TWI529586B - 光感測電路及其觸控顯示面板 - Google Patents

Description

光感測電路及其觸控顯示面板

本發明是有關於一種感測電路，且特別是有關於一種光感測電路及其觸控顯示面板。

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，為了達到攜帶更便利、體積更輕巧化以及操作更人性化的目的，許多電子裝置已由傳統之鍵盤或滑鼠等輸入裝置，轉變為使用觸控面板(touch panel)作為輸入裝置。其中，顯示面板與觸控面板的結合使得人機介面的設計具有更高便利性。

當觸控面板與顯示面板以內建方式結合時，有助於減小電子裝置的體積並達到體積薄化的需求。因此，觸控面板內建於顯示面板的技術已逐漸地受到重視，而且將光學式觸控模組(optical touch module)直接內建至顯示面板以形成光學式觸控顯示面板(optical touch display panel)的技術也逐漸地成熟與穩定。

一般而言，內建在顯示面板中的光學式觸控面板具有多個以矩陣形式排列的光感測電路(photo sensing circuit)，藉以感 測是否有觸碰事件(touch event)發生。光感測電路會透過光電元件(如光電二極體、光電晶體)感測入射光的強度，再經由薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)轉換為電壓信號，以判斷光學式觸控面板是否有觸碰事件(touch event)發生。然而，薄膜電晶體在施加偏壓的情況下，會有劣化的現象，以致於薄膜電晶體的臨界電壓會改變。在臨界電壓改變的情況下，會影響觸碰事件的判斷，因此如何使薄膜電晶體可正常運作則成為設計光感測電路的一個重點。

本發明提供一種光感測電路及其觸控顯示面板，可避免光感測電路的因電晶體的臨界電壓的漂移造成運作異常。

本發明的光感測電路，包括一開關電晶體、一感光單元、一轉換電晶體及一電壓補償單元。開關電晶體具有一第一端、一第二端及一控制端，其中開關電晶體的第一端電性接收一觸控電壓，開關電晶體的第二端電性連接一讀取資料線，開關電晶體的控制端接收一第一閘極信號。感光單元接收一第一系統電壓及一第二閘極信號，且依據第二閘極信號輸出一光感測電壓。轉換電晶體具有一第一端、一第二端及一控制端，其中轉換電晶體的第一端接收一第二系統電壓，轉換電晶體的第二端提供觸控電壓，轉換電晶體的控制端接收光感測電壓。電壓補償單元接收一第三閘極信號，且電性連接感光單元及轉換電晶體的第二端，用以依 據第三閘極信號補償光感測電壓。

本發明的觸控顯示面板，包括多個掃描線、多個資料線、多個畫素、多個讀取資料線及多個如上所述的光感測電路。畫素電性連接對應的掃描線及對應的資料線。光感測電路，電性連接對應的掃描線及對應的讀取資料線，以輸出對應的觸控電壓。

在本發明的一實施例中，第一閘極信號的一第一致能期間早於第二閘極信號的一第二致能期間，第二閘極信號的第二致能期間早於第三閘極信號的一第三致能期間。

在本發明的一實施例中，補償後的光感測電壓等於轉換電晶體的一臨界電壓。

在本發明的一實施例中，電壓補償單元包括一調整電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中調整電晶體的第一端接收光感測電壓，調整電晶體的第二端電性連接轉換電晶體的第二端，調整電晶體的控制端接收第三閘極信號。

在本發明的一實施例中，光感測電路更包括一電容，電性連接於光感測電壓與一參考電壓之間。

在本發明的一實施例中，感光單元包括一第一光感測電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中第一光感測電晶體的第一端接收第一系統電壓，第一光感測電晶體的第二端輸出光感測電壓，第一光感測電晶體的控制端接收第二閘極信號。

感光單元包括一第二光感測電晶體及一第三光感測電晶體。第二光感測電晶體具有一第一端、一第二端及一控制端，其 中第二光感測電晶體的第一端接收第一系統電壓，第二光感測電晶體的控制端接收第二閘極信號。第三光感測電晶體具有一第一端、一第二端及一控制端，其中第三光感測電晶體的第一端電性連接收第二光感測電晶體的第二端，第三光感測電晶體的第二端輸出光感測電壓，第三光感測電晶體的控制端接收第二閘極信號。

在本發明的一實施例中，感光單元包括一第四光感測電晶體及一第五光感測電晶體。第四光感測電晶體具有一第一端、一第二端及一控制端，其中第四光感測電晶體的第一端接收第一系統電壓，第四光感測電晶體的控制端接收光感測電壓。第五光感測電晶體具有一第一端、一第二端及一控制端，其中第五光感測電晶體的第一端電性連接收第四光感測電晶體的第二端，第五光感測電晶體的第二端輸出光感測電壓，第五光感測電晶體的控制端接收第二閘極信號。

