CN101510132B - 感测像素及其触控面板 - Google Patents

Abstract

在此提供一种感测像素及其触控面板，而触控面板具有m条扫描线与n条读取线。感测像素包括感测电容、读取晶体管、重置晶体管、基部晶体管以及光敏晶体管。光敏晶体管在曝光时会产生光漏电流，因此利用光敏晶体管的光遮蔽特性来检测被触碰的感测像素的位置。经由适当的时序控制，本发明不仅可以用于多指检测，且也易于实现。

Description

感测像素及其触控面板

技术领域

本发明涉及一种触控面板的感测像素，且特别是涉及利用具有光敏晶体管的感测像素，来检测所触碰的位置。

背景技术

随着电子技术的蓬勃发展，以及无线通讯与网络的普及化，具有轻薄短小优点的便携式装置逐渐成为新一代的数据存取平台。然而，并非所有的装置都采用一般人常见的输入与输出(input/output，I/O)接口，像是键盘或是鼠标。因此，触控面板常被应用作为人与智能装置之间的人机接口，以执行控制。

一般来说，电阻式触控面板为两个相距微小空间的导电层所组成。当使用者按压触控面板时，这两个导电层会连接于某一点，因此于此点上会产生电压的变化。通过模拟数字转换器(analog to digital convert，ADC)将具有电压变化的模拟式信号转换成数字式信号后，便可定位出按压点的横轴与纵轴坐标。然而，电阻式触控面板没有保护层，因此在频繁的按压下很容易损坏，且此类型的触控面板只能检测到一个按压点。如果有多个按压点时，例如是多指(multi-finger)，触控面板便无法判断出按压点的位置。而且，设置多导电层不仅会增加触控面板的厚度，也会影响液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的透光率。再者，由于电阻式触控面板不能准确地定位出按压点的位置，因而无法满足消费者的需求。

而另一种类型的触控面板为光学式触控面板，其使用多个红外线传输器与红外线接收器于周围，也就是说，水平与垂直方向红外线传输器所产生的红外线形成数组式的排列。当一个遮蔽物挡住其中一道红外光的传输时，按压点的横轴与纵轴位置就能被定位出来。然而，光学式触控面板对微小物体或是外部干扰相当敏感，容易导致错误的定位。因此，各大厂商莫不极尽努力地设计能解决上述问题及克服缺点的触控面板。

发明内容

本发明提供一种感测像素与使用此感测像素的触控面板，其利用光敏晶体管来检测每一个感测像素的光遮蔽的情形，并藉此指出所触碰的位置。由于此感测像素为最小的检测单元，因而本发明的触控面板能准确地提供手指或多指的触碰位置，且无需设置导电层，以节省触控面板的体积及具有较佳的透光率。

本发明提供一种感测像素，适于具有m条扫描线与n条读取线的触控面板，且此感测像素包括感测电容、读取晶体管、重置晶体管、基部晶体管以及光敏晶体管。读取晶体管的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第i条扫描线、第j条读取线及感测电容的第一端，其中1≤i≤m且1≤j≤n。重置晶体管的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第(i+1)条扫描线、感测电容的第二端及第一电压。基部晶体管的栅极接收第i条扫描线的反相信号，且其第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接感测电容的第一端及第二电压。光敏晶体管的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第i条扫描线、感测电容的第二端及第二电压，其中光敏晶体管于曝光时会产生光漏电流。

本发明提供一种触控面板，其具有m条扫描线与n条读取线。此触控面板包括多个感测像素与读取电路，其中每一感测像素包括感测电容、读取晶体管、重置晶体管、基部晶体管以及光敏晶体管。读取晶体管的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第i条扫描线、第j条读取线及感测电容的第一端，其中1≤i≤m且1≤j≤n。重置晶体管的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第(i+1)条扫描线、感测电容的第二端及第一电压。基部晶体管的栅极接收第i条扫描线的反相信号，且其第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接感测电容的第一端及第二电压。光敏晶体管的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第i条扫描线、感测电容的第二端及第二电压，其中光敏晶体管于曝光时会产生光漏电流。读取电路分别耦接至上述读取线，并且根据对应的感测电容的跨压来判断其中一感测像素是否有被接触到。

在上述的触控面板中，本发明一实施例的读取电路包括多个读取单元，且每一个读取单元包括运算放大器、第一电容以及第一晶体管。运算放大器的反相端及非反相端分别耦接第j条读取线及第二电压，且其输出端产生输出电压。第一电容的第一端及第二端分别耦接运算放大器的反相端及输出端。第一晶体管的栅极接收一重置信号，且其第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接运算放大器的反相端及输出端。

