(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備え、
前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有する表示部を有し、
前記液晶表示パネルの前記表示部は、前記各サブピクセル毎に設けられるホトセンサを有し、
前記第１基板側が観察面であり、
前記第２基板側にバックライトを有し、
前記各サブピクセルは、画素電極と対向電極とを有し、
前記各サブピクセルの、前記画素電極と前記各ホトセンサは、前記第１基板に形成され、
前記各ホトセンサは、前記各サブピクセルの前記画素電極の前記観察面側に形成され、
前記第１基板は、前記観察面側に第１偏光板を有し、
前記第２基板は、前記バックライト側に第２偏光板を有し、
前記第１の基板は、前記各サブピクセルの前記画素電極の前記観察面側に、前記各ホトセンサを覆うように設けられる偏光層を有し、
前記偏光層の偏光方向と、前記第１偏光板の偏光方向とは一致することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記各サブピクセルの前記対向電極は、前記第２基板に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記各ホトセンサは、ダイオード接続された薄膜トランジスタで構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、表示ムラを低減する際に有効となる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブ素子として薄膜トランジスタを使用するＴＦＴ方式の液晶表示装置は高精細な画像を表示できるため、各種表示装置のディスプレイとして使用されている。特に、高精細な液晶表示装置は、例えば、医療用の表示装置のディスプレイ、あるいは、サブピクセル数が、２４０×３２０×３程度の小型の液晶表示装置は、携帯電話機などの携帯機器のディスプレイとして使用されている。
一般に、液晶表示装置は、一対の基板（例えば、ガラス基板）間に、液晶層を注入・封止した後、当該一対の基板の外側に、一対の偏光板を張り付けて構成されるが、この一対の偏光板に代えて、偏光素子を内蔵した液晶表示装置が知られている。（下記、特許文献１参照）
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特開平１１−１０１９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
医療用の液晶表示装置では、液晶表示パネルの表示ムラを検出し、検出した表示ムラを補正することが要求される。従来の方法では、液晶表示パネルの表示ムラをカメラで測定し、その結果に基づいて、検出した表示ムラの補正を行っていた。よって、製造工程で補正をして出荷した後は、ユーザ側で表示ムラの補正ができないという問題点があった。
一方、低消費電力が要求される携帯用途の液晶表示装置では、フリッカを低減し、低い周波数で駆動することが要望されている。しかし、従来の方法では、温度や電源電圧の変動で最適なコモン電圧の条件が異なるため、その要望を満たすことができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、液晶表示装置において、画像表示と表示ムラ検出を同一の液晶表示パネルで実現することが可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、液晶表示装置において、フリッカ検出を常時行うことが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備える液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有する表示部を有し、前記液晶表示パネルの前記表示部は、前記各サブピクセル毎に設けられるホトセンサを有し、前記各ホトセンサには、前記各サブピクセルにおいて輝度が変調された光が入射される。
（２）（１）において、前記第１基板側が観察面であり、前記第２基板側にバックライトを有し、前記各サブピクセルは、画素電極と対向電極とを有し、前記各サブピクセルの、前記画素電極と前記各ホトセンサは、前記第１基板に形成され、前記各ホトセンサは、前記各サブピクセルの前記画素電極の前記観察面側に形成される。
【０００６】
（３）（２）において、前記各サブピクセルの前記対向電極は、前記第２基板に形成される。
