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    光感應式觸控面板之光感應單元包含電晶體，其控制端接收第一控制訊號；第一電容，電連接於該電晶體之第一端；第一光感應電晶體，其第一端電連接於該第一電容；及第二光感應電晶體，其控制端接收第二控制訊號，第一端電連接於該第一光感應電晶體之第二端，第二端接收第三控制訊號。
    公开号:TW201316224A
    申请号:TW100137274
    申请日:2011-10-14
    公开日:2013-04-16
    发明作者:Yi-Ru Cheng；Ya-Ling Hsu
    申请人:Au Optronics Corp；
    IPC主号:G06F3-00
    专利说明:
    光感應式觸控面板之光感應單元及其控制方法
    本發明係相關於一種光感應式觸控面板之光感應單元，尤指一種可增加工作區間之光感應式觸控面板之光感應單元。
    請同時參考第1圖及第2圖。第1圖為習知光感應式觸控面板100之示意圖，第2圖為第1圖光感應式觸控面板之光感應單元之示意圖。如圖所示，光感應式觸控面板100包含複數個配置成矩陣形式之畫素P，複數條資料線D用以傳輸顯示資料至複數個畫素P，複數條掃描線W用以傳輸掃描訊號至複數個畫素P，複數個光感應單元110，讀取單元120，及複數條掃描線G用以控制光感單元110。而每一光感應單元110包含電晶體112，電容114，及光感應電晶體116。電晶體112之控制端係電連接於第一掃描線G1。電容114係電連接於電晶體112之第一端。讀取單元120係電連接於電晶體112之第二端，用來於電晶體112被開啟時讀取電容114之電壓。光感應電晶體116之控制端係電連接於第二掃描線G2，光感應電晶體116之第一端係電連接於電容114，而光感應電晶體116之第二端係電連接於第三掃描線G3。
    請參考第3圖，並一併參考第2圖。第3圖為習知光感應單元之相關訊號的示意圖。當光感應單元110運作時，首先在第一時段T1中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1升高為高電位以開啟電晶體112，第二掃描線G2之電壓訊號VG2為低電位(-aV)以關閉光感應電晶體116，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦為低電位(-bV)，並和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持特定電壓差值，讀取單元120此時會讀取電容114之電壓並重置電容114之電壓至參考位準。
    在第二時段T2中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1降低為低電位以關閉電晶體112，第二掃描線G2之電壓訊號VG2升高為高電位(-aV+ΔV1)以開啟光感應電晶體116，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦升高為高電位(-bV+ΔV2)以和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持特定電壓關係，且第三掃描線G3會對電容114充電以使電容114之電壓值和第三掃描線G3之電壓值大略相同。
    在第三時段T3中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1維持為低電位以關閉電晶體112，第二掃描線G2之電壓訊號VG2降低為低電位(-aV)以關閉光感應電晶體116，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦降低為低電位(-bV)以和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持特定電壓差值，光感應電晶體116此時雖然被關閉，但光感應電晶體116根據其控制端g(閘極)及第二端s(源極)之電壓差於被照光時有較大之漏電流，而於不被照光時有較小之漏電流。因此電容114之電壓會因光感應電晶體116之漏電流而逐漸降低。
