CN102903723A - 感光设备、驱动感光设备的方法以及光触摸屏设备 - Google Patents

感光设备、驱动感光设备的方法以及光触摸屏设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种感光设备、驱动感光设备的方法以及光触摸屏设备。所述感光设备中的感光像素中的光传感器晶体管由用于感测光的氧化物半导体晶体管形成，所述感光设备包括：感光像素阵列，具有按照行列布置的多个感光像素；多条栅极线，沿着行方向被布置并将栅极电压分别提供给感光像素，其中，每个感光像素包括用于感测光的光传感器晶体管和用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的开关晶体管，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线。

Description

感光设备、驱动感光设备的方法以及光触摸屏设备
本申请要求于2011年7月28日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0075213号韩国专利申请的权益，其公开全部合并于此以资参考。
技术领域
本公开涉及一种感光设备、驱动感光设备的方法和包括该感光设备的光触摸屏设备，更具体地，涉及一种感光像素中的光传感器晶体管由用于感光的氧化物半导体晶体管形成的感光设备、一种驱动该感光设备的方法和包括该感光设备的光触摸屏设备。
背景技术
触摸屏设备是用于通过感测用户的手或触摸笔所触摸的显示屏幕的位置来执行特定软件功能，直接从显示屏幕接收输入数据的设备。通常，通过将触摸面板添加到普通的显示面板来形成触摸屏。触摸面板的示例包括电阻薄膜触摸面板、静电电容触摸面板、表面声波(SAW)触摸面板、红外线触摸面板、压电触摸面板等。最近，这样的触摸屏设备作为替代键盘或鼠标的输入装置被广泛地应用于各种领域。
一般的触摸屏设备需要通过手或笔在显示屏幕上进行直接触摸。然而，随着显示设备的尺寸增加，如果用户与显示装置之间的距离增加，则可能难以施加这样的直接触摸。因此，已经提出了一种光触摸屏设备，该设备可通过感测光而不是通过手或笔的触摸来执行与传统触摸屏设备相同的功能。预期光触摸屏设备不仅可用于用户与设备之间的通信，而可用于用户之间的通信。
为了实施光触摸屏设备，需要用于感测光的合适尺寸的感光装置。常用的感光装置的示例包括非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)。然而，在a-Si TFT的情况中，由于光引起的电流的改变不够大。因此，在施加光期间通过光电二极管产生的电荷在电容器中累积一预定时间长度，并基于在电容器中累积的电荷量产生与光强度相关的信号。在这种情况下，感测时间会被延迟与用于在电容器中累积电荷的时间长度一样长，并且寄生电容会随着光触摸屏设备的尺寸增加而增加。
发明内容
提供了一种采用氧化物半导体晶体管作为感光装置的感光设备和驱动该感光设备的方法。
提供了一种包括该感光设备的光触摸屏设备。
将在以下说明中部分地阐述其它方面，部分地通过说明将是清楚的，或者可通过本实施例的实践而得知。
根据本发明的一方面，一种感光设备，包括：感光像素阵列，具有按照行列布置的多个感光像素；多条栅极线，沿着行方向被布置并将栅极电压分别提供给感光像素；其中，每个感光像素包括用于感测光的光传感器晶体管和用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的开关晶体管，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线。
每条栅极线可连接到布置在相同行中的感光像素。
布置在任意行中的感光像素的开关晶体管的栅极可连接到与所述任意行对应的栅极线。
开关晶体管和光传感器晶体管可串联。
布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极可连接到布置在紧接在所述任意行之后的一行中的栅极线。
布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极可连接到布置在所述任意行的两行或更多行之后的行中的栅极线。
所述感光设备可还包括：栅极驱动器，将栅极电压顺序提供给所述多条栅极线；信号输出单元，包括沿着列方向布置的多条数据线，所述信号输出单元从感光像素接收感光信号，并输出数据信号。
每条数据线可连接到布置在相同列中的感光像素，与任意列对应的数据线可连接到布置在所述任意列中的感光像素的开关晶体管的源极。
栅极驱动器可包括栅极线和至少一条哑栅极线，所述栅极线的数量与感光像素阵列的像素行的数量相同，所述至少一条哑栅极线仅连接到布置在先前的行或后面的行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极。
至少布置在感光像素阵列中的最后一行或第一行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极可连接到哑栅极线。
光传感器晶体管可以是氧化物半导体晶体管，其沟道层由氧化物半导体形成。
根据本发明的另一方面，一种光触摸屏设备包括：像素阵列，具有按照行列布置的多个显示像素和多个感光像素；多条栅极线，沿着行方向被布置并将栅极电压分别提供给显示像素和感光像素，其中每个显示像素包括显示单元和用于导通或关断显示单元的第一开关晶体管，每个感光像素包括用于感测光的光传感器晶体管和用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的第二开关晶体管，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线。
