CN101281916A - 光感测器和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光感测器和采用该光感测器的显示装置。该光感测器包括一感光元件和一补偿元件。其中，该感光元件与该补偿元件结构相同，其分别包括至少一非晶硅薄膜晶体管，该感光元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于感光，该补偿元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于为该感光元件提供对比参考值。该光感测器能准确感测环境光，该显示装置采用该光感测器，制造工艺简单且成本低。

Description

光感测器和显示装置
技术领域
本发明是关于一种光感测器和采用该光感测器的显示装置。
背景技术
显示装置一般包括液晶显示装置、电浆显示装置和有机电致发光显示装置等，其广泛应用在各种信息、通讯、消费性电子产品之中。液晶显示装置因具有低辐射性、体积轻薄短小和耗电低等特点，现已广泛应用在手机、个人数字助理、笔记型计算机、个人计算机和电视等领域。液晶显示装置作为一种显示装置，其显示亮度是一主要性能参数。为满足不同情形的显示亮度需求，需要对液晶显示装置的亮度进行调整。
请参考图1，其是一种现有技术液晶显示装置的结构示意图。该液晶显示装置1包括一液晶显示面板11和一背光模组12，该液晶显示面板11与该背光模组12层叠设置。
请一并参考图2，其是该液晶显示装置1亮度感测与控制的功能模组示意图。该液晶显示装置1的背光模组12包括一光源121、一光感测器122和一控制电路123。该光感测器122是一光敏晶体管，其感测环境光亮度并产生一感光电流，该感光电流与该控制电路123内部存储的对比参考值具有一定的函数关系，该控制电路123根据该感光电流与对比参考值的函数关系进行运算，产生一控制信号，对应环境光亮度调整该光源121，使该光源121发出与环境光亮度相匹配的光束。
该液晶显示装置1能对背光亮度进行自动调整，然而由于该控制电路123内部存储的对比参考值固定不变，当该光感测器122的内部元件参数因环境发生变化时，其感测环境光所产生的感光电流并不准确，因此根据该感光电流与该对比参考值进行运算所产生的背光控制信号去控制该光源121，不能准确配合环境光亮度调整该光源121所发的光强度。另外，该液晶显示装置1的背光模组12是由胶框、金属背板和各种光学膜片组成，电路布局较少，因此在该背光模组12上设置光感测器122和控制电路123，使该液晶显示装置1的制造工艺复杂，成本高。
发明内容
为了克服现有技术中光感侧器不能准确感侧环境光的问题，有必要提供一种能准确感测环境光的光感测器。
还有必要提供一种采用上述光感测器、制造工艺简单且成本低的显示装置。
一种光感测器，其包括一感光元件和一补偿元件。其中，该感光元件与该补偿元件结构相同，其分别包括至少一非晶硅薄膜晶体管，该感光元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于感光，该补偿元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于为该感光元件提供对比参考值。
一种显示装置，其包括一光感测器、一黑矩阵、相对设置的一第一基板和一第二基板，该光感测器与该黑矩阵设置于该第一基板与该第二基板之间。其中，该光感测器设置于该第一基板，该黑矩阵设置于该第二基板，该光感测器包括一感光元件和一补偿元件，该感光元件与该补偿元件结构相同，其分别包括至少一非晶硅薄膜晶体管，该感光元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于感光，该补偿元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于为该感光元件提供对比参考值。该黑矩阵具有一开口，该开口对应该感光元件的用于感光的非晶硅薄膜晶体管设置。
相较于现有技术，该光感测器的感光元件与补偿元件均采用相同的非晶硅薄膜晶体管制成，两者的内部元件参数因环境所发生的变化一致，所以采用补偿元件为该感光元件提供对比参考值，能准确感测环境光。
