液晶モジュールのフォトセンサ回路及び光電流の測定方法
【課題】薄膜トランジスタの照度を測定するためのフォトセンサを利用する場合に、長期間に渡る経時変化を１％以下に抑え、小型高精度かつフォトセンサの出力の調整が出来るフォトセンサ回路及び液晶モジュールを提供する。
【解決手段】フォトセンサ１のソース電極に交流電圧を印加して、ソース電極からドレイン電極に向かって流れる電荷と、薄膜トランジスタのドレイン電極からソース電極に向かって流れる電荷が、ほぼ等しくなるように駆動するようにした。また、それに伴い薄膜トランジスタが有する光感度及び光応答性の個体差の修正をする機構を加えた。
【解決手段】フォトセンサ１のソース電極に交流電圧を印加して、ソース電極からドレイン電極に向かって流れる電荷と、薄膜トランジスタのドレイン電極からソース電極に向かって流れる電荷が、ほぼ等しくなるように駆動するようにした。また、それに伴い薄膜トランジスタが有する光感度及び光応答性の個体差の修正をする機構を加えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器などに用いられる液晶ディスプレイの輝度を調節するための光応答性を有する薄膜トランジスタを光検出素子として利用するフォトセンサに係るフォトセンサ回路及び前記回路を有する液晶モジュールに関するものである。さらに詳細には、薄膜トラジスタの経時変化を長期間に渡って抑えるフォトセンサに関したものである。一般に、薄膜トランジスタは、半導体材料としてａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）やｐｏｌｙ−Ｓｉ（多結晶シリコン）が用いられ、ゲート絶縁膜としてプラズマＣＶＤ成膜のＳｉＮやＳｉＯ２が用いられる。この薄膜トランジスタは、ゲート電極にバイアスストレスが印加された状態で長期間駆動することで、ゲート絶縁膜、あるいはゲート絶縁膜と半導体膜の界面へのキャリアの注入が生じ、Ｖｔｈ（閾値電圧）のシフトが生じることが知られており、これが経時変化を引き起こす。他にも、前記薄膜トランジスタには光感度及び光応答性の個体差を有していることが知られている。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の経時変化を抑制する技術としては、特開２００４−１４７１０２にある、薄膜トランジスタのゲート電極に電圧を印加して、薄膜トランジスタをオン状態あるいはオフ状態に駆動する駆動手段を備え、任意の期間、ゲート電極に対して、薄膜トランジスタをオフ状態にする電圧の平均の極性とは逆極性の電圧を印加することにより、短時間（１０数分）内での経時変化を１０％以内に抑えられるとしている。
【特許文献１】特開２００４−１４７１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような技術ではゲート電極に印加されるバイアスストレスを抑制することは出来ても、バイアスストレス自体を解消することは出来ない。つまり、数ヶ月以上に渡る長期間の経時変化には対応できない。したがってトランジスタ、主に薄膜トランジスタを用いて照度を測定するフォトセンサのような高精度の品質と長期間の安定した性能を求められる場合、精度が低いのと長期利用に適さないという課題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題であるゲート電圧に印加されるバイアスストレスを抑制するのではなく、解消するものである。本発明を利用することによりトランジスタ、主に薄膜トランジスタを用いて照度を測定するフォトセンサのように高精度を求められる場合において、長期間に渡る経時変化を１％以下に抑え、光感度及び光応答性の個体差を調整できる小型高精度のフォトセンサ回路及び液晶モジュールを提供することが可能となる。また、それに伴い薄膜トランジスタが有する光感度及び光応答性の個体差の修正をする機構を加えることで、より良いフォトセンサ回路及び液晶モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を講じた。
（１）光検出素子として利用する薄膜トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記薄膜トランジスタの一方の電極の電位が他方の電極より低電位の期間とを、周期的に切り替える駆動回路を備えた。
【０００６】
（２）前記駆動回路は前記薄膜トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間に一方の電極から他方の電極に向かって流れる電流と、他方の電極の電位が一方の電極の電位より低電位の期間に他方の電極から一方の電極に向かって流れる電流が、ほぼ等しくなるように駆動するようにした。以後この駆動を交流駆動と呼ぶ。
【０００７】
（３）前記交流駆動は前記薄膜トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記薄膜トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の期間とを、ほぼ同じ長さになるように駆動するようにした。以後この駆動を５０％デュティー駆動と呼ぶ。
【０００８】
（４）前記交流駆動の周期は、０．１Ｈｚから１００Ｈｚの周期で駆動するようにした。
【０００９】
（５）前記薄膜トランジスタの出力電流をＩ／Ｖ変換するオペアンプを備える。そして前記Ｉ／Ｖ変換された信号をＡ／Ｄ変換できるよう、前記オペアンプの他方の入力にリファレンス電圧を入力した。
【００１０】
（６）
前記Ａ／Ｄ変換器は、前記Ｉ／Ｖ変換された電圧波形が立ち上がった後にＡ／Ｄ変換し、ソース電極とドレイン電極に流れる電流値の絶対値和を検出値とするようにした。
【００１１】
（７）前記薄膜トランジスタのゲート電位を調整するＤ／Ａ変換器を備え、前記Ｄ／Ａ変換器は前記薄膜トランジスタの光感度および光応答性の個体差を調整する電位を出力するようにした。
【００１２】
また、本発明において実施したフォトセンサは薄膜トランジスタであったが、薄膜でない通常のトランジスタでも良いことはいうまでもない。
【発明の効果】
【００１３】
