CN101644839B - 液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种液晶显示(LCD)器件，其能够保证液晶单元的足够的充电时间以及足够的传感器存取时间，不仅实现了显示质量的提高，而且实现了传感器的高速驱动。该LCD器件包括多个像素单元，其不仅用于显示图像，而且用于感测从像素单元外部接收的光。每个像素单元包括：根据来自栅线的栅信号，基于从数据线提供的数据电压显示图像的像素电路；和接触传感器，用于感测从像素单元的外部提供的光，基于感测到的光存储感光信号，和根据来自扫描线的扫描信号，将存储的感光信号经由读出线提供给读出集成电路。

Description

液晶显示器件
本申请要求享有于2008年8月4日递交的韩国专利申请No.10-2008-76170的权益，该申请在此结合引作参考，视为在此完全阐述。
技术领域
本发明涉及一种单元内(in-cell)接触面板类型的液晶显示(LCD)器件，更特别地，涉及一种对于液晶单元能够保证足够的充电时间和足够的传感器存取时间，不仅实现显示质量的提高，而且实现传感器的高速驱动的LCD器件。
背景技术
液晶显示(LCD)器件一般通过根据视频信号利用施加到液晶层的电场，控制液晶层的光透射率来显示图像。这种LCD器件具有紧凑、薄、和低功耗的优点。由于这些优点，因此LCD器件被用于便携式计算机例如笔记本电脑、办公自动化应用、音频/视频应用等。特别地，因为有可能以有源方式控制切换元件，因此其中对于每个液晶单元提供有切换元件的有源矩阵型LCD器件在显示移动图像时是有利的。
对于用于有源矩阵型LCD器件的切换元件，主要使用薄膜晶体管(TFT)。
最近，已经提出了一种将接触屏幕面板连接到LCD器件的技术。接触屏幕面板通常意味着用户界面，其连接到显示器件，从而当例如手指或笔的不透明物体与接触点接触时，感知接触点的电特性的变化。基于用户的手指或笔接触到屏幕面板的屏幕接触时所检测到的接触位置信号，接触屏幕面板连接到其上的LCD器件可以实现多种应用。
然而，这种LCD器件具有多个问题，例如由接触屏幕面板引起的成本增加，由增加了将接触屏幕面板连接到LCD面板的工序引起的生产率减小，和LCD面板的亮度降低，以及LCD面板的厚度增加。
为了解决上述问题，已经提出了一种单元内接触面板系统。在单元内接触面板系统内，不使用接触屏面板。在适当的位置，包含传感器TFT的接触传感器电路形成在LCD器件的每个像素单元内。
图1是示出了在常规单元内接触面板类型液晶显示(LCD)器件中使用的数据使能信号的时序的示意图。
在单元内接触面板类型的LCD器件中，其每个像素单元包括用于显示图像的像素电路，以及用于感测从像素单元外部提供的光并基于感测到的光将感光信号提供给读取集成电路的接触传感器电路。像素电路和接触传感器电路共同连接到一条栅线。因此，不能同时实现通过像素电路来显示图像的操作以及通过接触传感器电路来读取光感信号的操作。为此，在常规的LCD器件中，减少图像显示时间，以便在由于减少的显示时间而产生的保留时间的过程中能够实施读取感光信号的操作。
为了减少图像显示时间，必须增加读取从像素单元外部输入的图像数据所需的时间，并输出该读取图像数据。相应地，必须增加用于控制图像数据的输出周期的数据使能信号的频率。
为此，为了保证改变数据使能信号的频率所需的时间，常规LCD器件在存储器内存储图像数据，并在数据使能信号的频率改变时，利用数据使能信号改变的频率来控制存储器内存储的图像数据的输出周期。
