專利名稱：光學(xué)傳感器及其讀取方法、和矩陣型光學(xué)傳感器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)讀出線來(lái)讀取光電二極管之類的感光元件的輸出的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，將液晶元件、有機(jī)EL元件等矩陣狀排列的顯示面板，在手機(jī)和面向個(gè)人的便攜終端(Personal Digital Assistance)等電子機(jī)器中得到廣泛應(yīng)用。此顯示面板，會(huì)被在從日光那樣極其明亮的狀態(tài)到夜間那樣幾乎沒(méi)有環(huán)境光的狀態(tài)、各種各樣的環(huán)境下都使用。因此，若無(wú)論外部光如何都將顯示元件的亮度和畫質(zhì)固定，則會(huì)有如下問(wèn)題，即雖然在某種條件下容易看清，但在另外某種條件下難以看清。所以，希望這種顯示面板能夠檢測(cè)出外部光線，同時(shí)結(jié)合該檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制亮度和畫質(zhì)。
在這種控制過(guò)程中，外部光檢測(cè)要使用光電二極管之類的感光元件，而在顯示面板外另設(shè)感光元件，會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題，即電子機(jī)器中需要另辟空間安裝感光元件，并需要設(shè)置感光元件檢測(cè)外部光用的開(kāi)口部等的問(wèn)題。
作為解決該問(wèn)題的方法，提出有如下技術(shù)，即，通過(guò)實(shí)行與切換顯示面板中的像素的晶體管的通用的工藝，形成感光元件和用來(lái)選擇該感光元件的晶體管的組，用顯示面板自身來(lái)檢測(cè)外部光的技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，就是在掃描線和讀出線的交叉部分上設(shè)置感光元件和晶體管的組，并選擇其中任意一條掃描線，導(dǎo)通位于選擇的掃描線上的組的晶體管，并通過(guò)讀出線，讀出該組的感光元件的輸出。
由于在這種技術(shù)中，讀出線中會(huì)混入伴隨掃描線選擇的噪聲，降低光量檢測(cè)的精度，因此還提出有如下技術(shù)，即，通過(guò)檢測(cè)出該噪聲，同時(shí)反轉(zhuǎn)檢出的噪聲并提供給讀出線，使呈現(xiàn)在該讀出線上的噪聲相互抵消(參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平9-82931號(hào)公報(bào)(參照?qǐng)D1)但是，當(dāng)在顯示面板上形成晶體管和布線時(shí)，各個(gè)部分、特別是在晶體管的柵極和讀出線上會(huì)寄生大量電容。因此，會(huì)發(fā)生如下問(wèn)題，即由于在讀取感光元件的輸出信號(hào)時(shí)，會(huì)發(fā)生對(duì)柵極電容和讀出線上的寄生電容的充放電，導(dǎo)致無(wú)法在讀取線一側(cè)正確抽取感光元件的輸出。
本發(fā)明正是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于，減少寄生電容的影響，提供能夠正確獲得反映感光元件輸出的值的光學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器的讀取方法、矩陣型光學(xué)傳感器電路和電子機(jī)器。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的光學(xué)傳感器，是對(duì)應(yīng)掃描線和讀出線而設(shè)置的光學(xué)傳感器，其特征在于，包括感光元件，其兩端子間流過(guò)的電流根據(jù)人射光量而變化；和晶體管，其柵極與上述感光元件的一端連接，源極或者漏極的一方與上述掃描線連接，源極或者漏極的另一方與上述讀出線連接。在上述掃描線被選擇的初始化期間，給定的初始化電壓施加在上述柵極上，在上述初始化電壓的施加被解除之后，根據(jù)上述讀出線的電壓，輸出對(duì)應(yīng)上述感光光量的結(jié)果。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，在讀取之前，由于晶體管的柵極上施加了初始化電壓而初始化，因此能夠減少寄生在該晶體管柵極上的電容所產(chǎn)生的影響。
本發(fā)明中的光學(xué)傳感器也可以構(gòu)成為，輸出從上述初始化電壓的施加被解除起、到上述讀出線的電壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值電壓為止的時(shí)間，作為對(duì)應(yīng)上述感光光量的結(jié)果。
本發(fā)明中的光學(xué)傳感器也可以構(gòu)成為，具有第1開(kāi)關(guān)元件，其在輸出作為對(duì)應(yīng)上述感光光量的結(jié)果之前，施加給定的電壓到上述讀出線上。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，能夠減少寄生在該讀出線上的電容所產(chǎn)生的影響。
