JP4062254B2

JP4062254B2 - 反射型液晶表示装置

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Publication number: JP4062254B2
Application number: JP2003551599A
Authority: JP
Inventors: 将史上里; 満夫井上; 卓山本; 重之吉田; 孝雄坂本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-12-09
Also published as: US7388569B2; US20050067553A1; WO2003050602A1; JPWO2003050602A1; CN1602442A; CN100354719C

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、液晶表示パネルの前面にフロントライトを備えた反射型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
第１２図は従来の反射型液晶表示装置の構成を示す図である。図において、液晶表示パネル1001は、画素マトリクス1005、スキャンドライバ回路1008、データドライバ回路1009から構成され、画素マトリックス1005を構成する各画素は、画素ＴＦＴ(Thin Film Transistor)1002、液晶1003、補助容量1004から構成される。画素マトリクス1005の各ＴＦＴ1002のゲートはスキャン線1006により接続され、スキャンドライバ回路1008によりスキャンされる。画素マトリクス1005の各ＴＦＴ1002のソースはデータ線1007に接続されており、このデータ線を介してデータドライバ回路1009からの信号が各液晶1003へ書込まれる。外部回路として、外部より入力される画像信号を処理する画像信号処理回路1016、スキャンドライバ回路1008及びデータドライバ回路1009を制御するドライバ制御回路1017、液晶表示パネルの表示前面に設けられたフロントライト1019の光源であるＬＥＤ1020を同期信号に基づき駆動するＬＥＤ駆動回路1021を備える。
【０００３】
次に動作につき説明する。入力された画像信号は、画像信号処理回路1016へ入力され、所定のタイミングのＲ，Ｇ，Ｂデータとしてデータドライバ回路1009へ出力される。また、ドライバ制御回路1017では、入力される同期信号に基づいて、スキャンドライバ回路1008及びデータドライバ回路1009を制御するための制御信号を生成する。
【０００４】
データドライバ回路1009においては、まず、入力されるスタートパルスＳＴＨ及びシフトクロックＣＬＫＨによりシフトパルスを発生する。そして、１ライン分のＲＧＢデータを上記シフトパルスにより順次ラッチすることにより、１ライン分のデータとして展開する。ラッチされたＲＧＢデータは、共通のラッチパルスＬＰでさらにラッチされた後、アナログ信号に変換され、各データ線に送られる。
【０００５】
一方、スキャンドライバ回路1008においては、入力されるスタートパルスＳＴＶ及びシフトクロックＣＬＫＶにより、順次シフトパルスを発生し、スキャン線1006を走査する信号となる。
【０００６】
画素マトリクス1005を構成する各画素回路においては、そのＴＦＴ２のスキャン線1006がスキャンドライバ回路1008により走査されると、ＴＦＴ1005が導通状態となる。そして、データドライバ回路1009により各データ線1007に出力される当該表示ラインのアナログ信号は、ＴＦＴ1002を介して、液晶1003及び補助容量1004に印加される。ＴＦＴ1002のドレインは反射電極（図示せず。）に接続されており、液晶1003には、ＴＦＴ1002を介して印加された電圧と透明対向電極の電圧との差に応じた電圧が印加され、その電圧に応じた光学応答を示すことにより、各画素のＲＧＢドットの反射率がＲＧＢデータに応じて変化することになる。このようにして、表示面への表示が行われる。
【０００７】
一方、液晶表示パネル１の前面に設けられたフロントライト1019の光源であるＬＥＤ1020は、ＬＥＤドライバ回路1021により順方向電流が流れるように駆動されて発光する。フロントライト1019は、特に屋内のように液晶表示パネル1001へ入射する外光が弱い使用環境下における補助光源として使用されるのが一般的である。
【０００８】
また、たとえば特開平５−１５８０３４号公報に示された別の従来の反射型液晶表示装置においては、一対の偏光板間に液晶表示素子を配置して構成し、さらに、液晶表示素子それぞれの偏光板との間には空気層を介在して導光板を配置し、この導光板の対向する側面の外方側には、それぞれランプが配置されている。
【０００９】
このように導光板と光源とから成る光源装置を、液晶表示素子の前面（表示面）側に設置することができ、光源点灯時には均一で良好な照明が可能となり、光源消灯時には導光板は透明となり、外光の入射の障害とはならず、良好な表示を実現することが開示されている。
【００１０】
また、特開平４−１７４８１９号公報に示された従来の透過型液晶表示装置においては、別途設けられた光検出器より出力される光検知信号を入力し、あらかじめ光検知信号と光強度との相関を記憶するメモリと、このメモリより出力される信号に応じてバックライトの光強度を調節するコントローラ５とを設けることが開示されている。
【００１１】
以上のように、従来のフロントライト（液晶表示素子の前面（表示面）側に設置された導光板と光源とから成る光源装置）を備えた反射型液晶表示装置は、フロントライトの発光強度が一定であるため、装置外部より照射する外光が変化すると、その影響を受けて表示面照度が変化してしまう結果、表示輝度が変化してしまうという問題点があった。
