TWI813219B - 感測裝置 - Google Patents

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楊蕙菁
黃暘瑞
蔡亞歷
戴亞翔
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群創光電股份有限公司
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Abstract

一種感測裝置，包括感測電路、導線與取樣電路。導線電性連接該感測電路。取樣電路電性連接導線。取樣電路包括電容、第一薄膜電晶體以及第二薄膜電晶體。第一薄膜電晶體的第一端電性連接電容的第一端。第二薄膜電晶體的第一端電性連接電容的第二端。第一薄膜電晶體的第二端電性連接導線。第二薄膜電晶體的第二端電性連接接地端。

Description

感測裝置
本揭露實施例關於一種感測裝置，特別是關於一種可以改善感測效果的感測裝置。
習知之感測裝置藉由電晶體能夠放大信號的特性，將感測的信號放大後再輸出，能夠得到較大的輸出範圍。然而，在製程上，電晶體經常會因為環境因素產生特性參數上的變化，其中電晶體之臨界電壓的漂移會使輸出的電壓產生誤差，造成在相同的信號強度下輸出電壓不同，使得讀取到的信號產生預期之外的差異。因此，需要一種新的電路結構設計，其可以改善前述的問題。
本揭露實施例提供一種感測裝置，包括感測電路、導線與取樣電路。導線電性連接該感測電路。取樣電路電性連接導線。取樣電路包括電容、第一薄膜電晶體以及第二薄膜電晶體。第一薄膜電晶體的第一端電性連接電容的第一端。第二薄膜電晶體的第一端電性連接電容的第二端。第一薄膜電晶體的第二端電性連接導線。第二薄膜電晶體的第二端電性連接接地端。
為讓本揭露之目的、特徵或優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例，並配合所附圖式，做詳細之說明。為了使讀者能容易瞭解及圖式的簡潔，本揭露中的多張圖式可能只繪出整個裝置的一部分，且圖式中的特定元件並非依照實際比例繪圖。
本揭露說明書提供不同的實施例來說明本揭露不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置、數量及尺寸係為說明之用，並非用以限制本揭露。另外，若實施例與圖式中元件標號出現重覆，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。
本揭露通篇說明書與所附的權利要求中會使用某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應理解，電子設備製造商可能會以不同的名稱來指稱相同的元件。本文並不意在區分那些功能相同但名稱不同的元件。
在下文說明書與權利要求書中，“包括”等詞為開放式詞語，因此其應被解釋為“包括但不限定為…”之意。
本文中所提到的方向用語，例如：“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本揭露。在附圖中，各圖式繪示的是特定實施例中所使用的方法、結構及/或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域及/或結構的相對尺寸、厚度及位置可能縮小或放大。
應了解到，當元件或膜層被稱為在另一個元件或膜層“上”，它可以直接在此另一元件或膜層上，或者兩者之間存在有插入的元件或膜層（非直接情況）。相反地，當元件被稱為“直接”在另一個元件或膜層“上”，兩者之間不存在有插入的元件或膜層。電連接可以是直接電性連接或透過其它元件間接電連接。關於接合、連接之用語亦可包含兩個結構都可移動，或者兩個結構都固定之情況。
術語“等於”通常代表落在給定數值或範圍的20%範圍內，或代表落在給定數值或範圍的10%、5%、3%、2%、1%或0.5%範圍內。
再者，說明書與權利要求書中所使用的序數例如“第一”、“第二”等的用詞，以修飾權利要求書的元件，其本身並不意含及代表該請求組件有任何之前的序數，也不代表某一請求元件與另一請求元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一請求元件得以和另一具有相同命名的請求元件能作出清楚區分。
在本揭露中，各實施例間特徵只要不違背發明精神或相衝突，均可任意混合搭配使用。
第1A圖為依據本揭露之一實施例之感測裝置的示意圖。第1B圖為依據本揭露之另一實施例之感測裝置的示意圖。在本實施例中，感測裝置100可以包括具有感測的電子裝置或顯示裝置，但本揭露不限於此。在一實施例中，電子裝置可以包含液晶(liquid crystal, LC)、有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)、無機發光二極體(light emitting diode, LED)、量子點(quantum dot, QD)、螢光材料、磷光材料、其他適合的材料或上述材料的組合，但本揭露不限於此。無機發光二極體可例如包括次毫米發光二極體(mini light emitting diode, mini LED)、微發光二極體(micro light emitting diode, micro LED)或量子點發光二極體(quantum dot light emitting diode, QLED/QDLED)，但本揭露不限於此。
