(57)【要約】【課題】  正確な照度計算が可能で適正にバックライトの光量を制御することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】  アレイ基板２と対向基板３とを備え、これらの間に液晶層４が挟持され表示領域Ａが形成されてなる表示装置（例えば液晶表示装置１）である。アレイ基板２上に、外光照度を計測する光起電力センサ１２が設置されている。光起電力センサ１２において、光照射時に発生する起電力は、照度の対数に比例し、したがってその出力の変化は、人間が感じる照度変化に即したものとなる。光起電力センサ１２の出力は、温度センサの出力に基づいて補正してもよく、これにより温度によらず正確に外光照度が計測される。【選択図】  図６
2007322830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置において、
前記アレイ基板上に光起電力により外光照度を計測する光起電力センサが設置されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光起電力センサは、ポリシリコンを用いて形成されるダイオード素子により構成されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記ダイオード素子を構成するポリシリコンに不純物が注入され、ｐ型領域、ｎ型領域、及びこれらよりも不純物濃度が低いｐ−領域、ｎ−領域が形成されていることを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記ダイオード素子は、前記不純物濃度が低い領域に電界を印加するゲート電極が設けられていることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記ゲート電極の電位が−４Ｖ〜−５Ｖに設定されていることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【請求項６】
前記光起電力センサは、保護ダイオードを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項７】
前記保護ダイオードは、ｐチャンネル薄膜トランジスタがダイオード接続されることにより構成されていることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
【請求項８】
前記保護ダイオードのサイズＷが３μｍ以下であることを特徴とする請求項６または７記載の表示装置。
【請求項９】
前記光起電力センサに近接して温度センサが設置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１０】
前記温度センサは、ポリシリコンを用いて形成される抵抗素子を感温素子として備えることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１１】
前記抵抗素子を構成するポリシリコンには不純物が注入されていることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記抵抗素子を構成するポリシリコンは前記不純物の注入によりｎ型とされていることを特徴とする請求項１１記載の表示装置。
【請求項１３】
前記抵抗素子にキャパシタ素子が接続されて温度センサ回路が構成され、前記キャパシタ素子の一方の端子に所定の周期でプリチャージ電圧を印加し所定時間経過後の電圧変化量に基づいて温度が検出されることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１４】
前記アレイ基板と対向する対向基板を備え、これら基板間に液晶層が挟持され表示領域が形成されてなる液晶表示装置であり、
バックライトを備えていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１５】
光起電力センサにより検出された外光照度に基づいて前記表示領域の輝度調整が行われることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１６】
駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置の制御方法であって、
前記アレイ基板上に設置された光起電力センサによって外光照度を計測し、前記表示領域の輝度調整を行うことを特徴とする表示装置の制御方法。
【請求項１７】
