TWI408658B - 畫素電路、具有畫素電路的顯示裝置以及操作畫素電路的方法 - Google Patents

畫素電路、具有畫素電路的顯示裝置以及操作畫素電路的方法 Download PDF

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Description

畫素電路、具有畫素電路的顯示裝置以及操作畫素電路的方法
本發明是有關於一種畫素電路(pixel circuit)，且特別是關於一種可執行顯示與感測功能的畫素電路、具有畫素電路的顯示裝置以及操作畫素電路的方法。
近來隨著攜帶電子產品需求之增加，使攜帶電子產品具有顯示器以外之多樣化功能的努力正在進行中。其中，使用光偵測器，感應周圍之光或顯示器本身之光，來實現多樣化功能之研究正在進行中。
使用光偵測器來實現多樣化功能之顯示器的列子包括周圍光感應電路、觸控面板電路以及光掃描器。周圍光感應電路藉由將顯示器周圍之光進行感應的方式，來控制顯示器的亮度。觸控面板電路利用顯示器周圍之光或顯示器本身之光，將用手覆蓋之部分進行感應。光掃描器將顯示器本身之光被文件反射的反射光進行感應。
在光偵測器中，將接受之光訊號轉換成電訊號的就是類似光二極體的光偵測器。近來在玻璃基板上，使用光偵測器，而不使用別的膜片的狀況下，可執行觸控面板、或影像掃描器、或觸控筆(stylus)功能之技術的研究與開發正在進行中。
因為藉由光偵測器將光的強度進行感應之方式來實現觸控或掃描功能，因此，應與顯示器之畫素一起集成。
但是，包含光偵測器之感測電路與顯示器之畫素集成 在一起，會導致顯示器畫素之開口率降低的問題產生。
圖1是目前使用於主動矩陣式液晶顯示器(Active Matrix Liquid Crystal Display，AMLCD)之畫素結構的電路圖。參照圖1，畫素包含LCD畫素與感測畫素電路。LCD畫素包含電晶體TR(或TG，TB)及電容器CSR(或CSG，CSB)。感測畫素電路包含LCD畫素、薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)T1、p-i-n(p-intrinsic-n)二極體與電容器CST。
感測畫素電路將資料(data)驅動訊號線使用為讀取(readout)訊號線，且具有包含RST、RWS兩條控制訊號線之結構。藉由p-i-n二極體之順向偏壓特質進行重置(reset)操作，且藉由RWS控制訊號線與電容器CST之耦合(coupling)效果對線路進行選擇操作，因此其具有刪減兩個薄膜電晶體TFT之結構。
但是，所述目前使用之畫素結構實現的畫素上，因刪減薄膜電晶體TFT而導致的開口率之降低，比因刪減耦接於畫素之控制訊號線而導致的開口率之降低更大，且製造p-i-n二極體時，皆需要P型(type)與N型(type)之製程，故導致增加製程費用之缺點。
因此，本發明之第一觀點為提供一種畫素電路，其使用於可執行顯示及感測功能之畫素電路時，可減少開口率之降低。
並且，本發明之第二觀點為提供包含該畫素電路之顯示裝置。
另外，本發明之第三觀點為提供該畫素電路之操作方法。
本發明之第一觀點提供的一種畫素電路具有感測畫素電路，而其感測畫素電路包含電容器、光偵測器以及放電區。光偵測器響應於控制線的訊號，當順向偏壓時，以第一電壓對電容器進行充電，而當逆向偏壓時，在積分期間內，將電容器內已充電之第一電壓進行第一放電。放電區在積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電，而將第一取樣電壓提供至輸出節點，並且第二放電進行後，以預充電之電壓，將第二預充電之資料線電壓進行第三放電，而將第二取樣電壓提供至輸出節點。畫素電路可檢測出第一取樣電壓與第二取樣電壓之間的差值，因而可執行感測操作。放電區在積分期間以後，以預充電之電壓對資料線進行第一預充電時，響應於透過掃描線傳送之掃描線訊號，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電至掃描線，因而可將第一取樣電壓提供至輸出節點，並且第二放電進行後，以預充電之電壓對資料線進行第二預充電時，響應於掃描線訊號，將第二預充電之資料線電壓進行第三放電至掃描線，因而可將第二取樣電壓可提供至輸出節點。放電區可包含第一電晶體與第二電晶體；第一電晶體具有與掃描線耦接的第一電極、以及與電容器之一端耦接的控制電極；第二電晶體具有與第一電晶體之第二電極耦接的第一電極、與掃描線耦接的控制電極、以及與輸出節點和資料線耦接的第二電極。此外， 放電區也可包含第一電晶體與第二電晶體；第一電晶體，在進行第二放電及第三放電時，作為源極隨耦器(source follower)而操作；第二電晶體，其響應於透過掃描線傳送的掃描線訊號，而進行切換(switching)操作。