光输入显示面板及其画素结构.pdf

一种光输入显示面板的画素结构，可区分为一透光区与一由黑色遮光层(Black matrix，BM)所遮蔽的非透光区。其中的非透光区包括一扫描线图案、一信号线图案与一薄膜晶体管。扫描线图案与信号线图案环绕于画素结构的周围。薄膜晶体管邻近于扫描线图案与信号线图案的交叠处，并且，在薄膜晶体管内具有一掺杂有光敏材料的介电层作为其栅极与源极间的绝缘结构。黑色遮光层上具有至少一开口以暴露介电层，使介电层得以接受外界输入的光信号而降低其电阻值，进而使薄膜晶体管的源极与栅极的电压准位产生变化。

1、  一种光输入显示面板上的画素结构，其特征在于，是区分为一透光区与一由黑色遮光层所遮蔽的非透光区，其中，该非透光区包括：
一扫描线图案与一信号线图案，环绕于该画素结构的周围；
一薄膜晶体管，邻近于该扫描线图案与该信号线图案的交叠处，并具有一掺杂有光敏材料的介电层，以分隔该薄膜晶体管的栅极与源极；
该黑色遮光层上具有至少一开口，以暴露该介电层，使该介电层得以接受外界输入的光信号而改变其电阻值，进而使该薄膜晶体管的源极与栅极的电压准位产生变化。

2、  如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，该介电层受该开口所暴露的部分邻接于该薄膜晶体管的源极。

3、  如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，该光敏材料包括硫化镉或是硒化镉。

4、  如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，该薄膜晶体管是一底栅极薄膜晶体管。

5、  如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，该薄膜晶体管是一顶栅极薄膜晶体管。

6、  一种光输入显示面板上的画素结构，其特征在于，是区分为一透光区与一由黑色遮光层所遮蔽的非透光区，其中，该非透光区包括：
一第一金属图案层，位于一玻璃基板的上表面，该第一金属图案层包括相连的一扫描线图案与一栅极图案；
一掺杂有光敏材料的介电层，位于该栅极图案的上表面，并延伸覆盖该玻璃基板；
一第二金属图案层，位于该玻璃基板上，并且包括一信号线图案、一源极图案与一漏极图案，其中，该源极图案是连接至该信号线图案，该源极图案与该漏极图案是相互分离并且均位于该介电层的上表面；
该黑色遮光层上具有至少一开口，对准该源极图案侧边的介电层，使该介电层得以接受外界输入的光信号而改变其电阻值，进而使该薄膜晶体管的源极与栅极的电压准位产生变化。

7、  如权利要求6所述的画素结构，其特征在于，该光敏材料包括硫化镉或是硒化镉。

8、  如权利要求6所述的画素结构，其特征在于，该源极图案与该漏极图案均是位于该栅极图案的正上方。

9、  一种光输入显示面板，其特征在于，包括：
一下玻璃基板；
一薄膜晶体管阵列，位于该下玻璃基板上，其中，每一个薄膜晶体管包括：
相互分离之一源极图案、一漏极图案与一栅极图案；以及
一掺杂有光敏材料的介电层，夹合于该源极图案与该栅极图案，以及该漏极图案与该栅极图案间，并且，该介电层部份暴露于外，该光敏材料经特定波长的光照激发后，造成该介电层的电阻值降低，而导致该源极图案与该栅极图案的电压准位产生变化；
一上玻璃基板，位于该下玻璃基板的上方；
一黑色遮光层，位于该上玻璃基板的下表面，并遮蔽该薄膜晶体管阵列，同时该黑色遮光层具有多个开口，分别用以暴露各个薄膜晶体管的该介电层暴露于外的部份；以及
一液晶层，夹合于该上玻璃基板与该下玻璃基板间。

