CN101989152A

CN101989152A - 内嵌式光学感应输入装置及其方法

Info

Publication number: CN101989152A
Application number: CN 200910164916
Authority: CN
Inventors: 陈柏仰; 施博盛
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: CN101989152B

Abstract

本发明揭露一种内嵌式光学感应输入装置及其方法，其包括有感光电路以及转换电路，感光电路可根据因触控位置事件发生造成受光大小变化而产生感应电流信号；转换电路连接此感光电路并接收感应电流信号，此转换电路具有二相耦接的第一晶体管及第二晶体管，其受二相同周期、不同相位的正、负偏压驱动，以据此交互开关驱动第一晶体管及第二晶体管而轮流将感应电流信号转换为感应电压信号。本发明以晶体管取代传统电阻结构，故可沿用现有半导体阵列工艺同时制作，并整合至标准化工艺中，故可完全内嵌整合至显示装置中，而不再需要外加一层触控面板及额外的电阻元件。

Description

内嵌式光学感应输入装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种触控式显示技术，特别涉及一种内嵌式(In-Cell)光学感应输入装置以及光学感应输入方法。

背景技术

触控面板是使用者与电子设备沟通最简单的方式，所以应用可说是愈来愈广泛，并发展出多种不同作动原理的触控面板，常见者包含电容式、电阻式、音波式、红外线式、内嵌式(In-Cell)等触控面板，其中以内嵌式触控的发展最受瞩目，相较于传统的电阻式或电容式等触控面板，都需要额外的触控面板安装于显示面板上，而内嵌式触控面板直接将触控功能内建整合至显示面板内，而不再需要额外的触控面板，故具有重量轻、体积小以及高光学性能等优点，因此受到相当的重视。

现有的内嵌式触控面板大多为光学式感应，其通过内嵌在显示面板内的光传感器(photosensor)去检测在面板上的光强度分布来决定触控位置事件；并利用非晶硅材质的光敏感性，所述这些光传感器可以直接沿用现有工艺制作的非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)传感器。再者，根据感光原理的不同，感光电路可分为二种模式，电荷模式和电流模式。如图1所示的电荷模式，其利用第一晶体管10的开启对储存电容(Cst)12进行充电，之后关闭第一晶体管10后，储存电容12上的电荷会因为第二晶体管14的光电流而产生漏电，当照光强度愈大，漏电愈多，之后再开启第一晶体管10去读取储存电容12剩余的电荷来决定触控位置事件。再如图2所示的电流模式，其利用切换晶体管16的开启使电流进入传感晶体管18，此传感晶体管18的电流大小则与受光的程度大小有关，并直接读取此电流大小来决定触控位置事件。

就电流模式感光电路而言，由于输出的是感光电流信号，但系统处理电路多以电压信号为主轴，所以每一读取线20皆连接至电阻22，如图3所示，以便将输出的感光电流信号转换为感光电压信号，并通过读取线20传送至读取电路24，以决定触控位置事件。然而，多数量的电阻一般需要利用额外安装设置于印刷电路板上，相当没有效率，且成本较高。

有鉴于此，本发明提出一种内嵌式光学感应输入装置及其方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种内嵌式光学感应输入装置及其方法，其利用晶体管设计取代原有电阻，以达转换电流信号为电压信号的目的，且此晶体管可沿用现有半导体阵列工艺同时制作，故可完全内嵌整合至显示装置中。

本发明的另一目的在于提出一种内嵌式光学感应输入装置及其方法，因其整合至标准化工艺，且不须外加一层触控面板及额外的电阻元件，故成本最低，模块产品也相对轻薄，应用更为广泛。

本发明的实施态样揭示一种内嵌式光学感应输入装置，其包括有多个呈整齐排列的感应输入单元，用以感应触控位置事件，每一感应输入单元包括至少一个或多个感光电路以及转换电路，感光电路可根据因触控位置事件发生造成受光程度的大小变化而产生感应电流信号；转换电路连接此感光电路，并具有二相耦接的第一晶体管及第二晶体管，以根据交互开关第一晶体管或第二晶体管而轮流将感应电流信号转换为感应电压信号。

