TWI381632B - 光感應器電路 - Google Patents

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TWI381632B TW098133155A TW98133155A TWI381632B TW I381632 B TWI381632 B TW I381632B TW 098133155 A TW098133155 A TW 098133155A TW 98133155 A TW98133155 A TW 98133155A TW I381632 B TWI381632 B TW I381632B
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits

Description

光感應器電路
本發明是有關於一種光感應器電路，且特別是有關於一種應用光電晶體(Phototransistor)實現之光感應器電路。
在現有技術中，實現光感應器來偵測光強度之技術係已存在。傳統上，光感應器中之感光元件係以光二極體(Photodiode)來實現。一般來說，光二極體需使用高溫製程技術，換言之，傳統應用光二極體作為感光元件技術之缺點為無法與一般薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)製程相容，及製作成本較高。因此，如何設計出應用其他半導體元件做為感光元件之光感應器為業界不斷致力的方向之一。
本發明係關於一種光感應器電路，其以光電晶體(Phototransistor)作為感光元件，並以應用反相器實現之放大器對光電晶體對應於感測之光訊號所產生之電訊號進行放大。
本發明提出一種光感應器電路包括第一節點、電位偏移器、光電晶體(Phototransistor)及反相器。第一節點具有操作電壓訊號。電位偏移器耦接至第一節點，用以對第一節點進行偏壓，使操作電壓訊號對應至操作偏壓位 準。光電晶體耦接至第一節點，用以接收光訊號以控制操作電壓訊號之位準，以產生第一電訊號。反相器用以接收第一電訊號以放大產生並輸出第二電訊號，以指示光訊號之強度。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本實施例相關之光感應器電路係應用光電晶體(Phototransistor)作為感光元件。
請參照第1圖，其繪示依照本發明實施例之光感應器電路的方塊圖。光感應器電路1包括節點NT、電位偏移器LV、光電晶體PT及反相器INV。節點NT上具有操作電壓訊號。電位偏移器LV耦接至節點NT，用以對節點NT進行偏壓，使此操作電壓訊號對應至反相器INV之線性操作區中之一操作偏壓位準。
光電晶體PT，係耦接至節點NT，用以接收光訊號So，並據以控制此操作電壓訊號之位準，產生電訊號Se1。反相器INV接收並根據電訊號Se1放大產生及輸出電訊號Se2，並指示光訊號So之強度。舉例來說，此操作偏壓位準例如對應至反相器INV之線性操作區間，如此本實施例之光感應器電路1實現出以光電晶體PT做為感光元件之光感應器電路。以下列舉若干詳細實施例，對本實施例光感應器電路1中各個元件進行更進一步的說明。
第一實施例
請參照第2圖，其繪示依照本發明第一實施例之光感應器電路的電路圖。光感應器電路2中包括節點NT1、電位偏移器LV1、光電晶體PT1及反相器INV1，其中節點NT1上具有此操作電壓訊號。
