專利名稱：光感測裝置、驅(qū)動方法、以及光學(xué)觸摸屏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種光感測裝置、驅(qū)動光感測裝置的方法以及包含光感測裝置的光學(xué)觸摸屏裝置，更特定地，涉及一種包含能夠感測光的氧化物半導(dǎo)體晶體管作為光感測裝置的光感測像素中的光感測器件的光感測裝置、驅(qū)動光感測裝置的方法以及包含光感測裝置的光學(xué)觸摸屏裝置。
背景技術(shù)：
觸摸屏設(shè)備是通過識別例如手指、觸筆等的位置，觸摸屏幕，以及利用軟件執(zhí)行特定處理，經(jīng)由屏幕直接接收輸入數(shù)據(jù)的設(shè)備。為此目的，觸摸屏設(shè)備配備有執(zhí)行此功能的觸摸板。在觸摸屏設(shè)備中所包含的觸摸板可以包括電阻覆蓋型觸摸板、電容覆蓋型觸摸板、聲表面波(SAW)型觸摸板、紅外波束型觸摸板、壓電型觸摸板，等等。觸摸屏設(shè)備被廣泛用于各種領(lǐng)域作為替代鍵盤或鼠標(biāo)的輸入設(shè)備。已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的觸摸屏設(shè)備采用使用手指和觸筆直接觸摸顯示設(shè)備的屏幕的方法。然而，隨著顯示設(shè)備尺寸的增加，顯示設(shè)備和用戶之間的距離增加了。在這種情況中，難以采用直接觸摸方法。因此，提出了可以通過感測光而不是感測手指或觸筆的接觸來執(zhí)行與現(xiàn)有觸摸屏相同功能的光學(xué)觸摸屏設(shè)備。光學(xué)觸摸設(shè)備被期望不僅促進用戶和終端之間的通信而且也促進用戶之間的通信。為了實現(xiàn)光學(xué)觸摸屏，需要一個相對小尺寸的用于感測光的光感測設(shè)備。非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFT)是常用的光感測設(shè)備之一。然而，a-Si TFT不能根據(jù)光展示足夠的電流變化。因此，當(dāng)光入射時，在光電二極管中產(chǎn)生的電荷在電容器中被積累預(yù)設(shè)的時間段，然后根據(jù)在電容器中所積累的電荷量來產(chǎn)生與光強度有關(guān)的信號。當(dāng)電容器被如上所述使用時，感測時間可能延遲在電容中積累電荷所用的時間。另外，較大尺寸的光學(xué)觸摸屏設(shè)備可能導(dǎo)致較高的寄生電容。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種使用氧化物半導(dǎo)體晶體管來作為光感測器件的光感測裝置、驅(qū)動光感測裝置的方法以及包含光感測裝置的光學(xué)觸摸屏裝置。其他方面將在下面的描述中部分被闡述，其部分將是從描述中顯而易見的，或者可以通過對所給出的實施例的實踐而學(xué)習(xí)到。根據(jù)本發(fā)明的方面，一種光感測裝置包括光傳感器晶體管，用于感測光；開關(guān)晶體管，用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號；柵極線，被連接到開關(guān)晶體管的柵極；復(fù)位線，被連接到光傳感器晶體管的柵極；以及相位反轉(zhuǎn)器，被連接在復(fù)位線和柵極線之間，其中，將具有反轉(zhuǎn)相位的信號同時分別施加于開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管。在一些實施例中，相位反轉(zhuǎn)器的輸入端可以被連接到柵極線，而它的輸出端可以被連接到復(fù)位線。在一些實施例中，開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管可以被串行連接。
在一些實施例中，光傳感器晶體管可以包括包含氧化物半導(dǎo)體作為溝道層材料的氧化物半導(dǎo)體晶體管。在一些實施例中，氧化物半導(dǎo)體晶體管可以包括基板；柵極，被部分布置在基板上；柵極絕緣薄膜，被布置在基板和柵極上以覆蓋至少柵極；溝道層，被布置在柵極絕緣薄膜上以面向柵極并且由氧化物半導(dǎo)體材料組成；源極和漏極，被布置為覆蓋溝道層的相反側(cè)；以及透明絕緣層，被布置以覆蓋源極、漏極和溝道層。氧化物半導(dǎo)體材料可以包括ZnO、InO、SnO> InZnO、ZnSnO、或InSnO,或者這些氧化物半導(dǎo)體材料與包含鉿(Hf)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鈮(Nb)、釩(V)、鋁(Al)和錫(Sn)的組中的至少之一的混合材料。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光感測裝置包括光感測像素陣列，包括按照行和列排列的多個光感測像素；柵極驅(qū)動器，用于向光感測像素提供具有反轉(zhuǎn)相位的柵極電壓和復(fù)位信號；信號輸出單元，用于從光感測像素接收光感測信號并輸出數(shù)據(jù)信號，其中，光感測像素中的每一個包括用于感測光的光傳感器晶體管以及用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號的開關(guān)晶體管，其中，柵極驅(qū)動器包括多條柵極線，被連接到開關(guān)晶體管的柵極；多條復(fù)位線，被連接到光傳感器晶體管的柵極；以及多個相位反轉(zhuǎn)器，每個被連接在相應(yīng)的復(fù)位線和柵極線之間。