光强检测单元、光强检测方法和显示装置与流程

本发明实施例涉及显示技术领域，具体涉及一种光强检测单元、光强检测方法和显示装置。

背景技术：

随着显示技术的发展，显示装置的显示效果越来越好，给人们带来了良好的视觉体验，但由于生活水平的提高，人们对显示装置的要求不仅局限于显示效果，还要求其具有多样化的功能，例如，根据外界环境光的强度对显示屏的亮度进行调节的功能和具有生物识别功能。

具体的，为了实现根据外界环境光的强度对显示屏的亮度进行调节的功能时，通常需要采用光敏器件进行光强检测，即在光照作用下产生光电流信号的幅值大小，对环境光的强度进行检测；为了具有生物识别功能，通常采用指纹电流识别电路，图1为现有的指纹传感器的结构示意图，如图1所示，每个指纹传感器由一个光敏器件d0和一个开关晶体管t0组成，其中，光敏器件d0进行光强检测，即在光源照到手指上的反射光的作用下产生光电流信号，对指纹的谷脊进行检测，因此，实现光强检测均需采用光敏器件。

目前，进行光强检测的光敏器件均在偏置状态，由于光敏器件的特性，处于偏置状态的光敏器件中始终存在暗电流，而暗电流会使得光敏器件中的噪声增大，导致光强检测的精确度不高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种光强检测单元、光强检测方法和显示装置，消除了光敏器件中的暗电流，提高了光强检测的精确度。

为了达到本发明目的，本发明实施例提供了一种光强检测单元，包括：光敏器件、输入模块、放大模块、反馈模块和输出模块；

所述光敏器件，与第一电源端和第一节点连接；

所述输入模块，与信号输入端、第一电源端和第一节点连接，用于在信号输入端的控制下，向第一节点提供第一电源端的信号；

所述放大模块，与第一电源端、第二电源端、第一节点和第二节点连接，用于在第一节点的控制下，向第二节点输出第二电源端的信号；

所述反馈模块，与信号复位端、第一节点和第二节点连接，用于在信号复位端的控制下，控制第二节点的电位；

所述输出模块，与第二节点和读取控制端连接，用于在读取控制端的控制下，输出第二节点的信号。

进一步地，所述放大模块包括：第一晶体管和第二晶体管；

所述第一晶体管的栅极和第一极与第一电源端连接，第二极与第二节点连接；

所述第二晶体管的栅极与第一节点连接，第一极与第二节点连接，第二极与第二电源端连接。

进一步地，所述输入模块包括：第三晶体管；

所述第三晶体管的栅极与信号输入端连接，第一极与第一节点连接，第二极与第一电源端连接。

进一步地，所述反馈模块包括：第四晶体管和存储电容；

所述第四晶体管的栅极与信号复位端连接，第一极与第一节点连接，第二极与第二节点连接；

所述存储电容的一端与第一节点连接，另一端与第二节点连接。

进一步地，所述输出模块包括：第五晶体管；

所述第五晶体管的栅极与读取控制端连接，第一极与第二节点连接，第二极与读取信号线连接。

进一步地，所述光敏器件包括：光敏二极管。

进一步地，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管均为n型晶体管。

进一步地，所述第一电源端的电位大于第一晶体管的阈值电压或者第二晶体管的阈值电压。

另外，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括：交叉设置的扫描线和数据线，所述扫描线和所述数据线限定阵列排布的像素区域；

所述至少一个像素区域包括一个所述光强检测单元。

进一步地，所述光强检测单元阵列设置，位于同一行或同一列的光强检测单元连接同一读取信号线。

另外，本发明实施例还提供了一种光强检测方法，包括：

控制输入模块向第一节点提供第一电源端的信号；

当光敏器件受到光照时，光敏器件产生光电流，第一节点的电位在光电流的作用下升高；

放大模块在第一节点的控制下，向第二节点输出第二电源端的信号；

反馈模块在信号复位端的控制下，控制第二节点的电位；

输出模块在读取控制端的控制下输出第二节点的信号。

进一步地，所述在信号复位端的控制下，控制第二节点的电位，包括：

在信号复位端的控制下，通过第二节点输出的第二电源端的信号控制第一节点，使得第一节点的电位与第一电源端信号的电位相同；并在光敏器件输出的光电流的作用下进行充电，控制第二节点的电位。