所述光触摸屏设备可还包括：栅极驱动器，将栅极电压顺序提供给所述多条栅极线；信号输出单元，包括沿着列方向布置的多条数据线，所述信号输出单元从感光像素接收感光信号，并输出数据信号；数据驱动器，包括沿着列方向布置的多条图像数据线，并将图像信号提供给显示像素。
每条栅极线可连接到布置在相同行中的显示像素和感光像素。
布置在任意行中的显示像素的第一开关晶体管的栅极和感光像素的第二开关晶体管的栅极可连接到与所述任意行对应的栅极线。
第二开关晶体管和光传感器晶体管可串联。
布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极可连接到布置在紧接在所述任意行之后的一行中的栅极线。
布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极可连接到布置在所述任意行的两行或更多行之后的行中的栅极线。
所述光触摸屏设备还可包括：至少一条哑栅极线，仅连接到光传感器晶体管的栅极。
像素阵列中沿着行方向布置的第一感光像素或最后的感光像素的光传感器晶体管的栅极可连接到哑栅极线。
像素阵列可包括具有显示像素和感光像素两者的第一像素和仅具有显示像素的第二像素。
至少一个第一像素和至少一个第二像素可沿着列方向被交替布置。
根据本发明的另一方面，一种光触摸屏设备包括：像素阵列，具有按照行列布置的多个显示像素和多个感光像素；多条栅极线，沿着行方向被布置并将栅极电压分别提供给显示像素和感光像素，其中每个显示像素包括显示单元和用于导通或关断显示单元的第一开关晶体管，每个感光像素包括：用于感测光的光传感器晶体管、用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的第二开关晶体管以及输出来自光传感器晶体管的感光信号并与第二开关晶体管并联的第三开关晶体管，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线。
每条栅极线可连接到布置在相同行中的显示像素和感光像素。
像素阵列可包括：第一像素，具有显示像素、第二开关晶体管和光传感器晶体管；第二像素，具有显示像素和第三开关晶体管；
至少一个第一像素和至少一个第二像素可沿着列方向被交替布置。
与布置了第一像素的行对应的栅极线可连接到第一开关晶体管的栅极和第二开关晶体管的栅极，与布置了第二像素的行对应的栅极线可连接到第一开关晶体管的栅极和第三开关晶体管的栅极。
第二开关晶体管和第三开关晶体管可被并行布置在不同的行中。
第二开关晶体管和第三开关晶体管可都串联到光传感器晶体管。
光传感器晶体管的栅极可连接到另一行的栅极线，在所述另一行中没有布置与光传感器晶体管连接的第二开关晶体管和第三开关晶体管。
所述光触摸屏设备还可包括：至少一条哑栅极线，仅连接到光传感器晶体管的栅极。
像素阵列中沿着行方向布置的第一感光像素或最后的感光像素的光传感器晶体管的栅极可连接到哑栅极线。
根据本发明的另一方面，一种操作感光设备的方法，所述方法包括：在具有按照行列布置的多个感光像素的感光像素阵列中，将高电压提供给布置在任意行中的感光像素的开关晶体管的栅极，并将低电压提供给布置在其余行中的感光像素的开关晶体管的栅极；将高电压提供给布置在所述任意行之后的行中的感光像素的开关晶体管的栅极，并将低电压提供给布置在其余行中的感光像素的开关晶体管的栅极，其中，每个感光像素包括用于感测光的光传感器晶体管和用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的开关晶体管，布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线连接到布置在所述任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极，当高电压正被施加到布置在所述任意行之前或之后的行中的感光像素的开关晶体管的栅极时，布置在所述任意行中的光传感器晶体管被复位。
光传感器晶体管可以是氧化物半导体晶体管，其沟道层由氧化物半导体形成。
低电压可以是当没有光入射到光传感器晶体管之上时光传感器晶体管的阈值电压和当光入射到光传感器晶体管之上时光传感器晶体管的阈值电压之间的电压。
高电压可以是开关晶体管的阈值电压和用于将光传感器晶体管复位的电压中更高的那一个电压。
开关晶体管可包括被并行布置在不同行中的第一开关晶体管和第二开关晶体管。
所述方法可还包括：通过将高电压施加到第一开关晶体管的栅极来输出来自光传感器晶体管的感光信号；通过将高电压施加到第二开关晶体管的栅极来再次输出来自相同光传感器晶体管的感光信号。
附图说明
通过结合附图对实施例的以下描述，这些和/或其它方面将会变得清楚和更容易理解，其中：
图1是根据示例性实施例的氧化物半导体晶体管的示意剖视图；
图2和图3是举例说明图1中示出的氧化物半导体晶体管的工作特性的曲线图；
图4是示出根据示例性实施例的采用氧化物半导体晶体管的感光设备的一个像素的电路图；
图5是根据示例性实施例的可通过单个驱动电路提供栅极电压和复位信号的感光设备100的示意框图；
图6是示出内嵌类型(in-cell type)光触摸屏设备的像素的电路图；
图7是示出内嵌类型光触摸屏设备的整体电路结构的框图，该设备包括的像素之一如图6所示；
图8是根据另一实施例的内嵌类型光触摸屏设备的像素阵列的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更详细地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以按照多种不同形式被实施，并且不应被理解为限制于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例以使得本公开将是透彻和完整的，并将本发明的构思完整地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚，层和区域的厚度被夸大。
