TWI484464B - 光感測裝置 - Google Patents

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TWI484464B
TWI484464B TW102106310A TW102106310A TWI484464B TW I484464 B TWI484464 B TW I484464B TW 102106310 A TW102106310 A TW 102106310A TW 102106310 A TW102106310 A TW 102106310A TW I484464 B TWI484464 B TW I484464B
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Inventor
Yung Da Chen
Yueh Hung Chung
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Au Optronics Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4204—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors with determination of ambient light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor

Description

光感測裝置
本發明係關於一種光感測裝置，特別是一種把具有不同特徵值之光感測單元對應連接到相鄰讀取線之光感測裝置。
請參閱第1圖。第1圖為現行之光感測模組100之示意圖。光感測模組100包含有光感測單元102、讀取單元104以及儲電單元106。光感測單元102係連接到具有一預定準位(如5伏特)之電壓Vg的控制線107，而讀取單元104則是連接到讀取線108以輸出讀取電壓(Vout)。光感測單元102之另一端會連接到另外一預定準位的電壓(如Vs)之掃描訊號。讀取單元104同樣連接到另外一條可以具有電壓Vg的控制線112，且儲電單元106則電連接到光感測單元102以及讀取單元104。讀取單元104係早於光感測單元102被開啟，也就是說當控制線107開啟光感測單元102之前控制線112會先開啟讀取單元104。
當光感測單元102被開啟時，重置訊號線(未繪示)之電壓會對包含有電容C的儲電單元106充電，使得此電容C會有一對應之電壓位準(Va)。電容C係連接到一直流電壓(未繪示)，而電容C在光感測單元102接收到不同強度之光線時，該電壓位準會因為漏電流(current leakage)的關係有不同之下降幅度。因為此下降幅度而影響之新的電容C之電壓位準則是 在讀取單元104被開啟時被讀出到讀取線108。讀取線108係連接到讀取電路(未繪示)，而此讀取電路係依據讀取線104所讀取之電容C之電壓位準判斷光感測模組100所接收到之光線的強弱。
光感測模組100可能包含有複數個前述之光感測單元102，且每一光感測單元係對應到一條前述之讀取線108。由於光感測模組所接收到的光線可能會被超過一個光感測單元所接收，使得複數條讀取線108都會反映對應之電容C的電壓位準之變化。所以，光感測模組之讀取線108會與差動放大器(differential amplifier)連接，以判斷由讀取線108所定義之光感測模組區域。如前所述，由於光線會被至少一個相鄰光感測單元102所接收，如何增加光感測模組100判斷接收到光線之區域的敏感度實為本發明欲改善的課題之一。
本發明揭露了一種光感測裝置。此光感測裝置包含複數掃描線包含複數第一掃描線與複數第二掃描線、複數感應線、複數讀取線、以及複數個光感測模組電連接於對應之該些掃描線。每一光感測模組包含有第一光感測單元與第二光感測單元。每一第一光感測單元與第二光感測單元包含至少一感應單元、儲電單元以及讀取單元。感應單元具有第一端電連接至對應之感應線、第二端、以及控制端電連接至對應之掃描線。讀取單元具有第一端、第二端，電連接至對應之讀取線以及控制端電連接至對應之掃描線。光感測模組另外包含複數個差動放大器電連接於對應之讀取線，計算讀取線間之差異值用來指出該光感測模組之一環境光變化。第一光感測單元的感應單元的第一電晶體與第二光感測單元的感應單元之第一 電晶體具有不同的電晶體通道寬度(channel width)。
