CN103411669A - 光感测电路 - Google Patents
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Abstract
光感测电路包含电容、双栅极光晶体管、读出晶体管及控制电路。双栅极光晶体管具有第一端、第二端、第一栅极与第二栅极，该双栅极光晶体管的第一端电性耦接该电容。读出晶体管电性耦接电容，设置以根据电容储存的电压电位而提供输出信号至读取线。控制电路设置以根据照射于所述控制电路的光强度而控制双栅极光晶体管的第二栅极的电压电位。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种光感测电路，尤其涉及一种光感测电路的光晶体管及其控制电路。
【背景技术】
图1为已知光感测电路示意图，其中，光感测电路100包含光晶体管910、电容20、读出晶体管30以及读取线40。光晶体管910的第一端电性耦接电容20，光晶体管910的栅极端设置以接收第一控制信号G(n+1)，进而控制光晶体管910导通或截止。光晶体管910的第二端接收第二控制信号S(n)，而读出晶体管30的一端电性耦接电容20，另一端电性耦接读取线40。
图2是为图1为已知光感测电路运作波形图，图中的波形是为图1中端点Va的电压波形，其中，包含了在环境光(弱光)下的电压波形60_1，以及在光笔(强光)照射下的电压波形60_2。在一个周期(Frame Time)中，光感测电路的运作包含了重置时段(rest)及感测时段(sensing)。在重置时段中，第一控制信号G(n+1)导通光晶体管910，并且通过第二控制信号S(n)重置端点Va的电压电位。
在感测时段中，通过控制第一控制信号G(n+1)与第二控制信号S(n)而截止或者将光晶体管910操作在导通程度较低的状态。然而由于漏电流Id的关系，端点Va的电压电位根据光晶体管910受到光照的程度而产生的不同大小的漏电流Id，进而使得电容20的端点Va的电压电位下降。最后，在感测时段结束后，便可以通过第二控制信号G(n)导通读出晶体管30，进而根据端点Va的电压电位而提供相应的输出信号Ro给读取线40。通常而言，光晶体管910的漏电流Id的大小与其受到的光照程度成正相关，因此感测时段结束时，在环境光下的电压波形60_1会高于在光笔照射下的电压波形60_2。
总结而言，通过端点Va在不同的光照程度下会提供不同的电压的特性，因此便可以基于输出信号Ro来判断光感测电路是否受到光笔的照射。因此，提高感测时段结束时环境光下的电压波形60_1以及在光笔照射下的电压波形60_2的电压差，变成为提升感测的灵敏度的重要课题。
【发明内容】
本发明实施例的第一个技术方案是为一种光感测电路，包含电容、双栅极光晶体管、读出晶体管及控制电路。双栅极光晶体管具有第一端、第二端、第一栅极与第二栅极，所述双栅极光晶体管的第一端电性耦接所述电容。读出晶体管电性耦接所述电容及读取线，设置以根据所述电容储存的电压电位而提供输出信号至所述读取线。控制电路电性耦接所述双栅极光晶体管的第二栅极，设置以根据照射于所述控制电路的光强度而控制所述双栅极光晶体管的第二栅极的电压电位。
本发明实施例的第二个技术方案是为一种光感测电路，包含电容、双栅极光晶体管、读出晶体管及控制电路。双栅极光晶体管具有第一端、第二端、第一栅极与第二栅极。双栅极光晶体管的第一端电性耦接所述电容，设置以响应于照射于双栅极光晶体管的光强度、双栅极光晶体管的第一栅极与第二端的电压差及双栅极光晶体管的第二栅极与第二端的电压差而控制流经双栅极光晶体管的第一端及第二端的漏电流，进而改变电容储存的电位。读出晶体管电性耦接电容及读取线，设置以根据电容储存的电压电位而提供输出信号至读取线。控制电路电性耦接双栅极光晶体管的第二栅极，设置以根据照射于控制电路的光强度而控制双栅极光晶体管的第二栅极与第二端的电压差。
