CN107359870B - 光感测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光感测电路，包括第一至第四感光元件、电容、取样电路、第一开关元件、以及第二开关元件。第一至第四感光元件分别被第一至第四滤光元件覆盖。电容及取样电路皆耦接于第一感光元件。第二感光元件耦接于第一感光元件与电压源之间。第三感光元件用以接收第一控制信号。第四感光元件用以接收第二控制信号。第一开关元件耦接于第一感光元件与第三感光元件之间，并受控于第一控制信号与第二控制信号其中之一者。第二开关元件耦接于第一感光元件与第四感光元件之间，并受控于第一控制信号与第二控制信号其中之另一者。

Description

光感测电路
技术领域
本发明是有关于一种光感测电路，且特别是有关于一种有效降低环境光干扰的光感测电路。
背景技术
光感测电路可以用于光学式触控装置，可藉由设置滤光元件而达到对特定色光感测的效果。然而，由于环境光具有各种颜色的频率成份，于感测特定色光时，可能会受到环境光的干扰而导致错误发生。因此，如何实现抗环境光干扰的特定色光感测电路，乃目前业界致力课题之一。
发明内容
本发明有关于一种光感测电路，可对于特定色光感测，排除环境光的干扰，并能够提升像素的开口率。
根据本发明的一方面，提出一种光感测电路。光感测电路包括第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件、第四感光元件、电容、取样电路、第一开关元件、以及第二开关元件。第一感光元件具有第一端及第二端，第一感光元件被第一滤光元件覆盖，第一滤光元件用以通过第一色光。电容电性耦接于第一感光元件的第一端与电压源之间。取样电路电性耦接于第一感光元件的第一端。第二感光元件具有第一端及第二端，第二感光元件的第二端电性耦接于第一感光元件的第二端，第二感光元件的第一端电性耦接电压源，第二感光元件被第二滤光元件覆盖，第二滤光元件用以通过第二色光。第三感光元件具有第一端及第二端，第三感光元件的第二端用以接收第一控制信号，第三感光元件被第三滤光元件覆盖。第四感光元件具有第一端及第二端，第四感光元件的第二端用以接收第二控制信号，第四感光元件被第四滤光元件覆盖，第四滤光元件用以通过第一色光。第一开关元件电性耦接于第一感光元件的第二端与第三感光元件的第一端之间，第一开关元件回应于第一控制信号与第二控制信号其中之一者选择性地导通。第二开关元件电性耦接于第一感光元件的第二端与第四感光元件的第一端之间，第二开关元件回应于第一控制信号与第二控制信号其中之另一者选择性地导通。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下：
附图说明
图1绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图2绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图3绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图4绘示对应于图3电路的信号时序图。
图5绘示图3电路于第一重置时间区间的操作示意图。
图6绘示图3电路于第一感测时间区间的操作示意图。
图7绘示图3电路于第一取样时间区间的操作示意图。
图8绘示图3电路于第二感测时间区间的操作示意图。
图9绘示图3电路于第二取样时间区间的操作示意图。
图10绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图11绘示对应于图10电路的信号时序图。
图12绘示图11电路于第一重置时间区间的操作示意图。
图13绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图14绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图15绘示对应于图14电路的信号时序图。
图16绘示图14电路于第一重置时间区间的操作示意图。
图17绘示图14电路于第一感测时间区间的操作示意图。
图18绘示图14电路于第一取样时间区间的操作示意图。
图19绘示图14电路于第二感测时间区间的操作示意图。
图20绘示图14电路于第二取样时间区间的操作示意图。
图21绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图22绘示依照本发明第一实施例的光感测电路与像素配置示意图。
图23绘示依照本发明第一实施例的光感测电路示意图。
图24绘示对应于图23电路的信号时序图。
图25绘示图23电路于第一重置时间区间的操作示意图。
其中，附图标记：
100、101、102、103、104、105、106、107:光感测电路
C1:电容
CF1:第一滤光元件
CF2:第二滤光元件
CF3:第三滤光元件
CF4:第四滤光元件
CF5:第五滤光元件
CF6:第六滤光元件
Gn(t):取样电路TSH的控制信号
OUT:输出节点
PX1:第一子像素
PX2:第二子像素
PX3:第三子像素
SB:蓝光感测电路
