反射型液晶显示装置的制作方法
专利名称：反射型液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在液晶显示屏的前面具有前光源的反射型液晶显示装置。
背景技术：
图12为示出现有的反射型液晶显示装置的结构的图。图中，液晶显示屏1001由像素矩阵1005、扫描驱动器电路1008、数据驱动器电路1009构成，构成像素矩阵1005的各像素由像素TFT(薄膜晶体管)1002、液晶1003、辅助电容1004构成。像素矩阵1005的各TFT1002的栅通过扫描线1006连接，通过扫描驱动器电路1008扫描。像素矩阵1005的各TFT1002的源与数据线1007连接，通过该数据线把来自数据驱动器电路1009的信号写入各液晶1003。作为外部电路包括对从外部输入的图像信号进行处理的图像信号处理电路1016；对扫描驱动器电路1008和数据驱动器电路1009进行控制的驱动器控制电路1017；以及基于同步信号对设置在液晶显示屏的前面的、作为前光源1019的光源的LED1020进行驱动的LED驱动电路1021。
其次，说明其工作。输入的图像信号输入到图像信号处理电路1016，作为规定的定时的R、G、B数据输出到数据驱动器电路1009。此外，在驱动器控制电路1017中，基于输入的同步信号，生成用于控制扫描驱动器电路1008和数据驱动器电路1009的控制信号。
在数据驱动器电路1009中，首先，利用输入的起动脉冲STH和移位时钟CLKH来产生移位脉冲。然后，利用上述移位脉冲依次锁存1行的RGB数据，由此，作为1行数据进行展开。在利用共同的锁存脉冲LP进而锁存已锁存的RGB数据之后，将其变换成模拟信号，送到各数据线。
另一方面，在扫描驱动器电路1008中，利用输入的起动脉冲STV和移位时钟CLKV依次产生移位脉冲，成为对扫描线进行扫描的信号。
在构成像素矩阵1005的各像素电路中，当通过扫描驱动器电路1008扫描该TFT2的扫描线1006时，TFT1005成为导通状态。然后，通过数据驱动器电路1009输出到各数据线1007的、该显示行的模拟信号，通过TFT1002施加到液晶1003和辅助电容1004。TFT1002的漏与反射电极(未图示)连接，把对应于通过TFT1002施加的电压与透明相对电极的电压之差的电压施加到液晶1003，通过示出对应于该电压的光学响应，各像素RGB点的反射率成为根据RGB数据而变化。通过这样做，进行到显示面的显示。
另一方面，设置在液晶显示屏1的前面的、作为前光源1019的光源的LED1020，通过LED驱动器电路1021进行驱动，以使正向电流流动而发光。一般是，前光源1019，特别是在如室内那样向液晶显示屏1001入射的外光弱的使用环境中，作为辅助光源来使用。
此外，在例如特开平5-158034号公报中示出的另一现有的反射型液晶显示装置中，把液晶显示元件配置在一对偏振片间而构成，进而，在液晶显示元件与每一片偏振片之间夹着空气层来配置导光板，在该导光板的对置的侧面的外侧分别配置灯。
由此公开了，可以把由导光板和光源构成的光源装置设置在液晶显示元件的前面(显示面)侧，在光源点亮时可进行均匀的良好的照明，在光源熄灭时导光板成为透明的，不成为外光入射的障碍，实现良好的显示。
此外，公开了在特开平4-174819号公报中示出的现有的透射型液晶显示装置中，设置有存储器，其输入从另外设置的光检测器输出的光检测信号，预先存储光检测信号与光强度的相关值；以及控制器5，其根据从该存储器输出的信号来调节背光源的光强度的情况。
如上所述，在具有现有的前光源(由设置在液晶显示元件的前面(显示面)侧的导光板和光源构成的光源装置)的反射型液晶显示装置中，由于前光源的发光强度是恒定的，故从装置外部照射的外光变化时，显示面照度受其影响而变化，存在着显示亮度变化的问题。
此外，在比较亮的使用环境中，在即使是用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，由于前光源的发光量是恒定的，故存着前光源中消耗无用的电力的问题。
进而，在具有背光源的透射型液晶显示装置中，需要预先存储外光强度的检测结构与背光源的发光量的关系的存储器，存在着电路规模增大的问题。
本发明正是为了解决上述现有的问题而提出的，其目的在于得到即使从装置外部照射的外光强度变化，也自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳显示亮度的反射型液晶显示装置。
发明内容
本发明第1结构的反射型液晶显示装置，由于包括通过反射来自显示面的入射光而进行显示的液晶显示屏；从上述显示面的前面照射光的照明单元；设置在上述显示面附近，检测上述显示面的照度的光检测单元；以及基于通过上述光检测单元检测出的上述显示面照度的检测结果，对上述照明单元的发光强度进行控制的照明控制单元，故可以把显示面照度控制成所希望的值，即使从装置外部照射的外光强度变化，也能自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度。此外，在比较亮的使用环境中，在用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，可以减小前光源的发光量来抑制前光源中无用的电力消耗。进而，由于不需要使用预先存储显示面照度与前光源发光量的关系的存储器，故用简单的结构就能够容易地实现自动调光。
此外，在本发明第2结构的反射型液晶显示装置中，由于在第1结构中在像素矩阵附近的阵列基板上形成光检测单元，故能忠实地检测显示面照度，可以抑制前光源的调光误差。此外，不需要设置与液晶屏分体的光检测单元，可以防止装置尺寸的增大。
在本发明第3结构的反射型液晶显示装置中，由于在第2结构中像素用薄膜晶体管由低温多晶硅形成，光检测单元的受光元件由非晶硅形成，故可以把受光元件与液晶屏作成一体化，不需要与液晶屏分开另外设置光检测单元，可以防止装置尺寸的增大。
在本发明第4结构的反射型显示装置中，由于在第2结构中，在与受光元件的受光部对应的位置上具有黑矩阵层非形成部，故即使在显示面周边部黑矩阵层的正下方的TFT阵列基板上形成受光元件，受光元件也可以受光，可以抑制液晶显示屏和液晶显示装置尺寸的增大。
在本发明第5结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第2结构中在与表面区域与黑矩阵层的间隙对应的位置上形成了受光元件的受光部，故液晶显示屏的尺寸不因形成受光元件而向周边扩展且可以抑制液晶显示装置尺寸的增大。
在本发明第6结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第3结构中构成为，把第1电位供给到由受光元件和与其串联连接、在阵列基板上形成的电阻元件所构成的元件对的一端，把第2电位供给到另一端，与此同时，受光元件的电阻值随受光元件的受光部上的照度变化，把由此产生的受光元件和电阻元件的连接点电位作为受光元件的受光部上的照度检测结果来输出，故可以用简单的结构把受光元件的电阻变化作为照度检测结构取出。
在本发明第7结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第6结构中构成为，对于受光元件和电阻元件的连接点电位相对于受光元件的受光部上的照度的非线性进行校正，基于校正后的结果来控制前光源的发光强度，故能够排除上述非线性对于控制前光源发光强度的系统的影响，因此，可以把显示面照度控制成恒定的，可以自动地保持最佳的显示亮度。
在本发明第8结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第1结构中在照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为大致恒定，故即使从装置外部照射的外光强度变化，也能自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持恒定的显示亮度。
在本发明第9结构的反射型液晶显示装置中，由于在照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为对应于外光照度的照度，即，外光照度变大时显示面照度变大，故可以自动地保持最佳的显示亮度。
