CN109855657A - 信号检测装置和传感器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种信号检测装置，包括：多条扫描线，沿列方向排布；多条信号读取线，沿行方向排布；多个信号检测单元，呈阵列排布，其中至少两行信号检测单元共用一条扫描线，位于相同列且连接同一条扫描线的各信号检测单元分别与不同的信号读取线连接；信号检测单元包括：开关晶体管和敏感结构；开关晶体管的控制极与对应的扫描线连接，开关晶体管的第一极与对应的信号读取线连接，开关晶体管的第二极与敏感结构连接，敏感结构用于感受被测量信息并根据感受到的信息生成对应的电信号；扫描线用于为与其连接的开关晶体管提供驱动信号，以使得敏感结构向对应的信号读取线输出电信号。本公开还提供了一种传感器。
Description
技术领域
本发明涉及传感技术领域，特别涉及一种信号检测装置和传感器。
背景技术
基于开关晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)和敏感结构的传感器已经得到验证及应用。传感器包括：由多个信号检测单元构成的阵列，每个信号检测单元均包括一个TFT和一个敏感结构，信号检测单元的检测原理如下：TFT关闭，敏感结构受外界信号刺激(光、压力等)产生电荷累积；TFT打开，通过信号读取线读取敏感结构中的电荷累积量，从而反应刺激信号的强弱。
在实际应用过程中，信号检测单元阵列的扫描频率和信号读取线中的信噪比是两个重要的性能参数，前者主要影响数据采集速度，后者主要影响数据采集的质量。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种信号检测装置和传感器。
第一方面，本公开实施例提供了一种信号检测装置，包括：
多条扫描线，沿列方向排布；
多条信号读取线，沿行方向排布；
多个信号检测单元，呈阵列排布，其中至少两行所述信号检测单元连接同一条所述扫描线，位于相同列且连接同一条所述扫描线的各信号检测单元分别与不同的所述信号读取线连接；
所述信号检测单元包括：开关晶体管和敏感结构；
所述开关晶体管的控制极与对应的所述扫描线连接，所述开关晶体管的第一极与对应的所述信号读取线连接，所述开关晶体管的第二极与所述敏感结构连接，所述敏感结构用于感受被测量信息并根据感受到的信息生成对应的电信号；所述扫描线用于为与其连接的所述开关晶体管提供驱动信号，以使得所述敏感结构向对应的信号读取线输出所述电信号。
在一些实施例中，连接同一条所述扫描线的至少两行所述信号检测单元为连续相邻的。
在一些实施例中，每相邻预定数量行的所述信号检测单元连接同一条所述扫描线。
在一些实施例中，每相邻预定数量行的所述信号检测单元所连接的同一条所述扫描线，位于其所连接的预定数量行的所述信号检测单元的任意相邻两行之间。
在一些实施例中，每相邻两行所述信号检测单元连接同一条所述扫描线。
在一些实施例中，每列所述信号检测单元连接两条所述信号读取线，不同列所述信号检测单元连接不同的所述信号读取线。
在一些实施例中，连接同一列信号检测单元的两条所述信号读取线分别设置于该一列信号检测单元的两侧。
在一些实施例中，对于任一所述信号检测单元，该信号检测单元内的所述开关晶体管位于该信号检测单元紧靠所对应的信号读取线的一侧。
在一些实施例中，所述敏感结构为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件或味敏元件。
在一些实施例中，所述信号检测装置还包括控制电路，所述控制电路控制所述开关晶体管在信号采集阶段时响应于其所连接的所述扫描线提供的信号而截止，以及在信号检测阶段时响应于其所连接的所述扫描线所提供的驱动信号而导通；
所述控制电路控制所述敏感结构在所述信号检测阶段将所述敏感结构在所述信号采集阶段感受到的信息生成并积累的相应量的载流子通过处于导通状态开关晶体管流入至对应的信号读取线，以输出所述电信号。
第二方面，本公开实施例还提供了一种传感器，包括：如上述的信号检测装置。
附图说明
图1为现有技术中涉及的一种信号检测装置的结构示意图；
图2为图1中第n列信号检测单元的结构示意图；
图3为本公开实施例一提供的一种信号检测装置的结构示意图；
图4为本公开中信号检测单元的截面示意图；
图5为图3中第n列信号检测单元的结构示意图；
图6为本公开实施例提供的另一种信号检测装置的结构示意图；
图7为图6中第n列信号检测单元的结构示意图；
图8为本公开实施例提供的又一种信号检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的信号检测装置和传感器进行详细描述。
