具有光学传感器的显示设备的制作方法

本发明涉及一种具有光学传感器的显示设备。

背景技术：

液晶显示设备由于其轻薄和低功耗的特性而被用在了更多的工业领域中。液晶显示设备可被用于便携式计算机，例如膝上型计算机和pc，办公自动化机器，音频/视频设备，室内/室外广告显示设备。透射型液晶显示设备是最常见的液晶显示设备类型，其依照数据电压来控制施加于液晶层的电场，以便调整从背光单元入射的光，由此显示图像。

具有光学传感器的显示设备包括位于显示面板内部的光学传感器，并且基于光学传感器获取的感测结果来控制图像。然而，执行感测处理需要耗费时间，由此，在显示面板上显示反映了感测结果的图像会有一帧以上的延迟。

技术实现要素：

因此，本发明提供了一种具有光学传感器的显示设备，其实质上避免由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。

本发明的额外优点和特征一部分将阐述于下面的描述中，一部分对于本领域普通技术人员来说在查阅下文后将变得显而易见，或者可通过实施本发明的实施方式而习得。本发明的目的和其他优点可通过书面描述和本文的权利要求以及附图中特别指出的结构实现和获得。

为了实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，如本文具体和广泛描述的，提供一种具有光学传感器的显示设备。所述显示设备包括：多条栅极线；与多条栅极线连接的多个像素；和与多条栅极线之中的第k条栅极线连接的光学传感器；其中施加至第k条栅极线的栅极脉冲包括在第k-i个水平周期期间施加的感测栅极脉冲和在第k个水平周期期间施加的像素驱动栅极脉冲，其中与第k条栅极线连接的光学传感器响应于感测栅极脉冲输出感测电压，其中与第k条栅极线连接的像素响应于像素驱动栅极脉冲被施加数据电压。

根据本发明的另一方面，提供一种具有光学传感器的显示设备。所述显示设备包括：多条栅极线；和共用多条栅极线中的同一条栅极线的像素和光学传感器，其中在光学传感器输出基于外部发出的光产生的感测电压之后，与光学传感器共用栅极线的像素被施加基于感测电压而改变的数据电压。

应理解的是，本发明的实施方式的前面的概括描述和后面的详细描述都是示例性的和解释性的且旨在提供要求保护的本发明的进一步的解释。

附图说明

附图被包括在内以提供对本发明的进一步的理解，它们被并入并构成此说明书的一部分，附图示出本发明的实施方式并与文字描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出了根据本发明的具有光学传感器的显示设备的图示。

图2是示出了图1所示的显示面板的阵列的图示；

图3是示出了像素剖面的图示；

图4是示出了共用同一条栅极线的像素和光学传感器的等效电路图；

图5是示出了光学传感器和光学传感器驱动器的电路图；

图6是示出了根据本发明第一实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示；

图7是示出了根据本发明第二实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示；

图8是示出了根据本发明第三实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示；以及

图9是示出了根据本发明第四实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示。

具体实施方式

现在将详细参考附图中举例示出的本发明的实施例。在附图中将尽可能地始终使用相同的参考数字来标引相同或相似的部分。应该注意的是，如果确定关于已知技术的详细描述会误导本发明的实施例，那么将会省略该描述。

本发明的液晶显示器的液晶模式可作为扭曲向列(tn)模式、垂直对准(va)模式、平面切换(ips)模式、边缘场切换(ffs)模式等等来实施。当通过透射率-电压特性划分时，本发明的液晶显示器可以正常白模式或正常黑模式实现。本发明的液晶显示器可以采用任何一种形式来实施，例如透射型液晶显示器、半透射型液晶显示器、反射型液晶显示器等等。

此外，本发明的实施例主要是针对液晶显示器来进行描述的，但是本发明的技术思想并不限于此。也就是说，本发明可被应用于具有将显示图像的像素和光学传感器连接至栅极线的结构的显示设备。

图1是示出了根据本发明的具有光学传感器的显示设备的图示。图2是示出了图1所示的显示面板的阵列的图示。

参考图1和图2，根据本发明实施例的显示设备包括显示面板pnl、定时控制器101、显示驱动器102和103、光学传感器驱动器roic、电源单元130、背光单元140、以及背光驱动器141。

