CN111800593B - 图像传感器及具有其的显示设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及图像传感器和显示设备。该图像传感器包括传感器像素。传感器像素包括：第一晶体管，联接在第一电源和第一节点之间，其中第一晶体管响应于第一控制信号而导通；光感测元件，联接在第一节点和第二电源之间，其中光感测元件响应于入射光而产生光电荷；存储电容器，并联联接到位于第一节点和第二电源之间的光感测元件；以及放大器，包括串联联接在第一电源和输出线之间的多个晶体管，其中放大器响应于第一驱动信号输出与第一节点的电压对应的感测信号。

Description

图像传感器及具有其的显示设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月2日提交的第10-2019-0038706号韩国专利申请的优先权，以及从其获得的所有权益，所述韩国专利申请的内容以其整体通过引用并入本文中。
技术领域
本公开的实施方式涉及图像传感器和包括该图像传感器的显示设备。
背景技术
近来，已经在各种方面中使用设置在包括智能电话和平板个人计算机(“PC”)的各种移动设备中的显示设备。例如，显示设备已经被制造成支持各种功能，例如识别用户的指纹或周围环境的功能或扫描仪功能。因此，已经广泛使用了各自包括图像传感器的显示设备。
发明内容
本公开的实施方式涉及具有降低的噪声的图像传感器和包括该图像传感器的显示设备。
本公开的实施方式提供了一种包括传感器像素的图像传感器。传感器像素包括：第一晶体管，联接在第一电源和第一节点之间，其中第一晶体管响应于第一控制信号而导通；光感测元件，联接在第一节点和第二电源之间，其中光感测元件响应于入射光而产生光电荷；存储电容器，在第一节点和第二电源之间并联联接到光感测元件；以及放大器，包括串联联接在第一电源和输出线之间的多个晶体管，其中，放大器响应于第一驱动信号输出与第一节点的电压对应的感测信号。
在实施方式中，放大器可以包括：第二晶体管，联接在第一电源和输出线之间，其中，第二晶体管包括联接到第一节点的栅电极并且产生感测信号；以及第三晶体管，联接在第二晶体管与输出线之间，其中，第三晶体管在第一驱动信号被提供的时间间隔期间放大并输出感测信号。
在实施方式中，放大器还可以包括联接在第三晶体管和输出线之间的第四晶体管。第四晶体管可以在第一驱动信号被提供的时间间隔期间放大和输出从第三晶体管提供的感测信号。
在实施方式中，图像传感器还可以包括：第一驱动线，公共地联接至第三晶体管的栅电极和第四晶体管的栅电极，其中，第一驱动线通过其发送第一驱动信号；以及第一电阻器元件，联接在第三晶体管的栅电极与第一驱动线之间。
在实施方式中，第一电阻器元件可以包括以二极管的形式联接在第一驱动线和第三晶体管的栅电极之间的晶体管元件。
在实施方式中，放大器可以包括：第二电阻器元件，联接在第一电阻器元件和第一驱动线之间；以及第五晶体管，联接在第三晶体管和第四晶体管之间，其中，第五晶体管包括联接在第一电阻器元件和第二电阻器元件之间的栅电极。
在实施方式中，图像传感器还可以包括：第一驱动线，联接到第四晶体管的栅电极，其中，第一驱动线通过其传输第一驱动信号；以及第二驱动线，联接到第三晶体管的栅电极，其中，第二驱动线在第一驱动信号被提供的时间间隔期间通过其传输第二驱动信号。
在实施方式中，第二驱动信号可以具有比第一驱动信号的电压电平低的栅极导通电压。
在实施方式中，图像传感器还可以包括：第五晶体管，联接在第三晶体管和第四晶体管之间；以及第三驱动线，联接到第五晶体管的栅电极，其中，第三驱动线通过其传输在时间上与第一驱动信号和第二驱动信号重叠的第三驱动信号。
在实施方式中，第三驱动信号可以具有比第二驱动信号的电压电平高且比第一驱动信号的电压电平低的栅极导通电压。
在实施方式中，其中，在传感器像素被激活的感测周期的每个循环期间，第一控制信号和第一驱动信号可以以预定时间的时间间隔顺序地提供给传感器像素。
在实施方式中，光感测元件可以是光电二极管。
在实施方式中，传感器像素还可以包括联接在第一节点和光感测元件之间的传输晶体管，其中，传输晶体管响应于第二控制信号而导通。
在实施方式中，第一控制信号和第二控制信号可以在传感器像素被激活的感测周期的每个循环期间被顺序地提供给传感器像素，并且第一驱动信号可以在每个循环期间在第一控制信号和第二控制信号之后多次单独提供。
本公开的另一实施方式提供一种显示设备。该显示设备包括：显示面板，包括显示像素；以及图像传感器，包括传感器像素。传感器像素包括：第一晶体管，联接在第一电源和第一节点之间，其中第一晶体管响应于第一控制信号而导通；光感测元件，联接在第一节点和第二电源之间，其中光感测元件响应于入射光而产生光电荷；存储电容器，在第一节点和第二电源之间并联联接到光感测元件；以及放大器，包括串联联接在第一电源和输出线之间的多个晶体管，其中，放大器响应于第一驱动信号输出与第一节点的电压对应的感测信号。
在实施方式中，放大器可以包括：第二晶体管，联接在第一电源和输出线之间，其中第二晶体管包括联接到第一节点的栅电极以产生感测信号；以及第三晶体管，联接在第二晶体管与输出线之间，其中，第三晶体管在第一驱动信号被提供的时间间隔期间放大并输出感测信号。
在实施方式中，放大器还可以包括联接在第三晶体管和输出线之间的第四晶体管，并且第四晶体管在第一驱动信号被提供的时间间隔期间放大并输出从第三晶体管提供的感测信号。
在实施方式中，在传感器像素被激活的感测周期的每个循环期间，第一控制信号和第一驱动信号以预定时间的时间间隔顺序地提供给传感器像素。
在实施方式中，传感器像素还可以包括联接在第一节点和光感测元件之间的传输晶体管，其中，传输晶体管响应于第二控制信号而导通。
在实施方式中，图像传感器可以布置在显示面板的后表面上，并且传感器像素可以布置在感测区域中，该感测区域与其中布置有显示像素的显示区域的一部分重叠。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其他特征将变得显而易见，在附图中：
图1是示出根据本公开的实施方式的显示设备的配置图；
图2和图3是示出根据本公开的实施方式的显示设备的面板单元的平面图；
图4A至图4D是示出根据本公开的实施方式的显示像素和传感器像素的阵列结构的平面图；
图5A和图5B是示出根据本公开的实施方式的显示设备的剖视图；
图6是示出根据本公开的实施方式的显示设备的电路图；
图7是示出根据本公开的实施方式的显示像素的剖视图；
图8是示出根据本公开的实施方式的传感器像素的电路图；
图9是示出用于驱动图8的传感器像素的输入信号的实施方式的信号时序图；
图10是示出根据本公开的替代实施方式的传感器像素的电路图；
图11是示出用于驱动图10的传感器像素的输入信号的另一替代实施方式的信号时序图；
图12是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素的电路图；
图13是示出根据本公开的实施方式的传感器像素的电路图；
图14是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素的电路图；
图15是示出用于驱动图14的传感器像素的输入信号的实施方式的信号时序图；
图16是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素的电路图；
图17是示出根据本公开的另一实施方式的传感器像素的电路图；以及
图18是示出用于驱动图17的传感器像素的输入信号的实施方式的信号时序图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了各种实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。在说明书通篇，相同的附图标记表示相同的元件。
应当理解，当元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一个元件上，或者在它们之间可以存在介于中间的元件。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”时，不存在介于中间的元件。
