JP2002023658A

JP2002023658A - 調光システム

Info

Publication number: JP2002023658A
Application number: JP2000204183A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Sumi; 忍角
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】多段階に調光する場合に、小さな回路規模
で、しかも発光素子を適切な輝度に調節することができ
る調光システムを提供する。【解決手段】外光の光量を検出するために、光の透過
率の異なるフィルタ７５〜７８がそれぞれ配された４つ
のダブルゲートトランジスタ７１〜７４で、フォトセン
サアレイ６１を構成する。外光の光量が同じであって
も、フィルタ７５〜７８によって、ダブルゲートトラン
ジスタ７１〜７４の半導体層（７１ｃ）に入射される光
の量が異なる。これにより、センサ駆動回路６２がダブ
ルゲートトランジスタ７１〜７４をそれぞれ同じように
駆動したとしても、それぞれの出力電圧のレベルが異な
ることとなる。そして、サンプルホールド回路６４にサ
ンプルホールドさせた電圧を、１レベルだけの基準電圧
と比較しただけでも、外光の光量のレベルを多段階に検
出することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外光に応じて発光
素子の輝度を調節する調光システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には、外光を表示に利用し
た反射型のものと、バックライトの光を利用した透過型
のものとがある。さらには、外光の量に応じて反射型と
透過型とを切り替えて使用する両用型がある。このうち
反射型のものは、表示の見やすさは全て外光の明るさに
よって決まってしまう。これに対して、透過型のもの
は、外光の状態に応じてバックライトをどのような状態
で点灯するかによって、表示の見やすさが変わってく
る。

【０００３】そこで、従来より、バックライトの光を調
節する調光システムを有する液晶表示装置が提案されて
いる。この調光システムを利用してバックライトの輝度
を最適に維持するためには、外光の光量をフォトセンサ
によって検出する必要がある。従来、このフォトセンサ
としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等が一般
に用いられていた。

【０００４】しかしながら、従来のこのような調光シス
テムには、次のような問題点があった。すなわち、フォ
トセンサは、一般に液晶パネルの基板上に形成される
が、ＣＣＤの構造は、液晶表示素子の構造とはかなり異
なるため、製造時においてフォトセンサ形成用の別のプ
ロセスが必要となっていた。このため、液晶表示装置全
体の製造コストが高くなってしまっていた。

【０００５】また、バックライトを単純にオン／オフす
るだけでなく、その輝度を多段階に調節する場合には、
フォトセンサの出力信号を輝度の段階に応じた数の基準
電圧と比較しなければならなかった。すなわち、その基
準電圧の数だけの定電圧発生回路を調光システム内に設
けなければならなかった。ここで、定電圧発生回路は比
較的回路規模が大きいため、調光システムが大型化して
しまうと共に、液晶表示装置全体の製造コストが高くな
ってしまっていた。

【０００６】さらに、フォトセンサへの入射光量とその
出力電圧との関係特性は、一般に線形ではない。すなわ
ち、入射光量が一定量以上となると、フォトセンサの出
力電圧にほとんど変化が現れないようになってしまう。
このため、一定以上の明るさになると、その明るさに応
じた適切な状態にバックライトの輝度を調節するのが困
難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解消するためになされたものであり、低コ
ストで製造可能な調光システムを提供することを目的と
する。

【０００８】本発明は、また、多段階に調光する場合
に、小さな回路規模で、しかも発光素子を適切な輝度に
調節することができる調光システムを提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の観点にかかる調光システムは、光透
過率が互いに異なるフィルタが配され、それぞれフィル
タを介して外部から入射された光量を検出する複数の光
検出手段と、前記複数の光検出手段が検出した光量を、
それぞれ所定の基準量と比較する比較手段と、前記比較
手段の比較結果に応じて、調光対象となる発光素子の発
光を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

【００１０】上記調光システムでは、複数の光検出手段
に光透過率の異なるフィルタが配されているため、外光
の量が同じでも、それぞれの光検出手段に入射される光
量が異なることとなる。これにより、各光検出手段の最
も感度のよい特性を示す部分を基準値と比較することと
しても、多段階で外部光量の違いを検出することがで
き、発光素子を適切な輝度に調光することができる。

【００１１】上記調光システムにおいて、前記複数の光
検出手段は、例えば入射された光量に応じた電圧に変換
するものとすることができる。この場合において、上記
調光システムは、所定の定電圧を発生する定電圧発生回
路をさらに備えるものとすることができ、前記比較手段
は、前記複数の光検出手段がそれぞれ変換した電圧を、
前記定電圧発生回路が発生した定電圧と比較し、それぞ
れの比較結果を制御信号として、前記制御手段に供給す
るものとすることができる。

【００１２】複数の光検出手段は、外光の量が同じでも
入射される光の量がフィルタによって異なり、出力信号
のレベルも異なることとなるので、各光検出手段の出力
信号と比較すべき基準電圧のレベルは、１つだけでよい
こととなる。これにより、比較的回路規模の大きい定電
圧発生回路の数が抑えられるため、調光システムの規模
を小さくすることができる。また、定電圧発生回路の数
が抑えられることから、その製造コストも低くすること
ができる。

【００１３】上記調光システムにおいて、前記複数の光
検出手段は、実質的に同時に駆動されてそれぞれの検出
結果を前記比較手段に供給するものとすることができ
る。この場合、前記比較手段は、前記複数の光検出手段
からそれぞれ供給された検出結果を所定の基準値とそれ
ぞれ実質的に同時に比較し、その比較結果を制御信号と
して前記制御手段に供給する複数の比較回路からなるも
のとし、前記制御手段は、前記複数の比較回路から実質
的に同時に供給される制御信号に従って、前記調光対象
となる発光素子の発光を制御するものとすることができ
る。

