薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置的制作方法

1.本发明关于一种感光电路，更进一步来说，本发明关于一种薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置。


背景技术：

2.指纹辨识技术是一种生物辨识技术，指纹辨识系统是一套包括指纹图像取得、处理、特征提取和比对等模块的图型识别系统。常用于需要人员身分确认的场所，如门禁系统、考勤系统、笔记本电脑、行动装置、银行内部处理与银行支付等。目前应用于行动装置使用的光学式指纹辨识分为按钮式与屏下式。按钮式指纹辨识装置一般配置于行动装置的开机按钮或home按钮，而屏下式指纹辨识装置一般是配置在有机发光二极管面板下方的特定位置。然而，若用户的手指不在特定位置，上述屏下式指纹辨识装置则无法辨识指纹。
3.另外，屏下式指纹辨识装置需要有影像捕获设备，一般影像捕获设备主要是采用像素传感器数组，像素传感器数组包含被动式像素传感器(passive pixel sensor，pps)与主动式像素传感器(active pixel sensor，aps)。两种像素传感器数组主要的差别在于被动式像素传感器的电路，是由单一个晶体管所构成的选择开关。其中，当光线激发出上述晶体管的电子后，电子将储存于电容器中，再让位于每一行末端的放大器读取出行、列交会处的像素所积存的电讯号，再将此电讯号放大。被动式像素传感器的优点是电路单纯且不会因为占掉太多感光的面积而影响到传感器的灵敏度，缺点则是讯号的输出线路阻抗极高，容易产生随机噪声造成影像的质量不佳。
4.主动式像素传感器的电路是在每个像素耦接晶体管所构成的放大器，此外主动式像素传感器的设计解决了被动式像素传感器容易产生随机噪声的问题；不过由于放大器的线路占掉像素太多的感光面积，使传感器的单位面积内能放的像素降低，分辨率也随之降低。此外，像素上的放大器特性不容易做到每个都一致，导致有些像素的电压被放得较大，有些像素的电压放大的较小。制程完成后，这些放大器特性都不能更动。因此，会产生所谓的固定图案噪声，使撷取到的影像有如透过肮脏窗户所看到的景物一般，所以目前大部分的产品所用的传感器还是以被动式像素传感器为主。
5.传统的被动式像素传感器的照光积分时间是被设定在两个图框扫描时间之间。因此，积分时间的长短会因数组中面板的扫描线数量而受影响。被动式像素传感器在分辨率较高的情况下，感光时间常常是非常的短，但是，若要让平面显示面板(如液晶显示面板、有机发光二极管显示面板等)上，制作光学指纹辨识功能，由于材料因素，感光时间需要较长，常常会不足以完成积分，导致影像模糊不清。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置，用以在薄膜晶体管感光速度较低的情况下，能够达成快速影像撷取，适合用在面板上的光学指纹辨识。
7.有鉴于此，本发明提供一种薄膜晶体管感光电路，此薄膜晶体管感光电路包括m
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n个感光单元、m个读取缓冲器以及一控制电路。每一感光单元包括一感光电路、一储能电路以及一开关电路。感光电路的感光部分由间隙型薄膜晶体管构成，此感光电路包括一控制端、一第一端以及一第二端，其中，感光电路的第一端耦接一第一电源端。储能电路耦接感光电路的第二端。开关电路包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，开关电路的第一端耦接该感光电路的第二端。每一读取缓冲器包括一输入端以及一输出端，第k个读取缓冲器的输入端，耦接第k列的n个开关电路的第二端。
8.控制电路耦接上述感光单元的感光电路的控制端以及上述感光单元的开关电路的控制端，其中，控制电路控制上述感光单元的该感光电路的控制端以控制每一个感光单元的积分时间，控制电路控制上述感光单元的开关电路的控制端以控制感光单元输出给m个读取缓冲器的感光讯号。
9.本发明另外提供一种显示面板，此显示面板包括一薄膜晶体管感光电路，此薄膜晶体管感光电路包括m
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n个感光单元、m个读取缓冲器以及一控制电路。每一感光单元包括一感光电路、一储能电路以及一开关电路。感光电路的感光部分由间隙型薄膜晶体管构成，此感光电路包括一控制端、一第一端以及一第二端，其中，感光电路的第一端耦接一第一电源端。储能电路耦接感光电路的第二端。开关电路包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，开关电路的第一端耦接该感光电路的第二端。每一读取缓冲器包括一输入端以及一输出端，第k个读取缓冲器的输入端，耦接第k列的n个开关电路的第二端。
