JP2012104656A - 照度センサ、およびこの照度センサを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視感度に近い分光感度特性を有し、回路規模が小さい照度センサ、およびこの照度センサを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】電流出力回路（２１）は、第１受光素子（ＰＤ１）に流れる第１電流（Ｉｉｎ１）をアナログ‐デジタル変換する第１アナログ‐デジタル変換回路（ＡＤＣ１）のビットストリーム信号（ｃｈａｒｇｅ１）を用いて第１電流（Ｉｉｎ１）に応じた電流（Ｉｉｎ１×α）を出力し、第２アナログ‐デジタル変換回路（ＡＤＣ２）は、第２受光素子（ＰＤ２）に流れる第２電流（Ｉｉｎ２）から電流（Ｉｉｎ１×α）を減算した第３電流（Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α）を入力されてアナログ‐デジタル変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照度センサ、およびこの照度センサを備えた表示装置に関するものである。

携帯電話やデジタルカメラ等の携帯端末において、バックライトの明るさ（発光量）を周囲の明るさに応じるように制御するために、液晶パネルに周囲の明るさを検知する照度センサを搭載する場合がある。この場合、電力消耗を抑えることが可能になり、視認性を向上することも可能になる。

なお、照度センサとしては、シリコンフォトダイオードが用いられたセンサが代表的である。シリコンフォトダイオードは、小型であるとともに応答が高速であるため、幅広く用いられている。しかしながら、シリコンフォトダイオードの分光感度特性は、人間の視感度とは大きく異なり、赤外領域の感度が強くなる。ここで、受光量と光電流との関係（光電感度）は、入射光の波長によって異なり、この波長と光電感度との関係を「分光感度特性」と称する。

そこで、照度センサとして、シリコンフォトダイオードを用いながら、人間の視感度に近い分光感度特性を有するセンサへの要望が高まっている。

人間の視感度に近い分光感度特性を実現する方式として、複数の異なる分光感度特性のフォトダイオードに流れる電流を減算する方式が知られている。例えば、特許文献１，２には、上記のような方式を用いた照度センサが提案されている。

図１４は、特許文献１，２において提案された照度センサの要部の構成を示す回路図である。

図１４に示すように、特許文献１，２の照度センサには、カレントミラー回路が用いられている。

照度センサは、フォトダイオードＰＤ１とフォダイオードＰＤ２を含んで構成され、フォトダイオードＰＤ１には、周囲の明るさに応じて電流Ｉｉｎ１が流れ、フォトダイオードＰＤ２には、周囲の明るさに応じて電流Ｉｉｎ２が流れる。

トランジスタＱＰ１とトランジスタＱＰ２は、カレントミラー回路を構成し、トランジスタＱＰ２のコレクタ電流は、フォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１に応じた電流（Ｉｉｎ１×α）となる。αは、任意の係数である。

フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２は、光の波長に対する分光感度特性が異なり、フォトダイオードＰＤ２に流れる電流Ｉｉｎ２からフォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１の電流量に応じた電流（Ｉｉｎ１×α）を減算することにより、照度センサで視感度に近い分光感度特性を実現することが可能になる。

なお、アナログ‐デジタル変換回路を用いてセンサ出力をデジタル値に変換する方法が知られている。例えば、出力された電流をデジタル値に変換することにより、ＣＰＵやマイクロコンピュータにより、ソフトウェアでの処理が容易になる。特に、積分型のアナログ‐デジタル変換回路は、簡単な構成で高精度な分解能を実現できる特徴がある。これは、照度センサのように低速でありながら高い分解能(１６ｂｉｔ程度)を要求されるデバイスに適している。

図１５は、アナログ‐デジタル変換回路が用いられた照度センサの要部の構成を示す回路図である。

図１５に示すように、照度センサは、フォトダイオードＰＤ１とフォダイオードＰＤ２を含んで構成され、フォトダイオードＰＤ１には、周囲の明るさに応じて電流Ｉｉｎ１が流れ、フォトダイオードＰＤ２には、周囲の明るさに応じて電流Ｉｉｎ２が流れる。

電流Ｉｉｎ１をアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１でアナログ‐デジタル変換した結果がデジタル値ＡＤＣＯＵＴ１となり、電流Ｉｉｎ２をアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２でアナログ‐デジタル変換した結果がデジタル値ＡＤＣＯＵＴ２となる。

デジタル値ＡＤＣＯＵＴ１をα倍とし、デジタル値ＡＤＣＯＵＴ２からデジタル値ＡＤＣＯＵＴ１に応じた値（ＡＤＣＯＵＴ１×α）を減算した値(ＡＤＣＯＵＴ２−ＡＤＣＯＵＴ1×α)を出力することにより、照度センサで視感度に近い分光感度特性を実現することが可能になる。αは、任意の係数である。

携帯電話やデジタルカメラ等の携帯端末において、以上のように周囲の明るさを検知する照度センサを搭載する他に、検知物体（例えば顔）があるか否かを検知する近接センサを搭載する場合がある。例えば、携帯端末において、顔が近づいているか否かを検知し、近づいている場合（通話時）に、バックライトをＯＦＦし、近づいていない場合（操作時）にはＯＮすることにより、電力消耗を抑えることが可能になる。

以下、図１６、図１７に基づいて、近接センサについて説明する。図１６は、一般的な近接センサの構成を示す模式図であり、図１７は、近接センサにより検知物体の近接／非近接を検知した場合を示す波形図であり、（ａ）は、検知物体の近接を検知した場合を示し、（ｂ）は、検知物体の非近接を検知した場合を示す。

図１６に示すように、近接センサは、フォトダイオード（ＰＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、制御回路から構成されている。

発光ダイオードは、制御回路により駆動され、特定の光を照射する。受光用のフォトダイオードには、受光量に応じて電流が流れ、この電流は制御回路により検知される。発光ダイオードが駆動されているときのデータＤａｔａ１と発光ダイオードが駆動されていないときのデータＤａｔａ２の差分は、近接データ(Ｄａｔａ１−Ｄａｔａ２)になる。

図１７の（ａ）に示すように、検知物体（例えば顔）がある場合、発光ダイオードが駆動されていると検知物体からの反射光が強いため、フォトダイオードに流れる電流は大きくなり、近接データ(Ｄａｔａ１−Ｄａｔａ２)は制御回路の閾値Ｄａｔａｔｈを越え、近接と判断される。

一方、図１７の（ｂ）に示すように、検知物体がない場合、発光ダイオードが駆動されていても、検知物体からの反射光が弱いため、フォトダイオードに流れる電流は小さく、近接データ(Ｄａｔａ１−Ｄａｔａ２)は制御回路の閾値Ｄａｔａｔｈを越えなく、非近接と判断される。

なお、正確に検知物体の有無を検知するために、発光ダイオードから蛍光灯の光や、屋外での薄暗い環境光下の光にはほとんど含まれていない赤外領域の光を照射させることが知られている。

このような近接センサでは、発光ダイオードが駆動されている期間のデータＤａｔａ１と発光ダイオードが駆動されていない期間のデータＤａｔａ２との差分である近接データ（Ｄａｔａ１−Ｄａｔａ２）が、検知距離の２乗に反比例するため、この近接データから検知距離を算出することで、測距センサとして適用することも可能である。

特開２００７−７３５９１号公報（２００７年３月２２日公開） 特開２０１０−１５３４８４号公報（２０１０年７月８日公開）

しかしながら、上記図１４に示すようにカレントミラー回路が用いられている照度センサでは、カレントミラー回路による誤差が大きいため、正確な減算結果を得られないという問題が生じる。