进一步地，输出的第二节点的电位满足vout＝vdd+idata*t，其中，vdd为第一电源端的电位，idata为光电流的电流值，t为光敏器件接受光照的时间。

本发明实施例提供的光强检测单元、光强检测方法和显示装置，该光强检测单元包括：光敏器件、输入模块、放大模块、反馈模块和输出模块，输入模块，用于在信号输入端的控制下，向第一节点提供第一电源端的信号；放大模块，用于在第一节点的控制下，向第二节点输出第二电源端的信号；反馈模块，用于在信号复位端的控制下，控制第二节点的电位；输出模块，用于在读取控制端的控制下，输出第二节点的信号，本发明的技术方案，在输入模块、放大模块、反馈模块和输出模块的配合下，通过在光敏器件光电转换的过程中，保持光敏器件两端的电位相同，保证了光敏器件处于零偏置状态，使得光敏器件中不存在暗电流，消除了光敏器件中的暗电流带来的噪声，提高了光强检测的精确度。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为现有的指纹传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的光强检测单元的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的光强检测单元的等效电路图；

图4为本发明实施例一提供的放大模块输入与输出的关系；

图5为本发明实施例一提供的光强检测单元的工作时序图；

图6a为本发明实施例一提供的光强检测单元在重置阶段的工作状态图；

图6b为本发明实施例一提供的光强检测单元在充电阶段的工作状态图；

图6c为本发明实施例一提供的光强检测单元在读取阶段的工作状态图；

图7为本发明实施例二提供的光强检测方法的流程图；

图8为本发明实施例三提供的显示装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或微结构的厚度和尺寸被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

本领域技术人员可以理解，本申请所有实施例中采用的晶体管均可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件。优选地，本发明实施例中使用的薄膜晶体管可以是氧化物半导体晶体管。由于这里采用的晶体管的源极、漏极是对称的，所以其源极、漏极可以互换。在本发明实施例中，为区分晶体管除栅极之外的两极，将其中一个电极称为第一极，另一电极称为第二极，第一极可以为源极或者漏极，第二极可以为漏极或源极。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的光强检测单元的结构示意图，如图2所示，本发明实施例一提供的光强检测单元包括：光敏器件、输入模块、反馈模块、放大模块和输出模块。

具体的，光敏器件，与第一电源端vdd和第一节点a连接，用于采集光信号，并将采集到的光信号转换成光电流；输入模块，与信号输入端vin、第一电源端vdd和第一节点a连接，用于在信号输入端vin的控制下，向第一节点a提供第一电源端vdd的信号；放大模块，与第一电源端vdd、第二电源端vss、第一节点a和第二节点b连接，用于在第一节点a的控制下，向第二节点b输出第二电源端vss的信号；反馈模块，与信号复位端vrst、第一节点a和第二节点b连接，用于在信号复位端vrst的控制下，控制第二节点b的电位；输出模块，与第二节点b和读取控制端vrl连接，用于在读取控制端vrl的控制下，输出第二节点b的信号。

其中，光敏器件可以为光敏二极管。

需要说明的是，第一电源端vdd电位持续提供高电平信号vdd；第二电源端vss第二电源端vss电位持续提供低电平信号vss。

在本实施例中，当光敏器件未受到光照时，光敏器件的一端始终与第一电源端vdd的连接，因此，其电位始终保持为vdd，而光敏器件的另一端与第一节点a连接，第一节点a的电位为输入模块提供的第一电源端vdd的信号的电位vdd，此时，光敏器件两端的电位相等，此时光敏器件处于零偏置状态。而光敏器件受到光照时，光敏器件产生的光电流会使得第一节点a的电位出现微小上升，在放大模块的作用下第二节点b的电位会急剧下降，此时在反馈模块的作用下，第一节点a的电位回归至vdd，并调节了第二节点b的电位，而这些发生都是瞬时发生的，也就是说，第一节点a的电位没有改变，始终保持为vdd，因此，本实施例提供的光强检测单元中，在光敏器件光电转换的过程中，光敏器件两端的电位始终保持相同，即光敏器件处于零偏置状态，此时，光敏器件中不存在暗电流。

本发明实施例提供的光强检测单元，包括：光敏器件、输入模块、放大模块、反馈模块和输出模块，输入模块，用于在信号输入端的控制下，向第一节点提供第一电源端的信号；放大模块，用于在第一节点的控制下，向第二节点输出第二电源端的信号；反馈模块，用于在信号复位端的控制下，控制第二节点的电位；输出模块，用于在读取控制端的控制下，输出第二节点的信号，本发明的技术方案，在输入模块、放大模块、反馈模块和输出模块的配合下，通过在光敏器件光电转换的过程中，保持光敏器件两端的电位相同，保证了光敏器件处于零偏置状态，使得光敏器件中不存在暗电流，消除了光敏器件中的暗电流带来的噪声，提高了光强检测的精确度。

