專利名稱：傳感器元件、感光矩陣、觸控面板及觸控感測方法
技術領域：
本發明是有關于一種觸控傳感器距陣，且特別是有關于一種主動式像素傳 感器元件及應用其的感光矩陣、觸控面板及觸控感測方法。
背景技術：
隨著低溫多晶硅(low temperature poly-silicon， LTPS)技術漸趨成熟，其對于
使用低溫多晶硅技術將觸控傳感器與驅動電路一起制作于玻璃基板上有所裨 益。主動式像素傳感器(active pixel sensor, APS)顧名思義不同于被動式像素傳 感器(passive pixel sensor, PPS)，其原因在于主動式像素傳感器中的傳感器元 件具有主動式放大器，像是薄膜晶體管(thin film transistor, TFT)，其用以放大 光傳感器所偵測到的感測信號。如此一來，主動式像素傳感器的信雜比(SNR) 便可大大地提升。主動式像素傳感器相較于被動式像素傳感器最大的缺點在 于，主動式像素傳感器的每一個感測元件含有較多的電子元件，使得感測元件 的尺寸難以再被縮小。
由此可知，需要一種制造主動式像素傳感器的方法，其中的傳感器元件含 有較少的電子元件數目。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，提供一種觸控面板，其包含以距陣形 式配置的多個主動式像素傳感器，用以感測觸碰事件。每一個傳感器元件包含 與單一放大器耦接的感光元件。傳感器元件是配置用以提供感測電壓，用來表 示在感光周期時光傳感器所接收到的亮度級。放大器在感光周期中將感測電壓 放大為輸出電壓。在感光周期之后，輸出電壓與感測電壓被重置為預定電壓電 位。在重置周期之后，使光傳感器及放大器失能而讓感測電位降至預定電壓電 位之下。
因此，本發明第一態樣便是在觸控面板中使用的傳感器元件。傳感器元件包含放大器以及感光元件。放大器具有第一放大器端、第二放大器端和控制 端。第一放大器端連接至第一 電壓源，第二放大器端操作性地連接至電壓輸出， 其中第二放大器端是設定用以連接至電流源。感光元件具有第一元件端以及第 二元件端。第一元件端操作性地連接至第一電壓源，而第二元件端操作性地連 接至放大器的控制端，其中電壓輸出操作性地連接至重置元件，以將電壓輸出 重置到預定的重置電壓。傳感器元件還包含第一切換元件，連接于第二元件端 與第二放大器端之間，第一切換元件能夠在導通狀態和非導通狀態運作，以達 到切換功能。重置元件包含第二切換元件，能夠在導通狀態和非導通狀態運作， 使得當第一切換元件在導通狀態運作時，第二切換元件亦在導通狀態運作。舉 例來說，放大器可以為晶體管。
依據本發明的多個實施例，傳感器元件還包含電容，連接于感光元件的第 一元件端和第二元件端之間。其中感光元件包含光二極管以及電容，光二極管 連接于第一元件端和第二元件端之間，電容與光二極管并聯相接。
本發明第二態樣是觸控面板，其具有多個如上所述的傳感器元件。觸控面 板具有多個來自傳感器元件的電壓輸出。電壓輸出被傳送至感測電路量測，以 判斷觸碰事件所發生的位置。
依據本發明的技術手段，感測電路具有量測裝置以量測每一傳感器元件的 電壓輸出。
本發明第三態樣是觸控感測的方法，包含 配置多個傳感器元件于觸控面板中；
提供光傳感器于每一傳感器元件中，光傳感器是配置用以提供感測電壓， 用來表示在感光周期由光傳感器所接收到的亮度級；
放大傳感器元件的感測電壓以提供輸出電壓，用以表示感光周期中的感測 電壓；以及
在感光周期后的重置周期中，重置輸出電壓至預定電壓電位。
依據本發明的多個實施例，此觸控感測方法更包含在重置周期間重置感測 電壓至預定電壓電位。
依據本發明的多個實施例，此觸控感測方法更包含在重置周期后的斷開周 期中，使光傳感器失能而讓感測電壓降至預定電壓電位之下。
本發明第四態樣是整合式觸控面板，其中觸控感測元件提供在顯示面板上。在顯示面板(包含由像素行與像素列所構成的像素距陣并使用多個柵極線 信號以控制像素列)中，將一些柵極線信號做為觸控面板中不同列的感測元件 的電壓供應信號是可行的。
