CN105044952A - 一种光传感器及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光传感器及其驱动方法，属于显示设备领域。光传感器包括感光薄膜晶体管、电容、电压读取电路和充电模块；电容并联在感光薄膜晶体管的第三电极和第二电极之间；电压读取电路的输入端与感光薄膜晶体管的第二电极连接，电压读取电路的输出端与外部读取设备连接，充电模块与电容连接。本发明在检测外部光强度之前，通过充电模块将电容充电至预设电压，使得初始检测时电容的电压已知，感光薄膜晶体管受到外部光的照射而发生漏电流的大小可通过预设电压与通过外部读取设备读取到的电容的电压之差来计算，通过第一个周期的检测结果即可计算出LCD或OLED上相应位置的外部光的强度，检测到正确结果的速度较快，提高触控操作的反应速度。

Description

一种光传感器及其驱动方法
技术领域
本发明涉及显示设备领域，特别涉及一种光传感器及其驱动方法。
背景技术
LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示器)和OLED(OrganicLightEmittingDisplay，有机发光显示器)因具有轻、薄、功耗低、亮度高以及画质高等优点，常用作手机、电视、电脑等电子装置的屏幕，为了使电子装置达到良好的人机互动效果，且让使用者能更加直观地操作电子装置，LCD和OLED通常具有触控功能，其可通过手指直接接触LCD或OLED而直接操作电子装置。其中，电子装置通过集成在LCD或OLED上的多个光传感器来检测不同位置处的外部光的强度，并根据不同位置处的外部光的强度来判断手指与LCD或OLED的接触点(以下简称触点)的位置和动作。
目前的光传感器包括感光薄膜晶体管、读取薄膜晶体管、电容和运算放大器，感光薄膜晶体管与电源连接，电源的电压始终高于电容的电压，感光薄膜晶体管感光发生漏电，电源中的电荷经感光薄膜晶体管流至电容中，电容的电压增大，从而使得感光薄膜晶体管所在位置处的外部光的强度可根据电容的电压增大的数值来计算。由于光照强度不同，感光薄膜晶体管感光发生漏电的电流的大小不同，当手指接触LCD或OLED时，触点处的外部光的强度因手指的遮挡而减弱，该位置处感光薄膜晶体管漏电的电流减小，故可根据比较LCD或OLED上所有光传感器检测到的外部光的强度的不同而确定触点的位置，且可根据触点的位置是否连续变化判断触点的动作。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
目前的光传感器的电容中往往会有残留的电荷，而初始检测过程中并不知道残留电荷的量，导致光传感器对相应位置的外部光的强度的初始检测结果不准确，检测到正确结果的速度较慢，可能导致触控操作失灵或反应速度慢。
发明内容
为了解决现有技术的光传感器对相应位置的外部光的强度的初始检测结果不准确，可能导致触控操作失灵或反应速度慢的问题，本发明实施例提供了一种光传感器及光传感器的驱动方法。所述技术方案如下：
根据本发明的第一方面，提供了一种光传感器，所述光传感器包括感光薄膜晶体管、电容、电压读取电路和充电模块；
所述感光薄膜晶体管的第一电极与第一电源连接，所述感光薄膜晶体管的第三电极接地，所述电容并联在所述感光薄膜晶体管的第三电极和第二电极之间，所述电容的电压大于所述第一电源的电压；
所述电压读取电路的输入端与所述感光薄膜晶体管的第二电极连接，所述电压读取电路的输出端与外部读取设备连接，所述充电模块与所述电容连接；