以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
100、300、500、600、700‧‧‧光感測模組
102、212、214、216、218、222、224、305、312、402、404、406、408、412、414、502、602、702‧‧‧光感測單元
104、308、316、506、606、706‧‧‧讀取單元
106、306、314、504、604、704‧‧‧儲電單元
107、112‧‧‧控制線
108‧‧‧讀取線
204‧‧‧閘極驅動晶片
206‧‧‧觸控掃描驅動電路
208‧‧‧感測電路
317、335、508、512、514、516、608、612、708、712、714‧‧‧電 晶體
318、328、336、342、518、614、716‧‧‧第一端
322、332、338、344、526、616、717‧‧‧第二端
324、334、340、346、524、618、718‧‧‧控制端
326‧‧‧共電壓端
348‧‧‧差動放大器
第1圖為現行光感測模組的示意圖。
第2圖依據本發明一實施例之一顯示感應裝置之簡單方塊圖。
第3圖為依據本發明一實施例之光感測模組之簡單電路圖。
第4圖為當發生環境光變化時依據本發明一實施例之光感測單元所對應之讀取線的輸出之示意圖。
第5圖為依據本發明之一實施例的光感測單元之簡單電路圖。
第6圖為依據本發明之一實施例的光感測單元之簡單電路圖。
第7圖為依據本發明之一實施例的光感測單元700之簡單電路圖。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本 發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參閱第2圖，第2圖為依據本發明之一實施例之一顯示感應裝置200的簡單方塊圖。此顯示感應裝置200包含有閘極驅動電路(gate IC)204、觸控掃描驅動電路(touch scan IC)206、感測電路(sensor IC)208以及一光感測模組202。光感測模組202包含複數個光感測單元212-224。光感測單元212-224係分別電連接到閘極驅動晶片204以及觸控掃描驅動電路206。每一光感測單元212-224係與讀取線R1-R6其中之一電連接。舉例來說，光感測單元212係對應連接到讀取線R1而光感測單元214則對應連接到讀取線R2。因此，讀取線R1-R6可以基於所接收到的電流而能感測到光感測單元212-224所接收之環境光的變化。
相鄰光感測單元212-224係具有不同之特徵值。舉例來說，光感測單元212以及214係由不同電晶體通道寬度(channel width)之電晶體組成。明確地說，光感測單元212組成電晶體之通道寬度為100微米(micro meters)，而光感測單元214組成電晶體之通道寬度可能是10微米。同樣的道理，光感測單元216組成電晶體之通道寬度可能是100微米，而同樣相鄰於此光感測單元216之另一光感測單元218可能選用10微米通道寬度的電晶體。在某一實施例中，光感測單元212、216以及222係由相同之電晶體通道寬度(舉例來說，100微米)之電晶體組合而成而光感測單元214、218與224則是由另外相同電晶體通道寬度(舉例來說，10微米)之電晶體組合而成。光感測單元212-224方塊中的數字係代表其所分別採用之電晶體的通道寬度(以微米為單位)。
具有不同特徵值之光感測單元212-224在另一實施例中可能 為讓每一相鄰光感測單元(舉例來說，光感測單元212以及214)中所選用之電晶體之導通電壓(Vgs)不同。除此之外，雖然每一光感測單元212-224可能選用單一電晶體而實施，然而選用複數個電晶體之組合以達到不同電晶體通道寬度之目的，同樣可以為實施本發明光感測單元的變化實施例之一。
請合併參閱第2圖及第3圖。第3圖說明一光感測模組300之依據本發明之一實施例的簡單電路圖。光感測模組300包含第一光感測單元302以及第二光感測單元304。第一光感測單元302包含感應單元305、儲電單元306以及讀取單元308。而第二光感測單元304相似地包含感應單元312、儲電單元314以及讀取單元316。第一光感測單元302之感應單元305包含第一端318連接至一感應線(Sn+1)、第二端322以及控制端324連接至掃描線(Gn+1)。儲電單元306連接至感應單元305的第二端322以及一共電壓端326(Vc)，而讀取單元308同樣包含有第一端328連接至儲電單元306、第二端332連接至讀取線(R1)以及控制端334連接至另一掃描線(Gn)。
