光強檢測單元、光強檢測方法和顯示裝置與流程

本發明實施例涉及顯示技術領域，具體涉及一種光強檢測單元、光強檢測方法和顯示裝置。

背景技術：

隨著顯示技術的發展，顯示裝置的顯示效果越來越好，給人們帶來了良好的視覺體驗，但由于生活水平的提高，人們對顯示裝置的要求不僅局限于顯示效果，還要求其具有多樣化的功能，例如，根據外界環境光的強度對顯示屏的亮度進行調節的功能和具有生物識別功能。

具體的，為了實現根據外界環境光的強度對顯示屏的亮度進行調節的功能時，通常需要采用光敏器件進行光強檢測，即在光照作用下產生光電流信號的幅值大小，對環境光的強度進行檢測；為了具有生物識別功能，通常采用指紋電流識別電路，圖1為現有的指紋傳感器的結構示意圖，如圖1所示，每個指紋傳感器由一個光敏器件d0和一個開關晶體管t0組成，其中，光敏器件d0進行光強檢測，即在光源照到手指上的反射光的作用下產生光電流信號，對指紋的谷脊進行檢測，因此，實現光強檢測均需采用光敏器件。

目前，進行光強檢測的光敏器件均在偏置狀態，由于光敏器件的特性，處于偏置狀態的光敏器件中始終存在暗電流，而暗電流會使得光敏器件中的噪聲增大，導致光強檢測的精確度不高。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種光強檢測單元、光強檢測方法和顯示裝置，消除了光敏器件中的暗電流，提高了光強檢測的精確度。

為了達到本發明目的，本發明實施例提供了一種光強檢測單元，包括：光敏器件、輸入模塊、放大模塊、反饋模塊和輸出模塊；

所述光敏器件，與第一電源端和第一節點連接；

所述輸入模塊，與信號輸入端、第一電源端和第一節點連接，用于在信號輸入端的控制下，向第一節點提供第一電源端的信號；

所述放大模塊，與第一電源端、第二電源端、第一節點和第二節點連接，用于在第一節點的控制下，向第二節點輸出第二電源端的信號；

所述反饋模塊，與信號復位端、第一節點和第二節點連接，用于在信號復位端的控制下，控制第二節點的電位；

所述輸出模塊，與第二節點和讀取控制端連接，用于在讀取控制端的控制下，輸出第二節點的信號。

進一步地，所述放大模塊包括：第一晶體管和第二晶體管；

所述第一晶體管的柵極和第一極與第一電源端連接，第二極與第二節點連接；

所述第二晶體管的柵極與第一節點連接，第一極與第二節點連接，第二極與第二電源端連接。

進一步地，所述輸入模塊包括：第三晶體管；

所述第三晶體管的柵極與信號輸入端連接，第一極與第一節點連接，第二極與第一電源端連接。

進一步地，所述反饋模塊包括：第四晶體管和存儲電容；

所述第四晶體管的柵極與信號復位端連接，第一極與第一節點連接，第二極與第二節點連接；

所述存儲電容的一端與第一節點連接，另一端與第二節點連接。

進一步地，所述輸出模塊包括：第五晶體管；

所述第五晶體管的柵極與讀取控制端連接，第一極與第二節點連接，第二極與讀取信號線連接。

進一步地，所述光敏器件包括：光敏二極管。

進一步地，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管、所述第四晶體管和所述第五晶體管均為n型晶體管。

