JP5333964B2 - 光検出装置、電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

光検出装置、電気光学装置及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、例えば光センサ等を含む光検出装置、このような光検出装置を備える液晶装置等の電気光学装置、及びこのような電気光学装置を備える電子機器の技術分野に関する。
電気光学装置の一例として、一対の基板間に電気光学物質として液晶を挟持してなる液晶装置があげられる。このような液晶装置では、例えば液晶パネルを構成する一対の基板間において液晶を所定の配向状態としておき、例えば画像表示領域に形成された画素部毎に、液晶に所定の電圧を印加することにより、液晶における配向や秩序を変化させて、光を変調することにより階調表示を行う。
このような液晶装置における視認性は、周囲の明るさ(例えば、環境光の光強度)に応じて変化することが知られている。例えば、液晶装置の周囲が相対的に明るい場合(例えば、環境光が相対的に強い場合)には、液晶装置の輝度(具体的には、バックライトからの光の輝度)を相対的に明るくした方が、視認性が向上する。他方で、例えば、液晶装置の周囲が相対的に暗い場合(例えば、環境光が相対的に弱い場合)には、液晶装置の輝度を必要以上に明るくしなくとも、視認性が悪化することはない。このような構成を実現するために、特許文献1には、環境光やバックライト光が照射される第1のフォトダイオードと、環境光のみが遮光された第2のフォトダイオードとを備える光センサが開示されている。この光センサでは、第1のフォトダイオードと第2のフォトダイオードとを直列に接続されているため、第1のフォトダイオードの出力と第2のフォトダイオードの出力との差分を出力することができる。その結果、バックライト光やフォトダイオード自身の温度特性(例えば、バックライト光を受光することで生ずるバックライト光電流や、環境温度によって変化する熱電流等)の影響を排除した受光電流(つまり、環境光のみに基づく受光電流)を出力することができる。
特開2007−205902号公報
ここで、環境光の光強度を高精度に検出するためには、フォトダイオードの分光感度特性を、人間の目の感度である比視感度特性に近づけることが好ましい。しかしながら、フォトダイオードの分光感度特性は、人間の目の感度である比視感度特性と異なる場合があり得る。例えば、低温ポリシリコン(Low Temperature Poly Silicon)プロセスにより製造されるPINダイオードを光センサとして用いる場合には、PIN(P Intrinsic N)ダイオードは、可視光成分のみならず近赤外光成分(具体的には、概ね700nmから1200nmの波長を有する光成分)にまで感度を有している。このため、環境光やバックライト光が照射される第1のフォトダイオードと環境光のみが遮光された第2のフォトダイオードとを備える光センサでは、環境光の可視光成分に基づく受光電流のみならず、人間の目に感知されない近赤外光成分に基づく受光電流が光センサから出力されてしまう。このため、例えば周囲の環境(つまり、環境光)が「暗い」と人間の目には感知されている状況であっても、環境光の近赤外光成分に基づく受光電流が出力されるだけ環境光が相対的に明るいと判定されてしまいかねない。このため、表示装置の輝度を好適に調整することができないという技術的な問題点を有している。
本発明は、例えば上述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、例えば電気光学装置の周囲の環境光の光強度を好適に検出することができる光検出装置、電気光学装置及び電子機器を提供することを課題とする。
(光検出装置)
上記課題を解決するために、本発明の光検出装置は、環境光を含む光を受光する第1受光素子と、前記環境光を含む光を受光する第2受光素子と、前記環境光が前記第2受光素子に入射する光路に配置される赤色カラーフィルタとを備える。また、後述する第1及び第2の緑色カラーフィルタや光強度算出回路、さらには第1受光素子と第2受光素子とを接続する配線などを備えていることが好ましい。
本発明の光検出装置によれば、環境光(例えば、当該光検出装置を備える電気光学装置の外部からの光であって、例えば太陽光等の外光)を含む光は、第1受光素子及び第2受光素子の夫々によって受光される。このとき、第1受光素子と第2受光素子とは、相互に直列に接続されていることが好ましい。また、後述する検出回路の入力端子は、第1受光素子と第2受光素子との間に電気的に接続されることが好ましい。つまり、後述する検出回路には、第1受光素子における受光結果と第2受光素子における受光結果との差分が出力されることが好ましい。また、第1受光素子と第2受光素子とを接続する配線に流れる電流から、前記第1受光素子における受光結果と前記第2受光素子における受光結果との差分が検出されることが好ましい。また、当該差分から環境光の光強度が算出されることが好ましい。
本発明に係る光検出装置では特に、環境光が第2受光素子に入射する光路上には、赤色カラーフィルタが備えられている。赤色カラーフィルタは、主として赤色光成分に加えて、赤色光以上の波長を有する光成分(例えば、概ね700nm以上の波長を有する近赤外光成分)を透過すると共に、赤色光以下の波長を有する光成分(例えば、可視光成分)を遮光するフィルタである。この赤色カラーフィルタとしては、例えば一般的な電気光学装置におけるカラー表示を実現するために用いられる赤色カラーフィルタを用いてよい。
従って、第2受光素子には、赤色カラーフィルタを透過した環境光と、赤色カラーフィルタを透過しない(或いは、透過する)環境光以外の他の光(例えば、バックライト光等)とが入射する。他方で、環境光が第1受光素子に入射する光路上には、主として赤色光を透過する赤色カラーフィルタが備えられていない。従って、第1受光素子には、赤色カラーフィルタを透過しない環境光(つまり、環境光そのもの)と、赤色カラーフィルタを透過しない(或いは、透過する)環境光以外の他の光とが入射する。