（４）（２）または（３）において、前記第１基板は、前記観察面側に第１偏光板を有し、前記第２基板は、前記バックライト側に第２偏光板を有し、前記第１の基板は、前記各サブピクセルの前記画素電極の前記観察面側に、前記各ホトセンサを覆うように設けられる偏光層を有する。
（５）（４）において、前記偏光層の偏光方向と、前記第１偏光板の偏光方向とは一致する。
（６）（２）または（３）において、前記第２基板は、前記バックライト側に偏光板を有し、前記第１基板は、前記各ホトセンサと前記各サブピクセルの前記画素電極との間に、前記表示部を覆うように設けられる偏光層を有する。
【０００７】
（７）第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備える液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有する表示部を有し、前記液晶表示パネルは、前記表示部の周辺に、ホトセンサを有するホトセンサ部を有し、前記ホトセンサには、前記ホトセンサ部において輝度が変調された光が入射される。
（８）（７）において、前記第１基板側が観察面であり、前記第２基板側にバックライトを有し、前記ホトセンサ部は、画素電極と対向電極とを有し、前記ホトセンサ部の前記画素電極と前記ホトセンサは、前記第１基板に形成され、前記ホトセンサは、前記ホトセンサ部の前記画素電極の前記観察面側に形成される。
（９）（７）または（８）において、前記ホトセンサ部の前記対向電極は、前記第２基板に形成される。
【０００８】
（１０）（８）または（９）において、前記第１基板は、前記観察面側に第１偏光板を有し、前記第２基板は、前記バックライト側に第２偏光板を有し、前記第１基板は、前記ホトセンサ部の前記画素電極の前記観察面側に、前記ホトセンサを覆うように設けられる偏光層を有する。
（１１）（１０）において、前記偏光層の偏光方向と、前記第１偏光板の偏光方向とは一致する。
（１２）（８）または（９）において、前記第２基板は、前記バックライト側に偏光板を有し、前記第１基板は、前記ホトセンサと前記ホトセンサ部の前記画素電極との間に、前記表示部と前記ホトセンサ部を覆うように設けられる偏光層を有する。
（１３）（７）ないし（１２）の何れかにおいて、前記表示部の周辺の任意のサブピクセルの画素電極は、前記ホトセンサ部の画素電極を兼用する。
（１４）（１）ないし（１３）の何れかにおいて、前記各ホトセンサは、ダイオード接続された薄膜トランジスタで構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明の液晶表示装置によれば、画像表示と表示ムラ検出を同一の液晶表示パネルで実現することが可能となる。これにより、表示ムラ検出に特別な装置を必要としないので、ユーザ先でも表示ムラの補正ができ、高い品質の画像表示を実現することが可能となる。
（２）本発明の液晶表示装置によれば、フリッカの検出を常時行うことが可能となる。これにより、温度や電源電圧の変動によるフリッカ増加を検出し、そのフリッカが小さくなるようコモン電圧を制御することでフリッカ補正を行うことができるので、消費電力の少ない低い周波数駆動でもフリッカのない高品位の画像を表示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】
【００１０】
以下、本発明を液晶表示装置に適用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の液晶表示装置の液晶表示パネルの概略構成を示すブロック図である。本実施例液晶表示装置は、液晶表示パネルがホトセンサを内蔵することを特徴とする。
図１において、１０は液晶パネルであり、液晶表示パネル１０は、表示部１００と、ドレイン駆動回路２００と、ゲート駆動回路３００と、Ｘ出力回路４００とを有する。
表示部１００は、マトリクス状に配列されたサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）とセンサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）とを有する。
前記サブピクセルＰ（ｊ，ｋ）は、ゲート駆動回路３００に接続されるゲート線Ｇ（ｋ）と、ドレイン駆動回路２００から出力するドレイン線Ｄ（ｊ）に接続され、前記センサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）は、ゲート駆動回路３００に接続されるゲート線Ｇ（ｋ）と、Ｘ出力回路４００に接続される出力線Ｘ（ｊ）に接続される。