应当理解，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不背离本文中的教导的情况下，下面讨论的“第一元件”、“第一组件”、“第一区域”、“第一层”或“第一部分”可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并且不旨在限制。如本文中所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在包括复数形式(包括“至少一个”)，除非上下文另有明确说明。“A和B中的至少一个”表示“A或B”。“或”表示“和/或”。如本文中所用，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”或“包括(includes)”和/或“包括(including)”指定所阐述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
此外，可在本文中使用相对术语，诸如“下部”或“底部”以及“上部”或“顶部”来描述如图中所示的一个元件与另一元件的关系。应当理解，除了附图中描绘的定向之外，相对术语旨在包含设备的不同定向。例如，如果附图之一中的设备被翻转，则被描述为在其他元件“下部”侧上的元件将随之被定向在其他元件“上部”侧上。因此，取决于附图的特定定向，示例性术语“下部”可以包含“上部”和“上部”两种定向。类似地，如果附图之一中的设备被翻转，则被描述为在其他元件“下方”或“下面”的元件将随之被定向在其他元件“上方”。因此，示例性术语“下方”或“下面”可以包含上方和下方两种定向。
如本文中所使用的，“约”或“近似”包括所述值以及如由本领域普通技术人员在考虑到所讨论的测量和与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的限制)时所确定的特定值的可接受偏差范围内的平均值。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域中的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应当理解的是，术语，诸如在常用字典中定义的那些术语，应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确地如此定义，否则不应以理想化或过于形式化的含义进行解释。
本文中参考作为理想化实施方式的示意图的剖视图示来描述示例性实施方式。这样，应预期由于例如制造技术和/或公差而导致的与图示的形状的变化。因此，本文中描述的实施方式不应被解释为限于如本文中所示的特定的区域形状，而是应包括例如由制造导致的形状偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙和/或非线性特征。此外，所示的锐角可以是圆润的。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出区域的精确形状，并且不旨在限制本权利要求的范围。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。
图1是示出根据本公开的实施方式的显示设备10的配置图。根据实施方式，显示设备10的面板单元100和驱动器单元200可以是如图1中所示的分离的或独立的组件，但不限于此。在替代实施方式中，显示驱动器210的一部分可以与显示面板110集成在一起。在实施方式中，图像传感器120和传感器驱动器220可以共同限定或构成单个传感器(例如，指纹传感器等)。
参照图1，显示设备10的实施方式可以包括面板单元100和驱动器单元200。根据实施方式，面板单元100可以包括配置为显示图像的显示面板110和布置在显示面板110的表面上的图像传感器120。在这样的实施方式中，驱动器单元200可以包括驱动显示面板110的显示驱动器210和驱动图像传感器120的传感器驱动器220。
显示面板110可以包括多个显示像素以显示与输入图像数据对应的图像。在实施方式中，显示面板110可以是但不限于包括有机/无机发光元件的发光显示面板或包括液晶层的液晶显示面板。在本发明的实施方式中，显示面板110的类型和/或结构不受特别限制，并且可以以各种形式改变。
图像传感器120可以包括用于产生与入射光对应的感测信号的多个传感器像素。在实施方式中，图像传感器120可以布置在显示面板110的后表面上。在这样的实施方式中，可以使用图像传感器120来实现各种功能，例如识别用户指纹或周围环境的功能或扫描仪功能，同时有效地防止由图像传感器120引起的图像质量的降低。
显示驱动器210可以包括将各种类型的驱动信号提供给显示面板110的驱动器电路。在一个实施方式中，例如，显示驱动器210可以包括分别将扫描信号和数据信号提供给显示像素的扫描驱动器和数据驱动器。
传感器驱动器220可以包括各种类型的驱动/感测电路，用于驱动图像传感器120并基于从图像传感器120输出的感测信号获取感测的信息。在实施方式中，例如，传感器驱动器220可以包括发送(“Tx”)电路单元和接收(“Rx”)电路单元，发送电路单元将各种类型的驱动信号和/或控制信号提供给传感器像素，接收电路单元响应于驱动信号接收从传感器像素输出的感测信号，分析感测信号，并产生感测的信息。在实施方式中，Tx电路单元可以具有与图像传感器120的驱动线(例如，布置在图像传感器120的相应水平行中的驱动线)相对应的多个Tx通道。在这样的实施方式中，Rx电路单元可以包括与图像传感器120的输出线(例如，布置在图像传感器120的相应竖直列中的输出线)相对应的多个Rx通道。
图2和图3是示出根据本公开的实施方式的显示设备10的面板单元100的平面图。具体地，图2和图3示出了具有彼此不同的阵列结构的显示面板110和图像传感器120的实施方式。
参照附图2和图3，显示面板110的实施方式可以包括布置在显示区域DA中的显示像素PXLd。图像传感器120可以包括布置在感测区域SA中的传感器像素PXLi，并且图像传感器120可以布置成与显示面板110的至少一部分重叠。在一个实施方式中，例如，图像传感器120可布置在显示面板110的后表面上，使得感测区域SA与显示区域DA的至少一部分重叠。
在实施方式中，如图2中所示，图像传感器120可以布置成与显示面板110的一部分重叠，并且图像传感器120可以具有比显示面板110的尺寸小的尺寸(例如，面积)。在实施方式中，感测区域SA可以与显示区域DA的一部分重叠。
在替代实施方式中，如图3中所示，图像传感器120可以布置成与显示面板110重叠，并且图像传感器120可以具有与显示面板110的尺寸基本相同或相似的尺寸(例如，面积)。在这样的实施方式中，感测区域SA可以布置成与显示区域DA基本上完全地重叠。
然而，本公开不限于此。在这样的实施方式中，可以对显示面板110和图像传感器120的尺寸和/或阵列结构进行各种修改。
显示面板110可以包括显示区域DA和非显示区域NDA。显示区域DA可以限定在显示设备10的屏幕上。非显示区域NDA可以布置在显示区域DA周围，并且可以在例如显示面板110的外围区域中设置成围绕显示区域DA。
显示区域DA可以是其中布置有多个显示像素PXLd的区域，并且也可以被称为显示设备10的有效区域。在实施方式中，显示像素PXLd可以是具有各种类型和/或结构的像素。在一个实施方式中，例如，显示像素PXLd可以是发光显示面板的像素，显示像素PXLd各自具有发光元件。显示设备10基于输入图像数据通过驱动显示像素PXLd来在显示区域DA中显示图像。
非显示区域NDA可以是设置成围绕显示区域DA的区域，并且也可以被称为显示设备10的非有效区域。在本文中，非显示区域NDA可以包含地表示显示面板110的除显示区域DA之外的区域。在实施方式中，非显示区域NDA可以包括布线区域、焊盘区域和/或各种类型的虚设区域。
