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TWI404005B - 光感測器及包含光感測器之顯示器裝置 - Google Patents

光感測器及包含光感測器之顯示器裝置 Download PDF

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TWI404005B
TWI404005B TW094100885A TW94100885A TWI404005B TW I404005 B TWI404005 B TW I404005B TW 094100885 A TW094100885 A TW 094100885A TW 94100885 A TW94100885 A TW 94100885A TW I404005 B TWI404005 B TW I404005B
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TW094100885A
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Inventor
Ung-Gyu Min
Original Assignee
Samsung Display Co Ltd
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Publication date
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Description

光感測器及包含光感測器之顯示器裝置
本發明係關於一種光感測器及一種包含光感測器之顯示器裝置。
平板顯示器包含液晶顯示器(LCD)、有機發光顯示器(OLED)及電漿顯示面板(PDP)。
LCD為最廣泛使用之平板顯示器，其包含兩個面板及一具有介電各向異性且安置於該等兩個面板之間之液晶層。LCD將電場施加至液晶層並控制該電場以控制穿過該液晶層之光的透射率，藉此顯示所要影像。
由於LCD不是自發光顯示器裝置，所以其包含一用於向面板供應光之背光單元。然而，背光單元之功率消耗很大，且因此特別是對於諸如行動電話及筆記型電腦之攜帶型裝置，建議應使用光感測器來控制背光單元。
同時，LCD通常包含多個含有非晶矽之薄膜電晶體(TFT)，且該非晶矽TFT在曝露至光時會產生光電流。因此，由於非晶矽TFT所產生之光電流取決於可被人眼識別之光量，所以非晶矽TFT可用於光感測器。
圖1為一用於指紋識別系統或觸控螢幕之習知光感測器之電路圖。
參看圖1，習知光感測器包含：兩個TFT，其包含一感測器TFT與一開關TFT；及一儲存電容器。感測器TFT藉由用於關閉該感測器TFT之關閘(gate－off)電壓Vgate_off而得以偏壓，且其在曝露至光時產生光電流，且該光電流之量值取決於曝光量。儲存電容器C儲存光電流之電荷以產生光電壓，且開關TFT回應開閘(gate－on)電壓Vgate_on而輸出光電壓。
然而，圖1中所示之習知光感測器可能易受雜訊干擾。為此，包含習知光感測器之裝置可能在開/關模式下使用光感測器。另外，該裝置進一步包含一用於處理光感測器之輸出訊號之昂貴的數位訊號處理(DSP)晶片。
本發明提供一種光感測器，其包含：一接收外部光並產生與對應於所接收光量之光電壓之光接收器；一選擇性地輸出光電壓及參考電壓之電壓選擇器；一產生取決於電壓選擇器之輸出電壓之感測器電流之電流產生器；及一選擇性地輸出來自電流產生器之感測器電流之輸出單元。
電壓選擇器可包含一回應選擇訊號而向電流產生器施加參考電壓之選擇電晶體。
電流產生器可包含一產生感測器電流之電流產生電晶體。
選擇電晶體可具有一供應有參考電壓之輸入端子、一供應有選擇訊號之控制端子、及一連接至電流產生電晶體之輸出端子。
電流產生電晶體可具有一供應有參考電壓之輸入端子、一連接至光接收器之輸出端子及選擇電晶體之輸出端子之控制端子、及一輸出感測器電流之輸出端子。
選擇電晶體可在選擇電晶體打開時向電流產生電晶體之控制端子施加參考電壓，且可在選擇電晶體關閉時向電流產生電晶體之控制端子施加光電壓。
光接收器可包含：一產生對應於所接收光量之光電流之感測器電晶體；及一根據來自感測器電晶體之光電流儲存電荷並產生光電壓之儲存電容器。
感測器電晶體可具有一控制端子及一輸出端子，且儲存電容器可連接於感測電容器之控制端子與輸出端子之間。
感測器電晶體之控制端子可供應有用於關閉感測器電晶體之關閉電壓。