進一步地，所述第一電源端的電位大于第一晶體管的閾值電壓或者第二晶體管的閾值電壓。

另外，本發明實施例還提供了一種顯示裝置，包括：交叉設置的掃描線和數據線，所述掃描線和所述數據線限定陣列排布的像素區域；

所述至少一個像素區域包括一個所述光強檢測單元。

進一步地，所述光強檢測單元陣列設置，位于同一行或同一列的光強檢測單元連接同一讀取信號線。

另外，本發明實施例還提供了一種光強檢測方法，包括：

控制輸入模塊向第一節點提供第一電源端的信號；

當光敏器件受到光照時，光敏器件產生光電流，第一節點的電位在光電流的作用下升高；

放大模塊在第一節點的控制下，向第二節點輸出第二電源端的信號；

反饋模塊在信號復位端的控制下，控制第二節點的電位；

輸出模塊在讀取控制端的控制下輸出第二節點的信號。

進一步地，所述在信號復位端的控制下，控制第二節點的電位，包括：

在信號復位端的控制下，通過第二節點輸出的第二電源端的信號控制第一節點，使得第一節點的電位與第一電源端信號的電位相同；并在光敏器件輸出的光電流的作用下進行充電，控制第二節點的電位。

進一步地，輸出的第二節點的電位滿足vout＝vdd+idata*t，其中，vdd為第一電源端的電位，idata為光電流的電流值，t為光敏器件接受光照的時間。

本發明實施例提供的光強檢測單元、光強檢測方法和顯示裝置，該光強檢測單元包括：光敏器件、輸入模塊、放大模塊、反饋模塊和輸出模塊，輸入模塊，用于在信號輸入端的控制下，向第一節點提供第一電源端的信號；放大模塊，用于在第一節點的控制下，向第二節點輸出第二電源端的信號；反饋模塊，用于在信號復位端的控制下，控制第二節點的電位；輸出模塊，用于在讀取控制端的控制下，輸出第二節點的信號，本發明的技術方案，在輸入模塊、放大模塊、反饋模塊和輸出模塊的配合下，通過在光敏器件光電轉換的過程中，保持光敏器件兩端的電位相同，保證了光敏器件處于零偏置狀態，使得光敏器件中不存在暗電流，消除了光敏器件中的暗電流帶來的噪聲，提高了光強檢測的精確度。

當然，實施本發明的任一產品或方法并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書實施例中闡述，并且，部分地從說明書實施例中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明實施例的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本發明技術方案的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本發明的技術方案，并不構成對本發明技術方案的限制。

圖1為現有的指紋傳感器的結構示意圖；

圖2為本發明實施例一提供的光強檢測單元的結構示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的光強檢測單元的等效電路圖；

圖4為本發明實施例一提供的放大模塊輸入與輸出的關系；

圖5為本發明實施例一提供的光強檢測單元的工作時序圖；

圖6a為本發明實施例一提供的光強檢測單元在重置階段的工作狀態圖；

圖6b為本發明實施例一提供的光強檢測單元在充電階段的工作狀態圖；

圖6c為本發明實施例一提供的光強檢測單元在讀取階段的工作狀態圖；

圖7為本發明實施例二提供的光強檢測方法的流程圖；

圖8為本發明實施例三提供的顯示裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

為了清晰起見，在用于描述本發明的實施例的附圖中，層或微結構的厚度和尺寸被放大。可以理解，當諸如層、膜、區域或基板之類的元件被稱作位于另一元件“上”或“下”時，該元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中間元件。

本領域技術人員可以理解，本申請所有實施例中采用的晶體管均可以為薄膜晶體管或場效應管或其他特性相同的器件。優選地，本發明實施例中使用的薄膜晶體管可以是氧化物半導體晶體管。由于這里采用的晶體管的源極、漏極是對稱的，所以其源極、漏極可以互換。在本發明實施例中，為區分晶體管除柵極之外的兩極，將其中一個電極稱為第一極，另一電極稱為第二極，第一極可以為源極或者漏極，第二極可以為漏極或源極。

實施例一

圖2為本發明實施例一提供的光強檢測單元的結構示意圖，如圖2所示，本發明實施例一提供的光強檢測單元包括：光敏器件、輸入模塊、反饋模塊、放大模塊和輸出模塊。

具體的，光敏器件，與第一電源端vdd和第一節點a連接，用于采集光信號，并將采集到的光信號轉換成光電流；輸入模塊，與信號輸入端vin、第一電源端vdd和第一節點a連接，用于在信號輸入端vin的控制下，向第一節點a提供第一電源端vdd的信號；放大模塊，與第一電源端vdd、第二電源端vss、第一節點a和第二節點b連接，用于在第一節點a的控制下，向第二節點b輸出第二電源端vss的信號；反饋模塊，與信號復位端vrst、第一節點a和第二節點b連接，用于在信號復位端vrst的控制下，控制第二節點b的電位；輸出模塊，與第二節點b和讀取控制端vrl連接，用于在讀取控制端vrl的控制下，輸出第二節點b的信號。