上記フォトセンサ回路によれば、薄膜トランジスタに流れる入射する光の量（照度）に応じた電流である光電流を交流駆動し、ゲート電極にかかる相対電位が変化する。するとゲート電極に印加されたバイアスストレスが解消され、ゲート絶縁膜やゲート絶縁膜と半導体膜の界面へのキャリアの注入により発生するＶｔｈ（閾値電圧）のシフトの影響を抑えられる。それにより長期間に渡る経時変化を１％以下に抑え、薄膜トランジスタの光感度及び光応答性の個体差が修正可能な小型高精度のフォトセンサ回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るフォトセンサ回路の構成及び液晶モジュールを示すブロック図である。ここで、本実施例の説明を兼ねて図１の構成を説明する。図１（ａ）において、液晶モジュール３１は、フォトセンサ１とフォトセンサ回路３０、バックライト２１に液晶ディスプレイ２を具備する。図１（ａ）の構成は一例であり、前記フォトセンサ回路３０に液晶駆動制御を行なわせず、別途液晶駆動用回路などを備えても良い。 図１（ｂ）において、外部の光はフォトセンサ１により入力される。前記フォトセンサはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有しており、そのうちソース電極とドレイン電極はフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３に相当する。ただし、ソース電極とドレイン電極という呼び名は、二つの電極の電位差により決定されるものであるため、フォトセンサ電極２２およびフォトセンサ電極２３はソース電極、ドレイン電極のどちらにもなり得る。前記フォトセンサ１を駆動するため、前記フォトセンサ１のフォトセンサ電極２２が交流駆動波形回路３に接続されている。前記交流駆動波形回路３はＣＰＵ６により制御されている。前記フォトセンサ１のゲート電極はＤ／Ａコンバータ５に接続されており、前記Ｄ／Ａコンバータ５はＣＰＵ６により所定の範囲内の電位に制御され、前記ＣＰＵ６から出るデジタル信号が前記Ｄ／Ａコンバータ５によりアナログ電位となり、前記アナログ電位が前記フォトセンサ１のゲート電位に印加される。前記フォトセンサ１のフォトセンサ電極２３はオペアンプ８の−端子に接続されており、前記フォトセンサ１より出力された電流信号を前記オペアンプ８へと伝える。前記オペアンプ８の−端子と前記オペアンプ８の出力端子にはコンデンサ９と固定抵抗１０が並列に接続されており、これにより前記フォトセンサ１より出力された電流信号を電圧信号へと変換する。前記オペアンプ８の＋端子には定電圧電源Ｖｒｅｆ７が接続され、前記フォトセンサ１のフォトセンサ電極２３が前記定電圧電源Ｖｒｅｆ７の定電圧になるようにされている。前記コンデンサ９、前記固定抵抗１０、前記オペアンプ８をまとめて電流電圧変換回路３２と呼ぶ。前記オペアンプ８から出力された電圧信号はＡ／Ｄコンバータ４によりデジタル信号へと変化する。変化した前記デジタル信号はＣＰＵ６へと接続され、前期ＣＰＵ６において入力信号を演算し、照度を算出する。演算により得られた照度からバックライトの発光信号を出力し、Ｄ／Ａコンバータ３３によりアナログ信号へ変換される。また、前記回路構成でフォトセンサ１を除いた構成をフォトセンサ回路３０と呼ぶ。図１（ｂ）のフォトセンサ回路３０に具備されるＣＰＵ６は前記Ｄ/Ａコンバータ３３を経由し液晶モジュール３１上に構成されるバックライト２１に接続され、前記アナログ信号がバックライト３１へ伝わりバックライト２１を駆動させる。バックライト３１を駆動させることにより、液晶モジュール３１上のバックライト２１の上面に層状に形成されている液晶ディスプレイ２の輝度を調節する。
【００１６】
現在この種の携帯機器に採用される表示素子やフォトセンサ回路、液晶モジュールは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成された物が多い。それらはパネルの一角に光応答性を有するＴＦＴを構成し、これをフォトセンサ１としている。
【００１７】
フォトセンサ１には、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位より高電位の期間と、フォトセンサ電極２２の電極がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間とを、ほぼ同じ長さの矩形波が交流駆動波形回路３から印加されている。前記矩形波はフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位より高電位の期間にフォトセンサ電極２２からフォトセンサ電極２３に向かって流れる電荷と、前記フォトセンサ電極２２の電極がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間にフォトセンサ電極２３からフォトセンサ電極２２に向かって流れる電荷が、ほぼ等しくなるように調整された波形をＣＰＵ６が制御して出力する。このフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３に流れる電流が交流駆動になると、一方の電流がフォトセンサ１に流れゲート電極にバイアスストレスが印加されても、次に逆方向の電流が流れるため、ゲート電極に印加されるバイアスストレスが逆の方向に働く。それによりバイアスストレスが相殺され、バイアスストレスがより蓄積されにくくなる。その結果、ゲート絶縁膜、あるいは半導体膜の界面へのキャリア注入により発生する悪影響をキャンセルすることができ、長期間に渡る経時変化を１％以下に抑えられる。
【００１８】
また、交流駆動波形回路３により電位が入力されているフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３において、フォトセンサ電極２２からフォトセンサ電極２３へ流れる時の電荷と、フォトセンサ電極２３からフォトセンサ電極２３へ流れる時の電荷がほぼ等しくなるように交流駆動波形回路の出力電圧を調整することで、ゲート電極に印加されるバイアスストレスをより解消することが出来る。
【００１９】
さらに、ＣＰＵ６から前記交流駆動波形回路３へ出力する際に、フォトセンサ電極２２の電位よりもフォトセンサ電極２３の電位のほうが高い状態における交流駆動波形回路３の出力電位の期間とフォトセンサ電極２２の電極よりもフォトセンサ電極２３の電位のほうが低い状態における交流駆動波形回路３の出力電位の期間がほぼ等しくなるように設定することでもゲート電極に印加されるバイアスストレスを解消することが見込まれる。また、フォトセンサ１に流れる双方向の電荷の量と期間が共に等しい状態がもっとも良い状態となるが、必ずしも等しく設定する必要性はない。
【００２０】
フォトセンサ１は入射する光の量（照度）に応じた交流の光電流を出力し、オペアンプ８でＩ/Ｖ変換される。オペアンプ８は後述するＡ／Ｄ変換器で処理できるよう交流信号をオフセット出力するためのリファレンス電圧７を備える。このリファレンス電圧７の値は交流信号の電位変化の範囲である、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも高電位の期間に印加される電位と、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間に印加される電位との間に収まるような値をとる。オペアンプ８の増幅率は固定抵抗１０で規定される。コンデンサ９は液晶ディスプレイ２から放射されるノイズ除去用に付けられており、出力波形の立ち上がりが十分飽和するよう交流駆動周波数との兼ね合いで容量が決定される。
【００２１】
