CN101387550B

CN101387550B - 检测外围光线的光传感器及使用该传感器的液晶显示设备

Info

Publication number: CN101387550B
Application number: CN2008101608042A
Authority: CN
Inventors: 田武经
Original assignee: Samsung Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: EP2037240A1; JP4758978B2; KR100902229B1; KR20090028206A; EP2037240B1; US20090073360A1; US7936427B2; JP2009069795A; CN101387550A

Abstract

公开了用于检测外围光线的光传感器及使用该光传感器的液晶显示设备。该光传感器包括：至少两个第一晶体管，其并行连接在输出线和基电源之间，用于检测外围光线的强度；以及至少两个第二晶体管，其位于第一晶体管的一侧，且在第一晶体管和电压源之间。

Description

检测外围光线的光传感器及使用该传感器的液晶显示设备

技术领域

本发明涉及用于检测外围光线的光传感器和使用该光传感器的液晶显示设备，并且，特别地，涉及这样的用于检测外围光线的光传感器和使用该光传感器的液晶显示设备：其可以稳定地获取输出电流而最小化安装空间。

背景技术

已经开发了可以减少重量和体积的各种平板显示设备，而重量和体积是阴极射线管的缺点。这包括液晶显示器(LCD)、场致发射显示器(FED)、等离子显示面板(PDP)、以及有机光发射显示器(OLED)等。

液晶显示设备具有薄、轻和低功耗等优点，由此它们可以克服现有的阴极射线管的缺点。液晶显示设备可以被安装在移动装置例如移动电话、个人数字助理(PDA)等，以及监视器、电视机等中型和大型产品中。这样的液晶显示器是透明类型的显示设备，并通过利用液晶分子的折射率的各向异性来控制穿过液晶层传送的光线量来显示想要的图像。

在这样的液晶显示设备中，背光向每个像素单元发射恒定强度的光线。然而，尽管当外围环境暗时不需要大量的光线，由于向每个像素单元提供恒定亮度的光线，所以背光的功耗仍维持在很高。背光消耗了用于操作液晶显示设备所消耗的功率的80％或更多。

因此，有必要提供一种通过利用用于检测外围光线的光传感器来有效地控制背光的光线的方法，以及一种改善用于检测外围光线的光传感器的输出特性，以便能够有效检测外围光线的方法。

发明内容

本发明的实施例的一个方面在于一种用于检测外围光线的光传感器，以及使用该光传感器的液晶显示设备，其可以稳定地获得输出电流而最小化安装空间。

本发明的一个实施例提供了一种用于检测外围光线的光传感器，包括：至少两个第一晶体管，并行连接在输出线和基电源之间，用于检测外围光线的强度；以及至少两个第二晶体管，位于第一晶体管的一侧、并且在第一晶体管和电压源之间。

电压源的电压值可以被设置为高于基电源的电压值。

第一晶体管的第一电极和栅电极可以连接到基电源，而第一晶体管的第二电极可以连接到输出线。

第一晶体管可以被适配为对应于入射到其栅电极上的外围光线的强度来控制流入输出线的电流量。

第二晶体管的第一电极可以连接到输出线，第二晶体管的第二电极可以连接到电压源，并且第二晶体管的栅电极可以连接到基电源。

本发明的另一个实施例提供了一种液晶显示设备，其包括：包括多个液晶单元的像素单元；至少一个光传感器，用于检测外围光线并输出对应于该外围光线的强度的外围光线信号；用于向像素单元提供光线的背光；以及背光驱动器，用于依照外围光线信号来控制从背光生成的光线的亮度，其中，光传感器包括：至少两个第一晶体管，位于黑色矩阵(black matrix)的开口部分、并且并行连接在输出线和基电源之间，用于检测外围光线的强度；以及至少两个第二晶体管，位于该第一晶体管的一侧并与黑色矩阵重叠，且在第一晶体管和电压源之间。