其中，光敏器件可以為光敏二極管。

需要說明的是，第一電源端vdd電位持續提供高電平信號vdd；第二電源端vss第二電源端vss電位持續提供低電平信號vss。

在本實施例中，當光敏器件未受到光照時，光敏器件的一端始終與第一電源端vdd的連接，因此，其電位始終保持為vdd，而光敏器件的另一端與第一節點a連接，第一節點a的電位為輸入模塊提供的第一電源端vdd的信號的電位vdd，此時，光敏器件兩端的電位相等，此時光敏器件處于零偏置狀態。而光敏器件受到光照時，光敏器件產生的光電流會使得第一節點a的電位出現微小上升，在放大模塊的作用下第二節點b的電位會急劇下降，此時在反饋模塊的作用下，第一節點a的電位回歸至vdd，并調節了第二節點b的電位，而這些發生都是瞬時發生的，也就是說，第一節點a的電位沒有改變，始終保持為vdd，因此，本實施例提供的光強檢測單元中，在光敏器件光電轉換的過程中，光敏器件兩端的電位始終保持相同，即光敏器件處于零偏置狀態，此時，光敏器件中不存在暗電流。

本發明實施例提供的光強檢測單元，包括：光敏器件、輸入模塊、放大模塊、反饋模塊和輸出模塊，輸入模塊，用于在信號輸入端的控制下，向第一節點提供第一電源端的信號；放大模塊，用于在第一節點的控制下，向第二節點輸出第二電源端的信號；反饋模塊，用于在信號復位端的控制下，控制第二節點的電位；輸出模塊，用于在讀取控制端的控制下，輸出第二節點的信號，本發明的技術方案，在輸入模塊、放大模塊、反饋模塊和輸出模塊的配合下，通過在光敏器件光電轉換的過程中，保持光敏器件兩端的電位相同，保證了光敏器件處于零偏置狀態，使得光敏器件中不存在暗電流，消除了光敏器件中的暗電流帶來的噪聲，提高了光強檢測的精確度。

圖3為本發明實施例一提供的光強檢測單元的等效電路圖，圖3中具體示出了輸入模塊、輸出模塊、反饋模塊、放大模塊和光敏器件的示例性結構。本領域技術人員容易理解是，以上各單元的實現方式不限于此，只要能夠實現其各自的功能即可。

如圖3所示，在本發明實施例提供的光強檢測單元中，光敏器件為光敏二極管d。輸入模塊包括：第三晶體管t3；第三晶體管t3的柵極與信號輸入端vin連接，第一極與第一節點a連接，第二極與第一電源端vdd連接。放大模塊包括：第一晶體管t1和第二晶體管t2；第一晶體管t1的柵極和第一極與第一電源端vdd連接，第二極與第二節點b連接；第二晶體管t2的柵極與第一節點a連接，第一極與第二節點b連接，第二極與第二電源端vss連接。反饋模塊包括：第四晶體管t4和存儲電容cs；第四晶體管t4的柵極與信號復位端vrst連接，第一極與第一節點a連接，第二極與第二節點b連接；存儲電容cs的一端與第一節點a連接，另一端與第二節點b連接。輸出模塊包括：第五晶體管t5；第五晶體管t5的柵極與讀取控制端vrl連接，第一極與第二節點b連接，第二極與讀取信號線連接。

