JP5190600B2 - 光センサ及びこれを利用した表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光センサ及びこれを利用した表示装置に関し、特に、ノイズを最少化し、光量に対応する中間的レベルを安定に出力できる光センサ及びこれを利用して表示板の明るさを制御する表示装置に関する。
表示装置は、液晶表示装置、有機ＥＬディスプレイ、及びＰＤＰなどがある。そのうち一般的な液晶表示装置は、二つの表示板とその間に入っている誘電率異方性を有する液晶層を含む。液晶層に電界を印加し、この電界の強度を調節して液晶層を通過する光の透過率を調節することによって、所望の画像を得る。このような液晶表示装置は、携帯が便利な平板表示装置（ＦＰＤ）の代表的なものであって、この中でも、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として利用したＴＦＴ−ＬＣＤが主に利用されている。
薄膜トランジスタが形成される表示板は、それ自体が非発光性であって光がない所では使用が不可能であるため、液晶表示装置には、この表示板の後面に表示板の全体に均等に光を伝達するバックライトを配設する。ところが、携帯電話やノート型パソコンのような液晶表示装置においては、長時間の携帯及び移動性を容易にするために消費電力を減らすことが要求される。このため、液晶表示装置における消費電力の多くを占めるバックライトの電力消費を減らすために光センサを液晶表示装置に配設し、これを利用してバックライトを制御する方法が研究されている。
表示板上に薄膜トランジスタを集積する工程において、主に非晶質シリコンが使われているが、非晶質シリコンは約１．７eVの臨界電圧を有し、結晶化したシリコンに比べて吸着定数が大きく、光電素子などに広く用いられる。このような非晶質シリコンを使用した薄膜トランジスタは、可視光線によって効果的に正孔及び電子を発生させるので、人の肉眼で識別できる光量に比例する電流を出力することができる。したがって、別途の光センサを液晶表示装置に設けずに、薄膜トランジスタを光センサとして利用し、液晶表示装置のバックライト調節に利用できる。
図１は、指紋認識器やタッチスクリーンで用いられる従来の光センサを示す回路図である。図１に示すように、従来の光センサは、二つの薄膜トランジスタとコンデンサ（電荷蓄積手段）で構成される。センサ薄膜トランジスタは光に露出されると入射された光量に応じて電流を出力し、コンデンサCはこの電流による電荷を蓄積してこれを所定電圧に変換し、スイッチング薄膜トランジスタはゲートオン信号に従い所定電圧を出力する。
ところが、図１のような構造を有する光センサはノイズに弱い傾向がある。このような理由で、光センサを含む装置は、該光センサをオン／オフ方式でのみ応用したり、光センサの出力信号を処理するためにＤＳＰチップ（digital signal processing chip）を追加することになり、コストが上昇する。
したがって、本発明の目的は、ノイズに強く、光量に対応する中間的レベルを安定的に出力できる光センサを提供することである。
また、本発明の他の目的は、このような光センサを利用して表示板の明るさを調節する表示装置を提供することである。
したがって、本発明の目的は、ノイズに強く、光量に対応する中間的レベルを安定的に出力できる光センサを提供することである。
また、本発明の他の目的は、このような光センサを利用して表示板の明るさを調節する表示装置を提供することである。
このような目的を達成するための本発明の光センサは、外部光を受けて光量に対応する光電圧を生成する受光部、前記光電圧と基準電圧を選択的に出力する電圧選択部、前記電圧選択部の出力電圧に対応するセンサ電流を生成する電流生成部、及び前記電流生成部からの前記センサ電流を選択的に出力する出力部を含む。
前記電圧選択部は、選択信号に従って前記基準電圧を前記電流生成部に選択的に印加する選択トランジスタを含むのが好ましい。前記電流生成部は、前記センサ電流を生成する電流生成トランジスタを含むのが好ましい。
前記電圧選択部は、選択信号に従って前記基準電圧を前記電流生成部に選択的に印加する選択トランジスタを含むのが好ましい。前記電流生成部は、前記センサ電流を生成する電流生成トランジスタを含むのが好ましい。
前記選択トランジスタは、前記基準電圧が印加される入力端子、前記選択信号が印加される制御端子、及び前記電流生成トランジスタに接続されている出力端子を有する。前記電流生成トランジスタは、前記基準電圧が印加される入力端子、前記受光部の出力端及び前記選択トランジスタの前記出力端子に接続されている制御端子、前記センサ電流を出力する出力端子を有する。前記選択トランジスタは、前記選択トランジスタがオンになったときに前記基準電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加し、前記選択トランジスタがオフになったときに前記光電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加することができる。
前記受光部は、前記光量に該当する光電流を生成するセンサトランジスタ、及び前記センサトランジスタからの前記光電流によって電荷を蓄積して前記光電圧を生成する電荷蓄積手段を含むのが好ましい。前記電荷蓄積手段は、前記センサトランジスタの制御端子と前記センサトランジスタの出力端子の間に接続されている。前記センサトランジスタの制御端子には、外来光を受光しないときに前記センサトランジスタをオフさせるオフ電圧が印加されるのが好ましい。
前記出力部は、読み出し信号に従って前記センサ電流を選択的に出力する出力トランジスタを含むのが好ましい。前記センサ電流をセンサ電圧に変換して出力する変換部をさらに含むことができる。前記変換部は、抵抗またはコンデンサで構成されるのが好ましい。
前記出力部は、読み出し信号に従って前記センサ電流を選択的に出力する出力トランジスタを含むのが好ましい。前記センサ電流をセンサ電圧に変換して出力する変換部をさらに含むことができる。前記変換部は、抵抗またはコンデンサで構成されるのが好ましい。
更に他の目的を達成するための本発明の表示装置は、外部光を受けて光量に対応するセンサ電流を生成する光センサ、前記光センサからの前記センサ電流を制御電圧に変換する電圧変換部、複数の画素を含む表示板、及び前記制御電圧に応じて前記表示板の明るさを調節する調節部を含み、前記光センサは、前記光量に対応する光電圧を出力する受光部、前記光電圧と基準電圧を選択的に出力する電圧選択部、前記電圧選択部の出力電圧に対応する前記センサ電流を生成する電流生成部、及び前記電流生成部からの前記センサ電流を選択的に出力する出力部を含む。
前記電圧選択部は、選択信号に従って前記基準電圧を前記電流生成部に選択的に印加する選択トランジスタを含むのが好ましい。
前記電流生成部は、前記センサ電流を生成する電流生成トランジスタを含むのが好ましい。
前記受光部は、前記光量に対応する光電流を生成するセンサトランジスタ、及び前記センサトランジスタからの前記光電流に応じて電荷を蓄積して前記光電圧を生成する電荷蓄積手段を含むのが好ましい。
前記出力部は、読み出し信号に従って前記センサ電流を選択的に出力する出力トランジスタを含むのが好ましい。
前記選択トランジスタは、前記選択信号が第１レベルであれば前記基準電圧を前記電荷蓄積手段及び前記電流生成トランジスタの制御端子に印加し、前記選択信号が第２レベルであれば前記光電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加することができる。
前記電流生成部は、前記センサ電流を生成する電流生成トランジスタを含むのが好ましい。
前記受光部は、前記光量に対応する光電流を生成するセンサトランジスタ、及び前記センサトランジスタからの前記光電流に応じて電荷を蓄積して前記光電圧を生成する電荷蓄積手段を含むのが好ましい。
前記出力部は、読み出し信号に従って前記センサ電流を選択的に出力する出力トランジスタを含むのが好ましい。
前記選択トランジスタは、前記選択信号が第１レベルであれば前記基準電圧を前記電荷蓄積手段及び前記電流生成トランジスタの制御端子に印加し、前記選択信号が第２レベルであれば前記光電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加することができる。
前記出力トランジスタは、前記読み出し信号が前記第１レベルであれば前記センサ電流を出力することができる。