图1为示出本发明第1实施方式的液晶显示装置的电路结构的图；图2为用于示出液晶显示装置的液晶显示屏和前光源的结构的展开结构图；图3为用于示出本实施方式的液晶显示装置中的受光元件位置的图，图中，(a)为示出液晶显示屏与前光源的位置关系的平面图；(b)为从(a)右方看到的右侧视图；图4为示出TFT阵列基板和滤色基板的结构的剖面图；图5为示出第1实施方式的显示面的照度特性的图，图中，(a)为示出显示面照度与受光元件的电导的关系的图，图中，(b)为示出显示面照度与电压Vm(受光元件-基准电阻连接点的电压)的关系的图；图6为示出前光源的控制系统的图；图7为示出第1实施方式的外光照度Ea、照明照度El、显示面照度Eo的关系的图；图8为用于示出第2实施方式的液晶显示装置中的受光元件位置的图，图中，(a)为示出液晶显示屏与前光源的位置关系的平面图；(b)为从(a)的右方看到的右侧视图；图9为示出第3实施方式中的前光源的控制系统的图；图10为示出第3实施方式的可变增益要素53的增益特性的图；图11为示出第3实施方式的外光照度Ea、照明照度El、显示面照度Eo的关系的图；图12为示出现有的液晶显示装置的电路结构的图。
具体实施例方式
本发明，在反射型液晶显示装置中，为了即使外光强度变化对前光源的发光量也自动地进行调光而总是保持为最佳的显示亮度，把光传感器与屏形成为一体，由此实现了这一点。即，由于设置在显示面附近的光传感器检测包含使光从显示面的前面照射的照明单元(前光源)和外光这二者的照度，基于其结果来调整照明单元的发光强度，故即使显示面的外光强度变化或者改变使用环境，也能够得到最佳的亮度。利用简单的结构通过光传感器来计测显示面的照度，另一方面，由于能够经常计测，故可容易地跟随照度变化。
下面，基于附图，说明本发明的具体实施方式
。
(实施方式1)图1为示出用于实施本发明的实施方式1的反射型液晶显示装置的结构的图。图中，液晶显示屏1包括具有像素TFT(薄膜晶体管)2、液晶3、辅助电容4的像素矩阵5；对与像素矩阵5的各像素TFT2的栅连接的扫描线6进行扫描的扫描驱动器电路8；把向液晶3写入的信号提供到与像素矩阵5的各像素TFT2的源连接的数据线7的数据驱动器电路9；以及光传感器10。该光传感器10具有受光元件11、基准电阻元件12、缓冲电路13，来自缓冲电路13的信号通过选择电路14输出到A/D变换电路15。作为外部电路包括对从外部输入的图像信号进行处理的图像信号处理电路16；对扫描驱动器电路8和数据驱动器电路9进行控制的驱动器控制电路17；把电源供给到显示装置的各部的电源电路18；对设置在显示屏的显示前面的、作为前光源19的光源LED20进行驱动的LED驱动器电路21；以及对该LED驱动器电路21进行控制的照明控制电路22。
再有，在此，构成像素矩阵5的各像素具有与TFT2的漏连接的反射电极(未图示)，液晶显示屏1是通过把到显示面的入射光反射而显示图像的反射型液晶屏。此外，像素TFT2、扫描驱动器电路8、数据驱动器电路9、选择电路14、A/D变换电路15利用低温多晶硅TFT(低温多硅TFT)在后述的TFT阵列基板30上构成。
此外，像素TFT2的源和漏随流过的电流方向不同而不同，但是，为了方便起见，把与数据线7连接的一方作为源，进行说明。
图2为用于示出构成液晶显示装置的液晶显示屏1和配置在其显示前面的前光源19的概略结构的展开结构图。首先，说明液晶显示屏1的结构。在TFT阵列基板30上、在玻璃基板之上，形成像素矩阵5、栅驱动器电路8、数据驱动器电路9、光传感器10、选择电路14、A/D变换电路15、连接端子40，然后，形成各种布线(图2中，未图示选择电路14、A/D变换电路15)。然后，在滤色基板31上形成滤色片、黑矩阵、共同透明电极等。然后，通过用密封剂密封TFT阵列基板30与滤色基板31的周围而构成液晶单元之后，从液晶单元注入口注入液晶材料，并进行密封。这样，利用TFT阵列基板30和滤色基板31夹住液晶材料，进而把偏振片32粘接到滤色基板32之上。再有，通过FPC(柔性印刷电路)把TFT阵列基板30的连接端子40电连接到另外设置的电路基板(未图示)。
另一方面，前光源19如下述那样来构成。把LED20安装在基板33之上，从基板33的连接端子(未图示)电连接到安装在另外设置的电路基板(未图示)上的LED驱动器电路21。在此，LED使用2个芯片状的白色LED。把这2个LED20的发光面配设在光波导34的2个入射面的每一个附近或者接触配设，发自LED20的光通过光波导34向导光板35的波导侧的入射面入射，通过导光板35，把光照射到液晶显示屏1的显示面方向上。
图3为示出液晶显示屏1与前光源19的位置关系的图，图中，(a)为平面图；(b)为从(a)右侧方看到的右侧视图。通过夹具(未图示)把液晶显示屏1和前光源19固定在液晶显示屏1的显示面之上，以使前光源19的导光板35的射出面与该显示面接近。此时，利用隔片37把液晶显示屏1与前光源19的导光板35的间隙保持为恒定。
在此，把光传感器10作成例如具有4个，把各光传感器10的受光元件11的受光部配置在像素矩阵5外周部的四个角附近。
此外，在对应于受光元件11的位置上不形成在滤色基板31的内表面侧(下侧)形成的黑矩阵层36，以便能够接受从前光源19到显示面的入射光和从显示装置周围照射到显示面的外光。38为其黑矩阵非形成部。
图4为用于示出在TFT阵列基板30上形成的光传感器10和在滤色基板31上形成的黑矩阵层36的结构的局部剖面模式图。
首先，在玻璃基板100上形成由例如激光结晶化的多晶硅膜101、由SiO2膜构成的栅绝缘膜102、由金属膜构成的栅极103、在多晶硅膜101中注入磷离子的源/漏区104构成的多晶硅TFT114。进而，形成覆盖多晶硅TFT114的由SiO2膜构成的层间绝缘膜105。
此外，在形成栅极103时，形成驱动电压布线106和接地布线107。
在层间绝缘膜105上以与多晶硅TFT114不重叠的方式形成非晶硅膜108。再有，在非晶硅膜108的紧贴它的正下方通过层间绝缘膜105形成遮光用金属膜109。然后，把离子注入到非晶硅膜108的电极形成部110中。
在层间绝缘膜105上适当设置用于连接电极和布线的接触孔。
为了连接薄膜晶体管与非晶硅膜、驱动电压布线、接地布线，形成连接上述接触孔与上述非晶硅膜的离子注入部的金属膜111，进而，在其上层形成由SiN构成的绝缘膜112。然后，在作为基准电阻元件的非晶硅膜上形成遮光用金属膜113。
此外，在滤色基板31的内表面(下表面)上形成黑矩阵层36。该黑矩阵层36在显示面的边缘上形成，以便包围对应于上述像素矩阵5的显示面。此外，在对应于上述像素矩阵5的各像素间的部分、进而在形成各像素的R(红)G(绿)B(蓝)点之间，也形成黑矩阵层36。进而，在黑矩阵层36的表面上，夹着保护层61形成透明电极层62。
在此，在对应于构成受光元件11的非晶硅膜108的部分上，如上述那样，以不妨碍非晶硅膜108接受来自前光源19和外光的照射光的方式，设置不形成黑矩阵层36的黑矩阵非形成部38。
其次，说明这样形成的光传感器10的工作。
如上述那样，受光元件11和基准电阻元件12的一端相连接，受光元件12的另一端连接到驱动布线，此外，基准电阻元件12的另一端与接地布线连接。这样，受光元件11与基准电阻元件12串联连接。
在此，若受光元件11的电阻值为Rs，基准电阻元件12的电阻值为Rr，驱动布线的施加电压为Vd，受光元件11与基准电阻元件12的连接点的电压为Vm，则Vm可表示为下式(1)，Vm＝Vd×Rr/(Rs+Rr)...(1)根据发明人的实验结果，关于构成受光元件11的非晶硅膜48，确认了，具有受光元件11的电导相对于照射光的照度以大致线性关系增大的特性，如图5中(a)所示的那样。在该例中，构成受光元件11的栅极宽度W＝100μm，栅极长度L＝20μm。
对于这样的特性的受光元件，受光元件11与基准电阻元件12的连接点的电压Vm相对于照射光的照度为以大致线性关系增大的特性，如图5中(b)所示的那样。在该例中，示出了设定为基准电阻12的电阻值Rr＝100MΩ，驱动线的施加电压Vd＝5V的情况。
根据上式(1)示出的关系，受光元件11与基准电阻元件12的连接点电压Vm对于照射光强度的灵敏度，随Rr增大而变高。
在灵敏度过低的情况下，考虑到下一级缓冲电路13等的增益和偏置的离散性等，显示面照度的检测误差变大，此外，在灵敏度过高的情况下，检测的动态范围变小。
考虑到这些情况，适当地选定构成受光元件11和基准电阻元件12的栅极宽度W和栅极长度L，由此来设定检测灵敏度。
其次，以图1为基础，说明本实施方式的液晶显示装置的工作。首先，简单地说明使用像素矩阵5的显示工作。
输入的图像信号IDATA输入到图像信号处理电路16，作为规定的定时的R、G、B数据输出到数据驱动器电路9。此外，在驱动器控制电路17中，基于输入的同步信号SYNC，生成用于控制扫描驱动器电路8和数据驱动器电路9的控制信号。
