TWI489354B - 觸控模組的感光畫素電路 - Google Patents

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Description

觸控模組的感光畫素電路
本發明是有關於一種畫素電路，且特別是有關於一種觸控模組的感光畫素電路。
近年來，隨著資訊技術、無線行動通訊和資訊家電的快速發展與應用，為了達到更便利、體積更輕巧化以及更人性化的目的，許多資訊產品已由傳統之鍵盤或滑鼠等輸入裝置，轉變為使用觸控模組(Touch Module)作為輸入裝置。觸控模組依照感測形式的不同可大致上區分為電阻式觸控模組、電容式觸控模組、光學式觸控模組、聲波式觸控模組以及電磁式觸控模組。
在內建於顯示面板的光學式觸控模組中，其透過配置感光元件(如光敏二極體或光敏電晶體)於畫素中而形成感光畫素。一般而言，感光元件的電流會對應光線的強弱而不同，因此可透過電容充電方式來偵測感光元件是否被遮住(亦即被觸控)，進而判斷出觸控點。然而，若使用的電容值過大，則感光畫素的偵測時間會被拉長；若使用的電容值過小，則感光畫素的偵測結果會 受感光元件的漏電流所影響。因此，為了提升觸控效能，感光畫素電路的改善則成為一個重點。
本發明提供一種觸控模組的感光畫素電路，可提高觸控模組的感測速度及感測敏感度。
本發明的觸控模組的感光畫素電路，包括一輸出電晶體及一光線偵測單元。輸出電晶體具有一第一源/汲極端、一第二源/汲極端及一第一控制端，其中第一源/汲極端接收一參考信號，第一控制端接收一光偵測電壓，並且第二源/汲極端提供一觸控電壓。光線偵測單元電性連接輸出電晶體的第一控制端，且接收一觸控掃描信號，以依據觸控掃描信號偵測一第一光線的強度且對應地提供光偵測電壓。
在本發明的一實施例中，上述的光線偵測單元包括一第一光敏電晶體及一分壓電晶體。第一光敏電晶體具有一第三源/汲極端、一第四源/汲極端及一第二控制端，用以感測第一光線，其中第三源/汲極端接收觸控掃描信號，第二控制端電性連接第四源/汲極端，並且第四源/汲極端提供光偵測電壓。分壓電晶體具有一第五源/汲極端、一第六源/汲極端及一第三控制端，其中第五源/汲極端電性連接第四源/汲極端，第三控制端電性連接第六源/汲極端，並且第六源/汲極端接收一系統低電壓。
在本發明的一實施例中，分壓電晶體為一第二光敏電晶 體，用以感測一第二光線，其中第二光線不同於第一光線。
在本發明的一實施例中，當第一光線為一紅外線光及一紫外線光的其中之一時，第二光線為一環境光。
在本發明的一實施例中，當第一光線為一綠色光線、一紅色光線及一藍色光線的其中之一時，第二光線為綠色光線、紅色光線及藍色光線的其中另一或其餘光線。
在本發明的一實施例中，觸控模組的感光畫素電路，更包括一第一開關電晶體。第一開關電晶體具有一第七源/汲極端、一第八源/汲極端及一第四控制端，其中第七源/汲極端電性連接第二源/汲極端以接收觸控電壓，第四控制端接收一閘極控制信號，並且第八源/汲極端電性連接一觸控資料線。
在本發明的一實施例中，觸控模組的感光畫素電路，更包括一第二開關電晶體。第二開關電晶體具有一第九源/汲極端、一第十源/汲極端及一第五控制端，其中第九源/汲極端電性連接第二源/汲極端以接收觸控電壓，第五控制端接收觸控掃描信號，並且第十源/汲極端電性連接一觸控資料線。
在本發明的一實施例中，參考信號具有一固定電壓。
在本發明的一實施例中，參考信號為觸控掃描信號。
在本發明的一實施例中，觸控掃描信號為一脈波信號。
在本發明的一實施例中，第一光線為一紅外線光、一綠色光線、一紅色光線、一藍色光線及一紫外線光的其中之一。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
Gn‧‧‧閘極控制信號
LSR‧‧‧光線偵測單元
MO、MOa‧‧‧輸出電晶體
MS、MSa‧‧‧開關電晶體
SDT‧‧‧觸控資料線
Sn‧‧‧觸控掃描信號
SPX1~SPX6‧‧‧感光畫素電路
TOP‧‧‧光敏電晶體
TS、TE‧‧‧時間
TVD‧‧‧分壓電晶體
VA‧‧‧觸控電壓
VH、VHa、VHb‧‧‧系統高電壓
VL、VLa、VLb‧‧‧系統低電壓
VLS‧‧‧光偵測電壓
VLT、VAM、VDK‧‧‧電壓
圖1A為依據本發明第一實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。
圖1B為依據本發明一實施例的感光畫素電路的驅動波形示意圖。
圖2為依據本發明第二實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。
