アクティブフォトセンサーピクセル、アクティブフォトセンサーアレイ及びフォトセンシング方法
【課題】 アクティブフォトセンサーピクセル、アクティブフォトセンサーアレイ及びフォトセンシング方法を提供する。
【解決手段】 本発明は二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーピクセルを提供し、二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。
【解決手段】 本発明は二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーピクセルを提供し、二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示器に関し、特に、アクティブフォトセンサーピクセルを使用する表示器に関するものであり、アクティブフォトセンサーピクセルが選択信号線において選ばれた時に、露光と読取を同時に実行する。
【背景技術】
【０００２】
近年来、電子ブック（ｅ−ｂｏｏｋ）は次第に発展され、且つ商業化された。電子ブックの実行可能な表示フレームワークは薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ-ＬＣＤ）を使用した表示フレームワークである。言い換えれば、電子ブックは、バックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に電子素子（例えば、ＴＦＴ、またはフォトセンサー）を設置することによって、画像を表示することができる。電子ブックの表示画面上に標記をするために、電子ブックは光を必ず検出しなければならない。フォトセンサー機能を有する電子ブックを例にすると、フォトセンサーはバックプレーンに設置されたため、透光度が好ましくない。よって、従来の電子ブックの欠点は、電子ブックの表示画面（ｄｉｓｐｌａｙ ｓｃｒｅｅｎ）上に標記するために、非常に長い露光時間が必要である。
【０００３】
よって、電子ブックに迅速に標記させるために、アクティブフォトセンサーピクセルが極めて必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、アクティブフォトセンサーピクセル、アクティブフォトセンサーアレイ及びフォトセンシング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーピクセルを提供し、二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。
【０００６】
本発明は複数の信号選択線と、複数の出力信号線と、複数のアクティブフォトセンサーピクセルとを含むアクティブフォトセンサーアレイを提供する。各アクティブフォトセンサーピクセルは、二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含む。二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、対応する選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、対応する出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。
【０００７】
本発明はアクティブフォトセンサーピクセルを応用するフォトセンシング方法を提供し、アクティブフォトセンサーピクセルは二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含む。二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。フォトセンシング方法は、露光及び読取周期において、二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作させるのに、選択信号線に第一電圧レベルを提供するステップと、二端子フォトセンサートランジスタが入射光を受取った時、フォトセンサー電流を発生し、第一ノードに対して充電することによって、駆動トランジスタは第一ノード上の電圧レベルに基づいて導通され、前記出力信号線までの出力電流を発生するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のアクティブフォトセンサーピクセルとそのフォトセンシング方法によれば、本発明のフォトセンサーピクセルは更に高い信号対雑音比と駆動能力を有するので、大面積の表示器の要求を満足することができる。また、本発明のフォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルは第二ターミナルに接続するので、表示器は駆動フォトセンサートランジスタＱ１の臨界電圧の変動の影響を受けない。本発明のフォトセンサーピクセルとアレイは表示器のバックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に設置することができ、且つ従来の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）とＣＭＯＳセンサーに取って代わることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した図を表している。
【図１Ｂ】二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した時の第一ターミナルの電圧とフォトセンサー電流の関係を表している。
【図２Ａ】本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モードで動作した図である。
【図２Ｂ】二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モードで動作した時の第二ターミナルの電圧とダイオード電流の関係を表している。
【図３】本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの図を表している。
【図４】図３の選択信号線のタイミング図を表している。
【図５】本発明のアクティブフォトセンサーピクセルのもう一つの概略図を表している。
【図６】本発明のアクティブフォトセンサーアレイの図と信号線に対するタイミング図を表している。
【図７】本発明のアクティブフォトセンサー及び表示アレイの図と信号線に対するタイミング図を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
図１Ａは本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モード（ｆｉｒｓｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）で動作した概略図である。本実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）であるが、これに限らない。二端子フォトセンサートランジスタＱ１は第一ターミナルＮ１と、第二ターミナルＮ２と、制御ターミナルとを有する。注意すべきことは、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルを第二ターミナルＮ２に接続することによって、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は、二つのターミナルを形成する。即ち、第一ターミナルＮ１と第二ターミナルＮ２に接続する制御ターミナルである。第一動作モードにおいて、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の第一ターミナルＮ１には、高電圧ＶＨが印加され、第二ターミナルＮ２には、低電圧ＶＬが印加される。入射光ｈｖが第一動作モードに動作される二端子フォトセンサートランジスタＱ１に照射した時、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はフォトセンサー電流Iphotoを発生し、第一ターミナルＮ１から第二ターミナルＮ２に流れる。一般的に言えば、フォトセンサー電流Iphotoの大きさは二端子フォトセンサートランジスタＱ１の半導体層の面積と材料特性から決められる。また、フォトセンサー電流Iphotoの大きさは入射光ｈｖの強度から決められる。言い換えれば、仮に、入射光の強度が強ければ、フォトセンサー電流Iphotoも大きくなる。よって、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は第一動作モードにおいて、感光レジスタ（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）として動作する。もう一つの実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はＰ型シリコン薄膜トランジスタ(Ｐ−ｔｙｐｅ Ｓｉ ＴＦＴ)であるが、これに限らない。その他の実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はバイポーラ接合トランジスタ(ＢＪＴ)、またはその他のスイッチ素子である。
【００１２】