輸出單元可包含一回應讀取訊號而輸出感測器電流之輸出電晶體。
光感測器可進一步包含一將感測器電流轉換為感測器電壓之轉換單元。
轉換單元可包含一電阻器或一電容器。
本發明提供一種顯示器裝置，其包含：一基於所接收光量產生感測器電流之光感測器；一將來自光感測器之感測器電流轉換為控制電壓之電壓轉換器；一包含複數個像素之顯示面板；及一基於控制電壓控制顯示面板亮度之控制器。光感測器可包含：一輸出對應於所接收光量之光電壓之光接收器；一選擇性地輸出光電壓及參考電壓之電壓選擇器；一產生取決於電壓選擇器之輸出之感測器電流之電流產生器；及一選擇性地輸出來自電流產生器之感測器電流之輸出單元。
電壓選擇器可包含一回應選擇訊號而向電流產生器施加參考電壓之選擇電晶體。
電流產生器可包含一產生感測器電流之電流產生電晶體。
光接收器可包含：一產生對應於所接收光量之光電流之感測器電晶體；及一根據來自感測器電晶體之光電流儲存電荷並產生光電壓之儲存電容器。
選擇電晶體可在選擇訊號處於第一位準時向儲存電容器及電流產生電晶體之控制端子施加參考電壓，且可在選擇訊號處於第二位準時向電流產生電晶體之控制端子施加光電壓。
在讀取訊號處於第一位準時，輸出電晶體可輸出感測器電流。
顯示器裝置可進一步包含一為像素處理影像訊號並產生待為光感測器而提供之選擇訊號與讀取訊號之訊號控制器。
訊號控制器可向選擇電晶體之控制端子施加選擇訊號，且可向輸出電晶體之控制端子施加讀取訊號。
讀取訊號可在選擇訊號之兩個連續位準間兩次具有第一位準。
光感測器可在讀取訊號第一次達到第一位準時輸出對應於參考電壓之感測器電流。
光感測器可在讀取訊號第二次達到第一位準時輸出對應於光量之感測器電流。
電壓轉換器可包含：一將感測器電流轉換為感測器電壓之第一轉換器；及一將感測器電壓轉換為控制電壓之第二轉換器。
第一轉換器可包含一電阻器或一電容器。
第二轉換器可包含一反相放大器。
第二轉換器可包含：一將感測器電壓轉換為數位值之類比數位轉換器；及一基於數位值選擇控制電壓之多工器。
電壓轉換器可進一步包含一連接於第一轉換器與第二轉換器之間之緩衝器。
光感測器可倂入於顯示面板中，特別地係可倂入於該顯示面板之周邊。
控制器可包含一對顯示面板進行照明之光源。
顯示器裝置可包含液晶顯示器、有機發光顯示器與電漿顯示面板中之一個。
每一像素可包含至少一主動式開關元件。
輸出單元可包含一回應讀取訊號而輸出感測器電流之輸出電晶體。
現在下文將參看展示本發明之實施例之隨附圖式來更全面地描述本發明。
接著，將參看該等隨附圖式來描述根據本發明之實施例之光感測器及包含光感測器之顯示器裝置。
首先，將參看圖2來詳細地描述本發明之一實施例之光感測器。
圖2為根據本發明之一實施例之光感測器之電路圖。
如圖2中所示，根據本發明之一實施例之光感測器40包含：四個薄膜電晶體(TFT)，其包含串聯連接之一感測器電晶體Q1 、一選擇電晶體Q2 、一電流產生電晶體Q3 與一輸出電晶體Q4 ；及一儲存電容器Cs 。光感測器40產生一具有取決於所接收光量之量值之感測器電流Io u t 。
感測器電晶體Q1 具有一供應有參考電壓VD D 之汲極、一供應有供應電壓VG G 之閘極及一源極。用於驅動感測器電晶體Q1 之參考電壓VD D 可等於約3 V，且用於關閉感測器電晶體Q1 之供應電壓VG G 可低於參考電壓VD D ，且其可為地面電壓。感測器電晶體Q1 具有一感光層（未圖示），其在接收預定光量時產生諸如電洞或電子之電荷載流子，且該等電荷載流子因感測器電晶體Q1 之汲極與源極之間之電壓差而移動以產生光電流。光電流之量值取決於所接收光量。
選擇電晶體Q2 具有一供應有參考電壓VD D 之汲極、一連接至感測器電晶體Q1 之源極之源極、及一供應有選擇訊號SELECT之閘極。
電流產生電晶體Q3 具有一供應有參考電壓VD D 之汲極、一源極、及一連接至選擇電晶體Q2 之源極之閘極。電流產生電晶體Q3 產生一具有取決於施加至其閘極之電壓之量值之感測器電流Io u t 。
輸出電容器Q4 具有一作為光感測器40之輸出端子之源極、一連接至電流產生電晶體Q3 之源極之汲極、及一供應有讀取訊號READ之閘極。
儲存電容器Cs 連接於感測器電晶體Q1 之源極與閘極之間。
用於阻塞外部光之光阻塞薄膜（未圖示）經提供於選擇電晶體Q2 、電流產生電晶體Q3 及輸出電晶體Q4 上。
參考數字n1 與n2 分別表示選擇電晶體Q2 之源極與電流產生電晶體Q3 之閘極間、及選擇電晶體Q2 之汲極與電流產生電晶體Q3 之汲極間之節點，且參考數字n3 表示電流產生電晶體Q3 之閘極。
