光传感器电路及其驱动方法
专利名称：光传感器电路及其驱动方法
技术领域：
实施例涉及光传感器电路，具体地，涉及扩大可检测环境光的范围并改善低照明处分辨率的光传感器电路及其驱动方法。
背景技术：
平板显示器包括有机发光显示器、液晶显示器和等离子体显示器等等。平板显示器比CRT(阴极射线管)更薄、更轻并且消耗更少的功率，因此平板显示器已迅速取代了 CRT。在平板显示器中，有机发光显示器和液晶显示器可以容易地制造成小尺寸，并且可以利用电池长时段地使用，因此有机发光显示器和液晶显示器被选择为许多便携式电子设备的显示器。然而，尽管用户能够调节现有有机发光显示器和液晶显示器的亮度，但这些显示器被设计为以均勻的亮度显示图像而与环境光无关。因此，这些显示器的可见性是个问题， 这时因为均勻的亮度在暗的地方看起来太亮，而在亮的地方，例如阳光下却又太暗。进一步，由于平板显示器在如上所述的相关技术中被设置为画面亮度均勻，因此它们的缺点在于当在环境光亮度较小的较暗的地方长时间段地使用时，画面亮度不必要得高，从而使功耗相应增加。为了克服这个问题，一些显示器可以通过利用光传感器电路检测环境光来自动调节亮度。
发明内容
实施例提供一种光传感器电路，包括连接在第一基准电压与第二电源之间的第一晶体管；连接在所述第一晶体管的栅电极与第二电极之间的第二晶体管，所述第二晶体管包括从接收第一控制信号的栅电极；连接在所述第一基准电压与所述第一晶体管之间的第三晶体管，所述第三晶体管包括接收第二控制信号的栅电极；连接在所述第二电源与所述第一晶体管之间的第四晶体管，所述第四晶体管包括接收反转的第二控制信号的栅电极；连接在第二基准电压与第三基准电压之间的光接收元件；连接在所述第二基准电压与所述光接收元件的阴极之间的第五晶体管，所述第五晶体管包括接收所述第一控制信号的栅电极；连接在所述光接收元件的阴极与所述第三基准电压之间的第一电容器；连接在所述光接收元件的阴极与所述第一电容器的第一电极之间的第六晶体管，所述第六晶体管包括接收第三控制信号的栅电极；以及连接在所述第一晶体管的栅电极与所述第一电容器的第一电极之间的第二电容器。所述光传感器电路可以包括连接在所述第一晶体管的第一电极与输出负载的第一侧之间的第七晶体管，所述第七晶体管包括接收第四控制信号的栅电极；以及连接在延伸到所述输出负载的第二侧的输出信号线与第一电源之间的第八晶体管，所述第八晶体管包括接收初始化信号的栅电极。所述光接收元件可以是p-i_m(p-本征-金属)二极管、PIN 二极管、PN 二极管和光电耦合器中的任一个。
所述第一基准电压和所述第二基准电压可以具有高电平电压值。所述第三基准电压和所述第二电源可以由低电平电压或接地电源GND实现。所述第二晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管中至少之一可以是双栅极型。所述光传感器电路可以包括第九晶体管，通过所述第九晶体管的栅电极被供给反转的所述第一控制信号，所述第九晶体管具有与所述第一晶体管的所述栅电极连接的第一电极和第二电极；以及第十晶体管，通过所述第十晶体管的栅电极被供给反转的第三控制信号，所述第十晶体管具有与所述第一电容器的第一电极连接的第一电极和第二电极。实施例提供一种驱动光传感器电路的方法，其中一帧被分成三个时段tl、t2和 t3，并且所述的光传感器电路在所述帧时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压进行放电的信息。将所述光接收元件实现为反向偏置状态可以包括接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化电压之后，接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为利用“第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。对所述第一电容器进行放电可以包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而相应地将所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电
压改变一样多的量。对所述第一电容器进行放电可以进一步包括接收初始化信号作为选择信号，并且在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充 H1^ ο输出信息可以包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。实施例提供一种驱动光传感器电路的方法，其中一帧由多个子帧组成，所述多个子帧中的每一个被分成三个时段tl、t2和t3，并且所述的光传感器电路在所述时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压放电的信息，其中所述多个子帧中的每个子帧的所述第二时段从所述第一子帧的第二时段时间开始依次缩短2的倍数。可以在具有最长第二时段的第一子帧中检测低亮度光，并且在具有最短第二时段的最后子帧中检测高亮度光。将所述光接收元件实现为反向偏置状态可以包括接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化之后接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为 “第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。对所述第一电容器进行放电可以包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而使所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电压改变
一样多的量。对所述第一电容器进行放电可以包括接收初始化信号作为选择信号以在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充电。输出信息可以包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。实施例提供一种利用光传感器电路检测光的方法，所述方法包括提供另一光传感器电路；遮挡所述另一光传感器电路免受光；以及从所述光传感器电路的输出中减去所述另一光传感器电路的输出以提供校正后的输出。
通过参照附图详细描述示例性实施例，以上及其它特征和优点对于本领域普通技术人员来说将变得更加明显，附图中图IA和图IB图示说明根据实施例的光传感器电路的配置的电路图；图2图示说明示出图IA或图IB所示的光传感器电路的操作的时序图；以及图3图示说明示出根据另一实施例的光传感器电路的操作的时序图。