在一些實施例中，相位反轉(zhuǎn)器的輸入端可以被連接到相應(yīng)的柵極線，而它的輸出端可以被連接到相應(yīng)的復(fù)位線。在一些實施例中，具有反轉(zhuǎn)相位的柵極電壓和復(fù)位信號可以同時分別被施加于同一行內(nèi)的開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管。在一些實施例中，柵極線可以被直接連接到柵極驅(qū)動器，而復(fù)位線可以經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器和柵極線被間接連接到柵極驅(qū)動器。在一些實施例中，柵極線中的每一條和復(fù)位線中的每一條可以被連接到同一行內(nèi)的光感測像素。在一些實施例中，信號輸出單元可以包括按照列方向排列的多條數(shù)據(jù)線。在一些實施例中，數(shù)據(jù)線中的每一條可以被連接到在同一列中排列的光感測像素，其中，數(shù)據(jù)線中的每一條可以被連接到同一列中的光感測像素的開關(guān)晶體管的源極。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種光學(xué)觸摸屏裝置包括像素陣列，包含按照行和列排列的多個顯示像素和多個光感測像素；多條柵極線，按照行方向排列并且分別向顯示像素和光感測像素提供柵極電壓；多條復(fù)位線，按照行方向排列，并且分別向光感測像素提供復(fù)位信號；以及多個相位反轉(zhuǎn)器，每個被連接在相應(yīng)的復(fù)位線和柵極線之間，其中，顯示像素中的每一個包括顯示單元以及用于控制顯示單元的開啟和關(guān)斷的第一開關(guān)晶體管；光感測像素中的每一個包括用于感測光的光傳感器晶體管和用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號的第二開關(guān)晶體管；且具有反轉(zhuǎn)相位的柵極電壓和復(fù)位信號同時分別被施加于同一行中的第一和第二晶體管以及光傳感器晶體管。 在一些實施例中，光學(xué)觸摸屏裝置可以進一步包括柵極驅(qū)動器，用于向多條柵極線順序地提供柵極電壓；信號輸出單元，包括按照列方向排列的多條數(shù)據(jù)線，并且用于從光感測像素接收光感測信號并輸出數(shù)據(jù)信號；以及數(shù)據(jù)驅(qū)動器，包括按照列方向排列的多條圖像數(shù)據(jù)線，并且用于向顯示像素提供圖像信號。
在一些實施例中，柵極線可以被直接連接到柵極驅(qū)動器，而復(fù)位線可以經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器和柵極線被間接連接到柵極驅(qū)動器。在一些實施例中，柵極線中的每一條可以被連接到同一行中的顯示像素和光感測像素，其中，柵極線中的每一條可以被連接到同一行中的第一開關(guān)晶體管的柵極，以及那個相同行中的光感測像素的第二開關(guān)晶體管的柵極。在一些實施例中，復(fù)位線中的每一條可以被連接到同一行中的光感測像素,其中，復(fù)位線中的每一條可以被連接到同一行中的光感測像素的光傳感器晶體管的柵極。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種操作光感測裝置的方法，該光感測裝置包括按照行和列排列的多個光感測像素，每個光感測像素包括用于感測光的光傳感器晶體管和用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號的開關(guān)晶體管，所述方法包括向一行中的光感測像素的開關(guān)晶體管的柵極施加高于或等于閾值電壓的正第一柵極電壓，并且同時向同一行中的光感測像素的光傳感器晶體管的柵極施加具有與正第一柵極電壓反轉(zhuǎn)相位的負(fù)第二柵極電壓。所述方法進一步包括向其余行中的光感測像素的開關(guān)晶體管的柵極施加小于閾值電壓的負(fù)第二柵極電壓，并且同時向所述其余行中的光感測像素的光傳感器晶體管的柵極施加具有與負(fù)第二柵極電壓反轉(zhuǎn)相位的正第一柵極電壓。在一些實施例中，可以通過相位反轉(zhuǎn)器獲得具有與正第一柵極電壓反轉(zhuǎn)相位的負(fù)第二柵極電壓。


通過結(jié)合附圖對實施例的以下描述，這些和/或其他方面將變得顯而易見以及更加容易理解，其中圖1是示意性地示出根據(jù)示例實施例的氧化物半導(dǎo)體晶體管的橫截面圖示；圖2和圖3是說明圖1的氧化物半導(dǎo)體晶體管的操作特性的圖形；圖4是示出根據(jù)示例實施例的光感測裝置的光感測像素的電路圖；圖5是示出圖4的光感測像素的示例操作的時序圖；圖6是示意性示出根據(jù)包含圖4的光感測像素的示例實施例的光感測裝置的總體結(jié)構(gòu)的框圖；圖7是示出根據(jù)示例實施例的在光學(xué)觸摸屏裝置中的像素的示例結(jié)構(gòu)的電路圖；以及圖8示意性示出根據(jù)包含圖7的像素的示例實施例的光學(xué)觸摸屏裝置的總體結(jié)構(gòu)；