在数据驱动器电路9中，首先，利用输入的起动脉冲STH和移位时钟CLKH产生移位脉冲。然后，利用上述移位脉冲依次锁存1行的RGB数据，由此，作为1行数据进行展开。在利用共同的锁存脉冲LP进而锁存已锁存的RGB数据之后，将其变换成模拟信号，送到各数据线。
另一方面，在扫描驱动器电路8中，利用输入的起动脉冲STV和移位时钟CLKV依次产生移位脉冲，作为对扫描线进行扫描的信号。
在构成像素矩阵5的各像素电路中，当通过扫描驱动器电路8扫描该TFT2的扫描线6时，像素TFT2成为导通状态。然后，通过数据驱动器电路9输出到各数据线7的、该显示行的模拟信号，通过像素TFT2施加到液晶3和辅助电容4。像素TFT2的漏与反射电极(未图示)连接，把与通过像素TFT2施加的电压与透明相对电极62的电压之差对应的电压施加到被反射电极与图4示出的透明相对电极62夹住的液晶3，通过示出对应于该电压的光学响应，各像素RGB点的反射率成为根据RGB数据而变化。其结果，来自液晶显示屏1的显示面的入射光被构成像素矩阵5的像素电路的反射电极反射，成为对应于RGB数据的显示光。通过这样做，进行到显示面的显示。
电源电路18基于从装置外部供给的电源PS，把规定电压的电源供给到液晶显示屏1和LED驱动器电路21。再有，图像信号处理电路16、驱动器控制电路17和照明控制电路22是利用从外部供给到液晶显示装置的电源PS而工作的电路。
其次，说明基于利用构成光传感器10的受光元件11检测出的显示面照度的前光源19的调光工作。如上述那样，受光元件11与基准电阻元件12的连接点的电压Vm通过缓冲电路13送到选择电路14。
在此，在本实施方式中，把4个光传感器10配置在液晶显示屏1的四个角附近。
送到选择电路14的各光传感器10的输出信号，通过选择电路14输入到A/D变换电路15。在此，照明控制电路22基于输入到装置的同步信号产生选择切换信号SEL，切换选择电路14的连接。在此，利用选择电路14以左上→左下→右上→右下的顺序切换光传感器10的输出信号，输入到A/D变换电路15。A/D变换电路15对于输入的光传感器10输出信号依次进行A/D变换，与利用照明控制电路22产生的串行时钟同步地作为串行数字数据输入到照明控制电路22。通过这样做，把利用受光元件11检测出的、表示显示面照度的数字照度检测信号SS输入到照明控制电路22。
这样，由于利用选择电路14切换来自各光传感器10的输出信号并将其输入到A/D变换电路15，故可以共同使用A/D变换电路15，能够抑制液晶显示屏1的尺寸增大。进而，由于把A/D变换电路15的输出作为串行数字数据输出，故与作为并行数据输出的情况相比较，可以减少用于从液晶显示屏1取出的端子个数。
照明控制电路22基于表示显示面照度的数字照度信号，通过LED驱动器电路21，控制作为前光源19的光源的LED20的发光量，以使显示面照度成为大致恒定。
在此，由于本实施方式的液晶显示装置是利用照射到显示面的光在显示面上的反射光进行显示的反射型液晶显示装置，故通过控制显示面照度能够控制显示面的亮度。
此时，照明控制装置22根据从外部输入到装置的调光级设定信号LLSET来切换作为控制对象的显示面照度的大小，即调光级。这是为了做到能够根据使用装置的用户的爱好来变更显示亮度。再有，把调光级设定成若干级和连续地进行设定都可以，但是，在此，为了简单起见，说明通过调光级设定信号把照明的调光级设定成3级的例子。
其次，说明控制显示面照度的方法。图6示出前光源19控制系统的结构，它形成一种反馈控制系统。把来自作为前光源19的光源的LED20的光照射显示面X时的照度(照明照度)El、与利用例如使用装置的室内照明等从装置外部照射显示面时的照度Ea在显示面上合成的结果作为显示面照度Eo，该显示面照度Eo作为控制对象。
如上述那样，利用光传感器10检测该显示面照度Eo，利用A/D变换电路14把检测结果变成数字照度检测信号。
在此，在图5示出的例子中，受光元件11与基准电阻元件12的连接点电压Vm，即光传感器10的照度检测信号相对于显示面照度Eo的特性为大致线性的特性，但是，为了进一步提高线性，在照明控制电路22中通过增益要素50校正增益之后，得到校正数字照度检测信号s。
在光传感器10的照度检测信号相对于显示面照度Eo的特性的非线性不成问题的情况下，当然可以省略增益要素50。
在本实施方式中，具有4个光传感器10，但是，首先，对每一个光传感器10以规定的时间间隔几次取得数字照度检测信号，再得到校正数字照度检测信号的时间平均值，进而得到其个数的平均值(在该情况下，为4个的平均值)。由此，可提高显示面照度的检测精度。
在使用前光源的情况下，如上述那样，把前光源配置在显示面之上，由于通常还在其上方配设盖板(窗口)，故有时显示面处于相当深的位置上，因此，可以认为，配置在显示面周边部的受光元件成为安装显示装置的信息设备等框体的影子，妨碍周边外光的接受。
在此，由于取4个光传感器10的平均值，故即使在假定1个光传感器10的受光部成为框体等的影子而不能检测本来的显示面照度的情况下，也能够抑制由此引起的检测精度的降低。
另一方面，照明控制电路22基于根据用户的爱好从外部输入的照明调光级设定信号，切换控制目标u并将其设定在误差检测要素51中。在误差检测要素51中，得到对于控制目标u的校正数字照度检测信号s的误差e。然后，在变更可变增盖要素52的增益以使误差e减小之后，把LED控制信号d送到LED驱动器电路21。
在此，通过使发光占空比(点亮/不点亮的占空比)变化来进行LED20发光量的调整。从而，把LED控制信号d作为PWM(脉冲宽度调制)信号送到LED驱动器电路21。
然后，LED驱动器电路21基于驱动器控制信号d表示的发光占空比控制LED20的正向电流的导通/截止，由此来控制LED20的发光/不发光(亮点/不点亮)。
再有，把LED20的亮灭频率选定为例如几百kHz以上充分高的频率，以便不能作为显示面上的亮度变化即闪烁用眼看到。
图7示出利用上述那样构成的控制系统的控制例，但外光照度Ea与前光源19的照明照度EL的关系大致如本图所示那样。图中，用实线示出照明照度El，用虚线示出显示面照度Eo。
在此，示出照明设定级为(暗)-(中间)-(亮)这3级的情况。
如图所示那样，对于从外部通过各调光级设定信号设定的调光级u，在外光照度为某一值(图中Ex)以上的范围内，外光照度Ea如果增大则起作用，以使照明照度El降低，作为结果，显示面照度Eo作为对应于照明调光级设定信号的规定值保持为大致恒定。
在此，考虑照明控制的控制范围。该范围主要取决于光传感器10的显示面照度Eo的检测范围和LED20的发光量控制范围。反射型液晶显示装置的情况与透射型液晶显示装置或自发光型显示装置不同，在外光强的使用环境中显示面照度大时还不如透射型或自发光型能够显示得更亮。从而，在显示面照度Eo在得到某一级以上的使用环境中，当然不需要前光源19的照明，只用外光就能够充分亮地显示。
由此可知，在室内比较暗的使用环境中，前光源19的照明控制才是需要的。
另一方面，由照明控制决定的显示面照度Eo的控制上限是对应于把照明熄灭时的外光照度的值(图7中，Eyl-Ey3)。
换言之，外光照度Ea在Ex以下时有必要把照明照度El设定为最大，伴随着外光照度Ea的增加，控制照明照度El以确保所希望的显示面照度Eo。外光照度充分大，即在充分亮的环境中(Eyl-Ey3)，不再需要照明。照明控制范围成为外光照度Ea在Ex＜Ea＜Eyl-Ey3的范围。
从而，如果能够取包含前述非线性的光传感器的灵敏度和动态范围、以及LED20的发光量控制范围，以使照明控制的控制范围的上限Eyl-Ey3为几百lx(勒克司)，并使下限Ex为几lx，即可。
如上述那样，前者的灵敏度和动态范围，要由受光元件11和基准电阻元件12的电阻值、即元件尺寸适当设定。
此外，后者LED发光量可以考虑显示面的反射率等，根据LED20的个数来设定。
此外，本实施方式中的照明控制电路22的功能，可以容易地通过MPU(微处理器单元)的软件处理而实现。
如上述那样，在实施方式1中，由于构成为通过光传感器检测显示面照度，基于该检测结果通过照明控制电路对前光源的发光强度进行控制，以使显示面照度成为大致恒定的规定值，故即使从装置外部照射的外光强度变化，也自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度。
此外，在比较亮的使用环境中，在用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，可以减小前光源的发光量来抑制前光源中无用的电力消耗。
进而，由于不需要使用预先存储显示面照度与前光源发光强度的关系的存储器，故用简单的电路结构就能够容易地实现自动调光。
