检测装置及检测装置的驱动方法与流程

1.本公开涉及一种检测装置及检测装置的驱动方法。


背景技术：

2.晶体管应用于光传感器中，其组件特性的变异，会使得光传感器输出的读取信号误差扩大，容易导致信号范围超出读取电路的输入范围。因此需要可降低检测装置因晶体管的特性变异而造成的感测电流的误差的电子装置及电子装置的驱动方法。


技术实现要素：

3.本公开的检测装置包括像素电路以及补偿电路。像素电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及光电二极管。光电二极管耦接在第一晶体管及第二晶体管之间。补偿电路包括第一端及第二端。补偿电路的第一端耦接至第三晶体管。补偿电路的第二端耦接至第一晶体管。
4.本公开的检测装置的驱动方法适于驱动检测装置。检测装置包括像素电路及补偿电路。像素电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及光电二极管，且光电二极管耦接于第一晶体管及第二晶体管之间，且补偿电路耦接于第三晶体管与第一晶体管之间。检测装置的驱动方法包括：进行复位步骤，其中于进行复位步骤下，第一晶体管及第三晶体管导通，并通过补偿电路调控第二晶体管的控制端的电压；进行照光积分步骤，其中于进行照光积分步骤下，第一晶体管及第三晶体管不导通；以及进行读出步骤，其中于进行读出步骤下，第一晶体管不导通，且第三晶体管导通。
5.为了使前述内容更易理解，如下详细地描述附有附图的若干实施例。
附图说明
6.图1示出本发明一实施例的检测装置的概要示意图；
7.图2示出图1实施例的电压信号于各步骤下的波形示意图；
8.图3示出本发明另一实施例的检测装置的概要示意图；
9.图4示出本发明另一实施例的检测装置的概要示意图；
10.图5示出图4实施例的电压信号于各步骤下的波形示意图；
11.图6示出本发明一实施例的检测装置的驱动方法的步骤流程图。
具体实施方式
12.通过参考以下的详细描述并同时结合附图可以理解本公开，须注意的是，为了使读者能容易了解及为了附图的简洁，本公开中的多张附图只绘出电子装置的一部分，且附图中的特定元件并非依照实际比例绘图。此外，图中各元件的数量及尺寸仅作为示意，并非用来限制本公开的范围。
13.在下文说明书与权利要求中，”含有”与”包括”等词为开放式词语，因此其应被解
释为”含有但不限定为
…”
之意。
14.应了解到，虽然术语第一、第二、第三
…
可用以描述多种组成元件，但组成元件并不以此术语为限。此术语仅用于区别说明书内单一组成元件与其他组成元件。权利要求中可不使用相同术语，而依照权利要求中元件宣告的顺序以第一、第二、第三
…
取代。因此，在下文说明书中，第一组成元件在权利要求中可能为第二组成元件。
15.在本公开一些实施例中，关于接合、连接的用语例如”连接”、”互连”等，除非特别定义，否则可指两个结构系直接接触，或者亦可指两个结构并非直接接触，其中有其它结构设于此两个结构之间。且此关于接合、连接的用语亦可包括两个结构都可移动，或者两个结构都固定的情况。此外，用语”耦接”包括任何直接及间接的电性连接手段。
16.本公开的电子装置可包括显示装置、天线装置、感测装置、发光装置、或拼接装置，但不以此为限。电子装置可包括可弯折或可挠式电子装置。电子装置可包括电子元件。电子装置例如包括液晶(liquid crystal)层或发光二极管(light emitting diode，led)。电子元件可包括被动元件与主动元件，例如电容、电阻、电感、可变电容、滤波器、二极管、晶体管(transistors)、感应器、微机电系统元件(mems)、液晶芯片(liquid crystal chip)、控制器(controller)等，但不限于此。二极管可包括发光二极管或光电二极管。发光二极管可例如包括有机发光二极管(organic light emitting diode，oled)、次毫米发光二极管(mini led)、微发光二极管(micro led)、量子点发光二极管(quantum dot led)、荧光(fluorescence)、磷光(phosphor)或其他适合的材料、或上述组合，但不以此为限。感应器可例如包括电容式感应器(capacitive sensors)、光学式感应器(optical sensors)、电磁式感应器(electromagnetic sensors)、指纹感应器(fingerprint sensor，fps)、触控感应器(touch sensor)、天线(antenna)、或触控笔(pen sensor)等，但不限于此。控制器可例如包括时序控制器(timing controller)、电压转换器控制器等，电压转换器控制器包含有电压转换器电路，但不限于此。下文将以显示装置作为电子装置以说明本公开内容，但本公开不以此为限。