現將參看圖3A及圖3B詳細地描述圖2中所示之光感測器40之操作。
圖3A與圖3B分別為當選擇電晶體Q2 打開與關閉時圖2中所示之光感測器之等效電路圖。
在接收到外部光時，感測器電晶體Q1 產生光電流，且光電流中之電荷載流子流入儲存電容器Cs 中以儲存於其中。所儲存電荷產生橫過電容器Cs 之光電壓。
選擇電晶體Q2 交替地輸出參考電壓VD D 與光電壓，以回應自諸如使用光感測器40之顯示器裝置之外部裝置而供應之選擇訊號SELECT。
舉例而言，當選擇訊號SELECT處於高位準時，選擇電晶體Q2 打開以將感測器電晶體Q1 之源極、儲存電容器Cs 及電流產生電晶體Q3 之閘極連接至參考電壓VD D ，如圖3A中所示。接著，在感測器電晶體Q1 之源極與汲極間無電壓差，且感測器電晶體Q1 不產生光電流。此外，儲存電容器Cs 經起始成充電有參考電壓VD D ，且電流產生電晶體Q3 之感測器電流Io u t 具有一取決於參考電壓VD D 之參考量值。
當選擇訊號SELECT處於低位準時，選擇電晶體Q2 關閉以使感測器電晶體Q1 之源極、儲存電容器Cs 及電流產生電晶體Q3 之閘極與參考電壓VD D 斷開，如圖3B中所示。因此，感測器電晶體Q1 再次產生光電流，且儲存電容器Cs 開始儲存電荷以產生施加至電流產生電晶體Q3 之閘極之光電壓。電流產生電晶體Q3 之感測器電流Io u t 之量值取決於光電壓，且因此取決於所接收光量，且其係相對於取決於參考電壓VD D 之參考量值而得以量測。
輸出電晶體Q4 回應於讀取訊號READ而輸出感測器電流Io u t ，該讀取訊號READ亦可自諸如使用光感測器40之顯示器裝置之外部裝置而得以供應。
舉例而言，當讀取訊號READ處於高位準以打開輸出電晶體Q4 時，輸出電晶體Q4 輸出來自電流產生電晶體Q3 之感測器電流Io u t 。相反地，當讀取訊號READ處於低位準以關閉輸出電晶體Q4 時，來自電流產生電晶體Q3 之感測器電流Io u t 受到阻擋。
選擇訊號SELECT及讀取訊號READ之高位準電壓係高於參考電壓VD D ，例如等於約20 V以用於打開選擇電晶體Q2 及輸出電晶體Q4 ，而其低位準電壓則係低於參考電壓VD D ，例如等於約－8V以用於關閉選擇電晶體Q2 及輸出電晶體Q4 。此處，選擇電晶體Q2 及輸出電晶體Q4 作為開關元件而操作。
選擇電晶體Q2 及輸出電晶體Q4 之操作可與上述操作相反，例如，電晶體Q2 及Q4 可在選擇訊號SELECT及讀取訊號READ處於高位準時打開。
圖4A及圖4B為根據本發明之實施例之圖2中所示之光感測器及一用於將來自光感測器之感測器電流轉換為感測器電壓之轉換器之電路圖。
參看圖4A及圖4B，根據本發明之實施例之轉換器41包含連接於光感測器40與供應電壓VG G 間之電容器C0 或電阻器R0 。轉換器41將來自輸出電晶體Q4 之感測器電流Io u t 轉換為感測器電壓Vo u t 。供應電壓VG G 可藉由諸如地面電壓之任何參考電壓而得以替代。
圖4C為一展示作為光量之函數之感測器電壓Vo u t 之曲線圖。
圖4C展示明顯取決於光量且由於感測器電壓係相對於參考值而得以量測因而不受雜訊干擾之穩定曲線。
現將參看圖5至圖7詳細地描述一包含根據本發明之實施例之光感測器之LCD。
圖5為根據本發明之實施例之LCD之方塊圖，圖6為根據本發明之實施例之LCD之分解透視圖，且圖7為圖5及圖6中所示之LCD之例示性等效電路圖。
圖5為根據本發明之實施例之LCD之分解透視圖，圖6為根據本發明之實施例之LCD之一部分之方塊圖，且圖7為圖5中所示之LCD之像素之等效電路圖。
參看圖5，根據本發明之實施例之LCD包含：一包含顯示單元330與背光單元340之顯示模組350；及含有並固定LC模組350之一對前與後底盤361與362及一對模框架363與364。
顯示單元330包含：一顯示面板總成300、附著至顯示面板總成300之複數個閘極捲帶式載流子封裝(TCP)或薄膜覆晶(chip－on－film)(COF)類型封裝410與複數個資料TCP 510、及分別附著至閘極TCP 410與資料TCP 510之閘極印刷電路板(PCB)450與資料PCB 550。可省略閘極TCP 410及閘極PCB 450。
背光單元340包含：一安置於顯示面板總成300後之燈管341、安置於面板總成300與燈管341之間並將來自燈管341之光導引且漫射至面板總成300之伸展板342與光學薄片343、及一安置於燈管341下並將來自燈管341之光反射至面板總成300之反射器344。
