(57)【要約】【課題】  受光光量をより正確に反映した値を取得する。【解決手段】  額縁開口部への受光光量に応じたパルス幅の信号Ｑを出力する第１光センサ１０と、第１光センサ１０の近傍に設けられ、第１光センサ１０と同タイミングで検出動作を行うとともに、額縁によって遮光された受光面への受光光量に応じたパルス幅の信号Ｑrefを出力する第２光センサ２０と、信号Ｑと信号Ｑrefとの排他的論理和信号Ｄiffを出力するＥＸ−ＯＲ回路３２とを有する。【選択図】      図１
2005347537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口した受光面への受光光量に応じた信号を出力する第１光センサと、
前記第１光センサの近傍に設けられ、遮光された受光面への受光光量に応じた信号を出
力する第２光センサと、
前記第１光センサの出力信号と前記第２光センサの出力信号との差分値を求め、当該差
分値を出力する差分算出回路と
を具備することを特徴とする光センサ回路。
【請求項２】
前記第１および第２光センサは、それぞれ受光光量に応じたパルス幅の論理信号を出力
し、
前記差分算出回路は、前記第１光センサの出力信号と前記第２光センサの出力信号との
排他的論理和信号を求めるＥＸ−ＯＲ回路を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の光センサ回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光センサ回路を有する電子機器。
【請求項４】
開口した受光面への受光光量に応じた信号を出力する第１光センサと、
前記第１光センサの近傍に設けられ、遮光された受光面への受光光量に応じた信号を出
力する第２光センサと
を有する光センサ回路の出力信号処理方法であって、
前記第１光センサの出力信号と前記第２光センサの出力信号との差分値を求め、当該差
分値を出力する
ことを特徴とする光センサ回路の出力信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードのような受光素子の出力を読み取る技術に関する。
【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、日光のように極めて明るい状態から夜間のように外光がほとん
どない状態まで様々な環境下で使用される。このため、外光にかかわらず表示素子の明る
さや画質が一定であると、ある条件では見易いが、他の条件では非常に見辛くなってしま
う、という不具合が発生する。そこで、このような表示パネルでは、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を制御するのが望ましい、と考えられ
る。
このような制御において、光量の検出にはフォトダイオードのような受光素子が用いら
れるが、受光素子を表示パネルとは別に設けると、電子機器において受光素子を実装する
スペースが余計に必要となったり、受光素子において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。
【０００３】
この問題を解消する策としては、表示パネルにおける画素をスイッチングする薄膜トラ
ンジスタ（Thin Film Transistor、以下、適宜「ＴＦＴ」と略称する）と共通プロセスに
よって、受光素子を形成して、表示パネル自体で外光を検出する技術が考えられる。
この技術では、ノイズが出力線に混入して光量検出の精度を低下させるので、出力線に
現れるノイズを検出するとともに、検出したノイズを反転して出力線に供給することによ
って、当該出力線に現れるノイズを相殺する技術も提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−８２９３１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】
【０００４】
しかしながら、受光素子を、表示パネルにおける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形成すると、当該受光素子自身によるノイズや暗電流によっ
て光量検出自体の精度が悪化する、といった問題が生じた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、受光素子
