CN102270070A

CN102270070A - 适用于光学式触控显示面板的光感测装置

Info

Publication number: CN102270070A
Application number: CN2011102064714A
Authority: CN
Inventors: 刘子维
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: TW201248468A; US20120293460A1; US8928628B2; TWI441061B; CN102270070B

Abstract

本发明公开一种适用于光学式触控显示面板的光感测装置。所提的光感测装置光包括有感测单元与耦合单元。其中，光感测单元用以感测是否有触碰事件发生，并据以输出判读信号。耦合单元耦接光感测单元，用以增进光感测单元的灵敏度，进而增加关联于有触碰事件发生的判读信号与关联于无触碰事件发生的判读信号的差异。

Description

适用于光学式触控显示面板的光感测装置

技术领域

本发明涉及一种光感测装置，且特别是有关于一种适用于光学式触控显示面板的光感测装置。

背景技术

人机界面(man-machine interface，MMI)是指人与机器之间沟通的媒介。一般市面上贩售的电子装置，为了让使用者方便操作，都会设计一个人机界面，以提供使用者执行电子装置的各项功能。随着信息技术、无线行动通讯和资讯家电的快速发展与应用，为了达到携带更便利、体积更轻巧化以及操作更人性化的目的，许多电子装置已由传统的键盘或鼠标等输入装置，转变为使用触控面板(touch panel)作为输入装置。其中，显示面板与触控面板的结合使得人机界面的设计具有更高便利性。

目前，触控面板与显示面板结合的方式大致可分为外挂(plug-in)式以及内建(built-in)式两种。当触控面板与显示面板以内建方式结合时，有助于减小电子装置的体积并达到体积薄化的需求。因此，触控面板内建于显示面板的技术已逐渐地受到重视，而且将光学式触控面板(optical touch panel)直接内建至显示面板以形成光学式触控显示面板(optical touch display panel)的技术也逐渐地成熟与稳定。

一般而言，内建在显示面板中的光学式触控面板具有多个以矩阵形式排列的光感测装置(photo sensing device)，借以感测是否有触碰事件(touch event)发生。若某一光感测装置感测到有触碰事件发生的话，则此光感测装置会据以输出相应的判读信号(judging signal)给后端处理电路(back-end processingcircuit)进行处理/判断，从而使得装配有光学式触控显示面板的电子装置执行相应的功能。

以具有遮光感测模式(light-shading sensing mode)的特性的光感测装置而言，手指的碰触会将光感测装置上方的光线遮蔽。因此，光感测装置会输出对应的判读信号以达到触控控制的作用。更清楚来说，具有遮光感测模式的特性的光感测装置是依据外界光线被遮蔽的情形以进行触碰感测。当然，在外界光线较强的条件下，由于每一光感测装置所感测到的外界光线都比较强。因此，每一光感测装置所输出的关联于有触碰事件发生的判读信号与关联于无触碰事件发生的判读信号的差异(亦即信号强度差异)就会比较大。如此一来，后端处理电路即可反应于每一光感测装置的输出而准确地得知手指是否有在光学式触控显示面板上进行碰触。

不幸地，在外界光线较弱的条件下，由于每一光感测装置所感测到的外界光线都很微弱。因此，每一光感测装置所输出的关联于有触碰事件发生的判读信号与关联于无触碰事件发生的判读信号的差异(亦即信号强度差异)就会比较小。如此一来，后端处理电路就有可能无法准确地得知手指是否有在光学式触控显示面板上进行碰触。可见得，现行的光学式触控显示面板并无法广泛地应用于不同环境光的条件中。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种适用于光学式触控显示面板的光感测装置，借以解决光学式触控显示面板无法广泛地应用于不同光强度的环境的问题。

本发明提供一种适用于光学式触控显示面板的光感测装置，其包括：光感测单元与耦合单元。其中，光感测单元用以感测是否有触碰事件发生，并据以输出判读信号。耦合单元耦接光感测单元，用以增进光感测单元的灵敏度，进而增加关联于有触碰事件发生的判读信号与关联于无触碰事件发生的判读信号的差异。

本发明另提供一种具有上述本发明所提供的光感测装置的光学式触控显示面板。

本发明再提供一种具有上述本发明所提供的光学式触控显示面板的电子装置。

基于上述，本发明通过耦合单元以增进光感测单元的灵敏度，进而增加光感测单元所输出的关联于有触碰事件发生的判读信号与关联于无触碰事件发生的判读信号的差异。因此，无论是在外界光线较强还是在较弱的条件下，光感测装置都可以提供对应的判读信号以供后端处理电路进行处理/判断，从而让后端处理电路准确地得知手指是否有在光学式触控显示面板上进行碰触。显然地，应用有本发明所提供的光感测装置的光学式触控显示面板可以广泛地应用于不同环境光的条件中。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。