舉例來說，光電晶體PT1為以非晶矽(Amorphous Silicon)或有機半導體(Organic Semiconductor)材料為主動層材料之光電晶體，其可實現於可撓式軟性塑膠基板(Flexible Plastic Substrate)上。電位偏移器LV1及反相器INV1係以電晶體實現。舉例來說，電位偏移器LV1及反相器INV1中各電晶體係由金屬氧化物電晶體(Metal-Oxide Thin Film Transistor)來實現。
反相器INV1包括節點NT2、電晶體T1及T2。節點NT2上具有電訊號Se2。電晶體T1之汲極(Drain)及閘極(Gate)接收控制訊號Sc1，源極(Source)耦接至節點NT2。電晶體T2之汲極耦接至節點NT2，閘極耦接至節點NT1，源極接收參考電壓訊號。舉例來說，參考電壓訊號例如為接地電壓訊號GND。
電位偏移器LV1包括電晶體T5，其之汲極耦接至節點NT2，閘極接收控制訊號Sc2，源極耦接至節點NT1。
光二極體PT1之汲極耦接至節點NT1，閘極接收控制訊號Sc3，源極接收另一參考電壓訊號。舉例來說，此另一參考電壓訊號例如對應至一負電壓訊號-VEE。
請參照第3圖，其繪示乃第2圖中各相關訊號的時序圖。在一個例子中，由控制訊號Sc1-Sc3及受控於其之電 路之配合，電位偏移器LV1可在操作期間TP1-TP3中，將此操作電壓訊號偏壓至此操作偏壓位準。
在操作期間TP1中，控制訊號Sc1及Sc2對應至致能位準，例如是高訊號位準；控制訊號Sc3對應至非致能位準，例如是低訊號位準。如此，電晶體T1及T5分別接收控制訊號Sc1及Sc2，並據以為導通；光電晶體PT1接收控制訊號Sc3，並據以產生之光感應電流相較於電晶體T1及T5導通電流來說可以忽略，換言之，節點NT1可視為開路狀態(Open Circuit)。這樣一來，節點NT1上之此操作電壓訊號在操作期間TP1中例如被偏壓至接近控制訊號Sc1之致能位準。舉例來說，控制訊號Sc1之致能位準例如是光感應器電路2之電源供應訊號位準VDD。
在操作期間TP2中，控制訊號Sc2及Sc3分別持續地具有致能位準及非致能位準，而控制訊號Sc1係由致能位準轉換為非致能位準。如此，電晶體T1為截止，電晶體T2及T5為導通，光電晶體PT1維持如前述操作期間TP1中之操作。這樣一來，電晶體T5及T2係形成一放電路徑，將節點NT1上之此操作電壓訊號放電至一個偏壓位準。由於電晶體T2之閘極接收此操作電壓訊號，此偏壓位準例如接近電晶體T2之臨界導通電壓(Threshold Voltage)。
在操作期間TP3中，控制訊號Sc1及Sc3由非致能位準轉換為致能位準，控制訊號Sc2由致能位準轉換為非致能位準。如此，電晶體T1及T2為導通，以實現出一個反相器電路；電晶體T5為截止，使節點NT1為實質上浮接(Floating)。另外，光電晶體PT1之閘極與汲極之間例如 具有寄生電容，如此，當控制訊號Sc3於操作期間TP3中由低訊號位準切換為高訊號位準時，經由光電晶體PT1之汲極及閘極間之電容耦合效應，使實質上浮接之節點NT1上之此操作電壓訊號之位準(等於前述偏壓位準)提升一個差值電壓△V，而等於此操作偏壓位準。
請參照第4圖，其繪示乃第2圖之反相器INV1的操作曲線。以輸入訊號之角度(橫軸)來看，反相器INV1之線性操作區LA之下限電壓接近電晶體T2之臨界導通電壓VTH。如此在操作期間TP2中，本實施例之電位偏移器LV1可將節點NT1上之此操作電壓訊號偏壓至接近臨界導通電壓VTH。而在操作期間TP3中，經由光電晶體PT1之汲極與閘極間之電容耦合效應，可將此操作電壓訊號自臨界導通電壓VTH再向上提升差值電壓△V。經由調整控制訊號Sc3之非致能與致能位準間之電位差，可決定差值電壓△V之大小，使節點NT1上之此操作電壓訊號之位準被偏壓在反相器INV1之線性操作區LA中。
