TW202211012A - 光學觸控裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學觸控裝置，其包含多個光感測畫素行與多個補償電流源。每個補償電流源耦接於多個光感測畫素行的其中之一。每個補償電流源提供的電流之大小負相關於前述多個光感測畫素行的其中之一包含的光感測畫素的數量。

Description

光學觸控裝置

本揭示文件有關一種觸控裝置，尤指一種光學觸控裝置。

光學式觸控技術因容易應用於內嵌式觸控結構，且具有多點觸控與耐久性佳等優點，現已被廣泛應用於各種穿戴式電子裝置。光學式觸控技術一般會透過對讀取線上的電荷積分的方式，來讀取耦接於讀取線的一特定光感測畫素的感測結果。然而，光感測畫素在尚未被選定而輸出其感測結果時，仍會或多或少地向讀取線漏電，使得讀取線上累積了相當多的額外電荷。在傳統的矩形面板應用中，由於每一行包含相同數量的光感測畫素，每一讀取線上因漏電而累積的額外電荷量會相同，因而不會影響感測結果之判讀。然而，由於穿戴式電子裝置通常具有非矩形之面板，使得每一讀取線上因漏電而累積的額外電荷量不同，進而可能引起觸控誤判。

本揭示文件提供一種光學觸控裝置，其包含多個光感測畫素行與多個補償電流源。每個補償電流源耦接於多個光感測畫素行的其中之一。每個補償電流源提供的電流之大小負相關於多個光感測畫素行的其中之一包含的光感測畫素的數量。

上述實施例的優點之一，是在執行觸控操作或指紋辨識時，可避免因光感測畫素的漏電而產生的誤判。

第1圖為依據本揭示文件一實施例的光學觸控裝置100簡化後的功能方塊圖。光學觸控裝置100包含多個光感測畫素行110-1~110-7、多個補償電流源120-1~120-4以及多個讀取線RL。光感測畫素行110-1~110-7的每一者包含共同耦接於一對應讀取線RL的多個光感測畫素130。在一些實施例中，光學觸控裝置100可以包含用於逐列致能光感測畫素130的多個掃描線與掃描驅動電路，還可以包含有用於讀取光感測畫素130的感測結果之多個讀取電路(例如積分器)，更可以包含顯示器模組，為使圖面簡潔而易於說明，這些元件未繪示於第1圖中。

當光感測畫素130被致能時，光感測畫素130用於依據其周圍的光線強度輸出對應的感測結果至讀取線RL。例如，在光感測畫素130被選定輸出其感測結果的一特定期間，光感測畫素130會依據其周圍的光線強度輸出對應大小的電流至讀取線RL。於此特定期間中，耦接於讀取線RL的讀取電路會積分讀取線RL上的電荷而得到一積分結果。光學觸控裝置100可以對此積分結果進行類比數位轉換及/或各種邏輯運算，以推算出光感測畫素130周遭的光線強度。

請先參考第2圖，第2圖為第1圖中區域140放大後的示意圖。如第2圖所示，光感測畫素130包含電晶體T1~T3與感光元件LE，並用於接收第一工作電壓FVDD、第二工作電壓FVSS、第一控制訊號S1與第二控制訊號S2。第一控制訊號S1用於決定重置光感測畫素130的內部節點電壓的時間點，而第二控制訊號S2用於決定光感測畫素130何時輸出其感測結果。

電晶體T1被以叉號標示，代表電晶體T1處於關斷狀態。因此，第2圖的光感測畫素130尚未進入輸出其感測結果的特定期間。然而，光感測畫素130仍會透過漏電流路徑210向讀取線RL漏電，因而影響了光學觸控裝置100針對同一行中其他光感測畫素130所獲得的電荷積分結果。本揭示文件中光感測畫素130的電路結構並不以第2圖為限，任何能依據其周遭的光線強度而輸出對應大小的電流的合適主動式/被動式光感測電路皆能用於實現光感測畫素130。

請再參考第1圖，光感測畫素行110-1~110-7是設置於非矩形之基板(未繪示於第1圖)，因而光感測畫素行110-1~110-7所包含的光感測畫素130的數量並非一致。例如，光感測畫素行110-1~110-7中的多者(光感測畫素行110-1、110-2和110-3)各自包含不同數量的光感測畫素130。又例如，光感測畫素行110-1~110-7中的另外多者(光感測畫素行110-3、110-4和110-5)包含相同數量的光感測畫素130。由上述可知，由於光感測畫素130的數量不一致，每條讀取線RL因光感測畫素130漏電而累積的額外電荷量也會不一致。