该显示装置采用该光感测器，该光感测器可与该显示装置的像素阵列内的薄膜晶体管一并刻蚀形成，无须额外制造工艺，所以制造工艺简单，成本低。
附图说明
图1是一种现有技术显示装置的结构示意图。
图2是图1的液晶显示装置亮度感测与控制的功能模组示意图。
图3是本发明显示装置第一实施方式的部分非像素阵列区域的结构示意图。
图4是图3的光感测器的电路示意图。
图5是本发明显示装置第二实施方式的光感测器的电路示意图。
图6是本发明显示装置第三实施方式的光感测器的电路示意图。
图7是本发明显示装置第四实施方式的部分非像素阵列区域的结构示意图。
图8是图7的光感测器的电路示意图。
图9是本发明显示装置第五实施方式的光感测器的电路示意图。
图10是本发明显示装置第六实施方式的光感测器的电路示意图。
具体实施方式
请参考图3，其是本发明显示装置第一实施方式的部分非像素阵列区域的结构示意图。该显示装置2包括一光感测器20、一黑矩阵(Black Matrix)25、相对设置的一第一基板23和一第二基板24，该光感测器20与该黑矩阵25设置于该第一基板23与该第二基板24之间。其中，该光感测器20设置于该第一基板23上，该光感测器20包括一感光元件21和一补偿元件22，该感光元件21与该补偿元件22结构相同，该感光元件21与该补偿元件22分别包括一非晶硅薄膜晶体管210与220，该非晶硅薄膜晶体管210与220分别包括层叠设置于该第一基板23上的栅极层201、绝缘层202、非晶硅层203、N型掺杂非晶硅层204及源极和漏极半导体层205。该黑矩阵25设置于该第二基板24上，该黑矩阵25具有一开口250，该开口250对应该光感测器20的感光元件21的非晶硅薄膜晶体管210设置。
该黑矩阵25用于为该光感测器20的补偿元件22遮光，而其开口250用于为该感光元件21提供光通路，可使该感光元件21的非晶硅薄膜晶体管210接收从该开口250进入的光线。该感光元件21的非晶硅薄膜晶体管210与该补偿元件22的非晶硅薄膜晶体管220均是与该显示装置2的像素阵列区域(图未示)的薄膜晶体管一并刻蚀形成。该显示装置2是液晶显示装置。
请一并参考图4，其是该光感测器20的电路示意图。该光感测器20的感光元件21的非晶硅薄膜晶体管210的漏极连接一固定电压V21，该光感测器20的补偿元件22的非晶硅薄膜晶体管220的漏极连接一固定电压V22，该非晶硅薄膜晶体管210与220的栅极均连接一栅极电压Vg1，该非晶硅薄膜晶体管210与220的源极接地。该感光元件21的非晶硅薄膜晶体管210用于感光，该补偿元件22的非晶硅薄膜晶体管220用于为该感光元件21提供对比参考值。
当该感光元件21的非晶硅薄膜晶体管210未受光照时，其与补偿元件22的非晶硅薄膜晶体管220分别具有一漏极电流I21和漏极电流I22；当该感光元件21的非晶硅薄膜晶体管210接收光照时，其漏极电流I21增大，电流大小取决于该非晶硅薄膜晶体管210所接收的光量，而补偿元件22的非晶硅薄膜晶体管220不会接收光照，其漏极电流I22不会随外界环境光的变化而变化。如此外部控制电路(图未示)量测该感光元件21与该补偿元件22的非晶硅薄膜晶体管210与220的漏极电流I21与I22，即可得知该光感测器20所感测的光量，并根据漏极电流I21与I22进行运算，产生一控制信号，对应环境光亮度调整背光。
该光感测器20的感光元件21与补偿元件22均采用相同的非晶硅薄膜晶体管制成，两者的内部元件参数因环境所发生的变化一致，所以采用该补偿元件22为该感光元件21提供对比参考值，能准确感测环境光。且其应用于该显示装置2时可与该显示装置2的像素阵列内的薄膜晶体管一并刻蚀形成，无须额外制造工艺，所以制造工艺简单，成本低。
另外，根据需求可分别于该感光元件21与该补偿元件22里并联多个非晶硅薄膜晶体管，使该感光元件21内的所有非晶硅薄膜晶体管的漏极均连接该固定电压V21，闸级均连接栅极电压Vg1，源级接地；该补偿元件22内的所有非晶硅薄膜晶体管的漏极均连接该固定电压V22，闸级均连接栅极电压Vg1，源极接地。如此，漏极电流I21为该感光元件21内的所有非晶硅薄膜晶体管的漏极电流之和，漏极电流I22为该补偿元件22内的所有非晶硅薄膜晶体管的漏极电流之和，因该漏极电流I21与I22较大，无需额外的放大电路，方便量测。