自身によるノイズや暗電流によって検出精度の悪化を防止した光センサ回路、光センサ回
路の出力信号処理方法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】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明に係る光センサ回路は、開口した受光面への受光光量
に応じた信号を出力する第１光センサと、前記第１光センサの近傍に設けられ、遮光され
た受光面への受光光量に応じた信号を出力する第２光センサと、前記第１光センサの出力
信号と前記第２光センサの出力信号との差分値を求め、当該差分値を出力する差分算出回
路とを具備することを特徴とする。この光センサ回路によれば、第１光センサの近傍に設
けられた第２光センサの出力信号を、第１光センサ回路において発生するノイズや暗電流
の参照信号として検出するとともに、第１光センサ回路の出力信号から減算されて差分値
として出力される。このため、差分値では、ノイズや暗電流の影響が除去されるので、検
出精度の悪化が防止される。
【０００６】
上記光センサ回路において、前記第１および第２光センサは、それぞれ受光光量に応じ
たパルス幅の論理信号を出力し、前記差分算出回路は、前記第１光センサの出力信号と前
記第２光センサの出力信号との排他的論理和信号を求めるＥＸ−ＯＲ回路を含む構成が好
ましい。この構成によれば、差分算出回路を論理回路で構成することができるので、構成
の簡易化を図ることができる。
また、この構成において、第２光センサの出力信号のパルス幅に関する情報をメモリ等
に記憶させ、読み出すことで、第２光センサを常時作動させる必要をなくすることもでき
る。この際、第２光センサの出力信号のパルス幅に関する情報を一定間隔毎に更新させて
も良い。
なお、本発明は、光センサ回路のみならず、光センサ回路の出力信号処理方法としても
概念することができる。また、本発明に係る電子機器は、上記光センサ回路を有するので
、差分値によって表示部をより正確に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
図１は、本発明の実施形態に係る光センサ回路を含む液晶表示パネルの全体構成を示す
ブロック図である。
この図において、第１光センサ１０と第２光センサ２０とは、それぞれ受光光量に応じ
た信号Ｑ、Ｑrefを出力するものである。詳細については後述するが、本実施形態では、
第１光センサ１０および第２光センサ２０における受光光量が多い程、それぞれ信号Ｑ、
Ｑrefのパルス幅が短くなるように構成されている。第１光センサ１０および第２光セン
サ２０は、図２に示されるように、画素領域５０の外側周縁を区画する遮光層としての額
縁５２に相当する領域において互いに隣接するように液晶表示パネル１に形成され、この
うち、第１光センサ１０は、額縁５２が開口した部分に設けられる一方、第２光センサ２
０は、額縁５２によって遮光された部分に設けられる。
【０００８】
なお、画素領域５０とは、画素がマトリクス状に配列する領域である。この画素は、周
知のように走査線とデータ線（いずれも図示省略）との交差に対応して設けられ、走査線
が選択されたときにデータ線と画素電極との間においてオンするＴＦＴと、画素電極と対
向電極（共通電極）とによって液晶を挟持した液晶層から構成されるが、その詳細につい
ては、本発明と特に関係ないので説明を省略する。
【０００９】
差分算出回路３０は、信号Ｑと信号Ｑrefとの排他的論理和を求めて信号Ｄiffとして出
力するＥＸ−ＯＲ回路３２と、信号Ｑrefの論理レベルを反転して信号／Ｑrefとして出力
するＮＯＴ回路３４と、信号Ｄiffと信号／Ｑrefとの否定論理積を求めて信号Ｏutとして
出力するＮＡＮＤ回路３６とを有する。なお、／は直後に続く信号の否定を示す記号とし
て用いている。
制御回路４０は、画素領域５０における各画素の階調を示すデータＤataを、信号Ｏut
のパルス幅に応じて処理して駆動回路６０に供給したり、図示しないバックライトなどの
補助光源の輝度を調整したりするほか、第１光センサ１０および第２光センサ２０にそれ
ぞれ後述する制御信号を供給するものである。
駆動回路６０は、上述した走査線およびデータ線の各々を駆動する回路を総称したもの
である。詳細には、駆動回路６０は、走査線を順次選択する走査線駆動回路と、選択され