在所述光传感器检测外部光强度之前，通过所述充电模块将所述电容充电至预设电压；在所述电容的电压达到预设电压后，所述感光薄膜晶体管在外部光的照射下发生漏电，使所述电容中的电荷通过所述感光薄膜晶体管逐渐流失；在所述感光薄膜晶体管持续漏电一段时间后，所述电容中的电荷经所述电压读取电路流至所述外部读取设备，所述外部读取设备根据所述电容中电荷的流量获取所述电容的电压并计算出所述外部光的强度。
进一步地，所述电压读取模块包括读取薄膜晶体管和运算放大器；
所述读取薄膜晶体管的第一电极与所述感光薄膜晶体管的第二电极连接，所述读取薄膜晶体管的第三电极与外部的第一脉冲输入端连接；
所述运算放大器的同相输入端与第二电源连接，所述运算放大器的反相输入端与所述读取薄膜晶体管的第二电极连接，所述运算放大器的输出端与所述外部读取设备连接；
在所述感光薄膜晶体管持续漏电一段时间后，所述读取薄膜晶体管的第三电极接收所述第一脉冲输入端输入的高电平信号，所述读取薄膜晶体管连通所述运算放大器和所述感光薄膜晶体管，所述电容的电压经所述运算放大器进行放大处理后输出给所述外部读取设备。
进一步地，所述充电模块为开关件，所述开关件并联在所述运算放大器的输出端和所述读取薄膜晶体管的第二电极之间；
在所述光传感器检测外部光强度之前，所述开关件导通，所述读取薄膜晶体管接收所述第一脉冲输入端输入的高电平信号，所述读取薄膜晶体管连通所述电容和所述开关件；
所述外部读取设备输出的电流经所述开关件和所述读取薄膜晶体管流入所述电容，所述电容充电。
进一步地，所述开关件与外部的第二脉冲输入端连接；
在所述光传感器检测外部光强度之前，所述开关件接收第二脉冲输入端输入的高电平信号。
具体地，所述开关件为开关或开关管。
具体地，所述电容为有极电容。
进一步地，所述感光薄膜晶体管由光敏材料制成。
具体地，所述感光薄膜晶体管由单晶硅、多晶硅、非晶硅或者氧化物制成。
具体地，所述光传感器检测所述外部光的过程周期性进行。
根据本发明的第二方面，提供了一种显示装置，所述显示装置包括所述光传感器。
根据本发明的第三方面，提供了一种光传感器的驱动方法，所述光传感器的驱动方法应用于所述光传感器，所述光传感器的驱动方法的一个周期包括如下步骤：
在第一时段t1中，通过充电模块将电容充电至预设电压；
在第二时段t2中，感光薄膜晶体管在外部光的照射下发生漏电，使电容中的电荷通过感光薄膜晶体管逐渐流失；
在第三时段t3中，电容中的电荷经电压读取电路流至外部读取设备，外部读取设备根据电容中电荷的流量获取电容的电压并计算出外部光的强度。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明在检测外部光强度之前，通过充电模块将电容充电至预设电压，使得初始检测时电容的电压已知，感光薄膜晶体管受到外部光的照射而发生漏电流的大小可通过预设电压与通过外部读取设备读取到的电容的电压之差来计算，通过第一个周期的检测结果即可计算出LCD或OLED上相应位置的外部光的强度，并可通过比较LCD或OLED上所有光传感器检测到的各个位置的外部光的强度确定触点的位置，且可通过判断触点的位置的变化而判断触点的动作，检测到正确结果的速度较快，避免触控操作失灵，提高触控操作的反应速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的光传感器的示意图；
图2是本发明又一实施例提供的第一脉冲信号和第二脉冲信号的时序图；
图3是本发明又一实施例提供的光传感器的示意图；
图4是本发明又一实施例提供的第一脉冲信号和第二脉冲信号的时序图；
图5是本发明又一实施例提供的光传感器在显示装置中的使用状态参考图；
图6是本发明又一实施例提供的光传感器的驱动方法框图。
其中：
T1感光薄膜晶体管，
Cs电容，
B电压读取电路，
