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TWI427589B - 顯示裝置及包含此顯示裝置的電子設備 - Google Patents

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TWI427589B
TWI427589B TW099126141A TW99126141A TWI427589B TW I427589 B TWI427589 B TW I427589B TW 099126141 A TW099126141 A TW 099126141A TW 99126141 A TW99126141 A TW 99126141A TW I427589 B TWI427589 B TW I427589B
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Fumirou Matsuki
Original Assignee
Innolux Corp
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Description

顯示裝置及包含此顯示裝置的電子設備
本發明係有關於一種顯示裝置，且特別係有關於具有光感測裝置來感測周遭光線的顯示裝置及包含此顯示裝置的電子設備。
一般顯示裝置，其可應用於車輛導航裝置及行動電話等行動電子設備，已具有根據周遭光線的亮度來對應調整顯示輝度的亮度調整功能。例如在日本專利2001-522058號中，其揭示一顯示系統設有亮度控制器，其根據周遭光感測器所感測出之周遭光線，來改變顯示器的亮度。藉由這種功能，在白天野外等明亮的場所，可增加顯示器的亮度；在夜間或屋內等昏暗的場所，可減少顯示器的亮度。
一般來說，為了感測周遭光線，顯示裝置設有光感測器，以感測光線，並根據其所接收的受光量來輸出光電流(Photocurrent)。光電流可經由電流-電壓轉換器或類比-數位轉換器等信號轉換器，來轉換成電壓或數位脈衝信號，而輸入於用以控制背光光源的控制器。此控制器可根據所輸入的信號來調整背光光源的亮度。此種用於光感測的電路例如係揭示於日本專利2008-522159號。
然而，設置於顯示裝置上之傳統光感測機構會受到顯示面板驅動之電性/電磁性的雜訊和電源線的漣波雜訊(Ripple noise)等影響，而具有檢測精確度不佳的問題。
因此本發明之一方面係在於提供一種顯示裝置及包含此顯示裝置的電子設備，因而可消除或減少雜訊對於顯示裝置之周遭光檢測結果的影響。
根據本發明之實施例，本發明之顯示裝置設有光感測裝置，用以檢測周遭光線。光感測裝置包含光感測部、參考電壓產生部及比較部。光感測部係用以產生光感測電壓，用來表示周遭光線的強度。參考電壓產生部係用以產生預設參考電壓。比較部設有第一輸入端和第二輸入端，並比較光感測電壓和預設參考電壓，其中第一輸入端係用以輸入光感測電壓，第二輸入端具有與第一輸入端相反的極性，用以輸入預設參考電壓。
藉由差動輸入結構，雜訊可相互抵消，因而可消除或減少雜訊對於顯示裝置之周遭光檢測結果的影響。
在一實施例中，此參考電壓產生部與連接於比較部的第一輸入端的電路具有相同的結構。
藉此，重疊於參考電壓Vref的雜訊成份係相同於重疊於光感測電壓Vp的雜訊成份，因而可消除共模雜訊(Common-Mode Noise)。
較佳地，光感測部包括第一光電二極體，被周遭光線所激發的光電流係由光電二極體流出，以產生光感測電壓。此時，參考電壓產生部包括第二光電二極體，其實質相同於第一光電二極體的特性和構造，第二光電二極體係設置於周遭光線無法照射到的位置，前述預設參考電壓為第二光電二極體的兩端電壓。
更較佳地，光感測裝置更包含補償單元，用以補償光感測 部由於周遭光線以外的因素所輸出的電流，補償單元包括第三光電二極體，其實質相同於第一光電二極體的特性和構造，第三光電二極體係設置於周遭光線無法照射到的位置，並同向地串聯於第一光電二極體的陰極。當設有此補償單元時，參考電壓產生部更包括第四光電二極體，其實質相同於第三光電二極體的特性和構造，第四光電二極體係設置於周遭光線無法照射到的位置，並同向地串聯於第二光電二極體的陰極。
在一實施例中，此光感測裝置更包含邏輯電路，其根據比較部對光感測電壓與預設參考電壓所進行比較的結果，來輸出脈衝信號，此脈衝信號的存在持續期間係對應於周遭光線的強度。
較佳地，此比較部包含差動輸入比較器、第一開關及第二開關。差動輸入比較器具有第一輸入端和第二輸入端，第一開關係在一重置期間中連接差動輸入比較器的第一輸入端至預設重置電壓，第二開關係在重置期間中連接差動輸入比較器的第二輸入端至預設重置電壓。
在一實施例中，此顯示裝置設有影像顯示面板，其包括在玻璃基板上排列成矩陣狀的複數個像素，光感測裝置係設置於影像顯示面板的玻璃基板上。
藉由組合此上述的光感測裝置於顯示面板中，可減少設置光感測裝置的製造作業負擔，以及避免費用的增加。
根據本發明之一實施例的顯示裝置為液晶顯示裝置或有機發光二極體(Organic Light Emission Diode，OLED)顯示裝置。