本發(fā)明中的光學(xué)傳感器優(yōu)選構(gòu)成為，所述感光元件在所述初始化期間為正向偏置，將所述初始化電壓施加在所述晶體管的柵極，另一方面，在所述初始化期間結(jié)束后，變?yōu)榉聪蚱玫亩O管元件。由于這種結(jié)構(gòu)中，通過(guò)被正向偏置的感光元件，將電壓施加在晶體管的柵極上來(lái)初始化，所以能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易化。
本發(fā)明中的光學(xué)傳感器，也可以構(gòu)成為，具有第2開(kāi)關(guān)元件，其在上述初始化期間導(dǎo)通，將上述晶體管與二極管連接，同時(shí)，將對(duì)應(yīng)上述晶體管的閾值電壓的電壓施加到上述晶體管的柵極上。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，也能夠減少晶體管的閾值電壓特性的影響。
優(yōu)選該第2開(kāi)關(guān)元件的結(jié)構(gòu)為，根據(jù)提供給掃描線的電平導(dǎo)通或關(guān)斷。
本發(fā)明中的光學(xué)傳感器也可以構(gòu)成為，具有電容元件，一端與上述讀出線連接；和，第3開(kāi)關(guān)元件，在上述初始化期間，短接電容元件的兩端。在上述初始化電壓的施加被解除后，將呈現(xiàn)在上述電容元件另一端的電壓輸出作為對(duì)應(yīng)上述感光光量的結(jié)果。
此外，上述光學(xué)傳感器，也可以概念為光學(xué)傳感器的讀取方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的矩陣型光學(xué)傳感器電路的特征是，具有單元電路，對(duì)應(yīng)多條掃描線和多條讀出線設(shè)置；掃描電路，在初始化期間從多條掃描線中選擇一條掃描線，在接下來(lái)的檢出期間中，將所有掃描線置為非選擇，在下一個(gè)初始化期間，選擇另外的掃描線；以及，讀取電路，讀取位于選定的掃描線上的光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)、和檢出期間中讀出線的電壓或者上述讀出線中的電流。各個(gè)上述單元電路具有感光元件，兩端子間的電流根據(jù)入射光量而變化；和晶體管，柵極與上述感光元件的一端連接，源極或者漏極的一方與上述掃描線連接，源極或者漏極的另一方與上述讀出線連接。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，與上述光學(xué)傳感器同樣，能夠減少寄生在晶體管柵極上的電容所產(chǎn)生的影響。
此外，本發(fā)明的電子機(jī)器，由于具有上述光學(xué)傳感器、或者上述矩陣型光學(xué)傳感器電路，因此便于制作于顯示面板的內(nèi)部。


圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示該光學(xué)傳感器動(dòng)作的圖。
圖3是表示該光學(xué)傳感器的單元電路的配置示例的平面圖。
圖4是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式中的光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示該光學(xué)傳感器動(dòng)作的圖。
圖6是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式中的光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示該光學(xué)傳感器動(dòng)作的圖。
圖8是表示本發(fā)明第4實(shí)施方式中的矩陣型光學(xué)傳感器電路的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示該矩陣型光學(xué)傳感器電路動(dòng)作的時(shí)序圖。
圖10是表示單元電路另一個(gè)示例的圖。
圖11是表示單元電路另一個(gè)示例的圖。
圖12是表示使用該光學(xué)傳感器的手機(jī)的圖。
圖中10-光學(xué)傳感器，20-矩陣型光學(xué)傳感器電路，40-顯示面板，50-顯示區(qū)域，100-單元電路，112-光電二極管，114-TFT(晶體管)，118-TFT(第2開(kāi)關(guān)元件)，125-開(kāi)關(guān)(第1開(kāi)關(guān)元件)，121-讀出線，131-掃描線，141-輔助掃描線，150-差電壓檢測(cè)電路，152-開(kāi)關(guān)(第3開(kāi)關(guān)元件)，1100-數(shù)碼靜像相機(jī)具體實(shí)施方式
下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
<第1實(shí)施方式>
首先，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的光學(xué)傳感器進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示該光學(xué)傳感器的主要部分的結(jié)構(gòu)。