第一電晶體及第二電晶體，可以是低溫多晶矽(Low Tempetatute Poly-Si，LTPS)之P型薄膜電晶體TFT。光偵測器可以是p-i-m(p-intrinsic-metal)二極體，其當逆向偏壓時，產生相對應於外部光之強度的光漏電流，將電容器內已充電之第一電壓，在積分期間內進行第一放電。畫素電路可包含由紅色畫素、綠色畫素及藍色畫素而構成之單元畫素(unit-pixel)。並且，畫素電路也可包含紅色畫素、或綠色畫素或藍色畫素其中一個次畫素(sub-pixel)。畫素電路可進一步包括畫素，其與資料線和掃描線耦接，並響應於透過資料線傳送之影像訊號，藉由發光元件，而執行顯示操作。畫素可以是主動矩陣式液晶顯示器AMLCD畫素，且電容器可與共同電源電壓電性耦接，而共同電源電壓是與主動矩陣式液晶顯示器AMLCD畫素之液晶單元電性耦接。畫素可以是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)畫素，且電容器可與電源電壓線電性耦接，而電源電壓線是供給電源電壓至有機發光二極體OLED畫素。此外，與第N條(N為自然數)掃描線耦接之畫素可執行發光操作，而與第N+1條掃描線耦接之感測畫素電路可執行感測操作。
另外，本發明之第二觀點提供的一種顯示裝置，其更 包括：掃描線，其傳送掃描線訊號；資料線，其傳送影像訊號；掃描驅動區，其控制掃描線；資料驅動區，其驅動資料線；以及資料驅動區，其與掃描線和資料線電性耦接並執行感測操作。感測畫素電路更包括：電容器、光偵測器以及放電區。光偵測器響應於控制線之訊號，當順向偏壓時，以第一電壓對電容器進行充電，當逆向偏壓時，在積分期間內，將電容器內已充電之第一電壓進行第一放電。放電區在積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電，而將第一取樣電壓提供至輸出節點，且第二放電進行後，以預充電之電壓，將第二預充電之資料線電壓進行第三放電，而將第二取樣電壓提供至輸出節點。畫素電路可檢測出第一取樣電壓與第二取樣電壓之間的差值，因而可執行感測操作。畫素電路可進一步包括畫素與時序控制區；畫素與資料線和掃描線耦接，並響應於透過資料線而傳送之影像訊號，藉由發光元件，執行顯示操作；時序控制區對掃描驅動區和資料驅動區進行控制。
另外，本發明之第三觀點提供的一種包含與掃描線和資料線電性耦接之感測畫素電路，其操作方法包括以下步驟：(a)在感測畫素電路，與控制線電性耦接之光偵測器，響應於控制線之訊號，以第一電壓，對電容器進行充電；(b)在感測畫素電路之光偵測器，將電容器內已充電之第一電壓，在積分期間內進行第一放電；(c)在感測畫素電路，積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線 電壓進行第二放電，而提供第一取樣電壓；(d)在感測畫素電路，進行第二放電後，以預充電之電壓，將預充電充電之資料線電壓進行第三放電，而提供第二取樣電壓；(e)在感測畫素電路，藉由檢測出第一取樣電壓與第二取樣電壓之間的差值，而執行感測操作。(c)之在感測畫素電路，積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電，而提供第一取樣電壓之步驟為，積分期間以後，以預充電之電壓，對資料線進行第一預充電時，響應於透過掃描線傳送之掃描線訊號，將第一預充電之資料線電壓，進行第二放電至掃描線，而可提供第一取樣電壓。(d)之在感測畫素電路，進行第二放電後，以預充電之電壓，將預充電充電之資料線電壓進行第三放電，而提供第二取樣電壓之步驟為，進行第二放電後，以預充電之電壓，對資料線進行預充電充電時，響應於掃描線訊號，將預充電充電之資料線電壓，進行第三放電至掃描線，而可提供第二取樣電壓。(b)之在感測畫素電路之光偵測器，將電容器內已充電之第一電壓，在積分期間內，進行第一放電之步驟為，當光偵測器為逆向偏壓時，相對應於外部光之亮度的光漏電流，會流過光偵測器，因而可將電容器內已充電之第一電壓，在積分期間內進行第一放電。畫素電路之操作方法可進一步包括，與資料線和掃描線耦接之畫素，響應於透過資料線而傳送之影像訊號，藉由發光元件，執行顯示操作之步驟。與第N條(N為自然數)掃描線耦接之畫素，可執行發光操作，而與第N+1條掃描線耦接之感測 畫素電路，可執行感測操作。
如上述依照本發明所提供的感測畫素電路，為了執行感測操作，將一條控制線形成於紅色畫素、綠色畫素及藍色畫素區域，而此與目前使用兩條控制訊號線之感測畫素電路相較，可減少開口率(aperture ratio)之降低。
另外，藉由將感測電路之電晶體皆以P型薄膜電晶體TFT來實施，且將感測畫素電路之光偵測器以p-i-n二極體來實施，因而可降低製程費用。
此外，由於畫素電路包含用於光感測之感測畫素電路，可提供影像掃描器及/或觸控面板之附加功能。