配合敘述以及圖1至圖6b，能使本發明的目的與優點更為明顯易懂。


圖1繪示依照本發明的一種主動式像素傳感器的整體配置圖； 圖2a繪示依照本發明一實施方式的一種主動式像素傳感器中傳感器元件 的電子元件圖2b繪示依照本發明另一實施方式的一種主動式像素傳感器中傳感器元 件的電子元件圖，其連接至一不同的電流源；
圖3繪示依照本發明一實施方式的一種傳感器分區圖，具有一距陣的傳感 器元件；
圖4繪示傳感器元件中不同信號電位的時序圖； 圖5依照本發明一實施方式，繪示觸控面板中不同信號的時序； 圖6a繪示依照本發明一實施方式的一整合式觸控屏幕，具有多個主動式 像素傳感器；
圖6b繪示依照本發明另一實施方式的一整合式觸控屏幕，具有多個主動 式像素傳感器。
其中，附圖標記為 10:傳感器區域 20:傳感器元件 22:光傳感器 24:電容 26:放大器 28:切換元件 40:外部電流源 42:電容 100:觸控屏幕 110:像素200910168583.8
具體實施例方式
根據本發明一實施方式，主動式像素傳感器如圖1所示，可分成三個區域: 傳感器區域、感測電路區域以及控制區域。傳感器區域包含傳感器元件距陣(如 圖3所示)以偵測傳感器區域上的光分布。來自傳感器距陣的感測信號被傳送 至感測電路區域以進行處理。控制區域例如可用以控制將感測信號由傳感器距 陣傳送至感測電路區域、重置感測元件以及控制感測元件的供應電壓。傳感器 區域、感測電路區域以及控制區域可在單一基板上制造成集成電路。例如，部 份或全部的集成電路可使用低溫多晶硅(low temperature poly-silicon, LTPS)而 制造在玻璃基板上。然而，主動式像素傳感器可以使用不同的材料并在不同基 板上制造。
在顯示面板中，例如液晶顯示器(liquid crystal display, LCD)或發光二極管 (light-emitting diode, LED)顯示器，將傳感器區域整合至顯示面板上是可行的一 種態樣。
本發明主要是有關于傳感器區域，且特別是有關于傳感器元件中的電子元 件和電子電路。
請參照圖3，傳感器區域10包含一傳感器元件20距陣，連接至控制區域 不同的電壓供應線和重置信號線(如圖l所示)。如圖3所示，每一列傳感器元 件20是由分開的電壓供應信號VDDn和重置信號RSTn所驅動，且每一行傳 感器元件20連接至一條輸出線VOUTm，以由傳感器元件20提供輸出電壓至 感測電路200。
根據本發明一實施方式，如圖2a和圖2b所示，傳感器元件20包含光傳 感器22、電容24、放大器26以及切換元件28。放大器26例如可為單一晶體 管Msf。光傳感器22例如可為光電二極管，與電容24電性并聯相接。光傳感 器22的一端電性連接至電壓電位VDD1的供應電壓，此電壓電位較佳地為可 變。當傳感器元件20被選擇用以感測時，則VDD1處于高電壓，當傳感器元件20不被選擇用以感測時，則VDD1處于低電壓(請參考圖4)。光傳感器22 的另一端連接至晶體管Msf的柵極，其中此晶體管Msf被用做主動式放大器， 以放大在感測點Vps的感光信號。放大器26例如可為源極隨耦器或共漏極放 大器，但若是使用電壓雙極接面晶體管(bipolar-junction transistor, BJT)作為放 大器的話，則放大器可處于共集極組態。在Vps的光漏電壓信號經由放大器 26放大之后，此放大信號輸出作為Vout。如圖2a所示，Vout連接至外部電 流源40，外部電流源40連接至電壓電位VSS1。輸出電壓Vout可利用重置信 號RSTA，經由外部切換元件SA重置至電壓電位VRST。 Vps的電壓電位亦 可利用重置信號RST1，經由切換元件28重置至電壓電位VRST，其中重置信 號RST在一較佳實施例中與重置信號RSTA同步。
圖2b繪示本發明另一實施方式，其中電流源包含電容42，與切換元件SA 并聯相接，使得輸出電壓Vout以及Vps的電壓電位被重置至同樣的重置電位 VRST。