図１Ｂは二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した時の第一ターミナルの電圧ＶＮ１とフォトセンサー電流Iphotoの関係を表している。図１Ｂに示すように、入射光ｈｖが照射しない時（菱形スポットライン）、フォトセンサー電流I’photoはゼロ（または遮断領域と称する）である。逆に、入射光ｈｖが照射する時（スクエアスポットライン）、従来の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と類似しており、フォトセンサー電流Iphotoは、初めは、直線性（ｌｉｎｅａｒｌｙ）の増加を呈し、そして、増加する幅が次第に小さくなり（または三極管領域と称する）、且つ最後は飽和（または飽和領域と称する）に近い状態になる。一つの実施例において、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射され、且つ第一ターミナルの電圧ＶＮ１は１６Ｖである場合、フォトセンサー電流Iphotoは約７．５Ｅ−０９アンペアである。仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射されず、且つ第一ターミナルの電圧ＶＮ１は１６Ｖである場合、フォトセンサー電流I’photoは０アンペアである。二端子フォトセンサートランジスタＱ１が第一動作モードにおいて、動作する時、フォトセンサー電流Iphotoを検出することで、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光が照射されたかどうかを判断することができる。
【００１３】
図２Ａは本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モード（ｓｅｃｏｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）で動作した概略図である。図１Ａに類似しており、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルは第二ターミナルＮ２に接続する。第一動作モードと比べて、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の第一ターミナルＮ１は、低電圧ＶＬが印加され、第二ターミナルＮ２には、高電圧ＶＨが印加される。二端子フォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルと第二ターミナルは高電圧ＶＨ（通常、『ダイオード接続』と称する）に結合するため、第二動作モードにおいて、二端子フォトセンサートランジスタＱ１をダイオードとすると同時に、ダイオード電流Idiode（即ち、順方向導通電流）を発生し、第二ターミナルＮ２から第一ターミナルＮ１に流れる。
【００１４】
図２Ｂは二端子フォトセンサートランジスタＱ１を第二動作モードで動作した時の第二ターミナルの電圧ＶＮ２とダイオード電流の関係を表している。従来のダイオードに類似しており、二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiodeの初めは、零であり、導通した後、指数関数的の増加を呈する。二端子フォトセンサートランジスタＱ１が導通した後（ＶＮ２>１０V）、入射光ｈｖの照射があるか否かに関わらず、いずれもダイオード電流が第二ターミナルＮ２から第一ターミナルＮ１に流れる。注意すべきことは、入射光ｈｖが照射（スクエアスポットライン）した時のダイオード電流Idiodeは、入射光ｈｖが照射（菱形スポットライン）していないダイオード電流I’diodeより大きい。一つの実施例において、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射され、且つ第二ターミナルの電圧ＶＮ2は１５Ｖである場合、ダイオード電流Idiodeは、は約１．０Ｅ−０９アンペアである。逆に、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射されず、且つ第二ターミナルの電圧ＶＮ2は１５Ｖである場合、ダイオード電流I’diodeは、約０．５Ｅ−０９アンペアである。よって、第二動作モードは二つの用途があり、一つは、ダイオード電流の数値／大きさを検出／判断することで、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光が照射されたかどうかを判断することができる。もう一つは、ダイオード電流を利用して第二ターミナルＮ２が第一ターミナルＮ１に対して放電する。一般的に言えば、ダイオード電流Idiodeの数値はフォトセンサー電流Iphotoの数値より遥かに大きい（約１．０Ｅ+０３〜１．０Ｅ+０４桁）ので、第一動作モードにおいて、フォトセンサー電流Iphotoが第一ターミナルＮ１を充電する過程に対して、第二動作モードにおいて、ダイオード電流Idiodeが第二ターミナルＮ２を放電する過程は、更に速いのである。
【００１５】
図３は本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの概略図である。本実施例において、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２は二端子フォトセンサートランジスタＱ１と駆動トランジスタＱ２を含む。アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２は、選択信号線Sel_２及び選択信号線Sel_２に対して垂直に位置する出力信号線Out_２に結合する。
【００１６】
図３において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は、第一ノードＸ１に結合する第一ターミナルＮ１と、選択信号線Sel_２に結合する第二ターミナルＮ２と、第一ノードＸ１に接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタＱ２は、第一参考電圧Ｖref1に結合する第一ターミナルと、出力信号線Out_２に結合する第二ターミナルと、第一ノードＸ１に接続する制御ターミナルとを有する。
【００１７】
本発明のフォトセンサーピクセルのフォトセンシング方法は、以下の説明の通りである。図４は選択信号線のタイミング図と第一ノードＸ１の電圧波形を表し、第一ノードＸ１の電圧波形はフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射された状態である。図４において、実線はスキャナ信号線Sel_２のタイミング図を表しており、破線はフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射された時の第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１の波形をそれぞれ表している。
【００１８】
以下は、二端子フォトセンサートランジスタの動作モードを説明する。第一周期Ｔ１（通常、露光及び読取周期と称する）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られ、且つフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光が照射され、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいてフォトセンサー電流Iphotoを発生し、且つフォトセンサー電流Iphotoは、第一ノードＸ１を高レベルの電圧ＶＸ１に充電する。電圧ＶＸ１が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は導通され、且つ出力信号線Out_２までの出力電流を発生するので、第一周期Ｔ１は読取周期である。もう一つは、第一周期Ｔ１において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られるが、フォトセンサーピクセルＰ２２に入射光が照射されないので、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はフォトセンサー電流Iphotoを発生しない。段落００１１の説明より、ここでは二端子フォトセンサートランジスタＱ１の第一動作モードを用いたことがわかる。よって、二端子フォトセンサートランジスタＱ１を感光レジスタとして動作する時、駆動トランジスタＱ2の臨界電圧の設計を、入射光が照射されたときのフォトセンサー電流Iphotoが第一ノード上に発生させる対応電圧より小さく（または等しい）するので、駆動トランジスタＱ2はフォトセンサー電流Iphotoにより導通され、且つ出力電流を発生する。よって、フォトセンサーピクセルが出力電流を発生するかどうかを判断することで、入射光ｈｖが照射されたかどうかを判断することができる。
【００１９】
第二周期Ｔ２（通常、リセット周期と称する）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（低レベル駆動電圧ＶＧＬのように）より低く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１をダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流Idiodeによって、第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１を選択信号線Sel_２に『迅速的』に放電する。第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より低く放電された時、駆動トランジスタＱ2は遮断する。
【００２０】