本发明提供感测像素与使用此感测像素的触控面板，其利用光敏晶体管的特性来检测手指或多指所触碰的位置。因为光敏晶体管于曝光后时会产生光漏电流，本发明因此通过测量感测电容两端的的跨电压，并且将执行此电压信号加以处理来判断对应的感测像素是否被触碰接触到。经由适当的时序控制，便可准确地且立即地检测手指或多指所触碰的位置可以马上准确地检测到。

为使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的触控面板的方块图。

图2为本发明实施例中显示像素与感测像素耦接一起的电路图。

图3为本实施例图2中感测像素的部分结构图。

图4为本发明实施例中触控面板运作的时序图。

图5A为本发明的一实施例的读取电路的电路图。

图5B为本发明的另一实施例的读取电路的电路图。

附图符号说明

100：触控面板

11：数据驱动器

12：扫描驱动器

13：主动矩阵区域

14：读取电路

15：扫描线

16：读取线

17：数据线

18：感测像素

19：显示像素

T0：晶体管

T1：读取晶体管

T2：重置晶体管

T3：基部晶体管

P1：光敏晶体管

Cst：储存电容

Clc：液晶电容

C1：感测电容

S_i、S_i+1、S_i’：扫描线

R_j-1、R_j：读取线

D_j：数据线

31a、32a：栅极

31b、32b：第一源/漏极

31c、32c第二源/漏极

31d、32d通道层

33、34：基底

35：彩色滤光片

36：黑色矩阵

LC：液晶层

51：读取单元

51a：运算放大器

52：多路复用器

53：比较器

54：模拟数字转换器

55：影像处理单元

C2：第一电容

T4：第一晶体管

具体实施方式

图1为本发明的一实施例的触控面板的方块图。请参考图1，触控面板100包括扫描驱动器12、数据驱动器11、读取电路14以及主动矩阵区域13，其中触控面板100具有m条扫描线15与n条读取线16。在主动矩阵13上排列有多个显示像素(未绘示于图1)与多个感测像素18。扫描驱动器12经由扫描线15传送扫描驱动信号至显示像素，且数据驱动器11经由数据线17传送数据驱动信号至显示像素，以显示影像画面。

图2为本发明实施例中显示像素与感测像素耦接一起的电路图。请参考图2，显示像素19包括晶体管T0、储存电容Cst以及液晶层，其中液晶层为以液晶电容Clc表示。晶体管T0的栅极以及第一源/漏极分别耦接第i条扫描线S_i及数据线D_j，而晶体管T0的第二源/漏极耦接储存电容Cst与液晶电容Clc，其中1≤i≤m且1≤j≤n。当第i条扫描线S_i致能时，晶体管T0会导通，于是数据驱动信号可以经由数据线D_j与导通的晶体管T0，而储存于储存电容Cst之中。之后，液晶层依据所传送的数据驱动信号，显示对应透光率(transparency)。

请参考图2，感测像素18包括感测电容C1、读取晶体管T1、重置晶体管T2、基部晶体管T3以及光敏晶体管P1。读取晶体管T1的栅极、第一源/漏极以及第二源/漏极分别耦第i条扫描线S_i、第j条读取线R_j以及感测电容C1的第一端N1。重置晶体管T2的栅极、第一源/漏极以及第二源/漏极分别耦接第(i+1)条扫描线S_i+1、感测电容C1的第二端N2以及第一电压VA。基部晶体管T3的栅极接收第i条扫描线S_i的反相信号S_i’，且基部晶体管T3的第一源/漏极以及第二源/漏极分别耦接感测电容C1的第一端N1及第二电压VB。光敏晶体管P1的栅极、第一源/漏极以及第二源/漏极分别耦第i条扫描线S_i、感测电容C1的第二端N2以及第二电压VB，其中光敏晶体管P1于曝光时会产生光漏电流(photo leakage current)。

图3为本实施例图2中感测像素的部分结构图。请参考图3，光敏晶体管P1与读取晶体管T1形成于基底33上。光敏晶体管P1包括栅极31a、第一源/漏极31b、第二源/漏极31c以及通道层31d。读取晶体管T1包括栅极32a、第一源/漏极32b、第二源/漏极32c以及通道层32d。另外，彩色滤光片35与黑色矩阵36形成于基底34上，且液晶层LC形成于基底33、34之间。值得注意的是，基底34上的区域37对应到光敏晶体管P1的通道层31d，且黑色矩阵36并未形成于基底34上的区域37，因而基底34上的区域37可视为开启或透光。所以，光敏晶体管P1于曝光时会导通且产生光漏电流；反之，当手指或是其它物体遮住区域37时，光敏晶体管P1便会不导通。