SG:绿光感测电路
SP:紫光感测电路
SR:红光感测电路
Sn1(t):第一控制信号
Sn2(t):第二控制信号
T1:第一感光元件
T2:第二感光元件
T3:第三感光元件
T4:第四感光元件
T5:第五感光元件
T6:第六感光元件
TSH:取样电路
TSW1:第一开关元件
TSW2:第二开关元件
Va:感测电压
Vb:节点电压
VGH、VSH:高电压
VGL、VSL:低电压
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1绘示依照本发明第一实施例的光感测电路100示意图。在此实施例中，光感测电路100包括第一感光元件T1、第二感光元件T2、第三感光元件T3、第四感光元件T4、电容C1、取样电路TSH、第一开关元件TSW1、以及第二开关元件TSW2。第一感光元件T1具有第一端及第二端，第一感光元件T1被第一滤光元件CF1覆盖，第一滤光元件CF1用以通过第一色光(通常指一特定波长范围的光线相较于范围外的光线，能够明显地容易通过滤光元件)。电容C1电性耦接于第一感光元件T1的第一端与电压源VSH之间。取样电路TSH电性耦接于第一感光元件T1的第一端。第二感光元件T2具有第一端及第二端，第二感光元件T2的第二端电性耦接于第一感光元件T1的第二端，第二感光元件T2的第一端电性耦接电压源VSH，第二感光元件T2被第二滤光元件CF2覆盖，第二滤光元件CF2用以通过第二色光。第三感光元件T3具有第一端及第二端，第三感光元件T3的第二端用以接收第一控制信号Sn1(t)，第三感光元件T3被第三滤光元件CF3覆盖。第四感光元件T4具有第一端及第二端，第四感光元件T4的第二端用以接收第二控制信号Sn2(t)，第四感光元件T4被第四滤光元件CF4覆盖，第四滤光元件CF4用以通过第一色光。第一开关元件TSW1电性耦接于第一感光元件T1的第二端与第三感光元件T3的第一端之间，第一开关元件TSW1回应于第一控制信号Sn1(t)与第二控制信号Sn2(t)其中之一者选择性地导通。第二开关元件TSW2电性耦接于第一感光元件T1的第二端与第四感光元件T4的第一端之间，第二开关元件TSW2回应于第一控制信号Sn1(t)与第二控制信号Sn2(t)其中之另一者选择性地导通。在图1所示的实施例，第一开关元件TSW1受控于第二控制信号Sn2(t)，第二开关元件TSW2受控于第一控制信号Sn1(t)，在另一实施例中，可以是第一开关元件TSW1受控于第一控制信号Sn1(t)，第二开关元件TSW2受控于第二控制信号Sn2(t)。
在图1所示的范例中，第一感光元件～第四感光元件T1～T4以晶体管作为范例说明，例如是使用金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或氧化物半导体场效晶体管，如薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)，而在图中以NMOS晶体管(例如N型TFT)作为例子说明。然而，第一感光元件～第四感光元件T1～T4的实作范例并不限于此，例如亦可以使用PMOS晶体管、其他不同类型的晶体管、或是光电二极管(Photodiode)等等。以光电二极管为例，通常被设计为工作在逆向偏压状态(Reverse Biased)，当一个具有充足能量的光子冲击到二极管上，可以产生光电流(Photocurrent)，因此能够达到感光效果。如图1所示的第一感光元件～第四感光元件T1～T4，各个晶体管的第二端(例如是漏极，晶体管的漏极与源极需视电压高低而决定，此处为举例说明)与控制端(例如是栅极)相连接，而形成二极管连接形式(Diode Connected)，因此与前述的逆向偏压光电二极管操作原理类似。当晶体管的控制端给予非导通控制信号时(以NMOS晶体管为例，当控制端给予低逻辑电压电平VSL时)，晶体管操作于截止区(Cutoff)，或称为次临界区(Sub-threshold)，不同的照光强度将会对于晶体管的次临界电流(Sub-threshold Current)产生电流差异。
第一感光元件～第四感光元件T1～T4分别被第一滤光元件～第四滤光元件CF4覆盖，这些滤光元件可使得第一感光元件～第四感光元件T1～T4针对特定频率范围颜色的光进行感测，在图1中使用圆形图样标示出这些滤光元件。举例而言，第一滤光元件CF1可以是蓝色滤光片，用以阻隔蓝色光以外的光线通过蓝色滤光片。当然第一滤光元件CF1并不限定通过蓝色光的蓝色滤光片，亦可使用其他颜色滤光片。各个滤光元件可通过的光颜色，将于以下多个实施例进一步说明。
在一实施例中，第一滤光元件CF1用以通过第一色光(以蓝光为例)，第四滤光元件CF4亦用以通过第一色光，于实作中，第一滤光元件CF1与第四滤光元件CF4可以实体分离，或者第一滤光元件CF1与第四滤光元件CF4可以是一个较大蓝色滤光片的部分。在以下的多个实施例亦同，通过相同色光的多个滤光元件，可以是实体分离或者可以是一个滤光片的部分。藉由覆盖第一滤光元件CF1于第一感光元件T1，第一感光元件T1的第一端与第二端之间的导通程度，依据第一感光元件T1是否接收到第一色光而改变。
