JP5256277B2

JP5256277B2 - アクティブフォトセンサーピクセル、アクティブフォトセンサーアレイ及びフォトセンシング方法

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Publication number: JP5256277B2
Application number: JP2010278151A
Authority: JP
Inventors: 振邦貢; 文任江
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: US8717335B2; TW201144916A; KR20110136679A; TWI436137B; US20110304598A1; KR101278899B1; JP2012005102A

Description

本発明は、表示器に関し、特に、アクティブフォトセンサーピクセルを使用する表示器に関するものであり、アクティブフォトセンサーピクセルが選択信号線において選ばれた時に、露光と読取を同時に実行する。

近年来、電子ブック（ｅ−ｂｏｏｋ）は次第に発展され、且つ商業化された。電子ブックの実行可能な表示フレームワークは薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ-ＬＣＤ）を使用した表示フレームワークである。言い換えれば、電子ブックは、バックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に電子素子（例えば、ＴＦＴ、またはフォトセンサー）を設置することによって、画像を表示することができる。電子ブックの表示画面上に標記をするために、電子ブックは光を必ず検出しなければならない。フォトセンサー機能を有する電子ブックを例にすると、フォトセンサーはバックプレーンに設置されたため、透光度が好ましくない。よって、従来の電子ブックの欠点は、電子ブックの表示画面（ｄｉｓｐｌａｙｓｃｒｅｅｎ）上に標記するために、非常に長い露光時間が必要である。

よって、電子ブックに迅速に標記させるために、アクティブフォトセンサーピクセルが極めて必要である。

本発明の目的は、アクティブフォトセンサーピクセル、アクティブフォトセンサーアレイ及びフォトセンシング方法を提供する。

本発明は二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含むアクティブフォトセンサーピクセルを提供し、二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。

本発明は複数の信号選択線と、複数の出力信号線と、複数のアクティブフォトセンサーピクセルとを含むアクティブフォトセンサーアレイを提供する。各アクティブフォトセンサーピクセルは、二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含む。二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、対応する選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、対応する出力信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。

本発明はアクティブフォトセンサーピクセルを応用するフォトセンシング方法を提供し、アクティブフォトセンサーピクセルは二端子フォトセンサートランジスタと駆動トランジスタとを含む。二端子フォトセンサートランジスタは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に結合する第二ターミナルと、第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタは第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する。フォトセンシング方法は、露光及び読取周期において、二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作させるのに、選択信号線に第一電圧レベルを提供するステップと、二端子フォトセンサートランジスタが入射光を受取った時、フォトセンサー電流を発生し、第一ノードに対して充電することによって、駆動トランジスタは第一ノード上の電圧レベルに基づいて導通され、前記出力信号線までの出力電流を発生するステップとを含む。

本発明のアクティブフォトセンサーピクセルとそのフォトセンシング方法によれば、本発明のフォトセンサーピクセルは更に高い信号対雑音比と駆動能力を有するので、大面積の表示器の要求を満足することができる。また、本発明のフォトセンサートランジスタＱ_１の制御ターミナルは第二ターミナルに接続するので、表示器は駆動フォトセンサートランジスタＱ_１の臨界電圧の変動の影響を受けない。本発明のフォトセンサーピクセルとアレイは表示器のバックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に設置することができ、且つ従来の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）とＣＭＯＳセンサーに取って代わることができる。

