TWI585490B - 具有光感測電路的面板結構 - Google Patents

Description

具有光感測電路的面板結構

本發明係關於一種具有光感測電路的面板結構，特別是一種能降低寄生電容的耦合效應的具有光感測電路的面板結構。

反射式或半穿反薄膜電晶體液晶顯示器具有光感測器，在將光感測器整合於玻璃基板上時，為了降低對畫素開口率的影響，一般來說會將光感測器設置於反射區金屬的下方，然而這種製程結構會形成畫素電路的電壓變動端與光感測器的電壓變動端之間的寄生電容，使得畫素電路與光感測器相互影響。舉例來說，當資料電壓被寫入畫素電路時，會透過寄生電容的耦合效應影響光感測器的電壓變動端，造成光感測電壓讀值的錯誤，使得光感測電路的光源偵測受到影響。相反地，當光感測器感測到光源並產生對應的漏電流使得光感測電壓產生變化時，會因為寄生電容的耦合效應影響畫素電路的電壓變動端，使得液晶產生錯誤的灰階值，進而使亮度顯示發生異常而影響畫面的品質。

本發明提供一種具有光感測電路的面板結構，可以降低畫素電路與光感測器之間的寄生電容耦合效應。

本發明之一實施例提供一種具有光感測電路的面板結構，包含基板、導電層、第一導電部，以及第二導電部。導電層用以接收畫素電壓，第一導電部用以承載光感測電壓，第二導電部被設於導電層與第一導電部之間，第二導電部耦接第一電壓源，第一電壓源用以提供第一定電壓。導電層、第一導電部與第二導電部被設於基板上。

依據本發明之另一實施例提供一種具有光感測電路的面板結構，包含基板、導電層、第一導電部、第二導電部以及第三導電部。導電層用以接收畫素電壓。第一導電部被直接設於基板上並耦接第一電壓源，第一電壓源用以提供第一定電壓。第二導電部，用以承載光感測電壓，第二導電部被直接設置於第一導電部上的第一絕緣層。第三導電部被設置於導電層與第二導電部之間，並且被直接設置於第二導電部上的第二絕緣層，第三導電部耦接第二電壓源，第二電壓源用以提供一第二定電壓。

綜上所述，本發明提供的具有光感測電路的面板結構藉由將具有定電壓的導電部設置於接收畫素電壓的導電層與承載光感測電壓的導電部之間，進而降低接收畫素電壓的導電層與承載光感測電壓的導電部之間的寄生電容的耦合效應。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

請參照圖1， 圖1係為根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的剖面圖。如圖1所示，具有光感測電路的面板結構在區域A具有基板SUB、導電層CL、第一導電部P1及第二導電部P2。於實務上，基板SUB通常為面板製程所使用的玻璃基板，但不以此為限。導電層CL用以接收畫素電壓VP，於實務上，一般來說，導電層CL係面板中的畫素電極，以反射式的面板來說，導電層CL為反射金屬層。導電層CL依據畫素電壓VP來控制面板內液晶的偏轉程度，進而決定每個畫素的明暗程度，於一般的穿透式面板中，導電層CL的材質為氧化銦錫(Indium Tin oxide, ITO)，而於反射式的面板中，導電層CL的材質為具有高反射率的金屬，例如鋁(Al)，但本發明之實施例不以此為限。

第一導電部P1用以承載光感測電壓Va，當面板接收到對應的光源時，光感測電壓Va的電壓準位產生變化並且保留在第一導電部P1。第二導電部P2被設於導電層CL與第一導電部P1之間，第二導電部P2耦接第一電壓源(於圖中未示)，第一電壓源提供定電壓VSH，第一電壓源可以提供一個穩定的定電壓VSH至第二導電部P2，使得第二導電部P2具有固定的定電壓VSH。於實務上，第一電壓源所提供的定電壓VSH也可以是一般電路中的共通參考電壓(Common Voltage, Vcom)，其可為具有穩定電壓值且電流流向為單一方向的電壓或是其電流大小及方向具有週期性變化的電壓，因此定電壓VSH可以是以直流電(Direct current, DC)或是以交流電(Alternating Current, AC)的形式呈現。導電層CL、第一導電部P1及第二導電部P2直接被設置於基板SUB上。於實務上，第一導電部P1直接被設置於基板SUB上，第一導電部P1與第二導電部P2之間具有絕緣層，而第二導電部P2被設置於此絕緣層上，但本發明之實施例不以此為限。