氧化物半导体晶体管是包括由氧化物半导体形成的沟道的晶体管。根据构成沟道层的氧化物半导体，这样的氧化物半导体晶体管可对于光敏感。在由对于光敏感的氧化物半导体形成沟道层的情况下，氧化物半导体晶体管的阈值电压和漏极电流根据入射光的波长或强度改变，因而氧化物半导体晶体管可用作感光装置。
图1是根据示例性实施例的氧化物半导体晶体管10的示意剖视图。参照图1，氧化物半导体晶体管10可包括：基底11；绝缘层12，形成于基底11上以覆盖基底11；栅极13，被布置在绝缘层12的一部分之上；栅极绝缘层14，形成在绝缘层12和栅极13之上，用于覆盖至少栅极13的周围；沟道层15，被布置在栅极绝缘层14之上；源极16和漏极17，被布置以分别覆盖沟道层15的两个相对端；透明绝缘层18，被布置以完全覆盖源极16、漏极17和沟道层15。虽然图1示出氧化物半导体晶体管10是栅极13被布置在沟道层15之下的底部栅极类型的氧化物半导体晶体管，但是氧化物半导体晶体管10也可具有顶部栅极结构。
这里，基底11可由普通的基底材料(诸如玻璃和硅)形成。绝缘层12、栅极绝缘层14和透明绝缘层18可由例如SiO2形成。如果基底11由绝缘材料形成，则可省略绝缘层12。此外，栅极13、源极16和漏极17可由导电性金属或导电性金属氧化物形成。例如，如果期望氧化物半导体晶体管10是透明的，则栅极13、源极16和漏极17可由透明导电性材料(诸如ITO)形成。然而，如果不期望氧化物半导体晶体管10是透明的，则基底11、绝缘层12、栅极13、栅极绝缘层14、源极16和漏极17可不由透明材料形成。
如上所述，沟道层15可由氧化物半导体材料形成。根据构成沟道层15的氧化物半导体材料，氧化物半导体晶体管10可具有光敏感性。例如，氧化物半导体材料的示例可包括任意的氧化物半导体，诸如ZnO、InO、SnO、InZnO、ZnSnO和InSnO，或者包括这些氧化物半导体与一种或多种材料(诸如，Hf、Zr、Ti、Ta、Ga、Nb、V、Al和Sn)的混合物。在任意的这样的材料构成沟道层15的情况下，图1中示出的氧化物半导体晶体管10的阈值电压和漏极电流根据入射光的波长或强度而改变，因而氧化物半导体晶体管10可用作感光装置。沟道层15可由单个氧化物半导体层形成或者可具有多层结构。
图2和图3是举例说明图1中示出的氧化物半导体晶体管10的工作特性的曲线图。首先，图2示出氧化物半导体晶体管10的相对于栅极电压Vgs的漏极电流Ids。参照图2，当光入射在氧化物半导体晶体管10上时，氧化物半导体晶体管10的阈值电压沿着负方向整体移位。例如，当没有光入射在氧化物半导体晶体管10上时，氧化物半导体晶体管10的阈值电压是Vth2。然而，当光入射在氧化物半导体晶体管10上时，氧化物半导体晶体管10的阈值电压变为Vth1。因此，如果阈值电压Vth1和Vth2之间的栅极电压V2被施加到氧化物半导体晶体管10，则当没有光入射于其上(暗)时，氧化物半导体晶体管10截止且相对较低的漏极电流流动，而当光入射于其上(亮)时，氧化物半导体晶体管10导通且相对较高的漏极电流流动。然而，如果低于阈值电压Vth1和Vth2的栅极电压V1被施加到氧化物半导体晶体管10上，则无论光是否入射氧化物半导体晶体管10都截止。此外，如果高于阈值电压Vth1和Vth2的栅极电压V3被施加到氧化物半导体晶体管10，则无论光是否入射氧化物半导体晶体管10都导通。
因此，可通过将栅极电压V2施加到氧化物半导体晶体管10并测量漏极电流来确定光是否入射到氧化物半导体晶体管10上。具体地，在氧化物半导体晶体管10的情况下，当光入射时的漏极电流和当光没有入射时的漏极电流之间的电流比ION/IOFF相当大。如果具有上述属性的氧化物半导体晶体管10用作感光装置，则可期待各种优点。例如，由于氧化物半导体晶体管10具有大电流比，因此如果氧化物半导体晶体管10用作感光装置，则可实现不具有电容器的非常简单的感光设备。因此，可以制造大尺寸的感光设备100。此外，可提高感光设备100的驱动速度，而同时可减少感光设备100消耗的功率的量。
此外，图3是示出在阈值电压Vth1和Vth2之间的电压V2(例如，-5V)被施加到氧化物半导体晶体管10的同时，在光入射到氧化物半导体晶体管10上之后的漏极电流相对于时间的改变的曲线图。参照图3，光入射到氧化物半导体晶体管10上大概40秒，漏极电流增加。然而，即使在55秒左右光的入射停止，漏极电流也几乎不减小。换而言之，氧化物半导体晶体管10具有对于光的入射的某种记忆功能。这种现象可能是由于电荷陷入氧化物半导体晶体管10的沟道层15内或陷入沟道层15的界面上而引起的。例如，如果负栅极电压与入射光一起被施加到氧化物半导体晶体管10上，则由于光在沟道层15中产生的空穴会移动到栅极绝缘层14和沟道层15之间的界面并陷于其上。陷入的电荷不会迁移，直到足够大的电压施加到栅极为止。因此，一旦电荷被陷入，则即使光的入射停止漏极电流也不会减小。当通过将足够大的栅极电压施加到氧化物半导体晶体管10来迁移陷入的电荷时这种现象消失。
图4是示出根据示例性实施例的采用氧化物半导体晶体管10的感光设备的一个像素的电路图。参照图4，感光像素110可包括串联的一个光传感器晶体管112和一个开关晶体管111。换而言之，光传感器晶体管112的源极可与开关晶体管111的漏极连接。光传感器晶体管112是用于感测光的感光装置，并且可以是例如氧化物半导体晶体管10。用于输出感光信号的开关晶体管111可以是不具有光敏感性的一般的薄膜晶体管(TFT)。此外，如图4所示，感光像素110还可包括连接到开关晶体管111的栅极的栅极线Gate、连接到开关晶体管111的源极的数据线Data、连接到光传感器晶体管112的漏极的驱动电压线Vdd和连接到光传感器晶体管112的栅极的复位线Reset。