T2读取薄膜晶体管，
A运算放大器，
S开关件，
E外部读取设备，
R1第一电源，
R2第二电源，
R3第三电源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种光传感器，该光传感器包括感光薄膜晶体管T1、电容Cs、电压读取电路B和充电模块(参见图1中的开关件S或图3中的第三电源R3)；
感光薄膜晶体管T1的第一电极与第一电源R1连接，感光薄膜晶体管T1的第三电极接地，电容Cs并联在感光薄膜晶体管T1的第三电极和第二电极之间，电容Cs的电压大于第一电源R1的电压；
电压读取电路B的输入端与感光薄膜晶体管T1的第二电极连接，电压读取电路B的输出端与外部读取设备E连接，充电模块(参见图1中的开关件S或图3中的第三电源R3)与电容Cs连接；
在光传感器检测外部光强度之前，通过充电模块(参见图1中的开关件S或图3中的第三电源R3)将电容Cs充电至预设电压；在电容Cs的电压达到预设电压后，感光薄膜晶体管T1在外部光的照射下发生漏电，使电容Cs中的电荷通过感光薄膜晶体管T1逐渐流失；在感光薄膜晶体管T1持续漏电一段时间后，电容Cs中的电荷经电压读取电路B流至外部读取设备E，外部读取设备E根据电容Cs中电荷的流量获取电容Cs的电压并计算出外部光的强度。
本发明在检测外部光强度之前，通过充电模块(参见图1中的开关件S或图3中的第三电源R3)将电容Cs充电至预设电压，使得初始检测时电容Cs的电压已知，感光薄膜晶体管T1受到外部光的照射而发生漏电流的大小可通过预设电压与通过外部读取设备E读取到的电容Cs的电压之差来计算，通过第一个周期的检测结果即可计算出LCD或OLED上相应位置的外部光的强度，并可通过比较LCD或OLED上所有光传感器检测到的各个位置的外部光的强度确定触点的位置，且可通过判断触点的位置的变化而判断触点的动作，检测到正确结果的速度较快，避免触控操作失灵，提高触控操作的反应速度。
本发明实施例提供的光传感器，除了可应用于触控技术外，还可应用于指纹识别和显示器的亮度调节。
使用本发明的过程中，当用户的手指靠近LCD或OLED时，由于手指挡住了照射感光薄膜晶体管T1的外部光，被遮挡位置的感光薄膜晶体管T1漏电的电流减小，其中，感光薄膜晶体管T1漏电的电流减小的数值小于预设数值处的点即为触点。若用户在LCD或OLED上的触屏动作为点击，则点击完成后LCD或OLED上其他位置对应的感光薄膜晶体管T1漏电的电流均不再小于预设数值，LCD或OLED根据触点位置及与其对应的操作响应用户的点击动作；若用户在LCD或OLED上的触屏动作为滑屏操作，则LCD或OLED上会有一串连续点处的感光薄膜晶体管T1漏电流的大小按用户的手指接触连续点的顺序先后小于预设数值，也即触点的位置连续变化，LCD或OLED根据触点变化的路径及与其对应的操作响应用户的滑屏动作。
在本发明实施例中，当感光薄膜晶体管T1的第一电极的电位高于其第二电极的电位时，感光薄膜晶体管T1处于打开状态，而当感光薄膜晶体管T1的第一电极的电位低于其第二电极的电位时，感光薄膜晶体管T1处于关闭状态。由于感光薄膜晶体管T1的感光特性，感光薄膜晶体管T1受到外部光的照射时不能完全关断而发生漏电现象，由于第一电源R1的电压低于电容Cs的电压，电容Cs中的电荷经感光薄膜晶体管T1逐渐流失，且随着外部光的强度不同，感光薄膜晶体管T1漏电的电流的大小不同，具体为外部光的强度越强，感光薄膜晶体管T1漏电的电流越大。
在本发明实施例中，为了提高光传感器检测外部光强度的实时性和准确性，光传感器检测外部光强度的过程周期性进行，且后一个周期的起点与前一个周期的终点重合。
