光侦测像素结构、光侦测器件、光侦测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光侦测像素结构、光侦测器件和光侦测装置，所述光侦测像素结构包括第一光敏元件，用于接收第一光电流；所述第一光电流包括第一差模电流和第一共模电流；共模消除电路，用于消除所述第一光电流中的第一共模电流，得到所述第一差模电流。本发明专利技术通过设置共模消除电路来消除第一光电流中的第一共模电流，便于更好地对第一差模电流进行提取，相对于现有技术而言，本发明专利技术可以有效提高光侦测的信噪。的信噪。的信噪。

【技术实现步骤摘要】
光侦测像素结构、光侦测器件、光侦测装置
[0001]本申请是分案申请，原申请的申请号为201711271086.1，申请日为2017年12月5号，申请名称为：光侦测薄膜、光侦测器件、光侦测装置。


[0002]本专利技术涉及光学器件领域，特别涉及一种光侦测装置。

技术介绍

[0003]目前的显示面板技术，不论是液晶显示屏(LCD)、有源阵列式有机发光二极管(AMOLED)显示屏、或微发光二极管(micro-LED)显示屏，皆是以薄膜电晶管(TFT)结构扫描并驱动单一像素，以实现屏上像素阵列之显示功能。形成TFT开关功能的主要结构为半导体场效晶体管(FET)，其中熟知的半导体层主要材料有非晶硅、多晶硅、氧化铟镓锌(IGZO)、或是混有碳纳米材料的有机化合物等等。由于光侦测二极管(Photo Diode)的结构亦可采用此类半导体材料制备，且生产设备也兼容于TFT阵列的生产设备，所制备的光敏二极管又可直接与TFT集成并以TFT实现对光敏二极管进行扫描与驱动功能，因此近年来TFT光侦测二极管开始以TFT阵列制备方式作生产，并广泛应用在X光感测平板器件，如中华人民共和国专利CN103829959B、CN102903721B所描述。
[0004]相较于传统结晶材料制备的影像传感器件，上述TFT光感测阵列薄膜材料之光禁带宽度(Band gap)皆以可见光为主要吸收范围，因此较易受环境可见光之干扰形成噪声，导致信号噪声比(SNR)较低。受限于此，TFT光感测阵列初期的应用乃是以X光感测平板器件应用为主，主要原因即为X光属短波长光且准直性高，X光影像先入射到感测平板上配置之光波长转换材料，将X光影像转换较长波长之可见光再直接于感测平板内部传输至TFT光感测阵列薄膜上，避免了周围环境之可见光形成噪声干扰，如上述中华人民共和国专利CN103829959B、CN102903721B所描述。
[0005]若将此类熟知的TFT可见光感测阵列薄膜配置在显示屏结构内，可作为将光侦测功能集成在显示屏之一种实现方案。然而受限于显示屏的厚度以及显示像素开口孔径等因素，光侦测二极管阵列感测的真实影像已是发生绕射等光学失真之影像，且因光学信号穿透显示屏多层结构，并且在光学显示信号、触摸感测信号并存的情况下，欲从低信噪比场景提取有用光学信号具备很高的困难度，技术困难等级达到近乎单光子成像之程度，必须借由相关算法依光波理论运算重建方能解析出原始影像。为了避开此一技术难点，熟知将可见光传感器薄膜配置在原显示屏结构内会需要额外的光学增强器件，或是仅将光传感器薄膜配置在显示屏侧边内，利用非垂直反射到达侧边之光线进行光影像重建，例如：中华人民共和国专利CN101359369B所述。然而虽然此类技术可避开了弱光成像的技术难点，额外的光学器件增加了光侦测显视屏的厚度，在显视屏侧边的配置方式则无法满足用户的全屏体验。
[0006]如图1所示，为现有技术的光侦测器件的单一光敏像素结构，光敏二极管通常配置一个TFT进行扫描与驱动，当光敏二极管接受到光信号照光后产生光电流，并将光电流的电
荷储存在电容内，栅极扫描驱动线会以一定的周期打开或关闭TFT栅极。当栅极为开，电容将储存的电荷以放电电流形式，自源极到漏极输出至数据传输线。因此栅极的周期开关可对光信号产生的光电流作周期性的取样，而光敏二极管对不同光强度的信号会产生不同大小的光电流。如图2所示，该光电流经电容储存与放电后，借由数据传输线传输到信号读出芯片(即外部数字读出芯片，Readout IC)，该读出芯片主要模块有(1)将电流信号转为电压信号之积分器；(2)模拟/数字转换器(Analog to Digital Converter,A/D Converter)，通过转换即可得到不同光强度(不同灰度)的数字信号。
[0007]然而上述这个熟知光敏像素与读出电路的设计，受到(1)TFT与光敏二极管材料本质特性、(2)TFT与光敏二极管结构设计、(3)读出芯片的设计、与(4)外在环境等等因素的影响，噪声极难抑制，导致信噪比太低，无法满足高分辨率的薄膜阵列器件需求，不易扩大具有集成光侦测功能的显示器之应用范围至影像识别等技术应用上、特别是接触式生理特征识别等高分辨率的应用要求上。由上述熟知光传感器薄膜的现有技术可以看出，欲配置光侦测器件(包括多个光侦测像素结构)在显示屏结构内，需要对光侦测像素结构光敏二极管、与薄膜晶体管电路进行改善，以提高侦测的信噪比以及拓展其对应的应用类别。

