(57)【要約】【課題】高インピーダンス入力回路を不要とし、あるいは、光量検出のためのトランジスタサイズを大きくしない。【解決手段】ゲート電極に所定電圧が印加され、受光量に応じた電流がソース・ドレイン電極に流れるＴＦＴ１１と、高電位の給電線および低電位の給電線の間にＴＦＴ１１と直列接続された容量素子１４と、容量素子１４に対して、ソース・ドレイン電極が並列接続されたＴＦＴ１２と、ＴＦＴ１２のソース・ドレイン電極間を導通状態から非導通状態に切り替えるパルス発生回路１５と、遮光された領域に設けられ、ゲート電極が、ＴＦＴ１１のゲート電極に接続されて、ソース・ドレイン電極に定電流Ｉrefが流れるＴＦＴ１３とを備える。【選択図】図２
2008218854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光量に応じた電流がソース・ドレイン電極に流れる第１トランジスタと、
高電位の給電線および低電位の給電線の間に前記第１トランジスタと直列接続された容
量素子と、
前記容量素子に対して、ソース・ドレイン電極が並列接続された第２トランジスタと、
前記第２トランジスタのソース・ドレイン電極間を導通状態から非導通状態に切り替え
る切替回路と、
遮光された領域に設けられ、ゲート電極が、前記第１トランジスタのゲート電極に接続
されて、ソース・ドレイン電極に定電流が流れるように制御された第３トランジスタと、
を有し、前記容量素子と第１トランジスタとの接続点における電位に基づいて前記受光
量を検出する
ことを特徴とする光量検出回路。
【請求項２】
前記第１および第３トランジスタのゲート電極は、前記第３トランジスタのドレイン電
極に接続された
ことを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項３】
一方の端子が所定の基準電位の給電線に接続され、他方の端子が前記第３トランジスタ
のドレイン電極に接続された抵抗素子と、
一方および他方の端子間で所定の電圧を保ち、前記一方の端子が前記給電線に接続され
た電圧源と、
前記電圧源の他方の端子における電位が前記第３トランジスタのドレイン電極の電位よ
りも高ければ、前記第１および３トランジスタのゲート電極の電位を低くし、前記電圧源
の他方の端子における電位が前記第３トランジスタのドレイン電極の電位よりも低ければ
、前記第１および３トランジスタのゲート電極の電位を高くする演算回路と、
を、さらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光量検出回路を基板上に有し、所定の表示を行う
ことを特徴とする電気光学装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電気光学装置と、
前記電気光学装置の表示を照明する光源と、
前記光量検出回路により検出された受光量に応じて、前記光源による照明光を制御する
照明制御回路と、
を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば薄膜トランジスタを用いて光検出を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や個人向携帯端末（Personal Digital Assistance）などの電子機器に
、液晶素子や有機ＥＬ（Electronic Luminescence）素子などをマトリクス状に配列させ
た表示パネルが広く用いられている。この表示パネルは、明るい状態から暗い状態まで様
々な環境下で使用されるので、外光の光量を検出するとともに、その検出結果に合わせて
明るさや画質などの表示画像を制御する構成となっている。
このような構成において、光量検出のための回路を表示パネルと別体に設けると、実装
するスペースが余計に必要となったり、電子機器の外装部に外光を検出するための開口部
を設ける必要が生じたりするなどの問題が生じる。
そこで、表示パネルの画素をスイッチングする薄膜トランジスタと共通プロセスによっ
て、光量検出のための回路を形成して、表示パネル自体で外光を検出する技術が提案され
ている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２９８３２号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記技術では、電圧検出のために高インピーダンス入力回路が必要とな
る、あるいは、光量検出のためのトランジスタサイズを大きくせざるを得ない、といった
問題が指摘されている。
本発明は、上述した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高インピ