參看圖6，LCD亦包含：一安置於面板總成300上之光感測器40、一連接至光感測器40之電壓轉換器50、連接至顯示面板總成300之一閘極驅動器400與一資料驅動器500、一連接至資料驅動器500之灰度電壓產生器800、一用於對面板總成300進行照明之照明單元900、及一控制上述元件之訊號控制器600。
照明單元900包含：一燈管單元910，其包含燈管341、伸展板342、光學薄片343與反射器344；及一連接至燈管單元910並打開與關閉燈管單元910之反相器920。反相器920可安置於單機反相器PCB上（未圖示），或安置於閘極PCB 450或資料PCB 550上。
顯示面板總成300包含一下面板100、一上面板200及一插入其間之液晶層3，如圖7中所示。在電路視圖中，顯示面板總成300包含複數個顯示訊號線G1 －Gn 與D1 －Dm 及與其連接且在電路視圖中大體上以矩陣配置之複數個像素。
顯示訊號線G1 －Gn 及D1 －Dm 安置於下面板100上，且包含傳輸閘極訊號（亦稱為"掃描訊號"）之複數個閘極線G1 －Gn 及傳輸資料訊號之複數個資料線D1 －Dm 。閘極線G1 －Gn 大體上於列方向上延展且大體上互相平行，而資料線D1 －Dm 大體上於行方向上延展且大體上互相平行。
每一像素包含：一連接至顯示訊號線G1 －Gn 與D1 －Dm 之開關元件Q、及連接至開關元件Q之一LC電容器CL C 與一儲存電容器CS T 。若不需要，則可省略儲存電容器CS T 。
可作為TFT實施之開關元件Q安置於下面板100上。開關元件Q具有三個端子：一連接至閘極線G1 －Gn 中之一之控制端子；一連接至資料線D1 －Dm 中之一之輸入端子；及一連接至LC電容器CL C 與儲存電容器CS T 之輸出端子。
LC電容器CL C 包含作為兩個端子之一提供於下面板100上之像素電極190及一提供於上面板200上之共同電極270。安置於兩電極190與270間之LC層3起LC電容器CL C 之介電質作用。像素電極190連接至開關元件Q，且共同電極270供應有共同電壓Vcom，並覆蓋上面板200之整個表面。與圖7不同，共同電極270可提供於下面板100上，且兩電極190與270均可具有桿或條之形狀。
儲存電容器CS T 為LC電容器CL C 之輔助電容器。儲存電容器CS T 包含像素電極190及一分隔訊號線，該分隔訊號線提供於下面板100上，藉由絕緣體與像素電極190重疊，並供應有諸如共同電壓Vcom之預定電壓。或者，儲存電容器CS T 包含像素電極190及一稱為先前資料線之鄰接閘極線，該鄰接閘極線藉由絕緣體與像素電極190重疊。
對於彩色顯示器，每一像素唯一地代表一原色（意即，空間分割），或每一像素依次順序地代表原色（意即，時間分割），使得原色之空間或時間總和被認為是所要色彩。一組原色之實例包含紅色、綠色及藍色。圖7展示空間分割之實例，每一像素包含一代表上面板200之一面對像素電極190之區域內之一原色之彩色濾光器230。或者，彩色濾光器230提供於下面板100上之像素電極190上或之下。
一或多個偏光器（未圖示）附著至面板100與200中之至少一個。
再次參看圖5，光感測器40接收外部光並產生一具有對應於所接收光量之量值之感測器電流Io u t ，以回應來自訊號控制器600之選擇訊號SELECT及讀取訊號READ。轉換器50將來自光感測器40之感測器電流Io u t 轉換為亮度控制訊號以用於控制照明單元900。
灰度電壓產生器800可安置於資料PCB 550上，且其產生兩組與像素透射率有關之灰度電壓。一組中之灰度電壓具有一相對於共同電壓Vcom之正極性，而另一組中之灰度電壓具有一相對於共同電壓Vcom之負極性。
閘極驅動器400包含安裝於個別閘極TCP 410上之複數個積體電路(IC)晶片。閘極驅動器400連接至面板總成300之閘極線G1 －Gn ，並合成來自外部裝置之開閘電壓Von與關閘電壓Voff，以產生用於應用至閘極線G1 －Gn 之閘極訊號。
資料驅動器500包含安裝於個別資料TCP 510上之複數個IC晶片。資料驅動器500連接至面板總成300之資料線D1 －Dm ，並將自灰度電壓產生器800所供應之灰度電壓中選出之資料電壓施加至資料線D1 －Dm 。
根據本發明之另一實施例，閘極驅動器400或資料驅動器500之IC晶片安裝於下面板100上。根據另一實施例，驅動器400與500中之一個或兩者連同其他元件一起倂入於下面板100中。在該等實施例中，可省略閘極PCB 450及/或閘極TCP 410。