图1绘示为本发明一实施例的电子装置10的系统方块示意图；

图2绘示为图1的光感测装置103的方块示意图；

图3绘示为本发明一实施例的主动式光感测装置103’的电路图；

图4绘示为图3的主动式光感测装置103’的运作波形图；

图5A与图5B分别绘示为没有耦合单元203与具有耦合单元203的条件下，关联于储存电容Cst的端点电压Va的变化关系图；

图6绘示为本发明另一实施例的主动式光感测装置103”的电路图；

图7绘示为图3的变型实施例；

图8绘示为图6的变型实施例；

图9绘示为本发明另一实施例的主动式光感测装置103”’的电路图；

图10绘示为图9的主动式光感测装置103”’的运作波形图；

图11绘示为图9的变型实施例；

图12绘示为本发明一实施例的被动式光感测装置103””的电路图；

图13绘示为图12的变型实施例。

其中，附图标记

具体实施方式

现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

图1绘示为本发明一实施例的电子装置10的系统方块示意图。请参照图1，电子装置10可以为任何形式的可携式电子产品，例如：智能型手机(smartphone)、个人数字助理(PDA)、平板电脑(tablet PC)...等，且其至少包括有光学式触控显示面板(optical touch display panel)20、后端处理电路(back-end processing circuit)30，以及控制与驱动单元(control-driving unit)40。当然，电子装置10还可以包括有其他的周边设备(未绘示)，例如：I/O界面(interface)、存储器(memory)、影像撷取装置(image capture device)...等。

于本实施例中，光学式触控显示面板20可以包括具有显示功能的显示面板101，以及内建在显示面板101中且具有感测触碰功能的多个光感测装置(photo sensing unit)103。其中，显示面板101可以为液晶显示面板(LCD panel)或有机发光二极管显示面板(OLED display panel)。若显示面板101为液晶显示面板的话，则必须设置背光模块(backlight module)105以提供显示面板101所需的(背)光源。另外，若显示面板101为有机发光二极管显示面板的话，则背光模块105即可省略。

另一方面，内建在显示面板101中的多个光感测装置103可以矩阵方式排列，且具有遮光感测模式(light-shading sensing mode)的特性(光感测装置103的数目并不以图1所示的数目为限制)。亦即，每一光感测装置103是依据外界光线被遮蔽的情形以进行触碰感测。若光感测装置103感测到有触碰事件(touch event)发生的话(亦即感测到有手指或者其他媒介进行触碰)，则光感测装置103会据以输出相应的判读信号(judging signal)JS给后端处理电路30进行处理/判断(包含单点/多点触碰处理/判断)，从而使得装配有光学式触控显示面板20的电子装置10执行相应的功能。

除此之外，显示面板101与所有的光感测装置103都可以受控制与驱动单元40的控制与驱动。如此一来，显示面板101即能显示影像画面，而所有的光感测装置103即能感测使用者是否有在光学式触控显示面板20上进行触碰。可见得，控制与驱动单元40可以同时具备有时序控制器(timing controller，T-con)、栅极驱动器(gate driver)与源极驱动器(source driver)的功能，甚至还可以作为电子装置10的运作核心。如此一来，控制与驱动单元40即可反应于后端处理电路30的处理结果以对应地控制电子装置10的运作。

然而，从现有技术所揭示的内容可知，在外界光线较弱的条件下，由于内建在显示面板的每一光感测装置所感测到的外界光线都很微弱。因此，每一光感测装置所输出的关联于有触碰事件发生的判读信号与关联于无触碰事件发生的判读信号的差异(亦即信号强度差异)就会比较小。如此一来，后端处理电路就有可能无法准确地得知手指是否有光学式触控显示面板上进行碰触。

而为了要解决这样的问题，本实施例内建在显示面板101的每一光感测装置103可以在不同环境光的条件中(例如户外环境、暗室...等)，提供对应的判读信号JS给后端处理电路30进行处理/判断，进而让后端处理电路30可以反应于每一光感测装置103的输出而准确地得知手指或者其他媒介是否有在光学式触控显示面板20上进行碰触。如此一来，光学式触控显示面板20即可广泛地应用于不同环境光的条件中。

