CN101105614B - 具有感光单元的图像感测阵列与液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种图像感测阵列以及可增加该图像感测阵列的读取时间的一种液晶显示器，该图像感测阵列及该液晶显示器皆包括一基板、位于该基板上的一读取线、皆与该读取线相交的一第一切换线及一第二切换线、由该读取线及该第一切换线所定义的一第一位置、由该读取线及该第二切换线所定义的一第二位置、以及不位于该第二位置上而仅位于该第一位置上的一感测组件；其中该第一切换线传输一第一切换信号且该第二切换线传输一第二切换信号，而该第二切换信号与该第一切换信号是部分重叠。

Description

具有感光单元的图像感测阵列与液晶显示器

【技术领域】

本发明涉及一种具有感光装置的图像感测阵列及具有感光装置的液晶显示器，特别是一种非晶硅薄膜晶体管液晶显示器。

【背景技术】

非晶硅薄膜晶体管感测阵列是根据非晶硅薄膜晶体管的感光特性而运作，非晶硅薄膜晶体管感测阵列具有两种型态：电荷式感测阵列及电流式感测阵列。

请参阅图1，其为已知电荷式感测阵列的感测组件的电路图。感测组件1包括一感光装置10、一储存电容11及一读取切换装置12，该感光装置10因应入射光而产生一光电流，该感光装置10的栅极101与源极103皆连接于一偏压13，该偏压13通常连接至共同电压，该感光装置10的源极103与漏极102亦连接于该储存电容11，其中该储存电容11在该感光装置10曝露于光线下时会放电。该储存电容11亦连接于该读取切换装置12的源极121，该储存电容11中的电荷会由该读取切换装置12及一读取线14而被周期性地读取出。如图所示，该读取切换装置12的栅极122连接于一切换线15而使得该读取切换装置12进行切换，该读取切换装置12的漏极123连接于该读取线14以读取该电荷。

请参阅图2，其为已知电流式感测阵列的感测组件的电路图。感测组件2包括一感光装置20及一读取切换装置22，该感光装置20的漏极与栅极连接于一偏压23，此外，该读取切换装置22的漏极连接于该感光装置20的源极，而该读取切换装置22的源极连接于一读取线24，该读取切换装置22的栅极连接于一切换线25，因此，该感光装置20的电流会由该读取线24而被周期性地读取出。

由于与液晶显示器的制程兼容，因此该感测组件1或2也可以制作于薄膜晶体管液晶显示器的中以构成用以侦测光线的一种输入型显示器。请参阅图3，其为已知制作有感测组件的薄膜晶体管液晶显示器的部分剖面图。如图所示，薄膜晶体管液晶显示器3包括两基板30、31、一液晶层37、一彩色滤光片32、一黑色矩阵33、读取切换装置35、及感光装置36，该感光装置36接收通过开口34的入射光并且如前述般的方式运作。

接着，以一电流式感测阵列为例以说明其运作原理。请参阅图4，其为已知电流式感测阵列4的部分电路图。感测阵列4包括位于每一列上的m个感测组件2及位于每一行上的n个感测组件2，此外，还具有连接于这些感测组件的m条读取线RO_1-m及n条切换线S W_1-n。这些切换线S W_1-n逐条地被开启(t ur n o n)以决定Y-方向上的位置，接着该感光电流便会被读取出以决定X-方向上的位置，如此即完成了二维的侦测。

请参阅图5，其为图4的感测阵列的运作的时序图。如图所示，当切换线SW₁被开启时、读取线RO₁上会产生一光电流，接着在选择信号SL₁被开启时、该光电流会被读取出。换句话说，每个选择信号对应于其对应的读取线；举例来说，选择信号SL₂对应于读取线RO₂，而选择信号SL_m对应于读取线RO_m。需要注意的是，当切换线SW₁开始被开启时，在一短暂的瞬时时间α中会产生一突然高起的光电流，此一不稳定的光电流并非是稳定的信号，系统不能够辨识，在过了瞬时时间α后，该光电流便会变得稳定而能够从读取线RO₁上由系统辨识，用来读取出该稳定的光电流的该段期间被称为读取时间β。

该光电流的瞬时因为该感测组件电路本身的RC延迟以及非晶硅的深阱(deep trap)所造成，请参阅图6，其为图5的不同光电流信号的变化的时序图。在图6中，不同的光电流信号曲线代表了因入射光量的不同所造成的曲线；换句话说，当该感测组件侦测或接收到光强度的单位为勒克斯(lux)的一光线，该感测组件上便会产生一光电流I_photo。很不幸地，该光电流I_photo并不稳定，且该光电流的量为时间的函数。

