一种光学传感像素电路及其驱动方法、传感器和显示面板

技术领域

本公开涉及指纹领域，尤其涉及一种光学传感像素电路及其驱动方法、传感器和显示面板。

背景技术

随着OLED显示屏的广泛应用，在OLED显示屏上集成传感器的已是大势所趋。

在OLED显示屏上集成传感器，可以利用薄膜TFT技术实现，一方面可以降低传感器的费用，另一方面还能减小这些器件的体积及重量。如，在OLED显示屏上集成指纹传感器，就需要在显示屏内制作光电传感器，然后通过外部电路读出光电传感器在有光和无光下状态下的数据，从而获取指纹信息。

然而，光学传感器输出的电流非常微弱，通常在01～10pA，这使得指纹采集电路难以直接读取光学传感器输出的微弱电流，导致无法准确获取指纹信息。

发明内容

本公开实施例提供一种光学传感像素电路及其驱动方法、传感器和显示面板，用以解决现有技术中存在的上述技术问题。

第一方面，为解决上述技术问题，本公开实施例提供一种光学传感像素电路，其中，包括：

光电二极管，所述光电二极管的一端与恒定电压端电连接，所述光电二极管用于检测外界的光信号，并将光信号转变成电信号；其中，所述电信号微弱不易被检测到；

放大电路，与所述光电二极管另一端电连接，所述放大电路用于将所述电信号放大成可被检测到的大电流信号；

恒流偏置电路，与所述放大电路的输出端电连接，用于向所述放大电路提供恒定电流，以便为所述放大电路设置与所述恒定电流相同电流的静态工作点，使所述放大电路基于所述静态工作点对所述电信号进行放大。

一种可能的实施方式，所述恒流偏置电路，包括：

恒流源，用于提供所述恒定电流；

第一开关晶体管，连接于所述恒流源与所述放大电路的输出端之间，用于在所述偏置设置阶段向所述放大电路提供所述恒定电流。

一种可能的实施方式，所述放大电路，包括：

驱动晶体管，所述驱动晶体管的第一端与所述恒定电压端电连接，所述驱动晶体管的第二端作为所述放大电路的输出端，所述驱动晶体管的控制端与所述光电二极管的输出端电连接；

存储电容，所述存储电容的一端与所述恒定电压端电连接，所述存储电容的第二端与所述驱动晶体管的控制端电连接，用于存储包含所述驱动晶体管输出电流为所述恒定电流时，所述驱动晶体管的第一电压和接收所述电信号；其中，所述第一电压为所述驱动晶体管的控制端与所述驱动晶体管的第一端的电压差，所述第一电压包括所述驱动晶体管的阈值电压；

第二开关晶体管，所述第二开关晶体管的第一端与所述驱动晶体管的控制端电连接，所述第二开关晶体管的第二端与所述驱动晶体管的第二端电连接，所述第二开关晶体管在所述偏置设置阶段开启，使所述驱动晶体管在所述恒定电流的作用下将所述第一电压存储到所述存储电容中，让所述驱动晶体管在放大状态下输出所述恒定电流。

一种可能的实施方式，所述恒定电流大于10倍所述光电二极管的漏电流。

一种可能的实施方式，所述光学传感像素电路还包括：

电流检测电路，所述电流检测电路与所述放大电路的输出端电连接，所述电流检测电路用于在信号读取阶段检测所述大电流信号，并将之转换为对应的电压降信号。

一种可能的实施方式，所述电流检测电路，包括：

第三开关晶体管，所述第三开关晶体管的第一端与所述放大电路的输出端电连接，所述第三开关晶体管在所述信号读取阶段开启，用于接收所述大电流信号；

积分电路，所述积分电路的输入端与所述第三开关晶体管的第二端电连接，所述积分电路的输出端作为所述电流检测电路的输出端，所述积分电路用于在所述积分电路的复位端接收到复位信号后，对所述积分电路进行复位，并在复位后对所述大电流信号进行积分，产生所述电压降信号。

一种可能的实施方式，所述积分电路，包括：

积分运算器，所述积分运算器的第一输入端作为所述积分电路的输入端，所述积分运算器的输出端作为所述积分电路的输出端，所述积分运算器的第二输入端接参考电压；

积分电容，所述积分电容的第一端与所述积分运算器的第一输入端电连接，所述积分电容的第二端与所述积分运算器的输出端电连接，用于对所述大电流信号积分并在所述积分电容上产生所述电压降信号；

复位器件，所述复位器件的第一端与所述积分运算器的第一输入端电连接，所述复位器件的第二端与所述积分运算器的输出端电连接，所述复位器件用于对所述积分电容及所述放大电路的输出端复位。

第二方面，本公开实施例提供了一种基于如第一方面所述的光学传感像素电路的驱动方法，包括：

在偏置设置阶段，开启第一开关晶体管和第二开关晶体管，使所述恒流偏置电路为所述放大电路提供恒定电流，以便为所述放大电路的驱动晶体管设置输出所述恒定电流时对应的第一电压，并保存到存储电容中；其中，所述第一电压为所述驱动晶体管的控制端与所述驱动晶体管的第一端的电压差，所述第一电压包括所述驱动晶体管的阈值电压；