【００１２】
また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合であっても、フロントライトの発光量が一定であるため、フロントライトで無駄な電力を消費してしまうといった問題点があった。
【００１３】
さらに、バックライトを備えた透過型液晶表示装置にあっては、外光強度の検出結果とバックライトの発光量の関係を記憶しておくメモリが必要であり、回路規模が増大するといった問題点があった。
【００１４】
この発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことのできる反射型液晶表示装置を得ることを目的とする。
【００１５】
【発明の開示】
本発明の第１の構成による反射型液晶表示装置は、表示面からの入射光を反射することにより表示を行う液晶表示パネルと、上記表示面の前面から光を照射するライティング手段と、上記表示面の近傍に設けられ、外光と上記ライティング手段から上記表示面への照射光との両者による上記表示面の照度を検出する光検出手段と、上記光検出手段により検出された上記表示面照度の検出結果と調光レベル設定に基づく制御目標との誤差が小さくなるように上記ライティング手段の発光強度をフィードバック制御するライティング制御手段を備えたので、表示面照度を所望の値に制御可能となり、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことが可能となる。また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合では、フロントライトの発光量を小さくして、フロントライトで無駄な電力消費を抑えることが可能となる。さらに、予め表示面照度とフロントライト発光強度の関係を記憶しておくメモリを使用する必要がないので、簡単な回路構成で容易に自動調光を実現することができる。
【００１６】
また、この発明の第２の構成による反射型液晶表示装置においては、第１の構成において、光検出手段が画素マトリクス近傍のアレイ基板上に形成されているので、表示面照度を忠実に検出することができ、フロントライトの調光誤差を抑えることが可能となる。また、液晶パネルとは別体の光検出手段を設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【００１７】
この発明の第３の構成による反射型液晶表示装置においては、第２の構成において、画素用薄膜トランジスタが低温多結晶シリコンで形成され、光検出手段の受光素子が非晶質シリコンで形成されているので、受光素子を液晶パネルと一体化することができ、光検出手段が液晶パネルと別途光検出手段を設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【００１８】
この発明の第４の構成による反射型液晶表示装置においては、第２の構成において、受光素子の受光部に対応する位置にブラックマトリクス層非形成部を有するようにしたので、表示面周辺部ブラックマトリクス層の直下のＴＦＴアレイ基板に受光素子を形成しても受光素子による受光が可能となり、液晶表示パネル、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
【００１９】
この発明の第５の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第２の構成において、受光素子の受光部が表面領域とブラックマトリクス層との間隙に対応する位置に形成されているので、受光素子を形成することにより液晶表示パネルのサイズが周辺に広がることがなく、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
【００２０】
この発明の第６の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第３の構成において、受光素子及びそれと縦列接続されるようにアレイ基板上に形成された抵抗素子とによる素子対の一端に第１の電位を供給し、他端に第２の電位を供給するとともに、受光素子の受光部における照度に応じて受光素子の抵抗値が変化することにより生じる受光素子及び抵抗素子との接続点電位を、受光素子の受光部における照度の検出結果として出力するように構成したので、簡単な構成で受光素子の抵抗変化を照度検出結果として取り出すことができる。
【００２１】
この発明の第７の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第６の構成において、受光素子及び抵抗素子との接続点電位について、受光素子の受光部における照度に対する非線形性を補正して、その補正された結果に基づいて、ライティング手段の発光強度を制御するように構成したので、フロントライトの発光強度を制御する系に対する上記非線形性の影響を排除できるので、表示面照度を一定に制御して、最適な表示輝度を自動的に保つことが可能となる。
【００２２】
この発明の第８の構成による反射型液晶表示装置においては、上記第１の構成において、ライティング制御手段の制御可能範囲で、上記表示面照度が概ね一定となるようにライティング制御手段をフィードバック制御したので、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、一定の表示輝度を自動的に保つことが可能となる。