第二周期Ｔ２において、駆動トランジスタＱ2は遮断されたため、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光ｈｖを照射しても二端子フォトセンサートランジスタＱ１はフォトセンサー電流を発生しない。注意すべきことは、本発明は第一ノードの電圧ＶＸ１のリセットは、主に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiode（即ち、第二動作モード）によって完成される。本実施例において、選択信号線の高レベル駆動電圧ＶＧＨは１０Ｖであり、選択信号線の低レベル駆動電圧ＶＧＬは０Ｖである。第一ノードＸ１の電圧波形ＶＸ１は、低レベル駆動電圧ＶＧＬより少なくともＶｔｈ_Ｑ１高く、Ｖｔｈ_Ｑ１は、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の臨界電圧である。
【００２１】
図５は本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの概略図である。本実施例は概ね図３の実施例に類似しており、説明を簡略化するために、その回路の接続方式と選択信号線のタイミング図は繰り返して述べない。注意すべきことは、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２は第一ノードＸ１に接続する第一ターミナルと第二参考電圧Ｖref２に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサＣsensitivityを更に含む。
【００２２】
次に、感度調整コンデンサＣsensitivityの作用を説明する。上記のように、駆動トランジスタＱ2のゲート電圧（即ち、第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１）を調整することによって、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射されたかどうかを判断することができる。本実施例において、フォトセンサー電流Iphotoが非常に大きい時（即ち、△ＶＸ１が非常に大きい）、比較的に大きな静電容量を有する感度調整コンデンサＣsensitivityを使用する。フォトセンサー電流Iphotoが非常に小さい時（即ち、△ＶＸ１が非常に小さい）、比較的に小さな静電容量を有する感度調整コンデンサＣsensitivityを使用する。よって、仮に、入射光が非常に微弱で、フォトセンサー電流Iphotoが小さい時に、静電容量が比較的に小さい感度調整コンデンサＣsensitivityを使用することによって、相変わらず、微弱な入射光ｈｖを検知することができる。これによって、本発明は比較的に高い信号対雑音比を有する。
【００２３】
図６は本発明のアクティブフォトセンサーアレイの図と信号線に対するタイミング図である。アクティブフォトセンサーアレイＭphoto-sensingは複数信号の選択信号線Sel_１−Sel_４と、複数の出力信号線Out_１−Out_３と、複数のアクティブフォトセンサーピクセルＰ11−Ｐ43と、駆動回路５０と、検知回路５１とを含む。本実施例において、複数のアクティブフォトセンサーピクセルＰ11−Ｐ43のいずれかは、概ね図５の実施例に類似するが、これに限らない。幾つかの実施例において、アクティブフォトセンサーピクセルＰ11−Ｐ43のいずれかは、図３の実施例に類似することができる。説明を簡略化するために、その回路の接続方式と選択信号線Sel_１−Sel_４のタイミング図は繰り返して述べない。駆動回路５０はイネイブル（ｅｎａｂｌｉｎｇ）の順に信号を複数の選択信号線Sel_１−Sel_４に選択する。例を挙げると、第一周期Ｔ１（露光及び読取周期）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１を感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいて、フォトセンサー電流Iphotoを発生し、且つフォトセンサー電流Iphotoは、第一ノードＸ１に対して、高レベルの電圧ＶＸ１までに充電する。この実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光ｈｖが照射されない時は、フォトセンサー電流Iphotoを発生しない。第一ノードＸ１上の電圧が充電され、駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は導通され、且つ出力信号線Out_２までの出力電流を発生する。検知回路５１は出力電流の数値／大きさを検出／判断することで、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射されたか否かを決定することができる。よって、第一周期Ｔ１も読取周期である。次に、第二周期Ｔ２において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（低レベル駆動電圧ＶＧＬのように）より低く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiodeによって、第一ノードの電圧ＶＸ１をリセットすることで、駆動トランジスタＱ2は遮断される。注意すべきことは、選択信号線Sel_２が第一周期Ｔ１の時、選択信号線Sel_１、Sel_３、Sel_４は第二周期Ｔ２である。言い換えれば、選択信号線Sel_１、Sel_３、Sel_４に対する走査列は遮断しているため、選択信号線Sel_２に隣接する選択信号線Sel_１とSel_３は選択信号線Sel_２に対して妨害を招くことはない。その他の実施例において、アクティブフォトセンサーアレイＭphoto-sensingは４本以上の選択信号線と、３本以上の走査信号線と、１２個以上のフォトセンサーピクセルを含む。従来の当業者は製品の要求に基づいて、アクティブフォトセンサーアレイＭphoto-sensingを設計する。
【００２４】
図７は本発明のアクティブフォトセンサー及び表示アレイの図と信号線に対するタイミング図である。アクティブフォトセンサー及び表示アレイＭsensing-displayは複数の選択信号線Sel_１−Sel_４と、複数の出力信号線Out_０−Out_３と、複数のデータ信号線data_１−data_４と、複数のアクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ11−Ｕ43と、駆動回路５０と、検知回路５１と、データ駆動回路５２とを含む。図７において、各アクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ11−Ｕ43のいずれもアクティブフォトセンサーピクセル（例えば、Ｐ22）と表示ピクセル（例えば、Ｓ22）を含み、各アクティブフォトセンサーピクセルは本発明の上記実施例のアクティブフォトセンサーピクセルで設置されることができるので、ここで繰り返しで述べない。表示ピクセルＳ22を参照し、表示ピクセルＳ22は、スイッチトランジスタＱ３と液晶コンデンサＣＬＣを含み、スイッチトランジスタＱ３は、第二データ線data_２に結合する第一ターミナルと、第二ターミナルと、第二選択信号線Sel_２に結合する制御ターミナルとを有し、且つ液晶コンデンサＣＬＣはスイッチトランジスタＱ３の第二ターミナルに接続する第一ターミナルと、第三参考電圧Ｖref３に結合する第二ターミナルとを有する。
【００２５】
以下は、アクティブフォトセンサー及び表示アレイの動作を説明する。例を挙げると、第一周期Ｔ１において、選択信号線Sel_１の電圧レベルはフォトセンサーピクセルＰ２２の第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１を感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいてフォトセンサー電流Iphotoを発生し、且つフォトセンサー電流Iphotoは、第一ノードＸ１に対して高レベルの電圧ＶＸ１までに充電する。第一ノードＸ１上の電圧が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は導通され、且つ出力信号線Out _２までの出力電流を発生し、検知回路５１は出力電流の数値／大きさを検出／判断することで、フォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射されたか否かを決定することができる。よって、第一周期Ｔ１も読取周期である。この実施例において、第一ノードＸ１上の電圧ＶＸ１が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は、導通する。逆に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射されない場合は、フォトセンサー電流Iphotoは発生されず、第一ノードＸ１上の電圧ＶＸ１は駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より低いため、駆動トランジスタＱ2は、導通しない。
【００２６】