根據本發明之一實施例的顯示裝置係組裝使用於例如行 動電話、手錶、個人數位助理(PDA)、筆記型個人電腦(PC)、車輛導航系統裝置、行動遊戲機、或設置於戶外的大型顯示屏幕等其他的電子設備中。
為了達成上述目的，根據本發明之一實施例，此光感測裝置包含光感測部、參考電壓產生部及比較部。光感測部係用以產生光感測電壓，來表示周遭光線的強度。參考電壓產生部係用以產生預設參考電壓。比較部設有第一輸入端和第二輸入端，並比較光感測電壓和預設參考電壓，其中第一輸入端係用以供光感測電壓來輸入，第二輸入端具有與第一輸入端相反的極性，用以供預設參考電壓來輸入。
因此，藉由本發明可消除或減少雜訊對於周遭光檢測結果的影響。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，本說明書將特舉出一系列實施例來加以說明。但值得注意的是，此些實施例只係用以說明本發明之實施方式，而非用以限定本發明。
請參照圖1，其顯示依據本發明之一實施例之包含顯示裝置的電子設備。圖1的電子設備100係表示為筆記型個人電腦，亦可為例如行動電話、手錶、個人數位助理(PDA)、筆記型個人電腦(PC)、車輛導航系統裝置、行動遊戲機、或設置於戶外的大型顯示屏幕等其他的電子設備。
電子設備100設有顯示裝置10，顯示裝置10可包括顯示面板，以顯示影像。顯示裝置10具有感測周遭光線的功能， 例如可根據所感測之光線強度來改變顯示亮度。
請參照圖2，其顯示依據本發明之第一實施例之顯示裝置的結構示意圖。圖2的顯示裝置10a係例如為穿透式或半穿透式之液晶顯示裝置，並包括控制部110、光感測裝置120、背光光源130及液晶顯示(LCD)面板140。
控制部110可控制顯示裝置10的各元件，例如，根據光感測裝置120所得到的感測周遭光線的感測結果，來控制背光光源130，以調整顯示亮度。
光感測裝置120包括光感測部20、電流補償部22及信號轉換部24。當光感測部20受到光線的照射時，則輸出光電流，其大小係依據此光線的強度。電流補償部22係用以補償光感測部20由於周遭光線以外的因素所輸出的電流，此電流例如為暗電流或由背光光源130所照射的背光所激發的光電流，其中，暗電流係由溫度等環境因素所引起，而無關於受光與否。信號轉換部24係將光感測部20所輸出的光電流轉換成數位信號或脈衝信號等控制部110可處理的信號形式。
背光光源130係設置於顯示面板140的背面，以照射光線至顯示面板140的各像素，顯示面板140的液晶像素係排列成矩陣狀。由背光光源130所照射的光線係被控制部110所控制，其根據光感測裝置120的信號轉換部24所輸出的數位信號或脈衝信號來進行控制。
液晶分子係經由電壓來改變其配向，顯示面板140可利用液晶分子的配向改變，而使得背光光源130的光線偏極化，以顯示影像。可代替的是，此顯示裝置10亦可為包括有機發光二極體(Organic Light Emission Diode，OLED)顯示面板的顯 示裝置，此OLED顯示模組配置有矩陣狀的OLED像素，以取代液晶顯示面板140。此時，由於OLED為自發光元件，因而不需背光光源130。再者，控制部110可改變OLED的驅動電流，以調整顯示輝度。
光感測裝置120係在製造LCD面板或OLED面板時，例如使用薄膜電晶體(TFT)技術，來形成於玻璃基板上的區域且為顯示面板的影像非顯示區域上。因此，藉由組合此上述的光感測裝置120於顯示面板中，可減少設置光感測裝置120的製造作業負擔，以及避免費用的增加。
請參照圖3，其顯示依據本發明之第一實施例之光感測裝置的結構示意圖。亦如圖2所示，光感測裝置120包括光感測部20、電流補償部22及信號轉換部24。
在本實施例中，光感測部20包括光電二極體(Photodiode)311。光電二極體311具有陰極和陽極，陰極係連接於信號轉換部24的輸入端，陽極連接於第一預設電位V1(例如接地電位GND)。
在本實施例中，電流補償部22包括光電二極體312。光電二極體312具有實質相同於光檢測用之光電二極體311的特性和構造。光電二極體312具有陰極和陽極，其陰極係連接於高於第一預設電位的第二預設電位V2(例如電源電壓VDD=5V)，其陽極連接於光電二極體311的陰極。藉此，補償用的光電二極體312係同向地串聯於光檢測用的光電二極體311，光電二極體311與光電二極體312的串聯係配置於第一預設電位V1與第二預設電位V2之間。
如圖4所示，光電二極體311與光電二極體312係配置於 顯示裝置之顯示面板的玻璃基板上。
請參照圖4，其顯示依據本發明之第一實施例之顯示面板的剖面示意圖。圖4的顯示面板140包括由上而下依序堆疊設置的第一偏光板L1、第一玻璃基板L2、液晶層L3、第二玻璃基板L4及第二偏光板L5。顯示面板140可為穿透式或半穿透式的LCD面板，其背面(亦即最下層)設有背光光源130。顯示面板140更包括黑色矩陣層(Black Matrix)BM，其配置於第一玻璃基板L2與液晶層L3的接觸面上。黑色矩陣層BM具有遮斷光線的性質，且大多係以金屬製成。黑色矩陣層BM係在顯示面板140實際顯示影像的主動(active)區域中形成格狀，具有預設顏色(例如R(紅)、G(綠)及B(藍))的彩色濾光片CF1、CF2及CF3係形成於黑色矩陣層BM的格狀之間。液晶層L3具有液晶顯示元件(未繪示)的矩陣配置，液晶顯示元件係依據施加電壓，而將由背光光源130所發出的背光光線42偏極化。矩陣狀配置的液晶顯示元件係分別對應於形成在黑色矩陣層BM之格狀之間的彩色濾光片CF1、CF2及CF3。若施加電壓於特定的液晶顯示元件，則此特定液晶顯示元件所對應之彩色濾光片的顏色(亦即R、G或B的其中任一色)可顯示於顯示面板140。在其他實施例中，亦可使用具有白色OLED之矩陣配置的OLED層來代替液晶層L3，此白色OLED係藉由施加預設電壓來發光的自發光型OLED，此時，可無需設置背光光源130。再者，若使用具有RGB之各種顏色的LED時，亦可無需設置彩色濾光片CF1、CF2及CF3。