感應單元305包含電晶體317，電晶體317之第一端可為感應單元305之第一端318，電晶體317之第二端為感應單元305之第二端322，而電晶體317之控制端可為感應單元305之控制端324。
感應單元312同樣包含第一端336連接至感應線(Sn+1)、第二端338以及控制端340連接至掃描線(Wn+1)。儲電單元314係連接至感應單元312的第二端338以及共電壓端326(Vc)，而讀取單元316包含第一端342連接至儲電單元314、第二端344連接至另一讀取線(R2)以及控制端346連接至另一掃描線(Gn)。
感應單元312在一實施例中係由另外電晶體335所組成。此 電晶體335之第一端即為感應單元312之第一端336，此電晶體335之第二端為感應單元312之第二端338，而此電晶體335之控制端可為感應單元335之控制端340。
掃描線(Gn+1)與掃描線(Wn+1)可提供不同之低位準(logic low)電壓。舉例來說，掃描線(Gn+1)提供-6伏特之低位準電壓，而掃描線(Wn+1)對應之低位準電壓為-9伏特。而掃描線(Gn+1)以及掃描線(Wn+1)均可提供相同之高位準電壓。
使電晶體317與電晶體335的控制端透過掃描線(Gn+1)以及掃描線(Wn+1)分別連接到不同低位準電壓，可使得電晶體317與電晶體335的閘極與源極間存在不同之電位差。
光感測模組300另外包含差動放大器348電連接於對應之該些讀取線R1與R2。差動放大器348具有兩個輸入端，正輸入端(+)與負輸入端(-)分別電連接至第一光感測單元302對應之讀取線R1與該第二光感測單元304對應之讀取線R2，以計算讀取線R1與R2間之差異值。此差異值可以用來指出光感測模組300之環境光變化。
第一光感測單元302之感應單元305與第二光感測單元304之感應單元312可由不同通道寬度之電晶體組成。舉例來說，感應單元305之組成電晶體(如電晶體317)的通道寬度可為100微米，而感應單元312之組成電晶體(如電晶體335)的通道寬度可為10微米。
當感應單元305與被312被開啟時，儲電單元306與314的電容(C1)都會被充電，而儲存在電容C1中之電荷會因為感應單元305與312接收到光線之照射(或是環境光之變化)而產生有漏電流之情況。當感應單元 305與312之組成電晶體的通道寬度越大時，所產生之漏電流值越大，使得電容C1的電壓位準(如第1圖之Va)下降幅度越大。換句話說，當第一光感測單元302之感應單元305的組成電晶體的通道寬度總合越寬時，在有環境光變化時的情況下位於相同光感測單元302之儲電單元306的Va值會小於另一具有較窄通道寬度之感應單元之光感測單元(如第二光感測單元304)的Va值。
上述之電壓位準(Va)會在讀取單元308與312被開啟時由讀取線R1與R2輸出到差動放大器348。因為感應單元305與312具備之不同通道寬度之電晶體的原因，輸出到差動放大器348之Va差異值會比感應單元305與312具有相同通道寬度之電晶體時更加明顯(或是說，差異值更大)。而此更明顯之差異將幫助光感測裝置(或是具有本發明光感測裝置之顯示感測裝置)更正確地偵測到發生環境光變化之位置/區域。
第3圖之電晶體317係被選擇成其控制端324與第一端318之電位差與所選擇之電晶體335的控制端340與第一端336之電位差不同。
第2圖所示之閘極驅動晶片204係電連接到第3圖之第一光感測單元302之感應單元305的控制端324與讀取單元308之控制端334。此閘極驅動晶片204係同樣電連接到第二光感測單元304之感應單元312之控制端340與讀取單元316之控制端346。閘極驅動晶片204可用來控制第一光感測單元302的該感應單元305之電晶體317的該控制端324與第一端318之電位差與該第二光感測單元304的該感應單元312之電晶體335的該控制端340與第一端336之電位差不同。不同感應單元305與312所包含之電晶體317與335可因為不同電位差而被開啟的設計，將有助於提升光感測 單元305與312對於環境光變化的敏感度。換句話說，因為電晶體317與335係在不同電位差之情況下會被開啟，在某些狀況下相同的光線將不會同時開啟電晶體317與335。如此一來，接收到光線之區域將能更精準地被確認。