若為了因應讀取線RL上不一致的額外電荷量而為光感測畫素行110-1~110-7的每一者設定不同的感測結果判斷基準，則將會大幅度增加後端電路的運算複雜度，也會使得感測結果之可靠度下降。因此，光學觸控裝置100設置有補償電流源120-1~120-4以使每一條讀取線RL上累積的額外電荷量趨於一致。

詳細而言，補償電流源120-1~120-4分別透過一對應的讀取線RL耦接於光感測畫素行110-1、110-2、110-6和110-7。亦即，補償電流源120-1~120-4分別耦接於光感測畫素行110-1~110-7的其中一者。補償電流源120-1~120-4每一者提供至讀取線RL的電流大小，負相關於其所耦接的一行光感測畫素130之數量。

例如，由於光感測畫素行110-1包含的光感測畫素130數量(例如，5個)少於光感測畫素行110-2包含的畫素130數量(例如，7個)，因而補償電流源120-1所提供的電流會大於補償電流源120-2所提供的電流。

又例如，由於光感測畫素行110-6包含的光感測畫素130數量(例如，7個)多於光感測畫素行110-7包含的畫素130數量(例如，5個)，因而補償電流源120-3所提供的電流會小於補償電流源120-4所提供的電流。

值得一提的是，第1圖中光感測畫素行110-1~110-7的數量以及光感測畫素行110-1~110-7每一者所包含的光感測畫素130的數量僅為示範性的實施例，本揭示文件並不以此為限。在一些實施例中，光學觸控裝置100中光感測畫素130的數量與密度可以依據實際狀況而調整，以適應於各種不同大小的基板與解析度。

在一些實施例中，光學觸控裝置100還包含一邊框BDa，其中邊框BDa具有中空區域AA。光感測畫素行110-1~110-7設置於該中空區域AA內。因此，光感測畫素行110-1~110-7於邊框BDa的垂直投影方向上沒有被邊框BDa所遮蔽。另一方面，補償電流源120-1~120-4設置於邊框BDa下方且於中空區域AA之外，亦即補償電流源120-1~120-4於邊框BDa的垂直投影方向上被邊框BDa所遮蔽。

在一些實施例中，光學觸控裝置100可以是智慧型穿戴式裝置，例如智慧手錶或智慧手環。

請參考第3圖與第4圖，補償電流源120-1~120-4每一者包含維持於關斷狀態(以叉號表示)的多個開關SW，以模擬光感測畫素130未致能時的漏電情況。補償電流源120-1~120-4每一者的開關SW之數量，會負相關於其所耦接的一行光感測畫素130的數量。例如，第3圖與第4圖分別繪示了補償電流源120-1和120-2的示意圖，由於光感測畫素行110-1的光感測畫素130數量少於光感測畫素行110-2的光感測畫素130數量，補償電流源120-1的開關SW數量會多於補償電流源120-2的開關SW數量。相似地，第1圖中補償電流源120-4的開關SW數量，會多於補償電流源120-3的開關SW數量。

在一些實施例中，補償電流源120-1~120-4中任兩者之間具有的開關SW數量差異，會相同於此任兩者之間所耦接的光感測畫素130的數量差異。

例如，請同時參考第1、3和4圖，光感測畫素行110-1和110-2分別具有5個和7個光感測畫素130，亦即光感測畫素行110-1和110-2之間的光感測畫素130之數量差異為2。因此，補償電流源120-1和120-2之間的開關SW之數量差異也為2，其餘依此類推。

補償電流源120-1~120-4每一者具有相似的結構。例如，以第3圖的補償電流源120-1為例，每個開關SW皆具有第一端、第二端與控制端，每個開關SW的第一端用於接收參考電壓Vbias，每個開關SW的第二端耦接於對應地讀取線RL，而每個開關SW的控制端用於接收一具有邏輯低準位(logic low level)的控制電壓VG。在本實施例中，開關SW可以用各種合適的P型電晶體來實現，例如P型薄膜電晶體或P型金氧半場效電晶體。因此，控制電壓VG為足以使P型電晶體關斷的高電壓。

在另外一些實施例中，開關SW可以用各種合適的N型電晶體來實現。此時，控制電壓VG便可以是足以使N型電晶體關斷的低電壓。

在一些實施例中，補償電流源120-1~120-4沒有耦接於光感測畫素行110-1~110-7中光感測畫素130之數量超過一數量閾值者。此數量閾值可以設為包含最多光感測畫素130的一行的光感測畫素130數量減去5至10，因為在此光感測畫素130數量差異的範圍內因漏電而累積的額外電荷量尚不至於導致誤判。

在另一些實施例中，補償電流源120-1~120-4沒有耦接於光感測畫素行110-1~110-7中包含最多光感測畫素130的多者。例如，如第1圖所示，補償電流源120-1~120-4沒有耦接於包含最多光感測畫素130的光感測畫素行110-3~110-5。