た走査線に位置する画素に対し階調に応じた電圧のデータ信号を、データ線を介し供給す
るデータ線駆動回路とから構成されるが、その詳細については、本発明と特に関係ないの
で説明を省略する。
【００１０】
次に、第１光センサ１０および第２光センサ２０の詳細構成について、第１光センサ１
０を例にとって説明する。図３は、第１光センサ１０の電気的な構成を示す回路図である
。
この図に示されるように、フォトダイオード１１２のカソードは、電源の高位側電圧Ｖ
ddが供給される給電線に接続される一方、フォトダイオード１１２のアノードは、インバ
ータ回路１１４の入力端、スイッチ１１５の一端および容量Ｃbの一端にそれぞれ接続さ
れている。ここで、上述したようにフォトダイオード１１２の受光面は、額縁５２の開口
部分に設けられている。このフォトダイオード１１２は例えばＰＩＮ型であり、画素をス
イッチングするＴＦＴと共通プロセスにて形成される。
インバータ回路１１４は、電圧（Ｖdd−Ｇnd）を電源とするｐチャネル型ＴＦＴとｎチ
ャネル型ＴＦＴとの相補型構成であって、共通ゲートが入力端であり、共通ドレインが出
力端となっている。インバータ回路１１４の出力端は、当該インバータ回路１１４と同一
構成のインバータ回路１１６の入力端に接続されている。そして、インバータ回路１１６
の出力端に現れる信号がＱとして出力される構成となっている。
【００１１】
また、インバータ回路１１６の出力端は、スイッチ１１７ａの共通端子に接続されてい
る。ここで、スイッチ１１７ａは双投スイッチであり、制御回路４０（図１参照）から供
給される制御信号ＳetがＬレベルである場合に、図において実線で示される位置をとる一
方、制御信号ＳetがＨレベルである場合に、電圧の基準電位Ｇndを選択する。
したがって、信号Ｑの電圧レベルは、制御信号ＳetがＬレベルである場合には、インバ
ータ回路１１６の入力端の電圧によって定まる一方、制御信号ＳetがＨレベルである場合
にＬレベルとなる。
【００１２】
一方、インバータ回路１１４の出力端は、インバータ回路１１６の入力端のほか、スイ
ッチ１１５の他端に接続されている。ここで、スイッチ１１５は、制御回路４０から供給
される制御信号ＩniがＨレベルになるとオンし、制御信号ＩniがＬレベルになるとオフす
るものである。
また、容量Ｃbの他端は、スイッチ１１７ｂの共通出力端に接続されている。ここで、
スイッチ１１７ｂは双投スイッチであり、制御信号ＳetがＬレベルである場合には図にお
いて実線で示される位置をとって、電圧の基準電位Ｇndを選択する一方、制御信号Ｓetが
Ｈベルである場合には電圧Ｖsetを供給する基準電圧源１１９の正極端子を選択する。基
準電圧源１１９の負極端子に電位Ｇndに接地されている。
【００１３】
なお、説明の便宜上、フォトダイオード１１２のアノード（インバータ回路１１４の入
力端、スイッチ１１５の一端および容量Ｃｂの一端）を、ノードＰとする。上述したよう
に、第１光センサ１０は、液晶表示パネル１に形成されるので、ノードＰには、少なから
ず容量が寄生する。そこで、この寄生容量をＣaと表記することにする。
また、第２光センサ２０の電気的な構成についても、図３に示される第１光センサ１０
と同様である。ただし、フォトダイオード１１２の受光面は、図２に示されるように額縁
５２によって遮光された部分に設けられる。また、第２光センサ２０の出力信号はＱref
である。
【００１４】
次に、第１光センサ１０の動作について図４を参照して説明する。
まず、初期化期間において、制御回路４０によって制御信号Ｉni、ＳetがともにＨレベ
ルとなる。制御信号ＩniがＨレベルになることによってスイッチ１１５がオンするので、
ノードＰは、インバータ回路１１４のしきい値電圧Ｖthに保持される。すなわち、初期化
期間の直前において、インバータ回路１１４のＴＦＴの共通ゲートに寄生する容量Ｃaに
よって保持された電圧は、しきい値電圧Ｖthに初期化されて保持されることになる。なお
、しきい値電圧Ｖthは、おおよそ（Ｖdd−Ｇnd）／２である。
また、制御信号ＳetがＨレベルになることによって、スイッチ１１７ｂは、基準電圧源
１１９の正極端子を選択するので、容量Ｃbの他端は、電圧Ｖsetとなる。
【００１５】
続いて、セット期間において、制御回路４０によって制御信号ＩniがＬレベルに遷移し