在上述的顯示面板140中，光電二極體311與光電二極體312係配置於第二玻璃基板L4與液晶層L3的接觸面上。光檢 測用的光電二極體311係受到通過第一偏光板L1及第一玻璃基板L2入射之外界光線40的照射。光檢測用的光電二極體311係被外界光線40所激發而輸出光電流。補償用的光電二極體312係配置於第二玻璃基板L4上且為利用黑色矩陣層BM來遮斷外界光線40的區域上，而不會被外界光線40所照射。由於補償用的光電二極體312具有實質相同於光檢測用之光電二極體311的特性和構造，因而可感測到光檢測用光電二極體311由於外界光線40以外的因素所輸出的電流，此電流例如為由溫度等環境因素所引起而無關於受光與否的暗電流，或者為由背光光源130所照射的背光光線42所激發的光電流。
由於補償用的光電二極體312具有實質相同於光檢測用之光電二極體311的特性和構造，在某些環境下兩者所輸出之暗電流的大小係視為相同。例如，為了簡便說明，在考慮到未設有背光光源130或背光光源130關閉時的情形時，由於補償用的光電二極體312被黑色矩陣層BM遮斷外界光線40，因而不會產生由光線照射所激發的光電流。因此，在這種情形下，補償用光電二極體312所產生的電流可視為光檢測用光電二極體311所產生的暗電流。
再者，若可無視於溫度等環境因素所造成的影響，當考慮設置於顯示面板140上的背光光源130為開啟狀態時，由於補償用的光電二極體312具有實質相同於光檢測用之光電二極體311的特性和構造，光電二極體311及312分別因背光光源130的背光光線42之照射而激發的光電流係視為相同的。因此，在這種情形下，補償用光電二極體312所產生的電流可視為光電二極體311因背光光源130之背光光線42之照射而激發的光 電流。
請再參照圖3，補償用光電二極體312係同向地串聯於光檢測用之光電二極體311的陰極側。例如，當光檢測用光電二極體311中流通有因外界光線40之照射而激發的光電流Ip，以及因溫度等環境因素所引起的暗電流Id時，補償用光電二極體312流通有相同於此暗電流Id的電流。因此，由信號轉換部24的輸入端流至光電二極體311及312之間的節點的電流為(Ip+Id)-Id=Ip，其相同於光檢測用光電二極體311因外界光線40之照射而激發的光電流Ip。
信號轉換部24包括比較部30、邏輯電路32、容量Cfs的電容34及容量Cfm的電容36。比較部30係將光感測電壓Vp與預設的參考電壓Vref進行比較，光感測電壓Vp係藉由光電二極體311的電流流通，而產生於光電二極體311的陰極端。邏輯電路32係根據比較部30對光感測電壓Vp與預設的參考電壓Vref所進行比較的結果，來輸出脈衝信號Vout，此脈衝信號Vout具有對應於周遭光線40之強弱的持續存在期間。此脈衝信號Vout係提供至圖2所示的控制部110。
比較部30包括反向器(inverter)電路321及開關322。反向器電路321的輸入端係連接於光電二極體311及312之間的節點，當光檢測用之光電二極體311之陰極端所出現的光感測電壓Vp係大於參考電壓Vref時，則反向器電路321輸出低電壓(亦即Low)，當光感測電壓Vp係小於參考電壓Vref時，則反向器電路321輸出高電壓(亦即High)。參考電壓Vref係相當於反向器電路321的閾值電壓Vth。例如，當反向器電路321的上限電源電壓為第二預設電位V2(例如電源電壓VDD=5V)，下 限電源電壓為第一預設電位V1(例如接地電壓GND)時，閾值電壓Vth約為第一預設電位V1與第二預設電位V2的中間電位(V1+V2)/2=(GND+VDD)/2=(0+5)/2=2.5V。開關322係設置於反向器電路321的輸入端與輸出端之間，其回應於重置信號Reset來進行開關，此重置信號Reset係由控制部110來直接地提供，或者由邏輯電路32來間接地提供。開關322在進行光感測裝置120之初始化的重置期間中為關閉狀態，以直接地連接反向器電路321的輸入端與輸出端。
邏輯電路32包括邏輯與(AND)電路331、正反(Flip-Flop)電路332、邏輯或(OR)電路333及反向器電路334。比較部30的反向器電路321的輸出信號Vcom及反轉重置信號係輸入至AND電路331，當兩者皆為High時，AND電路331的輸出為High；當至少一者為Low時，AND電路331的輸出為Low。此反轉重置信號係由控制部110來直接地提供，或者由邏輯電路32來間接地提供，且亦藉由第一電容34來連接於光電二極體311及312之間的節點。正反電路332為RS型正反器，其設定(S)端係連接於AND電路331的輸出端，重置(R)端係連接於重置信號Reset。正反電路332的非反轉輸出Q係藉由第二電容36來連接於光電二極體311及312之間的節點，反轉輸出係連接於OR電路333之一側的輸入端，OR電路333之另一側的輸入端係連接於AND電路331的輸出端。當正反電路332的反轉輸出或AND電路331的輸出之至少一者為High時，OR電路333的輸出為High；當兩者的輸出皆為Low時，OR電路333的輸出為Low。OR電路333的輸出端係連接於反向器電路334的輸入端，反向器電路334係將OR電路333的 輸出進行反轉，以輸出脈衝信號Vout，其具有對應於周遭光線40之強弱的持續存在期間。