具体的には、上記カレントミラー回路は、２つのＭＯＳトランジスタＱＰ１・ＱＰ２により構成されているが、この２つのトランジスタＱＰ１・ＱＰ２の特性ばらつきやバイアス条件の違いによって大きい誤差が生じる可能性がある。

ＭＯＳトランジスタのドレイン電流は、一般的に次式（１）
Ｉｄ＝（１／２）×μ_０×Ｃｏｘ×（Ｗ／Ｌ）×(Ｖｇｓ-Ｖｔｈ)^２×（１-λ×Ｖｄｓ)…（１）
で示される。

ここで、μ_０は電子移動度、Ｃｏｘは単位面積あたりのゲート酸化膜容量、Ｗ／ＬはＷ長およびＬ長加工寸法、Ｖｇｓはゲート-ソース間電圧、Ｖｔｈは閾値電圧、λはチャネル長変調係数、Ｖｄｓはドレイン-ソース間電圧を示す。

上記カレントミラー回路では、２つのトランジスタＱＰ１・ＱＰ２のドレイン-ソース間電圧Ｖｄｓが異なるため、出力電流に誤差が生じる。また、一般的に、ＭＯＳトランジスタでは、Ｗ長およびＬ長の加工精度ばらつきや閾値電圧Ｖｔｈばらつきの影響で、数％〜１０％程度の誤差が生じる。

このように、２つのＭＯＳトランジスタＱＰ１・ＱＰ２から構成されるカレントミラー回路では、大きな誤差が生じる可能性がある。

また、上記図１４に示すような照度センサでは、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２に逆バイアス電圧が印加され、暗電流が生じるため、正確に照度測定を行うことができないという問題も生じる。

特に、低照度時には、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２に流れる光電流は少なくなり、この場合には暗電流の影響によってノイズ成分が多く含まれることになるため、正確に照度測定を行なうことができない。

一方、上記図１５に示すような照度センサでは、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２に流れる電流Ｉｉｎ１・Ｉｉｎ２をそれぞれアナログ‐デジタル変換回路に入力し、デジタル値に変換するため、視感度にあった電流量を直接測定することができなくなる。そのため、照度センサの分光感度特性を高精度に視感度に近づけることができないという問題が生じる。特に、赤外成分の多い光源の場合、顕著となる。

また、上記図１５に示すような照度センサでは、乗算回路と減算回路を必要とするため、回路規模が大きくなるという問題も生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、視感度に近い分光感度特性を有しながら、高精度に照度を測定することができ、回路規模が小さい照度センサ、およびこの照度センサを用いた表示装置を提供することにある。

さらには、低照度まで高精度に測定することができる照度センサ、およびこの照度センサを用いた表示装置を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の照度センサは、互いに異なる分光感度特性を有する第１受光素子と第２受光素子とを備える照度センサであって、入力光の受光強度に応じて上記第１受光素子に流れる第１電流を、アナログ‐デジタル変換する第１アナログ‐デジタル変換回路であって、入力される上記第１電流に応じた電荷を積分する積分コンデンサを備えるとともに上記積分コンデンサによる積分結果に対応する電圧を出力する積分回路と、上記積分回路の出力電圧と基準電圧との互いの高低を比較して比較結果を２値のパルス信号として出力する比較回路と、上記比較回路の出力した上記パルス信号を取り込む出力回路であって取り込んだ上記パルス信号に含まれるアクティブパルスを計数するカウンタを備えるとともに上記カウンタによる計数結果を上記第１電流のアナログ‐デジタル変換値として出力する出力回路と、上記出力回路から上記アクティブパルスの時系列的並びがビットストリーム信号として入力されて上記ビットストリーム信号のアクティブパルス期間に電流を出力して上記積分コンデンサを放電させる放電回路とを備える積分型アナログ‐デジタル変換回路からなる第１アナログ‐デジタル変換回路と、上記出力回路から上記ビットストリーム信号が入力されて上記ビットストリーム信号の上記アクティブパルス期間に電流を出力する電流出力回路と、入力光の受光強度に応じて上記第２受光素子に流れる第２電流から、上記電流出力回路が出力する電流を減算した第３電流をアナログ‐デジタル変換する積分型アナログ‐デジタル変換回路からなる第２アナログ‐デジタル変換回路と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、アクティブパルス期間の合計した長さが第１電流の大きさに応じたものとなる。電流出力回路の出力パルス電流が積分回路で積分されるすなわち平均化されることで第１電流の所定係数倍を得ることができる。第２電流から該第１電流の所定係数倍の電流を減算した電流に対しアナログ‐デジタル変換することにより、照度センサの分光感度特性を精度よく視感度に近づけることが可能になる。

また、カレントミラー回路を用いることなく、高精度に照度を測定することが可能になる。

さらに、乗算回路と減算回路を必要としないため、回路規模を小さくすることが可能になる。

以上により、視感度に近い分光感度特性を有しながら、高精度に照度を測定することができ、回路規模が小さい照度センサを提供することができるという効果を奏する。

本発明の照度センサは、上記第２アナログ‐デジタル変換回路は、上記第１アナログ‐デジタル変換回路と同じ回路構成を有することが好ましい。

上記構成によれば、第２アナログ‐デジタル変換回路も、簡単な構成で高精度な分解能を実現することが可能になる。

本発明の照度センサは、上記第１受光素子は、赤外波長域の分光感度特性を有し、上記第２受光素子は、可視波長域から赤外波長域に亘る分光感度特性を有することが好ましい。

上記構成によれば、照度センサに対する赤外波長域の光による影響を効率よく抑制することが可能になる。

本発明の照度センサは、上記第１受光素子には、バイアス電圧が印加されないことが好ましい。

上記構成によれば、第１受光素子の暗電流を抑制することが可能になり、正確に低照度まで測定を行なうことができる。

本発明の照度センサは、上記第２受光素子には、バイアス電圧が印加されないことが好ましい。

上記構成によれば、第２受光素子の暗電流を抑制することが可能になり、正確に低照度まで測定を行なうことができる。

本発明の照度センサは、上記電流出力回路が出力する電流の、上記第２アナログ‐デジタル変換回路のアナログ‐デジタル変換期間における平均値は、上記第１電流の係数倍であり、上記係数は変更可能に設定可能であることが好ましい。

上記構成によれば、係数を調整して照度センサの分光感度特性を精度よく視感度に近づけることが可能になる。

本発明の照度センサは、上記係数は、１．１〜１．２の範囲で設定されることが好ましい。

上記構成によれば、照度センサの分光感度特性を精度よく視感度に近づけることが可能になる。

本発明の照度センサは、上記係数は、１．１５に設定されることが好ましい。

上記構成によれば、照度センサの分光感度特性を精度よく視感度に近づけることが可能になる。

本発明の照度センサは、上記第１受光素子および上記第２受光素子には、緑色波長域および赤外波長域の光を受光面に向けて透過させるフィルタが設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、第１受光素子および第２受光素子に入射される緑色波長域および赤外波長域以外の光を遮光することにより、照度センサの分光感度特性を精度よく視感度に近づけることが可能になる。

本発明の照度センサは、上記第１受光素子は、Ｐ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェルと、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層とを備えた第１の層構成を有し、上記第１の層構成において、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部および上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれ形成されたフォトダイオードのうち、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡されて構成され、上記第２受光素子は、上記第１の層構成と同じ層構成の第２の層構成を有し、上記第２の層構成において、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部および上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれフォトダイオードが形成されて構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、第１受光素子においては、接合の浅い部分Ｐ層-Ｎウェルの接合部にフォトダイオードを形成することにより、可視波長域〜近赤外波長域の光を吸収し、このフォトダイオードを短絡することにより、接合の浅い部分で吸収される可視波長域〜近赤外波長域の光を無効化し、接合の深いＮウェル‐Ｐ拡散の接合部に形成されたフォトダイオードで赤外光を受光して光電流を生成する。これにより、第１受光素子全体は赤外波長域の分光感度特性を有することが可能になる。