該圖所示的光學(xué)傳感器10所包含的單元電路100，例如圖3(a)所示，設(shè)在液晶面板或有機(jī)EL面板的基片上、位于顯示區(qū)域50的外圍邊緣的像框52的四個(gè)角中的兩處。這里，所謂顯示區(qū)域50，就是用作顯示的像素的排列區(qū)域。另外，該顯示面板為用TFT切換像素的有源矩陣型，關(guān)于其結(jié)構(gòu)，由于與本發(fā)明無(wú)特別關(guān)系，所以省略說(shuō)明。
在圖1中，單元電路100對(duì)應(yīng)掃描線131和讀出線121的交叉部設(shè)置，具有光電二極管112和TFT114。其中，TFT(晶體管)114為p溝道型，用于與上述顯示面板中切換像素的TFT相同的工序形成。該TFT114的漏極(D)與供給掃描信號(hào)Scan-i的掃描線131連接，而TFT114的源極(S)與讀出線121連接。另外，有關(guān)掃描信號(hào)Scan的后綴(-i)的意義，將在以后說(shuō)明。
另一方面，TFT114的柵極，與光電二極管112的陰極連接。該光電二極管112例如為PIN型，用與TFT114和上述顯示面板中切換像素的TFT通用的工序形成。另外，光電二極管112的陽(yáng)極與掃描線131連接。
另外，為了便于說(shuō)明，將TFT114的柵極(光電二極管112的陰極)標(biāo)記為節(jié)點(diǎn)N，同時(shí)將寄生于該節(jié)點(diǎn)N的電容，在圖1中用虛線表示為Cb。
此外，光電二極管112是感光元件的一個(gè)例子，只要是流動(dòng)的電流根據(jù)感光光量發(fā)生變化的元件都適用。
另一方面，讀出線121的一端，與電壓計(jì)123和開(kāi)關(guān)125的一端連接。這里，由于讀出線121形成在顯示面板上，因此發(fā)生電容寄生。圖1中，該寄生電容用虛線的Ca表示。
電壓計(jì)123測(cè)量作為電壓基準(zhǔn)的電位Gnd與讀出線121間的電位差(電壓)，并將該測(cè)量結(jié)果Read-j輸出給未圖示的控制系統(tǒng)中。另外，有關(guān)測(cè)量結(jié)果Read-j的后綴(-j)的意義，將在后文說(shuō)明。
開(kāi)關(guān)125(第1開(kāi)關(guān)元件)僅在控制信號(hào)Rst為H電平時(shí)一端和另一端導(dǎo)通。該另一端與供給電壓V1的基準(zhǔn)電壓源126的正極端子連接。
另外，基準(zhǔn)電壓源126的負(fù)極端子接地到電位Gnd。此外，控制信號(hào)Rst由未圖示的結(jié)構(gòu)提供，當(dāng)掃描信號(hào)Scan-i變?yōu)殡妷篤1(H電平)時(shí)，為H電平。
下面，對(duì)上述結(jié)構(gòu)下的光學(xué)傳感器10的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖2是用于說(shuō)明該動(dòng)作的各部分的電壓波形圖。
如該圖所示，光學(xué)傳感器10，首先在初始化期間，掃描信號(hào)Scan-i為H電平。因此，光電二極管112為正向偏置。在此，如果用Vthph表示光電二極管112的正向偏置方向的閾值電壓，則節(jié)點(diǎn)N(TFT114的柵極，光電二極管112的陰極)上被施加的就是從相當(dāng)于H電平的電壓V1中減去閾值電壓Vthph的電壓(V1-Vthph)作為初始化電壓。另外，該初始化電壓(V1-Vthph)通過(guò)寄生電容Cb得到保持。
另一方面，由于在初始化期間，掃描信號(hào)Scan-i為H電平時(shí)，控制信號(hào)變?yōu)镠電平，因此開(kāi)關(guān)1 25導(dǎo)通。因此，讀出線121也為電壓V1。
接著，初始化期間結(jié)束，掃描信號(hào)Scan-i變?yōu)長(zhǎng)電平即電位Gnd，光電二極管112就反向偏置。因此，在光電二極管112中，流有對(duì)應(yīng)感光光量的電流，積蓄在電容Cb中的電荷漏泄的結(jié)果，是節(jié)點(diǎn)N從初始化電壓(V1-Vthph)起下降。這時(shí)，隨著往光電二極管112的入射光量的增多，節(jié)點(diǎn)N的電壓下降率變大。
隨著節(jié)點(diǎn)N的電壓下降，p溝道TFT114的源極·漏極間的電阻變小。因此，由于在讀出線121上，由電容Ca所保持的電荷沿讀出線121→TFT114→掃描線131這一路徑漏泄，因此往光電二極管112的入射光量越多，讀出線121從電壓V1起的下降在時(shí)間上越快。
因此，通過(guò)分析在初始化期間后的讀出線121的電壓變化，就能獲得反映往光電二極管112的入射光量的值。例如在控制系統(tǒng)中，比較測(cè)量結(jié)果Read-j和預(yù)先設(shè)定的閾值電壓Vth之間大小關(guān)系，同時(shí)通過(guò)測(cè)量從初始化期間結(jié)束后到電壓Read-j達(dá)到閾值電壓Vth為止的時(shí)間，就能夠獲取反映往光電二極管112的入射光量的值。并且，控制系統(tǒng)通過(guò)根據(jù)取得的值來(lái)調(diào)整像素的亮度和畫質(zhì)，就能根據(jù)使用環(huán)境適當(dāng)?shù)乜刂骑@示面板的特性。