具体实施例方式通过引用将2010年3月23日在韩国知识产权局递交并且题目为“Light Sensor Circuit and Driving Method Thereof (光传感器电路及其驱动方法)”的韩国专利申请 No. 10-2010-0025659 整体合并于此。以下将参照附图更充分地描述示例性实施例；然而，这些实施例可以以不同的形式来具体实现，并且不应当被解释为限于此处给出的实施例。更恰当地说，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。图IA和图IB图示说明根据实施例的光传感器电路的电路图。根据实施例的光传感器电路是源极跟随器型传感器电路，其优点在于具有良好的线性输入/输出特性。首先参见图1A，根据本发明实施例的光传感器电路包括第一至第八晶体管Pl至 P8、第一和第二电容器Cl和C2以及光接收元件PD。尽管第一至第八晶体管Pl至P8在本发明的该实施例中被实施为P型晶体管，但这只是一个示例，并且实施例不限于此。第一晶体管Pl具有连接到第一节点m的栅电极以及分别电连接到第一基准电压 Veefi和第二电源VSS的第一电极和第二电极。在该配置中，第一基准电压Vkefi是高电平电压值，并且第二电源VSS可以由低电平电压值或地电源GND实施。在该实施例中，第一晶体管Pl以源极跟随器型操作，其中与第一基准电SVkefi电连接的第一电极用作源电极，而与第二电源VSS连接的第二电极用作漏电极。第二晶体管P2连接在第一晶体管Pl的栅电极与第二电极(漏电极)之间，使得在第二晶体管P2导通时，第一晶体管Pl被二极管连接(diode connected)。具体而言，第二晶体管P2的第一电极和第二电极分别与第一晶体管Pl的栅电极和第二电极连接。第二晶体管P2的栅电极与第一控制信号线CSl连接。第三晶体管P3连接在第一晶体管Pl的第一电极(源电极)与第一基准电压Vkefi 之间，使得在第三晶体管P3导通时，第一晶体管Pl的第一电极与第一基准电压Vkefi电连接。具体而言，第三晶体管P3的第一电极和第二电极分别与第一基准电SVkefi和第一晶体管的第一电极连接。第三晶体管P3的栅电极与第二控制信号线CS2连接。第四晶体管P4连接在第一晶体管Pl的第二电极(漏电极)与第二电源VSS之间， 使得在第四晶体管P4导通时，第一晶体管Pl的第二电极与第二电源VSS电连接。具体而言，第四晶体管P4的第一电极和第二电极分别与第一晶体管的第二电极和第二电源VSS连接。第四晶体管P4的栅电极与第二'控制信号线CS2b连接。在该配置中，施加于第二控制信号线CS2的控制信号被反转，并且被输送到第二'控制信号线CS2b。光接收元件PD连接在第二基准电压Vkef2与第三基准电压Vkef3之间，并且通过以反向偏置方式流动与外部光的大小对应的光泄漏电流来将第二电容器CS放电到预定的电压。具体而言，光接收元件PD的阴极与第二基准电SVkef2电连接，而光接收元件PD的阳极与第三基准电压Vkef3连接。第五晶体管P5连接在光接收元件PD的阴极与第二基准电压Vkef2之间，使得光接收元件PD的阴极仅在第五晶体管P5导通时与第二基准电压Vkef2电连接。具体而言，第五晶体管P5的第一电极和第二电极分别与第二基准电压Vkef2和光接收元件PD的阴极连接。 第五晶体管P5的栅电极与第一控制信号线CSl连接。光接收元件PD可以是选自p-i_m(p-本征-金属)二极管、PIN 二极管、PN 二极管、光电耦合器及其等同物中的任何一个。第二基准电压￥-2是高电平电压值，并且第二电源VSS可以由低电平电压值或地电源GND实现。第二电容器C2存储施加于第一晶体管Pl的栅电极的电压，使得它补偿第一晶体管Pl的阈值电压。因此，第二电容器C2的第一电极在第一晶体管Pl的栅电极连接的地方与第一节点W连接，并且第二电极与第二节点N2连接。第一电容器Cl连接在第二节点N2与第三基准电压Vkef3之间。第一电容器Cl与光接收元件PD并联连接，并且通过提高光接收元件的反向偏置电容来改善信号维持特性。 具体而言，第一电容器Cl的第一电极与光接收元件PD的阴极电连接，并且第二电极与阳极连接。第六晶体管P6连接在光接收元件PD的阴极与第一电容器Cl的第一电极之间，使得光接收元件PD的阴极仅在第六晶体管P6导通时与第一电容器Cl的第一电极电连接。具体而言，第六晶体管P6的第一电极和第二电极分别与光接收元件PD的阴极和第二节点N2 连接。第六晶体管P6的栅电极与第三控制信号线CS3连接。第七晶体管P7具有连接在第一晶体管Pl的第一电极与输出负载的一侧之间的第一电极和第二电极，并且第七晶体管P7的栅电极与第四控制信号线CS4连接。第八晶体管P8连接到延伸至输出负载另一侧的输出信号线OUT，其中第八晶体管 P8的第一电极连接到输出信号线OUT，第二电极与具有高电平电压值的第一电源VDD连接， 并且栅电极连接到初始化信号线pre。在该配置中，输出负载例如可以是模拟-数字转换器的内部负载。在该配置中，第一基准电压Vkefi、第二基准电压Vkef2和第一电源VDD都具有高电平电压值，并且可以实现为相同的电平。在该配置中，第三基准电压Vkef3和第二电源VSS 二者都由低电平或地电源实现，并且可以具有相同的电压值。接下来，参见图1B，示出根据另一实施例的光传感器电路。图IB的实施例包括图 IA所示实施例的所有元件。因此，由相同的附图标记来表示相同的组件，并且不再重复对它们的详细描述。具体而言，图IB所示实施例与图IA所示实施例的不同在于图IB所示实施例进一步包括第九晶体管P9和第十晶体管P10，并且第二晶体管P2、第五晶体管P5和第六晶体管P6以双栅极型实现。在该配置中，第九晶体管P9和第十晶体管PlO被提供以减少分别由第二晶体管 P2和第六晶体管P6产生的开关噪声。因此，第九晶体管P9具有连接到第一'控制信号线 CSIb的栅电极以及连接到第一节点m的第一电极和第二电极，其中经反转的第一控制信号被施加于第一'控制信号线CSlb。进一步，第十晶体管PlO具有连接到第三'控制信号线cs;3b的栅电极以及连接到第二节点N2的第一电极和第二电极，其中经反转的第三控制信号被施加于第三'控制信号线CS!3b。由于第二晶体管P2和第六晶体管P6所产生的开关噪声会很大程度地影响第一晶体管Pl的栅电极，为了克服该问题，提供如上所述连接的第九晶体管P9和第十晶体管PlO 以最小化开关噪声。进一步，第二晶体管P2和第六晶体管P6以双栅极型实现，以防止从各个晶体管自身产生的泄漏电流影响第一晶体管Pl的栅极节点，并且第五晶体管P5以双栅极型实现，以防止自身的泄漏电流影响从光接收元件PD产生的光泄漏电流。然而，光检测操作的基本操作与图IA和图IB所示的实施例中的相同。图2是用于图示说明图IA所示的光传感器电路的操作的时序图。参照图IA和图 2描述根据实施例的光传感器电路的操作如下。然而，由于图1所示的包括在光传感器电路中的晶体管被实现为P型晶体管，因此以低电平施加用于导通晶体管的控制信号、选择信号。相反，当晶体管被实现为N型晶体管时，这些晶体管会在以高电平施加作为选择信号的控制信号时导通。如图2所示，根据该实施例的光传感器电路通过将一帧的时段分成三个时段tl、 t2和t3来操作。在该配置中，在第一时段(tl，复位)中初始化第一晶体管Pl的栅电极， 在第二时段(t2，积分)中检测由光接收元件PD导致的光改变，并且在第三时段(t3，读出) 中通过输出端子输出通过检测光而改变的电压值。在该配置中，第一至第四控制信号CSl至CS4和初始信号pre、第一至第三基准电压Vkefi、Vkef2和Vkef3以及第一电源VDD和第二电源VSS分别被施加于光传感器电路，以便实现时段tl、t2和t3中的上述操作。在该配置中，第一和第二基准电压Vkefi和Vkef2以及第一电源VDD具有高电平电压值，并且第三基准电压Vkef3和第二电源VSS可以具有低电平电压值或者可以由接地电源实现。全部高电平电压值和两个低电平电压值均可以分别设置为相同的电平。第一时段tl可以分成1-1时段tl-Ι和1-2时段tl_2。在1_1时段tl_l期间， 第一控制信号CSl以低电平提供，且第二控制信号CS2以高电平提供。在1-2时段tl-2期间，第一控制信号CSl和第二控制信号CS2均以低电平提供，或者第一控制信号CSl以高电平提供，而第二控制信号CS2以低电平提供。在1-1时段tl-Ι中，由于第一控制信号CSl以低电平施加，因此第二晶体管P2和第五晶体管P5导通。在1-1时段tl-Ι中，由于第二控制信号CS2以高电平施加，因此第三晶体管P3截止。在1-1时段tl-Ι中，由于反转的第二控制信号CS2b被施加于第四晶体管 P4，因此第四晶体管P4导通。由于第二晶体管P2和第四晶体管P4导通，因此第一晶体管Pl的栅电极节点，即第一节点m被放电至第二电源VSS。进一步，由于第五晶体管P5导通，因此光接收元件PD 的阴极被充电至第二基准电压VKEF2。随后，在1-2时段tl-2中，由于第二控制信号CS2以低电平施加，因此反转的第二控制信号CS2b变成高电平，使得第四晶体管P4截止，并且第三晶体管P3导通。相应地，第一晶体管Pl的栅电极节点被充电至“第一基准电压Vkefi-第一晶体管的阈值电压VTH,P1”的电压。换句话说，第一晶体管Pl的栅电极通过源极跟随器操作从第二电源VSS逐渐增大，并且被充电到电压"Vkefi-Vth, P1 ”。因此，第二节点N2被充电到第二基准电压vKEF2，并且第一节点m被充电到“第一基准电压Vkefi-第一晶体管的阈值电压vTH,P1”，并且连接在第一节点m与第二节点N2之间的第二电容器C2被充有与该差电压对应的电压。进一步，连接在第二节点N2与第三基准电压Vkef3之间的第一电容器Cl被充有 "V -V ，，的由 ffi