前記画素に表示する映像信号を処理する信号制御部をさらに含み、前記信号制御部は、前記選択信号及び前記読み出し信号を生成して前記光センサに提供する。
前記信号制御部は、前記選択信号を前記選択トランジスタの制御端子に印加し、前記読み出し信号を前記出力トランジスタの制御端子に印加するのが好ましい。
前記読み出し信号は、前記選択信号が前記第１レベルに変化してから次に前記第１レベルに変化するまでの間において、２度の前記第１レベルを有することができる。
前記光センサは、前記読み出し信号の第１の前記第１レベルで前記基準電圧に対応する前記センサ電流を出力するのが好ましい。前記光センサは、前記読み出し信号の第２の前記第１レベルで前記光量に対応する前記センサ電流を出力するのが好ましい。
前記電圧変換部は、前記センサ電流をセンサ電圧に変換する第１変換部、及び前記センサ電圧を前記制御電圧に変換する第２変換部を含むことができる。
前記画素に表示する映像信号を処理する信号制御部をさらに含み、前記信号制御部は、前記選択信号及び前記読み出し信号を生成して前記光センサに提供する。
前記信号制御部は、前記選択信号を前記選択トランジスタの制御端子に印加し、前記読み出し信号を前記出力トランジスタの制御端子に印加するのが好ましい。
前記読み出し信号は、前記選択信号が前記第１レベルに変化してから次に前記第１レベルに変化するまでの間において、２度の前記第１レベルを有することができる。
前記光センサは、前記読み出し信号の第１の前記第１レベルで前記基準電圧に対応する前記センサ電流を出力するのが好ましい。前記光センサは、前記読み出し信号の第２の前記第１レベルで前記光量に対応する前記センサ電流を出力するのが好ましい。
前記電圧変換部は、前記センサ電流をセンサ電圧に変換する第１変換部、及び前記センサ電圧を前記制御電圧に変換する第２変換部を含むことができる。
前記第１変換部は、抵抗またはコンデンサで構成されることができる。前記第２変換部は反転増幅器で構成されることができる。前記第２変換部は、前記センサ電圧をデジタル値に変換するA/D変換器、及び前記デジタル値に応じて前記制御電圧を選択して出力するマルチプレクサを含むことができる。
前記電圧変換部は、前記第１変換部と前記第２変換部の間に接続されているバッファをさらに含むことが好ましい。前記光センサを前記表示板に集積できる。前記光センサを前記表示板の周縁に集積できる。前記調節部は光を照射する光源を含むことができる。前記表示装置は、液晶表示装置、ＥＬ及びＰＤＰのうちのいずれか一つであることが好ましい。前記画素は、少なくとも一つの能動素子をスイッチング素子として具備することが好ましい。
前記電圧変換部は、前記第１変換部と前記第２変換部の間に接続されているバッファをさらに含むことが好ましい。前記光センサを前記表示板に集積できる。前記光センサを前記表示板の周縁に集積できる。前記調節部は光を照射する光源を含むことができる。前記表示装置は、液晶表示装置、ＥＬ及びＰＤＰのうちのいずれか一つであることが好ましい。前記画素は、少なくとも一つの能動素子をスイッチング素子として具備することが好ましい。
本発明の光センサは、選択トランジスタ及び電流生成トランジスタを具備して基準電圧に対する相対的な光電圧を出力することができるので、外部光量に応じて、ノイズに強く、光量に対応する中間レベルを有するセンサ電圧を安定的に出力することができる。さらに、このような光センサと電圧変換部によれば、外部光量に応じて明るさを制御するための制御信号を生成することができ、この制御信号に従って表示板の明るさを調節することができる。
添付した図面を参照して、本発明の実施例を、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
以下、本発明の実施例による光センサ及びこれを利用した表示装置を、図面を参考にして詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施例による光センサ４０を示す等価回路図である。光センサ４０は、外部光を受けて光量に対応するセンサ電流Ioutを生成し出力する。図２に示すように、光センサは、４個の薄膜トランジスタQ１、Q２、Q３、Q４及び電荷蓄積手段（キャパシタ）Csを含む。
以下、本発明の実施例による光センサ及びこれを利用した表示装置を、図面を参考にして詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施例による光センサ４０を示す等価回路図である。光センサ４０は、外部光を受けて光量に対応するセンサ電流Ioutを生成し出力する。図２に示すように、光センサは、４個の薄膜トランジスタQ１、Q２、Q３、Q４及び電荷蓄積手段（キャパシタ）Csを含む。
センサトランジスタQ１のドレイン端子は電圧VDD電源端子に接続され、ゲート端子は電圧VGG電源端子に接続され、ソース端子n１は選択トランジスタQ２のソース端子n１及び電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に接続されている。
センサトランジスタQ１に印加される電圧VDDは、センサトランジスタQ１を駆動する電圧であって、約３V程度に設定でき、電圧VGGは、グラウンドまたはセンサトランジスタQ１をターンオフさせる電圧に設定することができ、通常電圧VDDより低い。
電荷蓄積手段Csは、センサトランジスタQ１のソース端子とゲート端子の間に接続されている。
センサトランジスタQ１に印加される電圧VDDは、センサトランジスタQ１を駆動する電圧であって、約３V程度に設定でき、電圧VGGは、グラウンドまたはセンサトランジスタQ１をターンオフさせる電圧に設定することができ、通常電圧VDDより低い。
電荷蓄積手段Csは、センサトランジスタQ１のソース端子とゲート端子の間に接続されている。
選択トランジスタQ２のドレイン端子n２は電圧VDD電源端子に接続され、ソース端子n１はセンサトランジスタQ１のソース端子n１と電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に接続されている。選択トランジスタQ２のゲート端子には選択信号SELECTが印加される。選択トランジスタQ２に印加される電圧VDDも、センサトランジスタQ１に印加される電圧VDDと同一である。
電流生成トランジスタQ３のドレイン端子n２は電圧VDD電源端子に接続され、ソース端子は出力トランジスタQ４のドレイン端子に接続されている。出力トランジスタQ４のソース端子は外部装置に接続され、ゲート端子には読み出し信号READが印加される。
電流生成トランジスタQ３のドレイン端子n２は電圧VDD電源端子に接続され、ソース端子は出力トランジスタQ４のドレイン端子に接続されている。出力トランジスタQ４のソース端子は外部装置に接続され、ゲート端子には読み出し信号READが印加される。
以下に、図３a及び３bを参照して光センサ４０の動作を説明する。
図３aは、本発明の一実施例による選択トランジスタQ２がオンになったときの光センサ４０の回路図であり、図３bは、本発明の一実施例による選択トランジスタQ２がオフになったときの光センサ４０の回路図である。
センサトランジスタQ１には感光層が形成されており、この感光層に所定の光量以上の光が入射されれば、ドレイン電極とソース電極が電気的に導通し、光量に対応する光電流がドレイン電極からソース電極に流れる。選択トランジスタQ２、電流生成トランジスタQ３、及び出力トランジスタQ４には、外部光を遮断するための遮光膜が形成されている。
センサトランジスタQ１からの光電流が電荷蓄積手段Csに流れ、コンデンサCsは電荷を蓄積する。そして電荷蓄積手段Csは、蓄積された電荷量に該当する光電圧を生成する。
図３aは、本発明の一実施例による選択トランジスタQ２がオンになったときの光センサ４０の回路図であり、図３bは、本発明の一実施例による選択トランジスタQ２がオフになったときの光センサ４０の回路図である。
センサトランジスタQ１には感光層が形成されており、この感光層に所定の光量以上の光が入射されれば、ドレイン電極とソース電極が電気的に導通し、光量に対応する光電流がドレイン電極からソース電極に流れる。選択トランジスタQ２、電流生成トランジスタQ３、及び出力トランジスタQ４には、外部光を遮断するための遮光膜が形成されている。
センサトランジスタQ１からの光電流が電荷蓄積手段Csに流れ、コンデンサCsは電荷を蓄積する。そして電荷蓄積手段Csは、蓄積された電荷量に該当する光電圧を生成する。
選択トランジスタQ２は、選択信号SELECTに従ってオン/オフされ、基準電圧VDD及び光電圧を選択的に出力する。選択信号SELECTは、光センサ４０を利用する表示装置などの外部装置から印加される信号である。
