TWI784501B - 主動式像素感測電路及包含其之顯示面板 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種主動式像素感測電路及包含其之顯示面板，主動式像素感測電路包含第一電晶體、光感測器、第二電晶體、第三電晶體以及第四電晶體。第一電晶體耦接於第一電壓源，光感測器耦接於第一訊號源，第二電晶體耦接於第二電壓源及第二訊號源，第三電晶體耦接於輸出線路及第三訊號源，第四電晶體耦接於第四訊號源。顯示面板包含感測電路區及週邊電路區，感測電路區的複數個像素包含主動式像素感測電路。

Description

主動式像素感測電路及包含其之顯示面板

本發明是關於一種主動式像素感測電路及包含其之顯示面板，特別是關於一種設置電晶體來補償閾值電壓以降低輸出電流變異之主動式像素感測電路及包含其之顯示面板。

顯示面板的光感測電路包含被動式感測電路及主動式感測電路，其中，被動式感測電路由於輸出感測的訊號量較低，因此需要較大的光照射強度或是較長的照射時間，以X光感測面板為例，感測電路需要較強的X光射線或是照射較久的X光已取得所需的感測訊號。相較之下，主動式感測電路有較高的感測訊號輸出，因此相對而言無須照射較強的X光射線或是較久的照射時間。

然而，在主動式感測電路當中，電晶體元件在經過X光照射後會有劣化的現象產生，其電性表現上，電晶體的電流電壓曲線會有所偏移，進而造成感測電路在感測到的輸出電流上有明顯的變異。輸出電流的變異造成感測電路輸出的誤差，使感測結果的穩定性或準確率上無法獲得保證，降低感測電路或是感測面板的感測品質。

綜觀前所述，本發明之發明者思索並設計一種主動式像素感測電路及包含其之顯示面板，以期針對習知技術之問題加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於先前技術所述之問題，本發明的目的在於提供一種主動式像素感測電路及包含其之顯示面板，用以解決感測電路中電晶體元件的閾值電壓改變造成輸出電流發生變異的問題。

基於上述目的，本發明提供一種主動式像素感測電路，其包含第一電晶體、光感測器、第二電晶體、第三電晶體以及第四電晶體。第一電晶體的第一端耦接於第一節點，第一電晶體的第二端耦接於第一電壓源，第一電晶體的控制端耦接於第二節點。光感測器的第一端耦接於第二節點，光感測器的第二端耦接於第一訊號源。第二電晶體的第一端耦接於第二節點，第二電晶體的第二端耦接於第二電壓源，第二電晶體的控制端耦接於第二訊號源。第三電晶體的第一端耦接於輸出線路，第三電晶體的第二端耦接於第一節點，第三電晶體的控制端耦接於第三訊號源。第四電晶體的第一端耦接於第一節點，第四電晶體的第二端耦接於第二節點，第四電晶體的控制端耦接於第四訊號源。

在本發明的實施例中，第三訊號源可傳送初始讀取訊號至第三電晶體的控制端以開啟第三電晶體，第二電晶體及第四電晶體關閉。

在本發明的實施例中，第二訊號源可傳送重設訊號至第二電晶體的控制端以開啟第二電晶體，第三電晶體及第四電晶體關閉，第二電壓源的參考電壓由第二節點傳送至第一電晶體的控制端。

在本發明的實施例中，第四訊號源可傳送補償訊號至第四電晶體的控制端以開啟第四電晶體，第二電晶體及第三電晶體關閉，第一電晶體與第四電晶體形成二極體連接方式使第一電晶體的控制端放電至閾值電壓。

在本發明的實施例中，第三訊號源可傳送讀取訊號至第三電晶體的控制端以開啟第三電晶體，第二電晶體及第四電晶體關閉，第一訊號源驅動光感測器傳送感測訊號至第一電晶體的控制端，改變第一電晶體的閘極源極電壓，使得流過第一電晶體及第三電晶體的通過電流由輸出線路輸出。