    在第四時段T4中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1升高為高電位以開啟電晶體112，第二掃描線G2之電壓訊號維持為低電位(-aV)以關閉光感應電晶體116，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦為低電位(-bV)，並和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持特定電壓差值，讀取單元120此時會再度讀取電容114之電壓，並根據電容114之電壓判斷光感應單元110是否被觸控。
    請參考第4圖，第4圖為習知光感應單元110於長時間工作前後之特性曲線的示意圖。第4圖之橫軸為光感應電晶體之控制端g及第二端s之電壓差Vgs，第4圖之縱軸為讀取單元讀取之電壓Vout。讀取單元120係根據其對電容114充多少電才達到飽和來判斷電容114漏了多少電，因此讀取單元讀取之電壓Vout越高代表電容114漏的電流越多，而可根據讀取單元讀取之電壓值來判斷光感應單元110是否被觸控。舉例來說，當讀取單元讀取之電壓Vout高於預定值時可判定為光感應單元110被觸控，而當讀取單元讀取之電壓Vout低於預定值時可判定為光感應單元110未被觸控。光感應單元110於光感應電晶體116之控制端g及第二端s長時間持續施加工作電壓或長時間光照射的情形下，工作區間會有明顯的改變。如第4圖所示，在初始的狀態之下(尚未經過長時間施加工作電壓或長時間光照射之下)，照光及不照光曲線所形成之工作區間B係位於橫軸之0V至-4V之間。而在經過長時間施加工作電壓或強光照射之下，光感應電晶體116變得較易漏電，使得照光及不照光曲線改變，使得工作區間A變為橫軸之-3V至-6V之間。
    由於光感應單元110於初始狀態下工作區間B相當狹窄且和經過長時間工作後之工作區間A之間僅有少部份重疊部分，當光感應電晶體116之控制端g及第二端s之電壓差Vgs被設定為某一特定電壓差值時(例如-2.5V)，則在長時間工作之後光感應電晶體116之控制端及第二端之電壓差Vgs將無法落在光感應單元經長時間工作後之工作區間A內。因此習知光感應式觸控面板100之光感應單元110於長時間工作後會造成讀取單元120誤判之問題。
    本發明提供一種光感應式觸控面板之光感應單元，包含電晶體，其控制端接收第一控制訊號；第一電容，電連接於該電晶體之第一端；第一光感應電晶體，其第一端電連接於該第一電容；及第二光感應電晶體，其控制端接收第二控制訊號，第一端電連接於該第一光感應電晶體之第二端，第二端接收第三控制訊號。其中該第一光感應電晶體之控制端及第二端之間的電壓差係為變動值。
    本發明另提供一種光感應式觸控面板，包含複數個配置成矩陣形式之畫素，複數條資料線用以傳輸顯示資料至該複數個畫素，複數條掃描線用以傳輸掃描訊號至該複數個畫素，複數個光感應單元，及讀取單元。每一光感應單元包含電晶體，其控制端電連接於該複數條掃描線之第一掃描線；第一電容，電連接於該電晶體之第一端；第一光感應電晶體，其第一端電連接於該第一電容；及第二光感應電晶體，其控制端電連接於該複數條掃描線之第二掃描線，第一端電連接於該第一光感應電晶體之第二端，第二端電連接於該複數條掃描線之第三掃描線。該讀取單元係電連接於該每一光感應單元之電晶體之第二端，用來於該電晶體被開啟時讀取該第一電容之電壓。
    本發明另提供一種光感應式觸控面板之光感應單元之控制方法，該光感應單元包含電晶體，其控制端接收第一控制訊號，第一電容，電連接於該電晶體之第一端，第一光感應電晶體，其第一端電連接於該第一電容，及第二光感應電晶體，其控制端接收第二控制訊號，第一端電連接於該第一光感應電晶體之第二端，第二端接收第三控制訊號，該方法包含於第一時段提供具高電位之該第一控制訊號，及提供具低電位之該第二控制訊號及該第三控制訊號；於接續於該第一時段之第二時段提供具高電位之該第二控制訊號及該第三控制訊號，及提供具低電位之該第一控制訊號；於接續於該第二時段之第三時段提供具低電位之該第一控制訊號、該第二控制訊號及該第三控制訊號；及於接續於該第三時段之第四時段提供具高電位之該第一控制訊號，及提供具低電位之該第二控制訊號及該第三控制訊號，且該光感應式觸控面板之讀取單元讀取該第一電容之電壓。