綜上所述，光學觸控裝置100能補償各讀取線RL上因光感測畫素130漏電而產生的額外電荷量差異，因而可有效防止光學觸控裝置100在觸控操作或指紋辨識時產生誤判。

第5圖為依據本揭示文件一實施例的光學觸控裝置500簡化後的功能方塊圖。光學觸控裝置500相似於第1圖的光學觸控裝置100，差異在於，光學觸控裝置500的邊框BDb於垂直投影方向上沒有遮蔽補償電流源120-1~120-4。

詳細而言，光感測畫素列110-1~110-7設置於邊框BDb形成的中空區域AA內，且排列形成一光感測畫素矩陣510。補償電流源120-1~120-4也設置於中空區域AA內，且設置於接近於光感測畫素矩陣510的邊緣。亦即，補償電流源120-1~120-4位於邊框BDb的內緣與光感測畫素矩陣510的邊緣之間。

由上述可知，光學觸控裝置500具有窄邊框的優點，因而能提供使用者良好的視覺體驗。

在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。

以上僅為本揭示文件的較佳實施例，凡依本揭示文件請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本揭示文件的涵蓋範圍。

100:光學觸控裝置 110-1~110-7:光感測畫素行 120-1~120-4:補償電流源 130:光感測畫素 140:區域 RL:讀取線 AA:中空區域 BDa,BDb:邊框 210:漏電流路徑 T1,T2,T3:電晶體 LE:感光元件 S1:第一控制訊號 S2:第二控制訊號 FVDD:第一工作電壓 FVSS:第二工作電壓 SW:開關 VG:控制電壓 500:光學觸控裝置 510:光感測畫素矩陣

第1圖為依據本揭示文件一實施例的光學觸控裝置簡化後的功能方塊圖。 第2圖為第1圖部分放大後的示意圖。 第3圖為依據本揭示文件一實施例的補償電流源的示意圖。 第4圖為依據本揭示文件另一實施例的補償電流源的示意圖。 第5圖為依據本揭示文件一實施例的光學觸控裝置簡化後的功能方塊圖。

100:光學觸控裝置

110-1~110-7:光感測畫素行

120-1~120-4:補償電流源

130:光感測畫素

140:區域

RL:讀取線

AA:中空區域

BDa:邊框

Claims (10)

1. 一種光學觸控裝置，包含： 多個光感測畫素行；以及 多個補償電流源，其中每個補償電流源耦接於該多個光感測畫素行的其中之一，每個補償電流源提供的一電流之大小負相關於該多個光感測畫素行的該其中之一包含的光感測畫素的數量。
2. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中，該多個光感測畫素行中的多者各自包含不同數量的光感測畫素。
3. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中，該多個補償電流源沒有耦接於該多個光感測畫素行中包含超過一數量閾值的光感測畫素的多者。
4. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中，該多個補償電流源沒有耦接於該多個光感測畫素行中包含最多數量的光感測畫素的多者。
5. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中，每個補償電流源包含維持於關斷狀態的多個開關元件。
6. 如請求項5所述之光學觸控裝置，其中，該多個開關元件的數量負相關於該多個光感測畫素行的該其中之一包含的光感測畫素的數量。
7. 如請求項5所述之光學觸控裝置，其中，該多個光感測畫素行包含： 一第一光感測畫素行，包含一第一數量的光感測畫素，且耦接於該多個補償電流源中的一第一補償電流源；以及 一第二光感測畫素行，包含一第二數量的光感測畫素，且耦接於該多個補償電流源中的一第二補償電流源； 其中，該第一補償電流源的該多個開關元件與該第二補償電流源的該多個開關元件的數量差異相同於該第一數量與該第二數量的差異。
8. 如請求項1所述之光學觸控裝置，另包含： 多個讀取線； 其中每個補償電流源透過該多個讀取線的其中之一耦接於該多個光感測畫素行的該其中之一，且該多個光感測畫素行的該其中之一的每個光感測畫素共同耦接於該多個讀取線的該其中之一。
9. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中，另包含： 一邊框，其中該多個光感測畫素行於該邊框的一垂直投影方向上沒有被該邊框所遮蔽，該多個補償電流源於該垂直投影方向上被該邊框所遮蔽。
10. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中，另包含： 一邊框，其中該多個光感測畫素行與該多個補償電流源於該邊框的一垂直投影方向上皆沒有被該邊框所遮蔽； 其中，該多個光感測畫素行排列成一光感測畫素矩陣，該多個補償電流源設置為接近於該光感測畫素矩陣之邊緣。

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