一方、第２受光素子においては、接合の浅い部分Ｐ層-Ｎウェルの接合部に形成されたフォトダイオードは可視波長域〜近赤外波長域の光を受光して光電流を生成し、接合の深いＮウェル‐Ｐ拡散の接合部に形成されたフォトダイオードは赤外光を受光して光電流を生成する。これにより、第２受光素子全体は可視波長域から赤外波長域の分光感度特性を有することが可能になる。

本発明の照度センサは、上記第１受光素子は、Ｎ層と、上記Ｎ層の上に接合するように形成されたＰ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェルと、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層とを備えた第３の層構成を有し、上記第３の層構成において、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部、上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれ形成されたフォトダイオードのうち、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡され、且つ上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡されて構成され、上記第２受光素子は、上記第３の層構成と同じ層構成の第４の層構成を有し、上記第４の層構成において、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部、上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれ形成されたフォトダイオードのうち、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡されて構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、第１受光素子全体は赤外波長域の分光感度特性を有することが可能になり、第２受光素子全体は可視波長域から赤外波長域の分光感度特性を有することが可能になる他に、
また、第１受光素子および第２受光素子において、接合の浅い部分Ｎ層とＰ層の接合部にフォトダイオードを構成することにより、紫外の光を吸収し、このフォトダイオードを短絡することにより、接合の浅い部分で吸収される紫外の光を無効化し、第１受光素子および第２受光素子全体として紫外の分光感度特性を低減することが可能になる。

本発明の表示装置は、画面を表示する表示パネルと、上記表示パネルを照射するバックライトと、上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御回路と、上記照度センサとを備え、上記バックライト制御回路は、上記第２アナログ‐デジタル変換回路が出力するデジタル値に基づいて、上記バックライトの輝度を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、周囲光の強度に応じてバックライトの明るさを調整することにより、電力消耗を抑えることが可能になる。

また、表示装置に設けられた照度センサの分光感度特性を精度よく視感度に近づけることで、視認性を向上させることが可能になる。

本発明の表示装置は、さらに、発光体と、制御回路とを備え、上記発光体は、上記制御回路により駆動され、上記第１受光素子は、上記発光体から発光され、検知物体により反射されてきた反射光を受光し、上記制御回路は、上記第１受光素子に受光強度に応じて流れる上記第１電流を検知して、上記検知物体の有無を検知し、上記バックライト制御回路は、上記検知物体の有無結果と上記第２アナログ‐デジタル変換回路が出力する上記第３電流のデジタル値とに基づいて、上記バックライトの輝度を制御することが好ましい。

上記構成によれば、検知物体（例えば人の顔）の有無、周囲光の強度に応じるようにバックライトの輝度を調整することで、電力消耗を抑えることが可能になり、視認性を向上させることが可能になる。

本発明の表示装置は、さらに、発光体と、制御回路とを備え、上記発光体は、上記制御回路により駆動され、上記第１受光素子は、上記発光体から発光され、検知物体により反射されてきた反射光を受光し、上記制御回路は、上記第１受光素子に受光強度に応じて流れる第１電流を検知して、上記検知物体の距離を測定し、上記バックライト制御回路は、上記検知物体の測距結果と上記第２アナログ‐デジタル変換回路が出力する上記第３電流のデジタル値とに基づいて、上記バックライトの輝度を制御することが好ましい。

上記構成によれば、検知物体（例えば人の顔）の距離と、周囲光の強度に応じるようにバックライトの輝度を調整することで、電力消耗を抑えることが可能になり、視認性を向上させることが可能になる。

本発明の照度センサは、互いに異なる分光感度特性を有する第１受光素子と第２受光素子とを備える照度センサであって、入力光の受光強度に応じて上記第１受光素子に流れる第１電流を、アナログ‐デジタル変換するアナログ‐デジタル変換回路であって、入力される上記第１電流に応じた電荷を積分する積分コンデンサを有する積分回路と、上記積分回路の出力電圧と基準電圧との高低を比較して、比較結果を２値のパルス信号として出力する比較回路と、上記比較回路の出力したパルス信号を取り込んで、取り込んだ上記パルス信号に含まれるアクティブパルスを計数するカウンタを備え、上記カウンタによる計数結果を上記第１電流のアナログ‐デジタル変換値として出力する出力回路と、上記出力回路から上記アクティブパルスの時系列的並びがビットストリーム信号として入力されて上記ビットストリーム信号のアクティブパルス期間に電流を出力して上記積分コンデンサを放電させる放電回路とを備える積分型アナログ‐デジタル変換回路からなる第１アナログ‐デジタル変換回路と、上記出力回路から上記ビットストリーム信号が入力されて上記ビットストリーム信号の上記アクティブパルス期間に電流を出力する電流出力回路と、入力光の受光強度に応じて上記第２受光素子に流れる第２電流から、上記電流出力回路が出力する電流を減算した第３電流をアナログ‐デジタル変換する積分型アナログ‐デジタル変換回路からなる第２アナログ‐デジタル変換回路と、を備えることを特徴とする。

それゆえ、視感度に近い分光感度特性を有しながら、高精度に照度を測定することができ、回路規模が小さい照度センサ、およびこの照度センサを用いた表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る照度センサの構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、アナログ‐デジタル変換回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、アナログ‐デジタル変換回路の動作を示す波形図である。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、電流出力回路を説明する図であって、（ａ）は電流出力回路の構成を示す回路図であり、（ｂ）は電流出力回路が出力する電流を説明する波形図である。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、各光源で電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)と係数αとの関係を示す波形図である。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、図５に示すような分光感度特性を有するフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造示す回路図であり、（ａ）は、フォトダイオードＰＤ１の構造を示し、（ｂ）は、フォトダイオードＰＤ２の構造を示す。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性の他の一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、図８に示すような分光感度特性を有するフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造を示す回路図であり、（ａ）は、フォトダイオードＰＤ１の構造を示し、（ｂ）は、フォトダイオードＰＤ２の構造を示す。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性の他の一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る照度センサにおいて、図１０に示すような分光感度特性を有するフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造を示す回路図であり、（ａ）は、フォトダイオードＰＤ１の構造を示し、（ｂ）は、フォトダイオードＰＤ２の構造を示す。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。 従来のカレントミラー回路が用いられた照度センサの要部の構成を示す回路図である。 従来のアナログ‐デジタル変換回路が用いられた照度センサの要部の構成を示す回路図である。 近接センサの構成を示す模式図である。 近接センサにより検知物体の近接／非近接を検知した場合を示す波形図であり、（ａ）は、検知物体の近接を検知した場合を示し、（ｂ）は、検知物体の非近接を検知した場合を示す。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
本実施の形態においては、照度センサが搭載された液晶表示装置を例として記載する。

（液晶表示装置全体の構成）
まず、図１２に基づいて、本実施の形態における液晶表示装置の概略構成について説明する。図１２は、本実施の形態における液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。

図１２に示すように、液晶表示装置１００は、液晶パネル１０、照度センサ２０、バックライト制御回路３０、バックライト４０を含んで構成されている。

照度センサ２０は、周囲光を受光して周囲の明るさを測定し、測定結果としてデジタル値ＡＤＣＯＵＴ２をバックライト制御回路３０に出力する。このバックライト制御回路３０は、デジタル値ＡＤＣＯＵＴ２に基づいて、バックライト４０の明るさ（発光量）を周囲の明るさに応じるように制御する。

