光感测装置以及具该光感测装置的显示器 【技术领域】
本发明有关一种光感测装置，特别是相关于一种可提高显示器开口率的光感测装置；本发明另有关一种具有上述光感测装置的显示器。
【背景技术】
随着科技、网络、以及通信的蓬勃发展，电子产品除须具有科技的新颖性条件外，更寻求与使用者的直接互动，以满足使用者在方便性以及互动性上的需求。因此，许多触控式产品与接口因应推出，例如ATM提款机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)，移动电话或笔记型计算机。触控式产品借着使用者接近或按压触控式面板(touch panel)，进行使用者与电子产品之间的直接互动，以完成数据的传输、存取以及更新，因此增加输入上的效率。
于现有技术中，触控面板整合于液晶显示器(liquid crystal display，LCD)内，并于液晶显示器的薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)数组架构下内嵌光感测装置。当使用者以手指、触控笔或其它物体接近或者按压显示器面板时，会遮蔽面板内光感测装置的部分或全部光源，因此光感测装置可通过感测光的变化，而撷取手指、触控笔或其它物体于触控面板的影像以及其坐标位置。
现有技术并揭露一种光学感测装置，该光学感测装置包括多个感测画素电路；每一该感测画素电路包括一个光电薄膜晶体管以及多个读取薄膜晶体管；其中一读取薄膜晶体管作为重置(reset)之用，因此其栅极须与一重置信号电性相连，以读取一第一重置电压。此外，为反应感测画素电路于不同遮光程度的电气信号结果，须另设置一第二重置电压，并使该第二重置电压与该第一重置电压之间形成一电压准位差。因所述现有技术须在画素(pixel)单元的既有电路外，另增额外的控制信号，因此电路架构较为复杂。然而，过于复杂的电路架构将增加薄膜晶体管的布线难度，并增添成本。
再者，由于光感测的信号通常相当微弱，若于画素单元的原电路架构下，额外增设复杂的控制电路以获取较强的信号，将降低显示器的开口率(aperture ratio)。因此，现有内嵌于显示器的光学传感器在设计时，难以兼顾光信号强度与感测装置的复杂度。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种光感测装置，其使用画素单元的原电路架构，无须额外增加其它控制信号，因此电路架构简化、布局简单。
本发明的另一目的在于提供一种显示器，其包括多个上述光感测装置，因所述光感测装置的电路架构简单，因此不致降低该显示器的开口率。
于本发明的一实施例中，提供一种光感测装置，其包括一光感测组件、一储存电容、一第一薄膜晶体管以及一第二薄膜晶体管。该光感测组件可将一节点的电压重置为一第一电压准位，而该储存电容与该节点电性相连，并依据该光感测组件的一光照度于一画面时间内，将该节点放电至一第二电压准位。该第二电压准位控制该第一薄膜晶体管的一导通电压，而该第二薄膜晶体管依据该导通电压，输出一读取电压。
于本发明的另一实施例中，提供一种显示器，其包括一第一基板、一第二基板、一设置于该第一基板与第二基板之间的液晶层、一包括多个光感测区的有效显示区；该有效显示区设置于第二基板，于每一该光感测区可设置一光感测装置，该光感测装置包括多个上述的光感测装置。
【附图说明】
为使本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例可容易了解，所附图式的详细说明如下：
图1为根据本发明一实施例的显示器的系统方块图；
图2A显示本发明的光感测装置的第一实施例示意图；
图2B显示本发明的光感测装置的第二实施例示意图；
图3为本发明的显示器一实施例的剖面层叠结构简化图；
图4显示本发明的电压信号时序图；
图5A显示节点X于高光照度与低光照度的两光照度下的放电幅度差异；以及
图5B显示读取电压于高光照度与低光照度的电压幅度差异。
【主要组件符号说明】