選択信号SELECTがハイレベルであれば、選択トランジスタQ２がオンになる。選択トランジスタQ２がオンになれば、図３aに示すように、選択トランジスタQ２のドレイン端子n２に印加されている基準電圧VDDがセンサトランジスタQ１のソース端子n１、電荷蓄積手段Cs、電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に印加される。この場合、電荷蓄積手段Csに基準電圧VDDが強制的に印加されるので、電荷蓄積手段Csは、外部光による光電圧を生成できず、その出力（ノード（又は端子）ｎ１）が基準電圧VDDに初期化される。電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に基準電圧VDDが印加されるので、電流生成トランジスタQ３は基準電圧VDDによる基準電流Ioutを生成する。
選択信号SELECTがハイレベルであれば、選択トランジスタQ２がオンになる。選択トランジスタQ２がオンになれば、図３aに示すように、選択トランジスタQ２のドレイン端子n２に印加されている基準電圧VDDがセンサトランジスタQ１のソース端子n１、電荷蓄積手段Cs、電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に印加される。この場合、電荷蓄積手段Csに基準電圧VDDが強制的に印加されるので、電荷蓄積手段Csは、外部光による光電圧を生成できず、その出力（ノード（又は端子）ｎ１）が基準電圧VDDに初期化される。電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に基準電圧VDDが印加されるので、電流生成トランジスタQ３は基準電圧VDDによる基準電流Ioutを生成する。
選択信号SELECTがローレベルであれば、選択トランジスタQ２がオフされる。選択トランジスタQ２がオフされれば、図３bに示すように、ノードn１とノードn２の接続が遮断されるので、電荷蓄積手段Csには基準電圧VDDが印加されない。そして、電荷蓄積手段Csには、センサトランジスタQ１による光電流が再び流れ、電荷蓄積手段Csは電荷を蓄積する。電荷蓄積手段Csは、蓄積された電荷量に対応する光電圧を生成する。そして、生成された光電圧が電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に印加される。電流生成トランジスタQ３は、ゲート端子n３に印加される光電圧に応じてドレイン端子からソース端子に流れるセンサ電流Ioutを生成する。
電流生成トランジスタQ３は、ゲート端子n３に基準電圧VDDが印加されると基準電圧VDDに該当するセンサ電流Ioutを生成し、外部光量に該当する光電圧が印加されると光電圧に該当するセンサ電流Ioutを生成する。ここで、電流生成トランジスタQ３が生成する光電圧に対応するセンサ電流Ioutは、基準電圧VDDに対応する基準電流Ioutに対して相対的に異なる値である。
出力トランジスタQ４は、読み出し信号READに従ってオン/オフされる。読み出し信号READも選択信号SELECTと同様に、光センサ４０を利用する表示装置などの外部装置から印加される信号である。
読み出し信号READがハイレベルになって出力トランジスタQ４がオンになれば、出力トランジスタQ４のドレイン端子とソース端子が導通し電流生成トランジスタQ３からのセンサ電流Ioutが出力され、ローレベルになって出力トランジスタQ４がオフになれば、電流生成トランジスタQ３からのセンサ電流Ioutは遮断され出力されない。
出力トランジスタQ４は、読み出し信号READに従ってオン/オフされる。読み出し信号READも選択信号SELECTと同様に、光センサ４０を利用する表示装置などの外部装置から印加される信号である。
読み出し信号READがハイレベルになって出力トランジスタQ４がオンになれば、出力トランジスタQ４のドレイン端子とソース端子が導通し電流生成トランジスタQ３からのセンサ電流Ioutが出力され、ローレベルになって出力トランジスタQ４がオフになれば、電流生成トランジスタQ３からのセンサ電流Ioutは遮断され出力されない。
選択信号SELECT及び読み出し信号READのハイレベルに該当する電圧は、基準電圧VDDに比べて相対的に高い電圧（例えば、２０V）であって、選択トランジスタQ２及び出力トランジスタQ４をターンオンさせ、選択信号SELECT及び読み出し信号READのローレベルに該当する電圧は、基準電圧VDDに比べて相対的に低い電圧（例えば、−８V）であって、選択トランジスタQ２及び出力トランジスタQ４をターンオフさせる。ここで、選択トランジスタQ２及び出力トランジスタQ４はスイッチング素子として動作する。
本実施例において、選択信号SELECT及び読み出し信号READがハイレベルであるとき、選択トランジスタQ２及び出力トランジスタQ４がオンになり、ローレベルであるときはオフになると説明したが、トランジスタの形態によってハイレベルとローレベルが互いに逆であってもよい。
本実施例において、選択信号SELECT及び読み出し信号READがハイレベルであるとき、選択トランジスタQ２及び出力トランジスタQ４がオンになり、ローレベルであるときはオフになると説明したが、トランジスタの形態によってハイレベルとローレベルが互いに逆であってもよい。
図４a及び図４bは、本発明の一実施例による光センサ４０のセンサ電流Ioutをセンサ電圧Voutに変換する変換部４１、４２を示した回路図である。この変換部４１、４２は、図４a及び図４bに示すように、コンデンサC０または抵抗R０で構成される。変換部４１、４２の一端は光センサ４０の出力トランジスタQ４のソース端子に接続され、他端は電圧VGG電源端子に接続されている。この変換部４１、４２は、出力トランジスタQ４からセンサ電流Ioutを受け、これをセンサ電圧Voutに変換して出力する。ここで、センサ電圧Voutは、相対的な電圧値であるので、基準電圧として電圧VGGまたはグラウンドを用いることができる。
図４cは、本発明の一実施例による光センサ４０のセンサ電圧Voutと光量の関係を示すグラフである。本実施例の光センサ４０によれば、基準電圧VDDに対する相対的な光電圧を読み取ることができるので、図４cに示すように、外部光量に応じて、ノイズに強く安定的なグレーレベルを有するセンサ電圧Voutを出力することができる。
図４cは、本発明の一実施例による光センサ４０のセンサ電圧Voutと光量の関係を示すグラフである。本実施例の光センサ４０によれば、基準電圧VDDに対する相対的な光電圧を読み取ることができるので、図４cに示すように、外部光量に応じて、ノイズに強く安定的なグレーレベルを有するセンサ電圧Voutを出力することができる。
以下、本発明の一実施例による光センサ４０が利用される液晶表示装置を、図５〜図７を参照して説明する。
図５は本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図であり、図６は本発明の一実施例による液晶表示装置の分解斜視図であり、図７は本発明の一実施例による液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。
図５に示すように、本発明の一実施例による液晶表示装置は、液晶表示板アセンブリ３００及びこれに接続されたゲート駆動部４００、データ駆動部５００、データ駆動部５００に接続された階調電圧生成部８００、液晶表示板アセンブリ３００に光を照射する照明部９００、液晶表示板アセンブリ３００に配設されている光センサ４０、電圧変換部５０、及びこれらを制御する信号制御部６００を含む。
図５は本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図であり、図６は本発明の一実施例による液晶表示装置の分解斜視図であり、図７は本発明の一実施例による液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。
図５に示すように、本発明の一実施例による液晶表示装置は、液晶表示板アセンブリ３００及びこれに接続されたゲート駆動部４００、データ駆動部５００、データ駆動部５００に接続された階調電圧生成部８００、液晶表示板アセンブリ３００に光を照射する照明部９００、液晶表示板アセンブリ３００に配設されている光センサ４０、電圧変換部５０、及びこれらを制御する信号制御部６００を含む。