上記構成によれば、バックライト４０の明るさを周囲光に応じるように制御するため、液晶表示装置１００の電力消耗を抑えることが可能になる。

（照度センサの構成）
以下、図１に基づいて、本実施の形態における照度センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態における照度センサの構成を示す回路図である。

図１に示すように、照度センサ２０は、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２、及び電流出力回路２１を含んで構成されている。

フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２のアノードは、いずれもグランドに接続され、フォトダイオード（第１受光素子）ＰＤ１のカソードは、ノードＡでアナログ‐デジタル変換回路（第１アナログ‐デジタル変換回路）ＡＤＣ１に接続され、フォトダイオード（第２受光素子）ＰＤ２のカソードは、ノードＢでアナログ‐デジタル変換回路（第２アナログ‐デジタル変換回路）ＡＤＣ２と電流出力回路２１との接続点に接続されている。

フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２は、光の波長に対する分光感度特性が異なり、フォトダイオードＰＤ１には、赤外領域の光の受光量に応じた電流Ｉｉｎ１（第１電流）が流れ、フォトダイオードＰＤ２には、可視波長域〜赤外波長域の光の受光量に応じた電流Ｉｉｎ２（第２電流）が流れる。

アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１は、フォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１を入力し、アナログ‐デジタル変換して、結果としてデジタル値ＡＤＣＯＵＴ１を出力する。

電流出力回路２１は、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１からビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅｌを入力し、フォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１に応じた電流Ｉｉｎ１×αを出力する。なお、αは、任意の係数であり、αを調整することにより、照度センサ２０の分光感度特性を人間の視感度に近づけることができる。

アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２は、フォトダイオードＰＤ２に流れる電流Ｉｉｎ２からフォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１に応じた電流Ｉｉｎ１×αを減算した電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)を入力し、アナログ‐デジタル変換して、結果としてデジタル値ＡＤＣＯＵＴ２を出力する。

上記構成によれば、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２において、電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)に対しアナログ‐デジタル変換し、変換結果としてデジタル値ＡＤＣＯＵＴ２をバックライト制御回路３０に出力する。そのため、照度センサ２０の分光感度特性を精度よく視感度に近づけることが可能になる。また、バックライト制御回路３０に内蔵されたＣＰＵやＭＰＵの制御により、デジタル値ＡＤＣＯＵＴ２に対しソフトウェアで容易に処理する可能になる。

（アナログ‐デジタル変換回路の構成）
以下、図２、図３に基づいて、本実施の形態におけるアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２について説明する。図２は、本実施の形態におけるアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２の構成を示す回路図であり、図３は、本実施の形態におけるアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２の動作を示す波形図である。

本実施の形態において、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１とアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２は、同じ構成を有するため、区別しない場合にはアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣと総称して説明する。

図２に示すように、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣは、電荷を蓄える充電回路（積分回路）２５と、電荷を放電する放電回路２８と、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇと基準電圧ｖ１との互いの高低を比較する比較回路２６と、比較回路２６による比較結果である出力信号ｃｏｍｐに基づいてデジタル値ＡＤＣＯＵＴを出力する制御回路（出力回路）２７とを含んで構成されている。

比較回路２６には、比較器ＣＭＰ１と、スイッチＳＷ１が設けられている。このスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦにより、入力される電流Ｉｉｎがデジタル値ＡＤＣＯＵＴに変換されるデータ変換期間が決定される。スイッチＳＷ１がＯＮされると、電源Ｖｒｅｆは充電回路２５に接続され、充電される。スイッチＳＷ１がＯＦＦされると、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇと基準電圧ｖ１とは比較器ＣＭＰ１により比較され、その比較結果としての出力信号ｃｏｍｐは「Ｈｉｈｇ」と「Ｌｏｗ」との２値のパルス信号として制御回路２７に入力される。スイッチＳＷ１がＯＦＦされている期間に、入力される電流Ｉｉｎがデジタル値ＡＤＣＯＵＴに変換される。

制御回路２７には、フリップフロップＦＦと、カウンタＣｏｕｎｔが設けられている。このフリップフロップＦＦにより、比較回路２６の出力信号ｃｏｍｐがラッチされ、その結果としてのビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅは、放電回路２８とカウンタＣｏｕｎｔにそれぞれ入力される。ここで、カウンタＣｏｕｎｔは、制御回路２７に取り込まれたビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅのＬＯＷレベル回数（放電回数）を計数する、すなわちアクティブパルスを計数することで、その計数結果を、入力された電流Ｉｉｎに応じたアナログ‐デジタル変換値であるデジタル値ＡＤＣＯＵＴとして出力する。

放電回路２８には、スイッチＳＷ２が設けられ、ビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅに基づいて、このスイッチＳＷ２はＯＮ/ＯＦＦされる。

充電回路２５には、アンプＡＭＰ１と、コンデンサ（積分コンデンサ）Ｃ１が設けられ、積分回路を構成している。放電回路２８のスイッチＳＷ２がＯＮされると、放電回路２８により、充電回路２５のコンデンサＣ１に電荷が蓄えられる。スイッチＳＷ２がＯＦＦされると、入力される電流Ｉｉｎに応じて充電回路２５のコンデンサＣ１の電荷が放電される。

以下、図３に基づいて、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣの動作について具体的に説明する。

スイッチＳＷ１にＨｉｇｈレベルの信号が入力されると、該スイッチＳＷ１はＯＦＦされ、入力される電流Ｉｉｎのデジタル値ＡＤＣＯＵＴへの変換が開始される。

まず、スイッチＳＷ２にＨｉｇｈレベルの信号が入力されると、該スイッチＳＷ２はＯＦＦされ、電流Ｉｉｎに応じて充電回路２５のコンデンサＣ１に蓄えられた電荷が放電される（プリチャージ動作）。これにより、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇは低下していく。最初に充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇと基準電圧ｖ１とが同じように設定されていたため、この期間充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇは基準電圧ｖ１を下回る。

その後、スイッチＳＷ２にＬｏｗレベルの信号が入力されると、該スイッチＳＷ２はＯＮされ、充電回路２５のコンデンサＣ１に放電回路２８により電荷が充電される。これにより、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇは増加していく。ある時点で、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇは基準電圧ｖ１を上回る。充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇと基準電圧ｖ１とは、比較器ＣＭＰ１によって比較され、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇが基準電圧ｖ１を上回ると、Ｈｉｇｈレベルの出力信号ｃｏｍｐが出力される。

制御回路２７のフリップフロップＦＦにＨｉｇｈレベルの出力信号ｃｏｍｐが入力されると、該フリップフロップＦＦは出力信号ｃｏｍｐをラッチし、次のクロック信号ｃｌｋの立ち上がりで、Ｈｉｇｈレベルのビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅを出力する。

スイッチＳＷ２にＨｉｇｈレベルのビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅが入力されると、該スイッチＳＷ２はＯＦＦされ、充電回路２５のコンデンサＣ１に蓄えられた電荷が放電される。これにより、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇは低下していく。ある時点で、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇは基準電圧ｖ１を下回る。充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇと基準電圧ｖ１とは、比較器ＣＭＰ１によって比較され、充電回路２５の出力電圧ｖｓｉｇが基準電圧ｖ１を下回ると、比較回路２６の出力がアクティブレベルにあることを示すアクティブパルスとしてのＬｏｗレベルの出力信号ｃｏｍｐが出力される。なお、当該アクティブパルスをＬｏｗレベルとＨｉｇｈレベルとのいずれの出力信号に設定してもよく、回路の動作論理によって適宜選択可能である。