在感光像素110中，当栅极电压通过栅极线Gate被施加到开关晶体管111时，开关晶体管111导通。然后，电流从光传感器晶体管112的源极流向数据线Data。这里，从光传感器晶体管112流向数据线Data的电流的量根据入射到光传感器晶体管112上的光的强度改变。因此，可通过测量流过数据线Data的电流的量来计算入射到光传感器晶体管112上的光的强度。在开关晶体管111处于导通以输出感光信号的同时，电压V2(参照图2)被施加到光传感器晶体管112的栅极。当电压V1或电压V3被施加到光传感器晶体管112的栅极时，无论光是否入射光传感器晶体管112都截止或导通。然而，栅极电压没有被施加到开关晶体管111，开关晶体管111截止，因而没有电流在数据线Data中流动。因此，可通过控制开关晶体管111来从感光像素110输出感光信号，并可基于感光信号的强度确定光传感器晶体管112上的光的入射以及光的强度。
为了在感光像素110测量了一次光之后执行下一次光测量，如上所述，通过将正复位信号施加到光传感器晶体管112来移除陷入的电荷的复位操作被执行。连接到光传感器晶体管112的栅极的复位线Reset是用于通过将正电压施加到光传感器晶体管112来将光传感器晶体管112复位以进行下一次光测量的线。例如，在通过经由栅极线Gate控制开关晶体管111来从感光像素110读出感光信号之后，可经由复位线Reset将正复位信号施加到光传感器晶体管112的栅极。这里，感光设备可包括用于将栅极电压施加到感光像素110的开关晶体管111和将复位信号施加到光传感器晶体管112的驱动电路。然而，如果用于将栅极电压施加到开关晶体管111的驱动电路和用于将复位信号施加到光传感器晶体管112的驱动电路分开存在，则感光设备的整体电路构造会变得复杂。具体地，如果感光设备的分辨率增加，则可能不具有足够的空间来布置多个驱动电路。因此，单个驱动电路可提供栅极电压和复位信号两者。
图5是根据示例性实施例的可经由单个驱动电路提供栅极电压和复位信号的感光设备100的示意框图。参照图5，感光设备100可包括：感光像素阵列，具有用于感测入射光的多个感光像素110；栅极驱动器120，用于将栅极电压和复位信号顺序地提供给每个感光像素110；信号输出单元130，用于从每个感光像素110接收感光信号并输出数据信号。如图5所示，感光像素阵列中的感光像素110可按照行和列被布置。例如，感光像素110可按照具有n行和m列的阵列被布置。
栅极驱动器120分别地激活每个感光像素110并控制每个感光像素110输出感光信号。这里，栅极驱动器120可包括沿着行的方向布置的第一到第n栅极线Gate 1、Gate 2、…、Gate n。栅极线Gate 1、Gate 2、…、Gate n中的每一条可连接到布置在相同行中的感光像素110的开关晶体管111的栅极。例如，第一栅极线Gate 1可连接到布置在第一行中的感光像素110的开关晶体管111的栅极。在这里，第n栅极线Gate n可连接到布置在第n行中的感光像素110的开关晶体管111。
信号输出单元130从感光像素s110接收感光信号，并输出数据信号。这里，信号输出单元130可包括沿着列方向布置的第一到第n数据线Data 1、Data2、…、Data n。第一到第n数据线Data 1、Data2、…、Data n中的每一条可连接到布置在相同列中的感光像素110的开关晶体管111的源极。例如，第一数据线Data 1可连接到布置在第一列中的感光像素110的开关晶体管111的源极，第二数据线Data 2可连接到布置在第二列中的感光像素110的开关晶体管111的源极。在该结构中，信号输出单元130可经由第一到第n数据线Data 1、Data2、…、Data n同时接收布置在相同行中的多个感光像素110产生的所有感光信号。
例如，如果栅极电压被施加到第一栅极线Gate 1，则布置在第一行中的感光像素110产生的所有感光信号可被同时输入到信号输出单元130。信号输出单元130可被配置用于将感光信号转换为数字数据信号，并按列顺序输出数字数据信号。
如图5所示，用于对感光像素110中的光传感器晶体管112进行复位的复位线Reset可连接在前一行的光传感器晶体管112的栅极和下一行的栅极线之间。例如，布置在第一行中的感光像素110中的光传感器晶体管112的栅极可经由复位线Reset连接到第二栅极线Gate 2。此外，布置在第二行中的感光像素110中的光传感器晶体管112的栅极可经由复位线Reset连接到第三栅极线Gate 3。为了将复位信号提供给布置在最后第n行中的感光像素110中的光传感器晶体管112的栅极，栅极驱动器120还可包括哑栅极线GateDummy。哑栅极线Gate Dummy可布置在第n栅极线Gate n的下一行中，可不连接到开关晶体管111的栅极，并且可经由复位线Reset仅连接到布置在第n行中的感光像素110中的光传感器晶体管112的栅极。
虽然图5示出了布置在任意行中的光传感器晶体管112的栅极连接到下一行的栅极线，但是这仅仅是示例。根据实施例，任意行中的光传感器晶体管112的栅极也可连接到两行或更多行之后的行的栅极线。例如，第一行中的光传感器晶体管112的栅极可连接到第三行中的光传感器晶体管112的栅极，第二行中的光传感器晶体管112的栅极可连接到第四行中的光传感器晶体管112的栅极。在这种情况下，可存在不连接到开关晶体管111而仅连接到光传感器晶体管112的两条哑栅极线。例如，布置在紧接于第n行的下一行中的第一哑栅极线连接到第(n-1)行中的光传感器晶体管112的栅极，布置在紧接于第一哑栅极线的第二哑栅极线可连接到第n行中的光传感器晶体管112的栅极。