一方、図６に示すように、本発明の一実施例による液晶表示装置を構造的に見れば、表示部３３０及びバックライト部３４０を含む液晶モジュール３５０と、液晶モジュール３５０を受容する前面ケース３６１及び後面ケース３６２を含む。
表示部３３０は、液晶表示板アセンブリ３００とこれに付着されたゲートＦＰＣ（flexible printed circuit）基板４１０及びデータＦＰＣ基板５１０、並びに、当該ＦＰＣ基板４１０、５１０に付着されているゲートＰＣＢ（printed circuit board）４５０及びデータＰＣＢ５５０を含む。しかし、図６とは異なって、必要に応じてゲートＦＰＣ基板４１０及びゲートＰＣＢ４５０を省略でき、この場合、ゲートＰＣＢ４５０に配設されるゲート駆動部４００を液晶表示板アセンブリ３００上に実装できる。このようにすることにより、液晶表示装置を一層軽量化及び小型化することができる。
表示部３３０は、液晶表示板アセンブリ３００とこれに付着されたゲートＦＰＣ（flexible printed circuit）基板４１０及びデータＦＰＣ基板５１０、並びに、当該ＦＰＣ基板４１０、５１０に付着されているゲートＰＣＢ（printed circuit board）４５０及びデータＰＣＢ５５０を含む。しかし、図６とは異なって、必要に応じてゲートＦＰＣ基板４１０及びゲートＰＣＢ４５０を省略でき、この場合、ゲートＰＣＢ４５０に配設されるゲート駆動部４００を液晶表示板アセンブリ３００上に実装できる。このようにすることにより、液晶表示装置を一層軽量化及び小型化することができる。
液晶表示板アセンブリ３００は、図６及び図７に示すように、構造的に下部表示板１００及び上部表示板２００とその間に入っている液晶層３を含み、図５に示すように、等価回路的に複数の表示信号線G１〜Gn、D１〜Dmとこれらに接続されほぼ行列状に配列された複数の画素を含む。
表示信号線G１〜Gn、D１〜Dmは、ゲート信号（走査信号とも言う）を伝達する複数のゲート線G１〜Gnと、データ信号を伝達するデータ信号線またはデータ線D１〜Dmを含む。ゲート線G１〜Gnは、ほぼ行方向にのびて互いにほぼ平行であり、データ線D１〜Dmはほぼ列方向にのびて互いにほぼ平行である。
表示信号線G１〜Gn、D１〜Dmは、ゲート信号（走査信号とも言う）を伝達する複数のゲート線G１〜Gnと、データ信号を伝達するデータ信号線またはデータ線D１〜Dmを含む。ゲート線G１〜Gnは、ほぼ行方向にのびて互いにほぼ平行であり、データ線D１〜Dmはほぼ列方向にのびて互いにほぼ平行である。
各画素は、表示信号線G１〜Gn、D１〜Dmに接続されたスイッチング素子Qと、これに接続された液晶キャパシタCLC及びストレージキャパシタ（維持キャパシタ）CSTを含む。ストレージキャパシタCSTは必要に応じて省略できる。
スイッチング素子Qは、下部表示板１００に具備されており、三端子素子としてその制御端子及び入力端子は各々、ゲート線G１〜Gn及びデータ線D１〜Dmに接続され、出力端子は液晶キャパシタCLC及びストレージキャパシタCSTに接続されている。
液晶キャパシタCLCは、下部表示板１００の画素電極１９０と上部表示板２００の共通電極２７０を二つの端子とし、二つの電極１９０、２７０の間の液晶層３は誘電体として働く。画素電極１９０はスイッチング素子Qに接続され、共通電極２７０は上部表示板２００の全面に形成され共通電圧Vcomの印加を受ける。図７とは異なって、共通電極２７０が下部表示板１００に具備されることもあり、そのときには二つの電極１９０、２７０が全て線形または棒状に形成される。
スイッチング素子Qは、下部表示板１００に具備されており、三端子素子としてその制御端子及び入力端子は各々、ゲート線G１〜Gn及びデータ線D１〜Dmに接続され、出力端子は液晶キャパシタCLC及びストレージキャパシタCSTに接続されている。
液晶キャパシタCLCは、下部表示板１００の画素電極１９０と上部表示板２００の共通電極２７０を二つの端子とし、二つの電極１９０、２７０の間の液晶層３は誘電体として働く。画素電極１９０はスイッチング素子Qに接続され、共通電極２７０は上部表示板２００の全面に形成され共通電圧Vcomの印加を受ける。図７とは異なって、共通電極２７０が下部表示板１００に具備されることもあり、そのときには二つの電極１９０、２７０が全て線形または棒状に形成される。
ストレージキャパシタCSTは、下部表示板１００に具備された別個の信号線（図示せず）と画素電極１９０が重なってなり、この別個の信号線には共通電圧Vcomなどの定められた電圧が印加される。しかし、ストレージキャパシタCSTは、画素電極１９０が絶縁体を介して、すぐ上の前段ゲート線と重ならせることにより、形成することができる。
一方、色表示を実現するために各画素が色を表示できることが要求されるが、これは画素電極１９０に対応する領域に赤色、緑色、または青色のカラーフィルタ２３０を具備することで可能となる。図７において、カラーフィルタ２３０は上部表示板２００の領域に形成されているが、これとは異なって、下部表示板１００の画素電極１９０の上または下に形成されることもできる。
一方、色表示を実現するために各画素が色を表示できることが要求されるが、これは画素電極１９０に対応する領域に赤色、緑色、または青色のカラーフィルタ２３０を具備することで可能となる。図７において、カラーフィルタ２３０は上部表示板２００の領域に形成されているが、これとは異なって、下部表示板１００の画素電極１９０の上または下に形成されることもできる。
図６において、バックライト部３４０は、液晶表示板アセンブリ３００の下部に配設されている複数のランプ３４１と、液晶表示板アセンブリ３００とランプ３４１の間に位置し、ランプ３４１からの光を液晶表示板アセンブリ３００に誘導若しくは拡散する導光板３４２及び複数の光学シート３４３、並びにランプ３４１の下部に位置し、ランプ３４１からの光をアセンブリ３００側に反射する反射板３４４を含む。
図５のように、照明部９００は、図６に示すランプ３４１に該当するランプ部９１０と、ランプ部９１０を点滅し点滅時間を制御することで画面の明るさを調節するインバータ９２０を含む。インバータ９２０は、別に配設されたインバータＰＣＢ（図示せず）に具備されたり、ゲートＰＣＢ４５０やデータＰＣＢ５５０に具備されることができる。
図５のように、照明部９００は、図６に示すランプ３４１に該当するランプ部９１０と、ランプ部９１０を点滅し点滅時間を制御することで画面の明るさを調節するインバータ９２０を含む。インバータ９２０は、別に配設されたインバータＰＣＢ（図示せず）に具備されたり、ゲートＰＣＢ４５０やデータＰＣＢ５５０に具備されることができる。
液晶表示板アセンブリ３００の二つの表示板１００、２００のうちの少なくとも一つの外側面には、光を偏光する偏光子（図示せず）が付着されている。
階調電圧生成部８００は、画素の透過率に関わる二組の複数階調電圧を生成する。二組のうちの一組は共通電圧Vcomに対してプラスの値を有し、もう一組はマイナスの値を有する。
ゲート駆動部４００は、液晶表示板アセンブリ３００のゲート線G１〜Gnに接続され、外部からのゲートオン電圧Vonとゲートオフ電圧Voffの組み合わせからなるゲート信号をゲート線G１〜Gnに印加し、通常複数の集積回路から構成される。
階調電圧生成部８００は、画素の透過率に関わる二組の複数階調電圧を生成する。二組のうちの一組は共通電圧Vcomに対してプラスの値を有し、もう一組はマイナスの値を有する。
ゲート駆動部４００は、液晶表示板アセンブリ３００のゲート線G１〜Gnに接続され、外部からのゲートオン電圧Vonとゲートオフ電圧Voffの組み合わせからなるゲート信号をゲート線G１〜Gnに印加し、通常複数の集積回路から構成される。
データ駆動部５００は、液晶表示板アセンブリ３００のデータ線D１〜Dmに接続され、階調電圧生成部８００からの階調電圧を選択してデータ信号として画素に印加し、通常複数の集積回路から構成される。
複数のゲート駆動集積回路またはデータ駆動集積回路は、ＴＣＰ（tape carrier package）（図示せず）に配設されて、ＴＣＰを介して液晶表示板アセンブリ３００に取り付けられたり、ＴＣＰを使用せずにガラス基板上にこれらの集積回路を直接取り付けることができる（chip on glass：ＣＯＧ実装方式）。更に、これらの集積回路のような機能をする回路を液晶表示板アセンブリ３００に直接配設することもできる。