图1为现有技术中涉及的一种信号检测装置的结构示意图，如图1所示，现有技术中的信号检测装置包括：沿列方向排布的M条扫描线G1～GM、沿行方向排布N条信号读取线R1～RN和呈M行、N列阵列排布的多个信号检测单元DU。其中，位于同一行的信号检测单元DU对应同一条扫描线G1/G2/…/GM，位于同一列的信号检测单元DU对应同一条信号读取线R1/R2/…/RN。
在检测过程中，各条扫描线G1/G2/…/GM逐条进行扫描，以驱动对应行的信号检测单元DU(对应行信号检测单元DU中的开关晶体管T导通)，各条信号读取线R1/R2/…/RN读取处于导通状态的信号检测单元DU内的电信号。
图2为图1中第n列信号检测单元的结构示意图，如图2所示，当位于第m行信号检测单元DU内开关晶体管T导通时(m为小于M的正整数)，位于第m行信号检测单元DU内的敏感结构S通过处于导通状态的开关晶体管T向对应的信号读取线输出电信号Ion；另外M-1行信号检测单元DU内开关晶体管T截止，然而由于漏电流影响而使得信号读取线中存在噪声。假定各开关晶体管T处于截止状态时产生的漏电流大小相同且为Ioff，则各信号读取线R1/R2/…/RN中的噪声INoise＝(M-1)*Ioff，当噪声INoise较大时，信号读取线R1/R2/…/RN中的信噪比较小，Ion会被淹没。
在现有技术中，由于每条信号读取线R1/R2/…/RN所连接的信号检测单元DU较多，因此各信号读取线R1/R2/…/RN中因TFT漏电流而产生的噪声较大，有效电信号极其容易被淹没。
此外，由于每一行信号检测单元DU对应一条扫描线G1/G2/…/GM，导致需要布置的扫描线G1～GM的数量较多，信号检测装置完成一帧数据采集的时间(采集周期)较长，即扫描频率较小，数据采集速度较慢。
为解决现有技术中存在的信号读取线读取的信号的信噪比小且信号检测单元阵列的扫描频率小的问题，本公开提供了一种信号检测装置和传感器。
图3为本公开实施例一提供的一种信号检测装置的结构示意图,如图3所示，该信号检测装置包括：多条扫描线G1～GM-1、多条信号读取线R1～R2N和多个信号检测单元DU；其中，多条扫描线G1～GM-1沿列方向排布(每条扫描线均沿行方向延伸)，多条信号读取线R1～R2N沿行方向排布(每条信号读取线均沿列方向延伸)，多个信号检测单元DU呈阵列排布。
在信号检测单元DU阵列中，存在至少两行信号检测单元DU连接同一条扫描线，且位于相同列且连接同一条扫描线的各信号检测单元DU分别与不同的信号读取线连接。
信号检测单元DU用于感受被测量信息并根据感受到的信息生成对应的电信号；扫描线G1～GM-1用于为与其连接的信号检测单元DU提供驱动信号，以使得信号检测单元DU向与该信号检测单元DU连接的信号读取线R1～R2N输出电信号。
作为一种具体实施方案，信号检测单元DU包括：开关晶体管T和敏感结构S；开关晶体管T的控制极与对应的扫描线G1/G2/…/GM-1连接，开关晶体管T的第一极与对应的信号读取线R1/R2/…/R2N连接，开关晶体管T的第二极与敏感结构S连接；敏感结构S用于感受被测量信息并根据感受到的信息生成对应的电信号。
需要说明的是，本公开中的“控制极”是指开关晶体管T的栅极，“第一极”和“第二极”其中之一是指开关晶体管T的源极，另一是指开关晶体管的漏极。2
其中，敏感结构S可选自热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件或味敏元件，对于上述示例的各类型敏感结构S的具体结构和工作原理此处不作限定。
图4为本公开中信号检测单元的截面示意图，如图4所示，开关晶体管T可采用底栅结构(图4中所示)或顶栅结构(未给出相应附图)，开关晶体管T中的有源层材料可选用氧化物半导体材料(例如氧化铟镓锌)；敏感结构S包括：上电极1、下电极2和位于两者之间的感应层3，下电极2与开关晶体管T的第二极连接；在实际应用中，信号检测装置中的所有敏感结构S可共用同一上电极2(上电极2呈整面铺设)，在进行检测时需向上电极2施加恒定偏压。
信号检测单元的检测原理如下：在采集阶段时，控制电路(未示出)通过扫描线的驱动信号的输出控制开关晶体管T处于截止状态时，感应层3感受被测量信息并根据感受到的信息生成相应量的载流子，此时由于开关晶体管T截止，因此载流子被限制在敏感结构S所形成的电容中(不能够形成电流)；在检测阶段时，控制电路控制开关晶体管T响应于其所连接的扫描线的驱动信号而导通时，敏感结构S中所累积的载流子通过开关晶体管T流入至对应的信号读取线。
作为一种具体应用，当敏感结构S光敏元件时，感应层3的材料可选用非晶硅(a-Si)材料，感应层吸收光并生成载流子。为保证光能透射至感应层，此时上电极优选采用透明导电材料(例如氧化铟锡)。