以下，将描述感光设备100的操作。图5的右部是举例说明感光设备100的操作的时序图。参照图5的时序图，栅极驱动器120将高电压HIGH(即，等于或大于开关晶体管111的阈值电压的电压)施加到第一栅极线Gate 1，从而第一行中的感光像素110输出感光信号。低电压LOW被施加到其余的栅极线，即，第二栅极线Gate 2到哑栅极线Gate Dummy。因此，其余行中的感光像素110不输出感光信号。这里，低电压LOW还被施加到经由复位线Reset连接到第二栅极线Gate 2的第一行中的光传感器晶体管112的栅极。如上所述，在感光信号被输出的同时，电压V2被施加到光传感器晶体管112的栅极。因此，低电压LOW可以是当没有光入射到光传感器晶体管112之上时光传感器晶体管112的阈值电压与当光入射到光传感器晶体管112之上时光传感器晶体管112的阈值电压之间的电压V2。
接下来，栅极驱动器120将高电压HIGH施加到第二栅极线Gate 2，从而第二行中的感光像素110输出感光信号。低电压LOW被施加到其余的栅极线，即，第一栅极线Gate 1以及第三栅极线Gate 3到哑栅极线Gate Dummy。这里，高电压HIGH还被施加到经由复位线Reset连接到第二栅极线Gate 2的第一行中的光传感器晶体管112的栅极。这里，高电压HIGH是足以将光传感器晶体管112复位的电压(例如，图2的电压V3)。换而言之，高电压HIGH可以是开关晶体管111的阈值电压或用于将光传感器晶体管112复位的电压中更高的那一个。因此，当第二行中的感光像素110正输出感光信号时，第一行中的感光像素110中的光传感器晶体管112可被复位。
这里，可从第一行到第n行顺序地从感光像素110输出感光信号。因此，对于单个帧的感光操作完成。接下来，可按照如上所述的顺序重复对于下一帧的感光操作。在最后的第n行中的感光像素110输出了感光信号之后，栅极驱动器120将高电压HIGH施加到哑栅极线Gate Dummy以将第n行中的光传感器晶体管112复位。结果，高电压HIGH被施加到经由复位线Reset连接到哑栅极线Gate Dummy的第n行中的光传感器晶体管112的栅极，因而第n行中的光传感器晶体管112可被复位。图5示出将高电压HIGH施加到哑栅极线Gate Dummy的时间点与将高电压HIGH施加到第一栅极线Gate 1的时间点相同。然而，根据实施例，可在将高电压HIGH完全施加到哑栅极线Gate Dummy之后，将高电压HIGH施加到第一栅极线Gate 1以用于下一帧。
如上所述，在图5中示出的感光设备100中，任意行的栅极线连接到同一行中的开关晶体管111和前一行中的光传感器晶体管112。因此，当任意行中的感光像素110正输出感光信号时，前一行中的光传感器晶体管112可被复位。因此，根据本实施例的感光设备100可经由单个栅极驱动器120执行开关晶体管111的开关操作和光传感器晶体管112的复位操作。结果，不需要用于分别驱动开关晶体管111和光传感器晶体管112的单独的驱动电路。因此，可简化感光设备100的构造，并可获得诸如提高空间利用、减少制造成本和减少功耗的效果。
由于提高了空间利用，因此可以容易地实现集成了显示像素和感光像素的内嵌类型光触摸屏设备。图6是示出内嵌类型光触摸屏设备的像素210的电路图。参照图6，内嵌类型光触摸屏设备的像素210包括显示像素210d和感光像素210s。显示像素210d可包括显示单元(cell)212(例如，液晶显示设备的情况下的液晶单元)和用于导通或关断显示单元212的第一开关晶体管211。感光像素210s可包括用于感测入射光的光传感器晶体管214和用于输出来自光传感器晶体管214的感光信号的第二开关晶体管213。第一开关晶体管211和第二开关晶体管213连接到一条栅极线Gate。第一开关晶体管211的漏极可连接到图像数据线Source-Data，而第一开关晶体管211的源极可连接到显示单元212。第二开关晶体管213的源极可连接到感光数据线Sensor-Data，而第二开关晶体管213的漏极可连接到光传感器晶体管214的源极。此外，光传感器晶体管214的漏极连接到驱动电压线Vdd，而光传感器晶体管214的栅极连接到复位线Reset。
图7是示出内嵌类型光触摸屏设备200的整体电路结构的框图，光触摸屏设备200包括的像素之一如图6所示。参照图7，内嵌类型光触摸屏设备200包括像素阵列250，像素阵列250包括：显示像素210d，用于显示图像；感光像素210s，用于感测入射光；栅极驱动器220，用于为每个显示像素210d和感光像素210s提供栅极电压；数据驱动器240，用于将图像信号提供给每个显示像素210d；信号输出单元230，用于从每个感光像素210s接收感光信号并输出数据信号。
在像素阵列250中，显示像素210d和感光像素210s可被布置在阵列的行列中。虽然可以相对于每个显示像素210d布置一个感光像素210s，但是图7示例性示出相对于多个显示像素210d布置一个感光像素210s。在一般的显示面板中，一个像素具有大约200μm到大约300μm的宽度和高度，而入射光具有明显更大的光束直径，大约2mm。因此，即使感光像素210s仅部分地被布置在像素阵列250中，也可指定光的入射位置。