圖3A為依據本發明第三實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。
圖3B為依據本發明另一實施例的感光畫素電路的驅動波形示意圖。
圖4為依據本發明第四實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。
圖5為依據本發明第五實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。
圖6為依據本發明第六實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。
圖1A為依據本發明第一實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。請參照圖1A，在本實施例中，感光畫素電路SPX1包括輸出電晶體MO及光線偵測單元LSR，並且光線偵測單元LSR例如包括光敏電晶體TOP及分壓電晶體TVD，其中分壓電晶體TVD可以是具有感光性的電晶體(如光敏電晶體)或不具有感光性的電晶體。
輸出電晶體MO的汲極(對應第一源/汲極端)接收系統高電壓VH(對應具有固定電壓的參考信號)，輸出電晶體MO的源極(對應第二源/汲極端)電性連接觸控資料線SDT以提供觸控電壓VA，輸出電晶體MO的閘極(對應第一控制端)接收光偵測電壓VLS。
光敏電晶體TOP的汲極(對應第三源/汲極端)接收觸控掃描信號Sn，光敏電晶體TOP的源極(對應第四源/汲極端)電性連接光敏電晶體TOP的閘極(對應第二控制端)且提供光偵測電壓VLS，其中光敏電晶體TOP用以感測具有特定波長的光線(對應第一光線)，例如紅外線光、綠色光線、紅色光線、藍色光線或紫外線光，並且光線的濾除可透過彩色濾光片(color filter)來達成。
分壓電晶體TVD的汲極(對應第五源/汲極端)電性連接光敏電晶體TOP的源極，分壓電晶體TVD的源極(對應第六源/汲極端)電性連接分壓電晶體TVD的閘極(對應第三控制端)且接收系統低電壓VL。
依據上述，光線偵測單元LSR電性連接輸出電晶體MO 的閘極，且接收觸控掃描信號Sn，以依據觸控掃描信號Sn偵測特定波長的光線的強度且對應地提供光偵測電壓VLS。
圖1B為依據本發明一實施例的感光畫素電路的驅動波形示意圖。請參照圖1A及圖1B，在本實施例中，觸控電壓VA的實線所示波形為對應接收到環境光的狀況，觸控電壓VA的上方虛線所示波形為對應接收到較多特定波長光線的狀況，觸控電壓VA的下方虛線所示波形為對應未接收到光線的狀況。其中，觸控掃描信號Sn例如為脈波信號，並且系統高電壓VHa可以相同於系統高電壓VH，系統低電壓VLa可以相同於系統低電壓VL，但本發明實施例不以此為限。
當觸控掃描信號Sn為致能時(即觸控掃描信號Sn為系統高電壓VHa)，光偵測電壓VLS會因為光敏電晶體TOP與分壓電晶體TVD的分壓而提升，以致於輸出電晶壓MO會導通。此時，系統高電壓VH會對輸出電晶體MO的源極進行充電，以致於觸控電壓VA會上升。並且，感光畫素電路SPX1可視為處於掃描狀態。
當光敏電晶體TOP接收到環境光中特定波長的光線時，光敏電晶體TOP會產生電流(在此為漏電流)，亦即光敏電晶體TOP會產生跨壓(即汲極與源極之間的電壓)，而分壓電晶體TVD的跨壓會作為光偵測電壓VLS，以使觸控電壓VA會逐漸上升。當光敏電晶體TOP接收到較多的特定波長的光線時(如被光筆所照射)，光敏電晶體TOP的電流(在此為漏電流)會增加，亦即光 敏電晶體TOP的跨壓(即汲極與源極之間的電壓)會降低，並且分壓電晶體TVD的跨壓會增加，以致於光偵測電壓VLS會較高，亦即觸控電壓VA的上升速度較快。再者，當光敏電晶體TOP未接收到特定波長的光線或接收的光量較低時，光敏電晶體TOP的電流(在此為漏電流)會減少，亦即光敏電晶體TOP的跨壓(即汲極與源極之間的電壓)會增加，並且分壓電晶體TVD的跨壓會減少，以致於光偵測電壓VLS會較低，亦即觸控電壓VA的上升速度較慢。
在本實施例中，觸控掃描信號Sn為禁能的期間(亦即觸控掃描信號Sn為系統低電壓VLa的期間)，光偵測電壓VLS會接近系統低電壓系統低電壓VL，以致於輸出電晶體MO不會導通。此時，感光畫素電路SPX1可視為處於閒置狀態。因此，觸控電壓VA的充電是執行於觸控掃描信號Sn為致能的期間(亦即觸控掃描信號Sn為系統高電壓VHa的期間)，亦即時間TS至時間TE之間。依據圖1B所示，當觸控電壓VA結束充電時，觸控電路(未繪示)可偵測到電壓VLT、VAM或VDK，以判斷感光畫素電路SPX1是否被觸控。藉此，可提高觸控模組(未繪示)的感測速度及感測敏感度。