此外，由于受光元件在像素矩阵附近的TFT阵列基板上形成，故能忠实地检测显示面照度，可以抑制前光源的调光误差。此外，不需要设置与液晶屏分体的光传感器，可以防止装置尺寸的增大。
进而，由于像素TFT由低温多晶硅形成，光传感器的受光元件由非晶硅形成，故可以把受光元件与液晶屏作成一体化，不需要与液晶屏分开另外设置光传感器，可以防止装置尺寸的增大。
进而，由于在对应于受光元件的受光部的位置上具有黑矩阵层非形成部，故即使在显示面周边部黑矩阵层的紧贴它的正下方的TFT阵列基板上形成受光元件，受光元件也可以受光，可以抑制液晶显示屏及液晶显示装置尺寸的增大。
此外，由于构成为把第1电位(Vd)供给到受光元件(11)和与其串联连接、在阵列基板上形成的基准电阻元件(12)所构成的元件对的一端，把第2电位(GND)供给到另一端，与此同时，把受光元件和基准电阻元件的连接点电位(Vm)作为受光元件的受光部上的照度检测结果来输出，故可以用简单的结构把受光元件的电阻变化作为照度检测结果取出。
此外，由于作到了基于对于受光元件和基准电阻元件的连接点电位(Vm)的非线性校正后的结果来控制前光源的发光强度，故可以把显示面照度控制成恒定，可以自动地保持最佳的显示亮度。
(实施方式2)图8为示出用于实施本发明的实施方式2的液晶显示装置中的受光元件11的位置的图，图中，(a)为平面图；(b)为从(a)的右侧方看到的右侧视图。图中，标以与图3相同的标号的部件是相同或与其相当的部件。
在实施方式1中，在对应于受光元件11的部分的黑矩阵层36上设置非形成部38，由此不妨碍从前光源19和外光向受光元件11照射的光的接受，但是，在本实施方式中，在对应于显示面X与黑矩阵层36的间隙的TFT阵列基板30上的位置上配置受光元件11，以便不妨碍接受光。在此，当然也可以预先把显示面与黑矩阵层36的间隙作成不妨碍受光元件11接受光那样的大小的间隙。
如上述那样，在实施方式2中，由于在对应于表面区域与黑矩阵层的间隙的位置上形成了受光元件的受光部，故液晶显示屏的尺寸不因形成受光元件而向周边扩展，可以抑制液晶显示装置尺寸的增大。
(实施方式3)在上述实施方式1中，通过光传感器检测显示面照度，基于该检测结果通过照明控制电路对前光源的发光强度进行控制，以使显示面照度成为大致恒定。但是，也可以考虑，在实际使用装置时，在周围较暗的使用环境中降低显示亮度，在较亮的使用环境中提高显示亮度，以使显示变得容易目视。
在本实施方式中，说明不把显示面照度控制成大致恒定，而是进行控制以使显示面照度根据外光照度而变大的情况。
图9为示出本实施方式3中的前光源19的控制系统的结构的图。在根据图6说明的实施方式1中的前光源19的控制系统中，在误差检测要素51的前级附加可变增益要素53，根据校正数字照度检测信号s来设定可变增益要素53的增益。即，如图10所示，设定可变增益要素53的增益，以使该增益根据检测的显示面照度而变大。
然后，把利用可变增益要素53对基于从外部输入的照明调光级设定信号设定的控制目标u改变了级的、新的控制目标u’，输出到误差检测要素51。
图11示出利用上述那样构成的控制系统的控制例，但外光照度Ea与前光源19的照明强度El的关系大致如本图所示那样。如图所示，对于从外部通过各调光级设定信号设定的调光级u，在外部照度为某一值(图中Ex)以上的范围内，外光照度Ea如果增大则起作用、以使照明度El降低，但不像实施方式1那样做到使显示面照度Eo大致恒定，而是控制成使其成为逐渐变大那样的规定值。即，在外光照度Ea在Ex＜Ea＜Ey1-Ey3范围内即照明控制范围内进行控制，使当外光照度Ea变大时显示面照度Eo相应地变大。
如上述那样，在实施方式3中，由于通过光传感器检测显示面照度，基于该检测结果通过照明控制电路对前光源的发光强度进行控制，以使显示面照度成为逐渐变大那样的规定值，故即使从装置外部照射的外光强度变化，也自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度。
此外，在比较亮的使用环境中，在用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，可以减小前光源的发光量，抑制前光源中无用的电力消耗。
再有，在上述各实施方式中，具有4个光传感器10，把构成各光传感器的受光元件11的受光部配置在像素矩阵5外周部的四个角附近，但是，也可以使用任意个光传感器10，此外，其受光元件11的受光部的位置只要是在像素矩阵的外周部上就可以配置在任意位置上。
例如，也可以使用2个光传感器10，其受光元件11的受光部配置在像素矩阵5外周部63右边侧和左边侧。
此外，在上述各实施方式中，得到基于从各光传感器10得到的照度检测信号的校正数字照度检测信号的时间平均值，进而得到其个数的平均值，但是，在使用3个以上光传感器10，来自某一光传感器10的检测输出比来自其余光传感器10的检测输出显著大或显著小的情况下，即使把该传感器的检测输出作为误检测结果而排除，同样也可以提高显示面照度的检测精度。
工业上的可利用性本发明的液晶显示装置，特别是，作为安装于外光照度随使用环境而变化的携带式电话机、携带式信息终端或电子笔记本等携带式设备上的反射型液晶显示装置来使用。
权利要求
1.一种液晶显示装置，其特征在于包括通过反射从显示面入射的光而进行显示的液晶显示屏；从上述显示面的前面照射光的照明单元；设置在上述显示面附近，检测上述显示面的照度的光检测单元；以及基于通过上述光检测单元检测出的上述显示面照度的检测结果，对上述照明单元的发光强度进行控制的照明控制单元。
2.根据权利要求1中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在绝缘基板上形成有由具有反射电极的多个像素构成的像素矩阵的阵列基板，上述光检测单元在上述像素矩阵附近的上述阵列基板上形成。
3.根据权利要求2中所述的液晶显示装置，其特征在于上述像素矩阵具有对向液晶施加的电压进行导通/截止的薄膜晶体管，上述薄膜晶体管由低温多晶硅形成，上述光检测单元的受光元件由非晶硅形成。
4.根据权利要求2中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在与上述显示面对应的区域的边部形成有黑矩阵层、且与上述阵列基板组合而构成液晶单元的滤色基板，上述光检测单元在与形成了上述黑矩阵层的上述显示面区域的边部对应的上述阵列基板上形成，在与上述光检测单元的受光元件的受光部对应的位置上具有黑矩阵层非形成部。
5.根据权利要求2中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在与显示面对应的区域的边部形成有黑矩阵层、且与上述阵列基板组合而构成液晶单元的滤色基板，上述光检测单元在与形成了上述黑矩阵层的上述显示面区域的边部对应的上述阵列基板上形成，上述受光元件的受光部在与上述显示面区域和上述黑矩阵层的间隙对应的位置上形成。
6.根据权利要求3中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在上述阵列基板上形成为与上述受光元件串联连接的电阻元件，把第1电位供给到上述串联连接的元件对的一端，把第2电位供给到另一端，与此同时，上述受光元件的电阻值随上述受光元件的受光部上的照度变化，把由此产生的上述受光元件和上述电阻元件的连接点电位作为上述受光元件的受光部上的照度检测结果来输出。
7.根据权利要求6中所述的液晶显示装置，其特征在于，对于上述受光元件和上述电阻元件的连接点电位相对于上述受光元件的受光部上的照度的非线性进行校正，基于校正后的结果来控制上述照明单元的发光强度。
8.根据权利要求1中所述的液晶显示装置，其特征在于在上述照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为大致恒定。
9.根据权利要求1中所述的液晶显示装置，其特征在于在上述照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为与外光照度对应的照度。
全文摘要
提供一种反射型液晶显示装置，该装置与液晶显示屏(1)形成为一体，通过设置在显示面附近的多个光传感器(10)来检测显示面照度，基于该检测结果，通过照明控制电路(22)对前光源(照明单元)(19)的发光强度进行控制，以使显示面照度成为规定的大小。即使反射型液晶显示装置的使用环境变了，即，即使从装置外部入射到显示面的外光强度变化，利用该结构也能自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度，且可以抑制电力消耗。
文档编号G09G3/34GK1602442SQ02824