图7示出相对于两个显示像素210d布置一个感光像素210s的示例。例如，参照图7，像素阵列250可包括具有显示像素210d和感光像素210s两者的像素210，以及仅具有显示像素210d的像素210’。换而言之，像素210’和像素210可交替地沿着行方向被布置。虽然图7示出了相对于两个显示像素210d布置一个感光像素210s的示例，但是这仅仅是示例，根据另一实施例，可相对于少于或多于2个的数量的显示像素210布置一个感光像素210s。在相对于显示像素210d的一部分布置感光像素210s的情况下，感光像素210s中的光传感器晶体管214(见图6)的宽度可相应增加。例如，光传感器晶体管214的宽度可增加到不具有感光像素210s的像素210’的空区。结果，相应于增加的一个光传感器晶体管214的宽度，该光传感器晶体管214的敏感度可增加。
每个显示像素210d可包括用于显示颜色的红色子像素R、绿色子像素G和蓝色子像素B。
栅极驱动器220可包括沿着行方向布置的多条栅极线。每条栅极线可连接到布置在相同行中的所有显示像素210d的第一开关晶体管211的栅极和布置在相同行中的所有感光像素210s的第二开关晶体管213的栅极。在显示像素210d包括三个子像素R、G、B的情况下，显示像素210d包括三个第一开关晶体管211。如图7所示，栅极线可连接到三个第一开关晶体管211。为了便于解释，图7仅示出第n栅极线到第(n+5)栅极线。然而，如以上参照图5所述，栅极驱动器220可包括与像素阵列250的像素行的数量相同的数量的栅极线以及仅连接到光传感器晶体管214的至少一条哑栅极线。
此外，信号输出单元230可包括沿列方向布置的多条感光数据线Sensor-Data。每条感光数据线可连接到布置在相同列中的所有感光像素210s。具体地，每条感光数据线可连接到布置在相同列中的所有第二开关晶体管213的源极。信号输出单元230可分别经由感光数据线从感光像素210s中的光传感器晶体管214接收感光信号，处理感光信号，并输出数字数据信号。
此外，数据驱动器240可包括沿列方向布置的多条图像数据线Source-Data。每条图像数据线连接到布置在相同列中的所有显示像素210。数据驱动器240分别经由图像数据线提供图像信号以通过显示像素210进行显示。如果显示面板210d包括三个子像素R、G、B，则数据驱动器240可包括分别连接到子像素R、G、B的单独的图像数据线。
参照图7，向每个感光像素110提供用于将光传感器晶体管214复位的复位信号的复位线Reset可连接在前一行的光传感器晶体管214的栅极和下一行的栅极线之间。例如，布置在第n行中的光传感器晶体管214的栅极可经由复位线Reset连接到第(n+2)栅极线。此外，布置在第(n+2)行中的光传感器晶体管214的栅极可经由复位线Reset连接到第(n+4)栅极线。虽然图7示出了布置在任意行中的光传感器晶体管214的栅极连接到两行或更多行之后的栅极线，但是这仅仅是示例。根据实施例，任意行中的光传感器晶体管214的栅极也可连接到紧接的下一行的栅极线。例如，布置在第n行中的光传感器晶体管214的栅极可经由复位线Reset连接到第(n+1)栅极线，而布置在(n+2)行中的光传感器晶体管214的栅极可经由复位线Reset连接到第(n+3)栅极线。如上所述，为了将复位信号施加到最后一行中的光传感器晶体管214，栅极驱动器220可包括没有连接到第二开关晶体管213而仅连接到光传感器晶体管214的至少一条哑栅极线。
内嵌类型光触摸屏设备200的操作可以与以上参照图5描述的操作相似。例如，当高电压正被施加到第n栅极线时，低电压被施加到其余栅极线。结果，布置在第n行中的所有显示像素210d显示图像，同时，布置在第n行中的所有感光像素210s感测入射光并输出感光信号。接下来，当高电压正被施加到第(n+1)栅极线时，低电压被施加到其余栅极线。随后，布置在第(n+1)行中的所有显示像素210d显示图像。然而，由于布置在第(n+1)行中的像素210’不包括感光像素210s，因此，不输出感光信号。接下来，当高电压正被施加到第(n+2)栅极线时，低电压被施加到其余栅极线。结果，布置在第(n+2)行中的所有显示像素210d显示图像，同时，布置在第(n+2)行中的所有感光像素210s感测入射光并输出感光信号。这里，施加到第(n+2)栅极线的高电压被施加到布置在第n行中的光传感器晶体管214的栅极，因而布置在第n行中的光传感器晶体管214被复位。
图8是根据另一实施例的内嵌类型光触摸屏设备200的像素阵列260的示意图。参照图8，内嵌类型光触摸屏设备200包括像素阵列260、栅极驱动器220、信号输出单元230和数据驱动器240。这里，栅极驱动器220、信号输出单元230和数据驱动器240的结构和操作与参照图7描述的结构和操作相同。图8中示出的像素阵列260与图7中示出的像素阵列250相同，除了在像素阵列260中，第三开关晶体管215被额外地布置在没有布置光传感器晶体管214的行中。换而言之，参照图8，像素阵列260可包括具有显示像素210d、第二开关晶体管213和光传感器晶体管214的第一像素210，以及具有显示像素210d和第三开关晶体管215的第二像素210”。例如，如图8所示，在像素阵列260中，可沿着行方向交替地布置一个第一像素210和一个第二像素210”。然而，这仅仅是示例，并且例如可沿着行方向在像素阵列260中交替地布置一个第一像素210和两个或更多第二像素210”。
可在不同的行中并行地布置第二开关晶体管213和第三开关晶体管215。例如，第二开关晶体管213的源极和第三开关晶体管215的源极可连接到相同的感光数据线Sensor-Data，而第二开关晶体管213的漏极和第三开关晶体管215的漏极可都连接到光传感器晶体管214的源极。因此，第二开关晶体管213和第三开关晶体管215都串联到光传感器晶体管214。然而，第二开关晶体管213的栅极连接到第n栅极线、第(n+2)栅极线、第(n+4)栅极线等，而第三开关晶体管215的栅极连接到第(n+1)栅极线、第(n+3)栅极线、第(n+5)栅极线等。此外，光传感器晶体管214连接到没有布置与光传感器晶体管214连接的第二开关晶体管213和第三开关晶体管215的另一行中的栅极。例如，布置在第n行中的光传感器晶体管214的栅极可连接到第n行和第(n+1)行之外的行(在图8的情况下的第(n+2)行)。