前記交流駆動の周波数は前記表示素子の交流化反転周波数および前記Ａ／Ｄ変換器４の変換速度との兼ね合いから０．１Ｈｚから１００Ｈｚの周波数が最適である。
【００２２】
一般に薄膜トランジスタをフォトセンサとして使用する場合、光感度および光応答性の個体差が存在し、本発明では前記フォトセンサ１のゲート電極の電位をＤ／Ａ変換器５の出力により調整するようにした。この調整は量産時に前記測定値をモニタしＣＰＵ６に調整した値を格納することにより行う。
【実施例】
【００２３】
図２を元に実際の動作についての説明を行なう。図２は本発明のフォトセンサ１、オペアンプ８およびリファレンス電圧７の電位関係を示す回路図と各タイミングでのフォトセンサへ流れる電流の方向を示しており、実際の動作を説明するための一例である。
【００２４】
まず、リファレンス電圧７を１．５Ｖに設定する。するとオペアンプ８はフォトセンサ電極２３の電位を同じに保持するよう動作するためフォトセンサ電極２３の電位も１．５Ｖに保たれる。ゲート電極の電位はフォトセンサの個体差を調整する電位でここでは−２Ｖに設定したが、一定の電位であれば他の電位を設定しても構わない。フォトンサにはゲート電極以外に、フォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３がある。本発明でのフォトセンサ１に具備するソース電極とドレイン電極の端子は加える電位によって変化する。ソース電極とドレイン電極は電流が流れ込むか流れ出すかにより決定され、フォトセンサ１が具備するフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３はソース電極、ドレイン電極のどちらにもなり得る。図２（ｂ）において、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位１８の時点では電流はフォトセンサ電極２２からフォトセンサ電極２３の方向へ流れる。このとき、ドレイン電極はフォトセンサ電極２３に相当し、ゲート電極対ドレイン電極の電位差はゲート電極の電位−２Ｖからフォトセンサ電極２３の電位１．５Ｖを引いた値、つまり−３．５Ｖとなる。一方フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位１９の時点では電流はフォトセンサ電極２３からフォトセンサ電極２２の方向へ流れる。薄膜トランジスタのドレイン電極とソース電極の関係が逆転し、ドレイン電極はフォトセンサ電極２２となる。すると、ゲート電極対ドレイン電極の電位差はゲート電極の電位−２Ｖからフォトセンサ電極２２の電位０．５Ｖを引いた値、つまり−２．５Ｖとなる。電流の流れが反転することにより、ゲート電極は一定方向からの印加だけでなく、異なる電極から電荷を交互に印加されることになり、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位１８でゲート電極にバイアスストレスが印加されても、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位１９の状態においてはゲート電極に印加されるバイアスストレスは逆方向に働く。そのため、上述の一連の動作を行なうことでゲート電極に印加されるバイアスストレスは相殺され解消される。これらの過程を得ることで課題であった長期間に渡る経時変化を１％以下に抑えることが可能となる。
【００２５】
図３は本発明の信号処理の流れを示すフローチャート１１とソース駆動波形１２およびオペアンプ出力波形１３のタイミングを示す物である。フローチャートに従い処理手順を以下に説明する。
【００２６】
まず、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも高電位の期間の光電流を測定する。交流駆動波形回路３から高電位の出力がフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２へ入力され、フォトセンサ電極２２の駆動波形１２が立ち上がりトリガ待ちとなった状態１４となる。その後、時間経過と共にフォトセンサ１より出力された電流であるオペアンプの出力波形１３は減少していく。所定の計算により算出されたＷＡＩＴ時間１５のタイミングでＡ／Ｄサンプリングを行い出力１に格納する。
【００２７】
同様にフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間の光電流を測定する。交流駆動波形回路３から低電位の出力がフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２へ入力され、フォトセンサ電極２２の駆動波形１２が立ち下がりトリガ待ちとなった状態１６となる。その後、時間経過と共にフォトセンサ１より出力された電流であるオペアンプの出力波形１３は減少していく。所定の計算により算出されたＷＡＩＴ時間１７のタイミングでＡ／Ｄサンプリングを行い出力２に格納する。なお、オペアンプ８を経由することによりフォトセンサ１より出力された光電流はＩ／Ｖ変換され、電流から電圧へと変化されている。リファレンス電圧７の電位から出力１を引いた値と、出力２からリファレンス電圧の電位を引いた値を絶対値合計することによりフォトセンサに入射する照度に対応した測定値が得られる。
【００２８】
前述のＷＡＩＴ時間１５とＷＡＩＴ時間１７を決定する方法について説明を加える。固定抵抗１０の抵抗Ｒとコンデンサ９による容量Ｃを掛け合わせると時定数τが求まる（τ＝Ｃ×Ｒ）。固定抵抗１０とコンデンサ９はそれぞれ、前記オペアンプ８の増幅率とノイズの抑制をする働きをする。その固定抵抗１０とコンデンサ９の兼ね合いから時定数は光電流の飽和量の約６３．５％の時間に相当することが計算により算出できることが知られている。光電流の飽和量が９５％になるときに測定する場合、前述の時定数τに１．５を掛け合わせた時間をＷＡＩＴ時間に設定すればよいことになる。実施例ではＷＡＩＴ時間は光電流の飽和量の９５％に設定したが、ある程度光電流の入力がある状態であれば良いことはいうまでもない。つまり、設定するＷＡＩＴ時間は光電流が十分に飽和した状態の範囲であれば良い。時定数τが１．４倍以上の範囲（光電流の飽和量の約９０％に相当する）であるのが望ましい。ただし、時定数がフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位の期間またはフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位の期間を超えてしまうと、光電流の飽和が終了してしまい次の期間が開始してしまう。そのため、ＷＡＩＴ時間は前記期間を超えない範囲に設定する必要がある。
【００２９】
以上より、ＷＡＩＴ時間は時定数τが１．４倍以上であり、なおかつフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位の期間またはフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位の期間に収まる範囲に設定することが望まれる。