10.控制电路耦接上述感光单元的感光电路的控制端以及上述感光单元的开关电路的控制端，其中，控制电路控制上述感光单元的该感光电路的控制端以控制每一个感光单元的积分时间，控制电路控制上述感光单元的开关电路的控制端以控制感光单元输出给m个读取缓冲器的感光讯号。
11.本发明另外提供一种行动装置，此行动装置包括一显示面板，此显示面板包括一薄膜晶体管感光电路，此薄膜晶体管感光电路包括m
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n个感光单元、m个读取缓冲器以及一控制电路。每一感光单元包括一感光电路、一储能电路以及一开关电路。感光电路的感光部分由间隙型薄膜晶体管构成，此感光电路包括一控制端、一第一端以及一第二端，其中，感光电路的第一端耦接一第一电源端。储能电路耦接感光电路的第二端。开关电路包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，开关电路的第一端耦接该感光电路的第二端。每一读取缓冲器包括一输入端以及一输出端，第k个读取缓冲器的输入端，耦接第k列的n个开关电路的第二端。
12.控制电路耦接上述感光单元的感光电路的控制端以及上述感光单元的开关电路的控制端，其中，控制电路控制上述感光单元的该感光电路的控制端以控制每一个感光单元的积分时间，控制电路控制上述感光单元的开关电路的控制端以控制感光单元输出给m个读取缓冲器的感光讯号。
13.依照本发明较佳实施例所述的薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置，上述感光电路包括一间隙型薄膜晶体管，此间隙型薄膜晶体管包括一栅极、一第一源漏极以及一第二源漏极，其中，间隙型薄膜晶体管的栅极耦接该感光电路的控制端，间隙型薄膜晶体管的第一源漏极耦接该感光电路的第一端，间隙型薄膜晶体管的第二源漏极耦接该感光电路的第二端，其中至少该第一源漏极和该第二源漏极之其一未覆盖该栅极。
14.依照本发明较佳实施例所述的薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置，上述储能电路包括一电容器，包括一第一端以及一第二端，其中，该电容器的第一端耦接该间隙型薄膜晶体管第二源漏极，该电容器的第二端耦接一第二电源端。
15.依照本发明较佳实施例所述的薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置，上述开关电路包括一薄膜晶体管，此薄膜晶体管包括一栅极、一第一源漏极以及一第二源漏极，其中，薄膜晶体管的栅极耦接开关电路的控制端，薄膜晶体管的第一源漏极耦接开关电路的第一端，薄膜晶体管的第二源漏极耦接开关电路的第二端。
16.依照本发明较佳实施例所述的薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置，上述感光电路包括一间隙型薄膜晶体管以及一薄膜晶体管。此间隙型薄膜晶体管包括一栅极、一第一源漏极以及一第二源漏极，其中，间隙型薄膜晶体管的栅极以及间隙型薄膜晶体管的第一源漏极耦接感光电路的第一端。薄膜晶体管包括一栅极、一第一源漏极以及一第二源漏极，其中，薄膜晶体管的栅极耦接感光电路的控制端，薄膜晶体管的第一源漏极耦接间隙型薄膜晶体管的第二源漏极，薄膜晶体管的第二源漏极耦接感光电路的第二端。该间隙型薄膜晶体管的该第一源漏极和该第二源漏极间的间隙大于该薄膜晶体管的该第一源漏极和该第二源漏极间的间隙。
17.依照本发明较佳实施例所述的薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置，上述储能电路包括一电容器，此电容器包括一第一端以及一第二端，其中，电容器的第一端耦接该薄膜晶体管第二源漏极，电容器的第二端耦接开关电路的第二端。
18.依照本发明较佳实施例所述的薄膜晶体管感光电路、显示面板以及行动装置，上述控制电路包括一积分控制接脚，该积分控制接脚耦接至上述m
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n个感光单元的该感光电路的控制端，以同时致能与关闭每一个感光单元。
19.本发明的精神在于通过控制感光电路的控制端，控制感光电路整体的积分时间，之后，在通过控制开关电路，将每一个感光电路的积分结果一一读出。故，相较于现有的被动感光组件，每一个感光电路的积分时间可以一致，且可以同时进行积分。