在操作期間TP3之後，此操作電壓訊號係被偏壓在反相器INV1之線性操作區LA中，接著光二極體PT1可接收並根據光訊號以產生光感應電流，以決定此操作電壓訊號之位準，並產生電訊號Se1。
在一個例子中，光感應器電路2更包括輸出開關OS1，用以接收輸出控制訊號Sco，並據以導通輸出開關OS1，以輸出節點NT2上之電訊號Se2。在一個例子中，光感應器電路2用以實現光感應畫素電路(Photodetector Pixel Circuit)，多個光感應器電路係可以陣列(Array)方式排 列。
在本實施例中雖僅以光感應器電路2具有如第2圖所示之電路結構的的情形為例做說明，然，本實施例之光感應器電路2並不侷限於此。在另一個例子中，本實施例之光感應器電路亦可包括具有另一電路結構之反相器INV1’，如第5圖所示。在這個例子中，反相器INV1’額外包括節點NT3、電晶體T3及T4。
電晶體T3之汲極接收控制訊號Sc1，閘極耦接至節點NT2，源極耦接至節點NT3。電晶體T4汲極耦接至節點NT3，閘極耦接至節點NT1，源極接收接地電壓訊號GND。相較於反相器INV1，反相器INV1’具有更大之增益值(Gain)，可以根據電訊號Se1得到數值更大之電訊號Se2’。
第二實施例
請參照第6圖，其繪示依照本發明第二實施例之光感應器電路的電路圖。本實施例之光感應器電路4與第一實施例之光感應器電路不同之處在於其之電位偏移器LV2之汲極不與節點NT2"耦接，而接收偏壓訊號Vrf。如此，電位偏移器LV2直接接收其之閘極接收之重置電壓訊號Sr，並據以導通電位偏移器LV2，將節點NT1’上之此操作電壓訊號偏壓至偏壓訊號Vrf之位準，而無須經由控制訊號Sc1-Sc3之時序控制。
本發明上述實施例之光感應器電路係以光電晶體作為感光元件，並應用反相器實現之放大器來對光電晶體接 收感測到之光訊號，並據以放大所產生之電訊號。如此，相較於傳統光感應器電路，本發明相關之光感應器電路製程溫度較低、可與一般薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)製程相容、製作成本較低及可實現在可撓式塑膠機板(Flexible Plastic Substrate)。
另外，本發明部份實施例之光感應器電路係應用之電位偏移器可在其之偏壓操作後將反相器之輸入訊號偏壓至一操作偏壓位準，此操作偏壓位準等於反相器之輸入電晶體之臨界導通電壓加上一個差值電壓。如此，無論反相器之操作曲線因製程關係有任何的偏移，本實施例之光感應器電路可將反相器之輸入電壓訊號之操作點偏壓在反相器之線性操作區中，而可避免因輸入電壓訊號之操作點落在反相器之線性操作區之外產生錯誤之放大電訊號。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1-4‧‧‧光感應器電路
LV、LV1、LV2‧‧‧電位偏移器
PT、PT1、PT2‧‧‧光電晶體
INV、INV1、INV1'、INV2‧‧‧反相器
NT、NT1、NT2、NT2'、NT3、NT1'、NT2"‧‧‧節點
T1-T5‧‧‧電晶體
OS1、OS1'、OS2‧‧‧輸出開關
第1圖繪示依照本發明實施例之光感應器電路的方塊圖。
第2圖繪示依照本發明第一實施例之光感應器電路的電路圖。
第3圖繪示乃第2圖中各相關訊號的時序圖。
第4圖繪示乃第2圖之反相器INV1的操作曲線。
第5圖繪示依照本發明第一實施例之另一光感應器電路的電路圖。
第6圖繪示依照本發明第二實施例之光感應器電路的電路圖。
1‧‧‧光感應器電路
LV‧‧‧電位偏移器
PT‧‧‧光電晶體
INV‧‧‧反相器
NT‧‧‧節點