請參照圖5，以下對上述光感測裝置120的動作進行說明。
請再參照圖5，其顯示依據本發明之第一實施例之光感測裝置之各元件之電壓及信號的時序圖。在圖5中顯示有各種信號隨時間的變化，此些信號由上至下分別為由控制部110所提供的重置信號Reset、在光感測裝置120的設定期間及測量期間中提供至第一電容34的設定電壓Vset、在光感測裝置120的測量期間中提供至第二電容36的測量電壓Vmeas、在光電二極體311及312之間的節點所形成的光感測電壓Vp、由比較部30所輸出的信號Vcom、以及邏輯電路32所輸出的信號(亦即光感測裝置120所輸出之脈衝信號Vout)。
利用光感測裝置120所進行之周遭光線檢測動作的一周期係由初始化光感測裝置120的重置期間、消除光感測裝置120電路之偏移(Offset)的設定期間、以及檢測周遭光線之強度的測量期間所構成。在本實施例中，重置信號Reset之開始與結束之間的期間係作為重置期間，此重置信號Reset之開始至下一次開始的期間為光感測裝置120之周遭光線檢測動作的一周期。在其他實施例中，重置期間亦可為重置信號Reset之結束至開始的期間，此時，光感測裝置120之周遭光線檢測動作的一周期為重置信號Reset之結束至下一次結束的期間。
請再參照圖5，在時間t0時，重置信號Reset係由Low切換至High，以開始重置期間。此時，比較部30的開關322被關閉，而直接地連接反向器電路321的輸入端與輸出端。藉此，在重置期間中光感測電壓Vp係等於由比較部30所輸出的信號 Vcom，進而等於反向器電路321的閾值電壓Vth，亦即參考電壓Vref=2.5V。
在時間t1時，重置信號Reset係由High切換至Low，為重置信號Reset之反轉信號的設定電壓Vset係經由第一電容34提供至光電二極體311及312之間的節點，而開始設定期間。例如，設定電壓Vset為電源電壓VDD=5V。在光電二極體311及312之間的節點係形成VDD×Cfs/(Cpd+Cfm+Cfs)的光感測電壓Vp，Cfs為第一電容34的電容量，Cfm為第二電容36的電容量，Cpd為在比較部30之輸入端的寄生電容。此時，光感測電壓Vp係大於參考電壓Vref，因此，比較部30的輸出信號Vcom為Low。之後，隨著時間的經過，光感測電壓Vp係具有△V/△t=Ip/(Cpd+Cfm+Cfs)的傾向，而逐漸減少。
在時間t2時，若光感測電壓Vp達到參考電壓Vref時，比較部30的輸出信號Vcom係切換為High。藉此，邏輯電路32的正反電路332的非反轉輸出Q為High，測量電壓Vmeas係經由第二電容36提供至光電二極體311及312之間的節點，而開始測量期間。例如，測量電壓Vmeas，亦即正反電路332的非反轉輸出Q為電源電壓VDD=5V。在光電二極體311及312之間的節點係形成VDD×Cfm/(Cpd+Cfm+Cfs)的光感測電壓Vp，由於在此時間t2’的光感測電壓Vp係大於參考電壓Vref，比較部30的輸出信號Vcom係由High切換至Low。正反電路332的非反轉輸出Q係持續為High。由於正反電路332的反轉輸出及AND電路331的輸出皆為Low，因而OR電路333的輸出為Low，邏輯電路32的輸出信號Vout係由Low切換至High。
之後，隨著時間的經過，光感測電壓Vp係具有△V/△t=Ip/(Cpd+Cfm+Cfs)的傾向，而逐漸減少。在時間t3時，若光感測電壓Vp係達到參考電壓Vref時，比較部30的輸出信號Vcom係切換為High，邏輯電路32的輸出信號Vout係切換為Low。在重置信號Reset接著由Low到切換為High之間，光感測電壓Vp係持續地減少。
光檢測用之光電二極體311在受到外界光線40的照射下所產生之光電流Ip的大小係正比於外界光線40的強度。若外界光線40愈強，則光檢測用之光電二極體311所流出的光電流Ip愈大，且根據公式△V/△t=Ip/(Cpd+Cfm+Cfs)，光感測電壓Vp到達參考電壓Vref的時間會愈快。依據上述關係，若外界光線40愈強，則邏輯電路32的輸出信號Vout為High的期間PW愈短，且期間PW與光電流Ip之間的關係可利用公式PW=VDD×Cfm/Ip來表示。
因此，脈衝信號Vout係由光感測裝置120提供至控制部110，控制部110可由脈衝信號Vout的脈衝寬度PW得知外界光線40的強度。
接著，考慮到發生任何光感測裝置120外部的雜訊的情形，外部雜訊例如為顯示面板驅動之電性/電磁性的雜訊或電源線的漣波雜訊等。
請參照圖6，其顯示依據本發明之第一實施例之外部雜訊對於光感測裝置之影響的說明示意圖。為了簡便說明，圖6的外部雜訊50係表示為固定周期的矩形波。