图像传感器120可以包括感测区域SA，其中传感器像素PXLi布置成使得可以有效地感测诸如用户的指纹的目标的形状(例如，目标的特定图案等)和/或目标的亮度。根据实施方式，如图2中所示，感测区域SA可以被设置为仅与显示区域DA的一部分重叠的区域，或者如图3中所示，可以被设置为与整个显示区域DA重叠的区域。替代地，显示区域DA和感测区域SA可以布置使得其仅部分区域彼此重叠。在实施方式中，传感器像素PXLi中的每个可以包括光感测元件(或者也称为“光接收元件”)，以产生与入射光对应的感测信号。
在实施方式中，可以使用布置在显示面板110中的光源作为图像传感器120的光源。在实施方式中，例如，设置在显示像素PXLd中的发光元件可以用作用于指纹感测等的光源。在实施方式中，例如，在激活指纹感测模式等的预定感测周期期间，显示像素PXLd中的与感测区域SA重叠的至少一些发射光，并且图像传感器120可以使用来自显示像素PXLd的显示面板110的内部光来操作。在这样的实施方式中，显示像素PXLd被用作图像传感器120的光源，而不使用单独的外部光源，从而可以减小或最小化显示设备10的厚度，并且可以降低制造成本。
然而，本公开不限于此。在替代实施方式中，除了用于图像显示的显示像素PXLd的发光元件之外，可以在显示面板110的内部/外部设置单独的光源，并且该单独的光源可以用作图像传感器120的光源。
图4A至图4D是示出根据本公开的实施方式的显示像素PXLd和传感器像素PXLi的阵列结构的平面图。具体地，图4A至图4D示出了布置在图2和图3的感测区域SA以及与感测区域SA重叠的显示区域DA中的显示像素PXLd和传感器像素PXLi的相对尺寸、分辨率和/或阵列关系。然而，本公开不限于图4A至图4D中所示的实施方式，并且可以对显示像素PXLd和/或传感器像素PXLi的形状、阵列形式、相对尺寸、数量、分辨率和/或相互阵列关系进行各种修改。
在图2和图3中的实施方式的以上描述中，感测区域SA和显示区域DA已经被描述为独立或单独的元件，以描述其中传感器像素PXLi被布置在图像传感器120中的区域以及其中显示像素PXLd被布置在显示面板110中的区域。图4A至图4D示出了在感测区域SA和显示区域DA彼此重叠的区域中的显示像素PXLd和传感器像素PXLi的阵列结构，并且显示设备10中的显示像素PXLd和传感器像素PXLi被布置在一起的一部分将被统称为“感测区域SA”。
在实施方式中，参考图4A，传感器像素PXLi可以以与显示像素PXLd相同的分辨率(或相同的密度)布置在感测区域SA中。在一个实施方式中，例如，在感测区域SA中，其中所布置的传感器像素PXLi的数量可以与其中所布置的显示像素PXLd的数量相同，并且传感器像素PXLi可以布置成一一对应地与显示像素PXLd形成对。
在实施方式中，如图4A中所示，显示像素PXLd和传感器像素PXLi可以彼此重叠，同时一一对应地形成对。在这样的实施方式中，传感器像素PXLi中的每个可以与任何一个显示像素PXLd的至少一部分重叠。在一个实施方式中，例如，每个传感器像素PXLi可以布置在其中形成有一个显示像素PXLd的像素区域中，并且传感器像素PXLi可以具有比相应的显示像素PXLd的尺寸小的尺寸。这里，术语“像素区域”可以包含地意味着其中设置有构成每个显示像素PXLd的至少一个发光元件和/或像素电路的区域。
然而，在这样的实施方式中，显示像素PXLd和传感器像素PXLi的阵列结构可以以各种形式进行各种修改或改变。在替代实施方式中，显示像素PXLd和传感器像素PXLi彼此相邻布置，同时一一对应地形成相应的对，但是显示像素PXLd和传感器像素PXLi可以替代地布置成使得显示像素PXLd和传感器像素PXLi彼此不重叠。替代地，不管显示像素PXLd和传感器像素PXLi的相对尺寸和/或数量如何，显示像素PXLd和传感器像素PXLi可以交替地布置成彼此不重叠。
参照图4B，在实施方式中，传感器像素PXLi可以在显示像素PXLd之间布置成不与显示像素PXLd重叠。在实施方式中，传感器像素PXLi可以在感测区域SA中布置成具有与显示像素PXLd的分辨率(或密度)相同或不同的分辨率(或密度)。在实施方式中，传感器像素PXLi可以具有与显示像素PXLd的尺寸相同或不同的尺寸。替代地，传感器像素PXLi可以在感测区域SA中布置成具有预定的尺寸和/或预定的分辨率，而不管显示像素PXLd的尺寸和/或分辨率如何。
参照图4C，感测区域SA可以包括其数量小于显示像素PXLd的数量的传感器像素PXLi。在这样的实施方式中，传感器像素PXLi可以以比显示像素PXLd的分辨率低的分辨率跨越感测区域SA分布。在一个实施方式中，例如，每个传感器像素PXLi可以在感测区域SA中布置成具有这样的尺寸和/或以确定的间隔布置，即，使得每个传感器像素PXLi被允许与布置在感测区域SA中的多个显示像素PXLd重叠。
在这样的实施方式中，传感器像素PXLi可以以比显示像素PXLd的分辨率低的分辨率跨越感测区域SA分布，并且可以改变或不同地修改其分布形式。在替代实施方式中，传感器像素PXLi可以布置成仅与布置在感测区域SA中的显示像素PXLd中的一些重叠。替代地，传感器像素PXLi可以布置成不与显示像素PXLd重叠，同时以比显示像素PXLd的分辨率低的分辨率跨越感测区域SA分布。
参照图4D，感测区域SA可以包括其数量比显示像素PXLd的数量多的传感器像素PXLi。在这样的实施方式中，传感器像素PXLi可以以比显示像素PXLd的分辨率高的分辨率跨越感测区域SA分布。在一个实施方式中，例如，布置在感测区域SA中的传感器像素PXLi中的一些可以与显示像素PXLd重叠，并且一些其他传感器像素PXLi可以布置在显示像素PXLd之间。
在传感器像素PXLi可以以比显示像素PXLd的分辨率高的分辨率跨越感测区域SA分布的实施方式中，传感器像素PXLi可以布置成不与显示像素PXLd重叠。在一个实施方式中，例如，传感器像素PXLi可以仅在显示像素PXLd之间的区域中密集地布置，同时具有比显示像素PXLd的尺寸小的尺寸。
在实施方式中，如图4D中所示，传感器像素PXLi可以规则地布置在感测区域SA中，但是本公开不限于此。在替代实施方式中，传感器像素PXLi可以不规则地跨越感测区域SA分布。在这样的实施方式中，传感器像素PXLi的尺寸、分辨率和/或分布形式可以以各种方式进行各种修改或改变。
图5A和图5B是示出根据本公开的实施方式的显示设备10的剖视图。具体地，图5A和图5B示意性地示出了使用显示设备10的指纹感测方法以及显示设备10的感测区域SA的示意性截面。
参照图5A和图5B，显示设备10的实施方式可以包括具有显示像素PXLd的显示面板110以及分别布置在显示面板110的相对表面上的图像传感器120和窗130。在实施方式中，图像传感器120和窗130可以分别布置在显示面板110的后表面和前表面上。在实施方式中，窗130可以选择性地设置在显示设备10中。在替代实施方式中，窗130可以被省略或者可以与显示面板110集成在一起。
在实施方式中，显示面板110和图像传感器120可以至少在感测区域SA中彼此重叠。根据实施方式，如图5A中所示，传感器像素PXLi可以以比显示像素PXLd的分辨率高的分辨率跨越感测区域SA分布，或者如图5B中所示，传感器像素PXLi可以以比显示像素PXLd的分辨率低的分辨率跨越感测区域SA分布。在实施方式中，传感器像素PXLi可以以至少足以执行感测功能的分辨率跨越感测区域SA分布。在一个实施方式中，例如，当图像传感器120设计成感测指纹时，传感器像素PXLi可以以至少足以识别指纹的分辨率(或密度)跨越感测区域SA分布。
在实施方式中，显示设备10可以使用显示像素PXLd中的至少一些作为光源来感测指纹等。在一个实施方式中，例如，在图像传感器120被激活的感测周期期间，显示设备10可以通过驱动跨越感测区域SA分布的显示像素PXLd中的至少一些来产生显示面板110的内部光。在一个实施方式中，例如，显示设备10可以通过驱动感测区域SA中的显示像素PXLd中的至少一些并且通过使被驱动的显示像素PXLd中的发光元件EL发光来发光。
