專(zhuān)利名稱(chēng)：光感測(cè)裝置以及具該光感測(cè)裝置的顯示器的制作方法
專(zhuān)利說(shuō)明光感測(cè)裝置以及具該光感測(cè)裝置的顯示器 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種光感測(cè)裝置，特別是相關(guān)于一種可提高顯示器開(kāi)口率的光感測(cè)裝置；本發(fā)明另有關(guān)一種具有上述光感測(cè)裝置的顯示器。
背景技術(shù)：
隨著科技、網(wǎng)絡(luò)、以及通信的蓬勃發(fā)展，電子產(chǎn)品除須具有科技的新穎性條件外，更尋求與使用者的直接互動(dòng)，以滿(mǎn)足使用者在方便性以及互動(dòng)性上的需求。因此，許多觸控式產(chǎn)品與接口因應(yīng)推出，例如ATM提款機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant，PDA)，移動(dòng)電話(huà)或筆記型計(jì)算機(jī)。觸控式產(chǎn)品借著使用者接近或按壓觸控式面板(touch panel)，進(jìn)行使用者與電子產(chǎn)品之間的直接互動(dòng)，以完成數(shù)據(jù)的傳輸、存取以及更新，因此增加輸入上的效率。
于現(xiàn)有技術(shù)中，觸控面板整合于液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)內(nèi)，并于液晶顯示器的薄膜晶體管(thin-film transistor，TFT)數(shù)組架構(gòu)下內(nèi)嵌光感測(cè)裝置。當(dāng)使用者以手指、觸控筆或其它物體接近或者按壓顯示器面板時(shí)，會(huì)遮蔽面板內(nèi)光感測(cè)裝置的部分或全部光源，因此光感測(cè)裝置可通過(guò)感測(cè)光的變化，而擷取手指、觸控筆或其它物體于觸控面板的影像以及其坐標(biāo)位置。
現(xiàn)有技術(shù)并揭露一種光學(xué)感測(cè)裝置，該光學(xué)感測(cè)裝置包括多個(gè)感測(cè)畫(huà)素電路；每一該感測(cè)畫(huà)素電路包括一個(gè)光電薄膜晶體管以及多個(gè)讀取薄膜晶體管；其中一讀取薄膜晶體管作為重置(reset)之用，因此其柵極須與一重置信號(hào)電性相連，以讀取一第一重置電壓。此外，為反應(yīng)感測(cè)畫(huà)素電路于不同遮光程度的電氣信號(hào)結(jié)果，須另設(shè)置一第二重置電壓，并使該第二重置電壓與該第一重置電壓之間形成一電壓準(zhǔn)位差。因所述現(xiàn)有技術(shù)須在畫(huà)素(pixel)單元的既有電路外，另增額外的控制信號(hào)，因此電路架構(gòu)較為復(fù)雜。然而，過(guò)于復(fù)雜的電路架構(gòu)將增加薄膜晶體管的布線(xiàn)難度，并增添成本。
再者，由于光感測(cè)的信號(hào)通常相當(dāng)微弱，若于畫(huà)素單元的原電路架構(gòu)下，額外增設(shè)復(fù)雜的控制電路以獲取較強(qiáng)的信號(hào)，將降低顯示器的開(kāi)口率(aperture ratio)。因此，現(xiàn)有內(nèi)嵌于顯示器的光學(xué)傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)，難以兼顧光信號(hào)強(qiáng)度與感測(cè)裝置的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的一目的在于提供一種光感測(cè)裝置，其使用畫(huà)素單元的原電路架構(gòu)，無(wú)須額外增加其它控制信號(hào)，因此電路架構(gòu)簡(jiǎn)化、布局簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種顯示器，其包括多個(gè)上述光感測(cè)裝置，因所述光感測(cè)裝置的電路架構(gòu)簡(jiǎn)單，因此不致降低該顯示器的開(kāi)口率。