显示面板pnl包括多个像素pxl以及光学传感器ps。

像素pxl沿着像素行hl(k)到hl(k+1)排列。每一个像素pxl都连接到沿着列线布置的数据线dl以及沿着像素行hl布置的栅极线gl。也就是说，被布置在同一条像素行hl中的像素pxl会共用同一条栅极线gl，并且被同时驱动。此外，用于将数据写入与同一条栅极线gl相连的像素pxl的扫描周期可被定义成一个水平周期1h。光学传感器ps与像素pxl共用栅极线gl。稍后将会描述关于光学传感器ps以及每一个像素pxl的详细配置。

通过使用来自主机计算机120的定时信号，定时控制器101产生用于控制显示驱动器102和103的操作定时的定时控制信号。

定时控制信号包括用于控制栅极驱动器103的操作定时的栅极定时控制信号，以及用于控制数据驱动器102的操作定时和数据电压极性的数据定时控制信号。

栅极定时控制信号包括栅极起始脉冲gsp、栅极移位时钟gsc以及栅极输出使能信号goe。栅极起始脉冲gsp从栅极驱动器103施加于第一栅极驱动ic并且控制栅极驱动ic的移位起始定时，其中所述第一栅极驱动ic在每一个帧周期首先输出栅极脉冲。栅极移位时钟gsc是输入栅极驱动器103的栅极驱动ic以移位栅极起始脉冲的时钟信号。栅极输出使能信号goe控制栅极驱动器103的栅极驱动ic的输出定时。

数据定时控制信号包括源极起始脉冲ssp、源极采样时钟ssc、极性控制信号pol以及源极输出使能信号soe。源极起始脉冲ssp从数据驱动器102施加于第一源极驱动ic并且控制数据采样起始定时，其中所述第一源极驱动ic首先采样数据。源极采样时钟ssc是参考上升沿或下降沿来控制源极驱动ic内部的采样定时的时钟信号。极性控制信号pol控制从源极驱动ic输出的数据电压的极性。源极输出使能信号soe控制源极驱动ic的输出定时。在将数字视频数据rgb通过迷你低电压差分信令(lvds)接口输入数据驱动器102时，源极起始脉冲ssp和源极采样时钟ssc可被省略。

显示驱动器102和103以显示模式和图像扫描模式驱动显示视频数据的显示面板pnl。显示驱动器102和103包括数据驱动器102以及栅极驱动器103。

在定时控制器101的控制下，数据驱动器102采样并锁存数字视频数据rgb。数据驱动器102将数字视频数据rgb转换成正/负极性的伽马参考电压gma1～n，以便反转数据电压的极性。从数据驱动器102输出的正/负数据电压与从栅极驱动器103输出的栅极脉冲同步。数据驱动器102的每一个源极驱动ic可以通过玻璃板上芯片(cog)工艺或带式自动接合(tab)工艺连接到显示面板pnl的数据线dl。源极驱动ic被密集放置在定时控制器101中，以便与定时控制器101一起作为一个芯片来实施。

如果显示面板pnl是以正常白模式驱动的，那么数据驱动器102会在定时控制器101的控制下输出最小电压，以便在图像扫描模式中将显示面板pnl的透射率最大化。如果显示面板pnl是以正常黑模式驱动的，那么数据驱动器102会在定时控制器101的控制下输出最大电压，以便在图像扫描模式中将显示面板的透射率最大化。

在定时控制器101的控制下，栅极驱动器103在显示模式中按顺序产生栅极脉冲(或扫描脉冲)输出，并且将输出的摆幅电压移位到栅极高电压vgh以及栅极低电压vgl。从栅极驱动器103输出的栅极脉冲与从数据驱动器102输出的数据电压同步，并被顺序地提供给栅极线gl。栅极高电压vgh是高于像素阵列中形成的晶体管t1-t3的阈值电压的电压，栅极低电压vgl是低于像素阵列中形成的晶体管t1-t3的阈值电压的电压。栅极驱动器103的栅极驱动ic可以通过tab工艺连接到显示面板pnl的下基板gls2的栅极线gl，或者可以与像素阵列一起通过面板内栅极(gip)工艺直接形成于显示面板的下基板gls2上。