VEEF2 VEEF3 口 J lIi/上。接下来，在第二时段t2中，第三控制信号CS3以低电平施加，而其它控制信号均以高电平施加。换句话说，只有第六晶体管P6导通，而其它晶体管都截止。在该配置中，由于光接收元件PD的阴极在第一时段中被充电到高电平的第二基准电压Vkef2，因此光接收元件PD在反向偏置状态下操作。因此，存储在第一电容器Cl中的电压通过根据传送到光接收元件PD的光的量产生的光泄漏电流而放电得与光泄漏电流同样多。进一步，由于第六晶体管P6导通，因此光接收元件PD的阴极通过第二电容器C2 与第一晶体管Pi的栅电极连接，使得第一晶体管Pi的栅电极节点m的电压减少与第一电容器Cl的电压改变同样多的量。假定与光泄漏电流对应的被释放的电压是Δν，则第一晶体管的栅电极节点m的电压减小到"Vkefi-Vth,P1-△ V”。然而，Δ V根据环境光的亮度和第二时段t2的时间而改变。进一步，如图2所示，低电平的初始化信号pre在第二时段t2结束之前的特定时段被施加于第八晶体管P8的栅电极，相应地，第八晶体管P8导通，并且输出信号线OUT由高电平的第一电源VDD充电。施加低电平的初始化信号pre的时间点可以是第二时段t2 内的预定时段。如图2所示的示例那样，该实施例例示在第二时段t2的后半时段施加初始化信号。在输出信号线OUT被充电至VDD之后，在第三时段t3期间，第三控制信号CS3以高电平施加，并且第四控制信号CS4以低电平施加。相应地，第六晶体管P6截止，而第七晶体管P7导通。
进一步，由于第一晶体管Pl如上所述以源极跟随器型那样操作，因此当第七晶体管P7导通时，第一晶体管Pl的第一电极(源电极)通过第七晶体管P7与输出信号线OUT 连接，并且如上所述的那样，输出信号线已由VDD充电。换句话说，施加于第一晶体管Pl的栅电极的电压，即Vkefi-Vth,Ρ1-Δ V小于源电极的电压VDD，使得第一晶体管Pl导通。在这种状态下，由于第一晶体管Pl以源极跟随器型操作，因此输出信号线被放电到Ve,P1+VTH,P1，并且P1是Vkefi-Vth,Ρ1- Δ V0结果，利用第一晶体管Pl的阈值电压VTH,P1补偿后的Vkefi- Δ V被输送到输出信号。进一步，如上所述的那样，由于在输送输出电压的第三时段t3期间△ V可能会由于光泄漏电流而改变，因此可以通过保持第六晶体管P6截止而消除光泄漏电流的影响。然而，从源极跟随器型光传感器电路输出的电信号是Δν，其限制了可以由预定积分时间(第二时段)检测的环境光的范围和第一电容器Cl的尺寸。
/.广2AV可以由」^"一表示，其中ΙΡΗ_是光泄漏电流，且t2是积分时间(第二时段)。换句话说，当第一电容器Cl具有大的静电电容或者积分时间(第二时段)减少时，可能检测到高亮度的环境光，但是在低亮度环境中检测到的信号的分辨率降低。反之， 当第一电容器Cl具有低的静电电容或者积分时间(第二时段)增多时，在低亮度的环境光中检测到的信号的分辨率提高，但是不能检测到高亮度的环境光。进一步，尽管源极跟随器型光传感器电路具有线性输出特性，但诸如p-i_m(p-本征-金属)二极管之类的光接收元件，以及第一电容器Cl具有非线性放电特性，使得非线性输出特性依据亮度而出现。因此，另一实施例提出一种多帧驱动方法，以通过消除缺点来扩大可以检测到的环境光的范围，并且提高在低亮度处的分辨率。图3是图示说明根据另一实施例的光传感器电路的操作的时序图。图3所示实施例的操作可以利用图IA或图IB所示的光传感器电路的配置来实现。进一步，尽管图3中示出五个子帧，但这仅仅是示例，并且实施例不限于此。参见图3，多帧驱动方法在一帧时段执行m次子帧操作，并且针对每个子帧实现如上所述的三个时段(第一时段(tl，复位)、第二时段(t2，积分)和第三时段(t3，读出)) 的操作。换句话说，在图2所示的实施例中的一帧具有固定的积分时间时，多帧驱动方法具有m个不同的积分时间。在图3的每个子帧内，每个子帧的三个时段与结合图2所描述的那些时段相同。图3所示的子帧的积分时间(第二时段，t2)与之前子帧的积分时间可以相差2的因数。也就是说，当第一个子帧的积分时间是Ttl时，第η个子帧的积分时间是=、。在该配置中，低亮度环境光在具有最长积分时间的第一个子帧(SFl)中检测，而高亮度环境光在具有最短积分时间的第五个子帧(SF5)中检测。根据图3所示的多帧方法，具有不同积分时间的m个子帧中的每个子帧在一帧时段执行m次积分，使得可以在输出电压不饱和的情况下检测宽范围的环境光的大小，并且即使在低亮度环境光中也能保持高水平的分辨率。另外，可以利用低位ADC输出高位环境光信号。进一步，图3所示的多帧驱动方法输出的模拟信号由通过与模拟数字转换器ADC 相乘输出的高位数字进行插值。换句话说，针对每个子帧输出的模拟电压例如通过12位ADC被转换成数字信号， 并且针对每个子帧所转换成的数字信号乘以系数2n。也就是说，当第η个子帧的输出信号乘以系数2η时，
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^ ‘ BLKY NOBLK ~—其中△乂-^是在没有光遮挡层的情况从第一光传感器电路输出的信号，并且 Δ Vblk是在有光遮挡层的情况下从第二光传感器电路输出的信号。因此，从等式可以看出，从第一光传感器电路的光接收元件输出的泄漏电流包括光泄漏电流和热泄漏电流组分，而从第二光传感器电路的光接收元件输出的泄漏电流仅包括热泄漏电流组分。进一步，第一和第二光传感器电路的输出通过在差分放大器中相减实现，并由ADC 转换成数字信号。然而，可以在不使用差分放大器的情况下利用直接通过ADC的数字减法器来获得两个信号的差。相应地，通过利用所转换的数字信号和温度信息，通过以上所述的多帧驱动的插值最终输出16位线性输出信号。因此，通过计算第一和第二光传感器电路输出的信号差，可以防止光传感器电路的输出电流被温度泄漏电流改变，使得在不利用特定温度传感器的情况下消除温度泄漏电流组分。作为总结和回顾，在相关技术中，在制造光传感器电路的过程中，光传感器、基板和电路需要安装在独立的基板，即除了具有平的显示面板的主基板之外的基板上，并且将该独立的基板与主基板电连接。因此，平板显示器的尺寸、厚度、复杂度和功耗增加。进一步，在相关技术的平板显示器的光传感器电路中，输出电流在光采样时段被光泄漏电流改变，使得不能够精确地采样环境光。进一步，在相关技术的光传感器电路中， 随着环境温度升高，光传感器电路的输出电流被温度泄漏电流改变，使得难以精确地检测环境光。根据实施例，通过将检测光的帧时段划分成多个子帧进行驱动，可以提高低亮度下的分辨率，并且可以扩大可检测的环境光的范围。进一步，根据实施例，在不利用特定温度传感器的情况下，通过利用配备有光遮挡层的光接收元件来消除温度泄漏电流组分，使得可以防止光传感器电路的输出电流被温度泄漏电流改变，从而防止光传感器电路的故障。此处已公开了示例性实施例，虽然采用了特定术语，但这些术语仅在一般和描述性意义上使用和解释，而不用于限制的目的。相应地，本领域普通技术人员将会明白，在不背离所附权利要求书中给出的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面做出各种改变。