圖4繪示感測元件(請參閱圖2a和圖2b)的運作原理。如圖4所示，VDD1 具有兩個電壓電位，分別為高電壓電位Vgh和低電壓電位Vgl。當VDD1位 于低電壓電位Vgl時，放大器26關閉。當VDD1位于高電壓電位Vgh時，放 大器26在感測周期(圖4中的周期1 2)間放大感測信號Vps。在周期W塒， 輸出電壓Vout大致上隨Vps增加。感測信號Vps的振幅代表光傳感器22所 收到的光強度。當傳感器元件20被觸碰時，感測信號Vps和輸出電壓Vout 會減少或改變。因此，透過輸出電壓Vout便能夠感測到觸碰事件。
在周期n III時，重置電壓RST1和RSTA處于高電位，使得切換元件28 和SA關閉(處于導通狀態)，輸出電壓Vout以及信號Vps皆等于VRST。在周 期III IV時，信號RSTA和RST1被關閉，輸出電壓Vout和信號Vps可能會輕 微地改變。在時間點IV時，VDDl被切換至低電壓電位Vgl，信號Vps的電位 降至VRST - (Vgh - Vgl)。從時間點IV開始到VDD1再度處于高電位之前，信 號Vps隨之緩慢地增加但其電位不會超過Vgl。
如圖2a和圖2b所示，輸出電壓Vout在感測電路區域中(如圖1所示)，被 特殊應用集成電路(application specific integrated circuit, ASIC)讀為信號 VOUTl。
根據本發明多個實施方式，VDD1是周期性地運作為高電位Vgh和低電位Vgl。當電壓電位VDD1為低電位時，放大器26是處在未導通狀態。同時， 切換元件28亦處于未導通狀態，使得感測點Vps與輸出Vout電性隔絕開來。 如此一來，傳感器元件的輸出不太可能干擾到距陣中的其它傳感器元件。
供應電壓VDD1和重置信號RST1的時序與其它相關的供應電壓和重置信 號的關系如圖5所示。圖5繪示用于具有n列傳感器元件的觸控面板的電壓供 應信號與重置信號的時序圖。為了透過掃描傳感器元件中任一行的n個傳感器 元件的輸出信號，以監控觸控面板上的觸碰事件，因此需要分別提供n個電壓 供應信號VDD1、 VDD2、 VDD3、 ...、 VDDn至每一列傳感器元件。兩個相 鄰VDD1信號的時間間隔必須夠長，使得在提供下一個VDD1信號之前，可 先安排好所有的VDD2、 VDD3、 ...、 VDDn信號。如圖5所示，兩個相鄰的 電壓供應信號(VDD1、 VDD2)、 (VDD2、 VDD3)、…、(VDDn、 VDD1)之間沒 有時間的重疊。如此一來，傳感器元件任一行的讀出電壓輸出VOUTm便可以 清楚地顯示傳感器元件每一列電壓輸出的電位。
總而言之，本發明一實施例提供觸控屏幕，其具有包含多個傳感器元件 20的傳感器區域。每一個傳感器元件20包含放大器26 (Msf)和感光元件22。 放大器26具有第一放大器端(S)、第二放大器端(D)和控制端(G)，第一放大器 端連接至第一電壓源(VDD1),第二放大器端操作性地連接至電壓輸出(Vout)， 其中第二放大器端是設定用以連接至電流源40。感光元件22具有第一元件端 操作性地連接至第一電壓源(VDD1)，以及第二元件端(Vps)操作性地連接至放
大器的控制端，其中電壓輸出操作性地連接至重置元件(sa)，以將電壓輸出重
置到預定的重置電壓(VRST)。傳感器元件還包含第一切換元件28，連接在第 二元件端(Vout)以及第二放大器端(Vps)之間，且此切換元件能夠在導通狀態和 非導通狀態運作。
根據本發明不同實施方式，重置元件(Sa)包含第二切換元件，能夠在導通 狀態和非導通狀態運作，當第一切換元件28在導通狀態操作時，第二切換元 件亦在導通狀態時操作。
根據本發明不同實施方式，放大器26包含晶體管，此晶體管包含源極端、 漏極端和柵極端，其中第一放大器端操作性地連接至源極端，第二放大器端操 作性地連接至漏極端，而控制端操作性地連接至柵極端。