17.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
18.图1示出本发明一实施例的检测装置的概要示意图。图2示出图1实施例的电压信号于各步骤下的波形示意图。请参考图1及图2，检测装置100包括像素电路110、补偿电路120及输出电路130。像素电路110包括第一晶体管t1、第二晶体管t2、第三晶体管t3及光电二极管pd。光电二极管pd耦接在第一晶体管t1及第二晶体管t2之间，且补偿电路120耦接于第三晶体管t3与第一晶体管t1之间。第三晶体管t3输出感测电流isen。补偿电路120包括第一端n1及第二端n2。补偿电路120的第一端n1耦接至第三晶体管t3且接收感测电流isen。补偿电路120的第二端n2耦接至第一晶体管t1。在复位步骤p1，补偿电路120根据对应于感测电流isen的感测电压vsen调控第二晶体管t2的控制端的电压vg。
19.具体而言，第一晶体管t1可作为复位晶体管，包括第一端、第二端及控制端。第一晶体管t1的第一端可通过信号线210耦接至补偿电路120的第二端n2。第一晶体管t1的第二端举例可耦接至光电二极管pd的阴极端及第二晶体管t2的控制端，但不限于此。于其它实施例下(未示出)，第一晶体管t1的第二端举例可耦接至光电二极管pd的阳极端及第二晶体管t2的控制端，但不限于此。第一晶体管t1的控制端可耦接至复位信号vrst。光电二极管pd
(例如阴极端)可耦接至第一晶体管t1的第二端及第二晶体管t2的控制端，光电二极管pd(例如阳极端)可耦接至接地电压或电压源c2(例如低电压，举例vss)。
20.具体而言，第二晶体管t2作为驱动晶体管，包括第一端、第二端及控制端。第二晶体管t2的第一端耦接至电压源c1(例如高电压，举例vdd)。第二晶体管t2的第二端耦接至第三晶体管的第一端。第二晶体管t2的控制端耦接至光电二极管(例如阴极端)及第一晶体管t1的第二端。第三晶体管t3作为第一选择晶体管，包括第一端、第二端及控制端。第三晶体管t3的第一端耦接至第二晶体管t2的第二端。第三晶体管t3的第二端通过信号线220耦接至补偿电路120的第一端n1。第三晶体管t3的控制端耦接至第一控制信号v1。
21.在一些实施例中，补偿电路120可包括电流电压转换器202、比较器204和/或第五晶体管m1。电流电压转换器202可包括第一端及第二端。电流电压转换器202的第一端可耦接至第三晶体管t3且接收感测电流isen。电流电压转换器202可将感测电流isen转换为感测电压vsen，而此感测电压vsen例如产生在电流电压转换器202的第二端。
22.在一些实施例中，电流电压转换器202可包括放大器amp和/或电阻r，但不限于此。放大器amp可例如具有非反向输入端、反向输入端及输出端。放大器amp的非反向输入端可接地，放大器amp的反向输入端可作为电流电压转换器202的第一端。放大器amp的输出端可作为电流电压转换器202的第二端。电阻r可例如耦接在放大器amp的反向输入端与输出端之间。
23.在一些实施例中，比较器204可包括第一输入端(例如反向输入端)、第二输入端(例如非反向输入端)及输出端。比较器204的第一输入端可耦接至电流电压转换器202的第二端，以接收感测电压vsen。比较器204的第二端可耦接至数据电压vd。比较器204可根据感测电压vsen及数据电压vd以在其输出端产生一控制信号vsw。控制信号vsw可用以控制第五晶体管m1的导通状态。
24.在一些实施例中，第五晶体管m1包括第一端、第二端及控制端。第五晶体管m1的第一端通过信号线210可耦接至第一晶体管t1的第一端。第五晶体管m1的第二端可耦接至外部电压源vramp。第五晶体管m1的控制端可耦接至比较器204的输出端。在一些实施例中，比较器204可根据感测电压vsen及数据电压vd输出控制信号vsw，以控制第五晶体管m1的导通状态，而当第五晶体管m1导通时，可通过将外部电压源vramp输出至像素电路110来调控第二晶体管的控制端的电压vg，但不限于此。
25.此外，输出电路130可包括第四晶体管t4。第四晶体管t4作为第二选择晶体管，包括第一端、第二端及控制端。第四晶体管t4的第一端可耦接至补偿电路120的第一端n1。第四晶体管t4的第二端可作为输出端，以输出对应感测电流isen的感测电压vsen，作为输出电压vout。在一些实施例中，第四晶体管t4的控制端可耦接至第二控制信号v2。