1 有效显示区 2 栅极线驱动器 3 输出控制器 4 数据线驱动器 10 光感测区 11 光感测装置 T1 第一薄膜晶体管 T2 第二薄膜晶体管 P 光感测组件 Cst 储存电容 X 节点
1 有效显示区 12 子画素单元 data 数据线 G(n) 第一栅极线 G(n+1) 第二栅极线 out 输出线 Vcom 共同电压 30 预设周期 31 重置期间 32 积分期间 33 读取期间 41 第一基板 42 第二基板 43 液晶层 44 遮光层 45 开口 46 外界物体
【具体实施方式】
以下的说明以及范例用以解释本发明的细节。惟，熟习此项技艺的人士应可轻易了解，在本发明的实施例所涵盖下，所述及的该些实施例应有相当的变化以及改良。因此，以下所述的实施例并不用以限制本发明的范围。
请参阅图1，其为根据本发明一实施例的显示器的系统方块图，该显示器包括一有效显示区1，一栅极线驱动器2、一输出控制器3，以及一数据线驱动器4。于该有效显示区1，多个栅极线(gate lines)以及多个输出线(output lines)彼此绝缘相交，以定义出多个光感测区10。于图1中，该些栅极线以G(i)标示，而输出线则以out(j)标示，其中i与j表示索引号(index)，且i与j地总数不必然相等。于每一该光感测区10内，一光感测装置11与相邻的两栅极线与一输出线电性相连，并输出一读取电压。
其中，该栅极线驱动器2将多个栅极脉冲(pulses)依序施加于该些栅极线G(i)，除了用于开启每一画素(pixel)中的晶体管，同时也用以触发每一该光感测区内的光感测装置11，对于画素容后叙述；而输出控制器3用以撷取每一该光感测装置11的读取电压，并进行所需的信号处理或转换。该数据线驱动器4则控制多个数据线data，用于写入影像数据到多个画素单元(显示于图2A以及图2B)。
请参阅图2A，其显示本发明的光感测装置的第一实施例示意图。本发明的每一该光感测装置11与相邻的一第一栅极线G(n)、一第二栅极线G(n+1)以及一输出线out电性相连；该光感测装置11包括：一光感测组件P、一储存电容Cst、一第一薄膜晶体管T1以及一第二薄膜晶体管T2。其中，该光感测组件P的一端与该第二栅极线G(n+1)电性相连，另一端则定义一节点X；该光感测组件P可为任一将光信号转换为电性信号的组件，例如光感应二极管(photodiodes)或光电薄膜晶体管(photo thin filmtransistors)。如图2A所显示的第一实施例，该光感测组件P可为一光电薄膜晶体管，其栅极与源/漏极的其一与该第二扫描线G(n+1)电性相连，而另一源/漏极用以定义该节点X。以下说明以及申请专利范围有多处使用「源/漏极」，其与「源极或者漏极」为同义。
该储存电容Cst的一端与上述节点X电性相连，彼端则电性连接于一共同(common)电压Vcom。该第一薄膜晶体管T1的栅极与该节点X电性相连，其源/漏极的一与该第一栅极线G(n)电性相连；该节点X的电压准位用以控制该第一薄膜晶体管T1的开关(on or off)，于开启第一薄膜晶体管T1的情况下，并决定一导通电压的大小；该第二薄膜晶体管T2的栅极与该第一栅极线G(n)电性相连，其源/漏极的一则与该输出线out电性相连，该第二薄膜晶体管T2的另一源/漏极则与第一薄膜晶体管T1的另一源/漏极电性相连。
图2A亦同时显示一个子画素(sub-pixel)单元12，该子画素单元12包含于一个画素单元内，每一该画素单元包括红、绿以及蓝三个子画素单元，图2A仅例示其中的一个子画素单元12，且本发明并不为所显示的子画素单元12电路所限。绘制子画素单元12于图式中的目的，仅显示本发明的光感测装置11的电路信号可与画素单元共同使用，因此无须增设其它额外电路信号，就可以使本发明的电路架构较为简单。
请参见图2B，其显示本发明的光感测装置的第二实施例，其中数据线data与输出线out为共享，致使光感测装置与画素单元加以整合，电路架构更为简化。