本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した図を表している。二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した時の第一ターミナルの電圧とフォトセンサー電流の関係を表している。本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モードで動作した図である。二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モードで動作した時の第二ターミナルの電圧とダイオード電流の関係を表している。本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの図を表している。図３の選択信号線のタイミング図を表している。本発明のアクティブフォトセンサーピクセルのもう一つの概略図を表している。本発明のアクティブフォトセンサーアレイの図と信号線に対するタイミング図を表している。本発明のアクティブフォトセンサー及び表示アレイの図と信号線に対するタイミング図を表している。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図１Ａは本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モード（ｆｉｒｓｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ）で動作した概略図である。本実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１はＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅａ−Ｓｉ：ＨＴＦＴ）であるが、これに限らない。二端子フォトセンサートランジスタＱ_１は第一ターミナルＮ_１と、第二ターミナルＮ_２と、制御ターミナルとを有する。注意すべきことは、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の制御ターミナルを第二ターミナルＮ_２に接続することによって、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１は、二つのターミナルを形成する。即ち、第一ターミナルＮ_１と第二ターミナルＮ_２に接続する制御ターミナルである。第一動作モードにおいて、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の第一ターミナルＮ_１には、高電圧Ｖ_Ｈが印加され、第二ターミナルＮ_２には、低電圧Ｖ_Ｌが印加される。入射光ｈｖが第一動作モードに動作される二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に照射した時、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１はフォトセンサー電流I_photoを発生し、第一ターミナルＮ_１から第二ターミナルＮ_２に流れる。一般的に言えば、フォトセンサー電流I_photoの大きさは二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の半導体層の面積と材料特性から決められる。また、フォトセンサー電流I_photoの大きさは入射光ｈｖの強度から決められる。言い換えれば、仮に、入射光の強度が強ければ、フォトセンサー電流I_photoも大きくなる。よって、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１は第一動作モードにおいて、感光レジスタ（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｒｅｓｉｓｔｏｒ）として動作する。もう一つの実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１はＰ型シリコン薄膜トランジスタ(Ｐ−ｔｙｐｅＳｉＴＦＴ)であるが、これに限らない。その他の実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１はバイポーラ接合トランジスタ(ＢＪＴ)、またはその他のスイッチ素子である。

図１Ｂは二端子フォトセンサートランジスタを第一動作モードで動作した時の第一ターミナルの電圧Ｖ_Ｎ１とフォトセンサー電流I_photoの関係を表している。図１Ｂに示すように、入射光ｈｖが照射しない時（菱形スポットライン）、フォトセンサー電流I’_photoはゼロ（または遮断領域と称する）である。逆に、入射光ｈｖが照射する時（スクエアスポットライン）、従来の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と類似しており、フォトセンサー電流I_photoは、初めは、直線性（ｌｉｎｅａｒｌｙ）の増加を呈し、そして、増加する幅が次第に小さくなり（または三極管領域と称する）、且つ最後は飽和（または飽和領域と称する）に近い状態になる。一つの実施例において、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に、入射光が照射され、且つ第一ターミナルの電圧Ｖ_Ｎ１は１６Ｖである場合、フォトセンサー電流I_photoは約７．５Ｅ−０９アンペアである。仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に、入射光が照射されず、且つ第一ターミナルの電圧Ｖ_Ｎ１は１６Ｖである場合、フォトセンサー電流I’_photoは０アンペアである。二端子フォトセンサートランジスタＱ_１が第一動作モードにおいて、動作する時、フォトセンサー電流I_photoを検出することで、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に入射光が照射されたかどうかを判断することができる。

図２Ａは本発明の二端子フォトセンサートランジスタを第二動作モード（ｓｅｃｏｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ）で動作した概略図である。図１Ａに類似しており、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の制御ターミナルは第二ターミナルＮ_２に接続する。第一動作モードと比べて、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の第一ターミナルＮ_１は、低電圧Ｖ_Ｌが印加され、第二ターミナルＮ_２には、高電圧Ｖ_Ｈが印加される。二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の制御ターミナルと第二ターミナルは高電圧Ｖ_Ｈ（通常、『ダイオード接続』と称する）に結合するため、第二動作モードにおいて、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１をダイオードとすると同時に、ダイオード電流I_diode（即ち、順方向導通電流）を発生し、第二ターミナルＮ_２から第一ターミナルＮ_１に流れる。