第一系統電壓為一系統高電壓，第二系統電壓為一系統低電壓。

基於上述，本發明實施例的光感測電路及其觸控顯示面板，電壓補償單元可依據第三閘極信號調整光感測電壓，因此可補償轉換電晶體的臨界電壓的漂移光，以致於感測電路仍可正常地偵測到光觸碰筆的觸碰。藉此，可避免光感測電路的因電晶體的臨界電壓的漂移造成運作異常。

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。

100‧‧‧觸控顯示面板

111‧‧‧掃描線

120‧‧‧資料線

130‧‧‧畫素

140‧‧‧讀取資料線

150、200、300、400、500‧‧‧光感測電路

151、151a~151c‧‧‧感光單元

153、153a‧‧‧電壓補償單元

CA‧‧‧電容

CLC‧‧‧液晶電容

CST‧‧‧儲存電容

F_n~F_n+1‧‧‧畫面期間

G_n~G_n+2‧‧‧閘極信號

OT1~OT5‧‧‧光感測電晶體

PS1~PS6‧‧‧脈波

TA‧‧‧開關電晶

TB‧‧‧轉換電晶體

TC‧‧‧調整電晶體

TD‧‧‧資料電晶體

Vcom‧‧‧共同電壓

VH‧‧‧系統高電壓

VL‧‧‧系統低電壓

VOP‧‧‧光感測電壓

VR‧‧‧參考電壓

Vt‧‧‧觸控電壓

圖1A為依據本發明一實施例的觸控顯示面板的系統示意圖。

圖1B為依據本發明的一實施例的光感測電路的操作波形示意圖。

圖2為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。

圖3為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。

圖4為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。

圖5為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。

圖1A為依據本發明一實施例的觸控顯示面板的系統示意圖。請參照圖1A，在本實施例中，觸控顯示面板100包括多個掃描線111、多個資料線120、多個畫素130、多個讀取資料線140(在此僅繪示單個以說明)、以及多個光感測電路150。其中，掃描線111分別接收一閘極信號(如G_n~G_n+2，n為一正整數)。並且，畫素130與光感測電路150的配置方式及比例為用以說明，此可依據本領域通常知識者自行設定，本發明實施例不以此為限。

畫素130電性連接對應的掃描線110及對應的資料線120，並且具有資料電晶體TD、儲存電容CST及液晶電容CLC。其中，資料電晶體TD的第一端電性連接對應的資料線120，資料 電晶體TD的控制端電性連接對應的掃描線110，儲存電容CST及液晶電容CLC電性連接於資料電晶體TD的第二端與共同電壓Vcom之間。

光感測電路150電性連接對應的掃描線110及對應的讀取資料線140以輸出對應的觸控電壓Vt，其中光感測電路150會對應地電性連接三條相鄰的掃描線110。光感測電路150包括開關電晶TA、轉換電晶體TB、感光單元151及電壓補償單元153。開關電晶體TA的第一端接收觸控電壓Vt，開關電晶體TA的第二端電性連接對應的讀取資料線140，開關電晶體TA的控制端電性連接對應的掃描線111以接收閘極信號G_n(對應第一閘極信號)。

感光單元151接收系統高電壓VH(對應第一系統電壓)，並且電性連接對應的掃描線111以接收閘極信號G_n+1(對應第二閘極信號)，其中感光單元151依據閘極信號G_n+1輸出光感測電壓VOP，亦即感光單元151會依據閘極信號G_n+1及環境光的強度決定光感測電壓VOP的電壓準位。轉換電晶體TB的第一端接收系統低電壓VL(對應第二系統電壓)，轉換電晶體TB的第二端提供觸控電壓Vt，轉換電晶體TB的控制端電性連接感光單元151以接收光感測電壓VOP。其中，系統高電壓VH及系統低電壓VL例如分別為正電壓30伏及10伏。

電壓補償單元153接收閘極信號G_n+2(對應第三閘極信號)，且電性連接感光單元151及轉換電晶體TB的第二端，以依據閘極信號G_n+2補償光感測電壓VOP。換言之，當電壓補償 單元153受控於閘極信號G_n+2而啟動時，電壓補償單元153會利用光感測電壓VOP且對應轉換電晶體TB的臨界電壓對光感測電壓VOP進行調整，以致於轉換電晶體TB劣化而造成的臨界電壓的漂移的影響可因為電壓的補償而被消除。其中，補償後的光感測電壓VOP會先大致等於但低於轉換電晶體TB的臨界電壓，但可能隨著時間衰減一固定電壓差。

