感光电路及其驱动方法、电子装置与流程

本公开的实施例涉及一种感光电路及其驱动方法、电子装置。

背景技术：

感光电路可以广泛应用于成像装置、触控装置等电子装置中，感光电路的具体结构和性能对成像装置、触控装置等电子装置的复杂度和性能有着直接的影响。

技术实现要素：

本公开的一个实施例提供了一种感光电路，该感光电路包括感光元件和信号获取电路。感光元件配置为可基于入射到其上光线的强弱改变其阈值特性而产生感光电压信号；信号获取电路配置将感光电压信号转变为感光电流信号。

本公开的另一个实施例提供了一种电子装置，该电子装置包括上述的感光电路。

本公开的再一个实施例提供了一种感光电路的驱动方法，该感光电路的驱动方法包括：在感光阶段，基于入射到感光元件上的光线的强弱改变感光元件的阈值特性，并由此产生感光电压信号，将感光电压信号转变为感光电流信号。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，并非对本公开的限制。

图1是实施例一提供的一种感光电路的示例性框图；

图2是图1所示的感光电路的一种示例性的结构图；

图3a是实施例二提供的一种感光电路的示例性框图；

图3b是图3a所示的感光电路的一种示例性的结构图；

图3c是图3b所示的感光电路的一种示例性的驱动时序图；

图4a是实施例三提供的一种电子装置的示例性框图；

图4b是一种成像装置的示例性框图；

图5是一种感光电路的驱动方法的示例性流程图；以及

图6是一种感光电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

例如，图6是一种感光电路的电路图，参照图6，该感光电路500包括光电二极管pd、传输晶体管m11、重置晶体管m12、源极跟随器晶体管m13和选择晶体管m14。在重置晶体管m12的栅极rg被施加开启电压且重置晶体管m12开启时，感测节点(即浮置扩散节点fd)的电势增大，直至等于电源电压vdd的电平。源极跟随器晶体管m13和选择晶体管m14对浮置扩散节点fd的电势进行抽样，抽样电势可以作为参考电势。

在光感积累阶段期间，当光线入射到光电二极管pd上时，响应于入射光产生电子空穴对(ehp)。在光感积累阶段结束后，当传输晶体管m11的栅极tg被施加开启电压时，在光电二极管pd中积累(或存储)的电荷被传输至浮置扩散节点fd。当与传输的电荷量基本成正比的浮置扩散节点fd的电势显著降低时，源极跟随器晶体管m13的源极电势发生改变。当选择晶体管m14的栅极sel被施加开启时，选择晶体管m14开启，源极跟随器晶体管m13的源极电压作为输出电压vout输出。通过测量参考电势与输出电压vout之间的差值完成光感测。

发明人注意到例如图6所示的感光电路是基于光电二极管pd输出的电流获取感光信号，并且感光电路输出的感光信号的强度还将受到光电二极管pd和源极跟随器晶体管的自身特性(例如，阈值特性)的影响，由此降低了感光电路阵列输出的感光电信号的均匀性。

例如，按照晶体管的特性区分可以将晶体管分为n型和p型晶体管，为了清楚起见，下面本公开的实施例以晶体管为p型晶体管为例详细阐述了本公开的技术方案，然而本公开的实施例的晶体管不限于p型晶体管，本领域技术人员还可以根据实际需要利用n型晶体管实现本公开中的实施例中的一个或多个晶体管，并相应地改变需要施加的控制信号等。这些晶体管例如为薄膜晶体管。

本公开的实施例提供了一种感光电路及其驱动方法、电子装置，实现了基于感光元件的阈值特性改变获取感光电信号。

本公开的至少一个实施例提供了一种感光电路，该感光电路包括感光元件和信号获取电路。感光元件配置为可基于入射到其上光线的强弱改变其阈值特性而产生感光电压信号；信号获取电路配置将感光电压信号转变为感光电流信号。

本公开的至少一个实施例还提供了一种电子装置，该电子装置包括上述的感光电路。

本公开的至少一个实施例还提供了一种感光电路的驱动方法，该感光电路的驱动方法包括：在感光阶段，基于入射到感光元件上的光线的强弱改变感光元件的阈值特性，并由此产生感光电压信号，将感光电压信号转变为感光电流信号。

下面通过几个实施例对根据本公开实施例的感光电路及其驱动方法、电子装置进行说明。

实施例一

本实施例提供了一种感光电路100，该感光电路100可以基于感光元件110的阈值特性改变获取感光电信号。例如，图1是实施例一提供的感光电路100的示例性框图。例如，如图1所示，该感光电路100可以包括感光元件110和信号获取电路120。例如，感光元件110和信号获取电路120的具体形式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，本公开实施例一提供的感光电路100可以实现为如图2所示的电路。