図２Ｂは二端子フォトセンサートランジスタＱ_１を第二動作モードで動作した時の第二ターミナルの電圧Ｖ_Ｎ２とダイオード電流の関係を表している。従来のダイオードに類似しており、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１のダイオード電流I_diodeの初めは、零であり、導通した後、指数関数的の増加を呈する。二端子フォトセンサートランジスタＱ_１が導通した後（Ｖ_Ｎ２>１０V）、入射光ｈｖの照射があるか否かに関わらず、いずれもダイオード電流が第二ターミナルＮ_２から第一ターミナルＮ_１に流れる。注意すべきことは、入射光ｈｖが照射（スクエアスポットライン）した時のダイオード電流I_diodeは、入射光ｈｖが照射（菱形スポットライン）していないダイオード電流I’_diodeより大きい。一つの実施例において、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に、入射光が照射され、且つ第二ターミナルの電圧Ｖ_Ｎ2は１５Ｖである場合、ダイオード電流I_diodeは、は約１．０Ｅ−０９アンペアである。逆に、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に、入射光が照射されず、且つ第二ターミナルの電圧Ｖ_Ｎ2は１５Ｖである場合、ダイオード電流I’_diodeは、約０．５Ｅ−０９アンペアである。よって、第二動作モードは二つの用途があり、一つは、ダイオード電流の数値／大きさを検出／判断することで、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に入射光が照射されたかどうかを判断することができる。もう一つは、ダイオード電流を利用して第二ターミナルＮ_２が第一ターミナルＮ_１に対して放電する。一般的に言えば、ダイオード電流I_diodeの数値はフォトセンサー電流I_photoの数値より遥かに大きい（約１．０Ｅ+０３〜１．０Ｅ+０４桁）ので、第一動作モードにおいて、フォトセンサー電流I_photoが第一ターミナルＮ_１を充電する過程に対して、第二動作モードにおいて、ダイオード電流I_diodeが第二ターミナルＮ_２を放電する過程は、更に速いのである。

図３は本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの概略図である。本実施例において、アクティブフォトセンサーピクセルＰ_２２は二端子フォトセンサートランジスタＱ_１と駆動トランジスタＱ_２を含む。アクティブフォトセンサーピクセルＰ_２２は、選択信号線Sel_２及び選択信号線Sel_２に対して垂直に位置する出力信号線Out_２に結合する。

図３において、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１は、第一ノードＸ_１に結合する第一ターミナルＮ_１と、選択信号線Sel_２に結合する第二ターミナルＮ_２と、第一ノードＸ_１に接続する制御ターミナルとを有する。駆動トランジスタＱ_２は、第一参考電圧Ｖ_ref1に結合する第一ターミナルと、出力信号線Out_２に結合する第二ターミナルと、第一ノードＸ_１に接続する制御ターミナルとを有する。

本発明のフォトセンサーピクセルのフォトセンシング方法は、以下の説明の通りである。図４は選択信号線のタイミング図と第一ノードＸ_１の電圧波形を表し、第一ノードＸ_１の電圧波形はフォトセンサーピクセルＰ_２２に入射光ｈｖが照射された状態である。図４において、実線はスキャナ信号線Sel_２のタイミング図を表しており、破線はフォトセンサーピクセルＰ_２２に入射光ｈｖが照射された時の第一ノードＸ_１の電圧Ｖ_Ｘ１の波形をそれぞれ表している。

以下は、二端子フォトセンサートランジスタの動作モードを説明する。第一周期Ｔ_１（通常、露光及び読取周期と称する）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ_１の電圧レベル（高レベル駆動電圧Ｖ_ＧＨのように）より高く引っ張られ、且つフォトセンサーピクセルＰ_２２に入射光が照射され、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１は感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいてフォトセンサー電流I_photoを発生し、且つフォトセンサー電流I_photoは、第一ノードＸ_１を高レベルの電圧Ｖ_Ｘ１に充電する。電圧Ｖ_Ｘ１が駆動トランジスタＱ₂の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ₂は導通され、且つ出力信号線Out_２までの出力電流を発生するので、第一周期Ｔ_１は読取周期である。もう一つは、第一周期Ｔ_１において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ_１の電圧レベル（高レベル駆動電圧Ｖ_ＧＨのように）より高く引っ張られるが、フォトセンサーピクセルＰ_２２に入射光が照射されないので、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１はフォトセンサー電流I_photoを発生しない。段落００１１の説明より、ここでは二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の第一動作モードを用いたことがわかる。よって、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１を感光レジスタとして動作する時、駆動トランジスタＱ₂の臨界電圧の設計を、入射光が照射されたときのフォトセンサー電流I_photoが第一ノード上に発生させる対応電圧より小さく（または等しい）するので、駆動トランジスタＱ₂はフォトセンサー電流I_photoにより導通され、且つ出力電流を発生する。よって、フォトセンサーピクセルが出力電流を発生するかどうかを判断することで、入射光ｈｖが照射されたかどうかを判断することができる。