根據本發明不同實施方式，傳感器元件還包含電容，連接在感光元件的第一元件端與第二元件端之間，其中感光元件包含光電二極管，連接在第一元件 端與第二元件端之間，且電容與光電二極管并聯相接。
值得注意的是，傳感器區域(如圖l所示)可被使用在觸控面板的觸控屏幕
中，或是使用在整合至顯示面板的觸控屏幕中。如同圖6a所示，觸控屏幕100 與顯示面板整合。顯示面板含有一像素110距陣，由多條柵極線G一1、 G—2、... 及多條數據線D—1、 D_3、...所驅動。觸控屏幕的輸出電壓Voutl、 Vout2、... 被傳送至感測電路200。
值得注意的是，觸控面板的電壓供應信號VDD1、 VDD2、...亦是非重疊 的(請見圖5)，且顯示面板的柵極線信號G—1、 G一2、...亦是非重疊的。因此， 如圖6b所示，可使用顯示面板的柵極線信號做為觸控面板的供應電壓信號。 舉例來說，柵極線信號G—1可做為VDD1，柵極線G—N+l做為VDD2，G—2N+1 可做為VDD3.，.等等。使用哪一級的柵極信號來做為觸控面板的供應電壓信號 取決于顯示面板的像素分辨率相對于觸控面板上傳感器元件的配置，例如N 可以小到1。
本發明亦提供觸控感測的方法，包含
配置多個傳感器元件于觸控面板中；
提供光傳感器于每一傳感器元件中，光傳感器是配置用以提供感測電壓， 用來表示在感光周期由光傳感器所接收到的亮度級；
放大傳感器元件的感測電壓以提供輸出電壓，用以表示感光周期中的感測 電壓；以及
在感光周期后的重置周期間，重置輸出電壓至預定電壓電位。 根據本發明多個實施方式，此方法更包含在重置周期中，重置感測電壓至 預定電壓電位。
根據本發明多個實施方式，此方法更包含在重置周期后的斷開周期中，使 光傳感器失能而讓感測電壓降至預定電壓電位之下。
根據本發明多個實施方式，其中傳感器元件是以一距陣形式配置于觸控面 板的多個位置，觸控感測方法更包含
量測每一傳感器元件的輸出電壓，以提供多個量測電壓；以及
比較量測電壓，以判斷觸控面板的觸控位置。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明 作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的 權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種傳感器元件，其特征在于，包含一放大器，具有一第一放大器端、一第二放大器端和一控制端，該第一放大器端連接至一第一電壓源，該第二放大器端操作性地連接至一電壓輸出，其中該第二放大器端是設定用以連接至一電流源；以及一感光元件，具有一第一元件端操作性地連接至該第一電壓源，以及一第二元件端操作性地連接至該放大器的該控制端，其中該電壓輸出操作性地連接至一重置元件以將該電壓輸出重置到一預定的重置電壓。
2. 如權利要求1所述的傳感器元件，其特征在于，還包含一第一切換元件，連接于該第二元件端與該第二放大器端之間，該第一切換元件能夠在一導通狀態和一非導通狀態運作。
3. 如權利要求2所述的傳感器元件，其特征在于，該重置元件包含一第二切換元件，能夠在一導通狀態和一非導通狀態運作，使得當該第一切換元件在該導通狀態運作時，該第二切換元件亦在該導通狀態運作。
4. 如權利要求1所述的傳感器元件，其特征在于，該放大器包含一晶體管，該晶體管包含一源極、 一漏極以及一柵極，其中該第一放大器端操作性地連接至該源極，該第二放大器端操作性地連接至該漏極，而該控制端操作性地連接至該柵極。
5. 如權利要求1所述的傳感器元件，其特征在于，該電流源包含一電容，連接于該感光元件的該第一元件端和該第二元件端之間。
6. 如權利要求1所述的傳感器元件，其特征在于，該感光元件包含一光二極管以及一電容，該光二極管連接于該第一元件端和該第二元件端之間，該電容與該光二極管并聯相接。