【００２３】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明は、反射型液晶表示装置において、外光強度が変化してもフロントライトの発光量を自動調光して常に最適な表示輝度を保つためにパネルと一体に光センサを形成してこれを実現した。すなわち、表示面の近傍に設けられた光センサは表示面の前面から光を照射するライティング手段（フロントライト）と外光との両者を含んだ照度を検出し、その結果に基いて、ライティング手段の発光強度を調整するようにしたので、表示面の外光強度が変化したり、使用環境を変えても最適な輝度を得ることが可能となった。光センサで表示面の照度を簡便な構成で計測する一方、常時計測できるので、照度変化に容易に追従できる。
以下、この発明の具体的実施の形態を図について説明する。
【００２４】
実施の形態１．
第１図は、この発明を実施するための実施の形態１による反射型液晶表示装置の構成を示す図である。図において、液晶表示パネル１は、画素ＴＦＴ（Thin Film Transistor）２、液晶３、補助容量４を備えた画素マトリクス５と、画素マトリクス５の各画素ＴＦＴ２のゲートに接続されたスキャン線６をスキャンするスキャンドライバ回路８、画素マトリクス５の各画素ＴＦＴ２のソースに接続されたデータ線７に液晶３への書込み信号を与えるデータドライバ回路９、及び光センサ１０を備える。該光センサ１０は受光素子１１、基準抵抗素子１２、バッファ回路１３を有し、バッファ回路１３からの信号はセレクタ回路１４を介してＡ／Ｄ変換回路１５に出力される。外部回路として、外部より入力される画像信号を処理する画像信号処理回路１６、スキャンドライバ回路８及びデータドライバ回路９を制御するドライバ制御回路１７、表示装置の各部へ電源を供給する電源回路１８、表示パネルの表示前面に設けられたフロントライト１９の光源であるＬＥＤ２０を駆動するＬＥＤドライバ回路２１、及びこのＬＥＤドライバ回路２１を制御するライティング制御回路２２を備える。
【００２５】
なお、ここで、画素マトリクス５を構成する各画素はＴＦＴ２のドレインに接続された反射電極（図示せず）を有しており、液晶表示パネル１はその表示面への入射光を反射することにより画像を表示する反射型液晶パネルである。また、画素ＴＦＴ２、スキャンドライバ回路８、データドライバ回路９、セレクタ回路１４、Ａ／Ｄ変換回路１５は、後述するＴＦＴアレイ基板３０上に低温多結晶シリコンＴＦＴ（低温ポリシリコンＴＦＴ）により構成されるものとする。
【００２６】
また、画素ＴＦＴ２のソース及びドレインは流れる電流方向により異なることになるが、ここでは便宜上、データ線７に接続されているほうをソースとして説明する。
【００２７】
第２図は液晶表示装置を構成する液晶表示パネル１とその表示前面に配置されるフロントライト１９との概略構成を示すための展開構成図である。まず、液晶表示パネル１の構成を説明する。ＴＦＴアレイ基板３０には、ガラス基板の上に、画素マトリクス５、ゲートドライバ回路８、データドライバ回路９、光センサ１０、セレクタ回路１４、Ａ／Ｄ変換回路１５、接続端子４０、そして各種配線が形成されている（第２図では、セレクタ回路１４、Ａ／Ｄ変換回路１５は図示せず）。そして、カラーフィルタ基板３１には、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、共通透明電極などが形成されている。そして、ＴＦＴアレイ基板３０とカラーフィルタ基板３１の周囲をシール剤によりシールすることにより液晶セルを構成した後、液晶材料が液晶セルの注入口より注入されて、封止されている。このように、ＴＦＴアレイ基板３０とカラーフィルタ基板３１とにより液晶材料が挟持されており、さらにカラーフィルタ基板３２の上には偏光板３２が接着されている。なお、ＴＦＴアレイ基板３０の接続端子４０はＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などにより別途設けられた回路基板（図示せず）へ電気的に接続されている。
【００２８】
一方、フロントライト１９は次のように構成されている。ＬＥＤ２０は基板３３の上に実装されており、基板３３の接続端子（図示せず）より、別途設けられた回路基板（図示せず）に実装されたＬＥＤドライバ回路２１へ電気的に接続されている。ここで、ＬＥＤはチップ形状の白色ＬＥＤを２個用いるものとする。２個のＬＥＤ２０の発光面はライトガイド３４の２つの入射面のそれぞれの近傍に、もしくは接触して配設されており、ＬＥＤ２０からの発光はライトガイド３４を介して導光板３５のライトガイド側に向いた入射面に入射して、導光板３５を介して液晶表示パネル１の表示面方向へ光を照射する。
【００２９】
第３図は液晶表示パネル１とフロントライト１９との位置関係を示す図で、図中（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の右側方から見た右側面図である。液晶表示パネル１の表示面の上に、それと近接してフロントライト１９の導光板３５の出射面がくるようにホルダ（図示せず）により液晶表示パネル１とフロントライト１９が固定される。このとき、液晶表示パネル１とフロントライト１９の導光板３５との間隙はスペーサシート３７により一定に保たれる。
【００３０】
ここでは、光センサ１０を例えば４個備えるものとし、各光センサ１０の受光素子１１の受光部を、画素マトリクス５の外周部の四隅付近に配置する。
【００３１】
また、フロントライト１９から表示面への入射光及び表示装置の周囲より表示面を照射する外光とを受光できるように、カラーフィルタ基板３１の内面側（下側）に形成されたブラックマトリクス層３６は、受光素子１１に対応した位置には形成されないようにする。３８はそのブラックマトリクス非形成部である。
【００３２】
第４図はＴＦＴアレイ基板３０上に形成された光センサ１０及びカラーフィルタ基板３１上に形成されたブラックマトリクス層３６の構成を示すための一部断面模式図である。