权利要求
1.一种光传感器电路，包括连接在第一基准电压与第二电源之间的第一晶体管；连接在所述第一晶体管的栅电极与第二电极之间的第二晶体管，所述第二晶体管包括接收第一控制信号的栅电极；连接在所述第一基准电压与所述第一晶体管之间的第三晶体管，所述第三晶体管包括接收第二控制信号的栅电极；连接在所述第二电源与所述第一晶体管之间的第四晶体管，所述第四晶体管包括接收反转的第二控制信号的栅电极；连接在第二基准电压与第三基准电压之间的光接收元件；连接在所述第二基准电压与所述光接收元件的阴极之间的第五晶体管，所述第五晶体管包括接收所述第一控制信号的栅电极；连接在所述光接收元件的阴极与所述第三基准电压之间的第一电容器； 连接在所述光接收元件的阴极与所述第一电容器的第一电极之间的第六晶体管，所述第六晶体管包括接收第三控制信号的栅电极；以及连接在所述第一晶体管的栅电极与所述第一电容器的第一电极之间的第二电容器。
2.如权利要求1所述的光传感器电路，进一步包括连接在所述第一晶体管的第一电极与输出负载的第一侧之间的第七晶体管，所述第七晶体管包括接收第四控制信号的栅电极；以及连接在延伸到所述输出负载的第二侧的输出信号线与第一电源之间的第八晶体管，所述第八晶体管包括接收初始化信号的栅电极。
3.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述光接收元件是P-本征-金属二极管、 PIN 二极管、PN 二极管和光电耦合器中的任一个。
4.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述第一基准电压和所述第二基准电压具有高电平电压值。
5.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述第三基准电压和所述第二电源由低电平电压或接地电源GND实现。
6.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述第二晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管中至少之一是双栅极型。
7.如权利要求1所述的光传感器电路，进一步包括第九晶体管，通过所述第九晶体管的栅电极被供给反转的所述第一控制信号，所述第九晶体管具有与所述第一晶体管的所述栅电极连接的第一电极和第二电极；以及第十晶体管，通过所述第十晶体管的栅电极被供给反转的第三控制信号，所述第十晶体管具有与所述第一电容器的第一电极连接的第一电极和第二电极。
8.—种驱动如权利要求1所述的光传感器电路的方法，其中一帧被分成三个时段tl、 t2和t3，并且根据权利要求1所述的光传感器电路在所述帧时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压来将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压进行放电的信息。
9.如权利要求8所述的方法，其中将所述光接收元件实现为反向偏置状态包括 接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化电压之后，接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为“第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。
10.如权利要求8所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而相应地将所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电压改变一样多的量。
11.如权利要求8所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电进一步包括接收初始化信号作为选择信号，并且在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充电。
12.如权利要求8所述的方法，其中输出信息包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。
13.—种驱动如权利要求1所述的光传感器电路的方法，其中一帧由多个子帧组成，所述多个子帧的每一个被分成三个时段tl、t2和t3，并且根据权利要求1所述的光传感器电路在所述时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压来将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压放电的信息？其中所述多个子帧中的每个子帧的所述第二时段从所述第一子帧的第二时段时间开始依次缩短2的倍数。
14.如权利要求13所述的方法，其中在具有最长第二时段的第一子帧中检测低亮度光，并且在具有最短第二时段的最后子帧中检测高亮度光。
15.如权利要求13所述的方法，其中将所述光接收元件实现为反向偏置状态包括 接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化之后接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为“第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。
16.如权利要求13所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而将所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电压改变一样多的量。
17.如权利要求13所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电进一步包括接收初始化信号作为选择信号以在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充电。
18.如权利要求13所述的方法，其中输出信息包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。
19.一种利用如权利要求1所述的光传感器电路检测光的方法，所述方法包括 提供如权利要求1所述的另一光传感器电路；遮挡所述另一光传感器电路免受光；以及从所述光传感器电路的输出中减去所述另一光传感器电路的输出以提供校正后的输出ο
全文摘要
实施例提供用于平板显示器的光传感器电路及其驱动方法，所述光传感器电路通过将检测光的帧时段分成多个子帧来提高低亮度处的分辨率并扩大可检测环境光的范围。
文档编号G09G3/20GK102200474SQ20111004866
公开日2011年9月28日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年3月23日
发明者安淳晟, 崔仁豪, 崔德永, 张亨旭, 朴镕盛, 林基主, 郑柱炫, 金兑珍, 金度晔 申请人:三星移动显示器株式会社
技术领域：
实施例涉及光传感器电路，具体地，涉及扩大可检测环境光的范围并改善低照明处分辨率的光传感器电路及其驱动方法。
背景技术：
平板显示器包括有机发光显示器、液晶显示器和等离子体显示器等等。平板显示器比CRT(阴极射线管)更薄、更轻并且消耗更少的功率，因此平板显示器已迅速取代了 CRT。在平板显示器中，有机发光显示器和液晶显示器可以容易地制造成小尺寸，并且可以利用电池长时段地使用，因此有机发光显示器和液晶显示器被选择为许多便携式电子设备的显示器。然而，尽管用户能够调节现有有机发光显示器和液晶显示器的亮度，但这些显示器被设计为以均勻的亮度显示图像而与环境光无关。因此，这些显示器的可见性是个问题， 这时因为均勻的亮度在暗的地方看起来太亮，而在亮的地方，例如阳光下却又太暗。进一步，由于平板显示器在如上所述的相关技术中被设置为画面亮度均勻，因此它们的缺点在于当在环境光亮度较小的较暗的地方长时间段地使用时，画面亮度不必要得高，从而使功耗相应增加。为了克服这个问题，一些显示器可以通过利用光传感器电路检测环境光来自动调节亮度。