當發生外部雜訊50時，雜訊成份係被重疊於提供至比較部30之光感測電壓Vp，比較部30的輸入端係連接於光檢測用 光電二極體311的陰極端點、補償用光電二極體312端點以及反向器電路321的輸入端，而為高阻抗(impedance)節點，因而容易受到雜訊的影響。由於雜訊重疊於光感測電壓Vp，因而在比較部30的輸出信號Vcom，進而在邏輯電路32的輸出信號Vout上亦出現外部雜訊50的影響。
在測量期間中，當光感測電壓Vp到達參考電壓Vref時，輸出信號Vout係由High切換至Low，此切換的時間點係依據雜訊的影響而定，實際上為光感測電壓Vp到達參考電壓Vref時的前後時間點。以圖6所示為例，輸出信號Vout係由High切換至Low的時間點實際上係比光感測電壓Vp到達參考電壓Vref的時間點t3還要晚。再者，原本輸出信號Vout在切換一次至Low之後且到下一次測量期間之前是保持Low，如圖6所示，但由於雜訊的影響，因而再次反覆地進行High/Low的切換。
藉此，當發生顯示面板驅動之電性/電磁性的雜訊或電源線的漣波雜訊等任何光感測裝置120外部的雜訊時，控制部110可能無法得知外界光線40的正確強度。
請參照圖7，其顯示依據本發明之第二實施例之顯示裝置的結構示意圖。關於光感測裝置的結構，圖7所示的顯示裝置10b係不同於圖2所示的顯示裝置10a。顯示裝置10b的光感測裝置220包括光感測部20、電流補償部22、信號轉換部44及參考電壓產生部26。當光感測部20受到光線的照射時，則輸出光電流，其大小係依據此光線的強度。電流補償部22係用以補償光感測部20由於周遭光線以外的因素所輸出的電流，此電流例如為暗電流或由背光光源130所照射的背光而激發的 光電流，此暗電流係由溫度等環境因素所引起，而無關於受光與否。信號轉換部44係將光感測部20所輸出的電流轉換成數位信號或脈衝信號等控制部110可處理的信號形式。參考電壓產生部26係用以產生參考電壓Vref，其用於信號轉換部44的信號轉換。
由於顯示裝置10b的光感測裝置220之外的元件結構係相同於顯示裝置10a，因而在此省略說明。
請參照圖8，其顯示依據本發明之第二實施例之光感測裝置的結構示意圖。關於信號轉換部44的比較部60的結構，圖8的光感測裝置220係不同於圖3所示的光感測裝置120。比較部60包括差動輸入比較器410、第一開關412及第二開關414。
差動輸入比較器410具有反轉輸入端及非反轉輸入端，反轉輸入端係連接於光電二極體311及312之間的節點，非反轉輸入端係連接於參考電壓產生部26所產生的預設參考電壓Vref。差動輸入比較器410係將在光電二極體311及312之間之節點所形成的光感測電壓Vp與參考電壓Vref進行比較，當光感測電壓Vp係大於參考電壓Vref時，則差動輸入比較器410的輸出為Low；當光感測電壓Vp係小於參考電壓Vref時，則差動輸入比較器410的輸出為High。
第一開關412係設置於重置電壓VRS 與差動輸入比較器410的反轉輸入端之間，第二開關414係設置於重置電壓VRS 與差動輸入比較器410的非反轉輸入端之間。此開關412及414係回應於重置信號Reset來進行開關，此重置信號Reset係由控制部110直接地提供，或者藉由邏輯電路32間接地提供。開 關412及414在進行光感測裝置220之初始化的重置期間中為關閉狀態，以連接此差動輸入比較器410的反轉輸入端及非反轉輸入端至重置電壓VRS 。
參考電壓產生部26的結構係相同於連接在差動輸入比較器410之反轉輸入端的電路，而包括實質相同於光檢測用光電二極體311之特性和構造的第一光電二極體420、實質相同於補償用的光電二極體312之特性和構造的第二光電二極體422、以及分別相同於信號轉換部24之第一電容34與第二電容36之特性和構造的第三電容424與第四電容426。第一光電二極體420的陽極係連接於第一預設電位V1，其連接於光檢測用光電二極體311的陽極。第一光電二極體420的陰極係連接於第二光電二極體422的陽極，第二光電二極體422的陰極係連接於第二預設電位V2，其連接於補償用光電二極體312的陰極。第三電容424與第四電容426係並聯於差動輸入比較器410的非反轉輸入端與接地電位GND之間。
第一光電二極體420和第二光電二極體422係相同於圖4所示的補償用光電二極體312，而配置於顯示面板140之第二玻璃基板L4上且為利用黑色矩陣層BM來遮斷外界光線40的區域上。因此，第一光電二極體420和第二光電二極體422並不會被外界光線40所照射。參考電壓產生部26係依據第一光電二極體420和第二光電二極體422的分壓，而產生相當於第一預設電位V1與第二預設電位V2之中間電位(V1+V2)/2=2.5V的參考電壓Vref。
請參照圖9，其顯示依據本發明之第二實施例之光感測裝置之差動輸入比較器410的電路結構示意圖。
差動輸入比較器410包括閘極連接於反轉輸入端的第一NMOS電晶體MN1，以及閘極連接於非反轉輸入端的第二NMOS電晶體MN2，第一NMOS電晶體MN1和第二NMOS電晶體MN2的源極係分別連接於電流源430。當輸入於反轉輸入端的光感測電壓Vp係大於輸入至非反轉輸入端的參考電壓Vref時，第一NMOS電晶體MN1為開啟狀態。反之，當光感測電壓Vp小於參考電壓Vref時，第二NMOS電晶體MN2為開啟狀態。