ーダンス入力回路を必要とせず、また、光量検出のためのトランジスタサイズを大きくし
なくて済む光量検出回路、電気光学装置および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明に係る光量検出回路は、受光量に応じた電流がソース
・ドレイン電極に流れる第１トランジスタと、高電位の給電線および低電位の給電線の間
に前記第１トランジスタと直列接続された容量素子と、前記容量素子に対して、ソース・
ドレイン電極が並列接続された第２トランジスタと、前記第２トランジスタのソース・ド
レイン電極間を導通状態から非導通状態に切り替える切替回路と、遮光された領域に設け
られ、ゲート電極が、前記第１トランジスタのゲート電極に接続されて、ソース・ドレイ
ン電極に定電流が流れるように制御された第３トランジスタと、を有し、前記容量素子と
第１トランジスタとの接続点における電位に基づいて前記受光量を検出することを特徴と
する。
本発明によれば、第１トランジスタのソース・ドレイン電極間に流れる定電流によって
、第１および第３トランジスタのゲート電極の電圧が一定となるように制御される。この
ため、容量素子と第１トランジスタとの接続点を高インピーダンス状態とさせなくても済
み、また、第１トランジスタのサイズを大きくしなくても済む。
【０００５】
本発明において、前記第１および第３トランジスタのゲート電極は、前記第３トランジ
スタのドレイン電極に接続されたカレントミラー回路としても良い。
また、本発明において、一方の端子が所定の基準電位の給電線に接続され、他方の端子
が前記第３トランジスタのドレイン電極に接続された抵抗素子と、一方および他方の端子
間で所定の電圧を保ち、前記一方の端子が前記給電線に接続された電圧源と、前記電圧源
の他方の端子における電位が前記第３トランジスタのドレイン電極の電位よりも高ければ
、前記第１および３トランジスタのゲート電極の電位を低くし、前記電圧源の他方の端子
における電位が前記第３トランジスタのドレイン電極の電位よりも低ければ、前記第１お
よび３トランジスタのゲート電極の電位を高くする演算回路と、を、さらに有する構成と
しても良い。
さらに、定電流を検出した受光量に応じて変更する回路を設けても良い。
なお、本発明は、光量検出回路のみならず、この光量検出回路を基板上に有し、所定の
表示を行う電気光学装置としても、さらに、この電気光学装置と、前記電気光学装置の表
示を照明する光源と、前記光量検出回路により検出された受光量に応じて、前記光源によ
る照明光を制御する照明制御回路とを有する電子機器としても概念することが可能である
。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【０００７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る光量検出回路を適用した電気光学装置の構成を示す図であ
る。
この図に示される電気光学装置１において、光量検出回路１０は、表示パネル１００の
内部に形成される。表示パネル１００は、特に図示しないが、マトリクス状に配列する複
数の画素によって所定の表示を行うものであり、素子基板と対向基板との一対の基板を有
し、このうち、素子基板には、画素をスイッチングするためのＴＦＴ（thin film transi
stor、以下、適宜「ＴＦＴ」と略称する）や画素電極が形成され、対向基板には、画素電
極に対向するようなコモン電極が形成されて、互いの電極形成面が対向するように、かつ
、液晶を挟持するように、一定の間隙を保って素子基板と対向基板とを貼り合わせられた
構成となっている。
表示パネル１００は、バックライトによる透過光と、外光による反射光との双方を変調
させる半透過・半反射型であり、画素は図示しない駆動回路によって駆動される構成とな
っている。
【０００８】
バックライト制御回路３０（照明制御回路）は、光量検出回路１０から出力されたＶde
tに応じて、白色ＬＥＤ５０に供給する電流を制御するものである。ＬＥＤ５０は、表示
パネル１００を照明するバックライトユニットの光源である。
【０００９】
図２は、光量検出回路１０の構成を示す回路図である。この図に示されるように、光量
検出回路１０は、ｎチャネル型のＴＦＴ１１、１２、１３、容量素子１４、パルス発生回
路１５および定電流源１６を有し、このうち、少なくともＴＦＴ１１、１２、１３は、表
示パネル１００の素子基板上に、画素をスイッチングするＴＦＴと共通プロセスによって
形成される。
【００１０】
図において、電位Ｖd、Ｇndは、それぞれ電源の高位側、低位側である。ＴＦＴ１１（