如圖1所示，具有光感測電路的面板結構在區域B具有電極E1、電極E2及電極E3。於實務上，電極E1、電極E2及電極E3可分別是電晶體TP(於圖1中未示)的閘極、源極與汲極。電極E2及電極E3被設置於導電層CL與電極E1之間，電極E3與導電層CL耦接，畫素電壓VP透過電極E3被傳送至導電層CL，於實務上，導電層CL可依據畫素電壓VP使得面板中的液晶產生偏轉，進而產生灰階值。於實務上，電極E1被直接設置於基板上，而電極E2及電極E3被設置於電極E1上方的絕緣層，但本發明不以此為限。

請一併參照圖2A， 圖2A係為根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的等效電路圖。如圖2A所示，具有光感測電路的面板結構具有畫素電路100及光感測電路200。在畫素電路100中，電晶體TP 電性連接掃描線GL、資料線DL以及液晶電容CLC與儲存電容CST之一端，而液晶電容CLC與儲存電容CST之另一端電性連接共通參考電壓Vcom。電晶體TP與掃描線GL連接的一端對應圖1中的電極E1(也就是電晶體TP的閘極)，電晶體TP與資料線DL連接的一端對應圖1中的電極E2(也就是電晶體TP的源極)，電晶體TP與液晶電容CLC與儲存電容CST連接的一端對應圖1中的電極E3(也就是電晶體TP的汲極)。也就是說，圖1中的電極E1、電極E2、電極E3及其絕緣層形成一個電晶體，而此電晶體就是對應圖2A的電晶體TP。

當面板中的一個畫素需要進行顯示時，圖2A的掃描線GL的電壓準位會被設至高準位，此時電晶體TP被導通，來自資料線DL的資料訊號被傳送至液晶電容CLC與儲存電容CST，並且在液晶電容CLC與儲存電容CST的一端形成畫素電壓VP，而此畫素電壓VP會被圖1的導電層CL所接收。於圖1的實施例中，耦接第一電壓源的第二導電部P2在導電層CL與第一導電部P1之間形成一個遮蔽層，因此導電層CL與第一導電部P1之間的寄生電容的耦合效應會降低。因此，當畫素電壓VP發生變化時，第一導電部P1的光感測電壓Va受到影響的程度會降低。

舉例來說，當面板在運作的過程中，不同的時段可能會有不同的新的資料訊號傳送至畫素用以顯示，每當要傳送新的資料訊號時，掃描線GL的電壓準位便會被設至高準位使得電晶體TP被導通，讓來自於資料線DL的新的資料訊號可以被傳送至畫素電路100的液晶電容CLC與儲存電容CST，此時第1圖的導電層CL的畫素電壓VP會依據被傳送的新的資料訊號而產生新的畫素電壓VP，也就是說畫素電壓VP會發生變化，此時由於第二導電部P2具有非常穩定的定電壓VSH，因此當畫素電壓VP發生變化時，第二導電部P2的定電壓VSH不會受到導電層CL與第二導電部P2之間的寄生電容的耦合效應而產生變化，也就因為如此，具有定電壓VSH的第二導電部P2可以被視為一個遮蔽層，將導電層CL與第一導電部P1隔離，導電層CL與第一導電部P1之間的寄生電容的耦合效應可以藉由此遮蔽層來降低，第一導電部P1的光感測電壓Va受到畫素電壓VP變化的影響也會降低，使得光感測電路200可以偵測到較正確的光源軌跡。