图3显示本发明的显示器一实施例的层叠结构图，为简化说明，该结构图仅作部分显示并简化其结构，且未依照比例绘制。如图3，本发明的显示器包括一第一基板41、一第二基板42、以及设置于第一基板41以及第二基板42之间的一液晶层43。该第一基板41相对第二基板42的一侧形成一遮光层44，该遮光层44覆盖处可定义一非透光区。于一实施例中，该遮光层44可为黑矩阵(black matrix)。图3显示本发明的有效显示区1设置于该第二基板42，且于该有效显示区1定义该些光感测区10，每一该光感测区10可设置一该光感测装置11。为方便显示，图3仅显示其中一光感测装置11形成于第二基板42。
该遮光层44对应光感测组件P处，设置有一开口45；当外界物体46遮蔽该开口45，将改变该光感测组件P的一光照度(illuminance)，该光感测组件P根据该光照度，将光信号转换为一漏电流的电气信号，而该光照度与该漏电流大小呈正相关。
图4为本发明的电压信号时序图(voltage timing diagram)，其显示多个预设周期30。每一该预设周期30包括一重置期间(reset period)31、一积分期间(integration period)32、以及一读取期间(read outperiod)33。该预设周期30可为一画面(frame)时间，例如1/60s。
请配合参阅图2A或图2B，于图4所显示的该重置期间31，该栅极线驱动器2(请见图1)施加一脉冲(pulse)于该第二栅极线G(n+1)，使第二栅极线G(n+1)成为致能(enable)，藉以导通与该第二栅极线G(n+1)电性相连的光感测组件P，并将该光感测组件P彼端的节点X电压重置为一第一电压准位。
接着，于该积分期间，与该光感测组件P相邻的第一栅极线G(n)以及第二栅极线G(n+1)皆为非致能(disable)，储存于该储存电容Cst的电荷经由光感测组件P持续释出，自该储存电容Cst释出的电荷量与该光感测组件P的光照度相关，如该光感测组件P为外界物体46所遮蔽，将降低光照度，因此造成光感测组件P的漏电流减小，储存电容Cst将节点X放电幅度亦随的减少。请参见图5A，其显示节点X于高光照度与低光照度的两光照度下的放电幅度差异。
请再度回到图4，接着于该读取期间33，该栅极线驱动器2施加另一脉冲(pulse)于该第一栅极线G(n)，使第一栅极线G(n)成为致能，而开启第二薄膜晶体管T2。因第一薄膜晶体管T1的源/漏极的一与第一栅极线G(n)电性相连，而其栅极与节点X电性相连，故该第一薄膜晶体管T1亦被开启。
于整个预设周期30内，根据光感测组件P的光照度，该节点X持续放电，至该预设周期30的最末(亦即读取期间33的最末)，经由光感测组件P，将节点X放电至一第二电压准位。该第二电压准位控制第一薄膜晶体管T1的导通程度，使第一薄膜晶体管T1与第二薄膜晶体管电性相连端具有一导通电压。进一步而言，第二电压准位与导通电压呈现一函数相关，如第二电压准位较大，第一薄膜晶体管T1的导通程度亦将增加，因此存在一较大的导通电压。经由开启的第二薄膜晶体管T2，该导通电压将决定第二薄膜晶体管T2的一读取电压，并输出该读取电压至该输出线。
在一个预设周期30内(或是一个画面时间内)，所有的该些栅极线G(i)依序被扫描，得到光感测区10内光感测装置11的所有读取电压。因读取电压和导通电压相关，而导通电压决定于节点X的第二电压准位。更进一步，第二电压准位相关于光感测组件P的光照度，光照度则由外界物体46遮蔽光感测组件P的程度所决定。图5B显示读取电压于高光照度与低光照度的电压幅度差异。于此，撷取所有光感测区10的读取电压，可分析出外界物体46的瞬时影像以及其坐标位置，如再配合显示器的画素单元或是其它装置与组件，可产生彩度或是其它功能，于此不赘述。
本发明的光感测装置，使用画素单元的原电路架构，无须额外增加其它控制信号，因此电路架构简化、布局简单。且通过该预设周期30的调整，可使节点X的放电幅度增加，俾使输出的读取电压差异增大，因此有利于光照度的分析比较。
本发明以一实施例揭露如上文，然其并非用以限定者。任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神以及范围内，当可进行各种实质上相等的变动以及润饰，因此本发明的保护范围当以后附的申请专利范围所界定者为准。