【００１４】上記調光システムにおいて、前記複数の光
検出手段は、時分割で駆動されてそれぞれの検出結果を
順次前記比較手段に供給するものとすることもできる。
この場合、前記比較手段は、前記複数の光検出手段から
時分割で順次供給された検出結果を所定の基準値と順次
比較し、その比較結果を制御信号として前記制御手段に
順次供給する比較回路からなるものとし、前記制御手段
は、前記比較回路から順次供給される制御信号に従っ
て、前記調光対象となる発光素子の発光を制御するもの
とすることができる。

【００１５】上記調光システムは、マトリクス状に配さ
れた複数の画素と、該複数の画素にそれぞれ接続され、
外部からの選択信号に従って前記複数の画素を行毎に順
次選択するトランジスタを有するアクティブ駆動型の表
示素子をさらに備えていてもよい。この場合、前記トラ
ンジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、絶縁膜
を介して前記ゲート電極に対向して設けられた半導体層
と、互いに隔てるようにして前記半導体層に接続された
ドレイン電極及びソース電極を備え、前記光検出手段
は、基板上に形成された第１ゲート電極と、第１の絶縁
膜を介して前記ゲート電極に対向して設けられた半導体
層と、互いに隔てるようにして前記半導体層に接続され
たドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層、ドレ
イン電極及びソース電極を覆うように形成された第２の
絶縁膜を介して前記半導体層に対向して設けられた第２
ゲート電極とを備えるものとすることができる。

【００１６】このように複数の光検出手段をそれぞれ構
成する、いわゆるダブルゲートトランジスタは、第２ゲ
ート電極を備える（第１ゲート電極は、トランジスタの
ゲート電極に当たる）点でのみ、表示素子を構成してい
るトランジスタと構造が異なることとなる。このため、
表示素子のトランジスタを形成する際のプロセスにおい
て、それと同一の基板上に光検出手段であるダブルゲー
トトランジスタも形成することができる。このため、光
検出手段の形成のために特別に必要とされるプロセスが
ほとんどなくてもよいので、調光システムを低コストで
形成することができる。

【００１７】なお、前記表示素子は、共通電極が形成さ
れた第１の基板と、前記第１の基板に対向し、それぞれ
前記トランジスタが接続された複数の画素電極がマトリ
クス状に形成された第２の基板と、前記第１、第２の基
板間に封入され、各画素電極及び対向する共通電極と共
に画素容量を構成する液晶とからなる液晶表示素子によ
って構成されたものであってもよい。この場合、前記制
御手段が調光対象とする発光素子は、前記液晶表示素子
のバックライトとすることができる。

【００１８】また、前記表示素子は、前記複数の画素毎
に発光素子を有し、各画素の発光素子の発光によって画
像を表示するものであってもよい。この場合、前記制御
手段が調光対象とする発光素子は、前記表示素子の複数
の画素がそれぞれ有する発光素子とすることができる。

【００１９】前記表示素子において、前記複数の画素の
少なくとも一部には、特定の波長域の光を透過するカラ
ーフィルタが配されていてもよい。この場合、前記複数
の光検出手段にそれぞれ配されたフィルタは、前記複数
の画素に配されたカラーフィルタと同一のプロセスで形
成されたものとすることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。

【００２１】図１は、この実施の形態にかかる液晶表示
装置の構成を示すブロック図である。この液晶表示装置
は、液晶パネル１と、バックライト２と、ゲートドライ
バ３と、ドレインドライバ４と、コントローラ５と、調
光システム６とから構成されている。液晶パネル１は、
液晶表示素子１１とフォトセンサアレイ６１とを有して
いる。調光システム６は、液晶パネル１に形成されたフ
ォトセンサアレイ６１を含む。

【００２２】バックライト２は、液晶表示素子１１の背
面側に設けられ、調光システム６によって制御された光
量の光を液晶表示素子１１に、その背面側から照射す
る。液晶表示素子１１は、一対の基板に液晶を封入して
構成されるもので、ＴＦＴ１２及び画素容量１３がマト
リクス状に配列されている。ＴＦＴ１２のゲート電極は
ゲートラインＧＬに、ドレイン電極はドレインラインＤ
Ｌに、ソース電極は他方の基板側にある共通電極と共に
画素容量１３を構成するマトリクス状に配列された画素
電極に接続されている。

【００２３】ゲートドライバ３は、コントローラ５から
の制御信号Ｇｃｎｔに従って、ゲートラインＧＬに順次
ハイレベルの電圧を出力する。ドレインドライバ４は、
コントローラ５からの制御信号Ｄｃｎｔに従って、画像
データＤＡＴＡを順次取り込み、ゲートドライバ３によ
るゲートラインＧＬの選択タイミングに合わせて、取り
込んだ１行分の画像データＤＡＴＡをドレインラインＤ
Ｌにそれぞれ出力する。コントローラ５は、ゲートドラ
イバ３及びドレインドライバ４の動作を制御する。

【００２４】調光システム６は、フォトセンサアレイ６
１の他に、センサ駆動回路６２と、定電圧発生回路６３
と、サンプルホールド回路６４と、コンパレータ６５
と、発振回路６６と、パルス幅制御回路６７と、インバ
ータ回路６８とから構成されている。なお、フォトセン
サアレイ６１は、液晶パネル１のＴＦＴ１２を形成した
側の基板上に形成されている。

【００２５】図２（ａ）は、フォトセンサアレイ６１の
構造を示す図である。図示するように、フォトセンサア
レイ６１は、光センサである４つのダブルゲートトラン
ジスタ７１〜７４によって構成されている。ダブルゲー
トトランジスタ７１〜７４は、それぞれ液晶パネル１の
ＴＦＴ１２が形成されている側の基板７０上に形成され
ている。また、各ダブルゲートトランジスタ７１〜７４
の上には、フィルタ７５〜７８がそれぞれ形成されてい
る。