在图1，“I-DE”表示第一数据使能信号，即从系统输入的原始数据使能信号，而“O-DE”表示根据适于第一数据使能信号I-DE的频率调制所产生的第二数据使能信号。参照图1，能够看出，第二数据使能信号O-DE的频率高于第一数据使能信号I-DE的频率。
在显示时间输出第二数据使能信号O-DE，但在整个周期其余部分，即传感器存取时间不输出第二数据使能信号O-DE。
可是在上述常规情况中，存在一个问题，其中因为必须使用用于存储图像数据的存储器，以便产生第二数据使能信号O-DE，使得制造成本增加。此外，因为第二数据使能信号O-DE具有增加的频率，减少了显示时间。这引起液晶单元的充电时间减少。结果是，显示质量出现下降。
发明内容
因此，本发明针对一种液晶显示器件，其基本消除了由于现有技术的限制和不利引起的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种利用不同的线能够独立驱动像素电路和接触传感器电路的液晶显示器件，由此对于液晶单元保证足够的充电时间和足够的传感器存取时间，不仅实现显示质量的提高，而且实现传感器的高速驱动。
本发明另外的优点，目的和特征将在下面的描述中部分阐述，并使本领域技术人员根据以下的审查部分地变得显而易见，或者可以从本发明的实施中了解。通过说明书描述及其权利要求以及所附附图中特别指出的结构，可以实现和得到本发明的目的和其它优点。
为了实现这些目的和其它优点并根据本发明的目的，如在此具体和概括描述地，一种液晶显示器件包括多个像素单元，其不仅用于显示图像，而且用于感测从像素单元外部接收的光，其中每个像素单元包括：根据来自栅线的栅信号，基于从数据线提供的数据电压来显示图像的像素电路；和接触传感器，用于感测从像素单元的外部提供的光，基于感测到的光存储感光信号，和根据来自扫描线的扫描信号，将存储的感光信号经由读出线提供给读出集成电路。
像素电路可以包括：像素薄膜晶体管(TFT)，用于根据来自栅线的栅信号切换来自数据线的数据电压；液晶单元，用于根据像素电压提供图像，该像素电压对应于来自像素TFT的数据电压和来自偏压线的偏压之间的电压差；和存储电容器，用于存储对于一帧周期提供给液晶单元的数据电压。
接触传感器电路可以包括：传感器TFT，用于接收来自偏压线的偏压和来自驱动线的驱动电压，以根据从像素单元的外部接收的光量产生光电流；传感器电容器，用于存储来自传感器TFT的光电流的电荷；和切换TFT，用于根据来自扫描线的扫描信号，将存储在传感器电容器中的电荷经由读出线提供给读出集成电路。
液晶显示器件可以进一步包括用于将栅信号提供给栅线的栅极驱动器，和将扫描信号提供给扫描线的扫描驱动器。
来自栅极驱动器的栅信号和来自扫描驱动器的扫描信号可以具有相同的输出时序。
根据本发明，像素电路和接触传感器电路通过不同的线独立驱动。因此，有可能对于每个液晶单元保证足够的充电时间和足够的传感器存取时间，由此实现图像质量的提高和传感器的高速操作。
同样，有可能使用从系统输入的数据使能信号，但事实上，不需要其调制。因此，没有必要使用单独的存储器来存储图像数据，从而减少制造成本。
应当理解，前面概括描述和以下本发明的详细描述都是示例性和说明性的并倾向于提供所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
所附附图包含用于提供本发明的进一步理解，并结合在本申请中，构成本申请的一部分，本发明的示例性实施例与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出了在常规单元内接触面板类型液晶显示(LCD)器件使用的数据使能信号的时序的示意图；
图2是说明了根据本发明示例性实施例的LCD器件的方块图；