在光感測電路中200中，電容C1的一端耦接光感測電晶體TP1以及開關電晶體TSW，電容C1的該端承載光感測電壓Va並對應圖1中的第一導電部P1。於一實施例中，在初始階段，電壓GTP被設為高準位，電壓SN對電容C1充電拉高光感測電壓Va的準位，當電壓GTP被設為低準位時，光感測電晶體TP1進入光源偵測階段。光感測電晶體TP1可以是偵測單一光源顏色的電晶體，例如紅光，當光源強度越強時，存在電容C1中的電能通過光感測電晶體TP1洩漏出去的量越大。舉例來說，如果環境中的白光強度越強，紅光的成份的分量也越強，光感測電晶體TP1偵測到越強的紅光，存在電容C1中的電能洩漏出去的量越大。

於另一實施例中，在初始階段，電壓SN被設為低準位，此時電容C1被放電使得光感測電壓Va的電壓準位被拉低，當電壓SN被設為高準位時，光感測電晶體TP1進入光源偵測階段。當光源強度越強時，電容C1通過光感測電晶體TP1從電壓SN吸收電能的量越大。

在光感測電路200偵測光源一段時間之後，便進入到取樣階段。開關電晶體TSW是作為開關使用，以決定光感測電壓Va被儲存於電容C1或是被輸出進行取樣，當電壓GN被設為低準位時，光感測電壓Va被儲存於電容C1。當電壓GN被設為高準位時，光感測電壓Va由光感測電路200的輸出端OUT輸出，此時對被輸出的光感測電壓Va進行取樣，進而判斷是否有對應的光源輸入。電容C1的另一端耦接第一電壓源並對應圖1中的第二導電部P2，第一電壓源提供定電壓VSH。也就是說，圖1中的第一導電部P1、第二導電部P2及絕緣層形成一個電容，此電容對應圖2中的電容C1。於實務上，電容C1可為金屬-絕緣層-金屬 (Metal-Insulator-Metal，MIM) 電容。

當面板接收到對應光感測電晶體TP1的光源時，會產生漏電流使得光感測電壓Va產生變化。由於第二導電部P2在導電層CL與第一導電部P1之間形成一個遮蔽層，因此導電層CL與第一導電部P1之間的寄生電容的耦合效應會降低。當光感測電壓Va發生變化時，導電層CL的畫素電壓VP受到影響的程度會降低。

舉例來說，圖2A的光感測電晶體TP1為紅色光感測電晶體，當面板的光感測電路200接收到紅色光源時，光感測電晶體TP1便會隨著紅色光源增強而逐漸導通，漏電流由電容C1流出，此時光感測電壓Va的電壓準位便會下降。在圖1的實施例中，由於第二導電部P2所接收的定電壓VSH非常穩定，因此當光感測電壓Va產生變化時，第二導電部P2的定電壓VSH不會受到第一導電部P1與第二導電部P2之間的寄生電容的耦合效應而產生變化，因此第二導電部P2變成一個遮蔽層，導電層CL與第一導電部P1之間的寄生電容的耦合效應可以藉由此遮蔽層來降低。因此，當第一導電部P1的光感測電壓Va因為光感測電路200偵測到對應的光源(例如上述的紅色光源)而發生變化時，導電層CL的畫素電壓VP受到光感測電壓Va變化的影響也會降低，使得畫素電路可以顯示較正確的畫面。

於實務上，光感測電路200可能包含更多的光感測電晶體。請參照圖2B，圖2B係依據本發明之一實施例所繪示的具有光感測電路的面板結構的等效電路圖，相較於圖2A，圖2B的光感測電路200更包含光感測電晶體TP2~TP4。於一實施例中，光感測電晶體TP3、TP4所偵測的光源顏色與光感測電晶體TP1 、TP2可能不同，舉例來說，光感測電晶體TP1與光感測電晶體TP2用以偵測紅光，而光感測電晶體TP3及光感測電晶體TP4用以偵測綠光，具體來說，光感測電晶體TP3及TP4是用以偵測環境光，形成補償電流，但本發明不以此實施例為限。