このため、第1受光素子には、第1受光素子の環境温度に応じた熱電流、環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流、環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流及び環境光の近赤外光成分を受光することで生ずる受光電流の夫々が生ずる。他方で、第2受光素子には、第2受光素子の環境温度に応じた熱電流、環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流及び環境光の近赤外光成分を受光することで生ずる受光電流の夫々が生ずる。従って、後述する検出回路には、第1受光素子における受光結果(つまり、第1受光素子の環境温度に応じた熱電流、環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流、環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流及び環境光の近赤外光成分を受光することで生ずる受光電流)と、第2受光素子における受光結果(つまり、第2受光素子の環境温度に応じた熱電流、環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流及び環境光の近赤外光成分を受光することで生ずる受光電流)との差分である「環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流」が出力される。
これにより、本発明の光検出装置は、バックライト光やフォトダイオード自身の温度特性の影響を排除するのみならず、人間の目に感知されない近赤外光成分(具体的には、環境光の近赤外光成分)の影響を排除した受光電流を出力することができる。言い換えれば、第1受光素子及び第2受光素子の夫々が近赤外光成分に対して感度を有している場合であっても、本発明の光検出装置は、人間の目に感知されない近赤外光成分の影響を排除した受光電流を出力することができる。言い換えれば、第1受光素子及び第2受光素子の夫々の個々が、人間の目の比視感度波長域に有効な分光感度を有しているが、その分光感度特性が、人間の目の比視感度特性と異なっている場合であっても、光検出装置全体としての分光感度特性を、人間の目の比視感度特性に相対的に近づけることができる。例えば、周囲の環境(つまり、環境光)が「暗い」と人間の目には感知されている状況では、環境光が相対的に暗いことを示す受光電流を出力することができ、且つ周囲の環境(つまり、環境光)が相対的に「明るい」と人間の目には感知されている状況では、環境光が相対的に明るいことを示す受光電流を出力することができる。従って、本発明の光検出装置によれば、周囲の環境光の光強度を好適に検出することができる。
加えて、赤色カラーフィルタを用いているため、特別な製造工程を追加することなく或いは特別な材料を用いることなく、上述した光検出装置の構成を実現することができる。従って、比較的容易に又は安価に上述した光検出装置を実現することができる。
尚、第1受光素子及び第2受光素子の夫々が近赤外光成分に対して感度を有している状況は、低温ポリシリコンプロセスによって形成された光センサ(例えば、PINダイオードやMOSトランジスタ等)を第1受光素子及び第2受光素子として用いる場合に顕著になる。従って、本発明の光検出装置は、低温ポリシリコンプロセスによって形成された光センサを第1受光素子及び第2受光素子として用いる場合に特に有効である。
本発明の光検出装置の一の態様では、前記環境光が前記第1受光素子に入射する光路に配置される第1の緑色カラーフィルタを更に備える。
この態様によれば、第1受光素子には、第1の緑色カラーフィルタを透過した環境光と、赤色カラーフィルタ及び第1の緑色カラーフィルタの少なくとも一方を透過しない(或いは、透過する)環境光以外の他の光とが入射する。このため、後述する検出回路には、第1受光素子における受光結果と、第2受光素子における受光結果との差分である「環境光の可視光成分(特に、緑色カラーフィルタを透過することで得られる人間の目の比視感度特性に応じた環境光の可視光成分)を受光することで生ずる受光電流」が出力される。このため、第1受光素子及び第2受光素子の夫々の個々が、人間の目の比視感度波長域に有効な分光感度を有しているが、その分光感度特性が、人間の目の比視感度特性と異なっている場合であっても、光検出装置全体としての分光感度特性(特に、光検出装置全体の環境光に対する分光感度特性)を、人間の目の比視感度特性に相対的により近づけることができる。従って、周囲の環境光の光強度をより好適に検出することができる。
尚、第1の緑色カラーフィルタは、主として緑色光成分を透過するフィルタである。この第1の緑色カラーフィルタとしては、例えば一般的な電気光学装置におけるカラー表示を実現するために用いられる緑色カラーフィルタを用いてよい。これにより、特別な製造工程を追加することなく或いは特別な材料を用いることなく、上述した光検出装置の構成を実現することができる。従って、比較的容易に又は安価に上述した光検出装置を実現することができる。
上述の如く第1の緑色カラーフィルタを備える光検出装置の態様では、前記環境光が前記第2受光素子に入射する光路に配置される第2の緑色カラーフィルタを更に備えるように構成してもよい。
この態様によれば、第2受光素子に入射する光路に赤色カラーフィルタのみが配置される場合に、第1受光素子と第2受光素子の検出結果の差分として検出することができなかった概ね500nmから700nm以下の可視光成分を、第1受光素子と第2受光素子の検出結果の差分として検出することが可能になるので、周囲の環境光の光強度をより好適に検出することができる。例えば、560nm前後の可視光におけるカラーフィルタの透過率は、緑色カラーフィルタが40%程度、赤色カラーフィルタが20%程度のため、第2受光素子において、560nm前後の可視光は、緑色カラーフィルタと赤色カラーフィルタを透過することで、最終的には、8%程度の光が受光されることになる。これに対して、第1受光素子において、560nm前後の可視光は、第1の緑色カラーフィルタの透過率に応じた40%程度の光が受光されることになる。従って、560nm前後の可視光においては、第1受光素子における受光結果と第2受光素子における受光結果に差分が生じるので、この差分が生じた分を環境光成分として検出することが可能になるので、周囲の環境光の光強度をより好適に検出することができるのである。
尚、第2の緑色カラーフィルタは、主として緑色光成分を透過するフィルタである。この第2の緑色カラーフィルタとしては、例えば一般的な電気光学装置におけるカラー表示を実現するために用いられる緑色カラーフィルタを用いてよい。これにより、特別な製造工程を追加することなく或いは特別な材料を用いることなく、上述した光検出装置の構成を実現することができる。従って、比較的容易に又は安価に上述した光検出装置を実現することができる。
上述の如く第2の緑色カラーフィルタを備える光検出装置の態様では、前記第2の緑色カラーフィルタは、前記環境光が前記第2受光素子に入射する側から見て前記赤色カラーフィルタの手前側に位置するように構成してもよい。
このように構成すれば、光検出装置の外観(特に、第1受光素子及び第2受光素子の夫々が配置される部分の外観)を、緑色カラーフィルタの外観に統一することができる。