图3是图2中所示一个像素P的等效电路图；
图4是示出了提供给包括在根据本发明所说明的实施例的LCD器件中数据驱动器DD的数据使能信号的时序的示意图；和
图5A至5E是描绘了提供给根据本发明的LCD器件的多种信号的波形的示意图。
具体实施方式
现详细参照本发明的优选实施例，实施例的示例在附图中说明。在可能的情况下，相同的附图标记在整个附图中用于指代相同或相似的部件。
图2是说明了根据本发明示例性实施例的液晶显示(LCD)器件的方块图。
参照图2，根据本发明的LCD器件包括LCD面板PN，该LCD面板PN包括分别布置在像素区域内的多个像素单元P，根据多个栅线GL1至GLn，多个扫描线SL1至SLn，多个数据线DL1至DLm以及多个读出线RL1至RLm的相交限定上述像素区域。LCD器件还包括用于将数据电压提供给数据线DL1至DLm的数据驱动器DD，用于将栅信号顺序提供给栅线GL1至GLn的栅极驱动器GD，以及用于将扫描信号顺序提供给扫描线SL1至SLn的扫描驱动器SD。LCD器件还包括用于经由读出线RL1至RLm接收来自像素单元P的光电流的读取集成电路ROIC，用于控制读出集成电路ROIC的驱动时序的时序控制器TC，以及用于照射光至LCD面板PN背面的背光单元BLU。
LCD面板PN包括包含滤色片的上基板，形成有分别包含像素电路和接触传感器电路的像素单元P的下基板，以及插入上下基板之间的液晶层。
栅线GL1至GLn，扫描线SL1至SLn，数据线DL1至DLm和读出线RL1至RLm形成在LCD面板PN的下表面上。同样，用于传送偏压的偏压线(bias lines)以及用于传送驱动电压的驱动线形成在下基板上。
数据驱动器DD响应于来自时序控制器TC的数据控制信号DCS，基于来自伽马参考电压发生器(未示出)的伽马参考电压GMA，将数字图像数据R、G和B转换成模拟伽马补偿电压。数据驱动器DD随后将伽马补偿电压提供给数据线DL1至DLm，用作数据电压。
栅极驱动器GD响应于来自时序控制器TC的栅控制信号GCS产生栅信号，随后将栅信号顺序地提供给栅线GL1至GLn，以便顺序地选择为其提供数据电压的LCD面板PN的水平线。
扫描驱动器SD响应于来自时序控制器TC的扫描控制信号SCS产生扫描信号，并将扫描信号顺序地提供给扫描线SL1至SLn，以便顺序地选择为其提供光电流的LCD面板PN的水平线。
时序控制器TC重新调整从系统(未示出)提供的数字图像数据R、G和B，使得数字图像数据R、G和B满足(meet)LCD面板，随后将重新调整的数字图像数据R、G和B提供给数据驱动器DD。时序控制器TC利用从系统提供的时序控制信号Vsync，Hsync，DCLK和DE来产生用于控制数据驱动器DD的数据控制信号DCS，用于控制栅极驱动器GD的栅控制信号GCS，用于控制扫描驱动器SD的扫描控制信号SCS，以及用于控制读出集成电路ROIC的读出控制信号RCS。
背光单元BLU包括布置在LCD面板PN背侧的多个灯，以便与LCD面板PN重叠。背光单元BLU中使用的每个灯可以是冷阴极荧光灯(CCFL)，外部电极荧光灯(EEFL)和热阴极荧光灯(HCFL)。每个灯根据逆变器(未示出)的驱动将光照射至LCD面板PN的背面。同时，背光单元BLU包括多个发光二极管，取代灯或与灯一起。
读出集成电路ROIC包括分别连接到LCD面板PN的读出线RL1至RLm的多个集成电路。读出集成电路ROIC将从每个读出线RL1至RLm提供的感光信号转变成数字信号，并将数字信号提供给系统(未示出)。系统通过接触算法执行接触识别过程和坐标计算过程，随后将过程执行结果反映给LCD面板PN。