本发明实施例的第三个技术方案是为一种光感测电路，包含电容、双栅极光晶体管、读出晶体管及控制电路。双栅极光晶体管具有第一端、第二端、第一栅极与第二栅极。双栅极光晶体管的第一端电性耦接电容，设置以根据照射于双栅极光晶体管的光强度、双栅极光晶体管的第一栅极的电压及双栅极光晶体管的第二栅极电压而控制流经双栅极光晶体管的第一端及第二端的漏电流，进而改变电容储存的电压电位。读出晶体管电性耦接电容及读取线，设置以根据电容储存的电压电位而提供输出信号至读取线。控制电路电性耦接双栅极光晶体管的第二栅极，设置以根据照射于控制电路的光强度而控制双栅极光晶体管的第二栅极的电压，进而根据照射于控制电路的光强度而控制双栅极光晶体管的漏电流的大小。
根据本发明第一至第三个技术方案的一种特定的实施例，其中，控制电路包含光敏元件，光敏元件的第一端电性耦接双栅极光晶体管的第二栅极，光敏元件的第二端设置以接收导通电压，光敏元件设置以根据照射于光敏元件的光强度而决定是否提供导通电压给双栅极晶体管的第二栅极。
根据本发明第一至第三个技术方案的一种特定的实施例，其中，控制电路包含光敏元件，光敏元件的第一端电性耦接双栅极光晶体管的第二栅极，光敏元件的第二端设置以接收一导通电压，光敏元件设置以根据照射于光敏元件的光强度而控制双栅极光晶体管的第二栅极的电压电位。
根据本发明第一至第三个技术方案的一种特定的实施例，其中，控制电路包含第一晶体管，第一晶体管的第一端电性耦接双栅极光晶体管的第二栅极，第一晶体管的第二端设置以接收导通电压，第一晶体管设置以根据照射于第一晶体管的光强度而控制双栅极光晶体管的第二栅极的电压电位。
在上述特定的实施例中，其中，第一晶体管的第一栅极电性耦接双栅极光晶体管的第二栅极。
根据本发明第一至第三个技术方案的一种特定的实施例，其中，双栅极光晶体管的漏电流与照射于控制电路的光强度成正相关。
根据本发明第一至第三个技术方案的一种特定的实施例，其中，双栅极光晶体管第二栅极的电压电位与照射于控制电路的光强度成正相关。
根据本发明第一至第三个技术方案的一种特定的实施例，其中，双栅极光晶体管的第一栅极设置以接收第一控制信号，双栅极光晶体管的第二端设置以接收的第二控制信号，双栅极光晶体管还设置以根据第一控制信号而致能，进而通过双栅极光晶体管的第二端接收的第二控制信号而重置电容储存的电压电位。
根据本发明第一至第三个技术方案的一种特定的实施例，其中，读出晶体管的栅极端设置以接收第三控制信号，以根据第三控制信号而导通读出晶体管，进而根据电容储存的电压电位而提供输出信号至读取线。
本发明各实施例的技术方案通过根据照射于控制电路的光强度而控制双栅极光晶体管的第二栅极电压，因此使得双栅极光晶体管在弱光环境下其漏电流仅略微的提升，而在强光的环境下，双栅极光晶体管则明显的增加，最终使得本发明各实施例的光感测电路能够提供在强光与弱光环境下，差异较大的输出信号。
【附图说明】
图1是为已知光感测电路示意图；
图2是为图1为已知光感测电路运作波形图；
图3是为本发明光感测电路第一实施例示意图；
图4是为已知光感测电路与本发明实施例光感测电路运作波形比较图；
图5是为本发明光感测电路第二实施例示意图；
图6是为本发明光感测电路第三实施例示意图；
图7是为双栅极光晶体管实施例结构示意图；
图8是为本发明光感测电路第四实施例示意图。
【符号说明】
光晶体管 10
电容 20
读出晶体管 30
读取线 40
控制电路 50
电压波形 60_1、60_2、70_1、70_2
光感测电路 100、300、500、600、800
半导体层 111
第一端 112
第二端 113
第一栅极 121
第二栅极 122
光敏元件 510
晶体管 520、530
第一栅极 531
第二栅极 532
光晶体管 910
电压差 dv1、dv2
端点 Va
第一控制信G(n+1)号
第二控制信G(n)号
【具体实施方式】
在通篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中的通常意义。在此所使用的用词「实质上(substantially)」、「大约(around)」、「约(about)」或「近乎(approximately)」应大体上意味在给定值或范围的20%以内，较佳是在10%以内。此外，若使用「电(性)耦接」或「电(性)连接」一词在此是包含直接及间接的电气连接手段。相同的，若使用「耦接」或「连接」一词在此是包含直接及间接的连接或耦接手段。