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考在附圖中示出其示例的實施例，其中，在全文中相似的參考編號是指相似的元件。就這一點來說，當(dāng)前實施例可以具有不同的形式，并且不應(yīng)當(dāng)被理解為限于這里所闡述的描述。因此，通過參考圖形，實施例僅僅被描述如下以便解釋本描述的各方面。氧化物半導(dǎo)體晶體管是其中將氧化物半導(dǎo)體用作溝道材料的晶體管。根據(jù)被用作溝道層的氧化物半導(dǎo)體材料，氧化物半導(dǎo)體晶體管可以具有對光敏感的特性。當(dāng)具有這種特性的氧化物半導(dǎo)體材料被用作溝道層時，氧化物半導(dǎo)體晶體管具有閾值電壓和漏極電流根據(jù)入射光的波長和量而改變的特性。因此，氧化物半導(dǎo)體晶體管可以被用作光感測器件。圖1是示意性示出根據(jù)示例實施例的氧化物半導(dǎo)體晶體管10的橫截面圖。參照圖1，氧化物半導(dǎo)體晶體管10可以包括基板11 ;絕緣層12，被布置在基板11上；柵極13，被部分布置在絕緣層12上；柵極絕緣薄膜14，被布置在絕緣層12和柵極13上以覆蓋至少柵極13 ;溝道層15，被布置在柵極絕緣薄膜14上以面向柵極13 ;源極16和漏極17，被布置為覆蓋溝道層15的相反側(cè)；以及透明絕緣層18，被布置以覆蓋源極16、漏極17和溝道層15。雖然圖1的氧化物半導(dǎo)體晶體管10具有其中柵極13被布置在溝道層15下面的底端柵極結(jié)構(gòu)，但氧化物半導(dǎo)體晶體管10也可以具有頂端柵極結(jié)構(gòu)?；?1可以使用例如玻璃、硅等等的一般基板材料。絕緣層12、柵極絕緣薄膜14和透明絕緣層18可以使用諸如SiO2的材料。當(dāng)基板11由絕緣材料形成時，可以省略基板11上的絕緣層12。此外，柵極13、源極16和漏極17可以使用導(dǎo)電金屬或者導(dǎo)電金屬氧化物。例如，在可附接到顯示面板的光學(xué)觸摸板中使用對光敏感的氧化物半導(dǎo)體晶體管10。柵極13、源極16和漏極17可以由諸如銦錫氧化物(ITO)的透明導(dǎo)電材料形成。然而，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體晶體管10不透明時，用于基板11、絕緣層12、柵極13、柵極絕緣薄膜14、源極16和漏極17的材料可以是不透明的。然而，僅僅在氧化物半導(dǎo)體晶體管10的上層部分中的透明絕緣層18是透明的，以便將光引向溝道層15。如上所述，溝道層15可以由氧化物半導(dǎo)體材料形成。氧化物半導(dǎo)體晶體管10可以具有依賴于用于溝道層15的氧化物半導(dǎo)體材料的光敏特性。例如，諸如ZnO、InO、SnO、InZnO、ZnSnO和InSnO的氧化物半導(dǎo)體材料可以被用作氧化物半導(dǎo)體溝道材料，或者這些氧化物半導(dǎo)體材料與包括如下的組中的至少一個的混合材料可以被用作氧化物半導(dǎo)體溝道材料鉿(Hf)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鈮(Nb)、釩(V)、.鋁(Al)和錫(Sn)。當(dāng)這些材料被用于形成溝道層15時，圖1的氧化物半導(dǎo)體晶體管10可以具有取決于入射光的波長和量的可變閾值電壓和可變漏極電流，于是可以被用作光感測器件。氧化物半導(dǎo)體晶體管10感測的光的波長范圍可以取決于在溝道層15中所使用的氧化物半導(dǎo)體的類型而改變。溝道層15可以由單個氧化物半導(dǎo)體層形成，或者可以具有多層結(jié)構(gòu)。圖2和圖3是示出根據(jù)示例實施例的，圖1的氧化物半導(dǎo)體晶體管10的操作特性的圖形。首先，參照圖2，其顯示關(guān)于氧化物半導(dǎo)體晶體管10的柵極電壓(Ves)的漏極電流(Ids)特性，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體晶體管10由于光入射到其上而截止時，漏極電流(Ids)增加。例如，當(dāng)比閾值電壓更高的柵極電壓被施加于氧化物半導(dǎo)體晶體管10時，光入射時的漏極電流(Ids)和光不入射時的漏極電流(Ids)幾乎是相同的，如圖2的右邊所示。然而，當(dāng)比閾值電壓更低的柵極電壓被施加于氧化物半導(dǎo)體晶體管10時，光入射時的漏極電流(Ids)遠(yuǎn)高于光不入射時的漏極電流，如圖2的左邊所示。因此，可以通過使用比正施加于氧化物半導(dǎo)體晶體管10的閾值電壓更低的柵極電壓來測量漏極電流，而確定光是否入射。具體地，在氧化物半導(dǎo)體晶體管10的情況中，在光入射時的漏極電流與光不入射時的漏極電流之間的電流比(IraZItw)是相當(dāng)高的。具有這些特性的氧化物半導(dǎo)體晶體管10當(dāng)被用作光感測器件時可以提供多樣的優(yōu)點。例如，由于氧化物半導(dǎo)體晶體管10的這種高電流比，可以使用氧化物半導(dǎo)體晶體管10作為光感測器件來制造出無需電容器的非常簡單的光感測裝置。圖3是顯示在光入射之后在氧化物半導(dǎo)體晶體管中漏極電流隨時間變化的圖形。參照圖3，當(dāng)在大約40秒時光入射到氧化物半導(dǎo)體晶體管上時，漏極電流增加，并且即使入射光在大約55秒處被阻斷之后，漏極電流也基本上保持在幾乎相同水平幾乎沒有減少。這可以被理解為電荷被陷落在氧化物半導(dǎo)體晶體管10的溝道層15的界面表面之中或之上的結(jié)果。例如，當(dāng)負(fù)柵極電壓隨著光被施加于氧化物半導(dǎo)體晶體管10時，由于光在溝道層15中所產(chǎn)生的空穴可以遷移到柵極絕緣薄膜14與溝道層15之間的界面并且被陷落在其中。所陷落的電荷可以保持不動直到足夠高的正(+ )電壓被施加于柵極13為止。當(dāng)足夠高的柵極電壓被施加于氧化物半導(dǎo)體晶體管10時，如果所陷落的電荷被移動，則這種現(xiàn)象可以消失。