第一NMOS電晶體MN1的汲極係連接於第一PMOS電晶體MP1的汲極，第一PMOS電晶體MP1的汲極係更連接於第一PMOS電晶體MP1的閘極，第一PMOS電晶體MP1的閘極係更連接於第二PMOS電晶體MP2的閘極。第一PMOS電晶體MP1和第二PMOS電晶體MP2的源極係分別連接於第二預設電位V2(例如電源電壓VDD=5V)。第二PMOS電晶體MP2的汲極係連接於第三NMOS電晶體MN3的汲極，第三NMOS電晶體MN3的汲極係更連接於第三NMOS電晶體MN3的閘極，第三NMOS電晶體MN3的閘極係更連接於第四NMOS電晶體MN4的閘極。第三NMOS電晶體MN3與第四NMOS電晶體MN4的源極係分別連接於第一預設電位V1(例如接地電位GND)。第四NMOS電晶體MN4的汲極係構成比較器410的輸出端，因此，當第一NMOS電晶體MN1開啟時，第一PMOS電晶體MP1、第二PMOS電晶體MP2、第三NMOS電晶體MN3及第四NMOS電晶體MN4皆為開啟狀態，而由比較器410所輸出的信號Vcom為Low。
第二NMOS電晶體MN2的汲極係連接於第三PMOS電晶 體MP3的的汲極，第三PMOS電晶體MP3的汲極係更連接於第三PMOS電晶體MP3的閘極，第三PMOS電晶體MP3的閘極係更連接於第四PMOS電晶體MP4的閘極，第三PMOS電晶體MP3與第四PMOS電晶體MP4的源極係分別連接於第二預設電位V2。第四PMOS電晶體MP4的汲極係連接於第四NMOS電晶體MN4的汲極，而構成比較器410的輸出端。因此，當第二NMOS電晶體MN2開啟時，第三PMOS電晶體MP3與第四PMOS電晶體MP4皆為開啟狀態，而由比較器410所輸出的信號Vcom為High。
藉此，當光感測電壓Vp大於參考電壓Vref時，差動輸入比較器410的輸出為Low；當光感測電壓Vp小於參考電壓Vref時，差動輸入比較器410的輸出為High。
請參照圖10，以下對圖8所示之光感測裝置220的動作進行說明。
請再參照圖10，其顯示依據本發明之第二實施例之光感測裝置之各元件之電壓及信號的時序圖。在圖10中顯示有各種信號隨時間的變化，此些信號由上至下分別為由控制部110所提供的重置信號Reset、在光感測裝置220的設定期間及測量期間中提供至第一電容34的設定電壓Vset、在光感測裝置220的測量期間中提供至第二電容36的測量電壓Vmeas、在光電二極體311及312之間的節點所形成的光感測電壓Vp及輸入於差動輸入比較器410之非反轉輸入端的參考電壓Vref、由比較部30所輸出的信號Vcom、以及邏輯電路32所輸出的信號(亦即光感測裝置220所輸出之脈衝信號Vout)。
請再參照圖10，在時間t0時，重置信號Reset係由Low 切換至High，以開始重置期間。此時，比較部60的第一開關412和第二開關414被關閉，而分別連接差動輸入比較器410的反轉輸入端與非反轉輸入端至重置電壓VRS 。重置電壓VRS 例如為比較器410的電源電壓，較佳為第一預設電位V1與第二預設電位V2的中間電位(V1+V2)/2，在本實施例中，(GND+VDD)/2=(0+5)/2=2.5V。此時，比較部60所輸出的信號Vcom係依據比較器410內電晶體所形成的分壓，約為第一預設電位V1與第二預設電位V2的中間電位(V1+V2)/2=2.5V。
在時間t1時，重置信號Reset係由High切換至Low，為重置信號Reset之反轉信號的設定電壓Vset係經由第一電容34提供至光電二極體311及312之間的節點，而開始設定期間。例如，設定電壓Vset為電源電壓VDD=5V。在光電二極體311及312之間的節點係形成VDD×Cfs/(Cpd+Cfm+Cfs)的光感測電壓Vp，Cfs為第一電容34的電容量，Cfm為第二電容36的電容量，Cpd為在比較部60之輸入端的寄生電容。此時，光感測電壓Vp係大於參考電壓Vref，因此，比較部60的輸出信號Vcom為Low。之後，隨著時間的經過，光感測電壓Vp係具有△V/△t=Ip/(Cpd+Cfm+Cfs)的傾向，而逐漸減少。
在時間t2時，若光感測電壓Vp達到參考電壓Vref時，比較部60的輸出信號Vcom係切換為High。藉此，邏輯電路32的正反電路332的非反轉輸出Q為High，測量電壓Vmeas係經由第二電容36提供至光電二極體311及312之間的節點，而開始測量期間。例如，測量電壓Vmeas，亦即正反電路332的非反轉輸出Q為電源電壓VDD=5V。在光電二極體311及312之間的節點係形成VDD×Cfm/(Cpd+Cfm+Cfs)的光感測電壓 Vp，由於在此時間t2’的光感測電壓Vp係大於參考電壓Vref，比較部30的輸出信號Vcom係由High切換至Low。正反電路332的非反轉輸出Q係持續為High。由於正反電路332的反轉輸出及AND電路331的輸出皆為Low，因而OR電路333的輸出為Low，邏輯電路32的輸出信號Vout係由Low切換至High。
之後，隨著時間的經過，光感測電壓Vp係具有△V/△t=Ip/(Cpd+Cfm+Cfs)的傾向，而逐漸減少。在時間t3時，若光感測電壓Vp係達到參考電壓Vref時，比較部60的輸出信號Vcom係切換為High，邏輯電路32的輸出信號Vout係切換為Low。在重置信號Reset接著由Low到切換為High之間，光感測電壓Vp係持續地減少。