通过诸如lvds接口和tmds接口之类的接口，主机计算机120向定时控制器101传送驱动显示模式所需要的数字视频数据rgb以及定时信号vsync、hsync、de和mclk。

电源单元130是作为dc-dc转换器实施的，其包括脉宽调制电路pwm、升压转换器、调节器、电荷泵、分压器电路以及运算放大器。电源单元130调整来自主机计算机120的输入电压vin，以便产生驱动显示面板pnl、显示驱动器102和103、光学传感器驱动器roic、定时控制器101以及背光驱动器141所需要的电力。来自电源单元130的电力包括逻辑电源电压vcc、高电位电源电压vdd、栅极高电压vgh、栅极低电压vgl、公共电压vcom、正/负伽马参考电压gma1～n、光学传感器的存储参考电压vsto、光学传感器的驱动电压vdrv、以及光学传感器的参考电压vref。

背光单元140被布置在显示面板pnl的下方。背光单元140包括多个光源，其中所述光源由背光驱动器141启动和关断，以便朝向显示面板pnl发光。

在显示模式中，响应于依照输入图像改变的调光信号dim的脉宽调制信号，背光驱动器141在定时控制器101的控制下启动和关断背光单元140的光源。在图像扫描模式中，背光驱动器141在定时控制器101的控制下以最大亮度开启背光单元140的光源。

光学传感器驱动器roic基于从光学传感器ps输出的感测电压来产生感测原始数据，将感测原始数据转换成与通信协议相适合的数据格式单位，以及将经过转换的感测原始数据传送到定时控制器101。光学传感器驱动器roic对沿着读出线106提供的光学传感器ps的输出电压进行采样，放大该输出电压，以及将经过放大的电压转换成数字数据，以便输出感测原始数据。

图3是示出了像素的剖面的图示。

显示面板pnl包括上基板gls1和下基板gls2。在上基板gls1与下基板gls2之间形成了液晶层lc和用于保持液晶层lc的单元间隙的衬垫料cs。在上基板gls1上形成了包含滤色器cf和黑矩阵bm的滤色器阵列。在滤色器阵列上形成了公共电极com。在上基板gls1的上表面上贴附有上部偏光板pol1。下基板gls2包括像素阵列，其中所述像素阵列包括数据线dl、栅极线gl、读出线106、像素pxl以及光学传感器ps。像素阵列进一步包括用于驱动光学传感器ps的传感器驱动电压供给线。在下基板gls2的下表面上贴附有下部偏光板pol2。

图4是示出了像素与光学传感器共用同一条栅极线的等效电路图。特别地，图4示出了与第k条栅极线gl(k)(k是自然数)相连的光学传感器ps。

参考图4，像素pxl中的每一个都包括像素晶体管t1、液晶单元clc和第一存储电容器cst1。

响应于来自第(k+1)条栅极线gl(k+1)的栅极脉冲vg(k+1)，像素晶体管t1导通，以便向液晶单元clc的像素电极提供通过第m条数据线dl(m是正整数)供应的数据电压vd(m)。像素晶体管t1的栅极电极与第(k+1)条栅极线gl(k+1)相连。像素晶体管t1的漏极电极与第m条数据线dl相连，像素晶体管t1的源极电极与液晶单元clc的像素电极相连。第一存储电容器cst1被充电上像素电极的电压和公共电极的电压之间的差分电压，由此将液晶单元clc的电压维持在恒定电平。

光学传感器ps包括传感器晶体管t2、第二存储电容器cst2以及开关晶体管t3。

传感器晶体管t2将外部发出的光转换成光电流，并且将所述光电流存储在第二存储电容器cst2中。传感器晶体管t2的栅极电极与存储参考电压供给线116相连。所述存储参考电压供给线116被提供了0v的存储参考电压vsto。传感器晶体管t2的漏极电极与传感器驱动电压供给线115相连，传感器晶体管st2的源极电极经过节点s并且连接到第二存储电容器cst2以及开关晶体管t3的漏极电极。传感器驱动电压供给线115被提供了12v的传感器驱动电压vdrv。