本實(shí)施方式下，在初始化期間中給TFT114的柵極上施加初始化電壓(V1-Vthph)后，由于在該柵極中輸入對(duì)應(yīng)光電二極管112的感光光量的輸出，因此不易受到TFT114的寄生電容Cb所產(chǎn)生的影響。同樣，由于在初始化期間對(duì)讀出線121預(yù)充電到電壓V1后，讀取對(duì)應(yīng)光電二極管112的感光光量的輸出，因此也不易受到讀出線121的寄生電容Ca所產(chǎn)生的影響，從而能正確地獲取反映往光電二極管112的入射光量的值。
換言之，在感光光量時(shí)刻變化的環(huán)境下以一定周期反復(fù)進(jìn)行測(cè)量的情況下、不進(jìn)行初始化的結(jié)構(gòu)中，由于各個(gè)測(cè)量時(shí)刻下柵極通過(guò)電容Cb、讀出線121通過(guò)電容Ca，分別保持有某個(gè)電壓，因此初始狀態(tài)不確定，無(wú)法正確測(cè)量伴隨充放電的電壓變化。與此相對(duì)，本實(shí)施方式中，由于柵極電壓、讀出線121的電壓狀態(tài)分別在初始化期間得到確定，然后讀取對(duì)應(yīng)光電二極管112的感光光量的輸出，因此即使寄生有電容Ca、Cb，也不易受到其影響。
另外，上述實(shí)施方式中，雖然在初始化期間將讀出線121設(shè)為電壓V1，但由于只要是預(yù)先設(shè)定的電壓即可，所以并不必限于電壓V1。
另外，對(duì)于顯示面板來(lái)說(shuō)，光學(xué)傳感器10除了如圖3(a)所示以外，也可以例如圖3(b)所示，將多個(gè)均等地設(shè)置在像框52上，或者如圖3(c)所示設(shè)置在顯示區(qū)域50中的四個(gè)角之中的兩處以上。
(第2實(shí)施方式)下面，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的光學(xué)傳感器，參照?qǐng)D4進(jìn)行說(shuō)明。
該圖所示的單元電路100，與圖1所示的第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)主要在于第1，具有TFT118(第2開(kāi)關(guān)元件)；第2，具有饋電線142。首先，就第1不同點(diǎn)而言，TFT118的漏極與節(jié)點(diǎn)N連接，TFT118的源極與饋電線142連接，TFT118的柵極與掃描線131連接。其次，就第2不同點(diǎn)而言，饋電線142供給電源電壓的低電位側(cè)電壓Vss，與TFT114的漏極相連。
另外，光電二極管112的陽(yáng)極偏置一定電壓，另一方面，節(jié)點(diǎn)N和饋電線142之間電介插有電容元件Cc。
其它方面，與實(shí)施方式1相同。
下面，對(duì)上述結(jié)構(gòu)下的光學(xué)傳感器10的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖5是用于說(shuō)明該動(dòng)作的各部分的電壓波形圖。
首先，在初始化期間，由于掃描信號(hào)Scan-i為H電平，所以TFT118導(dǎo)通，結(jié)果使得TFT114與二極管連接。另一方面，讀出線121在初始化期間與第1實(shí)施方式同樣，被初始化為電壓V1。因此，電流沿讀出線121→TFT114→饋電線142這一路徑流動(dòng)，所以節(jié)點(diǎn)N與光電二極管112的感光光量幾乎沒(méi)有關(guān)系，形為從電壓V1中減去TFT114的閾值電壓Vthp的電壓(V1-Vthp)。在第2實(shí)施方式中，該電壓(V1-Vthp)就成為初始化電壓。而且，節(jié)點(diǎn)N的電壓(V1-Vthp)，被電容元件Cc保持。
接著，由于當(dāng)初始化期間結(jié)束，掃描信號(hào)Scan-i變?yōu)長(zhǎng)電平時(shí)，TFT118關(guān)斷，所以在光電二極管112中，流有對(duì)應(yīng)感光光量的電流，積蓄在電容元件Cc中的電荷漏泄的結(jié)果，是使得節(jié)點(diǎn)N從初始化電壓(V1-Vthp)起下降。
這里，隨著節(jié)點(diǎn)N的電壓下降，p溝道TFT114的源極·漏極間的電阻變小。因此，由于在讀出線121上，由電容Ca所保持的電荷沿讀出線121→TFT114→饋電線142這一路徑漏泄，因此光電二極管112的感光光量越多，讀出線121從電壓V1起的下降在時(shí)間上越快。
因此，在第2實(shí)施方式中，通過(guò)分析初始化期間后的讀出線121的電壓變化，就可以獲取反映往光電二極管112的入射光量的值。
再有，在第2實(shí)施方式中，由于使TFT114的柵極的電壓從電壓(V1-Vthp)、即反映TFT114的閾值電壓Vthp的電壓起發(fā)生變化，因此TFT114的閾值電壓Vthp不會(huì)影像讀出線121中的電壓變化。
就這一點(diǎn)詳細(xì)而言，如果將初始化期間結(jié)束后的某一時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)N的電壓下降部分設(shè)為ΔV，那么該時(shí)刻下的節(jié)點(diǎn)N的電壓Vg，如下式所示。
Vg＝V1-Vthp-ΔV……(a)另一方面，在TFT114的源極·漏極之間流動(dòng)的電流I，由節(jié)點(diǎn)N的電壓Vg所決定，表示如下。