如图所示，当SW信号开启时，该光电流信号的一峰值出现于该瞬时时间中并接着下降至一稳态，在该稳态中，该光电流信号是可读取的。然而，该瞬时时间及该读取时间皆被分辨率(resolution)所影响；如果分辨率提升，该读取时间便会减少且该瞬时时间便会增加，这意味了可能没有足够的效率时间以读取该光电流。因为这个原因，分辨率便会被限制住，否则该读取时间便无法被轻易地延长。

鉴于已知技术中所产生的缺失，申请人经悉心试验与研究，终构思出本发明的“图像感测阵列及液晶显示器”，以下为本发明的简要说明。

【发明内容】

本发明的目的在于提出一种图像感测阵列及具有以特殊方式配置的感测组件的液晶显示器，其能够增加该图像感测阵列的读取时间。

根据本发明的构想，本发明一方面提出一种图像感测阵列，包括：一基板；一读取线，位于该基板上；一第一切换线及一第二切换线，皆与该读取线相交；一第一位置，由该读取线及该第一切换线所定义；一第二位置，由该读取线及该第二切换线所定义；及一感测组件，仅位于该第一位置上；其中该第一切换线传输一第一切换信号且该第二切换线传输一第二切换信号，而该第二切换信号与该第一切换信号部分重叠。

较佳者，其中该感测组件包括一读取切换装置及一感光装置，该感光装置连接于一偏压。

较佳者，其中该读取切换装置包括一第一栅极、一第一漏极、及一第一源极。

较佳者，其中该第一栅极连接于该第一切换线。

较佳者，其中该第一漏极连接于该读取线，该第一源极连接于该感光装置及一储存电容，且该储存电容连接于该偏压。

较佳者，其中该第一漏极连接于该感光装置，且该第一源极连接于该读取线。

较佳者，其中该感光装置包括一第二栅极、一第二漏极、及一第二源极。

较佳者，其中该第二栅极连接于一储存电容及该偏压，该第二漏极连接于该读取切换装置及该储存电容，且该第二源极连接于该储存电容及该偏压。

较佳者，其中该第二栅极连接于该偏压，该第二漏极连接于该偏压，且该第二源极连接于该读取切换装置。

根据本发明的构想，本发明另一方面提出一种液晶显示器，包括：一第一基板及一第二基板；一液晶层，位于该第一基板及该第二基板之间：一读取线及一数据线，皆位于该第一基板上；一第一切换线及一第二切换线，皆与该读取线及该数据线相交；一第一位置，由该读取线及该第一切换线所定义；一第二位置，由该读取线及该第二切换线所定义；及一感测组件，仅位于该第一位置上；其中该第一切换线传输一第一切换信号且该第二切换线传输一第二切换信号，而该第二切换信号与该第一切换信号部分重叠。

较佳者，其中该感测组件包括一读取切换装置、一感光装置、及一像素切换装置。

较佳者，其中该读取切换装置包括一第一栅极、一第一漏极、及一第一源极。

较佳者，其中该第一栅极连接于该第一切换线。

较佳者，其中该第一漏极连接于该读取线，该第一源极连接于该感光装置及一储存电容，且该储存电容连接于该偏压。

较佳者，其中该第一漏极连接于该感光装置，且该第一源极连接于该读取线。

较佳者，其中该感光装置包括一第二栅极、一第二漏极、及一第二源极。

较佳者，其中该第二栅极连接于一储存电容及该偏压，该第二漏极连接于该读取切换装置及该储存电容，且该第二源极连接于该储存电容及该偏压。

较佳者，其中该第二栅极连接于该偏压，该第二漏极连接于该偏压，且该第二源极连接于该读取切换装置。

较佳者，其中该像素切换装置包括一第三栅极、一第三漏极、及一第三源极，该第三栅极连接于该第一切换线及该第二切换线其中之一，该第三漏极连接于一液晶电容及一储存电容，且该第三源极连接于该数据线。