于本發(fā)明的一實(shí)施例中，提供一種光感測(cè)裝置，其包括一光感測(cè)組件、一儲(chǔ)存電容、一第一薄膜晶體管以及一第二薄膜晶體管。該光感測(cè)組件可將一節(jié)點(diǎn)的電壓重置為一第一電壓準(zhǔn)位，而該儲(chǔ)存電容與該節(jié)點(diǎn)電性相連，并依據(jù)該光感測(cè)組件的一光照度于一畫(huà)面時(shí)間內(nèi)，將該節(jié)點(diǎn)放電至一第二電壓準(zhǔn)位。該第二電壓準(zhǔn)位控制該第一薄膜晶體管的一導(dǎo)通電壓，而該第二薄膜晶體管依據(jù)該導(dǎo)通電壓，輸出一讀取電壓。
于本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種顯示器，其包括一第一基板、一第二基板、一設(shè)置于該第一基板與第二基板之間的液晶層、一包括多個(gè)光感測(cè)區(qū)的有效顯示區(qū)；該有效顯示區(qū)設(shè)置于第二基板，于每一該光感測(cè)區(qū)可設(shè)置一光感測(cè)裝置，該光感測(cè)裝置包括多個(gè)上述的光感測(cè)裝置。


為使本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例可容易了解，所附圖式的詳細(xì)說(shuō)明如下 圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的顯示器的系統(tǒng)方塊圖； 圖2A顯示本發(fā)明的光感測(cè)裝置的第一實(shí)施例示意圖； 圖2B顯示本發(fā)明的光感測(cè)裝置的第二實(shí)施例示意圖； 圖3為本發(fā)明的顯示器一實(shí)施例的剖面層疊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖； 圖4顯示本發(fā)明的電壓信號(hào)時(shí)序圖； 圖5A顯示節(jié)點(diǎn)X于高光照度與低光照度的兩光照度下的放電幅度差異；以及 圖5B顯示讀取電壓于高光照度與低光照度的電壓幅度差異。
主要組件符號(hào)說(shuō)明
具體實(shí)施方式
以下的說(shuō)明以及范例用以解釋本發(fā)明的細(xì)節(jié)。惟，熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士應(yīng)可輕易了解，在本發(fā)明的實(shí)施例所涵蓋下，所述及的該些實(shí)施例應(yīng)有相當(dāng)?shù)淖兓约案牧?。因此，以下所述的?shí)施例并不用以限制本發(fā)明的范圍。
請(qǐng)參閱圖1，其為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的顯示器的系統(tǒng)方塊圖，該顯示器包括一有效顯示區(qū)1，一柵極線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器2、一輸出控制器3，以及一數(shù)據(jù)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器4。于該有效顯示區(qū)1，多個(gè)柵極線(xiàn)(gate lines)以及多個(gè)輸出線(xiàn)(output lines)彼此絕緣相交，以定義出多個(gè)光感測(cè)區(qū)10。于圖1中，該些柵極線(xiàn)以G(i)標(biāo)示，而輸出線(xiàn)則以out(j)標(biāo)示，其中i與j表示索引號(hào)(index)，且i與j的總數(shù)不必然相等。于每一該光感測(cè)區(qū)10內(nèi)，一光感測(cè)裝置11與相鄰的兩柵極線(xiàn)與一輸出線(xiàn)電性相連，并輸出一讀取電壓。