20.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
21.图1绘示为本发明一较佳实施例的行动装置的示意图。
22.图2绘示为本发明一较佳实施例的具有光学读取功能的液晶显示面板的电路方块图。
23.图3绘示为本发明一较佳实施例的间隙型薄膜晶体管的结构示意图。
24.图4绘示为本发明一较佳实施例的薄膜晶体管感光电路的电路图。
25.图5绘示为本发明一较佳实施例的薄膜晶体管感光电路的电路图。
26.符号说明：
27.100：具有光学读取功能的液晶显示面板
28.201：感光单元
29.202：读取缓冲器
30.203：控制电路
31.301：栅极金属
32.302：栅极氧化层
33.303：通道
34.304：掺杂非晶硅
35.305：源漏极金属
36.40、50：感光单元
37.41、51：读取缓冲器
38.42、52：控制电路
39.mg：间隙型薄膜晶体管
40.m1、m2：薄膜晶体管
41.401、501：感光电路
42.402、502：储能电路
43.403、503：开关电路
44.int：积分控制接脚
45.sel_1、sel_2、sel_m：选择讯号
46.dat_1、dat_2、dat_m：数据
具体实施方式
47.图1绘示为本发明一较佳实施例的行动装置的示意图。请参考图1，此行动装置包括一具有光学读取功能的液晶显示面板100。一般来说，面板上的光学读取功能最常用的应用是指纹辨识，以下皆以指纹辨识作为举例。图2绘示为本发明一较佳实施例的具有光学读取功能的液晶显示面板的电路方块图。请参考图2，此具有光学读取功能的液晶显示面板包括m
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n个感光单元201、m个读取缓冲器202以及控制电路203。
48.感光单元201配置在液晶显示面板上，由薄膜晶体管与间隙型薄膜晶体管构成，其中，间隙型薄膜晶体管的结构一般来说如图3所示，其绘示为本发明一较佳实施例的间隙型薄膜晶体管的结构示意图。请参考图3，301为栅极金属；302为栅极氧化层；303为通道，一般是用非晶硅的半导体材料制作，但不以此为限；304为掺杂非晶硅；305为源漏极金属。由图3可以看出，上述间隙型薄膜晶体管以非对称的结构，且露出非常大部分的薄膜晶体管通道，用以接收光线。也就是说，相较传统的薄膜电极体，本实施例间隙薄膜晶体管的源漏极彼此间隔一间隙，用以曝露出非常大部份的通道303，以及底下的栅极301。藉此，间隙型薄膜晶体管便可以依照所接收的光线的不同，导通状况也会跟着不同，若其后耦接储能组件，便可以将电荷累积，再依照电荷累积的不同，判断所接收的光线的亮暗程度。而一般现有技术中的薄膜晶体管则是对称结构，且信道露出较小。换言之，为了曝露出大部份通道303及底下栅极301，间隙薄膜晶体管的两源漏极305其中之一可设置未覆盖栅极301，如图3所示，仅一侧源漏极305覆盖栅极301。
49.图4绘示为本发明一较佳实施例的薄膜晶体管感光电路的电路图。请参考图4，在此实施例中，为了方便说明本发明的精神，仅绘示2
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2的感光单元，然本领域普通技术人员应当知道，感光单元的数量与配置可以依照不同设计而扩展，故本发明不以此为限。此薄膜晶体管感光电路包括多个感光单元40、多个读取缓冲器41、控制电路42，每一个感光单元40
包括一感光电路401、一储能电路402以及一开关电路403。感光电路401在此实施例例如是以单一个间隙型薄膜晶体管mg所构成，在图4的图式内是以栅极电极一半来表示。储能电路402是以电容器来实施。开关电路403则是以普通薄膜晶体管m2实施。值得一提的是，间隙薄膜晶体管401源漏极间彼此间隔的间隙可以是大于普通薄膜晶体管403源漏极间的间隙，以曝露出大部分通道及底下栅极。
50.由上述图4的实施例可以看出，控制电路42仅利用一根积分控制接脚int控制所有的感光电路401。因此，控制电路42可以仅透过一根积分控制接脚int控制感光单元40的积分时间。当进行积分时，感光电路401根据所照射的光线，决定感光电路401的导通程度，电源电压vdd透过感光电路401对储能电路402进行充电(积分)。当积分时间结束，控制电路42透过积分控制接脚int控制每一个感光电路401，使每一个感光电路401关闭，电流无法通过。之后，控制电路42只要依序控制选择讯号sel_1、sel_2，来控制开关电路403，就可以将储存在储能电路402的能量，透过读取缓冲器41读取出数据dat_1。控制电路42便可以撷取到影像的电讯号。