10、  如权利要求9所述的光输入显示面板，其特征在于，该开口所暴露的部分该介电层邻接于该源极图案与该栅极图案。

11、  如权利要求9所述的光输入显示面板，其特征在于，该栅极图案位于该介电层的上方。

12、  如权利要求9所述的光输入显示面板，其特征在于，该栅极图案位于该介电层的下方。

13、  如权利要求9所述的光输入显示面板，其特征在于，该光敏材料包括硫化镉或是硒化镉。

14、  如权利要求9所述的光输入显示面板，其特征在于，更包括：
一源极驱动电路，电连接该薄膜晶体管阵列，以输入源极驱动电压至该薄膜晶体管阵列；
一扫描驱动电路，电连接该薄膜晶体管阵列，以输入栅极驱动电压至该薄膜晶体管阵列；
至少一第一侦测电路，电连接该源极驱动电路与该源极图案，以计算该源极驱动电压的电压准位与该源极图案的电压准位的差；
至少一第二侦测电路，电连接该扫描驱动电路与该栅极图案，以计算该栅极驱动电压的电压准位与该栅极图案的电压准位的差；及
一逻辑电路，电连接该第一侦测电路与该第二侦测电路，以判断该薄膜晶体管阵列中，受到光照的薄膜晶体管的位置。