【００３０】
この一連の動作であるフローチャート１１を１回行なう毎にバックライト２１の輝度の調節に反映させる。１回ごとに行なわなくても、フローチャート１１を複数回行い照度の平均をとり、バックライト２１の輝度の変化を一定間隔で行うようにしても良い。
【００３１】
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、フォトセンサを交流駆動しても入射する照度に応じた出力値を得ることができ、長期間駆動させてもゲート電極に一定のバイアスストレスが蓄積されにくくなる。それにより、ゲート絶縁膜あるいはゲート絶縁膜と半導体膜の界面へのキャリアの注入により発生する悪影響をキャンセルでき、長期間に渡る経時変化を１％以下に抑えることが可能となる。また、ゲート電極自体を調整する機構をつけることで入力照度を調整することが出来る。つまり、薄膜トランジスタを高精度の照度を測定し、長期間の使用にも耐えられるフォトセンサ回路及び液晶モジュールとして使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るフォトセンサ回路及び液晶モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のフォトセンサ１、オペアンプ８およびリファレンス電圧７の電位関係を示す回路図と各タイミングでのフォトセンサへ流れる電流の方向を示す図である。
【図３】本発明の信号処理の流れを示すフローチャート１１とソース駆動波形１２およびオペアンプ出力波形１３のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ フォトセンサ
２ 液晶ディスプレイ
３ 交流駆動波形回路
４ Ａ／Ｄコンバータ
５ Ｄ／Ａコンバータ
６ ＣＰＵ
７ リファレンス電圧
８ オペアンプ
９ コンデンサ
１０ 固定抵抗
１１ フローチャート
１２ フォトセンサ電極２２の駆動波形
１３ オペアンプ出力波形
１４ ソース駆動波形立ち上がりトリガ
１５ ＷＡＩＴ時間
１６ ソース駆動波形立ち下がりトリガ
１７ ＷＡＩＴ時間
１８ フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位
１９ フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位
２１ バックライト
３０ フォトセンサ回路
３１ 液晶モジュール
３２ 電流電圧変換回路
３３ Ｄ／Ａコンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器などに用いられる液晶ディスプレイの輝度を調節するための光応答性を有する薄膜トランジスタを光検出素子として利用するフォトセンサに係るフォトセンサ回路及び前記回路を有する液晶モジュールに関するものである。さらに詳細には、薄膜トラジスタの経時変化を長期間に渡って抑えるフォトセンサに関したものである。一般に、薄膜トランジスタは、半導体材料としてａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）やｐｏｌｙ−Ｓｉ（多結晶シリコン）が用いられ、ゲート絶縁膜としてプラズマＣＶＤ成膜のＳｉＮやＳｉＯ２が用いられる。この薄膜トランジスタは、ゲート電極にバイアスストレスが印加された状態で長期間駆動することで、ゲート絶縁膜、あるいはゲート絶縁膜と半導体膜の界面へのキャリアの注入が生じ、Ｖｔｈ（閾値電圧）のシフトが生じることが知られており、これが経時変化を引き起こす。他にも、前記薄膜トランジスタには光感度及び光応答性の個体差を有していることが知られている。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の経時変化を抑制する技術としては、特開２００４−１４７１０２にある、薄膜トランジスタのゲート電極に電圧を印加して、薄膜トランジスタをオン状態あるいはオフ状態に駆動する駆動手段を備え、任意の期間、ゲート電極に対して、薄膜トランジスタをオフ状態にする電圧の平均の極性とは逆極性の電圧を印加することにより、短時間（１０数分）内での経時変化を１０％以内に抑えられるとしている。
【特許文献１】特開２００４−１４７１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような技術ではゲート電極に印加されるバイアスストレスを抑制することは出来ても、バイアスストレス自体を解消することは出来ない。つまり、数ヶ月以上に渡る長期間の経時変化には対応できない。したがってトランジスタ、主に薄膜トランジスタを用いて照度を測定するフォトセンサのような高精度の品質と長期間の安定した性能を求められる場合、精度が低いのと長期利用に適さないという課題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題であるゲート電圧に印加されるバイアスストレスを抑制するのではなく、解消するものである。本発明を利用することによりトランジスタ、主に薄膜トランジスタを用いて照度を測定するフォトセンサのように高精度を求められる場合において、長期間に渡る経時変化を１％以下に抑え、光感度及び光応答性の個体差を調整できる小型高精度のフォトセンサ回路及び液晶モジュールを提供することが可能となる。また、それに伴い薄膜トランジスタが有する光感度及び光応答性の個体差の修正をする機構を加えることで、より良いフォトセンサ回路及び液晶モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を講じた。
（１）光検出素子として利用する薄膜トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記薄膜トランジスタの一方の電極の電位が他方の電極より低電位の期間とを、周期的に切り替える駆動回路を備えた。
【０００６】
（２）前記駆動回路は前記薄膜トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間に一方の電極から他方の電極に向かって流れる電流と、他方の電極の電位が一方の電極の電位より低電位の期間に他方の電極から一方の電極に向かって流れる電流が、ほぼ等しくなるように駆動するようにした。以後この駆動を交流駆動と呼ぶ。
【０００７】
（３）前記交流駆動は前記薄膜トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記薄膜トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の期間とを、ほぼ同じ長さになるように駆動するようにした。以後この駆動を５０％デュティー駆動と呼ぶ。
【０００８】