複数のゲート駆動集積回路またはデータ駆動集積回路は、ＴＣＰ（tape carrier package）（図示せず）に配設されて、ＴＣＰを介して液晶表示板アセンブリ３００に取り付けられたり、ＴＣＰを使用せずにガラス基板上にこれらの集積回路を直接取り付けることができる（chip on glass：ＣＯＧ実装方式）。更に、これらの集積回路のような機能をする回路を液晶表示板アセンブリ３００に直接配設することもできる。
信号制御部６００は、ゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００などの動作を制御する制御信号を生成し、該当する制御信号をゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００に提供する。
光センサ４０は、外部光を受けて信号制御部６００からの選択信号SELECT及び読み出し信号READに従って、光量に対応するセンサ電流Ioutを生成し出力する。電圧変換部５０は、光センサ４０からセンサ電流Ioutを受けて、照明部９００を駆動する輝度（明るさ）制御信号Vconに変換して出力する。これらに関して後に詳述する。
一方、インバータ９２０は、外部装置または信号制御部６００から水平同期信号Hsync及びランプ点灯命令信号ENを受け、電圧変換部５０から輝度制御信号Vconを受けて、これらを利用してランプ部９１０を駆動する。
光センサ４０は、外部光を受けて信号制御部６００からの選択信号SELECT及び読み出し信号READに従って、光量に対応するセンサ電流Ioutを生成し出力する。電圧変換部５０は、光センサ４０からセンサ電流Ioutを受けて、照明部９００を駆動する輝度（明るさ）制御信号Vconに変換して出力する。これらに関して後に詳述する。
一方、インバータ９２０は、外部装置または信号制御部６００から水平同期信号Hsync及びランプ点灯命令信号ENを受け、電圧変換部５０から輝度制御信号Vconを受けて、これらを利用してランプ部９１０を駆動する。
本発明による液晶表示装置の階調電圧生成部８００、データ駆動部５００、電圧変換部５０、及び信号制御部６００は、単一チップで構成される。液晶表示装置を駆動するための各ブロックを一つのチップの中に全て集積することによって実装面積を減らすことができ、消費電力も低減することができる。必要に応じて、各駆動ブロックまたは各駆動ブロックで用いられる回路素子を単一チップの外部に設けることもできる。このような単一チップは、中小型液晶表示装置において特に有利である。
図１３は、本発明の一実施例による光センサ４０が液晶表示板アセンブリ３００に配設される位置を示す図面である。
光センサ４０は、単に４個の薄膜トランジスタQ１、Q２、Q３、Q４からなるので、液晶表示板アセンブリ３００の周縁にあるダミー画素や表示領域内の不用画素を利用して、光センサ４０を容易に液晶表示板アセンブリ３００に集積することができる。図１３に示すように、光センサ４０は、液晶表示板アセンブリ３００の周縁領域P１、P２、P３、P４と内部領域P５のいずれか一領域に位置することができる。このように、光センサ４０を液晶表示板アセンブリ３００に集積することによって、液晶表示装置に別途の外部光センサを設けることなく外部光量を感知することができる。
光センサ４０は、単に４個の薄膜トランジスタQ１、Q２、Q３、Q４からなるので、液晶表示板アセンブリ３００の周縁にあるダミー画素や表示領域内の不用画素を利用して、光センサ４０を容易に液晶表示板アセンブリ３００に集積することができる。図１３に示すように、光センサ４０は、液晶表示板アセンブリ３００の周縁領域P１、P２、P３、P４と内部領域P５のいずれか一領域に位置することができる。このように、光センサ４０を液晶表示板アセンブリ３００に集積することによって、液晶表示装置に別途の外部光センサを設けることなく外部光量を感知することができる。
以下、このような液晶表示装置の表示動作について、より詳細に説明する。
信号制御部６００は、外部のグラフィック制御装置（図示せず）からＲＧＢ映像信号R、G、B及びその表示を制御する入力制御信号、例えば垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、メインクロックMCLK、データイネーブル信号DEなどの提供を受ける。信号制御部６００は、入力映像信号R、G、B及び入力制御信号に基づいて、映像信号R、G、Bを液晶表示板アセンブリ３００の動作条件に合わせて適切に処理し、ゲート制御信号CONT１及びデータ制御信号CONT２などを生成した後、ゲート制御信号CONT１をゲート駆動部４００に送り、データ制御信号CONT２及び処理した映像信号R´、G´、B´をデータ駆動部５００に送る。
信号制御部６００は、外部のグラフィック制御装置（図示せず）からＲＧＢ映像信号R、G、B及びその表示を制御する入力制御信号、例えば垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、メインクロックMCLK、データイネーブル信号DEなどの提供を受ける。信号制御部６００は、入力映像信号R、G、B及び入力制御信号に基づいて、映像信号R、G、Bを液晶表示板アセンブリ３００の動作条件に合わせて適切に処理し、ゲート制御信号CONT１及びデータ制御信号CONT２などを生成した後、ゲート制御信号CONT１をゲート駆動部４００に送り、データ制御信号CONT２及び処理した映像信号R´、G´、B´をデータ駆動部５００に送る。
ゲート制御信号CONT１は、ゲートオンパルス（ゲート信号のハイ区間）の出力開始を指示する垂直同期開始信号STV、ゲートオンパルスの出力時期を制御するゲートクロック信号CPV及びゲートオンパルスの幅を限定する出力イネーブル信号OEなどを含む。
データ制御信号CONT２は、映像データR´、G´、B´の入力開始を指示する水平同期開始信号STHと、データ線D１〜Dmに当該データ電圧の印加を指示するロード信号LOAD、共通電圧Vcomに対するデータ電圧の極性（以下、“共通電圧に対するデータ電圧の極性”を略して“データ電圧の極性”と言う）を反転する反転信号RVS及びデータクロック信号HCLKなどを含む。
データ制御信号CONT２は、映像データR´、G´、B´の入力開始を指示する水平同期開始信号STHと、データ線D１〜Dmに当該データ電圧の印加を指示するロード信号LOAD、共通電圧Vcomに対するデータ電圧の極性（以下、“共通電圧に対するデータ電圧の極性”を略して“データ電圧の極性”と言う）を反転する反転信号RVS及びデータクロック信号HCLKなどを含む。
データ駆動部５００は、信号制御部６００からのデータ制御信号CONT２に従って一つの行の画素に対応する映像データR´、G´、B´を順次に受信し、階調電圧生成部８００からの階調電圧のうちの各映像データR´、G´、B´に対応する階調電圧を選択することによって、映像データR´、G´、B´を該当するデータ電圧に変換する。
ゲート駆動部４００は、信号制御部６００からのゲート制御信号CONT１に従ってゲートオン電圧Vonをゲート線G１〜Gnに印加して、ゲート線G１〜Gnに接続されたスイッチング素子Qをターンオンさせる。
ゲート駆動部４００は、信号制御部６００からのゲート制御信号CONT１に従ってゲートオン電圧Vonをゲート線G１〜Gnに印加して、ゲート線G１〜Gnに接続されたスイッチング素子Qをターンオンさせる。
一つのゲート線G１〜Gnにゲートオン電圧Vonが印加され、これに接続された一つの行のスイッチング素子Qがターンオンされている間[この期間を“１Ｈ”または“１水平周期”といい、水平同期信号Hsync、データイネーブル信号DE、ゲートクロックCPVの一周期と同じである]、データ駆動部５００は各データ電圧を当該データ線D１〜Dmに供給する。データ線D１〜Dmに供給されたデータ電圧は、ターンオンされたスイッチング素子Qを通じて該当する画素に印加される。
このような方法で、１フレーム期間中に全てのゲート線G１〜Gnに対して順次にゲートオン電圧Vonを印加して、全ての画素にデータ電圧を印加する。１フレームが終了すれば次のフレームが開始され、各画素に印加されるデータ電圧の極性が直前フレームでの極性と逆になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号RVSの状態が制御される（フレーム反転）。この時、１フレーム期間内であっても反転信号RVSの特性に応じて、一つのデータ線を通じて流れるデータ電圧の極性が変わったり（ライン反転）、一つの画素行に印加されるデータ電圧の極性も互いに異ならせることができる（ドット反転）。