本發明可作些許之更動，實施例也可能以許多不同的形式來實施，因此藉由圖示詳細說明示範實施例。但是不應視本發明為侷限於在此所述之示範實施例，而應理解為包含本發明之精神與技術範圍之所有變化、相等物、替代物。在說明各圖示時，類似的參考符號使用於類似的可能涵蓋單元。
第一、第二等之術語，可使用於說明許多不同可能涵蓋單元，但所述可能涵蓋單元不應受限於所使用的術語。所述術語之使用目的是，將一種可能涵蓋單元區分於另一種可能涵蓋單元。舉例而言，不脫離本發明之申請專利範圍，第一可能涵蓋單元可命名為第二可能涵蓋單元，第二可能涵蓋單元也可命名為第一可能涵蓋單元。“及/或”術語包含多數個類似已記載單元的組合，或多數個類似已記 載單元中任何單元。
如稱一可能涵蓋單元與別的可能涵蓋含單元“連接”或“耦接”時，應理解為，其可能與別的可能涵蓋單元直接連接或耦接，也可能存在中介元件。相對地，如稱一可能涵蓋單元與別的可能涵蓋單元“直接連接”或“直接耦接”時，應理解為，不存在中介元件。
本說明書所使用的術語，僅使用以說明特定示範實施例，而非用以限制本發明。除非上下文清楚地指出，否則單數形式也包含多數形式。更須知當在本說明書使用時，“包含”或“具有”等之術語，指出存在所敘述之特徵、整數、步驟、操作、元件、組件、或以上的組合，但並不排除存在或附加一個或多個其他的特徵、整數、步驟、操作、元件、組件、或以上的組合。
除非另有定義，否則在此所使用的所有術語(包含技術及科學術語)，都具有如同該發明所屬技術領域中具有通常知識者通常所了解的意義。更須知術語(例如通用字典所定義的術語)的意義解釋，符合其包含與相關技術之上下文包含之意義一致的意義，而不應以理想化或過於形型化的意義來解釋，除非在此特別如此定義。
現在將參考所繪示的附圖，詳細說明本發明之示範實施例。為了讓本發明能夠明顯易懂，不考慮圖示之號碼，其中相同的參考數字皆表示相同的元件。
圖2是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能之平面顯示裝置用畫素電路的電路圖。圖18是依照本發明第 一實施例，平面顯示裝置的區塊圖。
參照圖18，依照本發明第一實施例，具有影像掃描功能之平面顯示裝置包含掃描驅動區200、資料驅動區300、時序控制區400以及畫素區500。
時序控制區400藉由產生掃描控制訊號，而控制掃描驅動區200，且藉由產生資料控制訊號，而控制資料驅動區300。
掃描驅動區200將多數個掃描線訊號(scan 1，……，scan N)(從多數個掃描線之中至少一條掃描線會被選擇)以及多數個控制訊號(REF 1，……，REF N)(其控制感測操作)提供至畫素區500。
資料驅動區300透過多數個資料線(data 1，data 2，……，data M-1，data M)將影像訊號提供至畫素區500。
畫素區500包含多數個畫素電路100。
圖2是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能的平面顯示裝置中特別繪出如使用主動矩陣式液晶顯示器AMLCD時，組成平面顯示裝置的畫素區內N×M個畫素電路中之一。
參照圖2，依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能之平面顯示裝置的畫素電路100包含感測畫素電路10及LCD畫素。感測畫素電路10與LCD畫素20可以形成於同一個透明絕緣基板上。
LCD畫素20包含電晶體P1、電容器CS、及液晶單元LC。
感測畫素電路10包含光偵測器12、電容器CST、及放電 區14。
如圖2繪示，放電區14可以包含兩個薄膜電晶體TFT P2、P3。
為了執行讀取操作，電晶體P2作為源極隨耦器而操作。電晶體P2藉由作為源極隨耦器而操作，將預充電之資料線電壓，進行放電至掃描線。
電晶體P3之閘極與掃描線耦接，且汲極與資料線耦接，因此根據掃描線訊號，作為用以選擇掃描線之開關(switch)而操作。
光偵測器12可以是二極體D。
為了降低製程費用，將LCD畫素20之電晶體P1以及感測畫素電路10之兩個薄膜電晶體TFT P2、P3，可使用P型薄膜電晶體TFT來實施。在此，電晶體P2、P3也可使用低溫多晶矽之P型薄膜電晶體TFT來實施。並且，為了降低製程費用，感測畫素電路10之光偵測器12可使用p-i-m二極體來實施。
將資料線使用為讀取訊號線，且將電晶體P2作為源極隨耦器而操作之放電路徑不是別的資料訊號線，而是掃描線。也就是說，掃描線不但操作為選擇線路之控制線，也使用為放電路徑。
圖3是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能之平面顯示裝置之畫素電路的操作概念圖，而圖4是依照本發明第一實施例，具有影像掃描功能之平面顯示裝置之畫素電路之感測模式的操作時序圖。
依照本發明第一實施例之畫素電路以顯示模式操作時，為了防止掃描線與資料線之短路(short)，將REF之控制訊號維持在高準位(high)，而將電晶體P2維持在斷開(off)的狀態。