（４）前記交流駆動の周期は、０．１Ｈｚから１００Ｈｚの周期で駆動するようにした。
【０００９】
（５）前記薄膜トランジスタの出力電流をＩ／Ｖ変換するオペアンプを備える。そして前記Ｉ／Ｖ変換された信号をＡ／Ｄ変換できるよう、前記オペアンプの他方の入力にリファレンス電圧を入力した。
【００１０】
（６）
前記Ａ／Ｄ変換器は、前記Ｉ／Ｖ変換された電圧波形が立ち上がった後にＡ／Ｄ変換し、ソース電極とドレイン電極に流れる電流値の絶対値和を検出値とするようにした。
【００１１】
（７）前記薄膜トランジスタのゲート電位を調整するＤ／Ａ変換器を備え、前記Ｄ／Ａ変換器は前記薄膜トランジスタの光感度および光応答性の個体差を調整する電位を出力するようにした。
【００１２】
また、本発明において実施したフォトセンサは薄膜トランジスタであったが、薄膜でない通常のトランジスタでも良いことはいうまでもない。
【発明の効果】
【００１３】
上記フォトセンサ回路によれば、薄膜トランジスタに流れる入射する光の量（照度）に応じた電流である光電流を交流駆動し、ゲート電極にかかる相対電位が変化する。するとゲート電極に印加されたバイアスストレスが解消され、ゲート絶縁膜やゲート絶縁膜と半導体膜の界面へのキャリアの注入により発生するＶｔｈ（閾値電圧）のシフトの影響を抑えられる。それにより長期間に渡る経時変化を１％以下に抑え、薄膜トランジスタの光感度及び光応答性の個体差が修正可能な小型高精度のフォトセンサ回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るフォトセンサ回路の構成及び液晶モジュールを示すブロック図である。ここで、本実施例の説明を兼ねて図１の構成を説明する。図１（ａ）において、液晶モジュール３１は、フォトセンサ１とフォトセンサ回路３０、バックライト２１に液晶ディスプレイ２を具備する。図１（ａ）の構成は一例であり、前記フォトセンサ回路３０に液晶駆動制御を行なわせず、別途液晶駆動用回路などを備えても良い。 図１（ｂ）において、外部の光はフォトセンサ１により入力される。前記フォトセンサはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有しており、そのうちソース電極とドレイン電極はフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３に相当する。ただし、ソース電極とドレイン電極という呼び名は、二つの電極の電位差により決定されるものであるため、フォトセンサ電極２２およびフォトセンサ電極２３はソース電極、ドレイン電極のどちらにもなり得る。前記フォトセンサ１を駆動するため、前記フォトセンサ１のフォトセンサ電極２２が交流駆動波形回路３に接続されている。前記交流駆動波形回路３はＣＰＵ６により制御されている。前記フォトセンサ１のゲート電極はＤ／Ａコンバータ５に接続されており、前記Ｄ／Ａコンバータ５はＣＰＵ６により所定の範囲内の電位に制御され、前記ＣＰＵ６から出るデジタル信号が前記Ｄ／Ａコンバータ５によりアナログ電位となり、前記アナログ電位が前記フォトセンサ１のゲート電位に印加される。前記フォトセンサ１のフォトセンサ電極２３はオペアンプ８の−端子に接続されており、前記フォトセンサ１より出力された電流信号を前記オペアンプ８へと伝える。前記オペアンプ８の−端子と前記オペアンプ８の出力端子にはコンデンサ９と固定抵抗１０が並列に接続されており、これにより前記フォトセンサ１より出力された電流信号を電圧信号へと変換する。前記オペアンプ８の＋端子には定電圧電源Ｖｒｅｆ７が接続され、前記フォトセンサ１のフォトセンサ電極２３が前記定電圧電源Ｖｒｅｆ７の定電圧になるようにされている。前記コンデンサ９、前記固定抵抗１０、前記オペアンプ８をまとめて電流電圧変換回路３２と呼ぶ。前記オペアンプ８から出力された電圧信号はＡ／Ｄコンバータ４によりデジタル信号へと変化する。変化した前記デジタル信号はＣＰＵ６へと接続され、前期ＣＰＵ６において入力信号を演算し、照度を算出する。演算により得られた照度からバックライトの発光信号を出力し、Ｄ／Ａコンバータ３３によりアナログ信号へ変換される。また、前記回路構成でフォトセンサ１を除いた構成をフォトセンサ回路３０と呼ぶ。図１（ｂ）のフォトセンサ回路３０に具備されるＣＰＵ６は前記Ｄ/Ａコンバータ３３を経由し液晶モジュール３１上に構成されるバックライト２１に接続され、前記アナログ信号がバックライト３１へ伝わりバックライト２１を駆動させる。バックライト３１を駆動させることにより、液晶モジュール３１上のバックライト２１の上面に層状に形成されている液晶ディスプレイ２の輝度を調節する。
【００１６】
現在この種の携帯機器に採用される表示素子やフォトセンサ回路、液晶モジュールは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成された物が多い。それらはパネルの一角に光応答性を有するＴＦＴを構成し、これをフォトセンサ１としている。
【００１７】
フォトセンサ１には、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位より高電位の期間と、フォトセンサ電極２２の電極がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間とを、ほぼ同じ長さの矩形波が交流駆動波形回路３から印加されている。前記矩形波はフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位より高電位の期間にフォトセンサ電極２２からフォトセンサ電極２３に向かって流れる電荷と、前記フォトセンサ電極２２の電極がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間にフォトセンサ電極２３からフォトセンサ電極２２に向かって流れる電荷が、ほぼ等しくなるように調整された波形をＣＰＵ６が制御して出力する。このフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３に流れる電流が交流駆動になると、一方の電流がフォトセンサ１に流れゲート電極にバイアスストレスが印加されても、次に逆方向の電流が流れるため、ゲート電極に印加されるバイアスストレスが逆の方向に働く。それによりバイアスストレスが相殺され、バイアスストレスがより蓄積されにくくなる。その結果、ゲート絶縁膜、あるいは半導体膜の界面へのキャリア注入により発生する悪影響をキャンセルすることができ、長期間に渡る経時変化を１％以下に抑えられる。
【００１８】
また、交流駆動波形回路３により電位が入力されているフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３において、フォトセンサ電極２２からフォトセンサ電極２３へ流れる時の電荷と、フォトセンサ電極２３からフォトセンサ電極２３へ流れる時の電荷がほぼ等しくなるように交流駆動波形回路の出力電圧を調整することで、ゲート電極に印加されるバイアスストレスをより解消することが出来る。