このような方法で、１フレーム期間中に全てのゲート線G１〜Gnに対して順次にゲートオン電圧Vonを印加して、全ての画素にデータ電圧を印加する。１フレームが終了すれば次のフレームが開始され、各画素に印加されるデータ電圧の極性が直前フレームでの極性と逆になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号RVSの状態が制御される（フレーム反転）。この時、１フレーム期間内であっても反転信号RVSの特性に応じて、一つのデータ線を通じて流れるデータ電圧の極性が変わったり（ライン反転）、一つの画素行に印加されるデータ電圧の極性も互いに異ならせることができる（ドット反転）。
以下、図３a、図３b及び図８を参照して、本発明の液晶表示装置の光センサ４０の選択信号SELECT及び読み出し信号READのタイミングと、センサ電圧Voutの出力について説明する。
図８は、本発明の一実施例による図２における光センサ４０を駆動する信号のタイミング図面である。
本実施例では、説明の便宜のために、光センサ４０が光センサ４０の出力であるセンサ電流Ioutをセンサ電圧Voutに変換する前記した実施例における変換部４１、４２を含むものとする。これにより、光センサ４０の出力はセンサ電圧Voutになる。また、本実施例では、１フレーム単位で光センサ４０のセンサ電圧Voutを読み込むものとして説明する。勿論、必要によっては数フレームまたは数十フレーム毎に光センサ４０のセンサ電圧Voutを読み込むことができる。
図８は、本発明の一実施例による図２における光センサ４０を駆動する信号のタイミング図面である。
本実施例では、説明の便宜のために、光センサ４０が光センサ４０の出力であるセンサ電流Ioutをセンサ電圧Voutに変換する前記した実施例における変換部４１、４２を含むものとする。これにより、光センサ４０の出力はセンサ電圧Voutになる。また、本実施例では、１フレーム単位で光センサ４０のセンサ電圧Voutを読み込むものとして説明する。勿論、必要によっては数フレームまたは数十フレーム毎に光センサ４０のセンサ電圧Voutを読み込むことができる。
図８に示すように、光センサ４０に入力される選択信号SELECTはＦＬＭに同期する。ＦＬＭ（frame head pulse）は通常、中小型駆動ＩＣで用いられる用語であって、フレーム毎にフレームの開始を知らせる信号である。液晶表示装置が６０Hzで駆動されれば、ＦＬＭも６０Hzで動作する信号となる。勿論、選択信号SELECTがＦＬＭ以外の信号、例えば垂直同期開始信号STVまたは垂直同期信号Vsyncに同期して動作することもある。また、カウンタなどを利用して、選択信号SELECTを数フレームまたは数十フレーム毎に一度ずつハイレベルにさせれば、数フレームまたは数十フレーム毎に一度ずつセンサ電圧Voutを読み込むことができる。
読み出し信号READは、選択信号SELECTがハイレベルに変化した時点から次にハイレベルに変化する時点の間において２度ハイレベルとなる。即ち、読み出し信号READの２度のハイレベルのうちの第１のハイレベルは選択信号SELECTがハイレベルである間に発生し、第２のハイレベルは第１のハイレベル以降から選択信号SELECTの次のハイレベルの前に発生する。読み出し信号READが周期信号になるように第２のハイレベルを設定することもできるが、必ずそのような必要はない。
読み出し信号READは、選択信号SELECTがハイレベルに変化した時点から次にハイレベルに変化する時点の間において２度ハイレベルとなる。即ち、読み出し信号READの２度のハイレベルのうちの第１のハイレベルは選択信号SELECTがハイレベルである間に発生し、第２のハイレベルは第１のハイレベル以降から選択信号SELECTの次のハイレベルの前に発生する。読み出し信号READが周期信号になるように第２のハイレベルを設定することもできるが、必ずそのような必要はない。
以下、選択信号SELECT及び読み出し信号READに従って光センサ４０がセンサ電圧Voutを生成し出力する動作について説明する。
選択信号SELECTが所定時間T１の間にハイレベルになれば、選択トランジスタQ２がオンになる。所定時間T１は、選択トランジスタQ２がオンになって基準電圧VDDが電荷蓄積手段Csに加えられ、電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に印加されるのに充分な時間であるように設定する。選択信号SELECTによって電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に基準電圧VDDが印加された状態で、読み出し信号READが所定時間T２の間ハイレベルになる。これにより、所定時間T２の間出力トランジスタQ４がオンになり、センサ電流Ioutが出力されながらセンサ電流Ioutに対応するセンサ電圧Voutが生成される。所定時間T２は、センサ電圧Voutの生成に充分であるように設定する。このように生成されたセンサ電圧Voutは、基準電圧VDDに対応する電圧として、読み出し信号READの第２のハイレベルで生成されるセンサ電圧Voutの基準値になる。
選択信号SELECTが所定時間T１の間にハイレベルになれば、選択トランジスタQ２がオンになる。所定時間T１は、選択トランジスタQ２がオンになって基準電圧VDDが電荷蓄積手段Csに加えられ、電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に印加されるのに充分な時間であるように設定する。選択信号SELECTによって電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に基準電圧VDDが印加された状態で、読み出し信号READが所定時間T２の間ハイレベルになる。これにより、所定時間T２の間出力トランジスタQ４がオンになり、センサ電流Ioutが出力されながらセンサ電流Ioutに対応するセンサ電圧Voutが生成される。所定時間T２は、センサ電圧Voutの生成に充分であるように設定する。このように生成されたセンサ電圧Voutは、基準電圧VDDに対応する電圧として、読み出し信号READの第２のハイレベルで生成されるセンサ電圧Voutの基準値になる。
前記した実施例で説明したように、選択信号SELECT及び読み出し信号READがローレベルになれば、選択トランジスタQ２はオフになり、電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に電荷蓄積手段Csで生成された光電圧が印加される。ところが、出力トランジスタQ４もオフ状態であるので、電流生成トランジスタQ３は光電圧に該当するセンサ電流Ioutを生成できない。
所定時間経過後、読み出し信号READが再びハイレベルになれば、電流生成トランジスタQ３は、ゲート端子n３に印加されていた外部光量に応した光電圧に対応するセンサ電流Ioutを生成する。このセンサ電流Ioutは、出力トランジスタQ４を通じて出力され、変換部４１、４２によってセンサ電圧Voutが生成される。
所定時間経過後、読み出し信号READが再びハイレベルになれば、電流生成トランジスタQ３は、ゲート端子n３に印加されていた外部光量に応した光電圧に対応するセンサ電流Ioutを生成する。このセンサ電流Ioutは、出力トランジスタQ４を通じて出力され、変換部４１、４２によってセンサ電圧Voutが生成される。
再び選択信号SELECTがハイレベルになれば、選択トランジスタQ２がオンになり、電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３に基準電圧VDDが印加される。再びこの状態で読み出し信号READがハイレベルになれば、出力トランジスタQ４がオンになり、基準電圧VDDに対応するセンサ電流Ioutが出力トランジスタQ４を通じて出力され、変換部４１、４２によって、センサ電流Ioutに対応するセンサ電圧Voutが生成される。このように、選択信号SELECTがハイレベルになれば、電荷蓄積手段Cs及び電流生成トランジスタQ３のゲート端子n３が基準電圧VDDに初期化され、光電圧によるセンサ電圧Voutも初期化される。要するに、選択信号SELECTは、一種のリセット信号または初期化信号として働くものである。
再び所定時間経過後、読み出し信号READをハイレベルにして外部光量に対応するセンサ電圧Voutを生成する。このような動作を繰り返すことにより、外部光量に対する情報を継続的に得ることができる。
結局、選択信号SELECTのハイレベルによって光センサ４０をリセットしてセンサ電圧Voutの基準レベルを決定し、リセット後に次の選択信号SELECTのハイレベルの前に読み出し信号READをハイレベルにして外部光量に対応するセンサ電圧Voutを読み込めば、外部光量に対する相対的な値を正確に抽出することができる。