电容C1分别电性耦接第一感光元件T1与电压源，在此例中电压源使用高电压VSH，此为搭配整体电路设计的操作模式所配置，此处先以放电式(discharging mode)光感测电路举例说明，因此电压源配置为高电压VSH。若是使用充电式(charging mode)光感测电路，电压源可配置为低电压VSL。在其他实施方式中，电压源亦可以是接地电位GND或是像素共用电位VCOM，视电路设计方式而决定。藉由设置电容C1，第一感光元件T1第一端的感测电压Va能以电荷的形式储存于电容C1。在以下说明中，对于施加于各感光元件的电压，将使用高电压VSH代表逻辑高电平电压，以低电压VSL代表逻辑低电平电压，举例而言，对于供应电压为1.8V的电路，高电压VSH可以是1.8V，低电压VSL可以是0V。另外对于取样电路TSH的控制信号Gn(t)，其电压电平则分别使用高电压VGH以及低电压VGL表示。
取样电路TSH电性耦接于第一感光元件T1的第一端，用以读取感测电压Va。在图1中以一个晶体管作为取样电路TSH的范例，此仅为示例性说明，取样电路TSH亦可以是记忆体中的感测放大器(sense amplifier)、模拟数字转换器中的预放大电路(pre-amplifier)、或其他适于连续性或离散性对感测电压Va进行取样的电路。
在图1的实施例中，第一开关元件TSW1与第二开关元件TSW2皆使用NMOS晶体管实作，当然还有其他此发明领域中的通常手段可应用作为开关元件，并不限定于使用NMOS晶体管。由于第一开关元件TSW1的控制端接收第一控制信号Sn1(t)与第二控制信号Sn2(t)其中之一者，第二开关元件TSW2的控制端接收第一控制信号Sn1(t)与第二控制信号Sn2(t)其中之另一者，而第三感光元件T3的第二端接收第一控制信号Sn1(t)，第四感光元件T4的第二端接收第二控制信号Sn2(t)，以此方式连接可以减少电路中所需的控制信号线数量，并能够达到所需实现的光感测操作，详细操作过程将于以下说明。
以下详细说明本发明的各个实施例。图2绘示依照本发明第一实施例的光感测电路101示意图，需说明的是，在所附图式的图2～图25，将使用不同框线的圆形来代表通过不同颜色的滤光元件。在图2中，第一滤光元件CF1(实线框线)用以通过第一色光(例如蓝光)、第二滤光元件CF2(长短线段交错的虚线框线)用以通过第二色光(例如绿光)、第三滤光元件CF3(实线)用以通过第一色光(蓝光)、第四滤光元件CF4(实线)用以通过第一色光(蓝光)。光感测电路101为放电式，第一开关元件TSW1回应于第二控制信号Sn2(t)选择性地导通，第二开关元件TSW2回应于第一控制信号Sn1(t)选择性地导通。
在另一实施例中，如图3绘示依照本发明第一实施例的光感测电路102示意图。光感测电路102更包括第五感光元件T5，具有第一端及第二端，第五感光元件T5的第二端电性耦接第一感光元件T1的第二端，第五感光元件T5的第一端电性耦接电压源(此例中为高电压VSH)，第五感光元件T5被第五滤光元件CF5覆盖，第五滤光元件CF5(短线段组成的虚线框线)用以通过第三色光(例如红光)。光感测电路102亦为放电式，第一开关元件TSW1回应于第二控制信号Sn2(t)选择性地导通，第二开关元件TSW2回应于第一控制信号Sn1(t)选择性地导通。
在图2以及图3所示的实施例中，藉由设置第二感光元件T2(及第五感光元件T5，其中第五感光元件T5为可选择性设置)，并且使用不同颜色的滤光元件，可使得光感测电路101及光感测电路102能够有效排除环境光的干扰。此外，藉由设置并联的第三感光元件T3以及第四感光元件T4，并且使用相同颜色的滤光元件，可以使得第三感光元件T3与第四感光元件T4交替操作，而能够降低晶体管的工作周期，以避免晶体管因长时间承受漏极-源极电压而导致的临界电压飘移现象，如此能够提高电路的稳定性与可靠度，延长电路的有效操作时间。以下搭配信号时序图说明操作流程。
图2以及图3所示电路操作原理类似，皆是属于放电式光感测电路，以图3作为范例说明。以下例子并以第一色光为蓝光、第二色光为绿光、第三色光为红光作为范例，然而本发明并不限于此，第一色光、第二色光、第三色光亦可以是不同的排列方式。图4绘示对应于图3电路的信号时序图。光感测电路102交替操作于第一操作模式与一第二操作模式之间，第一操作模式包括第一重置时间区间、第一感测时间区间、及第一取样时间区间，第二操作模式包括第二重置时间区间、第二感测时间区间、及第二取样时间区间。
图5绘示图3电路于第一重置时间区间的操作示意图。于第一重置时间区间，第一控制信号Sn1(t)为高电压VSH、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，第一开关元件TSW1导通，且第二开关元件TSW2导通，因此电流方向如图5箭头所示，对电容C1充电，使感测电压Va充电至高重置电位。取样电路TSH的控制信号Gn(t)此时为低电压VGL，取样电路TSH此时为断开状态。在图示中，于晶体管旁边标示off以代表晶体管操作于截止区，或称为次临界区。