图4为本发明实施例中触控面板运作的时序图。请参考图2与图4，在本实施例中，触控面板的运作主要有预充电阶段、曝光阶段以及评估阶段。在此以对应到扫描线S_i的感测像素为例说明。首先，感测像素18会先于预充电阶段重置：在画面期间F1，当扫描线S_i+1致能时，扫描线S_i为未致能(例如逻辑低电平)，且扫描线S_i的反相信号S_i’为逻辑高电平，因而使重置晶体管T2与基部晶体管T3导通。接着，感测电容C1的第一端N1具有第二电压VB的电平，且感测电容C1的第二端N2具有第一电压VA的电平。也就是说，在预充电阶段，感测电容C1的两端充电至第一电压VA与第二电压VB。

在预充电阶段后，感测像素18会于曝光阶段曝光或者受遮蔽而未曝光。在曝光阶段，扫描线S_i与S_i+1为未致能，如此一来，仅有基部晶体管T3导通，而其它晶体管T1、T2以及P1不导通。于曝光阶段期间，如果感测像素18没有被手指或其它物体遮蔽时，光敏晶体管P1因曝光而视为导通，这使得感测电容C1的第二端N2的电压会降至第二电压VB。另一方面，如果感测像素18被手指或其它物体遮蔽时，光敏晶体管P1因没有曝光而视为不导通，因此感测电容C1的第二端点N2的电压会维持为第一电压VA。如果感测像素18部分曝光的话，感测电容C1的第二端点N2的电压会落在第一电压VA与第二电压VB之间。因此，在本实施例中，当感测电容C1的跨压大于预设电压时，便会判断此其中之一的感测像素18有被接触到。否则，当感测电容C1的跨压小于预设电压时，便会判断此感测像素18未被接触到。

在曝光阶段后，便进入评估阶段来评估感测像素18是否有被接触到。在画面期间F2，当扫描线S_i被打开时，晶体管T1与P1会导通，而晶体管T2与T3不导通，因此感测电容C1的跨压经由导通的读取晶体管T1与读取线R_j而传送至读取电路14。因此，读取电路14利用感测电容C1的跨压来评估感测像素18是否有被接触到。

图5A为本发明的一实施例的读取电路的电路图。请参考图1与图5A，读取电路14包括对应各别读取线的多个读取单元51，且读取电路14也包括多路复用器52、比较器53以及影像处理单元55。以对应到读取线R_j的读取单元51为例说明，此读取单元51包括了运算放大器51a、第一电容C2以及第一晶体管T4。运算放大器51a的反相端及非反相端分别耦接第j条读取线及第二电压VB，其中1≤j≤n。而运算放大器51a的输出端产生输出电压Vout_j。第一电容C2的第一端及第二端分别耦接运算放大器51a的反相端及输出端。第一晶体管T4的栅极接收重置信号Reset，且第一晶体管T4的第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接运算放大器51a的反相端及输出端。

请参考图4与图5A，当重置信号Reset致能时，第一晶体管T4会导通，使得储存在第一电容C2内的残余电压经由导通的晶体管T4放电。输出单元51可视为积分器，也就是说，对应到读取线R_j的读取单元51会累计图2感测电容C1的跨压，以判断感测像素18是否有被接触到。假设于曝光阶段结束后，感测像素18内的感测电容C1的第二端N2降至电压VA’。如果光敏晶体管P1受到曝光时，则电压VA’会与第二电压VB相同；如果光敏晶体管P1未受到曝光时，则电压VA’会与第一电压V A相同；如果光敏晶体管P1受到部分曝光时，电压VA’会介于第一电压VA与第二电压VB之间。因此，储存在感测电容C1的电荷为(VA’-VB)×C1。所以读取单元51的输出电压Vout_j为VB+(VA’-VB)×C1/C2。

多路复用器52耦接读取单元51，且多路复用器52依据读取线选择信号RLS选择其中一读取单元51的输出电压。当读取线选择信号RLS的第j个位L_j致能时，多路复用器52便选择对应读取线R_j的读取单元51的输出电压Vout_j。比较器53耦接多路复用器52的输出端，其将多路复用器52所选择的输出电压与预设电压Vref做比较，并进而输出一输出信号至影像处理单元55。倘若此输出信号为逻辑高电平，则对应的感测像素18有受到遮蔽；反之，则感测像素18未受到遮蔽。

图5B依据本发明的另一实施例的读取电路的电路图。请参考图5A与图5B，实施例图5B与实施例图5A不同之处在于，图5B中的读取电路14采用模拟数字(analog to digital，A/D)转换器54来取代图5A中的比较器53。A/D转换器54将读取单元51的输出电压Vout_j从模拟信号转换成数字信号。而影像处理单元55将数字信号进行处理，以显示触控面板上所触碰的位置或对应的影像。

综上所述，上述实施例利用光遮蔽的特性来检测手指或其它物体的位置。由于光敏晶体管于曝光时会产生光漏电流，因此此具有光敏晶体管的感测像素可应用于触控面板。不同于以往电阻式触控面板需设置多层导电层所造成的缺点，上述实施例不仅能使显示面板具有较佳的透光率，也能准确地检测单指或者多指所触碰的位置。