反相器920基於來自外部裝置及訊號控制器600之水平同步訊號Hs y n c 及照明啟用訊號EN與來自電壓轉換器50之亮度控制訊號Vcon驅動燈管單元910。
控制驅動器400及500、光感測器40、反相器920等之訊號控制器600安置於資料PCB 550或閘極PCB 450上。
灰度電壓產生器800、資料驅動器500、電壓轉換器50及訊號控制器600可整合在一單一晶片上，以減少該等元件所佔用之區域及功率消耗。
圖13展示圖5及圖7中所示之LCD之例示性平面圖。
圖13中所示之LCD包含：一顯示面板總成300，其包含下面板100與上面板200；一整合晶片640；及一可撓性印刷電路(FPC)薄膜650。
面板總成300經分割為一顯示區域P5及周邊區域P1－P4，且光感測器可整合於面板總成300中，並安置於顯示區域P5或周邊區域P1－P4中。光感測器可在顯示區域P5內包含一或多個像素，或可在周邊區域P1－P4內包含一或多個虛設像素。
整合晶片640可包含圖5所示之灰度電壓產生器800、資料驅動器500、電壓轉換器50及訊號控制器600。
FPC薄膜650可包含傳輸待供應至整合晶片640及面板總成300之訊號及電壓之訊號線。
現將詳細描述圖5至圖7及圖13中所示之LCD操作。
參看圖5，訊號控制器600供應有輸入影像訊號R、G及B，並自外部圖形控制器（未圖示）輸入控制其顯示器之控制訊號，諸如垂直同步訊號Vs y n c 、水平同步訊號Hs y n c 、主時脈MCLK及資料啟用訊號DE。在基於輸入控制訊號與輸入影像訊號R、G及B產生閘極控制訊號CONT1與資料控制訊號CONT2並處理適合於面板總成300之操作之影像訊號R、G及B之後，訊號控制器600對閘極驅動器400提供閘極控制訊號CONT1，並對資料驅動器500提供所處理影像訊號DAT及資料控制訊號CONT2。
閘極控制訊號CONT1包含一用於指示開始掃描之掃描開始訊號STV、及用於控制開閘電壓Von之輸出時間之至少一個時脈訊號。閘極控制訊號CONT1可進一步包含一用於界定開閘電壓Von之持續時間之輸出啟用訊號OE。
資料控制訊號CONT2包含一用於為一群像素通知資料傳輸開始之水平同步開始訊號STH、一用於指示將資料電壓施加至資料線D1 －Dm 之負載訊號LOAD、及一資料時脈訊號HCLK。資料控制訊號CONT2可進一步包含一用於使資料電壓之極性反向（相對於共同電壓Vcom）之反轉訊號RVS。
作為對來自訊號控制器600之資料控制訊號CONT2之回應，資料驅動器500自訊號控制器600接收用於該群像素之影像資料DAT封包，將影像資料DAT轉換為自灰度電壓產生器800所供應之灰度電壓中選出之類比資料電壓，並將資料電壓施加至資料線D1 －Dm 。
閘極驅動器400回應來自訊號控制器600之閘極控制訊號CONT1而將開閘電壓Von施加至閘極線G1 －Gn ，藉此打開與其連接之開關元件Q。施加至資料線D1 －Dm 之資料電壓藉由啟動開關元件Q而供應至像素。
施加至像素之資料電壓與共同電壓間之差異表現為LC電容器CL C 之充電電壓，意即，像素電壓。液晶模組具有取決於像素電壓之量值之定向。
反相器920將來自外部裝置之DC電壓轉換為AC電壓，並增強AC電壓且將增強電壓施加至燈管單元910以打開/關閉燈管單元910，藉此控制燈管單元910之亮度。
來自燈管單元910之光穿過LC層3，並經歷其偏光改變。該偏光改變藉由偏光器而轉換為光透射率之偏光改變。
藉由將該程序重複了一水平週期單位（其係由"1H"表示，且等於水平同步訊號Hs y n c 與資料啟用訊號DE之一週期），所有閘極線G1 －Gn 在一訊框期間順序地供應有開閘電壓Von，藉此將資料電壓施加至所有像素。當下一訊框在完成一訊框後開始時，控制被施加至資料驅動器500之反轉控制訊號RVS，使得資料電壓之極性反向（其稱為"訊框反轉"）。亦可控制反轉控制訊號RVS，使得在一訊框中流入資料線中之資料電壓之極性反向（例如，線反轉及點反轉），或一封包中之資料電壓之極性反向（例如，行反轉及點反轉）。
參看圖8，將詳細描述圖2至圖7中所示之LCD之光感測器40之操作。
圖8為用於圖4A或圖4B中所示之光感測器之訊號之例示性時序圖。
為描述方便，將光感測器40視作包含轉換器41，且每一訊框讀出一感測器電壓Vo u t 。很顯然，可在每若干或若干打訊框讀出感測器電壓Vo u t 。
參看圖8，輸入於光感測器40中之選擇訊號SELECT與用於通知訊框開始之訊框標頭脈衝(FLM)同步。然而，選擇訊號SELECT可與掃描開始訊號STV或垂直同步訊號Vs y n c 同步。選擇訊號SELECT可藉由使用一計數器（未圖示）而在每若干或若干打訊框變為高位準。