请参考图5，其是本发明显示装置第二实施方式的光感测器的电路示意图。该光感测器30包括一感光元件31和一补偿元件32，该感光元件31与该补偿元件32结构相同。该感光元件31包括二非晶硅薄膜晶体管311、312和一电阻313，该补偿元件32包括二非晶硅薄膜晶体管321、322和一电阻323。该非晶硅薄膜晶体管311、312、321、322的漏极分别连接固定电压V31、V32、V33、V34，该非晶硅薄膜晶体管311、321的栅极均连接一栅极电压Vg2，该非晶硅薄膜晶体管311的漏极连接于该非晶硅薄膜晶体管312的栅极，并经由该电阻313接地，该非晶硅薄膜晶体管321的漏极连接于该非晶硅薄膜晶体管322的栅极，并经由该电阻323接地，该非晶硅薄膜晶体管312、322的源极接地。该感光元件31的非晶硅薄膜晶体管311用于感光，该补偿元件32的非晶硅薄膜晶体管322用于为该感光元件31提供对比参考值。
该电阻313、323用于分压，分别为该非晶硅薄膜晶体管312与322提供栅极电压，此时，由于该非晶硅薄膜晶体管312与322的放大作用，该非晶硅薄膜晶体管312的漏极电流I32远大于该非晶硅薄膜晶体管311的漏极电流I31。该非晶硅薄膜晶体管322的漏极电流I34远大于该非晶硅薄膜晶体管321的漏极电流I33。当该非晶硅薄膜晶体管311接收光照时，其内部阻抗降低，漏极电流I31增大，该非晶硅薄膜晶体管312的栅极电压升高，其漏极电流I32增大。分别量测该非晶硅薄膜晶体管322的漏极电流I34与该非晶硅薄膜晶体管312的漏极电流I32，既可得知该光感测器30所感测的光量，又无需额外的放大电路，方便量测。
请参考图6，其是本发明显示装置第三实施方式的光感测器的电路示意图。该该光感测器40包括一感光元件41和一补偿元件42，该感光元件41与该补偿元件42结构相同。该感光元件41包括三非晶硅薄膜晶体管411、412、413，该补偿元件42包括三非晶硅薄膜晶体管421、422、423，该感光元件41与该补偿元件42的非晶硅薄膜晶体管结构均相同。该非晶硅薄膜晶体管411、412、421、422的漏极分别连接固定电压V41、V42、V43、V44，该非晶硅薄膜晶体管411、413、421、423的栅极均连接一栅极电压Vg3，该非晶硅薄膜晶体管411、421的源极分别连接于该非晶硅薄膜晶体管413、423的漏极，该非晶硅薄膜晶体管412、422的栅极分别连接于该非晶硅薄膜晶体管413、423的漏极，该非晶硅薄膜晶体管412、413、422、423的源极均接地。该感光元件41的非晶硅薄膜晶体管411用于感光，该补偿元件42的非晶硅薄膜晶体管422用于为该感光元件41提供对比参考值。
该非晶硅薄膜晶体管413、423相当于电阻，用于分压，分别为该非晶硅薄膜晶体管412与422提供栅极电压，此时，由于该非晶硅薄膜晶体管412与422的放大作用，该非晶硅薄膜晶体管412的漏极电流I42远大于该非晶硅薄膜晶体管411的漏极电流I41。该非晶硅薄膜晶体管422的漏极电流I44远大于该非晶硅薄膜晶体管421的漏极电流I43。当该非晶硅薄膜晶体管411接收光照时，其内部阻抗降低，漏极电流I41增大，该非晶硅薄膜晶体管412的栅极电压升高，其漏极电流I42增大。分别量测该非晶硅薄膜晶体管422的漏极电流I44与该非晶硅薄膜晶体管412的漏极电流I42，既可得知该光感测器40所感测的光量，又无需额外的放大电路，方便量测。
请参考图7，其是本发明显示装置第四实施方式的部分非像素阵列区域的结构示意图。该显示装置5与第一实施方式的显示装置2的不同之处在于：该显示装置5进一步包括一彩色滤光片56，其与黑矩阵55间隔设置，该光感测器50进一步包括一第二感光元件57，该第二感光元件57与第一感光元件51和补偿元件52结构相同。该第二感光元件57包括一用于感光的非晶硅薄膜晶体管570，该非晶硅薄膜晶体管570对应该彩色滤光片56设置，用于接收经过该彩色滤光片56的光照。