圖1B為依據本發明的一實施例的光感測電路的操作波形示意圖。請參照圖1A及圖1B，在各個畫面期間(如F_n~F_n+1)中，閘極信號G_n形成脈波(如PS1、PS4)的期間(對應第一致能期間)例如早於閘極信號G_n+1形成脈波(如PS2、PS5)的期間(對應第二致能期間)，並且閘極信號G_n+1形成脈波(如PS2、PS5)的期間例如早於閘極信號G_n+2形成脈波(如PS3、PS6)的期間(對應第三致能期間)。在畫面期間F_n中，假設光感測電路150未偵測到光觸碰筆的觸碰，亦即光感測電壓VOP的上升幅度會較小，以致於光感測電壓VOP不會超出轉換電晶體TB的臨界電壓Vth1。

在畫面期間F_n+1中，光感測電路150會依據閘極信號G_n的脈波PS1輸出觸控電壓Vt。並且，由於光感測電壓VOP不會超出轉換電晶體TB的臨界電壓Vth1，因此光感測電路150所輸出的觸控電壓Vt不會形成脈波(代表光感測電路150未偵測到光觸碰筆的觸碰)。接著，光感測電路150的感測單元151會依據閘極信號G_n+1的脈波PS2而導通，以致於光感測電壓VOP會等 於系統高電壓VH(亦即重置感測結果)。在閘極信號G_n+2形成脈波PS3後，電壓補償單元153會導通，以致於光感測電壓VOP會利用觸控電壓Vt進行調整。由於此時觸控電壓Vt為電壓0，因此光感測電壓VOP並未進行調整。

假設光感測電路150在畫面期間F_n+1中偵測到光觸碰筆的觸碰，以致於光感測電壓VOP會超出轉換電晶體TB的臨界電壓Vth1。在畫面期間F_n+2中，光感測電路150會依據閘極信號G_n的脈波PS4輸出形成脈波的觸控電壓Vt(代表光感測電路150偵測到光觸碰筆的觸碰)，此時轉換電晶體TB會受控於光感測電壓VOP而導通。接著，光感測電路150的感測單元151同樣會依據閘極信號G_n+1的脈波PS5而導通，以致於光感測電壓VOP會再次等於系統高電壓VH(亦即重置感測結果)。在閘極信號G_n+2形成脈波PS6後，電壓補償單元153會導通，以致於光感測電壓VOP會依據觸控電壓Vt進行調整。由於此時觸控電壓Vt為系統低電壓VL，因此光感測電壓VOP會被調低，以對應轉換電晶體TB接收到高電壓而產生的臨界電壓的漂移(例如漂移到臨界電壓Vth2。假設光感測電路150在畫面期間F_n+2中仍偵測到光觸碰筆的觸碰，以致於光感測電壓VOP會超出轉換電晶體TB的臨界電壓Vth2。

依據上述，由於光感測電壓VOP可對應轉換電晶體TB的臨界電壓的漂移進行調整，因此光感測電路150仍可正常地偵測到光觸碰筆的觸碰。藉此，可避免光感測電路100的因電晶體 TB的臨界電壓的漂移造成運作異常。

圖2為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。請參照圖1A及圖2，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，光感測電路200大致相同於光感測電路150，但光感測電路200更包括電容CA，電性連接於光感測電壓VOP與參考電壓VR之間，其中參考電壓VR可以是任意的直流電壓。

圖3為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。請參照圖1A及圖3，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，光感測電路300大致相同於光感測電路150，其不同之處在於感光單元151a及電壓補償單元153a。

感光單元151a包括光感測電晶體OT1(對應第一光感測電晶體)。光感測電晶體OT1的第一端接收系統高電壓VH，光感測電晶體OT1的第二端輸出光感測電壓VOP，光感測電晶體OT1的控制端接收閘極信號G_n+1。電壓補償單元153a包括調整電晶體TC。調整電晶體TC的第一端接收光感測電壓VOP，調整電晶體TC的第二端電性連接轉換電晶體TB的第二端，調整電晶體TC的控制端接收閘極信號G_n+2。

圖4為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。

請參照圖1A、圖3及圖4，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，光感測電路400大致相同於光感測電路300，其不同之處在於感光單元151b。感光單元151b包括光感測電晶體OT2(對應第二光感測電晶體)及OT3(對應第三 光感測電晶體)。光感測電晶體OT2的第一端接收系統高電壓VH，光感測電晶體OT2的控制端接收閘極信號G_n+1。光感測電晶體OT3的第一端電性連接收光感測電晶體OT2的第二端，光感測電晶體OT3的第二端輸出光感測電壓VOP，光感測電晶體OT3的控制端接收閘極信號G_n+1。