I＝(β/2)(V1-Vg-Vthp)2……(b)其中，該式的β為TFT114的增益系數(shù)。
將式(a)代入式(b)整理得到，I＝(β/2)(ΔV)2……(c)如該式(c)所示，在初始化期間后，在TFT114中的電流I不依賴于TFT114的閾值Vthp，僅由電壓變化部分ΔV決定。因此，由于讀出線121中的電壓不依賴于TFT114的閾值Vthp、僅根據(jù)電壓變化部分ΔV(即，光電二極管112的感光光量)變化，因此在設(shè)置多個(gè)單元電路100的情況下，能減少因TFT114的閾值電壓Vthp的特性的不一致性所產(chǎn)生的影響。
另外，在上述第1和第2實(shí)施方式中，雖然TFT114被設(shè)成p溝道型，但也可以設(shè)成n溝道型。在TFT114設(shè)成n溝道型的情況下，要將源極、漏極的連接點(diǎn)交換。
(第3實(shí)施方式)下面，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式中的光學(xué)傳感器，參照?qǐng)D6進(jìn)行說(shuō)明。
該圖所示的單元電路100，與圖4所示的第2實(shí)施方式的相比，不同點(diǎn)主要在于，第1，取代饋電線142，設(shè)置有供給輔助掃描信號(hào)Vread-i的輔助掃描線141；第2，在讀出線121的一端設(shè)置有差電壓輸出電路150。另外，在本實(shí)施方式中，TFT114設(shè)置成n溝道型。
就第2不同點(diǎn)而言，差電壓輸出電路150，包含有電容元件Cd、開(kāi)關(guān)125、152(第3開(kāi)關(guān)元件)和放大器154構(gòu)成。其中，電容元件Cd的一端分別與讀出線121的一端和開(kāi)關(guān)125的一端連接。另一方面，電容元件Cd的另一端分別與開(kāi)關(guān)152的一端和放大器154的輸入端連接。開(kāi)關(guān)125、152，在控制信號(hào)Rst為H電平時(shí)，一起導(dǎo)通，兩者的另一端共同接地到電位Gnd。換言之，形成為通過(guò)開(kāi)關(guān)125的導(dǎo)通使得讀出線121被初始化成接地電位Gnd，同時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)152的導(dǎo)通使得電容元件Cd中積蓄的電荷被清除的結(jié)構(gòu)。
放大器154，將呈現(xiàn)在電容元件Cd的另一端的電壓放大并作為差電壓Dif-j輸出。
其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式2相同。
接著，對(duì)上述結(jié)構(gòu)下的光學(xué)傳感器10的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖7是用于說(shuō)明該動(dòng)作的各部分的電壓波形圖。
首先，在初始化期間，當(dāng)掃描信號(hào)Scan-i為H電平時(shí)，TFT118導(dǎo)通，結(jié)果使得TFT114與二極管連接。另外，在初始化期間中，由于輔助掃描信號(hào)Vread-i為H電平，所以開(kāi)關(guān)125、152導(dǎo)通。因此，讀出線121被初始化為電位Gnd，同時(shí)電容元件Cd中積蓄的電荷被清除。因而，作為放大器154的輸出的差電壓Dif-j，隨著該電荷的清除而下降到電位Gnd。
進(jìn)一步，由于通過(guò)輔助掃描信號(hào)Vread-i為H電平，使得電流沿輔助掃描線141→TFT114→讀出線121這一路徑流動(dòng)，因此節(jié)點(diǎn)N與光電二極管112的感光光量幾乎無(wú)關(guān)，而成為TFT114的閾值電壓Vthn。
接著，雖然當(dāng)初始化期間結(jié)束時(shí)，掃描信號(hào)Scan-i、控制信號(hào)Rst一起變?yōu)長(zhǎng)電平，但輔助掃描信號(hào)Vread-i卻維持H電平。
通過(guò)掃描信號(hào)Scan-i變?yōu)長(zhǎng)電平使得TFT118關(guān)斷，同時(shí)通過(guò)控制信號(hào)Rst變?yōu)長(zhǎng)電平使得開(kāi)關(guān)125、152關(guān)斷。另一方面，由于輔助掃描信號(hào)Vread-i維持為H電平，因此TFT114的源極·漏極之間的導(dǎo)通狀態(tài)就取決于節(jié)點(diǎn)N的電壓。這里，節(jié)點(diǎn)N的電壓隨著光電二極管112的感光光量增多而下降，使TFT114的源極·漏極之間的電阻值增大。
由于讀出線121在被初始化為電位Gnd之后，根據(jù)TFT114的源極·漏極之間的電阻值被上拉為H電平的輔助掃描信號(hào)Vread-i，因此光電二極管112的感光光量越多電壓上升率降低。在電容元件Cd的另一端中，呈現(xiàn)出與該變化相應(yīng)的電壓，放大器154將該電壓作為差電壓Dif-j輸出。