15、  如权利要求14所述的光输入显示面板，其特征在于，该第一侦测电路包括一减法器以计算该源极驱动电压的电压准位与该源极图案的电压准位之差。

16、  如权利要求14所述的光输入显示面板，其特征在于，该第二侦测电路包括一减法器以计算该栅极驱动电压的电压准位与该栅极图案的电压准位之差。

光输入显示面板及其画素结构
技术领域
本发明关于一种光输入显示面板及其画素结构，尤其是一种利用光敏材料在特定波长的光照下产生的电阻值变化，以进行光输入的光输入显示面板及其画素结构。
背景技术
按，随着科技日益精进，电子产品的输入装置愈趋多元化。而在众多输入装置中，触控面板常被用来贴附于显示面板的表面，以允许使用者直接在显示面板上输入。利用触控面板进行输入，除了可以节省传统输入装置，如键盘与鼠标，所必须占据的空间外，触控面板也提供使用者更人性化的输入方式。因此，在许多的电子产品中，已逐渐使用触控面板来取代键盘作为主要的输入装置。
触控面板依据其侦测触控点的原理，主要区分为电阻式与电容式两种。请参照图1所示，为一典型电阻式触控面板10的示意图。此电阻式触控面板10包括一导电玻璃(ITO Glass)12、一导电薄膜(ITO Film)16与多个分隔点(spacer)14夹合其间。其中，导电玻璃12平行于图中Y轴方向的相对两侧边12a，12b，是通有不同的电压准位，以在导电玻璃12上产生垂直于图中Y轴方向的电压梯度。而在导电薄膜16平行于图中X轴方向的相对两侧边16a，16b，亦通有不同的电压准位，以在导电薄膜16上产生垂直于图中X轴方向的电压梯度。当手指对导电薄膜16施压，而使导电薄膜16与导电玻璃12相接触。将导致导电薄膜16与导电玻璃12边缘处的电压准位产生变化。而透过侦测导电薄膜16四个角落的电压准位值，即可推断出手指的压触位置。基本上，电阻式触控面板具有高分辨率、厚度薄、低耗电、价位低、操作方便等优点，不过有透光率较差、耐久度较差、准确度较低等缺点。
请参照图2所示，为一典型电容式触控面板20的示意图。电容式触控面板20以一玻璃基板22为主体，并且，在此玻璃基板22的上表面依序制作有一导电镀层24与一防刮涂膜26，而在此玻璃基板22的下表面制作有一电磁屏蔽层28。导电镀层24施加有一均匀的电场，而当手指接触到触控面板20表面，手指与导电镀层24间将形成耦合电容而产生电流。透过侦测此电流的大小与方向，即可定出手指的压触位置。电容式的优点为防尘、防火、防刮、及具有高分辨率，但有价格昂贵、容易因静电或湿度而造成误动作等缺点。
如前述，无论是电阻式或是电容式触控面板都有其缺点，而往往造成触控面板普及上的限制。爰是，如何改变既有触控面板的设计以克服其缺点，已成为触控面板的领域中，长久以来亟欲克服的困难。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种光输入显示面板及其画素结构，可利用特定波长的光讯号作为输入的媒介，以解决传统电阻式触控面板或是电容式触控面板所衍生的问题。
本发明光输入显示面板的画素结构，可区分为一透光区与一由黑色遮光层(Black Matrix，BM)所遮蔽的非透光区，其中的非透光区包括一扫描线图案、一信号线图案与一薄膜晶体管。其中，扫描线图案与信号线图案环绕于画素结构的周围。而薄膜晶体管邻近于扫描线图案与信号线图案的交叠处，并且，此薄膜晶体管具有一掺杂有光敏材料的介电层作为其栅极与源极间的绝缘结构。在黑色遮光层上具有至少一开口以暴露介电层，使介电层得以接受外界输入的光信号而降低其电阻值，进而使薄膜晶体管的源极与栅极的电压准位产生变化。
本发明的光输入显示面板包括一下玻璃基板、一薄膜晶体管阵列、一上玻璃基板、一黑色遮光层与一液晶层。其中，薄膜晶体管阵列位于下玻璃基板上。上玻璃基板位于下玻璃基板的上方。黑色遮光层位于上玻璃基板的下表面，并且，部分遮蔽上述薄膜晶体管阵列。液晶层夹合于上玻璃基板与下玻璃基板间。
每一个薄膜晶体管包括相互分离之一源极图案、一漏极图案与一栅极图案，以及一掺杂有光敏材料的介电层。此介电层夹合于源极图案与栅极图案，以及漏极图案与栅极图案间，并且，此介电层部份暴露于外。同时，黑色遮光层具有多个开口，分别用以暴露各个薄膜晶体管的介电层暴露于外的部份。此介电层内部的光敏材料经特定波长的光照激发后，造成介电层的电阻值降低，进而导致源极图案与栅极图案的电压准位产生变化。
为了测量薄膜晶体管的各电极的电压准位变化，以判断受到光照的薄膜晶体管的位置，本发明的光输入显示面板更包括一源极驱动电路、一扫描驱动电路、至少一第一侦测电路、至少一第二侦测电路与一逻辑电路。其中，源极驱动电路电连接信号线图案，以输入源极驱动电压至薄膜晶体管阵列。扫描驱动电路电连接扫描线图案，以输入栅极驱动电压至薄膜晶体管阵列。第一侦测电路电连接源极驱动电路与源极图案，以计算源极驱动电压的电压准位与源极图案的电压准位的差。第二侦测电路电连接扫描驱动电路与栅极图案，以计算栅极驱动电压的电压准位与栅极图案的电压准位的差。逻辑电路电连接第一侦测电路与第二侦测电路，以判断薄膜晶体管阵列中，受到光照的薄膜晶体管的位置。