【００２６】ダブルゲートトランジスタ７１〜７４の構
造について、ダブルゲートトランジスタ７１を代表させ
て説明する。基板７０の上には、遮光性を有する金属か
らなるボトムゲート電極７１ａが形成され、これを覆う
ようにＳｉＮ等からなるゲート絶縁膜７１ｂが形成され
ている。その上のボトムゲート電極７１ａに対向する位
置に、ｉ−ａ−Ｓｉ等からなる半導体層７１ｃが形成さ
れ、互いに隔てるように半導体層７１ｃに接続されたド
レイン電極７１ｄとソース電極７１ｅとが形成されてい
る。さらにこれらを覆うようにゲート絶縁膜７１ｆが形
成され、その上の半導体層７１ｃに対向する位置に、透
明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなるトップゲート
電極７１ｇが形成されている。その上に、さらに絶縁保
護膜７１ｈが形成されている。半導体層７１ｃとドレイ
ン電極７１ｄ及びソース電極７１ｅとの間には、それぞ
れｎ型不純物イオンが混入された不純物層７１ｉが介在
し、また半導体層７１ｃとゲート絶縁膜７１ｆとの間に
は、チャネル長の長さを制御するブロッキング絶縁層７
１ｊが介在している。

【００２７】なお、前述した液晶表示素子１１に含まれ
るＴＦＴ１２は、トップゲート電極７１ｇを除いた構造
を有するものであり、ボトムゲート電極７１ａに対応す
るものが、ゲートラインＧＬに接続され、ゲートドライ
バ３から選択信号が供給されるゲート電極となる。

【００２８】また、図２（ｂ）、（ｃ）は、フォトセン
サアレイ６１の回路図、すなわちダブルゲートトランジ
スタ７１〜７４の接続方法を示す図である（以下、それ
ぞれ接続例１、２という）。いずれの接続例においても
ソース電極（７１ｅ）は、全て接地又は０（Ｖ）以外の
所定電位に固定されており、また、ドレイン電極（７１
ｄ）とサンプルホールド回路６４又はコンパレータ６５
との間の配線は、図示していないが、読み出し状態とな
る前にセンサ駆動回路６２からの電圧信号によりプリチ
ャージされるものとする。ダブルゲートトランジスタ７
１〜７４は、同一プロセスで形成されているため、ダブ
ルゲートトランジスタ７１〜７４自体の光感度は、それ
ぞれ同等に設定されている。

【００２９】接続例１では、ダブルゲートトランジスタ
７１〜７４のトップゲート電極（７１ｇ）とボトムゲー
ト電極（７１ａ）とは、それぞれ全てが互いに接続され
ており、センサ駆動回路６２から共通の駆動電圧が供給
される。また、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４の
ドレイン電極（７１ｄ）に接続された配線は、それぞれ
４系統のまま各コンパレータ６５に接続されている。

【００３０】一方、接続例２では、ダブルゲートトラン
ジスタ７１〜７４のドレイン電極（７１ｄ）は、互いに
接続されており、そこから１系統の配線でサンプルホー
ルド回路６４に接続されている。また、ダブルゲートト
ランジスタ７１〜７４のトップゲート電極（７１ｇ）と
ボトムゲート電極（７１ａ）とは、互いに別系統のタイ
ミングでセンサ駆動回路６２から駆動電圧が供給され
る。

【００３１】なお、ダブルゲートトランジスタ７１〜７
４を、接続例１と接続例２のいずれで接続するかによっ
て、センサ駆動回路６２、サンプルホールド回路６４及
びコンパレータ６５の回路構成が変わってくる。また、
パルス幅制御回路６７に入力される制御信号も変わって
くる。なお、この実施の形態では、ダブルゲートトラン
ジスタ７１〜７４は、接続例１で接続されているものと
し、接続例２にした場合に違いが生じる部分について
は、最後にまとめて説明するものとする。

【００３２】次に、ダブルゲートトランジスタ７１〜７
４の駆動原理について、図３（ａ）〜（ｄ）の模式図を
参照して説明する。

【００３３】図３（ａ）に示すように、トップゲート電
極（ＴＧ）７１ｇに印加されている電圧が＋２５（Ｖ）
で、ボトムゲート電極（ＢＧ）７１ａに印加されている
電圧が０（Ｖ）であると、トップゲート電極７１ｇと半
導体層７１ｃのチャネル領域の一方の端部との間には、
接地電位または十分に低い固定電位のソース電極７１ｅ
が介在しているため、半導体層７１ｃ内に連続したｎチ
ャネルが形成されず、ドレイン電極（Ｄ）７１ｄに＋１
０（Ｖ）の電圧が供給されても、ソース電極（Ｓ）７１
ｅとの間に電流が流れない。また、この状態では、後述
するフォトセンス状態において半導体層７１ｃの上部に
蓄積された正孔が、同じ極性のトップゲート電極７１ｇ
の電圧により反発することにより、排出される。以下、
この状態をリセット状態という。

【００３４】図３（ｂ）に示すように、半導体層７１ｃ
に光が入射されると、その光量に応じて半導体層７１ｃ
内に正孔−電子対が生じる。このとき、トップゲート電
極（ＴＧ）７１ｇに印加されている電圧が−１５（Ｖ）
で、ボトムゲート電極（ＢＧ）７１ａに印加されている
電圧が０（Ｖ）であると、発生した正孔−電子対のうち
の正孔が半導体層７１ｃ上のブロッキング絶縁層７１ｊ
に蓄積される。以下、この状態をフォトセンス状態とい
う。なお、半導体層７１ｃ内に蓄積された正孔は、リセ
ット状態となるまで半導体層７１ｃから吐出されること
はない。