圖5為依據本發明一實施例的光感測電路的電路示意圖。請參照圖1A、圖3及圖5，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，光感測電路500大致相同於光感測電路300，其不同之處在於感光單元151c。感光單元151c包括光感測電晶體OT4(對應第四光感測電晶體)及OT5(對應第五光感測電晶體)。光感測電晶體OT4的第一端接收系統高電壓VH，光感測電晶體OT4的控制端接收光感測電壓VOP。光感測電晶體OT5的第一端電性連接收光感測電晶體OT4的第二端，光感測電晶體OT5的第二端輸出光感測電壓VOP，光感測電晶體OT5的控制端接收閘極信號G_n+1。

綜上所述，本發明實施例的光感測電路及其觸控顯示面板，電壓補償單元可對應轉換電晶體的臨界電壓的漂移調整光感測電壓，因此光感測電路仍可正常地偵測到光觸碰筆的觸碰。藉此，可避免光感測電路的因電晶體的臨界電壓的漂移造成運作異常。

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。

100‧‧‧觸控顯示面板

110‧‧‧掃描線

120‧‧‧資料線

130‧‧‧畫素

140‧‧‧讀取資料線

150‧‧‧光感測電路

151‧‧‧感光單元

153‧‧‧電壓補償單元

CLC‧‧‧液晶電容

CST‧‧‧儲存電容

G_n~G_n+2‧‧‧閘極信號

TA‧‧‧開關電晶

TB‧‧‧轉換電晶體

TD‧‧‧資料電晶體

Vcom‧‧‧共同電壓

VH‧‧‧系統高電壓

VL‧‧‧系統低電壓

VOP‧‧‧光感測電壓

Vt‧‧‧觸控電壓

Claims (8)

1. 一種光感測電路，包括：一開關電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該開關電晶體的該第一端電性接收一觸控電壓，該開關電晶體的該第二端電性連接一讀取資料線，該開關電晶體的該控制端接收一第一閘極信號；一感光單元，接收一第一系統電壓及一第二閘極信號，且依據該第二閘極信號輸出一光感測電壓；一轉換電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該轉換電晶體的該第一端接收一第二系統電壓，該轉換電晶體的該第二端提供該觸控電壓，該轉換電晶體的該控制端接收該光感測電壓；以及一電壓補償單元，接收一第三閘極信號，且電性連接該感光單元及該轉換電晶體的該第二端，用以依據該第三閘極信號補償該光感測電壓；其中，該第一閘極信號的一第一致能期間早於該第二閘極信號的一第二致能期間，該第二閘極信號的該第二致能期間早於該第三閘極信號的一第三致能期間，並且補償後的該光感測電壓等於該轉換電晶體的一臨界電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光感測電路，其中該電壓補償單元包括：一調整電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該調 整電晶體的該第一端接收該光感測電壓，該調整電晶體的該第二端電性連接該轉換電晶體的該第二端，該調整電晶體的該控制端接收該第三閘極信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光感測電路，更包括：一電容，電性連接於該光感測電壓與一參考電壓之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光感測電路，其中該感光單元包括：一第一光感測電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該第一光感測電晶體的該第一端接收該第一系統電壓，該第一光感測電晶體的該第二端輸出該光感測電壓，該第一光感測電晶體的該控制端接收該第二閘極信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述的光感測電路，其中該感光單元包括：一第二光感測電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該第二光感測電晶體的該第一端接收該第一系統電壓，該第二光感測電晶體的該控制端接收該第二閘極信號；以及一第三光感測電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該第三光感測電晶體的該第一端電性連接收該第二光感測電晶體的該第二端，該第三光感測電晶體的該第二端輸出該光感測電壓，該第三光感測電晶體的該控制端接收該第二閘極信號。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光感測電路，其中該感光單元包括： 一第四光感測電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該第四光感測電晶體的該第一端接收該第一系統電壓，該第四光感測電晶體的該控制端接收該光感測電壓；以及一第五光感測電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端，該第五光感測電晶體的該第一端電性連接收該第四光感測電晶體的該第二端，該第五光感測電晶體的該第二端輸出該光感測電壓，該第五光感測電晶體的該控制端接收該第二閘極信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述的光感測電路，其中該第一系統電壓為一系統高電壓，該第二系統電壓為一系統低電壓。
8. 一種觸控顯示面板，包括：多個掃描線；多個資料線；多個畫素，電性連接對應的掃描線及對應的資料線；多個讀取資料線；以及多個如申請專利範圍第1項所述的光感測電路，電性連接對應的掃描線及對應的讀取資料線，以輸出對應的觸控電壓。