除此之外，在通篇说明书与申请专利范围中，若有类似「根据参数A而影响结果B的的描述」，无特别注明时，参数A可以仅为影响结果B的多个参数其中之一或者参数A可以是影响结果B的唯一参数。在通篇说明书与申请专利范围中，若使用「设置以/用以执行某功能」来形容一元件，并非指该元件仅具有所述的功能，换言之，所述的功能可能仅为该元件的多个功能之一。
下文依本发明特举实施例配合所附图式作详细说明，但所提供的实施例并非设置以限制本发明所涵盖的范围。
图3是为本发明光感测电路第一实施例示意图。光感测电路300包含电容20、双栅极光晶体管10、读出晶体管30及控制电路50。双栅极光晶体管10具有第一端112、第二端113、第一栅极121与第二栅极122。双栅极光晶体管10的第一端112电性耦接电容20，设置以根据照射于双栅极光晶体管10的光强度、双栅极光晶体管的第一栅极121与第二端113的电压差及双栅极光晶体管的第二栅极122与第二端113的电压差而控制流经双栅极光晶体管10第一端112及第二端113的漏电流，进而改变电容20储存的电压电位。
读出晶体管30电性耦接电容20及读取线40，设置以根据电容20储存的电压电位而提供输出信号Ro至读取线40。控制电路50电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，设置以根据照射于控制电路50的光强度而控制双栅极光晶体管10的第二栅极122与第二端113的电压差。电容20的一端电性耦接双栅极光晶体管10的第一端112，另一端可以接收一定电压，例如可以接地。
举例而言，控制电路50具有光敏元件510，光敏元件510的一端电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，光敏元件510的另一端设置以接收导通电压Von。光敏元件510设置以根据照射在光敏元件510的光强度，进而决定光敏元件510导通或断开，或者根据照射在光敏元件510的光强度，进而决定光敏元件510导通程度。更具体的说，当照射在光敏元件510的光强度高于一预定的值，则光敏元件510便会导通，进而将光敏元件510另一端所接收的导通电压Von提供给双栅极光晶体管10的第二栅极122，因此，便能够增加双栅极光晶体管10的漏电流。
除此之外，光感测电路300的双栅极光晶体管10的第一栅极121设置以接收第一控制信号G(n+1)，进而控制双栅极光晶体管10导通或截止。而双栅极光晶体管10的第二栅极122则电性耦接控制电路50，双栅极光晶体管10的第二端113接收第二控制信号S(n)；而读出晶体管30的一端电性耦接电容20，另一端电性耦接读取线40。
图4为已知光感测电路与本发明实施例光感测电路运作波形比较图，电压波形60_1、60_2、70_1及70_2分别为已知光感测电路在环境光下的电压波形、已知光感测电路在光笔照射下的电压波形、本发明实施例光感测电路在环境光下的电压波形及本发明实施例光感测电路在光笔照射下的电压波形，且上述各波形为端点Va的电压波形。
光感测电路300的运作方式与光感测电路100类似，在一个周期(Frame Time)中，光感测电路的运作包含了重置时段(rest)及感测时段(sensing)。在重置时段中，第一控制信号G(n+1)导通双栅极光晶体管10，并且通过第二控制信号S(n)重置端点Va的电压电位。在感测时段中，通过控制第一控制信号G(n+1)与第二控制信号S(n)而截止或者将光晶体管10操作在导通程度较低的状态。然而由于漏电流的关系，端点Va的电压电位根据双栅极光晶体管10受到光照的程度而产生的不同大小的漏电流，进而使得端点Va的电压电位下降而产生不同的电压电位。最后，在感测时段结束后，便可以导通读出晶体管30，进而根据端点Va的电压电位而提供相应的输出信号Ro给读取线40。通常而言，光晶体管10的漏电流的大小与其受到的光照程度成正相关，因此感测时段结束时，在环境光下的电压波形70_1会高于在光笔照射下的电压波形70_2。