本発明の光検出装置の他の態様では、前記第1受光素子における受光結果と前記第2受光素子における受光結果との差分に基づいて、前記環境光の可視光成分を検出する検出回路を更に備える。
この態様によれば、第1受光素子における受光結果と第2受光素子における受光結果との差分である「環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流」に基づいて、環境光の可視光成分(例えば、可視光成分の光強度等)を高精度に検出することができる。
本発明の光検出装置の他の態様では、環境光を含む光を受光し、前記環境光の少なくとも可視光成分に受光感度を有する第1受光素子及び第2受光素子と、前記第1受光素子における受光結果と前記第2受光素子における受光結果との差分に基づいて前記環境光の可視光成分を検出する検出回路を備え、前記第1受光素子及び前記第2受光素子の夫々が低温ポリシリコンプロセスにより基板上に形成された光検出装置であって、前記環境光が前記第2受光素子に入射する光路に配置され、前記可視光成分を遮断し、近赤外光成分を透過するフィルタを更に備える。
この態様の光検出装置によれば、人間の目に感知されない近赤外光成分の影響を排除した受光電流を出力することができる。言い換えれば、第1受光素子及び第2受光素子の夫々が近赤外光成分に対して感度を有している場合であっても、本発明の光検出装置は、人間の目に感知されない近赤外光成分の影響を排除した受光電流を出力することができる。言い換えれば、第1受光素子及び第2受光素子の夫々の個々が、人間の目の比視感度波長域に有効な分光感度を有しているが、その分光感度特性が、人間の目の比視感度特性と異なっている場合であっても、光検出装置全体としての分光感度特性を、人間の目の比視感度特性に相対的に近づけることができる。例えば、周囲の環境(つまり、環境光)が「暗い」と人間の目には感知されている状況では、環境光が相対的に暗いことを示す受光電流を出力することができ、且つ周囲の環境(つまり、環境光)が相対的に「明るい」と人間の目には感知されている状況では、環境光が相対的に明るいことを示す受光電流を出力することができる。従って、この態様の光検出装置によれば、周囲の環境光の光強度を好適に検出することができる。
加えて、第1受光素子と第2受光素子を低温ポリシリコンプロセスにより基板上に形成することで、受光素子が、可視光成分のみならず近赤外光成分にまで感度を有している場合であっても、可視光成分を遮断し、近赤外光成分を透過するフィルタを第2受光素子の光路に配置することで、周囲の環境光の光強度を好適に検出することができる。
(電気光学装置)
上記課題を解決するために、本発明の電気光学装置は、上述した本発明の光検出装置(但し、その各種態様を含む)を備える。
本発明の電気光学装置によれば、上述した本発明の光検出装置が享受する各種効果と同様の効果を享受することができる。
尚、上述した本発明の光検出装置が採り得る各種態様に対応して、本発明の電気光学装置も各種態様を採ることができる。そのような電気光学装置としては、例えば、有機EL装置、プラズマ表示装置、電子ペーパ等の電気泳動装置等を挙げることができる。
本発明の電気光学装置の一の態様では、前記電気光学装置に対して光を供給する光源と、前記第1受光素子における検出結果と前記第2受光素子における検出結果との差分に基づいて、前記光源の光量を調整する調整回路とを備える。
この態様によれば、上述した光検出装置により高精度に検出される環境光の可視光成分に基づいて、光源の光量(言い換えれば、電気光学装置の輝度)を好適に調整することができる。
(電子機器)
上記課題を解決するために、本発明の電子機器は、上述した本発明の電気光学装置(但し、その各種態様を含む)を備える。
本発明の電子機器によれば、上述した本発明の電気光学装置(或いは、その各種態様)備えているため、上述した本発明の電気光学装置が享受する各種効果と同様の効果を享受することができる。つまり、このため、上述した本発明の電気光学装置が享受する各種効果と同様の効果を享受することができる投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、携帯オーディオプレーヤ、ワードプロセッサ、デジタルカメラ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現することができる。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から更に明らかにされよう。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。尚、以下では、本発明に係る電気光学装置の一例として、液晶装置を用いて説明を進める。
(1)液晶装置の基本構成
先ず、本実施形態に係る液晶装置の構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す平面図であり、図2は、図1のH−H’断面図である。
図1及び図2において、本実施形態に係る液晶装置1では、TFTアレイ基板10と対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基板10と対向基板20との間に液晶層50が封入されることで、液晶パネル100が構成されている。また、TFTアレイ基板10と対向基板20とは、画像表示領域10aの周囲に位置する枠状或いは額縁状のシール領域に設けられたシール材52により互いに貼り合わされている。
図1において、シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路101及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられている。但し、データ線駆動回路101は、シール領域よりも内側に、データ線駆動回路101が額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられていてもよい。この一辺に沿ったシール領域よりも内側に、サンプリング回路7が額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。また、走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺に沿ったシール領域の内側に、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。また、TFTアレイ基板10上には、対向基板20の4つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材107で接続するための上下導通端子106が配置されている。これらにより、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができる。