在本發明的實施例中，閘極源極電壓的偏移範圍可為-0.5V~2.5V。

在本發明的實施例中，光感測器可包含感測電容。

在本發明的實施例中，光感測器可包含X光感測器。

在本發明的實施例中，輸出線路可連接於電流傳送器。

基於上述目的，本發明提供一種包含主動式像素感測電路之顯示面板，其包含感測電路區及週邊電路區，感測電路區包含像素矩陣，像素矩陣中的複數個像素分別包含如上所述之主動式像素感測電路，週邊電路區包含複數個訊號接點，分別耦接於主動式像素感測電路的複數個訊號源。

承上所述，本發明之主動式像素感測電路及包含其之顯示面板，可電晶體及補償訊號的設置，增加補償階段的電壓補償，使得電晶體元件不會因為閾值電壓改變而影響輸出電流的結果，也避免輸出電流的變異造成感測電路的誤差或誤判。另外，通過初始讀取訊號的設置，能去除感測電路中其他雜訊對輸出電流產生的影響，其能通過本揭露的設置，提升感測電路的感測正確率及使用壽命。

為利瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

在附圖中，為了淸楚起見，放大了基板、面板、區域、線路等的厚度或寬度。在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同的元件。應當理解，當諸如基板、面板、區域或線路的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反地，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的「連接」，其可以指物理及/或電性的連接。再者，「電性連接」或「耦接」係可為二元件間存在其它元件。此外，應當理解，儘管術語「第一」、「第二」、「第三」在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，其係用於將一個元件、部件、區域、層及/或部分與另一個元件、部件、區域、層及/或部分區分開。因此，僅用於描述目的，而不能將其理解為指示或暗示相對重要性或者其順序關係。

除非另有定義，本文所使用的所有術語具有與本發明所屬技術領域的通常知識者通常理解的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地如此定義。

請參閱第1圖，其為本發明實施例之主動式像素感測電路的示意圖。如圖所示，主動式像素感測電路10包含光感測器S，通過光電二極體將感測的光訊號轉換為電訊號儲存於感測電容當中，在本實施例中，光感測器S可包含X光感測器，通過照射X光，在X光穿過被照物後所剩的強度差異，轉換成不同強度的綠光，再轉換電訊號進行感測。主動式感測電路10的設置，相較於被動式感測電路，可輸出較高的感測訊號量，因此在使用X光的照射強度或照射時間也可相對地降低。

在本實施例中，主動式感測電路10為四個電晶體的感測電路，包含第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3、第四電晶體M4。第一電晶體M1的第一端耦接於第一節點N1，第一電晶體M1的第二端耦接於第一電壓源VSS，第一電晶體M1的控制端耦接於第二節點N2。光感測器S的第一端耦接於第二節點N2，光感測器S的第二端耦接於第一訊號源WR。第二電晶體M2的第一端耦接於第二節點N2，第二電晶體M2的第二端耦接於第二電壓源Vref，第二電晶體M2的控制端耦接於第二訊號源RST。第三電晶體M3的第一端耦接於輸出線路Sout，第三電晶體M3的第二端耦接於第一節點N1，第三電晶體M3的控制端耦接於第三訊號源Read。第四電晶體M4的第一端耦接於第一節點N1，第四電晶體M4的第二端耦接於第二節點N2，第四電晶體M4的控制端耦接於第四訊號源Comp。

在上述電路結構當中，第二電晶體M2、第三電晶體M3及第四電晶體M4作為開關使用，在線性區操作；第一電晶體M1則產生輸出電流，在飽和區操作。第一電壓源VSS及第二電壓源Vref為直流(DC)訊號的電壓源，第一訊號源WR、第二訊號源RST、第三訊號源Read及第四訊號源Comp為交流(AC)訊號的訊號源，分別連接至光感測器S、第二電晶體M2、第三電晶體M3及第四電晶體M4以進行感測的操作。對於第一訊號源WR、第二訊號源RST、第三訊號源Read及第四訊號源Comp的訊號操作時序將於以下實施利進一步說明。

請參閱第2圖，其為本發明實施例之操作訊號的時序圖。請同時參閱第1圖，主動式像素感測電路10的操作包含第零時期T0、第一時期T1、第二時期T2及第三時期T3。在第零時期T0時，第三訊號源Read傳送初始讀取訊號Read[0]至第三電晶體M3的控制端以開啟第三電晶體M3，此時第二訊號源RST及第四訊號源Comp維持低位準使得第二電晶體M2及第四電晶體M4為關閉狀態。