26.在一些实施例中，第一晶体管t1、第二晶体管t2、第三晶体管t3和/或第四晶体管t4例如是nmos晶体管，第五晶体管m1例如是pmos晶体管，但不限于此。本发明对晶体管的形式不加以限制。
27.请再参考图1及图2，检测装置100的操作步骤可包括进行复位步骤p1、进行照光积分步骤p2和/或进行读出步骤p3。在进行复位步骤p1下，可通过补偿电路120来调控第二晶体管t2的控制端的电压。而图2显示于上述不同步骤下的复位信号vrest、外部电压源vramp的信号、第一控制信号v1(提供给第三晶体管t4的控制信号)及第二控制信号v2(提供给第
四晶体管t4的控制信号)分别的电压波形示意图。
28.在一些实施例中，在复位步骤p1下，第一晶体管t1、第三晶体管t3及第五晶体管m1可例如导通(及开启)，且第四晶体管t4不导通(及关闭)。在复位步骤p1下，可通过补偿电路120调控第二晶体管t2的控制端的电压。在复位步骤p1下，第五晶体管m1可例如根据前述的感测电压vsen及数据电压vd输出控制信号vsw而选择性导通。当第五晶体管m1导通时，以通过外部电压源vramp来调控第二晶体管t2的控制端的电压。举例来说，在复位步骤p1下，第二晶体管t2的控制端的电压vg例如可随着所提供的外部电压源vramp而调变。详细来说，外部电压源vramp可例如为电压可调变的电压源，其例如可由负电压逐步调变至高电压，故于复位步骤p1下，且当第五晶体管m1导通下，第二晶体管t2的控制端的电压vg可例如根据所接收到的外部电压源vramp的电压而同步调变，直到感测电压vsen与给定的数据电压vd相同时，比较器204会输出一高电压的控制信号vsw以使第五晶体管m1不导通。当第五晶体管m1不导通时，外部电压源vramp即不会再输出至像素电路110来调控第二晶体管的控制端的电压vg。因此，此时第二晶体管t2的控制端的电压vg可对应到感测电压vsen的电压值，以达到电流初始化，完成复位补偿的操作。
29.接着，在照光积分步骤p2下，第一晶体管t1、第三晶体管t3和/或第四晶体管t4例如不导通。在照光积分步骤p2下，当第三晶体管t3例如不导通，可避免初始化电流在照光积分步骤p2下从像素电路110流到补偿电路120。接着，在读出步骤p3，第一晶体管t1例如不导通，第三晶体管t3及第四晶体管t4例如导通，以使感测电压vsen可从像素电路110被读出，并且作为输出电压vout，输出至下一级电路。
30.在一些实施例中，当第五晶体管m1导通时，外部电压源vramp可通过补偿电路120输入至像素电路110。外部电压源vramp可例如是三角波或其他形状的信号波形，本发明并不加以限制。因此，当第二晶体管t2发生特性变异时(例如阈值电压vth改变)可通过外部电压源vramp来调控第二晶体管t2的控制端的电压vg，以将第二晶体管t2的输出电流id初始化。电流初始化例如是指调控第二晶体管t2的控制端的电压vg，使电压vg与阈值电压(vth)的差值不会因为第二晶体管t2发生特性变异而改变，可降低第二晶体管t2因特性变异而输出差异太大的输出电流id，藉此可降低因晶体管的特性变异而造成的感测电流的误差。
31.在图1的实施例中，检测装置100可包括一个像素电路110、一个补偿电路120和/或一个输出电路130，但不限于此。在一实施例中，检测装置可包括多个像素电路、至少一个补偿电路及多个输出电路。也就是说，多个像素电路可共享一个补偿电路，但不限于此。
32.图3示出本发明另一实施例的检测装置的概要示意图。请参考图1及图3，本实施例的检测装置300类似于图1实施例的检测装置100，两者之间主要的差异例如在于检测装置300包括像素电路110_1、像素电路110_2、一个补偿电路120及或输出电路130_1、输出电路130_2。像素电路110_1、像素电路110_2例如是位在同一像素列(column)的像素电路。也就是说，像素电路110_1、像素电路110_2可共享一个补偿电路120。在一些实施中，补偿电路120可分时调控各像素电路中的第二晶体管t2的控制端的电压vg，以初始化各第二晶体管t2的输出电流id，降低不同像素电路中的第二晶体管t2因特性变异而输出差异太大的输出电流id。因此，检测装置300可降低因晶体管的特性变异而造成的感测电流的误差。
33.图4示出本发明另一实施例的检测装置的概要示意图。图5示出图4实施例的电压信号的波形示意图。请参考图1、图4及图5，本实施例的检测装置400类似于图1实施例的检