第二周期Ｔ_２（通常、リセット周期と称する）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ_１の電圧レベル（低レベル駆動電圧Ｖ_ＧＬのように）より低く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１をダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流I_diodeによって、第一ノードＸ_１の電圧Ｖ_Ｘ１を選択信号線Sel_２に『迅速的』に放電する。第一ノードＸ_１の電圧Ｖ_Ｘ１が駆動トランジスタＱ₂の臨界電圧より低く放電された時、駆動トランジスタＱ₂は遮断する。

第二周期Ｔ_２において、駆動トランジスタＱ₂は遮断されたため、仮に、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に入射光ｈｖを照射しても二端子フォトセンサートランジスタＱ_１はフォトセンサー電流を発生しない。注意すべきことは、本発明は第一ノードの電圧Ｖ_Ｘ１のリセットは、主に、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１のダイオード電流I_diode（即ち、第二動作モード）によって完成される。本実施例において、選択信号線の高レベル駆動電圧Ｖ_ＧＨは１０Ｖであり、選択信号線の低レベル駆動電圧Ｖ_ＧＬは０Ｖである。第一ノードＸ_１の電圧波形Ｖ_Ｘ１は、低レベル駆動電圧Ｖ_ＧＬより少なくともＶ_{ｔｈ_Ｑ１}高く、Ｖ_{ｔｈ_Ｑ１}は、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１の臨界電圧である。

図５は本発明のアクティブフォトセンサーピクセルの概略図である。本実施例は概ね図３の実施例に類似しており、説明を簡略化するために、その回路の接続方式と選択信号線のタイミング図は繰り返して述べない。注意すべきことは、アクティブフォトセンサーピクセルＰ_２２は第一ノードＸ_１に接続する第一ターミナルと第二参考電圧Ｖ_ref２に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサＣ_sensitivityを更に含む。

次に、感度調整コンデンサＣ_sensitivityの作用を説明する。上記のように、駆動トランジスタＱ₂のゲート電圧（即ち、第一ノードＸ_１の電圧Ｖ_Ｘ１）を調整することによって、アクティブフォトセンサーピクセルＰ_２２に入射光ｈｖが照射されたかどうかを判断することができる。本実施例において、フォトセンサー電流I_photoが非常に大きい時（即ち、△Ｖ_Ｘ１が非常に大きい）、比較的に大きな静電容量を有する感度調整コンデンサＣ_sensitivityを使用する。フォトセンサー電流I_photoが非常に小さい時（即ち、△Ｖ_Ｘ１が非常に小さい）、比較的に小さな静電容量を有する感度調整コンデンサＣ_sensitivityを使用する。よって、仮に、入射光が非常に微弱で、フォトセンサー電流I_photoが小さい時に、静電容量が比較的に小さい感度調整コンデンサＣ_sensitivityを使用することによって、相変わらず、微弱な入射光ｈｖを検知することができる。これによって、本発明は比較的に高い信号対雑音比を有する。