例如，如图1和图2所示，感光元件110可以配置为可基于入射到其上光线的强弱改变其阈值特性(例如，阈值电压特性)而产生感光电压信号。例如，如图2所示，感光元件110可以包括第一晶体管t1。例如，第一晶体管t1的第一端可以配置为接收第一电源电压v1，第一电源电压v1例如可以为恒定的正电压，第一电源电压v1的具体数值例如可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，第一晶体管t1的第二端可以配置为与其控制端电连接且配置为作为感光元件110的输出端。

例如，第一晶体管t1在受到光线(例如红外光或可见光)照射的情况下，其阈值特性(例如，阈值电压特性)会发生改变。例如，第一晶体管t1的具体类型可以根据实际应用需求(例如，所需感测光线的波段)进行选择，第一晶体管t1例如可以为氧化物半导体晶体管，即采用氧化物半导体材料作为晶体管的有源层，该氧化物半导体材料例如可以包括zno、mgzno、zn-sn-o(zto)、in-zn-o(izo)、sno2、ga2o3、in-ga-o(igo)、in2o3、in-sn-o(ito)、in-ga-zn-o(igzo)和inalzno(iazo)等，但本公开的实施例不限于上述具体的氧化物半导体材料。

例如，在没有受到光线照射的情况下，第一晶体管t1的阈值电压为vth1(也即，第一晶体管t1的初始阈值电压)；在受到光线照射的情况下，第一晶体管t1的阈值电压改变为vth2，且vth1不等于vth2。例如，对于p型(例如，pmos结构)晶体管，第一晶体管t1的阈值电压为负值；对于n型(例如，nmos结构)晶体管，第一晶体管t1的阈值电压为正值。例如，对于p型晶体管，第一晶体管t1的阈值电压的绝对值越大，则表示入射到第一晶体管t1上的光线越强，相应地第一晶体管t1的第二端的电势相对于第一端的电势差值可以越大，但本公开的实施例不限于此。

例如，如图1和图2所示，信号获取电路120可以配置将感光电压信号转变为感光电流信号。例如，如图2所示，信号获取电路120可以包括驱动晶体管dtft，驱动晶体管dtft的控制端可以配置为接收感光元件110的感光电压信号；驱动晶体管dtft的第一端可以配置为接收第二电源电压v2，第二电源电压v2例如可以为恒定的正电压；驱动晶体管dtft的第二端可以配置为输出感光电流信号。例如，在入射到感光元件110的光线强度改变的情况下，驱动晶体管dtft的控制端所接收到的感光元件110的感光电压信号也随之发生改变，由此可以改变驱动晶体管dtft的导通程度以及驱动晶体管dtft的第二端输出的感光电流信号的强度。因此，实施例一提供的感光电路100实现了基于感光元件110的阈值特性改变获取感光电信号。

例如，如图2所示，感光电路100还可以包括开关电路130，开关电路130可以配置为控制是否输出信号获取电路120输出的感光电流信号。例如，开关电路130的具体形式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，如图2所示，开关电路130可以包括第三晶体管t3，第三晶体管t3的第一端可以配置为电连接到驱动晶体管dtft的第二端，第三晶体管t3的第二端可以配置为感光电路100的输出端。

例如，在第三晶体管t3为p型晶体管的情况下，如果向第三晶体管t3的控制端g3施加高电平信号，则第三晶体管t3处于截止状态，则开关电路130的输出端r/o(即，感光电路100的输出端)不输出信号获取电路120输出的感光电流信号；如果向第三晶体管t3的控制端g3施加低电平信号，则第三晶体管t3处于导通状态，则开关电路130的输出端r/o(即，感光电路100的输出端)输出信号获取电路120输出的感光电流信号。

例如，对于本公开的实施例一和其它实施例中，仅第一晶体管t1为感光晶体管，其余的晶体管均为非感光晶体管。需要说明的是，本公开的实施例一和其它实施例中采用的晶体管可以为薄膜晶体管或其他特性相同的开关器件；例如，在制备时可以将这些晶体管制备在遮光区中，以避免光照对这些晶体管的特性的不利影响。这里采用的晶体管的源极、漏极在结构上可以是对称的，所以其源极、漏极在物理结构上可以是没有区别的。在本公开的实施例中，为了区分晶体管除作为控制端的栅极，直接描述了其中一极为第一端，另一极为第二端，所以本公开实施例中全部或部分晶体管的第一端和第二端根据需要是可以互换的。例如，本公开实施例的晶体管的第一端可以为源极，第二端可以为漏极；或者，晶体管的第一端为漏极，第二端为源极。