为便于本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面将结合图3所示情况，来对本公开的发明原理进行详细描述。为方便描述，假定图3中多个信号检测单元DU呈2M行、N列的阵列排布，且仅位于第j行和第j+1行的信号检测单元DU连接同一条扫描线Gj，其中j∈[1,M-1]。此时，信号检测装置中扫描线的数量为M-1条，信号读取线的条数为2N。
图5为图3中第n列信号检测单元的结构示意图，如图5所示，其中n∈[1,N]，位于第n列、第j+1行的信号检测单元DU与第2n-1条信号读取线R2n-1连接，位于第n列的其他M-1个信号检测单元DU与第2n条信号读取线R2n连接。
当第j条扫描线Gj中的驱动信号处于有效电位时，位于第j行和第j+1行的信号检测单元DU内的开关晶体管T导通，位于其他M-2行内开关晶体管T截止。此时，第2n-1条信号读取线R2n-1与0个处于截止状态的开关晶体管T连接，第2n-1条信号读取线R2n-1中的噪声为0；第2n条信号读取线与M-2个处于截止状态的开关晶体管T连接，第2n条信号读取线R2n中的噪声为INoise＝(M-2)*Ioff。
当除第j条扫描线Gj外的任意一条扫描线(假定为第k条扫描线Gk，k≠j)中驱动信号处于有效电位时，位于第k行信号检测单元DU内的开关晶体管T导通，位于其他M-1行内开关晶体管T截止。此时，第2n-1条信号读取线R2n-1与1个处于截止状态的开关晶体管T(位于第j+1行的信号检测单元DU内的开关晶体管T)连接，第2n-1条信号读取线R2n-1中的噪声为INoise＝Ioff；第2n条信号读取线R2n与M-2个处于截止状态的开关晶体管T连接，第2n条信号读取线R2n中的噪声为INoise＝(M-2)*Ioff。
由此可见，在检测过程中的任意时刻，本公开所提供的信号检测装置内各信号读取线中的噪声均小于现有技术所涉及的信号检测装置内各信号读取线中的噪声；在有效信号量Ion相等的情况下，相较于现有技术，本公开的技术方案可提高信号读取线中的信噪比，从而能提升数据采集的质量。
与此同时，假定一条扫描线进行驱动所对应的时长为t，则现有技术中完成一帧检测所对应的总时长(周期)为M*t，信号检测单元DU阵列的扫描频率为而本公开中完成一帧检测所对应的总时长为(M-1)*t，信号检测单元DU阵列的扫描频率为 由此可见，相较于现有技术，本公开的技术方案可以提升信号检测单元DU阵列的扫描频率，从而提升数据采集速度。
优选地，对应同一列信号检测单元DU的全部信号读取线R1/R2/…/R2N分别于该一列信号检测单元DU的两侧；进一步优选地，对于任一信号检测单元DU，该信号检测单元DU内的开关晶体管T位于该信号检测单元DU紧靠所对应的信号读取线R1/R2/…/R2N的一侧。在本公开中，上述设计可有效缩短信号检测单元DU与对应的信号读取线R1/R2/…/R2N之间的布线距离，以降低电阻。
需要说明的是，图3中所示第j行和第j+1行的信号检测单元DU连接同一条扫描线Gj的情况，仅用于进行示例性描述，其不会对本公开的技术方案产生限制。在公开中，也可以是多行信号检测单元DU连接同一条扫描线，且位于相同列且连接同一条扫描线的各信号检测单元DU分别与不同的信号读取线连接。
另外，图3中连接同一条扫描线的信号检测单元DU为相邻的两行信号检测单元DU的情况，也仅为本公开中示例性实施方案，其不会对本公开的技术方案产生限制。在本公开中，连接同一条扫描线的信号检测单元DU可以为连续相邻的至少两行信号检测单元DU，也可以为不相邻的至少两行信号检测单元DU，两种情况均属于本公开的保护范围。当然，连接同一条扫描线的信号检测单元DU可以为连续的至少两行的情况，为本公开中的优选实施方案，其可以有效缩短信号检测单元DU与对应的信号读取线之间的布线距离。
图6为本公开实施例提供的另一种信号检测装置的结构示意图,如图6所示，与图3中所示情况不同的是，图6中从第一行所述信号检测单元开始，每相邻预定数量行信号检测单元DU连接同一条扫描线G1/G2/…/GM/2，相较于图3所示情况，图6所示方案可减小扫描线G1/G2/…/GM/2的数量。
进一步优选地，扫描线G1/G2/…/GM/2位于其所对应的相邻预定数量行信号检测单元DU中任一相邻两行信号检测单元DU之间。在本公开中，上述设计可有效缩短信号检测单元DU与对应的扫描线G1/G2/…/GM/2之间的布线距离。
作为一种具体实施方案，每连续相邻两行信号检测单元DU连接同一条扫描线G1/G2/…/GM/2。
此时，对应于该M行、N列的信号检测单元DU阵列(假定M为偶数)，所布置的扫描线G1～GM/2的数量为条，信号读取线R1～R2N的数量为2N条。其中，位于第p条(p为小于等于的正整数)扫描线Gp与位于第2p-1行信号检测单元DU和位于第2p行信号检测单元DU连接；位于第q列(q为小于等于N的正整数)且处于偶数行的信号检测单元DU与第2q-1条信号读取线R2q-1连接，位于第q列且处于奇数行的信号检测单元DU与第2q条信号读取线R2q连接；每条信号读取线R1/R2/…/R2N与个信号检测单元DU连接。