【００３５】図３（ｃ）に示すように、フォトセンス状
態において入射光量が小さく十分な量の正孔が半導体層
７１ｃ内に蓄積されず、トップゲート電極（ＴＧ）７１
ｇに印加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトムゲー
ト電極（ＢＧ）７１ａに印加されている電圧が＋１０
（Ｖ）であると、半導体層７１ｃ内に空乏層が広がり、
ｎチャネルがピンチオフされ、半導体層７１ｃが高抵抗
となる。このため、ドレイン電極（Ｄ）７１ｄに＋１０
（Ｖ）の電圧が供給されても、ソース電極（Ｓ）７１ｅ
との間に電流が流れない。以下、この状態を第１の読み
出し状態という。

【００３６】図３（ｄ）に示すように、フォトセンス状
態において入射光量が大きく十分な量の正孔が半導体層
７１ｃ内に蓄積され、トップゲート電極（ＴＧ）７１ｇ
に印加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトムゲート
電極（ＢＧ）７１ａに印加されている電圧が＋１０
（Ｖ）であると、蓄積されている正孔が負電圧の印加さ
れているトップゲート電極７１ｇに引き寄せられて保持
し、トップゲート電極７１ｇの負電圧が半導体層７１ｃ
に及ぼす影響を緩和させる。このため、半導体層７１ｃ
のボトムゲート電極７１ａ側にｎチャネルが形成され、
半導体層７１ｃが低抵抗となる。このため、ドレイン電
極（Ｄ）７１ｄに＋１０（Ｖ）の電圧が供給されると、
ソース電極（Ｓ）７１ｅとの間に電流が流れる。以下、
この状態を第２の読み出し状態という。

【００３７】また、図２に示すフィルタ７５〜７８につ
いて説明すると、フィルタ７５〜７８の半導体層７１ｃ
を励起する光、すなわち半導体層７１ｃに電子−正孔対
を生成する光の所定波長での透過率は、この順番で低く
なっていくように設定されている。すなわち、同じ光量
の光がフィルタ７５〜７８に入射されていても、ダブル
ゲートトランジスタ７１〜７４の半導体層（７１ｃ）に
入射される光量は、この順で多くなっていく。

【００３８】なお、フィルタ７５〜７８は、グレーフィ
ルタを使用するのが望ましい。が、液晶表示素子１１が
ＲＧＢのそれぞれの波長域の光を透過する３色のカラー
フィルタを有するものである場合には、例えばＲの波長
域の光を透過するカラーフィルタの透過率を変えて、フ
ィルタ７５〜７８として使用するものとし、液晶表示素
子１１のカラーフィルタと同一プロセスで形成してもよ
い。

【００３９】図４は、外光の光量とダブルゲートトラン
ジスタ７１〜７４の抵抗との関係を示す図である。ダブ
ルゲートトランジスタ７１は、対応するフィルタ７５の
光透過率が最も高いので、外光の量が少ない時でも半導
体層７１ｃに十分な光量が入射され、低抵抗化してドレ
イン電流が流れ、ドレイン電極７１ｄにプリチャージさ
れた電圧を迅速に降下させる。ダブルゲートトランジス
タ７２は、対応するフィルタ７６の光透過率が２番目に
高いので、ダブルゲートトランジスタ７１よりも半導体
層（７１ｃ）に入射する光量が少なく、ダブルゲートト
ランジスタ７３、７４よりも半導体層（７１ｃ）に入射
する光量が多い。このため、低抵抗化するには、ダブル
ゲートトランジスタ７１の場合よりも外光の量が多くな
ければならないが、ダブルゲートトランジスタ７３、７
４の場合よりも少なくてよい。

【００４０】ダブルゲートトランジスタ７３は、対応す
るフィルタ７７の光透過率が３番目に高いので、ダブル
ゲートトランジスタ７２よりも半導体層（７１ｃ）に入
射する光量がさらに少なく、ダブルゲートトランジスタ
７４よりも半導体層（７１ｃ）に入射する光量が多い。
このため、低抵抗化するには、ダブルゲートトランジス
タ７２の場合よりも外光の量が多くなければならない
が、ダブルゲートトランジスタ７４の場合よりも少なく
てよい。また、ダブルゲートトランジスタ７４は、対応
するフィルタ７８の光透過率が最も低いので、ダブルゲ
ートトランジスタ７３よりも半導体層（７１ｃ）に入射
する光量がさらに少ない。このため、低抵抗化するに
は、ダブルゲートトランジスタ７３の場合よりもさらに
外光の量が多くなければならない。

【００４１】さらに、再び図１に戻って説明を続ける。
接続例１においてセンサ駆動回路６２は、フォトセンサ
アレイ６１を構成するダブルゲートトランジスタ７１〜
７４のトップゲート電極（７１ｇ）とボトムゲート電極
（７１ａ）とに、上記したような駆動電圧を適宜供給す
る。また、駆動電圧の供給に合わせて、センサ駆動回路
６２のゲートにタイミング信号を出力する。定電圧発生
回路６３は、所定の基準電圧を生成してコンパレータ６
５に供給するが、発生する基準電圧は１レベルだけでよ
い。４つのコンパレータ６５からパラレルで出力された
２値化信号は、パルス幅制御回路６７に入力される。

【００４２】接続例２では、サンプルホールド回路６４
は、センサ駆動回路６２から供給されるタイミング信号
に従って、フォトセンサアレイ６１を構成するダブルゲ
ートトランジスタ７１〜７４のそれぞれのドレイン電極
７１ｄからの入射光量に応じて減衰されたプリチャージ
電圧信号（出力電圧信号）を順次サンプルホールドす
る。コンパレータ６５は、サンプルホールド回路６４に
サンプルホールドされた電圧信号を定電圧発生回路６３
が発生した基準電圧と比較し、その比較結果を制御信号
としてパルス幅制御回路６７に供給する。