舉一個例子來說，圖2B的光感測電路200的光感測電晶體TP1與光感測電晶體TP2皆為紅色光感測電晶體，光感測電晶體TP3及TP4為綠色光感測電晶體，當圖2B的光感測電路200接收到紅色光源時，會產生漏電流，漏電流由電容C1流出，光感測電壓Va的電壓準位會下降，若此時接收到環境光，會產生補償電流，補償電流由光感測電晶體TP3及TP4連接定電壓VSH的一端流入電壓SN，此時光感測電壓Va的電壓準位會上升。由於第二導電部P2形成一個遮蔽層，因此當光感測電路200接收到紅色光源以及環境光使得光感測電壓Va的電壓準位產生變化時，也不會對導電層CL的畫素電壓VP造成太大的影響。

不同於本發明圖1的實施例，於另一實施例中，第二導電部P2承載光感測電壓Va，而第一導電部P1耦接第一電源，第一電源提供定電壓VSH。在此實施例中，由於具有定電壓VSH的第一導電部P1無法在導電層CL與第二導電部P2之間形成遮蔽層，因此當導電層CL的畫素電壓VP產生變化時，第二導電部P2的光感測電壓Va會受到導電層CL與第二導電部P2之間的寄生電容的耦合效應的影響，使得光感測電路200偵測到異常的光源軌跡。同樣地，當第二導電部P2的光感測電壓Va產生變化時，導電層CL的畫素電壓VP會受到導電層CL與第二導電部P2之間的寄生電容的耦合效應的影響，使得畫素電路100產生錯誤的灰階值，進而影響畫面的顯示。

本發明圖1的實施例與上述的實施例不同的是，圖1的實施例目的在於將定電壓VSH提供給第二導電部P2，而讓第一導電部P1承載光感測電壓Va，利用第二導電部P2的遮蔽效果，來降低導電層CL與第一導電部P1之間的寄生電容的耦合效應。

請一併參照圖3，圖3係為根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的俯視示意圖。如圖3所示，光感測電路的面板結構具有導電層CL以及黑色矩陣BM，圖2的電容C1被整合於圖3導電層CL下方，圖2的電晶體TP整合於圖3黑色矩陣BM下方。於實務上，畫素電路100及光感測電路200所包含的電晶體以及針對畫素所做的配線通常會被隱藏於黑色矩陣BM下。

於此實施例中，圖1中具有光感測電路的面板結構的剖面圖的區域A對應圖3的具有光感測電路的面板結構的俯視示意圖的區域A，也就是說，對圖3的區域A進行剖面之後，所呈現出來的剖面圖就是圖1中區域A的剖面圖。同樣地，圖1中具有光感測電路的面板結構的剖面圖的區域B對應圖3的具有光感測電路的面板結構的俯視示意圖的區域B，也就是說，對圖3的區域B進行剖面之後，所呈現出來的剖面圖就是圖1中區域B的剖面圖。於實務上，圖3的區域A可以是導電層CL下方的任何區域，區域B可以是黑色矩陣BM下方的任何區域，本發明不以此實施例為限。而於不同的實施例中，圖3的區域A與區域B的剖面方向可以是任一方向，例如橫向剖面或是縱向剖面。

當具有定電壓VSH的第二導電部P2所覆蓋的範圍能夠涵蓋第一導電部P1的程度越高，導電層CL與第一導電部P1之間的寄生電容的耦合效應能降低的程度越高。舉例來說，請參照圖4A~4C，圖4A~4C為依據本發明之一實施例所繪示的第一導電部P1與第二導電部P2的俯視示意圖。於圖4A中，具有定電壓VSH的第二導電部P2所覆蓋的範圍僅涵蓋第一導電部P1的一小部分，因此第二導電部P2所形成的遮蔽層僅能降低一小部分的寄生電容的耦合效應，遮蔽的效果較差。相較於圖4A，圖4B具有定電壓VSH的第二導電部P2所覆蓋的範圍涵蓋較多的第一導電部P1，因此能夠降低寄生電容的耦合效應的效果較佳。而於圖4C中，第二導電部P2所覆蓋的範圍完全地涵蓋第一導電部P1，使得第一導電部P1與導電層CL之間被完全隔離，此時導電層CL與第一導電部P1之間的寄生電容的耦合效應會降至最低，遮蔽的效果最好。