在本實施例中，圖4為本發明實施例一提供的放大模塊的輸入與輸出的關系，如圖4所示，放大模塊的輸入與輸出之間呈反比例關系，即放大模塊的輸入越大，輸出就越小，在本實施例中，該放大模塊的輸入為第一節點a的電位v0，輸出為第二節點b的電位vout，因此，第一節點的電位v0與第二節點的電位vout呈反比例關系，根據圖4可知，當第一節點a的電位處于在曲線斜率最大的區域(vdd電壓附近)時，第一節點a的電位一旦出現微小上升，第二節點b的電位就會急劇下降。需要說明的是，本實施例中的放大模塊的作用可以相當于反向器。

具體的，第一電源端vdd的信號的電位vdd大于第一晶體管t1的閾值電壓vth1或第二晶體管t2的閾值電壓vth2。需要說明的是，第一晶體管t1和第二晶體管t2完全相同，因此，其閾值電壓vth1＝vth2。

在本實施例中，第一晶體管t1，第二晶體管t2、第三晶體管t3、第四晶體管t4和第五晶體管t5均為n型薄膜晶體管，可以統一工藝流程，能夠減少工藝制程，有助于提高產品的良率。此外，考慮到低溫多晶硅薄膜晶體管的漏電流較小，因此，本發明實施例優選所有晶體管為低溫多晶硅薄膜晶體管，薄膜晶體管具體可以選擇底柵結構的薄膜晶體管或者頂柵結構的薄膜晶體管，只要能夠實現開關功能即可。

需要說明的是，存儲電容cs可以是由像素電極與公共電極構成的液晶電容，也可以是由像素電極與公共電極構成的液晶電容以及存儲電容構成的等效電容，本發明對此不作限定。

下面通過光強檢測單元的工作過程進一步說明本發明實施例的技術方案。

圖5為本發明實施例一提供的光強檢測單元的工作時序圖，圖6a為本發明實施例一提供的光強檢測單元在重置階段的工作狀態圖；圖6b為本發明實施例一提供的光強檢測單元在充電階段的工作狀態圖；圖6c為本發明實施例一提供的光強檢測單元在讀取階段的工作狀態圖；結合圖3和圖5，本發明實施例提供的光強檢測單元包括5個晶體管(t1～t5)、1個光敏二極管d、1個存儲電容(cs)、5個輸入端(vin、vrst、vdd、vss、vrl)，其工作過程包括：

第一階段s1，即重置階段，信號輸入端vin的輸入信號和信號復位端vrst的輸入信號均為高電平，讀取控制端vrl的輸入信號為低電平。

如圖6a所示，第三晶體管t3導通，向第一節點a提供第一電源端vdd的信號，此時，第一節點a的電位為vdd，在該階段中，光敏二極管d兩端的電位相等，均為vdd，光敏二極管d處于零偏置狀態；另外，第四晶體管t4導通，將存儲電容cs中的電荷清空，此時，第二節點b的電位也為vdd，為高電位。

第二階段s2，即充電階段，信號輸入端vin的輸入信號、信號復位端vrst的輸入信號、讀取控制端vrl的輸入信號均為低電平。

如圖6b所示，該階段光敏二極管d受到光照，光敏二極管d采集光信號，并將采集到的光信號轉換成光電流，光電流流向第一節點a，使得第一節點a的電位出現微小上升，第一晶體管t1和第二晶體管t2均工作在飽和區，第一晶體管t1和第二晶體管t2組成放大模塊，第一節點a的微小電位上升導致第二晶體管t2的跨導增加，從而使得第二節點b的電位急劇下降。此時，由于存儲電容cs的自舉作用，將第一節點a的電位下拉回至vdd，因此，光敏二極管d在進行光電轉換時，光敏二極管d兩端的電位始終相同，光敏二極管d仍處于零偏置狀態，使得光電流無法流入第二晶體管t2，此時，光強檢測單元就只能對存儲電容cs進行充電，存儲電容cs通過電壓存儲，對第二節點b的電位進行控制；其中，輸出的第二節點b的電位滿足vout＝vdd+idata*t，其中，vdd為第一電源端vdd的電位，idata為光電流的電流值，t為光敏二極管d接受光照的時間。