发明内容
实施例提供一种光传感器电路，包括连接在第一基准电压与第二电源之间的第一晶体管；连接在所述第一晶体管的栅电极与第二电极之间的第二晶体管，所述第二晶体管包括从接收第一控制信号的栅电极；连接在所述第一基准电压与所述第一晶体管之间的第三晶体管，所述第三晶体管包括接收第二控制信号的栅电极；连接在所述第二电源与所述第一晶体管之间的第四晶体管，所述第四晶体管包括接收反转的第二控制信号的栅电极；连接在第二基准电压与第三基准电压之间的光接收元件；连接在所述第二基准电压与所述光接收元件的阴极之间的第五晶体管，所述第五晶体管包括接收所述第一控制信号的栅电极；连接在所述光接收元件的阴极与所述第三基准电压之间的第一电容器；连接在所述光接收元件的阴极与所述第一电容器的第一电极之间的第六晶体管，所述第六晶体管包括接收第三控制信号的栅电极；以及连接在所述第一晶体管的栅电极与所述第一电容器的第一电极之间的第二电容器。所述光传感器电路可以包括连接在所述第一晶体管的第一电极与输出负载的第一侧之间的第七晶体管，所述第七晶体管包括接收第四控制信号的栅电极；以及连接在延伸到所述输出负载的第二侧的输出信号线与第一电源之间的第八晶体管，所述第八晶体管包括接收初始化信号的栅电极。所述光接收元件可以是p-i_m(p-本征-金属)二极管、PIN 二极管、PN 二极管和光电耦合器中的任一个。
所述第一基准电压和所述第二基准电压可以具有高电平电压值。所述第三基准电压和所述第二电源可以由低电平电压或接地电源GND实现。所述第二晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管中至少之一可以是双栅极型。所述光传感器电路可以包括第九晶体管，通过所述第九晶体管的栅电极被供给反转的所述第一控制信号，所述第九晶体管具有与所述第一晶体管的所述栅电极连接的第一电极和第二电极；以及第十晶体管，通过所述第十晶体管的栅电极被供给反转的第三控制信号，所述第十晶体管具有与所述第一电容器的第一电极连接的第一电极和第二电极。实施例提供一种驱动光传感器电路的方法，其中一帧被分成三个时段tl、t2和 t3，并且所述的光传感器电路在所述帧时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压进行放电的信息。将所述光接收元件实现为反向偏置状态可以包括接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化电压之后，接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为利用“第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。对所述第一电容器进行放电可以包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而相应地将所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电
压改变一样多的量。对所述第一电容器进行放电可以进一步包括接收初始化信号作为选择信号，并且在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充 H1^ ο输出信息可以包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。实施例提供一种驱动光传感器电路的方法，其中一帧由多个子帧组成，所述多个子帧中的每一个被分成三个时段tl、t2和t3，并且所述的光传感器电路在所述时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压放电的信息，其中所述多个子帧中的每个子帧的所述第二时段从所述第一子帧的第二时段时间开始依次缩短2的倍数。可以在具有最长第二时段的第一子帧中检测低亮度光，并且在具有最短第二时段的最后子帧中检测高亮度光。将所述光接收元件实现为反向偏置状态可以包括接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化之后接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为 “第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。对所述第一电容器进行放电可以包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而使所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电压改变
一样多的量。对所述第一电容器进行放电可以包括接收初始化信号作为选择信号以在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充电。输出信息可以包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。实施例提供一种利用光传感器电路检测光的方法，所述方法包括提供另一光传感器电路；遮挡所述另一光传感器电路免受光；以及从所述光传感器电路的输出中减去所述另一光传感器电路的输出以提供校正后的输出。
通过参照附图详细描述示例性实施例，以上及其它特征和优点对于本领域普通技术人员来说将变得更加明显，附图中图IA和图IB图示说明根据实施例的光传感器电路的配置的电路图；图2图示说明示出图IA或图IB所示的光传感器电路的操作的时序图；以及图3图示说明示出根据另一实施例的光传感器电路的操作的时序图。
具体实施例方式通过引用将2010年3月23日在韩国知识产权局递交并且题目为“Light Sensor Circuit and Driving Method Thereof (光传感器电路及其驱动方法)”的韩国专利申请 No. 10-2010-0025659 整体合并于此。以下将参照附图更充分地描述示例性实施例；然而，这些实施例可以以不同的形式来具体实现，并且不应当被解释为限于此处给出的实施例。更恰当地说，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。图IA和图IB图示说明根据实施例的光传感器电路的电路图。根据实施例的光传感器电路是源极跟随器型传感器电路，其优点在于具有良好的线性输入/输出特性。首先参见图1A，根据本发明实施例的光传感器电路包括第一至第八晶体管Pl至 P8、第一和第二电容器Cl和C2以及光接收元件PD。尽管第一至第八晶体管Pl至P8在本发明的该实施例中被实施为P型晶体管，但这只是一个示例，并且实施例不限于此。第一晶体管Pl具有连接到第一节点m的栅电极以及分别电连接到第一基准电压 Veefi和第二电源VSS的第一电极和第二电极。在该配置中，第一基准电压Vkefi是高电平电压值，并且第二电源VSS可以由低电平电压值或地电源GND实施。在该实施例中，第一晶体管Pl以源极跟随器型操作，其中与第一基准电SVkefi电连接的第一电极用作源电极，而与第二电源VSS连接的第二电极用作漏电极。第二晶体管P2连接在第一晶体管Pl的栅电极与第二电极(漏电极)之间，使得在第二晶体管P2导通时，第一晶体管Pl被二极管连接(diode connected)。具体而言，第二晶体管P2的第一电极和第二电极分别与第一晶体管Pl的栅电极和第二电极连接。