例如，在该结构中，当高电压正被施加到第n栅极线时，低电压被施加到其余栅极线。结果，布置在第n行中的显示像素210d显示图像，同时，经由第二开关晶体管213由布置在第n行中的感光像素210s输出感光信号。接下来，当高电压正被施加到第(n+1)栅极线时，低电压被施加到其余栅极线。结果，布置在第(n+1)行中的显示像素210d显示图像。此外，由于第(n+1)行中的第三开关晶体管215导通，因此，经由第三开关晶体管215从第n行中的感光像素210s输出感光信号。接下来，当高电压正被施加到第(n+2)栅极线时，低电压被施加到其余栅极线。结果，布置在第(n+2)行中的显示像素210d显示图像，同时，布置在第(n+2)行中的感光像素210s经由第二开关晶体管213输出感光信号。这里，施加到第(n+2)栅极线的高电压被施加到布置在第n行中的光传感器晶体管214的栅极，因而布置在第n行中的光传感器晶体管214被复位。
结果，当高电压被施加到第n和第(n+1)栅极线时，可从布置在第n行中的光传感器晶体管214输出感光信号。换而言之，如图3所示，由于在光传感器晶体管214被复位之前的保留感光结果的记忆功能，从一个光传感器晶体管214输出了两次感光信号。因此，用于感光的时间长度翻倍，感光可变的更精确。结果，可补偿在高驱动频率下驱动大尺寸高分辨率光触摸屏设备时的感光不足。
这里，第二开关晶体管213、第三开关晶体管215和光传感器晶体管214可被认为是相对于每两个显示像素210d布置的单个感光像素210s’。虽然图8示出相对于每两个显示像素210d布置一个感光像素210s’，但是这仅仅是示例。例如，可在第(n+2)行中布置与第二开关晶体管213和第三开关晶体管215并联的第四开关晶体管(未示出)。在这种情况下，可认为相对于每三个显示像素210d布置一个感光像素210s’。因此，当高电压被施加到第n到第(n+2)栅极线时，可输出感光信号。换而言之，可从光传感器晶体管214输出三次感光信号。接下来，当高电压被施加到第(n+3)栅极线时，光传感器晶体管214可被复位。
在图5到图8中，光传感器晶体管214的栅极连接到下一行的栅极线，因而在感光操作之后光传感器晶体管214被复位。然而，根据本发明的实施例，光传感器晶体管214的栅极可连接到前一行的栅极线，因而光传感器晶体管214可刚好在感光操作之前被复位。在这种情况下，可将仅连接到光传感器晶体管214的哑栅极线布置在第一栅极线之前。
应理解，在此描述的示例性实施例应被认为仅是描述性的，而不是限制的目的。每个实施例中的特征或方面的描述应通常被认为是可用于另外的实施例中的其它相似特征或方面。

Claims (38)

1.一种感光设备，包括：
感光像素阵列，具有按照行列布置的多个感光像素；
多条栅极线，沿着行方向被布置并将栅极电压分别提供给感光像素，
其中，每个感光像素包括用于感测光的光传感器晶体管和用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的开关晶体管，
布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线。
2.如权利要求1所述的感光设备，其中，每条栅极线连接到布置在相同行中的感光像素。
3.如权利要求1所述的感光设备，其中，布置在任意行中的感光像素的开关晶体管的栅极连接到与所述任意行对应的栅极线。
4.如权利要求3所述的感光设备，其中，开关晶体管和光传感器晶体管串联。
5.如权利要求1所述的感光设备，其中，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在紧接在所述任意行之后的一行中的栅极线。
6.如权利要求1所述的感光设备，其中，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行的两行或更多行之后的行中的栅极线。
7.如权利要求1所述的感光设备，还包括：
栅极驱动器，将栅极电压顺序提供给所述多条栅极线；
信号输出单元，包括沿着列方向布置的多条数据线，所述信号输出单元从感光像素接收感光信号，并输出数据信号。
8.如权利要求7所述的感光设备，其中，每条数据线连接到布置在相同列中的感光像素，
与任意列对应的数据线连接到布置在所述任意列中的感光像素的开关晶体管的源极。
9.如权利要求7所述的感光设备，其中，栅极驱动器包括栅极线和至少一条哑栅极线，所述栅极线的数量与感光像素阵列的像素行的数量相同，所述至少一条哑栅极线仅连接到布置在先前的行或后面的行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极。
10.如权利要求9所述的感光设备，其中，至少布置在感光像素阵列中的最后一行或第一行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到哑栅极线。
11.如权利要求1所述的感光设备，其中，光传感器晶体管是氧化物半导体晶体管，其沟道层由氧化物半导体形成。
12.一种光触摸屏设备，包括：
像素阵列，具有按照行列布置的多个显示像素和多个感光像素；
多条栅极线，沿着行方向被布置并将栅极电压分别提供给显示像素和感光像素，
其中每个显示像素包括显示单元和用于导通或关断显示单元的第一开关晶体管，
每个感光像素包括用于感测光的光传感器晶体管和用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的第二开关晶体管，