第三階段s3，即讀取階段，信號輸入端vin的輸入信號、信號復位端vrst的輸入信號均為低電平，讀取控制端vrl的輸入信號為高電平。

如圖6c所示，第五晶體管t5導通，將第二節點b的信號輸出至讀取信號線中。需要說明的是，讀取階段是瞬時讀取。

本發明實施例提供的光強檢測單元保證了重置階段和充電階段中，光敏二極管的兩端的電位保持相等，光敏二極管始終處于零偏置狀態，保證了光敏二極管中不存在暗電流，使得輸出階段的輸出的信號不會被暗電流帶來的噪聲干擾，提高了光強檢測的精確度。

實施例二

基于上述實施例的發明構思，圖7為本發明實施例二提供的光強檢測方法的流程圖，如圖7所示，本發明實施例二提供了一種光強檢測方法，采用實施例一提供的光強檢測單元實現，具體包括以下步驟：

步驟100、控制輸入模塊向第一節點提供第一電源端的信號。

具體的，控制輸入模塊向第一節點提供第一電源端的信號包括：向信號輸入端輸入一高電平信號；且輸入的高電平信號的電位大于第一晶體管的閾值電壓或第二晶體管的閾值電壓。

步驟200、當光敏器件受到光照時，光敏器件產生光電流，第一節點的電位在光電流的作用下升高。

其中，第一節點的電位在光電流的作用下升高是由于光敏器件的特性所決定的。

步驟300、放大模塊在第一節點的控制下，向第二節點輸出第二電源端的信號。

步驟400、反饋模塊在信號復位端的控制下，控制第二節點的電位。

具體的，步驟400包括：在信號復位端的控制下，通過第二節點輸出的第二電源端的信號控制第一節點，使得第一節點的電位與第一電源端信號的電位相同；并在光敏器件輸出的光電流的作用下進行充電，控制第二節點的電位。

步驟500、輸出模塊在讀取控制端的控制下輸出第二節點的信號。

輸出的第二節點的電位滿足vout＝vdd+idata*t，其中，vdd為第一電源端vdd的電位，idata為光電流的電流值，t為光敏器件接受光照的時間。

本發明實施例提供的光強檢測方法，包括：控制輸入模塊向第一節點提供第一電源端的信號；當光敏器件受到光照時，光敏器件產生光電流，第一節點的電位在光電流的作用下升高；放大模塊在第一節點的控制下，向第二節點輸出第二電源端的信號；反饋模塊在信號復位端的控制下，控制第二節點的電位；輸出模塊在讀取控制端的控制下輸出第二節點的信號，通過在光敏器件光電轉換的過程中，保持光敏器件兩端的電位相同，保證了光敏器件處于零偏置狀態，使得光敏器件中不存在暗電流，消除了光敏器件中的暗電流帶來的噪聲，提高了光強檢測的精確度。

實施例三

基于上述實施例的發明構思，圖8為本發明實施例三提供的顯示裝置的結構示意圖，如圖8所示，本發明實施例三提供了一種顯示裝置，包括：交叉設置的掃描線和數據線，掃描線和數據線限定陣列排布的像素區域1，至少一個像素區域1包括一個光強檢測單元2。

具體的，光強檢測單元陣列設置，位于同一行或同一列的光強檢測單元連接同一讀取信號線。

其中，本實施例中的光強檢測單元2為實施例一提供的光強檢測單元，其實現原理和實現效果類似在此不再贅述。

具體的，顯示裝置包括：顯示面板以及覆蓋顯示面板非顯示區域的殼體；具體的，非顯示區域設置有顯示區域的周邊，用于設置電路和其余驅動部件。需要了解的是，顯示裝置可以為液晶顯示(liquidcrystaldisplay，簡稱lcd)面板、電子紙、有機發光二極管(organiclight-emittingdiode，簡稱oled)面板、手機、平板電腦、電視機、顯示器、筆記本電腦、數碼相框、導航儀等任何具有顯示功能的產品或部件，本發明實施例對比并不做任何限定。

雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容僅為便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式及細節上進行任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。