從而，在初始化期間結(jié)束后，輔助掃描信號(hào)Vread-j為H電平的期間所輸出的差電壓Dif-j，基本不會(huì)受到寄生在TFT114柵極上的電容(在圖6中圖示省略)、和由寄生在讀出線121上的電容Ca所保持的電壓的影響。此外，在第3實(shí)施方式中，由于在初始化期間后，TFT114的源極·漏極之間的電流，與第2實(shí)施方式同樣不依賴于TFT114的閾值電壓Vthn，因此差電壓Dif-j也不易受到TFT114的閾值電壓Vthn的特性不一致性的影響。因此，在例如設(shè)置多個(gè)單元電路100的情況下，能夠消除TFT114的閾值電壓Vthn的不一致性，將差電壓Dif-j的輸出特性在每個(gè)單元電路上統(tǒng)一。
另外，在輔助掃描信號(hào)Vread-i為L(zhǎng)電平的期間，由于電流不沿上述路徑流動(dòng)，因此在第3實(shí)施方式中，構(gòu)成讀出禁止期間。
另外，在第3實(shí)施方式中，TFT114雖然被設(shè)成n溝道型，但也可以設(shè)成p溝道型。
(第4實(shí)施方式)雖然在上述第1～第3實(shí)施方式中，為了便于說(shuō)明，令單元電路100為單個(gè)，但實(shí)際上多個(gè)的情況更為實(shí)用。因此，作為第4實(shí)施方式，就針對(duì)設(shè)置多個(gè)單元電路100的矩陣型光學(xué)傳感器電路進(jìn)行說(shuō)明。圖8是表示該矩陣型光學(xué)傳感器電路的結(jié)構(gòu)的框圖。
如該圖所示，在矩陣型光學(xué)傳感器電路20中，多條掃描線131在橫向(X方向)上延伸設(shè)置，而多條讀出線121在圖中沿縱向(Y方向)延伸設(shè)置。而且，對(duì)應(yīng)這些個(gè)掃描線131和讀出線121的交叉處，分別設(shè)有單元電路100。
這里，為了便于說(shuō)明，在本實(shí)施方式中，將掃描線131的條數(shù)(行數(shù))設(shè)為“m”，將讀出線121的條數(shù)(列數(shù))設(shè)為“n”，將單元電路100假想成排列為縱m行×橫n列的矩陣狀的結(jié)構(gòu)。但是，并不意味著本發(fā)明限于這種排列。
另外，單元電路100雖然可應(yīng)用上述第1～第3實(shí)施方式的任何一種，但是這里，假想成應(yīng)用第3實(shí)施方式的單元電路100(參照?qǐng)D6)的結(jié)構(gòu)。因此，輔助掃描線141分別設(shè)置成對(duì)應(yīng)1行～m行的各個(gè)掃描線131。
掃描電路24，在逐行選擇掃描線131的同時(shí)，對(duì)選定的掃描線131供給H電平的掃描信號(hào)，并且向輔助掃描線141提供與該選擇同步的輔助掃描信號(hào)，此外還輸出與該選擇同步的控制信號(hào)Rst。這里，為了便于說(shuō)明，將提供給第i行(i為滿足1≤i≤m的整數(shù)，用于對(duì)行一般化說(shuō)明)的掃描線131的掃描信號(hào)標(biāo)記為Scan-i。同樣，將提供給第i行輔助掃描線141的輔助掃描信號(hào)標(biāo)記為Vread-i。
另一方面，在各讀出線121的一端上，設(shè)置差電壓輸出電路150，同時(shí)被供給上述控制信號(hào)Rst。這里，為了便于說(shuō)明，將從第j列(j為滿足1≤j≤n的整數(shù)，用于對(duì)列一般化說(shuō)明)的讀出線121的差電壓輸出電路150中輸出的差電壓，在圖8中標(biāo)記為Dif-j。讀取電路26的結(jié)構(gòu)為，讀取從對(duì)應(yīng)于各讀出線121的差電壓輸出電路150所輸出的差電壓Dif-1、Dif-2、Dif-3、…、Dif-n，輸出給圖示省略的控制系統(tǒng)中。
另外，在該結(jié)構(gòu)中，控制信號(hào)Rst相當(dāng)于掃描信號(hào)Scan-1、Scan-2、Scan-3、…、Scan-m的邏輯和信號(hào)。
下面，對(duì)這樣構(gòu)成的矩陣型光學(xué)傳感器電路20的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖9是用于說(shuō)明矩陣型光學(xué)傳感器電路20的動(dòng)作的時(shí)序圖。
如該圖所示，掃描電路24以一定間隔，順序逐條選擇1行～m行的掃描線131，對(duì)選定的掃描線131供給H電平的掃描信號(hào)，同時(shí)，在掃描線131選擇后、直到選擇下一個(gè)掃描線131為止，令給與該掃描線131相對(duì)應(yīng)的輔助掃描線141的輔助掃描信號(hào)為H電平。
因此，在該矩陣型光學(xué)傳感器電路20中，在選擇掃描線131時(shí)，TFT114的柵極和讀出線121被初始化，同時(shí)初始化后檢測(cè)讀出線121的電壓的動(dòng)作，對(duì)各行的單元電路100，依次時(shí)分進(jìn)行。
另外，雖然在該第4實(shí)施方式中，是將第3實(shí)施方式中的單元電路100(參照?qǐng)D6)排列成矩陣狀，但如果使用第1實(shí)施方式中的單元電路100(參照?qǐng)D1)，則不需要輔助掃描線141和差電壓輸出電路150，以及它們附帶的結(jié)構(gòu)。另外，如果使用第2實(shí)施方式中的單元電路100(參照?qǐng)D4)，只要將輔助掃描線141設(shè)置成電位一定的饋電線142即可，不需要差電壓輸出電路150，以及其附帶的結(jié)構(gòu)。
另外，在上述的各實(shí)施方式中，雖然單元電路100僅具有感知感光光量的功能，但也可以構(gòu)成為包含顯示面板的像素的功能。