請參閱第4圖，第4圖為當發生環境光變化時本發明之光感測單元所對應之讀取線的輸出之示意圖。假設光感測單元具有感應單元402-414，且感應單元402、406與412係由較大通道寬度(舉例來說，通道寬度等於100微米)之電晶體所組成，而感應單元404、408與414之組成電晶體的通道寬度(譬如說，十微米的通道寬度)係小於感應單元402、406與412之組成電晶體。當沒有環境光變化時(或是沒有光線被接收時)，感應單元402對應之讀取線的輸出(Va1)係大於感應單元404所對應之讀取線的輸出(Va2)。而當有環境光變化時(或是有光線被感應單元406與408接收時)，具有較大通道寬度電晶體之感應單元(這裡是感應單元406)其讀取線之輸出會從Va1下降到Va3，而感應單元408之讀取線輸出則僅由Va2下降到Va4。而沒有接收到光線的感應單元412與414其對應之讀取線輸出則維持在Va1以及Va2。
當因為不同通道寬度所產生之讀取線輸出差異越大時，第4圖所顯示關於讀取線輸出變化之波形可以指出是讀取線R3與R4對應之位置/區域有環境光變化之發生。
在本發明之實施例中，所謂環境光之變化包含光感測模組是否接收到一光筆光線，或是光感測模組是否被觸碰。
請參閱第5圖。第5圖為依據本發明之一實施例的光感測單 元500之簡單電路圖。光感測單元500包含有感應單元502、儲電單元504以及讀取單元506連接至讀取線R。設置於感應單元502與讀取單元506之間的儲電單元504與讀取單元506之實施可以參考第3圖之敘述。而感應單元502除了電晶體508之外，可包含電晶體512、電晶體514與電晶體516。
感應單元502包含第一端518連接至感應線(Sn+1)、第二端522以及控制端524連接至掃描線(Gn+1)。感應單元502之第一端518可視為電晶體508之第一端，感應單元502之第二端522為電晶體508之第二端，且感應單元502之控制端524等於是電晶體508之閘極端(gate)。電晶體512之第一端係為電晶體508之第二端522，電晶體512之第二端則連接到儲電單元504與讀取單元506。而電晶體512的控制端則為電晶體508之第一端518。
電晶體514與電晶體516之間的連接關係乃至於電晶體514與電晶體516本身與感應線(Sn+1)以及掃描線(Wn+1)的連接關係，可以參考上述電晶體508與第電晶體512之安排。然而，電晶體514與電晶體516的閘極端(或是控制端)係連接到掃描線(Wn+1)，掃描線(Wn+1)所提供之低位準電壓與掃描線(Gn+1)所提供之低位準電壓不同，儘管兩掃描線(Wn+1)與(Gn+1)係可提供相同的高位準電壓。光感測單元500的電晶體通道寬度係大致上相等於電晶體508、電晶體512、電晶體514與電晶體516個別電晶體通道寬度的總和。
請參閱第6圖。第6圖為依據本發明之一實施例的光感測單元600之簡單電路圖。光感測單元600包含有感應單元602、儲電單元604以及讀取單元606連接至讀取線R。設置於感應單元602與讀取單元606之 間的儲電單元604與讀取單元606之實施可以參考第3圖之敘述。而感應單元602除了電晶體608之外另外可包電晶體612。
電晶體608之第一端614係連接到感應線(Sn+1)，電晶體608之第二端616分別連接到儲電單元604與讀取單元606，電晶體608的閘極端618(或是說控制端)係連接到掃描線(Gn+1)。除了電晶體612係連接到具有不同低位準電壓提供之掃描線(Wn+1)以外，電晶體612的各端與儲電單元604、讀取單元606、感應線(Sn+1)以及掃描線之連接關係在本實施例中係與電晶體608相同。
光感測單元600之電晶體通道寬度係大致上相等於電晶體608跟電晶體612電晶體通道寬度的總和。
請參閱第7圖。第7圖為依據本發明之一實施例的光感測單元700之簡單電路圖。光感測單元700包含有感應單元702、儲電單元704以及讀取單元706連接至讀取線R。設置於感應單元702與讀取單元706之間的儲電單元704與讀取單元706之實施可以參考第3圖之敘述。而感應單元702除了電晶體708之外另外可包電晶體712以及電晶體714。
電晶體708之第一端716係連接到感應線(Sn+1)，電晶體708之第二端717分別連接到儲電單元704與讀取單元706，電晶體708的控制端718係連接到掃描線(Gn+1)。除了連接具有不同於掃描線(Gn+1)之低位準電壓提供的掃描線(Wn+1)外，電晶體712與電晶體714各端與儲電單元704、讀取單元706、感應線(Sn+1)以及掃描線之連接關係可以參考第5圖之電晶體508與512實施。光感測單元700之電晶體通道寬度係大致上相等於電晶體708、電晶體712以及電晶體714等效電晶體通道寬度的總和。不同數目 之電晶體的選用，以及所選用之電晶體的特徵尺寸差異，不同通道寬度之光感測單元/感應單元可因此被實施。