まず、ガラス基板１００上に、例えばレーザー結晶化された多結晶シリコン膜１０１、ＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜１０２、金属膜からなるゲート電極１０３、多結晶シリコン膜１０１にリンイオンを注入したソース／ドレイン領域１０４からなる多結晶シリコンＴＦＴ１１４を形成する。さらに多結晶シリコンＴＦＴ１１４を覆うようにＳｉＯ２膜からなる層間絶縁膜１０５を形成する。
【００３３】
また、ゲート電極１０３の形成時にドライブ電圧配線１０６とグランド配線１０７を形成する。
【００３４】
層間絶縁膜１０５上には、多結晶シリコンＴＦＴ１１４と重ならないように、非晶質シリコン（アモルファス・シリコン）膜１０８を形成する。なお、非晶質シリコン膜１０８の直下に層間絶縁膜１０５を介して遮光用金属膜１０９を形成しておく。そして、非晶質シリコン膜１０８の電極形成部１１０にはイオンを注入する。
【００３５】
層間絶縁膜１０５には、電極や配線を接続するためのコンタクトホールが適宜設けられる。
【００３６】
薄膜トランジスタと非晶質シリコン膜、ドライブ電圧配線、グランド配線を接続するために、上記コンタクトホールと上記非晶質シリコン膜のイオン注入部をつなぐ金属膜１１１を形成し、さらに、その上層にＳｉＮからなる絶縁膜１１２を形成する。そして、基準抵抗素子となる非晶質シリコン膜上に遮光用金属膜１１３を形成する。
【００３７】
また、カラーフィルタ基板３１の内面（下面）にはブラックマトリクス層３６が形成されている。このブラックマトリクス層３６は、上記の画素マトリクス５に対応する表示面を囲むように、表示面の周縁に形成されている。また、ブラックマトリクス層３６は、上記の画素マトリクス５の各画素間に対応する部分や、さらには各画素を形成するＲ(Ｒｅｄ)Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）Ｂ（Ｂｌｕｅ）ドット間にも形成される。さらに、ブラックマトリクス層３６の表面には保護層６１を介して透明電極層６２が形成される。
【００３８】
ここで、受光素子１１を構成する非晶質シリコン膜１０８に対応する部分には、上述したように、非晶質シリコン膜１０８によるフロントライト１９及び外光による照射光の受光を妨げないようにブラックマトリクス層３６を形成しないブラックマトリクス非形成部３８が設けられる。
【００３９】
次に、このように形成された光センサ１０の動作について説明する。
上述したように、受光素子１１及び基準抵抗素子１２の一端は接続されており、受光素子１２の他端はドライブ配線へ、また、基準抵抗素子１２の他端はグランド配線に接続されている。このように、受光素子１１と基準抵抗素子１２は縦列接続されている。
【００４０】
ここで、受光素子１１の抵抗値をＲｓ、基準抵抗素子１２の抵抗値をＲr、ドライブ配線の印加電圧をＶｄ、受光素子１１と基準抵抗素子１２の接続点の電圧をＶｍとすると、Ｖｍは下式（１）のように表される。
Ｖｍ＝Ｖｄ×Ｒｒ／（Ｒｓ＋Ｒｒ）・・・（１）
【００４１】
発明者らの実験結果では、受光素子１１を構成する非晶質シリコン膜４８は、第５図中（ａ）に示すように、照射光の照度に対してほぼ線形関係で受光素子１１のコンダクタンスが大きくなる特性となることが確認された。この例では、受光素子１１を構成するゲート電極幅Ｗ＝１００（μｍ）、ゲート電極長Ｌ＝２０（μｍ）である。
【００４２】
このような特性の受光素子に対して、受光素子１１と基準抵抗素子１２の接続点の電圧Ｖｍは、第５図中（ｂ）に示すように、照射光の照度に対してほぼ線形関係で増加する特性となる。この例では、基準抵抗１２の抵抗値Ｒｒ＝１００（ＭΩ）、ドライブ線の印加電圧Ｖｄ＝５（Ｖ）に設定した場合を示している。
【００４３】
上式（１）に示す関係から、照射光強度に対する受光素子１１と基準抵抗素子１２の接続点電圧Ｖｍの感度はＲｒを大きくしたほうが高くなる。
【００４４】
感度が低すぎる場合、後段のバッファ回路１３等のゲインやオフセットのばらつき等を考慮すると、表示面照度の検出誤差が大きくなり、また、感度が高すぎる場合には、検出のダイナミックレンジが小さくなる。
【００４５】
これらのことを考慮して、受光素子１１及び基準抵抗素子１２を構成するゲート電極幅Ｗとゲート電極長Ｌを適宜選定することにより、検出感度を設定する。
【００４６】
次に、本実施の形態による液晶表示装置の動作について第１図をもとに説明する。まず、画素マトリクス５を用いた表示動作につき、簡単に説明する。
【００４７】
入力された画像信号IDATAは、画像信号処理回路１６へ入力され、所定のタイミングのＲ，Ｇ，Ｂデータとしてデータドライバ回路９へ出力される。また、ドライバ制御回路１７では、入力される同期信号SYNCに基づいて、スキャンドライバ回路８及びデータドライバ回路９を制御するための制御信号を生成する。
【００４８】
データドライバ回路９においては、まず、入力されるスタートパルスＳＴＨ及びシフトクロックＣＬＫＨによりシフトパルスを発生する。そして、１ライン分のＲＧＢデータを上記シフトパルスにより順次ラッチすることにより、１ライン分のデータとして展開する。ラッチされたＲＧＢデータは、共通のラッチパルスＬＰでさらにラッチされた後、アナログ信号に変換され、各データ線に送られる。
【００４９】
一方、スキャンドライバ回路８においては、入力されるスタートパルスＳＴＶ及びシフトクロックＣＬＫＶにより、順次シフトパルスを発生し、スキャン線６を走査する信号となる。
【００５０】