在这样的实施方式中，当用户的手指触摸或接近显示设备10的顶表面(例如感测区域SA的窗130)时，从显示面板110发射的光中的至少一部分可以从用户的手指反射，并且然后可以在依次穿过窗130和显示面板110之后入射在传感器像素PXLi上。然后，传感器像素PXLi可以输出与入射光对应的感测信号。从传感器像素PXLi输出的感测信号可以被输入到传感器驱动器220，并且传感器驱动器220可以通过聚集传感器像素PXLi的相应的输出信号来生成用户的指纹信息。在一个实施方式中，例如，从指纹的相应的脊和谷反射并入射到传感器像素PXLi上的反射光分量可以具有不同的光量或不同的波形。因此，可以通过聚集从传感器像素PXLi接收的感测信号并通过识别指纹的脊和谷来检测指纹的形式(图案)。在这样的实施方式中，可以通过使用图像传感器120的光感测(光检测)方案来获得各种类型的信息以及用户的指纹。
在实施方式中，如图5A和图5B中所示，可以使用从至少一些显示像素PXLd发射的显示面板110的内部光来感测指纹等，但是本公开不限于此。在替代实施方式中，可以在显示设备10的内部和/或外部布置单独的光源，并且在图像传感器120被激活的感测周期期间驱动该光源，从而能够感测指纹等。
图6是示出根据本公开的实施方式的显示像素PXLd的电路图。具体地，图6示出了布置在图2和图3的显示区域DA中的显示像素PXLd。在图6中，示出了布置在显示区域DA的第i行(其中i是自然数)和第j列(其中j是自然数)中的显示像素PXLd。在实施方式中，布置在图2和图3的显示区域DA中的显示像素PXLd可以具有与图6中所示的结构基本相同的结构。在一个实施方式中，例如，显示像素PXLd可以以重复图案形成或设置在显示区域DA中，同时在其中布置有相应的像素电路PXC的底板层中以及在其中布置有相应的发光元件EL的发光元件层中具有基本上相同的结构。然而，本公开不限于此。在替代实施方式中，至少一个显示像素PXLd可具有与其余显示像素PXLd的结构不同的结构。
参照图6，显示像素PXLd的实施方式可以包括联接(例如，电连接)在第一像素电源ELVDD和第二像素电源ELVSS之间的发光元件EL以及联接在第一像素电源ELVDD和发光元件EL之间并且进一步联接到相应的扫描线SLi和相应的数据线DLj并且配置为控制流过发光元件EL的驱动电流的像素电路PXC。然而，像素电路PXC的位置不限于此。在一个实施方式中，例如，像素电路PXC也可以联接在发光元件EL和第二像素电源ELVSS之间。在显示像素PXLd是无源像素的实施方式中，可以省略像素电路PXC。在这样的实施方式中，发光元件EL的两端(例如，阳极电极和阴极电极)可以直接联接到预定电力线(例如，第一电力线或第二电力线)和预定信号线(例如，扫描线SLi或数据线DLj)。
第一像素电源ELVDD和第二像素电源ELVSS可以具有彼此不同的电势或电压。在一个实施方式中，例如，第一像素电源ELVDD可被设置为高电势电力，且第二像素电源ELVSS可被设置为低电势电力。第一像素电源ELVDD和第二像素电源ELVSS之间的电势差(即施加在其间的电压)可以大于发光元件EL的阈值电压。
发光元件EL可以经由像素电路PXC联接到第一像素电源ELVDD。在一个实施方式中，例如，发光元件EL的阳极电极可以经由第二晶体管T2联接到第一像素电源ELVDD。在这样的实施方式中，发光元件EL的阴极电极可以联接到第二像素电源ELVSS。在这样的实施方式中，发光元件EL发射具有与从像素电路PXC提供的驱动电流对应的亮度的光。在实施方式中，发光元件EL可以是但不限于包括有机发光层的有机发光二极管(“OLED”)。在替代实施方式中，其尺寸为纳米级或微米级的微尺寸无机发光元件可以构成显示像素PXLd的光源。
像素电路PXC可以包括第一晶体管T1和第二晶体管T2以及电容器C。第一晶体管(下文中也称为“开关晶体管”)T1可以联接在数据线DLj和第一节点N1之间。在这样的实施方式中，第一晶体管T1的栅电极可以联接到扫描线SLi。当通过扫描线SLi提供具有栅极导通电压(例如，低电压)的扫描信号时，第一晶体管T1可以导通，从而将数据线DLj电联接到第一节点N1。在这样的实施方式中，当第一晶体管T1导通时，通过数据线DLj提供的数据信号可以被传送到第一节点N1。
第二晶体管(下文中也称为“驱动晶体管”)T2可以联接在第一像素电源ELVDD和发光元件EL之间。在这样的实施方式中，第二晶体管T2的栅电极可以联接到第一节点N1。第二晶体管T2响应于第一节点N1的电压控制流入发光元件EL中的驱动电流。在一个实施方式中，例如，第二晶体管T2可以响应于第一节点N1的电压来控制驱动电流的提供/非提供和/或驱动电流的大小。
电容器C可以联接在第一像素电源ELVDD和第一节点N1之间。在这样的实施方式中，电容器C存储与在每个帧周期期间提供给第一节点N1的数据信号对应的电压。
在本发明的实施方式中，显示像素PXLd的类型和结构不限于图6中所示的类型和结构。在实施方式中，显示像素PXLd可以被配置为符合当前已知的各种类型、结构和/或驱动方案的任何像素。此外，在图6中，尽管示出了显示设备10是发光显示设备(例如，有机发光显示设备)的显示像素PXLd的实施方式，但是本公开不限于此。在实施方式中，显示像素PXLd的结构、驱动方案等可以根据显示设备10的类型、结构和/或驱动方案以各种方式进行各种修改或改变。
图7是示出根据本公开实施方式的显示像素PXLd的剖视图。具体地，图7示出了图6中所示的显示像素PXLd的实施方式的截面。为了便于描述，图7中仅示出了显示像素PXLd的一部分(例如，其中布置有发光元件EL和联接到发光元件EL的第二晶体管T2的区域)。在实施方式中，显示像素PXLd的第一晶体管T1可以具有与第二晶体管T2的截面结构基本相同或相似的截面结构，但是本公开的晶体管结构不限于此。在实施方式中，形成电容器C的电极中的至少一个可以布置在与构成第一晶体管T1和第二晶体管T2的电极中的至少一个相同的层中，但是本公开不限于此。
参照图6和图7，每个显示像素PXLd可以设置在基础层BSL的表面上，基础层BSL是显示面板110的基础材料。在一个实施方式中，例如，每个显示像素PXLd可以设置在基础层BSL上的相应的像素区域PXA中。
基础层BSL可以是刚性衬底或柔性衬底，并且其性质或材料不受特别限制。在一个实施方式中，例如，基础层BSL可以被制造为包括玻璃或钢化玻璃或由它们形成的刚性衬底、具有柔性的薄膜衬底或者具有单层结构或多层结构的绝缘层。
在实施方式中，缓冲层BFL可以设置在基础层BSL的表面上。缓冲层BFL可以有效地防止杂质从基础层BSL扩散，并且可以改善基础层BSL的平整度。缓冲层BFL可以具有单层结构或包括两个或更多个层的多层结构。在实施方式中，缓冲层BFL可以是包括无机材料或由无机材料形成的无机绝缘层。在一个实施方式中，例如，缓冲层BFL可以包括例如氮化硅、氧化硅或氮氧化硅或由例如氮化硅、氧化硅或氮氧化硅形成。在缓冲层BFL具有多层结构的实施方式中，缓冲层BFL的各个层可以包括彼此相同的材料或彼此不同的材料，或者由它们形成。替代地，可以省略缓冲层BFL。
在实施方式中，构成像素电路PXC的各种类型的电路元件与第二晶体管T2一起可以设置在缓冲层BFL上。在实施方式中，在用于形成电路元件的工艺中，可以与电路元件一起形成包括各种电力线和/或信号线的布线(或线)。在一个实施方式中，例如，在形成像素电路PXC的电路元件的工艺步骤中，可以一起形成用于提供来自第一像素电源ELVDD和第二像素电源ELVSS的电力的第一电力线和第二电力线以及用于向相应的显示像素PXLd传送扫描信号和数据信号的扫描线SLi和数据线DLj。
第二晶体管T2可以包括有源层ACT、栅电极GE、源电极SE和漏电极DE。在实施方式中，有源层ACT可以设置在缓冲层BFL上，并且可以包括半导体材料或者由半导体材料制成。在一个实施方式中，例如，有源层ACT可以是包括多晶硅、非晶硅、氧化物半导体等的半导体图案，并且可以是掺杂或未掺杂杂质的半导体层。替代地，仅有源层ACT的一个区域可选择性地掺杂有杂质。
栅极绝缘层GI可以设置在有源层ACT上，并且栅电极GE可以设置在栅极绝缘层GI上。在实施方式中，扫描线SLi可以在相同的工艺期间与栅电极GE一起形成。
层间绝缘层IL可以设置在栅电极GE上，并且源电极SE和漏电极DE可以设置在层间绝缘层IL上。源电极SE和漏电极DE可以通过限定穿过栅极绝缘层GI和层间绝缘层IL的相应的接触孔CH联接到有源层ACT的不同区域。
在实施方式中，如图7中所示，源电极SE和漏电极DE设置在与设置有源层ACT的层不同的层中，但本公开不限于此。在替代实施方式中，源电极SE和/或漏电极DE可以从有源层ACT的两端延伸，并且可以与有源层ACT集成。