在第一時期T1時，第二訊號源RST傳送重設訊號RST[1]至第二電晶體M2的控制端以開啟第二電晶體M2，此時第三訊號源Read及第四訊號源Comp維持低位準使得第三電晶體M3及第四電晶體M4為關閉狀態。當第二電晶體M2開啟時，第二電壓源Vref的參考電壓由第二節點N2傳送至第一電晶體M1的控制端，使得第一電晶體M1的閘極源極電壓Vgs以下列公式(1)表示：

Vgs = Vref_sensor – Vss   (1)

其中，Vref_sensor為第二電壓源Vref提供的初始電壓，Vss為第一電壓源VSS提供的電壓。

在第二時期T2時，第四訊號源Comp傳送補償訊號Comp[1]至第四電晶體M4的控制端以開啟第四電晶體M4，此時第二訊號源RST及第三訊號源Read維持低位準使得第二電晶體M2及第三電晶體M3為關閉狀態。在此狀態下，第一電晶體M1與第四電晶體M4形成二極體連接方式，使第一電晶體M1的控制端放電至閾值電壓Vth，即Vgs = Vth  (2)。

在第三時期T3時，第三訊號源Read可傳送讀取訊號Read[1]至第三電晶體M3的控制端以開啟第三電晶體M3，第二訊號源RST及第四訊號源Comp維持低位準使得第二電晶體M2及第四電晶體M4為關閉狀態。同時第一訊號源WR由低電位轉為高電位，驅動光感測器S傳送感測訊號至第一電晶體M1的控制端，改變第一電晶體M1的閘極源極電壓Vgs，以下列公式(3)表示：

Vgs = Vth + △V   (3)

其中，△V 為光感測器S感測後所產生的電壓變化量。

在第三時期T3時，光感測器S所感測到的結果，會改變第一電晶體M1的閘級源極電壓Vgs，此時第一電晶體M1的通過電流I也會對應改變。由於此時期第三電晶體M3為開啟狀態，通過電流I由高電位的輸出線路Sout經過第三電晶體M3及第一電晶體M1，流向低電位的第一電壓源VSS，通過檢測輸出線路Sout的通過電流，例如連接電流傳送器或電流積分器，可輸出第一電晶體M1的通過電流I，並進一步藉由此通過電流I來判斷感測電路的感應狀態。

針對第一電晶體M1的通過電流I，可通過下列公式(4)來表示：

(4)

由上述公式可知，通過電流I會隨著第一電晶體M1的閘極源極電壓Vgs及閾值電壓Vth而改變，但在感測電路當中，電晶體元件可能因為照射X光而導致劣化，造成閾值電壓Vth的變異，在此情況下，通過電流I的輸出將會產生較大的變異量，換言之，輸出的感測電流將會因為上述變異量而使得判斷結果產生誤差，影響感測的正確性。在本實施例中，由於第四訊號源Comp所做的補償，使得閘極源極電壓Vgs可以達到公式(3)所呈現的結果，以此閘極源極電壓Vgs帶入通過電流I的公式，能消除閾值電壓Vth而得到新的通過電流I公式如下列公式(5)所示：

(5)

在此公式當中，第一電晶體M1的通過電流I是依據光感測器S感測後所產生的電壓變化量△V來決定，電晶體元件的閾值電壓Vth並不會影響通過電流I的大小，也就是在輸出線路Sout所輸出的電流不會因為電晶體元件的閾值電壓Vth改變而產生變異。

在上述的操作時序當中，第零時期T0初始讀取訊號Read[0]可預先讀取一次第一電晶體M1的通過電流I，此操作時序是為了在每一個檢測幀中能取得初始電流的狀態，進而在第三時期T3檢測感測訊號的通過電流I時，通過兩者差異來取得正確的電流輸出值，不會受到電路當中其他雜訊的影響。在其他實施例中，主動式像素感測電路10的操作也可不包含第零時期T0，通過第一時期T1、第二時期T2及第三時期T3的時序操作來進行檢測，直接以第三時期T3輸出的通過電流I來作為判斷依據。

