まれるわけではない。
【００３０】
好ましい実施態様では、本発明を、Tangらの米国特許第４，７６９，２９２号（１９８８年９月６日発行）及びVanSlykeらの米国特許第５，０６１，５６９号（１９９１年１０月２９日発行）に記載されているような低分子又は高分子ＯＬＥＤから構成された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む装置において採用する。このような装置の製造に使用できる有機発光ディスプレイには多くの組合せ及びバリエーションがある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による光センサ回路を示す略ブロック図である。
【図２】図１の光センサ回路の一実施態様を示す略回路図である。
【図３】図２の回路の動作を説明するのに有用なタイミング図である。
【図４】本発明による光センサ回路及び表示装置の一実施態様を示す略図である。
【符号の説明】
【００３２】
８    回路
１０    光センサ
１１    検出回路
１２    光センサ回路
１３    保存回路
１４    平均化回路
１６    出力回路
２０    キャパシタ
２２    平均化キャパシタ
３０    分離トランジスタ
３２    リセットトランジスタ
３４    トランスファトランジスタ
３６    出力トランジスタ
４０    出力信号
４２    表示信号
４４    コントローラ
４６    入力信号
５０    基板
５２    表示領域
【図１】
2007511751.tif 000003
【図２】
2007511751.tif 000004
【図３】
2007511751.tif 000005
【図４】
2007511751.tif 000006
【国際調査報告】
2007511751.tif 000007
2007511751.tif 000008
2007511751.tif 000009