其中，該柵極線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器2將多個(gè)柵極脈沖(pulses)依序施加于該些柵極線(xiàn)G(i)，除了用于開(kāi)啟每一畫(huà)素(pixel)中的晶體管，同時(shí)也用以觸發(fā)每一該光感測(cè)區(qū)內(nèi)的光感測(cè)裝置11，對(duì)于畫(huà)素容后敘述；而輸出控制器3用以擷取每一該光感測(cè)裝置11的讀取電壓，并進(jìn)行所需的信號(hào)處理或轉(zhuǎn)換。該數(shù)據(jù)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器4則控制多個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)data，用于寫(xiě)入影像數(shù)據(jù)到多個(gè)畫(huà)素單元(顯示于圖2A以及圖2B)。
請(qǐng)參閱圖2A，其顯示本發(fā)明的光感測(cè)裝置的第一實(shí)施例示意圖。本發(fā)明的每一該光感測(cè)裝置11與相鄰的一第一柵極線(xiàn)G(n)、一第二柵極線(xiàn)G(n+1)以及一輸出線(xiàn)out電性相連；該光感測(cè)裝置11包括一光感測(cè)組件P、一儲(chǔ)存電容Cst、一第一薄膜晶體管T1以及一第二薄膜晶體管T2。其中，該光感測(cè)組件P的一端與該第二柵極線(xiàn)G(n+1)電性相連，另一端則定義一節(jié)點(diǎn)X；該光感測(cè)組件P可為任一將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電性信號(hào)的組件，例如光感應(yīng)二極管(photodiodes)或光電薄膜晶體管(photo thin filmtransistors)。如圖2A所顯示的第一實(shí)施例，該光感測(cè)組件P可為一光電薄膜晶體管，其柵極與源/漏極的其一與該第二掃描線(xiàn)G(n+1)電性相連，而另一源/漏極用以定義該節(jié)點(diǎn)X。以下說(shuō)明以及申請(qǐng)專(zhuān)利范圍有多處使用「源/漏極」，其與「源極或者漏極」為同義。
該儲(chǔ)存電容Cst的一端與上述節(jié)點(diǎn)X電性相連，彼端則電性連接于一共同(common)電壓Vcom。該第一薄膜晶體管T1的柵極與該節(jié)點(diǎn)X電性相連，其源/漏極的一與該第一柵極線(xiàn)G(n)電性相連；該節(jié)點(diǎn)X的電壓準(zhǔn)位用以控制該第一薄膜晶體管T1的開(kāi)關(guān)(on or off)，于開(kāi)啟第一薄膜晶體管T1的情況下，并決定一導(dǎo)通電壓的大??；該第二薄膜晶體管T2的柵極與該第一柵極線(xiàn)G(n)電性相連，其源/漏極的一則與該輸出線(xiàn)out電性相連，該第二薄膜晶體管T2的另一源/漏極則與第一薄膜晶體管T1的另一源/漏極電性相連。
圖2A亦同時(shí)顯示一個(gè)子畫(huà)素(sub-pixel)單元12，該子畫(huà)素單元12包含于一個(gè)畫(huà)素單元內(nèi)，每一該畫(huà)素單元包括紅、綠以及藍(lán)三個(gè)子畫(huà)素單元，圖2A僅例示其中的一個(gè)子畫(huà)素單元12，且本發(fā)明并不為所顯示的子畫(huà)素單元12電路所限。繪制子畫(huà)素單元12于圖式中的目的，僅顯示本發(fā)明的光感測(cè)裝置11的電路信號(hào)可與畫(huà)素單元共同使用，因此無(wú)須增設(shè)其它額外電路信號(hào)，就可以使本發(fā)明的電路架構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
請(qǐng)參見(jiàn)圖2B，其顯示本發(fā)明的光感測(cè)裝置的第二實(shí)施例，其中數(shù)據(jù)線(xiàn)data與輸出線(xiàn)out為共享，致使光感測(cè)裝置與畫(huà)素單元加以整合，電路架構(gòu)更為簡(jiǎn)化。