虽然本发明已以实施例披露如上，但其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作若干的更改与修饰，因此本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。

Claims (14)

1.一种感测像素，适于具有m条扫描线与n条读取线的一触控面板，且该感测像素包括：

一感测电容，具有第一端与第二端；

一读取晶体管，其栅极耦接第i条扫描线，其第一源/漏极耦接第j条读取线，且其第二源/漏极耦接该感测电容的第一端，其中1≤i≤m且1≤j≤n；

一重置晶体管，其栅极耦接第(i+1)条扫描线，其第一源/漏极耦接该感测电容的第二端，且其第二源/漏极耦接一第一电压；

一基部晶体管，其栅极接收该第i条扫描线的一反相信号，其第一源/漏极耦接该感测电容的第一端，且其第二源/漏极耦接一第二电压；以及

一光敏晶体管，其栅极耦接该第i条扫描线，其第一源/漏极耦接该感测电容的第二端，且其第二源/漏极耦接该第二电压，其中该光敏晶体管在曝光时为导通。

2.如权利要求1所述的感测像素，其中当该第i条扫描线致能时，经由该第j条读取线读取该感测电容的跨压。

3.如权利要求2所述的感测像素，其中当该感测电容的跨压大于一预设电压时，判断该感测像素有被接触到。

4.如权利要求2所述的感测像素，其中当该光敏晶体管曝光且该感测电容的跨压放电至小于一预设电压时，判断该感测像素未被接触到。

5.如权利要求1所述的感测像素，其中当该第(i+1)条扫描线致能时，重置该感测电容的跨压。

6.一种触控面板，其具有m条扫描线与n条读取线，包括：

多个感测像素，各该感测像素包括：

一感测电容，具有第一端与第二端；

一读取晶体管，其栅极耦接第i条扫描线，其第一源/漏极耦接第j条读取线，且其第二源/漏极耦接该感测电容的第一端，其中1≤i≤m且1≤j≤n；

一重置晶体管，其栅极耦接第(i+1)条扫描线，其第一源/漏极耦接该感测电容的第二端，且其第二源/漏极耦接一第一电压； 

一基部晶体管，其栅极接收该第i条扫描线的一反相信号，其第一源/漏极耦接该感测电容的第一端，且一第二源/漏极耦接一第二电压；以及

一光敏晶体管，其栅极耦接该第i条扫描线，其第一源/漏极耦接该感测电容的第二端，且其第二源/漏极耦接该第二电压，其中该光敏晶体管于曝光时为导通；以及

一读取电路，分别耦接所述读取线，用以根据对应的该感测电容的跨压来判断所述感测像素其中之一是否被接触到。

7.如权利要求6所述的触控面板，其中该读取电路包括：

多个读取单元，各该读取单元包括：

一运算放大器，其反相端耦接第j条读取线，其非反相端耦接该第二电压，且其输出端产生一输出电压；

一第一电容，其第一端耦接该运算放大器的反相端，且其第二端耦接该运算放大器的输出端；以及

一第一晶体管，其栅极接收一重置信号，其第一源/漏极耦接该运算放大器的反相端，且其第二源/漏极耦接该运算放大器的输出端。

8.如权利要求7所述的触控面板，其中该读取电路还包括：

一多路复用器，耦接所述读取单元，用以根据一读取线选择信号来选择所述读取单元其中之一的该输出电压；

一比较器，耦接该多路复用器，用以比较所述读取单元其中之一的该输出电压与一参考电压，并进而输出一误差信号；以及

一影像处理单元，耦接该比较器，用以处理该误差信号，并进而显示被接触到的该感测像素的位置。

9.如权利要求7所述的触控面板，其中该读取电路还包括：

一多路复用器，耦接所述读取单元，用以根据一读取线选择信号来选择所述读取单元其中之一的该输出电压；

一模拟数字转换器，耦接该多路复用器，用以将所述读取单元其中之一的该输出电压转换为一数字信号；以及

一影像处理单元，耦接该模拟数字转换器，用以处理该数字信号，并进而显示被接触到的该感测像素的位置。

10.如权利要求7所述的触控面板，其中当该重置信号致能时，重置该第一电容的跨压。 

11.如权利要求6所述的触控面板，其中当该第i条扫描线致能时，经由该第j条读取线读取该感测电容的跨压。

12.如权利要求6所述的触控面板，其中当该感测电容的跨压大于一预设电压时，判断该感测像素有被接触到。

13.如权利要求6所述的触控面板，其中当该光敏晶体管曝光且该感测电容的跨压放电至小于一预设电压时，判断该感测像素未被接触到。

14.如权利要求6所述的触控面板，其中当该第(i+1)条扫描线致能时，重置该感测电容的跨压。 

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