第二存储电容器cst2累积来自传感器晶体管t2的电流is，由此被充电上传感器输出电压。所述第二存储电容器cst2的一个侧电极经过节点s并且连接到传感器晶体管t2的源极电极。所述第二存储电容器cst2的另一个侧电极与存储参考电压供给线116相连。

响应于来自第k条栅极线gl(k)的栅极脉冲vg(k)，开关晶体管t3导通，由此通过读出线rl将节点s的电压提供给光学传感器驱动器roic。开关晶体管t3的栅极电极与第k条栅极线gl(k)相连。开关晶体管t3的漏极电极经过节点s并且连接到第二存储电容器cst2以及传感器晶体管t3的源极电极。所述开关晶体管t3的源极电极与读出线rl相连。

图5是示出了光学传感器和光学传感器驱动器的电路图。图6是示出了根据本发明第一实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示。在下文中，与图4相同，第一实施例主要是围绕与第k条栅极线gl(k)相连的光学传感器的操作来描述的。也就是说，以下描述围绕的是如何基于与第k条栅极线gl(k)相连的光学传感器ps感测到的光，改变施加于与第k条栅极线gl(k)相连的像素pxl的数据。

参考图5和6，光学传感器驱动器roic包括运算放大器、第一和第二采样开关sw(sh0)和sw(sh1)、以及模数转换器(adc)。在运算放大器的反相输入端与输出端之间连接有复位开关部件swc(rst)以及反馈电容器cfb。运算放大器的反相输入端与电容器co以及开关晶体管t3的源极电极相连。电容器co连接在光学传感器驱动器roic的反向输入端与基电压源之间，以便消除从光学传感器ps接收的电压的噪声分量。在运算放大器的正相输入端上供应有2v的参考电压vref。

在第(k-i)个水平周期(k-i)-th_h以及第k个水平周期kth_h，施加于与光学传感器ps相连的第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)变成导通电压。在下文中，在第k个栅极脉冲vg(k)中，在第(k-i)个水平周期(k-i)th_h期间施加的导通电压被称为感测栅极脉冲vg_s，并且在第k个水平周期kth_h期间施加的导通电压被称为像素驱动栅极脉冲vg_d。

在第(k-i)个水平周期(k-i)th_h之前，响应于第一开关控制信号sho，第一采样开关sw(sh0)导通，对存储在反馈电容器cfb中的参考电压vref进行采样，并且向adc输出第一采样电压sd0。

在第(k-i)个水平周期(k-i)th_h中，响应于低逻辑电平复位信号rst，复位开关部件swc(rst)导通，并且初始化反馈电容器cfb两端的电压。当关断第一采样开关sw(sh0)并且提供施加于第k条栅极线gl(k)的感测栅极脉冲vg_s时，开关晶体管t3将节点s的电压输入光学传感器驱动器roic。

响应于在第(k-i)个水平周期(k-i)th_h之后施加的第二开关控制信号sh1，第二采样开关sw(sh1)导通，对存储在反馈电容器cfb中的感测电压进行采样，并且向模数转换器adc输出第二采样电压sd1。在感测处理周期t_ch，模数转换器adc响应于数据传输控制信号dts，将第一采样电压sd0与第二采样电压sd1之间的差分电压转换成感测原始数据sdata，并且将感测原始数据sdata输出到定时控制器101。

在第k个水平周期kth_h，位于第k像素行hl(k)的像素pxl被像素驱动栅极脉冲vg_d扫描。数据驱动器102与像素驱动栅极脉冲vg_d同步，以便输出数据电压。结果，数据电压被写入位于第k像素行hl(k)的像素pxl。此时，施加于位于第k像素行hl(k)的像素pxl之中的、与光学传感器ps相邻的像素pxl的数据电压是基于光学传感器ps获取的感测结果调制的数据电压。