在上述實施例中，若分壓電晶體TVD是不具有感光性的電晶體，則可透過黑矩陣(BM)來遮罩分壓電晶體TVD，以使分壓電晶體TVD不受任何光線所影響。反之，若分壓電晶體TVD是具有感光性的電晶體(如光敏電晶體)，則可透過彩色濾光片 (color filter)來進行光線的濾除，以致於分壓電晶體TVD可用以感測具有另一特定波長的光線(對應第二光線)，亦即不同於光敏電晶體TOP所感測的光線。進一步來說，當光敏電晶體TOP感測的光線為綠色光線、紅色光線及藍色光線的其中之一時，分壓電晶體TVD感測的光線可以是綠色光線、紅色光線及藍色光線的其中另一或其餘光線；當光敏電晶體TOP感測的光線為紅外線光及紫外線光的其中之一時，分壓電晶體TVD感測的光線可以環境光(如白光)。藉此，可對環境光的部分進行補償。
圖2為依據本發明第二實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。請參照圖1A及圖2，在本實施例中，感光畫素電路SPX2大致相同於感光畫素電路SPX1，其不同之處在於輸出電晶體MOa的汲極接收觸控掃描信號Sn，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。並且，感光畫素電路SPX2的電路運作亦大致相同於感光畫素電路SPX1的電路運作，在此則不再贅述。
圖3A為依據本發明第三實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。請參照圖1A及圖3A，在本實施例中，感光畫素電路SPX3大致相同於感光畫素電路SPX1，其不同之處在於感光畫素電路SPX3更包括開關電晶體MS，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。開關電晶體MS的汲極(對應第七源/汲極)端)電性連接輸出電晶體MO的源極以接收觸控電壓VA，開關電晶體MS的源極(對應第八源/汲極端)電性連接觸控資料線SDT，開關電晶體MS的閘極(對應第四控制端)接收閘極控制信號Gn， 其中輸出電晶體MO提供的觸控電壓VA會透過開關電晶體MS傳送至觸控資料線SDT。
圖3B為依據本發明另一實施例的感光畫素電路的驅動波形示意圖。請參照圖3A及圖3B，在本實施例中，閘極控制信號Gn例如為脈波信號，並且閘極控制信號Gn的時序相同於觸控掃描信號Sn，其中系統高電壓VHb及系統低電壓VLb分別相同於系統高電壓VHa及系統低電壓VLa，但本發明實施例不以此為限。
依據上述，當系統高電壓VH對輸出電晶體MO的源極進行充電時，觸控電壓VA會同時輸出至觸控資料線SDT。當觸控電壓VA結束充電時，觸控電路(未繪示)可透過觸控資料線SDT接收到電壓準位為電壓VLT、VAM或VDK的觸控電壓VA，以判斷感光畫素電路SPX3是否被觸控。
圖4為依據本發明第四實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。請參照圖3A及圖4，在本實施例中，感光畫素電路SPX4大致相同於感光畫素電路SPX3，其不同之處在於輸出電晶體MOa的閘極接收觸控掃描信號Sn，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。並且，感光畫素電路SPX4的電路運作亦大致相同於感光畫素電路SPX3的電路運作，在此則不再贅述。
圖5為依據本發明第五實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。請參照圖3A及圖5，在本實施例中，感光畫素電路SPX5大致相同於感光畫素電路SPX3，其不同之處在於開關 電晶體MSa(對應第二開關電晶體)的閘極接收觸控掃描信號Sn，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。並且，感光畫素電路SPX5的電路運作亦大致相同於感光畫素電路SPX3的電路運作，在此則不再贅述。
圖6為依據本發明第六實施例的觸控模組的感光畫素電路的電路示意圖。請參照圖3A及圖6，在本實施例中，感光畫素電路SPX6大致相同於感光畫素電路SPX3，其不同之處在於輸出電晶體MOa的閘極接收觸控掃描信號Sn，以及開關電晶體MSa(對應第二開關電晶體)的閘極接收觸控掃描信號Sn，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。並且，感光畫素電路SPX6的電路運作亦大致相同於感光畫素電路SPX3的電路運作，在此則不再贅述。