    相較於先前技術，本發明光感應單元之工作區間較大，且光感應單元於長時間工作前後之工作區間有較大重疊之部分，因此本發明光感應單元可於重疊之工作區間內正常運作，而不會造成讀取單元誤判之問題發生。
    請同時參考第5圖及第6圖。第5圖為本發明光感應式觸控面板200之示意圖，第6圖為第5圖光感應式觸控面板200之光感應單元210之示意圖。如圖所示，本發明光感應式觸控面板200包含複數個配置成矩陣形式之畫素P，複數條資料線D用以傳輸顯示資料至複數個畫素P，複數條掃描線群組W用以傳輸掃描訊號至複數個畫素P，複數個光感應單元210，讀取單元220，及複數條掃描線群組G用以控制光感單元210。每一掃描線群組G包含第一掃描線G1、第二掃描線G2及第三掃描線G3。
    每一光感應單210元包含電晶體212，第一電容214，第一光感應電晶體216及第二光感應電晶體218。電晶體212之控制端係經由第一掃描線G1接收第一控制訊號。第一電容214係電連接於電晶體212之第一端。讀取單元220係電連接於電晶體212之第二端，用來於電晶體212被開啟時讀取第一電容214之電壓。第一光感應電晶體216之第一端係電連接於第一電容214，第一光感應電晶體216之控制端係經由第三掃描線G3接收第三控制訊號。第二光感應電晶體218之控制端係經由第二掃描線G2接收第二控制訊號，第二光感應電晶體218之第一端係電連接於第一光感應電晶體216之第二端，而第二光感應電晶體218之第二端係電連接於第三掃描線G3。本發明之觸控掃描線群組G驅動頻率可依觸控需求，設定同步或不同步於畫素掃描線群組W之驅動頻率。
    本發明之另一實施方式為，光感應單元與讀取單元之掃描線G1和G2亦可共用於畫素掃描線群組W中可對應時序之訊號線，此時之觸控掃描頻率可同步於畫素掃描頻率。
    以下將僅以觸控感應單元說明細部設計原理，畫素顯示設計關係不在此限內。
    請參考第7圖，並一併參考第6圖。第7圖為本發明光感應單元210之相關訊號的示意圖。當光感應單元210運作時，首先在第一時段T1中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1升高為高電位以開啟電晶體212，第二掃描線G2之電壓訊號VG2為低電位(-aV)以關閉第二光感應電晶體218，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦為低電位(-bV)以關閉第一光感應電晶體216，並和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持一特定電壓差值，讀取單元220此時會讀取第一電容214之電壓並重置第一電容214之電壓至參考位準。
    在第二時段T2中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1降低為低電位以關閉電晶體212，第二掃描線G2之電壓訊號VG2升高為高電位(-aV+ΔV1)以開啟第二光感應電晶體218，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦升高為高電位(-bV+ΔV2)用以開啟第一光感應電晶體216，並和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持特定電壓關係，且第三掃描線G3會對第一電容214充電以使第一電容214之電壓值約略等同於第三掃描線G3之電壓值，電壓訊號VG2升高為高電位(-aV+ΔV1)之電壓變化ΔV1與電壓訊號VG3升高為高電位(-bV+ΔV2)之電壓變化ΔV2可依觸控訊號強度或電位配置需求設計成相同或不相同。
    在第三時段T3中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1維持為低電位以關閉電晶體212，第二掃描線G2之電壓訊號VG2降低為低電位(-aV)以關閉第二光感應電晶體218，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦降低為低電位(-bV)以關閉第一光感應電晶體216，並和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持特定電壓差值，第一及第二及光感應電晶體216,218此時雖然被關閉，但第一及第二光感應電晶體216,218根據其控制端g1,g2(閘極)及第二端s1,s2(源極)之電壓差於被照光時有較大之漏電流，而於不被照光時有較小之漏電流，因此第一電容214之電壓會因第一及第二光感應電晶體216,218之漏電流而逐漸降低。