画素マトリクス５を構成する各画素回路においては、その画素ＴＦＴ２のスキャン線６がスキャンドライバ回路８により走査されると、画素ＴＦＴ２が導通状態となる。そして、データドライバ回路９により各データ線７に出力される当該表示ラインのアナログ信号は、画素ＴＦＴ２を介して、液晶３及び補助容量４に印加される。画素ＴＦＴ２のドレインは反射電極（図示せず。）に接続されており、反射電極と第４図に示した透明対向電極６２に挟まれた液晶３には、画素ＴＦＴ２を介して印加された電圧と透明対向電極６２の電圧の差に応じた電圧が印加され、その電圧に応じた光学応答を示すことにより、各画素のＲＧＢドットの反射率がＲＧＢデータに応じて変化することになる。この結果、液晶表示パネル１の表示面からの入射光は画素マトリクス５を構成する画素回路の反射電極で反射され、ＲＧＢデータに応じた表示光となる。このようにして、表示面への表示が行われる。
【００５１】
電源回路１８は装置外部から供給される電源PSに基づいて、所定電圧の電源を液晶表示パネル１及びＬＥＤドライバ回路２１へ供給する。なお、画像信号処理回路１６、ドライバ制御回路１７及びライティング制御回路２２は外部より液晶表示装置へ供給される電源PSにより動作するものとする。
【００５２】
次に、光センサ１０を構成する受光素子１１により検出された表示面照度に基づいたフロントライト１９の調光動作につき説明する。上述したように、受光素子１１と基準抵抗素子１２との接続点の電圧Ｖｍは、バッファ回路１３を介してセレクタ回路１４へ送られる。
【００５３】
ここで、本実施の形態においては、液晶表示パネル１の四隅近傍に光センサ１０を４個配置するものとする。
【００５４】
セレクタ回路１４へ送られた各光センサ１０の出力信号は、セレクタ回路１４を介してＡ／Ｄ変換回路１５へ入力される。ここで、ライティング制御回路２２は、装置へ入力される同期信号に基づいてセレクタ切替信号ＳＥＬを発生して、セレクタ回路１４の接続を切替える。ここでは、左上→左下→右上→右下の順に光センサ１０の出力信号がセレクタ回路１４にて切替えられて、Ａ／Ｄ変換回路１５へ入力されるものとする。Ａ／Ｄ変換回路１５は、入力された光センサ１０出力信号を順次Ａ／Ｄ変換して、ライティング制御回路２２により発生されるシリアルクロックに同期して、シリアル・デジタルデータとしてライティング制御回路２２へ入力される。このようにして、ライティング制御回路２２には、受光素子１１により検出された表示面照度を表すデジタル照度検出信号ｓｓが入力される。
【００５５】
このように、各光センサ１０からの出力信号をセレクタ回路１４で切り替え、Ａ／Ｄ変換回路１５へ入力するので、Ａ／Ｄ変換回路１５を共通に使用して、液晶表示パネル１のサイズが大きくなることを抑えることができる。さらにＡ／Ｄ変換回路１５の出力をシリアル・デジタルデータとして出力するので、パラレル・データとして出力する場合と比べ、液晶表示パネル１から取り出すための端子数を減らすことができる。
【００５６】
ライティング制御回路２２は、表示面照度を表すデジタル照度信号に基づいて、ＬＥＤドライバ回路２１を介して、フロントライト１９の光源であるＬＥＤ２０の発光量を表示面照度が概ね一定となるように制御する。
【００５７】
ここで、本実施の形態による液晶表示装置は、表示面に照射する光の表示面における反射光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置であるので、表示面照度を制御することにより表示面の輝度を制御することが可能となる。
【００５８】
このとき、外部から装置へ入力される調光レベル設定信号LLSETによりライティング制御装置２２は、制御対象である表示面照度の大きさ、すなわち調光レベルを切替える。これは、装置を使用するユーザの好みにより表示輝度を変更できるようにするためである。なお、調光レベルは何段階に設定してもまた、連続的に設定してもよいが、ここでは、簡便のため調光レベル設定信号により３段階にライティングの調光レベルを設定する例について説明する。
【００５９】
次に、表示面照度を制御する方法につき説明する。第６図にフロントライト１９の制御系の構成を示すが、一種のフィードバック制御系を形成する。フロントライト１９の光源であるＬＥＤ２０からの発光が表示面Xを照射するときの照度（ライティング照度）Ｅｌと、例えば装置が使用される室内照明等により装置外部から表示面を照射するときの照度Ｅａが表示面で合成される結果、表示面照度Ｅｏが得られ、この表示面照度Ｅｏが制御対象となる。
【００６０】
上述したように、この表示面照度Ｅｏは光センサ１０で検出され、検出結果がＡ／Ｄ変換回路１４にてデジタル照度検出信号となる。
【００６１】
ここで、第５図に示した例では、受光素子１１と基準抵抗素子１２の接続点電圧Ｖｍ、すなわち、光センサ１０の照度検出信号の表示面照度Ｅｏに対する特性はほぼ線形特性となっているが、ライティング制御回路２２においては、さらに線形性を高めるために、ゲイン要素５０により、ゲインを補正したのち補正デジタル照度検出信号ｓを得る。
【００６２】
光センサ１０の照度検出信号の表示面照度Ｅｏに対する特性の非線形性が問題とならない場合には、ゲイン要素５０が省略可能であることは言うまでも無い。
【００６３】
本実施の形態では、４個の光センサ１０を備えているが、まず、それぞれの光センサ１０について、所定の時間間隔で数回程度、デジタル照度検出信号を取得して、補正デジタル照度検出信号の時間平均値を得て、さらにそれの個数平均（この場合、４個の平均）を得る。これにより、表示面照度の検出精度を上げることができる。
【００６４】
フロントライトを使用する場合、上述したように、表示面の上にフロントライトが配置され、通常そのさらに上方にカバー（ウィンドウ）が配設されるため、表示面は、かなり奥まった位置にくる場合があり、このため、表示面の周辺部に配置された受光素子は、表示装置の取付けられる情報機器等の筐体の影となり、周辺外光の受光が妨げられることが考えられる。
【００６５】