第１トランジスタ）のソース電極は電位Ｇndに接地され、そのドレイン電極は、ＴＦＴ１
２（第２トランジスタ）のソース電極および容量素子１４における一方の端子に接続され
ている。本実施形態では、ＴＦＴ１１のドレイン電極と容量素子１４との接続点をノード
Ａとし、その電圧Ｖdet（接地電位ＧndとノードＡの電位差）が外部に出力される。ＴＦ
Ｔ１１は、表示パネル１００において外部に開口する領域、すなわち外部から光を検出す
るための領域に設けられる。
ＴＦＴ１２のドレイン電極および容量素子１４の他方の端子は、それぞれ電位Ｖdを給
電する給電線に接続されている。
したがって、ＴＦＴ１１と容量素子１４は、高電位Ｖdを給電する給電線と低電位Ｇnd
を給電する給電線との間において直列接続され、また、ＴＦＴ１２と容量素子１４とは、
高電位Ｖdを給電する給電線とノードＡとの間において並列接続された構成となる。
【００１１】
パルス発生回路１５（切替回路）は、電位Ｖdから電位Ｇndに切り替わるパルス状の信
号Ｖgを、ＴＦＴ１２のゲート電極に供給するものである。したがって、ＴＦＴ１２のソ
ース・ドレイン電極間は、信号Ｖgが電位Ｖdになると導通（オン）状態となり、電位Ｇnd
になると非導通（オフ）状態となる。
ＴＦＴ１３（第３トランジスタ）は、表示パネル１００において遮光された領域に形成
され、そのソース電極は電位Ｇndに接地され、そのドレイン電極には、定電流源１６によ
る定電流Ｉrefが供給される。ＴＦＴ１３のドレイン電極は、ＴＦＴ１１のゲート電極お
よび自身のゲート電極に接続されている。
なお、本実施形態において、ＴＦＴ１１、１３のトランジスタサイズ（チャネル幅およ
びチャネル長）は、互いに同一となるように設計されている。このため、ＴＦＴ１１、１
３のトランジスタの特性は互いに同一である。
【００１２】
この構成にかかる光量検出回路１０の動作について説明する。
まず、パルス発生回路１５による信号Ｖgが電位Ｖdになると、ＴＦＴ１２がオン状態に
なり、容量素子１４の両端子が短絡されるので、容量素子１４に蓄積された電荷がクリア
されるとともに、ノードＡが電位Ｖdとなる。
次に、信号Ｖgが電位Ｇndになると、ＴＦＴ１２がオフ状態に切り替わる。ＴＦＴ１１
では、そのドレイン・ソース電極間に、受光された光量に応じて、漏れ電流が流れる。こ
のため、容量素子１４は、この漏れ電流に応じた充電がなされるので、ノードＡは、すな
わち、電圧Ｖdetは、Ｖdから徐々にＧndに向かって低下する。
【００１３】
したがって、バックライト制御回路３０は、ＶdとＧndとの間でしきい値Ｖthを設定す
るとともに、信号Ｖgが電位ＧndになってからＶdetが当該しきい値Ｖthに達するまでの時
間を計測することにより、ＴＦＴ１１で受光された光量を求めることができる。例えば、
ＴＦＴ１１で受光された光量が多ければ、漏れ電流が大きくなるので、図３において実線
で示されるように、Ｖdetの電位低下の度合いも大きくなる。このため、信号Ｖgが電位Ｇ
ndになってからＶdetが当該しきい値Ｖthに達するまでの時間Ｔaは短くなる。一方、ＴＦ
Ｔ１１で受光された光量が少なければ、漏れ電流が小さくなるので、Ｖdetの電位低下の
度合いも小さくなる。このため、信号Ｖgが電位ＧndになってからＶdetが当該しきい値Ｖ
thに達するまでの時間Ｔbは長くなる。
【００１４】
このように、ＴＦＴ１１で受光された光量は、信号Ｖgが電位ＧndになってからＶdetが
しきい値Ｖthに達するまでの時間に反映される。なお、ここでは、信号Ｖgが電位Ｇndに
なってからＶdetがしきい値Ｖthに達するまでの時間を計測しているが、信号ＶgがＬレベ
ルになってから時間Ｔcだけ経過した時点におけるＶdetの電圧を計測しても良いし、ＴＦ
Ｔ１１のドレイン・ソース電極間に流れる電流を直接計測するようにしても良い。
いずれにしても、電圧Ｖdetに基づいてＴＦＴ１１で受光された光量を求めることがで
きる。
【００１５】
バックライト制御回路３０は、求めた受光量に対して、図４に示されるような特性でバ
ックライトの光量（ＬＥＤ５０への電流）を制御する。詳細には、バックライト制御回路
３０は、求めた受光量が予め定められたしきい値Ｔh1以上Ｔh2以下の領域にあれば、受光
量に対してバックライトによる光量をＭin以上Ｍax以下となるようにリニアに制御する。
これにより、外部環境の明るさに応じてバックライトの照明光量、すなわち、画素を透過
して視認される光量が増減されるので、透過重視の適切な表示が可能となる。
また、バックライト制御回路３０は、求めた受光量が予め定められたしきい値Ｔh2より
も多く、しきい値Ｔh3よりも少なければバックライトによる光量をＭaxで一定となるよう