請參照圖5，圖5係根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的剖面圖。相較於圖1的實施例， 圖5的具有光感測電路的面板結構更包含第三導電部P3。如圖5所示，第三導電部P3被設於基板SUB上，第一導電部P1被設於第二導電部P2與第三導電部P3之間。更具體的來說，第三導電部P3被直接設於基板SUB上。於圖5的實施例中，第三導電部P3耦接第二電壓源(於圖中未示)，第二電壓源提供定電壓VSH至第三導電部P3。於實務上，第三導電部P3所接收的定電壓VSH也可為一般電路中的共通參考電壓(Common Voltage, Vcom)，定電壓VSH可以是電流流向為單一方向的電壓，例如直流電(DC)，或是其電流方向及大小具有週期性變化的電壓，例如交流電(AC)，但本發明不以此為限。

與圖1相同的是，圖5的第一導電部P1對應圖1的電容C1儲存光感測電壓Va的一端，用以承載光感測電壓Va，第二導電部P2被設於導電層CL與第一導電部P1之間，第二導電部P2耦接第一電壓源。於圖5的實施例中，第一電壓源提供穩定的定電壓Vx至第二導電部P2。第一導電部P1與第二導電部P2之間具有第一絕緣層I1，第二導電部P2被直接設置於第一導電部P1上的第一絕緣層I1。第一導電部P1與第三導電部P3之間具有第二絕緣層I2，第一導電部P1被直接設置於第三導電部P3上的第二絕緣層I2。第一導電部P1、第二絕緣層I2與第三導電部P3形成電容，對應圖1的電容C1。電容C1儲存光感測電壓Va，於實務上，由於電容C1的一端承載光感測電壓Va，電容C1的另一端耦接定電壓Vx，此定電壓Vx維持著一定值的電壓準位，因此可以將光感測電壓Va視為儲存在電容C1。

於圖5的實施例中，接收定電壓Vx的第二導電部P2在導電層CL與第一導電部P1之間形成遮蔽層，如同圖1的實施例所述，由於第二導電部P2接收定電壓Vx所形成的遮蔽效果，當導電層CL的畫素電壓VP發生變化時，第一導電部P1所承載的光感測電壓Va受到與畫素電壓VP之間的寄生電容的耦合效應影響會降低，同樣地，因為第二導電部P2所形成的遮蔽層，當第一導電部P1的光感測電壓Va產生變化時，導電層CL的畫素電壓VP受到與光感測電壓Va之間的寄生電容耦合效應的影響會降低。圖5與圖1不同的是，於圖1的實施例中，用以遮蔽導電層CL與第一導電部P1的第二導電部P2接收定電壓VSH，也就是將圖1中電容C1接收定電壓VSH的一端作為遮蔽層。而於圖5的實施例中，用以遮蔽導電層CL與第一導電部P1的第二導電部P2接收定電壓Vx，此定電壓Vx是來自另一外接的電壓源，不同於圖1中電容C1所接收的定電壓VSH。

請參照圖6，圖6係根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的剖面圖。圖6與圖5大致具有相同的面板結構，不同的是圖6更包含接觸孔CH。如圖6所示，此接觸孔CH貫穿第一絕緣體I1與第二絕緣體I2，第三導電部P3透過接觸孔CH與第二導電部P2耦接。於圖6的實施例中，第二導電部P2耦接第一電壓源，第一電壓源提供定電壓VSH，其中接收定電壓VSH的第二導電部P2形成遮蔽層，用來降低導電層CL的畫素電壓VP與第一導電部P1的光感測電壓Va之間所產生的寄生電容的耦合效應，而同樣接收定電壓VSH的第三導電部與第一導電部P1及第二絕緣層I2形成電容，此電容對應圖1的電容C1。相較於圖5的實施例，圖6藉由接觸孔CH將第二導電部P2與第三導電部P3作電性連接，使得第二導電部P2與第三導電部P3同時接收到同一個電壓源的定電壓，也就是實施例中的定電壓VSH，因此在圖6的實施例中，具有光感測電路的面板結構只需要單一電壓源，並不需要如同圖5的實施例中外接另一個電壓源，便可以達到降低寄生電容的耦合效應的效果。