公开日2005年3月30日 申请日期2002年12月9日 优先权日2001年12月10日
发明者上里将史, 井上满夫, 山本卓, 吉田重之, 坂本孝雄 申请人:三菱电机株式会社
技术领域：
本发明涉及在液晶显示屏的前面具有前光源的反射型液晶显示装置。
背景技术：
图12为示出现有的反射型液晶显示装置的结构的图。图中，液晶显示屏1001由像素矩阵1005、扫描驱动器电路1008、数据驱动器电路1009构成，构成像素矩阵1005的各像素由像素TFT(薄膜晶体管)1002、液晶1003、辅助电容1004构成。像素矩阵1005的各TFT1002的栅通过扫描线1006连接，通过扫描驱动器电路1008扫描。像素矩阵1005的各TFT1002的源与数据线1007连接，通过该数据线把来自数据驱动器电路1009的信号写入各液晶1003。作为外部电路包括对从外部输入的图像信号进行处理的图像信号处理电路1016；对扫描驱动器电路1008和数据驱动器电路1009进行控制的驱动器控制电路1017；以及基于同步信号对设置在液晶显示屏的前面的、作为前光源1019的光源的LED1020进行驱动的LED驱动电路1021。
其次，说明其工作。输入的图像信号输入到图像信号处理电路1016，作为规定的定时的R、G、B数据输出到数据驱动器电路1009。此外，在驱动器控制电路1017中，基于输入的同步信号，生成用于控制扫描驱动器电路1008和数据驱动器电路1009的控制信号。
在数据驱动器电路1009中，首先，利用输入的起动脉冲STH和移位时钟CLKH来产生移位脉冲。然后，利用上述移位脉冲依次锁存1行的RGB数据，由此，作为1行数据进行展开。在利用共同的锁存脉冲LP进而锁存已锁存的RGB数据之后，将其变换成模拟信号，送到各数据线。
另一方面，在扫描驱动器电路1008中，利用输入的起动脉冲STV和移位时钟CLKV依次产生移位脉冲，成为对扫描线进行扫描的信号。
在构成像素矩阵1005的各像素电路中，当通过扫描驱动器电路1008扫描该TFT2的扫描线1006时，TFT1005成为导通状态。然后，通过数据驱动器电路1009输出到各数据线1007的、该显示行的模拟信号，通过TFT1002施加到液晶1003和辅助电容1004。TFT1002的漏与反射电极(未图示)连接，把对应于通过TFT1002施加的电压与透明相对电极的电压之差的电压施加到液晶1003，通过示出对应于该电压的光学响应，各像素RGB点的反射率成为根据RGB数据而变化。通过这样做，进行到显示面的显示。
另一方面，设置在液晶显示屏1的前面的、作为前光源1019的光源的LED1020，通过LED驱动器电路1021进行驱动，以使正向电流流动而发光。一般是，前光源1019，特别是在如室内那样向液晶显示屏1001入射的外光弱的使用环境中，作为辅助光源来使用。
此外，在例如特开平5-158034号公报中示出的另一现有的反射型液晶显示装置中，把液晶显示元件配置在一对偏振片间而构成，进而，在液晶显示元件与每一片偏振片之间夹着空气层来配置导光板，在该导光板的对置的侧面的外侧分别配置灯。
由此公开了，可以把由导光板和光源构成的光源装置设置在液晶显示元件的前面(显示面)侧，在光源点亮时可进行均匀的良好的照明，在光源熄灭时导光板成为透明的，不成为外光入射的障碍，实现良好的显示。
此外，公开了在特开平4-174819号公报中示出的现有的透射型液晶显示装置中，设置有存储器，其输入从另外设置的光检测器输出的光检测信号，预先存储光检测信号与光强度的相关值；以及控制器5，其根据从该存储器输出的信号来调节背光源的光强度的情况。
如上所述，在具有现有的前光源(由设置在液晶显示元件的前面(显示面)侧的导光板和光源构成的光源装置)的反射型液晶显示装置中，由于前光源的发光强度是恒定的，故从装置外部照射的外光变化时，显示面照度受其影响而变化，存在着显示亮度变化的问题。
此外，在比较亮的使用环境中，在即使是用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，由于前光源的发光量是恒定的，故存着前光源中消耗无用的电力的问题。
进而，在具有背光源的透射型液晶显示装置中，需要预先存储外光强度的检测结构与背光源的发光量的关系的存储器，存在着电路规模增大的问题。
本发明正是为了解决上述现有的问题而提出的，其目的在于得到即使从装置外部照射的外光强度变化，也自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳显示亮度的反射型液晶显示装置。
发明内容
本发明第1结构的反射型液晶显示装置，由于包括通过反射来自显示面的入射光而进行显示的液晶显示屏；从上述显示面的前面照射光的照明单元；设置在上述显示面附近，检测上述显示面的照度的光检测单元；以及基于通过上述光检测单元检测出的上述显示面照度的检测结果，对上述照明单元的发光强度进行控制的照明控制单元，故可以把显示面照度控制成所希望的值，即使从装置外部照射的外光强度变化，也能自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度。此外，在比较亮的使用环境中，在用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，可以减小前光源的发光量来抑制前光源中无用的电力消耗。进而，由于不需要使用预先存储显示面照度与前光源发光量的关系的存储器，故用简单的结构就能够容易地实现自动调光。
此外，在本发明第2结构的反射型液晶显示装置中，由于在第1结构中在像素矩阵附近的阵列基板上形成光检测单元，故能忠实地检测显示面照度，可以抑制前光源的调光误差。此外，不需要设置与液晶屏分体的光检测单元，可以防止装置尺寸的增大。
在本发明第3结构的反射型液晶显示装置中，由于在第2结构中像素用薄膜晶体管由低温多晶硅形成，光检测单元的受光元件由非晶硅形成，故可以把受光元件与液晶屏作成一体化，不需要与液晶屏分开另外设置光检测单元，可以防止装置尺寸的增大。
在本发明第4结构的反射型显示装置中，由于在第2结构中，在与受光元件的受光部对应的位置上具有黑矩阵层非形成部，故即使在显示面周边部黑矩阵层的正下方的TFT阵列基板上形成受光元件，受光元件也可以受光，可以抑制液晶显示屏和液晶显示装置尺寸的增大。
在本发明第5结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第2结构中在与表面区域与黑矩阵层的间隙对应的位置上形成了受光元件的受光部，故液晶显示屏的尺寸不因形成受光元件而向周边扩展且可以抑制液晶显示装置尺寸的增大。
在本发明第6结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第3结构中构成为，把第1电位供给到由受光元件和与其串联连接、在阵列基板上形成的电阻元件所构成的元件对的一端，把第2电位供给到另一端，与此同时，受光元件的电阻值随受光元件的受光部上的照度变化，把由此产生的受光元件和电阻元件的连接点电位作为受光元件的受光部上的照度检测结果来输出，故可以用简单的结构把受光元件的电阻变化作为照度检测结构取出。
在本发明第7结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第6结构中构成为，对于受光元件和电阻元件的连接点电位相对于受光元件的受光部上的照度的非线性进行校正，基于校正后的结果来控制前光源的发光强度，故能够排除上述非线性对于控制前光源发光强度的系统的影响，因此，可以把显示面照度控制成恒定的，可以自动地保持最佳的显示亮度。
在本发明第8结构的反射型液晶显示装置中，由于在上述第1结构中在照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为大致恒定，故即使从装置外部照射的外光强度变化，也能自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持恒定的显示亮度。
在本发明第9结构的反射型液晶显示装置中，由于在照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为对应于外光照度的照度，即，外光照度变大时显示面照度变大，故可以自动地保持最佳的显示亮度。