圖4示出根據(jù)使用氧化物半導(dǎo)體晶體管10的示例實施例的、在光感測裝置中的光感測像素110的電路圖。參照圖4，光感測像素110可以包括串行連接的一個光傳感器晶體管112和一個開關(guān)晶體管111。換句話說，光傳感器晶體管112的源極可以被連接到開關(guān)晶體管111的漏極。作為用于感測光的光感測器件的光傳感器晶體管112可以是例如氧化物半導(dǎo)體晶體管10。用于輸出光感測信號的開關(guān)晶體管111可以是沒有光敏性的一般薄膜晶體管(TFT)。進一步，如圖4中所示，光感測像素110可以進一步包括柵極線Gate，被連接到開關(guān)晶體管111的柵極；數(shù)據(jù)線Data，被連接到開關(guān)晶體管111的源極；驅(qū)動電壓線Vdd，被連接到光傳感器晶體管112的漏極；復(fù)位線Reset，被連接到光傳感器晶體管112的柵極；以及相位反轉(zhuǎn)器113，被連接到復(fù)位線Reset和柵極線Gate之間。在一個實施例中，相位反轉(zhuǎn)器113的輸入端可以被連接到柵極線Gate，而它的輸出端可以被連接到復(fù)位線Reset，以便被施加于柵極線Gate的柵極電壓可以經(jīng)反相而被提供給復(fù)位線Reset。例如，相位反轉(zhuǎn)器113可以是反相器(inverter)。為了從具有這種結(jié)構(gòu)的光感測像素110中讀出光感測信號，可以將等于或高于閾值電壓的柵極電壓經(jīng)由柵極線Gate施加于開關(guān)晶體管111。結(jié)果，開關(guān)晶體管111導(dǎo)通。將高于或等于閾值電壓并且通過柵極線Gate施加的柵極電壓通過相位反轉(zhuǎn)器113的反相而提供給復(fù)位線Reset。換句話說，當(dāng)高于或等于閾值電壓的正(+ )柵極電壓被施加于柵極線時，小于閾值電壓的負(fù)(一)柵極電壓被施加于復(fù)位線Reset。在此狀態(tài)中，光傳感器晶體管112被截止。然后，電流從光傳感器晶體管112的源極流到數(shù)據(jù)線Data。從光傳感器晶體管112流到數(shù)據(jù)線Data的電流的量根據(jù)在光傳感器晶體管112上的入射光的強度而改變。因此，可以通過測量流經(jīng)數(shù)據(jù)線Data的電流的量來計算在光傳感器晶體管112上的入射光的強度。然而，當(dāng)高于或等于閾值電壓的柵極電壓沒有被施加于開關(guān)晶體管111時，開關(guān)晶體管111截止，因此在數(shù)據(jù)線Data中沒有電流流動。在一個實施例中，小于閾值電壓的負(fù)(一)柵極電壓可以被施加于柵極線Gate。因此，可以通過開關(guān)晶體管111的導(dǎo)通/截止控制來從光感測像素110輸出光感測信號。并且可以基于光感測信號的強度來確定在光傳感器晶體管112上的光的入射和光的強度。當(dāng)小于閾值電壓的負(fù)(一)柵極電壓被施加于柵極線Gate時，具有被相位反轉(zhuǎn)器反轉(zhuǎn)的相位的正(+ )柵極電壓被施加于復(fù)位線Reset。這個正柵極電壓可以用作復(fù)位和初始化光傳感器晶體管112的復(fù)位信號。如上所述，當(dāng)光入射到光傳感器晶體管112、即氧化物半導(dǎo)體晶體管上時，電荷可以被陷落在柵極絕緣層與溝道層之間的界面中，從而即使光不再入射時，光傳感器晶體管112的漏極電流也可以保持幾乎相同的水平而沒有減少，除非所陷落的電荷被移動。由于這個原因，在測量光感測像素110中的光之后，可以通過向光傳感器晶體管112施加復(fù)位信號來執(zhí)行復(fù)位過程，以去除所陷落的電荷。在當(dāng)前實施例中，由于復(fù)位線Reset經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器113被連接到柵極線Gate，所以分別被施加于復(fù)位線Reset和柵極線Gate的信號可以具有反轉(zhuǎn)相位。如圖5的時序圖中所示，當(dāng)開關(guān)晶體管111截止時，正柵極電壓被施加于光傳感器晶體管112以便為下一次測量而復(fù)位。然而，當(dāng)開關(guān)晶體管111導(dǎo)通時，光傳感器晶體管112截止，于是光傳感器晶體管112的漏極電流可以取決于光是否入射而改變。圖6是示出根據(jù)包含圖4的光感測像素110的示例實施例的、光感測裝置100的總體結(jié)構(gòu)的示意性框圖。參照圖6，光感測裝置100可以包括光感測像素陣列，具有用于感測入射光的多個光感測像素110 ;柵極驅(qū)動器120，用于向 光感測像素110中的每一個順序地提供柵極電壓和復(fù)位信號；以及信號輸出單元130，用于從光感測像素110中的每一個接收光感測信號并且輸出數(shù)據(jù)信號。如圖6中所示，可以按照行和列排列光感測像素陣列中的光感測像素110。例如，可以按照η行和m列的陣列來排列光感測像素110。柵極驅(qū)動器120單獨地激活光感測像素110以控制光感測像素110中的每一個輸出光感測信號。為此，柵極驅(qū)動器120可以包括按照行方向排列的多條柵極線Gate I到Gate η。柵極線Gate I到Gate η中的每一條可以被連接到在同一行中排列的光感測像素110的開關(guān)晶體管111的柵極。例如，柵極線Gate I可以被連接到在第一行中排列的光感測像素110的開關(guān)晶體管111的柵極，而第η柵極線Gate η可以被連接到在第η行中排列的光感測像素110的開關(guān)晶體管111的柵極。柵極驅(qū)動器120可以進一步包括按照行方向排列的多條復(fù)位線Reset I到Reset