請參閱第3圖，其為本發明實施例之控制端電壓與輸出電流的示意圖。如圖所示，上方為訊號源的控制電壓在不同操作時序的波形，中間為電晶體元件的控制端的電壓變化，下方則為輸出線路的電流變化。首先，操作時序與前述實施例類似，分別包含第零時期T0當中第三訊號源Read的初始讀取訊號Read[0]、第一時期T1當中第二訊號源RST的重設訊號RST[1]、第二時期T2當中第四訊號源Comp的補償訊號Comp[1]及第三時期T3當中第三訊號源Read的讀取訊號Read[1]。

相對於上述控制時序，電晶體元件的控制端在初始讀取訊號Read[0]下電壓約為-1.7V，經過重設訊號RST[1]回到0V，在重設訊號RST[1]結束後耦合至大約-1.0V，此時通過補償階段的補償訊號Comp[1]將閘極源極電壓Vgs補償至閾值電壓Vth的-2.65V，第一訊號源WR驅動光感測器S後，控制端電壓通過感測的電壓變化量而達到約-0.8V。在同樣的時序中，讀取訊號Read[1]開啟第三電晶體M3使得輸出線路Sout能輸出約1.16A的輸出電流。由於輸出電流僅受到光感測器產生的電壓變化量影響，因此即便電晶體元件的閾值電壓Vth改變，在輸出線路取得電晶體的通過電流時並不會使得輸出電流產生變異量，進而維持感測電路的穩定性及準確性。

請參閱第4圖，其為本發明實施例之電晶體經X光照射造成電壓偏移的示意圖。如圖所示，在電晶體元件的電流電壓曲線圖(I-V curve)當中，電晶體原本的零偏壓臨界電壓VTO為1.076V，但在電晶體元件本身的特性改變後，其電流電壓曲線可能會朝正向或負向偏移，也就是閘級源極電壓在-0.5V~2.5V的範圍。在此範圍內，主動式像素感測電路當中的電晶體雖然閾值電壓Vth有所變異，但經過補償階段所做的電壓補償後，檢測到的輸出電流將不會有明顯變易產生，也就是在進行各個像素的感測時，感測電流的判斷不會因為電晶體元件的變異而產生誤差。

在本實施例後，電晶體元件分別經由X光照射不同單位後量測其電流電壓曲線的偏移，如圖所示，經由30戈雷(gy)及60戈雷(gy)照射的電晶體元件，其電流電壓曲線均往負向偏移，不同照射情況下，其輸出電流的情況如以下實施例所述。

請參閱第5圖，其為本發明實施例之輸出電流比較的示意圖。如圖所示，上方為未進行補償的感測電路所取得的輸出電流結果，下方為本實施例通過補償階段後取得的輸出電流結果。如同前述實施例所述，電晶體經過不同X光強度照射後產生劣化，當進入讀取時序時，讀取訊號開啟第三電晶體M3，由輸出線路Sout取得輸出電流。此時，在位進行補償程序的狀況下，原本電晶體所量測的輸出電流與照射過X光後量測的輸出電流有明顯差異，隨著照射強度增加，電晶體劣化造成閾值電壓Vth的改變及輸出電流的變異均隨之增加。

相較之下，經過本揭露的主動式像素感測電路的設置，在通過補償訊號進行電晶體元件的電壓補償後，不論是初始電晶體或是經過X光照射的電晶體，其輸出電流並不會有明顯改變，也就是說不論電晶體是否劣化，其輸出的通過電流不會有所變異，感測電路所感測到的輸出結果也不會因此產生誤差。

請參閱第6圖，其為本發明實施例之顯示面板的示意圖。如圖所示，顯示面板100包含感測電路區21及週邊電路區22，感測電路區21包含複數個像素所形成的像素矩陣，像素矩陣中的每個像素分別包含如前述實施例所述之主動式像素感測電路。週邊電路區22設置於感測電路區21周圍，包含複數個訊號接點23，分別耦接於主動式像素感測電路的複數個訊號源，通過各個接點連接至控制電路或控制晶片，進而在不同操作時序中傳送控制訊號以控制感測電路中的元件來進行感測。顯示面板100可為X光感測面板或是OLED屏下指紋感測面板。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10:主動式感測電路 21:感測電路區 22:週邊電路區 23:接點 100:顯示面板 Comp:第四訊號源 Comp[1] :補償訊號 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 M3:第三電晶體 M4:第四電晶體 N1:第一節點 N2:第二節點 RST:第二訊號源 RST[1] :重設訊號 Read:第三訊號源 Read[0] :初始讀取訊號 Read[1] :讀取訊號 S:光感測器 Sout:輸出線路 T0:第零時期 T1:第一時期 T2:第二時期 T3:第三時期 VSS:第一電壓源 Vref:第二電壓源 WR:第一訊號源