本发明的又一个实施例提供了一种用于检测外围光线的光传感器，包括：并行连接在输出线和基电源之间的第一和第二检测晶体管，用于检测外围光线的强度；连接在第一检测晶体管和电压源之间的第一补偿晶体管；以及连接在第二检测晶体管和电压源之间的第二补偿晶体管。

附图说明

附图与说明书一起说明了本发明的示例性实施例，并且和本描述一起用于解释本发明的原理。

图1是示出根据本发明的实施例的液晶显示设备的示意图；

图2是示出如图1所示的用于检测外围光线的光传感器的实施例的示意图；

图3是示出如图1所示的用于检测外围光线的光传感器的另一个实施例的示意图；以及

图4A和4B是依照如图3所示的本发明的实施例的对晶体管的特性偏差的补偿概念的示意图。

具体实施方式

在以下的详细描述中，简单通过图解，仅示出和描述了本发明的特定示例性实施例。如本领域技术人员所理解的，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对所描述的实施例以各种不同方式进行修改。相应地，附图和说明书被认为本质上是说明性的而不是限制性的。在整篇说明书中，相似的标号表示相似的元件。

图1是示出根据本发明的实施例的液晶显示设备的示意图。图1示出了有源矩阵液晶显示设备，但本发明不限于此。

参考图1，根据本发明的实施例的液晶显示设备包括像素单元(或显示区域)20、扫描驱动器40、数据驱动器60、伽马电压供应器80、计时(timing)控制器100、用于检测外围光线的光传感器110、背光驱动器120和背光140。

像素单元20包括多个液晶单元Clc，其在数据线D1至Dm和扫描线S1至Sn的交叉区域以矩阵形式排列。此外，在每个液晶单元Clc中形成至少一个TFT和至少一个存储电容器Cst。对应于从扫描线S提供的扫描信号，TFT将从数据线D提供的数据信号提供给液晶单元Clc。存储电容器Cst形成在液晶单元Clc的像素电极和预扫描线(或前一条扫描线)S之间，或形成在液晶单元Clc的像素电极和公共电极线之间，从而它可以在一帧期间恒定地维持液晶单元Clc的电压。结果，当扫描信号被提供给扫描线S时，液晶单元Clc中的液晶的排列角度对应于数据信号而改变，且光线传送根据排列角度而改变，从而显示图像。黑色矩阵30形成在各个液晶单元Clc之间并且处在像素单元20的外部，从而吸收从临近单元或像素单元20的外部入射的光线，由此防止(或减少)对比度的降低。

扫描驱动器40对应于从计时控制器100提供的扫描控制信号SCS而将扫描信号顺序地提供给扫描线S1至Sn，从而选择像素单元20的一行(或一个水平行)的，该像素单元20被提供以数据信号。

数据驱动器60利用从计时控制器100提供的数据控制信号DCS，将数字视频数据R、G、B转换为对应于灰度电平值的模拟伽马电压，即数据信号。在数据驱动器60中转换的数据信号被提供给数据线D1至Dm。

伽马电压供应器80将多个伽马电压提供给数据驱动器60。

计时控制器100生成扫描控制信号SCS和数据控制信号DCS，用于通过使用垂直和水平同步信号Vsync和Hsync及外部提供的时钟信号CLK，分别控制扫描驱动器40和数据驱动器60。用于控制扫描驱动器40的扫描控制信号SCS具有栅极起始脉冲、栅极移位时钟、栅极输出使能信号等。用于控制数据驱动器60的数据控制信号DCS具有源起始脉冲、源移位时钟、源输出使能信号、极性信号等。并且，计时控制器100处理外部提供的数据R、G和B，并将它们提供给数据驱动器60。

用于检测外围光线的光传感器110形成在像素单元20的边缘部分，即，黑色矩阵30的区域上。光传感器110生成对应于外围光线强度的外围光线信号，然后将外围光线信号提供给背光驱动器120。光传感器110位于黑色矩阵30的开口部分35的区域中。