第二晶体管P2的栅电极与第一控制信号线CSl连接。第三晶体管P3连接在第一晶体管Pl的第一电极(源电极)与第一基准电压Vkefi 之间，使得在第三晶体管P3导通时，第一晶体管Pl的第一电极与第一基准电压Vkefi电连接。具体而言，第三晶体管P3的第一电极和第二电极分别与第一基准电SVkefi和第一晶体管的第一电极连接。第三晶体管P3的栅电极与第二控制信号线CS2连接。第四晶体管P4连接在第一晶体管Pl的第二电极(漏电极)与第二电源VSS之间， 使得在第四晶体管P4导通时，第一晶体管Pl的第二电极与第二电源VSS电连接。具体而言，第四晶体管P4的第一电极和第二电极分别与第一晶体管的第二电极和第二电源VSS连接。第四晶体管P4的栅电极与第二'控制信号线CS2b连接。在该配置中，施加于第二控制信号线CS2的控制信号被反转，并且被输送到第二'控制信号线CS2b。光接收元件PD连接在第二基准电压Vkef2与第三基准电压Vkef3之间，并且通过以反向偏置方式流动与外部光的大小对应的光泄漏电流来将第二电容器CS放电到预定的电压。具体而言，光接收元件PD的阴极与第二基准电SVkef2电连接，而光接收元件PD的阳极与第三基准电压Vkef3连接。第五晶体管P5连接在光接收元件PD的阴极与第二基准电压Vkef2之间，使得光接收元件PD的阴极仅在第五晶体管P5导通时与第二基准电压Vkef2电连接。具体而言，第五晶体管P5的第一电极和第二电极分别与第二基准电压Vkef2和光接收元件PD的阴极连接。 第五晶体管P5的栅电极与第一控制信号线CSl连接。光接收元件PD可以是选自p-i_m(p-本征-金属)二极管、PIN 二极管、PN 二极管、光电耦合器及其等同物中的任何一个。第二基准电压￥-2是高电平电压值，并且第二电源VSS可以由低电平电压值或地电源GND实现。第二电容器C2存储施加于第一晶体管Pl的栅电极的电压，使得它补偿第一晶体管Pl的阈值电压。因此，第二电容器C2的第一电极在第一晶体管Pl的栅电极连接的地方与第一节点W连接，并且第二电极与第二节点N2连接。第一电容器Cl连接在第二节点N2与第三基准电压Vkef3之间。第一电容器Cl与光接收元件PD并联连接，并且通过提高光接收元件的反向偏置电容来改善信号维持特性。 具体而言，第一电容器Cl的第一电极与光接收元件PD的阴极电连接，并且第二电极与阳极连接。第六晶体管P6连接在光接收元件PD的阴极与第一电容器Cl的第一电极之间，使得光接收元件PD的阴极仅在第六晶体管P6导通时与第一电容器Cl的第一电极电连接。具体而言，第六晶体管P6的第一电极和第二电极分别与光接收元件PD的阴极和第二节点N2 连接。第六晶体管P6的栅电极与第三控制信号线CS3连接。第七晶体管P7具有连接在第一晶体管Pl的第一电极与输出负载的一侧之间的第一电极和第二电极，并且第七晶体管P7的栅电极与第四控制信号线CS4连接。第八晶体管P8连接到延伸至输出负载另一侧的输出信号线OUT，其中第八晶体管 P8的第一电极连接到输出信号线OUT，第二电极与具有高电平电压值的第一电源VDD连接， 并且栅电极连接到初始化信号线pre。在该配置中，输出负载例如可以是模拟-数字转换器的内部负载。在该配置中，第一基准电压Vkefi、第二基准电压Vkef2和第一电源VDD都具有高电平电压值，并且可以实现为相同的电平。在该配置中，第三基准电压Vkef3和第二电源VSS 二者都由低电平或地电源实现，并且可以具有相同的电压值。接下来，参见图1B，示出根据另一实施例的光传感器电路。图IB的实施例包括图 IA所示实施例的所有元件。因此，由相同的附图标记来表示相同的组件，并且不再重复对它们的详细描述。具体而言，图IB所示实施例与图IA所示实施例的不同在于图IB所示实施例进一步包括第九晶体管P9和第十晶体管P10，并且第二晶体管P2、第五晶体管P5和第六晶体管P6以双栅极型实现。在该配置中，第九晶体管P9和第十晶体管PlO被提供以减少分别由第二晶体管 P2和第六晶体管P6产生的开关噪声。因此，第九晶体管P9具有连接到第一'控制信号线 CSIb的栅电极以及连接到第一节点m的第一电极和第二电极，其中经反转的第一控制信号被施加于第一'控制信号线CSlb。进一步，第十晶体管PlO具有连接到第三'控制信号线cs;3b的栅电极以及连接到第二节点N2的第一电极和第二电极，其中经反转的第三控制信号被施加于第三'控制信号线CS!3b。由于第二晶体管P2和第六晶体管P6所产生的开关噪声会很大程度地影响第一晶体管Pl的栅电极，为了克服该问题，提供如上所述连接的第九晶体管P9和第十晶体管PlO 以最小化开关噪声。进一步，第二晶体管P2和第六晶体管P6以双栅极型实现，以防止从各个晶体管自身产生的泄漏电流影响第一晶体管Pl的栅极节点，并且第五晶体管P5以双栅极型实现，以防止自身的泄漏电流影响从光接收元件PD产生的光泄漏电流。然而，光检测操作的基本操作与图IA和图IB所示的实施例中的相同。图2是用于图示说明图IA所示的光传感器电路的操作的时序图。参照图IA和图 2描述根据实施例的光传感器电路的操作如下。然而，由于图1所示的包括在光传感器电路中的晶体管被实现为P型晶体管，因此以低电平施加用于导通晶体管的控制信号、选择信号。相反，当晶体管被实现为N型晶体管时，这些晶体管会在以高电平施加作为选择信号的控制信号时导通。如图2所示，根据该实施例的光传感器电路通过将一帧的时段分成三个时段tl、 t2和t3来操作。在该配置中，在第一时段(tl，复位)中初始化第一晶体管Pl的栅电极， 在第二时段(t2，积分)中检测由光接收元件PD导致的光改变，并且在第三时段(t3，读出) 中通过输出端子输出通过检测光而改变的电压值。在该配置中，第一至第四控制信号CSl至CS4和初始信号pre、第一至第三基准电压Vkefi、Vkef2和Vkef3以及第一电源VDD和第二电源VSS分别被施加于光传感器电路，以便实现时段tl、t2和t3中的上述操作。在该配置中，第一和第二基准电压Vkefi和Vkef2以及第一电源VDD具有高电平电压值，并且第三基准电压Vkef3和第二电源VSS可以具有低电平电压值或者可以由接地电源实现。全部高电平电压值和两个低电平电压值均可以分别设置为相同的电平。第一时段tl可以分成1-1时段tl-Ι和1-2时段tl_2。在1_1时段tl_l期间， 第一控制信号CSl以低电平提供，且第二控制信号CS2以高电平提供。在1-2时段tl-2期间，第一控制信号CSl和第二控制信号CS2均以低电平提供，或者第一控制信号CSl以高电平提供，而第二控制信号CS2以低电平提供。在1-1时段tl-Ι中，由于第一控制信号CSl以低电平施加，因此第二晶体管P2和第五晶体管P5导通。在1-1时段tl-Ι中，由于第二控制信号CS2以高电平施加，因此第三晶体管P3截止。在1-1时段tl-Ι中，由于反转的第二控制信号CS2b被施加于第四晶体管 P4，因此第四晶体管P4导通。由于第二晶体管P2和第四晶体管P4导通，因此第一晶体管Pl的栅电极节点，即第一节点m被放电至第二电源VSS。进一步，由于第五晶体管P5导通，因此光接收元件PD 的阴极被充电至第二基准电压VKEF2。随后，在1-2时段tl-2中，由于第二控制信号CS2以低电平施加，因此反转的第二控制信号CS2b变成高电平，使得第四晶体管P4截止，并且第三晶体管P3导通。相应地，第一晶体管Pl的栅电极节点被充电至“第一基准电压Vkefi-第一晶体管的阈值电压VTH,P1”的电压。换句话说，第一晶体管Pl的栅电极通过源极跟随器操作从第二电源VSS逐渐增大，并且被充电到电压"Vkefi-Vth, P1 ”。因此，第二节点N2被充电到第二基准电压vKEF2，并且第一节点m被充电到“第一基准电压Vkefi-第一晶体管的阈值电压vTH,P1”，并且连接在第一节点m与第二节点N2之间的第二电容器C2被充有与该差电压对应的电压。进一步，连接在第二节点N2与第三基准电压Vkef3之间的第一电容器Cl被充有 "V -V ，，的由 ffi