次に、第二周期Ｔ２において、選択信号線Sel_１の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（低レベル駆動電圧ＶＧＬのように）より低く引っ張られ、第一ノードの電圧ＶＸ１は二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiodeによって、リセットされることで、駆動トランジスタＱ2は遮断される。この時、選択信号線Sel_２は駆動回路５０にイネイブルされたため、表示ピクセルＳ22のスイッチトランジスタＱ３は導通する。よって、表示ピクセルＳ22は、第二データ信号線data_２から受けたデータ信号に基づいて、アクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ22に入射光が照射されたか否かを表示する。
【００２７】
本発明はアクティブフォトセンサーピクセルとそのフォトセンシング方法を提供し、従来の受動式（ｐａｓｓｉｖｅ）フォトセンサーピクセルと比べて、本発明のフォトセンサーピクセルは更に高い信号対雑音比と駆動能力を有するので、大面積の表示器の要求を満足することができる。また、本発明のフォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルは第二ターミナルに接続するので、表示器はフォトセンサートランジスタＱ１の臨界電圧の変動の影響を受けない。本発明のフォトセンサーピクセルとアレイは表示器のバックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に設置することができ、且つ従来の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）フォトセンサー器とＣＭＯＳフォトセンサー器に取って代わることができる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００２９】
Ｑ１…二端子フォトセンサートランジスタ
Ｑ２…駆動トランジスタ
Ｑ３…スイッチトランジスタ
ｈｖ…入射光
ＶＨ…高電圧
ＶＬ…低電圧
Iphoto 、I’photo…フォトセンサー電流
Idiode、I’ diode…ダイオード電流
Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３、Ｕ３１、Ｕ３２、Ｕ３３、Ｕ４１、Ｕ４２、Ｕ４３…アクティブフォトセンサー及び表示ピクセル
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３…アクティブフォトセンサーピクセル
Ｓ22…表示ピクセル
Sel_１〜Sel_４…選択信号線
Out_１〜Out_３…出力信号線
data_１〜data_４…データ信号線
Ｖref1…第一参考電圧
Ｖref２…第二参考電圧
Ｖref３…第三参考電圧
Ｘ１…第一ノード
ＶＸ１、ＶＮ１、ＶＮ２…電圧
ＶＧＨ…高レベル駆動電圧
ＶＧＬ…低レベル駆動電圧
Ｖｔｈ_Ｑ１…臨界電圧
Ｔ１…第一周期
Ｔ２…第二周期
Ｃsensitivity…感度調整コンデンサ
ＣＬＣ…液晶コンデンサ
Ｍphoto-sensing…フォトセンサーアレイ
Ｍsensing-display…フォトセンサー及び表示アレイ
Ｎ１…第一ターミナル
Ｎ２…第二ターミナル
５０…駆動回路
５１…検知回路
５２…データ駆動回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示器に関し、特に、アクティブフォトセンサーピクセルを使用する表示器に関するものであり、アクティブフォトセンサーピクセルが選択信号線において選ばれた時に、露光と読取を同時に実行する。
【背景技術】
【０００２】
近年来、電子ブック（ｅ−ｂｏｏｋ）は次第に発展され、且つ商業化された。電子ブックの実行可能な表示フレームワークは薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ-ＬＣＤ）を使用した表示フレームワークである。言い換えれば、電子ブックは、バックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に電子素子（例えば、ＴＦＴ、またはフォトセンサー）を設置することによって、画像を表示することができる。電子ブックの表示画面上に標記をするために、電子ブックは光を必ず検出しなければならない。フォトセンサー機能を有する電子ブックを例にすると、フォトセンサーはバックプレーンに設置されたため、透光度が好ましくない。よって、従来の電子ブックの欠点は、電子ブックの表示画面（ｄｉｓｐｌａｙ ｓｃｒｅｅｎ）上に標記するために、非常に長い露光時間が必要である。
【０００３】
よって、電子ブックに迅速に標記させるために、アクティブフォトセンサーピクセルが極めて必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、アクティブフォトセンサーピクセル、アクティブフォトセンサーアレイ及びフォトセンシング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーピクセルを提供し、二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。
【０００６】
本発明は複数の信号選択線と、複数の出力信号線と、複数のアクティブフォトセンサーピクセルとを含むアクティブフォトセンサーアレイを提供する。各アクティブフォトセンサーピクセルは、二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含む。二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、対応する選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、対応する出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。
【０００７】
本発明はアクティブフォトセンサーピクセルを応用するフォトセンシング方法を提供し、アクティブフォトセンサーピクセルは二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含む。二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。フォトセンシング方法は、露光及び読取周期において、二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作させるのに、選択信号線に第一電圧レベルを提供するステップと、二端子フォトセンサートランジスタが入射光を受取った時、フォトセンサー電流を発生し、第一ノードに対して充電することによって、駆動トランジスタは第一ノード上の電圧レベルに基づいて導通され、前記出力信号線までの出力電流を発生するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のアクティブフォトセンサーピクセルとそのフォトセンシング方法によれば、本発明のフォトセンサーピクセルは更に高い信号対雑音比と駆動能力を有するので、大面積の表示器の要求を満足することができる。また、本発明のフォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルは第二ターミナルに接続するので、表示器は駆動フォトセンサートランジスタＱ１の臨界電圧の変動の影響を受けない。本発明のフォトセンサーピクセルとアレイは表示器のバックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に設置することができ、且つ従来の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）とＣＭＯＳセンサーに取って代わることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した図を表している。
【図１Ｂ】二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した時の第一ターミナルの電圧とフォトセンサー電流の関係を表している。
【図２Ａ】本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モードで動作した図である。
【図２Ｂ】二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モードで動作した時の第二ターミナルの電圧とダイオード電流の関係を表している。
【図３】本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの図を表している。
【図４】図３の選択信号線のタイミング図を表している。
【図５】本発明のアクティブフォトセンサーピクセルのもう一つの概略図を表している。
【図６】本発明のアクティブフォトセンサーアレイの図と信号線に対するタイミング図を表している。
【図７】本発明のアクティブフォトセンサー及び表示アレイの図と信号線に対するタイミング図を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