【００４３】接続例１におけるコンパレータ６５の回路
図を、図５（ａ）に示す。上記した接続例１の場合に
は、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４のそれぞれに
対応して、このような回路が設けられている。この場
合、センサ駆動回路６２から実質的に同時に供給される
タイミング信号に従って、ダブルゲートトランジスタ７
１〜７４のいずれかからの出力電圧信号は、コンパレー
タ６５により暗、明の２値のいずれかの制御信号に分別
され、パルス幅制御回路６７に供給される。

【００４４】一方、上記した接続例２の場合には、図５
（ｂ）に示すような回路が１つだけ設けられている。こ
の場合、センサ駆動回路６２がダブルゲートトランジス
タ７１〜７４を時分割で順次駆動するのに合わせて、サ
ンプルホールド回路６４にタイミング信号が供給され、
それぞれの出力電圧信号が時分割で順次サンプルホール
ドされる。コンパレータ６５は、ダブルゲートトランジ
スタ７１〜７４の出力電圧信号を順次基準電圧と比較す
ることとなり、その比較結果を制御信号として順次パル
ス幅制御回路６７に供給する。

【００４５】発振回路６６は、所定周波数のクロックパ
ルスを発振する。パルス幅制御回路６７は、コンパレー
タ６５から供給された制御信号に基づいて、パルス幅を
制御してインバータ回路６８に供給する。なお、接続例
２の場合には、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４の
それぞれに対応するコンパレータ６５の比較結果を保持
しておき、保持している４つの比較結果に基づいてパル
ス幅を制御する。インバータ回路６８は、パルス幅制御
回路６７からのパルス信号に応じた電圧をバックライト
２に供給する。

【００４６】以下、この実施の形態にかかる液晶表示装
置における動作について説明する。ここで、本発明の特
徴的な部分は、調光システム６によるバックライト２の
明るさの制御であり、液晶表示素子１１の駆動に関して
は、従来例と同じに行うもので、この実施の形態に特徴
的なものはない。そこで、以下の説明では、液晶表示素
子１１に表示される画像は全て同じものであるとし、外
光に応じて調光システム６がどのように動作し、バック
ライト２の明るさが変えられるかを説明する。

【００４７】センサ駆動回路６２は、まず、ダブルゲー
トトランジスタ７１〜７４のトップゲート電極（７１
ｇ）に＋２５（Ｖ）の電圧を、ボトムゲート電極（７１
ａ）に０（Ｖ）の電圧を一定期間出力してリセット状態
とし、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４のそれぞれ
の半導体層（７１ｃ）に蓄積されている電荷を吐出させ
る。その後、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４のト
ップゲート電極（７１ｇ）に＋２５（Ｖ）の電圧を、ボ
トムゲート電極（７１ａ）に０（Ｖ）の電圧を一定期間
出力してフォトセンス状態とする。このとき、ダブルゲ
ートトランジスタ７１〜７４で半導体層（７１ｄ）に十
分な光量が入射されていたものには、電荷が蓄積される
こととなる。

【００４８】センサ駆動回路６２は、次に、ダブルゲー
トトランジスタ７１〜７４のボトムゲート電極（７１
ａ）に出力する電圧を＋１０（Ｖ）にすると共に、ドレ
イン電極（７１ｄ）に＋１０（Ｖ）の電圧を供給する。
このとき、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４は、十
分な光が入射されていたものについては、第１の読み出
し状態となってドレイン電極（７１ｄ）とソース電極
（７１ｅ）との間に電流が流れ、ドレイン電極（７１
ｄ）の電位が低下する。一方、十分な光が入射されてい
なかったものについては、第２の読み出し状態となって
ドレイン電極（７１ｄ）の電位は高いままである。この
ときのダブルゲートトランジスタ７１〜７４への入射光
量は、フィルタ７５〜７８の透過率に応じて互いに異な
る。

【００４９】次に、センサ駆動回路６２は、タイミング
信号をセンサ駆動回路６２のゲートに出力し、ダブルゲ
ートトランジスタ７１〜７４のドレイン電極（７１ｄ）
の電圧を、それぞれに対応する４つのコンパレータ６５
にそれぞれ供給される。

【００５０】これら４つのコンパレータ６５は、入射光
量に応じて降下された出力電圧信号を、定電圧発生回路
６３が発生した基準電圧と比較し、それぞれの比較結果
を２値化の制御信号としてパルス幅制御回路６７に供給
する。パルス幅制御回路６７は、この４つの制御信号に
基づいて、外光の明るさを５段階のいずれかと判断し、
この判断に応じてパルス幅を制御し、インバータ回路６
８からバックライト２に供給される実効電圧を制御す
る。これにより、バックライト２の発する光が調光され
る。一方、接続例２では、サンプルホールド回路６４か
ら順次出力された出力電圧信号をコンパレータ６５が明
暗いずれかの２値化の制御信号に変換してパルス幅制御
回路６７に入力する。

【００５１】以下、外光の光量によってバックライト２
の明るさをどのように制御するかについて、具体的に説
明する。ここでは、調光システム６は、外光が液晶表示
素子１１の基板で反射して画像が見えにくくなるのを防
ぐため、外光が暗いほどバックライト２を明るく発光さ
せるように調光するものとする。