图6绘示图3电路于第一感测时间区间的操作示意图。于第一感测时间区间，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，因此第一开关元件TSW1导通，第二开关元件TSW2不导通。若此时照射蓝光于光感测电路102，则第一感光元件T1及第三感光元件T3会受光激发而产生电流，如图6的虚线箭头所示，如此会使得感测电压Va下降，例如下降到约等于第一控制信号Sn1(t)的低电压VSL。而第二感光元件T2用以感测绿光，第五感光元件T5用以感测红光，因此当照射蓝光于光感测电路102时，第二感光元件T2与第五感光元件T5皆不会产生光电流。另外，由于第二开关元件TSW2此时为断开状态，因此第四感光元件T4亦不会有电流通过。亦即，在第一感测时间区间，第四感光元件T4相当于休息状态，此时第四感光元件T4的三个端点电压皆为高电压VSH，因此降低了第四感光元件T4所承受的漏极-源极电压差，能够减缓第四感光元件T4的临界电压飘移现象。
而若此时照射白光于光感测电路102，白光为广频域分布，即具有各种频率的颜色成份，因此不仅第一感光元件T1与第三感光元件T3会产生光电流，第二感光元件T2与第五感光元件T5亦会产生光电流。留意第二感光元件T2与第五感光元件T5的第一端耦接高电压VSH，而第一感光元件T1与第三感光元件T3的第二端耦接低电压VSL，因此第二感光元件T2与第五感光元件T5产生的光电流会使得节点电压Vb上升。经由适当的设计，例如调整晶体管的尺寸或宽度，使得第二感光元件T2与第五感光元件T5的通道宽度大于第一感光元件T1与第三感光元件T3的通道宽度，藉由克希荷夫电流定律分析第一感光元件T1第二端的节点(节点电压Vb)，可以得到在照射白光时，感测电压Va的电压值会接近于高电压VSH，与照射蓝光时感测电压Va接近低电压VSL的情形不同。
换句话说，在上述实施例中，感测电压Va对应于蓝光的电压值与对应于白光或多色光的电压值不同。经由适当的设计，只有当蓝光光通量相对于绿光(若仅使用第二感光元件T2)与红光(若使用第二感光元件T2以及第五感光元件T5)光通量的比值大于一个门槛值时，感测电压Va才会在第一感测时间区间被拉低到低电压VSL。此门槛值例如是2，门槛值可视应用与设计需求调整，可藉由改变晶体管的尺寸调整门槛值。由上述的设计，实现了对环境光不敏感的光感测电路。
图7绘示图3电路于第一取样时间区间的操作示意图。于第一取样时间区间中，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，与第一感测时间区间相同，第一开关元件TSW1导通，且该第二开关元件TSW2不导通。取样电路TSH的控制信号Gn(t)此时为高电压VGH，可将感测电压Va输出至输出节点OUT，取样电路TSH用以取得第一感光元件T1第一端的电压。输出节点OUT可耦接一个读取电路(Readout Circuit)，以读取感测结果。
第二重置时间区间与第一重置时间区间的操作相同，对电容C1充电，使得感测电压Va充电至高重置电位，于此不再重复赘述。图8绘示图3电路于第二感测时间区间的操作示意图。于第二感测时间区间中，第一控制信号Sn1(t)为高电压VSH、第二控制信号Sn2(t)为低电压VSL，第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2导通。若此时照射蓝光于光感测电路102，则第一感光元件T1及第四感光元件T4会受光激发而产生电流，如图8的虚线箭头所示，如此会使得感测电压Va下降。若此时照射白光于光感测电路102，第二感光元件T2与第五感光元件T5亦会产生光电流。经由适当设计，可使得感测电压Va对应于蓝光的电压值与对应于白光或多色光的电压值不同，此处不再重复赘述。
在第二感测时间区间中，第三感光元件T3为休息状态，第三感光元件T3的三个端点电压皆为高电压VSH，降低了第三感光元件T3所承受的漏极-源极电压差。亦即，在此实施例中，于第一操作模式与第二操作模式中，第三感光元件T3与第四感光元件T4轮流交替工作，可避免晶体管长时间操作，而能够改善临界电压飘移现象。
图9绘示图3电路于第二取样时间区间的操作示意图。于第二取样时间区间中，第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2导通，取样电路TSH的控制信号Gn(t)此时为高电压VGH，可将感测电压Va输出至输出节点OUT，操作类似于第一取样时间。
图2及图3所绘示为放电式光感测电路，以下更说明充电式光感测电路实施例，图10绘示依照本发明第一实施例的光感测电路103示意图。光感测电路103与图3所示的光感测电路102架构类似，第五感光元件T5亦为可选择性设置。差异点说明如下：于充电式光感测电路103，电容C1耦接的电压源是低电压VSL，第二感光元件T2(及第五感光元件T5)耦接的电压源是低电压VSL。第一开关元件TSW1回应于第一控制信号Sn1(t)选择性地导通，第二开关元件TSW2回应于第二控制信号Sn2(t)选择性地导通。第二感光元件T2(及第五感光元件T5)更具有一控制端，用以接收重置切换信号SW(t)。