相同於圖5所示之根據第一實施例之光感測裝置120，在外界光線40照射下光檢測用光電二極體311所產生的光電流Ip的大小係正比於外界光線40的強度。因此，若外界光線40愈強，則邏輯電路32的輸出信號Vout為High的期間PW愈短，且期間PW與光電流Ip之間的關係可利用公式PW=VDD×Cfm/Ip來表示。
因此，脈衝信號Vout係由光感測裝置220提供至控制部110，控制部110可由脈衝信號Vout的脈衝寬度PW來得知外界光線40的強度。
接著，考慮到發生任何光感測裝置220外部的雜訊的情形，外部雜訊例如為顯示面板驅動之電性/電磁性的雜訊或電源線的漣波雜訊等。
請參照圖11，其顯示依據本發明之第二實施例之外部雜訊 對於光感測裝置之影響的說明示意圖。為了簡便說明，圖11的外部雜訊50係表示為固定周期的矩形波。
當發生外部雜訊50時，如圖中之實線所示，雜訊成份係被重疊於比較部60之差動輸入比較器410之反轉輸入端所輸入的光感測電壓Vp，。同樣地，如圖中之點畫線(dot-dash line)所示，雜訊成份亦被重疊於提供至比較部60之差動輸入比較器410之非反轉輸入端所輸入的參考電壓Vref。然而，在比較部60的輸出信號Vcom中，並不會發現此外部雜訊50的影響，此係由於比較部60具有差動輸入結構，因而重疊於光感測電壓Vp的雜訊成份可被重疊於參考電壓Vref的雜訊成份來相抵消。由於參考電壓產生部26具有相同連接於差動輸入比較器410之反轉輸入端之電路的結構，因而重疊於參考電壓Vref的雜訊成份係相同於重疊於光感測電壓Vp的雜訊成份。因此，可消除共模雜訊(Common mode noise)。
因此，最終由光感測裝置220所輸出的脈衝信號Vout並不會出現外部雜訊50的影響。不論有無外部雜訊50，控制部110皆可得知外界光線40的正確強度。藉由此差動輸入結構，雜訊可被相互抵消，因而可消除或減少雜訊對於顯示裝置之周遭光檢測結果的影響。
綜上所述，雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。
例如，在上述實施例中，光感測裝置所輸出之脈衝信號的存在期間係正比於周遭光線的強度，此存在期間亦可反比於周遭光線的強度。
再者，熟悉此技術領域者可清楚明暸，差動輸入比較器及邏輯電路等結構並不限於上述揭露，而可使用各種形式的結構。在上述實施例中，光感測電壓Vp係輸入至反轉輸入端，參考電壓Vref係輸入至非反轉輸入端。然而，參考電壓Vref亦可輸入至反轉輸入端，光感測電壓Vp亦可輸入至非反轉輸入端。
或者，光感測裝置可輸出用以表示預設光源所發光之強度的信號，光感測裝置可不限於具有周遭檢測功能的顯示裝置，而可組裝及使用於各種機器設備中。
10、10a、10b‧‧‧顯示裝置
100‧‧‧電子設備
110‧‧‧控制部
120、220‧‧‧光感測裝置
130‧‧‧背光光源
140‧‧‧顯示面板
20、21‧‧‧光感測部
22‧‧‧電流補償部
24、44‧‧‧信號轉換部
26‧‧‧參考電壓產生部
30、60‧‧‧比較部
311、312‧‧‧光電二極體
32‧‧‧邏輯電路
321、334‧‧‧反向器電路
322‧‧‧開關
331‧‧‧AND電路
332‧‧‧正反電路
333‧‧‧OR電路
34、36‧‧‧電容
40‧‧‧周遭光線
42‧‧‧背光光線
410‧‧‧差動輸入比較器
412‧‧‧第一開關
414‧‧‧第二開關
420‧‧‧第一光電二極體
422‧‧‧第二光電二極體
424‧‧‧第三電容
426‧‧‧第四電容
50‧‧‧外部雜訊
BM‧‧‧黑色矩陣層
CF1、CF2、CF3‧‧‧彩色濾光片
L1‧‧‧第一偏光板
L2‧‧‧第一玻璃基板
L3‧‧‧液晶層
L4‧‧‧第二玻璃基板
L5‧‧‧第二偏光板
Id‧‧‧暗電流
Ip‧‧‧光電流
MN1‧‧‧第一NMOS電晶體
MN2‧‧‧第二NMOS電晶體
MN3‧‧‧第三NMOS電晶體
MN4‧‧‧第四NMOS電晶體
MP1‧‧‧第一PMOS電晶體
MP2‧‧‧第二PMOS電晶體
MP3‧‧‧第三PMOS電晶體
MP4‧‧‧第四PMOS電晶體
Reset‧‧‧重置信號
‧‧‧反轉重置信號
V1‧‧‧第一預設電位
V2‧‧‧第二預設電位
Vcom、Vout‧‧‧輸出信號
VDD‧‧‧電源電壓
Vp‧‧‧光感測電壓
Vref‧‧‧參考電壓
VRS ‧‧‧重置電壓
Vmeas‧‧‧測量電壓
Vset‧‧‧設定電壓
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：圖1顯示依據本發明之一實施例之包含顯示裝置之電子設備的示意圖。
圖2顯示依據本發明之第一實施例之顯示裝置的結構示意圖。
圖3顯示依據本發明之第一實施例之光感測裝置的結構示意圖。
圖4顯示依據本發明之第一實施例之顯示面板的剖面示意圖。
圖5顯示依據本發明之第一實施例之光感測裝置之各元件之電壓及信號的時序圖。
圖6顯示依據本發明之第一實施例之外部雜訊對於光感測裝置之影響的說明示意圖。
圖7顯示依據本發明之第二實施例之顯示裝置的結構示意圖。