本发明的另一实施态样则是应用于上述装置的一种内嵌式光学感应输入方法，其先分别施加高准位电压及低准位电压至上述的第一晶体管及第二晶体管的栅极，以开启第一晶体管，关闭第二晶体管，并利用第一晶体管将转换电路产生的感应电流信号转换为感应电压信号输出；接着，再分别施加低准位电压及高准位电压至第一晶体管及第二晶体管的栅极，以关闭第一晶体管，打开第二晶体管，并利用第二晶体管将感应电流信号转换为感应电压信号输出；最后不断重复上述步骤，使第一晶体管与第二晶体管轮流对感光电路产生的感应电流信号转换为感应电压信号，以利用该二晶体管极性转换方式持续感应触控位置事件的发生与否。

下面将通过具体实施例结合附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为公知电荷式感光电路的电路示意图。

图2为公知电流式感光电路的电路示意图。

图3为公知使用电阻转换信号的感光电路示意图。

图4为本发明光学感应输入装置的第一实施例的电路示意图。

图5为图4的局部电路放大示意图。

图6(a)为本发明第一实施例在第一阶段驱动的电路示意图。

图6(b)为本发明第一实施例在第二阶段驱动的电路示意图。

图7为本发明的第二实施例的电路示意图。

图8为本发明的第三实施例的电路示意图。

图9为本发明的第四实施例的电路示意图。

具体实施方式

本发明使用晶体管来取代传统电阻的转换，然而若使用单一晶体管，存在有电荷捕陷(charge trapped)的问题，会造成晶体管的临界电压(Vt)位移，导致读出信号的不稳定而造成可靠性问题，故本发明使用AC驱动，轮流供应不同的极性电压给二晶体管的栅极、漏极和源极，使捕陷电荷平衡，以解决Vt位移的问题，所以本发明通过AC驱动晶体管可以有效补偿Vt位移。

本发明的内嵌式光学感应输入装置30包含有多个排列成阵列的感光电路32，以设置对应于液晶显示装置上，请参考图4及图5所示，本第一实施例将转换电路34以及共用此转换电路34的多个感光电路32视为一个感应输入单元；当然，不管感光电路32的数量多寡或结构差异，都可以配合使用本发明的转换电路34。如图所示，每一感光电路32包含切换晶体管(Switch TFT)321及传感晶体管(Detector TFT)322，此切换晶体管321根据栅极线35的信号，控制电流进入传感晶体管322，使传感晶体管322可根据受光程度产生感应电流信号。转换电路34则包含二相耦接的第一晶体管(T1)341及第二晶体管(T2)342，第一晶体管341与第二晶体管342连接至感光电路32，以根据其产生的交流驱动轮流将感应电流信号转换为感应电压信号，再经由读取线36传送至读取电路38，以根据产生感应电流信号的所处位置来决定触控位置事件。其中，上述切换晶体管321、传感晶体管322、第一晶体管341及第二晶体管342皆使用薄膜晶体管。

详言之，在转换电路34中，第二晶体管342的栅极连接至第一偏压线343，漏极连接至第二偏压线344，且第二晶体管342的源极连接至第一晶体管341的源极，以接收上述的感应电流信号，且第一晶体管341及第二晶体管342的源极皆连接至感光电路32；第一晶体管341的栅极连接至第二偏压线344，漏极则连接至第一偏压线343，以利用第一偏压线343与第二偏压线344分别供应第二晶体管342及第一晶体管341相同周期且相位互为相反的电压信号。由于第一晶体管341和第二晶体管342视同一个电阻的作用，用以将感光电路32所传感到的电流信号转换为电压信号，且因该二晶体管341、342分别偏压在以交流驱动的二相反相位的方波，使该二晶体管341、342的电压可随时间变化其极性，以从而平衡补陷电荷。

下面以图4结合图6来说明本发明的内嵌式光学感应输入方法，当栅极线35传送信号给切换晶体管321时，切换晶体管321打开，使电流进入传感晶体管322，当使用者触控面板时，对应的传感晶体管322可根据受光程度的差异产生感应电流信号(Iphoto)，并传送至转换电路34中。其中，转换电路34由二个晶体管组成，所以驱动方式具有二个阶段：首先，在第一阶段，请参阅图6(a)所示，分别对第一偏压线343与第二偏压线344分别施以高准位电压及低准位电压的偏压，使第一晶体管341关闭，第二晶体管342打开，此时，由第二晶体管342扮演电阻的作用，将感光电路32输出的感应电流信号(Iphoto)转换感应电压信号后经读取线36传送至读取电路38。接着，在第二阶段，请参阅图6(b)所示，分别对第一偏压线343与第二偏压线344分别施以低准位电压与高准位电压的偏压，使第一晶体管341打开，第二晶体管342关闭，此时，由第一晶体管341扮演电阻的作用，将感光电路32输出的感应电流信号转换感应电压信号后经读取线传送至读取电路。如此不断重复上述二阶段的驱动方式，使第一晶体管341与第二晶体管342轮流将感应电流信号转换为感应电压信号，以利用该二晶体管341、342极性转换方式持续感应触控位置事件的发生与否，并通过其极性的转换来补偿补陷电荷，以避免临界电压Vt产生位移现象。