同时，尽管未示出，根据本发明的LCD器件进一步包括用于将偏压提供给偏压线并将驱动电压提供给驱动线的驱动电压供给电路。
如图3所示，每个像素单元P的像素电路P1根据相应栅线的栅信号，基于由相应数据线提供的数据电压显示图像。每个像素单元P的接触传感器电路P2感测从像素单元P外部提供的光，基于感测到的光存储感光信号，并根据相应扫描线的扫描信号将存储的感光信号经由相应的读出线提供给读出集成电路ROIC。
也就是说，每个像素单元P内包含的像素电路P1和接触传感器电路P2根据从不同线提供的信号独立驱动。换句话说，根据来自相应栅线的栅信号来驱动像素电路P1，而根据来自相应扫描线的扫描信号来驱动接触传感器电路P2。
因此，根据本发明，有可能同时实行通过像素电路显示图像的操作以及通过接触传感器电路读取感光信号的操作。
图3是图2中所示一个像素P的等效电路图。
参照图3，像素P包括形成在根据第i条栅线GLi和第j条数据线DLj相交所限定的区域内的像素电路P1，以及形成在根据第i条偏压线BLi、第i条驱动线DRLi以及第j条读出线RLj相交所限定的区域内的接触传感器电路P2。
像素电路P1包括液晶单元Clc，形成在栅线GLi和数据线DLj之间相交处用以驱动液晶单元Clc的像素TFT TFT1，以及用于维持液晶单元Clc对于一帧周期所充上的电压的存储电容器Cst1。
像素TFT TFT1响应于栅线GLi的栅信号将经由数据线DLj提供的数据电压提供给液晶单元Clc的像素电极。对于该功能，像素TFT TFT1包括连接到栅线GLi的栅极，连接到数据线DLj的源极，以及连接到液晶单元Clc的像素电极的漏极。液晶单元Clc借助数据电压和公共电压Vcom之间的电压差，即像素电压充电。液晶单元Clc中液晶分子的排列由于电压差所产生的电场发生改变，使得液晶单元Clc能够调节从其通过的光量或遮挡光。存储电容器Cst1连接于像素TFT TFT1的漏极与驱动线DRLi之间。
接触传感器电路P2包括用于根据从像素外部接收的光量产生确定量的光电流i的传感器TFT S-TFT，而在驱动电压维持在低电压电平VL的周期期间内没有产生光电流i，用于存储由光电流i产生的电荷的传感器电容器Cst2，以及用于将传感器电容器Cst2中存储的电荷切换到读出线RLj的切换(switch)TFT TFT2。
传感器TFT S-TFT包括连接到偏压线BLi的栅极，连接到驱动线DRLi的源极，以及连接到第一节点N1的漏极。电压设定为等于或低于传感器TFTS-TFT的阈值电压的偏压提供给传感器TFT S-TFT的栅极。驱动电压提供给传感器TFT S-TFT的源极。传感器TFT S-TFT根据手指接触操作实行感光操作。传感器TFT S-TFT未被形成在上基板上的黑色矩阵所覆盖，而像素TFT TFT1和切换TFT TFT2都由黑色矩阵覆盖。因此，传感器TFT S-TFT响应于从像素外部接收的光产生光电流i。所产生的光电流i具有根据传感器TFT S-TFT是否对应接触点所确定的电流量。换句话说，在以低于背光的照明强度所维持的环境(即，室内环境)中，当传感器TFT S-TFT对应接触点时，相比于传感器TFT S-TFT未对应接触点的情况，传感器TFTS-TFT产生大量的光电流i。在另一方面，在以高于背光的照明强度所维持的环境(即，室外环境)中，当传感器TFT S-TFT对应接触点时，相比于传感器TFT S-TFT未对应接触点的情况，传感器TFT S-TFT产生少量的光电流i。