在一些實施例中，電子裝置可以是觸控裝置(touch device)、曲面裝置(curved device)或非矩形裝置(free shape device)，也可以是可彎折或可撓式拼接電子裝置，但不以此為限。
需注意的是，電子裝置100可為前述之任意排列組合，但不以此為限。此外，電子裝置100的外型可為矩形、圓形、多邊形、具有彎曲邊緣的形狀或其他適合的形狀。電子裝置100可以具有驅動系統、控制系統、光源系統、層架系統等周邊系統以支援感測裝置。
在一實施例中，感測裝置100可以是指紋辨識裝置，但本揭露不限於此。請參考第1A圖或第1B圖，顯示面板100可以包括感測電路110、導線120與取樣電路130。
感測電路110可以感測光信號或者感測電路110可以感測電容變化，以產生感測信號，但本揭露不限於此。導線120可以電性連接感測電路110，可以傳遞感測電路110所產生的感測信號，但本揭露不限於此。
取樣電路130可以包括電容C1、第一薄膜電晶體(thin film transistor)T1與第二薄膜電晶體T2。在其它實施例，取樣電路130可以包括電容C1與第二薄膜電晶體T2。也就是說，電容C1的第一端可直接電性連接導線120，但不以此為限。本案所指取樣電路130可例如為二次取樣電路(corrected double sampling (CDS) circuit)，後續將詳細說明。
第一薄膜電晶體T1可以具有閘極(gate)端、第一端與第二端。第一薄膜電晶體T1的閘極端接收第一控制信號CS1。第一薄膜電晶體T1的第一端電性連接電容C1的第一端。第一薄膜電晶體T1的第二端電性連接導線120。在本實施例中，第一薄膜電晶體T1可以是N型薄膜電晶體，第一薄膜電晶體T1的第一端例如為源極(source)端，第一薄膜電晶體T1的第二端例如為汲極(drain)端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第一薄膜電晶體T1也可以是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。
第二薄膜電晶體T2可以具有閘極端、第一端與第二端。第二薄膜電晶體T2的閘極端接收第二控制信號CS2。第二薄膜電晶體T2的第一端電性連接電容C1的第二端。第二薄膜電晶體的T2第二端電性連接接地(ground)端。在本實施例中，第二薄膜電晶體T2可以是N型薄膜電晶體，第二薄膜電晶體T2的第一端例如為汲極端，第二薄膜電晶體T2的第二端例如為源極端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第二薄膜電晶體T2也可以是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。
在本實施例中，感測電路110可以包括第三薄膜電晶體T3、感測元件111、第四薄膜電晶體T4與第五薄膜電晶體T5。本案所指薄膜電晶體可包含開關電晶體(switching transistor)、驅動電晶體、重置電晶體(reset transistor)、電晶體放大器(transistor amplifier)或其它合適的薄膜電晶體而形成感測電路。具體而言，根據一些實施例，第三薄膜電晶體T3可為重置電晶體，第四薄膜電晶體T4可為電晶體放大器，第五薄膜電晶體T5可為開關電晶體，但不限於此。
詳細而言，感測電路110可以包含信號線耦接於薄膜電晶體，例如可包含電流信號線、電壓信號線、高頻信號線、低頻信號線，且信號線可傳遞元件工作電壓(VDD)、公共接地端電壓(VSS)、或是驅動元件端電壓，本揭露不以此為限。
第三薄膜電晶體T3可以具有閘極端、第一端與第二端。第三薄膜電晶體T3的閘極端接收重置信號RST。第三薄膜電晶體T3的第一端接收第一電壓V1。在本實施例中，第三薄膜電晶體T3可以是N型薄膜電晶體，第三薄膜電晶體T3的第一端例如為汲極端，第三薄膜電晶體T3的第二端例如為源極端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第三薄膜電晶體T3也可以是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。另外，在本實施例中，第一電壓V1例如為系統電壓，但本揭露不限於此。
感測元件111具有第一端與第二端。感測元件111的第一端電性連接第三薄膜電晶體T3的第二端，以形成例如節點A。感測元件111的第二端接收第二電壓V2。在本實施例中，感測元件111例如為光電二極體(photodiode)，但本揭露不限於此。在一些實施例中，感測元件111的第一端例如為陰極端(cathode)，感測元件111的第二端例如為陽極端(anode)，如第1A圖所示。在一些實施例中，感測元件111的第一端例如為陽極端，感測元件111的第二端例如為陰極端，如第1B圖所示。另外，第二電壓V2例如為接地電壓，但本揭露不限於此。
第四薄膜電晶體T4可以具有閘極端、第一端與第二端。第四薄膜電晶體T4的閘極端電性連接第三薄膜電晶體T3的第二端。第四薄膜電晶體T4的第一端接收第三電壓V3。在本實施例中，第四薄膜電晶體T4可以是N型薄膜電晶體，第四薄膜電晶體T4的第一端例如為汲極端，第四薄膜電晶體T4的第二端例如為源極端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第四薄膜電晶體T4也可以是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。根據一些實施例，第四薄膜電晶體T4用來對節點A的電壓進行信號放大，以產生放大電流IAMP。另外，在本實施例中，第三電壓V3例如為系統電壓，但本揭露不限於此。此外，第四薄膜電晶體T4可以作為源極追隨器(source follower)，但本揭露不限於此。