测装置100，两者之间主要的差异例如在于补偿电路的结构及其操作方式。
34.具体而言，检测装置400包括像素电路110、补偿电路420及输出电路130。关于像素电路110及输出电路130可参照图1实施例的说明，底下说明补偿电路420。补偿电路420可包括电流镜电路422和/或至少一放大器电路(例如放大器电路424、放大器电路426。放大器电路424及放大器电路426可例如是共源极放大器，但不限于此。此处以两个放大器电路(即放大器电路424、放大器电路426)为例，但放大器电路的数量不用以限定本发明，可根据需求使用单数或偶数数量的放大器电路。
35.电流镜电路422可包括第一端及第二端。电流镜电路422的第一端可通过信号线220耦接至第三晶体管t3，且接收感测电流isen。电流镜电路422例如根据感测电流isen而产生一镜射电流im。根据镜射电流im，可使在电流镜电路422的第二端产生感测电压vsen。
36.放大器电路424可包括第一端及第二端。放大器电路426包括第一端及第二端。放大器电路424的第一端可耦接至电流镜电路422的第二端。放大器电路424的第二端可耦接至放大器电路426的第一端。放大器电路426的第二端可例如通过信号线210耦接至第一晶体管t1。在一些实施例中，感测电压vsen可经由放大器电路424及放大器电路426以产生调控电压vo，此调控电压vo例如由放大器电路426的第二端n3输出，故在复位步骤p1下，可经由将此调控电压vo传输出至像素电路110来调控像素电路110中的第二晶体管t2的控制端的电压vg。
37.请再参考图4及图5，检测装置400的操作步骤包括复位步骤p1、照光积分步骤p2和/或读出步骤p3。而图5显示于上述不同步骤下的复位信号vrest、第一控制信号v1(提供给第三晶体管t4的控制信号)及第二控制信号v2(提供给第四晶体管t4的控制信号)分别的电压波形示意图。在复位步骤p1下，第一晶体管t1及第三晶体管t3例如导通。当第二晶体管t2特性变异时，第二晶体管t2的输出电流id会改变。例如，若阈值电压正飘移，会使输出电流id减小。输出电流id可作为感测电流isen，且从像素电路110输出至补偿电路420。在复位步骤p1下，电流镜电路422可复制此感测电流isen，且通过放大器电路424和/或放大器电路426。当此感测电流isen例如经过偶数个放大器电路后，可例如将感测电压vsen放大为调控电压vo。调控电压vo例如可使第二晶体管t2的控制端的电压vg上升，以抵销阈值电压正飘移的影响，但不限于此。因此，当第二晶体管t2发生特性变异时，可通过调控电压vo来调控第二晶体管t2的控制端的电压vg，以将第二晶体管t2的输出电流id初始化，降低第二晶体管t2因特性变异而输出差异太大的输出电流id。因此，检测装置400可降低因晶体管的特性变异而造成的感测电流的误差。
38.在其它实施例(未示出)，补偿电路420可包括电流镜电路422及单数个放大器电路。当第二晶体管t2特性变异时，在复位步骤p1下，举例若阈值电压负飘移，会使输出电流id变大。输出电流id可作为感测电流isen，且从像素电路110输出至补偿电路420。在复位步骤p1下，电流镜电路422可复制感测电流isen，且通过单数个放大器电路后，可例如将感测电压vsen缩小为调控电压vo。调控电压vo例如可使第二晶体管t2的控制端的电压vg下降，以抵销阈值电压负飘移的影响，但不限于此。因此，当第二晶体管t2发生特性变异时，可通过调控电压vo来调控第二晶体管t2的控制端的电压vg，以将第二晶体管t2的输出电流id初始化，降低第二晶体管t2因特性变异而输出差异太大的输出电流id。另外，本实施例的检测装置400在照光积分步骤p2及读出步骤p3的操作类似于图1实施例的检测装置100，在此不
重复说明。
39.图6示出本发明一实施例的检测装置的驱动方法的步骤流程图。请参考图1、图4及图6，本实施例的检测装置的驱动方法至少适于图1、图4的显示设备100、400，但本发明不限于此。以图1的检测装置100为例，在复位步骤p1下，补偿电路120可根据对应于感测电流isen的感测电压vsen来调控第二晶体管t2的控制端的电压vg。在照光积分步骤p2下，像素电路110可通过光电二极管pd产生感测电流isen。在读出步骤p3下，从输出电路130读出对应于感测电流isen的感测电压vsen。
40.另外，本实施例的检测装置的驱动方法可在图1到图5的实施例中获得足够的教导、建议及实施说明，因此不再重复说明。