本实施例提供的感光电路可以基于感光元件的阈值特性改变获取感光电信号，而非基于感光元件生成的电流信号获取感光电信号。

实施例二

本实施例提供了一种感光电路100，该感光电路100可以获取对应于感光元件110的阈值电压变化量的感光电流信号，也即，本实施例提供的感光电路100所获取的感光电流信号仅与入射到感光元件110上的光线强弱相关，由此可以避免例如制作工艺引起的晶体管的阈值特性改变引起的感光电流信号的改变。

例如，图3a是实施例二提供的感光电路100的示例性框图。例如，如图3a所示，该感光电路100可以包括感光元件110和信号获取电路120，信号获取电路120例如可以包括驱动晶体管dtft和补偿电路121。例如，该感光电路100还可以包括开关电路130。例如，感光元件110、驱动晶体管dtft和开关电路130的具体内容可以参见实施例一，在此不再赘述。

例如，信号获取电路120的补偿电路121可以配置为对驱动晶体管dtft进行补偿，以使信号获取电路120可输出对应于感光元件110的阈值电压变化量的感光电流信号。例如，补偿电路121的具体形式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，本公开实施例二提供的补偿电路121可以实现为如图3b所示的电路。

例如，如图3b所示，补偿电路121可以包括第一电容c1、第二晶体管t2、第一节点151和第二节点152。例如，感光元件110的输出端电连接到第一节点151；第一电容c1的第一端配置为电连接到第一节点151，第一电容c1的第二端配置为电连接到第二节点152；第二晶体管t2的第一端配置为电连接到第二节点152，第二晶体管t2的第二端配置为电连接到驱动晶体管dtft的第二端，第二晶体管t2的控制端g2配置为接收补偿控制信号。

例如，下面以第二晶体管t2为p型晶体管为例对补偿电路121的补偿功能做具体说明。例如，在第二晶体管t2的控制端g2接收的补偿控制信号为低电平信号的情况下，第二晶体管t2处于导通状态，将驱动晶体管dtft的控制端和第二端短接；之后，经由驱动晶体管dtft对第一电容c1进行充电，在充电结束后，最终驱动晶体管dtft的控制端(即，第二节点152)的电压为第二端的电势v2+vth_d，且由第一电容c1存储，这里vth_d为驱动晶体管dtft的阈值电压。

例如，本实施例提供的感光电路100还可以包括复位电路140，该复位电路140可以配置为对信号获取电路120和感光元件110执行复位操作。例如，复位电路140的具体形式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，本公开实施例二提供的复位电路140可以实现为如图3b所示的电路。

例如，如图3b所示，复位电路140可以包括第四晶体管t4和第五晶体管t5。例如，第四晶体管t4的第一端配置为接收第三电源电压v3；第四晶体管t4的第二端电连接到第二节点152。例如，第五晶体管t5的第一端配置为接收第四电源电压v4，第四晶体管t4的第二端电连接到第一节点151。

例如，下面以第四晶体管t4和第五晶体管t5均为p型晶体管为例对复位电路140的复位功能做具体说明。例如，在第四晶体管t4的控制端g4和第五晶体管t5的控制端g5均接收到低电平信号的情况下，第四晶体管t4和第五晶体管t5均处于导通状态，此时存储在第一电容c1两端的电位可以经由导通的第四晶体管t4和第五晶体管t5被设定为v4和v3；因此，复位电路140可以使得信号获取电路120和感光元件110回到初始状态，由此可以避免上一感测周期在第一电容c1两端存储的电荷对当前感测周期产生影响。例如，第三电源电压v3例如可以使得驱动晶体管dtft在复位阶段之后处于导通状态。

例如，根据实际应用需求，第四晶体管t4的控制端g4和第五晶体管t5的控制端g5可以配置为电连接到同一信号线，由此可以简化本公开实施例二提供的感光电路100的结构。例如，根据实际应用需求，第二电源电压v2与第四电源电压v4可以配置为相同的电压电信号，也即第二电源电压v2等于第四电源电压v4，或者二者可以彼此电连接，由此可以解决驱动晶体管dtft的irdrop(即，电压降)问题，具体如下所述。

例如，下面以图3b示出的感光电路100为例，对本公开实施例二提供的感光电路100的示例性的工作方式做具体说明。例如，图3c是图3b所示的感光电路的一种示例性的驱动时序图。例如，图3b示出的感光电路100可以通过以下的步骤获取感光电信号(例如，电流信号)。