圖3顯示本發(fā)明的顯示器一實(shí)施例的層疊結(jié)構(gòu)圖，為簡(jiǎn)化說(shuō)明，該結(jié)構(gòu)圖僅作部分顯示并簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，且未依照比例繪制。如圖3，本發(fā)明的顯示器包括一第一基板41、一第二基板42、以及設(shè)置于第一基板41以及第二基板42之間的一液晶層43。該第一基板41相對(duì)第二基板42的一側(cè)形成一遮光層44，該遮光層44覆蓋處可定義一非透光區(qū)。于一實(shí)施例中，該遮光層44可為黑矩陣(black matrix)。圖3顯示本發(fā)明的有效顯示區(qū)1設(shè)置于該第二基板42，且于該有效顯示區(qū)1定義該些光感測(cè)區(qū)10，每一該光感測(cè)區(qū)10可設(shè)置一該光感測(cè)裝置11。為方便顯示，圖3僅顯示其中一光感測(cè)裝置11形成于第二基板42。
該遮光層44對(duì)應(yīng)光感測(cè)組件P處，設(shè)置有一開(kāi)口45；當(dāng)外界物體46遮蔽該開(kāi)口45，將改變?cè)摴飧袦y(cè)組件P的一光照度(illuminance)，該光感測(cè)組件P根據(jù)該光照度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為一漏電流的電氣信號(hào)，而該光照度與該漏電流大小呈正相關(guān)。
圖4為本發(fā)明的電壓信號(hào)時(shí)序圖(voltage timing diagram)，其顯示多個(gè)預(yù)設(shè)周期30。每一該預(yù)設(shè)周期30包括一重置期間(reset period)31、一積分期間(integration period)32、以及一讀取期間(read outperiod)33。該預(yù)設(shè)周期30可為一畫(huà)面(frame)時(shí)間，例如1/60s。
請(qǐng)配合參閱圖2A或圖2B，于圖4所顯示的該重置期間31，該柵極線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器2(請(qǐng)見(jiàn)圖1)施加一脈沖(pulse)于該第二柵極線(xiàn)G(n+1)，使第二柵極線(xiàn)G(n+1)成為致能(enable)，藉以導(dǎo)通與該第二柵極線(xiàn)G(n+1)電性相連的光感測(cè)組件P，并將該光感測(cè)組件P彼端的節(jié)點(diǎn)X電壓重置為一第一電壓準(zhǔn)位。
接著，于該積分期間，與該光感測(cè)組件P相鄰的第一柵極線(xiàn)G(n)以及第二柵極線(xiàn)G(n+1)皆為非致能(disable)，儲(chǔ)存于該儲(chǔ)存電容Cst的電荷經(jīng)由光感測(cè)組件P持續(xù)釋出，自該儲(chǔ)存電容Cst釋出的電荷量與該光感測(cè)組件P的光照度相關(guān)，如該光感測(cè)組件P為外界物體46所遮蔽，將降低光照度，因此造成光感測(cè)組件P的漏電流減小，儲(chǔ)存電容Cst將節(jié)點(diǎn)X放電幅度亦隨的減少。請(qǐng)參見(jiàn)圖5A，其顯示節(jié)點(diǎn)X于高光照度與低光照度的兩光照度下的放電幅度差異。
請(qǐng)?jiān)俣然氐綀D4，接著于該讀取期間33，該柵極線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器2施加另一脈沖(pulse)于該第一柵極線(xiàn)G(n)，使第一柵極線(xiàn)G(n)成為致能，而開(kāi)啟第二薄膜晶體管T2。因第一薄膜晶體管T1的源/漏極的一與第一柵極線(xiàn)G(n)電性相連，而其柵極與節(jié)點(diǎn)X電性相連，故該第一薄膜晶體管T1亦被開(kāi)啟。