図６は本発明のアクティブフォトセンサーアレイの図と信号線に対するタイミング図である。アクティブフォトセンサーアレイＭ_{photo-sensing}は複数信号の選択信号線Sel_１−Sel_４と、複数の出力信号線Out_１−Out_３と、複数のアクティブフォトセンサーピクセルＰ₁₁−Ｐ₄₃と、駆動回路５０と、検知回路５１とを含む。本実施例において、複数のアクティブフォトセンサーピクセルＰ₁₁−Ｐ₄₃のいずれかは、概ね図５の実施例に類似するが、これに限らない。幾つかの実施例において、アクティブフォトセンサーピクセルＰ₁₁−Ｐ₄₃のいずれかは、図３の実施例に類似することができる。説明を簡略化するために、その回路の接続方式と選択信号線Sel_１−Sel_４のタイミング図は繰り返して述べない。駆動回路５０はイネイブル（ｅｎａｂｌｉｎｇ）の順に信号を複数の選択信号線Sel_１−Sel_４に選択する。例を挙げると、第一周期Ｔ_１（露光及び読取周期）において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ_１の電圧レベル（高レベル駆動電圧Ｖ_ＧＨのように）より高く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１を感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいて、フォトセンサー電流I_photoを発生し、且つフォトセンサー電流I_photoは、第一ノードＸ_１に対して、高レベルの電圧Ｖ_Ｘ１までに充電する。この実施例において、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に入射光ｈｖが照射されない時は、フォトセンサー電流I_photoを発生しない。第一ノードＸ_１上の電圧が充電され、駆動トランジスタＱ₂の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ₂は導通され、且つ出力信号線Out_２までの出力電流を発生する。検知回路５１は出力電流の数値／大きさを検出／判断することで、アクティブフォトセンサーピクセルＰ_２２に入射光ｈｖが照射されたか否かを決定することができる。よって、第一周期Ｔ_１も読取周期である。次に、第二周期Ｔ_２において、選択信号線Sel_２の電圧レベルは第一ノードＸ_１の電圧レベル（低レベル駆動電圧Ｖ_ＧＬのように）より低く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１のダイオード電流I_diodeによって、第一ノードの電圧Ｖ_Ｘ１をリセットすることで、駆動トランジスタＱ₂は遮断される。注意すべきことは、選択信号線Sel_２が第一周期Ｔ_１の時、選択信号線Sel_１、Sel_３、Sel_４は第二周期Ｔ_２である。言い換えれば、選択信号線Sel_１、Sel_３、Sel_４に対する走査列は遮断しているため、選択信号線Sel_２に隣接する選択信号線Sel_１とSel_３は選択信号線Sel_２に対して妨害を招くことはない。その他の実施例において、アクティブフォトセンサーアレイＭ_{photo-sensing}は４本以上の選択信号線と、３本以上の走査信号線と、１２個以上のフォトセンサーピクセルを含む。従来の当業者は製品の要求に基づいて、アクティブフォトセンサーアレイＭ_{photo-sensing}を設計する。

図７は本発明のアクティブフォトセンサー及び表示アレイの図と信号線に対するタイミング図である。アクティブフォトセンサー及び表示アレイＭ_{sensing-display}は複数の選択信号線Sel_１−Sel_４と、複数の出力信号線Out_０−Out_３と、複数のデータ信号線data_１−data_４と、複数のアクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ₁₁−Ｕ₄₃と、駆動回路５０と、検知回路５１と、データ駆動回路５２とを含む。図７において、各アクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ₁₁−Ｕ₄₃のいずれもアクティブフォトセンサーピクセル（例えば、Ｐ₂₂）と表示ピクセル（例えば、Ｓ₂₂）を含み、各アクティブフォトセンサーピクセルは本発明の上記実施例のアクティブフォトセンサーピクセルで設置されることができるので、ここで繰り返しで述べない。表示ピクセルＳ₂₂を参照し、表示ピクセルＳ₂₂は、スイッチトランジスタＱ_３と液晶コンデンサＣ_ＬＣを含み、スイッチトランジスタＱ_３は、第二データ線data_２に結合する第一ターミナルと、第二ターミナルと、第二選択信号線Sel_２に結合する制御ターミナルとを有し、且つ液晶コンデンサＣ_ＬＣはスイッチトランジスタＱ_３の第二ターミナルに接続する第一ターミナルと、第三参考電圧Ｖ_ref３に結合する第二ターミナルとを有する。

以下は、アクティブフォトセンサー及び表示アレイの動作を説明する。例を挙げると、第一周期Ｔ_１において、選択信号線Sel_１の電圧レベルはフォトセンサーピクセルＰ_２２の第一ノードＸ_１の電圧レベル（高レベル駆動電圧Ｖ_ＧＨのように）より高く引っ張られ、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１を感光レジスタとして動作すると同時に、入射光ｈｖに基づいてフォトセンサー電流I_photoを発生し、且つフォトセンサー電流I_photoは、第一ノードＸ_１に対して高レベルの電圧Ｖ_Ｘ１までに充電する。第一ノードＸ_１上の電圧が駆動トランジスタＱ₂の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ₂は導通され、且つ出力信号線Out _２までの出力電流を発生し、検知回路５１は出力電流の数値／大きさを検出／判断することで、フォトセンサーピクセルＰ_２２に入射光ｈｖが照射されたか否かを決定することができる。よって、第一周期Ｔ_１も読取周期である。この実施例において、第一ノードＸ_１上の電圧Ｖ_Ｘ１が駆動トランジスタＱ₂の臨界電圧より高い時、駆動トランジスタＱ₂は、導通する。逆に、二端子フォトセンサートランジスタＱ_１に、入射光が照射されない場合は、フォトセンサー電流I_photoは発生されず、第一ノードＸ_１上の電圧Ｖ_Ｘ１は駆動トランジスタＱ₂の臨界電圧より低いため、駆動トランジスタＱ₂は、導通しない。