技术实现思路

[0008]为此，需要提供一种光侦测的技术方案，用于解决现有的光侦测像素结构存在的信噪比低、应用范围有限等问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种光侦测像素结构，包括：
[0010]第一光敏元件，用于接收第一光电流；所述第一光电流包括第一差模电流和第一共模电流；
[0011]共模消除电路，用于消除所述第一光电流中的第一共模电流，得到所述第一差模电流。
[0012]进一步地，还包括：第一电路元件，所述第一电路元件用于存储或释放所述第一差模电流。
[0013]进一步地，所述共模消除电路包括：第二光敏元件，所述第二光敏元件与所述第一光敏元件反向相接，且构成闭合回路。
[0014]进一步地，还包括源极、漏极和第一栅极开关，所述源极与所述第一光敏元件连接；
[0015]所述第一栅极开关设置于源极和漏极之间，用于在接收到第一开关开启信号后，处于开启状态，以导通所述源极和漏极。
[0016]进一步地，所述第一电路元件分别与所述源极、所述第一光敏元件连接，用于存储所述第一差模电流。
[0017]进一步地，所述第一电路元件还用于在所述第一栅极开关处于开启状态时，释放存储的第一差模电流，并通过所述源极将所述第一差模电流传输至所述漏极。
[0018]进一步地，所述共模消除电路包括第二光敏元件，所述第一光敏元件与所述第二光敏元件反向相接。
[0019]进一步地，所述共模消除电路包括第二光敏元件、第二栅极开关、第三栅极开关、第二电路元件和第三电路元件；
[0020]所述第三电路元件设置于所述第一光敏元件和所述第二光敏元件之间，所述第三栅极开关设置于所述第一光敏元件与所述第三电路元件之间；
[0021]所述第一光敏元件和所述第二光敏元件同向设置，所述第二光敏元件分别与所述第二电路元件、所述第二栅极开关连接；所述第二栅极开关与所述第一栅极开关均适于接收所述第一开关开启信号；
[0022]所述共模消除电路用于消除所述第一光电流中的第一共模电流，并将所述第一差模电流存储至所述第三电路元件。
[0023]进一步地，所述第三电路元件用于在所述第一栅极开关、所述第二栅极开关和所述第三栅极开关均处于开启状态时，释放存储的第一差模电流，并通过源极将所述第一差模电流传输至漏极。
[0024]进一步地，所述第一栅极开关、第二栅极开关用于接收第一开关关闭信号，处于关闭状态，同步地，所述第三栅极开关用于接收到第二开关开启信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光侦测像素结构，其特征在于，包括：第一光敏元件，用于接收第一光电流；所述第一光电流包括第一差模电流和第一共模电流；共模消除电路，用于消除所述第一光电流中的第一共模电流，得到所述第一差模电流。2.如权利要求1所述的光侦测像素结构，其特征在于，还包括：第一电路元件，所述第一电路元件用于存储或释放所述第一差模电流。3.如权利要求1所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述共模消除电路包括：第二光敏元件，所述第二光敏元件与所述第一光敏元件反向相接，且构成闭合回路。4.如权利要求2所述的光侦测像素结构，其特征在于，还包括源极、漏极和第一栅极开关，所述源极与所述第一光敏元件连接；所述第一栅极开关设置于源极和漏极之间，用于在接收到第一开关开启信号后，处于开启状态，以导通所述源极和漏极。5.如权利要求4所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述第一电路元件分别与所述源极、所述第一光敏元件连接，用于存储所述第一差模电流。6.