結局、選択信号SELECTのハイレベルによって光センサ４０をリセットしてセンサ電圧Voutの基準レベルを決定し、リセット後に次の選択信号SELECTのハイレベルの前に読み出し信号READをハイレベルにして外部光量に対応するセンサ電圧Voutを読み込めば、外部光量に対する相対的な値を正確に抽出することができる。
以下、前記のように生成されたセンサ電圧Voutを液晶表示装置のバックライトの明るさを調節する輝度制御信号Vconに変換する電圧変換部５０について、図９〜図１２cを参照して説明する。
図９は、本発明の一実施例による電圧変換部５０を示したブロック図である。
電圧変換部５０は、順次に接続されている第１変換部５１、バッファ５２、第２変換部５３を含む。ここでバッファ５２は省略できる。
図９は、本発明の一実施例による電圧変換部５０を示したブロック図である。
電圧変換部５０は、順次に接続されている第１変換部５１、バッファ５２、第２変換部５３を含む。ここでバッファ５２は省略できる。
第１変換部５１は、光センサ４０からセンサ電流Ioutを受信し、これをセンサ電圧Voutに変換する。即ち、第１変換部５１は前述した変換部４１、４２と同一である。図４a及び図４bに示される変換部４１、４２については既に説明したので、ここでは第１変換部５１に対する説明は省略する。
一方、前記した実施例においては、光センサ４０の出力信号であるセンサ電流Ioutをセンサ電圧Voutに変換する変換部４１、４２を光センサ４０に含ませて、光センサ４０の出力信号をセンサ電圧Voutであるものとして説明した。変換部４１、４２は液晶表示板アセンブリ３００に配設することもできるが、それよりもデータＰＣＢ５５０または前記説明したワンチップに配設する方が望ましい。よって、センサ電流Ioutを輝度制御信号Vconに変換する電圧変換部５０が実際に変換部４１、４２を含むことが好ましい。
一方、前記した実施例においては、光センサ４０の出力信号であるセンサ電流Ioutをセンサ電圧Voutに変換する変換部４１、４２を光センサ４０に含ませて、光センサ４０の出力信号をセンサ電圧Voutであるものとして説明した。変換部４１、４２は液晶表示板アセンブリ３００に配設することもできるが、それよりもデータＰＣＢ５５０または前記説明したワンチップに配設する方が望ましい。よって、センサ電流Ioutを輝度制御信号Vconに変換する電圧変換部５０が実際に変換部４１、４２を含むことが好ましい。
図１０は、本発明の一実施例による電圧変換部５０に含まれたバッファ５２を示している。このバッファ５２はボルテージフォロワであって、出力端子に接続される回路がいかなるインピーダンスを有しても、バッファ５２の出力電圧Vout’をバッファ５２の入力電圧Voutと同じにする役割をする。
図１１aは本発明の一実施例による第２変換部５３を示す回路図であり、図１１bは図１１aの第２変換部５３の入出力特性を示すグラフである。
図１１aは本発明の一実施例による第２変換部５３を示す回路図であり、図１１bは図１１aの第２変換部５３の入出力特性を示すグラフである。
本実施例の第２変換部５３は、バッファ５２を通じて入力されたセンサ電圧Voutを輝度制御信号Vconに変換し出力する。第２変換部５３は、演算増幅器OPAMPと複数の抵抗R１、R２、R３からなり、反転増幅器として動作する。即ち、センサ電圧Voutが抵抗R１を通じて演算増幅器OPAMPの反転端子（−）に入力され、非反転端子（＋）には参照電圧Vrefが印加され、抵抗R３が非反転端子（＋）とグラウンドの間に接続されている。抵抗R２は、演算増幅器OPAMPの反転端子（−）と出力端子の間に接続されている。このような反転増幅器の出力信号である輝度制御信号Vconを式１に示し、これをグラフで示せば、図１１bのようになる。
Vcon=R1/R2・Vref-Vout+Vref （１）
Vcon=R1/R2・Vref-Vout+Vref （１）
図１１bに示すように、輝度制御信号Vconはセンサ電圧Voutの一次関数であり、その傾きは負であるので、センサ電圧Voutが大きいほど輝度制御信号Vconは小さくなる。センサ電圧Voutが大きいことは外部光量が多いことを意味するので、輝度制御信号Vconを小さくしてバックライトの明るさを減少し、センサ電圧Voutが小さいことは外部光量が少ないことを意味するので、輝度制御信号Vconを大きくしてバックライトの明るさを増加する。これと異なって、外部光量が多いときにバックライトの明るさを増加し、外部光量が少ないときにバックライトの明るさを減少することもある。この場合、第２変換部５３は省略できる。
図１２aは本発明の他の実施例による第２変換部５３を示すブロック図であり、図１２bは図１２aに示す第２変換部５３の入出力電圧の対応関係を示すものであり、図１２cは図１２aの第２変換部５３の入出力特性を示すグラフである。
本実施例の第２変換部５３は、２ビットアナログ/デジタル変換器５４及び４チャンネルマルチプレクサ５５からなる。アナログ/デジタル変換器５４は、センサ電圧Voutを受信し、これを４段階に分けて２ビット選択信号SEL１、SEL２を生成する。マルチプレクサ５５は、選択信号SEL１、SEL２に従って４個の電圧V１、V２、V３、V４のうちの一つを出力する。図１２bに示すように、センサ電圧Voutが大きいほど輝度制御信号Vconは小さくなる。前記した実施例のように、外部光量が多いときにバックライトの明るさを減少し、外部光量が少ないときにバックライトの明るさを増加する。但し、本実施例の第２変換部５３は、図１２cに示すように、明るさ制御信号Vconが連続する値を持たないことが前記した実施例と異なる点である。
本実施例の第２変換部５３は、２ビットアナログ/デジタル変換器５４及び４チャンネルマルチプレクサ５５からなる。アナログ/デジタル変換器５４は、センサ電圧Voutを受信し、これを４段階に分けて２ビット選択信号SEL１、SEL２を生成する。マルチプレクサ５５は、選択信号SEL１、SEL２に従って４個の電圧V１、V２、V３、V４のうちの一つを出力する。図１２bに示すように、センサ電圧Voutが大きいほど輝度制御信号Vconは小さくなる。前記した実施例のように、外部光量が多いときにバックライトの明るさを減少し、外部光量が少ないときにバックライトの明るさを増加する。但し、本実施例の第２変換部５３は、図１２cに示すように、明るさ制御信号Vconが連続する値を持たないことが前記した実施例と異なる点である。
本実施例において、センサ電圧Voutを４段階に分けてこれに対応する輝度制御信号Vconを生成するものとして説明したが、アナログ/デジタル変換器５４のビット数を増加し、マルチプレクサ５５のチャンネル数を増加することで、さらに多くの段階に分けて輝度制御信号Vconを生成することができる。ここで、アナログ/デジタル変換器５４のビット数を減少し、マルチプレクサ５５のチャンネル数を減少することで、段階を減らすこともできる。
このように、本発明の一実施例による光センサ４０及び電圧変換部５０を利用して、外部光量に従って明るさ制御信号を生成し、この明るさ制御信号に従って液晶表示板アセンブリの明るさを調節することができる。
このように、本発明の一実施例による光センサ４０及び電圧変換部５０を利用して、外部光量に従って明るさ制御信号を生成し、この明るさ制御信号に従って液晶表示板アセンブリの明るさを調節することができる。
上記においては、光センサ４０が液晶表示装置に用いられるものとして説明したが、これに限定されず、本発明の一実施例による光センサ４０は、ＥＬ表示装置及びＰＤＰなどの表示装置にも用いることができる。
本発明の光センサは、選択トランジスタ及び電流生成トランジスタを具備し、基準電圧に対する相対的な光電圧を読み出すことができるので、外部光量に従って、ノイズに強く安定的なグレーレベルを有するセンサ電圧を出力することができる。
さらに、このような光センサ及び電圧変換部によれば、外部光量に従って輝度制御信号を生成することができ、この輝度制御信号に従って表示板の明るさを調節することができる。
本発明の光センサは、選択トランジスタ及び電流生成トランジスタを具備し、基準電圧に対する相対的な光電圧を読み出すことができるので、外部光量に従って、ノイズに強く安定的なグレーレベルを有するセンサ電圧を出力することができる。
さらに、このような光センサ及び電圧変換部によれば、外部光量に従って輝度制御信号を生成することができ、この輝度制御信号に従って表示板の明るさを調節することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属するものである。