图1为示出本发明第1实施方式的液晶显示装置的电路结构的图；图2为用于示出液晶显示装置的液晶显示屏和前光源的结构的展开结构图；图3为用于示出本实施方式的液晶显示装置中的受光元件位置的图，图中，(a)为示出液晶显示屏与前光源的位置关系的平面图；(b)为从(a)右方看到的右侧视图；图4为示出TFT阵列基板和滤色基板的结构的剖面图；图5为示出第1实施方式的显示面的照度特性的图，图中，(a)为示出显示面照度与受光元件的电导的关系的图，图中，(b)为示出显示面照度与电压Vm(受光元件-基准电阻连接点的电压)的关系的图；图6为示出前光源的控制系统的图；图7为示出第1实施方式的外光照度Ea、照明照度El、显示面照度Eo的关系的图；图8为用于示出第2实施方式的液晶显示装置中的受光元件位置的图，图中，(a)为示出液晶显示屏与前光源的位置关系的平面图；(b)为从(a)的右方看到的右侧视图；图9为示出第3实施方式中的前光源的控制系统的图；图10为示出第3实施方式的可变增益要素53的增益特性的图；图11为示出第3实施方式的外光照度Ea、照明照度El、显示面照度Eo的关系的图；图12为示出现有的液晶显示装置的电路结构的图。
具体实施例方式
本发明，在反射型液晶显示装置中，为了即使外光强度变化对前光源的发光量也自动地进行调光而总是保持为最佳的显示亮度，把光传感器与屏形成为一体，由此实现了这一点。即，由于设置在显示面附近的光传感器检测包含使光从显示面的前面照射的照明单元(前光源)和外光这二者的照度，基于其结果来调整照明单元的发光强度，故即使显示面的外光强度变化或者改变使用环境，也能够得到最佳的亮度。利用简单的结构通过光传感器来计测显示面的照度，另一方面，由于能够经常计测，故可容易地跟随照度变化。
下面，基于附图，说明本发明的具体实施方式
。
(实施方式1)图1为示出用于实施本发明的实施方式1的反射型液晶显示装置的结构的图。图中，液晶显示屏1包括具有像素TFT(薄膜晶体管)2、液晶3、辅助电容4的像素矩阵5；对与像素矩阵5的各像素TFT2的栅连接的扫描线6进行扫描的扫描驱动器电路8；把向液晶3写入的信号提供到与像素矩阵5的各像素TFT2的源连接的数据线7的数据驱动器电路9；以及光传感器10。该光传感器10具有受光元件11、基准电阻元件12、缓冲电路13，来自缓冲电路13的信号通过选择电路14输出到A/D变换电路15。作为外部电路包括对从外部输入的图像信号进行处理的图像信号处理电路16；对扫描驱动器电路8和数据驱动器电路9进行控制的驱动器控制电路17；把电源供给到显示装置的各部的电源电路18；对设置在显示屏的显示前面的、作为前光源19的光源LED20进行驱动的LED驱动器电路21；以及对该LED驱动器电路21进行控制的照明控制电路22。
再有，在此，构成像素矩阵5的各像素具有与TFT2的漏连接的反射电极(未图示)，液晶显示屏1是通过把到显示面的入射光反射而显示图像的反射型液晶屏。此外，像素TFT2、扫描驱动器电路8、数据驱动器电路9、选择电路14、A/D变换电路15利用低温多晶硅TFT(低温多硅TFT)在后述的TFT阵列基板30上构成。
此外，像素TFT2的源和漏随流过的电流方向不同而不同，但是，为了方便起见，把与数据线7连接的一方作为源，进行说明。
图2为用于示出构成液晶显示装置的液晶显示屏1和配置在其显示前面的前光源19的概略结构的展开结构图。首先，说明液晶显示屏1的结构。在TFT阵列基板30上、在玻璃基板之上，形成像素矩阵5、栅驱动器电路8、数据驱动器电路9、光传感器10、选择电路14、A/D变换电路15、连接端子40，然后，形成各种布线(图2中，未图示选择电路14、A/D变换电路15)。然后，在滤色基板31上形成滤色片、黑矩阵、共同透明电极等。然后，通过用密封剂密封TFT阵列基板30与滤色基板31的周围而构成液晶单元之后，从液晶单元注入口注入液晶材料，并进行密封。这样，利用TFT阵列基板30和滤色基板31夹住液晶材料，进而把偏振片32粘接到滤色基板32之上。再有，通过FPC(柔性印刷电路)把TFT阵列基板30的连接端子40电连接到另外设置的电路基板(未图示)。
另一方面，前光源19如下述那样来构成。把LED20安装在基板33之上，从基板33的连接端子(未图示)电连接到安装在另外设置的电路基板(未图示)上的LED驱动器电路21。在此，LED使用2个芯片状的白色LED。把这2个LED20的发光面配设在光波导34的2个入射面的每一个附近或者接触配设，发自LED20的光通过光波导34向导光板35的波导侧的入射面入射，通过导光板35，把光照射到液晶显示屏1的显示面方向上。
图3为示出液晶显示屏1与前光源19的位置关系的图，图中，(a)为平面图；(b)为从(a)右侧方看到的右侧视图。通过夹具(未图示)把液晶显示屏1和前光源19固定在液晶显示屏1的显示面之上，以使前光源19的导光板35的射出面与该显示面接近。此时，利用隔片37把液晶显示屏1与前光源19的导光板35的间隙保持为恒定。
在此，把光传感器10作成例如具有4个，把各光传感器10的受光元件11的受光部配置在像素矩阵5外周部的四个角附近。
此外，在对应于受光元件11的位置上不形成在滤色基板31的内表面侧(下侧)形成的黑矩阵层36，以便能够接受从前光源19到显示面的入射光和从显示装置周围照射到显示面的外光。38为其黑矩阵非形成部。
图4为用于示出在TFT阵列基板30上形成的光传感器10和在滤色基板31上形成的黑矩阵层36的结构的局部剖面模式图。
首先，在玻璃基板100上形成由例如激光结晶化的多晶硅膜101、由SiO2膜构成的栅绝缘膜102、由金属膜构成的栅极103、在多晶硅膜101中注入磷离子的源/漏区104构成的多晶硅TFT114。进而，形成覆盖多晶硅TFT114的由SiO2膜构成的层间绝缘膜105。
此外，在形成栅极103时，形成驱动电压布线106和接地布线107。
在层间绝缘膜105上以与多晶硅TFT114不重叠的方式形成非晶硅膜108。再有，在非晶硅膜108的紧贴它的正下方通过层间绝缘膜105形成遮光用金属膜109。然后，把离子注入到非晶硅膜108的电极形成部110中。
在层间绝缘膜105上适当设置用于连接电极和布线的接触孔。
为了连接薄膜晶体管与非晶硅膜、驱动电压布线、接地布线，形成连接上述接触孔与上述非晶硅膜的离子注入部的金属膜111，进而，在其上层形成由SiN构成的绝缘膜112。然后，在作为基准电阻元件的非晶硅膜上形成遮光用金属膜113。
此外，在滤色基板31的内表面(下表面)上形成黑矩阵层36。该黑矩阵层36在显示面的边缘上形成，以便包围对应于上述像素矩阵5的显示面。此外，在对应于上述像素矩阵5的各像素间的部分、进而在形成各像素的R(红)G(绿)B(蓝)点之间，也形成黑矩阵层36。进而，在黑矩阵层36的表面上，夹着保护层61形成透明电极层62。
在此，在对应于构成受光元件11的非晶硅膜108的部分上，如上述那样，以不妨碍非晶硅膜108接受来自前光源19和外光的照射光的方式，设置不形成黑矩阵层36的黑矩阵非形成部38。
其次，说明这样形成的光传感器10的工作。
如上述那样，受光元件11和基准电阻元件12的一端相连接，受光元件12的另一端连接到驱动布线，此外，基准电阻元件12的另一端与接地布线连接。这样，受光元件11与基准电阻元件12串联连接。
在此，若受光元件11的电阻值为Rs，基准电阻元件12的电阻值为Rr，驱动布线的施加电压为Vd，受光元件11与基准电阻元件12的连接点的电压为Vm，则Vm可表示为下式(1)，Vm＝Vd×Rr/(Rs+Rr)...(1)根据发明人的实验结果，关于构成受光元件11的非晶硅膜48，确认了，具有受光元件11的电导相对于照射光的照度以大致线性关系增大的特性，如图5中(a)所示的那样。在该例中，构成受光元件11的栅极宽度W＝100μm，栅极长度L＝20μm。
对于这样的特性的受光元件，受光元件11与基准电阻元件12的连接点的电压Vm相对于照射光的照度为以大致线性关系增大的特性，如图5中(b)所示的那样。在该例中，示出了设定为基准电阻12的电阻值Rr＝100MΩ，驱动线的施加电压Vd＝5V的情况。
根据上式(1)示出的关系，受光元件11与基准电阻元件12的连接点电压Vm对于照射光强度的灵敏度，随Rr增大而变高。
在灵敏度过低的情况下，考虑到下一级缓冲电路13等的增益和偏置的离散性等，显示面照度的检测误差变大，此外，在灵敏度过高的情况下，检测的动态范围变小。
考虑到这些情况，适当地选定构成受光元件11和基准电阻元件12的栅极宽度W和栅极长度L，由此来设定检测灵敏度。
其次，以图1为基础，说明本实施方式的液晶显示装置的工作。首先，简单地说明使用像素矩阵5的显示工作。
输入的图像信号IDATA输入到图像信号处理电路16，作为规定的定时的R、G、B数据输出到数据驱动器电路9。此外，在驱动器控制电路17中，基于输入的同步信号SYNC，生成用于控制扫描驱动器电路8和数据驱动器电路9的控制信号。