除了上述的第一实施例之外，本发明使用二个晶体管作为转换电路亦具有其他的不同实施例。

本发明的第二实施例如图7所示，为了使感光电路32输出的感应电流信号更加稳定，还可增设电容40连接感光电路32，并与转换电路34并联，以作为RC电路，使感光电路32输出稳定的感应电压信号。其中，此电容40结构可以现有半导体阵列工艺制作完成；其余结构与驱动方式皆与第一实施例相同，故在此不再赘述。

由于有很多机制会导致临界电位移的发生，例如有可以取决于不同晶体管的结构、材料或工艺等，因此，本发明的第三实施例导入更多的电压信号来调整晶体管的电压。如图8所示，第一晶体管341的漏极连接至第一偏压线343，栅极连接至第三偏压线345，且源极连接至第二晶体管342的源极，且第一晶体管341及第二晶体管342的源极皆连接至感光电路；第二晶体管342的漏极连接至第二偏压线344，栅极则连接至第四偏压线346；其中，第一偏压线343与第四偏压线346提供相同相位且不同准位的电压信号；第二偏压线344与第三偏压线345为相同相位且不同准位的电压信号。本实施例的驱动方式在第一阶段(T1)时，对第一偏压线343与第四偏压线346分别施以不同准位的低准位电压，且对第二偏压线344与第三偏压线345分别施以不同准位的高准位电压，使第一晶体管341打开，第二晶体管342关闭，此时，由第一晶体管341扮演电阻的作用，将感光电路32输出的感应电流信号(Iphoto)转换感应电压信号。接着，在第二阶段(T2)，对第一偏压线343与第四偏压线346分别施以不同准位的高准位电压，且对第二偏压线344与第三偏压线345分别施以不同准位的低准位电压，使第一晶体管341关闭，第二晶体管342打开，此时，由第二晶体管342扮演电阻的作用，将感光电路产生的感应电流信号转换感应电压信号。如此不断重复上述二阶段的驱动方式，使第一晶体管341与第二晶体管342轮流将感应电流信号转换为感应电压信号。

本发明的第四实施例如图9所示，在转换电路34中，将第一晶体管341的栅极连接至第一偏压线343，漏极连接至固定电压源，且第一晶体管341的源极连接至第二晶体管342的源极，以接收感应电流信号，第二晶体管的栅极则连接至第二偏压线344，漏极亦连接至相同的固定电压源(V_constant)347。当然由第一偏压线343与第二偏压线344分别供应给第一晶体管341与第二晶体管的电压，相同周期且相位互为相反的电压信号，使第一晶体管341和第二晶体管342轮流将感应电流信号转换为感应电压信号。

不管是上述何种实施例，本发明利用晶体管设计取代原有电阻，以达转换电流信号为电压信号的目的，且因晶体管可沿用现有半导体阵列工艺同时制作，故可完全内嵌整合至现有显示装置中。再者，由于本发明可整合至标准化工艺，而不须再外加一层触控面板及额外的电阻元件，故成本最低，模块产品也相对轻薄，使其应用更为广泛。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以此限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或变型，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims

1.一种内嵌式光学感应输入装置，包括：

多个感应输入单元，其呈阵列排列，每一所述感应输入单元包括：

至少一感光电路，其根据受光程度大小产生感应电流信号；以及

转换电路，包含二相耦接的第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管与所述第二晶体管连接所述感光电路，以根据交互开关轮流将所述感应电流信号转换为感应电压信号。

2.如权利要求1所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，所述感光电路包括切换晶体管及传感晶体管，所述切换晶体管控制电流进入所述传感晶体管，所述传感晶体管则根据受光程度产生感应电流信号。