于整個(gè)預(yù)設(shè)周期30內(nèi)，根據(jù)光感測(cè)組件P的光照度，該節(jié)點(diǎn)X持續(xù)放電，至該預(yù)設(shè)周期30的最末(亦即讀取期間33的最末)，經(jīng)由光感測(cè)組件P，將節(jié)點(diǎn)X放電至一第二電壓準(zhǔn)位。該第二電壓準(zhǔn)位控制第一薄膜晶體管T1的導(dǎo)通程度，使第一薄膜晶體管T1與第二薄膜晶體管電性相連端具有一導(dǎo)通電壓。進(jìn)一步而言，第二電壓準(zhǔn)位與導(dǎo)通電壓呈現(xiàn)一函數(shù)相關(guān)，如第二電壓準(zhǔn)位較大，第一薄膜晶體管T1的導(dǎo)通程度亦將增加，因此存在一較大的導(dǎo)通電壓。經(jīng)由開(kāi)啟的第二薄膜晶體管T2，該導(dǎo)通電壓將決定第二薄膜晶體管T2的一讀取電壓，并輸出該讀取電壓至該輸出線(xiàn)。
在一個(gè)預(yù)設(shè)周期30內(nèi)(或是一個(gè)畫(huà)面時(shí)間內(nèi))，所有的該些柵極線(xiàn)G(i)依序被掃描，得到光感測(cè)區(qū)10內(nèi)光感測(cè)裝置11的所有讀取電壓。因讀取電壓和導(dǎo)通電壓相關(guān)，而導(dǎo)通電壓決定于節(jié)點(diǎn)X的第二電壓準(zhǔn)位。更進(jìn)一步，第二電壓準(zhǔn)位相關(guān)于光感測(cè)組件P的光照度，光照度則由外界物體46遮蔽光感測(cè)組件P的程度所決定。圖5B顯示讀取電壓于高光照度與低光照度的電壓幅度差異。于此，擷取所有光感測(cè)區(qū)10的讀取電壓，可分析出外界物體46的瞬時(shí)影像以及其坐標(biāo)位置，如再配合顯示器的畫(huà)素單元或是其它裝置與組件，可產(chǎn)生彩度或是其它功能，于此不贅述。
本發(fā)明的光感測(cè)裝置，使用畫(huà)素單元的原電路架構(gòu)，無(wú)須額外增加其它控制信號(hào)，因此電路架構(gòu)簡(jiǎn)化、布局簡(jiǎn)單。且通過(guò)該預(yù)設(shè)周期30的調(diào)整，可使節(jié)點(diǎn)X的放電幅度增加，俾使輸出的讀取電壓差異增大，因此有利于光照度的分析比較。
本發(fā)明以一實(shí)施例揭露如上文，然其并非用以限定者。任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神以及范圍內(nèi)，當(dāng)可進(jìn)行各種實(shí)質(zhì)上相等的變動(dòng)以及潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以后附的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光感測(cè)裝置，包含
一光感測(cè)組件，可將一節(jié)點(diǎn)電壓重置為一第一電壓準(zhǔn)位；
一儲(chǔ)存電容，與該節(jié)點(diǎn)電性相連；該儲(chǔ)存電容并根據(jù)該光感測(cè)組件的一光照度于一預(yù)設(shè)周期內(nèi)，經(jīng)由該光感測(cè)組件將該節(jié)點(diǎn)放電至一第二電壓準(zhǔn)位；
一第一薄膜晶體管，該第二電壓準(zhǔn)位控制該第一薄膜晶體管的一導(dǎo)通電壓；
一第二薄膜晶體管，與該第一薄膜晶體管電性相連；
其中，該第二薄膜晶體管于一讀取期間內(nèi)開(kāi)啟，并根據(jù)第一薄膜晶體管的該導(dǎo)通電壓，輸出一讀取電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光感測(cè)裝置，其特征在于，該預(yù)設(shè)周期為一畫(huà)面(frame)時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光感測(cè)裝置，其特征在于，該光感測(cè)組件為一光電薄膜晶體管。
4.一種光感測(cè)裝置，包含