如图1所示，在本发明实施例中，电压读取模块包括读取薄膜晶体管T2和运算放大器A；
读取薄膜晶体管T2的第一电极与感光薄膜晶体管T1的第二电极连接，读取薄膜晶体管T2的第三电极与外部的第一脉冲输入端连接，第一脉冲输入端输入的脉冲信号的时序图如图2所示；
运算放大器A的同相输入端与第二电源R2连接，运算放大器A的反相输入端与读取薄膜晶体管T2的第二电极通过读取线连接，运算放大器A的输出端与外部读取设备E连接；
在感光薄膜晶体管T1持续漏电一段时间后，读取薄膜晶体管T2的第三电极接收第一脉冲输入端输入的高电平信号，读取薄膜晶体管T2连通运算放大器A和感光薄膜晶体管T1，电容Cs的电压经运算放大器A进行放大处理后输出给外部读取设备E。
在本发明实施例中，由于感光薄膜晶体管T1发生漏电时电路中通过的电流极小，故在一个脉冲周期内，第一脉冲输入端输入的高电平信号的时长远远小于其输入的低电平信号的时长，具体地，第一脉冲输入端输入的高电平信号的时长为其输入的低电平信号的时长的千分之一。
通过第一脉冲输入端输入的脉冲信号控制本发明实施例提供的光传感器是否读取电容Cs中的电压，便于控制，且使得结果精确。
如图1所示，在本发明实施例中，充电模块(参见图1中的开关件S或图3中的第三电源R3)为开关件S，开关件S并联在运算放大器A的输出端和读取薄膜晶体管T2的第二电极之间；
在光传感器检测外部光强度之前，开关件S导通，读取薄膜晶体管T2接收第一脉冲输入端输入的高电平信号，读取薄膜晶体管连通电容Cs和开关件S；
外部读取设备E输出的电流经开关件S和读取薄膜晶体管T2流入电容Cs，电容Cs充电。
在本发明实施例中，外部读取设备E通过USB接口与运算放大器A的输出端连接，当开关件S断开时，读取薄膜晶体管T2经运算放大器A与外部读取设备E连通，运算放大器A的输出端通过USB接口向外部读取设备E输出电讯号，从而使得由读取薄膜晶体管T2输送过来的电讯号经运算放大器A进行放大处理后发送给外部读取设备E，通过外部读取设备E读取出电讯号；而当开关件S导通时，运算放大器A被短路，由于电容Cs的最大电压为预设电压，预设电压的值往往较小，一般为5伏特即可满足设计需求，而外部读取设备E的电压往往高于预设电压，所以当运算放大器A被开关件S短路时，外部读取设备E可通过USB接口向开关件S输入电流，从而通过外部读取设备E为电容Cs充电。且在本发明实施例中，当电容Cs的电压达到预设电压后，即可断开开关件S。
其中，优选地，开关件S与外部的第二脉冲输入端连接，第一脉冲输入端输入的脉冲信号和第二脉冲输入端输入的脉冲信号的时序图如图2所示；
在光传感器检测外部光强度之前，开关件S接收第二脉冲输入端输入的高电平信号，便于控制开关件S的状态，从而便于控制使用本发明检测外部光强度的过程按周期进行。
其中，开关件S为开关或开关管，优选地，开关件S为开关管。
其中，感光薄膜晶体管T1始终处于关闭状态，在接受外部光的照射过程中一直在发生漏电，当第一脉冲输入端输入高电平信号且开关件S导通时，外部读取设备E为电容Cs充电，在电容Cs的电压达到预设电压时，外部读取设备E为电容Cs充电使电容Cs的电压增加的数值等于电容Cs因感光薄膜晶体管T1漏电而导致电压减小的数值，确保获得的电容Cs的电压下降的数值的精确度。
如图3所示，在本发明实施例中，充电模块(参见图1中的开关件S或图3中的第三电源R3)还可为第三电源R3，第三电源R3的电压大于电容Cs的电压，第三电源R3与感光薄膜晶体管T1的第一电极连接，感光薄膜晶体管T1的第一电极与外部的第二脉冲输入端连接；
第一脉冲输入端输入的脉冲信号和第二脉冲输入端输入的脉冲信号的时序图如图4所示，当第二脉冲输入端输入的信号为高电平时，第三电源R3与感光薄膜晶体管T1连通且第一电源R1与感光薄膜晶体管T1断开，第三电源R3经感光薄膜晶体管T1为电容Cs充电；