前記光起電力センサの出力を温度センサの出力に基づいて補正することを特徴とする請求項１６記載の表示装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置等の表示装置及びその制御方法に関するものであり、特に、外光照度をモニタする光起電力センサを備えた新規な表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等の情報機器の表示装置、テレビ、ビデオムービー、カーナビゲーションシステム等の映像機器の表示装置として、軽量、薄型、低消費電力という特長を持つ液晶表示装置が多用されている。このような液晶表示装置においては、明るい表示画面を実現するために、表示素子の背後から照明光を照射するバックライトを内蔵した構成をとるものが多い。
【０００３】
ところで、液晶表示装置の長所の一つは、その低消費電力性にあるが、一般に液晶パネルよりもバックライトの消費電力の方が大きい。一方、通常、液晶表示装置において、十分な視認性を得るためには、表示輝度をできるだけ高くする必要があり、これに対応してバックライトを明るく設定すると、前記低消費電力性を損なう要因となる。
【０００４】
そこで、環境照度（外光照度）に応じてバックライトの明るさを調節し、消費電力をできる限り抑えることが検討されている。例えば、夜間のように環境照度が低い場合と、晴天時の日中の屋外のように環境照度が高い場合とでは、十分な視認性を得るのに必要な輝度が異なり、これに応じて必要最小限にバックライトの照度を調節することにより、消費電力を抑えることができるものと考えられる。
【０００５】
これを実現するために、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置において、光センサ（フォトセンサ）を基板の表示領域外に設置し、その出力を利用してバックライトの明るさを調光する提案がなされている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照）。
【０００６】
特許文献１には、液晶表示板と、この液晶表示板の裏面側より光を照射するバックライトと、このバックライトの光量を調節するコントローラと、前記液晶表示板と並べて配置される光検知器とを備え、この光検知器により周囲の明るさを検知し、前記コントローラを調節し、前記バックライトの光量を調節することを特徴とする液晶表示装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、バックライトを持つ液晶表示装置のバックライト駆動回路に輝度調光電圧を供給するためのバックライト調光回路であって、液晶表示パネルの表面側の周囲の明るさを検出して外光照度信号を出力するための複数の光センサと、これらの光センサから出力される外光照度信号の全て又は一部の平均値を算出する平均値算出手段と、該平均値算出手段によって算出された前記外光照度の平均値と、手動にて設定された調光設定量とに基づいて、前記バックライト駆動回路の輝度調整を行う輝度調整手段を備えてなることを特徴とする液晶表示装置のバックライト調光回路が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１７４８１９号公報
【特許文献２】特開平９−１４６０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の各特許文献記載の発明によれば、外光照度に応じて表示輝度を調節することができ、例えば携帯電話やＰＤＡ等において、消費電力を抑えることが可能である。しかしながら、前述の従来技術では、光センサとして外光照度に応じて光電流値が変化するフォトダイオードを用いるのが一般的であり、人間が感じる照度変化と光センサにおける光電流の変化とが必ずしも一致しないという問題がある。
【０００９】
調光機能は、照度範囲（例えば１００ルクス〜１００００ルクス）に対し所定のステップを設定し、照度が第何ステップにあるかを出力させるものである。このステップは、通常は照度に対して均等に分割設定されるが、照度の対数に対して均等に分割設定することが要求される場合がある。人間が感じる照度変化は、照度に対して線形ではなく、むしろ照度の対数的な変化に対して線形だからである。
【００１０】
前述のように照度の対数に対してステップを均等に分割設定することを考えた場合、照度とほぼ比例して光電流が変化する光センサではこれに直接的に対応することは難しい。また、例えば演算回路の追加等により照度の対数に対してステップを均等に分割設定することも考えられるが、回路構成が複雑化する等の不都合があり、仮に演算回路を追加したとしても必ずしも要望される設定が実現されるとは限らない。