３００ 液晶表示板アセンブリ
４００ ゲート駆動部
５００ データ駆動部
８００ 階調電圧生成部
９００ 照明部
６００ 信号制御部
１９０ 画素電極
２７０ 共通電極
３４０ バックライト部
９２０ インバータ
４０ 光センサ
５０ 電圧変換部
５２ バッファ
４００ ゲート駆動部
５００ データ駆動部
８００ 階調電圧生成部
９００ 照明部
６００ 信号制御部
１９０ 画素電極
２７０ 共通電極
３４０ バックライト部
９２０ インバータ
４０ 光センサ
５０ 電圧変換部
５２ バッファ
Claims (22)
- 外部光を受けてその光量に対応する光電圧を生成する受光部、
選択信号に従って前記光電圧及び基準電圧を選択的に出力する選択トランジスタを含む電圧選択部、
前記電圧選択部の出力電圧に対応するセンサ電流を生成する電流生成トランジスタを含む電流生成部、及び
読み出し信号に従って前記電流生成部からの前記センサ電流を選択的に出力する出力トランジスタを含む出力部
を含み、
前記選択トランジスタは、前記基準電圧が印加される入力端子、前記選択信号が印加される制御端子、及び前記電流生成トランジスタに接続される出力端子を有し、
前記電流生成トランジスタは、前記基準電圧が印加される入力端子、前記受光部の出力端及び前記選択トランジスタの前記出力端子に接続される制御端子、並びに、前記センサ電流を出力する出力端子を有し、
前記受光部は、ドレイン端子に前記基準電圧が印加され、前記光量に対応する光電流を生成するセンサトランジスタ、及び、前記センサトランジスタからの前記光電流に応じて電荷を蓄積し前記光電圧を生成する電荷蓄積手段を含み、
前記選択トランジスタは、前記選択信号が第１レベルであれば前記基準電圧を前記電流生成トランジスタの制御端子に印加し、前記選択信号が第２レベルであれば前記光電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加し、
前記出力トランジスタは、前記選択信号が前記第１レベルに変化してから次に前記第１レベルに変化するまでの間において、前記読み出し信号が第１レベルに変化したとき、前記基準電圧に対応する前記センサ電流を出力し、前記読み出し信号が次に前記第１レベルに変化したとき、前記光量に対応する前記センサ電流を出力することを特徴とする光センサ。 - 前記選択トランジスタは、前記選択トランジスタがオンになったときに前記基準電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加し、前記選択トランジスタがオフになったときに前記光電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
- 前記電荷蓄積手段は、前記センサトランジスタの制御端子と前記センサトランジスタの出力端子の間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
- 前記センサトランジスタの制御端子には、外来光を受光しないときに前記センサトランジスタをオフさせるオフ電圧が印加されることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
- 前記センサ電流をセンサ電圧に変換して出力する変換部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
- 前記変換部は、抵抗またはコンデンサで構成されることを特徴とする請求項５に記載の光センサ。
- 外部光を受けて光量に対応するセンサ電流を生成する光センサ、
前記光センサからの前記センサ電流を制御電圧に変換する電圧変換部、
複数の画素を含む表示板、及び
前記制御電圧に従って前記表示板の明るさを調節する調節部
を含み、
前記光センサは、
前記光量に対応する光電圧を出力する受光部、
選択信号に従って前記光電圧及び基準電圧を選択的に出力する選択トランジスタを含む電圧選択部、
前記電圧選択部の出力電圧に対応する前記センサ電流を生成する電流生成トランジスタを含む電流生成部、及び
読み出し信号に従って前記電流生成部からの前記センサ電流を選択的に出力する出力トランジスタを含む出力部
を含み、
前記受光部は、ドレイン端子に前記基準電圧が印加され、前記光量に対応する光電流を生成するセンサトランジスタ、及び、前記センサトランジスタからの前記光電流に応じて電荷を蓄積し前記光電圧を生成する電荷蓄積手段を含み、
前記選択トランジスタは、前記選択信号が第１レベルであれば前記基準電圧を前記電荷蓄積手段及び前記電流生成トランジスタの制御端子に印加し、前記選択信号が第２レベルであれば前記光電圧を前記電流生成トランジスタの前記制御端子に印加し、
前記出力トランジスタは、前記選択信号が前記第１レベルに変化してから次に前記第１レベルに変化するまでの間において、前記読み出し信号が第１レベルに変化したとき、前記基準電圧に対応する前記センサ電流を出力し、前記読み出し信号が次に前記第１レベルに変化したとき、前記光量に対応する前記センサ電流を出力することを特徴とする表示装置。 - 前記出力トランジスタは、前記読み出し信号が前記第１レベルであれば前記センサ電流を出力することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
- 前記画素に表示する映像信号を処理する信号制御部をさらに含み、
前記信号制御部は、前記選択信号及び前記読み出し信号を生成し前記光センサに提供することを特徴とする請求項８に記載の表示装置。 - 前記信号制御部は、前記選択信号を前記選択トランジスタの制御端子に印加し、前記読み出し信号を前記出力トランジスタの制御端子に印加することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
- 前記光センサは、前記読み出し信号の第１の前記第１レベルで前記基準電圧に対応する前記センサ電流を出力することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
- 前記光センサは、前記読み出し信号の第２の前記第１レベルで前記光量に対応する前記センサ電流を出力することを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
- 前記電圧変換部は、
前記センサ電流をセンサ電圧に変換する第１変換部、及び
前記センサ電圧を前記制御電圧に変換する第２変換部
を含むことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。 - 前記第１変換部は抵抗またはコンデンサで構成されることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
- 前記第２変換部は反転増幅器で構成されることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
- 前記第２変換部は、
前記センサ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器、及び
前記デジタル値に従って前記制御電圧を選択し出力するマルチプレクサ
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。 - 前記電圧変換部は、前記第１変換部と前記第２変換部の間に接続されるバッファをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
- 前記光センサは、前記表示板に集積されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
- 前記光センサは、前記表示板の周縁に集積されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
- 前記調節部は、光を照射する光源を含むことを特徴とする請求項７〜請求項１９のいずれか１項に記載の表示装置。
- 前記表示装置は、液晶表示装置、ＥＬ及びＰＤＰのいずれか一つであることを特徴とする請求項７〜請求項１９のいずれか１項に記載の表示装置。
- 前記画素は、少なくとも一つの能動素子をスイッチング素子として具備することを特徴とする請求項７〜請求項１９のいずれか１項に記載の表示装置。
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