讀取訊號READ在選擇訊號SELECT之兩個連續高位準之間兩次變為具有高位準。詳細而言，讀取訊號READ之第一高位準產生於選擇訊號SELECT之高位準期間，且讀取訊號READ之第二高位準產生於選擇訊號SELECT之下一高位準之前。讀取訊號READ可為週期性的或不為週期性的。
在選擇訊號SELECT處於高位準之預定時間週期T1期間，選擇電晶體Q2 打開以將儲存電容器Cs 及電流產生電晶體Q3 之閘極連接至參考電壓VD D 。當讀取訊號READ變高且在預定時間T2期間保持高狀態時，輸出電晶體Q4 打開以輸出感測器電流Io u t ，且藉此產生對應於感測器電流Io u t 之感測器電壓Vo u t 。在該階段所產生之感測器電流Io u t 及感測器電壓Vo u t 具有一參考量值。
當選擇訊號SELECT與讀取訊號READ均變低時，選擇電晶體Q2 關閉，使得電流產生電晶體Q3 之閘極供應有由儲存電容器Cs 所產生之光電壓。然而，由於輸出電容器Q4 亦關閉以阻擋感測器電流Io u t 以免被輸出。
在預定時間過後，讀取訊號READ再次變高，電流產生電晶體Q3 產生具有取決於對應於外部光量之光電壓之量值之感測器電流Io u t ，其施加至電流產生電晶體Q3 之閘極。由輸出電晶體Q4 所輸出之感測器電流Io u t 藉由轉換器41而轉換為感測器電壓Vo u t 。
當選擇訊號SELECT再次變高時，選擇電晶體Q2 打開以將參考電壓VD D 施加至電流產生電晶體Q3 之閘極。當讀取訊號READ變高以打開輸出電晶體Q4 時，具有對應於參考電壓VD D 之量值之感測器電流Io u t 藉由輸出電晶體Q4 而得以輸出，並藉由轉換器41而轉換為感測器電壓Vo u t 。以此方式，選擇訊號SELECT變高以藉由參考電壓VD D 更新儲存電容器Cs 及電流產生電晶體Q3 之閘極，並因此起始由光電壓所導致之感測器電壓Vo u t 。換言之，選擇訊號SELECT係充當重設訊號或起始訊號。
在預定時間過後，讀取訊號READ再次變高以產生對應於外部光量之感測器電壓Vo u t 。藉由重複此操作，獲得了關於外部光之資訊。
概言之，選擇訊號SELECT之高位準重設光感測器40，以決定感測器電壓Vo u t 之參考位準，且讀取訊號READ在選擇訊號SELECT之下一高位準前變高，使能讀出感測器電壓Vo u t 以準確決定外部光量之相對值。
現將參看圖9至圖12C詳細地描述根據本發明之實施例之電壓轉換器50。
圖9為根據本發明之實施例之電壓轉換器50之方塊圖。
根據本發明之實施例之電壓轉換器50包含串聯連接之第一轉換器51、緩衝器52及第二轉換器53。可省略緩衝器52。
第一轉換器51自光感測器40接收感測器電流Io u t ，並將其轉換為感測器電壓Vo u t ，該轉換器充當圖5中所示之轉換器41。第一轉換器51可整合於顯示面板300上，但其可整合於資料PCB 550或上述整合晶片上。
圖10為圖9中所示之電壓轉換器之緩衝器之例示性電路圖。
圖10中所示之緩衝器52為電壓跟隨器，其使其輸出電壓Vo u t ，保持等於其輸入電壓Vo u t ，而不管連接至其輸出端子之電路之阻抗如何。
圖11A為電壓轉換器之第二轉換器之例示性電路圖，且圖11B為一說明圖11A中所示之第二轉換器53之輸入－輸出電壓特徵的曲線圖。
圖11A中所示之第二轉換器53將來自緩衝器52之感測器電壓Vout 轉換為亮度控制訊號Vcon 。第二轉換器53包含一具有輸入電阻器R1與R3及反饋電阻器R2之運算放大器OPAMP，其充當反相放大器。詳細而言，放大器OPAMP具有一藉由電阻器R1而供應有感測器電壓Vout 之反相端子(-)、及一供應有參考電壓Vref 之非反相端子(+)，且電阻器R3連接於非反相端子(+)與地面之間。
亮度控制訊號Vcon 以下式給出：V con=R1/R2．(V_ref-V_out)+V_ref (1)其於圖11B中有所說明。
參看圖11B，亮度控制訊號Vcon 為感測器電壓Vout 之線性函數且具有負梯度，使得亮度控制訊號Vcon 隨感測器電壓Vout 增加而降低。當感測器電壓Vout 高時，其指示所接收光量大，則調整亮度控制訊號Vcon 以減少燈管單元910之亮度。相反，當感測器電壓Vout 低時，則調整亮度控制訊號Vcon 以增加燈管單元910之亮度。然而，可控制燈管單元910，使得其亮度在所接收光量大時增加，而亮度在所接收光量小時降低。在該情況下，可省略第二轉換器53。