在感測模式中，依照本發明第一實施例之平面顯示裝置執行影像掃描操作。從背面入射之光被放在LCD表面上之文件反射，而反射光的強度(intensity)是由文件上影像的灰階(gray level)而定。感測畫素電路10會檢測出反射光的強度。因此，依照本發明第一實施例之平面顯示裝置的LCD面板不但可執行藉由發光(light emission)之顯示操作，同時可執行檢測反射光之感測操作。
參照圖3，奇數線(第N條，第N+2條，……)畫素執行發光操作，而偶數線(第N+1條，第N+3條，……)畫素執行感測操作。在偶數線畫素中，除了掃描期間(scan time)及掃描期間之讀取操作，在訊框(frame time)時間內執行積分(integration)操作。接著參照圖2與圖4來說明依照本發明第一實施例提供之畫素電路的操作方法。
首先，在初始重置期間(reset-period)中，如控制訊號REF變成“high”(VREF,high)時，p-i-m二極體D會成為順向偏壓的狀態，且因為節點N1以VREF,high-VON,p-i-m進行充電，故電晶體P2會斷開(turn-off)。更詳細地解釋的話，對p-i-m二極體D施加順向偏壓之故，以VREF,high-VON,p-i-m對節點N1之電壓(即，p-i-m二極體D之隱極電壓，或電晶體P2之閘極節點電壓VG,P2)進行充電(參照T2期間)，並且， VREF,high-VON,p-i-m電壓會儲存至電容器CST。利用p-i-m二極體D之順向偏壓特性，執行自行重置(self-reset)操作，並且，藉由將控制訊號REF為“high”的期間進行控制，因而可控制以下所述的積分期間之時間。重置動作是利用p-i-m二極體D之順向偏壓特性而進行，因此並不需別的薄膜電晶體TFT，也就是說，p-i-m二極體D是利用其順向偏壓特性，執行自行重置操作。
再來，在積分期間(integration period，T3)中，如控制訊號REF變成“low”(VREF,low)時，p-i-m二極體D會成為逆向偏壓的狀態，而逆電壓會變成VREF,high-VON,p-i-m-VREF,low。在積分期間中，藉由外部入射之光或LCD面板上之物體所產生之反射光，光漏電流會流過p-i-m二極體D，並且其光漏電流會隨著入射之光的強度而增加。藉由光漏電流，儲存至CST的電壓開始進行放電。
如已設定之積分時間以後，在積分期間之結束端，藉由光漏電流而放電的電壓為△V的話，電晶體P2之閘極電壓為VREF,high-VON,p-i-m-△V。放電的電壓△V是由積分時間、CST、光漏電流之大小(或入射之光的強度)而定。此時，作為讀取訊號線之角色的資料線，藉由預充電訊號PRE，以電壓VPRE進行預充電。
接著，在取樣週期(sampling period，或readout period)之第一取樣週期(期間T4)中，如掃描訊號變成“low”的話，電晶體P3會導通(turn-on)，故被選擇之感測畫素電路，執行第一取樣操作(參照T5期間)。以VPRE進行預充電之資 料線電壓，藉由源極隨耦器P2，被放電至“low”準位之掃描線。第一次放電之資料線電壓(第一次取樣之VOUT)比電晶體P2之閘極節點電壓高於P2之臨界電壓程度之VREF,high-VON,p-i-m-△V+Vth,P2。
再來，藉由“high”準位之預充電訊號PRE，再一次將資料線進行預充電，而在取樣週期之第二取樣週期(期間T5)中，控制訊號REF會變成“high”，故以VREF,high-VON,p-i-m將電晶體P2之閘極節點進行充電。如預充電PRE訊號變成“high”時，藉由源極隨耦器P2，以第二次重置電壓進行讀取操作，而第二次放電之資料線電壓(第二次取樣之VOUT)為VREF,high-VON,p-i-m+Vth,P2。
如所述，經過兩次取樣操作之取樣電壓，會傳送至相關二重取樣(Correlated Double Sampling，CDS)電路。相關二重取樣CDS電路會獲得第二次放電之資料線電壓(第二次取樣之VOUT)與第一次放電之資料線電壓(第一次取樣之VOUT)之間的差值。因此，在相關二重取樣CDS電路中處理之最終輸出為△V，結果，源極隨耦器P2之不均勻的臨界電壓特性會被消除，因此僅可獲得△V。也就是說，在相關二重取樣CDS電路中處理之最終輸出，與源極隨耦器P2之臨界電壓無關，而由積分時間、CST、光漏電流之大小(或入射之光的亮度)而定。
依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能的平面顯示裝置用感測畫素電路，可形成於紅色畫素、或綠色畫素或藍色畫素之各次畫素(sub-pixel)，或可形成於由紅色畫 素、綠色畫素及藍色畫素而構成之各單元畫素(unit-pixel)。