に制御する。これにより、外部が一定の範囲で明るいのであれば、透過光と反射光との双
方を併せた適切な表示が可能となる。
さらに、バックライト制御回路３０は、求めた受光量がしきい値Ｔh3以上であれば、バ
ックライトをオフさせるように制御する。これにより、反射重視の表示となり、バックラ
イトにより消費される電力を抑えることが可能となる。
【００１６】
本実施形態に係る光量検出回路１０において、定電流Ｉrefは、遮光状態にあるＴＦＴ
１３のドレイン・ソース電極間に流れる暗電流である。ＴＦＴ１１のゲート電極は、当該
定電流ＩrefがＴＦＴ１３のドレイン・ソース電極間に流れるときにおけるＴＦＴ１３の
ゲート電極の電圧となるので、ＴＦＴ１１の受光量がゼロであれば、ＴＦＴ１１のドレイ
ン・ソース電極間に流れる電流はＩrefに等しくなる。ただし、ＴＦＴ１１での受光量が
多くなるにつれて、ＴＦＴ１１のドレイン・ソース電極間に流れる電流もＩrefから多く
なる。
ここで、本実施形態では、ＴＦＴ１３のドレイン・ソース電極間に流れる電流は、Ｉre
fで一定となるように制御されているので、ＴＦＴ１１、１３のゲート電圧も一定となる
ように制御される。ゲート電圧が一定であるので、ＴＦＴ１１では、周囲温度等が変化し
ても、受光量に対する漏れ電流の特性が変動しないことになる。
【００１７】
一方、背景技術で述べた光量検出回路は、図７に示されるように、ＴＦＴ１１のゲート
電極に、漏れ電流を流すためのバイアス電圧Ｖoffを印加する構成である。ここで、電圧
Ｖoffが高くなると（逆バイアスが浅くなると）、受光量が同じでも漏れ電流が大きくな
る。ただし、ＴＦＴ１１において、逆バイアスが浅い状態では、周囲温度に対する漏れ電
流の変動が顕著に大きくなる。このため、周囲温度の影響を少なくするためには、ＴＦＴ
１１を逆バイアスが浅くない領域で、すなわち、漏れ電流が小さい状態で動作させる必要
があり、ノードＡの電圧を高インピーダンス状態で判定する必要がある。ノードＡが高イ
ンピーダンス状態となるのを避けるためには、ＴＦＴ１１のトランジスタサイズを大きく
すれば良いが、上述したように、表示パネル１００の素子基板上に光量検出回路を設ける
場合には、表示に寄与しないデッドスペースをそれだけ多く必要となり、素子基板におい
て表示領域を圧迫することになる。
本実施形態によれば、上述したように周囲温度等によらずに受光量に対する漏れ電流の
特性が変動しないので、ノードＡの電圧を高インピーダンス状態で判定する必要がない。
このため、本実施形態では、ＴＦＴ１１のトランジスタサイズを大きくする必要もない。
【００１８】
なお、ＴＦＴ１１、１３のトランジスタサイズは互いに同一である必要はない。たとえ
ば、ＴＦＴ１１のチャネル幅をＷ１１、チャネル長をＬ１１として、その比率をＴＲ１１
（＝Ｗ１１／Ｌ１１）で表し、ＴＦＴ１３のチャネル幅をＷ１３、チャネル長をＬ１３と
して、その比率をＴＲ１３（＝Ｗ１３／Ｌ１３）で表したとき、受光量ゼロのときにＴＦ
Ｔ１１のドレイン・ソース電極間に流れる電流は、概ねＩre f・ＴＲ１１／ＴＲ１３とな
る。
このように、ＴＦＴ１１のチャネル比率ＴＲ１１およびＴＦＴ１３のチャネル比率ＴＲ
１３を定めることによって、ＴＦＴ１１の漏れ電流が適正となるように設定することが可
能となる。
【００１９】
＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、定電流Ｉrefを、遮光状態にあるＴＦＴ１１のドレイン・
ソース電極間に流れる電流値としたが、この第２実施形態では、この定電流Ｉrefを変更
可能としたものである。
【００２０】
図５は、第２実施形態に係る光量検出回路１０の構成を示す回路図である。
この図に示されるように、ＴＦＴ１３のゲート電極は、自身のドレイン電極に接続され
ておらず、演算回路１９の出力端に接続されている。ＴＦＴ１３のドレイン電極は、電位
Ｖdを給電する給電線に対し、抵抗値がＲである抵抗素子１７を介して接続されている。
また、ＴＦＴ１３のドレイン電極は、演算回路１９における加算入力端（＋）にも接続さ
れている。
電圧源１８は、両端子間で電圧Ｖstdを発生させるものであり、その正極端子は、電位
Ｖdを給電する給電線に接続され、負極端子は、演算回路１９の減算入力端（−）に接続
されている。
演算回路１９は、加算入力端（＋）の電圧から減算入力端（−）の電圧を減じた電圧と
比例関係にある電圧を出力するものである。
【００２１】
この構成において、抵抗素子１７の両端子にはＲ・Ｉrefの電圧が発生するので、ＴＦ
Ｔ１３のドレイン電極および演算回路１９における加算入力端（＋）の電圧は（Ｖd−Ｒ