图10所示为一种充电式光感测电路的实施例，其中第二感光元件T2的控制端直接由外部给予重置切换信号SW(t)，此为一种实作方式。在另一实施例中，第二感光元件T2亦可连接为二极管连接形式，将第二感光元件T2的控制端连接至低电压VSL，如此亦可以实现充电式光感测电路。在充电式光感测电路102当中，第一感光元件T1、第三感光元件T3、第四感光元件T4为二极管连接形式，由于在感测阶段是要对电容C1充电，因此二极管的阳极在图中的上端、阴极在下端，以配置为逆向偏压状态。充电式光感测电路107当中的第一感光元件T1、第三感光元件T3、第四感光元件T4的连接形式与图3所示放电式光感测电路102不同。
图11绘示对应于图10电路的信号时序图，光感测电路103交替操作于第一操作模式与一第二操作模式之间，第一操作模式包括第一重置时间区间、第一感测时间区间、及第一取样时间区间，第二操作模式包括第二重置时间区间、第二感测时间区间、及第二取样时间区间。
图12绘示图11电路于第一重置时间区间的操作示意图。于第一重置时间区间中，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为低电压VSL，第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2不导通。重置切换信号SW(t)为高电压VSH，第二感光元件T2(及第五感光元件T5)受重置切换信号SW(t)控制而导通，因此如图12箭头所示，对电容C1放电，使图中感测电压Va放电至低重置电位。第二重置时间区间的操作与第一重置时间区间相同，因此不再重复赘述。
于第一感测时间区间，电压源的电压电平被提供至重置切换信号SW(t)，因此重置切换信号SW(t)为低电压VSL，使得第二感光元件T2(及第五感光元件T5)操作于次临界区。此时第二感光元件T2的第一端与第二端之间的导通程度，依据第二感光元件T2是否接收到绿光而改变。第一控制信号Sn1(t)为高电压VSH、第二控制信号Sn2(t)为低电压VSL，因此第一开关元件TSW1导通，第二开关元件TSW2不导通。若此时照射蓝光于光感测电路103，则第一感光元件T1及第三感光元件T3会受光激发而产生电流，电流方向从第一控制信号Sn1(t)的高电压VSH流向电容C1，如此会使得感测电压Va上升，例如上升到约等于第一控制信号Sn1(t)的高电压VSH。在第一感测时间区间，第四感光元件T4相当于休息状态。若照射白光于光感测电路103，不仅第一感光元件T1与第三感光元件T3会产生光电流，第二感光元件T2(及第五感光元件T5)亦会产生光电流，第二感光元件T2(及第五感光元件T5)产生的光电流会降低节点电压Vb。经由适当的设计，可使得感测电压Va对应于蓝光的电压值与对应于白光或多色光的电压值不同。
于第二感测时间区间，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，因此第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2导通。在第二感测时间区间，第三感光元件T3相当于休息状态。于第一取样时间区间及第二取样时间区间中，取样电路TSH的控制信号Gn(t)为高电压VGH，取样电路TSH用以取得第一感光元件T1第一端的电压。
根据上述图2～图12所绘示多个实施例的光感测电路，不论是放电式或充电式光感测电路，可藉由使用两个搭配相同颜色滤光元件的感光元件，在第一操作模式以及第二操作模式交替轮流使用，而能够增加电路在长时间操作的稳定性与可靠度，达到延长电路的有效操作时间。并且由于开关元件的控制信号电性耦接至感光元件的一端，能够共用控制信号，如此可以节省电路中所需的绕线面积，降低设计复杂度并且提升产品良率，尤其当面临大面板尺寸时，更能显著地降低硬体成本与电路面积，并能够提升像素的开口率。
以下说明本发明的另一应用实施例，图13绘示依照本发明第一实施例的光感测电路104示意图。在图13中，第一滤光元件CF1用以通过第一色光(例如蓝光)、第二滤光元件CF2(长短线段交错的虚线框线)用以通过第二色光(例如绿光)、第三滤光元件CF3(短线段组成的虚线框线)用以通过第三色光(例如红光)、第四滤光元件CF4(实线)用以通过第一色光(蓝光)。光感测电路104为放电式，第一开关元件TSW1回应于第二控制信号Sn2(t)选择性地导通，第二开关元件TSW2回应于第一控制信号Sn1(t)选择性地导通。
在另一实施例中，图14绘示依照本发明第一实施例的光感测电路105示意图。光感测电路105更包括第五感光元件T5，具有第一端及第二端，第五感光元件T5的第二端电性耦接第四感光元件T4的第一端，第五感光元件T5的第一端电性耦接电压源(此例中为高电压VSH)，第五感光元件T5被第五滤光元件CF5覆盖，第五滤光元件CF5(短线段组成的虚线框线)用以通过第三色光(红光)。光感测电路105亦为放电式，第一开关元件TSW1回应于第二控制信号Sn2(t)选择性地导通，第二开关元件TSW2回应于第一控制信号Sn1(t)选择性地导通。