圖5是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能的平面顯示裝置用感測畫素電路，其形成於各單元畫素(unit-pixel)的電路圖，而圖6是圖5畫素電路之佈局圖。
參照圖5，畫素電路100可包含紅色畫素、綠色畫素、藍色畫素及感測畫素電路。感測畫素電路形成於由紅色畫素、綠色畫素及藍色畫素而構成之單元畫素(unit-pixel)，其包含兩個薄膜電晶體TFT P2與P3、二極體D、以及電容器CST。
如圖6繪示，由於依照本發明第一實施例之畫素電路100僅包含一條形成於紅色畫素、綠色畫素及藍色畫素區域之控制線REF，因此與目前使用之兩條控制線的狀況(參照圖1)相較，可提高畫素開口率。
也就是說，與目前使用之感測畫素電路的結構(參照圖1)相較，本發明第一實施例之感測畫素電路10多了一個薄膜電晶體TFT，但由於僅使用一條REF，與目前使用兩條控制線的狀況(參照圖1)相較，可將開口率降低之問題最小化。
圖7是依照本發明其他實施例之平面顯示裝置用畫素電路的電路圖。圖7是依照本發明其他實施例，如將有機發光二極體OLED使用為平面顯示裝置時，構成平面顯示裝置之畫素區內N×M個畫素中之一。參照圖7，依照本發明其他實施例之平面顯示裝置的畫素電路500包含感測畫素電路510、紅色OLED畫素520、綠色OLED畫素530、及藍 色OLED畫素540。圖7是感測畫素電路形成於每個單元畫素(unit-pixel)之電路圖。感測畫素電路也可形成於每個次畫素(sub-pixel)。
感測畫素電路510與紅色OLED畫素520、綠色OLED畫素530、及藍色OLED畫素540，可一起形成於同一個透明絕緣基板上。
各OLED畫素520、530、540包含三個電晶體、電容器CS2、及OLED記憶單元。各OLED畫素520、530、540之電晶體，可使用P型薄膜電晶體TFT來實施。
感測畫素電路510包含光偵測器512、電容器C21、及放電區514。
如圖7繪示，放電區514可能包含兩個薄膜電晶體TFT P22、P23。
為了降低製程費用，各OLED畫素之電晶體及感測畫素電路510之兩個薄膜電晶體TFT P22、P23，可使用P型薄膜電晶體TFT來實施。在此，P2、P3可使用低溫多晶矽之P型薄膜電晶體TFT來實施。並且，為了降低製程費用，感測畫素電路510之二極體D可使用p-i-m二極體來實施。
為了能夠符合於OLED畫素結構，感測畫素電路510是將圖2感測畫素電路10之結構加以變化而成。除了電容器Cst之一端耦接至電源線ELVDD，具有與圖2感測畫素電路10相同的結構，故在此省略詳細說明。
依照本發明其他實施例之感測畫素電路510僅使用一條控制訊號線REF，因此與使用兩條以上之控制訊號線的 狀況相較，可將開口率降低的問題最小化。
圖8是圖7畫素電路之顯示與感測模式之操作時序圖，而圖9是圖7畫素電路的操作概念圖。
依照本發明其他實施例之畫素電路當顯示模式操作時，如以紅色畫素來舉例說明的話，第N條掃描線訊號變成“low”，而控制訊號em變成“high”時，開關電晶體T1R會導通，故透過資料線，以與影像訊號相對應的電壓，對電容器CS2進行充電。再來，如第N條掃描線訊號變成“high”，而控制訊號em變成“low”時，開關電晶體T1R會斷開，且開關電晶體T3R會導通，而已充電於電容器CS2的電壓，會傳送至驅動電晶體T2R之閘極，因此，與傳送至閘極之電壓相對應的電流，會從驅動電晶體T2R之汲極流至源極。並且，與流在驅動電晶體T2R之電流一樣順向電流，會流過有機發光二極體OLED，因此與電流之強度相對應的光會開始發射(emission)。
當控制訊號em之狀態為“high”時，開關電晶體T3R會斷開，因此電流不會流過有機發光二極體OLED，有機發光二極體OLED不會發射光(black frame)，並且，如圖9繪示，藉由將這種暗框期間插入至一訊框(frame time)的方法，可實施顯示模式及以可執行為觸控面板之感測模式。
依照本發明其他實施例之畫素電路以感測模式操作時，如圖4說明，利用取樣電壓(其經過重置期間(reset period)、積分期間、以及2次取樣操作期間而獲得)，可獲得在相關二重取樣CDS電路中第2次取樣之VOUT與第一次 取樣之VOUT之間的差值(△V)。結果，可消除源極隨耦器P22之不均勻的臨界電壓特性，而可獲得不依賴源極隨耦器P22之臨界電壓△V。
圖10是依照本發明第一實施例之圖5感測畫素電路的模擬結果。圖10為將流過p-i-m二極體D之光漏電流假設為0.6、2.6、12.0、52.0pA時，圖5感測畫素電路之模擬結果(將第一次取樣電壓與第二次取樣電壓的差值△V為垂軸，且將光漏電流(IPIM)為橫軸而獲得之結果)。
參照圖10，雖然作為源極隨耦器而操作之電晶體P2之臨界電壓(Vth,P2)為±0.7V、移動度(mobility)為±20%，但可確認其具有85mV以內之偏差。