    在第四時段T4中，第一掃描線G1之電壓訊號VG1升高為高電位以開啟電晶體212，第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持為低電位(-aV)以關閉第二光感應電晶體218，而第三掃描線G3之電壓訊號VG3亦為低電位(-bV)以關閉第一光感應電晶體216，並和第二掃描線G2之電壓訊號VG2維持特定電壓差值，讀取單元220此時會再度讀取第一電容214之電壓，並根據第一電容214之電壓判斷光感應單元210是否被觸控。
    在上述第三時段中，第二光感應電晶體218之控制端g2(閘極)及第二端s2(源極)之電壓差係維持於特定電壓差值。而第一光感應電晶體216之第二端s1之電壓值Vs1會從接近高電位(-bV+ΔV2)處逐漸降低至和第三掃描線G3之電壓值-bV接近，亦即第一光感應電晶體216之控制端g1(閘極)及第二端s1(源極)之電壓差會從負值逐漸往接近零之方向變化，亦即第三時段間，光感應電晶體之照光強弱影響第一光感應電晶體216其g1(閘極)及第二端s1(源極)之電壓差變化速率。
    請參考第8圖，第8圖為本發明光感應單元210於長時間工作前後之特性曲線的示意圖。第8圖之橫軸為第二光感應電晶體之控制端g2及第二端s2之電壓差Vgs2，第8圖之縱軸為讀取單元讀取之電壓Vout。藉由上述配置，第一及第二光感應電晶體216,218之組合可於照光時增加漏電流，而於不照光時第一光感應電晶體216又可減少流經第二光感應電晶體218之漏電流。進而使光感應單元210產生之觸控與否之訊號差異度大且控制訊號設定之工作區間變大而有重疊之部分C。因此當第二光感應電晶體218之控制端及第二端之電壓差被設定為位於重疊部分之工作區間C內之某一特定電壓差值時，有助於穩定光感應單元特性。
    另外，光感應單元可另包含第二電容215，電連接於第一光感應電晶體216之第二端s1，用來調整第一光感應電晶體216之第二端電壓之變化速率。舉例來說，第二電容215可儲存較多之電荷，因此第一光感應電晶體216第二端之電荷量之變化率會較慢，亦即第一光感應電晶體216第二端之電壓變化速率會較慢，因此第二電容215電容大小可依訊號需求設計。
    另外，第一及第二光感應電晶體216,218之受光面積大小可依訊號需求設計相同或不同。
    請參考第9圖，第9圖為本發明光感應單元之另一實施例之示意圖。不同於第6圖之光感應單元210的是，第9圖之第一光感應電晶體216之控制端係電連接於第四掃描線G4，且第四掃描線G4之電壓訊號於第一時段係為低電位，於第二時段係為高電位，於第三時段係為低電位，於第四時段係為低電位。第9圖之光感應單元230之運作方式和第6圖之光感應單元相似，第一光感應電晶體216之控制端g1(閘極)及第二端s1(源極)之電壓差亦會從負值逐漸往零之方向變化。
    另外，請同時參考第10圖及第11圖，第10圖為本發明光感應單元搭配第一及第二彩色濾光片的示意圖，第11圖為本發明光感應單元搭配第一及第二彩色濾光片後之特性曲線的示意圖。本發明光感應單元210可搭配第一及第二彩色濾光片CF1、CF2以使光感應單元210可同時具有兩個工作區間，其中一個工作區間係用於偵測是否有照光，另一個工作區間係用於偵測是否有遮光，或者工作區間係用以感測兩種不同波段的光。第一濾光片CF1可搭配第一光感應電晶體216,第二濾光片CF2可搭配第二光感應電晶體218,第一及第二彩色濾光片CF1、CF2顏色可相同或不同。如第10圖所示，光感應單元可於工作區間I偵測光感應單元是否被遮光(例如被手指遮住光線)，而光感應單元可於工作區間II偵測光感應單元是否被照光(例如被光筆照光)。如此本發明光感應單元可同時被應用於偵測是否有遮光及偵測是否有遮光。
    綜上所述，本發明光感應單元係藉由第一及第二光感應電晶體之組合於照光時增加漏電流，而於不照光時減少流經第二光感應電晶體之漏電流，進而改變光感應單元之工作區間。第二光感應電晶體可用以擴大原本第一光感應電晶體之工作區間。