ここでは、４個光センサ１０の平均をとるので、仮に１個の光センサ１０の受光部が筐体等の影になり、本来の表示面照度を検出できない場合であっても、それによる検出精度の低下を抑えることができる。
【００６６】
一方、ライティング制御回路２２は、ユーザの好みに応じて外部より入力されるライティング調光レベル設定信号に基づいて制御目標ｕを切替えて誤差検出要素５１に設定する。誤差検出要素５１では、制御目標ｕに対する補正デジタル照度検出信号ｓの誤差ｅを得る。そして、可変ゲイン要素５２のゲインを誤差ｅが小さくなるように変更したのち、ＬＥＤドライバ回路２１へＬＥＤ制御信号ｄを送る。
【００６７】
ここで、ＬＥＤ２０の発光量の調整は、発光デューティー比（点灯／非点灯デューティー比）を変化させることにより行うものとする。従って、ＬＥＤ制御信号ｄはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号としてＬＥＤドライバ回路２１へ送られることとなる。
【００６８】
そして、ＬＥＤドライバ回路２１はドライバ制御信号ｄの表す発光デューティーに基づいてＬＥＤ２０の順方向電流の導通／遮断を制御することにより、ＬＥＤ２０の発光／非発光（点灯／非点灯）を制御する。
【００６９】
なお、ＬＥＤ２０の点滅周波数は、表示面における輝度変化、すなわちフリッカとして視認されることがないように、例えば数１００ｋＨｚ以上の十分高い周波数に選定される。
【００７０】
第７図には、上記のように構成された制御系を用いた制御例を示すが、外光照度Ｅａによりフロントライト１９によるライティング照度Ｅｌとの関係は、概ね本図に示すようになる。図において、ライティング照度Ｅｌを実線、表示面照度Ｅｏを点線で示している。
【００７１】
ここでは、ライティング設定レベルが（暗）−（中間）−（明）の３段階である場合について示した。
【００７２】
図に示すように、各調光レベル設定信号により外部より設定される調光レベルｕにおいて、外光照度がある値（図中Ｅｘ）以上の範囲で外光照度Ｅａが増大すればライティング照度Ｅｌが低下するように作用し、結果として表示面照度Ｅｏは、ライティング調光レベル設定信号に応じた所定値としてほぼ一定に保たれる。
【００７３】
ここで、ライティング制御の制御範囲について考える。この範囲は主に、光センサ１０による表示面照度Ｅｏの検出範囲とＬＥＤ２０の発光量制御範囲に依存している。反射型液晶表示装置の場合、透過型液晶表示装置や自発光型表示装置とは異なり、外光が大きい使用環境化下で表示面照度が大きいときには、むしろ透過型や自発光型よりも明るく表示できる。従って、表示面照度Ｅｏがあるレベル以上に得られる使用環境下では、当然のことながらフロントライト１９によるライティングが不要であり、外光のみで十分明るく表示ができる。
【００７４】
このことから、フロントライト１９のライティング制御が必要なのは、屋内の比較的暗い使用環境下である。
【００７５】
一方、ライティング制御による表示面照度Ｅｏの制御上限は、ライティングを消灯したときの外光照度に対応する値である（第７図中、Ｅｙ1〜Ｅｙ3）。
【００７６】
換言すれば、外光照度ＥａがＥｘ以下の時はライティング照度Ｅｌを最大に設定する必要があり、外光照度Ｅａの増加に伴ってライティング照度Ｅｌを制御し、所望の表示面照度Ｅｏを確保する。外光照度が十分大きく、つまり十分明るい環境下（Ｅｙ1〜Ｅｙ3）ではライティングの必要はなくなる。ライティング制御範囲は外光照度ＥａがＥｘ＜Ｅａ＜Ｅｙ1〜Ｅｙ3の範囲となる。
【００７７】
従って、ライティング制御の制御範囲の上限Ｅｙ1〜Ｅｙ3を数百lx（ルクス）に、また、下限Ｅｘを数lx（ルクス）となるように、先に述べた非線形性を含めた光センサの感度やダイナミックレンジと、ＬＥＤ２０の発光量制御範囲をとれば良い。
【００７８】
上述したとおり、前者の感度やダイナミックレンジは、受光素子１１及び基準抵抗素子１２の抵抗値、すなわち、素子サイズにより適宜設定することが可能である。
【００７９】
また、後者のＬＥＤ発光量については、表示面の反射率等を勘案して、ＬＥＤ２０の個数によって設定することが可能である。
【００８０】
また、本実施の形態におけるライティング制御回路２２の機能は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ・ユニット）によるソフトウェア処理により容易に実現することができる。
【００８１】
以上のように、実施の形態１においては、光センサにより表示面照度を検出し、その検出結果に基づいて、ライティング制御回路により表示面照度が概ね一定の所定値となるようにフロントライトの発光強度を制御するように構成したので、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことができる。
【００８２】
また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合では、フロントライトの発光量を小さくして、フロントライトで無駄な電力消費を抑えることが可能となる。
【００８３】
さらに、予め表示面照度とフロントライト発光強度の関係を記憶しておくメモリを使用する必要がないので、簡単な回路構成で容易に自動調光を実現することができる。
【００８４】
また、受光素子が画素マトリクス近傍のＴＦＴアレイ基板上に形成されているので、表示面照度を忠実に検出することができ、フロントライトの調光誤差を抑えることが可能となる。また、液晶パネルとは別体の光センサを設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【００８５】
さらに、画素ＴＦＴが低温多結晶シリコンで形成され、光センサの受光素子が非晶質シリコンで形成されているので、受光素子を液晶パネルと一体化することができ、光センサを液晶パネルと別途設ける必要がなく、装置サイズの増大を防ぐことができる。