VEEF2 VEEF3 口 J lIi/上。接下来，在第二时段t2中，第三控制信号CS3以低电平施加，而其它控制信号均以高电平施加。换句话说，只有第六晶体管P6导通，而其它晶体管都截止。在该配置中，由于光接收元件PD的阴极在第一时段中被充电到高电平的第二基准电压Vkef2，因此光接收元件PD在反向偏置状态下操作。因此，存储在第一电容器Cl中的电压通过根据传送到光接收元件PD的光的量产生的光泄漏电流而放电得与光泄漏电流同样多。进一步，由于第六晶体管P6导通，因此光接收元件PD的阴极通过第二电容器C2 与第一晶体管Pi的栅电极连接，使得第一晶体管Pi的栅电极节点m的电压减少与第一电容器Cl的电压改变同样多的量。假定与光泄漏电流对应的被释放的电压是Δν，则第一晶体管的栅电极节点m的电压减小到"Vkefi-Vth,P1-△ V”。然而，Δ V根据环境光的亮度和第二时段t2的时间而改变。进一步，如图2所示，低电平的初始化信号pre在第二时段t2结束之前的特定时段被施加于第八晶体管P8的栅电极，相应地，第八晶体管P8导通，并且输出信号线OUT由高电平的第一电源VDD充电。施加低电平的初始化信号pre的时间点可以是第二时段t2 内的预定时段。如图2所示的示例那样，该实施例例示在第二时段t2的后半时段施加初始化信号。在输出信号线OUT被充电至VDD之后，在第三时段t3期间，第三控制信号CS3以高电平施加，并且第四控制信号CS4以低电平施加。相应地，第六晶体管P6截止，而第七晶体管P7导通。
进一步，由于第一晶体管Pl如上所述以源极跟随器型那样操作，因此当第七晶体管P7导通时，第一晶体管Pl的第一电极(源电极)通过第七晶体管P7与输出信号线OUT 连接，并且如上所述的那样，输出信号线已由VDD充电。换句话说，施加于第一晶体管Pl的栅电极的电压，即Vkefi-Vth,Ρ1-Δ V小于源电极的电压VDD，使得第一晶体管Pl导通。在这种状态下，由于第一晶体管Pl以源极跟随器型操作，因此输出信号线被放电到Ve,P1+VTH,P1，并且P1是Vkefi-Vth,Ρ1- Δ V0结果，利用第一晶体管Pl的阈值电压VTH,P1补偿后的Vkefi- Δ V被输送到输出信号。进一步，如上所述的那样，由于在输送输出电压的第三时段t3期间△ V可能会由于光泄漏电流而改变，因此可以通过保持第六晶体管P6截止而消除光泄漏电流的影响。然而，从源极跟随器型光传感器电路输出的电信号是Δν，其限制了可以由预定积分时间(第二时段)检测的环境光的范围和第一电容器Cl的尺寸。
/.广2AV可以由」^"一表示，其中ΙΡΗ_是光泄漏电流，且t2是积分时间(第二时段)。换句话说，当第一电容器Cl具有大的静电电容或者积分时间(第二时段)减少时，可能检测到高亮度的环境光，但是在低亮度环境中检测到的信号的分辨率降低。反之， 当第一电容器Cl具有低的静电电容或者积分时间(第二时段)增多时，在低亮度的环境光中检测到的信号的分辨率提高，但是不能检测到高亮度的环境光。进一步，尽管源极跟随器型光传感器电路具有线性输出特性，但诸如p-i_m(p-本征-金属)二极管之类的光接收元件，以及第一电容器Cl具有非线性放电特性，使得非线性输出特性依据亮度而出现。因此，另一实施例提出一种多帧驱动方法，以通过消除缺点来扩大可以检测到的环境光的范围，并且提高在低亮度处的分辨率。图3是图示说明根据另一实施例的光传感器电路的操作的时序图。图3所示实施例的操作可以利用图IA或图IB所示的光传感器电路的配置来实现。进一步，尽管图3中示出五个子帧，但这仅仅是示例，并且实施例不限于此。参见图3，多帧驱动方法在一帧时段执行m次子帧操作，并且针对每个子帧实现如上所述的三个时段(第一时段(tl，复位)、第二时段(t2，积分)和第三时段(t3，读出)) 的操作。换句话说，在图2所示的实施例中的一帧具有固定的积分时间时，多帧驱动方法具有m个不同的积分时间。在图3的每个子帧内，每个子帧的三个时段与结合图2所描述的那些时段相同。图3所示的子帧的积分时间(第二时段，t2)与之前子帧的积分时间可以相差2的因数。也就是说，当第一个子帧的积分时间是Ttl时，第η个子帧的积分时间是=、。在该配置中，低亮度环境光在具有最长积分时间的第一个子帧(SFl)中检测，而高亮度环境光在具有最短积分时间的第五个子帧(SF5)中检测。根据图3所示的多帧方法，具有不同积分时间的m个子帧中的每个子帧在一帧时段执行m次积分，使得可以在输出电压不饱和的情况下检测宽范围的环境光的大小，并且即使在低亮度环境光中也能保持高水平的分辨率。另外，可以利用低位ADC输出高位环境光信号。进一步，图3所示的多帧驱动方法输出的模拟信号由通过与模拟数字转换器ADC 相乘输出的高位数字进行插值。换句话说，针对每个子帧输出的模拟电压例如通过12位ADC被转换成数字信号， 并且针对每个子帧所转换成的数字信号乘以系数2n。也就是说，当第η个子帧的输出信号乘以系数2η时，
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“一 ^QC1“( Δ Vn 第η个子帧的输出信号，并且IP_ 光泄漏电流)，从而获得与第一个子帧的输出信号相同的结果。通过利用由计算获得的子帧的数字输出信号进行插值可以得到16 位数字信号。进一步，光接收元件(例如，p-i-m(p-本征-金属)二极管)的光泄漏电流取决于反向偏置状态下的入射光的大小。光泄漏电流大于光接收元件自身的热泄漏电流组分， 使得可以检测到光。然而，当具有光传感器电路的玻璃基板温度升高时，热泄漏电流可能相应地快速增大，这可能会导致源极跟随器型光传感器电路的故障。相应地，实施例可以通过消除光接收元件的泄漏电流组分中的热泄漏电流组分来克服该问题。换句话说，为了只消除热泄漏电流组分，除了图1所示的光传感器电路(第一光传感器电路)之外，还需要利用具有光遮挡层的光接收元件的光传感器电路(第二光传感器电路)，并且应当计算从第一和第二光传感器电路输出的信号的差。在这种配置中，第二光传感器电路的光接收元件在外部具有光遮挡层，使得其不受外部光的影响，且仅根据温度产生泄漏电流。然而，除光接收元件被配备有光遮挡层之外，第二光传感器电路的配置与上述的图IA和图IB所示光传感器电路的配置相同，并且操作也相同。因此，不再提供详细描述。消除热泄漏电流组分的原理可以表示为以下等式。
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^ ‘ BLKY NOBLK ~—其中△乂-^是在没有光遮挡层的情况从第一光传感器电路输出的信号，并且 Δ Vblk是在有光遮挡层的情况下从第二光传感器电路输出的信号。因此，从等式可以看出，从第一光传感器电路的光接收元件输出的泄漏电流包括光泄漏电流和热泄漏电流组分，而从第二光传感器电路的光接收元件输出的泄漏电流仅包括热泄漏电流组分。进一步，第一和第二光传感器电路的输出通过在差分放大器中相减实现，并由ADC 转换成数字信号。然而，可以在不使用差分放大器的情况下利用直接通过ADC的数字减法器来获得两个信号的差。相应地，通过利用所转换的数字信号和温度信息，通过以上所述的多帧驱动的插值最终输出16位线性输出信号。因此，通过计算第一和第二光传感器电路输出的信号差，可以防止光传感器电路的输出电流被温度泄漏电流改变，使得在不利用特定温度传感器的情况下消除温度泄漏电流组分。作为总结和回顾，在相关技术中，在制造光传感器电路的过程中，光传感器、基板和电路需要安装在独立的基板，即除了具有平的显示面板的主基板之外的基板上，并且将该独立的基板与主基板电连接。因此，平板显示器的尺寸、厚度、复杂度和功耗增加。进一步，在相关技术的平板显示器的光传感器电路中，输出电流在光采样时段被光泄漏电流改变，使得不能够精确地采样环境光。进一步，在相关技术的光传感器电路中， 随着环境温度升高，光传感器电路的输出电流被温度泄漏电流改变，使得难以精确地检测环境光。根据实施例，通过将检测光的帧时段划分成多个子帧进行驱动，可以提高低亮度下的分辨率，并且可以扩大可检测的环境光的范围。进一步，根据实施例，在不利用特定温度传感器的情况下，通过利用配备有光遮挡层的光接收元件来消除温度泄漏电流组分，使得可以防止光传感器电路的输出电流被温度泄漏电流改变，从而防止光传感器电路的故障。此处已公开了示例性实施例，虽然采用了特定术语，但这些术语仅在一般和描述性意义上使用和解释，而不用于限制的目的。相应地，本领域普通技术人员将会明白，在不背离所附权利要求书中给出的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面做出各种改变。