步骤s110：在复位阶段，对信号获取电路和感光电路进行复位；

步骤s120：在补偿阶段，对信号获取电路进行补偿；

步骤s130：在感光阶段，基于入射到感光元件上的光线的强弱改变感光元件的阈值特性，并由此产生感光电压信号，且将感光电压信号转变为感光电流信号；

步骤s140：在信号输出阶段，输出信号获取电路输出的感光电流信号。

例如，如图3b和图3c所示，在步骤s110中，也即在复位阶段res，可以向第四晶体管t4的控制端g4和第五晶体管t5的控制端g5施加导通信号(例如，低电平信号)，且向第二晶体管t2的控制端g2和第三晶体管t3的控制端g3施加截止信号(例如，高电平信号)，以使第四晶体管t4和第五晶体管t5处于导通状态，且使第二晶体管t2和第三晶体管t3处于截止状态；此时，存储在第一电容c1两端的电位可以经由导通的第四晶体管t4和第五晶体管t5设定为电压v4和v3，由此可以避免上一感测周期在第一电容c1两端存储的电荷对当前感测周期产生影响。

例如，如图3b和图3c所示，在步骤s120中，也即在补偿阶段cop，可以向第二晶体管t2的控制端g2施加导通信号(例如，低电平信号)，且向第三晶体管t3的控制端g3、第四晶体管t4的控制端g4和第五晶体管t5的控制端g5施加截止信号(例如，高电平信号)，以使第二晶体管t2处于导通状态，且使得第三晶体管t3、第四晶体管t4和第五晶体管t5处于截止状态；此时，第一节点151的电势即第一电容c1的一端的电势等于感光元件110的输出端的电势v1+vth_1，第二节点152的电势即第二电容c2的另一端的电势等于驱动晶体管dtft控制端的电势v2+vth_d，由此第一电容c1两端的电压差为v2+vth_d-v1-vth_1。并且，此时由于第三晶体管t3处于截止状态，因此驱动晶体管dtft中除了对第一电容c1进行充电的充电电路外，不会输出感光电流信号。

例如，如图3b和图3c所示，在步骤s130中，也即在感光阶段sen，可以向第二晶体管t2至第五晶体管t5的控制端g2-g5施加截止信号(例如，高电平信号)，以使得其处于截止状态，此时第二节点152处于悬接状态。与此同时，感光元件110受到光照，也即，光线入射到感光元件110之上，由此感光元件110的阈值由vth_1变为vth_2，相应的，第一节点151的电势由v1+vth_1变为v1+vth_2。由于此时第二节点152处于浮置状态，因此第一电容c1中存储的电荷量无法发生突变，也即，第一电容c1中存储的电荷量保持不变；对应的，根据电容电荷守恒原理，第一电容c1两端的电压差也保持不变，由此第二节点152的电势即驱动晶体管dtft的控制端的电势由v2+vth_d变为vth_2-vth_1+v2+vth_d。

例如，如图3b和图3c所示，在步骤s140中，也即在信号输出阶段outp，可以向第三晶体管t3的控制端g3施加导通信号(例如，低电平信号)，且向第二晶体管t2的控制端g2、第四晶体管t4的控制端g4和第五晶体管t5的控制端g5施加截止信号(例如，高电平信号)，以使第三晶体管t3处于导通状态，且使得第二晶体管t2、第四晶体管t4和第五晶体管t5处于截止状态；此时，信号获取电路120输出的感光电流信号可以经由驱动晶体管dtft以及导通的第三晶体管t3从感光电路100的输出端输出，该感光电流信号的大小由驱动晶体管dtft控制。

此时，由于驱动晶体管dtft处于饱和状态且其控制端(即栅极)的电势为vth_2-vth_1+v2+vth_d，第一端(源极端)的电势为v2，因此驱动晶体管dtft处于饱和状态下输出的电流ids(即感光电流信号)可如下计算公式得到：

ids＝1/2×k(vgs-vth_d)²

＝1/2×k×(vth_2-vth_1+v2+vth_d-v2-vth_d)²

＝1/2×k×(vth_2-vth_1)²，

这里，k＝w/l×c×u，w/l为驱动晶体管dtft的沟道的宽长比(即，宽度与长度的比值)，u为电子迁移率，c为单位面积的电容。

因此，驱动晶体管dtft输出的感光电流信号仅与感光元件110的阈值电压变化量相关，而与驱动晶体管dtft的阈值和感光元件110的初始阈值均无关，也即，感光电路100所获取感光电流信号仅与入射到感光元件110上的光线强弱相关。因此，可以避免驱动晶体管dtft的阈值和感光元件110的初始阈值对信号获取电路120的输出的感光电流信号的影响，由此可以避免例如制作工艺引起的驱动晶体管dtft的阈值和感光元件110的初始阈值的改变导致的感光电流信号的改变。而且，所得到的感光电流信号还与电源电压v2无关，因此也可以避免由于电源线长度变化(由此电压降变化)导致接入到感光电路的电源电压v2的变化，即可以克服像素阵列中各个像素单元的驱动晶体管dtft的irdrop(即，电压降)所导致的非均匀性问题。