51.由上述实施例可以看出，现有技术无论是被动式像素传感器或主动式像素传感器，皆必须要想办法控制其积分时间与重置时间，并且依序读出积分后的电讯号。由于现有技术，积分时间是一个图框重置完(frame reset)之后到转移电流或电荷的读取(readout)阶段之间的时间，积分时间的长短将因此被扫描线的数量所分配到的时间长短所限制。因此，在现有技术中，若感测组件光电流过大导致积分时间过长而得到超出范围的电荷或电流，将导致指纹辨识的图像失真，产生后端电路无法使用的数据。或者，在现有技术中，感测组件的光反应时间(rising time及falling time)过长而导致积分时间不足，也会导致无法正常操作的问题。
52.由于本案是采用所谓的全局积分(global integration)，每一个像素的积分时间都可以控制在相同的时间，因此，可以免除因积分饱和导致图像失真，亦可以防止积分时间不足的问题。另外，现有技术的像素传感器则是持续不断的在积分与读取，然本发明实施例的感光电路401因为是以栅极控制，因此，可以选定在适当的时间开启所有的感光电路401，使所有列全部统一被控制。当不需要进行感光时，可以控制所有的感光电路401停止积分。
53.图5绘示为本发明一较佳实施例的薄膜晶体管感光电路的电路图。请参考图5，在此实施例中，同样地，为了方便说明本发明的精神，仅绘示2
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2的感光单元，然本领域普通技术人员应当知道，感光单元可以依照不同设计而扩展，故本发明不以此为限。此薄膜晶体管感光电路包括多个感光单元50、多个读取缓冲器51、控制电路52，每一个感光单元50包括一感光电路501、一储能电路502以及一开关电路503。请同时参考图4以及图5，在此实施例中，感光电路501是以一个间隙型薄膜晶体管mg以及一个薄膜晶体管m1构成。图5中的间隙型薄膜晶体管mg同样是以栅极电极一半来表示，作为和普通薄膜晶体管的区隔。储能电路502同样是以电容器来实施。开关电路503则是以普通薄膜晶体管m2实施。
54.在此实施例中，控制电路42同样地仅用一根积分控制接脚int控制所有的感光电路501。而图5与图4的实施例差别在于，感光电路501内的间隙型薄膜晶体管mg例如是二极管晶体管(diode connected fet)的耦接方式，换句话说，间隙型薄膜晶体管mg可以当作是一个光电二极管(photodiode)。感光电路501的积分控制接脚int则例如是控制薄膜晶体管m1，也就是说，控制电路52是透过积分控制接脚int控制薄膜晶体管m1，进一步控制感光单
元50的积分时间。当进行积分时，间隙型薄膜晶体管mg根据所照射的光线，决定间隙型薄膜晶体管mg的导通程度。当薄膜晶体管m1导通时，电源电压vdd透过间隙型薄膜晶体管mg对储能电路502进行充电(积分)。当积分时间结束，控制电路52透过积分控制接脚int控制薄膜晶体管m1关闭，电流无法通过，之后，控制电路52只要依序控制选择讯号sel_1、sel_2
…
，以控制开关电路503，将储存在储能电路502的能量，透过读取缓冲器51读取出，控制电路52便可以撷取到影像的电讯号。
55.本发明实施例采用所谓的全局积分的原因在于，一般薄膜晶体管(无论是液晶显示面板的薄膜晶体管或有机发光二极管显示面板的薄膜晶体管)，其作为感光组件时，积分速度都比一般感光组件需要更长的时间，因此，若采用以往的扫描线积分方式，积分时间会严重不足，导致锁读取的影像不清晰。对于光学指纹辨识来说，影像清晰度会是非常决定性的关键因素。由于本发明的控制方式，可以让所有感光组件同时进行积分，如此一来，积分时间从现有技术的一条线的时间，增加为整个图框的时间，比起现有技术来说，可以增加数百倍或千倍的积分时间，对于影像清晰度来说是很有利的。设计者可以调控的范围也会增加很多，良率也会跟着上升。
56.另外，由于本案采用薄膜晶体管制程，故本案可以应用的范围相当广泛，例如手机面板上指纹辨识、电视、智能手表的指纹辨识等等，只要应用薄膜晶体管制程，皆可以采用本发明的技术。在上述实施例中，显示面板例如是以液晶显示面板为例，但本领域具有通常知识者应当可以推知，本发明也可应用于有机发光二极管显示面板或其他型态的显示面板，故本发明不限于此。
57.综上所述，本发明的精神在于通过撷取指纹影像前，指纹影像撷取电路先获得目前各像素被驱动的极性状态，藉此，当指纹撷取后，可以针对极性造成的干扰，进行后端图像处理，使指纹辨识率大幅度提升。
58.在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及以下权利要求的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。