また、シール領域よりも内側には、本発明における「光検出装置」の一具体例を構成する光センサ部130が、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。このため、額縁遮光膜53のうち光センサ部130が設けられる箇所は、環境光を光センサ部130に透過させることが可能に構成されている。尚、光センサ部130の詳細な構成については、後に詳述する(図3等参照)
TFTアレイ基板10上には、外部回路接続端子102と、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104、上下導通端子106等とを電気的に接続するための引回配線90が形成されている。
また、TFTアレイ基板10上には、光センサ部130の出力に基づいて環境光の光強度を算出すると共に本発明における「検出回路」の一具体例を構成する光強度算出回路110と、光強度算出回路110において算出された環境光の光強度に基づいてバックライト141の輝度を調整すると共に、本発明における「調整回路」の一具体例を構成するバックライトコントローラ120とが形成されている。
図2において、TFTアレイ基板10上には、駆動素子である画素スイッチング用のTFT(Thin Film Transistor)や走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成されている。画像表示領域10aには、画素スイッチング用TFTや走査線、データ線等の配線の上層に画素電極9aがマトリクス状に設けられている。画素電極9a上には、配向膜8が形成されている。他方、対向基板20におけるTFTアレイ基板10との対向面上に、遮光膜23が形成されている。遮光膜23は、例えば遮光性金属膜等から形成されており、対向基板20上の画像表示領域10a内で、例えば格子状等にパターニングされている。そして、遮光膜23上に、ITO等の透明材料からなる対向電極21が複数の画素電極9aと対向してベタ状に形成されている。対向電極21上には配向膜8が形成されている。また、液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。
尚、ここでは図示しないが、TFTアレイ基板10上には、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104の他に、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路、検査用パターン等が形成されていてもよい。
加えて、液晶装置1は、画素電極9aをITO等から形成するなどにより、透過型表示を行うように構成されてもよい。或いは、画素電極9aをアルミニウム等から形成するなどにより或いは画素電極9aの背後に反射膜を配置するなどにより、画素電極9aに反射領域及び透過領域の両者を設けた半透過反射型表示を行うように構成されてもよい。また本実施形態においては、上述したように、観察者から見た液晶パネルの背後にバックライト141が適宜配置された直視型であることが好ましい。
このため、本実施形態に係る液晶装置1は、バックライトモジュール140を備える。バックライトモジュール140は、TFTアレイ基板10の下側から光を出射する。液晶装置1においては、バックライト140から出射された光の透過率が画像表示領域10a内で画像信号に応じて制御されることで、画像の表示が行なわれる。
バックライトモジュール140は、光源を構成する一の又は複数の点光源でなる発光ダイオードからなるバックライト141を備える。バックライト141の側方であって、液晶パネル100の画像表示領域10aの下方には、導光板142が設けられる。バックライト141は、導光板142の側面に配置され、導光板142内に光を出射することができるように構成されている。
導光板142は、略板形状を有し、その一側面(入射面)がバックライト141の出射面に対向するように配置される。導光板142は、例えば、透明なアクリル樹脂で成形されており、バックライト141に面した一側面以外の3つの側面は、例えば反射特性又は散乱特性を有する材料(例えば、白色印刷層等)の反射層が形成されている。バックライト141に面した導光板142の一側面からは、バックライト141から出射される光が入射して、導光板142の内部に導かれる。
尚、導光板142の材料としては、アクリル樹脂の他に、透明性もしくは透光性を有するポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂などの各種樹脂、ガラスなどの無機材料、またはこれらの複合体を用いることができる。
導光板142は、底面及び側面の反射層によって、入射光を反射、散乱させ、上面から光を出射するように構成されている。導光板142の上面には、拡散シート及びプリズムシート等を含む光学シート143が形成される。光学シート143は、光学シート143上に画像表示領域10aが配置されるように、導光板142上に形成される。そして、光学シート143が、導光板142からの光を拡散して上方に出射することで、光学シート143からの光が、画像表示領域10aに入射する。
(2)光センサ部の構成
続いて、図3及び図4を参照して、光センサ部130のより具体的な構成について説明する。ここに、図3は、光センサ部130のより具体的な構成を概念的に示す断面図であり、図4は、光センサ部130の周辺の構成を概念的に示すブロック図である。
図3及び図4に示すように、光センサ部130は、SOG(システム・オン・グラス)技術によりTFTアレイ基板10上に形成されており、本発明における「第1受光素子」の一具体例を構成するフォトダイオード131と、本発明における「第2受光素子」の一具体例を構成するフォトダイオード132とを備えている。
フォトダイオード131は、P型半導体層131aと、半導体層131bと、n型半導体層131cとがこの順に接合されたPINダイオードである。また、フォトダイオード132は、P型半導体層132aと、半導体層131bと、n型半導体層131cとがこの順に接合されたPINダイオードである。フォトダイオード131のP型半導体層131aは、配線133を介して高位電源VHHに電気的に接続されており、フォトダイオード131のn型半導体層131cは、配線134を介してフォトダイオード132のP型半導体層132aと電気的に接続されており、フォトダイオード132のn型半導体層132cは、配線135を介して低位電源VLLと電気的に接続されている。つまり、本実施形態では、フォトダイオード131とフォトダイオード132とは直列に接続されている。尚、フォトダイオード131及びフォトダイオード132の夫々は、低温ポリシリコンプロセスを用いてTFT基板10上に形成されることが好ましい。