图2绘示为图1的光感测装置103的方块示意图。请参照图2，图1所示的所有光感测装置103的结构都类似，且其电路形态(circuit configuration)可以是主动式(active type)或是被动式(passive type)。然而，无论是主动式还是被动式，每一光感测装置103可以包括有光感测单元(photo sensing unit)201与耦合单元(coupling unit)203。其中，光感测单元201用以感测是否有触碰事件发生，并据以输出判读信号JS。另外，耦合单元203耦接光感测单元201，用以增进光感测单元201的灵敏度(sensitivity)，进而增加光感测单元201所输出的关联于有触碰事件发生的判读信号JS与关联于无触碰事件发生的判读信号JS的差异(亦即信号强度的差异)。

更清楚来说，图3绘示为本发明一实施例的主动式光感测装置103’的电路图。请合并参照图2与图3，主动式光感测装置103’的光感测单元201包括有光感测晶体管(photo sensing transistor)Mphoto、放大晶体管(amplifyingtransistor)Mamp、选择晶体管(selection transistor)Msel与储存电容(storagecapacitor)Cst；另外，主动式光感测装置103’的耦合单元203包括有耦合晶体管(coupling transistor)Mc与耦合电容(coupling capacitor)Cc。

耦合晶体管Mc的第一端用以接收第一控制信号Pn。耦合电容Cc的第一端耦接耦合晶体管Mc的第一端，而耦合电容Cc的第二端则耦接耦合晶体管Mc的第二端。光感测晶体管Mphoto的第一端用以接收第二控制信号Gn+1，光感测晶体管Mphoto的第二端用以接收第三控制信号Sn+1，而光感测晶体管Mphoto的第三端则耦接至耦合晶体管Mc的第三端。储存电容Cst的第一端耦接光感测晶体管Mphoto的第三端，而储存电容Cst的第二端则用以接收第四控制信号(例如关联于显示面板101的共用电压Vcom，但并不限制于此，亦即一参考电位)。

放大晶体管Mamp的第一端耦接储存电容Cst的第一端，而放大晶体管Mamp的第二端则用以接收第五控制信号Gn。选择晶体管Msel的第一端用以接收第五控制信号Gn，选择晶体管Msel的第二端耦接放大晶体管Mamp的第三端，而选择晶体管Msel的第三端则耦接至读出线(readout line)RL以输出判读信号JS至后端处理电路30。于本实施例中，第一控制信号Pn为负脉冲信号(negative pulse)，而第二、第三与第五控制信号Gn+1、Sn+1与Gn分别为正脉冲信号(positive pulse)。另外，耦合晶体管Mc、光感测晶体管Mphoto、放大晶体管Mamp，以及选择晶体管Msel皆为N型晶体管(N-type transistor)。

图4绘示为图3的主动式光感测装置103’的运作波形图。请合并参照图3与图4，图4绘示出第一、第二、第三与第五控制信号Pn、Gn+1、Sn+1与Gn。当第二与第三控制信号Gn+1与Sn+1处于高电位时，光感测晶体管Mphoto呈现导通(turn on)的状态，从而使得储存电容Cst的端点电压Va会被充电至与第三控制信号Sn+1相同的高电位。当第二控制信号Gn+1处于低电位时，光感测晶体管Mphoto开始漏电(如曲线401或403)，且此漏电的程度会与环境光照度与光感测晶体管Mphoto的操作电压相关。一般来说，当光感测晶体管Mphoto有照光时(亦即手指或其他媒介并未遮蔽到主动式光感测装置103’)，则光感测晶体管Mphoto漏电的程度会加剧(如曲线403)；反之，当光感测晶体管Mphoto未照光时(亦即手指或其他媒介有遮蔽到主动式光感测装置103’)，则光感测晶体管Mphoto漏电的程度会比较趋缓(如曲线401)。

另一方面，由于耦合晶体管Mc先前反应于第一控制信号Pn的高电位而一直处于导通的状态，所以耦合晶体管Mc的端点电压Vb几乎会与储存电容Cst的端点电压Va等电位。可见得，在光感测晶体管Mphoto有照光时，耦合晶体管Mc的栅源极电压(Vgs)会比较大；而在光感测晶体管Mphoto未照光时，耦合晶体管Mc的栅源极电压(Vgs)会比较小。因此，当第一控制信号Pn处于低电位，且第五控制信号Gn处于高电位时，放大晶体管Mamp与选择晶体管Msel会呈现导通的状态。