綜合以上所述，本發明的實施例所揭示的具有光感測電路的面板結構可以藉由具有定電壓的導電部 (電容C1具有定電壓的一端)形成一遮蔽層，使得畫素電路100與光感測電路200的電壓變動端(畫素電壓VP與光感測電壓Va)之間的寄生電容的耦合效應得以降低，本發明的實施例揭示具有光感測電路的面板結構更包含另一個導電部，藉由將此另一個導電部外接另一電壓源所形成的遮蔽層，同樣可使得畫素電路100與光感測電路200的電壓變動端之間的寄生電容的耦合效應得以降低。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100‧‧‧畫素電路

200‧‧‧光感測電路

DL‧‧‧資料線

GL‧‧‧掃描線

E1~E3‧‧‧電極

SUB‧‧‧基板

CL‧‧‧導電層

C1‧‧‧電容

CLC‧‧‧液晶電容

CST‧‧‧儲存電容

P1‧‧‧第一導電部

P2‧‧‧第二導電部

P3‧‧‧第三導電部

TP‧‧‧電晶體

TP1~TP4‧‧‧光感測電晶體

TSW‧‧‧開關電晶體

Vx、VSH‧‧‧定電壓

Va‧‧‧光感測電壓

VP‧‧‧畫素電壓

Vcom‧‧‧共通參考電壓

A、B‧‧‧區域

I1‧‧‧第一絕緣層

I2‧‧‧第二絕緣層

CH‧‧‧接觸孔

GN、SN 、GTP‧‧‧電壓

OUT‧‧‧輸出端

圖1係為根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的剖面圖。 圖2A係為根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的等效電路圖。 圖2B係依據本發明之一實施例所繪示的具有光感測電路的面板結構的等效電路圖。 圖3係為根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的俯視示意圖。 圖4A~4C為依據本發明之一實施例所繪示的第一導電部P1與第二導電部P2的俯視示意圖。 圖5係根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的剖面圖。 圖6係根據本發明之一實施例所繪示之具有光感測電路的面板結構的剖面圖。

SUB‧‧‧基板

CL‧‧‧導電層

P1‧‧‧第一導電部

P2‧‧‧第二導電部

E1~E3‧‧‧電極

A、B‧‧‧區域

Claims (6)

1. 一種具有光感測電路的面板結構，包含：一基板；一導電層，用以接收一畫素電壓；一第一導電部，用以承載一光感測電壓；一第二導電部，被設於該導電層與該第一導電部之間，該第二導電部耦接一第一電壓源，該第一電壓源用以提供一第一定電壓；以及一第三導電部，被設於該基板上，該第三導電部耦接一第二電壓源，該第二電壓源用以提供一第二定電壓；其中該第一導電部被設於該第二導電部與該第三導電部之間，該導電層、該第一導電部與該第二導電部被設於該基板上。
2. 如請求項1所述之具有光感測電路的面板結構，其中該第一導電部與該第二導電部之間具有一第一絕緣層，該第一導電部與該第三導電部之間具有一第二絕緣層。
3. 如請求項2所述之具有光感測電路的面板結構，其中該第一導電部、該第二絕緣層與該第三導電部形成一電容，該電容儲存該光感測電壓。
4. 如請求項2所述之具有光感測電路的面板結構，其中該第一絕緣體與該第二絕緣體具有一接觸孔，該接觸孔貫穿該第一絕緣體與該第二絕緣體，該第三導電部透過該接觸孔耦接該第二導電部。
5. 一種具有光感測電路的面板結構，包含：一基板； 一導電層，用以接收一畫素電壓；一第一導電部，被直接設於該基板上並耦接一第一電壓源，該第一電壓源用以提供一第一定電壓；一第二導電部，用以承載一光感測電壓，該第二導電部被直接設置於該第一導電部上的一第一絕緣層；以及一第三導電部，耦接一第二電壓源，該第二電壓源用以提供一第二定電壓，該第三導電部被設置於該導電層與該第二導電部之間，並被直接設置於該第二導電部上的一第二絕緣層。
6. 如請求項5所述之具有光感測電路的面板結構，其中該第一導電部、該第一絕緣層與該第二導電部形成一電容，該電容儲存該光感測電壓。