例如，如圖10所示，也可以令單元電路100中包含液晶元件180、和用于向該液晶元件寫入所保持的電壓的TFT170。這里，液晶元件180如眾所周知構(gòu)成為，通過(guò)使每個(gè)像素個(gè)別化的像素電極、和跨越各像素而公共施加一定電壓LCcom的公共電極，來(lái)夾住液晶，根據(jù)兩電極間的電壓實(shí)效值改變反射光量或者透過(guò)光量。另外，n溝道型的TFT170的柵極與掃描線131連接，源極與數(shù)據(jù)線172連接，漏極與液晶元件180的像素電極連接。另外，饋電線142上被施加電壓Vcom。
這里，圖10所示的單元電路100中，顯示模式和感光量檢測(cè)模式被互斥執(zhí)行，在顯示模式時(shí)，掃描線131為H電平，TFT170導(dǎo)通，提供給數(shù)據(jù)線172的數(shù)據(jù)信號(hào)Data的電壓被寫入到液晶元件180的像素電極中，該液晶元件的反射光量或透過(guò)光量根據(jù)該電壓變化。
此外，在處于感光量檢測(cè)模式時(shí)，構(gòu)成為，掃描線131為H電平，TFT170導(dǎo)通，提供給數(shù)據(jù)線172的初始化電壓被施加給TFT114的柵極，另一方面，當(dāng)掃描線131變?yōu)長(zhǎng)電平時(shí)，TFT114的柵極變?yōu)榕c光電二極管112的感光光量相應(yīng)的電壓，與該電壓相應(yīng)的電壓呈現(xiàn)在讀出線121上。
此外，還可為例如圖11所示的單元電路100。
在該圖所示的結(jié)構(gòu)中，TFT114的柵極(節(jié)點(diǎn)N)和第1掃描線135之間介插有TFT119，該TFT119的柵極與第2掃描線136連接，同時(shí)讀出線121構(gòu)成為兼有圖10中的數(shù)據(jù)線172的功能。
而且，在這種結(jié)構(gòu)中，顯示模式和感光量檢測(cè)模式被互斥地執(zhí)行。其中，在處于顯示模式時(shí)，當(dāng)?shù)?掃描線135和第2掃描線136同為H電平的情況下，TFT114、119一起導(dǎo)通，提供給讀出線121的數(shù)據(jù)信號(hào)Data的電壓被寫入到液晶元件180的像素電極中，該液晶元件的反射光量或透過(guò)光量根據(jù)該電壓變化。
此外，在處于感光量檢測(cè)模式時(shí)，第2掃描線136為H電平時(shí)，TFT119導(dǎo)通，提供給讀出線121的初始化電壓被施加到TFT114的柵極實(shí)施初始化，另一方面，當(dāng)?shù)?掃描線136為L(zhǎng)電平時(shí)，TFT114的柵極變?yōu)榕c光電二極管112的感光光量相對(duì)應(yīng)的電壓，與該電壓相對(duì)應(yīng)的電壓呈現(xiàn)在讀出線121上。
另外，不需要令配置成矩陣狀的所有單元電路，都為圖10或圖11所示的單元電路100(即，具有感知感光光量的功能，同時(shí)含有顯示面板的像素的功能的單元電路100)。例如，可以令配置成矩陣狀的全部單元電路具有液晶元件180那樣的像素功能，而另一方面，可以幾個(gè)～幾百個(gè)像素對(duì)1個(gè)的比例，具有用來(lái)感知感光光量的功能的結(jié)構(gòu)。如果這樣構(gòu)成，能夠防止為了具備感知感光光量的功能而降低像素的開(kāi)口率。
此外，也可以取代液晶元件180，使用有機(jī)EL元件、無(wú)機(jī)EL元件、場(chǎng)發(fā)射(FE)元件、LED等的其它發(fā)光元件，還有也可使用電泳元件、電鉻元件等作為顯示元件。
下面，對(duì)將具有上述光學(xué)傳感器10的顯示面板作為顯示部的電子機(jī)器進(jìn)行說(shuō)明。圖12是表示該電子機(jī)器的一個(gè)示例的手機(jī)結(jié)構(gòu)的立體圖。
在該圖中，手機(jī)1100除了多個(gè)操作按鍵1102外，還具備受話口1104、送話口1106，以及包含了上述光學(xué)傳感器10的顯示面板40作為顯示部。
由于通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，可以將光學(xué)傳感器作入顯示面板內(nèi)部，因此無(wú)需用來(lái)另設(shè)開(kāi)口部或感光元件的安裝空間。
此外，作為顯示面板40，也可以使用矩陣型排列具有感知感光光量功能和顯示面板的像素的功能的電路100形成的矩陣型光學(xué)傳感器電路20。使用這種矩陣型光學(xué)傳感器電路20，即使光僅照射顯示區(qū)域的一部分，也可以實(shí)行控制使得顯示區(qū)域的亮度和畫質(zhì)在各區(qū)域中均勻。