一光電薄膜晶體管，該光電薄膜晶體管的一柵極與一源/漏極的其一與一第二柵極線(xiàn)電性相連，另一源/漏極則與一節(jié)點(diǎn)電性相連；
一儲(chǔ)存電容，該儲(chǔ)存電容一端與該節(jié)點(diǎn)電性相連，另一端則電性連接一共同電壓；
一第一薄膜晶體管，該第一薄膜晶體管的柵極與該節(jié)點(diǎn)電性相連，且其源/漏極的一則與一第一柵極線(xiàn)電性相連；
一第二薄膜晶體管，該第二薄膜晶體管的柵極與該第一柵極線(xiàn)電性相連，其源/漏極的其一與一輸出線(xiàn)電性相連，且該第二薄膜晶體管的另一源/漏極則與該第一薄膜晶體管的另一源/漏極電性相連；
其中，該光電薄膜晶體管于一重置期間，使該第二柵極線(xiàn)為致能，并將該節(jié)點(diǎn)的電壓重置為一第一電壓準(zhǔn)位；該儲(chǔ)存電容根據(jù)該光電薄膜晶體管的一光照度于一畫(huà)面(frame)時(shí)間內(nèi)，經(jīng)由該光電薄膜晶體管將該節(jié)點(diǎn)放電至一第二電壓準(zhǔn)位；并于一讀取期間使該第一柵極線(xiàn)為致能，以開(kāi)啟該第二薄膜晶體管，俾使該第二薄膜晶體管可根據(jù)該第一薄膜晶體管柵極的第二電壓準(zhǔn)位，輸出一讀取電壓。
5.一種顯示器，包含
一第一基板以及一第二基板，該第一基板與該第二基板對(duì)應(yīng)而設(shè)置；
一液晶層，設(shè)置于第一基板與第二基板之間；
一有效顯示區(qū)，設(shè)置于該第二基板；于該有效顯示區(qū)定義多個(gè)光感測(cè)區(qū)，每一該光感測(cè)區(qū)可設(shè)置一光感測(cè)裝置；該光感測(cè)裝置包括
一光感測(cè)組件，可將一節(jié)點(diǎn)電壓重置為一第一電壓準(zhǔn)位；
一儲(chǔ)存電容，與該節(jié)點(diǎn)電性相連；該儲(chǔ)存電容并根據(jù)該光感測(cè)組件的一光照度于一預(yù)設(shè)周期內(nèi)，經(jīng)由該光感測(cè)組件將該節(jié)點(diǎn)放電至一第二電壓準(zhǔn)位；
一第一薄膜晶體管，該第二電壓準(zhǔn)位控制該第一薄膜晶體管的一導(dǎo)通電壓；
一第二薄膜晶體管，與該第一薄膜晶體管電性相連；
其中，該第二薄膜晶體管于一讀取期間內(nèi)開(kāi)啟，并根據(jù)第一薄膜晶體管的該導(dǎo)通電壓，輸出一讀取電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顯示器，其特征在于，該預(yù)設(shè)周期為一畫(huà)面時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顯示器，其特征在于，于該第一基板對(duì)應(yīng)第二基板的一側(cè)形成一遮光層，該遮光層對(duì)應(yīng)該光感測(cè)組件處設(shè)置一開(kāi)口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光感測(cè)裝置，包括光感測(cè)組件、儲(chǔ)存電容、第一薄膜晶體管以及第二薄膜晶體管。該光感測(cè)組件可將節(jié)點(diǎn)的電壓重置為第一電壓準(zhǔn)位，而該儲(chǔ)存電容與該節(jié)點(diǎn)電性相連，并依據(jù)該光感測(cè)組件的光照度于畫(huà)面時(shí)間內(nèi)，將該節(jié)點(diǎn)放電至第二電壓準(zhǔn)位。該第二電壓準(zhǔn)位控制該第一薄膜晶體管的導(dǎo)通電壓，而該第二薄膜晶體管依據(jù)該導(dǎo)通電壓，輸出讀取電壓。
文檔編號(hào)G06F3/042GK101770316SQ201010003570
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者陳勇志, 蘇國(guó)彰, 徐國(guó)華, 劉俊欣 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司