圖12A為第二轉換器之另一例示性方塊圖，表1為一說明圖12A中所示之第二轉換器之輸入-輸出關係之表格，且圖12B說明圖12A中所示之第二轉換器53之輸入-輸出特徵。
第二轉換器53包含2位元類比數位(AD)轉換器54及四通道多工器55。
AD轉換器54接收感測器電壓Vout ，並將感測器電壓Vout 之量值分割為四個位準，以產生2位元選擇訊號SEL1及SEL2。
多工器55基於選擇訊號SEL1及SEL2輸出四個電壓V1-V4中之一。
(a<b<c,V1 <V2 <V3 <V4 )
如表1中所示，亮度控制訊號Vcon 隨感測器電壓Vout 增加而減少。如上文所述，燈管單元910之亮度在外部光量大時減少，且燈管單元910之亮度在外部光量小時增加。然而，如圖12B中所示，亮度控制訊號Vcon 具有不同於上述實例之離散值。
藉由增加AD轉換器54之輸出之位元數目增加多工器55之通道數目，可增加亮度控制訊號Vcon 之值的數目。很顯然，可減少亮度控制訊號Vcon 之值的數目。
如上文所述，根據本發明之實施例之光感測器40及電壓轉換器50可產生具有取決於外部光量之量值之亮度控制訊號，藉此控制了面板總成之亮度。
光感測器40可用於諸如OLED或PDP之其他顯示器裝置。
雖然已參看較佳實施例詳細描述了本發明，但是應瞭解 到，本發明並不限於所揭示之實施例，而相反，其意欲覆蓋包含於附加申請專利範圍之精神及範疇內之各種修改及等效配置。
3‧‧‧液晶層
40‧‧‧光感測器
100‧‧‧下面板
190‧‧‧像素電極
200‧‧‧上面板
230‧‧‧彩色濾光器
270‧‧‧共同電極
300‧‧‧顯示面板總成
330‧‧‧顯示單元
340‧‧‧背光單元
341‧‧‧燈管
342‧‧‧伸展板
343‧‧‧光學薄片
344‧‧‧反射器
350‧‧‧顯示模組
361、362‧‧‧後底盤
363、364‧‧‧模框架
364‧‧‧背光單元
400‧‧‧閘極驅動器
410‧‧‧閘極TCP
450‧‧‧閘極印刷電路板(PCB)
500‧‧‧資料驅動器
510‧‧‧資料TCP
550‧‧‧資料PCB
600‧‧‧訊號控制器
800‧‧‧灰度電壓產生器
900‧‧‧照明單元
910‧‧‧燈管單元
920‧‧‧反相器
圖1為一用於指紋識別系統或觸控螢幕之習知光感測器之電路圖；圖2為根據本發明之實施例之光感測器之電路圖；圖3A與圖3B分別為當選擇電晶體Q2 打開與關閉時圖2中所示之光感測器之等效電路圖；圖4A及圖4B為根據本發明之實施例之圖2中所示之光感測器及一用於將來自光感測器之感測器電流轉換為感測器電壓之轉換器之電路圖；圖4C為一展示一作為光量之函數之感測器電壓Vout 之曲線圖；圖5為根據本發明之實施例之LCD之方塊圖；圖6為根據本發明之實施例之LCD之分解透視圖；圖7為圖5及圖6中所示之LCD之例示性等效電路圖；圖8為用於圖4A或圖4B中所示之光感測器之訊號之例示性時序圖；圖9為根據本發明之實施例之電壓轉換器50之方塊圖；圖10為圖9中所示之電壓轉換器之緩衝器之例示性電路圖；圖11A為電壓轉換器之第二轉換器之例示性電路圖；圖11B為一說明圖11A中所示之第二轉換器53之輸入-輸 出電壓特徵之曲線圖；圖12A為第二轉換器之另一例示性方塊圖；圖12B說明圖12A中所示之第二轉換器53之輸入-輸出特徵；及圖13展示圖5及圖7中所示之LCD例示性平面圖。
40．．．光感測器
Cs ．．．儲存電容器
Q1 ．．．感測器電晶體
Q2 ．．．選擇電晶體
Q3 ．．．電流產生電晶體
Q4 ．．．輸出電晶體

Claims (33)

  1. 一種光感測器，其包括：一接收一外部光並產生一對應於一所接收光量之光電壓之光接收器；一選擇性地輸出該光電壓及一參考電壓之電壓選擇器；一產生一取決於該電壓選擇器之一輸出電壓之感測器電流之電流產生器；及一選擇性地輸出來自該電流產生器之該感測器電流之輸出單元，其中該光接收器包括：一產生對應於該所接收光量之一光電流之感測器電晶體；及一根據來自該感測器電晶體之該光電流而儲存電荷並產生該光電壓之儲存電容器。
  2. 如請求項1之光感測器，其中該電壓選擇器包括一回應一選擇訊號而將該參考電壓施加至該電流產生器之選擇電晶體。
  3. 如請求項2之光感測器，其中該電流產生器包括一產生該感測器電流之電流產生電晶體。
  4. 如請求項3之光感測器，其中該選擇電晶體具有一供應有該參考電壓之輸入端子、一供應有一選擇訊號之控制端子、及一連接至該電流產生電晶體之輸出端子。
  5. 如請求項4之光感測器，其中該電流產生電晶體包括一供 應有該參考電壓之輸入端子、一連接至該光接收器之一輸出端子與該選擇電晶體之一輸出端子之控制端子、及一輸出該感測器電流之輸出端子。