η,并且它們中的每一條被連接到相應(yīng)的柵極線Gate l、Gate 2,----,或Gate η。例如,復(fù)
位線Reset I可以經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器113被連接到柵極線Gate I,而第η復(fù)位線Reset η可以經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器113被連接到第η柵極線Gate η。換句話說，僅柵極線Gate I到Gateη被直接連接到柵極驅(qū)動器120，而復(fù)位線Reset I到Reset η可以經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器113和柵極線Gate I到Gaten被間接連接到柵極驅(qū)動器120。因此，柵極驅(qū)動器120可以向柵極線Gate I到Gate η和復(fù)位線Reset I到Reset η提供具有反轉(zhuǎn)相位的柵極電壓和復(fù)位信號。復(fù)位線Reset I到Reset η中的每一條可以向相應(yīng)的光感測像素110提供用于復(fù)位光感測像素100中的每一個內(nèi)的光傳感器晶體管的復(fù)位信號。為此，復(fù)位線Reset I到Reset η中的每一條可以被連接到在同一行中排列的光感測像素110中的光傳感器晶體管112的柵極。例如，復(fù)位線Reset I可以被連接到在第一行中排列的光感測像素110中的光傳感器晶體管112的柵極，而第η復(fù)位線Reset η可以被連接到在第η行中排列的光感測像素110中的光傳感器晶體管112的柵極。信號輸出單元130從光感測像素110接收光感測信號，并且輸出數(shù)據(jù)信號。為此，信號輸出單元130可以包括按照列方向排列的多條數(shù)據(jù)線Data I到Data η。數(shù)據(jù)線DataI到Data η中的每一條可以被連接到在同一列中排列的光感測像素110中的開關(guān)晶體管111的源極。例如，數(shù)據(jù)線Data I可以被連接到在第一列中排列的光感測像素110中的開關(guān)晶體管111的源極，而數(shù)據(jù)線Data 2可以被連接到在第二列中排列的光感測像素110中的開關(guān)晶體管111的源極。在此結(jié)構(gòu)中，信號輸出單元130可以經(jīng)由數(shù)據(jù)線Data I到Datan同時接收在同一行中排列的光感測像素110中產(chǎn)生的所有光感測信號。此后將描述光感測裝置100的操作。圖6的右邊是舉例說明光感測裝置100的操作的時序圖。參照圖6的時序圖，柵極驅(qū)動器120將高于或等于開關(guān)晶體管111的閾值電壓的正柵極電壓施加于柵極線Gate I,以便第一行中的光感測像素110輸出光感測信號。將小于開關(guān)晶體管111的閾值電壓的負(fù)柵極電壓施加于其余的柵極線，即，柵極線Gate 2到第η柵極線Gate n，以便沒有光感測信號從這些柵極線輸出。將具有被相位反轉(zhuǎn)器113反轉(zhuǎn)的相位的負(fù)柵極電壓施加于復(fù)位線Reset 1，以便在第一行中排列的光感測像素110中的光傳感器晶體管112截止，并且光傳感器晶體管112的漏極電流取決于光入射與否而改變。將正柵極電壓施加于在其余行中排列的光感測像素110中的光傳感器晶體管112，以便光傳感器晶體管112被復(fù)位。然后，柵極驅(qū)動器120將高于或等于開關(guān)晶體管111的閾值電壓的正柵極電壓施加于柵極線Gate 2，以便在第二行中的光感測像素110輸出光感測信號。將小于開關(guān)晶體 管111的閾值電壓的負(fù)柵極電壓施加于其余的柵極線。同時，經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器113將負(fù)柵極電壓施加于連接到柵極線Gate 2的復(fù)位線Reset 2，以便在第二行中排列的光感測像素110中的光傳感器晶體管112截止，并且光傳感器晶體管112的漏極電流取決于光入射與否而改變。將正柵極電壓施加于在其余行中排列的光感測像素110中的光傳感器晶體管112，以便光傳感器晶體管112被復(fù)位。從第一行開始到第η行，可以從光感測像素110中順序輸出光感測信號，并且以這種方式完成針對單個幀的光感測操作。一旦完成了單個幀的光感測操作，則可以按照如上所述的次序重復(fù)下一幀的光感測操作。在這些實施例中，沒有使用單獨驅(qū)動開關(guān)晶體管111和光傳感器晶體管112的獨立驅(qū)動電路。也即，可以僅使用向柵極線Gate I到Gate η提供信號的一個柵極驅(qū)動器來控制開關(guān)晶體管111和光傳感器晶體管112兩者。特別地，在復(fù)位光傳感器晶體管112期間，復(fù)位線Reset I到Reset η可以不被很重地負(fù)載。更進一步,不必需要用于復(fù)位線Reset I到Reset η的額外復(fù)雜布線。因此，利用光感測裝置100的簡化配置，可以獲得諸如改進的空間利用率、減小的制造成本以及減小的功耗的優(yōu)點。這在擴大光感測裝置100方面或許是有利的。由于空間利用效率，可以容易地實現(xiàn)其中分別集成顯示像素和光感測像素的內(nèi)置(in-cell)類型的光學(xué)觸摸屏裝置。圖7是顯示內(nèi)置類型的光學(xué)觸摸屏裝置的像素210的電路圖。