在图13以及图14所示的实施例中，藉由设置第二感光元件T2(及第五感光元件T5，其中第五感光元件T5为可选择性设置)，并且使用不同颜色的滤光元件，可使得光感测电路104及光感测电路105能够有效排除环境光的干扰。此外，藉由设置并联的第三感光元件T3以及第四感光元件T4，并且使用不同颜色的滤光元件，例如第三滤光元件CF3通过红光，第四滤光元件CF4通过蓝光，可以将感测两种不同色光整合于同一像素的光感测电路，使得电路可以检测出更多不同颜色的光源输入。同时因为不同色光的感测可整合，使得感测电路的间距能够缩小，能够提升像素的解析度。以下搭配信号时序图说明操作流程。
图13以及图14所示电路操作原理类似，皆是属于放电式光感测电路，以图14作为范例说明。以下例子并以第一色光为蓝光、第二色光为绿光、第三色光为红光作为范例，然而本发明并不限于此，第一色光、第二色光、第三色光亦可以是不同的排列方式。图15绘示对应于图14电路的信号时序图。光感测电路105交替操作于第一操作模式与一第二操作模式之间，第一操作模式包括第一重置时间区间、第一感测时间区间、及第一取样时间区间，第二操作模式包括第二重置时间区间、第二感测时间区间、及第二取样时间区间。
图16绘示图14电路于第一重置时间区间的操作示意图。于第一重置时间区间，第一控制信号Sn1(t)为高电压VSH、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，第一开关元件TSW1导通，且第二开关元件TSW2导通，因此如图16箭头所示，对电容C1充电，使感测电压Va充电至高重置电位。取样电路TSH的控制信号Gn(t)此时为低电压VGL，取样电路TSH此时为断开状态。
图17绘示图14电路于第一感测时间区间的操作示意图。于第一感测时间区间，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，因此第一开关元件TSW1导通，第二开关元件TSW2不导通。留意图17中绘示的虚线箭头(从电容C1指向第三感光元件T3)，此电流路径通过串联的第一感光元件T1(感测蓝光)以及第三感光元件T3(感测红光)。因此，在第一感测时间区间，光感测电路105需同时接收到蓝光以及红光(例如紫光)足够的强度，才能够建立如虚线箭头所示的电流路径，使得感测电压Va下降，例如下降到约等于第一控制信号Sn1(t)的低电压VSL。
在第一感测时间区间，由于第二开关元件TSW2不导通，因此节点电压Vb不受到第五感光元件T5的影响。而第二感光元件T2用以感测绿光，当照射蓝光及红光于光感测电路105时，第二感光元件T2不会产生光电流。倘若是照射白光于光感测电路105，则不仅第一感光元件T1与第三感光元件T3会产生光电流，第二感光元件T2亦会产生光电流。由于第二感光元件T2的第一端耦接高电压VSH，第二感光元件T2所产生的光电流将会提高节点电压Vb。经由适当的设计，例如调整晶体管的尺寸或宽度，可以使得感测电压Va对应于紫光(第一感光元件T1及第三感光元件T3皆产生光电流)的电压值与对应于白光的电压值不同，如此即可实现对环境光不敏感的光感测电路。
图18绘示图14电路于第一取样时间区间的操作示意图。于第一取样时间区间中，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，与第一感测时间区间相同，第一开关元件TSW1导通，且该第二开关元件TSW2不导通。取样电路TSH的控制信号Gn(t)此时为高电压VGH，可将感测电压Va输出至输出节点OUT，取样电路TSH用以取得第一感光元件T1第一端的电压。输出节点OUT可耦接一个读取电路。
第二重置时间区间与第一重置时间区间的操作相同，对电容C1充电，使得感测电压Va充电至高重置电位，于此不再重复赘述。图19绘示图14电路于第二感测时间区间的操作示意图。于第二感测时间区间中，第一控制信号Sn1(t)为高电压VSH、第二控制信号Sn2(t)为低电压VSL，第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2导通。若此时照射蓝光于光感测电路105，则第一感光元件T1及第四感光元件T4会受光激发而产生电流，如图19的虚线箭头(从电容C1指向第四感光元件T4)所示，如此会使得感测电压Va下降。若此时照射白光于光感测电路105，则第二感光元件T2(感应绿光)及第五感光元件T5(感应红光)亦会产生光电流。由于第二感光元件T2(及第五感光元件T5)的第一端耦接高电压VSH，第二感光元件T2(及第五感光元件T5)所产生的光电流将会提高节点电压Vb。经由适当设计，可使得感测电压Va对应于蓝光的电压值与对应于白光或多色光的电压值不同，此处不再重复赘述。
图20绘示图14电路于第二取样时间区间的操作示意图。于第二取样时间区间中，第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2导通，取样电路TSH的控制信号Gn(t)此时为高电压VGH，可将感测电压Va输出至输出节点OUT，操作类于似第一取样时间。
如上所述实施例的光感测电路104以及光感测电路105，在第一操作模式感测紫光(红光与蓝光的混合光)，在第二操作模式感测蓝光，如此能够将两种不同色光的感测整合于同一电路，降低了光感测电路的面积，因此能够缩小多个光感测电路之间的间距，提升像素解析度。同时，由于开关元件与感光元件共用控制信号，降低所需信号线数量，能够提升像素的开口率。