实施例三

本实施例提供了一种电子装置10，该电子装置例如可以实现为成像装置、触控装置或者其它需要感光电路的装置，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，图4a是实施例三提供的一种电子装置的示例性框图。例如，该电子装置可以包括本公开任一实施例提供的感光电路100。需要说明的是，对于该电子装置的其它必不可少的组成部分可以采用适用的常规部件，这些是本领域的普通技术人员所应该理解的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。

例如，图4b是一种成像装置的示例性框图。例如，下面将结合图4b中示出的成像装置为例对本公开实施例三提供的电子装置10做具体说明。例如，如图4b所示，该成像装置可以包括像素单元阵列和周边电路。例如，像素单元阵列可以包括排布成阵列的像素单元，每个像素单元例如可以包括本公开任一实施例提供的感光电路。例如，如图4b所示，像素单元阵列按x和y方向排布成方阵，方阵中的每一个像素单元均有其在x、y方向(例如行方向和列方向)上的地址，并可分别经由相应的行线和相应的列线在这两个方向上的地址译码器进行选择；输出的电流/电压信号被放大之后，输送到a/d转换器进行模数转换变成数字信号输出。对于图3b所示的实施例而言，例如r/o线接列线而第三晶体管t3的栅极g5接行线，由此可以通过控制行线上的扫描信号，实现对于像素单元阵列的感光信号的逐行读出。

例如，由于本实施例提供的感光电路可以基于感光元件的阈值特性改变获取感光电信号，而非基于感光元件生成的电流信号获取感光电信号，因此本实施例提供的成像装置可以基于像素单元所包含的感光元件的阈值特性实现成像功能。

例如，在成像装置的像素单元阵列的制作过程中，由于例如原材料和工艺条件的非均匀特性，像素单元阵列中的晶体管的阈值可能会存在差异。例如，不同像素单元的第一晶体管的初始阈值电压可能会存在差异；又例如，不同像素单元的驱动晶体管的阈值电压可能会存在差异。在像素单元的感光电路输出的感光电信号仅与感光元件的阈值电压变化量相关的情况下，感光电路所获取的感光电流信号仅与入射到感光元件上的光线强弱相关，因此可以避免驱动晶体管的阈值和感光元件的初始阈值对信号获取电路输出的感光电流信号产生影响，由此可以避免例如制作工艺引起的驱动晶体管的阈值和感光元件的初始阈值的改变导致的感光电流信号的改变，进而可以提升成像装置的成像均匀性，并因此可以避免对成像装置所获取的图像进行后续图像处理的需求(例如，去除每个像素单元中感光电路生成的背景电流)。

实施例四

本实施例提供了一种感光电路的驱动方法，该感光电路的驱动方法可以驱动本公开任一实施例提供的感光电路。例如，图5是一种感光电路的驱动方法的示例性流程图。例如，图5是以图3b示出的实施例为例对实施例四提供的感光电路的驱动方法进行示例性的说明，但本公开的实施例不限于此。例如，如图5所示，该感光电路的驱动方法可以包括以下步骤：

步骤s10：在复位阶段，对信号获取电路和感光电路进行复位；

步骤s20：在信号补偿阶段，对信号获取电路进行补偿；

步骤s30：在感光阶段，基于入射到感光元件上的光线的强弱改变感光元件的阈值特性，并由此产生感光电压信号，将感光电压信号转变为感光电流信号。

例如，该感光电路的驱动方法还可以包括以下步骤：

步骤s40：在信号输出阶段，输出信号获取电路输出的感光电流信号。

例如，步骤s10、步骤s20、步骤s30和步骤s40的具体实现方式分别可以参见本公开的实施例二的步骤s110、步骤s120、步骤s130和步骤s140，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本公开的实施例进行各种改动、变型、组合而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的实施例的这些修改、变型、组合属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

本公开的实施例提供了一种感光电路及其驱动方法、电子装置，实现了基于感光元件的阈值特性改变获取感光电信号。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。