布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线。
13.如权利要求12所述的光触摸屏设备，还包括：
栅极驱动器，将栅极电压顺序提供给所述多条栅极线；
信号输出单元，包括沿着列方向布置的多条数据线，所述信号输出单元从感光像素接收感光信号，并输出数据信号；
数据驱动器，包括沿着列方向布置的多条图像数据线，并将图像信号提供给显示像素。
14.如权利要求12所述的光触摸屏设备，其中，每条栅极线连接到布置在相同行中的显示像素和感光像素。
15.如权利要求12所述的光触摸屏设备，其中，布置在任意行中的显示像素的第一开关晶体管的栅极和感光像素的第二开关晶体管的栅极连接到与所述任意行对应的栅极线。
16.如权利要求15所述的光触摸屏设备，其中，第二开关晶体管和光传感器晶体管串联。
17.如权利要求12所述的光触摸屏设备，其中，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在紧接在所述任意行之后的一行中的栅极线。
18.如权利要求12所述的光触摸屏设备，其中，布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行的两行或更多行之后的行中的栅极线。
19.如权利要求12所述的光触摸屏设备，还包括：至少一条哑栅极线，仅连接到光传感器晶体管的栅极。
20.如权利要求19所述的光触摸屏设备，其中，像素阵列中沿着行方向布置的第一感光像素或最后的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到哑栅极线。
21.如权利要求12所述的光触摸屏设备，其中，像素阵列包括具有显示像素和感光像素两者的第一像素和仅具有显示像素的第二像素。
22.如权利要求21所述的光触摸屏设备，其中，至少一个第一像素和至少一个第二像素沿着列方向被交替布置。
23.一种光触摸屏设备，包括：
像素阵列，具有按照行列布置的多个显示像素和多个感光像素；
多条栅极线，沿着行方向被布置并将栅极电压分别提供给显示像素和感光像素，
其中每个显示像素包括显示单元和用于导通或关断显示单元的第一开关晶体管，
每个感光像素包括：用于感测光的光传感器晶体管、用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的第二开关晶体管以及输出来自光传感器晶体管的感光信号并与第二开关晶体管并联的第三开关晶体管，
布置在任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线。
24.如权利要求23所述的光触摸屏设备，其中，每条栅极线连接到布置在相同行中的显示像素和感光像素。
25.如权利要求23所述的光触摸屏设备，其中，像素阵列包括：
第一像素，具有显示像素、第二开关晶体管和光传感器晶体管；
第二像素，具有显示像素和第三开关晶体管。
26.如权利要求25所述的光触摸屏设备，其中，至少一个第一像素和至少一个第二像素沿着列方向被交替布置。
27.如权利要求25所述的光触摸屏设备，其中，与布置了第一像素的行对应的栅极线连接到第一开关晶体管的栅极和第二开关晶体管的栅极；
与布置了第二像素的行对应的栅极线连接到第一开关晶体管的栅极和第三开关晶体管的栅极。
28.如权利要求23所述的光触摸屏设备，其中，第二开关晶体管和第三开关晶体管被并行布置在不同的行中。
29.如权利要求28所述的光触摸屏设备，其中，第二开关晶体管和第三开关晶体管都串联到光传感器晶体管。
30.如权利要求29所述的光触摸屏设备，其中，光传感器晶体管的栅极连接到另一行的栅极线，在所述另一行中没有布置与光传感器晶体管连接的第二开关晶体管和第三开关晶体管。
31.如权利要求23所述的光触摸屏设备，还包括：至少一条哑栅极线，仅连接到光传感器晶体管的栅极。
32.如权利要求31所述的光触摸屏设备，其中，像素阵列中沿着行方向布置的第一感光像素或最后的感光像素的光传感器晶体管的栅极连接到哑栅极线。
33.一种操作感光设备的方法，所述方法包括：
在具有按照行列布置的多个感光像素的感光像素阵列中，将高电压提供给布置在任意行中的感光像素的开关晶体管的栅极，并将低电压提供给布置在其余行中的感光像素的开关晶体管的栅极；
将高电压提供给布置在所述任意行之后的行中的感光像素的开关晶体管的栅极，并将低电压提供给布置在其余行中的感光像素的开关晶体管的栅极，
其中，每个感光像素包括用于感测光的光传感器晶体管和用于输出来自光传感器晶体管的感光信号的开关晶体管，
布置在所述任意行之前或之后的行中的栅极线连接到布置在所述任意行中的感光像素的光传感器晶体管的栅极，
当高电压正被施加到布置在所述任意行之前或之后的行中的感光像素的开关晶体管的栅极时，布置在所述任意行中的光传感器晶体管被复位。
34.如权利要求33所述的方法，其中，光传感器晶体管是氧化物半导体晶体管，其沟道层由氧化物半导体形成。
35.如权利要求34所述的方法，其中，低电压是当没有光入射到光传感器晶体管之上时光传感器晶体管的阈值电压和当光入射到光传感器晶体管之上时光传感器晶体管的阈值电压之间的电压。
36.如权利要求34所述的方法，其中，高电压是开关晶体管的阈值电压和用于将光传感器晶体管复位的电压中更高的那一个电压。
37.如权利要求33所述的方法，其中，开关晶体管包括被并行布置在不同行中的第一开关晶体管和第二开关晶体管。
38.如权利要求37所述的方法，还包括：
通过将高电压施加到第一开关晶体管的栅极来输出来自光传感器晶体管的感光信号；
通过将高电压施加到第二开关晶体管的栅极来再次输出来自相同光传感器晶体管的感光信号。
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