【００１１】
図２に、図１に示すサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）の等価回路を示す。
サブピクセルＰ（ｊ，ｋ）は、画素電極（ＰＸ）と、映像電圧を画素電極（ＰＸ）に入力するための薄膜トランジスタ（以下、画素ＴＦＴという。）１０１とを有する。
画素ＴＦＴ（１０１）のゲート電極は、ゲート線Ｇ（ｋ）に接続され、このゲート線Ｇ（ｋ）は、ゲート駆動回路３００に接続される。画素ＴＦＴ（１０１）のドレイン電極は、ドレイン線Ｄ（ｊ）に接続され、このドレイン線Ｄ（ｊ）は、ドレイン駆動回路２００に接続される。
画素ＴＦＴ（１０１）のソース電極は、画素電極（ＰＸ）に接続される。画素電極（ＰＸ）は、液晶を挟んで対向電極と対向するため、画素電極（ＰＸ）と対向電極との間には、液晶容量１０３が等価的に形成される。また、画素電極（ＰＸ）には、保持容量１０２が接続され、保持容量１０２の他端はストレージ線（ＳＴＧ）に接続される。なお、対向電極には、ＶＣＯＭのコモン電圧が供給される。
本実施例では、ゲート線Ｇ（ｋ）に、画素ＴＦＴ（１０１）をオンとするＨｉｇｈレベルの走査電圧が供給されると、画素ＴＦＴ（１０１）がオンとなり、ドレイン線Ｄ（ｊ）上の映像電圧が、画素電極（ＰＸ）に入力されるので、液晶表示パネルに画像が表示される。
【００１２】
図３に、図１に示すセンサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）の等価回路を示す。
センサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）は、検出した光量をＸ出力回路４００に出力するための薄膜トランジスタ１２１と、容量１２２と、ホトセンサ１２０とで構成される。
薄膜トランジスタ１２１は、ゲートがゲート線Ｇ（ｋ）に、ドレインが出力線Ｘ（ｊ）に接続される。また、薄膜トランジスタ１２１のソースは、容量１２２とホトセンサ１２０に接続される。
ホトセンサ１２０は、ゲートとソースを接続したダイオード接続の薄膜トランジスタであり、このゲートとソースは次段のゲート線Ｇ（ｋ＋１）に接続される。また、容量１２２の他端はストレージ線（ＳＴＧ）に接続される。
本実施例では、ゲート線Ｇ（ｋ＋１）に、Ｈｉｇｈレベルの走査電圧が供給されたときに、容量１２２が所定の電圧に充電される。そして、ゲート線Ｇ（ｋ＋１）に、Ｌｏｗレベルの走査電圧が供給されたときから、各サブピクセルから照射される光量に応じて、ホトセンサ１２０が容量１２２の電荷を放電する。これにより、容量１２２の電圧は低下するが、この低下の度合いは、各サブピクセルから照射される光量に応じて変化することになる。
そして、次のフレームにおいて、ゲート線Ｇ（ｋ）にＨｉｇｈレベルの走査電圧が供給されたときに、薄膜トランジスタ１２１がオンとなり、容量１２２の電圧が、ゲート走査と同期して１ライン毎に、出力線Ｘ（ｊ）を介してＸ出力回路４００に出力される。
前述したように、容量１２２の電圧の低下の度合いは、各サブピクセルから照射される光量に応じて変化する。したがって、Ｘ出力回路４００は、検出した容量１２２の電圧に基づき、各サブピクセルから照射される光量を検出することが可能となる。
【００１３】
図４に、図１に示すサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）と、センサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）の断面図を示す。
図４において、７６０は、第１基板（以下、ＴＦＴ基板という。）、７２０は、第２基板（以下、ＣＦ基板という。）であり、ＴＦＴ基板７６０とＣＦ基板７２０との間に液晶７４０が挟持される。なお、ＴＦＴ基板７６０、ＣＦ基板７２０は、例えば、ガラス基板などで構成される。
また、ＴＦＴ基板７６０の外側には第１偏光板７６２が形成され、ＣＦ基板７２０の外側には第２偏光板７２２が形成される。ここで、ＴＦＴ基板７６０の第１偏光板７６２が形成された側が表示面となる。
図４に示すように、ＴＦＴ基板７６０の液晶７４０側には、画素ＴＦＴ（７８０）、ホトセンサ７９０が形成される。画素ＴＦＴ（７８０）のソース電極は、層間絶縁膜７６６を介して画素電極７６８に接続される。