第五薄膜電晶體T5可以具有閘極端、第一端與第二端。第五薄膜電晶體T5的閘極端接收選擇信號SEL。第五薄膜電晶體T5的第一端電性連接第四薄膜電晶體T4的第二端。第五薄膜電晶體T5的第二端電性連接導線120。在本實施例中，第五薄膜電晶體T5可以是N型薄膜電晶體，第五薄膜電晶體T5的第一端例如為汲極端，第五薄膜電晶體T5的第二端例如為源極端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第五薄膜電晶體T5也可以是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。當第五薄膜電晶體T5的第一端連接導線120時，可輸出放大電流IAMP到導線120；當第五薄膜電晶體T5的第一端與導線120斷開時，則不輸出放大電流IAMP到導線120。
第2圖為依據本揭露之一實施例之重置信號、選擇信號、第一控制信號與第二控制信號的操作時序圖的結構俯視圖。在第2圖中，標號“SEL”表示選擇信號，標號“RST”表示重置信號，標號“CS1”表示第一控制信號，標號“CS2”表示第二控制信號，標號“TS1”表示光信號取樣時間(例如為一次取樣時間)，標號“TS2”表示重置信號取樣時間(例如為取樣時間)。
請合併參考第1A圖(或第1B圖)與第2圖。在光信號取樣時間TS1，選擇信號SEL例如為高邏輯準位，重置信號RST例如為低邏輯準位，第一控制信號CS1例如為高邏輯準位，第二控制信號CS2例如為高邏輯準位，使得第三薄膜電晶體T3不導通，第一薄膜電晶體T1、第二薄膜電晶體T2、第五薄膜電晶體T5導通。此時，節點A的電壓VA可以如式(1)所示：
VA=V1–ΔV photo，   (1)
其中，VA為節點A的電壓，V1為第一電壓，ΔV photo為感測元件111的第一端與第二端之間的電壓差(例如感測元件111所產生之感測信號的電壓)。
節點B的電壓VB可以如式(2)所示：
VB=VA–Vth=V1–ΔV photo–Vth=VP1，   (2)
其中，VB為節點B的電壓，VP1為節點P1的電壓(例如電容C1之第一端的電壓)。
電容C1的電荷量Q1可以由式(3)計算而得，而式(3)如下所示：
Q1=Ccds*V=Ccds*(VP1-VP2)，   (3)
其中，Q1為光信號取樣時間TS1之電容C1的電荷量，Ccds為電容C1的電容值，V為電容C1之第一端與第二端之間的電壓差，VP2為節點P2的電壓(例如電容C1之第二端的電壓)。
由於第二薄膜電晶體T2導通，使得節點P2電性連接接地端，因此節點P2的電壓VP2為接地電壓VG。接著，可以將式(2)及VP2=VG代入式(3)，以將式(3)改寫成式(4)，如下所示：
Q1=Ccds*((V1–ΔV photo–Vth)–VG)，   (4)
其中，VG為接地電壓(例如0V)。
接著，在重置信號取樣時間TS2，選擇信號SEL例如為高邏輯準位，重置信號RST例如為高邏輯準位，第一控制信號CS1例如為高邏輯準位，第二控制信號CS2例如為低邏輯準位，使得第二薄膜電晶體T2導通，第一薄膜電晶體T1、第三薄膜電晶體T3、第五薄膜電晶體T5導通。此時，由於第三薄膜電晶體T3導通，使得節點A電性連接第一電壓V1，因此節點A的電壓VA可以如式(5)所示：
VA=V1，   (5)
節點B的電壓VB可以如式(6)所示：
VB=VA–Vth=V1–Vth=VP1，   (6)
電容C1的電荷量Q2可以由式(7)計算而得，而式(7)如下所示：
Q2=Ccds*V=Ccds*(VP1-VP2)，   (7)
其中，Q2為重置信取樣時間TS2之電容C1的電荷量。
由於第二薄膜電晶體T2不導通，因此節點P2的電壓VP2可以表示為一未知電壓VX。接著，可以將式(6)及VP2=VX代入式(7)，以將式(7)改寫成式(8)
Q2=Ccds*(V1–Vth–VX)，   (8)
其中，VX為重置信取樣時間TS2之節點P2的電壓。
由於電荷守恆，使得Q1=Q2，因此可以透過式(4)與式(8)，以計算出式(9)，如下所示：
VX=ΔV photo，   (9)
由式(9)可以看出，取樣電路130所產生之取樣信號(即VX)為感測元件111(即感測電路110)所產生之感測信號。詳細而言，透過電荷守恆的關係，透過取樣電路130中電容C1累積的電荷，得到臨界電壓(Threshold voltage)Vth的資訊，如此一來，感測裝置100可以有效地避免受感測電路110之製程上的不均勻性的影響，例如避免受感測電路110之第四薄膜電晶體T4之臨界電壓Vth產生漂移的影響。也就是說，透過取樣電路130的設置，除了先扣除外在環境造成的雜訊，例如先扣除外來光線產生的信號，接著再扣除臨界電壓產生漂移的影響，因此透過取樣電路130可以有效地消除感測電路110之第四薄膜電晶體T4之臨界電壓Vth，以改善感測裝置100的感測效果。依據本揭露之另一實施例，例如透過取樣電路130可以有效地消除耦接於同一條導線的相鄰感測電路的臨界電壓Vth的資訊，進而避免感測裝置100因薄膜電晶體臨界電壓飄移而影響感測效果或是影響感測靈敏度，但不以此為限。本揭露所指導線120可傳遞訊號，例如可以傳遞感測訊號，並將感測訊號傳遞至取樣電路130，但不以此為限。導線可包含適合的金屬材料。在一些實施例中，導線可例如為感測裝置或電子裝置中的資料線(data line)或者與資料線同層或不同層的金屬導線，但不以此為限。