背光驱动器120向背光140提供驱动电压(或驱动电流)，以驱动背光140。背光驱动器120对应于外围光线信号而改变驱动电压(或驱动电流)的值，以控制从背光140生成的光线的亮度。例如，在背光驱动器120从光传感器110接收到对应于弱强度外围光线的外围光线信号的情况下，将背光140的驱动电压(或驱动电流)降低一个对应于外围光线强度的值(例如，预定的值)，从而降低从背光140生成的光线的亮度，由此降低功耗。但是，在背光驱动器120从光传感器110接收到对应于比设定(或预定)的强度高的外围光线的强度的外围光线信号的情况下，背光140的驱动电压(或驱动电流)没有被改变，从而从背光140生成的光线的亮度没有被降低，由此防止(或减少)像素单元20的视觉特性的降低。

图1仅示出了用于检测外围光线的一个光传感器110，但本发明不限于此。例如，用于检查外围光线的多个光传感器110可以被包括在黑色矩阵30的区域中。换句话说，可以合理地设置用于检查外围光线的光传感器110的数量。

背光140生成对应于从背光驱动器120提供的驱动电压(或驱动电流)的光线，然后将它提供给像素单元20。

在如上所述的根据本发明的实施例的液晶显示设备中，有用于检查外围光线的光传感器110以检测外围光线的强度，使其可以对应于外围光线而控制从背光140生成的光线的亮度。结果，可以降低功耗。

此外，当检测到高于设定(或预定)值的外围光线强度时，从背光140生成的光线的亮度没有被降低，从而可以减少或防止视觉特性的降低。

图2是示出如图1所示的用于检测外围光线的光传感器的实施例的示意图。

参考图2，用于检测外围光线的光传感器110包括晶体管M，该晶体管M连接在用于输出外围光线信号的输出线L1和基电源VSS之间。

更具体地说，晶体管M的第一电极连接到被设置为，例如，地(GND)电压的基电源VSS，而晶体管M的第二电极连接到用于检测外围光线的光传感器的输出线L1。第一电极和第二电极是互相不同的电极。例如，在第一电极是源电极的情况下，第二电极是漏电极。输出线L1被用来检测流入到用于检测外部光线的光传感器110的电流的大小，并接收脉冲波信号VP。例如，输出线L1接收在作为地电压的第一电压和具有高于地电压的电压值的第二电压(例如，2V的电压)之间摆动的脉冲波信号VP，并且基本在同时，用于检测流入晶体管M的电流的大小。

此外，晶体管M的栅电极连接到其第一电极和基电源VSS。即，晶体管M的栅电极连接到第一电极，用于接收比其第二电极的电压低的电压值，从而它以反二极管连接的形式被连接。晶体管M的栅电极位于黑色矩阵30的开口部分35以接收外围光线。

当外围光线入射到晶体管M的栅电极且脉冲波形信号VP被提供给其第二电极时，电流(例如，预定电流)流入晶体管M。这里，流入晶体管M的电流依照外围光线的强度而改变。也就是说，对应于外围光线强度的电流从晶体管M的第二电极流向第一电极。

测量流入用于检测外围光线的光传感器110的输出线L1的电流，使得可以测量外围光线的强度。即，流入用于检测外围光线的光传感器110的输出线L1的电流被设置为外围光线信号。由于用于检测外围光线的光传感器110的晶体管M以反二极管连接的形式连接，因此对应于外围光线强度的电流值以基本线性的形式改变，以确保其可靠性。