图7为图6中第n列信号检测单元的结构示意图，如图7所示，位于第n列且处于偶数行的信号检测单元DU与第2n-1条信号读取线R2n-1连接，位于第n列且处于奇数行的信号检测单元DU与第2n条信号读取线R2n连接。
当任意一条扫描线G1/G2/…/GM/2中的驱动信号处于有效电位时，与该条扫描线所连接的两行信号检测单元DU内的开关晶体管T导通，其他M-2行信号检测单元DU内的开关晶体管T截止。此时，每条信号读取线R1/R2/…/R2N均与个处于截止状态的开关晶体管T连接，每条信号读取线R1/R2/…/R2N中的噪声
由此可见，在检测过程中的任意时刻，图5所提供的信号检测装置内各信号读取线R1/R2/…/R2N中的噪声均小于现有技术所涉及的信号检测装置内各信号读取线中的噪声INoise＝(M-1)*Ioff；在有效信号量Ion相等的情况下，相较于现有技术，本公开的技术方案可提高信号读取线中的信噪比，从而能提升数据采集的质量。
与此同时，图5所提供的信号检测装置完成一帧检测所对应的总时长为信号检测单元DU阵列的扫描频率为 由此可见，相较于现有技术，本公开的技术方案可以提升信号检测单元DU阵列的扫描频率，从而提升数据采集速度。
图8为本公开实施例提供的再一种信号检测装置的结构示意图,如图8所示，与图6中所示情况不同的是，图8中每相邻三行信号检测单元DU连接同一条扫描线。
此时，对应于该M行、N列的信号检测单元DU阵列(假定M为3的倍数)，所布置的扫描线G1～GM/3的数量为条，信号读取线R1～R3N的数量为3N条。对于各信号检测单元DU阵列与对应的扫描线G1/G2/…/GM/3、信号读取线R1/R2/…/R3N的连接情况，可参见图7中所示。其中，每条信号读取线R1/R2/…/R3N均与个信号检测单元DU连接。
当任意一条扫描线G1/G2/…/GM/3中的驱动信号处于有效电位时，与该条扫描线所连接的两行信号检测单元DU内的开关晶体管T导通，其他M-3行信号检测单元DU内的开关晶体管T截止。此时，每条信号读取线R1/R2/…/R3N均与个处于截止状态的开关晶体管T连接，每条信号读取线R1/R2/…/R3N中的噪声
由此可见，在检测过程中的任意时刻，图5所提供的信号检测装置内各信号读取线R1/R2/…/R3N中的噪声均小于现有技术所涉及的信号检测装置内各信号读取线中的噪声INoise＝(M-1)*Ioff；在有效信号量Ion相等的情况下，相较于现有技术，本公开的技术方案可提高信号读取线中的信噪比，从而能提升数据采集的质量。
与此同时，图8所提供的信号检测装置完成一帧检测所对应的总时长为信号检测单元DU阵列的扫描频率为 由此可见，相较于现有技术，本公开的技术方案可以提升信号检测单元DU阵列的扫描频率，从而提升数据采集速度。
通过前述实施例可见，连接同一条扫描线的信号检测单元的预定数量行数越大，则所需要布置的扫描线越少，所需要布置的信号读取线越多。各信号读取线所连接的信号检测单元数量越少；在进行数据采集时，各信号读取线中的噪声越小，信噪比越大。与此同时，信号检测装置完成一帧检测所对应的总时长越短，信号检测单元阵列的扫描频率越大，数据采集速度越快。
然而，在实际应用中，随着预定数量行数的增加，虽然所需扫描线的数量可以减少，但是所需要布置的信号读取线成倍增加，使得扫描线与信号读取线的总数量增加，不利于信号检测装置的高分辨率化。此外，当预定数量行数大于2时，不可避免的需要设计桥线L来连接部分信号检测单元与其对应的信号读取线，导致信号检测装置的结构复杂度增高、制备工艺难度增大。
综合上述各因素，本公开中优选地，预定数量行数为2，即图6中所示情况，其不仅具备提高信号读取线中的信噪比、提升信号检测装置的数据采集速度的有益效果，还能避免出现信号线布线数量过多、信号检测装置的结构复杂度增高、制备工艺难度增大的问题。
本公开实施例还提供了一种传感器，该传感器包括：信号检测装置，其中该信号检测装置采用前述任意一实施例所提供的信号检测装置，具体内容可参见前述实施例中的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
Claims (11)
1.一种信号检测装置，其特征在于，包括：
多条扫描线，沿列方向排布；
多条信号读取线，沿行方向排布；
多个信号检测单元，呈阵列排布，其中至少两行所述信号检测单元连接同一条所述扫描线，位于相同列且连接同一条所述扫描线的各信号检测单元分别与不同的所述信号读取线连接；
所述信号检测单元包括：开关晶体管和敏感结构；