当第二脉冲输入端输入的信号为低电平时，第三电源R3与感光薄膜晶体管T1断开且第一电源R1与感光薄膜晶体管T1连通。
在本发明实施例中，当第三电源R3与感光薄膜晶体管T1断开且第一电源R1与感光薄膜晶体管T1连通时，由于第一电容Cs的电压高于第一电源R1的电压，感光薄膜晶体管T1关闭并漏电，导致电容Cs的电压减小，而当第三电源R3与感光薄膜晶体管T1连通且第一电源R1与感光薄膜晶体管T1断开时，由于第一电容Cs的电压低于第三电源R3的电压，感光薄膜晶体管T1打开，通过第三电源R3为电容Cs充电且使得电容Cs的电压达到预设电压。
其中，由于有极电容的体积小，容量大，故在本发明实施例中，电容Cs为有极电容，减小本发明实施例提供的光传感器的体积，且确保电容Cs的容量。
感光薄膜晶体管T1由光敏材料制成，如感光薄膜晶体管T1由单晶硅、多晶硅、非晶硅或者氧化物制成，优选地，感光薄膜晶体管T1由单晶硅制成。
实施例二
如图5所示，本发明实施例提供了一种显示装置，该显示装置包括实施例一中的光传感器，该光传感器集成在显示装置内，光传感器的感光薄膜晶体管T1通过驱动线驱动，且光传感器通过数据线与显示装备的控制模块连接，控制模块通过光传感器检测到的外部光的强度实现触控功能、指纹识别功能或亮度调节功能。
由于本实施例中的光传感器包括了实施例一中的全部内容，相同内容此处不再赘述。
本发明在检测外部光强度强度之前，通过充电模块(参见图1中的开关件S或图3中的第三电源R3)将电容Cs充电至预设电压，使得初始检测时电容Cs的电压已知，感光薄膜晶体管T1受到外部光的照射而发生漏电流的大小可通过预设电压与通过外部读取设备E读取到的电容Cs的电压之差来计算，通过第一个周期的检测结果即可计算出LCD或OLED上相应位置的外部光的强度，并可通过比较LCD或OLED上所有光传感器检测到的各个位置的外部光的强度确定触点的位置，且可通过判断触点的位置的变化而判断触点的动作，检测到正确结果的速度较快，避免触控操作失灵，提高触控操作的反应速度。
实施例三
如图6所示，本发明实施例提供了一种光传感器的驱动方法，该光传感器的驱动方法应用于实施例一中所述的光传感器，该光传感器的驱动方法的一个周期包括如下步骤：
步骤201，在第一时段t1中，通过充电模块将电容充电至预设电压；
步骤202，在第二时段t2中，感光薄膜晶体管在外部光的照射下发生漏电，使电容中的电荷通过感光薄膜晶体管逐渐流失；
步骤203，在第三时段t3中，电容中的电荷经电压读取电路流至外部读取设备，外部读取设备根据电容中电荷的流量获取电容的电压并计算出外部光的强度。
由于本实施例中的光传感器包括了实施例一中的全部内容，相同内容此处不再赘述。
本发明在检测外部光强度强度之前，通过充电模块将电容充电至预设电压，使得初始检测时电容的电压已知，在一个感光周期内，感光薄膜晶体管受到外部光的照射而发生漏电流的大小可通过预设电压与通过外部读取设备读取到的电容的电压之差来计算，通过第一个周期的检测结果即可计算出LCD或OLED上相应位置的外部光的强度，并可通过比较LCD或OLED上所有光传感器检测到的各个位置的外部光的强度确定触点的位置，且可通过判断触点的位置的变化而判断触点的动作，检测到正确结果的速度较快，避免触控操作失灵，提高触控操作的反应速度。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光传感器，其特征在于，所述光传感器包括感光薄膜晶体管、电容、电压读取电路和充电模块；