请一并参考图8，其是该光感测器50的电路示意图。该光感测器50与第一实施方式的光感测器20的不同之处在于：该光感测器50的第二感光元件57的非晶硅薄膜晶体管570的栅极连接于栅极电压Vg4，漏极连接于一固定电压V57，源极接地。该第一、第二感光元件51、57的非晶硅薄膜晶体管510、570分别用于接收不同程度的光量，该补偿元件52用于为该第一、第二感光元件51、57提供对比参考值。
以该补偿元件52的非晶硅薄膜晶体管520的漏极电流I52为参考，通过分别量测该第一、第二感光元件51、57的非晶硅薄膜晶体管510、570的漏极电流I51、I57，以分别得知不同地方的光量大小。如此外部控制电路(图未示)量测该第一、第二感光元件51、57与该补偿元件52的非晶硅薄膜晶体管510、570与520的漏极电流I51、I57与I52，分别根据漏极电流I51与I52、I57与I52进行运算，并对该二组运算结果进行对比，以产生一最优控制信号，对应环境光亮度调整背光。
请参考图9，其是本发明显示装置第五实施方式的光感测器的电路示意图。该光感测器60与图5的光感测器30的不同之处在于：该光感测器60进一步包括一第二感光元件67，该第二感光元件67与补偿元件62和第一感光元件61的结构相同，该第二感光元件67包括二非晶硅薄膜晶体管671、672和一电阻673，该非晶硅薄膜晶体管671用于感光。该非晶硅薄膜晶体管671、672的漏极分别连接固定电压V65、V66，该非晶硅薄膜晶体管671的栅极连接于栅极电压Vg5，源极连接于该非晶硅薄膜晶体管672的栅极，并经由该电阻673接地，该非晶硅薄膜晶体管672的源极接地。
请参考图10，其是本发明显示装置第六实施方式的光感测器的电路示意图。该光感测器70与图6的光感测器40的不同之处在于：该光感测器70进一步包括一第二感光元件77，该第二感光元件77包括三非晶硅薄膜晶体管771、772、773，该非晶硅薄膜晶体管771用于感光。该第二感光元件77与补偿元件72和第一感光元件71的结构相同，该非晶硅薄膜晶体管771、772的漏极分别连接固定电压V75、V76，该非晶硅薄膜晶体管771、773的栅极连接于栅极电压Vg6，该非晶硅薄膜晶体管771的源极连接于该非晶硅薄膜晶体管773的漏极，该非晶硅薄膜晶体管772的栅极连接于该非晶硅薄膜晶体管773的漏极，该非晶硅薄膜晶体管772、773的源极接地。

Claims (10)

1. 一种光感测器，其特征在于：其包括一感光元件和一补偿元件，该感光元件与该补偿元件结构相同，其分别包括至少一非晶硅薄膜晶体管，该感光元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于感光，该补偿元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于为该感光元件提供对比参考值。
2. 如权利要求1所述的光感测器，其特征在于：该感光元件包括一第一感光元件，该第一感光元件包括一第一非晶硅薄膜晶体管，该补偿元件包括一第二非晶硅薄膜晶体管，该第一、第二非晶硅薄膜晶体管的漏极分别连接一第一、一第二固定电压，栅极均连接一栅极电压，源极接地。
3. 如权利要求2所述的光感测器，其特征在于：该感光元件进一步包括一第二感光元件，该第二感光元件包括一第三非晶硅薄膜晶体管，第三非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第三非晶硅薄膜晶体管的漏极连接一第三固定电压，栅极连接该栅极电压，源极接地，该第一、第三非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第二非晶硅薄膜晶体管用于为该第一、第二感光元件提供对比参考值，该第一、第二、第三非晶硅薄膜晶体管的漏极电流分别用于量测。
4. 如权利要求2所述的光感测器，其特征在于：该第一感光元件进一步包括一第三非晶硅薄膜晶体管和一第一分压元件，该补偿元件进一步包括一第四非晶硅薄膜晶体管和一第二分压元件，该第一分压元件串接于该第一非晶硅薄膜晶体管的源极与地之间，该第三非晶硅薄膜晶体管的漏极连接一第三固定电压，栅极连接于该第一非晶硅薄膜晶体管的源极，源极接地，该第二分压元件串接于该第二非晶硅薄膜晶体管的源极与地之间，该第四非晶硅薄膜晶体管的漏极连接一第四固定电压，闸级连接于该第二非晶硅薄膜晶体管的源极，源极接地，该第一非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第四非晶硅薄膜晶体管用于为该第一感光元件提供对比参考值，该第三非晶硅薄膜晶体管与该第四非晶硅薄膜晶体管的漏极电流分别用于量测。