參照圖7，內(nèi)置類型的光學(xué)觸摸屏裝置的像素210包括顯示像素210d和光感測像素210s。顯示像素210d可以包括顯示單元212 (例如，在液晶顯示裝置的情況中的液晶單元)以及用于開啟或關(guān)斷顯示單元212的第一開關(guān)晶體管211。光感測像素210s可以包括光傳感器晶體管214，用于感測入射光；以及第二開關(guān)晶體管213，用于輸出來自光傳感器晶體管214的光感測信號。將第一和第二開關(guān)晶體管211和213連接到單個公共柵極線Gate。第一開關(guān)晶體管211的漏極可以被連接到圖像數(shù)據(jù)線Source-Data,而第一開關(guān)晶體管211的源極可以被連接到顯示單元212。第二開關(guān)晶體管213的源極可以被連接到圖像數(shù)據(jù)線Source-Data，而第二開關(guān)晶體管213的漏極可以被連接到光傳感器晶體管214的源極。更進一步，光傳感器晶體管214的漏極被連接到驅(qū)動電壓線Vdd，而光傳感器晶體管214的柵極被連接到復(fù)位線Reset。復(fù)位線Reset可以經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器215被連接到柵極線 Gate。在此結(jié)構(gòu)中，當(dāng)正柵極電壓被施加于柵極線Gate時，第一和第二開關(guān)晶體管211和213導(dǎo)通，而光傳感器晶體管214截止。然后，顯示單元212根據(jù)來自圖像數(shù)據(jù)線Source-Data的圖像信號顯示圖像，并且取決于入射光的強度從光感測數(shù)據(jù)線Sensor-Data輸出光感測信號。當(dāng)負(fù)柵極電壓被施加于柵極線Gate時,第一和第二開關(guān)晶體管211和213截止，而光傳感器晶體管214導(dǎo)通。在這個狀態(tài)中，圖像的顯示和光感測信號的輸出被中斷，并且光傳感器晶體管214被復(fù)位。圖8是顯示包含像素210—其中之一在圖7中被顯示——的內(nèi)置類型的光學(xué)觸摸屏裝置200的總體結(jié)構(gòu)的框圖。參照圖8，內(nèi)置類型的光學(xué)觸摸屏裝置200包括包含用于顯示圖像的顯示像素210d和用于感測入射光的光感測像素210s的像素210的陣列；柵極驅(qū)動器220，用于向顯示像素210d和光感測像素210s中的每一個提供柵極電壓；數(shù)據(jù)驅(qū)動器240，用于向顯示像素210d中的每一個提供圖像信號；以及信號輸出單元230，用于從光感測像素210s中的每一個接收光感測信號并且輸出數(shù)據(jù)信號。如圖8中所示，顯示像素210d和光感測像素210s可以按照行和列排列。即使一個光感測像素210s也可以相對于一個顯示像素210d來排列，圖8示例性地顯示相對于多個顯示像素210d來排列一個光感測像素210s。在一般的顯示面板中，每個像素具有從大約200um到大約300um的寬度和高度,而入射光具有2_左右的波束直徑,其遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于像素的大小。因此，即使光感測像素210s僅僅部分被排列在像素210的陣列中，也可以指定光的入射位置。顯示像素210d中的每一個可以包括用于顯示色彩的紅色子像素R、綠色子像素G和藍(lán)色子像素B。柵極驅(qū)動器220可以包括多條柵極線Gate，按照行方向排列；多條復(fù)位線Reset，按照行方向排列；以及相位反轉(zhuǎn)器215，被連接在復(fù)位線Reset中的每一條和相應(yīng)的柵極線Gate之間。柵極線Gate中的每一條可以被連接到在同一行中排列的顯示像素210d中的第一開關(guān)晶體管211的柵極以及在同一行中排列的光感測像素210s中的第二開關(guān)晶體管213的柵極。在每個顯示像素210d包含三個子像素即紅色、綠色和藍(lán)色子像素R、G和B的情況中，顯示像素210d可以包含三個第一開關(guān)晶體管211。如圖8中所示，柵極線Gate可以被連接到在同一行中的三個子像素即紅色、綠色和藍(lán)色子像素R、G和B中的第一開關(guān)晶體管211的柵極。復(fù)位線Reset中的每一條可以被連接到在同一行中排列的光感測像素210s中的光傳感器晶體管214的柵極。如上所述，由于復(fù)位線Reset中的每一條經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器215被連接到相應(yīng)的柵極線Gate，所以具有反轉(zhuǎn)相位的信號同時分別被施加于復(fù)位線Reset和柵極線Gate。信號輸出單元230可以包括按照列方向排列的多條光感測數(shù)據(jù)線Sensor-Data。光感測數(shù)據(jù)線Sensor-Data中的每一條可以被連接到在同一列中排列的光感測像素210s。特別地，光感測數(shù)據(jù)線Sensor-Data中的每一條可以被連接到在同一列中排列的第二開關(guān)晶體管213的源極。信號輸出單元230可以經(jīng)由光感測數(shù)據(jù)線Sensor-Data從光感測像素210s中的光傳感器晶體管214接收光感測信號，處理光感測信號，并且輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)驅(qū)動器240可以包括按照列方向排列的多條圖像數(shù)據(jù)線Source-Data。