【００１１】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、人間が感じるように照度変化を把握することができ、適正に輝度（例えばバックライトの光量）を制御することが可能な表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置において、前記アレイ基板上に光起電力により外光照度を計測する光起電力センサが設置されていることを特徴とする。また、本発明の表示装置の制御方法は、駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置の制御方法であって、前記アレイ基板上に設置された光起電力センサによって外光照度を計測し、前記表示領域の輝度調整を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の表示装置では、光起電力センサによって外光照度を計測する。光起電力センサにおいては、光が照射されたときに光の照度に応じて起電力が発生する。ここで、光照射時に発生する起電力は、照度の対数に比例し、したがってその出力の変化は、人間が感じる照度変化に即したものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、人間の目が感じるように照度変化を捉えることが可能な表示装置を提供することが可能である。したがって、検出された照度変化に応じて例えばバックライトを適正に調節する等により輝度を適正に制御することが可能となり、あらゆる環境で視認性に優れ、しかも低消費電力な表示装置を実現することが可能である。また、前記照度変化の検出に際して複雑な演算回路等も不要であり、装置構成を簡略化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】
【００１５】
以下、本発明を適用した表示装置（ここでは液晶表示装置）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、液晶表示装置の一例を示すものである。液晶表示装置１においては、一対の光透過性絶縁基板で液晶セルを構成し、その間隙に液晶材料を封入して液晶層が形成されている。具体的には、アレイ基板２と対向基板３との間に液晶層４が封入されている。
【００１７】
アレイ基板２は、例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とし、この光透過性絶縁基板上に、互いにほぼ平行且つ等間隔に配列される走査線や、これら走査線とほぼ直交して配列された信号線、走査線と信号線との間に介在されこれらを電気的に絶縁する層間絶縁膜（透明絶縁膜）、走査線と信号線との交点近傍に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor)等が形成されている。
【００１８】
また、アレイ基板２においては、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子に電気的に接続された画素電極がマトリクス状に配列形成されている。なお、アレイ基板２の光透過性絶縁基板と画素電極との間には、前述の通り信号線や走査線、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子、層間絶縁膜等が配置されているが、図１においては、これらの図示は省略する。さらに、アレイ基板２の画素電極が設けられた面のほぼ全体に配向膜が設けられるが、これについても、ここでは図示は省略する。
【００１９】
一方、前記対向基板３も例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とするものであり、その液晶層４側の面には、各画素に対応してカラーフィルタ層５が形成されるとともに、その表面を覆ってＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明対向電極６が全面に形成されている。カラーフィルタ層は、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各色のフィルタ層が組み合わされて構成されている。また、図示は省略するが、各カラーフィルタ層の画素境界部分には、コントラスト向上等を目的として、いわゆるブラックマトリクス層が形成されている。
【００２０】
以上の構成を有する液晶表示装置１では、前記アレイ基板２及び対向基板３の外側に偏光板７，８がぞれぞれ設けられ、背面側に配されたバックライト９を光源として、画像表示が行われる。
【００２１】
図２は、前記液晶表示装置１の模式的な平面図であり、画像表示が行われるアクティブエリアである表示領域Ａの外側には、ブラックマトリクスＢＭが枠状に形成され、バックライト９の光が漏れないように構成されている。そして、このブラックマトリクＢＭが形成された領域の外側には、外部ＬＳＩ１０がチップ・オン・グラス（ＣＯＧ）によりアレイ基板２上に実装されている。
【００２２】
以上が液晶表示装置１の基本的な構成であるが、本実施形態の液晶表示装置１においては、前記表示領域Ａの外側のブラックマトリクスＢＭに開口部１１が設けられ、ここに臨んでアレイ基板２上に外光照度を計測する光起電力センサ１２が設置されている。
【００２３】