图4中由于双栅极光晶体管10具有双栅极，其在感测时段时，于环境光(低光源)的照射下，控制电路50响应于低光源而控制第二栅极122的电压为较低的电压电位，或者是直接将第二栅极122设置于浮接的状态，因此双栅极光晶体管10的漏电流仅会略大于习的光感测电路100的漏电流。是故光感测电路300在环境光的照射下，提供的输出信号Ro仅会略低于光感测电路100在环境光的照射下提供的输出信号Ro。
然而到了强光照射(例如光笔照射)的情况下，控制电路50响应于强光源而控制第二栅极122的电压为较高的电压电位，或者是将导通电压Von提供给双栅极光晶体管10的第二栅极122。因此双栅极光晶体管10的漏电流会远远的增大。相较于已知的光感测电路100，在强光照射(例如光笔照射)的情况下，光感测电路300的漏电流会远远大于光感测电路100的漏电流，是故光感测电路300在强光照射(例如光笔照射)的照射下，提供的输出信号Ro会远低于光感测电路100在强光照射(例如光笔照射)的照射下提供的输出信号Ro。
图4中电压差dv1是为已知光感测电路100在强光(如光笔)与弱光(如环境光)照射下，感测时段结束时端点Va的电压差，电压差dv2是为光感测电路300在强光(如光笔)与弱光(如环境光)照射下，感测时段结束时端点Va的电压差。可以明显的发现电压差dv2大于电压差dv1，此外由于输出信号Ro又是对应于感测时段结束时端点Va的电压，光感测电路300提供的输出信号Ro在强光与弱光照射下的差异会大于已知光感测电路100。总结而言，光感测电路300相较于已知光感测电路100，更能够分辨强光与弱光照射的不同。
图5是为本发明光感测电路第二实施例示意图。光感测电路500亦包含电容20、双栅极光晶体管10、读出晶体管30及控制电路50。而且双栅极光晶体管10具有第一端112、第二端113、第一栅极121与第二栅极122，双栅极光晶体管10的第一端112电性耦接电容20，设置以根据照射于双栅极光晶体管10的光强度、双栅极光晶体管的第一栅极121与第二端113的电压差及双栅极光晶体管的第二栅极122与第二端113的电压差而控制流经双栅极光晶体管10第一端112及第二端113的漏电流，进而改变电容20储存的电压电位。
读出晶体管30电性耦接电容20及读取线40，设置以根据电容20储存的电压电位而提供输出信号Ro至读取线40。控制电路50电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，设置以根据照射于控制电路50的光强度而控制双栅极光晶体管10的第二栅极122与第二端113的电压差。除此之外，光感测电路500的作动与光感测电路300亦大致相同，其运作的波形请一并参考图4与图5，在此不另外赘述。
与图3的光感测电路300不同的是，光感测电路500的控制电路50包含晶体管520，晶体管520的一端电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，晶体管520的另一端设置以接收导通电压Von。晶体管520设置以根据照射在晶体管520的光强度，进而决定晶体管520导通或断开，或者根据照射在晶体管520的光强度，进而决定晶体管520导通程度或者漏电流的大小。更具体的说，当照射在晶体管520的光强度越高，晶体管520的漏电流便会越大，双栅极光晶体管10的第二栅极122的电压电位便会越接近导通电压Von，而双栅极光晶体管10的第二栅极122越接近导通电压Von，双栅极光晶体管10的漏电流便会越大。
由于双栅极光晶体管10的第二栅极122的电压电位随着光照强度而改变，随着光照强度的调整，双栅极光晶体管10的漏电流亦随着呈正相关的变化，且其变化更甚于已知的光感测电路100。如图4所示，光感测电路500亦如光感测电路300，光感测电路500提供的输出信号Ro在强光与弱光照射下的差异会大于已知光感测电路100。总结而言，光感测电路500相较于已知光感测电路100，更能够分辨强光与弱光照射的不同。