フォトダイオード131とフォトダイオード132との間(つまり、配線134)には、光強度算出回路110の入力端子が電気的に接続されている。従って、光強度算出回路110には、フォトダイオード131に発生する電流とフォトダイオード132に発生する電流との差分が入力される。光強度算出回路110は、フォトダイオード131に発生する電流とフォトダイオード132に発生する電流との差分に基づいて、外部から液晶装置1に対して入射してくる環境光(より具体的には、バックライト光等以外の外光)の光強度を算出する。算出された環境光の光強度は、バックライトコントローラ120へ出力される。
バックライトコントローラ120は、光強度算出回路110により算出される環境光の光強度に基づいて、バックライト141の輝度を調整する。
本実施形態では特に、フォトダイオード131に対向する対向基板20の領域部分には、液晶装置1の外部に開けた開口63が設けられている。他方で、フォトダイオード132に対向する対向基板20の領域部分には、赤色カラーフィルタ62が設けられている。尚、光センサ部130に対向する対向基板20上の領域部分のうち赤色カラーフィルタ62及び開口63が設けられる領域部分以外の領域部分には、光を遮光するブラックマトリクス61(言い換えれば、上述した額縁遮光膜53)が設けられている。
ここで、図5を参照して、赤色カラーフィルタ62のフィルタ特性及び本実施形態に係るフォトダイオード131及び132(つまり、低温ポリシリコンプロセスにより形成されるPINダイオード)の分光感度特性について説明する。ここに、図5は、赤色カラーフィルタ62のフィルタ特性及び本実施形態に係るフォトダイオード131及び132(つまり、低温ポリシリコンプロセスにより形成されるPINダイオード)の分光感度特性の夫々を示すグラフである。
図5(a)に示すように、赤色カラーフィルタ62は、主として赤色光成分に加えて、赤色光以上の波長を有する光成分(例えば、概ね700nm以上の波長を有する近赤外光成分)を透過すると共に、赤色光以下の波長を有する光成分(例えば、可視光成分)を遮断する特性を有している。より具体的には、赤色カラーフィルタ62は、概ね500nm以下の波長を有する光成分を遮断し、概ね500nmから700nm程度の波長を有する光成分を波長に応じた透過率で透過し、概ね700nm以上の波長を有する光成分を概ね100%の透過率で透過する。
また、図5(b)に示すように、本実施形態に係るフォトダイオード131及び132の夫々は、概ね450nm程度の波長をピークとする感度特性を有しており、概ね300nmから700nm程度の波長を有する光成分に対して感度を有している。また、本実施形態に係るフォトダイオード131及び132の夫々は、概ね700nmから1200nm程度の波長を有する光成分に対しても相応に感度を有している。
再び図3及び図4において、フォトダイオード132には、図5(a)に示すフィルタ特性を有する赤色カラーフィルタ62を透過した環境光と、環境光以外の他の光(例えば、不図示のバックライト光等)とが入射する。このため、フォトダイオード132には、環境光のうちの赤外光の波長以上の波長を有する光成分(例えば、近赤外光成分等)と、環境光以外の他の光(例えば、バックライト光等)とが入射する。ここで、フォトダイオード132が図5(b)に示す分光感度特性を有しているため、フォトダイオード132には、環境温度に応じて変化する熱電流及び環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流(バックライト光電流)に加えて、環境光の近赤外光成分(例えば、700nmから1200nm程度の波長を有する光成分)を受光することで生ずる受光電流(近赤外光電流成分)の夫々が生ずる。
他方で、フォトダイオード131には、開口63を介して入射してくる環境光(つまり、赤色カラーフィルタ62を透過しない環境光であって、環境光そのもの)と、環境光以外の他の光(例えば、バックライト光等)とが入射する。従って、図5(b)に示す分光感度特性を有するフォトダイオード131には、フォトダイオード131周辺の環境温度に応じて変化する熱電流及び環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流(バックライト光電流)に加えて、環境光の可視光成分(例えば、300nmから700nm程度の波長を有する光成分)を受光することで生ずる受光電流(可視光電流成分)及び環境光の近赤外光成分(例えば、700nmから1200nm程度の波長を有する光成分)を受光することで生ずる受光電流(近赤外電流成分)の夫々が生ずる。
従って、光強度算出回路110には、フォトダイオード131における受光結果(つまり、熱電流、バックライト光電流、可視光電流成分及び近赤外電流成分)と、フォトダイオード132における受光結果(つまり、熱電流、バックライト光電流及び近赤外電流成分)との差分である「環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流(つまり、可視光電流成分)」が出力される。
ここで、図6を参照して、本実施形態に係る液晶装置1の比較例について説明する。ここに、図6は、比較例に係る液晶装置1aが備える光センサ部130の周辺の構成を概念的に示すブロック図である。
図6に示すように、比較例に係る液晶装置1aでは、フォトダイオード132に対向する対向基板20の領域部分には、本実施形態に係る赤色カラーフィルタ62に代えてブラックマトリクス61が設けられている。このため、比較例に係る液晶装置1aでは、フォトダイオード132には、環境光が入射することはなく、環境光以外の他の光(例えば、バックライト光等)のみが入射する。このため、フォトダイオード132には、フォトダイオード132周辺の環境温度に応じて変化する熱電流及び環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流(バックライト光電流)の夫々が生ずる。従って、比較例に係る液晶装置1aでは、光強度算出回路110には、フォトダイオード131における受光結果(つまり、熱電流、バックライト光電流、可視光電流成分及び近赤外電流成分)と、フォトダイオード132における受光結果(つまり、熱電流及びバックライト光電流)との差分である「環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流(つまり、可視光電流成分)」及び「環境光の近赤外光成分を受光することで生ずる受光電流(つまり、近赤外光電流成分)」が出力される。