圖11是依照本發明第一實施例之圖5感測畫素電路之輸出電壓的波形圖。
參照圖10可確認，隨著周圍入射之光之強度從0增加至10,000lx，第一次取樣操作得到的第一次取樣(1st sampling)電壓會減少。
第二次取樣週期為，將源極隨耦器進行重置後，將重置電壓進行取樣的期間。從圖10可確認，隨著入射之光之強度的增加，第二次取樣週期的取樣電壓逐漸變化的現象。此是因為，p-i-m二極體D之順向電流的特性或著作為源極隨耦器而操作之電晶體P2的特性，會被入射之光之變化逐漸變化之原因。
但是如所述，這種電晶體P2之特性的變化，可藉由CDS電路補償。依照本發明第一實施例之感測畫素電路的操作 上，一個取樣應執行於13μs以內(即，列線選擇時間(row line selection time)之一半時間)，但由於檢測環境中存在著寄生負載，正確的檢測很困難。因此，如圖10繪示，僅對取樣時間以0.5ms進行人為的控制而執行檢測。而藉由將加施於控制線REF電壓的準位進行控制，可變動取樣的電壓準位。
依照本發明第一實施例製作的感測畫素電路，皆具有如圖10之輸出電壓波形。由於各畫素電路類型，光偵測器之p-i-m二極體D與電容器CST之大小會不同，故隨著光強度的變化，輸出電壓的變化量與輸出電壓的範圍會不一樣。
表1顯示依照本發明第一實施例製作之使用於主動矩陣式液晶顯示器AMLCD之感測畫素電路的設計條件。
各畫素電路包含不同大小之p-i-m二極體、CST、及開口率(AR)。為了檢測各畫素電路之功能，在暗室裡利用光源控制亮度之方式而允許外部光的入射，並利用TDS7104檢測輸出電壓。
圖12至圖16顯示各畫素電路之類別，隨著亮度的變化輸出電壓變化量△V的坐標圖。
參照圖12至圖16可確認，依照本發明實施例之感測畫素電路皆具有0dB以上之靈敏度(sensitivity)，並可確認，各類別之感測畫素電路具有之偏差是，type 1為77mV、type 2為84mV、type 3為59mV、及type 4為32mV。
由於type 4擁有最大的CST，故type 4之偏差為最小，但輸出電壓之範圍為最小。允許從0至10,000lx亮度之情況下，各類別輸出電壓之範圍分別是，type 1為1.5Volt、type 2為1.4V、type 3為1.2V、及type 4為0.7V，故type 1為最大。
並且，type 1具有最大的40%的開口率，因此對具有感測畫素電路功能之主動矩陣式液晶顯示器AMLCD畫素來說，具有type 1之設計條件的感測畫素電路為最佳。
圖17是針對5吋VGA與7吋VGA，按照各種不同型之畫素電路，隨著光的亮度檢測出來之輸出電壓變化量△V的坐標圖。
依照本發明實施例之畫素電路，可適用於具有主動矩陣式液晶顯示器AMLCD畫素之影像掃描器。依照本發明實施例之畫素電路，可適用於具有有機發光二極體OLED 畫素之影像掃描器或具有有機發光二極體OLED畫素之觸控面板。
本發明所述之示範實施例之揭露僅為舉例。對本發明具有通常知識的業者，在本發明之思想與範圍內，當可作些許之修飾、變化、及附加，而此修飾、變化、及附加應仍屬後附之申請專利範圍。
10、510‧‧‧感測畫素電路
12、512‧‧‧光偵測器
14、514‧‧‧放電區
20‧‧‧LCD畫素
100‧‧‧畫素電路
200‧‧‧掃描驅動區
300‧‧‧資料驅動區
400‧‧‧時序控制區
500‧‧‧畫素區
520‧‧‧紅色有機發光二極體OLED畫素
530‧‧‧綠色有機發光二極體OLED畫素
540‧‧‧藍色有機發光二極體OLED畫素
CS、CST、CSR、CSG、CSB、CR、CG、CB‧‧‧電容器
D、D2‧‧‧二極體
Data‧‧‧資料線
em‧‧‧控制訊號
ELVDD‧‧‧電源線
LC、LCR、LCG、LCB‧‧‧液晶單元
N1‧‧‧節點
OLED‧‧‧有機發光二極體
P1、P2、P3、P4、P12、P13、PR、PG、PB‧‧‧薄膜電晶體TFT
PRE‧‧‧預充電訊號
RST、RWS、REF‧‧‧控制線
Scan‧‧‧掃描線
T1、T2、T3、TR、TG、TB‧‧‧電晶體
T1R、T1G、T1B、T3R、T3G、T3B‧‧‧開關電晶體
T2R、T2G、T2B‧‧‧驅動電晶體
VCOM‧‧‧共同電壓
VPRE‧‧‧預充電之電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
Vth‧‧‧臨界電壓
△V‧‧‧電壓差
△mob‧‧‧移動度差
圖1是目前使用於主動矩陣式液晶顯示器AMLCD之液晶顯示器之畫素結構的電路圖。
圖2是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能之平面顯示裝置用畫素電路的電路圖。
圖3是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能之平面顯示裝置之畫素電路的操作概念圖。