【００５２】外光の光量がほとんどない第１状態では、
ダブルゲートトランジスタ７１〜７４のいずれの半導体
層（７１ｄ）にも十分な量の光が入射しないため、フォ
トセンス状態において電荷が蓄積されない。これによ
り、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４は、いずれも
第２の読み出し状態となって、ドレイン電極（７１ｄ）
の電位は高いままとなる。このため、４つのコンパレー
タ６５の出力信号は、いずれも定電圧発生回路６３から
の基準電圧の方が低いことを示すものとなる。そして、
パルス幅制御回路６７は、出力信号のパルス幅を最も小
さくしてインバータ回路６８の出力信号の実効電圧を低
くするように制御する。これにより、バックライト２
は、比較的暗めに発光するか全く発光しない。

【００５３】第１状態よりも外光の光量が若干多い第２
状態では、光透過率が高いフィルタ７５を介してダブル
ゲートトランジスタ７１の半導体層７１ｃに十分な量の
光が入射するが、これよりも光透過率の低いフィルタ７
６〜７８によって外光が吸収されて、ダブルゲートトラ
ンジスタ７２〜７４の半導体層（７１ｃ）に十分な量の
光が入射しない。これにより、ダブルゲートトランジス
タ７１は第１の読み出し状態となってドレイン電極７１
ｄの電位が低下するが、ダブルゲートトランジスタ７２
〜７４は第２の読み出し状態となってドレイン電極７１
ｄの電位が高いままとなる。

【００５４】このため、ダブルゲートトランジスタ７２
〜７４に対応するコンパレータ６５の出力信号は、基準
電圧の方が低いことを示すが、ダブルゲートトランジス
タ７１に対応するコンパレータ６５の出力信号は、基準
電圧の方が高いことを示すものとなる。そこで、パルス
幅制御回路６７は、出力信号のパルス幅を第１状態より
も大きくして、インバータ回路６８の出力信号の実効電
圧を第１状態よりも高くする。これにより、バックライ
ト２は、第１状態よりも明るく発光する。

【００５５】第２状態よりも外光の光量が若干多い第３
状態では、光透過率が次に高いフィルタ７６を介してダ
ブルゲートトランジスタ７２の半導体層（７１ｃ）にも
十分な量の光が入射する。この場合、ダブルゲートトラ
ンジスタ７３、７４に対応するコンパレータ６５の出力
信号は、基準電圧の方が低いことを示すが、ダブルゲー
トトランジスタ７１、７２に対応するコンパレータ６５
の出力信号は、基準電圧の方が高いことを示すものとな
る。そこで、パルス幅制御回路６７は、出力信号のパル
ス幅を第２状態よりも大きくして、インバータ回路６８
の出力信号の実効電圧を第２状態よりも高くする。これ
により、バックライト２は、第２状態よりも明るく発光
する。

【００５６】第３状態よりも外光の光量が若干多い第４
状態では、光透過率が次に高いフィルタ７７を介してダ
ブルゲートトランジスタ７３の半導体層（７１ｃ）にも
十分な量の光が入射する。この場合、ダブルゲートトラ
ンジスタ７４に対応するコンパレータ６５の出力信号
は、基準電圧の方が低いことを示すが、ダブルゲートト
ランジスタ７１〜７３に対応するコンパレータ６５の出
力信号は、基準電圧の方が高いことを示すものとなる。
そこで、パルス幅制御回路６７は、出力信号のパルス幅
を第３状態よりも大きくして、インバータ回路６８の出
力信号の実効電圧を第３状態よりも高くする。これによ
り、バックライト２は、第３状態よりも明るく発光す
る。

【００５７】さらに外光の量が多い第５状態では、フィ
ルタ７５〜７８のそれぞれを介して全てのダブルゲート
トランジスタ７１〜７４の半導体層（７１ｃ）に十分な
量の光が入射する。この場合、ダブルゲートトランジス
タ７１〜７４にそれぞれ対応する全てのコンパレータ６
５の出力信号が、基準電圧の方が高いことを示すものと
なる。そこで、パルス幅制御回路６７は、出力信号のパ
ルス幅を第４状態よりも大きくして、インバータ回路６
８の出力信号の実効電圧を第４状態よりも高くする。こ
れにより、バックライト２は、第４状態よりも明るく発
光する。

【００５８】以上説明したように、この実施の形態にか
かる液晶表示装置では、調光システム６を構成するフォ
トセンサアレイ６１に、ダブルゲートトランジスタ７１
〜７４を用いている。ダブルゲートトランジスタ７１〜
７４の構造は、液晶表示素子１１を構成するＴＦＴ１２
とほとんど同じなので、実質的に同一の製造プロセスで
製造することができる。このため、液晶表示装置全体と
しての製造コストを低く抑えることができる。

【００５９】また、フォトセンサアレイ６１に４つのダ
ブルゲートトランジスタ７１〜７４を設けているが、こ
れらの上にフィルタ７５〜７８が配されているために、
外光の量が同じでも、それぞれの出力電圧が異なるもの
となっている。そこで、ダブルゲートトランジスタ７１
〜７４の出力信号は、いずれも同じ基準電圧と比較すれ
ばよいため、１レベルの基準電圧を発生する定電圧発生
回路６３を１つだけ設ければよいこととなる。これによ
り、調光システム６の大きさを小さくすることができる
と共に、製造コストを低く抑えることができる。

【００６０】さらに、フィルタ７５〜７８を設けたこと
によって、外光の量が同じでも、ダブルゲートトランジ
スタ７１〜７４の半導体層（７１ｃ）に入射する光量が
異なるものとなる。これにより、例えば外光がかなり明
るい状態であっても、光の透過率の低いフィルタ７８に
よって半導体層（７１ｃ）に入射する光の量を抑えられ
るため、ダブルゲートトランジスタ７４は、外光の光量
のわずかな違いを感度よく検出することができる。ダブ
ルゲートトランジスタ７１〜７３も同様に、外光の光量
の違いを感度よく検出できる。このため、バックライト
２を多段階で適切な輝度に調整することができるように
なる。