制御回路２７のフリップフロップＦＦにＬｏｗレベルの出力信号ｃｏｍｐが入力されると、該フリップフロップＦＦが出力信号ｃｏｍｐをラッチすることで制御回路２７は出力信号ｃｏｍｐを取り込み、フリップフロップＦＦは次のクロック信号ｃｌｋの立ち上がりで、Ｌｏｗレベルのビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅを出力する。

スイッチＳＷ２にＬｏｗレベルのビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅが入力されると、該スイッチＳＷ２はＯＮされる。ここで、ビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅは、Ｌｏｗレベル信号（アクティブパルス）の時系列的並びであり、Ｌｏｗレベル期間（アクティブパルス期間）にスイッチＳＷ２がＯＮされる。

アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣは、上記のような動作を繰り返し、スイッチＳＷ１がＯＦＦされている期間、すなわちデータ変換期間ｔｃｏｎｖに、カウンタＣｏｕｎｔが、放電回路２８の放電回数ｃｏｕｎｔをカウントすることで、入力された電流Ｉｉｎに応じたデジタル値ＡＤＣＯＵＴを出力することが可能になる。

なお、入力される電流Ｉｉｎにより充電される電荷量と放電回路２８に流れる電流Ｉにより放電される電荷量が、等しくなるように動作するので、充電電荷量＝放電電荷量は、次式（２）
Ｉｉｎ×ｔｃｏｎｖ＝Ｉ×ｔｃｌｋ×ｃｏｕｎｔ…（２）
で示される。

上式（２）により、次式（３）
ｃｏｕｎｔ＝（Ｉｉｎ×ｔｃｏｎｖ）／（Ｉ×ｔｃｌｋ）…（３）
が導かれる。

ここで、ｔｃｌｋはクロック信号ｃｌｋの周期、ｔｃｏｎｖは電流Ｉｉｎにより充電される時間、Ｉは基準電流値、ｃｏｕｎｔは放電回路２８の放電回数を示す。

最小分解能は、（Ｉ×ｔｃｌｋ）で決定されることになる。

充電時間ｔｃｏｎｖを、次式（４）
ｔｃｏｎｖ＝ｔｃｌｋ×２^ｎ(ｎは分解能)…（４）
になるように設定すると、次式（５）
ｃｏｕｎｔ＝Ｉｉｎ／Ｉ×２^ｎ…（５）
が導かれる。

例えば、分解能ｎ＝１６ビッドの場合、カウンタＣｏｕｎｔは、入力電流Ｉｉｎに応じた値を、０〜６５５３５の範囲で出力することになる。

これにより、積分型アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣは、広いダイナミックレンジと高い分解能のアナログ‐デジタル変換が可能である。

以下、上記のような構成を有するアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣをアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１に適用した場合を説明する。

アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１において、フォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１を基準電流Ｉ１でアナログ‐デジタル変換すると、次式（６）
ｃｏｕｎｔ１＝Ｉｉｎ１／Ｉ１×２^ｎ…（６）
で示される。

この時、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１のビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅｌは、ｃｏｕｎｔ１の回数分、正確にＨｉｇｈレベルの信号を出力する。

（電流出力回路）
図４に基づいて、本実施の形態における電流出力回路２１の構成について説明する。図４の（ａ）は、本実施の形態における電流出力回路２１の構成を示す回路図であり、図４の（ｂ）は、電流出力回路２１に入力されるビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅｌと出力電流Ｉｏの関係を示す波形図である。

図４に示すように、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１のビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅｌで電流出力回路２１を制御する。

具体的には、ビットストリーム信号ｃｈａｒｇｅｌのＬｏｗ期間（アクティブパルス期間）に、電流出力回路２１に設けられたスイッチがＳＷ２がＯＮされ、電流を出力する。

電流出力回路２１の出力パルス電流がアナログ‐デジタル回路ＡＤＣ２の充電回路（積分回路）２５で、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２のアナログ‐デジタル変換期間において積分されるすなわち平均化されることにより、電流Ｉｉｎ１の所定係数倍を得ることができる。当該アナログ‐デジタル変換期間は、充電時間ｔｃｏｎｖに等しい。

この電流出力回路２１の出力電流Ｉ０の平均値は、次式（７）
Ｉ０＝Ｉ１×α×(ｃｏｕｎｔ１／２^ｎ)…（７）
＝Ｉ１×α×(Ｉｉｎ１／Ｉ１)
＝Ｉｉｎ１×α
で示される。

ここで、αは、任意の係数(α＞１)である。

アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２において、フォトダイオードＰＤ２に流れる電流Ｉｉｎ２から電流出力回路２１の出力電流Ｉ０を減算した電流(Ｉｉｎ２−Ｉｉｎ１×α)を基準電流Ｉ２でアナログ‐デジタル変換すると、次式（８）
ｃｏｕｎｔ２＝（Ｉｉｎ２−Ｉｉｎ１×α）／Ｉ２×２^ｎ…（８）
で示される。

上記のように、電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)（第３電流）を直接にアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２でアナログ‐デジタル変換することができ、照度センサ２０の分光感度特性を精度よく視感度に近づけることが可能になる。

また、図２に示すアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣでは、ＡＭＰ１の入力電圧を０Ｖに設定することができるため、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の両端電圧を０Ｖとすることが可能である。よって、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の暗電流を低減することが可能であり、低照度まで正確に測定することが可能である。

ここで、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の両端電圧を０Ｖに設定した場合、すなわちフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２にバイアス電圧が印加されない場合は、逆バイアス電圧を印加した場合に比べ、出力する光電流は減少する。しかしながら、アナログ−デジタル変換回路ＡＤＣの基準電流Ｉを調整することで、高照度の測定も同様に行うことが可能である。

例えば、アナログ−デジタル変換回路ＡＤＣ１の場合、上式（６）を参照すると、フォトダイオードＰＤ１の両端電圧を０Ｖに設定したことで、Ｉｉｎ１が、２０％程度感度が低下したとしても、Ｉ１を-２０％に調整することで、高照度の測定も同様に行うことが可能である。

また、別途に乗算回路と減算回路を設ける必要がないため、回路規模が小さくなる。
（フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性１）
以下、図５に基づいて、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性の一例について説明する。

図５は、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性の一例を示すグラフである。図５において、２つの実線はフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性をそれぞれ示し、破線は基準電流Ｉ1を任意の係数α倍にした場合のフォトダイオードＰＤ１の分光感度特性を示し、一点鎖線は視感度を示している。

図５に示すように、フォトダイオードＰＤ１は赤外の分光感度特性を有し、フォトダイオードＰＤ２は可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性を有する。

基準電流Ｉ１を任意の係数α倍することにより、フォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１の電流量に応じた電流を、電流Ｉｉｎ１の任意の係数倍した値に設定することが可能である。

例えば、赤外の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ１と可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ１の赤外成分の電流量の差が、２０％程度あった場合、基準電流Ｉ１を１．２倍することにより、赤外成分の影響を低減することが可能であり、視感度にあった分光感度特性が得られる。

なお、携帯電話やデジタルカメラなどの液晶表示装置１００では、一般的に照度センサ２０は液晶パネル１０の中に実装されている。このとき、液晶パネル１０の透過率により、フォトダイオードＰＤ１およびフォトダイオードＰＤ２の受光量は影響を受ける。

例えば、液晶パネル１０がない場合、赤外の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ１と可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ２の赤外成分の電流量の差が２０％程度であったものが、液晶パネル１０がある場合、赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ１と可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ２の赤外成分の電流量の差が１０％程度になったとすると、基準電流Ｉ１を１．１倍することにより、赤外成分の影響を低減することが可能であり、視感度にあった分光感度特性が得られる。