与此同时，主动式光感测装置103’的光感测单元201即会输出关联于储存电容Cst的端点电压Va的判读信号JS至读出线RL上。而且，当第一控制信号Pn处于低电位时，关联于具有较小端点电压Va的漏电斜率会比较大(因为Vgs较大)，反之，关联于具有较大端点电压Va的漏电斜率会比较小(因为Vgs较小)。如以一来，主动式光感测装置103’的光感测单元201所输出的关联于有触碰事件发生的判读信号JS与关联于无触碰事件发生的判读信号JS之差异即会被拉大，从而使得后端处理电路30可以反应于主动式光感测装置103’的光感测单元201的输出而准确地得知手指是否有进行碰触。由此可知，主动式光感测装置103’的耦合单元203可以增加主动式光感测装置103’的光感测单元201的灵敏度，以至于后端处理电路30可以准确地得知手指或者其他媒介是否有在光学式触控显示面板20上进行碰触。

更清楚来说，图5A与图5B分别绘示为没有耦合单元203与具有耦合单元203的条件下，关联于储存电容Cst的端点电压Va的变化关系图。请合并参照图5A与图5B，从图5A可以清楚地看出，在没有耦合单元203的条件下，当第五控制信号Gn处于高电位时，关联于有触碰事件发生的判读信号JS与关联于无触碰事件发生的判读信号JS的差异会比较小，亦即储存电容Cst的端点电压Va的变化ΔVa1会比较小。另一方面，从图5B可以清楚地看出，在具有耦合单元203的条件下，当第五控制信号Gn处于高电位时，关联于有触碰事件发生的判读信号JS与关联于无触碰事件发生的判读信号JS的差异会比较大，亦即储存电容Cst的端点电压Va的变化ΔVa2会比较大。如此一来，后端处理电路30即可准确地得知手指或者其他媒介是否有在光学式触控显示面板20上进行碰触。

另外，图6绘示为本发明另一实施例的主动式光感测装置103”的电路图。请合并参照图3与图6，主动式光感测装置103”与主动式光感测装置103’的差异仅在于主动式光感测装置103”的光感测单元201’中的放大晶体管Mamp的第二端改为接收系统电位Vdd。于本实施例中，主动式光感测装置103”与主动式光感测装置103’的运作原理类似，故而在此并不再加以赘述之。而且，图3与图6所示的光感测单元201与201’中的光感测晶体管Mphoto的第一端与第二端也可以分别改为接收两参考电位Vg与Vs，例如图7与图8所示。

再者，图9绘示为本发明另一实施例的主动式光感测装置103”’的电路图。请合并参照图3与图9，主动式光感测装置103”’与主动式光感测装置103’的差异在于主动式光感测装置103”’的光感测单元201”不具有选择晶体管Msel。换言之，就是把主动式光感测装置103’的光感测单元201中的选择晶体管Msel移除，且将放大晶体管Mamp的第二端改为接收系统电位Vdd，并将放大晶体管Mamp的第三端直接耦接至读出线RL。除此之外，再将储存电容Cst的第二端改为接收第四控制信号Rws。其中，第四控制信号Rws为正脉冲信号。

基此，图10绘示为图9的主动式光感测装置103”’的运作波形图。请参照图9，图9绘示出第一、第二、第三与第四控制信号Pn、Gn+1、Sn+1与Rws。主动式光感测装置103”’与主动式光感测装置103’的运作方式类似，而差异仅在于当第一控制信号Pn处于低电位，且第四控制信号Rws处于高电位时，放大晶体管Mamp会呈现导通的状态。与此同时，主动式光感测装置103”’的光感测单元201”即会输出关联于储存电容Cst的端点电压Va的判读信号JS至读出线RL上。于本实施例中，主动式光感测装置103”’的耦合单元203同样可以增加主动式光感测装置103”’的光感测单元201”的灵敏度，以至于后端处理电路30也可以准确地得知手指或者其他媒介是否有在光学式触控显示面板20上进行碰触。相似地，图9所示的光感测单元201”中的光感测晶体管Mphoto的第一端与第二端也可以分别改为接收两参考电位Vg与Vs，例如图11所示。

除此之外，图12绘示为本发明一实施例的被动式光感测装置103””的电路图。请合并参照图3与图12，被动式光感测装置103””与主动式光感测装置103’的差异仅在于被动式光感测装置103””的光感测单元201”’不具有放大晶体管Mamp而已。换言之，就是把主动式光感测装置103’的光感测单元201中的放大晶体管Mamp移除，并且将选择晶体管Msel的第二端直接耦接至储存电容Cst的第一端。再加上，图4所示的第一、第二、第三与第五控制信号Pn、Gn+1、Sn+1与Gn同样可以施加至图12所示的被动式光感测装置103””，而且被动式光感测装置103””的运作原理大致与主动式光感测装置103’类似，故而在此并不再加以赘述之。