【００６１】本発明は、上記の実施の形態に限られず、
種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可
能な上記の実施の形態の変形態様について説明する。

【００６２】上記の実施の形態では、フォトセンサアレ
イ６１を構成するダブルゲートトランジスタ７１〜７４
を、図２（ｂ）に示す接続例１で接続した場合を説明し
ていた。これに対して、図２（ｃ）に示す接続例２で接
続した場合は、次の点が異なるものとなる。

【００６３】センサ駆動回路６２は、ダブルゲートトラ
ンジスタ７１〜７４を順次、リセット状態、フォトセン
ス状態、読み出し状態としていき、ダブルゲートトラン
ジスタ７１〜７４のそれぞれから入射された光量に応じ
た電圧信号を、時分割で順次出力させるものとする。

【００６４】また、サンプルホールド回路６４及びコン
パレータ６５は、図５（ｂ）に示すような回路が１つだ
けで構成されており、センサ駆動回路６２からのタイミ
ング信号に従って、ダブルゲートトランジスタ７１〜７
４の出力電圧信号が、順次時分割でサンプルホールド回
路６４にサンプルホールドされる。これにより、コンパ
レータ６５は、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４の
出力電圧信号を順次定電圧発生回路６３が発生している
定電圧と比較し、それぞれの比較結果を示す信号を、サ
ンプルホールド回路６４への信号の取り込みと実質的に
同じように時分割で、パルス幅制御回路６７に供給す
る。

【００６５】パルス幅制御回路６７は、ダブルゲートト
ランジスタ７１〜７４にそれぞれ対応する４つ分の最新
のコンパレータ６５の比較結果の信号を、保持してい
る。そして、保持している４つ分のコンパレータ６５の
比較結果の信号に基づいて、出力信号のパルス幅を制御
する。

【００６６】上記の実施の形態では、調光システム６
は、パルス幅制御回路６７及びインバータ回路６８によ
りバックライト２に供給する電圧を制御し、バックライ
ト２が発する光の明るさを調整するものとしていた。こ
れに対して、調光システム６は、バックライト２に供給
する電圧を制御する代わりに、供給する電流の量を制御
し、バックライト２が発する光の明るさを調整するもの
としてもよい。また、外光の量が多いほどバックライト
２を明るく発光させる場合だけでなく、外光の量が少な
いほどバックライト２を明るく発光させたり、例えば外
光の量が多いときと少ないときに、中間量の場合よりも
バックライト２を明るく発光させるものとしてもよい。

【００６７】上記の実施の形態では、調光システム６
は、液晶表示装置のバックライト２の明るさを調整する
ものであったが、自発光型の発光素子の明るさを調整す
るものとすることもできる。図６は、自発光型の発光素
子である有機ＥＬ素子を含む有機ＥＬ表示装置の構成を
示すブロック図である。この有機ＥＬ表示装置は、明暗
２階調の表示を行うもので、ゲートドライバ３と、ドレ
インドライバ４と、コントローラ５と、調光システム６
と、有機ＥＬパネル８とから構成されている。なお、参
照番号が同一のものは、図１に示したものと実質的に同
一である。

【００６８】有機ＥＬパネル８は、同一の基板上に形成
された有機ＥＬ表示素子８１と、フォトセンサアレイ６
１とから構成されている。有機ＥＬ表示素子８１は、複
数の画素がマトリクス状に形成されてなるもので、各画
素は、選択用ＴＦＴ８２と、駆動用ＴＦＴ８３と、キャ
パシタ８４と、有機ＥＬ素子８５とから構成されてい
る。インバータ回路６８の出力電圧は、有機ＥＬ素子８
５のアノードに供給される。

【００６９】ゲートドライバ３から選択用の電圧がゲー
トラインＧＬに出力されると、そこに接続された選択用
ＴＦＴ８２がオンする。このとき、ドレインドライバ４
からドレインラインＤＬに出力された電圧が、選択用Ｔ
ＦＴ８２を介してキャパシタ８４に書き込まれる。書き
込まれた電圧のレベルが例えばハイレベルであれば、駆
動用ＴＦＴ８３がオンする。これにより、有機ＥＬ素子
８５に電流が流れ、インバータ回路６８から供給される
電圧のレベルに応じた輝度で、有機ＥＬ素子８５が発光
する。このように、調光システム６は、自発光型の表示
素子の発光輝度のレベルも調整することを可能とするも
のである。なお、有機ＥＬ素子８５に供給する電流の量
を制御してもよい。

【００７０】上記の実施の形態では、フォトセンサアレ
イ６１は、ダブルゲートトランジスタ７１〜７４と、フ
ィルタ７５〜７８の組み合わせによって構成されるもの
としていた。これに対して、フィルタ７５〜７８を設け
ず、センサ駆動回路６２からダブルゲートトランジスタ
７１〜７４にそれぞれ別の電位の駆動用信号を出力し
て、外光の量を検出するものとしてもよい。また、ダブ
ルゲートトランジスタ７１〜７４以外のタイプのフォト
センサと、フィルタ７５〜７８の組み合わせによって構
成するものとしてもよい。前者では、少なくともフォト
センサアレイを液晶表示素子１１と同じ基板上に形成す
ることができるという効果が得られる。一方、後者で
は、基準電圧発生回路の数を抑えられるという効果や、
センサとして使いやすい特性の範囲のみを使うことがで
きるという効果が得られる。そして、ダブルゲートトラ
ンジスタ７１〜７４の数はこれに限らず、２個以上であ
れば良好に外光の明るさを３階調以上検出することがで
きる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、光検出手段をダブ
ルゲートトランジスタで構成することによって、該光検
出手段をアクティブ駆動型の表示素子と同一基板上に、
同一プロセスで形成できるようになり、調光システムの
製造コストを低くすることができる。