在数据驱动器电路9中，首先，利用输入的起动脉冲STH和移位时钟CLKH产生移位脉冲。然后，利用上述移位脉冲依次锁存1行的RGB数据，由此，作为1行数据进行展开。在利用共同的锁存脉冲LP进而锁存已锁存的RGB数据之后，将其变换成模拟信号，送到各数据线。
另一方面，在扫描驱动器电路8中，利用输入的起动脉冲STV和移位时钟CLKV依次产生移位脉冲，作为对扫描线进行扫描的信号。
在构成像素矩阵5的各像素电路中，当通过扫描驱动器电路8扫描该TFT2的扫描线6时，像素TFT2成为导通状态。然后，通过数据驱动器电路9输出到各数据线7的、该显示行的模拟信号，通过像素TFT2施加到液晶3和辅助电容4。像素TFT2的漏与反射电极(未图示)连接，把与通过像素TFT2施加的电压与透明相对电极62的电压之差对应的电压施加到被反射电极与图4示出的透明相对电极62夹住的液晶3，通过示出对应于该电压的光学响应，各像素RGB点的反射率成为根据RGB数据而变化。其结果，来自液晶显示屏1的显示面的入射光被构成像素矩阵5的像素电路的反射电极反射，成为对应于RGB数据的显示光。通过这样做，进行到显示面的显示。
电源电路18基于从装置外部供给的电源PS，把规定电压的电源供给到液晶显示屏1和LED驱动器电路21。再有，图像信号处理电路16、驱动器控制电路17和照明控制电路22是利用从外部供给到液晶显示装置的电源PS而工作的电路。
其次，说明基于利用构成光传感器10的受光元件11检测出的显示面照度的前光源19的调光工作。如上述那样，受光元件11与基准电阻元件12的连接点的电压Vm通过缓冲电路13送到选择电路14。
在此，在本实施方式中，把4个光传感器10配置在液晶显示屏1的四个角附近。
送到选择电路14的各光传感器10的输出信号，通过选择电路14输入到A/D变换电路15。在此，照明控制电路22基于输入到装置的同步信号产生选择切换信号SEL，切换选择电路14的连接。在此，利用选择电路14以左上→左下→右上→右下的顺序切换光传感器10的输出信号，输入到A/D变换电路15。A/D变换电路15对于输入的光传感器10输出信号依次进行A/D变换，与利用照明控制电路22产生的串行时钟同步地作为串行数字数据输入到照明控制电路22。通过这样做，把利用受光元件11检测出的、表示显示面照度的数字照度检测信号SS输入到照明控制电路22。
这样，由于利用选择电路14切换来自各光传感器10的输出信号并将其输入到A/D变换电路15，故可以共同使用A/D变换电路15，能够抑制液晶显示屏1的尺寸增大。进而，由于把A/D变换电路15的输出作为串行数字数据输出，故与作为并行数据输出的情况相比较，可以减少用于从液晶显示屏1取出的端子个数。
照明控制电路22基于表示显示面照度的数字照度信号，通过LED驱动器电路21，控制作为前光源19的光源的LED20的发光量，以使显示面照度成为大致恒定。
在此，由于本实施方式的液晶显示装置是利用照射到显示面的光在显示面上的反射光进行显示的反射型液晶显示装置，故通过控制显示面照度能够控制显示面的亮度。
此时，照明控制装置22根据从外部输入到装置的调光级设定信号LLSET来切换作为控制对象的显示面照度的大小，即调光级。这是为了做到能够根据使用装置的用户的爱好来变更显示亮度。再有，把调光级设定成若干级和连续地进行设定都可以，但是，在此，为了简单起见，说明通过调光级设定信号把照明的调光级设定成3级的例子。
其次，说明控制显示面照度的方法。图6示出前光源19控制系统的结构，它形成一种反馈控制系统。把来自作为前光源19的光源的LED20的光照射显示面X时的照度(照明照度)El、与利用例如使用装置的室内照明等从装置外部照射显示面时的照度Ea在显示面上合成的结果作为显示面照度Eo，该显示面照度Eo作为控制对象。
如上述那样，利用光传感器10检测该显示面照度Eo，利用A/D变换电路14把检测结果变成数字照度检测信号。
在此，在图5示出的例子中，受光元件11与基准电阻元件12的连接点电压Vm，即光传感器10的照度检测信号相对于显示面照度Eo的特性为大致线性的特性，但是，为了进一步提高线性，在照明控制电路22中通过增益要素50校正增益之后，得到校正数字照度检测信号s。
在光传感器10的照度检测信号相对于显示面照度Eo的特性的非线性不成问题的情况下，当然可以省略增益要素50。
在本实施方式中，具有4个光传感器10，但是，首先，对每一个光传感器10以规定的时间间隔几次取得数字照度检测信号，再得到校正数字照度检测信号的时间平均值，进而得到其个数的平均值(在该情况下，为4个的平均值)。由此，可提高显示面照度的检测精度。
在使用前光源的情况下，如上述那样，把前光源配置在显示面之上，由于通常还在其上方配设盖板(窗口)，故有时显示面处于相当深的位置上，因此，可以认为，配置在显示面周边部的受光元件成为安装显示装置的信息设备等框体的影子，妨碍周边外光的接受。
在此，由于取4个光传感器10的平均值，故即使在假定1个光传感器10的受光部成为框体等的影子而不能检测本来的显示面照度的情况下，也能够抑制由此引起的检测精度的降低。
另一方面，照明控制电路22基于根据用户的爱好从外部输入的照明调光级设定信号，切换控制目标u并将其设定在误差检测要素51中。在误差检测要素51中，得到对于控制目标u的校正数字照度检测信号s的误差e。然后，在变更可变增盖要素52的增益以使误差e减小之后，把LED控制信号d送到LED驱动器电路21。
在此，通过使发光占空比(点亮/不点亮的占空比)变化来进行LED20发光量的调整。从而，把LED控制信号d作为PWM(脉冲宽度调制)信号送到LED驱动器电路21。
然后，LED驱动器电路21基于驱动器控制信号d表示的发光占空比控制LED20的正向电流的导通/截止，由此来控制LED20的发光/不发光(亮点/不点亮)。
再有，把LED20的亮灭频率选定为例如几百kHz以上充分高的频率，以便不能作为显示面上的亮度变化即闪烁用眼看到。
图7示出利用上述那样构成的控制系统的控制例，但外光照度Ea与前光源19的照明照度EL的关系大致如本图所示那样。图中，用实线示出照明照度El，用虚线示出显示面照度Eo。
在此，示出照明设定级为(暗)-(中间)-(亮)这3级的情况。
如图所示那样，对于从外部通过各调光级设定信号设定的调光级u，在外光照度为某一值(图中Ex)以上的范围内，外光照度Ea如果增大则起作用，以使照明照度El降低，作为结果，显示面照度Eo作为对应于照明调光级设定信号的规定值保持为大致恒定。
在此，考虑照明控制的控制范围。该范围主要取决于光传感器10的显示面照度Eo的检测范围和LED20的发光量控制范围。反射型液晶显示装置的情况与透射型液晶显示装置或自发光型显示装置不同，在外光强的使用环境中显示面照度大时还不如透射型或自发光型能够显示得更亮。从而，在显示面照度Eo在得到某一级以上的使用环境中，当然不需要前光源19的照明，只用外光就能够充分亮地显示。
由此可知，在室内比较暗的使用环境中，前光源19的照明控制才是需要的。
另一方面，由照明控制决定的显示面照度Eo的控制上限是对应于把照明熄灭时的外光照度的值(图7中，Eyl-Ey3)。
换言之，外光照度Ea在Ex以下时有必要把照明照度El设定为最大，伴随着外光照度Ea的增加，控制照明照度El以确保所希望的显示面照度Eo。外光照度充分大，即在充分亮的环境中(Eyl-Ey3)，不再需要照明。照明控制范围成为外光照度Ea在Ex＜Ea＜Eyl-Ey3的范围。
从而，如果能够取包含前述非线性的光传感器的灵敏度和动态范围、以及LED20的发光量控制范围，以使照明控制的控制范围的上限Eyl-Ey3为几百lx(勒克司)，并使下限Ex为几lx，即可。
如上述那样，前者的灵敏度和动态范围，要由受光元件11和基准电阻元件12的电阻值、即元件尺寸适当设定。
此外，后者LED发光量可以考虑显示面的反射率等，根据LED20的个数来设定。
此外，本实施方式中的照明控制电路22的功能，可以容易地通过MPU(微处理器单元)的软件处理而实现。
如上述那样，在实施方式1中，由于构成为通过光传感器检测显示面照度，基于该检测结果通过照明控制电路对前光源的发光强度进行控制，以使显示面照度成为大致恒定的规定值，故即使从装置外部照射的外光强度变化，也自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度。
此外，在比较亮的使用环境中，在用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，可以减小前光源的发光量来抑制前光源中无用的电力消耗。
进而，由于不需要使用预先存储显示面照度与前光源发光强度的关系的存储器，故用简单的电路结构就能够容易地实现自动调光。
此外，由于受光元件在像素矩阵附近的TFT阵列基板上形成，故能忠实地检测显示面照度，可以抑制前光源的调光误差。此外，不需要设置与液晶屏分体的光传感器，可以防止装置尺寸的增大。