41.综上所述，在本发明的实施例中，当第二晶体管发生特性变异时，可调控第二晶体管的控制端的电压，以将第二晶体管的输出电流初始化，避免第二晶体管因特性变异而输出差异太大的输出电流。电流初始化可例如将其设定对应于晶体管的亚阈区(sub-threshold region)或饱和区(on-region)的电流，但不限于此。因此，补偿电路在复位步骤根据对应于感测电流的感测电压调控第二晶体管的控制端的电压，可降低检测装置因晶体管的特性变异而造成的感测电流的误差。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种检测装置，包括：像素电路，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及光电二极管，其中所述光电二极管耦接在所述第一晶体管及所述第二晶体管之间；以及补偿电路，包括第一端及第二端，其中所述补偿电路的所述第一端耦接至所述第三晶体管，以及所述补偿电路的所述第二端耦接至所述第一晶体管。2.根据权利要求1所述的检测装置，还包括：输出电路，包括第四晶体管，其中所述第四晶体管耦接至所述补偿电路的所述第一端。3.根据权利要求1所述的检测装置，其中所述补偿电路包括：电流电压转换器，包括第一端及第二端，其中所述电流电压转换器的所述第一端耦接至所述第三晶体管；比较器，包括第一输入端、第二输入端及输出端，其中所述比较器的所述第一输入端耦接至所述电流电压转换器的所述第二端，所述比较器的所述第二输入端耦接至数据电压；以及第五晶体管，包括第一端、第二端及控制端，且所述第五晶体管的所述第一端耦接至所述第一晶体管，所述第五晶体管的所述第二端耦接至外部电压源，以及所述第五晶体管的所述控制端耦接至所述比较器的所述输出端。4.根据权利要求1所述的检测装置，其中所述补偿电路包括：电流镜电路，包括第一端及第二端，其中所述电流镜电路的所述第一端耦接至所述第三晶体管；以及至少一放大器电路，包括第一端及第二端，所述至少一放大器电路的所述第一端耦接至所述电流镜电路的所述第二端，以及所述至少一放大器电路的所述第二端耦接至所述第一晶体管。5.根据权利要求1所述的检测装置，其中所述第一晶体管作为复位晶体管，所述第二晶体管作为驱动晶体管，以及所述第三晶体管作为选择晶体管。6.一种检测装置的驱动方法，适于驱动所述检测装置，其中所述检测装置包括像素电路及补偿电路，且所述像素电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及光电二极管，所述光电二极管耦接于所述第一晶体管以及所述第二晶体管之间，且所述补偿电路耦接于所述第三晶体管与所述第一晶体管之间，以及所述检测装置的驱动方法包括：进行复位步骤，其中于进行所述复位步骤下，所述第一晶体管及所述第三晶体管导通，并通过所述补偿电路调控所述第二晶体管的控制端的电压；进行照光积分步骤，其中于进行所述照光积分步骤下，所述第一晶体管、所述第三晶体管不导通；以及进行读出步骤，其中于进行所述读出步骤下，所述第一晶体管不导通，且所述第三晶体管导通。7.根据权利要求6所述的检测装置的驱动方法，其中所述检测装置包括输出电路，所述输出电路包括一第四晶体管，所述第四晶体管耦接所述补偿电路及所述第三晶体管，其中在进行所述复位步骤下，所述第四晶体管不导通。8.根据权利要求6所述的检测装置的驱动方法，其中所述检测装置包括输出电路，所述输出电路包括一第四晶体管，所述第四晶体管耦接所述补偿电路及所述第三晶体管，其中
在所述照光积分步骤下，所述第四晶体管不导通。9.根据权利要求6所述的检测装置的驱动方法，其中所述检测装置包括输出电路，所述输出电路包括第四晶体管，所述第四晶体管耦接所述补偿电路及所述第三晶体管，其中在所述读出步骤下，所述第四晶体管导通。10.根据权利要求7所述的检测装置的驱动方法，其中所述补偿电路包括第五晶体管，以及在进行所述复位步骤下，所述第五晶体管导通，以通过外部电压源来调控所述第二晶体管的所述控制端的电压。

技术总结
本公开提供一种检测装置包括像素电路以及补偿电路。像素电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及光电二极管。光电二极管耦接在第一晶体管及第二晶体管之间。补偿电路包括第一端及第二端。补偿电路的第一端耦接至第三晶体管。补偿电路的第二端耦接至第一晶体管。管。管。


技术研发人员：王智弘 林信宏 戴亚翔 许卉姗 杜承哲 袁一程
受保护的技术使用者：睿生光电股份有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/22