圖4是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能之平面顯示裝置之畫素電路之感測模式的操作時序圖。
圖5是依照本發明第一實施例之具有影像掃描功能之平面顯示裝置用感測畫素電路，其形成於各單元畫素的電路圖。
圖6是圖5畫素電路之佈局圖。
圖7是依照本發明其他實施例之平面顯示裝置用畫素電路的電路圖。
圖8是圖7畫素電路之顯示與感測模式之操作時序圖。
圖9是圖7畫素電路之操作概念圖。
圖10是依照本發明第一實施例之圖5感測畫素電路之 模擬結果。
圖11是依照本發明第一實施例之圖5感測畫素電路之輸出電壓的波形圖。
圖12至圖16顯示各畫素電路之類別，隨著亮度的變化輸出電壓變化量△V的坐標圖。
圖17是針對5吋VGA與7吋VGA，按照各種不同型之畫素電路，隨著光的亮度檢測出來之輸出電壓變化量△V的坐標圖。
圖18是依照本發明第一實施例之平面顯示裝置的區塊圖。

Claims (24)

  1. 一種具有感測畫素電路的畫素電路，包括：電容器；光偵測器，響應於控制線之訊號，當順向偏壓時，以第一電壓對該電容器進行充電，而當逆向偏壓時，在積分期間內，將該電容器內已充電之第一電壓進行第一放電；以及放電區，在該積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電，而將第一取樣電壓提供至輸出節點，並且，該第二放電進行後，以該預充電之電壓，將第二預充電之資料線電壓進行第三放電，而將第二取樣電壓提供至該輸出節點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，該畫素電路檢測出該第一取樣電壓與該第二取樣電壓之間的差值，而執行感測操作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中放電區，在該積分期間以後，以該預充電之電壓，對該資料線進行第一預充電時，響應於透過該掃描線傳送之掃描線訊號，將該第一預充電之資料線電壓，進行第二放電至該掃描線，而將該第一取樣電壓提供至輸出節點，並且，該第二放電進行後，以該預充電之電壓，對該資料線進行第二預充電時，響應於該掃描線訊號，將該第二預充電之資料線電壓，進行第三放電至該掃描線，而將該第二取樣電壓提供至該輸出節點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，該放電區更包括：第一個電晶體，具有與該掃描線耦接之第一電極、與該電容器之一端耦接的控制電極；以及第二電晶體，具有與該第一個電晶體之第二電極耦接之第一電極、與該掃描線耦接之控制電極、以及與該輸出節點和該資料線耦接之第二電極。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中該放電區更包括：第一電晶體，在進行該第二放電及該第三放電時，作為源極隨耦器而操作；以及第二電晶體，其響應於透過掃描線傳送之掃描線訊號，而進行切換操作。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中該第一電晶體及該第二電晶體，為低溫多晶矽之P型薄膜電晶體TFT。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中該光偵測器是p-i-m二極體，當逆向偏壓時，流過相對應於外部光之強度的光漏電流，將電容器內充電之第一電壓，在該積分期間內進行第一放電。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中所述畫素電路包含以紅色畫素、綠色畫素及藍色畫素而構成之單元畫素。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的 畫素電路，其中所述畫素電路包含紅色畫素、或綠色畫素或藍色畫素的其中一個畫素。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中畫素電路更包括畫素，該畫素為與該資料線和該掃描線耦接，並響應於透過該資料線而轉送之影像訊號，而藉由發光元件，執行顯示操作。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中該畫素是主動矩陣式液晶顯示器(Active Matrix Liquid Crystal Display，AMLCD)畫素。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中電容器與共同電源電壓電性耦接，而該共同電源電壓是與該主動矩陣式液晶顯示器AMLCD畫素之液晶單元電性耦接。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中該畫素是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)畫素。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中該電容器與電源電壓線電性耦接，而該電源電壓線供給電源電壓至所述有機發光二極體OLED畫素。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之具有感測畫素電路的畫素電路，其中與第N條(N為自然數)掃描線耦接之畫素為執行發光操作，而與第N+1條掃描線耦接之感測畫素電路為執行感測操作。