图21绘示依照本发明第一实施例的光感测电路106示意图。在此实施例中，光感测电路106更包括第六感光元件T6，具有第一端及第二端，第六感光元件T6的第一端电性耦接第一感光元件T1的第一端，第六感光元件T6的第二端电性耦接第一感光元件T1的第二端，即第六感光元件T6并联于第一感光元件T1。第六感光元件T6被第六滤光元件CF6覆盖，第六滤光元件CF6用以通过第三色光(红光)。图21所示实施例中，第一滤光元件CF1及第四滤光元件CF4用以通过第一色光(蓝光)，第二滤光元件CF2用以通过第二色光(绿光)，第三滤光元件CF3及第六滤光元件CF6用以通过第三色光(红光)。
光感测电路106的操作原理类似于光感测电路104及光感测电路105，各个时间区间的详细操作不再重复赘述。藉由第一感光元件T1及第六感光元件T6并联，不论照射蓝光或红光于光感测电路时，第一感光元件T1及第六感光元件T6其中至少一个会产生光电流。而藉由第一开关元件TSW1与第二开关元件TSW2交替开关切换，可以在第一操作模式感测红光，在第二操作模式感测蓝光。
如图13、图14、图21所示的光感测电路，能够将两种色光的感测整合于同一电路，且两种色光可以是光的三原色，亦可以是三原色的混色。举例而言，同一电路的两种色光可以是选自红色光、蓝色光、绿色光、紫色光(红色光与蓝色光的混合光)、黄色光(红色光及绿色光的混合光)、青色光(蓝色光与绿色光的混合光)。光感测电路可应用于检测光笔输入，由于具备有六种颜色，因此光笔可以有六种色彩输入，皆可以成功读取，并且由于可将两种颜色的感测器整合在一个像素电路，缩小了光感测电路之间的距离，更能够提高成功取样光笔输入数据的机会。
图22绘示依照本发明第一实施例的光感测电路与像素配置示意图。在一实施例中，显示面板包括多个像素单元，每个像素单元可包含三个子像素，例如是第一子像素PX1、第二子像素PX2、第三子像素PX3。第一子像素PX1配置有红光感测电路SR与绿光感测电路SG，第二子像素PX2配置有蓝光感测电路SB与紫光感测电路SP，且第一子像素PX1相邻于第二子像素PX2。其中第二子像素PX2配置的光感测电路即是如图14所示，整合感测蓝光与感测紫光于同一电路。而上述的于一个子像素单元配置一个感测电路为示例性说明，在另一实施例中，亦可以是多个像素单元配置一个感测电路。
图23绘示依照本发明第一实施例的光感测电路107示意图。光感测电路107为充电式，光感测电路107与图14所示的光感测电路105架构类似，第五感光元件T5亦为可选择性设置。差异点说明如下：于充电式光感测电路107，电容C1耦接的电压源是低电压VSL，第二感光元件T2(及第五感光元件T5)耦接的电压源是低电压VSL。第一开关元件TSW1回应于第一控制信号Sn1(t)选择性地导通，第二开关元件TSW2回应于第二控制信号Sn2(t)选择性地导通。第二感光元件T2更具有一控制端，用以接收重置切换信号SW(t)。
图23所示为一种充电式光感测电路的实施例，其中第二感光元件T2的控制端直接由外部给予重置切换信号SW(t)，此为一种实作方式。在另一实施例中，第二感光元件T2亦可连接为二极管连接形式，将第二感光元件T2的控制端连接至低电压VSL，如此亦可以实现充电式光感测电路。
图24绘示对应于图23电路的信号时序图。图25绘示图23电路于第一重置时间区间的操作示意图。于第一重置时间区间中，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为低电压VSL，第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2不导通。重置切换信号SW(t)为高电压VSH，第二感光元件T2受重置切换信号SW(t)控制而导通，因此如图25箭头所示，对电容C1放电，使图中感测电压Va放电至低重置电位。第二重置时间区间的操作与第一重置时间区间相同，因此不再重复赘述。
于第一感测时间区间，电压源的电压电平被提供至重置切换信号SW(t)，因此重置切换信号SW(t)为低电压VSL，使得第二感光元件T2操作于次临界区。第一控制信号Sn1(t)为高电压VSH、第二控制信号Sn2(t)为低电压VSL，因此第一开关元件TSW1导通，第二开关元件TSW2不导通。在第一感测时间区间，若照射紫光(红光与蓝光的混合光)于光感测电路107，则会使得感测电压Va上升；若是照射白光于光感测电路107，第二感光元件T2亦会产生光电流，第二感光元件T2所产生的光电流将会降低节点电压Vb。经由适当的设计，例如调整晶体管的尺寸或宽度，可以使得感测电压Va对应于紫光的电压值与对应于白光的电压值不同，如此即可实现对环境光不敏感的光感测电路。
于第二感测时间区间，第一控制信号Sn1(t)为低电压VSL、第二控制信号Sn2(t)为高电压VSH，因此第一开关元件TSW1不导通，第二开关元件TSW2导通，此时光感测电路可以感测蓝光，相关叙述可参考先前实施例。而第一取样时间区间及第二取样时间区间的操作亦与先前多个实施例类似，于此不再赘述。