圖像數(shù)據(jù)線Sensor-Data中的每一條被連接到在同一列中排列的顯示像素210。數(shù)據(jù)驅(qū)動器240經(jīng)由圖像數(shù)據(jù)線Sensor-Data向顯示像素210分別提供要顯示的圖像信號。如果每個顯示像素210d包括三個子像素，即紅色、綠色和藍(lán)色子像素R、G和B，則數(shù)據(jù)驅(qū)動器240可以包括分別被連接到紅色、綠色和藍(lán)色子像素R、G和B的獨立的圖像數(shù)據(jù)線。如上所述，根據(jù)一個或多個以上實施例，描述和說明了一種光感測裝置、驅(qū)動光感測裝置的方法以及包含光感測裝置的光學(xué)觸摸屏裝置。應(yīng)當(dāng)理解，這里所描述的示例實施例應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為僅僅是說明性的而不是為了限制目的。在每個實施例內(nèi)的特點或方面的描述應(yīng)當(dāng)?shù)湫偷乇徽J(rèn)為可用于其他實施例中的類似特點或方面。
權(quán)利要求
1.一種光感測裝置，包括光傳感器晶體管，用于感測光；開關(guān)晶體管，用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號；柵極線，被連接到開關(guān)晶體管的柵極；復(fù)位線，被連接到光傳感器晶體管的柵極；以及相位反轉(zhuǎn)器，被連接在復(fù)位線和柵極線之間，其中，將具有反轉(zhuǎn)相位的信號同時分別施加于開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的光感測裝置，其中，相位反轉(zhuǎn)器的輸入端被連接到柵極線，而它的輸出端被連接到復(fù)位線。
3.如權(quán)利要求1所述的光感測裝置，其中，開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管被串行連接。
4.如權(quán)利要求1所述的光感測裝置，其中，光傳感器晶體管包括包含氧化物半導(dǎo)體作為溝道層材料的氧化物半導(dǎo)體晶體管。
5.如權(quán)利要求4所述的光感測裝置，其中，氧化物半導(dǎo)體晶體管包括基板；柵極，被部分布置在基板上；柵極絕緣薄膜，被布置在基板和柵極上以覆蓋至少柵極；溝道層，被布置在柵極絕緣薄膜上以面向柵極并且由氧化物半導(dǎo)體材料組成；源極和漏極，被布置為覆蓋溝道層的相反側(cè)；以及透明絕緣層，被布置以覆蓋源極、漏極和溝道層。
6.如權(quán)利要求5所述的光感測裝置，其中，氧化物半導(dǎo)體材料包括ZnO、InO、SnO, InZnO、ZnSnO或InSnO，或者這些氧化物半導(dǎo)體材料與包含鉿(Hf )、鋯(Zr )、鈦(Ti )、鉭 (Ta)、鎵(Ga)、鈮(Nb)、釩(V)、鋁(Al)和錫(Sn)的組中的至少之一的混合材料。
7.一種光感測裝置，包括光感測像素陣列，包括按照行和列排列的多個光感測像素；柵極驅(qū)動器，用于向光感測像素提供具有反轉(zhuǎn)相位的柵極電壓和復(fù)位信號；信號輸出單元，用于從光感測像素接收光感測信號并輸出數(shù)據(jù)信號，其中，光感測像素中的每一個包括用于感測光的光傳感器晶體管以及用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號的開關(guān)晶體管，其中柵極驅(qū)動器包括多條柵極線，被連接到開關(guān)晶體管的柵極；多條復(fù)位線，被連接到光傳感器晶體管的柵極；以及多個相位反轉(zhuǎn)器，每個被連接在相應(yīng)的復(fù)位線和柵極線之間。
8.如權(quán)利要求7所述的光感測裝置，其中，相位反轉(zhuǎn)器的輸入端被連接到相應(yīng)的柵極線，而它的輸出端被連接到相應(yīng)的復(fù)位線。
9.如權(quán)利要求8所述的光感測裝置，其中，具有反轉(zhuǎn)相位的柵極電壓和復(fù)位信號同時分別被施加于同一行中的開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管。
10.如權(quán)利要求8所述的光感測裝置，其中，柵極線被直接連接到柵極驅(qū)動器，而復(fù)位線經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器和柵極線被間接連接到柵極驅(qū)動器。
11.如權(quán)利要求7所述的光感測裝置，其中，同一行中的開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管被串行連接。
12.如權(quán)利要求7所述的光感測裝置，其中，柵極線中的每一條和復(fù)位線中的每一條被連接到同一行中的光感測像素。
13.如權(quán)利要求7中的光感測裝置，其中，信號輸出單元包括按照列方向排列的多條數(shù)據(jù)線。
14.如權(quán)利要求13所述的光感測裝置，其中，數(shù)據(jù)線中的每一條被連接到在同一列中排列的光感測像素，其中數(shù)據(jù)線中的每一條被連接到同一列中的光感測像素的開關(guān)晶體管的源極。
15.如權(quán)利要求7所述的光感測裝置，其中，光傳感器晶體管包括包含氧化物半導(dǎo)體作為溝道層材料的氧化物半導(dǎo)體晶體管。