図３は、前記光起電力センサ１２の設置状態を示すものである。光起電力センサ１２は、前記の通り、対向基板３のブラックマトリクスＢＭの無い部分（開口部１１）に対向して設けられており、外光は、前記開口部１１から液晶表示装置１内に進入し、光起電力センサ１２に入射される。光起電力センサ１２の下には、遮光層１４が設けられ、バックライト９の光が光起電力センサ１２に直接当たらないようになっている。
【００２４】
前記光起電力センサ１２は、アレイ基板２に一体形成されるものであり、例えばアレイ基板２上の薄膜トランジスタと同様、例えば低温ポリシリコン技術を用い、これら薄膜トランジスタと同時に形成されている。
【００２５】
図４は、アレイ基板２に形成される薄膜トランジスタの構成例を示すものであり、図４（ａ）はｎ−チャンネル薄膜トランジスタの構成、図４（ｂ）はｐ−チャンネル薄膜トランジスタの構成を示す。
【００２６】
薄膜トランジスタ（ｎ−チャンネル薄膜トランジスタ及びｐ−チャンネル薄膜トランジスタ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、基板２１上にアンダーコート層２２を介して多結晶半導体層（ポリシリコン層）２３Ａ，２３Ｂを形成し、当該多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂをチャンネル層として利用してなるものである。
【００２７】
基板２１上には、前記の通りアンダーコート層２２が形成されるが、これは基板２１の表面の傷や穴等を塞いで平坦化すること、基板２１に含まれる不純物の多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂへの拡散を防止すること等を目的に形成されている。このアンダーコート層２２は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を成膜することにより形成されるが、例えば、熱処理により流動化する流動化樹脂からなる平坦化層と、不純物の拡散を防止する被覆層とからなる積層構造とすることも可能である。あるいは、前記基板２１が平坦化に優れ、含まれる不純物も少ない場合には、前記アンダーコート層２２を省略することも可能である。
【００２８】
前記アンダーコート層２２上に形成される多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂは、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）をアニールした後、レーザ照射等によって多結晶化することにより形成されるものである。この多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂは、エッチングにより島状に素子分離され、マトリクス状に配列されている。
【００２９】
前記多結晶半導体層２３Ａはｎチャンネル型薄膜トランジスタに対応するものであり、多結晶半導体層２３Ｂはｐチャンネル型薄膜トランジスタに対応するものである。したがって、各多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂには、不純物注入によりソース領域２３Ａａ，２３Ｂａ及びドレイン領域２３Ａｂ，２３Ｂｂが形成されており、さらにｎチャンネル型薄膜トランジスタにおいては、ＬＤＤ領域（低濃度不純物拡散領域）２３Ａｃ、２３Ａｄが形成されている。
【００３０】
また、いずれの薄膜トランジスタにおいても、前記多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂ上に第１絶縁層２４や第２絶縁層２５を介して第１メタル（ゲート電極）２６や第２メタル２７が形成されている。
【００３１】
一方、光起電力センサ１２は、例えば図５に示すようなＰＩＮ構造を有する素子により構成され、前記素子の多結晶半導体層２３Ｃには、図中横方向（面内方向）にＰ＋領域２３Ｃａ、Ｐ−領域２３Ｃｂ、Ｎ−領域２３Ｃｃ、Ｎ＋領域２３Ｃｄが形成され、Ｐ−領域２３Ｃｂの上部にはゲート電極２８が設けられている。Ｐ＋領域２３Ｃａ及びＮ＋領域２３ＣｄにはＡｌ等からなる電極２９，３０が接続されている。Ｐ＋領域２３ＣａをＧＮＤ電位とし、ゲート電極２８に所定のバイアス電圧（０Ｖ）を印加する。このようにすると光が照射されたときに、光の照度に応じてＮ＋領域２３Ｃｄに形成された電極３０に起電力が発生する。
【００３２】
図６は、ゲート電極に印加するバイアス電圧を０Ｖとした場合のＮ＋電極３０側に発生する起電力を照度の対数に対してプロットしたものである。光起電力センサ１２の光照射時の起電力が照度の対数に比例していることがわかる。図５に示す素子を複数個直列することにより、起電力を素子数に応じて比例増加することができる。
【００３３】
図７はこの光起電力を発生する素子を含む等価回路図であり、図８は回路を駆動するための制御信号のタイミングチャートである。この回路は低温ポリシリコンＴＦＴ技術を用いてＬＣＤやＯＬＥＤ等のディスプレイのガラス基板上に画素ＴＦＴと同時形成することができる。