较佳者，其中该液晶电容及该储存电容皆连接于一共同电压。

【附图说明】

图1为已知电荷式感测阵列的感测组件的电路图；

图2为已知电流式感测阵列的感测组件的电路图；

图3为已知制作有感测组件的薄膜晶体管液晶显示器的部分剖面图；

图4为已知电流式感测阵列4的部分电路图；

图5为图4的感测阵列的运作的时序图；

图6为图5的不同光电流信号的变化的时序图；

图7(A)为本发明图像感测阵列的部分电路图；

图7(B)为本发明图像感测阵列的另一部分电路图；

图8为图7(A)的图像感测阵列的运作的时序图；

图9为图7(A)的图像感测阵列的分时运作的时序图；

图10(A)为本发明具有图像感测阵列技术的薄膜晶体管液晶显示器中一读取像素的部分电路图；及

图10(B)为本发明具有图像感测阵列技术的读取像素的栅极信号的部分波形图。

【主要组件符号说明】

1、感测组件

2、感测组件

3、薄膜晶体管液晶显示器

4电流式感测阵列

7电流式感测阵列

10感光装置

11储存电容

12读取切换装置

13偏压

14读取线

20感光装置

22读取切换装置

23偏压

24读取线

25切换线

30基板

31基板

32彩色滤光片

33黑色矩阵

34开口

35读取切换装置

36感光装置

37液晶层

40读取像素

41像素切换装置

42读取切换装置

43感光装置

101栅极

102漏极

103源极

121源极

122栅极

123漏极

I_photo光电流

RO_1~m读取线

S_1~nE_1~m感测组件

SL_1~m选择信号

SW_1~n切换线

U_1~nS_1~m非感测区域

α瞬时时间

β读取时间

γ、ε第一部分

δ、ζ第二部分

Gat e_n，n-1栅极信号

【具体实施方式】

本发明通过下列附图及详细说明，或得更深入的了解，只是以下较佳实施例的说明仅为了清楚阐释本发明，并非用以限定本发明的保护范围。

请参阅图7(A)，其为本发明图像感测阵列的部分电路图。如图所示，图像感测阵列7包括m条读取线RO_1-m、n条切换线SW_1-n、及多个感测组件。在此实施例中，图像感测阵列7虽然包括图2所示的电流式感测组件，但其亦可为图1所示的电荷式感测组件所取代。该m条读取线RO_1-m彼此平行而得以自这些感测组件读取光电流，该n条切换线SW_1-n系彼此平行、同时亦垂直于该m条读取线RO_1-m，而通过m ×n个交叉点定义出m×n个位置；举例来说，由读取线RO₁及切换线SW₁所定义出来的位置上的感测组件以SE₁₁标示。

在本实施例中，切换线SW₁连接于对应的感测组件SE₁₁及SE₁₂，但在由读取线RO_3，4及切换线SW₁所定义出来的位置上有不存在感测组件的情形，其被称为非感测区域US₁₃及US₁₄。位在切换线SW₂上的感测组件不同于位在切换线SW₁上的感测组件，由读取线RO_1-2及切换线SW₂所定义出来的位置上并没有配置感测组件，而非感测区域US₂₁及US₂₂位于由读取线RO_1-2及切换线SW₂所定义出来的位置上，切换线SW₂连接于感测组件SE₂₃及SE₂₄。再者，奇数切换线的感测组件的配置与切换线SW₁的感测组件的配置相同，而偶数切换线的感测组件的配置与切换线SW₂的感测组件的配置相同。

请参阅图7(B)，其为本发明图像感测阵列的另一部分电路图。如图所示，图像感测阵列7包括m条读取线RO_1-m、n条切换线SW_1-n、及多个感测组件。该m条读取线RO_1-m彼此平行而得以自这些感测组件读取光电流，该n条切换线SW_1-n彼此平行、同时亦垂直于该m条读取线RO_1-m，而通过m×n个交叉点定义出m×n个位置；举例来说，由读取线RO₁及切换线SW₁所定义出来的位置上的感测组件以SE₁₁标示。

在本实施例中，切换线SW₁连接于对应的感测组件SE₁₁及SE₁₃，但在由读取线RO_2，4及切换线SW₁所定义出来的位置上有不存在感测组件的情形，其被称为非感测区域US₁₂及US_14。位在切换线SW₂上的感测组件不同于位在切换线SW₁上的感测组件，由读取线RO_1，3及切换线SW₂所定义出来的位置上并没有配置感测组件，而非感测区域US₂₁及US₂₃位于由读取线RO_1，3及切换线SW₂所定义出来的位置上，切换线SW₂连接于感测组件SE₂₂及SE₂₄。再者，奇数切换线的感测组件的配置与切换线SW₁的感测组件的配置相同，而偶数切换线的感测组件的配置与切换线SW₂的感测组件的配置相同。