【００１９】
さらに、ＣＰＵ６から前記交流駆動波形回路３へ出力する際に、フォトセンサ電極２２の電位よりもフォトセンサ電極２３の電位のほうが高い状態における交流駆動波形回路３の出力電位の期間とフォトセンサ電極２２の電極よりもフォトセンサ電極２３の電位のほうが低い状態における交流駆動波形回路３の出力電位の期間がほぼ等しくなるように設定することでもゲート電極に印加されるバイアスストレスを解消することが見込まれる。また、フォトセンサ１に流れる双方向の電荷の量と期間が共に等しい状態がもっとも良い状態となるが、必ずしも等しく設定する必要性はない。
【００２０】
フォトセンサ１は入射する光の量（照度）に応じた交流の光電流を出力し、オペアンプ８でＩ/Ｖ変換される。オペアンプ８は後述するＡ／Ｄ変換器で処理できるよう交流信号をオフセット出力するためのリファレンス電圧７を備える。このリファレンス電圧７の値は交流信号の電位変化の範囲である、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも高電位の期間に印加される電位と、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間に印加される電位との間に収まるような値をとる。オペアンプ８の増幅率は固定抵抗１０で規定される。コンデンサ９は液晶ディスプレイ２から放射されるノイズ除去用に付けられており、出力波形の立ち上がりが十分飽和するよう交流駆動周波数との兼ね合いで容量が決定される。
【００２１】
前記交流駆動の周波数は前記表示素子の交流化反転周波数および前記Ａ／Ｄ変換器４の変換速度との兼ね合いから０．１Ｈｚから１００Ｈｚの周波数が最適である。
【００２２】
一般に薄膜トランジスタをフォトセンサとして使用する場合、光感度および光応答性の個体差が存在し、本発明では前記フォトセンサ１のゲート電極の電位をＤ／Ａ変換器５の出力により調整するようにした。この調整は量産時に前記測定値をモニタしＣＰＵ６に調整した値を格納することにより行う。
【実施例】
【００２３】
図２を元に実際の動作についての説明を行なう。図２は本発明のフォトセンサ１、オペアンプ８およびリファレンス電圧７の電位関係を示す回路図と各タイミングでのフォトセンサへ流れる電流の方向を示しており、実際の動作を説明するための一例である。
【００２４】
まず、リファレンス電圧７を１．５Ｖに設定する。するとオペアンプ８はフォトセンサ電極２３の電位を同じに保持するよう動作するためフォトセンサ電極２３の電位も１．５Ｖに保たれる。ゲート電極の電位はフォトセンサの個体差を調整する電位でここでは−２Ｖに設定したが、一定の電位であれば他の電位を設定しても構わない。フォトンサにはゲート電極以外に、フォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３がある。本発明でのフォトセンサ１に具備するソース電極とドレイン電極の端子は加える電位によって変化する。ソース電極とドレイン電極は電流が流れ込むか流れ出すかにより決定され、フォトセンサ１が具備するフォトセンサ電極２２とフォトセンサ電極２３はソース電極、ドレイン電極のどちらにもなり得る。図２（ｂ）において、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位１８の時点では電流はフォトセンサ電極２２からフォトセンサ電極２３の方向へ流れる。このとき、ドレイン電極はフォトセンサ電極２３に相当し、ゲート電極対ドレイン電極の電位差はゲート電極の電位−２Ｖからフォトセンサ電極２３の電位１．５Ｖを引いた値、つまり−３．５Ｖとなる。一方フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位１９の時点では電流はフォトセンサ電極２３からフォトセンサ電極２２の方向へ流れる。薄膜トランジスタのドレイン電極とソース電極の関係が逆転し、ドレイン電極はフォトセンサ電極２２となる。すると、ゲート電極対ドレイン電極の電位差はゲート電極の電位−２Ｖからフォトセンサ電極２２の電位０．５Ｖを引いた値、つまり−２．５Ｖとなる。電流の流れが反転することにより、ゲート電極は一定方向からの印加だけでなく、異なる電極から電荷を交互に印加されることになり、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位１８でゲート電極にバイアスストレスが印加されても、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位１９の状態においてはゲート電極に印加されるバイアスストレスは逆方向に働く。そのため、上述の一連の動作を行なうことでゲート電極に印加されるバイアスストレスは相殺され解消される。これらの過程を得ることで課題であった長期間に渡る経時変化を１％以下に抑えることが可能となる。
【００２５】
図３は本発明の信号処理の流れを示すフローチャート１１とソース駆動波形１２およびオペアンプ出力波形１３のタイミングを示す物である。フローチャートに従い処理手順を以下に説明する。
【００２６】
まず、フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも高電位の期間の光電流を測定する。交流駆動波形回路３から高電位の出力がフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２へ入力され、フォトセンサ電極２２の駆動波形１２が立ち上がりトリガ待ちとなった状態１４となる。その後、時間経過と共にフォトセンサ１より出力された電流であるオペアンプの出力波形１３は減少していく。所定の計算により算出されたＷＡＩＴ時間１５のタイミングでＡ／Ｄサンプリングを行い出力１に格納する。
【００２７】
同様にフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３の電位よりも低電位の期間の光電流を測定する。交流駆動波形回路３から低電位の出力がフォトセンサ１のフォトセンサ電極２２へ入力され、フォトセンサ電極２２の駆動波形１２が立ち下がりトリガ待ちとなった状態１６となる。その後、時間経過と共にフォトセンサ１より出力された電流であるオペアンプの出力波形１３は減少していく。所定の計算により算出されたＷＡＩＴ時間１７のタイミングでＡ／Ｄサンプリングを行い出力２に格納する。なお、オペアンプ８を経由することによりフォトセンサ１より出力された光電流はＩ／Ｖ変換され、電流から電圧へと変化されている。リファレンス電圧７の電位から出力１を引いた値と、出力２からリファレンス電圧の電位を引いた値を絶対値合計することによりフォトセンサに入射する照度に対応した測定値が得られる。
【００２８】
