[发明专利]主动式像素传感器电路及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主动式像素传感器，尤其涉及一种主动式像素传感器电路，其利用一个双晶体管的设计来改善光圈比及感应度。

背景技术

一般而言，CMOS主动式像素传感器利用建构在每个像素中的放大器来放大由光传感器回应于光线照射所产生的光电信号(或称光伏打信号，photovoltaic signal)，其可根据每个像素的X-Y地址来选择性地读出。对于这种CMOS主动式像素传感器，光电信号在被传送到外部控制电路之前由内建的放大器所放大，借此减少该等信号传送过程中的噪声。

主动式像素传感器的感应度一般由至少三个因素决定。第一个因素是关于可用于转换光子到电子的主动式像素传感器中的面积。增加此面积即造成所产生的电荷量的增加。第二个因素是关于由主动式像素传感器的感应电荷累积而成的电容。理论上，在一给定电容量的电容器上的电压反比于电容器的电容值。因此，在相同的电荷量下，电容值增加时电压即降低。第三个因素为读出放大器的电荷对电压增益的影响。在具有嵌入式像素传感器的显示器中，源极跟随器(source follower)基本上做为一电荷到电压放大器。但是，源极跟随器增益实质上小于或等于1。

图10所示为一现有技术CMOS主动式像素传感器10，具有三个N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管1、4及5。在此主动式像素传感器10中，作为一光传感器的光电二极管2具有连接至接地的一阳极，及同时连接至重置晶体管1的源极及读出晶体管4的栅极。一积分电容器3连接在光电二极管2的阳极与阴极之间。重置晶体管1的栅极连接至一重置线。重置晶体管1的漏极与读出晶体管4的漏极皆连接至一供应电压VDD。读出晶体管4的源极连接至列选择晶体管5的漏极。晶体管5的栅极与源极分别连接至一列选择线与一行输出线。行输出线的一端连接至一电流源6的终端，其另一端连接至该接地。

图11绘示主动式像素传感器10的运作时序图。主动式像素传感器10于一重置阶段期间由一RESET信号先重置，其开启重置晶体管1使光电二极管2的阴极为供应电压VDD。一积分阶段开始于当RESET信号进行由HIGH转换至LOW，其中光产生的电子在光电二极管2上做收集，以在重置阶段期间将光电二极管2阴极上的电压由VDD值降低。当一ROW SELECT信号由LOW转换到HIGH时，主动式像素传感器10开始一读出状态。于读出状态期间，ROW SELECT信号被确立(assert)来开启选择晶体管5，使行输出在线的电压等于读出晶体管4源极处的电压，来进行检测。读出晶体管4的源极上的电压会追随读出晶体管4栅极上的电压，而晶体管4栅极上的电压由光电二极管2阴极上累积的电荷所形成。

对于这种主动式像素传感器10，其感应度可由增加光电二极管2及/或读出晶体管4的大小来改善。但是，增加光电二极管2及/或读出晶体管4的大小，将降低一显示器的光圈比及单元的光穿透性。在显示器亮度需要维持一定的条件下，照射显示器的背光亮度必须增加，造成显示器的电力消耗增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动式像素传感器电路及其操作方法，能够改善感应度、显示器的光圈比例以及光穿透性，并减少显示器的电力消耗。

依照本发明的一实施例，本发明提供一种主动式像素传感器电路，该主动式像素传感器电路含有一重置线、一列选择线、一第一供应电压线、一第二供应电压线、一行读出线、一重置晶体管、一光电二极管(photodiode)、一积分电容器以及一读出晶体管。重置线用于提供一重置信号。列选择线用于提供一列选择信号(ROW SELECT)。第一供应电压线用于提供一第一供应电压。第二供应电压线用于提供第二供应电压。行读出线用于输出一光电信号。重置晶体管具有一栅极、一源极以及一漏极，其栅极电耦合至重置线，漏极电耦合至第一供应电压线。光电二极管具有一阳极以及一阴极，阳极电耦合至列选择线，阴极电耦合至重置晶体管的源极。积分电容器，具有一第一终端以及一第二终端，第一终端电耦合至列选择线，第二终端电耦合至一节点N1，节点N1电耦合至重置晶体管的源极。读出晶体管具有一栅极、一源极以及一漏极，栅极电耦合至节点N1，源极电耦合至一节点N2处的行读出线，漏极电耦合至第二供应电压线。

本发明的另一目的在于提供一种主动式像素传感器电路，能够改善感应度、显示器的光圈比例以及光穿透性，并减少显示器的电力消耗。