钝化层PSV(在下文中也称为“平坦化层”)可以设置在源电极SE和漏电极DE上。钝化层PSV可以基本上平坦化像素电路PXC的顶表面，同时覆盖包括第二晶体管T2的像素电路PXC的整个表面。
根据实施方式，基础层BSL、设置在基础层BSL的表面上的电路元件(例如，构成包括第二晶体管T2的每个像素电路PXC的电路元件)以及与电路元件一起形成的各种类型的电力线和/或布线可以限定显示设备10的底板层BPL。在一个实施方式中，例如，底板层BPL可以包括基础层BSL和设置在基础层BSL的表面上的电路元件层(例如，其中设置有像素电路PXC和/或各种类型的线的电路元件层)。
发光元件EL可以设置在钝化层PSV上。每个发光元件EL可以包括依次设置在相应的显示像素PXLd的发光区域EMA中的第一像素电极PXE1、发光层EML和第二像素电极PXE2。
第一像素电极PXE1可以设置在钝化层PSV上，并且可以通过限定穿过钝化层PSV的通孔VH联接到第二晶体管T2的一个电极，例如漏电极DE。在实施方式中，第一像素电极PXE1可以是但不限于发光元件EL的阳极电极。
限定每个像素区域PXA(具体地，发光区域EMA)的像素限定层PDL可以设置在其上设置有第一像素电极PXE1等的基础层BSL的表面上。像素限定层PDL可以设置在各个显示像素PXLd的发光区域EMA之间，并且在像素限定层PDL中限定用于从相应的发光区域EMA暴露第一像素电极PXE1的开口。在一个实施方式中，例如，像素限定层PDL可以沿着每个发光区域EMA的周边从其上设置有第一像素电极PXE1等的基础层BSL的表面向上突出。
发光层EML可以设置在由像素限定层PDL围绕的每个发光区域EMA中。发光层EML可以设置在第一像素电极PXE1的暴露表面上。在实施方式中，发光层EML可以具有至少包括光产生层LGL的多层薄膜结构。在一个实施方式中，例如，发光层EML可以包括用于发射预定颜色的光的光产生层LGL、插置在光产生层LGL和第一像素电极PXE1之间的第一公共层HCL以及插置在光产生层LGL和第二像素电极PXE2之间的第二公共层ECL。在实施方式中，第一公共层HCL可以包括空穴注入层和空穴传输层中的至少一个。在实施方式中，第二公共层ECL可以包括空穴阻挡层、电子传输层和电子注入层中的至少一个。在实施方式中，光产生层LGL可以根据相应的发光区域EMA被单独地图案化。在实施方式中，第一公共层HCL和第二公共层ECL可以设置成覆盖显示区域DA的整个表面。
在实施方式中，第二像素电极PXE2可以设置在发光层EML上。在实施方式中，第二像素电极PXE2可以是但不限于发光元件EL的阴极电极。在实施方式中，第二像素电极PXE2可以设置成覆盖显示区域DA的整个表面，但是本公开不限于此。
在实施方式中，设置在各个像素区域PXA中的第一像素电极PXE1、设置在第一像素电极PXE1上的发光层EML以及设置在发光层EML上的第二像素电极PXE2可以构成或共同限定显示设备10的发光元件层ELL。在一个实施方式中，例如，发光元件层ELL可以包括第一像素电极层、发光层EML和第二像素电极层，其中，第一像素电极层包括显示像素PXLd的第一像素电极PXE1，发光层EML设置在第一像素电极PXE1上，第二像素电极层包括设置在发光层EML上的第二像素电极PXE2。
配置成封装第二像素电极PXE2的薄膜封装层TFE可以设置在第二像素电极PXE2上。薄膜封装层TFE可以设置在显示面板110的其中设置有显示像素PXLd的部分(例如，至少显示区域DA)中，并且可以封装显示像素PXLd。在包括薄膜封装层TFE的实施方式中，可以减小显示面板110的厚度，并且可以确保显示面板110的柔性，同时有效地保护显示像素PXLd。
在实施方式中，薄膜封装层TFE可以具有多层结构或单层结构。在一个实施方式中，例如，薄膜封装层TFE可以具有多层结构，其包括至少两个重叠的无机层和插置在无机层之间的至少一个有机层。替代地，薄膜封装层TFE可以具有单个有机/无机混合绝缘层。根据实施方式，薄膜封装层TFE可以用包括玻璃或塑料材料或由玻璃或塑料材料制成的封装衬底ENC代替。在一个实施方式中，例如，封装衬底ENC可以在显示区域DA中设置成使得可以至少封装显示像素PXLd。根据实施方式，用于封装显示像素PXLd的薄膜封装层TFE或封装衬底ENC可以形成显示设备10的封装层ENL。
在实施方式中，包括基础层BSL且选择性地包括电路元件层(即，其中设置有构成每个像素电路PXC的电路元件和联接到电路元件的各种类型的线的电路层)的底板层BPL、包括设置在底板层BPL上的每个像素区域PXA中的发光元件EL的发光元件层ELL以及设置在包括发光元件EL的显示像素PXLd上的封装层ENL可以构成显示面板110。因此，显示面板110可以产生对应于数据信号的光。
图8是示出根据本公开的实施方式的传感器像素PXLi的电路图。具体地，图8示出了布置在图2和图3的感测区域SA中的传感器像素PXLi。在实施方式中，布置在图2和图3的感测区域SA中的传感器像素PXLi可以具有基本上彼此相同的结构，但是本公开不限于此。
参照图8，传感器像素PXLi的实施方式可以包括光感测元件PD。光感测元件PD可以是用于产生与光接收量对应的电信号的元件，并且可以是例如光电二极管。根据实施方式，光电二极管可以是但不限于各种类型的光电二极管中的一种，例如PIN二极管和雪崩光电检测器(“APD”)二极管。
在实施方式中，传感器像素PXLi还可以包括存储由光感测元件PD产生的光电荷的存储电容器Cst、将复位电压传送到联接到存储电容器Cst的第一节点N1的第一晶体管M1以及包括用于产生和放大与第一节点N1的电压对应的发送信号的多个晶体管的放大器AMP。
第一晶体管M1可以联接在第一电源VDD和第一节点N1之间，并且第一晶体管M1的栅电极可以联接到第一控制线CTL1。当从第一控制线CTL1提供具有栅极导通电压(例如，高电压)的第一控制信号时，第一晶体管M1导通，并且然后第一晶体管M1将第一电源VDD的电压传送到第一节点N1。在实施方式中，第一电源VDD可以是图像传感器120的高电位操作电源。
光感测元件PD可以联接在第一节点N1和第二电源VSS之间。在一个实施方式中，例如，光感测元件PD可以被实现为以相反方向联接在第一节点N1和第二电源VSS之间的光电二极管。光感测元件PD包括光接收单元，光可以入射在光接收单元上并且光接收单元响应于入射光产生光电荷。在实施方式中，第二电源VSS可以是图像传感器120的低电位或参考电位操作电源。在一个实施方式中，例如，第二电源VSS可以具有但不限于接地电平。
存储电容器Cst可以并联联接到位于第一节点N1和第二电源VSS之间的光感测元件PD。存储电容器Cst存储由光感测元件PD产生的光电荷。
放大器AMP可以包括串联联接在第一电源VDD和输出线OUT之间的至少两个晶体管。放大器AMP响应于从第一驱动线DRL1提供的第一驱动信号输出与第一节点N1的电压对应的感测信号。输出线OUT可以是通过其输出从每个传感器像素PXLi生成的感测信号的线，并且输出线OUT可以联接到配置在传感器驱动器220中的每个RX通道。
在实施方式中，放大器AMP可以是包括串联联接在第一电源VDD和输出线OUT之间的第二晶体管M2和第三晶体管M3的两级共源共栅放大器，或者可以是由以上限定的两级共源共栅放大器。在实施方式中，第二晶体管M2和第三晶体管M3中的每一个可以是但不限于场效应晶体管。
第二晶体管M2可以联接在第一电源VDD和输出线OUT之间，并且第二晶体管M2的栅电极可以联接到第一节点N1。在这样的实施方式中，第二晶体管M2产生具有与第一节点N1的电压对应的幅度的电信号(在下文中称为“感测信号”)。
第三晶体管M3可以联接在第二晶体管M2和输出线OUT之间，并且第三晶体管M3的栅电极可以联接到第一驱动线DRL1。当从第一驱动线DRL1提供具有栅极导通电压的第一驱动信号时，第三晶体管M3导通，并且然后放大并输出从第二晶体管M2传送的感测信号。
图9是示出用于驱动图8的传感器像素PXLi的输入信号的实施方式的信号时序图。为了便于描述，图9中示出了在传感器像素PXLi被激活的感测周期的一个循环1P期间提供给传感器像素PXLi的输入信号，并且输入信号可以在感测周期的每个循环期间重复地提供给传感器像素PXLi。