このため、比較例に係る液晶装置1aでは、光強度算出回路110は、可視光電流成分及び近赤外光電流成分に基づいて環境光の光強度を算出すると共に、バックライトコントローラ120は、光強度算出回路110により算出される環境光の光強度(つまり、可視光電流成分及び近赤外光電流成分の夫々を含む環境光の光強度)に基づいて、バックライト141の輝度を調整する。しかしながら、人間の目に感知されない近赤外光成分に基づく受光電流が光センサ部130から光強度算出回路110に対して出力されるがゆえに、例えば、人間の目には感知されている環境光の光強度と光強度算出回路120により算出される環境光の光強度とが一致しなくなってしまいかねない。具体的には、例えば、周囲の環境(つまり、環境光)が「暗い」と人間の目には感知されている状況であっても、環境光の近赤外光成分に基づく受光電流が出力される分だけ相対的に明るい光強度が算出されてしまいかねない。このため、比較例に係る液晶装置1aでは、バックライト141の輝度を好適に調整することができない
しかるに、本実施形態に係る液晶装置1によれば、バックライト光やフォトダイオード131及び132自身の温度特性の影響のみならず、人間の目に感知されない近赤外光電流成分(具体的には、環境光の近赤外光電流成分)の影響を排除した受光電流を光センサ部130から光強度算出回路110に対して出力することができる。言い換えれば、フォトダイオード131及び132の夫々が近赤外光成分に対して感度を有している場合であっても、光センサ部130は、人間の目に感知されない近赤外光成分の影響を排除した受光電流(つまり、可視光電流成分)を光強度算出回路110に対して出力することができる。言い換えれば、フォトダイオード131及び132の夫々の個々の分光感度特性が、人間の目の比視感度特性と異なっている場合であっても、光センサ部130全体としての分光感度特性を、人間の目の比視感度特性に相対的に近づけることができる。例えば、周囲の環境(つまり、環境光)が「暗い」と人間の目には感知されている状況では、環境光が相対的に暗いことを示す受光電流を光センサ部130から光強度算出回路110に対して出力することができる。同様に、周囲の環境(つまり、環境光)が相対的に「明るい」と人間の目には感知されている状況では、環境光が相対的に明るいことを示す受光電流を光センサ部130から光強度算出回路110に対して出力することができる。従って、本実施形態に係る液晶装置1によれば、周囲の環境光の光強度を好適に検出することができる。その結果、バックライト141の輝度を好適に調整することができる。
加えて、本実施形態に係る液晶装置1では、環境光の近赤外光電流成分の影響を排除するために赤色カラーフィルタ62を用いている。このため、特別な製造工程を追加することなく或いは特別な材料を用いることなく、上述した液晶装置1の構成を実現することができる。従って、比較的容易に又は安価に上述した液晶装置1を実現することができる。
尚、フォトダイオード131及び132の夫々が近赤外光成分に対して感度を有している状況は、低温ポリシリコンプロセスによって形成されたPINダイオードをフォトダイオード131及び132として用いる場合に顕著になる。従って、本実施形態に係る液晶装置1は、低温ポリシリコンプロセスによって形成されたPINダイオードをフォトダイオード131及び132として用いる場合に特に顕著な効果を享受することができる。
尚、上述の説明では、フォトダイオード131及び132としてPINダイオードを用いる例について説明している。しかしながら、フォトダイオード131及び132としてPINダイオード以外の他のダイオード(例えば、MOS型トランジスタ等)を用いる場合であっても、上述した構成を採用することで上述した効果を享受することができる。また、ダイオードに限らず、その他の各種受光素子を用いる場合であっても、上述した構成を採用することで上述した効果を享受することができる。
尚、上述の説明では、光強度算出回路110及びバックライトコントローラ120の詳細な構成及び動作については、説明の簡略化のためにその詳細な説明を省略している。しかしながら、光強度算出回路110及びバックライトコントローラ120として、既存の液晶装置1等に用いられている任意の構成を採用してもよいことは言うまでもない。例えば、光強度算出回路110及びバックライトコントローラ120の一例として、特開2007−205902号公報に開示されている構成を採用しても良い。
尚、上述した実施形態では液晶パネルとして、TN(ツイスト・ネマティック)、ECB(複屈折電界効果)、VA(垂直配向)などの縦電界の構成として記載しているが、IPS(イン・プレーン・スイチッチング)及びFFS(フリンジ・フィールド・スイッチング)としても、上述した各種効果を享受できる。
また、上述した実施形態では、第1受光素子における受光結果と第2受光素子における受光結果との差分に基づいて、環境光の可視光成分を検出する構成として、フォトダイオード131とフォトダイオード132とを直列に接続し、該フォトダイオード131とフォトダイオード132の間に光強度算出回路110の入力端子を電気的に接続し、該光強度算出回路110により環境光の可視光成分を検出する構成を記載しているが、この構成に限定されるものではなく、図7を参照して他の構成例を説明する。尚、上述した液晶装置1と同様の構成については、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
図7に示すように、フォトダイオード131には、光強度算出回路110aが接続され、フォトダイオード132には、光強度算出回路110bがそれぞれ接続される。従って、光強度算出回路110aには、フォトダイオード131の環境温度に応じた熱電流、環境光以外の他の光(バックライト光等)を受光することで生ずる受光電流、環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流及び環境光の近赤外光成分を受光することで生ずる受光電流の合計が入力され、該入力された電流に基づいて光強度が算出される。他方、光強度算出回路110bには、フォトダイオード132の環境温度に応じた熱電流、環境光以外の他の光(バックライト光等)を受光することで生ずる受光電流、環境光の近赤外光成分を受光することで生ずる受光電流の合計が入力され、該入力された電流に基づいて光強度が算出される。光強度算出回路110a及び110bで算出された光強度は、それぞれ差分演算回路111に入力され、該差分演算回路111は、両方の光強度の差分に基づいて、外部から液晶装置1に対して入射してくる環境光(より具体的には、バックライト光等以外の外光)の光強度を算出する。算出された環境光の光強度は、バックライトコントローラ120へ出力される。この構成によれば、フォトダイオード131とフォトダイオード132とは、直列に接続されないので、TFTアレイ基板上にレイアウトする際に両者間の配線を考慮する必要がなく、レイアウト性が向上する。