另外，作為電子機(jī)器，除了圖12的手機(jī)以外，還可以列舉出數(shù)碼靜像相機(jī)、電視、取景器型或監(jiān)視器直視型的錄像機(jī)、汽車導(dǎo)航裝置、尋呼機(jī)、電子記事簿、計(jì)算器、文字處理器、工作站、可視電話、POS終端、具有觸摸屏的機(jī)器等。而且，毋庸贅言，上述矩陣型光學(xué)傳感器電路20，可以應(yīng)用作為這些電子機(jī)器的顯示部。此外，不僅限于顯示直接圖像或文字等的電子機(jī)器的顯示部，也適合作為用于通過(guò)將光照射到被感光體而間接形成圖像或文字的印刷機(jī)器的光源，例如，LED打印機(jī)的行式頭(linehead)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)傳感器，對(duì)應(yīng)掃描線和讀出線而設(shè)置，其特征在于，包括感光元件，兩端子間的電流根據(jù)入射光量變化；和，晶體管，柵極與所述感光元件的一端連接，源極或者漏極的一方與所述掃描線連接，源極或者漏極的另一方與所述讀出線連接，在所述掃描線被選擇的初始化期間里，所述柵極上被施加有給定的初始化電壓，在該初始化電壓的施加解除之后，根據(jù)所述讀出線的電壓輸出與所述感光光量相對(duì)應(yīng)的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，將從所述初始化電壓的施加解除起、到所述讀出線的電壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值電壓為止的時(shí)間，作為與所述感光光量相對(duì)應(yīng)的結(jié)果輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，具有第1開(kāi)關(guān)元件，其在輸出與所述感光光量相對(duì)應(yīng)的結(jié)果之前，對(duì)所述讀出線施加給定的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述感光元件，是二極管元件，其在所述初始化期間為正向偏置，對(duì)所述晶體管的柵極施加所述初始化電壓，而在所述初始化期間結(jié)束后，變?yōu)榉聪蚱谩?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，具有第2開(kāi)關(guān)元件，其在所述初始化期間導(dǎo)通，使所述晶體管與二極管相連接，同時(shí)向所述晶體管的柵極，施加與該晶體管的閾值電壓相應(yīng)的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述第2開(kāi)關(guān)元件，根據(jù)提供給掃描線的電平導(dǎo)通或者關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，具有電容元件，其一端與所述讀出線連接；和，第3開(kāi)關(guān)元件，其在所述初始化期間，短接電容元件的兩端，在該初始化電壓的施加解除后，將呈現(xiàn)在所述電容元件另一端的電壓作為與所述感光光量對(duì)應(yīng)的結(jié)果輸出。
8.一種光學(xué)傳感器的讀取方法，所述光學(xué)傳感器對(duì)應(yīng)掃描線和讀出線設(shè)置，其包括感光元件，其兩端子間流過(guò)的電流根據(jù)入射光量變化；和，晶體管，其柵極與所述感光元件的一端連接，源極或者漏極的一方與所述掃描線連接，源極或者漏極的另一方與所述讀出線連接，其特征在于，在所述掃描線被選擇的初始化期間里，對(duì)所述柵極施加初始化電壓，在所述初始化電壓的施加被解除之后，根據(jù)所述讀出線的電壓，輸出與所述感光光量相對(duì)應(yīng)的結(jié)果。
9.一種矩陣型光學(xué)傳感器電路，其特征在于，具有單元電路，其對(duì)應(yīng)多條掃描線和多條讀出線設(shè)置；掃描電路，其在初始化期間從多條掃描線中選擇一條掃描線，在接下來(lái)的檢出期間中，令全部掃描線為非選擇，在下一個(gè)初始化期間，選擇另外的掃描線；以及，讀取電路，其讀取位于選定的掃描線上的光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)、和檢出期間中讀出線的電壓或所述讀出線中的電流，各個(gè)所述單元電路具有感光元件，其兩端子間的電流根據(jù)入射光量變化；和晶體管，其柵極與所述感光元件的一端連接，源極或者漏極的一方與所述掃描線連接，源極或者漏極的另一方與所述讀出線連接。
10.一種電子機(jī)器，其特征在于，具有權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器、或權(quán)利要求9所述的矩陣型光學(xué)傳感器電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)傳感器，能夠減少開(kāi)關(guān)晶體管的寄生電容的影響，更為準(zhǔn)確地獲取反映感光元件的輸出的值。對(duì)應(yīng)掃描線(131)和讀出線(121)的交叉部而設(shè)置的單元電路(100)，包括光電二極管(112)，流過(guò)的電流根據(jù)入射光量變化；和，TFT(114)，柵極與光電二極管(112)的陰極連接，源極與掃描線(131)連接，漏極與讀出線(121)連接。在掃描線(131)被選擇的初始化期間，光電二極管(112)為正向偏置，TFT(114)的柵極被初始化成為給定的電壓。
文檔編號(hào)G06F3/041GK1702872SQ20051007008
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者小澤德郎 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社