画素電極７６８は、ホトセンサ７９０を覆うように形成する。また、ホトセンサ７９０と画素電極７６８との間には偏光層７７０が形成される。ここで、偏光層７７０の偏光方向は、第１偏光板７６２の偏光方向と一致する。
ＣＦ基板７２０の液晶７４０側には、対向電極７２４が形成される。また、図４において、７６４はゲート絶縁膜である。
【００１４】
図４において、各サブピクセルから出射される光は、第２偏光板７２２、液晶７４０、第１偏光板７６２を通過したバックライト光（ＢＬ）である。この各サブピクセルから出射される光は、第２偏光板７２２を通過した後、液晶７４０において、画素電極７６８に入力される電圧に応じて偏光方向が制御され、第１偏光板７６２を通過する時点で輝度変調された光である。
一方、バックライト光（ＢＬ）は、第２偏光板７２２、液晶７４０、偏光層７７０を介してホトセンサ７９０に入射する。このホトセンサ７９０に入射する光は、第２偏光板７２２を通過した後、液晶７４０において、画素電極７６８に入力される電圧に応じて偏光方向が制御され、偏光層７７０を通過する時点で輝度変調された光である。
ここで、偏光層７７０の偏光方向は、第１偏光板７６２の偏光方向と一致する。この結果、ホトセンサ７９０に到達する光は、各サブピクセルから出射される、表示データに応じて輝度変調された光と同等の光となる。したがって、ホトセンサ７９０の出力で、各サブピクセル毎の表示ムラを検出することが可能となる。
図５に、図１に示すサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）とセンサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）の他の断面図を示す。
図４に示す構成と異なる点は、偏光層７７０を表示部１００の全域に形成し、第１偏光板７６２を削除した点である。この構成でも図４と同様に表示ムラの検出が可能である。
以上説明したように、本実施例によれば、画像表示と表示ムラの検出を同一の表示パネルで実現でき、そのため、表示ムラの検出に特別な装置を必要としないので、ユーザ側でも表示ムラの補正ができ、高い品質の画像表示を実現することが可能である。
【００１５】
［実施例２］
一般に、液晶層は、長時間同じ電圧（直流電圧）が印加されていると、液晶層の傾きが固定化され、結果として残像現象を引き起こし、液晶層の寿命を縮めることになる。これを防止するために、液晶表示装置おいては、液晶層に印加する電圧をある一定時間毎に交流化、即ち、対向電極（共通電極ともいう）に供給する電圧を基準にして、画素電極に供給する電圧を、一定時間毎に高電位側／低電位側に変化させるようにしている。
この場合に、温度の変動などで、対向電極に供給されるコモン電圧（ＶＣＯＭ）の最適値が変動、あるいは、電源電圧の変動などにより、対向電極に供給されるコモン電圧（ＶＣＯＭ）の電圧が変動すると、画素電極に供給する電圧が対向電極に供給する電圧よりも高電位のときに液晶に書き込まれる（以下、正極性の書き込みという。）電圧と、画素電極に供給する電圧が対向電極に供給する電圧よりも低電位のときに液晶に書き込まれる（以下、負極性の書き込みという。）電圧とが異なり、表示画面にチラツキ（一般に、フリッカと呼ばれる。）が生じる。
このフリッカを防止するためには、正極性の書き込み時の表示部１００の輝度と、負極性の書き込み時の表示部１００の輝度の差を検出し、対向電極に供給されるコモン電圧（ＶＣＯＭ）の値を調整する必要がある。
本実施例は、正極性の書き込み時の表示部１００の輝度と、負極性の書き込み時の表示部１００の輝度の差を検出するフリッカ検出回路を設け、当該フリッカ検出回路に前述のホトセンサを適用した実施例である。
【００１６】
図６は、本発明の実施例２の液晶表示装置の液晶表示パネルの概略構成を示すブロック図である。
図１の液晶表示パネルと異なる点は、表示部１００にはサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）のみが形成され、表示部１００の外側にフリッカ検出回路８００を設けた点である。
フリッカ検出回路８００の構成は、前述の実施例１に示す一組のサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）とセンサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）とで構成される。
即ち、フリッカ検出回路８００のセンサ回路Ｓは、図３に示す等価回路で表され、図４あるいは図５と同じような断面構造を有する。
