专利名称：光传感器和显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用光电二极管检测受光量的光传感器和在像素区域内具备该光传感器的显示装置。
背景技术：
作为笔记本型计算机、便携电话等各种设备的显示装置，已知液晶显示装置、有机 EL显示器等。显示装置一般在多个扫描线与多个信号线的交叉部设有像素区域，并且在各像素区域配置有像素电极等显示要素、驱动用的薄膜晶体管等。在这种显示装置中，提出了如下构成在像素区域将使用了光电二极管等光检测元件的光传感器与显示要素并排配置，检测受光量(例如特开2002-1拟839号公报，国际公开第2007/145346号小册子)。根据该构成，能检测外光的明亮度，或者获取接近读取面的物体的图像。在这种带光传感器的现有的液晶显示装置中，与排列在扫描线和信号线的各交叉部的液晶像素部并排配置有光传感器，由此构成MOS影像传感器。构成MOS影像传感器的各光传感器具备光电二极管、根据该光电二极管的受光量存储电荷的存储电容器、MOS晶体管以及用于控制它们的动作的各种控制线。在光传感器中，利用从控制线提供的信号进行MOS晶体管的开关等，由此，控制存储电容器的电荷复位、从该存储电容器读出电荷。
图12示出由特开2002-182839号公报公开的光传感器的构成。光电二极管DL的阴极与存储节点m连接。存储节点m还连接着存储电容器Cl的第1端子和MOS晶体管 Ml的栅极。光电二极管DL的阳极与复位控制线RST连接。存储电容器Cl的第2端子与读出控制线RS连接。MOS晶体管Ml的源极在信号读出时被提供电压VDD，漏极与信号读出线SL连接。该光传感器能仅由1个MOS晶体管Ml来进行动作，因此能配置在小的占有面积中。参照图13说明图12的光传感器的动作。图13的(a)示出随着信号的变化的存储节点W的电位的变化波形。图13的(b)示出提供给复位控制线RST的复位信号的电压波形，图13的(c)示出施加到读出控制线RS的读出信号的电压波形。该光传感器的动作通过复位期间、存储期间和读出期间的周期的反复来进行。首先，在复位期间开始时，如图13的(b)所示，复位控制线RST的复位信号从低电平VkstL向高电平VkstH转变。此时，如图13的(c)所示，读出控制线RS的读出信号为低电平VksL的状态。因此，光电二极管DL为正偏置状态，通过存储节点m对存储电容器Cl施加高电平VkstH的电压。由此，在复位期间中存储电容器Cl被充电，成为预充电状态，如图 13的(a)所示，存储节点m的电位为VKSTH。在此，VkstH设定为比MOS晶体管Ml的阈值电压低。因此，MOS晶体管Ml在复位期间和接下来的存储期间为截止状态。然后，如图13的(b)所示，当复位信号返回低电平VkstL时，光电二极管DL为逆偏置状态，开始存储期间。此时，存储电容器Cl的电荷通过光电二极管DL的寄生电容瞬间地部分放电，如图13的(a)所示，存储节点m的电位下降固定电压(VfdI)成为VN10。将该现象称为馈通。在存储期间中，由于随着光电二极管DL的受光量而产生的电荷，从存储节点m通过光电二极管DL向复位控制线RST流通电流。这样，如图13的(a)所示，存储节点m的电位从VniO逐渐降低，在存储期间的结束时成为VN11。该存储节点m的电位VniI也设定为不超过MOS晶体管Ml的阈值电压。在读出期间的开始时，如图13的(c)所示，读出信号的电压上升为高电平VKSH，并且对MOS晶体管Ml的源极提供VDD。如上所述，读出信号为高电平VKSH，由此通过存储电容器Cl产生电荷的注入，如图13的(a)所示，存储节点m的电位上升到读出电位乂…电位 Vgi设定为超过MOS晶体管Ml的阈值电压，因此MOS晶体管Ml导通，通过信号读出线SL读出与存储节点W的电位相应的输出信号。在读出期间的结束时，如图13的(c)所示，读出信号返回低电平VKSL，MOS晶体管 Ml的源极被从VDD隔断。因此，存储节点m的电荷通过存储电容器Cl发生排出，存储节点 Nl的电位返回比MOS晶体管Ml的阈值电压低的值VN11。通过以上的动作，在复位期间，存储节点m通过光电二极管DL被复位(预充电)。 并且，在存储期间，存储节点m的电位根据由光电二极管DL产生的电荷而变化。在读出期间，存储节点m的电位的变化由MOS晶体管Ml读出，得到光检测输出。
发明内容
在图12示出的光传感器的读出期间施加的读出信号的高电平VksH设定为使存储节点m的电位上冲为比MOS晶体管Ml的阈值电压高。另一方面，存储节点m的电位Vei 是利用读出信号VksH将根据受光量而变化的存储节点m的电位VniI的电位提高后的电位， 因此在光电二极管DL的灵敏度区间的范围中变动。因此，读出信号VksH的值设定为读出时的存储节点m的电位Vei收纳在MOS晶体管Ml在线性区域中被驱动的范围内。即，也考虑到MOS晶体管Ml在漏极电压相对于栅极电压的变为线性的区域中被驱动，来设定读出信号的高电平VKSH。由此，容易进行输出信号的处理，并且容易确保MOS晶体管Ml的输出的动态区间。存储节点m的电位上冲的大小依赖于利用读出信号VksH通过存储电容器Cl注入的电荷量。存储电容器Cl的电容C1越大，利用相同电平的读出信号VksH上冲的电压值越大。因此，如果存储电容器Cl的电容C1较大，读出信号VksH的电平可以较低，因此是有利的。但是，当存储电容器Cl的电容C1大时，用下述式表示的存储节点m的电容Cni变大。C11L是光电二极管DL的寄生电容，Cmi是MOS晶体管Ml的栅极电容。