为了消除已知技术中，因为增加感测分辨率而减少图像感测阵列的读取时间的问题，本发明提出一种切换线的信号的驱动方法；亦即，选择其中数条切换线并使得其信号彼此有部分重叠，如此便能增加其读取时间，所选取的切换线的数目须视需要而定。图7(A)或图7(B)所示的实施例所对应的驱动方法显示于图8中，然而，其图像感测阵列的电路配置却无须仅限于本实施例所揭露者。

以下根据本发明的驱动方法以说明感测组件的配置原理；如果存在p个切换信号彼此部分重叠，那幺由p条对应的切换线及其中一条读取线所定义出来的p个位置中仅在其中的一个位置上配置有一感测组件，其中读取线与切换线的数目分别为m与n，而两者皆为大于1的整数。需要注意的是，整数p应大于或等于2且小于切换线的数目。

如图8所示，切换线SW₁及SW₂上的信号为部分重叠，此时p等于2，因此由读取线RO₁及切换线SW_1-2所定义出来的两个位置中仅有其中一个位置上配置有一感测组件SE₁₁；亦即，举例来说，与图4的已知的图像感测阵列相比，感测组件SE₁₁及SE₁₂被配置但感测组件SE₂₁及SE₂₂则被移除。切换线SW₂的头两个感测组件为由读取线RO_3-4及切换线SW₂所定义出来的位置上的SE₂₃及SE₂₄；另一方面，切换线SW₃的头两个感测组件为由读取线RO_1-2及切换线SW₃所定义出来的位置上的SE₃₁及SE₃₂，原因是切换线SW₁及SW₃的切换线信号并没有部分重叠。

通过这种配置原理，本发明的图像感测阵列7的配置如同图7(A)或图7(B)所示那样，并且读取时间便可因此而大幅增加。请参阅图8，其为图7(A)的图像感测阵列的运作的时序图，如图所示，当切换线SW₁被开启且选择信号SL₁也被开启时，读取线RO₁上会产生一光电流。因为RO₁与RO₂的光电流信号是由奇数条的切换线开启，因此选择信号SL₁及SL₂自然具有相同的周期，同样地，选择信号SL₃及SL₄亦具有相同的周期。因为RO₃和RO₄的光电流信号是由偶数条的切换线所开启，是故该感光装置的开启时间因为切换信号的重叠而增加，其意味着增加了标示为β的读取时间。

特别是，当切换线SW₁被开启时会在一期间内产生一突然高起的光电流信号，这段期间被称为一瞬时时间，其通过图标符号α而被标示于图8的下方。在此瞬时时间α中，系统并不会读取此一无用的光电流；而在过了此瞬时时间α后，系统则会读取处理于稳态中的该光电流，这段稳态期间通过图标符号β而被标示于图8中。

对于有限功能的系统来说，当欲一次处理多个读取线信号时，此处可以应用一分时方法以改善该图像感测阵列的分辨率。请参阅图9，其为图7(A)的图像感测阵列的分时运作的时序图，如图所示，选择信号SL₁及SL₂轮流出现于读取时间β中，因此该光电流会先被读取线RO₁读取接着再被读取线RO₂读取。该分时方法可以利用引入一多任务器(Multiplexer)而完成，通过此种方法，在相同周期内被处理的这些光电流的数目会减少一半。本实施例还经由部分重叠这些切换信号以增加读取时间，并且使得该系统具有足够的时间以处理该光电流。

本发明的图像感测阵列也可以整合在薄膜晶体管液晶显示器中以构成一输入型显示器。请参阅图10(A)，其为本发明具有图像感测阵列技术的薄膜晶体管液晶显示器中一读取像素的部分电路图，如图所示，读取像素40包括一像素切换装置41以及由一读取切换装置42和一感光装置43所构成的一感测组件。

与图7(A)与图7(B)的实施例相比，本实施例还包括该像素切换装置41，各读取像素的配置方式与前述的各感测组件的配置方式完全相同，因此此处省略其说明。在本实施例中，感测组件的切换线被薄膜晶体管液晶显示器的栅极线所取代，在制程不变的情况下，制作原本薄膜晶体管液晶显示器中不具有的读取线，感测组件的偏压为薄膜晶体管液晶显示器的共同线所取代，而切换线的信号则被薄膜晶体管液晶显示器的栅极信号所取代。在这种方法中，由于该图像感测阵列的制程兼容于薄膜晶体管液晶显示器的制程，因此本发明的技术与薄膜晶体管液晶显示器的结合并不需要额外增加制程即可完成。