但是，如上所述，当用于检测外围光线的光传感器110仅用一个晶体管M实现时，输出到输出线L1的电流可能会较弱，从而不能有效地检测到外围光线。

因此，本发明的实施例给出了一种用于检测外围光线的光传感器110’，能够生成足够的输出电流而不用单独的放大电路。

图3是示出如图1所示的用于检测外围光线的光传感器的另一个实施例的示意图。

参考图3，根据本发明的另一个实施例的用于检测外围光线的光传感器110’被分为补偿器200和传感器202。

传感器202包括两个或更多个第一晶体管M11至M1n，其并行连接在用于输出外围光线信号的输出线L2和基电源VSS之间。

第一晶体管M11至M1n的第一电极连接到基电源VSS，而其第二电极连接到用于检测外围光线的光传感器110’的输出线L2。并且，第一晶体管M11至M1n的栅电极连接到它们的第一电极和基电源VSS。也就是说，第一晶体管M11至M1n并行连接，而各个第一晶体管M11至M1n以反二极管连接的形式被连接。

第一晶体管M11至M1n的栅电极位于黑色矩阵30的开口部分35，从而它们可以接收外围光线。当外围光线入射到第一晶体管M11至M1n的栅电极上时，对应于外围光线的强度的电流从第二电极流向第一电极(反向电流)。这里，作为流入第一晶体管M11至M1n中的每一个晶体管的电流(i1至in)的总和的电流流入输出线L2。

流入输出线L2的电流是流入第一晶体管M11至M1n的电流的总和。因此，使用流入到用于检测外围光线的光传感器110’的电流，可以稳定地检测外围光线，而不用单独的放大电路。并且，在本发明的实施例中，由于第一晶体管M11至M1n是与TFT并发(或同时)构成的，因此制造过程和设计被简化。

如本发明的实施例中，如果通过将多个晶体管M11至M1n并行连接而改善输出特性，则与具有单个大晶体管M的用于检测外围光线的光传感器相比，为了获得相同的输出特性，可以减小光线入口部分的尺寸。此外，光线入射的光线入口部分可以被分散，使得可以降低用于检测外围光线的光传感器110’被人的肉眼所识别的可能性或防止用于检测外围光线的光传感器110’被人的肉眼所识别。

补偿器200包括第二晶体管M21至M2n，其连接在每个第一晶体管M11至M1n和第二电压源VP(高于VSS的电源)之间。第二晶体管M21至M2n的第一电极连接到输出线L2，且第二晶体管M21至M2n的第二电极连接到第二电压源VP。第二晶体管M21至M2n的栅电极连接到基电源VSS。

第二晶体管M21至M2n被用来补偿第一晶体管的过程偏差。也就是说，流入第一晶体管M11至M1n、对应于液晶显示设备的每个区域的外围光线的电流由于过程偏差而不同。第二晶体管M21至M2n位于每个第一晶体管M11至M1n与第二电压源VP之间，从而流入输出线L2、对应于外围光线的电流被控制为对每个区域相同(或基本相同)，而不管第一晶体管M11到M1n的过程偏差。

此外，如图4A所示，在第一液晶显示设备中的第一和第二晶体管M11和M21的电阻可以是20Ω(假设由于第一和第二晶体管M11和M21利用相同的过程(或基本相同的过程)而形成，因此它们具有基本类似的特性)。以下，如果第一晶体管M11的电阻由于外围光线而被降低为10Ω，则对应于20Ω比10Ω的电阻比率的电流流入输出线L2。

可替代地，如图4B所示，在第二液晶显示设备中的第一和第二晶体管M11’和M21’的电阻可以具有10Ω。以下，如果第一晶体管M11’的电阻由于外围光线而被降低为5Ω，则对应于10Ω比5Ω的电阻比率的电流流入输出线L2。

即，在第一液晶面板和第二液晶面板中流入输出线L2、对应于外围光线的电流可以基本类似，而不管晶体管M11和M21的偏差如何。

在本发明的另一个实施例中，第二晶体管M21至M2n与黑色矩阵30重叠以具有基本恒定的特性，而无论外围光线如何。当第二晶体管M21至M2n被布置为与黑色矩阵30重叠时，其优势在于，第二晶体管M21至M2n在外部不可见。