Claims (12)

  1. 一種光感應器電路，包括：一第一節點，具有一操作電壓訊號；一電位偏移器，耦接至該第一節點，用以對該第一節點進行偏壓，使該操作電壓訊號對應至一操作偏壓位準；一光電晶體，耦接至該第一節點，用以接收一光訊號，並據以控制該操作電壓訊號之位準，以產生一第一電訊號；以及一反相器，用以接收該第一電訊號，並據以放大產生並輸出一第二電訊號，以指示該光訊號之強度，其中該反相器包括：一第二節點，具有該第二電訊號；一第一電晶體，第一輸入端及控制端接收一第一控制訊號，第二輸入端耦接至該第二節點；及一第二電晶體，第一輸入端耦接至該第二節點，控制端耦接至該第一節點，第二輸入端接收一參考電壓訊號；其中該操作電壓訊號之位準對應至該反相器之線性操作區間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光感應器電路，其中該反相器更包括：一第三節點，具有該第二電訊號；一第三電晶體，第一輸入端接收該第一控制訊號，控制端耦接至該第二節點，第二輸入端耦接至該第三節點； 及一第四電晶體，第一輸入端耦接至該第三節點，控制端耦接至該第一節點，第二輸入端接收該參考電壓訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光感應器電路，更包括：一輸出開關，用以接收一輸出控制訊號，並據以為導通，以輸出該第三節點上之該第二電訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光感應器電路，其中該電位偏移器包括：一第五電晶體，第一輸入端耦接至該第二節點，控制端接收一第二控制訊號，第二輸入端耦接至該第一節點。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光感應器電路，其中：在一第一操作期間中，該第一及該第五電晶體分別接收該第一及該第二控制訊號，並據以為導通，以控制該操作電壓訊號對應至該第一控制訊號之位準；在一第二操作期間中，該第一電晶體接收該第一控制訊號並據以為截止，該第五電晶體接收該第二控制訊號並據以為導通，以控制該操作電壓訊號對應至一偏壓位準，該偏壓位準相關於該第二電晶體之一導通臨界電壓；及在一第三操作期間中，該第一電晶體接收該第一控制訊號並據以為導通，該第五電晶體接收該第二控制訊號並 據以為截止，使該第一節點為實質上浮接(Floating)。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光感應器電路，其中該光電晶體之第一輸入端耦接至該第一節點，控制端接收一第三控制訊號，該第三控制訊號於該第三操作期間由一低訊號位準切換為一高訊號位準，經由該光電晶體之第一輸入端及控制端間之電容耦合效應，該操作電壓訊號在該第三操作期間中由該偏壓位準提升至該操作偏壓位準。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光感應器電路，其中偏壓至該操作偏壓位準之該操作電壓訊號之位準由該光二極體感應產生之一光感應電流來決定，以產生該第一電訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光感應器電路，更包括：一輸出開關，接收一輸出控制訊號，並據以為導通，以輸出該第二節點上之該第二電訊號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光感應器電路，其中該電位偏移器包括：一第五電晶體，第一輸入端接收一偏壓訊號，控制端接收一重置電壓訊號，第二輸入端耦接至該第一節點。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光感應器電路，其 中該光感應器電路用以實現一光感應畫素電路(Photodetector Pixel Circuit)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光感應器電路，其中該光電晶體之主動層材料為非晶矽(Amorphous Silicon)或有機半導體(Organic Semiconductor)材料。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光感應器電路，其中該電位偏移器及該反相器係金屬氧化物電晶體(metal-Oxide Thin Film Transistor)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101819980B1 (ko) 2011-09-09 2018-01-19 삼성전자주식회사 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
TWI486563B (zh) * 2012-08-16 2015-06-01 E Ink Holdings Inc 光感測器及其光電晶體的驅動方法
TWI485372B (zh) * 2012-11-16 2015-05-21 Au Optronics Corp 光感測電路及光感測之控制方法
WO2016135824A1 (ja) * 2015-02-23 2016-09-01 三菱電機株式会社 光受信装置
CN107731952B (zh) * 2017-10-02 2022-11-25 深圳市雷克斯托通信有限公司 雷达传感器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6690000B1 (en) * 1998-12-02 2004-02-10 Nec Corporation Image sensor
TW200713818A (en) * 2005-09-29 2007-04-01 Beam Gene Corp Ltd Apparatus for complementary color detection
TW200818559A (en) * 2006-10-02 2008-04-16 Gigno Technology Co Ltd Light emitting device and control method thereof
TW200838295A (en) * 2005-09-02 2008-09-16 Hamamatsu Photonics Kk Solid-state imaging apparatus

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5889883A (en) * 1995-01-23 1999-03-30 Mars Incorporated Method and apparatus for optical sensor system and optical interface circuit
US6844897B1 (en) 1999-06-15 2005-01-18 Micron Technology, Inc. Active pixel sensor (APS) readout structure with amplification
GB2367945B (en) 2000-08-16 2004-10-20 Secr Defence Photodetector circuit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6690000B1 (en) * 1998-12-02 2004-02-10 Nec Corporation Image sensor
TW200838295A (en) * 2005-09-02 2008-09-16 Hamamatsu Photonics Kk Solid-state imaging apparatus
TW200713818A (en) * 2005-09-29 2007-04-01 Beam Gene Corp Ltd Apparatus for complementary color detection
TW200818559A (en) * 2006-10-02 2008-04-16 Gigno Technology Co Ltd Light emitting device and control method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hsiao-Wen Zan; Shih-Chin Kao; , "New Organic Phototransistor With Bias-Modulated Photosensitivity and Bias-Enhanced Memory Effect," Electron Device Letters, IEEE , vol.30, no.7, pp.721-723, July 2009. *

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Publication number Publication date
US20110073749A1 (en) 2011-03-31
US8274035B2 (en) 2012-09-25
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