第3A圖為依據本揭露之另一實施例之感測裝置的方塊圖。第3B圖為第3A圖之感測裝置的電路示意圖。請參考第3A圖與第3B圖。感測裝置300包括感測電路陣列310、多工器(multiplexer, MUX)320、取樣電路130與讀出電路330。
在本實施例中，感測電路陣列310可以是主動式畫素感測器(active pixel sensor, APS)類型或被動式畫素感測器(passive pixel sensor, PPS)類型包含感測電路，但本揭露不限於此。感測電路陣列310可以包括電壓源311_1~311_N、感測電路110_11~110_MN與導線120_1~120_N，其中M與N為大於0的正整數。在一些實施例中，M與N可以相同或不同。
電壓源311_1~311_N各自可以提供第一電壓V1。另外，電壓源311_1~311_N各自包括第六薄膜電晶體T6、電容C2與電阻R1。第六薄膜電晶體T6可以具有閘極端、第一端、第二端。第六薄膜電晶體T6的閘極端接收第三控制信號CS3。第六薄膜電晶體T6的第一端接收第四電壓V4。在本實施例中，第六薄膜電晶體T6可以是N型薄膜電晶體，第六薄膜電晶體T6的第一端例如為源極端，第六薄膜電晶體T6的第二端例如為汲極端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第六薄膜電晶體T6也可以是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。另外，在本實施例中，第四電壓V4例如為系統電壓，但本揭露不限於此。
電容C2的第一端電性連接第六電晶體T6的第二端，電容C2的第二端電性連接接地端。電阻R1的第一端電性連接第六電晶體T6的第二端，電阻R1的第二端產生第一電壓V1。
感測電路110_11~110_MN各自可以包括第三薄膜電晶體T3、感測元件111、第四薄膜電晶體T4與第五薄膜電晶體T5。在本實施例中，感測電路110_11~110_MN之第三薄膜電晶體T3的閘極端分別接收重置信號RST_11~RST_MN。舉例來說，感測電路110_11之第三薄膜電晶體T3的閘極端接收重置信號RST_11。感測電路110_12之第三薄膜電晶體T3的閘極端接收重置信號RST_12。感測電路110_MN之第三薄膜電晶體T3的閘極端接收重置信號RST_MN。
感測電路110_11~110_MN之第五薄膜電晶體T5的閘極端分別接收選擇信號SEL_11~SEL_MN。舉例來說，感測電路110_11之第五薄膜電晶體T5的閘極端接收選擇信號SEL_11。感測電路110_12之第五薄膜電晶體T5的閘極端接收選擇信號SEL_12。感測電路110_MN之第五薄膜電晶體T5的閘極端接收選擇信號SEL_MN。
此外，第4B圖之感測電路110_11~110_MN之第三薄膜電晶體T3、感測元件111、第四薄膜電晶體T4和第五薄膜電晶體T5的連接方式與第1A圖之感測電路110之第三薄膜電晶體T3、感測元件111、第四薄膜電晶體T4和第五薄膜電晶體T5的連接方式相同或相似，可參考第1A圖之實施例的說明，故在此不再贅述。在其他實施例中，第4B圖之感測電路110_11~110_MN之第三薄膜電晶體T3、感測元件111、第四薄膜電晶體T4和第五薄膜電晶體T5的連接方式也可以與第1B圖之感測電路110之第三薄膜電晶體T3、感測元件111、第四薄膜電晶體T4和第五薄膜電晶體T5的連接方式相同或相似。
另外，感測電路110_11~110_MN各自還包括電容C3。感測電路110_11~110_MN的電容C3與感測元件111並聯電性連接。也就是說，電容C3的第一端電性連接感測元件111的第一端。電容C3的第二端電性連接感測元件的第二端。
導線120_1~120_N各自對應電性連接感測電路110_11~110_MN。舉例來說，導線120_1電性連接感測電路110_11、感測電路110_21、…、感測電路110_M1。導線120_2電性連接感測電路110_12、感測電路110_22、…、感測電路110_M2。…。導線120_N電性連接感測電路110_1N、感測電路110_2N、…、感測電路110_MN。
多工器320電性連接導線120_1~120_N，且多工器320可以電性連接於感測電路陣列310與取樣電路130之間，則多工器320可切換導線120_1~120_N與取取樣電路130之間的連接。
另外，多工器320可以包括電阻R2_1~R2_N、電容C4_1~C4_N與第七薄膜電晶體T7_1~T7_N。電阻R2_1~R2_N的第一端分別電性連接導線120_1~120_N。舉例來說，電阻R2_1的第一端電性連接導線120_1。電阻R2_2的第一端電性連接導線120_2。…。電阻R2_N的第一端電性連接導線120_N。
電容C4_1~C4_N的第一端分別電性連接電阻R2_1~R2_N的第二端。舉例來說，電容C4_1的第一端電性連接電阻R2_1的第二端。電容C4_2的第一端電性連接電阻R2_2的第二端。…。電容C4_N的第一端電性連接電阻R2_N的第二端。電容C4_1~C4_N的第二端分別電性連接接地端。
第七薄膜電晶體T7_1~T7_N分別具有閘極端、第一端與第二端。第七薄膜電晶體T7_1~T7_N的閘極端分別接收第四控制信號CS4_1~CS4_N。舉例來說，第七薄膜電晶體T7_1的閘極端接收第四控制信號CS4_1。第七薄膜電晶體T7_2的閘極端接收第四控制信號CS4_2。…。第七薄膜電晶體T7_N的閘極端接收第四控制信號CS4_N。