相较于传统的触控面板，本发明的光输入面板具有下列优点：
一、相较于传统的触控面板必须有实质上的接触才能输入信号，本发明的光输入面板利用特定波长的光线作为光输入媒介，因而不需与面板产生实质上地接触。因此，除了可以防止因压触而对面板造成的损伤外，也可以避免因手指上的静电或湿气而造成触控面板的错误动作。
二、传统触控面板贴附于显示面板上，以允许使用者直接依据显示面板画面的指示进行输入。因此，显示面板所提供的画面必须穿透触控面板，才能传递至使用者双眼，而往往造成显示亮度不足。反之，本发明的光输入面板将输入功能合并于显示面板中，而不需在显示面板上附加额外的膜层，因此，可以提供较佳之显示亮度。
三、本发明的光输入显示面板，是在薄膜晶体管的介电层中掺入足量的光敏材料，并且，利用光敏材料的电阻值在特定波长光照下会产生明显降低的特性，来达到光输入的目的。由此可知，本发明可以直接利用传统显示面板内既有的薄膜晶体管，并在显示面板的电路上，进行少量变更即可达成。而相较于传统触控面板所必须额外增加的成本，本发明光输入显示面板的制作成本明显较低。
图1为一典型电阻式触控面板的示意图。
图2为一典型电容式触控面板的示意图。
图3A为本发明光输入显示面板的画素结构一较佳实施例的俯视示意图。
图3B为对应于图3A中a-a的剖面示意图。
图4为本发明光输入显示面板一较佳实施例的等效电路图。
图5为本发明光输入显示面板的侦测电路一较佳实施例的示意图。
图号说明：
    电阻式触控面板10       导电玻璃12
    分隔点14               导电薄膜16
    电容式触控面板20       玻璃基板22
    导电镀层24             防刮涂膜26
    电磁屏蔽层28           画素数组30
    源极驱动电路40         扫描驱动电路50
    信号线60               扫描线70
    画素300                薄膜晶体管320
    光触动开关322          液晶电容360
    下玻璃基板400          上玻璃基板500
    第一金属图案层420      第二金属图案层460
    介电层440              扫描线图案422
    栅极图案424            信号线图案462
    源极图案464            漏极图案466
    黑色遮光层520          开口522
    第一侦测电路110        第二侦测电路120
    逻辑电路130            减法器112，122
    缓冲器114，116，124，126
请参照图3A与图3B所示，显示本发明光输入显示面板的画素结构一较佳实施例。其中，图3A为此画素结构的俯视示意图，而图3B为对应于图3A中a-a的剖面示意图。此画素结构是区分为一透光区T与一由黑色遮光层(Black Matrix，BM)520所遮蔽的非透光区M(由图中虚线所划分)。
如图3A所示，在非透光区M中具有一第一金属图案层420、一掺杂有光敏材料的介电层440与一第二金属图案层460。其中，第一金属图案层420包括相连的一扫描线图案422与一栅极图案424。并且，其中的扫描线图案422位于此画素结构的一侧边，而栅极图案424由此扫描线图案422向上或向下延伸。第二金属图案层460包括一信号线图案462、一源极图案464与一漏极图案466。并且，其中的信号线图案462位于此画素结构的左侧且与源极图案464相连接，而漏极图案466与源极图案464相互分离，并且由介电层440处延伸至透光区T内的画素电极480。同时请参照图3B所示，上述第一金属图案层420位于一下玻璃基板400的上表面。介电层440位于栅极图案424的上表面，并且，延伸覆盖第一金属图案层420外围的下玻璃基板400。信号线图案462位于下玻璃基板400上，而源极图案464与漏极图案466位于介电层440的上表面。
此外，如图3B所示，黑色遮光层520制作于一上玻璃基板500的下表面，以定义画素结构中非透光区M的所在位置，并对下玻璃基板400上的线路布局作适当保护。此黑色遮光层520并具有一开口522对准源极图案464侧边裸露于外的介电层440。此介电层440在未受到特定波长光线照射的情况下呈现高阻抗状态，而当介电层440受到此特定波长光线照射后，受到光照的光敏材料将吸收光能量而形成导电通路，进而使受到光照的区域呈现低阻抗状态。换言之，外界的光输入信号(即具备此特定波长的光线)即可透过此开口522照射至介电层440，以使介电层440的电阻值产生足够的变化。