【００８６】
さらに、受光素子の受光部に対応する位置にブラックマトリクス層非形成部を有するようにしたので、表示面周辺部ブラックマトリクス層の直下のＴＦＴアレイ基板に受光素子を形成しても受光素子による受光が可能となり、液晶表示パネル、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
【００８７】
また、受光素子１１及びそれと縦列接続されるようにアレイ基板上に形成された基準抵抗素子１２とによる素子対の一端に第１の電位（Ｖｄ）を供給し、他端に第２の電位（ＧＮＤ）を供給するとともに、受光素子及び基準抵抗素子との接続点電位（Ｖｍ）を、受光素子の受光部における照度の検出結果として出力するように構成したので、簡単な構成で受光素子の抵抗変化を照度検出結果として取り出すことができる。
【００８８】
また、受光素子及び基準抵抗素子との接続点電位（Ｖｍ）の非線形性を補正した結果に基づいて、フロントライトの発光量を制御するようにしたので、表示面照度を一定に制御して、最適な表示輝度を自動的に保つことが可能となる。
【００８９】
実施の形態２．
第８図は、この発明を実施するための実施の形態２による液晶表示装置における受光素子１１の位置を示す図である。図中（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の右側方から見た右側面図である。において、第３図と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
【００９０】
実施の形態１においては、受光素子１１に対応する部分のブラックマトリクス層３６に非形成部３８を設けることにより、受光素子１１へのフロントライト１９及び外光による照射光の受光を妨げないように構成したが、本実施の形態においては、表示面Xとブラックマトリクス層３６と間隙に対応するＴＦＴアレイ基板３０上の位置に受光素子１１を配し、受光を妨げないように構成した。ここで、表示面とブラックマトリクス層３６との間隙を受光素子１１の受光の妨げとならないような大きさの間隙にしておくことは言うまでもない。
【００９１】
以上のように、実施の形態２においては、受光素子の受光部が表面領域とブラックマトリクス層との間隙に対応する位置に形成されているので、受光素子を形成することにより液晶表示パネルのサイズが周辺に広がることがなく、ひいては、液晶表示装置のサイズの増大を抑えることができる。
実施の形態３．
【００９２】
上記実施の形態１においては、光センサにより表示面照度を検出し、その検出結果に基づいて、ライティング制御回路により表示面照度が概ね一定となるようにフロントライトの発光強度を制御するように構成した。しかしながら、装置の実使用時において、周囲が暗い使用環境では表示輝度を下げ、明るい使用環境では表示輝度を上げたほうが、表示を視認しやすくなることも考えられる。
【００９３】
本実施の形態では、表示面照度を概ね一定に制御するのではなく、外光照度に応じて大きくなるよう制御する場合につき説明する。
【００９４】
第９図は本実施の形態３におけるフロントライト１９の制御系の構成を示す図である。第６図をもとに説明した実施の形態１におけるフロントライト１９の制御系における誤差検出要素５１の前段に可変ゲイン要素５３を追加し、補正デジタル照度検出信号ｓにより可変ゲイン要素５３のゲインを設定する。すなわち、可変ゲイン要素５３は、第１０図に示すように検出される表示面照度によりゲインが大きくなるようゲインを設定する。
【００９５】
そして、外部から入力されるライティング調光レベル設定信号に基づいて設定される制御目標ｕに対して、可変ゲイン要素５３によりレベルを変更した新たな制御目標ｕ’を誤差検出要素５１へ出力する。
【００９６】
第１１図には、上記のように構成された制御系を用いた制御例を示すが、外光照度Ｅａによりフロントライト１９によるライティング照度Ｅｌとの関係は、概ね本図に示すようになる。図に示すように、各調光レベル設定信号により外部より設定される調光レベルｕにおいて、外光照度がある値（図中Ｅｘ）以上の範囲で外光照度Ｅａが増大すればライティング照度Ｅｌが低下するように作用するが、実施の形態１のように表示面照度Ｅｏをほぼ一定とするのではなく、次第に大きくなるような所定値となるよう制御する。すなわち、外光照度ＥａがＥｘ＜Ｅａ＜Ｅｙ1〜Ｅｙ3の範囲である、ライティング制御範囲において、表示面照度Ｅｏが外光照度Ｅａが大きくなるとそれに応じて大きくなるように制御する。
【００９７】
以上のように、実施の形態３においては、光センサにより表示面照度を検出し、その検出結果に基づいて、ライティング制御回路により表示面照度が次第に大きくなるような所定値となるようにフロントライトの発光強度を制御するように構成したので、装置外部から照射する外光強度が変化しても、フロントライトの発光量を自動的に調光して、最適な表示輝度を自動的に保つことができる。
【００９８】
また、比較的明るい使用環境下において、外光でも十分な表示輝度が得られる場合では、フロントライトの発光量を小さくして、フロントライトで無駄な電力消費を抑えることが可能となる。
【００９９】
なお、上記各実施の形態においては、光センサ１０を４個備え、それを構成する受光素子１１の受光部を画素マトリクス５外周部の４隅付近に配置するよう構成したが、光センサ１０は任意の個数用いてもよく、また、その受光素子１１の受光部の位置も画素マトリクスの外周部であれば任意の位置に配置可能である。
【０１００】
例えば、２個の光センサ１０を用いて、その受光素子１１の受光部を画素マトリクス５の外周部の右辺側と左辺側に配置しても良い。
【０１０１】