前述のＷＡＩＴ時間１５とＷＡＩＴ時間１７を決定する方法について説明を加える。固定抵抗１０の抵抗Ｒとコンデンサ９による容量Ｃを掛け合わせると時定数τが求まる（τ＝Ｃ×Ｒ）。固定抵抗１０とコンデンサ９はそれぞれ、前記オペアンプ８の増幅率とノイズの抑制をする働きをする。その固定抵抗１０とコンデンサ９の兼ね合いから時定数は光電流の飽和量の約６３．５％の時間に相当することが計算により算出できることが知られている。光電流の飽和量が９５％になるときに測定する場合、前述の時定数τに１．５を掛け合わせた時間をＷＡＩＴ時間に設定すればよいことになる。実施例ではＷＡＩＴ時間は光電流の飽和量の９５％に設定したが、ある程度光電流の入力がある状態であれば良いことはいうまでもない。つまり、設定するＷＡＩＴ時間は光電流が十分に飽和した状態の範囲であれば良い。時定数τが１．４倍以上の範囲（光電流の飽和量の約９０％に相当する）であるのが望ましい。ただし、時定数がフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位の期間またはフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位の期間を超えてしまうと、光電流の飽和が終了してしまい次の期間が開始してしまう。そのため、ＷＡＩＴ時間は前記期間を超えない範囲に設定する必要がある。
【００２９】
以上より、ＷＡＩＴ時間は時定数τが１．４倍以上であり、なおかつフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位の期間またはフォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位の期間に収まる範囲に設定することが望まれる。
【００３０】
この一連の動作であるフローチャート１１を１回行なう毎にバックライト２１の輝度の調節に反映させる。１回ごとに行なわなくても、フローチャート１１を複数回行い照度の平均をとり、バックライト２１の輝度の変化を一定間隔で行うようにしても良い。
【００３１】
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、フォトセンサを交流駆動しても入射する照度に応じた出力値を得ることができ、長期間駆動させてもゲート電極に一定のバイアスストレスが蓄積されにくくなる。それにより、ゲート絶縁膜あるいはゲート絶縁膜と半導体膜の界面へのキャリアの注入により発生する悪影響をキャンセルでき、長期間に渡る経時変化を１％以下に抑えることが可能となる。また、ゲート電極自体を調整する機構をつけることで入力照度を調整することが出来る。つまり、薄膜トランジスタを高精度の照度を測定し、長期間の使用にも耐えられるフォトセンサ回路及び液晶モジュールとして使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るフォトセンサ回路及び液晶モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のフォトセンサ１、オペアンプ８およびリファレンス電圧７の電位関係を示す回路図と各タイミングでのフォトセンサへ流れる電流の方向を示す図である。
【図３】本発明の信号処理の流れを示すフローチャート１１とソース駆動波形１２およびオペアンプ出力波形１３のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ フォトセンサ
２ 液晶ディスプレイ
３ 交流駆動波形回路
４ Ａ／Ｄコンバータ
５ Ｄ／Ａコンバータ
６ ＣＰＵ
７ リファレンス電圧
８ オペアンプ
９ コンデンサ
１０ 固定抵抗
１１ フローチャート
１２ フォトセンサ電極２２の駆動波形
１３ オペアンプ出力波形
１４ ソース駆動波形立ち上がりトリガ
１５ ＷＡＩＴ時間
１６ ソース駆動波形立ち下がりトリガ
１７ ＷＡＩＴ時間
１８ フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より高い電位
１９ フォトセンサ電極２２の電位がフォトセンサ電極２３より低い電位
２１ バックライト
３０ フォトセンサ回路
３１ 液晶モジュール
３２ 電流電圧変換回路
３３ Ｄ／Ａコンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光応答性を有するトランジスタを光検出素子として利用するフォトセンサ回路において、
前記フォトセンサ回路は前記トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に所定の電圧を印加して、前記トランジスタを駆動する駆動回路を備え、
前記駆動回路は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記トランジスタの一方の電極の電位が他方の電極より低電位の期間とを、周期的に切り替えることを特徴とするフォトセンサ回路。
【請求項２】
前記駆動回路は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間に一方の電極から他方の電極に向かって流れる電流と、他方の電極の電位が一方の電極の電位より低電位の期間に他方の電極から一方の電極に向かって流れる電流が、ほぼ等しくなるように駆動することを特徴とする請求項１記載のフォトセンサ回路。
【請求項３】
前記駆動回路は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の期間とを、ほぼ同じ長さになるように駆動することを特徴とする請求項１、または２記載のフォトセンサ回路。
【請求項４】
前記駆動回路の前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の期間とを切り替える周期は、０．１Ｈｚから１００Ｈｚであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフォトセンサ回路。
【請求項５】
前記トランジスタの出力電流をＩ／Ｖ変換するオペアンプをさらに備え、
前記オペアンプは、前記Ｉ／Ｖ変換された電圧をＡ／Ｄ変換できるようオフセット出力するためのリファレンス電圧入力を備え、前記リファレンス電圧入力の値は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の電圧と、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の電圧の範囲に収まることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のフォトセンサ回路。
【請求項６】