    相較於先前技術，本發明光感應單元之工作區間較大，且光感應單元於長時間工作前後之工作區間有重疊之部分，因此本發明光感應單元可於重疊之工作區間內正常運作，而不會造成讀取單元誤判之問題發生。
    以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
    100,200．．．光感應式觸控面板
    110,210,230．．．光感應單元
    112．．．電晶體
    114．．．電容
    116．．．光感應電晶體
    120,220．．．讀取單元
    212．．．電晶體
    214．．．第一電容
    215．．．第二電容
    216．．．第一光感應電晶體
    218．．．第二光感應電晶體
    A,B,C,I,II．．．工作區間
    D．．．資料線
    G,W．．．掃描線
    P．．．畫素
    CF1,CF2．．．彩色濾光片
    第1圖為習知光感應式觸控面板之示意圖。
    第2圖為第1圖光感應式觸控面板之光感應單元之示意圖。
    第3圖為習知光感應單元之相關訊號的示意圖。
    第4圖為習知光感應單元於長時間工作前後之特性曲線的示意圖。
    第5圖為本發明光感應式觸控面板之示意圖。
    第6圖為第5圖光感應式觸控面板之光感應單元之示意圖。
    第7圖為本發明光感應單元之相關訊號的示意圖。
    第8圖為本發明光感應單元於長時間工作前後之特性曲線的示意圖。
    第9圖為本發明光感應單元之另一實施例之示意圖。
    第10圖為本發明光感應單元搭配第一及第二彩色濾光片的示意圖。
    第11圖為本發明光感應單元搭配第一及第二彩色濾光片後之特性曲線的示意圖。
    210．．．光感應單元
    212．．．電晶體
    214．．．第一電容
    215．．．第二電容
    216．．．第一光感應電晶體
    218．．．第二光感應電晶體
    G．．．掃描線
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] 一種光感應式觸控面板之光感應單元，包含：一電晶體，具有一控制端用以接收一第一控制訊號；一第一電容，電連接於該電晶體之一第一端；一第一光感應電晶體，具有一控制端、一第一端及一第二端，該第一光感應電晶體之該第一端係電連接於該第一電容；及一第二光感應電晶體，具有一控制端、一第一端及一第二端，該第二光感應電晶體之該控制端接收一第二控制訊號，該第二光感應電晶體之該第一端係電連接於該第一光感應電晶體之該第二端，該第二光感應電晶體之該第二端接收一第三控制訊號。
    [2] 如請求項1所述之光感應單元，其中該第一光感應電晶體之該控制端係接收該第三控制訊號。
    [3] 如請求項1所述之光感應單元，其中該第一光感應電晶體之該控制端係接收一第四控制訊號。
    [4] 如請求項1所述之光感應單元，其中該第一光感應電晶體之該控制端及第二端之間的電壓差係為變動值。
    [5] 如請求項1所述之光感應單元，另包含一第二電容，電連接於該第一光感應電晶體之第二端。
    [6] 一種光感應式觸控面板，包含：複數個配置成矩陣形式之畫素；複數條資料線，用以傳輸顯示資料至該複數個畫素；複數條掃描線，用以傳輸掃描訊號至該複數個畫素；複數個光感應單元，每一光感應單元包含：一電晶體，具有一控制端電連接於該複數條掃描線之一第一掃描線；一第一電容，電連接於該電晶體之一第一端；一第一光感應電晶體，具有一第一端電連接於該第一電容；及一第二光感應電晶體，具有一控制端電連接於該複數條掃描線之一第二掃描線，一第一端電連接於該第一光感應電晶體之一第二端，一第二端電連接於該複數條掃描線之一第三掃描線；及一讀取單元，電連接於該電晶體之一第二端，用來於該電晶體被開啟時讀取該第一電容之電壓。
    [7] 如請求項6所述之觸控面板，其中該第一光感應電晶體之一控制端係電連接於該第三掃描線。
    [8] 如請求項6所述之觸控面板，其中該第一光感應電晶體之該控制端係電連接於該複數條掃描線之一第四掃描線。
    [9] 如請求項6所述之觸控面板，其中該光感應單元另包含一第二電容，電連接於該第一光感應電晶體之該第二端。