【００３４】
素子３１は図９に示すように複数個が直列接続されており、さらにこれら直列接続された素子３１と並列にキャパシタ素子３２が接続されている。各素子３１に光起電力が発生すると、このキャパシタ素子３２に電荷が保持される。キャパシタ素子３２の電荷は、図７に示す等価回路において、制御信号Ｒ０がＨとなったときにノードＶ０に接続されることによりリセットされる。キャパシタ素子３２に蓄えられた電荷は、制御信号ＨＳＷがＨとなったときにコンパレータに入力される。コンパレータは、キャパシタとインバータとインバータの入出力を接続したり分離したりすることができるアナログスイッチと、基準電圧Ｖｔｐをキャパシタに入力するアナログスイッチとを含む。制御信号ＨＳＷがＨのときコンパレータの入出力は接続され、キャパシタの一方の端にはインバータの閾値電圧Ｖｉｎｖが保持される。
【００３５】
その後、制御信号ＨＳＷがＬとなり、代わりに制御信号ＳＲＴがＨとなることにより基準電位Ｖｔｐとの比較動作が行われる。基準電位Ｖｔｐがセンサとなる素子３１の起電力より高いか否かによりインバータの出力論理が変化する。このとき、基準電位Ｖｔｐは１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖと段階的に変化させる。ここで、１Ｖというのは照度１０ルクスの起電力に相当するようにセンサ（素子３１）の直列段数を決める。このように設定することにより、２Ｖが１００ルクス、３Ｖが１０００ルクス、４Ｖが１万ルクスに対応することになる。
【００３６】
このようなセンサとコンパレータの組が２組（３組以上でもよい。）設けられている。これら二組のセンサのデジタル出力はＮＯＲ回路に入力される。ＮＯＲ回路の出力は、図８中矢印で示すタイミングでドライバＩＣのレジスタ（４つ）に格納される。ＮＯＲ回路を用いているため、一方のセンサが例えば不用意に手で覆われて影になっても、他方のセンサが外光を受光できていれば誤データがドライバＩＣのレジスタに格納されることを回避できる。
【００３７】
ここで、ドライバＩＣとは、外部ＣＰＵ等から送信されるデジタル映像信号を受けて各画素に書き込むべきアナログ信号を出力するＩＣである。図１０は、調光センサとして光起電力センサ１２が内蔵された液晶表示装置において、液晶表示装置のアレイ基板２の上に実装されたドライバＩＣ（外部ＬＳＩ１０）と装置側のＣＰＵ３３の関係を示すものである。本実施形態では、ドライバＩＣ（外部ＬＳＩ１０）内にアレイ基板２からの調光信号を格納するレジスタを備える。レジスタの中身はＣＰＵ３３からアクセスすることができる。ＣＰＵ３３はこの４つのレジスタを見て、液晶表示装置が設置されている場所の照度が、１０ルクス、１００ルクス、１０００ルクス、１万ルクスのいずれであるのかを判定することができる。
【００３８】
以上のような構成を有する本実施形態の表示装置（液晶表示装置）では、人間の目が感じるように照度変化を捉えることが可能である。すなわち、光起電力センサ１２によって検出された照度変化に応じて例えばバックライトを適正に調節する等により輝度を適正に制御することが可能となり、あらゆる環境で視認性に優れた液晶表示装置を実現することができる。しかも低消費電力な表示装置を実現することが可能であり、また前記照度変化の検出に際して複雑な演算回路等も不要であることから装置構成を簡略化することも可能である。
【００３９】
（第２の実施形態）
本実施形態は、光起電力センサ１２に起因する信頼性上の問題を対策するものである。光起電力センサ１２は、外光照度が高いとき起電力が非常に大きくなり、例えば低温ポリシリコン薄膜トランジスタの回路系の電圧（例えば５Ｖ）を超えてしまう場合が生じる。このような事態が生ずると、個々の薄膜トランジスタに過剰なストレスが加わり、長期間のうちに個々の薄膜トランジスタの特性が変動してしまうという不都合が生ずるおそれがある。また、光起電力センサ１２自体も、高いバイアスに晒され続けると、特性が経時変化してしまうおそれもある。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、これらの信頼性上の問題の対策として保護ダイオードを設置している。すなわち、図１１に示すように、直列接続され光起電力センサ１２を構成する素子３１の起電力が発生する端部に保護ダイオード３４を接続する。保護ダイオード３４の構成としては、具体的には例えば図１２（ａ）や図１２（ｂ）に示す構成を採用することが可能である。例えば図１２（ａ）に示す保護ダイオードの場合、光起電力センサ１２の起電力が５Ｖを超えると保護ダイオードに電流が流れるように構成されており、この端の電位は５Ｖが上限となる。図１２（ｂ）に示す構成の保護ダイオードにおいても同様である。通常、保護ダイオードのサイズはＷ＝６．５μｍとされているが、保護ダイオードで発生する熱電流の影響があるため、サイズＷ＝３μｍとなるように保護ダイオードのサイズを小さくし熱電流の影響を減らすことで、良い結果が得られている。