  6. 如請求項5之光感測器，其中該選擇電晶體在該選擇電晶體打開時將該參考電壓施加至該電流產生電晶體之該控制端子，且在該選擇電晶體關閉時將該光電壓施加至該電流產生電晶體之該控制端子。
  7. 如請求項1之光感測器，其中該感測器電晶體具有一控制端子及一輸出端子，且該儲存電容器係連接於該感測器電晶體之該控制端子與該輸出端子之間。
  8. 如請求項7之光感測器，其中該感測器電晶體之該控制端子供應有一用於關閉該感測器電晶體之關閉電壓。
  9. 如請求項1之光感測器，其中該輸出單元包括一回應於一讀取訊號而輸出該感測器電流之輸出電晶體。
  10. 如請求項1之光感測器，其中該輸出單元包括一回應於一讀取訊號而輸出該感測器電流之輸出電晶體。
  11. 如請求項10之光感測器，其進一步包括一將該感測器電流轉換為一感測器電壓之轉換單元。
  12. 如請求項11之光感測器，其中該轉換單元包括一電阻器或一電容器。
  13. 一種顯示器裝置，其包括：一基於一所接收光量產生一感測器電流之光感測器；一將來自該光感測器之該感測器電流轉換為一控制電壓之電壓轉換器； 一包含複數個像素之顯示面板；及一基於該控制電壓而控制該顯示面板亮度之控制器，其中該光感測器包括：一輸出一對應於該所接收光量之光電壓之光接收器；一選擇性地輸出該光電壓及一參考電壓之電壓選擇器；一產生取決於該電壓選擇器之一輸出之該感測器電流之電流產生器；及一選擇性地輸出來自該電流產生器之該感測器電流之輸出單元，其中該光接收器包括：一產生對應於該所接收光量之一光電流之感測器電晶體；及一根據來自該感測器電晶體之該光電流而儲存電荷並產生該光電壓之儲存電容器。
  14. 如請求項13之顯示器裝置，其中該電壓選擇器包括一回應於一選擇訊號而將該參考電壓施加至該電流產生器之選擇電晶體。
  15. 如請求項14之顯示器裝置，其中該電流產生器包括一產生該感測器電流之電流產生電晶體。
  16. 如請求項13之顯示器裝置，其中該輸出單元包括一回應於一讀取訊號而輸出該感測器電流之輸出電晶體。
  17. 如請求項16之顯示器裝置，其中該選擇電晶體在該選擇訊號處於一第一位準時將該參考電壓施加至該儲存電容 器及該電流產生電晶體之該控制端子，且在該選擇訊號處於一第二位準時將該光電壓施加至該電流產生電晶體之該控制端子。
  18. 如請求項17之顯示器裝置，其中該輸出電晶體在該讀取訊號處於該第一位準時輸出該感測器電流。
  19. 如請求項18之顯示器裝置，其進一步包括一為該等像素處理影像訊號並產生提供給該光感測器之該選擇訊號與該讀取訊號之訊號控制器。
  20. 如請求項19之顯示器裝置，其中該訊號控制器將該選擇訊號施加至該選擇電晶體之一控制端子，並將該讀取訊號施加至該輸出電晶體之一控制端子。
  21. 如請求項20之顯示器裝置，其中該讀取訊號在該選擇訊號之兩個連續位準間兩次處於該第一位準。
  22. 如請求項21之顯示器裝置，其中當該讀取訊號第一次達到該第一位準時，該光感測器輸出對應於該參考電壓之該感測器電流。
  23. 如請求項22之顯示器裝置，其中當該讀取訊號第二次達到該第一位準時，該光感測器輸出對應於該光量之該感測器電流。
  24. 如請求項13之顯示器裝置，其中該電壓轉換器包括：一將該感測器電流轉換為一感測器電壓之第一轉換器；及一將該感測器電壓轉換為該控制電壓之第二轉換器。
  25. 如請求項24之顯示器裝置，其中該第一轉換器包括一電 阻器或一電容器。
  26. 如請求項24之顯示器裝置，其中該第二轉換器包括一反相放大器。
  27. 如請求項24之顯示器裝置，其中該第二轉換器包括：一將該感測器電壓轉換為數位值之類比數位轉換器；及一基於該等數位值而選擇該控制電壓之多工器。
  28. 如請求項24之顯示器裝置，其中該電壓轉換器進一步包括一連接於該第一轉換器與該第二轉換器之間之緩衝器。
  29. 如請求項13之顯示器裝置，其中該光感測器係併入該顯示面板中。
  30. 如請求項13之顯示器裝置，其中該光感測器係併入該顯示面板之一周邊中。
  31. 如請求項13之顯示器裝置，其中該控制器包括一對該顯示面板進行照明之光源。
  32. 如請求項13之顯示器裝置，其中該顯示器裝置包括一液晶顯示器、一有機發光顯示器、一電漿顯示面板的其中之一。
  33. 如請求項13之顯示器裝置，其中每一像素包括至少一主動式開關元件。
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