また、フリッカ検出回路８００のサブピクセルＰは、図２に示す等価回路で表され、図４あるいは図５と同じような断面構造を有する。なお、フリッカ検出回路８００のサブピクセルＰの画素電極は、表示部１００の外にフリッカ検出用に専用に形成してもよく、あるいは、表示部１００の周辺部のサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）の任意の一つの画素電極で兼用するようにしてもよい。
さらに、当該画素電極に供給する映像電圧は、フリッカを検出し易い中間調の映像電圧を入力する。即ち、フリッカ検出回路８００のサブピクセルＰの画素電極として、表示部１００の外にフリッカ検出用に専用に形成した場合は、常時、画素電極に、フリッカを検出し易い中間調の映像電圧を印加する。また、フリッカ検出回路８００のサブピクセルＰの画素電極として、表示部１００の周辺部のサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）の任意の一つの画素電極で兼用する場合には、フリッカ検出期間内に、当該サブピクセルＰ（ｊ，ｋ）の任意の一つの画素電極に、フリッカを検出し易い中間調の映像電圧を印加する。
【００１７】
本実施例では、フリッカ検出回路８００により、正極性の書き込み時のフリッカ検出回路８００の輝度（即ち、表示部１００の輝度）と、負極性の書き込み時のフリッカ検出回路８００の輝度を検出する。Ｘ出力回路４００は、検出した輝度の差に基づき、フリッカが小さくなるように、コモン電圧（ＶＣＯＭ）の値を調整する。
以上説明したように、本実施例では、フリッカ検出回路を、ＴＦＴ基板の表示部１００の外側に設けるようにしたので、フリッカ検出を常時行うことができる。これにより、温度や電源電圧の変動によるフリッカを検出し、当該フリッカが小さくなるように、コモン電圧（ＶＣＯＭ）を制御することで、フリッカ補正を行うことができるので、消費電力の少ない低い周波数駆動でもフリッカのない高品位の画像を表示することが可能となる。
なお、前述の各実施例において、ＣＦ基板側にカラーフィルタを設けてもよい。また、前述の各実施例では、対向電極がＣＦ基板側に形成される縦電界方式の液晶表示パネルの場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、対向電極がＴＦＴ基板側に形成される横電界方式の液晶表示パネル（ＩＰＳ方式の液晶表示パネル）にも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１の液晶表示装置の液晶表示パネルの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）の等価回路を示す図である。
【図３】図１に示すセンサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）の等価回路を示す図である。
【図４】図１に示すサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）と、センサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）の断面構造を示す模式断面図を示す。
【図５】図１に示すサブピクセルＰ（ｊ，ｋ）と、センサ回路Ｓ（ｊ，ｋ）の他の例の断面構造を示す模式断面図を示す。
【図６】本発明の実施例２の液晶表示装置の液晶表示パネルの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  液晶パネル
１００  表示部
１０１，１２１，７８０  薄膜トランジスタ
１０２  保持容量
１０３  液晶容量
１２０  ホトセンサ
１２２  容量
２００  ドレイン駆動回路
３００  ゲート駆動回路
４００  Ｘ出力回路
７２０  第２基板（ＣＦ基板）
７２２  第２偏光板
７２４  対向電極
７４０  液晶
７６０  第１基板（ＴＦＴ基板）
７６２  第１偏光板
７６４  ゲート絶縁膜
７６６  層間絶縁膜
７６８  画素電極
７７０  偏光層
７９０  ホトセンサ
８００  フリッカ検出回路
Ｐ（ｊ，ｋ）  サブピクセル
Ｓ（ｊ，ｋ）  センサ回路
Ｇ（ｋ）  ゲート線
Ｄ（ｊ）  ドレイン線
Ｘ（ｊ）  出力線
ＰＸ  画素電極
ＳＴＧ  ストレージ線
【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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