【００４１】
（第３の実施形態）
本実施形態は、光起電力センサ１２を内蔵する表示装置において、起電力の温度特性（温度依存性）の問題を対策するものである。
【００４２】
温度センサは、前記光起電力センサ１２に近接して配置され、光起電力センサ１２と同等の環境下に設置される。これにより、温度センサの温度と光起電力センサ１２の温度とがほぼ同じになり、光起電力センサ１２の温度補償が可能となる。
【００４３】
ここで、温度センサは、例えばポリシリコンを用いて形成される抵抗素子を感熱素子とするものである。ポリシリコンの抵抗は温度に依存し、例えば図１３に示すように温度が高くなると抵抗値が減少し、逆に温度が低くなると抵抗値が上昇する傾向にある。この性質を前記温度センサに利用する。
【００４４】
抵抗素子の構造としては、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、ポリシリコンからなる抵抗体４１の両端に電極４２，４３を形成するだけでよい。前記光起電力センサ（ＰＩＮダイオード）１２と同時形成することを考えた場合、アレイ基板２上に前記抵抗体４１を形成し、第１絶縁層２４及び第２絶縁層２５を形成した後、これら第１絶縁層２４や第２絶縁層２５に開口部を形成して前記電極４２，４３を形成する。
【００４５】
前記構造の抵抗素子において、抵抗体４１の抵抗値の温度依存性は、ポリシリコンに注入される不純物の種類や濃度によって変化する。この場合、ｎチャンネル型薄膜トランジスタやｐチャンネル型薄膜トランジスタに用いる不純物の種類や濃度を適用すれば、これらをトランジスタを形成するプロセスで不純物が注入された抵抗体（ポリシリコン）３１を同時形成することが可能である。この場合、抵抗体４１は、ｐ−領域、ｐ＋領域、ｎ−領域、ｎ＋領域のいずれかとして形成されることになるが、これらの中では、特性等の点でｎ−領域とすることが好ましい。前記抵抗素子においては、抵抗体４１のうち感熱素子として機能する領域４１ａをｎ−領域とし、両端部分４１ｂをｎ＋領域としている。電極４２，４３が接続される両端部分４１ｂについては、ｎ＋領域として抵抗値をできるだけ下げることが好ましい。
【００４６】
前述の光起電力センサ（ＰＩＮダイオード）１２や薄膜トランジスタの電流値が光と熱の双方に対して依存性を持つのに対して、前記構造の抵抗素子は光に対する依存性がほとんどなく、抵抗値が光によってあまり変化しないので、熱依存性のみを持つ温度センサとして機能する。
【００４７】
温度センサ回路は、図１５に示すように、温度センサ５１、Ａ／Ｄ変換回路５３、及び御信号発生回路５４によって構成される。Ａ／Ｄ変換回路５３の構成は、特に限定されないが、例えば外部ＩＣから基準電圧Ｖｔｐを段階的に与え、これとセンサの出力電圧を比較するものを用いることができる。Ａ／Ｄ変換回路５３の例を図１６に示す。
【００４８】
前記Ａ／Ｄ変換回路５３は、図１６に示すように、３つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と、キャパシタ素子６１、インバータ６２とから構成されている。そして、図１６（ａ）に示すように、ＳＷ１＝Ｈ，ＳＷ２＝Ｌとしたときに、ノードｎ１にセンサ出力電圧Ｖｓが、ノードｎ２にインバータの動作閾値が充電される。一方、図１６（ｂ）に示すように、ＳＷ１＝Ｌ，ＳＷ２＝Ｈとしたときには、センサの出力電圧ＶｓとＶｔｐの比較動作がなされ、ＶｓがＶｔｐより大きいか否かにより異なるＶｏｕｔ論理出力が得られる。センサ出力をサンプリングする毎に、Ｖｔｐを段階的に変化させることによりＶｓの値を求めることができる。このとき、Ｖｔｐの刻みが細かいほど精度が高まる。
【００４９】
図１７は、アレイ基板２上に形成された温度センサ回路の回路図である。温度センサ回路は、抵抗素子５５とキャパシタ素子５６を備える。所定のタイミングでキャパシタ素子５６に所定の電圧Ｖｐｒｃがプリチャージされ、抵抗素子５５を構成する抵抗体の温度変化による抵抗値の変化に応じた電流が抵抗素子５５に流れる。
【００５０】
前記温度センサ回路では、Ａ／Ｄ変換回路５３の出力が反転するまでの時間（すなわち、リークによりキャパシタ素子５６の電位がΔＶ＝２．５Ｖ減じるまでの時間）ΔＴを計測する。そして、この時間ΔＴから抵抗素子５５に流れる電流ＩをＩ＝ｄＱ／ｄｔ＝ＣΔＶ／ΔＴとして算出することができる。プリチャージ電圧Ｖｐｒｃは例えば５Ｖ、基準電圧Ｖｔｐは例えば２．５Ｖである。
【００５１】
温度補正は具体的には次のようにして行う。なお、温度補正は外部ＩＣにおいて行うが，例えば前記アレイ基板２の額縁部分に温度補正を行う外部ＩＣを配置すればよい。
【００５２】