3.如权利要求1所述的内嵌式光学感应输入装置，还包括读取电路，其利用多条读取线分别连接至每一所述感应输入单元，使所述读取电路取得所述感应电压信号。

4.如权利要求1所述的内嵌式光学感应输入装置，还包括二偏压线分别连接至所述第一晶体管及第二晶体管，以分别供应所述第一晶体管及第二晶体管相位互为相反的电压。

5.如权利要求4所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，所述二偏压线为第一偏压线及第二偏压线，使所述第一晶体管的栅极连接至所述第二偏压线，漏极连接至所述第一偏压线，且源极连接至所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极连接至所述第一偏压线，漏极则连接至所述第二偏压线，其中所述第一及所述第二晶体管的所述源极连接至所述感光电路。

6.如权利要求1所述的内嵌式光学感应输入装置，还包含四偏压线为第一、第二、第三和第四偏压线，所述第一晶体管的漏极连接至所述第一偏压线，栅极连接至第三偏压线，且所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的漏极连接至所述第二偏压线，栅极则连接至第四偏压线；其中，所述第一偏压线与所述第四偏压线接收相同相位且不同准位的电压信号；所述第二偏压线与所述第三偏压线为相同相位且不同准位的电压信号，其中所述第一及所述第二晶体管的所述源极连接至所述感光电路。

7.如权利要求4所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，所述二偏压线为第一偏压线及第二偏压线，使所述第一晶体管的栅极连接至所述第一偏压线，漏极连接至固定电压源，且源极连接至所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极连接至所述第二偏压线，漏极则连接至所述固定电压源，其中所述第一及所述第二晶体管的所述源极连接至所述感光电路。

8.如权利要求1所述的内嵌式光学感应输入装置，还包括电容连接所述感光电路，且与所述转换电路并联。

9.如权利要求1所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，所述第一晶体管与第二晶体管为薄膜晶体管。

10.如权利要求1所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，每一所述感应输入单元还包括多个所述感光电路，以共用所述转换电路。

11.一种内嵌式光学感应输入方法，其利用第一晶体管与第二晶体管将至少一感光电路产生的感应电流信号转换为感应电压信号；所述光学感应输入方法包括下列步骤：

分别施加高准位电压及低准位电压至所述第一晶体管的栅极及所述第二晶体管的栅极，将所述第一晶体管开启，所述第二晶体管关闭，以利用所述第一晶体管将所述感应电流信号转换为所述感应电压信号输出；

分别施加所述低准位电压及所述高准位电压至所述第一晶体管的栅极及所述第二晶体管的栅极，将所述第一晶体管关闭，所述第二晶体管打开，以利用所述第二晶体管将所述感应电流信号转换为所述感应电压信号输出；以及

重复上述步骤，以利用所述第一晶体管与所述第二晶体管轮流对所述感光电路产生的所述感应电流信号转换为所述感应电压信号。

12.如权利要求11所述的内嵌式光学感应输入方法，其中，所述高准位电压及所述低准位电压分别为相同周期，相反相位的电压信号。

13.如权利要求11所述的内嵌式光学感应输入方法，其中，所述感光电路包括切换晶体管及传感晶体管，所述切换晶体管控制电流进入所述传感晶体管，所述传感晶体管则根据受光程度产生感应电流信号。

14.如权利要求11所述的内嵌式光学感应输入方法，其中，所述高准位电压及所述低准位电压利用至少二偏压线，以供应所述第一晶体管或第二晶体管互为反相的电压。

15.如权利要求11所述的内嵌式光学感应输入方法，其中，所述感应电压信号经至少一读取线传送至读取电路，以决定产生所述感应电流信号的触控位置事件。

16.一种内嵌式光学感应输入装置，包括：

至少一感光电路；以及

电路，包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管的源极连接所述第二晶体管的源极，且所述二源极连接所述感光电路，所述第一晶体管的漏极连接第一偏压线，栅极连接至第三偏压线，所述第二晶体管的漏极连接第二偏压线，栅极连接至第四偏压线。

17.如权利要求16所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，所述第一偏压线连接所述第四偏压线，且所述第二偏压线连接所述第三偏压线。

18.如权利要求16所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，所述第一偏压线连接所述第二偏压线。

19.如权利要求16所述的内嵌式光学感应输入装置，其中，所述感光电路包括切换晶体管及传感晶体管，所述切换晶体管控制电流进入所述传感晶体管，所述传感晶体管则根据受光程度产生感应电流信号。