进而，由于像素TFT由低温多晶硅形成，光传感器的受光元件由非晶硅形成，故可以把受光元件与液晶屏作成一体化，不需要与液晶屏分开另外设置光传感器，可以防止装置尺寸的增大。
进而，由于在对应于受光元件的受光部的位置上具有黑矩阵层非形成部，故即使在显示面周边部黑矩阵层的紧贴它的正下方的TFT阵列基板上形成受光元件，受光元件也可以受光，可以抑制液晶显示屏及液晶显示装置尺寸的增大。
此外，由于构成为把第1电位(Vd)供给到受光元件(11)和与其串联连接、在阵列基板上形成的基准电阻元件(12)所构成的元件对的一端，把第2电位(GND)供给到另一端，与此同时，把受光元件和基准电阻元件的连接点电位(Vm)作为受光元件的受光部上的照度检测结果来输出，故可以用简单的结构把受光元件的电阻变化作为照度检测结果取出。
此外，由于作到了基于对于受光元件和基准电阻元件的连接点电位(Vm)的非线性校正后的结果来控制前光源的发光强度，故可以把显示面照度控制成恒定，可以自动地保持最佳的显示亮度。
(实施方式2)图8为示出用于实施本发明的实施方式2的液晶显示装置中的受光元件11的位置的图，图中，(a)为平面图；(b)为从(a)的右侧方看到的右侧视图。图中，标以与图3相同的标号的部件是相同或与其相当的部件。
在实施方式1中，在对应于受光元件11的部分的黑矩阵层36上设置非形成部38，由此不妨碍从前光源19和外光向受光元件11照射的光的接受，但是，在本实施方式中，在对应于显示面X与黑矩阵层36的间隙的TFT阵列基板30上的位置上配置受光元件11，以便不妨碍接受光。在此，当然也可以预先把显示面与黑矩阵层36的间隙作成不妨碍受光元件11接受光那样的大小的间隙。
如上述那样，在实施方式2中，由于在对应于表面区域与黑矩阵层的间隙的位置上形成了受光元件的受光部，故液晶显示屏的尺寸不因形成受光元件而向周边扩展，可以抑制液晶显示装置尺寸的增大。
(实施方式3)在上述实施方式1中，通过光传感器检测显示面照度，基于该检测结果通过照明控制电路对前光源的发光强度进行控制，以使显示面照度成为大致恒定。但是，也可以考虑，在实际使用装置时，在周围较暗的使用环境中降低显示亮度，在较亮的使用环境中提高显示亮度，以使显示变得容易目视。
在本实施方式中，说明不把显示面照度控制成大致恒定，而是进行控制以使显示面照度根据外光照度而变大的情况。
图9为示出本实施方式3中的前光源19的控制系统的结构的图。在根据图6说明的实施方式1中的前光源19的控制系统中，在误差检测要素51的前级附加可变增益要素53，根据校正数字照度检测信号s来设定可变增益要素53的增益。即，如图10所示，设定可变增益要素53的增益，以使该增益根据检测的显示面照度而变大。
然后，把利用可变增益要素53对基于从外部输入的照明调光级设定信号设定的控制目标u改变了级的、新的控制目标u’，输出到误差检测要素51。
图11示出利用上述那样构成的控制系统的控制例，但外光照度Ea与前光源19的照明强度El的关系大致如本图所示那样。如图所示，对于从外部通过各调光级设定信号设定的调光级u，在外部照度为某一值(图中Ex)以上的范围内，外光照度Ea如果增大则起作用、以使照明度El降低，但不像实施方式1那样做到使显示面照度Eo大致恒定，而是控制成使其成为逐渐变大那样的规定值。即，在外光照度Ea在Ex＜Ea＜Ey1-Ey3范围内即照明控制范围内进行控制，使当外光照度Ea变大时显示面照度Eo相应地变大。
如上述那样，在实施方式3中，由于通过光传感器检测显示面照度，基于该检测结果通过照明控制电路对前光源的发光强度进行控制，以使显示面照度成为逐渐变大那样的规定值，故即使从装置外部照射的外光强度变化，也自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度。
此外，在比较亮的使用环境中，在用外光也可得到充分的显示亮度的情况下，可以减小前光源的发光量，抑制前光源中无用的电力消耗。
再有，在上述各实施方式中，具有4个光传感器10，把构成各光传感器的受光元件11的受光部配置在像素矩阵5外周部的四个角附近，但是，也可以使用任意个光传感器10，此外，其受光元件11的受光部的位置只要是在像素矩阵的外周部上就可以配置在任意位置上。
例如，也可以使用2个光传感器10，其受光元件11的受光部配置在像素矩阵5外周部63右边侧和左边侧。
此外，在上述各实施方式中，得到基于从各光传感器10得到的照度检测信号的校正数字照度检测信号的时间平均值，进而得到其个数的平均值，但是，在使用3个以上光传感器10，来自某一光传感器10的检测输出比来自其余光传感器10的检测输出显著大或显著小的情况下，即使把该传感器的检测输出作为误检测结果而排除，同样也可以提高显示面照度的检测精度。
工业上的可利用性本发明的液晶显示装置，特别是，作为安装于外光照度随使用环境而变化的携带式电话机、携带式信息终端或电子笔记本等携带式设备上的反射型液晶显示装置来使用。
权利要求
1.一种液晶显示装置，其特征在于包括通过反射从显示面入射的光而进行显示的液晶显示屏；从上述显示面的前面照射光的照明单元；设置在上述显示面附近，检测上述显示面的照度的光检测单元；以及基于通过上述光检测单元检测出的上述显示面照度的检测结果，对上述照明单元的发光强度进行控制的照明控制单元。
2.根据权利要求1中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在绝缘基板上形成有由具有反射电极的多个像素构成的像素矩阵的阵列基板，上述光检测单元在上述像素矩阵附近的上述阵列基板上形成。
3.根据权利要求2中所述的液晶显示装置，其特征在于上述像素矩阵具有对向液晶施加的电压进行导通/截止的薄膜晶体管，上述薄膜晶体管由低温多晶硅形成，上述光检测单元的受光元件由非晶硅形成。
4.根据权利要求2中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在与上述显示面对应的区域的边部形成有黑矩阵层、且与上述阵列基板组合而构成液晶单元的滤色基板，上述光检测单元在与形成了上述黑矩阵层的上述显示面区域的边部对应的上述阵列基板上形成，在与上述光检测单元的受光元件的受光部对应的位置上具有黑矩阵层非形成部。
5.根据权利要求2中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在与显示面对应的区域的边部形成有黑矩阵层、且与上述阵列基板组合而构成液晶单元的滤色基板，上述光检测单元在与形成了上述黑矩阵层的上述显示面区域的边部对应的上述阵列基板上形成，上述受光元件的受光部在与上述显示面区域和上述黑矩阵层的间隙对应的位置上形成。
6.根据权利要求3中所述的液晶显示装置，其特征在于包括在上述阵列基板上形成为与上述受光元件串联连接的电阻元件，把第1电位供给到上述串联连接的元件对的一端，把第2电位供给到另一端，与此同时，上述受光元件的电阻值随上述受光元件的受光部上的照度变化，把由此产生的上述受光元件和上述电阻元件的连接点电位作为上述受光元件的受光部上的照度检测结果来输出。
7.根据权利要求6中所述的液晶显示装置，其特征在于，对于上述受光元件和上述电阻元件的连接点电位相对于上述受光元件的受光部上的照度的非线性进行校正，基于校正后的结果来控制上述照明单元的发光强度。
8.根据权利要求1中所述的液晶显示装置，其特征在于在上述照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为大致恒定。
9.根据权利要求1中所述的液晶显示装置，其特征在于在上述照明控制单元的可控制范围内控制照明控制单元，以使上述显示面照度成为与外光照度对应的照度。
全文摘要
提供一种反射型液晶显示装置，该装置与液晶显示屏(1)形成为一体，通过设置在显示面附近的多个光传感器(10)来检测显示面照度，基于该检测结果，通过照明控制电路(22)对前光源(照明单元)(19)的发光强度进行控制，以使显示面照度成为规定的大小。即使反射型液晶显示装置的使用环境变了，即，即使从装置外部入射到显示面的外光强度变化，利用该结构也能自动地对前光源的发光量进行调光，能够自动地保持最佳的显示亮度，且可以抑制电力消耗。
文档编号G09G3/34GK1602442SQ02824
公开日2005年3月30日 申请日期2002年12月9日 优先权日2001年12月10日
发明者上里将史, 井上满夫, 山本卓, 吉田重之, 坂本孝雄 申请人:三菱电机株式会社
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