前述の通り、光起電力センサ１２は、ｐ−ｉ−ｎ型ダイオードのような構造を有し、ｉ層に相当する不純物濃度が低い領域に光が照射されると、ｐ−ｎ間に起電力が生じる。光起電力は低濃度不純物領域に印加する電圧（Ｖｇｐ）により変化し、電圧Ｖｇｐを一定にした場合に発生する光起電力は、図６に示すように、入射光照度の対数に比例する関係にあるため、光起電力の出力値により外光照度を計測できる。ただし、図１８に示す通り、光起電力は温度が高くなるのに伴って次第に小さくなる温度特性を持っているため、同じ外光照度であっても温度によって異なる値を出力してしまうことになるため、温度補正が必要である。
【００５３】
そこで、本発明者らは、光起電力の温度特性について様々な調査を行うことにより、光起電力と電圧Ｖｇｐの関係が温度に依存していることを見出した。例えば図２０に示す通り、光起電力−電圧Ｖｇｐ特性において、電圧Ｖｇｐ＝０Ｖあるいは５Ｖ付近の傾きが温度に依存している。例えば、電圧Ｖｇｐ＝３〜５Ｖの範囲の傾きは、図２２に示す通り温度の上昇に伴って増加する。
【００５４】
ところで、この傾きは外光照度に対しても変化を示す。図１９及び図２１に示すように、照度が高くなるに従い傾きが増加するため、前記温度変化との切り分けができない。しかしながら、光起電力及び傾きの絶対値は温度に対しては共に単調増加を示すのに対し、照度に対しては光起電力が単調増加を示す一方、傾きは単調減少を示す。この関係を利用すると、例えば、光起電力と傾きの積を取った場合には、照度に対しては図２３に示すように依存性をほとんど示さない一方、図２４に示すように温度に対しては単調増加を示す。この光起電力と傾きの積と温度の関係を利用することで、照度の影響を受けずに温度をモニタすることが可能である。また、図６のような光起電力と外光照度の関係を温度毎に持っておけば、各温度での外光照度を正確に計測することが可能である。
【００５５】
なお、各温度での外光照度を正確に計測するためには、低濃度不純物領域に印加する電圧（Ｖｇｐ）の設定も重要である。例えば、光起電力センサ１２の照度１００ルクス下での温度特性を図２５に示す。不純物濃度が低い領域に印加する電圧をＶｇｐとすると、光起電力センサ１２で発生する光起電力の温度特性はＶｇｐに依存する。図２５は、Ｖｇｐ＝０Ｖでの温度特性であり、０℃から＋４０℃の範囲で２０℃のときの起電力に比べ最大＋６０％となる。これに対し、図２６は、Ｖｇｐ＝−５Ｖとした場合の光起電力センサ１２の照度１００ルクス下での温度特性である。この場合には、０℃から＋４０℃の範囲で２０℃のときの起電力にくらべ最大＋３０％と、温度の影響が小さくなっている。このように、不純物濃度が低い領域に印加する電圧Ｖｇｐを０Ｖ→−５Ｖとすることで温度依存性を低減できることがわかる。
【００５６】
一方、不純物濃度が低い領域に印加する電圧Ｖｇｐは、±５Ｖの耐圧以上を印加すると信頼性上問題が発生するため、−５Ｖ〜５Ｖの範囲で使用する必要がある。以上から、電源電圧ばらつき約１０％を考慮し、Ｖｇｐ＝−４〜−５Ｖで使用すれば、信頼性上の問題がなく温度依存性を低減することができる。
【００５７】
以上のように、本実施形態の液晶表示装置１では、光センサや温度センサをアレイ基板２に一体に形成しているので、温度によらず正確な照度計算が可能である。したがって、あらゆる温度環境で視認性に優れ、しかも低消費電力な液晶表示装置を実現することができる。
【００５８】
以上、本発明を適用した実施形態について説明してきたが、本発明が前記各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、アレイ基板２には光起電力センサ１２が設置されるが、光センサとして、前記光起電力センサ１２に加えて、第２、第３の光起電力センサをアレイ基板２に設置することも可能である。第２、第３の光起電力センサとしては、例えばバックライトの照度を計測するための光起電力センサや、全ての光（外光及びバックライトの光）を計測する全照度計測用の光起電力センサを挙げることができる。
【００５９】
また、例えば、前記光起電力センサ１２は、最低限１つ設置すればよいが、例えば受光面積の異なる複数の光起電力センサ１２を設置し、外光照度に応じてこれら光起電力センサ１２を切り換えて照度を計測することも可能である。
【００６０】
さらには、光起電力センサ１２に対応したブラックマトリクスＢＭの開口部１１にカラーフィルターを形成することも可能である。前記のように光起電力センサ１２をアレイ基板２に作り込み、この出力を用いてバックライトの明るさを調光する場合、問題になるのが、光起電力センサ１２の光の波長に対する感度と、人間の目の波長特性が必ずしも一致しないということである。このことは、例えば赤外あるいは紫外の領域が強い場合に、人間の目にとっては暗い環境でも、光起電力センサ１２の出力は明るいかのようになってしまうという問題がある。例えば、暗い室内で赤外線を発する暖房器具が有る場合に、その赤外線を感じて光起電力センサ１２の出力が大きく出てしまい、バックライトの明るさを必要以上に明るくしてしまうような誤動作が起きる。そこで、光起電力センサ１２の配置されている場所にカラーフィルタを形成することで、赤外あるいは紫外の光を減衰させ、人間の目に感ずる波長の光を選択的にフォトセンサに入るようにすることで、この問題を改善することができる。