綜上所述，本發明實施例的觸控模組的感光畫素電路，其光線偵測單元依據特定波長的光線的強度提供光偵測電壓，以控制輸出電晶體所提供的觸控電壓的充電速度。因此，可提高觸控模組的感測速度及感測敏感度。並且，光線偵測單元可利用兩個光敏電晶體分別偵測不同波長的光線，並且透過這兩個光敏電晶體進行分壓而產生光偵測電壓，藉此可對環境光的部分進行補償。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍 當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
LSR‧‧‧光線偵測單元
MO‧‧‧輸出電晶體
SDT‧‧‧觸控資料線
Sn‧‧‧觸控掃描信號
SPX1‧‧‧感光畫素電路
TOP‧‧‧光敏電晶體
TVD‧‧‧分壓電晶體
VA‧‧‧觸控電壓
VH‧‧‧系統高電壓
VL‧‧‧系統低電壓
VLS‧‧‧光偵測電壓

Claims (11)

  1. 一種觸控模組的感光畫素電路，包括：一輸出電晶體，具有一第一源/汲極端、一第二源/汲極端及一第一控制端，該第一源/汲極端接收一參考信號，該第一控制端接收一光偵測電壓，並且該第二源/汲極端提供一觸控電壓；以及一光線偵測單元，電性連接該輸出電晶體的該第一控制端，且接收一觸控掃描信號，以依據該觸控掃描信號偵測一第一光線的強度且對應地提供該光偵測電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模組的感光畫素電路，其中該光線偵測單元包括：一第一光敏電晶體，具有一第三源/汲極端、一第四源/汲極端及一第二控制端，用以感測該第一光線，其中該第三源/汲極端接收該觸控掃描信號，該第二控制端電性連接該第四源/汲極端，並且該第四源/汲極端提供該光偵測電壓；以及一分壓電晶體，具有一第五源/汲極端、一第六源/汲極端及一第三控制端，其中該第五源/汲極端電性連接該第四源/汲極端，該第三控制端電性連接該第六源/汲極端，並且該第六源/汲極端接收一系統低電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的觸控模組的感光畫素電路，其中該分壓電晶體為一第二光敏電晶體，用以感測一第二光線，其中該第二光線不同於該第一光線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的觸控模組的感光畫素電路， 其中當該第一光線為一紅外線光及一紫外線光的其中之一時，該第二光線為一環境光。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的觸控模組的感光畫素電路，其中當該第一光線為一綠色光線、一紅色光線及一藍色光線的其中之一時，該第二光線為該綠色光線、該紅色光線及該藍色光線的其中另一或其餘光線。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模組的感光畫素電路，更包括：一第一開關電晶體，具有一第七源/汲極端、一第八源/汲極端及一第四控制端，其中該第七源/汲極端電性連接該第二源/汲極端以接收該觸控電壓，該第四控制端接收一閘極控制信號，並且該第八源/汲極端電性連接一觸控資料線。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模組的感光畫素電路，更包括：一第二開關電晶體，具有一第九源/汲極端、一第十源/汲極端及一第五控制端，其中該第九源/汲極端電性連接該第二源/汲極端以接收該觸控電壓，該第五控制端接收該觸控掃描信號，並且該第十源/汲極端電性連接一觸控資料線。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模組的感光畫素電路，其中該參考信號具有一固定電壓。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模組的感光畫素電路，其中該參考信號為該觸控掃描信號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模組的感光畫素電路，其中該觸控掃描信號為一脈波信號。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模組的感光畫素電路，其中該第一光線為一紅外線光、一綠色光線、一紅色光線、一藍色光線及一紫外線光的其中之一。
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