5. 如权利要求4所述的光感测器，其特征在于：该感光元件进一步包括一第二感光元件，该第二感光元件包括一第五、一第六非晶硅薄膜晶体管和一第三分压元件，该第五、第六非晶硅薄膜晶体管的漏极分别连接一第五、一第六固定电压，该第五非晶硅薄膜晶体管的栅极连接于该栅极电压，源极连接于该第六非晶硅薄膜晶体管的栅极，并经由该第三分压元件接地，该第六非晶硅薄膜晶体管的源极接地，该第五非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第四非晶硅薄膜晶体管进一步用于为该第二感光元件提供对比参考值，该第六非晶硅薄膜晶体管的漏极电流分别用于量测。
6. 一种显示装置，其包括一光感测器、一黑矩阵、相对设置的一第一基板和一第二基板，该光感测器与该黑矩阵设置于该第一基板与该第二基板之间，其特征在于：该光感测器设置于该第一基板，该黑矩阵设置于该第二基板，该光感测器包括一感光元件和一补偿元件，该感光元件与该补偿元件结构相同，其分别包括至少一非晶硅薄膜晶体管，该感光元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于感光，该补偿元件的至少一非晶硅薄膜晶体管用于为该感光元件提供对比参考值，该黑矩阵具有一开口，该开口对应该感光元件的用于感光的非晶硅薄膜晶体管设置。
7. 如权利要求6所述的显示装置，其特征在于：该感光元件包括一第一感光元件，该第一感光元件包括一第一非晶硅薄膜晶体管，该补偿元件包括一第二非晶硅薄膜晶体管，该第一、第二非晶硅薄膜晶体管的漏极分别连接一第一、一第二固定电压，栅极均连接一栅极电压，源极接地。
8. 如权利要求7所述的显示装置，其特征在于：该感光元件进一步包括一第二感光元件，该第二感光元件包括一第三非晶硅薄膜晶体管，第三非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第三非晶硅薄膜晶体管的漏极连接一第三固定电压，栅极连接该栅极电压，源极接地，该第一、第三非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第二非晶硅薄膜晶体管用于为该第一、第二感光元件提供对比参考值，该第一、第二、第三非晶硅薄膜晶体管的漏极电流分别用于量测。
9. 如权利要求7所述的显示装置，其特征在于：该第一感光元件进一步包括一第三非晶硅薄膜晶体管和一第一分压元件，该补偿元件进一步包括一第四非晶硅薄膜晶体管和一第二分压元件，该第一分压元件串接于该第一非晶硅薄膜晶体管的源极与地之间，该第三非晶硅薄膜晶体管的漏极连接一第三固定电压，栅极连接于该第一非晶硅薄膜晶体管的源极，源极接地，该第二分压元件串接于该第二非晶硅薄膜晶体管的源极与地之间，该第四非晶硅薄膜晶体管的漏极连接一第四固定电压，闸级连接于该第二非晶硅薄膜晶体管的源极，源极接地，该第一非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第四非晶硅薄膜晶体管用于为该第一感光元件提供对比参考值，该第三非晶硅薄膜晶体管与该第四非晶硅薄膜晶体管的漏极电流分别用于量测。
10. 如权利要求9所述的显示装置，其特征在于：该感光元件进一步包括一第二感光元件，该第二感光元件包括一第五、一第六非晶硅薄膜晶体管和一第三分压元件，该第五、第六非晶硅薄膜晶体管的漏极分别连接一第五、一第六固定电压，该第五非晶硅薄膜晶体管的栅极连接于该栅极电压，源极连接于该第六非晶硅薄膜晶体管的栅极，并经由该第三分压元件接地，该第六非晶硅薄膜晶体管的源极接地，该第五非晶硅薄膜晶体管用于感光，该第四非晶硅薄膜晶体管进一步用于为该第二感光元件提供对比参考值，该第六非晶硅薄膜晶体管的漏极电流分别用于量测。
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