次に、第二周期Ｔ_２において、選択信号線Sel_１の電圧レベルは第一ノードＸ_１の電圧レベル（低レベル駆動電圧Ｖ_ＧＬのように）より低く引っ張られ、第一ノードの電圧Ｖ_Ｘ１は二端子フォトセンサートランジスタＱ_１のダイオード電流I_diodeによって、リセットされることで、駆動トランジスタＱ₂は遮断される。この時、選択信号線Sel_２は駆動回路５０にイネイブルされたため、表示ピクセルＳ₂₂のスイッチトランジスタＱ_３は導通する。よって、表示ピクセルＳ₂₂は、第二データ信号線data_２から受けたデータ信号に基づいて、アクティブフォトセンサー及び表示ピクセルＵ₂₂に入射光が照射されたか否かを表示する。

本発明はアクティブフォトセンサーピクセルとそのフォトセンシング方法を提供し、従来の受動式（ｐａｓｓｉｖｅ）フォトセンサーピクセルと比べて、本発明のフォトセンサーピクセルは更に高い信号対雑音比と駆動能力を有するので、大面積の表示器の要求を満足することができる。また、本発明のフォトセンサートランジスタＱ_１の制御ターミナルは第二ターミナルに接続するので、表示器はフォトセンサートランジスタＱ_１の臨界電圧の変動の影響を受けない。本発明のフォトセンサーピクセルとアレイは表示器のバックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に設置することができ、且つ従来の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）フォトセンサー器とＣＭＯＳフォトセンサー器に取って代わることができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

Ｑ_１…二端子フォトセンサートランジスタ
Ｑ_２…駆動トランジスタ
Ｑ_３…スイッチトランジスタ
ｈｖ…入射光
Ｖ_Ｈ…高電圧
Ｖ_Ｌ…低電圧
I_photo 、I’_photo…フォトセンサー電流
I_diode、I’_diode…ダイオード電流
Ｕ_１１、Ｕ_１２、Ｕ_１３、Ｕ_２１、Ｕ_２２、Ｕ_２３、Ｕ_３１、Ｕ_３２、Ｕ_３３、Ｕ_４１、Ｕ_４２、Ｕ_４３…アクティブフォトセンサー及び表示ピクセル
Ｐ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３、Ｐ_２１、Ｐ_２２、Ｐ_２３、Ｐ_３１、Ｐ_３２、Ｐ_３３、Ｐ_４１、Ｐ_４２、Ｐ_４３…アクティブフォトセンサーピクセル
Ｓ₂₂…表示ピクセル
Sel_１〜Sel_４…選択信号線
Out_１〜Out_３…出力信号線
data_１〜data_４…データ信号線
Ｖ_ref1…第一参考電圧
Ｖ_ref２…第二参考電圧
Ｖ_ref３…第三参考電圧
Ｘ_１…第一ノード
Ｖ_Ｘ１、Ｖ_Ｎ１、Ｖ_Ｎ２…電圧
Ｖ_ＧＨ…高レベル駆動電圧
Ｖ_ＧＬ…低レベル駆動電圧
Ｖ_ｔｈ_Ｑ_１…臨界電圧
Ｔ_１…第一周期
Ｔ_２…第二周期
Ｃ_sensitivity…感度調整コンデンサ
Ｃ_ＬＣ…液晶コンデンサ
Ｍ_{photo-sensing}…フォトセンサーアレイ
Ｍ_{sensing-display}…フォトセンサー及び表示アレイ
Ｎ１…第一ターミナル
Ｎ２…第二ターミナル
５０…駆動回路
５１…検知回路
５２…データ駆動回路