図１Ａは本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モード（ｆｉｒｓｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）で動作した概略図である。本実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）であるが、これに限らない。二端子フォトセンサートランジスタＱ１は第一ターミナルＮ１と、第二ターミナルＮ２と、制御ターミナルとを有する。注意すべきことは、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルを第二ターミナルＮ２に接続することによって、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は、二つのターミナルを形成する。即ち、第一ターミナルＮ１と第二ターミナルＮ２に接続する制御ターミナルである。第一動作モードにおいて、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の第一ターミナルＮ１には、高電圧ＶＨが印加され、第二ターミナルＮ２には、低電圧ＶＬが印加される。入射光ｈｖが第一動作モードに動作される二端子フォトセンサートランジスタＱ１に照射した時、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はフォトセンサー電流Iphotoを発生し、第一ターミナルＮ１から第二ターミナルＮ２に流れる。一般的に言えば、フォトセンサー電流Iphotoの大きさは二端子フォトセンサートランジスタＱ１の半導体層の面積と材料特性から決められる。また、フォトセンサー電流Iphotoの大きさは入射光ｈｖの強度から決められる。言い換えれば、仮に、入射光の強度が強ければ、フォトセンサー電流Iphotoも大きくなる。よって、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は第一動作モードにおいて、感光レジスタ（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）として動作する。もう一つの実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はＰ型シリコン薄膜トランジスタ(Ｐ−ｔｙｐｅ Ｓｉ ＴＦＴ)であるが、これに限らない。その他の実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はバイポーラ接合トランジスタ(ＢＪＴ)、またはその他のスイッチ素子である。
【００１２】
図１Ｂは二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した時の第一ターミナルの電圧ＶＮ１とフォトセンサー電流Iphotoの関係を表している。図１Ｂに示すように、入射光ｈｖが照射しない時（菱形スポットライン）、フォトセンサー電流I’photoはゼロ（または遮断領域と称する）である。逆に、入射光ｈｖが照射する時（スクエアスポットライン）、従来の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と類似しており、フォトセンサー電流Iphotoは、初めは、直線性（ｌｉｎｅａｒｌｙ）の増加を呈し、そして、増加する幅が次第に小さくなり（または三極管領域と称する）、且つ最後は飽和（または飽和領域と称する）に近い状態になる。一つの実施例において、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射され、且つ第一ターミナルの電圧ＶＮ１は１６Ｖである場合、フォトセンサー電流Iphotoは約７．５Ｅ−０９アンペアである。仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射されず、且つ第一ターミナルの電圧ＶＮ１は１６Ｖである場合、フォトセンサー電流I’photoは０アンペアである。二端子フォトセンサートランジスタＱ１が第一動作モードにおいて、動作する時、フォトセンサー電流Iphotoを検出することで、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光が照射されたかどうかを判断することができる。
【００１３】
図２Ａは本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モード（ｓｅｃｏｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）で動作した概略図である。図１Ａに類似しており、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルは第二ターミナルＮ２に接続する。第一動作モードと比べて、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の第一ターミナルＮ１は、低電圧ＶＬが印加され、第二ターミナルＮ２には、高電圧ＶＨが印加される。二端子フォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルと第二ターミナルは高電圧ＶＨ（通常、『ダイオード接続』と称する）に結合するため、第二動作モードにおいて、二端子フォトセンサートランジスタＱ１をダイオードとすると同時に、ダイオード電流Idiode（即ち、順方向導通電流）を発生し、第二ターミナルＮ２から第一ターミナルＮ１に流れる。
【００１４】
図２Ｂは二端子フォトセンサートランジスタＱ１を第二動作モードで動作した時の第二ターミナルの電圧ＶＮ２とダイオード電流の関係を表している。従来のダイオードに類似しており、二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiodeの初めは、零であり、導通した後、指数関数的の増加を呈する。二端子フォトセンサートランジスタＱ１が導通した後（ＶＮ２>１０V）、入射光ｈｖの照射があるか否かに関わらず、いずれもダイオード電流が第二ターミナルＮ２から第一ターミナルＮ１に流れる。注意すべきことは、入射光ｈｖが照射（スクエアスポットライン）した時のダイオード電流Idiodeは、入射光ｈｖが照射（菱形スポットライン）していないダイオード電流I’diodeより大きい。一つの実施例において、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射され、且つ第二ターミナルの電圧ＶＮ2は１５Ｖである場合、ダイオード電流Idiodeは、は約１．０Ｅ−０９アンペアである。逆に、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射されず、且つ第二ターミナルの電圧ＶＮ2は１５Ｖである場合、ダイオード電流I’diodeは、約０．５Ｅ−０９アンペアである。よって、第二動作モードは二つの用途があり、一つは、ダイオード電流の数値／大きさを検出／判断することで、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光が照射されたかどうかを判断することができる。もう一つは、ダイオード電流を利用して第二ターミナルＮ２が第一ターミナルＮ１に対して放電する。一般的に言えば、ダイオード電流Idiodeの数値はフォトセンサー電流Iphotoの数値より遥かに大きい（約１．０Ｅ+０３〜１．０Ｅ+０４桁）ので、第一動作モードにおいて、フォトセンサー電流Iphotoが第一ターミナルＮ１を充電する過程に対して、第二動作モードにおいて、ダイオード電流Idiodeが第二ターミナルＮ２を放電する過程は、更に速いのである。
【００１５】
図３は本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの概略図である。本実施例において、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２は二端子フォトセンサートランジスタＱ１と駆動トランジスタＱ２を含む。アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２は、選択信号線Sel_２及び選択信号線Sel_２に対して垂直に位置する出力信号線Out_２に結合する。
【００１６】
図３において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は、第一ノードＸ１に結合する第一ターミナルＮ１と、選択信号線Sel_２に結合する第二ターミナルＮ２と、第一ノードＸ１に接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタＱ２は、第一参考電圧Ｖref1に結合する第一ターミナルと、出力信号線Out_２に結合する第二ターミナルと、第一ノードＸ１に接続する制御ターミナルとを有する。
【００１７】
本発明のフォトセンサーピクセルのフォトセンシング方法は、以下の説明の通りである。図４は選択信号線のタイミング図と第一ノードＸ１の電圧波形を表し、第一ノードＸ１の電圧波形はフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射された状態である。図４において、実線はスキャナ信号線Sel_２のタイミング図を表しており、破線はフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射された時の第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１の波形をそれぞれ表している。
【００１８】