    [10] 如請求項6所述之觸控面板，另包含：一第一彩色濾光片，設置於該第一光感應電晶體之相對應位置；及一第二彩色濾光片，設置於該第二光感應電晶體之相對應位置。
    [11] 一種光感應式觸控面板之光感應單元之控制方法，該光感應單元包含一電晶體，其控制端接收一第一控制訊號，一第一電容，電連接於該電晶體之第一端，一第一光感應電晶體，其第一端電連接於該第一電容，及一第二光感應電晶體，其控制端接收一第二控制訊號，第一端電連接於該第一光感應電晶體之第二端，第二端接收一第三控制訊號，該方法包含：於一第一時段提供具高電位之該第一控制訊號，及提供具低電位之該第二控制訊號及該第三控制訊號；於接續於該第一時段之一第二時段提供具高電位之該第二控制訊號及該第三控制訊號，及提供具低電位之該第一控制訊號；於接續於該第二時段之一第三時段提供具低電位之該第一控制訊號、該第二控制訊號及該第三控制訊號；及於接續於該第三時段之一第四時段提供具高電位之之該第一控制訊號，及提供具低電位之該第二控制訊號及該第三控制訊號，且該光感應式觸控面板之讀取單元讀取該第一電容之電壓。
    [12] 如請求項11所述之方法，另包含：於該第一時段提供具低電位之一第四控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端；於該第二時段提供具高電位之該第四控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端；於該第三時段提供具低電位之該第四控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端；及於該第四時段提供具低電位之該第四控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端。
    [13] 如請求項11所述之方法，另包含：於該第一時段提供具低電位之該第三控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端；於該第二時段提供具高電位之該第三控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端；於該第三時段提供具低電位之該第三控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端；及於該第四時段提供具低電位之該第三控制訊號至該第一光感應電晶體之控制端。
    [14] 如請求項11所述之方法，另包含根據該讀取單元讀取之該第一電容之電壓判斷該光感應單元是否被觸控。
    [15] 一種觸控面板之感應單元，包含：一儲存單元，用以儲存一起始訊號；一感測單元包含：一第一感應元件，用以根據一第一控制訊號及一第二控制訊號於一工作區間內調整該起始訊號；及一補償單元，用以擴大該第一感應元件之工作區間；及一輸出單元，用以根據一第三控制訊號輸出一經調整過之起始訊號至一讀取單元。
    [16] 如請求項15所述之感應單元，其中該補償單元係根據該第三控制訊號擴大該第一感應元件之工作區間。
    [17] 如請求項15所述之感應單元，其中該補償單元係根據一第四控制訊號擴大該第一感應元件之工作區間。
    [18] 一種光感應式觸控面板之光感應單元，包含：一電晶體，其控制端接收一第一控制訊號；一第一電容，電連接於該電晶體之第一端；一光感應單元，至少包含第一光感應電晶體，該第一光感應電晶體具有一控制端、一第一端及一第二端，該第一光感應電晶體之控制端及第二端之間之電壓差為變動值，其變動關係與感光強度相關。
    [19] 如請求項18所述之光感應單元，至少包含一第二光感應電晶體，具有一控制端、一第一端及一第二端，該第二光感應電晶體之控制端接收一第二控制訊號，該第二光感應電晶體之第一端係電連接於該第一光感應電晶體之第二端，該第二光感應電晶體之第二端接收一第三控制訊號。
    [20] 如請求項18所述之光感應單元，其中該第一光感應電晶體之控制端係接收該第三控制訊號。
    [21] 如請求項18所述之光感應單元，另包含一第二電容，電連接於該第一光感應電晶體之第二端。
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