图6是为本发明光感测电路第三实施例示意图。光感测电路600亦包含电容20、双栅极光晶体管10、读出晶体管30及控制电路50。而且双栅极光晶体管10具有第一端112、第二端113、第一栅极121与第二栅极122，双栅极光晶体管10的第一端112电性耦接电容20，设置以根据照射于双栅极光晶体管10的光强度、双栅极光晶体管的第一栅极121与第二端113的电压差及双栅极光晶体管的第二栅极122与第二端113的电压差而控制流经双栅极光晶体管10第一端112及第二端113的漏电流，进而改变电容20储存的电压电位。读出晶体管30，电性耦接电容20及读取线40，设置以根据电容20储存的电压电位而提供输出信号Ro至读取线40。
控制电路50电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，设置以根据照射于控制电路50的光强度而控制双栅极光晶体管10的第二栅极122与第二端113的电压差。除此之外，光感测电路600的作动与光感测电路300及光感测电路500亦大致相同，其运作的波形请一并参考图4与图6，在此不另外赘述。
与图5的光感测电路500不同的是，光感测电路600的控制电路50包含晶体管530，晶体管530的一端电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，晶体管530的另一端设置以接收导通电压Von。此外，晶体管530的第一栅极531电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，晶体管530还可以更具有第二栅极532，第二栅极532可以例如为接地。
晶体管530设置以根据照射在晶体管530的光强度，进而决定晶体管530导通或断开，或者根据照射在晶体管530的光强度，进而决定晶体管530导通程度或者漏电流的大小。更具体的说，当照射在晶体管530的光强度越高，晶体管530的漏电流便会越大，双栅极光晶体管10的第二栅极122的电压电位便会越接近导通电压Von，双栅极光晶体管10的第二栅极122越接近导通电压Von，双栅极光晶体管10的漏电流便会越大。
除此之外，当双栅极光晶体管10的第二栅极122电压电位越接近导通电压Von，由于晶体管530的第一栅极531电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，当双栅极光晶体管10的第二栅极122越接近导通电压Von，晶体管530的第一栅极531的电压电位亦越接近导通电压Von。随着晶体管530的第一栅极531的电压电位越接近导通电压Von，便会改变晶体管530的工作区间，使得晶体管530的漏电流增加。简言之，通过将晶体管530的第一栅极531电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，晶体管530根据被光照射强度而产生正向漏电流改变的现象，会相较于晶体管520而更加明显。
由于双栅极光晶体管10的第二栅极122的电压电位随着光照强度而改变，随着光照强度的调整，双栅极光晶体管10的漏电流亦随着呈正相关的变化，且其变化更甚于已知的光感测电路100。如图4所示，光感测电路600亦如光感测电路500，光感测电路600提供的输出信号Ro在强光与弱光照射下的差异会大于已知光感测电路100。总结而言，光感测电路500相较于已知光感测电路100，更能够分辨强光与弱光照射的不同。
此外，由于通过将晶体管530的第一栅极531电性耦接双栅极光晶体管10的第二栅极122，晶体管530根据被光照射强度而产生正向漏电流改变的现象，会相较于晶体管520而更加明显。因此双栅极光晶体管10的第二栅极122的电压电位随着光照强度而改变的现象相较于光感测电路500亦更明显，所以光感测电路600相较于光感测电路500，可以具有更好的感测效果。