图3为本发明实施例一提供的光强检测单元的等效电路图，图3中具体示出了输入模块、输出模块、反馈模块、放大模块和光敏器件的示例性结构。本领域技术人员容易理解是，以上各单元的实现方式不限于此，只要能够实现其各自的功能即可。

如图3所示，在本发明实施例提供的光强检测单元中，光敏器件为光敏二极管d。输入模块包括：第三晶体管t3；第三晶体管t3的栅极与信号输入端vin连接，第一极与第一节点a连接，第二极与第一电源端vdd连接。放大模块包括：第一晶体管t1和第二晶体管t2；第一晶体管t1的栅极和第一极与第一电源端vdd连接，第二极与第二节点b连接；第二晶体管t2的栅极与第一节点a连接，第一极与第二节点b连接，第二极与第二电源端vss连接。反馈模块包括：第四晶体管t4和存储电容cs；第四晶体管t4的栅极与信号复位端vrst连接，第一极与第一节点a连接，第二极与第二节点b连接；存储电容cs的一端与第一节点a连接，另一端与第二节点b连接。输出模块包括：第五晶体管t5；第五晶体管t5的栅极与读取控制端vrl连接，第一极与第二节点b连接，第二极与读取信号线连接。

在本实施例中，图4为本发明实施例一提供的放大模块的输入与输出的关系，如图4所示，放大模块的输入与输出之间呈反比例关系，即放大模块的输入越大，输出就越小，在本实施例中，该放大模块的输入为第一节点a的电位v0，输出为第二节点b的电位vout，因此，第一节点的电位v0与第二节点的电位vout呈反比例关系，根据图4可知，当第一节点a的电位处于在曲线斜率最大的区域(vdd电压附近)时，第一节点a的电位一旦出现微小上升，第二节点b的电位就会急剧下降。需要说明的是，本实施例中的放大模块的作用可以相当于反向器。

具体的，第一电源端vdd的信号的电位vdd大于第一晶体管t1的阈值电压vth1或第二晶体管t2的阈值电压vth2。需要说明的是，第一晶体管t1和第二晶体管t2完全相同，因此，其阈值电压vth1＝vth2。

在本实施例中，第一晶体管t1，第二晶体管t2、第三晶体管t3、第四晶体管t4和第五晶体管t5均为n型薄膜晶体管，可以统一工艺流程，能够减少工艺制程，有助于提高产品的良率。此外，考虑到低温多晶硅薄膜晶体管的漏电流较小，因此，本发明实施例优选所有晶体管为低温多晶硅薄膜晶体管，薄膜晶体管具体可以选择底栅结构的薄膜晶体管或者顶栅结构的薄膜晶体管，只要能够实现开关功能即可。

需要说明的是，存储电容cs可以是由像素电极与公共电极构成的液晶电容，也可以是由像素电极与公共电极构成的液晶电容以及存储电容构成的等效电容，本发明对此不作限定。

下面通过光强检测单元的工作过程进一步说明本发明实施例的技术方案。

图5为本发明实施例一提供的光强检测单元的工作时序图，图6a为本发明实施例一提供的光强检测单元在重置阶段的工作状态图；图6b为本发明实施例一提供的光强检测单元在充电阶段的工作状态图；图6c为本发明实施例一提供的光强检测单元在读取阶段的工作状态图；结合图3和图5，本发明实施例提供的光强检测单元包括5个晶体管(t1～t5)、1个光敏二极管d、1个存储电容(cs)、5个输入端(vin、vrst、vdd、vss、vrl)，其工作过程包括：

第一阶段s1，即重置阶段，信号输入端vin的输入信号和信号复位端vrst的输入信号均为高电平，读取控制端vrl的输入信号为低电平。

如图6a所示，第三晶体管t3导通，向第一节点a提供第一电源端vdd的信号，此时，第一节点a的电位为vdd，在该阶段中，光敏二极管d两端的电位相等，均为vdd，光敏二极管d处于零偏置状态；另外，第四晶体管t4导通，将存储电容cs中的电荷清空，此时，第二节点b的电位也为vdd，为高电位。