液晶パネル１０の透過率は、使用するユーザによって各々異なるため、基準電流Ｉ１の任意の係数αを回路内部のレジスタ(記憶素子)で設定変更（１〜１．５の範囲）できるようにすることで、液晶パネル１０の影響に対して調整を行うことが可能である。

また、フォトダイオードＰＤ１およびフォトダイオードＰＤ２の受光量は、光源の影響も受ける。例えば、蛍光灯では赤外光が少なく、Ａ光源や太陽光では赤外光が大きいため、フォトダイオードＰＤ１およびフォトダイオードＰＤ２の電流量はそれぞれ異なることになる。

図６は、各光源で電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)と係数αとの関係を示す波形図である。図６において、実線はＡ光源での電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)と係数αとの関係を示し、破線は蛍光灯での電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)と係数αとの関係を示し、一点鎖線は太陽光での電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)と係数αとの関係を示している。

図６に示すように、係数αが一定である場合、各光源で、フォトダイオードＰＤ２に流れる電流Ｉｉｎ２からフォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１に応じた電流を減算した電流(Ｉｉｎ２−Ｉｉｎ１×α)はそれぞれ異なる。

以下、表１に各光源での、電流Ｉｉｎ１、電流Ｉｉｎ２、電流(Ｉｉｎ２−Ｉｉｎ１×α)を具体的に示す。

表１および図６に示すように、係数αを１．１〜１．２の範囲で設定した場合、各光源（Ａ光源、蛍光灯、太陽光）による照度特性の差を低減することが可能になる。

特に、係数αを１．１５に設定した場合、最も効率よく、各光源での照度特性の差を低減することが可能になる。

（フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造１）
以下、図７に基づいて、図５に示すような分光感度特性を有するフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造について説明する。図７は、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造を示す回路図であり、図７の（ａ）は、フォトダイオードＰＤ１の構造を示す回路図であり、図７の（ｂ）は、フォトダイオードＰＤ２の構造を示す回路図である。

図７の（ａ）に示すように、赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ１は、Ｐ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェル（Ｎｗｅｌｌ）と、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層（Ｐｓｕｂ）とを備えた第１の層構成を有し、フォトダイオードＰＤｖｉｓはＰ層-Ｎウェルの接合部に形成され、フォトダイオードＰＤｉｒはＮウェル-Ｐ拡散の接合部に形成されている。なお、Ｐ層-Ｎウェルの接合部に形成されたフォトダイオードＰＤｖｉｓのアノード−カソード間は短絡されて、フォトダイオードＰＤｉｒのカソードに接続されている。フォトダイオードＰＤｉｒのカソードは図１のノードＡに接続され、フォトダイオードＰＤｉｒのアノードはＧＮＤに接続されている。

フォトダイオードＰＤ１においては、接合の浅い部分Ｐ層-Ｎウェルの接合部にフォトダイオードＰＤｖｉｓを形成することにより、可視波長域〜近赤外波長域の光を吸収し、フォトダイオードＰＤｖｉｓのアノードとカソードを短絡することにより、接合の浅い部分で吸収される可視波長域〜近赤外波長域の光を無効化し、フォトダイオードＰＤｉｒで赤外光を受光して光電流を生成する。これにより、フォトダイオードＰＤ１全体は赤外波長域の分光感度特性を有することが可能になる。

図７の（ｂ）に示すように、可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ２は、Ｐ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェル（Ｎｗｅｌｌ）と、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層（Ｐｓｕｂ）とを備えた、第１の層構成と同じ層構成の第２の層構成を有し、フォトダイオードＰＤｖｉｓはＰ層-Ｎウェルの接合部に形成され、フォトダイオードＰＤｉｒはＮウェル-Ｐ拡散の接合部に形成されている。フォトダイオードＰＤｖｉｓのカソードはフォトダイオードＰＤｉｒのカソードに接続されており、フォトダイオードＰＤｖｉｓのアノードはグランドに接続されている。フォトダイオードＰＤｉｒのカソードは図１のノードＢに接続され、フォトダイオードＰＤｉｒのアノードはグランドに接続されている。フォトダイオードＰＤｖｉｓは可視波長域〜近赤外波長域の光を受光して光電流を生成し、フォトダイオードＰＤｉｒは赤外光を受光して光電流を生成する。

（フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性２）
図８は、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性の他の一例を示すグラフである。図８において、２つの実線はフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性をそれぞれ示し、破線は基準電流Ｉ1を任意の係数α倍にした場合のフォトダイオードＰＤ１の分光感度特性を示し、一点鎖線は視感度を示している。

図８に示すように、フォトダイオードＰＤ１は赤外波長域の分光感度特性を有し、フォトダイオードＰＤ２は可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性を有する。

基準電流Ｉ１を任意の係数α倍することにより、フォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１の電流量に応じた電流を、電流Ｉｉｎ１に任意の係数倍した値に設定することが可能である。

係数αを調整して、電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)を調整することにより、照度センサ２０の分光感度特性を視感度に合うように調整することが可能になる。

（フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造２）
以下、図９に基づいて、図８に示すような分光感度特性を有するフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造について説明する。図９は、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造を示す回路図であり、図９の（ａ）は、フォトダイオードＰＤ１の構造を示す回路図であり、図９の（ｂ）は、フォトダイオードＰＤ２の構造を示す回路図である。

図９の（ａ）に示すように、赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ１は、Ｎ層と、上記Ｎ層の上に接合するように形成されたＰ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェル（Ｎｗｅｌｌ）と、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層（Ｐｓｕｂ）とを備えた第３の層構成を有し、３つのフォトダイオードＰＤｖｉｓ・ＰＤｉｒ・ＰＤｕｖは、Ｎ層とＰ層の接合部、Ｐ層とＮウェルの接合部、ＮウェルとＰ拡散の接合部にそれぞれ形成されている。なお、Ｎ層とＰ層の接合部に形成されたフォトダイオードＰＤｕｖのアノード−カソード間は短絡され、フォトダイオードＰＤｉｒのカソードに接続されている。Ｐ層-Ｎウェルの接合部に形成されたフォトダイオードＰＤｖｉｓのアノード−カソード間も短絡されてフォトダイオードＰＤｉｒのカソードに接続されている。フォトダイオードＰＤｉｒのカソードは図１のノードＡに接続され、フォトダイオードＰＤｉｒのアノードはグランドに接続されている。

フォトダイオードＰＤ１においては、接合の浅い部分Ｐ層-ＮウェルにフォトダイオードＰＤｖｉｓを構成することにより、可視波長域〜近赤外波長域の光を吸収し、フォトダイオードＰＤｖｉｓのアノードとカソードを短絡することにより、接合の浅い部分で吸収される可視波長域〜近赤外波長域の光を無効化する。フォトダイオードＰＤｉｒで赤外光を受光して光電流を生成する。これにより、フォトダイオードＰＤ１全体は赤外波長域の分光感度特性を有することが可能になる。

図９の（ｂ）に示すように、可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ２は、Ｎ層と、上記Ｎ層の上に接合するように形成されたＰ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェル（Ｎｗｅｌｌ）と、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層（Ｐｓｕｂ）とを備えた、第３の層構成と同じ層構成の第４の層構成を有し、３つのフォトダイオードＰＤｖｉｓ・ＰＤｉｒ・ＰＤｕｖは、Ｎ層とＰ層の接合部、Ｐ層とＮウェルの接合部、ＮウェルとＰ拡散の接合部にそれぞれ形成されている。Ｎ層とＰ層の接合部に形成されたフォトダイオードＰＤｕｖのアノード−カソード間は短絡され、フォトダイオードＰＤｖｉｓのアノードに接続されている。フォトダイオードＰＤｖｉｓのカソードはフォトダイオードＰＤｉｒのカソードに接続されており、フォトダイオードＰＤｖｉｓのアノードはグランドに接続されている。フォトダイオードＰＤｉｒのカソードは図１のノードＢに接続され、フォトダイオードＰＤｉｒのアノードはグランドに接続されている。フォトダイオードＰＤｖｉｓは可視波長域〜近赤外波長域の光を受光して光電流を生成し、フォトダイオードＰＤｉｒは赤外光を受光して光電流を生成する。

フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２においては、接合の浅い部分Ｎ層とＰ層の接合部にフォトダイオードＰＤｕｖを構成することにより、紫外の光を吸収し、フォトダイオードＰＤｕｖのアノードとカソードを短絡することにより、接合の浅い部分で吸収される紫外の光を無効化し、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２全体として紫外の分光感度特性を低減することが可能になる。ここで、接合の浅い部分では、入射した光のうちの短波長成分を吸収し、接合の深い部分では入射した光のうちの長波長成分を吸収する。

なお、上記したように、フォトダイオードＰＤ１およびフォトダイオードＰＤ２の受光量は、光源の影響を受ける。

以下、表２に各光源での、電流Ｉｉｎ１、電流Ｉｉｎ２、電流(Ｉｉｎ２−Ｉｉｎ１×α)を具体的に示す。

表２示すように、係数αを１．１〜１．２の範囲で設定した場合、各光源（Ａ光源、蛍光灯、太陽光）による照度特性の差を低減することが可能になる。

特に、係数αを１．１５に設定した場合、最も効率よく、各光源での照度特性の差を低減することが可能になる。

（フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性３）
図１０は、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性の他の一例を示すグラフである。図１０において、２つの実線はフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の分光感度特性をそれぞれ示し、破線は基準電流Ｉ1を任意の係数α倍にした場合のフォトダイオードＰＤ１の分光感度特性を示し、一点鎖線は視感度を示している。

図１０に示すように、フォトダイオードＰＤ１は赤外波長域の分光感度特性を有し、フォトダイオードＰＤ２は主として緑色および赤外波長域の分光感度特性を有する。

基準電流Ｉ１を任意の係数α倍することにより、フォトダイオードＰＤ１に流れる電流Ｉｉｎ１の電流量に応じた電流を、電流Ｉｉｎ１に任意の係数倍した値に設定することが可能である。

係数αを調整して、電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)を調整することにより、照度センサ２０の分光感度特性を視感度に合うように調整することが可能になる。

（フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造３）
以下、図１１に基づいて、図１０に示すような分光感度特性を有するフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造について説明する。図１１は、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の構造を示す回路図であり、図１１の（ａ）は、フォトダイオードＰＤ１の構造を示す回路図であり、図１１の（ｂ）は、フォトダイオードＰＤ２の構造を示す回路図である。

図１１の（ａ）に示すように、赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ１は、図７と同様にＰ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェル（Ｎｗｅｌｌ）と、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層（Ｐｓｕｂ）とを備えた構成を有し、フォトダイオードＰＤｖｉｓはＰ層-Ｎウェルの接合部に形成され、フォトダイオードＰＤｉｒはＮウェル-Ｐ拡散の接合部に形成されている。Ｐ層-Ｎウェルの接合部に形成されたフォトダイオードＰＤｖｉｓは短絡されている。なお、フォトダイオードＰＤ１の基板表面側には、主として緑色領域および赤外領域の光を受光面に向けて透過する緑色透過フィルタ２２が形成されている。

図１１の（ｂ）に示すように、可視波長域〜赤外波長域の分光感度特性のフォトダイオードＰＤ２は、図７と同様にＰ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェル（Ｎｗｅｌｌ）と、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層（Ｐｓｕｂ）とを備えた構成を有し、フォトダイオードＰＤｖｉｓはＰ層-Ｎウェルの接合部に形成され、フォトダイオードＰＤｉｒはＮウェル-Ｐ拡散の接合部に形成されている。なお、フォトダイオードＰＤ２の基板表面側には、主として緑色領域および赤外領域の光を透過する緑色透過フィルタ２２が形成されている。

上記構成により、照度センサ２０において、さらに視感度に近い分光感度特性を実現することができる。

なお、上記したように、フォトダイオードＰＤ１およびフォトダイオードＰＤ２の受光量は、光源の影響を受ける。

以下、表３に各光源での、電流Ｉｉｎ１、電流Ｉｉｎ２、電流(Ｉｉｎ２−Ｉｉｎ１×α)を具体的に示す。

表３に示すように、係数αを１．１〜１．２の範囲で設定した場合、各光源（Ａ光源、蛍光灯、太陽光）による照度特性の差を低減することが可能になる。

特に、係数αを１．１５に設定した場合、最も効率よく、各光源での照度特性の差を低減することが可能になる。

以上のように、本実施の形態の液晶表示装置１００において、照度センサ２０は、カレントミラー回路を用いていないため、誤差が大きいという問題を防止することができる。

また、電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)を直接にアナログ‐デジタル変換することが可能であるため、照度センサ２０の分光感度特性を高精度に視感度に近づけることが可能になり、データの処理が容易になる。

また、照度センサ２０に設けられているフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の両端の電圧を０Ｖに設定することが可能であるため、暗電流を低減し、低照度まで精度よく測定することが可能になる。
〔実施の形態２〕
本発明の液晶表示装置に関する他の実施形態について、図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１３は、本実施の形態における液晶表示装置の構成を示すブロック図である。

なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１３に示すように、液晶表示装置１００´は、液晶パネル１０、照度／近接センサ２０´、バックライト制御回路３０、バックライト４０を含んで構成されている。

照度／近接センサ２０´は、周囲光を受光して周囲の明るさを測定し、また、特定の反射光を受光して、検知物体の有無を検出する。

照度／近接センサ２０´には、図１に示すような回路が設けられ、その他に特定の光を照射する発光ダイオード（発光体）（図示せず）と、制御回路（図示せず）が設けられている。

発光ダイオードは、制御回路により駆動され、特定の光として赤外光を照射する。太陽光や蛍光灯などの周囲光には赤外光が少ないため、フォトダイオードＰＤ１には、主に発光ダイオードから照射される赤外光の光量に応じて電流Ｉｉｎ１が流れる。この電流Ｉｉｎ１は、アナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ１でアナログ‐デジタル変換され、デジタル値ＡＤＣＯＵＴ１として出力される。このデジタル値ＡＤＣＯＵＴ１は、制御回路に入力され、検知物体の有無が判断される。近接センサにより検知物体の有無が判断される原理は図１６、図１７に基づいて既に説明したため、ここでは詳細な説明を省略する。

バックライト制御回路３０は、電流(Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α)をアナログ‐デジタル変換回路ＡＤＣ２でアナログ‐デジタル変換して得たデジタル値ＡＤＣＯＵＴ２と、検知物の有無を示す信号とを入力して、バックライト４０を制御する。

例えば、バックライト制御回路３０は、検知物体（例えば人の顔）が近接しているという信号を入力した場合には、液晶表示装置１００´において表示を行なう必要がないと判断し、バックライト４０をＯＦＦし、検知物体が近接していないという信号を入力した場合には、液晶表示装置１００´において表示を行なう必要があると判断しバックライト４０をＯＮし、さらに入力したデジタル値ＡＤＣＯＵＴ２に基づいて周囲の明るさに応じるように発光させることにより、消費電力の低減を実現することが可能になる。

なお、近接センサでは、発光ダイオードが駆動されている期間の電流と、発光ダイオードが駆動されていない期間の電流との差分が、検知距離の２乗に反比例するため、この差分から検知距離を算出することで、測距センサとして適用することも可能である。