(3)第1変形例
続いて、図8を参照して、本実施形態に係る液晶装置1の第1変形例について説明する。ここに、図8は、第1変形例に係る液晶装置2の光センサ部130のより具体的な構成を概念的に示す断面図である。尚、上述した液晶装置1と同様の構成については、同一の参照符号を付してその詳細な説明については省略する。
図8に示すように、第1変形例に係る液晶装置2は、上述した液晶装置1と概ね同一の構成を有している。第1変形例に係る液晶装置2では特に、上述した液晶装置1と比較して、フォトダイオード131に対向する対向基板20の領域部分には、開口63に代えて緑色カラーフィルタ64が設けられている。
ここで、図9を参照して、緑色カラーフィルタ64のフィルタ特性について説明する。ここに、図9は、緑色カラーフィルタ64のフィルタ特性を示すグラフである。
図9に示すように、緑色カラーフィルタ64は、主として緑色光成分に加えて、赤色光の波長よりも長い波長を有する光成分(例えば、近赤外光成分)を透過すると共に、それ以外の光成分を遮断する特性を有している。より具体的には、緑色カラーフィルタ64は、概ね450nm以下の波長の光成分を遮断し、概ね450nmから650nm程度の波長の光成分を波長に応じた透過率で透過し、概ね650nm程度の波長の光成分を遮断し、概ね650nmから900nm程度の波長の光成分を波長に応じた透過率で透過し、概ね950nm以上の波長の光成分を概ね100%の透過率で透過する。
このため、フォトダイオード131には、図9に示すフィルタ特性を有する緑色カラーフィルタ64を透過した環境光と、環境光以外の他の光(例えば、バックライト光等)とが入射する。このため、フォトダイオード131には、環境光のうちの緑色光付近の波長を有する光成分(例えば、可視光成分等)と、環境光のうちの赤外光の波長以上の波長を有する光成分(例えば、近赤外光成分等)と、環境光以外の他の光(例えば、バックライト光等)とが入射する。従って、フォトダイオード131には、フォトダイオード131周辺の環境温度応じて生ずる熱電流及び環境光以外の他の光を受光することで生ずる受光電流(バックライト光電流)に加えて、環境光の可視光成分(例えば、450nmから650nm程度の波長を有する光成分)を受光することで生ずる受光電流(可視光電流成分)及び環境光の近赤外光成分(例えば、700nmから1200nm程度の波長を有する光成分)を受光することで生ずる受光電流(近赤外光電流成分)の夫々が生ずる。
従って、光強度算出回路110には、フォトダイオード131における受光結果(つまり、熱電流、バックライト光電流、可視光電流成分及び近赤外電流成分)と、フォトダイオード132における受光結果(つまり、熱電流、バックライト光電流及び近赤外電流成分)との差分である「環境光の可視光成分を受光することで生ずる受光電流(つまり、可視光電流成分)」が出力される。従って、第1変形例に係る液晶装置2によれば、上述した液晶装置1と同様に、周囲の環境光の光強度を好適に検出することができる。その結果、バックライト141の輝度を好適に調整することができる。
特に、第1変形例では、フォトダイオード131には、緑色カラーフィルタ64を透過した環境光が入射する。ここで、緑色カラーフィルタ64の分光感度特性が、人間の目の比視感度特性に相対的に近いことを考慮すれば、第1変形例に係る液晶装置2では、人間の目の比視感度特性に応じた環境光の可視光電流成分を光センサ部130から光強度算出回路110に対して出力することができる。つまり、光センサ部130全体としての分光感度特性(特に、光センサ部130全体の環境光に対する分光感度特性)を、人間の目の比視感度特性に相対的に近づけることができる。従って、周囲の環境光の光強度をより好適に検出することができる。その結果、バックライト141の輝度をより好適に調整することができる。
加えて、第1変形例に係る液晶装置2では、光センサ部130全体の分光感度特性を人間の目の比視感度特性に近づけるために緑色カラーフィルタ64を用いている。このため、特別な製造工程を追加することなく或いは特別な材料を用いることなく、上述した液晶装置2の構成を実現することができる。従って、比較的容易に又は安価に上述した液晶装置2を実現することができる。
(4)第2変形例
続いて、図10を参照して、本実施形態に係る液晶装置1の第2変形例について説明する。ここに、図10は、第2変形例に係る液晶装置3の光センサ部130のより具体的な構成を概念的に示す断面図である。尚、上述した液晶装置1又は液晶装置2と同様の構成については、同一の参照符号を付してその詳細な説明については省略する。
図10に示すように、第2変形例に係る液晶装置3は、上述した第1変形例に係る液晶装置2と概ね同一の構成を有している。第2変形例に係る液晶装置3では特に、第1変形例に係る液晶装置2と比較して、フォトダイオード132に対向する対向基板20の領域部分には、赤色カラーフィルタ62に加えて緑色カラーフィルタ65が更に設けられている。この緑色カラーフィルタ65は、上述した緑色カラーフィルタ64と同一のカラーフィルタであってもよい。
このような構成を有する液晶装置3によれば、上記第1変形例のように、赤色カラーフィルタ62のみの場合に、フォトダイオード131とフォトダイオード132の検出結果の差分として検出することができなかった概ね500nmから700nm以下の可視光成分を、差分として検出することが可能になるので、周囲の環境光の光強度をより好適に検出することができる。例えば、560nm前後の可視光におけるカラーフィルタの透過率は、緑色カラーフィルタ65が40%程度、赤色カラーフィルタ62が20%程度のため、フォトダイオード132において、560nm前後の可視光は、緑色カラーフィルタ65と赤色カラーフィルタ62を透過することで、最終的には、8%程度の光が受光されることになる。これに対して、フォトダイオード131において、560nm前後の可視光は、緑色カラーフィルタ64の透過率に応じた40%程度の光が受光されることになる。従って、560nm前後の可視光においては、フォトダイオード131における受光結果とフォトダイオード132における受光結果に差分が生じるので、この差分が生じた分を環境光成分として検出することが可能になるので、周囲の環境光の光強度をより好適に検出することができるのである。その結果、バックライト141の輝度をより好適に調整することができる。