值得注意的是，在介电层440内添加的光敏材料(如硫化镉CdS，硒化镉CdSe)的量必须足以使光照前后介电层440的电阻值有明显的差异，方能使源极图案464与栅极图案424的电压准位产生足够大的变化。
在上述实施例中，制作于下玻璃基板400上的薄膜晶体管为一底栅极(bottom gate)薄膜晶体管，即栅极图案424位于介电层440的下方，而源极图案464与漏极图案466位于介电层440的上方。然而亦不限于此。在使薄膜晶体管的源极与栅极间的介电层曝露于外的前提下，亦可采用顶栅极(top gate)薄膜晶体管，即源极图案464与漏极图案466位于介电层440的下方，而栅极图案424位于介电层440的上方。
请参照图4所示，为本发明光输入显示面板的等效电路图。如图中所示，此光输入显示面板上具有一画素数组30、一源极驱动电路40与一扫描驱动电路50。其中画素数组30内的每一个画素300包括一薄膜晶体管320与一液晶电容360。而且，此薄膜晶体管320内具有一光触动开关322(由图3B中掺有光敏材料的介电层所构成)，其两端分别连接至源极S与栅极G。同时，液晶电容360连接至薄膜晶体管320的漏极D。
源极驱动电路40所产生的源极驱动电压Vs，是透过信号线60，输入各个薄膜晶体管320的源极S。而扫描驱动电路50所产生的扫描驱动电压Vg，透过扫描线70，输入各个薄膜晶体管320的栅极G。由此，薄膜晶体管320可作为一开关，以控制液晶电容360的充放电。
在光触动开关322未受到特定波长的光线照射时，光触动开关322呈现开启(open)状态，使薄膜晶体管320的源极S与栅极G间为断路，以维持薄膜晶体管320的正常运作。然而，当特定波长的光线照射至光触动开关322，以使此光触动开关340呈现关闭(close)状态。薄膜晶体管320的源极S与栅极G间形成通路，而导致薄膜晶体管320的源极S、栅极G、乃至于漏极D的电压准位产生变化。此时，透过侦测各个薄膜晶体管320任一电极的电压准位，即可判断哪一个光触动开关322受到光照而关闭，也就可以决定光输入的位置。
为了侦测画素数组30中各个薄膜晶体管320的源极S与栅极G的电压准位变化，以决定光输入的位置。如图5所示，在此画素数组30的周围，具有多个第一侦测电路110、多个第二侦测电路120与一逻辑电路130。其中，第一侦测电路110透过信号线60，分别连接至源极驱动电路40与画素数组30。第二侦测电路120透过扫描线70，分别连接至扫描驱动电路50与画素数组30。同时，各个第一侦测电路110与各个第二侦测电路120电连接至逻辑电路130。
第一侦测电路110内包括一个减法器112与二个缓冲器114与116。其中，缓冲器114位于信号线60上，并串接于源极驱动电路40与画素数组30间。而减法器112并联此缓冲器114。另一个缓冲器116位于此并联电路上，并且串接至减法器112。透过缓冲器114与116限制电流的走向，可以使减法器112的两端，分别取得来自源极驱动电路40的源极驱动电压Vs的电压准位，以及来自薄膜晶体管320(请同时参照图3)源极S的电压准位。
在薄膜晶体管320内的光触动开关322未受到光照的情况下，源极驱动电压Vs的电压准位与薄膜晶体管320源极S的电压准位相同。但是，当光触动开关322受到光照，薄膜晶体管320源极S的电压准位将产生变动，而与源极驱动电压Vs的电压准位产生差异。
第二侦测电路120内包括一个减法器122与二个缓冲器124与126。其中，缓冲器124位于扫描线70上，并串接于栅极驱动电路50与画素数组30间。而减法器122并联此缓冲器124。另一个缓冲器126位于此并联电路上，并且串接至减法器122。透过缓冲器124与126限制电流的走向，可以使减法器122的两端，分别取得来自栅极驱动电路50的栅极驱动电压Vg的电压准位，以及来自薄膜晶体管320(请同时参照图3)栅极G的电压准位。
在薄膜晶体管320所连接的光触动开关322未受到光照的情况下，栅极驱动电压Vg的电压准位与薄膜晶体管320栅极G的电压准位相同。但是，当光触动开关322受到光照，薄膜晶体管320栅极G的电压准位将产生变动，而与栅极驱动电压Vg的电压准位产生差异。
减法器112与122的运算结果馈入逻辑电路130内。由此，逻辑电路130可以比较各个减法器112的回传数值，以判断究竟哪一列的薄膜晶体管320受到光照，同时，也可以比较各个减法器122的回传数值，以判断究竟哪一行的薄膜晶体管320受到光照。综合上述判断结果，即可确认受到光照的薄膜晶体管320的位置，也就可以确认光输入的位置。