此外，本发明的实施例的第二晶体管M21至M2n被安装在第一晶体管M11至M1n的上侧和/或下侧。

如果第二晶体管M21至M2n在第一晶体管M11至M1n的上侧和/或下侧，则可以降低或最小化安装面积。结果，可以提高空间利用。

在本发明的实施例中，在图3中所有晶体管M都是N型的，但本发明不限于此。例如，晶体管M可以是P型的。

在本发明的实施例中，因为作为用于检测外围光线的光传感器的第一晶体管被并行布置(或连接)，所以用于检测外围光线的光传感器可以提供足够的电流而不用单独的放大电路。此外，由于用于补偿第一晶体管的特性偏差的第二晶体管在第一晶体管的上侧和/或下侧，所以可以提高或最大化空间利用。

尽管结合特定的示例性实施例描述了本发明，应该理解本发明不限于公开的实施例，而相反，旨在涵盖所附权利要求书及其等价物的精神和范围内的各种修改和等效安排。

Claims

1.一种用于检测外围光线的光传感器，包括：

至少两个第一晶体管，其并行连接在输出线和基电源之间，用于检测外围光线的强度；以及

至少两个第二晶体管，其位于所述第一晶体管的一侧、并在所述第一晶体管和电压源之间，

其中，所述第一晶体管的第一电极和栅电极连接到所述基电源，而所述第一晶体管的第二电极连接到所述输出线；并且

其中，所述第二晶体管的第一电极连接到所述输出线，所述第二晶体管的第二电极连接到所述电压源，并且所述第二晶体管的栅电极连接到所述基电源。

2.如权利要求1所述的用于检测外围光线的光传感器，其中，所述电压源的电压值被设置为高于所述基电源的电压值。

3.如权利要求1所述的用于检测外围光线的光传感器，其中，所述第一晶体管被适配成：对应于入射到其栅电极上的外围光线的强度而控制流入所述输出线的电流量。

4.一种液晶显示设备，包括：

像素单元，其包括多个液晶单元；

至少一个光传感器，用于检测外围光线并输出对应于该外围光线强度的外围光线信号；

背光，用于向所述像素单元提供光线；以及

背光驱动器，用于依照外围光线信号，控制从所述背光生成的光线的亮度，

其中，所述光传感器包括：

至少两个第一晶体管，其位于黑色矩阵的开口部分、并且并行连接在输出线和基电源之间，用于检测外围光线的强度；以及

至少两个第二晶体管，其位于所述第一晶体管的一侧并与所述黑色矩阵重叠，且在所述第一晶体管和电压源之间，

5.如权利要求4所述的液晶显示设备，其中，所述电压源的电压值被设置为高于基电源的电压值。

6.如权利要求4所述的液晶显示设备，其中，所述第一晶体管被适配成：按照入射到其栅电极上的外围光线的强度而控制流入所述输出线的电流量。

7.一种用于检测外围光线的光传感器，包括：

第一检测晶体管和第二检测晶体管，该第一和第二检测晶体管并行连接在输出线和基电源之间，用于检测外围光线的强度；

第一补偿晶体管，连接在该第一检测晶体管和电压源之间；以及

第二补偿晶体管，连接在该第二检测晶体管和电压源之间，

其中，所述第一和第二检测晶体管的第一电极和栅电极连接到所述基电源，而所述第一和第二检测晶体管的第二电极连接到所述输出线；并且

其中，所述第一和第二补偿晶体管的第一电极连接到所述输出线，所述第一和第二补偿晶体管的第二电极连接到所述电压源，并且所述第一和第二补偿晶体管的栅电极连接到所述基电源。

8.如权利要求7所述的用于检测外围光线的光传感器，其中，所述电压源的电压值被设置为高于基电源的电压值。

9.如权利要求8所述的用于检测外围光线的光传感器，其中，所述基电源是地。

10.如权利要求7所述的用于检测外围光线的光传感器，其中，所述第一和第二检测晶体管被适配为：按照入射到其栅电极上的外围光线的强度来控制流入所述输出线的电流量。