以下は、二端子フォトセンサートランジスタの動作モードを説明する。第一周期Ｔ１（通常、露光及び読取周期と称する）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られ、且つフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光が照射され、二端子フォトセンサートランジスタＱ１は感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいてフォトセンサー電流Iphotoを発生し、且つフォトセンサー電流Iphotoは、第一ノードＸ１を高レベルの電圧ＶＸ１に充電する。電圧ＶＸ１が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は導通され、且つ出力信号線Out_２までの出力電流を発生するので、第一周期Ｔ１は読取周期である。もう一つは、第一周期Ｔ１において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られるが、フォトセンサーピクセルＰ２２に入射光が照射されないので、二端子フォトセンサートランジスタＱ１はフォトセンサー電流Iphotoを発生しない。段落００１１の説明より、ここでは二端子フォトセンサートランジスタＱ１の第一動作モードを用いたことがわかる。よって、二端子フォトセンサートランジスタＱ１を感光レジスタとして動作する時、駆動トランジスタＱ2の臨界電圧の設計を、入射光が照射されたときのフォトセンサー電流Iphotoが第一ノード上に発生させる対応電圧より小さく（または等しい）するので、駆動トランジスタＱ2はフォトセンサー電流Iphotoにより導通され、且つ出力電流を発生する。よって、フォトセンサーピクセルが出力電流を発生するかどうかを判断することで、入射光ｈｖが照射されたかどうかを判断することができる。
【００１９】
第二周期Ｔ２（通常、リセット周期と称する）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（低レベル駆動電圧ＶＧＬのように）より低く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１をダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流Idiodeによって、第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１を選択信号線Sel_２に『迅速的』に放電する。第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より低く放電された時、駆動トランジスタＱ2は遮断する。
【００２０】
第二周期Ｔ２において、駆動トランジスタＱ2は遮断されたため、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光ｈｖを照射しても二端子フォトセンサートランジスタＱ１はフォトセンサー電流を発生しない。注意すべきことは、本発明は第一ノードの電圧ＶＸ１のリセットは、主に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiode（即ち、第二動作モード）によって完成される。本実施例において、選択信号線の高レベル駆動電圧ＶＧＨは１０Ｖであり、選択信号線の低レベル駆動電圧ＶＧＬは０Ｖである。第一ノードＸ１の電圧波形ＶＸ１は、低レベル駆動電圧ＶＧＬより少なくともＶｔｈ_Ｑ１高く、Ｖｔｈ_Ｑ１は、二端子フォトセンサートランジスタＱ１の臨界電圧である。
【００２１】
図５は本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの概略図である。本実施例は概ね図３の実施例に類似しており、説明を簡略化するために、その回路の接続方式と選択信号線のタイミング図は繰り返して述べない。注意すべきことは、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２は第一ノードＸ１に接続する第一ターミナルと第二参考電圧Ｖref２に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサＣsensitivityを更に含む。
【００２２】
次に、感度調整コンデンサＣsensitivityの作用を説明する。上記のように、駆動トランジスタＱ2のゲート電圧（即ち、第一ノードＸ１の電圧ＶＸ１）を調整することによって、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射されたかどうかを判断することができる。本実施例において、フォトセンサー電流Iphotoが非常に大きい時（即ち、△ＶＸ１が非常に大きい）、比較的に大きな静電容量を有する感度調整コンデンサＣsensitivityを使用する。フォトセンサー電流Iphotoが非常に小さい時（即ち、△ＶＸ１が非常に小さい）、比較的に小さな静電容量を有する感度調整コンデンサＣsensitivityを使用する。よって、仮に、入射光が非常に微弱で、フォトセンサー電流Iphotoが小さい時に、静電容量が比較的に小さい感度調整コンデンサＣsensitivityを使用することによって、相変わらず、微弱な入射光ｈｖを検知することができる。これによって、本発明は比較的に高い信号対雑音比を有する。
【００２３】
図６は本発明のアクティブフォトセンサーアレイの図と信号線に対するタイミング図である。アクティブフォトセンサーアレイＭphoto-sensingは複数信号の選択信号線Sel_１−Sel_４と、複数の出力信号線Out_１−Out_３と、複数のアクティブフォトセンサーピクセルＰ11−Ｐ43と、駆動回路５０と、検知回路５１とを含む。本実施例において、複数のアクティブフォトセンサーピクセルＰ11−Ｐ43のいずれかは、概ね図５の実施例に類似するが、これに限らない。幾つかの実施例において、アクティブフォトセンサーピクセルＰ11−Ｐ43のいずれかは、図３の実施例に類似することができる。説明を簡略化するために、その回路の接続方式と選択信号線Sel_１−Sel_４のタイミング図は繰り返して述べない。駆動回路５０はイネイブル（ｅｎａｂｌｉｎｇ）の順に信号を複数の選択信号線Sel_１−Sel_４に選択する。例を挙げると、第一周期Ｔ１（露光及び読取周期）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１を感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいて、フォトセンサー電流Iphotoを発生し、且つフォトセンサー電流Iphotoは、第一ノードＸ１に対して、高レベルの電圧ＶＸ１までに充電する。この実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に入射光ｈｖが照射されない時は、フォトセンサー電流Iphotoを発生しない。第一ノードＸ１上の電圧が充電され、駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は導通され、且つ出力信号線Out_２までの出力電流を発生する。検知回路５１は出力電流の数値／大きさを検出／判断することで、アクティブフォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射されたか否かを決定することができる。よって、第一周期Ｔ１も読取周期である。次に、第二周期Ｔ２において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（低レベル駆動電圧ＶＧＬのように）より低く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiodeによって、第一ノードの電圧ＶＸ１をリセットすることで、駆動トランジスタＱ2は遮断される。注意すべきことは、選択信号線Sel_２が第一周期Ｔ１の時、選択信号線Sel_１、Sel_３、Sel_４は第二周期Ｔ２である。言い換えれば、選択信号線Sel_１、Sel_３、Sel_４に対する走査列は遮断しているため、選択信号線Sel_２に隣接する選択信号線Sel_１とSel_３は選択信号線Sel_２に対して妨害を招くことはない。その他の実施例において、アクティブフォトセンサーアレイＭphoto-sensingは４本以上の選択信号線と、３本以上の走査信号線と、１２個以上のフォトセンサーピクセルを含む。従来の当業者は製品の要求に基づいて、アクティブフォトセンサーアレイＭphoto-sensingを設計する。
【００２４】
図７は本発明のアクティブフォトセンサー及び表示アレイの図と信号線に対するタイミング図である。アクティブフォトセンサー及び表示アレイＭsensing-displayは複数の選択信号線Sel_１−Sel_４と、複数の出力信号線Out_０−Out_３と、複数のデータ信号線data_１−data_４と、複数のアクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ11−Ｕ43と、駆動回路５０と、検知回路５１と、データ駆動回路５２とを含む。図７において、各アクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ11−Ｕ43のいずれもアクティブフォトセンサーピクセル（例えば、Ｐ22）と表示ピクセル（例えば、Ｓ22）を含み、各アクティブフォトセンサーピクセルは本発明の上記実施例のアクティブフォトセンサーピクセルで設置されることができるので、ここで繰り返しで述べない。表示ピクセルＳ22を参照し、表示ピクセルＳ22は、スイッチトランジスタＱ３と液晶コンデンサＣＬＣを含み、スイッチトランジスタＱ３は、第二データ線data_２に結合する第一ターミナルと、第二ターミナルと、第二選択信号線Sel_２に結合する制御ターミナルとを有し、且つ液晶コンデンサＣＬＣはスイッチトランジスタＱ３の第二ターミナルに接続する第一ターミナルと、第三参考電圧Ｖref３に結合する第二ターミナルとを有する。