また、上記各実施の形態においては、各光センサ１０から得られる照度検出信号に基づく補正デジタル照度検出信号の時間平均値を得て、さらにそれの個数平均を得るように構成したが、光センサ１０を３個以上用いて、ある光センサ１０からの検出出力が残りの光センサ１０からの検出出力よりも明らかに大きい、または小さい場合には、そのセンサの検出出力を誤検出結果として除外するようにしても、同様に表示面照度の検出精度を上げることが可能となる。
【０１０２】
【産業上の利用可能性】
この発明による液晶表示装置は、特に、使用環境により外光照度が変化する携帯電話機、携帯情報端末や電子手帳などの携帯機器に搭載される反射型液晶表示装置として用いられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示す図、第２図は液晶表示装置の液晶表示パネルおよびフロントライトの構成を示すための展開構成図、第３図は本実施の形態による液晶表示装置における受光素子の位置を示すための図で、図中（ａ）は液晶表示パネルとフロントライトの位置関係を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の右方向から見た右側面図、第４図はＴＦＴアレイ基板及びカラーフィルタ基板の構成を示す断面図、第５図は第１の実施の形態による表示面の照度特性を示した図で、図中（ａ）は表示面照度と受光素子のコンダクタンスとの関係を示した図、図中（ｂ）は表示面照度と電圧Vm（受光素子・基準抵抗の接続点の電圧）との関係を示した図、第６図はフロントライトの制御系を示す図、第７図は第１の実施の形態による外光照度Ｅａと、ライティング照度Ｅｌ、表示面照度Ｅｏとの関係を示す図である。
第８図は、第２の実施の形態による液晶表示装置における受光素子の位置を示すための図で、図中（ａ）は液晶表示パネルとフロントライトの位置関係を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の右方向から見た右側面図である。
第９図は、第３の実施の形態におけるフロントライトの制御系を示す図、第１０図は、第３の実施の形態による可変ゲイン要素５３のゲイン特性を示す図、第１１図は第３の実施の形態による外光照度Ｅａと、ライティング照度Ｅｌ、表示面照度Ｅｏとの関係を示す図である。
第１２図は、従来の液晶表示装置の回路構成を示す図である。

Claims

表示面から入射された光を反射することにより表示を行う液晶表示パネルと、上記表示面の前面から光を照射するライティング手段と、上記表示面の近傍に設けられ、外光と上記ライティング手段から上記表示面への照射光との両者による上記表示面の照度を検出する光検出手段と、上記光検出手段により検出された上記表示面照度の検出結果と調光レベル設定に基づく制御目標との誤差が小さくなるように上記ライティング手段の発光強度をフィードバック制御するライティング制御手段を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
反射電極を有する複数画素からなる画素マトリクスが絶縁基板上に形成されたアレイ基板を備え、上記光検出手段が上記画素マトリクス近傍の上記アレイ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
上記画素マトリクスが液晶への印加電圧の導通／遮断を行う薄膜トランジスタを有し、上記薄膜トランジスタが低温多結晶シリコンで形成され、上記光検出手段の受光素子が非晶質シリコンで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
上記表示面に対応する領域の周縁部にブラックマトリクス層が形成され、上記アレイ基板と組み合わされて液晶セルを構成するカラーフィルタ基板を備え、上記光検出手段は、上記ブラックマトリクス層が形成された上記表示面領域の周縁部に対応する上記アレイ基板上に形成されており、上記光検出手段の受光素子の受光部に対応する位置にブラックマトリクス層非形成部を有することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
表示面に対応する領域の周縁部にブラックマトリクス層が形成され、上記アレイ基板と組み合わされて液晶セルを構成するカラーフィルタ基板を備え、上記光検出手段は、上記ブラックマトリクス層が形成された上記表示面領域の周縁部に対応する上記アレイ基板上に形成されており、上記受光素子の受光部が上記表示面領域と上記ブラックマトリクス層との間隙に対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
上記受光素子と縦列接続されるように上記アレイ基板上に形成された抵抗素子を備え、上記縦列接続された素子対の一端に第１の電位を供給し、他端に第２の電位を供給するとともに、上記受光素子の受光部における照度に応じて上記受光素子の抵抗値が変化することにより生じる上記受光素子及び上記抵抗素子との接続点電位を、上記受光素子の受光部における照度の検出結果として出力することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
上記受光素子及び上記抵抗素子との接続点電位の上記受光素子の受光部における照度に対する非線形性を補正して、その補正された結果に基づいて、上記ライティング手段の発光強度を制御することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
上記ライティング制御手段の制御可能範囲において、上記表示面照度が概ね一定となるようにライティング制御手段をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。