  16. 一種顯示裝置，包括：掃描線，傳送掃描線訊號；資料線，傳送影像訊號；掃描驅動區，控制該掃描線；資料驅動區，驅動該資料線；以及感測畫素電路，與該掃描線和該資料線電性耦接並執行感測操作，其中該感測畫素電路更包括：電容器；光偵測器，響應於控制線之訊號，當順向偏壓時，以第一電壓對該電容器進行充電，當逆向偏壓時，在積分期間內，將該電容器內已充電之第一電壓進行第一放電；以及放電區，在該積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電，而將第一取樣電壓提供至輸出節點，並且該第二放電進行後，以該預充電之電壓，將第二預充電之資料線電壓進行第三放電，而將第二取樣電壓提供至所述輸出節點。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之顯示裝置，其中該畫素電路檢測出該第一取樣電壓與該第二取樣電壓之間的差值，而執行感測操作。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之顯示裝置，其中畫素電路更包括：畫素，該畫素與該資料線和該掃描線耦接，並響應於 透過該資料線而傳送之影像訊號，而藉由發光元件執行顯示操作；以及時序控制區，控制該掃描驅動區和該資料驅動區。
  19. 一種畫素電路的操作方法，該畫素電路具有與掃描線及資料線電性耦接之感測畫素電路，該操作方法包括：在該感測畫素電路，與控制線電性耦接之光偵測器，響應於該控制線之訊號，以第一電壓對電容器進行充電；在該感測畫素電路之光偵測器，將該電容器內已充電之第一電壓，在積分期間內進行第一放電；在該感測畫素電路，在該積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電，而提供第一取樣電壓；在該感測畫素電路，進行該第二放電後，以該預充電之電壓，將預充電之資料線電壓進行第三放電，而提供第二取樣電壓；以及在該感測畫素電路，檢測出該第一取樣電壓與該第二取樣電壓之間的差值，執行感測操作。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之畫素電路的操作方法，其中在該感測畫素電路，該積分期間以後，以預充電之電壓，將第一預充電之資料線電壓進行第二放電，而提供第一取樣電壓之步驟為，該積分期間以後，以該預充電之電壓，將該資料線進行第一預充電時，響應於透過該掃描線傳送之掃描線訊號，將該第一預充電之資料線電壓，進行第二放電至該掃描線，而提供該第一取樣電壓。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之畫素電路的操作方法，其中在該感測畫素電路，進行該第二放電後，以該預充電之電壓，將第二預充電之資料線電壓，進行第三放電，而提供第二取樣電壓之步驟為，進行該第二放電後，以該預充電之電壓，對該資料線進行第二預充電時，響應於該掃描線訊號，將該第二預充電之資料線電壓，進行第三放電至該掃描線，而提供該第二取樣電壓。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之畫素電路的操作方法，其中在該感測畫素電路之光偵測器，將該電容器內已充電之第一電壓，在積分期間內進行第一放電之步驟為，當該光偵測器為逆向偏壓時，相對應於外部光之強度的光漏電流，會流過該光偵測器，而將該電容器內已充電之第一電壓，在該積分期間內，進行第一放電。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之畫素電路的操作方法，其中該畫素電路之操作方法更包括，與該資料線和該掃描線耦接之畫素，響應於透過該資料線而傳送之影像訊號，藉由發光元件，執行顯示操作。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之畫素電路的一種操作方法，其中與第N條(N為自然數)掃描線耦接之畫素執行發光操作，而與第N+1條掃描線耦接之感測畫素電路執行感測操作。
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