光电流i产生的电荷存储在连接于第一节点N1和偏压线BLi之间的传感器存储器Cst2中。第一节点N1的电压由于传感器电容器Cst2中存储的电荷而逐渐增加直到切换TFT TFT2导通。根据传感器TFT S-TFT是否对应接触点来确定第一节点N1的电压。换句话说，在以低于背光的照明强度所维持的环境(即，室内环境)中，当传感器TFT S-TFT对应接触点时，相比于传感器TFT S-TFT未对应接触点的情况，第一节点N1的电压是高的。在另一方面，在以高于背光的照明强度所维持的环境(即，室外环境)中，当传感器TFT S-TFT对应接触点时，相比于传感器TFT S-TFT未对应接触点的情况，第一节点N1的电压是低的。
切换TFT TFT2包括连接到第i条扫描线SLi的栅极，连接到第一节点N1的源极，以及连接到第j条读出线RLj的漏极。切换TFT TFT2响应于提供给第i条扫描线SLi的扫描信号而导通。在导通状态中，切换TFT TFT2将第一节点N1的电压输出至第j条读出线RLj，而用作感光信号。
如上所述，根据本发明，利用来自栅线GLi的栅信号来驱动像素电路P1的像素TFT TFT1，但没有利用来自栅线GLi的栅信号，而是利用来自扫描线SLi的扫描信号来驱动接触传感器电路P2的传感器TFT S-TFT。因此，可以同时驱动像素TFT TFT1和传感器TFT S-TFT。
图4是示出了提供给在根据本发明所说明的实施例的LCD器件中包含的数据驱动器DD的数据使能信号的时序的示意图。参照图4，可以看出，从系统输入到时序控制器TC的第一数据使能信号I-DE以及从时序控制器TC输入到数据驱动器DD的第二数据使能信号O-DE具有相同的波形。换句话说，即使通过像素电路P1显示图像的显示时间以及通过接触传感器电路P2读取感光信号的传感器存取时间彼此重叠，也不存在问题。这是因为像素电路P1和接触传感器电路P2通过不同的信号独立驱动。
此外，根据本发明，在没有解调的情况下，第一数据使能I-DE还被用作第二数据使能信号O-DE。因此，不必提供调制第一数据使能信号I-DE的时间，因而不需要临时存储图像数据R、G和B的存储器。
同样，根据本发明，不同于常规情况，在频率没有增加的情况下，实际上可使用第一数据使能信号I-DE。因此，可以保证适于液晶单元的足够的充电时间，因而实现显示质量的提高。
图5A至5E是描绘了提供给根据本发明的LCD器件的多种信号波形的示意图。
在图5A至5E中，“D-GSP”表示显示栅起始脉冲，“D-GSC”表示显示栅移位时钟，以及“D-GOE”表示显示栅输出使能信号。信号D-GSP，D-GSC和D-GOE提供给栅极驱动器GD而用作栅控制信号GCS。利用该栅控制信号GCS，栅极驱动器GD产生以顺序的方式依次输出的栅信号。也就是说，栅极驱动器GD根据显示栅移位时钟D-GSC将显示栅起始脉冲D-GSP移位(shift)，由此产生栅信号。显示栅输出使能信号D-GOE是用于设定栅信号的输出周期的信号。
在图5A至5E中，“S-GSP”表示感应栅起始脉冲，“S-GSC”表示感应栅移位时钟，以及“S-GOE”表示感应栅输出使能信号。信号S-GSP，S-GSC和S-GOE提供给扫描驱动器SD而用作扫描控制信号SCS。利用扫描控制信号SCS，扫描驱动器SD产生以顺序的方式依次输出的扫描信号。也就是说，扫描驱动器SD根据感应栅移位时钟S-GSC将感知栅起始脉冲S-GSP移位(shift)，由此产生扫描信号。感应栅输出使能信号S-GOE是用于设定扫描信号的输出周期的信号。
在图5A至5E中，“R-RST”表示用于控制读出集成电路ROIC的操作的读出复位信号。当读出复位信号处于低电平时，读出集成电路ROIC操作以便从相应的读出线读取感光信号。