所述开关晶体管的控制极与对应的所述扫描线连接，所述开关晶体管的第一极与对应的所述信号读取线连接，所述开关晶体管的第二极与所述敏感结构连接，所述敏感结构用于感受被测量信息并根据感受到的信息生成对应的电信号；所述扫描线用于为与其连接的所述开关晶体管提供驱动信号，以使得所述敏感结构向对应的信号读取线输出所述电信号。
2.根据权利要求1所述的信号检测装置，其特征在于，连接同一条所述扫描线的至少两行所述信号检测单元为连续相邻的。
3.根据权利要求2所述的信号检测装置，其特征在于，每相邻预定数量行的所述信号检测单元连接同一条所述扫描线。
4.根据权利要求3所述的信号检测装置，其特征在于，
每相邻预定数量行的所述信号检测单元所连接的同一条所述扫描线位于其所连接的预定数量行的所述信号检测单元的任意相邻两行之间。
5.根据权利要求3所述的信号检测装置，其特征在于，每相邻两行所述信号检测单元连接同一条所述扫描线。
6.根据权利要求5所述的信号检测装置，其特征在于，每列所述信号检测单元连接两条所述信号读取线，不同列所述信号检测单元连接不同的所述信号读取线。
7.根据权利要求6所述的信号检测装置，其特征在于，连接同一列信号检测单元的两条所述信号读取线分别设置于该一列信号检测单元的两侧。
8.根据权利要求7所述的信号检测装置，其特征在于，对于任一所述信号检测单元，该信号检测单元内的所述开关晶体管位于该信号检测单元紧靠所对应的信号读取线的一侧。
9.根据权利要求1所述的信号检测装置，其特征在于，所述敏感结构为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件或味敏元件。
10.根据权利要求1-9中任一所述的信号检测装置，其特征在于，还包括控制电路；
所述控制电路控制所述开关晶体管在信号采集阶段时响应于其所连接的所述扫描线提供的驱动信号而截止，以及在信号检测阶段时响应于其所连接的所述扫描线所提供的驱动信号而导通；
所述控制电路控制所述敏感结构在所述信号检测阶段将所述敏感结构在所述信号采集阶段感受到的信息生成并积累的相应量的载流子通过处于导通状态开关晶体管流入至对应的信号读取线，以输出所述电信号。
11.一种传感器，其特征在于，包括：如上述权利要求1-10中任一所述的信号检测装置。
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| CN201910150751.4A CN109855657A (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 信号检测装置和传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201910150751.4A CN109855657A (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 信号检测装置和传感器 |
Publications (1)
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| CN109855657A true CN109855657A (zh) | 2019-06-07 |
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| CN (1) | CN109855657A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111521546A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-08-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种细胞传感器阵列和细胞检测芯片 |
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2019
- 2019-02-28 CN CN201910150751.4A patent/CN109855657A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111521546A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-08-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种细胞传感器阵列和细胞检测芯片 |
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