そして、バックライト制御回路３０は、バックライト４０を検知物体の距離に応じるように発光させることにより、消費電力の低減を実現することが可能になる。

本発明の実施の形態においては、照度センサが液晶表示装置に内蔵された場合を例として説明したが、これに限定されることなく、例えば、有機ＥＬ表示装置に内蔵され、周囲の明るさを検知して、有機ＥＬ表示装置の明るさ（発光量）を制御することも可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、照度センサの分光感度特性を精度よく視感度に近づけることができるため、表示装置に好適に利用することができる。

１０ 液晶パネル
２０ 照度センサ
２１ 電流出力回路
２５ 充電回路
２６ 比較回路
２７ 制御回路（出力回路）
２８ 放電回路
３０ バックライト制御回路
４０ バックライト
１００ 液晶表示装置
ＡＤＣ アナログ‐デジタル変換回路（積分型アナログ‐デジタル変換回路）
ＡＤＣ１ アナログ‐デジタル変換回路（第１アナログ‐デジタル変換回路、積分型アナログ‐デジタル変換回路）
ＡＤＣ２ アナログ‐デジタル変換回路（第２アナログ‐デジタル変換回路、積分型アナログ‐デジタル変換回路）
ＰＤ１ フォトダイオード（第１受光素子）
ＰＤ２ フォトダイオード（第２受光素子）
Ｃｏｕｎｔ カウンタ
Ｉｉｎ１ 電流（第１電流）
Ｉｉｎ２ 電流（第２電流）
Ｉｉｎ２-Ｉｉｎ１×α
電流（第３電流）
ｃｈａｒｇｅ、ｃｈａｒｇｅ１
ビットストリーム信号
ｔｃｏｎｖ 充電時間（アナログ‐デジタル変換期間）
ｃｏｍｐ 出力信号（パルス信号）
Ｃ１ コンデンサ（積分コンデンサ）
ｖ１ 基準電圧
ｖｓｉｇ 出力電圧（（積分回路の）出力電圧）
α 係数
Ｉ１×α 電流（（電流出力回路の）電流）
Ｉ 電流（（放電回路の）電流）

Claims (14)

1. 互いに異なる分光感度特性を有する第１受光素子と第２受光素子とを備える照度センサであって、
   入力光の受光強度に応じて上記第１受光素子に流れる第１電流を、アナログ‐デジタル変換する第１アナログ‐デジタル変換回路であって、入力される上記第１電流に応じた電荷を積分する積分コンデンサを備えるとともに上記積分コンデンサによる積分結果に対応する電圧を出力する積分回路と、上記積分回路の出力電圧と基準電圧との互いの高低を比較して比較結果を２値のパルス信号として出力する比較回路と、上記比較回路の出力した上記パルス信号を取り込む出力回路であって取り込んだ上記パルス信号に含まれるアクティブパルスを計数するカウンタを備えるとともに上記カウンタによる計数結果を上記第１電流のアナログ‐デジタル変換値として出力する出力回路と、上記出力回路から上記アクティブパルスの時系列的並びがビットストリーム信号として入力されて上記ビットストリーム信号のアクティブパルス期間に電流を出力して上記積分コンデンサを放電させる放電回路とを備える積分型アナログ‐デジタル変換回路からなる第１アナログ‐デジタル変換回路と、
   上記出力回路から上記ビットストリーム信号が入力されて上記ビットストリーム信号の上記アクティブパルス期間に電流を出力する電流出力回路と、
   入力光の受光強度に応じて上記第２受光素子に流れる第２電流から、上記電流出力回路が出力する電流を減算した第３電流をアナログ‐デジタル変換する積分型アナログ‐デジタル変換回路からなる第２アナログ‐デジタル変換回路と、
   を備えることを特徴とする照度センサ。
2. 上記第２アナログ‐デジタル変換回路は、上記第１アナログ‐デジタル変換回路と同じ回路構成を有することを特徴とする請求項１に記載の照度センサ。
3. 上記第１受光素子は、赤外波長域の分光感度特性を有し、
   上記第２受光素子は、可視波長域から赤外波長域に亘る分光感度特性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の照度センサ。
4. 上記第１受光素子には、バイアス電圧が印加されないことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の照度センサ。
5. 上記第２受光素子には、バイアス電圧が印加されないことを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の照度センサ。
6. 上記電流出力回路が出力する電流の、上記第２アナログ‐デジタル変換回路のアナログ‐デジタル変換期間における平均値は、上記第１電流の係数倍であり、上記係数は変更可能に設定可能であることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の照度センサ。
7. 上記係数は、１．１〜１．２の範囲で設定されることを特徴とする請求項６に記載の照度センサ。
8. 上記係数は、１．１５に設定されることを特徴とする請求項７に記載の照度センサ。
9. 上記第１受光素子および上記第２受光素子には、緑色波長域および赤外波長域の光を受光面に向けて透過させるフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から８までの何れか１項に記載の照度センサ。
10. 上記第１受光素子は、Ｐ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェルと、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層とを備えた第１の層構成を有し、上記第１の層構成において、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部および上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれ形成されたフォトダイオードのうち、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡されて構成され、
    上記第２受光素子は、上記第１の層構成と同じ層構成の第２の層構成を有し、上記第２の層構成において、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部および上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれフォトダイオードが形成されて構成されていることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の照度センサ。
11. 上記第１受光素子は、Ｎ層と、上記Ｎ層の上に接合するように形成されたＰ層と、上記Ｐ層の中に形成されたＮウェルと、上記Ｎウェルの中に形成されたＰ拡散層とを備えた第３の層構成を有し、上記第３の層構成において、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部、上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれ形成されたフォトダイオードのうち、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡され、且つ上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡されて構成され、
    上記第２受光素子は、上記第３の層構成と同じ層構成の第４の層構成を有し、上記第４の層構成において、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部、上記Ｐ層と上記Ｎウェルとの接合部、上記Ｎウェルと上記Ｐ拡散との接合部にそれぞれ形成されたフォトダイオードのうち、上記Ｎ層と上記Ｐ層との接合部に形成された上記フォトダイオードのアノードとカソードとの間が短絡されて構成されていることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の照度センサ。
12. 画面を表示する表示パネルと、
    上記表示パネルを照射するバックライトと、
    上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御回路と、
    請求項１から１１までの何れか１項に記載の照度センサとを備え、
    上記バックライト制御回路は、上記第２アナログ‐デジタル変換回路が出力するデジタル値に基づいて、上記バックライトの輝度を制御することを特徴とする表示装置。
13. さらに、発光体と、制御回路とを備え、
    上記発光体は、上記制御回路により駆動され、
    上記第１受光素子は、上記発光体から発光され、検知物体により反射されてきた反射光を受光し、
    上記制御回路は、上記第１受光素子に受光強度に応じて流れる上記第１電流を検知して、上記検知物体の有無を検知し、
    上記バックライト制御回路は、上記検知物体の有無結果と上記第２アナログ‐デジタル変換回路が出力する上記第３電流のデジタル値とに基づいて、上記バックライトの輝度を制御することを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
14. さらに、発光体と、制御回路とを備え、
    上記発光体は、上記制御回路により駆動され、
    上記第１受光素子は、上記発光体から発光され、検知物体により反射されてきた反射光を受光し、
    上記制御回路は、上記第１受光素子に受光強度に応じて流れる第１電流を検知して、上記検知物体の距離を測定し、
    上記バックライト制御回路は、上記検知物体の測距結果と上記第２アナログ‐デジタル変換回路が出力する上記第３電流のデジタル値とに基づいて、上記バックライトの輝度を制御することを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。

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