Claims

第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に接続する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、
第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含み、
前記二端子フォトセンサートランジスタの前記第二ターミナルに接続される前記選択信号線は、表示ピクセルのスイッチトランジスタに更に接続されており、しかも、前記選択信号線は、前記表示ピクセルの前記スイッチトランジスタにゲート信号を供給するアクティブフォトセンサーピクセル。
前記第一ノードに接続する第一ターミナルと第二参考電圧に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサを更に含む請求項１に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
露光及び読取周期において、前記選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作すると同時に、入射光に基づいてフォトセンサー電流を発生し、且つ前記フォトセンサー電流は、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは導通され、且つ前記出力信号線までの出力電流を発生する請求項１または請求項２に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
前記露光及び読取周期の次のリセット周期において、前記選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流を発生することによって、前記第一ノードは放電され、且つ、前記駆動トランジスタは遮断される請求項３に記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅａ−Ｓｉ：ＨＴＦＴ）である請求項１〜４の何れかに記載のアクティブフォトセンサーピクセル。
複数の信号選択線と、
複数の出力信号線と、
複数のアクティブフォトセンサーピクセルとを含み、
前記各アクティブフォトセンサーピクセルは、第一ノードに結合する第一ターミナルと、対応する選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、対応する出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含み、
前記二端子フォトセンサートランジスタの前記第二ターミナルに接続される前記選択信号線は、表示ピクセルのスイッチトランジスタに更に接続されており、しかも、前記選択信号線は、前記表示ピクセルの前記スイッチトランジスタにゲート信号を供給するアクティブフォトセンサーアレイ。
前記各アクティブフォトセンサーピクセルは、前記第一ノードに接続する第一ターミナルと第二参考電圧に接続する第二ターミナルとを有する感度調整コンデンサを更に含む請求項６に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
露光及び読取周期において、前記対応する選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高く引っ張られ、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作すると同時に、入射光に基づいてフォトセンサー電流を発生し、且つ前記フォトセンサー電流は、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは導通され、且つ前記対応する出力信号線までの出力電流を発生する請求項６または請求項７に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
前記露光及び読取周期の次のリセット周期において、前記対応する選択信号線上の電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低く引っ張られた時、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作すると同時に、ダイオード電流を発生することによって、前記第一ノードは放電され、且つ前記駆動トランジスタは遮断される請求項８に記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅａ−Ｓｉ：ＨＴＦＴ）である請求項６〜９の何れかに記載のアクティブフォトセンサーアレイ。
アクティブフォトセンサーピクセルを応用するフォトセンシング方法であって、
前記アクティブフォトセンサーピクセルは第一ノードに結合する第一ターミナルと、選択信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する二端子フォトセンサートランジスタと、
第一参考電圧に結合する第一ターミナルと、出力信号線に結合する第二ターミナルと、前記第一ノードに接続する制御ターミナルとを有する駆動トランジスタとを含み、
前記二端子フォトセンサートランジスタの前記第二ターミナルに接続される前記選択信号線は、表示ピクセルのスイッチトランジスタに更に接続されており、
前記フォトセンシング方法は、露光及び読取周期において、前記二端子フォトセンサートランジスタを感光レジスタとして動作させるのに、前記選択信号線に第一電圧レベルを提供するステップと、
前記二端子フォトセンサートランジスタが入射光を受取った時、フォトセンサー電流を発生し、前記第一ノードに対して充電することによって、前記駆動トランジスタは前記第一ノード上の電圧レベルに基づいて導通され、前記出力信号線までの出力電流を発生するステップと、
前記選択信号線により、前記表示ピクセルの前記スイッチトランジスタにゲート信号を供給するステップとを含むフォトセンシング方法。
前記露光及び読取周期の次に提供するリセット周期を更に含み、前記選択信号線に第二電圧レベルを提供することによって、前記二端子フォトセンサートランジスタをダイオードとして動作させ、ダイオード電流を発生すると同時に、前記ダイオード電流に基づいて、前記第一ノードは放電され、且つ前記駆動トランジスタは遮断される請求項１１に記載のフォトセンシング方法。
前記第一電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより高い請求項１１または請求項１２に記載のフォトセンシング方法。
前記第二電圧レベルは前記第一ノード上の電圧レベルより低い請求項１２または請求項１２を引用する請求項１３に記載のフォトセンシング方法。
前記二端子フォトセンサートランジスタはＮ型水素化アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（Ｎ−ｔｙｐｅａ−Ｓｉ：ＨＴＦＴ）である請求項１１〜１４の何れかに記載のフォトセンシング方法。