图7是为双栅极光晶体管实施例结构示意图。双栅极光晶体管10适用于光感测电路300、500、600、800，但亦仅为双栅极光晶体管10一种实施示例。本领域的技术人员应该能够理解还有其他的双栅极光晶体管10的实施方式，举例而言，通过四道光罩制造技术或者超视角高清晰技术(Advanced Hyper-Viewing Angle,AHVA)来制作。双栅极光晶体管10包含第一栅极(如上栅极)121、第二栅极(如下栅极)122、半导体层111、第一端112及第二端113。半导体层111夹于第一栅极121与第二栅极122之间，第一栅极121与第二栅极122能够分别控制半导体层111行成的通道，进而控制第一端112及第二端113之间的电流路径。
图8是为本发明光感测电路第四实施例示意图。与光感测电路800与光感测电路300、500、600不同的是双栅极光晶体管10的第二栅极122直接接收导通电压Von。因此不管在强光或者弱光照射的情况下，双栅极光晶体管10的漏电流都会远大于已知的光感测电路100。是故光感测电路300、500、600相较于光感测电路800，光感测电路300、500、600提供的输出信号Ro在强光与弱光照射下的差异会大于光感测电路800。
总结而言，本发明各实施例通过控制电路50根据照射于控制电路50的光强度而控制双栅极光晶体管10的第二栅极122电压，因此使得双栅极光晶体管10在弱光环境下其漏电流仅略微的提升，而在强光的环境下，双栅极光晶体管10则明显的增加，最终使得本发明各实施例的光感测电路能够提供在强光与弱光环境下差异较大的输出信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种光感测电路，包含：
一电容；
一双栅极光晶体管，具有一第一端、一第二端、一第一栅极与一第二栅极，该双栅极光晶体管的第一端电性耦接该电容；
一读出晶体管，电性耦接该电容及一读取线，设置以根据该电容储存的电压电位而提供一输出信号至该读取线；以及
一控制电路，电性耦接该第二栅极，设置以根据照射于该控制电路的光强度而控制该第二栅极的电压电位。
2.如权利要求1所述的光感测电路，其特征在于，该双栅极光晶体管的漏电流与照射于该控制电路的光强度成正相关。
3.如权利要求2所述的光感测电路，其特征在于，该第二栅极的电压电位与照射于该控制电路的光强度成正相关。
4.如权利要求1至3任一项所述的光感测电路，其特征在于，该控制电路包含一光敏元件，该光敏元件的第一端电性耦接该第二栅极，该光敏元件的第二端设置以接收一导通电压，该光敏元件设置以根据照射于该光敏元件的光强度而决定是否提供该导通电压给该第二栅极。
5.如权利要求1至3任一项所述的光感测电路，其特征在于，该控制电路包含一光敏元件，该光敏元件的第一端电性耦接该第二栅极，该光敏元件的第二端设置以接收一导通电压，该光敏元件设置以根据照射于该光敏元件的光强度而控制该第二栅极的电压电位。
6.如权利要求1至3任一项所述的光感测电路，其特征在于，该控制电路包含一第一晶体管，该第一晶体管的第一端电性耦接该第二栅极，该第一晶体管的第二端设置以接收一导通电压，该第一晶体管设置以根据照射于该第一晶体管的光强度而控制该第二栅极的电压电位。
7.如权利要求6所述的光感测电路，其特征在于，该第一晶体管的一第一栅极电性耦接该第二栅极。
8.如权利要求1至3任一项所述的光感测电路，其特征在于，该双栅极光晶体管的第一栅极设置以接收一第一控制信号，该双栅极光晶体管的第二端设置以接收的一第二控制信号，该双栅极光晶体管还设置以根据该第一控制信号而致能，进而通过该第二控制信号而重置该电容储存的电压电位。
9.如权利要求1至3任一项所述的光感测电路，其特征在于，该读出晶体管的栅极端设置以接收一第三控制信号，以根据该第三控制信号而导通该读出晶体管，进而根据该电容储存的电压电位而提供该输出信号至该读取线。
10.如权利要求1所述的光感测电路，其特征在于，该第二栅极的电压电位与照射于该控制电路的光强度成正相关。
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