第七薄膜電晶體T7_1~T7_N的第一端分別電性連接電阻R2_1~R2_N的第二端。舉例來說，第七薄膜電晶體T7_1的第一端電性連接電阻R2_1的第二端。第七薄膜電晶體T7_2的第一端電性連接電阻R2_2的第二端。…。第七薄膜電晶體T7_N的第一端電性連接電阻R2_N的第二端。第七薄膜電晶體T7_1~T7_N的第二端電性連接取樣電路130。在本實施例中，第七薄膜電晶體T7_1~T7_N可以分別是N型薄膜電晶體，第七薄膜電晶體T7_1~T7_N的第一端例如為汲極端，第七薄膜電晶體T7_1~T7_N的第二端例如為源極端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第七薄膜電晶體T7_1~T7_N也可以分別是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。
取樣電路130可以包括電容C1、第一薄膜電晶體T1與第二薄膜電晶體T2。在本實施例中，第3B圖之電容C1、第一薄膜電晶體T1和第二薄膜電晶體T2與第1A圖(或第1B圖)之電容C1、第一薄膜電晶體T1和第二薄膜電晶體T2相同或相似，可參考第1A圖(或第1B圖)之實施例的說明，故在此不再贅述。
讀出電路330可以包括電容CL與運算放大器331。電容CL的第一端電性連接取樣電路130。電容CL的第二端電性連接接地端。運算放大器331的輸入端電性連接電容CL的第一端。運算放大器331的輸出端產生讀出信號。另外，讀出信號可以傳送至後端電路，以進行後續的處理。
另外，感測裝置300還包括電流源340。電流源340的第一端電性連接多工器320與取樣電路130。電流源340的第二端電性連接接地端。
在一些實施例中，多工器320可以依序切換導線120_1~120_N與取樣電路130之間的連接。舉例來說，在一些實施例中，當多工器320切換導線120_1與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_11進行取樣，以產生對應於感測電路110_11的取樣信號。接著，當多工器320切換導線120_2與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_12進行取樣，以產生對應於感測電路110_12的取樣信號。…。當多工器320切換導線120_N與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_1N進行取樣，以產生對應於感測電路110_12的取樣信號。
當多工器320切換導線120_1與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_21進行取樣，以產生對應於感測電路110_21的取樣信號。接著，當多工器320切換導線120_2與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_22進行取樣，以產生對應於感測電路110_22的取樣信號。…。當多工器320切換導線120_N與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_2N進行取樣，以產生對應於感測電路110_22的取樣信號。取樣電路130對其餘感測電路110_31~110_MN取樣方式則類推。
在一些實施例中，當多工器320切換導線120_1與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_11進行取樣，以產生對應於感測電路110_11的取樣信號。接著，取樣電路130例如可以對感測電路110_21進行取樣，以產生對應於感測電路110_21的取樣信號。…。接著，取樣電路130例如可以對感測電路110_M1進行取樣，以產生對應於感測電路110_M1的取樣信號。
接著，當多工器320切換導線120_2與取樣電路130連接時，取樣電路130例如可以對感測電路110_12進行取樣，以產生對應於感測電路110_12的取樣信號。接著，取樣電路130例如可以對感測電路110_22進行取樣，以產生對應於感測電路110_22的取樣信號。…。接著，取樣電路130例如可以對感測電路110_M2進行取樣，以產生對應於感測電路110_M2的取樣信號。取樣電路130對其餘感測電路110_31~110_MN取樣方式則類推。
在一些實施例中，多工器320可以不依序切換導線120_1~120_N與取樣電路130之間的連接。舉例來說，多工器320切換導線120_1與取樣電路130連接。接著，多工器320切換導線120_3與取樣電路130連接。之後，多工器320切換導線120_5與取樣電路130連接。其餘切換方式則類推。
另外，第3A圖與第3B圖之感測電路110_11~110_MN與取樣電路130的操作，可參考第1A圖(或第1B圖)及第2圖之實施例的說明，故在此不再贅述。
在本實施例中，透過式(9)可以看出，取樣電路130所產生之取樣信號(即VX)可分別為感測元件111(即感測電路110_11~110_MN)所產生之感測信號。如此一來，感測裝置300可以有效地避免受感測電路110_11~110_MN之製程上的不均勻性的影響，例如避免受感測電路110_11~110_MN之第四薄膜電晶體T4之臨界電壓Vth產生漂移的影響。也就是說，透過取樣電路130可以有效地消除感測電路110_11~110_MN之第四薄膜電晶體T4之臨界電壓Vth，使得感測電路110_11~110_MN接收到相同光強度時，能夠輸出相同電壓值，以改善感測裝置300的感測效果。