权利要求
1.一种光传感器，具备第1光电二极管和第2光电二极管；存储节点，其与上述第1光电二极管和第2光电二极管的阴极分别连接； 存储电容器，其第1端子与上述存储节点连接；以及MOS晶体管，其栅极与上述存储节点连接，输出与该存储节点的电位相应的信号， 对上述第1光电二极管的阳极，在复位期间中提供正偏置的脉冲电压，另一方面，在存储期间和读出期间中提供逆偏置电压，对上述第2光电二极管的阳极，在全部的动作期间中提供逆偏置电压， 对上述存储电容器的第2端子，在上述复位期间和上述存储期间中，提供将上述存储节点的电位保持在不足上述MOS晶体管的阈值的范围的电压，在上述读出期间中，提供使上述存储节点的电位上冲到上述MOS晶体管的阈值以上的范围的电压。
2.根据权利要求1所述的光传感器，上述第1光电二极管的寄生电容比上述第2光电二极管的寄生电容小。
3.根据权利要求1或者2所述的光传感器，提供给上述第2光电二极管的阳极的逆偏置电压与提供给上述第1光电二极管的阳极的逆偏置电压相等。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光传感器，设定对上述存储电容器的第2端子在上述读出期间提供的电压，使得上述存储节点的电位被限制在上述MOS晶体管在线性区域中动作的范围内。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光传感器，上述第1光电二极管的阳极与在复位期间中被提供正偏置的脉冲电压的复位控制线连接，上述第2光电二极管的阳极与在全部的动作期间中被提供逆偏置电压的逆偏置电压提供线连接，上述存储电容器的第2端子与在读出期间中被提供使上述存储节点的电位上冲到上述MOS晶体管的阈值以上的电压的读出控制线连接。
6.一种显示装置，具备显示面板，其具有排列有多个像素块的像素区域；以及驱动电路，其进行用于驱动构成上述像素区域的要素的信号处理， 上述像素块包含包括显示要素的显示部和用于检测入射光的光传感器部， 上述光传感器部包括权利要求1至5中的任一项所述的光传感器。
7.根据权利要求6所述的显示装置，上述像素块包括1个上述显示部和1个上述光传感器部，上述光传感器部具备上述第1光电二极管和第2光电二极管各1个、1个上述存储电容器以及1个上述MOS晶体管。
8.根据权利要求6所述的显示装置，上述像素块包括1个上述显示部和1个上述光传感器部，上述光传感器部具备上述第1光电二极管和第2光电二极管各1个、2个上述存储电容器以及1个上述MOS晶体管。
9.根据权利要求6所述的显示装置，上述像素块包括2个上述显示部和1个上述光传感器部，上述光传感器部具备1个上述第1光电二极管、4个上述第2光电二极管、5个上述存储电容器以及1个上述MOS晶体管。
10.根据权利要求6所述的显示装置，上述像素块包括2个上述显示部和1个上述光传感器部，上述光传感器部具备2个上述第1光电二极管、3个上述第2光电二极管、5个上述存储电容器以及1个上述MOS晶体管。
11.根据权利要求6所述的显示装置，上述像素块包括2个上述显示部和1个上述光传感器部，上述光传感器部具备1个上述第1光电二极管、3个上述第2光电二极管、4个上述存储电容器以及2个上述MOS晶体管。
12.根据权利要求6所述的显示装置，上述像素块包括4个上述显示部和1个上述光传感器部，上述光传感器部具备2个上述第1光电二极管、8个上述第2光电二极管、10个上述存储电容器以及2个上述MOS晶体管。
13.根据权利要求6至12中的任一项所述的显示装置， 上述显示部包括三原色的显示要素。
全文摘要
减少由馈通引起的存储节点的电位下降，由此使存储电容器的电容变小来谋求传感器灵敏度的提高。在光传感器中，在存储节点(N2)连接着存储电容器(C2)的第1端子和输出与存储节点(N2)的电位相应的信号的MOS晶体管(M1)的栅极。对第1光电二极管(DS)的阳极，在复位期间中提供正偏置的脉冲电压，另一方面，在存储期间和读出期间中提供逆偏置电压。对第2光电二极管(DM)的阳极，在全部的动作期间中提供逆偏置电压。对存储电容器的第2端子，在复位期间和存储期间中，提供将存储节点的电位保持在不足MOS晶体管(M1)的阈值的电压，另一方面，在读出期间中，提供使存储节点(N2)的电位上冲到MOS晶体管(M1)的阈值以上的电压。
文档编号G09G3/36GK102484682SQ20108003746
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月12日 优先权日2009年8月26日
发明者中川阳介, 前田和宏, 杉山裕昭, 桑原信弘, 白木一郎, 辻野幸生 申请人:夏普株式会社