16.一種光學(xué)觸摸屏裝置，包括像素陣列，包含按照行和列排列的多個顯示像素和多個光感測像素；多條柵極線，按照行方向排列并且分別向顯示像素和光感測像素提供柵極電壓；多條復(fù)位線，按照行方向排列，并且分別向光感測像素提供復(fù)位信號；以及多個相位反轉(zhuǎn)器，每個被連接在相應(yīng)的復(fù)位線和柵極線之間，其中，顯示像素中的每一個包括顯示單元以及用于控制顯示單元的開啟和關(guān)斷的第一開關(guān)晶體管，光感測像素中的每一個包括用于感測光的光傳感器晶體管和用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號的第二開關(guān)晶體管，且具有反轉(zhuǎn)相位的柵極電壓和復(fù)位信號同時分別被施加于同一行中的第一和第二晶體管以及光傳感器晶體管。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)觸摸屏裝置，其中，相位反轉(zhuǎn)器的輸入端被連接到相應(yīng)的柵極線，且它的輸出端被連接到相應(yīng)的復(fù)位線。
18.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)觸摸屏裝置，其中，光傳感器晶體管包括包含氧化物半導(dǎo)體作為溝道層材料的氧化物半導(dǎo)體晶體管。
19.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)觸摸屏裝置，進一步包括柵極驅(qū)動器，用于向多條柵極線順序地提供柵極電壓；信號輸出單元，包括按照列方向排列的多條數(shù)據(jù)線，并且用于從光感測像素接收光感測信號并輸出數(shù)據(jù)信號；以及數(shù)據(jù)驅(qū)動器，包括按照列方向排列的多條圖像數(shù)據(jù)線，并且用于向顯示像素提供圖像信號。
20.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)觸摸屏裝置，其中，柵極線被直接連接到柵極驅(qū)動器，而復(fù)位線經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器和柵極線被間接連接到柵極驅(qū)動器。
21.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)觸摸屏裝置，其中，柵極線中的每一條被連接到同一行中的顯示像素和光感測像素，其中柵極線中的每一條被連接到同一行中的第一開關(guān)晶體管的柵極以及那個相同行中的光感測像素的第二開關(guān)晶體管的柵極。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)觸摸屏裝置，其中，復(fù)位線中的每一條被連接到同一行中的光感測像素，其中復(fù)位線中的每一條被連接到同一行中的光感測像素的光傳感器晶體管的柵極。
23.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)觸摸屏裝置,其中，同一行中的第二開關(guān)晶體管和光傳感器晶體管被串行連接。
24.一種操作光感測裝置的方法，該光感測裝置包括按照行和列排列的多個光感測像素，每個光感測像素包括用于感測光的光傳感器晶體管和用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號的開關(guān)晶體管，所述方法包括向一行中的光感測像素的開關(guān)晶體管的柵極施加高于或等于閾值電壓的正第一柵極電壓，并且同時向同一行中的光感測像素的光傳感器晶體管的柵極施加具有與正第一柵極電壓反轉(zhuǎn)相位的負(fù)第二柵極電壓。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，進一步包括向其余行中的光感測像素的開關(guān)晶體管的柵極施加小于閾值電壓的負(fù)第二柵極電壓，并且同時向所述其余行中的光感測像素的光傳感器晶體管的柵極施加具有與負(fù)第二柵極電壓反轉(zhuǎn)相位的正第一柵極電壓。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，通過相位反轉(zhuǎn)器獲得具有與正第一柵極電壓反轉(zhuǎn)相位的負(fù)第二柵極電壓。
全文摘要
一種光感測裝置、驅(qū)動光感測裝置的方法以及包含光感測裝置的光學(xué)觸摸屏裝置，其中，光感測像素中的光傳感器晶體管由光敏氧化物半導(dǎo)體晶體管形成。光感測裝置包括光感測像素陣列，具有按照行和列排列的多個光感測像素；以及多條柵極線，按照行方向排列并且分別向光感測像素提供柵極電壓，其中，光感測像素的每一個包括用于感測光的光傳感器晶體管以及用于輸出來自光傳感器晶體管的光感測信號的開關(guān)晶體管。柵極線被連接到在光感測像素陣列中的每一行中的開關(guān)晶體管的柵極，且復(fù)位線被連接到在光感測像素陣列中的每一行中的光傳感器晶體管的柵極。復(fù)位線經(jīng)由相位反轉(zhuǎn)器被連接到柵極線。因而，當(dāng)柵極電壓被施加于柵極線時，具有與柵極電壓反轉(zhuǎn)相位的復(fù)位信號可以被施加于復(fù)位線。
文檔編號G01J1/44GK102997993SQ20121018600
公開日2013年3月27日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者安承彥, 宋利憲, 田尚勛, 金暎, 全镕宇, 金昌楨 申請人:三星電子株式會社