第4A圖為依據本揭露之另一實施例之感測裝置的方塊圖。第4B圖為第4A圖之感測裝置的電路示意圖。感測裝置400包括感測電路陣列410、取樣電路420_1~420_N、多工器430與讀出電路440。
在本實施例中，感測電路陣列410可以是主動式畫素感測器(APS)類型或被動式畫素感測器(PPS)類型，但本揭露不限於此。感測電路陣列410可以包括感測電路110_11~110_MN與導線120_1~120_N，其中M與N為大於0的正整數。在一些實施例中，M與N可以相同或不同。在本實施例中，第4A圖與第4B圖之感測電路110_11~110_MN和導線120_1~120_N與第3A圖與第3B圖之感測電路110_11~110_MN和導線120_1~120_N相同或相似，可參考第3A圖與第3B圖之實施例的說明，故在此不再贅述。
取樣電路420_1~420_N分別電性連接於感測電路陣列410與多工器430之間。並且，取樣電路420_1~420_N分別電性連接導線120_1~120_N。舉例來說，取樣電路420_1電性連接導線120_1。取樣電路420_2電性連接導線120_2。…。取樣電路420_N電性連接導線120_N。
取樣電路420_1~420_N各自可以包括電容C1、第一薄膜電晶體T1與第二薄膜電晶體T2。在本實施例中，取樣電路420_1~420_N之第一薄膜電晶體T1的閘極端分別接收第一控制信號CS1_1~CS1_N。舉例來說，取樣電路420_1之第一薄膜電晶體T1的閘極端分別接收第一控制信號CS1_1。取樣電路420_2之第一薄膜電晶體T1的閘極端分別接收第一控制信號CS1_2。…。取樣電路420_N之第一薄膜電晶體T1的閘極端分別接收第一控制信號CS1_N。
取樣電路420_1~420_N之第二薄膜電晶體T2的閘極端分別接收第二控制信號CS2_1~CS2_N。舉例來說，取樣電路420_1之第二薄膜電晶體T2的閘極端接收第二控制信號CS2_1。取樣電路420_2之第二薄膜電晶體T2的閘極端接收第二控制信號CS2_2。…。取樣電路420_N之第二薄膜電晶體T2的閘極端接收第二控制信號CS2_N。
此外，第4B圖之電容C1、第一薄膜電晶體T1和第二薄膜電晶體T2的連接方式與第1A圖(或第1B圖)之電容C1、第一薄膜電晶體T1和第二薄膜電晶體T2的連接方式相同或相似，可參考第1A圖(或第1B圖)之實施例的說明，故在此不再贅述。
多工器430電性連接於取樣電路420_1~420_N與讀出電路440之間，則多工器430可切換取樣電路420_1~420_N與讀出電路440之間的連接。
另外，多工器430可以包括第八薄膜電晶體T8_1~T8_N。第八薄膜電晶體T8_1~T8_N分別具有閘極端、第一端與第二端。第八薄膜電晶體T8_1~T8_N的閘極端分別接收第五控制信號CS5_1~CS5_N。舉例來說，第八薄膜電晶體T8_1的閘極端接收第五控制信號CS5_1。第八薄膜電晶體T8_2的閘極端接收第四控制信號CS5_2。…。第八薄膜電晶體T8_N的閘極端接收第四控制信號CS5_N。
第八薄膜電晶體T8_1~T8_N的第一端分別電性連接取樣電路420_1~420_N。舉例來說，第八薄膜電晶體T8_1的第一端電性連接取樣電路420_1。第八薄膜電晶體T8_2的第一端電性連接取樣電路420_2。…。第八薄膜電晶體T8_N的第一端電性連接取樣電路420_N。
第八薄膜電晶體T8_1~T8_N的第二端電性連接讀出電路440。在本實施例中，第八薄膜電晶體T8_1~T8_N可以分別是N型薄膜電晶體，第八薄膜電晶體T8_1~T8_N的第一端例如為汲極端，第八薄膜電晶體T8_1~T8_N的第二端例如為源極端，但本揭露不限於此。在一些實施例中，第八薄膜電晶體T8_1~T8_N也可以分別是P型薄膜電晶體，但本揭露不限於此。
讀出電路440可以包括電容CL與運算放大器331。電容CL的第一端電性連接多工器430。電容CL的第二端電性連接接地端。運算放大器331的輸入端電性連接電容CL的第一端。運算放大器331的輸出端產生讀出信號。另外，讀出信號可以傳送至後端電路，以進行後續的處理。
感測裝置400還包括電流源電路450_1~450_N、電容C6_1~C6_N。電流源電路450_1~450_N分別電性連接於導線120_1~120_N與取樣電路420_1~420_N之間。舉例來說，電流源電路450_1電性連接於導線120_1與取樣電路420_1之間。電流源電路450_2電性連接於導線120_2與取樣電路420_2之間。…。電流源電路450_N電性連接於導線120_N與取樣電路420_1之間。
電流源電路450_1~450_N各自包括電阻R3、電容C5與電流源451。電流源電路450_1~450_N之電阻R3的第一端電性連接導線120_1~120_N。舉例來說，電流源電路450_1之電阻R3的第一端電性連接導線120_1。電流源電路450_2之電阻R3的第一端電性連接導線120_2。…。電流源電路450_N之電阻R3的第一端電性連接導線120_N。電流源電路450_1~450_N之電阻R3的第二端電性連接取樣電路420_1~420_N。舉例來說，電流源電路450_1之電阻R3的第二端電性連接取樣電路420__1。電流源電路450_2之電阻R3的第二端電性連接取樣電路420_2。…。電流源電路450_N之電阻R3的第二端電性連接取樣電路420_N。