光感測單元/感應單元中所使用的電晶體之差異(包含其數目)將可差異化(differentiate)各光感測單元/感應單元，相對於僅僅使用不同導通電壓之電晶體的實施例，本實施例對於精確地偵測接收到光線的區域有更大的幫助
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
300‧‧‧光感測模組
302‧‧‧第一光感測單元
304‧‧‧第二光感測單元
305、312‧‧‧感應單元
306、314‧‧‧儲電單元
308、316‧‧‧讀取單元
317、335‧‧‧電晶體
318、328、336、342‧‧‧第一端
322、332、338、344‧‧‧第二端
324、334、340、346‧‧‧控制端
326‧‧‧共電壓端
348‧‧‧差動放大器

Claims (8)

  1. 一種光感測裝置，包含有：複數掃描線，包含複數第一掃描線以及複數第二掃描線；複數感應線；複數讀取線；複數光感測模組電連接於對應之掃描線，每一光感測模組包含有一第一光感測單元與一第二光感測單元，其中每一該第一光感測單元與該第二光感測單元包含：至少一第一電晶體，該第一電晶體之控制端電連接至對應之掃描線，該第一電晶體之第一端電連接於對應之感應線；一儲電單元，電連接該第一電晶體之第二端以及一共電壓端之間；以及一讀取單元，具有一第一端；一第二端，電連接至對應之讀取線；以及一控制端，電連接至對應之掃描線；以及複數個差動放大器電連接於對應之讀取線，每一差動放大器具有兩個輸入端，分別電連接至該第一光感測單元對應之讀取線與該第二光感測單元對應之讀取線，用以計算相關於該光感測模組之一環境光變化；其中該第一光感測單元的該至少一第一電晶體與該第二光感測單元的該至少一第一電晶體具有不同的等效電晶體通道寬度(channel width)。
  2. 如請求項第1項之光感測裝置，其中該第一光感測單元的該至少一第一電晶體之控制端與該至少一第一電晶體之第一端之電位差係不同於該第二光感測單元的該至少一第一電晶體之控制端與該至少一第一電晶體之第一端之電位差。
  3. 如請求項第1項之光感測裝置，該至少一第一電晶體數目實質上為兩個第一電晶體時，該些第一電晶體分別電連接至對應之第一掃描線以及對應之第二掃描線，其中該些第一掃描線的電壓位準不同於該些第二掃描線的電壓位準。
  4. 如請求項第1項之光感測裝置，其中該環境光變化包含有是否該光感測模組有接收到一光筆光線，或是該光感測模組是否被觸碰。
  5. 一種光感測裝置，包含有：複數掃描線，包含複數第一掃描線以及複數第二掃描線；複數感應線；複數讀取線；複數光感測模組電連接於對應之掃描線，每一光感測模組包含有一第一光感測單元與一第二光感測單元，其中每一該第一光感測單元與該第二光感測單元包含：至少一感應單元，該感應單元包含一第一電晶體以及一第二電晶體，該第一電晶體之控制端電連接至對應之掃描線，該第一電晶體之第一端電連接於對應之感應線，該第一電晶體之第二端電連接至第二電晶體之第一端，第二電晶體之控制端電連接於對應之感應 線；一儲電單元，電連接該第二電晶體之第二端以及一共電壓端之間；以及一讀取單元，具有一第一端；一第二端，電連接至對應之讀取線；以及一控制端，電連接至對應之掃描線；以及複數個差動放大器電連接於對應之讀取線，每一差動放大器具有兩個輸入端，分別電連接至該第一光感測單元對應之讀取線與該第二光感測單元對應之讀取線，用以計算相關於該光感測模組之一環境光變化；其中該第一光感測單元的該至少一感應單元與該第二光感測單元的該至少一感應單元具有不同的等效電晶體通道寬度(channel width)。
  6. 如請求項第5項之光感測裝置，其中該第一電晶體之電晶體通道寬度不同於該第二電晶體之電晶體通道寬度。
  7. 如請求項第5項之光感測裝置，其中該至少一感應單元數目實質上為兩個感應單元時，該些感應單元分別電連接至對應之第一掃描線以及對應之第二掃描線，其中該些第一掃描線的電壓位準不同於該些第二掃描線的電壓位準。
  8. 如請求項第5項之光感測裝置，其中該環境光變化包含有是否該光感測模組有接收到一光筆光線，或是該光感測模組是否被觸碰。
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