前記オペアンプの出力に接続されたＡ／Ｄ変換器をさらに備え、前記Ａ／Ｄ変換器は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位となる立ち上がり時から又は、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位となる立下り時から、それぞれ前記オペアンプの増幅率を決める抵抗Ｒとノイズを抑制するためのコンデンサＣにより算出される時定数τの１．４倍以上であるタイミングでＡ／Ｄ変換し、前記トランジスタ両端の電極に流れる電流値の絶対値和を検出値とする請求項５記載のフォトセンサ回路。
【請求項７】
前記トランジスタのゲート電位を調整するＤ／Ａ変換器を備え、
前記Ｄ／Ａ変換器は前記トランジスタの光感度および光応答性の個体差を調整する電位を出力する請求項１ないし６のいずれかに記載のフォトセンサ回路。
【請求項８】
光応答性を有するトランジスタを光検出素子として利用するフォトセンサより得られる光電流を測定する方法において、前記トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に所定の電圧を印加して、駆動回路により駆動させ、前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位となる立ち上がり時から又は、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位となる立下り時から、それぞれ前記オペアンプの増幅率を決める抵抗Ｒとノイズを抑制するためのコンデンサＣにより算出される時定数τの１．４倍以上であるタイミングでＡ／Ｄ変換し、前記のタイミングにおいて前記トランジスタ両端の電極に流れる電流値の絶対値和を検出値とする光電流の測定方法。
【請求項９】
液晶ディスプレイと、バックライトを備えた液晶モジュールにおいて、バックライトの輝度を調節する請求項１ないし７のいずれかに記載のフォトセンサ回路を有することを特徴とする液晶モジュール。
【請求項１】
光応答性を有するトランジスタを光検出素子として利用するフォトセンサ回路において、
前記フォトセンサ回路は前記トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に所定の電圧を印加して、前記トランジスタを駆動する駆動回路を備え、
前記駆動回路は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記トランジスタの一方の電極の電位が他方の電極より低電位の期間とを、周期的に切り替えることを特徴とするフォトセンサ回路。
【請求項２】
前記駆動回路は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間に一方の電極から他方の電極に向かって流れる電流と、他方の電極の電位が一方の電極の電位より低電位の期間に他方の電極から一方の電極に向かって流れる電流が、ほぼ等しくなるように駆動することを特徴とする請求項１記載のフォトセンサ回路。
【請求項３】
前記駆動回路は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の期間とを、ほぼ同じ長さになるように駆動することを特徴とする請求項１、または２記載のフォトセンサ回路。
【請求項４】
前記駆動回路の前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の期間と、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の期間とを切り替える周期は、０．１Ｈｚから１００Ｈｚであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフォトセンサ回路。
【請求項５】
前記トランジスタの出力電流をＩ／Ｖ変換するオペアンプをさらに備え、
前記オペアンプは、前記Ｉ／Ｖ変換された電圧をＡ／Ｄ変換できるようオフセット出力するためのリファレンス電圧入力を備え、前記リファレンス電圧入力の値は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位の電圧と、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位の電圧の範囲に収まることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のフォトセンサ回路。
【請求項６】
前記オペアンプの出力に接続されたＡ／Ｄ変換器をさらに備え、前記Ａ／Ｄ変換器は前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位となる立ち上がり時から又は、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位となる立下り時から、それぞれ前記オペアンプの増幅率を決める抵抗Ｒとノイズを抑制するためのコンデンサＣにより算出される時定数τの１．４倍以上であるタイミングでＡ／Ｄ変換し、前記トランジスタ両端の電極に流れる電流値の絶対値和を検出値とする請求項５記載のフォトセンサ回路。
【請求項７】
前記トランジスタのゲート電位を調整するＤ／Ａ変換器を備え、
前記Ｄ／Ａ変換器は前記トランジスタの光感度および光応答性の個体差を調整する電位を出力する請求項１ないし６のいずれかに記載のフォトセンサ回路。
【請求項８】
光応答性を有するトランジスタを光検出素子として利用するフォトセンサより得られる光電流を測定する方法において、前記トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に所定の電圧を印加して、駆動回路により駆動させ、前記トランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のうち、一方の電極の電位が他方の電極の電位より高電位となる立ち上がり時から又は、前記トランジスタの他方の電極が一方の電極の電位より低電位となる立下り時から、それぞれ前記オペアンプの増幅率を決める抵抗Ｒとノイズを抑制するためのコンデンサＣにより算出される時定数τの１．４倍以上であるタイミングでＡ／Ｄ変換し、前記のタイミングにおいて前記トランジスタ両端の電極に流れる電流値の絶対値和を検出値とする光電流の測定方法。
【請求項９】
液晶ディスプレイと、バックライトを備えた液晶モジュールにおいて、バックライトの輝度を調節する請求項１ないし７のいずれかに記載のフォトセンサ回路を有することを特徴とする液晶モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１１４３８９（Ｐ２０１０−１１４３８９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８８０８７（Ｐ２００８−２８８０８７）
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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