如上所述，在第一实施例中，当光学传感器ps和像素pxl共用第k条栅极线gl(k)时，提供给第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)包括感测栅极脉冲vg_s以及像素驱动栅极脉冲vg_d。此外，光学传感器ps和光学传感器驱动器roic是以施加感测栅极脉冲vg_s时的定时驱动的，并且像素pxl是以施加像素驱动栅极脉冲vg_d时的定时驱动的。由此，提供给像素pxl的数据可以基于光学传感器ps获取的感测结果而在没有任何延迟的情况下被调制。

如果同时驱动光学传感器ps以及与光学传感器ps共用相同栅极线的像素pxl，那么光学传感器ps获取的感测结果将不会被反映在相应的光学传感器ps所在的像素之中。这是因为光学传感器驱动器roic的感测处理周期t_ch是在光学传感器ps执行感测操作之后到来的，并且还因为感测处理周期t_ch需要特定的时间。因此，如果同时驱动光学传感器ps以及与光传感器ps共用相同栅极线gl的像素pxl，那么基于光学传感器ps所获取的感测结果而改变的数据电压会延迟至少一帧，然后被提供给像素pxl。

相反，本发明的第一实施例是以在像素pxl之前驱动光学传感器ps的方式实施，由此可以在像素pxl中快速施加反映了光学传感器ps获取的感测结果的数据电压。

感测栅极脉冲vg_s与像素驱动栅极脉冲vg_d之间的间隔最好等于或大于感测处理周期t_ch。取决于布置光学传感器ps的列线的数量，感测处理周期t_ch可有所不同。

图7是示出了根据本发明第二实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示。在第二实施例中，相同的参考数字表示第一实施例中的基本相同的部件，并且将省略与之相关的详细描述。

在第一实施例中，仅施加于光学传感器ps与像素pxl共用的第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)在一个帧中作为导通电压被施加两次。

相反，在第二实施例中，施加于每一条栅极线gl的每一个栅极脉冲在一个帧中两次变成导通电压。也就是说，由于栅极驱动器103向每一条栅极线gl提供相同的栅极脉冲，因此可以简化栅极驱动器103。

在第二实施例中，施加于光学传感器ps与像素pxl共用的第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)与第一实施例中相同，结果，第二实施例的驱动方法与第一实施例的驱动方法是相同的。

图8是示出了根据本发明第三实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示。在第三实施例中，相同的参考数字表示上述实施例中的基本相同的部件，并且将省略与之相关的详细描述。

在第三实施例中，施加于光学传感器ps与像素pxl共用的第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)从第(k-i)个水平周期(k-i)th_h到第k个水平周期kth_h保持导通电压。也就是说，施加于第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)在时段“(i+1)h”中保持导通电压。

在第三实施例中，与第k条栅极线gl(k)相连的光学传感器ps在第(k-i)个水平周期(k-i)_th_h中执行感测操作，并且在第k个水平周期kth_h中驱动像素pxl。如此一来，通过在驱动像素pxl的第k个水平周期kth_h之前预先施加栅极脉冲而驱动光学传感器ps，可以在一个帧中基于光学传感器ps获取的感测结果调制施加于像素pxl的数据电压。

图9是示出了根据本发明第四实施例的栅极脉冲和传感器定时控制信号的定时的图示。在第四实施例中，相同的参考数字表示上述实施例中的基本相同的部件，并且将省略与之相关的详细描述。

在第四实施例中，施加于光学传感器ps与像素pxl共用的第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)从第(k-i)个水平周期(k-i)_th_h到第k个水平周期kth_h保持导通电压。也就是说，施加于第k条栅极线gl(k)的第k个栅极脉冲vg(k)在时段(i+1)h中保持导通电压。此外，在第四实施例中，施加于每一条栅极线gl的栅极脉冲vg在时段(i+1)h中保持导通电压。由此，与根据第三实施例的栅极驱动器103相比，可以简化根据第四实施例的栅极驱动器103。

虽然参考了多个说明性实施例而描述本文的实施例，但是应该理解，本领域技术人员可以想到落入本公开的原理范围以内的其他众多的修改和实施例。更具体地说，在本公开、附图以及附加权利要求的范围以内，关于主题组合排列的组成部分和/或排列的不同变化和修改都是可行的。对本领域技术人员来说，除了组成部分和/或排列方面的变化和修改之外，替换的用途同样是显而易见的。