所述感光薄膜晶体管的第一电极与第一电源连接，所述感光薄膜晶体管的第三电极接地，所述电容并联在所述感光薄膜晶体管的第三电极和第二电极之间，所述电容的电压大于所述第一电源的电压；
所述电压读取电路的输入端与所述感光薄膜晶体管的第二电极连接，所述电压读取电路的输出端与外部读取设备连接，所述充电模块与所述电容连接；
在所述光传感器检测外部光强度之前，通过所述充电模块将所述电容充电至预设电压；在所述电容的电压达到预设电压后，所述感光薄膜晶体管在外部光的照射下发生漏电，使所述电容中的电荷通过所述感光薄膜晶体管逐渐流失；在所述感光薄膜晶体管持续漏电一段时间后，所述电容中的电荷经所述电压读取电路流至所述外部读取设备，所述外部读取设备根据所述电容中电荷的流量获取所述电容的电压并计算出所述外部光的强度。
2.根据权利要求1所述的光传感器，所述电压读取模块包括读取薄膜晶体管和运算放大器；
所述读取薄膜晶体管的第一电极与所述感光薄膜晶体管的第二电极连接，所述读取薄膜晶体管的第三电极与外部的第一脉冲输入端连接；
所述运算放大器的同相输入端与第二电源连接，所述运算放大器的反相输入端与所述读取薄膜晶体管的第二电极连接，所述运算放大器的输出端与所述外部读取设备连接；
在所述感光薄膜晶体管持续漏电一段时间后，所述读取薄膜晶体管的第三电极接收所述第一脉冲输入端输入的高电平信号，所述读取薄膜晶体管连通所述运算放大器和所述感光薄膜晶体管，所述电容的电压经所述运算放大器进行放大处理后输出给所述外部读取设备。
3.根据权利要求2所述的光传感器，其特征在于，所述充电模块为开关件，所述开关件并联在所述运算放大器的输出端和所述读取薄膜晶体管的第二电极之间；
在所述光传感器检测外部光强度之前，所述开关件导通，所述读取薄膜晶体管接收所述第一脉冲输入端输入的高电平信号，所述读取薄膜晶体管连通所述电容和所述开关件；
所述外部读取设备输出的电流经所述开关件和所述读取薄膜晶体管流入所述电容，所述电容充电。
4.根据权利要求3所述的光传感器，其特征在于，所述开关件与外部的第二脉冲输入端连接；
在所述光传感器检测外部光强度之前，所述开关件接收第二脉冲输入端输入的高电平信号。
5.根据权利要求3所述的光传感器，其特征在于，所述开关件为开关或开关管。
6.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述电容为有极电容。
7.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述感光薄膜晶体管由光敏材料制成。
8.根据权利要求7所述的光传感器，其特征在于，所述感光薄膜晶体管由单晶硅、多晶硅、非晶硅或者氧化物制成。
9.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述光传感器检测所述外部光的过程周期性进行。
10.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括权利要求1-9任一项权利要求所述的光传感器。
11.一种光传感器的驱动方法，其特征在于，所述光传感器的驱动方法应用于权利要求1-9任一项权利要求所述的光传感器，所述光传感器的驱动方法的一个周期包括如下步骤：
在第一时段t1中，通过充电模块将电容充电至预设电压；
在第二时段t2中，感光薄膜晶体管在外部光的照射下发生漏电，使电容中的电荷通过感光薄膜晶体管逐渐流失；
在第三时段t3中，电容中的电荷经电压读取电路流至外部读取设备，外部读取设备根据电容中电荷的流量获取电容的电压并计算出外部光的强度。
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