・Ｉref）となる。一方、演算回路１９における減算入力端（−）の電圧は（Ｖd−Ｖstd
）となる。
ここで、電圧Ｖstdが電圧Ｒ・Ｉrefよりも高ければ、すなわち、減算入力端（−）の電
圧（Ｖd−Ｖstd）が加算入力端（＋）の電圧（Ｖd−Ｒ・Ｉref）よりも低ければ、演算回
路１９の出力電圧が高くなるので、電流Ｉrefが大きくなる方向に働く。一方、電圧Ｖstd
が電圧Ｒ・Ｉrefよりも低ければ、すなわち、減算入力端（−）の電圧（Ｖd−Ｖstd）が
加算入力端（＋）の電圧（Ｖd−Ｒ・Ｉref）よりも高ければ、演算回路１９の出力電圧が
低くなるので、電流Ｉrefが小さくなる方向に働く。このため、抵抗素子１７の両端子間
の電圧Ｒ・Ｉrefは、電圧源１８の電圧Ｖstdと等しくなる地点で均衡する。
したがって、定電流Ｉrefは、Ｖstd／Ｒとなるように調整されるので、電圧源８の電圧
Ｖstd、または、抵抗素子１７の抵抗値Ｒの一方を、もしくは、双方を調整可能にすると
、定電流Ｉrefを適切な値に変更することが可能となる。
【００２２】
定電流Ｉrefは、ＴＦＴ１１（１３）のゲート電圧を規定するので、受光量に対する漏
れ電流を定めることになる。
ここで、受光量が多い状態（明るい状態）である場合に、ＴＦＴ１１の漏れ電流が大き
いと、Ｖdetが短期間のうちに電位Ｖdから電位Ｇndに低下してしまうので、受光量を精度
良く求めることができない。受光量が少ない状態（暗い状態）である場合に、ＴＦＴ１１
の漏れ電流が小さいと、Ｖdetが電位Ｖdから低下しにくくなるので、やはり、受光量を精
度良く求めることができない。
このため、定電流Ｉrefを受光量に応じて適切な値に変更可能とする構成は、受光量を
精度良く観測する点において有利となる。例えば、あるタイミングでバックライト制御回
路３０が受光量を求めたときに、当該受光量に対した適切な定電流Ｉrefを再設定する構
成により、受光量を、広範囲で、かつ、精度良く観測することが可能となる。
なお、当該受光量に対した適切な定電流Ｉrefを再設定する構成については、第２実施
形態のみならず、第１実施形態においても適用可能である。
【００２３】
＜電子機器＞
次に、上述した実施形態に係る光量検出回路１０を有する電気光学装置１を適用した電
子機器について説明する。図６は、この電気光学装置を用いた携帯電話１２００の構成を
示す図である。
この図に示されるように、携帯電話１２００は、複数の操作ボタン１２０２のほか、受
話口１２０４、送話口１２０６とともに、上述した電気光学装置１を備えるものである。
なお、電気光学装置のうち、表示パネル１００に相当する部分以外の構成要素については
外観としては現れない。
なお、電気光学装置１が適用される電子機器としては、図６に示される携帯電話の他に
も、デジタルスチルカメラや、フォトストレージ、ノートパソコン、液晶テレビ、ビュー
ファインダ型（または、モニタ直視型）のビデオレコーダ、カーナビゲーション装置、ペ
ージャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ
端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の
表示装置として、上述した電気光学装置１が適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る光量検出回路が適用される電気光学装置を示す図である。
【図２】同光量検出回路の構成を示す図である。
【図３】同光量検出回路の動作を説明するための図である。
【図４】同電気光学装置におけるバックライト制御を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る光量検出回路の構成を示す図である。
【図６】同電気光学装置が適用された携帯電話の構成を示す図である。
【図７】従来の光量検出回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…電気光学装置、１０…光量検出回路、１１、１２、１３…ＴＦＴ、１４…容量素子
、１５…パルス発生回路、１６…定電流源、１７…抵抗素子、１８…電圧源、１９…演算
回路、３０…バックライト制御回路、５０…ＬＥＤ、１００…表示パネル、１２００…携
帯電話
【図１】
2008218854.tif 000003
【図２】
2008218854.tif 000004
【図３】
2008218854.tif 000005
【図４】
2008218854.tif 000006
【図５】
2008218854.tif 000007
【図６】
2008218854.tif 000008
【図７】
2008218854.tif 000009