相似地，被动式光感测装置103””的耦合单元203同样可以增加被动式光感测装置103””的光感测单元201”’的灵敏度，以至于后端处理电路30也可以准确地得知手指或者其他媒介是否有在光学式触控显示面板20上进行碰触。另外，图12所示的光感测单元201”’中之光感测晶体管Mphoto的第一端与第二端也可以分别改为接收两参考电位Vg与Vs，而且储存电容Cst的第二端可以改为接收参考电位Vs，例如图13所示。

基于上述可知是，上述实施例所揭示的耦合单元可以同时应用在主动式与被动式的光感测装置中，但由于主动式与被动式的光感测装置的电路型态相当多种，因此以上仅举出几种主动式与被动式光感测装置来进行说明，但本发明的申请专利范围应当不以此为限制。

综上所述，本发明通过耦合单元以增进光感测单元的灵敏度，进而增加光感测单元所输出的关联于有触碰事件发生的判读信号与关联于无触碰事件发生的判读信号的差异。因此，无论是在外界光线较强还是在较弱的条件下，光感测装置都可以提供对应的判读信号以供后端处理电路进行处理/判断，从而让后端处理电路准确地得知手指是否有在光学式触控显示面板上进行碰触。显然地，应用有本发明所提供的光感测装置的光学式触控显示面板可以广泛地应用于不同环境光的条件中。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种光感测装置，其特征在于，适于一光学式触控显示面板，而该光感测装置包括：

一光感测单元，用以感测是否有一触碰事件发生，并据以输出一判读信号；以及

一耦合单元，耦接该光感测单元，用以增进该光感测单元的灵敏度，进而增加关联于有触碰事件发生的该判读信号与关联于无触碰事件发生的该判读信号的差异。

2.根据权利要求1所述的光感测装置，其特征在于，其中该耦合单元包括：

一耦合晶体管，其第一端用以接收一第一控制信号；以及

一耦合电容，其第一端耦接该耦合晶体管的第一端，而其第二端则耦接该耦合晶体管的第二端。

3.根据权利要求2所述的光感测装置，其特征在于，其中该光感测单元包括：

一光感测晶体管，其第一端用以接收一第二控制信号，其第二端用以接收一第三控制信号，而其第三端则耦接至该耦合晶体管的第三端；以及

一储存电容，其第一端耦接该光感测晶体管的第三端，而其第二端则用以接收一第四控制信号。

4.根据权利要求3所述的光感测装置，其特征在于，其中该光感测单元还包括：

一选择晶体管，其第一端用以接收一第五控制信号，其第二端耦接该储存电容的第一端，而其第三端则耦接至一读出线以输出该判读信号。

5.根据权利要求4所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，该第二、该第三与该第五控制信号分别为一正脉冲信号，而该第四控制信号为一参考电位。

6.根据权利要求4所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，该第二、该第三与该第四控制信号分别为一参考电位，而该第五控制信号为一正脉冲信号。

7.根据权利要求4所述的光感测装置，其特征在于，其中该耦合晶体管、该光感测晶体管，以及该选择晶体管为N型晶体管。

8.根据权利要求4所述的光感测装置，其特征在于，其中该光感测单元还包括：

一放大晶体管，其第一端耦接该储存电容的第一端，其第二端用以接收该第五控制信号，而其第三端则耦接至该选择晶体管的第二端。

9.根据权利要求8所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，该第二、该第三与该第五控制信号分别为一正脉冲信号，而该第四控制信号为一参考电位。

10.根据权利要求8所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，该第二与该第三控制信号分别为一正脉冲信号，该第四控制信号为一参考电位，而该第五控制信号为一系统电位。

11.根据权利要求8所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，该第二、该第三与该第四控制信号分别为一参考电位，而该第五控制信号为一正脉冲信号。

12.根据权利要求8所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，该第二、该第三与该第四控制信号分别为一参考电位，而该第五控制信号为一系统电位。

13.根据权利要求8所述的光感测装置，其特征在于，其中该耦合晶体管、该光感测晶体管、该选择晶体管，以及该放大晶体管为N型晶体管。

14.根据权利要求3所述的光感测装置，其特征在于，其中该光感测单元更包括：

一放大晶体管，其第一端耦接该储存电容的第一端，其第二端用以接收一系统电位，而其第三端则耦接至一读出线以输出该判读信号。

15.根据权利要求14所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，而该第二、该第三与该第四控制信号分别为一正脉冲信号。

16.根据权利要求14所述的光感测装置，其特征在于，其中该第一控制信号为一负脉冲信号，该第二与该第三分别为一参考电位，而该第四控制信号为一正脉冲信号。

17.根据权利要求14所述的光感测装置，其特征在于，其中该耦合晶体管、该光感测晶体管，以及该放大晶体管为N型晶体管。