、制御信号Ｓetも制御信号Ｉniに遅れてＬレベルに遷移する。
制御信号ＳetがＬレベルになることによって、スイッチ１１７ａは図３において実線の
位置を選択するので、信号Ｐは、ノードＰの電圧レベルに依存することになる。
ここで、制御信号ＳetがＬレベルになることによってスイッチ１１７ｂは、電位Ｇndを
選択するので、容量Ｃbの他端は、電圧Ｖsetから接地レベルに引き下げられることになる
。制御信号ＩniがＬレベルになることによってスイッチ１１５はすでにオフされているの
で、ノードＰは、容量Ｃbでの電圧降下分を容量ＣaとＣbとの結合比に応じた分配した分
だけ電圧低下することになる。
詳細には、制御信号ＳetがＬレベルに変化することによって容量Ｃbの他端が電圧降下
する分は（Ｖset−Ｇnd）であるので、ノードＰは、しきい値電圧Ｖthから（Ｖset−Ｇnd
）・Ｃa／（Ｃa＋Ｃb）だけ電圧低下することになる。
したがって、制御信号ＳetがＬレベルに変化した直後では、ノードＰの電圧は、必ずし
きい値電圧Ｖthよりも低い状態にあるから、ノードＰの論理レベルを再反転した信号Ｑは
、Ｌレベルに維持される。
【００１６】
制御信号ＳetがＬレベルに変化した後、フォトダイオード１１２には、受光光量に応じ
た電流が流れるので、ノードＰは、電圧低下したポイントから電圧Ｖddに向かって上昇す
ることになる。そして、ノードＰの電圧がインバータ回路１１４のしきい値電圧Ｖthを超
えると、インバータ回路１１４の出力端がＬレベルとなり、これが、インバータ回路１１
６によって反転されるので、信号Ｑは、Ｈレベルとなる。
このとき、フォトダイオード１１２には、受光光量が多ければ多いほど、電流が多く流
れるので、ノードＰは電圧上昇率が高くなる結果、信号ＱがＨレベルに変化するタイミン
グがそれだけ早くなる。
制御信号ＳetがＬレベルに変化したときのノードＰの電圧降下は一定であるので、制御
信号ＳetがＬレベルに変化したときから信号ＱがＨレベルに変化するまでの期間は、フォ
トダイオード１１２への受光光量に対応することになる。
信号ＱがＬレベルに遷移するタイミングは、制御信号ＳetがＨレベルとなるタイミング
であるが、制御信号ＳetのＨレベルとなる期間を一定とすれば、信号ＱのＬレベル期間で
あるパルス幅が、実質的にフォトダイオード１１２への受光光量に対応することになる。
【００１７】
第２光センサ２０についても、第１光センサ１０と同タイミングにて、制御信号Ｉni、
Ｓetが供給されるので同様な動作となる。ただし、第２光センサ２０におけるフォトダイ
オード１１２の受光面は額縁５２によって遮光されているので、その出力信号であるＱre
fがＬレベルとなるパルス幅は、図５に示されるように信号Ｑよりも長くなる。
【００１８】
ここで、図５に示されるように、信号Ｑおよび信号Ｑrefが出力される場合、両者の排
他的論理和である信号Ｄiffは、同図に示される通りとなる。
ところで、上述したように第１光センサ１０から信号Ｑがフォトダイオード１１２への
受光光量に応じたパルス幅で出力される。そして、このパルス幅は、上述したようにイン
バータ回路１１４の構成素子であるＴＦＴのゲートに寄生する容量の影響を受けないで出
力されるが、当該フォトダイオード１１２の暗電流やノイズ等の影響は除外されておらず
、これらを含んだままとなっている。
一方、第２光センサ２０は、図２に示されるように第１光センサ１０の近傍に設けられ
るとともに、第１光センサ１０と電気的構成が同一であって、かつ、同一プロセスで形成
され、さらに、同一タイミングで動作するものであり、その差異は、フォトダイオード１
１２への受光面が額縁５２において開口しているか否かのみである。したがって、第２光
センサ２０による信号Ｑrefには、第１光センサ１０と同様な暗電流やノイズ等の影響が
現れるはずである。
【００１９】
したがって、第１光センサ１０による信号Ｑのパルス幅と、第２光センサ２０による信
号Ｑrefのパルス幅との相違部分には、すなわち、信号ＤiffがＨレベルとなるパルス幅に
は、暗電流やノイズ等の影響が除外されて、受光光量に応じた部分をより正確に示したも
のとなる。
ここで、信号Ｄiffは、本実施形態では、ＮＡＮＤ回路３６によって信号／Ｑrefと否定
論理積が求めることよって反転され、信号Ｏutとして制御回路４０に供給される。このた
め、信号Ｏutは、実質的に信号Ｄiffを論理反転したものとなるので、信号ＯutがＬレベ