【００２５】
以下は、アクティブフォトセンサー及び表示アレイの動作を説明する。例を挙げると、第一周期Ｔ１において、選択信号線Sel_１の電圧レベルはフォトセンサーピクセルＰ２２の第一ノードＸ１の電圧レベル（高レベル駆動電圧ＶＧＨのように）より高く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ１を感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいてフォトセンサー電流Iphotoを発生し、且つフォトセンサー電流Iphotoは、第一ノードＸ１に対して高レベルの電圧ＶＸ１までに充電する。第一ノードＸ１上の電圧が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は導通され、且つ出力信号線Out _２までの出力電流を発生し、検知回路５１は出力電流の数値／大きさを検出／判断することで、フォトセンサーピクセルＰ２２に入射光ｈｖが照射されたか否かを決定することができる。よって、第一周期Ｔ１も読取周期である。この実施例において、第一ノードＸ１上の電圧ＶＸ１が駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ2は、導通する。逆に、二端子フォトセンサートランジスタＱ１に、入射光が照射されない場合は、フォトセンサー電流Iphotoは発生されず、第一ノードＸ１上の電圧ＶＸ１は駆動トランジスタＱ2の臨界電圧より低いため、駆動トランジスタＱ2は、導通しない。
【００２６】
次に、第二周期Ｔ２において、選択信号線Sel_１の電圧レベルは第一ノードＸ１の電圧レベル（低レベル駆動電圧ＶＧＬのように）より低く引っ張られ、第一ノードの電圧ＶＸ１は二端子フォトセンサートランジスタＱ１のダイオード電流Idiodeによって、リセットされることで、駆動トランジスタＱ2は遮断される。この時、選択信号線Sel_２は駆動回路５０にイネイブルされたため、表示ピクセルＳ22のスイッチトランジスタＱ３は導通する。よって、表示ピクセルＳ22は、第二データ信号線data_２から受けたデータ信号に基づいて、アクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ22に入射光が照射されたか否かを表示する。
【００２７】
本発明はアクティブフォトセンサーピクセルとそのフォトセンシング方法を提供し、従来の受動式（ｐａｓｓｉｖｅ）フォトセンサーピクセルと比べて、本発明のフォトセンサーピクセルは更に高い信号対雑音比と駆動能力を有するので、大面積の表示器の要求を満足することができる。また、本発明のフォトセンサートランジスタＱ１の制御ターミナルは第二ターミナルに接続するので、表示器はフォトセンサートランジスタＱ１の臨界電圧の変動の影響を受けない。本発明のフォトセンサーピクセルとアレイは表示器のバックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に設置することができ、且つ従来の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）フォトセンサー器とＣＭＯＳフォトセンサー器に取って代わることができる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００２９】
Ｑ１…二端子フォトセンサートランジスタ
Ｑ２…駆動トランジスタ
Ｑ３…スイッチトランジスタ
ｈｖ…入射光
ＶＨ…高電圧
ＶＬ…低電圧
Iphoto 、I’photo…フォトセンサー電流
Idiode、I’ diode…ダイオード電流
Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３、Ｕ３１、Ｕ３２、Ｕ３３、Ｕ４１、Ｕ４２、Ｕ４３…アクティブフォトセンサー及び表示ピクセル
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３…アクティブフォトセンサーピクセル
Ｓ22…表示ピクセル
Sel_１〜Sel_４…選択信号線
Out_１〜Out_３…出力信号線
data_１〜data_４…データ信号線
Ｖref1…第一参考電圧
Ｖref２…第二参考電圧
Ｖref３…第三参考電圧
Ｘ１…第一ノード
ＶＸ１、ＶＮ１、ＶＮ２…電圧
ＶＧＨ…高レベル駆動電圧
ＶＧＬ…低レベル駆動電圧
Ｖｔｈ_Ｑ１…臨界電圧
Ｔ１…第一周期
Ｔ２…第二周期
Ｃsensitivity…感度調整コンデンサ
ＣＬＣ…液晶コンデンサ
Ｍphoto-sensing…フォトセンサーアレイ
Ｍsensing-display…フォトセンサー及び表示アレイ
Ｎ１…第一ターミナル
Ｎ２…第二ターミナル
５０…駆動回路
５１…検知回路
５２…データ駆動回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、
第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項２】
前記第一ノードに接続する第一ターミナルと第二参考電圧に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサを更に含む請求項１に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項３】
露光及び読取周期において、前記選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作すると同時に、入射光に基づいてフォトセンサー電流を発生し、且つ前記フォトセンサー電流は、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは導通され、且つ前記出力信号線までの出力電流を発生する請求項１または請求項２に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項４】
前記露光及び読取周期の次のリセット周期において、前記選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流を発生することによって、前記第一ノードは放電され、且つ、前記駆動トランジスタは遮断される請求項３に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項５】
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）である請求項１〜４の何れかに記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項６】
複数の信号選択線と、
複数の出力信号線と、
複数のアクティブフォトセンサーピクセルとを含み、
前記各アクティブフォトセンサーピクセルは、第一ノードに結合する第一ターミナルと、対応する選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、対応する出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項７】
前記各アクティブフォトセンサーピクセルは、前記第一ノードに接続する第一ターミナルと第二参考電圧に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサを更に含む請求項６に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項８】
露光及び読取周期において、前記対応する選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作すると同時に、入射光に基づいてフォトセンサー電流を発生し、且つ前記フォトセンサー電流は、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは導通され、且つ前記対応する出力信号線までの出力電流を発生する請求項６または請求項７に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項９】
前記露光及び読取周期の次のリセット周期において、前記対応する選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低く引っ張られた時、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流を発生することによって、前記第一ノードは放電され、且つ前記駆動トランジスタは遮断される請求項８に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項１０】
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）である請求項６〜９の何れかに記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項１１】
アクティブフォトセンサーピクセルを応用するフォトセンシング方法であって、
前記アクティブフォトセンサーピクセルは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、
第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含み、
前記フォトセンシング方法は、露光及び読取周期において、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作させるのに、前記選択信号線に第一電圧レベルを提供するステップと、