7. —感光距陣，包含多個如權利要求2所述的傳感器元件，其特征在于，該些傳感器元件配置于多個列上，每一列是設定用以接收一列選擇信號以使該切換元件在一導通狀態下運作。
8. —觸控面板，其特征在于，包含一傳感器區域，包含多個傳感器元件；一控制區域；以及一感測電路區域，其中每一該些傳感器元件包含一放大器，具有一第一放大器端、 一第二放大器端和一控制端，該第一放大器端連接至由該控制區域而來的一第一電壓源，該第二放大器端操作性地連接至一電壓輸出，其中該第二放大器端是設定用以連接至該感測電路區域中的一電流源；以及一感光元件，具有一第一元件端以及一第二元件端，該第一元件端操作性地連接至該第一電壓源，該第二元件端操作性地連接至該放大器的該控制端，其中該電壓輸出操作性地連接至一重置元件以將該電壓輸出重置到一預定的重置電壓。
9. 如權利要求8所述的觸控面板，其特征在于，每一該些傳感器元件還包含一第一切換元件，連接于該第二元件端與該第二放大器端之間，該第一切換元件能夠在一導通狀態和一非導通狀態運作。
10. 如權利要求9所述的觸控面板，其特征在于，該重置元件包含一第二切換元件，能夠在一導通狀態和一非導通狀態運作，使得當該第一切換元件在該導通狀態運作時，該第二切換元件亦在該導通狀態運作。
11. 如權利要求8所述的觸控面板，其特征在于，該感測電路區域包含一量測裝置，用以量測每一該些傳感器元件的該電壓輸出。
12. 如權利要求8所述的觸控面板，其特征在于，該些傳感器元件配置于多個列上，且該控制區域是設定用以提供多條電壓供應線予該些列上的該些傳感器元件，每一該些電壓供應線具有一不同的電壓供應信號，以提供該第一電壓源予該些列中一不同列上的該些傳感器元件。
13. 如權利要求12所述的觸控面板，其特征在于，該些電源供應線中的一條的該電壓供應信號不與該些電源供應線中的另一條的該電壓供應信號重疊。
14. 如權利要求8所述的觸控面板，其特征在于，該些傳感器元件配置于多個列上，該觸控面板更包含多個顯示像素以及多條柵極線，該些顯示像素配置于多個像素列上，該些柵極線用以分別提供控制信號至該些像素列，其中該些柵極線中的一或多條用以提供該第一電壓源予該些列中的一或多條上的該些傳感器元件。
15. —種觸控感測的方法，其特征在于，包含-配置多個傳感器元件于一觸控面板中；提供一光傳感器于每一該些傳感器元件中，該光傳感器是配置用以提供一 感測電壓，用來表示在一感光周期由該光傳感器所接收到的一亮度級；放大該傳感器元件的該感測電壓以提供一輸出電壓，用以表示該感光周期 中的該感測電壓；以及在感光周期后的一重置周期間，重置該輸出電壓至一預定電壓電位。
16. 如權利要求15所述的觸控感測方法，其特征在于，還包含 在該重置周期間重置該感測電壓至該預定電壓電位。
17. 如權利要求16所述的觸控感測方法，其特征在于，還包含 在該重置周期后的一斷開周期間，使該光傳感器失能而讓該感測電壓降至該預定電壓電位之下。
18. 如權利要求15所述的觸控感測方法，其特征在于，該些傳感器元件 以一距陣形式配置于該觸控面板的多個位置，該觸控感測方法還包含-量測每一該些傳感器元件的該輸出電壓，以提供多個量測電壓；以及 比較該些量測電壓，以判斷該觸控面板的一觸控位置。
全文摘要
本發明的一態樣是在提供一種觸控面板，包含多個主動式像素傳感器，其排列方式為距陣，以感測觸碰事件。每一個傳感器元件包含感光元件，與單一放大器耦接。傳感器元件是配置用以提供感測電壓，用來表示在感光周期由光傳感器所接收到的亮度級。放大器將感測電壓在感光周期中放大為輸出電壓。在感光周期之后，輸出電壓與感測電壓被重置為預定電壓電位。在重置周期之后，使光傳感器及放大器失能而讓感測電位降至預定電壓電位之下。
文檔編號G01D5/26GK101644587SQ20091016858
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月25日 優先權日2009年2月19日
發明者李宇軒, 陳忠君 申請人:友達光電股份有限公司