如权利要求5所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述第一电路元件还用于在所述第一栅极开关处于开启状态时，释放存储的第一差模电流，并通过所述源极将所述第一差模电流传输至所述漏极。7.如权利要求4所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述共模消除电路包括第二光敏元件，所述第一光敏元件与所述第二光敏元件反向相接。8.如权利要求5所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述共模消除电路包括第二光敏元件、第二栅极开关、第三栅极开关、第二电路元件和第三电路元件；所述第三电路元件设置于所述第一光敏元件和所述第二光敏元件之间，所述第三栅极开关设置于所述第一光敏元件与所述第三电路元件之间；所述第一光敏元件和所述第二光敏元件同向设置，所述第二光敏元件分别与所述第二电路元件、所述第二栅极开关连接；所述第二栅极开关与所述第一栅极开关均适于接收所述第一开关开启信号；所述共模消除电路用于消除所述第一光电流中的第一共模电流，并将所述第一差模电流存储至所述第三电路元件。9.如权利要求8所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述第三电路元件用于在所述第一栅极开关、所述第二栅极开关和所述第三栅极开关均处于开启状态时，释放存储的第一差模电流，并通过源极将所述第一差模电流传输至漏极。10.如权利要求8所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述第一栅极开关、第二栅极开关用于接收第一开关关闭信号，处于关闭状态，同步地，所述第三栅极开关用于接收到第二开关开启信号，处于开启状态，以使得第一光敏元件接收第一光电流，并将第一光电流存储至第一电路元件，使得第二光敏元件接收第二光电流，并将第二光电流存储至第二电路元件；所述第一栅极开关、第二栅极开关还用于接收第一开关开启信号，处于开启状态，同步地，所述第三栅极开关用于接收到第二开关关闭信号，处于关闭状态，以使得第一共模电流依次通过源极、漏极释放，将第一差模电流存储于第三电路元件中。
11.如权利要求10所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述第一栅极开关、第二栅极开关还用于接收第一开关开启信号，处于开启状态，同步地，所述第三栅极开关用于接收到第二开关开启信号，处于开启状态，从而释放第三电路元件存储的第一差模电流，并通过源极将第一差模电流传输至漏极。12.如权利要求8所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述第一栅极开关、第二栅极开关还用于接收第一开关重置信号，处于重置状态，同步地，所述第三栅极开关用于接收到第二开关重置信号，处于重置状态，以使得第一电路元件、第二电路元件、第三电路元件存储的电流重置归零。13.如权利要求8所述的光侦测像素结构，其特征在于，所述第三栅极开关的数量为两个，包括第四栅极开关和第五栅极开关；所述第三电路元件设置于第四栅极开关和第五栅极开关之间，第四栅极开关设置于第一光敏元件与第三电路元件之间，所述第五栅极开关设置于第二光敏元件与第三电路元件之间，第四栅极开关和第五栅极开关共用相同的栅极扫描驱动线。14.一种光侦测器件，其特征在于，所述器件包括多个像素侦测区，每个像素侦测区对应设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建东，
申请(专利权)人：上海耕岩智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：