前記二端子フォトセンサートランジスタが入射光を受取った時、フォトセンサー電流を発生し、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは前記第一ノード上の電圧レベルに基づいて導通され、前記出力信号線までの出力電流を発生するステップとを含むフォトセンシング方法。
【請求項１２】
前記露光及び読取周期の次に提供するリセット周期を更に含み、前記選択信号線に第二電圧レベルを提供することによって、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作させ、ダイオード電流を発生すると同時に、前記ダイオード電流に基づいて、前記第一ノードは放電され、且つ前記駆動トランジスタは遮断される請求項１１に記載のフォトセンシング方法。
【請求項１３】
前記第一電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高い請求項１１または請求項１２に記載のフォトセンシング方法。
【請求項１４】
前記第二電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低い請求項１２または請求項１３に記載のフォトセンシング方法。
【請求項１５】
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）である請求項１１〜１４の何れかに記載のフォトセンシング方法。
【請求項１】
第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、
第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項２】
前記第一ノードに接続する第一ターミナルと第二参考電圧に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサを更に含む請求項１に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項３】
露光及び読取周期において、前記選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作すると同時に、入射光に基づいてフォトセンサー電流を発生し、且つ前記フォトセンサー電流は、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは導通され、且つ前記出力信号線までの出力電流を発生する請求項１または請求項２に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項４】
前記露光及び読取周期の次のリセット周期において、前記選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流を発生することによって、前記第一ノードは放電され、且つ、前記駆動トランジスタは遮断される請求項３に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項５】
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）である請求項１〜４の何れかに記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
【請求項６】
複数の信号選択線と、
複数の出力信号線と、
複数のアクティブフォトセンサーピクセルとを含み、
前記各アクティブフォトセンサーピクセルは、第一ノードに結合する第一ターミナルと、対応する選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、対応する出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項７】
前記各アクティブフォトセンサーピクセルは、前記第一ノードに接続する第一ターミナルと第二参考電圧に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサを更に含む請求項６に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項８】
露光及び読取周期において、前記対応する選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作すると同時に、入射光に基づいてフォトセンサー電流を発生し、且つ前記フォトセンサー電流は、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは導通され、且つ前記対応する出力信号線までの出力電流を発生する請求項６または請求項７に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項９】
前記露光及び読取周期の次のリセット周期において、前記対応する選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低く引っ張られた時、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流を発生することによって、前記第一ノードは放電され、且つ前記駆動トランジスタは遮断される請求項８に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項１０】
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）である請求項６〜９の何れかに記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
【請求項１１】
アクティブフォトセンサーピクセルを応用するフォトセンシング方法であって、
前記アクティブフォトセンサーピクセルは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、
第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含み、
前記フォトセンシング方法は、露光及び読取周期において、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作させるのに、前記選択信号線に第一電圧レベルを提供するステップと、
前記二端子フォトセンサートランジスタが入射光を受取った時、フォトセンサー電流を発生し、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは前記第一ノード上の電圧レベルに基づいて導通され、前記出力信号線までの出力電流を発生するステップとを含むフォトセンシング方法。
【請求項１２】
前記露光及び読取周期の次に提供するリセット周期を更に含み、前記選択信号線に第二電圧レベルを提供することによって、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作させ、ダイオード電流を発生すると同時に、前記ダイオード電流に基づいて、前記第一ノードは放電され、且つ前記駆動トランジスタは遮断される請求項１１に記載のフォトセンシング方法。
【請求項１３】
前記第一電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高い請求項１１または請求項１２に記載のフォトセンシング方法。
【請求項１４】
前記第二電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低い請求項１２または請求項１３に記載のフォトセンシング方法。
【請求項１５】
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅ ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴ）である請求項１１〜１４の何れかに記載のフォトセンシング方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５１０２（Ｐ２０１２−５１０２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８１５１（Ｐ２０１０−２７８１５１）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（３９００２３５８２）財団法人工業技術研究院 (524)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】１９５ Ｃｈｕｎｇ Ｈｓｉｎｇ Ｒｄ．，Ｓｅｃ．４，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎ−Ｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（３９００２３５８２）財団法人工業技術研究院 (524)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】１９５ Ｃｈｕｎｇ Ｈｓｉｎｇ Ｒｄ．，Ｓｅｃ．４，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎ−Ｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ
【Ｆターム（参考）】
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