根据上述图13～图25所绘示多个实施例的光感测电路，不论是放电式或充电式光感测电路，可将两种色光的感测整合于同一电路，在时间轴上错开对于不同色光的感测，而能够使用单一电路交错检测两种不同色光。如此可以提升电路感测更多不同颜色的应用，并且使得光感测电路之间的间距能够缩短，而提升解析度，当应用于检测光笔输入时，可以读取较细的光笔笔迹。并且由于开关元件的控制信号电性耦接至感光元件的一端，能够共用控制信号，如此可以节省电路中所需的绕线面积，尤其当面临大面板尺寸时，更能显著地降低硬体成本与电路面积，并能够提升像素的开口率。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (13)

1.一种光感测电路，其特征在于，包括：
一第一感光元件，具有一第一端及一第二端，该第一感光元件被一第一滤光元件覆盖，该第一滤光元件用以通过一第一色光；
一电容，电性耦接于该第一感光元件的该第一端与一电压源之间；
一取样电路，电性耦接于该第一感光元件的该第一端；
一第二感光元件，具有一第一端、一第二端及一控制端，该第二感光元件的该第二端电性耦接于该第一感光元件的该第二端，该第二感光元件的该第一端电性耦接该电压源，该第二感光元件被一第二滤光元件覆盖，该第二滤光元件用以通过一第二色光；
一第三感光元件，具有一第一端及一第二端，该第三感光元件的该第二端用以接收一第一控制信号，该第三感光元件被一第三滤光元件覆盖；
一第四感光元件，具有一第一端及一第二端，该第四感光元件的该第二端用以接收一第二控制信号，该第四感光元件被一第四滤光元件覆盖，该第四滤光元件用以通过该第一色光；
一第一开关元件，电性耦接于该第一感光元件的该第二端与该第三感光元件的该第一端之间，该第一开关元件用以回应于该第一控制信号与该第二控制信号其中之一者选择性地导通；以及
一第二开关元件，电性耦接于该第一感光元件的该第二端与该第四感光元件的该第一端之间，该第二开关元件用以回应于该第一控制信号与该第二控制信号其中之另一者选择性地导通；
其中，当该第三感光元件的第二端接收该第一控制信号、该第四感光元件的第二端接收该第二控制信号时，该第一开关元件回应于该第二控制信号选择性地导通、该第二开关元件回应于该第一控制信号选择性地导通，此时，该第二感光元件的控制端耦接于该第二感光元件的第二端；或
当该第三感光元件的第二端接收该第一控制信号、该第四感光元件的第二端接收该第二控制信号时，该第一开关元件回应于该第一控制信号选择性地导通、该第二开关元件回应于该第二控制信号选择性地导通，此时，该第二感光元件的控制端受一重置切换信号控制。
2.如权利要求1所述的光感测电路，其特征在于，该第三滤光元件用以通过该第一色光。
3.如权利要求2所述的光感测电路，其特征在于，更包括一第五感光元件，具有一第一端及一第二端，该第五感光元件的该第二端电性耦接该第一感光元件的该第二端，该第五感光元件的该第一端电性耦接该电压源，该第五感光元件被一第五滤光元件覆盖，该第五滤光元件用以通过一第三色光。
4.如权利要求1所述的光感测电路，其特征在于，该第三滤光元件用以通过一第三色光。
5.如权利要求4所述的光感测电路，其特征在于，更包括一第五感光元件，具有一第一端及一第二端，该第五感光元件的该第二端电性耦接该第四感光元件的该第一端，该第五感光元件的该第一端电性耦接该电压源，该第五感光元件被一第五滤光元件覆盖，该第五滤光元件用以通过该第三色光。
6.如权利要求4所述的光感测电路，其特征在于，更包括一第六感光元件，具有一第一端及一第二端，该第六感光元件的该第一端电性耦接该第一感光元件的该第一端，该第六感光元件的该第二端电性耦接该第一感光元件的该第二端，该第六感光元件被一第六滤光元件覆盖，该第六滤光元件用以通过该第三色光。
7.如权利要求1所述的光感测电路，其特征在于，该光感测电路用以交替操作于一第一操作模式与一第二操作模式之间，该第一操作模式包括一第一重置时间区间、一第一感测时间区间、及一第一取样时间区间，该第二操作模式包括一第二重置时间区间、一第二感测时间区间、及一第二取样时间区间。
8.如权利要求7所述的光感测电路，其特征在于，于该第一重置时间区间及该第二重置时间区间中，该第一开关元件用以导通，且该第二开关元件用以导通，以对该电容充电。
9.如权利要求7所述的光感测电路，其特征在于，该第二感光元件的控制端于该第一重置时间区间及该第二重置时间区间中，该第一开关元件用以不导通，且该第二开关元件用以不导通，该第二感光元件用以受该重置切换信号控制而导通以对该电容放电。
10.如权利要求9所述的光感测电路，其特征在于，于该第一感测时间区间及该第二感测时间区间中，该电压源的电压电平被提供至该重置切换信号。
11.如权利要求7所述的光感测电路，其特征在于，于该第一感测时间区间及该第一取样时间区间中，该第一开关元件用以导通，且该第二开关元件用以不导通。
12.如权利要求7所述的光感测电路，其特征在于，于该第二感测时间区间及该第二取样时间区间中，该第一开关元件用以不导通，且该第二开关元件用以导通。
13.如权利要求7所述的光感测电路，其特征在于，于该第一取样时间区间及该第二取样时间区间中，该取样电路用以取得该第一感光元件的该第一端的电压。
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