圖8顯示依據本發明之第二實施例之光感測裝置的結構示意圖。
圖9顯示依據本發明之第二實施例之光感測裝置之差動輸入比較器的電路結構示意圖。
圖10顯示依據本發明之第二實施例之光感測裝置之各元件之電壓及信號的時序圖。
圖11顯示依據本發明之第二實施例之外部雜訊對於光感測裝置之影響的說明示意圖。
220‧‧‧光感測裝置
21‧‧‧光感測部
22‧‧‧電流補償部
44‧‧‧信號轉換部
26‧‧‧參考電壓產生部
60‧‧‧比較部
311、312‧‧‧光電二極體
32‧‧‧邏輯電路
334‧‧‧反向器電路
331‧‧‧AND電路
332‧‧‧正反電路
333‧‧‧OR電路
34、36‧‧‧電容
410‧‧‧差動輸入比較器
412‧‧‧第一開關
414‧‧‧第二開關
420‧‧‧第一光電二極體
422‧‧‧第二光電二極體
424‧‧‧第三電容
426‧‧‧第四電容
Id‧‧‧暗電流
Ip‧‧‧光電流
Reset‧‧‧重置信號
‧‧‧反轉重置信號
V1‧‧‧第一預設電位
V2‧‧‧第二預設電位
Vcom、Vout‧‧‧輸出信號
Vp‧‧‧光感測電壓
Vref‧‧‧參考電壓
VRS ‧‧‧重置電壓
Vmeas‧‧‧測量電壓
Vset‧‧‧設定電壓

Claims (8)

  1. 一種顯示裝置，設有一光感測裝置，用以檢測一周遭光線，其中該光感測裝置包含：一光感測部，用以產生一光感測電壓，其中該光感測電壓係表示該周遭光線的強度；一參考電壓產生部，用以產生一預設參考電壓；以及一比較部，設有一第一輸入端和一第二輸入端，並比較該光感測電壓和該預設參考電壓，其中該第一輸入端係用以供該光感測電壓來輸入，該第二輸入端具有與該第一輸入端相反的極性，用以供該預設參考電壓來輸入；其中該光感測部包括一第一光電二極體，被該周遭光線所激發的一光電流係由該光電二極體流出，以產生該光感測電壓，且該參考電壓產生部包括一第二光電二極體，其實質相同於該第一光電二極體的特性和構造，該第二光電二極體係設置於該周遭光線無法照射到的位置，該參考電壓為該第二光電二極體的兩端電壓；其中該光感測裝置更包含一補償單元，用以補償該光感測部由於該周遭光線以外的因素所輸出的電流，該補償單元包括一第三光電二極體，其實質相同於該第一光電二極體的特性和構造，該第三光電二極體係設置於該周遭光線無法照射到的位置，並同向地串聯於該第一光電二極體的陰極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該參考電壓產生部具有相同於一電路的結構，該電路係連接於該比較部之該第一輸入端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該參考電 壓產生部更包括一第四光電二極體，其實質相同於該第三光電二極體的特性和構造，該第四光電二極體係設置於該周遭光線無法照射到的位置，並同向地串聯於該第二光電二極體的陰極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該光感測裝置更包含一邏輯電路，其根據該比較部對該光感測電壓與該預設參考電壓所進行比較的結果，來輸出一脈衝信號，該脈衝信號具有對應於該周遭光線之強度的持續存在期間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該比較部包含：一差動輸入比較器，具有一第一輸入端和一第二輸入端；一第一開關，在一重置期間中連接該差動輸入比較器的該第一輸入端至一預設重置電壓；以及一第二開關，在該重置期間中連接該差動輸入比較器的該第二輸入端至該預設重置電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該顯示裝置設有一影像顯示面板，其包括在一玻璃基板上排列成矩陣狀的複數個像素，該光感測裝置係設置於該影像顯示面板的該玻璃基板上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該顯示裝置為一液晶顯示裝置或一有機發光二極體(Organic Light Emission Diode，OLED)顯示裝置。
  8. 一種光感測裝置，包含：一光感測部，用以產生一光感測電壓，其中該光感測電壓係表示一光線的強度； 一參考電壓產生部，用以產生一預設參考電壓；以及一比較部，設有一第一輸入端和一第二輸入端，並比較該光感測電壓和該預設參考電壓，其中該第一輸入端係用以供該光感測電壓來輸入，該第二輸入端具有與該第一輸入端相反的極性，用以供該預設參考電壓來輸入；其中該光感測部包括一第一光電二極體，被該周遭光線所激發的一光電流係由該光電二極體流出，以產生該光感測電壓，且該參考電壓產生部包括一第二光電二極體，其實質相同於該第一光電二極體的特性和構造，該第二光電二極體係設置於該周遭光線無法照射到的位置，該參考電壓為該第二光電二極體的兩端電壓；其中該光感測裝置更包含一補償單元，用以補償該光感測部由於該周遭光線以外的因素所輸出的電流，該補償單元包括一第三光電二極體，其實質相同於該第一光電二極體的特性和構造，該第三光電二極體係設置於該周遭光線無法照射到的位置，並同向地串聯於該第一光電二極體的陰極。
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