[发明专利]使用TFT像素电路的光学有源像素传感器

说明书

用于光学有源像素传感器(APS)的单元包括光电二极管，该光电二极管的第一端子连接到光电二极管偏置PDB线，第二端子与第一端子相对；第二端子与第一端子相对；复位开关晶体管，其第一端子连接到光电二极管的第二端子，第二端子连接到参考电压线，并且该复位开关晶体管的栅极连接到复位信号RST供给线；放大晶体管，其第一端子连接到输出读出线，第二端子连接到驱动电压供给线，并且放大晶体管的栅极连接到构成光电二极管的第二端子和复位开关晶体管的第一端子的连接的节点。光学APS设备包括由以行和列的阵列排列的根据任何实施例的多个单元形成的传感器矩阵。

技术领域

本申请涉及光学有源像素传感器(APS)，并且更具体地涉及单元像素电路和包括这种单元的阵列的相关的光学APS。

背景技术

光学传感器被用于各种应用中，通过该应用，基于由传感器检测到的光量来确定参数，设备特性或状态。光学传感器具有许多应用，例如在成像，x射线检测(将x射线转换为可见光以进行检测)，位置检测，光电检测等方面。在显示器和安全性领域中的一种当前用法是用于身份认证的指纹识别，例如用于解锁手机。

一种类型的光学传感器是无源光学传感器，其简单整合有将光转换成电子输出信号的光传感器，该电子输出信号可由合适的读取设备直接读取。但是，在许多应用中，通过使用有源传感器可实现增强的性能，该有源传感器会对来自光传感器的输出信号进行某种类型的信号处理，通常是信号放大。对于有源感测，可以采用有源像素传感器(APS)。光学APS装置由光敏单元像素电路的阵列或矩阵形成，由此每个单元像素电路包括独立的光传感器部件，例如光敏光电二极管，其耦合至放大电路部件。驱动器集成电路(驱动器IC)提供输入控制信号和驱动电压，用于行选择和感测，数据读取器集成电路(数据读取器IC)从单元的传感器矩阵中读取信号。如本文所指并且在本领域中是已知的，数据读取器IC也可以被称为模拟前端(AFE)。

在常规配置中，已经在单元像素电路中使用CMOS硅晶体管制造APS器件。CMOS晶体管体积小(可能约为纳米级)并且具有高性能，但是制造起来很昂贵。CMOS晶体管通常生长在半导体晶圆上，因此通常需要共用的半导体背衬底和/或共用的外延阱。典型的基于CMOS的光学APS电路采用三个或更多晶体管。一种最成功的架构采用光电二极管，四个晶体管，一个电容器和一个势阱，以提供放大和控制复位噪声(APS架构中最常见的噪声源之一)。在CMOS技术中，如此大量的组件是可能的，这主要是由于CMOS晶体管的尺寸很小。

本领域中已知的替代晶体管类型是薄膜晶体管(TFT)。多个TFT可以容易地制造在玻璃或类似的基板上，因此与CMOS硅技术相比，它便宜且易于在玻璃上制造大型TFT阵列。因此，TFT已经在采用像素电路阵列的技术中找到应用，包括例如高分辨率LCD和发射显示器中的像素电路阵列。

但是，TFT具有某些缺点，阻碍在APS设备中的使用。与CMOS晶体管相比，TFT倾向于具有较低的载流子迁移率，并且尺寸较大(通常为微米级)。因此，常规的APS单元拓扑结构将需要大的单元，对传感器密度有不利的影响。因此，在APS设备领域中还没有实现与TFT相关联的低成本和容易在玻璃上制造的优势。

发明内容

本申请涉及一种增强型光学有源像素传感器(APS)，其在单元像素电路中有效地使用薄膜晶体管(TFTs)。本申请的实施例包括单元像素电路拓扑结构，该单元像素电路拓扑结构包括两个晶体管配置，以放大由光敏光电二极管产生的输出感测信号。不需要额外的电容器。通过将单元配置限制为仅两个TFT晶体管，同时仍然实现有效的感测，在APS设备中实现与TFTs相关联的低成本和容易在玻璃或类似的衬底上制造的优势。

在示例性实施例中，光学APS包括互连的单元的矩阵，由此每个单元构成所述矩阵内的像素。通常，所述单元像素电路包括光传感器，控制线和信号线以及用于增强传感器输出的电路，该电路包括用于像素选择和放大所述输出信号的双晶体管配置。驱动器IC通常沿第一方向(例如，按矩阵的行)向所述单元矩阵提供适当的控制信号。模拟前端(AFE)IC通常沿第二方向(例如，矩阵的列)读取和处理所述单元的所述输出信号。