ルとなるパルス幅も受光光量に応じた部分をより正確に示したものとなる。このため、当
該信号Ｏutを入力する制御回路４０は、画素領域５０における表示内容や、バックライト
（補助光源）の照射強度など、受光光量に応じて適切に制御することが可能となる。
【００２０】
なお、上述した第２光センサ２０による信号Ｑrefによるパルス幅の開始タイミングは
、第１光センサ１０による信号Ｑによるパルス幅の開始タイミングに揃える構成としたの
で、第２光センサ２０は第１光センサ１０と並行動作することになるが、信号Ｑrefによ
るパルス幅を示すデータをメモリに記憶しておき、この記憶したデータで示されるパルス
幅と信号Ｑのパルス幅との差分値を求めるようにしても良い。このような構成にすると、
第２光センサ２０を第１光センサ１０と常に並行動作させなくて済む。またこの際、信号
Ｑrefによるパルス幅は、温度等によって変化する場合があるので、一定間隔毎に、また
は制御回路４０の指示によって適宜メモリに記憶・更新する構成としても良い。
【００２１】
次に、上述した液晶表示パネル１を表示部として用いた電子機器について説明する。図
６は、この電子機器の一例たる携帯電話の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話１１００は、複数の操作ボタン１１０２のほか、受話口１１
０４、送話口１１０６とともに、表示部として、上述した第１光センサ１０および第２光
センサ２０を有する液晶表示パネル１を備えるものである。
このような構成によれば、表示パネル内に光センサを作り込むことができるので、別途
の開口部や受光素子を設けるための実装スペースが不要となるだけでなく、より正確に受
光光量を検出することができるので、環境光に応じてより適切な画像制御が可能となる。
【００２２】
なお、電子機器としては、図６の携帯電話の他にも、デジタルスチルカメラや、テレビ
、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、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、Ｐ
ＯＳ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
器の表示部として、上述した液晶表示パネル１が適用可能なのは言うまでもない。
また、上述した実施形態では、液晶表示パネル１を用いたが、他のパネル、例えば有機
ＥＬ素子や、無機ＥＬ素子、フィールド・エミッション（ＦＥ）素子、ＬＥＤなどの他の
発光素子、さらには、電気泳動素子、エレクトロ・クロミック素子などを用いた表示パネ
ルを用いても良い。
さらに、直接画像や文字などを表示する表示パネルに限られず、被感光体に光を照射す
ることにより間接的に画像もしくは文字を形成するために用いられる印刷機器の光源、例
えばＬＥＤプリンタのラインヘッドに適用してもよい。
くわえて、画素領域を複数に分割するとともに、分割領域の各々に第１光センサ１０お
よび第２光センサ２０の組を割り当て、割り当てられた検出結果に応じて、対応する分割
領域の画像を制御する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る光センサ回路を適用した液晶表示パネルの構成を示す図である。
【図２】同液晶表示パネルにおけるセンサ配置を示す平面図である。
【図３】第１、第２光センサの構成例を示す図である。
【図４】同第１、第２光センサの動作を示す図である。
【図５】同光センサ回路の動作を示す図である。
【図６】同表示パネルを適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…液晶表示パネル、１０…第１光センサ、２０…第２光センサ、３０…差分算出回路
、３２…ＥＸ−ＯＲ回路、４０…制御回路、５０…画素領域、５２…額縁、１１２…フォ
トダイオード、１１４、１１６…インバータ回路、１１００…デジタルスチルカメラ
【図１】
2005347537.tif 000003
【図２】
2005347537.tif 000004
【図３】
2005347537.tif 000005
【図４】
2005347537.tif 000006
【図５】
2005347537.tif 000007
【図６】
2005347537.tif 000008