為使本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效更為顯而易見，茲將本發明配合以下附圖進行說明： 第1圖為本發明實施例之主動式像素感測電路的電路示意圖。 第2圖為本發明實施例之操作訊號的時序圖。 第3圖為本發明實施例之控制端電壓與輸出電流的示意圖 第4圖為本發明實施例之電晶體經X光照射造成電壓偏移的示意圖。 第5圖為本發明實施例之輸出電流比較的示意圖。 第6圖為本發明實施例之顯示面板的示意圖。

10:主動式感測電路 Comp:第四訊號源 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 M3:第三電晶體 M4:第四電晶體 N1:第一節點 N2:第二節點 RST:第二訊號源 Read:第三訊號源 S:光感測器 Sout:輸出線路 VSS:第一電壓源 Vref:第二電壓源 WR:第一訊號源

Claims (10)

1. 一種主動式像素感測電路，其包含：一第一電晶體，該第一電晶體的第一端耦接於一第一節點，該第一電晶體的第二端耦接於一第一電壓源，該第一電晶體的控制端耦接於一第二節點；一光感測器，該光感測器的第一端耦接於該第二節點，該光感測器的第二端耦接於一第一訊號源；一第二電晶體，該第二電晶體的第一端耦接於該第二節點，該第二電晶體的第二端耦接於一第二電壓源，該第二電晶體的控制端耦接於一第二訊號源；一第三電晶體，該第三電晶體的第一端耦接於一輸出線路，該第三電晶體的第二端耦接於該第一節點，該第三電晶體的控制端耦接於一第三訊號源；以及一第四電晶體，該第四電晶體的第一端耦接於該第一節點，該第四電晶體的第二端耦接於該第二節點，該第四電晶體的控制端耦接於一第四訊號源。
2. 如請求項1所述之主動式像素感測電路，其中該第三訊號源傳送一初始讀取訊號至該第三電晶體的控制端以開啟該第三電晶體，該第二電晶體及該第四電晶體關閉。
3. 如請求項1或2中任一項所述之主動式像素感測電路，其中該第二訊號源傳送一重設訊號至該第二電晶體的控制端以開啟該第二電晶體，該第三電晶體及該第四電晶體關閉，該第二電壓源的一參考電壓由該第二節點傳送至該第一電晶體的控制端。
4. 如請求項3所述之主動式像素感測電路，其中該第四訊號源傳送一補償訊號至該第四電晶體的控制端以開啟該第四電晶體，該第二電晶體及該第三電晶體關閉，該第一電晶體與該第四電晶體形成二極體連接方式使該第一電晶體的控制端放電至一閾值電壓。
5. 如請求項4所述之主動式像素感測電路，其中該第三訊號源傳送一讀取訊號至該第三電晶體的控制端以開啟該第三電晶體，該第二電晶體及該第四電晶體關閉，該第一訊號源驅動該光感測器傳送一感測訊號至該第一電晶體的控制端，改變該第一電晶體的一閘極源極電壓，使得流過該第一電晶體及該第三電晶體的一通過電流由該輸出線路輸出。
6. 如請求項5所述之主動式像素感測電路，其中該閘極源極電壓的偏移範圍為-0.5V~2.5V。
7. 如請求項1所述之主動式像素感測電路，其中該光感測器包含一感測電容。
8. 如請求項1所述之主動式像素感測電路，其中該光感測器包含一X光感測器。
9. 如請求項1所述之主動式像素感測電路，其中該輸出線路連接於一電流傳送器。
10. 一種包含主動式像素感測電路之顯示面板，其包含一感測電路區及一週邊電路區，該感測電路區包含一像素矩陣，該像素矩陣中的複數個像素分別包含如請求項1至9中任一項所述之主動式像素感測電路，該週邊電路區包含複數個訊號接點，分別耦接於該主動式像素感測電路的該第一訊號源、該 第二訊號源、該第三訊號源及該第四訊號源。

Images