同时，尽管在图1的情况中每个像素单元P包括一个像素电路P1和一个接触传感器电路P2，但可以为每8个像素单元P设置一个接触传感器电路P2。也就是说，接触传感器电路P2可以分别设置在沿数据线垂直布置的像素单元P的第8n个(n为自然数)中。
图4和图5A至5E示出了提供给LCD器件的多种信号的波形，其中接触传感器电路P2分别仅设置在第8n个像素单元P内。
特别地，如图5C所示，在以4H时间(水平时间)间隔读取来自每个接触传感器电路P2的感光信号的情况中，可以设定传感器存取帧率，使得传感器存取帧率对应显示帧率的两倍。例如，在显示帧率设定为60Hz的情况中，传感器存取帧率能够设定为显示帧率的两倍，即120Hz。另一方面，在接触传感器电路P2分别设置在第4n个像素单元P，而非第8n个像素单元P的情况中，可以将传感器存取帧率设定为60Hz，而不会使每个液晶单元的充电时间减少。
如图5D所示，传感器存取帧率可设定为显示帧率的4倍。例如，在显示帧率设定为60Hz的情况中，传感器存取帧率可设定为显示帧率的4倍，即240Hz。另一方面，在接触传感器电路P2分别设置在第2n个像素单元P，而非8n个像素单元P中的情况中，可以将传感器存取帧率设定为60Hz，而不会使每个液晶单元的充电时间减少。
从图5C和5D中可以看出，通过增加传感器存取帧率可以实现高速感知操作。
“SH0”和“SH1”表示根据通过读出集成电路读取的感光信号显示在屏幕上的数据信号。
对于本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神或范围的条件下，在本发明中能够实现多种变形和变化。因此，本发明倾向于涵盖这些变形和变化，只要它们在所附权利要求和其等同物的范围中。

Claims (1)

1.一种液晶显示器件，包括多个像素单元，不仅用于显示图像，而且用于感测从像素单元外部接收的光，其中每个像素单元包括：
根据来自栅线的栅信号，基于从数据线提供的数据电压显示图像的像素电路；和
接触传感器电路，用于感测从像素单元的外部提供的光，基于感测到的光存储感光信号，和根据来自扫描线的扫描信号，将存储的感光信号经由读出线提供给读出集成电路，
该液晶显示器件还包括数据驱动器和时序控制器，并且其中从系统输入到所述时序控制器的第一数据使能信号和从所述时序控制器输入到所述数据驱动器的第二数据使能信号具有相同的波形，
栅极驱动器，用于将所述栅信号提供给所述栅线；和
扫描驱动器，用于将所述扫描信号提供给所述扫描线；
其中所述像素电路包括：
像素薄膜晶体管，用于根据来自所述栅线的栅信号切换来自所述数据线的数据电压；
液晶单元，用于根据像素电压提供图像，该像素电压相应于来自所述像素薄膜晶体管的数据电压与来自偏压线的偏压之间的电压差；和
存储电容器，用于存储对于一帧周期提供给所述液晶单元的数据电压；
其中所述接触传感器电路包括：
传感器薄膜晶体管，用于接收来自所述偏压线的偏压和来自驱动线的驱动电压，以根据从所述像素单元的外部接收的光量产生光电流；
传感器电容器，用于存储来自所述传感器薄膜晶体管的光电流的电荷；和
切换薄膜晶体管，用于根据来自所述扫描线的扫描信号，将存储在所述传感器电容器中的电荷经由所述读出线提供给所述读出集成电路；并且
其中所述存储电容器连接于所述像素薄膜晶体管的漏极和所述偏压线之间；
其中所述传感器薄膜晶体管包括连接到所述偏压线的栅极、连接到所述驱动线的源极和连接到第一节点的漏极，其中所述切换薄膜晶体管的源极和所述传感器电容器连接至所述第一节点；
其中来自所述栅极驱动器的栅信号和来自所述扫描驱动器的扫描信号具有相同的输出时序。
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