【００７２】また、複数の光検出手段にそれぞれ光透過
率の異なるフィルタを配することにより、それぞれの光
検出手段の感度のよい部分を用いて外部光の光量を検出
することができる。

【００７３】さらに、複数の光検出手段が光電変換した
電圧信号は、１レベルの電圧信号だけと比較すればよい
ので、定電圧発生回路を１つだけ設ければよいものとな
る。これにより、調光システムの規模を小さくすること
ができると共に、製造コストを低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】（ａ）は、フォトセンサアレイの構造を示す
図、（ｂ）、（ｃ）は、フォトセンサアレイの回路図で
ある。

【図３】ダブルゲートトランジスタの駆動原理を模式的
に示す図である。

【図４】外光の光量と各ダブルゲートトランジスタのオ
ン抵抗との関係を示す図である。

【図５】コンパレータの回路図である。

【図６】本発明の他の実施の形態にかかる有機ＥＬ表示
装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…液晶パネル、２…バックライト、３…ゲートドライ
バ、４…ドレインドライバ、５…コントローラ、６…調
光システム、８…有機ＥＬパネル、１１…液晶表示素
子、１２…ＴＦＴ、１３…画素容量、６１…フォトセン
サアレイ、６２…センサ駆動回路、６３…定電圧発生回
路、６４…サンプルホールド回路、６５…コンパレー
タ、６６…発振回路、６７…パルス幅制御回路、６８…
インバータ回路、７０…基板、７１〜７４…ダブルゲー
トトランジスタ、７１ａ…ボトムゲート電極、７１ｂ…
ゲート絶縁膜、７１ｃ…半導体層、７１ｄ…ドレイン電
極、７１ｅ…ソース電極、７１ｆ…ゲート絶縁膜、７１
ｇ…トップゲート電極、７１ｈ…絶縁保護膜、７１ｉ…
不純物層、７１ｊ…ブロッキング層、７５〜７８…フィ
ルタ、８１…有機ＥＬ表示素子、８２…選択用ＴＦＴ、
８３…駆動用ＴＦＴ、８４…キャパシタ、８５…有機Ｅ
Ｌ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０９Ｇ 3/34 Ｊ５Ｇ４３５ 1/1368 3/36 Ｇ０９Ｇ 3/34 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ 3/36 1/136 ５００

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過率が互いに異なるフィルタが配さ
れ、それぞれフィルタを介して外部から入射された光量
を検出する複数の光検出手段と、前記複数の光検出手段が検出した光量を、それぞれ所定
の基準量と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じて、調光対象となる発光
素子の発光を制御する制御手段とを備えることを特徴と
する調光システム。
【請求項２】前記複数の光検出手段は、入射された光量
に応じた電圧に変換するものであり、所定の定電圧を発生する定電圧発生回路をさらに備え、前記比較手段は、前記複数の光検出手段がそれぞれ変換
した電圧を、前記定電圧発生回路が発生した定電圧と比
較し、それぞれの比較結果を制御信号として、前記制御
手段に供給することを特徴とする請求項１に記載の調光
システム。
【請求項３】前記複数の光検出手段は、実質的に同時に
駆動されてそれぞれの検出結果を前記比較手段に供給す
るものであり、前記比較手段は、前記複数の光検出手段からそれぞれ供
給された検出結果を所定の基準値とそれぞれ実質的に同
時に比較し、その比較結果を制御信号として前記制御手
段に供給する複数の比較回路からなり、前記制御手段は、前記複数の比較回路から実質的に同時
に供給される制御信号に従って、前記調光対象となる発
光素子の発光を制御することを特徴とする請求項１また
は２に記載の調光システム。
【請求項４】前記複数の光検出手段は、時分割で駆動さ
れてそれぞれの検出結果を順次前記比較手段に供給する
ものであり、前記比較手段は、前記複数の光検出手段から時分割で順
次供給された検出結果を所定の基準値と順次比較し、そ
の比較結果を制御信号として前記制御手段に順次供給す
る比較回路からなり、前記制御手段は、前記比較回路から順次供給される制御
信号に従って、前記調光対象となる発光素子の発光を制
御することを特徴とする請求項１または２に記載の調光
システム。
【請求項５】マトリクス状に配された複数の画素と、該
複数の画素にそれぞれ接続され、外部からの選択信号に
従って前記複数の画素を行毎に順次選択するトランジス
タを有するアクティブ駆動型の表示素子をさらに備え、前記トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極
と、絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向して設けられ
た半導体層と、互いに隔てるようにして前記半導体層に
接続されたドレイン電極及びソース電極を備え、前記光検出手段は、基板上に形成された第１ゲート電極
と、第１の絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向して設
けられた半導体層と、互いに隔てるようにして前記半導
体層に接続されたドレイン電極及びソース電極と、前記
半導体層、ドレイン電極及びソース電極を覆うように形
成された第２の絶縁膜を介して前記半導体層に対向して
設けられた第２ゲート電極とを備えることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調光システム。
【請求項６】前記表示素子は、共通電極が形成された第
１の基板と、前記第１の基板に対向し、それぞれ前記ト
ランジスタが接続された複数の画素電極がマトリクス状
に形成された第２の基板と、前記第１、第２の基板間に
封入され、各画素電極及び対向する共通電極と共に画素
容量を構成する液晶とからなる液晶表示素子によって構
成され、前記制御手段が調光対象とする発光素子は、前記液晶表
示素子のバックライトであることを特徴とする請求項５
に記載の調光システム。