权利要求
1.一种光传感器电路，包括连接在第一基准电压与第二电源之间的第一晶体管；连接在所述第一晶体管的栅电极与第二电极之间的第二晶体管，所述第二晶体管包括接收第一控制信号的栅电极；连接在所述第一基准电压与所述第一晶体管之间的第三晶体管，所述第三晶体管包括接收第二控制信号的栅电极；连接在所述第二电源与所述第一晶体管之间的第四晶体管，所述第四晶体管包括接收反转的第二控制信号的栅电极；连接在第二基准电压与第三基准电压之间的光接收元件；连接在所述第二基准电压与所述光接收元件的阴极之间的第五晶体管，所述第五晶体管包括接收所述第一控制信号的栅电极；连接在所述光接收元件的阴极与所述第三基准电压之间的第一电容器； 连接在所述光接收元件的阴极与所述第一电容器的第一电极之间的第六晶体管，所述第六晶体管包括接收第三控制信号的栅电极；以及连接在所述第一晶体管的栅电极与所述第一电容器的第一电极之间的第二电容器。
2.如权利要求1所述的光传感器电路，进一步包括连接在所述第一晶体管的第一电极与输出负载的第一侧之间的第七晶体管，所述第七晶体管包括接收第四控制信号的栅电极；以及连接在延伸到所述输出负载的第二侧的输出信号线与第一电源之间的第八晶体管，所述第八晶体管包括接收初始化信号的栅电极。
3.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述光接收元件是P-本征-金属二极管、 PIN 二极管、PN 二极管和光电耦合器中的任一个。
4.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述第一基准电压和所述第二基准电压具有高电平电压值。
5.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述第三基准电压和所述第二电源由低电平电压或接地电源GND实现。
6.如权利要求1所述的光传感器电路，其中所述第二晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管中至少之一是双栅极型。
7.如权利要求1所述的光传感器电路，进一步包括第九晶体管，通过所述第九晶体管的栅电极被供给反转的所述第一控制信号，所述第九晶体管具有与所述第一晶体管的所述栅电极连接的第一电极和第二电极；以及第十晶体管，通过所述第十晶体管的栅电极被供给反转的第三控制信号，所述第十晶体管具有与所述第一电容器的第一电极连接的第一电极和第二电极。
8.—种驱动如权利要求1所述的光传感器电路的方法，其中一帧被分成三个时段tl、 t2和t3，并且根据权利要求1所述的光传感器电路在所述帧时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压来将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压进行放电的信息。
9.如权利要求8所述的方法，其中将所述光接收元件实现为反向偏置状态包括 接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化电压之后，接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为“第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。
10.如权利要求8所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而相应地将所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电压改变一样多的量。
11.如权利要求8所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电进一步包括接收初始化信号作为选择信号，并且在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充电。
12.如权利要求8所述的方法，其中输出信息包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。
13.—种驱动如权利要求1所述的光传感器电路的方法，其中一帧由多个子帧组成，所述多个子帧的每一个被分成三个时段tl、t2和t3，并且根据权利要求1所述的光传感器电路在所述时段中操作，所述方法包括在第一时段tl中，通过在第二电容器中存储第一晶体管的阈值电压并且将光接收元件的阴极充电至第二基准电压来将所述光接收元件实现为反向偏置状态；在第二时段t2中，通过根据传送到所述光接收元件中的光的量而产生的光泄漏电流对存储电压的所述第一电容器进行放电，以与光泄漏电流对应；以及在第三时段t3中，向输出信号线输出关于根据所述光泄漏电流对所述电压放电的信息？其中所述多个子帧中的每个子帧的所述第二时段从所述第一子帧的第二时段时间开始依次缩短2的倍数。
14.如权利要求13所述的方法，其中在具有最长第二时段的第一子帧中检测低亮度光，并且在具有最短第二时段的最后子帧中检测高亮度光。
15.如权利要求13所述的方法，其中将所述光接收元件实现为反向偏置状态包括 接收第一控制信号作为选择信号；将所述第一晶体管的栅电极节点的电压初始化为第二电源；在初始化之后接收所述第一控制信号和第二控制信号作为选择信号；以及将所述第一晶体管的栅电极节点充电为“第一基准电压-所述第一晶体管的阈值电压”。
16.如权利要求13所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电包括提供第三控制信号作为选择信号以导通第六晶体管，从而将所述第一晶体管的栅电极节点的电压降低与所述第一电容器的电压改变一样多的量。
17.如权利要求13所述的方法，其中对所述第一电容器进行放电进一步包括接收初始化信号作为选择信号以在所述第二时段的预定时段中导通第八晶体管，而后利用第一电源对所述输出信号线充电。
18.如权利要求13所述的方法，其中输出信息包括提供第四信号作为选择信号以导通第七晶体管，而后通过所述第七晶体管向所述输出信号线输出根据所述光泄漏电流放电的电压。
19.一种利用如权利要求1所述的光传感器电路检测光的方法，所述方法包括 提供如权利要求1所述的另一光传感器电路；遮挡所述另一光传感器电路免受光；以及从所述光传感器电路的输出中减去所述另一光传感器电路的输出以提供校正后的输出ο
全文摘要
实施例提供用于平板显示器的光传感器电路及其驱动方法，所述光传感器电路通过将检测光的帧时段分成多个子帧来提高低亮度处的分辨率并扩大可检测环境光的范围。
文档编号G09G3/20GK102200474SQ20111004866
公开日2011年9月28日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年3月23日
发明者安淳晟, 崔仁豪, 崔德永, 张亨旭, 朴镕盛, 林基主, 郑柱炫, 金兑珍, 金度晔 申请人:三星移动显示器株式会社
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