【００６１】
前記カラーフィルターを形成する場合、人間の目は、緑の波長に感度のピークがあるため、緑のカラーフィルタを形成するのが望ましい。また、青のカラーフィルタは、紫外を通しやすいが、一般に液晶表示素子に用いられる偏光板には紫外線のフィルタが入っているため、前記目的においては青のフィルタでも効果が得られる。また、ここでは赤緑青という加法混色の三原色のカラーフィルタを用いているが、減法混色のカラーフィルタの場合でも同様の効果が得られる。その場合、シアンの色が適する。
【００６２】
前記カラーフィルタを形成する場合、カラーフィルタ無しの光センサＰＴ、赤のカラーフィルタありの光センサＰＲ、緑のカラーフィルタありの光センサＰＧ、青のカラーフィルタありの光センサＰＢを所定の比率で設け、アンプがサンプリングする前にこれらの光センサを互いに短絡することにより、ディスプレイの用途（晒され得る環境光）に適した補正を自在に設定することが可能である。変形例として、カラーフィルタ無しの光センサＰＴ、赤のカラーフィルタありの光センサＰＲ、緑のカラーフィルタありの光センサＰＧ、青のカラーフィルタありの光センサＰＢを均等な割合で設けておき、取りあえずそれらのセンサ出力を全てＣＰＵに引き渡し、そこで重み付けをしながら平均化処理をしても良い。なお、前記カラーフィルターは、表示領域のカラーフィルターと同時に形成することが可能である。
【００６３】
以上、液晶表示装置を例として説明したが、本発明は有機ＥＬディスプレイ等の発光型の表示装置でも有効である。外光の照度を検出して有機ＥＬ素子の発光輝度を制御することは、暗所での低消費電力化や、明所での視認性改善に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明を適用した液晶表示装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図２】本発明を適用した液晶表示装置の一例を模式的に示す概略平面図である。
【図３】光起電力センサの設置部分を拡大して示す概略断面図である。
【図４】（ａ）はｎ−チャンネル薄膜トランジスタの概略断面図、（ｂ）はｐ−チャンネル薄膜トランジスタの概略断面図である。
【図５】光起電力センサとして用いられるＰＩＮダイオードの一例を示す概略断面図である。
【図６】外光照度と発生する光起電力の関係を示す特性図である。
【図７】光起電力を発生する素子を含む等価回路図である。
【図８】図７に示す回路を駆動するための制御信号のタイミングチャートである。
【図９】光起電力を発生する素子を直列接続して構成された光起電力センサの回路図である。
【図１０】液晶表示装置のアレイ基板上に実装されたドライバＩＣ（外部ＬＳＩ）と装置側のＣＰＵの関係を示す模式図である。
【図１１】保護ダイオードを設けた光起電力センサの構成例を示す回路図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は保護ダイオードの構成例を示す図である。
【図１３】ポリシリコンの抵抗値の温度依存性を示す特性図である。
【図１４】抵抗素子の構成例を示すものであり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１５】温度センサ回路の一例を示す回路図である。
【図１６】Ａ／Ｄ変換回路の一例を示す回路図であり、（ａ）はＶｓ＞Ｖｔｐである場合、（ｂ）はＶｓ＜Ｖｔｐである場合を示す。
【図１７】温度センサの回路図である。
【図１８】光起電力センサの温度特性を示す特性図である。
【図１９】照度別の光起電力−電圧Ｖｇｐ特性を示す特性図である。
【図２０】温度別の光起電力−電圧Ｖｇｐ特性を示す特性図である。
【図２１】電圧Ｖｇｐ＝３〜５Ｖにおける傾きと照度の関係を示す特性図である。
【図２２】電圧Ｖｇｐ＝３〜５Ｖにおける傾きと温度の関係を示す特性図である。
【図２３】傾き×光起電力と照度の関係を示す特性図である。
【図２４】傾き×光起電力と温度の関係を示す特性図である。
【図２５】電圧Ｖｇｐ＝０Ｖとした場合の光起電力センサ１２の照度１００ルクス下での温度特性を示す特性図である。
【図２６】電圧Ｖｇｐ＝−５Ｖとした場合の光起電力センサ１２の照度１００ルクス下での温度特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  液晶表示装置、２  アレイ基板、３  対向基板、４  液晶層、１１  開口部、１２  光起電力センサ、４１  抵抗体、４１ａ  ｎ−領域、４１ｂ  ｎ＋領域、４２，４３  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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