参照图8和图9，在传感器像素PXLi被激活的感测周期的每个循环1P期间，各自具有栅极导通电压的第一控制信号Vrst和第一驱动信号Vdr1可以分别通过第一控制线CTL1和第一驱动线DRL1顺序地提供至传感器像素PXLi。在一个实施方式中，例如，各自具有栅极导通电压的第一控制信号Vrst和第一驱动信号Vdr1可以在每个循环1P期间以预定时间的时间间隔(即，具有时间差)顺序地提供至传感器像素PXLi。
在这样的实施方式中，如图9中所示，在第一时间间隔t1期间，可以通过第一控制线CTL1提供具有栅极导通电压的第一控制信号Vrst。然后，第一晶体管M1响应于第一控制信号Vrst导通。
当第一晶体管M1导通时，第一电源VDD的电压被传递到第一节点N1，同时第一节点N1的电压被复位到第一电源VDD的电压。因此，在前一循环期间在存储电容器Cst中累积的电荷被复位。
此后，停止提供具有栅极导通电压的第一控制信号Vrst，并且将第一控制线CTL1的电压改变为栅极截止电压。因此，当第一晶体管M1被截止时，第一电源VDD与第一节点N1断开连接。
当光在第一时间间隔t1期间入射在每个光感测元件PD上时，光感测元件PD可以产生与入射光对应的光电荷，并且所产生的光电荷被存储在存储电容器Cst中。因此，与入射光对应的电压被施加到第一节点N1。
此后，在第二时间间隔t2期间，当通过第一驱动线DRL1提供具有栅极导通电压的第一驱动信号Vdr1(在下文中也称为“Tx信号”、“读出信号”或“选择信号”)时，第三晶体管M3导通。然后，响应于第一节点N1的电压而在第二晶体管T2中产生的感测信号经由第三晶体管M3通过输出线OUT输出。在这样的实施方式中，第二晶体管M2导通至与第一节点N1的电压对应的程度，并且然后产生具有与第一节点N1的电压对应的幅度的感测信号。在这样的实施方式中，第三晶体管M3将感测信号放大到与增益值对应的电平并输出该感测信号。通过每条输出线OUT输出的感测信号可以输入到传感器驱动器220的相应的Rx通道，并且可以被用于生成感测的信息，例如指纹。
根据传感器像素PXLi和包括传感器像素PXLi的图像传感器120的实施方式，如图8和图9中所示，根据每个传感器像素PXLi的光接收量，存储电容器Cst中积累的电荷可以转换为电压信号，并且可以输出该电压信号。在这样的实施方式中，可以根据每个传感器像素PXLi中的放大器AMP的增益在传感器像素PXLi内放大感测信号，并且输出放大后的感测信号。因此，可以减小噪声的影响，并且可以有效地改善信噪比(“SNR”)。因此，根据本发明的实施方式，当图像传感器120被实现为高分辨率的图像传感器和/或大尺寸的图像传感器时，可以确保高灵敏度特征。
在图像传感器120被实现为高分辨率的图像传感器和/或大尺寸的图像传感器的情况下，每个传感器像素PXLi的光感测元件PD和存储电容器Cst的尺寸可减小，使得传感器像素PXLi和联接至传感器像素PXLi的RX通道之间的距离增加，从而增加寄生电容器的电容。因此，每个感测信号的SNR可降低，并且因此图像传感器易于受到噪声的影响。在本公开的实施方式中，当感测信号在每个传感器像素PXLi内被放大并且随后被输出，同时与入射光对应的光电荷转换成电压型感测信号并且输出该电压型感测信号时，可以改善SNR。因此，可以提供高灵敏度的图像传感器120和具有该图像传感器120的显示设备10。
图10是示出根据本公开的实施方式的传感器像素PXLi的电路图。在图10的实施方式中，相同的附图标记用于表示与图8的实施方式中的组件类似或相同的组件，并且将省略其任何重复的详细描述。
参照图10，传感器像素PXLi的实施方式还可以包括传输晶体管Md(在下文中也称为“第六晶体管”)。在这样的实施方式中，包括传感器像素PXLi的图像传感器120还可以包括联接到传感器像素PXLi的传输晶体管Md的第二控制线CTL2。
传输晶体管Md可以联接在第一节点N1和光感测元件PD之间，并且传输晶体管Md的栅电极可以联接到第二控制线CTL2。在这样的实施方式中，当从第二控制线CTL2提供具有栅极导通电压的第二控制信号时，传输晶体管Md导通。当传输晶体管Md导通时，在光感测元件PD中积累的光电荷被传输到第一节点N1。
图11是示出用于驱动图10的传感器像素PXLi的输入信号的实施方式的信号时序图。在图10和图11的实施方式中，将省略与图8和图9的实施方式的组件类似或相同的组件的任何重复的详细描述。
参照图10和图11，在传感器像素PXLi被激活的感测周期的每个循环1P期间，各自具有栅极导通电压的第一控制信号Vrst和第二控制信号Vdlv可以分别通过第一控制线CTL1和第二控制线CTL2顺序地提供给传感器像素PXLi。在一个实施方式中，例如，在每个循环1P期间，各自具有栅极导通电压的第一控制信号Vrst和第二控制信号Vdlv可以以预定时间的时间间隔(即，具有时间差)顺序地提供给传感器像素PXLi。在实施方式中，具有栅极导通电压的第一驱动信号Vdr1可以在感测周期的每个循环1P期间在第一控制信号Vrst和第二控制信号Vdlv之后多次单独提供。在一个实施方式中，例如，在感测周期的每个循环1P期间，可以顺序地提供第一控制信号Vrst、第一第一驱动信号Vdr1、第二控制信号Vdlv和第二第一驱动信号Vdr1。
在这样的实施方式中，在第一时间间隔t1期间，当通过第一控制线CTL1提供具有栅极导通电压的第一控制信号Vrst时，第一晶体管M1导通。因此，当第一电源VDD的电压被传输到第一节点N1时，第一节点N1的电压被复位。
此后，在第二时间间隔t2期间，当提供具有栅极导通电压的第一第一驱动信号Vdr1时，第三晶体管M3导通。因此，通过输出线OUT输出与第一节点N1的电压对应的第一感测信号(在下文中也称为“初始感测信号”)。
此后，在第三时间间隔t3期间，当通过第二控制线CTL2提供具有栅极导通电压的第二控制信号Vdlv时，传输晶体管Md导通。因此，由光感测元件PD产生的光电荷被转移到第一节点N1。
此后，在第四时间间隔t4期间，当提供具有栅极导通电压的第二第一驱动信号Vdr1时，第三晶体管M3导通。因此，通过输出线OUT输出与第一节点N1的电压对应的第二感测信号(在下文中也称为“光感测信号”)。
然后，传感器驱动器220可以检测通过各个Rx通道顺序输入的第一感测信号和第二感测信号之间的差，并且可以基于该差检测取决于入射光的感测信号之间的变化。
在实施方式中，如图10和图11中所示，传感器像素PXLi和包括传感器像素PXLi的图像传感器120可以将存储电容器Cst中积累的电荷转换为电压信号并输出该电压信号，并且可以放大并输出在传感器像素PXLi内产生的感测信号。因此，可以减小噪声的影响，并且可以有效地改善SNR。
在这样的实施方式中，传感器像素PXLi和包括传感器像素PXLi的图像传感器120可以以时间分割的方式输出第一节点N1的根据复位而产生的电压并且可以输出第一节点N1的取决于由于入射光而累积在光感测元件PD中的光电荷的转移而改变的电压。然后，传感器驱动器220可以基于从相应的传感器像素PXLi输出的第一感测信号和第二感测信号之间的差检测取决于入射光的感测信号之间的变化。因此，可以更精确地检测取决于入射到各个传感器像素PXLi上的光的量的感测信号。
图12是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素PXLi的电路图。在图12的实施方式中，相同的附图标记用于表示与上述实施方式(例如，图10的实施方式)中的组件相似或相同的组件，并且将省略对组件的详细描述。
参照图12，传感器像素PXLi的实施方式可以包括多级放大器AMP，多级放大器AMP包括串联联接在第一电源VDD和输出线OUT之间的三个或更多个晶体管。在实施方式中，例如，放大器AMP可以实现为三级共源共栅放大器。
在实施方式中，放大器AMP可以包括第二晶体管M2以及第三晶体管M3和第四晶体管M4，第二晶体管M2产生与第一节点N1的电压对应的感测信号，第三晶体管M3和第四晶体管M4放大和输出从第二晶体管M2传送的感测信号(例如，第一感测信号和第二感测信号)。在一个实施方式中，例如，在从第一驱动线DRL1提供具有栅极导通电压的第一驱动信号Vdr1的时间间隔期间，第三晶体管M3和第四晶体管M4可以放大和输出从第二晶体管M2传送的感测信号。