電流源電路450_1~450_N之電容C5的第一端分別電性連接電流源電路450_1~450_N之電阻R3的第二端。舉例來說，電流源電路450_1之電容C5的第一端電性連接電流源電路450_1之電阻R3的第二端。電流源電路450_2之電容C5的第一端電性連接電流源電路450_2之電阻R3的第二端。…。電流源電路450_N之電容C5的第一端電性連接電流源電路450_N之電阻R3的第二端。電流源電路450_1~450_N之電容C5的第二端分別電性連接接地端。
電流源電路450_1~450_N之電流源451的第一端分別電性連接電流源電路450_1~450_N之電阻R3的第二端。舉例來說，電流源電路450_1之電流源451的第一端電性連接電流源電路450_1之電阻R3的第二端。電流源電路450_2之電流源451的第一端電性連接電流源電路450_2之電阻R3的第二端。…。電流源電路450_N之電流源451的第一端電性連接電流源電路450_N之電阻R3的第二端。電流源電路450_1~450_N之電流源451的第二端分別電性連接接地端。
電容C6_1~C6_N的第一端分別電性連接取樣電路420_1~420_N。舉例來說，電容C6_1的第一端電性連接取樣電路420_1。電容C6_2的第一端電性連接取樣電路420_2。…。電容C6_N的第一端電性連接取樣電路420_N。電容C6_1~C6_N的第二端分別電性連接接地端。
在一些實施例中，多工器430可以依序切換取樣電路420_1~420_N與讀出電路440之間的連接。舉例來說，在一些實施例中，當多工器430切換取樣電路420_1與讀出電路440連接時，取樣電路420_1例如可以對感測電路110_11進行取樣，以產生對應於感測電路110_11的取樣信號至讀出電路440。接著，當多工器430切換取樣電路420_2與讀出電路440連接時，取樣電路420_2例如可以對感測電路110_12進行取樣，以產生對應於感測電路110_12的取樣信號至讀出電路440。…。當多工器430切換取樣電路420_N與讀出電路440連接時，取樣電路420_N例如可以對感測電路110_1N進行取樣，以產生對應於感測電路110_12的取樣信號至讀出電路440。
當多工器430切換取樣電路420_1與讀出電路440連接時，取樣電路420_1例如可以對感測電路110_21進行取樣，以產生對應於感測電路110_21的取樣信號至讀出電路440。接著，當多工器430切換取樣電路420_2與讀出電路440連接時，取樣電路420_2例如可以對感測電路110_22進行取樣，以產生對應於感測電路110_22的取樣信號至讀出電路440。…。當多工器430切換取樣電路420_N與讀出電路440連接時，取樣電路420_N例如可以對感測電路110_2N進行取樣，以產生對應於感測電路110_22的取樣信號至讀出電路440。取樣電路420_1~420_N對其餘感測電路110_31~110_MN取樣方式則類推。
在一些實施例中，當多工器430切換取樣電路420_1與讀出電路440連接時，取樣電路420_1例如可以對感測電路110_11進行取樣，以產生對應於感測電路110_11的取樣信號至讀出電路440。接著，取樣電路420_1例如可以對感測電路110_21進行取樣，以產生對應於感測電路110_21的取樣信號至讀出電路440。…。接著，取樣電路420_1例如可以對感測電路110_M1進行取樣，以產生對應於感測電路110_M1的取樣信號至讀出電路440。
接著，當多工器430切換取樣電路420_2與讀出電路440連接時，取樣電路420_2例如可以對感測電路110_12進行取樣，以產生對應於感測電路110_12的取樣信號至讀出電路440。接著，取樣電路420_2例如可以對感測電路110_22進行取樣，以產生對應於感測電路110_22的取樣信號至讀出電路440。…。接著，取樣電路420_2例如可以對感測電路110_M2進行取樣，以產生對應於感測電路110_M2的取樣信號至讀出電路440。取樣電路430_3~430_N對其餘感測電路110_31~110_MN取樣方式則類推。
在一些實施例中，多工器430可以不依序切換取樣電路420_1~420_N與讀出電路440之間的連接。舉例來說，多工器430切換取樣電路420_1與讀出電路440連接。接著，多工器430切換導線取樣電路420_3與讀出電路440連接。之後，多工器430切換取樣電路420_5與讀出電路440連接。其餘切換方式則類推。
另外，第4A圖與第4B圖之感測電路110_11~110_MN與取樣電路420_1~420_N的操作，可參考第1A圖(或第1B圖)及第2圖之實施例的說明，故在此不再贅述。
在本實施例中，透過式(9)可以看出，取樣電路430_1~430_N所產生之取樣信號(即VX)可分別為感測元件111(即感測電路110_11~110_MN)所產生之感測信號。如此一來，感測裝置400可以有效地避免受感測電路110_11~110_MN之製程上的不均勻性的影響，例如避免受感測電路110_11~110_MN之第四薄膜電晶體T4之臨界電壓Vth產生漂移的影響。也就是說，透過取樣電路430_1~430_N可以分別有效地消除感測電路110_11~110_MN之第四薄膜電晶體T4之臨界電壓Vth，使得感測電路110_11~110_MN接收到相同光強度時，能夠輸出相同電壓值，以改善感測裝置400的感測效果。