第二阶段s2，即充电阶段，信号输入端vin的输入信号、信号复位端vrst的输入信号、读取控制端vrl的输入信号均为低电平。

如图6b所示，该阶段光敏二极管d受到光照，光敏二极管d采集光信号，并将采集到的光信号转换成光电流，光电流流向第一节点a，使得第一节点a的电位出现微小上升，第一晶体管t1和第二晶体管t2均工作在饱和区，第一晶体管t1和第二晶体管t2组成放大模块，第一节点a的微小电位上升导致第二晶体管t2的跨导增加，从而使得第二节点b的电位急剧下降。此时，由于存储电容cs的自举作用，将第一节点a的电位下拉回至vdd，因此，光敏二极管d在进行光电转换时，光敏二极管d两端的电位始终相同，光敏二极管d仍处于零偏置状态，使得光电流无法流入第二晶体管t2，此时，光强检测单元就只能对存储电容cs进行充电，存储电容cs通过电压存储，对第二节点b的电位进行控制；其中，输出的第二节点b的电位满足vout＝vdd+idata*t，其中，vdd为第一电源端vdd的电位，idata为光电流的电流值，t为光敏二极管d接受光照的时间。

第三阶段s3，即读取阶段，信号输入端vin的输入信号、信号复位端vrst的输入信号均为低电平，读取控制端vrl的输入信号为高电平。

如图6c所示，第五晶体管t5导通，将第二节点b的信号输出至读取信号线中。需要说明的是，读取阶段是瞬时读取。

本发明实施例提供的光强检测单元保证了重置阶段和充电阶段中，光敏二极管的两端的电位保持相等，光敏二极管始终处于零偏置状态，保证了光敏二极管中不存在暗电流，使得输出阶段的输出的信号不会被暗电流带来的噪声干扰，提高了光强检测的精确度。

实施例二

基于上述实施例的发明构思，图7为本发明实施例二提供的光强检测方法的流程图，如图7所示，本发明实施例二提供了一种光强检测方法，采用实施例一提供的光强检测单元实现，具体包括以下步骤：

步骤100、控制输入模块向第一节点提供第一电源端的信号。

具体的，控制输入模块向第一节点提供第一电源端的信号包括：向信号输入端输入一高电平信号；且输入的高电平信号的电位大于第一晶体管的阈值电压或第二晶体管的阈值电压。

步骤200、当光敏器件受到光照时，光敏器件产生光电流，第一节点的电位在光电流的作用下升高。

其中，第一节点的电位在光电流的作用下升高是由于光敏器件的特性所决定的。

步骤300、放大模块在第一节点的控制下，向第二节点输出第二电源端的信号。

步骤400、反馈模块在信号复位端的控制下，控制第二节点的电位。

具体的，步骤400包括：在信号复位端的控制下，通过第二节点输出的第二电源端的信号控制第一节点，使得第一节点的电位与第一电源端信号的电位相同；并在光敏器件输出的光电流的作用下进行充电，控制第二节点的电位。

步骤500、输出模块在读取控制端的控制下输出第二节点的信号。

输出的第二节点的电位满足vout＝vdd+idata*t，其中，vdd为第一电源端vdd的电位，idata为光电流的电流值，t为光敏器件接受光照的时间。

本发明实施例提供的光强检测方法，包括：控制输入模块向第一节点提供第一电源端的信号；当光敏器件受到光照时，光敏器件产生光电流，第一节点的电位在光电流的作用下升高；放大模块在第一节点的控制下，向第二节点输出第二电源端的信号；反馈模块在信号复位端的控制下，控制第二节点的电位；输出模块在读取控制端的控制下输出第二节点的信号，通过在光敏器件光电转换的过程中，保持光敏器件两端的电位相同，保证了光敏器件处于零偏置状态，使得光敏器件中不存在暗电流，消除了光敏器件中的暗电流带来的噪声，提高了光强检测的精确度。

实施例三

基于上述实施例的发明构思，图8为本发明实施例三提供的显示装置的结构示意图，如图8所示，本发明实施例三提供了一种显示装置，包括：交叉设置的扫描线和数据线，扫描线和数据线限定阵列排布的像素区域1，至少一个像素区域1包括一个光强检测单元2。

具体的，光强检测单元阵列设置，位于同一行或同一列的光强检测单元连接同一读取信号线。

其中，本实施例中的光强检测单元2为实施例一提供的光强检测单元，其实现原理和实现效果类似在此不再赘述。

具体的，显示装置包括：显示面板以及覆盖显示面板非显示区域的壳体；具体的，非显示区域设置有显示区域的周边，用于设置电路和其余驱动部件。需要了解的是，显示装置可以为液晶显示(liquidcrystaldisplay，简称lcd)面板、电子纸、有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，简称oled)面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，本发明实施例对比并不做任何限定。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。