特に、第2変形例に係る液晶装置3では、フォトダイオード131及び132の夫々には共に、緑色カラーフィルタ64又は65を透過した環境光が入射する。このため、フォトダイオード131における受光結果とフォトダイオード132における受光結果との差分である「環境光の可視光電流成分(特に、人間の目の比視感度特性に応じた環境光の可視光電流成分)を受光することで生ずる受光電流」をより一層高精度に検出することができる。
尚、好ましくは、緑色カラーフィルタ65は、環境光が液晶装置3に入射する側から見て赤色カラーフィルタ62の手前側に位置するように設けられることが好ましい。つまり、液晶装置3の外側に緑色カラーフィルタ65が位置するように緑色カラーフィルタ65が設けられることが好ましい。これにより、液晶装置3の外観(特に、フォトダイオード131及び132の夫々が配置される部分の外観)を、緑色カラーフィルタの外観に統一することができる。
(5)電子機器
続いて、図11及び図12を参照しながら、上述の液晶装置1を具備してなる電子機器の例を説明する。
図11は、上述した液晶装置1が適用されたモバイル型のパーソナルコンピュータの斜視図である。図11において、コンピュータ1200は、キーボード1202を備えた本体部1204と、上述した液晶装置1を含んでなる液晶表示ユニット1206とから構成されている。液晶表示ユニット1206は、液晶装置1の背面にバックライトを付加することにより構成されている。
次に、上述した液晶装置1を携帯電話に適用した例について説明する。図12は、電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。図12において、携帯電話1300は、複数の操作ボタン1302とともに、半透過反射型の表示形式を採用し、且つ上述した液晶装置1と同様の構成を有する液晶装置1005を備えている。
これらの電子機器においても、上述した液晶装置1を含んでいるため、上述した各種効果を好適に享受することができる。
尚、図11及び図12を参照して説明した電子機器の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた直視型の液晶装置を備える装置等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に対して、上述した液晶装置1を適用可能なのは言うまでもない。
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なう光検出装置、電気光学装置及び電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
実施形態に係る液晶装置の構成を示す平面図である。 図1のH−H’断面図である。 光センサ部のより具体的な構成を概念的に示す断面図である。 光センサ部の周辺の構成を概念的に示すブロック図である。 赤色カラーフィルタのフィルタ特性及び本実施形態に係るフォトダイオード(つまり、低温ポリシリコンプロセスにより形成されるPINダイオード)の分光感度特性の夫々を示すグラフである。 比較例に係る液晶装置が備える光センサ部の周辺の構成を概念的に示すブロック図である。 光センサ部の周辺の他の構成を概念的に示すブロック図である。 第1変形例に係る液晶装置の光センサ部のより具体的な構成を概念的に示す断面図である。 緑色カラーフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 第2変形例に係る液晶装置の光センサ部のより具体的な構成を概念的に示す断面図である。 液晶装置が適用されたモバイル型のパーソナルコンピュータの斜視図である。 液晶装置が適用された携帯電話の斜視図である。
符号の説明
1…液晶装置、62…赤色カラーフィルタ、63…開口、64…緑色カラーフィルタ、65…緑色カラーフィルタ、110…光強度検出回路、120…バックライトコントローラ、130…光センサ部、131…フォトダイオード、132…フォトダイオード、140…バックライトモジュール、141…バックライト

Claims (7)

  1. 環境光を含む光を受光する第1受光素子と、
    前記第1受光素子と直列に接続され、前記環境光を含む光を受光する第2受光素子と、
    前記第1受光素子と前記第2受光素子とを接続する配線と、
    前記環境光が前記第2受光素子に入射する光路に配置される赤色カラーフィルタと、
    前記環境光が前記第1受光素子に入射する光路に配置される第1の緑色カラーフィルタと、
    前記環境光が前記第2受光素子に入射する光路に配置される第2の緑色カラーフィルタと、
    前記配線に流れる電流から、前記第1受光素子における受光結果と前記第2受光素子における受光結果との差分を検出し、検出結果から前記環境光の光強度を算出する検出回路と、
    を備え
    前記第2の緑色カラーフィルタは、前記環境光が前記第2受光素子に入射する側から見て前記赤色カラーフィルタの手前側に位置す
    ことを特徴とする光検出装置。
  2. 前記第1及び第2受光素子は、P型の第1半導体層、第2半導体層、及びn型の第3半導体層が接合されたPINダイオードであり、
    前記第1受光素子の第1半導体層は、高位電源と電気的に接続されており、
    前記第1受光素子の第3半導体層は、前記配線を介して前記第2受光素子の第1半導体層と電気的に接続されており、
    前記第2受光素子の第3半導体層は、低位電源と電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の光検出装置。
  3. 前記検出回路は、前記第1受光素子における受光結果と前記第2受光素子における受光結果との差分に基づいて、前記環境光の可視光成分を検出する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光検出装置。
  4. 前記第1受光素子及び前記第2受光素子の夫々が低温ポリシリコンプロセスにより基板上に形成された
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の光検出装置。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の光検出装置を備える
    ことを特徴とする電気光学装置。
  6. 前記電気光学装置に対して光を供給する光源と、
    前記第1受光素子における検出結果と前記第2受光素子における検出結果との差分に基づいて、前記光源の光量を制御する調整回路と
    を備える
    ことを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。
  7. 請求項5又は6に記載の電気光学装置を備える
    ことを特徴とする電子機器。
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