根据实施方式，第三晶体管M3和第四晶体管M4的栅电极可以共同联接到第一驱动线DRL1。因此，从第一驱动线DRL1提供的第一驱动信号Vdr1可以被传送到第三晶体管M3和第四晶体管M4两者。
在这样的实施方式中，传送到第三晶体管M3和第四晶体管M4的栅电极的第一驱动信号Vdr1的幅度(例如，电压)可以彼此不同。在一个实施方式中，例如，每个传感器像素PXLi还可以包括联接在第三晶体管M3的栅电极和第一驱动线DRL1之间的第一电阻器元件R1。因此，传递到第三晶体管M3的栅电极的第一驱动信号Vdr1可以具有比传递到第四晶体管M4的栅电极的第一驱动信号Vdr1的幅度低的幅度。
在从第一驱动线DRL1提供具有栅极导通电压的第一驱动信号Vdr1的时间间隔期间，第三晶体管M3和第四晶体管M4可以顺序地放大和输出从第二晶体管M2传递的感测信号。在实施方式中，来自第二晶体管M2的感测信号可以在顺序地通过第三晶体管M3和第四晶体管M4的同时被放大两次。因此，在这样的实施方式中，可以更有效地放大感测信号。因此，根据上述实施方式，可以更有效地改善从每个传感器像素PXLi输出的感测信号的SNR，并且可以改善图像传感器120的灵敏度。
在图12的实施方式中，类似于图10的实施方式，传感器像素PXLi可包括传输晶体管Md，但是可以选择性省略传输晶体管Md。在图12的实施方式和稍后将描述的其他实施方式中，传感器像素PXLi可以包括或可以不包括传输晶体管Md。
图13是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素PXLi的电路图。在图13的实施方式中，相同的附图标记用于表示与上述实施方式(例如，图12的实施方式)中的组件相似或相同的组件，并且将省略对其的任何重复的详细描述。
参照图13，第一电阻器元件R1'可以包括以二极管的形式联接在第一驱动线DRL1和第三晶体管M3的栅电极之间的晶体管元件Mr。在一个实施方式中，例如，第一电阻器元件R1'可以被实现为单独的晶体管元件Mr，或者除了晶体管元件Mr之外，第一电阻器元件R1'还可以包括附加的电阻器元件。
晶体管元件Mr可以将从第一驱动线DRL1提供的第一驱动信号Vdr1的电压降低阈值电压，并且可以将降低的电压传送到第三晶体管M3的栅电极。因此，如以上参考图12所描述的，在从第一驱动线DRL1提供具有栅极导通电压的第一驱动信号Vdr1的时间间隔期间，从第二晶体管M2产生的感测信号可以在顺序地通过第三晶体管M3和第四晶体管M4的同时被放大两次。
图14是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素PXLi的电路图。图15是示出用于驱动图14的传感器像素PXLi的输入信号的实施方式的信号时序图。在图14和图15的实施方式中，相同的附图标记用于表示与上述实施方式中的组件类似或相同的组件，并且因此将省略对其的任何重复的详细描述。
参照附图14和图15，在传感器像素PXLi的实施方式中，第三晶体管M3和第四晶体管M4可以分别联接到不同的驱动线。在一个实施方式中，例如，第四晶体管M4的栅电极可以联接到通过其提供第一驱动信号Vdr1的第一驱动线DRL1，并且第三晶体管M3的栅电极可以联接到通过其提供第二驱动信号Vdr2的第二驱动线DRL2。在这样的实施方式中，图像传感器120可以包括彼此分离或断开联接且联接到每个传感器像素PXLi的第一驱动线DRL1和第二驱动线DRL2。
在实施方式中，可以在彼此重叠的时间上提供第一驱动信号Vdr1和第二驱动信号Vdr2。这里，在彼此重叠的时间上提供第一驱动信号Vdr1和第二驱动信号Vdr2可以意味着在其期间提供第一驱动信号Vdr1和第二驱动信号Vdr2的时间彼此重叠。在一个实施方式中，例如，可以同时提供第一驱动信号Vdr1和第二驱动信号Vdr2。然而，本公开不限于此。在替代实施方式中，第一驱动信号Vdr1和第二驱动信号Vdr2可以提供成仅部分地彼此重叠。
在实施方式中，第一驱动信号Vdr1和第二驱动信号Vdr2可以具有彼此不同的幅度。在一个实施方式中，例如，第二驱动信号Vdr2可以具有栅极导通电压(例如，比第一驱动信号Vdr1的栅极导通电压低的栅极导通电压)。因此，在从第一驱动线DRL1和第二驱动线DRL2提供各自具有栅极导通电压的第一驱动信号Vdr1和第二驱动信号Vdr2的时间间隔期间，从第二晶体管M2产生的感测信号可以被放大两次，并且放大的信号可以被输出。
图16是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素PXLi的电路图。在图16的实施方式中，相同的附图标记用于表示与上述实施方式(例如，图12的实施方式)中的组件相似或相同的组件，并且将省略其任何重复的详细描述。
参考图16，放大器AMP可以被实现为四级共源共栅放大器，除了上面参考图12描述的放大器的元件之外，该四级共源共栅放大器还包括第五晶体管M5和第二电阻器元件R2。在一个实施方式中，例如，放大器AMP还可以包括联接在第三晶体管M3和第四晶体管M4之间的第五晶体管M5以及联接到第五晶体管M5的栅电极的第二电阻器元件R2。替代地，放大器AMP也可以通过增加至少一个晶体管和至少一个电阻器元件而实现为五级或更多级共源共栅放大器。
第五晶体管M5可以联接在第三晶体管M3和第四晶体管M4之间。第五晶体管M5的栅电极可以联接在第一电阻器元件R1和第二电阻器元件R2之间。
第二电阻器元件R2可以联接在第一电阻器元件R1和第一驱动线DRL1之间。因此，可以向第三晶体管M3、第五晶体管M5和第四晶体管M4提供其幅度以M3、M5和M4的顺序逐渐增加的栅极导通电压(即，第一驱动信号Vdr1)。
在这样的实施方式中，来自第二晶体管M2的感测信号可以在顺序地通过第三晶体管M3、第五晶体管M5和第四晶体管M4的同时被放大三次。因此，可以更有效地放大感测信号，并且因此可以改善SNR。
图17是示出根据本公开的另一替代实施方式的传感器像素PXLi的电路图。图18是示出用于驱动图17的传感器像素PXLi的输入信号的实施方式的信号时序图。在图17和图18的实施方式中，相同的附图标记用于表示与上述实施方式中的组件类似或相同的组件，并且因此将省略其任何重复的详细描述。
参照图17和图18，在传感器像素PXLi的实施方式中，第三晶体管M3、第四晶体管M4和第五晶体管M5可以联接到彼此不同的驱动线。在一个实施方式中，例如，第三晶体管M3的栅电极可以联接到通过其提供第二驱动信号Vdr2的第二驱动线DRL2，并且第五晶体管M5的栅电极可以联接到通过其提供具有比第二驱动信号Vdr2的栅极导通电压高的栅极导通电压的第三驱动信号Vdr3的第三驱动线DRL3。第四晶体管M4的栅电极可以联接到通过其提供具有比第二驱动信号Vdr2和第三驱动信号Vdr3的栅极导通电压高的栅极导通电压的第一驱动信号Vdr1的第一驱动线DRL1。在这种情况下，图像传感器120可以包括彼此分离且联接到每个传感器像素PXLi的第一驱动线DRL1、第二驱动线DRL2和第三驱动线DRL3。替代地，放大器AMP可以通过添加至少一个晶体管并形成用于分别控制各个晶体管的多条驱动线而实现为五级或更多级共源共栅放大器。
在实施方式中，可以以这样的方式提供第一驱动信号Vdr1、第二驱动信号Vdr2和第三驱动信号Vdr3，使得在提供驱动信号期间，驱动信号Vdr1、Vdr2和Vdr3在时间上彼此重叠。在一个实施方式中，例如，可以同时提供第一驱动信号Vdr1、第二驱动信号Vdr2和第三驱动信号Vdr3。然而，本公开的配置不限于此。在替代实施方式中，第一驱动信号Vdr1、第二驱动信号Vdr2和第三驱动信号Vdr3可以提供成使得它们仅部分地在时间上彼此重叠。
在一个实施方式中，例如，第一驱动信号Vdr1、第二驱动信号Vdr2和第三驱动信号Vdr3可以具有彼此不同的幅度。在一个实施方式中，例如，第三驱动信号Vdr3可以具有幅度大于第二驱动信号Vdr2的栅极导通电压的幅度的栅极导通电压(例如，比第二驱动信号Vdr2的栅极导通电压高的栅极导通电压)，并且可以具有幅度小于第一驱动信号Vdr1的栅极导通电压的幅度的栅极导通电压(例如，比第一驱动信号Vdr1的栅极导通电压低的栅极导通电压)。因此，在提供第一驱动信号Vdr1、第二驱动信号Vdr2和第三驱动信号Vdr3的时间间隔期间，可以有效地放大和输出从第二晶体管M2产生的感测信号。