綜上所述，本揭露實施例之感測裝置，透過導線電性連接感測電路與取樣電路，且該取樣電路包括電容、第一薄膜電晶體以及第二薄膜電晶體，其中第一薄膜電晶體的第一端電性連接電容的第一端，第二薄膜電晶體的第一端電性連接電容的第二端，第一薄膜電晶體的第二端電性連接導線，第二薄膜電晶體的第二端電性連接接地端。如此一來，可實現將取樣電路與感測電路製做於同一基板(可例如為軟質基板或硬質基板，軟質基板可例如為聚醯亞胺(PI，Polyimide Film)基板，硬質基板可例如為玻璃，但不以此為限。)上的設計，或可以改善感測裝置的感測效果、或減少感測裝置受感測電路之製程上的不均勻性的影響。
另外，本揭露還可以包括多個感測電路之感測電路陣列、取樣電路與多工器，其中多工器電性連接於感測電路陣列與取樣電路之間，可以減少感測裝置受感測電路陣列之感測電路之製程上的不均勻性的影響，或可以降低取樣電路製作於玻璃基板上的數量進而達到節省空間的目的。此外，本揭露還可以包括多個感測電路之感測電路陣列、多個取樣電路與多工器，且上述取樣電路電性連接於感測電路與多工器之間，可以減少感測裝置受感測電路陣列之感測電路之製程上的不均勻性的影響。
本揭露雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許的組合、更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,300,400:感測裝置 110,110_11~110_MN:感測電路 111:感測元件 120,120_1~120_N:導線 130,420_1~420_N:取樣電路 310,410: 感測電路陣列 320,430:多工器 330,440:讀出電路 340,451:電流源 450_1~450_N:電流源電路 C1,C2,C3,C4_1~C4_N,C5,C6_1~C6_N,CL:電容 R1,R2_1~R2_N,R3:電阻 T1:第一薄膜電晶體 T2:第二薄膜電晶體 T3:第三薄膜電晶體 T4:第四薄膜電晶體 T5:第五薄膜電晶體 T6:第六薄膜電晶體 T7_1~T7_N:第七薄膜電晶體 T8_1~T8_N:第八薄膜電晶體 V1:第一電壓 V2:第二電壓 V3:第三電壓 V4:第四電壓 SEL,SEL_11~SEL_MN:選擇信號 RST,RST_11~RST_MN:重置信號 CS1,CS1_1~CS1_N:第一控制信號 CS2,CS2_1~CS2_N:第二控制信號 CS3:第三控制信號 CS4_1~CS4_N:第四控制信號 CS5_1~CS5_N:第五控制信號 A,B,P1,P2:節點 TS1:光信號取樣時間 TS2:重置信號取樣時間 IAMP:放大電流
第1A圖為依據本揭露之一實施例之感測裝置的示意圖。 第1B圖為依據本揭露之另一實施例之感測裝置的示意圖。 第2圖為依據本揭露之一實施例之重置信號、選擇信號、第一控制信號與第二控制信號的操作時序圖的結構俯視圖。 第3A圖為依據本揭露之另一實施例之感測裝置的方塊圖。 第3B圖為第3A圖之感測裝置的電路示意圖。 第4A圖為依據本揭露之另一實施例之感測裝置的方塊圖。 第4B圖為第4A圖之感測裝置的電路示意圖。
100:感測裝置
110:感測電路
111:感測元件
120:導線
130:取樣電路
C1:電容
T1:第一薄膜電晶體
T2:第二薄膜電晶體
T3:第三薄膜電晶體
T4:第四薄膜電晶體
T5:第五薄膜電晶體
V1:第一電壓
V2:第二電壓
V3:第三電壓
SEL:選擇信號
RST:重置信號
CS1:第一控制信號
CS2:第二控制信號
A,B,P1,P2:節點
IAMP:放大電流

Claims (9)

  1. 一種感測裝置，包括：一感測電路；一導線，電性連接該感測電路；以及一取樣電路，電性連接該導線，該取樣電路包括一電容、一第一薄膜電晶體、以及一第二薄膜電晶體，該第一薄膜電晶體的一第一端電性連接該電容的一第一端，該第二薄膜電晶體的一第一端電性連接該電容的一第二端，該第一薄膜電晶體的一第二端電性連接該導線，該第二薄膜電晶體的一第二端電性連接一接地端；其中，該感測電路包括：一第三薄膜電晶體，該第三薄膜電晶體的一第一端接收一第一電壓；一感測元件，該感測元件的一第一端電性連接該第三薄膜電晶體的一第二端，該感測元件的一第二端接收一第二電壓；一第四薄膜電晶體，該第四薄膜電晶體的一閘極端電性連接該第三薄膜電晶體的該第二端，該第四薄膜電晶體的一第一端接收一第三電壓；以及一第五薄膜電晶體，該第五薄膜電晶體的一第一端電性連接該第四薄膜電晶體的一第二端，該第五薄膜電晶體的一第二端電性連接該導線。
  2. 如請求項1所述之感測裝置，還包括一多工器，電性連接於該感測電路與該取樣電路之間。
  3. 如請求項1所述之感測裝置，還包括一多工器，該取樣電路電性連接於該感測電路與該多工器之間。
  4. 如請求項1所述之感測裝置，其中該感測裝置為一指紋辨識裝置。
  5. 如請求項1所述之感測裝置，其中該電容的該第一端的電壓為V1-△Vphoto-Vth，其中V1為該第一電壓，△Vphoto為該感測元件的該第一端與該第二端之間的一電壓差，Vth為該第五薄膜電晶體的一臨界電壓。
  6. 如請求項1所述之感測裝置，其中該電容的該第一端的電壓為V1-Vth，其中V1為該第一電壓，Vth為該第五薄膜電晶體的一臨界電壓。
  7. 如請求項1所述之感測裝置，其中該電容的該第二端的電壓為該感測元件所產生之一感測信號的電壓。
  8. 如請求項1所述之感測裝置，其中該第三薄膜電晶體的一閘極端接收一重置信號，該第五薄膜電晶體的一閘極端接收一選擇信號。
  9. 如請求項1所述之感測裝置，其中該第一薄膜電晶體的一閘極端接收一第一控制信號，該第二薄膜電晶體的一閘極端接收一第二控制信號。
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