薄膜晶体管液晶显示器中栅极信号的原始函数控制了被写入于该薄膜晶体管液晶显示器中的灰阶电压的过程，换句话说，切换信号不仅被用来控制光电流的切换(如前述的另一实施例所述)，还可被用来作为该栅极信号。请参阅图10(B)，其为本发明具有图像感测阵列技术的读取像素的栅极信号的部分波形图，如图所示，本发明的栅极信号Gaten及Gate_n-1分别具有两个部分，栅极信号Gate_n的第一部分γ为将目前的灰阶电压写入第n条栅极线的原始栅极信号，而在第一部分γ的前的第二部分δ为部分重叠于栅极信号Gate_n-1的第一部分ε的第n条栅极线的延伸栅极信号。同样地，栅极信号Gate_n-1的第一部分ε用以写入第n-1条栅极线的目前的灰阶电压，而在第一部分ε的前的第二部分ζ为第n-1条栅极线的延伸栅极信号。实际上，栅极信号Gate_n的第二部分δ等于栅极信号Gate_n-1的第一部分ε；由于该部分重叠的部分为第n条栅极线的延伸栅极信号，因此灰阶电压仍然能够被正确地写入而不会影响到显示品质。

综上所述，本发明提出一种图像感测阵列及其驱动方法，通过图像感测阵列的特殊电路配置，能够有效地增加感光装置的读取时间以及防止瞬时时间的影响，该图像感测阵列还可整合于薄膜晶体管液晶显示器中，以构成一种具有优异分辨率及完美显示品质的输入型显示器。

本发明可在不脱离由后附的权利要求所限定的本发明的发明构思和保护范围的前提下，由本领域的熟练技术人员作出各种改型和替换。

Claims (12)

1.一种图像感测阵列，包括：

一基板；

一读取线，位于该基板上；

一第一切换线及一第二切换线，皆与该读取线相交；

一第一位置，由该读取线及该第一切换线所定义；

一第二位置，由该读取线及该第二切换线所定义；及

一感测组件；

其中，于该第一位置及第二位置中，仅有该第一位置配置该感测组件连接该读取线及第一切换线，且该读取线仅读取该感测组件产生的信号；该第一切换线传输一第一切换信号且该第二切换线传输一第二切换信号，而该第二切换信号与该第一切换信号部分重叠。

2.根据权利要求1所述的图像感测阵列，其中该感测组件包括一读取切换装置及一感光装置，该感光装置连接于一偏压。

3.根据权利要求2所述的图像感测阵列，其中该读取切换装置包括连接于该第一切换线的一第一栅极、一第一漏极、及一第一源极。

4.根据权利要求3所述的图像感测阵列，其中该第一漏极连接于该读取线，该第一源极连接于该感光装置及一储存电容，且该储存电容连接于该偏压。

5.根据权利要求3所述的图像感测阵列，其中该第一漏极连接于该感光装置，且该第一源极连接于该读取线。

6.根据权利要求2所述的图像感测阵列，其中该感光装置包括一第二栅极、一第二漏极、及一第二源极。

7.根据权利要求6所述的图像感测阵列，其中该第二栅极连接于一储存电容及该偏压，该第二漏极连接于该读取切换装置及该储存电容，且该第二源极连接于该储存电容及该偏压。

8.根据权利要求6所述的图像感测阵列，其中该第二栅极连接于该偏压，该第二漏极连接于该偏压，且该第二源极连接于该读取切换装置。

9.一种液晶显示器，包括：

一第一基板及一第二基板；

一液晶层，位于该第一基板及该第二基板之间；

一读取线及一数据线，皆位于该第一基板上；

一第一切换线及一第二切换线，皆与该读取线及该数据线相交；

一第一位置，由该读取线及该第一切换线所定义；

一第二位置，由该读取线及该第二切换线所定义；及

一感测组件；

其中，于该第一位置及第二位置中，仅有该第一位置配置该感测组件连接该读取线及第一切换线，且该读取线仅读取该感测组件产生的信号；该第一切换线传输一第一切换信号且该第二切换线传输一第二切换信号，而该第二切换信号与该第一切换信号部分重叠。

10.根据权利要求9所述的液晶显示器，其中该感测组件包括一读取切换装置、一感光装置、及一像素切换装置。

11.根据权利要求10所述的液晶显示器，其中该像素切换装置包括一第三栅极、一第三漏极、及一第三源极，该第三栅极连接于该第一切换线及该第二切换线其中之一，该第三漏极连接于一液晶电容及一储存电容，且该第三源极连接于该数据线。

12.根据权利要求11所述的液晶显示器，其中该液晶电容及该储存电容皆连接于一共同电压。

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