替代地，图16和图17的实施方式可以以第三晶体管M3、第四晶体管M4和第五晶体管M5中的两个联接到相同的驱动线以及至少一个电阻器元件联接在该两个晶体管的栅电极之间并且剩余的晶体管联接到与该两个晶体管的驱动线不同的驱动线的方式组合地应用。在这样的实施方式中，传感器像素PXLi可以以降低的噪声和改善的灵敏度操作。本文中所阐述的实施方式可单独地应用，或者替代地，实施方式中的至少两个实施方式可组合应用。
根据本公开的实施方式，构成图像传感器120的传感器像素PXLi中的每个可以将响应于入射光而累积的电荷转换为电压信号的形式，并且然后输出感测信号。在这样的实施方式中，传感器像素PXLi中的每个可以使用其中设置的放大器AMP来放大感测信号，并且可以通过相应的输出线OUT输出放大后的感测信号。因此，可以减小噪声的影响，并且可以有效地改善SNR。在传感器像素PXLi包括多级放大器AMP(诸如三级或更多级共源共栅结构)的实施方式中，可以更有效地放大和输出感测信号。因此，在图像传感器120被实现为高分辨率的图像传感器和/或大尺寸的图像传感器的情况下，可以确保足够的灵敏度。
此外，根据实施方式，在每个感测周期之前或周期性地，第一节点N1处于完全耗尽状态，在这之后，积累在光感测元件PD中的光电荷可以转移到第一节点N1。此外，根据实施方式，相关双采样(“CDS”)方案可以被应用到图像传感器120的输出端，并且因此可以去除噪声。因此，可以更精确地检测取决于入射到各个传感器像素PXLi上的光的量的感测信号。
尽管构成每个传感器像素PXLi的所有晶体管被示出为N型晶体管，但是本公开不限于此。在替代实施方式中，构成每个传感器像素PXLi的晶体管中的至少一个可以被改变为P型晶体管。在这样的实施方式中，用于控制P型晶体管的控制信号和/或驱动信号可以具有与上述实施方式不同的电压电平的栅极导通电压(例如，低电压)。
根据依据本公开的图像传感器和包括该图像传感器的显示设备的实施方式，构成图像传感器的传感器像素中的每个包括用于放大和输出与入射光对应的感测信号的放大器。因此，可以减小噪声的影响，并且可以有效地改善SNR。根据本公开的实施方式，当图像传感器被实现为高分辨率的图像传感器或实现为大尺寸的图像传感器时，可以提供高灵敏度图像传感器。
本发明不应被解释为限于本文中所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域的技术人员充分地传达本发明的构思。
虽然已经参考本发明的示例性实施方式具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由如所附权利要求限定的本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中作出形式和细节上的各种改变。

Claims (15)

1.图像传感器，包括：
传感器像素，包括：
第一晶体管，联接在第一电源和第一节点之间，其中，所述第一晶体管响应于第一控制信号而导通；
光感测元件，联接在所述第一节点和第二电源之间，其中，所述光感测元件响应于入射光而产生光电荷；
存储电容器，在所述第一节点和所述第二电源之间与所述光感测元件并联联接；以及
放大器，包括串联联接在所述第一电源和输出线之间的多个晶体管，其中，所述放大器响应于第一驱动信号输出与所述第一节点的电压对应的感测信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述放大器包括：
第二晶体管，联接在所述第一电源和所述输出线之间，其中，所述第二晶体管包括联接到所述第一节点的栅电极并且产生所述感测信号；以及
第三晶体管，联接在所述第二晶体管和所述输出线之间，其中，所述第三晶体管在所述第一驱动信号被提供的时间间隔期间放大并输出所述感测信号。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，
所述放大器还包括联接在所述第三晶体管和所述输出线之间的第四晶体管，以及
所述第四晶体管在所述第一驱动信号被提供的所述时间间隔期间放大并输出从所述第三晶体管提供的所述感测信号。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，还包括：
第一驱动线，公共地联接到所述第三晶体管的栅电极和所述第四晶体管的栅电极，其中，所述第一驱动线通过其传输所述第一驱动信号；以及
第一电阻器元件，联接在所述第三晶体管的所述栅电极与所述第一驱动线之间。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述第一电阻器元件包括以二极管的形式联接在所述第一驱动线与所述第三晶体管的所述栅电极之间的晶体管元件。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述放大器包括：
第二电阻器元件，联接在所述第一电阻器元件和所述第一驱动线之间；以及
第五晶体管，联接在所述第三晶体管和所述第四晶体管之间，其中，所述第五晶体管包括联接在所述第一电阻器元件和所述第二电阻器元件之间的栅电极。
7.根据权利要求3所述的图像传感器，还包括：
第一驱动线，联接到所述第四晶体管的栅电极，其中，所述第一驱动线通过其传输所述第一驱动信号；以及
第二驱动线，联接到所述第三晶体管的栅电极，其中所述第二驱动线在所述第一驱动信号被提供的所述时间间隔期间通过其传输第二驱动信号。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第二驱动信号具有比所述第一驱动信号的电压电平低的栅极导通电压。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，还包括：
第五晶体管，联接在所述第三晶体管和所述第四晶体管之间，以及
第三驱动线，联接到所述第五晶体管的栅电极，其中，所述第三驱动线通过其传输在时间上与所述第一驱动信号和所述第二驱动信号重叠的第三驱动信号。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第三驱动信号具有比所述第二驱动信号的电压电平高且比所述第一驱动信号的电压电平低的栅极导通电压。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述传感器像素被激活的感测周期的每个循环期间，所述第一控制信号和所述第一驱动信号以预定时间的时间间隔顺序地提供给所述传感器像素。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述光感测元件是光电二极管。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述传感器像素还包括联接在所述第一节点与所述光感测元件之间的传输晶体管，其中，所述传输晶体管响应于第二控制信号而导通。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，
所述第一控制信号和所述第二控制信号在所述传感器像素被激活的感测周期的每个循环期间顺序地提供给所述传感器像素，以及
所述第一驱动信号在每个循环期间在所述第一控制信号和所述第二控制信号之后多次单独提供。
15.显示设备，包括：
显示面板，包括显示像素；以及
图像传感器，包括传感器像素，
其中，所述传感器像素包括：
第一晶体管，联接在第一电源和第一节点之间，其中，所述第一晶体管响应于第一控制信号而导通；
光感测元件，联接在所述第一节点和第二电源之间，其中，
所述光感测元件响应于入射光而产生光电荷；
存储电容器，在所述第一节点和所述第二电源之间与所述光感测元件并联联接；以及
放大器，包括串联联接在所述第一电源和输出线之间的多个晶体管，其中，所述放大器响应于第一驱动信号输出与所述第一节点的电压对应的感测信号。
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