在信号读取阶段，关闭所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管，并开启第三开关晶体管，同时对积分电路进行复位，然后断开所述第三开关晶体管，使所述积分电路开始对所述放大电路的输出端的电流信号积分，在积分电容上产生电压变化量，并根据积分时间和电压变化量计算放大电路输出的电流。

第三方面，本公开实施例提供了一种传感器，包括呈阵列排布的如第一方面所述的光学传感像素电路。

一种可能的实施方式，位于同一列的光学传感像素电路共用一个恒流偏置电路。

一种可能的实施方式，所述传感器包括检测区域和围绕所述检测区域外的非检测区域；

多个光电检测电路呈阵列排布在所述检测区域；

所述恒流偏置电路设置在所述非检测区域。

第四方面，本公开实施例提供了一种显示面板，包括如第三方面所述的传感器。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种光学传感像素电路的结构示意图一；

图2为本公开实施例提供的恒流偏置电路的结构示意图；

图3为本公开实施例提供的放大电路的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的一种光学传感像素电路的结构示意图二；

图5为本公开实施例提供的电流检测电路的结构示意图；

图6为本公开实施例提供的积分电路的结构示意图；

图7为本公开实施例提供的光电传感像素电路的结构示意图三；

图8为本公开实施例提供的光电传感像素电路的控制时序图；

图9为本公开实施例提供的光电传感像素电路的驱动方法；

图10为本公开实施例提供的传感器的结构示意图一；

图11为本公开实施例提供的传感器的结构示意图二。

具体实施方式

本公开实施例提供一种光电传感像素电路及其驱动方法、传感器和显示面板，用以现有技术中存在的上述技术问题。

与本公开相关的知识：

静态工作点是指晶体管放大电路中，交流输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些电流、电压的数值可用晶体管的BJT特性曲线上一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q。

为使本公开的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本公开做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本公开中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本公开保护范围内。本公开的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本公开。但是本公开能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开内涵的情况下做类似推广。因此本公开不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本公开的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

下面结合附图，对本公开实施例提供的一种光学传感像素电路及其采集方法、传感器和显示面板进行具体说明。

请参见图1为本公开实施例提供的一种光学传感像素电路的结构示意图一，该光学传感像素电路，包括：

光电二极管1，光电二极管1的一端与恒定电压端VDD电连接，所述光电二极管1用于检测外界的光信号，并将光信号转变成电信号；其中，电信号微弱不易被检测到。

放大电路2，与光电二极管1电连接，放大电路2用于将光电二极管1输出的不易被检测到的电信号放大成可被检测到的大电流信号。

恒流偏置电路3，与放大电路2的输出端电连接，用于向放大电路2提供恒定电流，以便为放大电路2设置与恒定电流相同电流的静态工作点，使放大电路2基于静态工作点对光电二极管1输出的电信号进行放大。

在图1中放大电路2的电源端也与恒定电压端VDD电连接。

通过恒流偏置电流3为放大电路2提供恒定电流，让放大电路2设置在与该恒定电流相同电流的静态工作点，使放大电流2基于该静态工作点将光电二极管1输出的不易被检测到的微弱电信号放大为可被检测到的大电流信号。

请参见图2，为本公开实施例提供的恒流偏置电路的结构示意图。

恒流偏置电路3包括：

恒流源31，用于提供恒定电流I

第一开关晶体管32，连接于恒流源31与放大电路2之间，用于在偏置设置阶段向放大电路2提供恒定电流I

一种可能的实施方式，恒定电流I

通过让恒定电流I

请参见图3，为本公开实施例提供的放大电路的结构示意图。

放大电路2包括：

驱动晶体管21，驱动晶体管21的第一端21a与恒定电压端VDD电连接，驱动晶体管21的第二端21b作为放大电路2的输出端，驱动晶体管21的控制端21g与光电二极管1的输出端电连接；

存储电容22，存储电容22的一端与恒定电压端VDD电连接，存储电容22的第二端与驱动晶体管21的控制端21g电连接，用于存储包含驱动晶体管21输出电流为恒定电流时，驱动晶体管21的第一电压和接收电信号；其中，第一电压为驱动晶体管21的控制端21g与驱动晶体管21的第一端21a的电压差，第一电压包括驱动晶体管21的阈值电压；

第二开关晶体管23，第二开关晶体管23的第一端23a与光电二极管1的输出端电连接，第二开关晶体管23的第二端23b与驱动晶体管21的第二端21b电连接，第二开关晶体管23在偏置设置阶段开启(第二开关晶体管23在接收到第二控制信号时开启)驱动晶体管21，使驱动晶体管21在恒定电流I

第二开关晶体管23的控制端23g接收到第二控制信号后(即在偏置设置阶段)，驱动晶体管21、第二开关晶体管23均为导通状态(同时第一开关晶体管32也接收到第一控制信号，处于导通状态)，使恒流源31和驱动晶体管21串联，此时驱动晶体管21输出的电流为恒定电流I

根据晶体管的驱动特性可知：

V

I

根据公式可以得到：

其中，V

需要说明的是，驱动晶体管21和第二开关晶体管23为极性相同的晶体管，它们可以为N型晶体管，也可以为P型晶体管，具体不做限定。在图4中，它们为P型晶体管。

请参见图4为本公开实施例提供的一种光学传感像素电路的结构示意图二，光学传感像素电路还包括：电流检测电路4，电流检测电路4与放大电路2的输出端电连接，电流检测电路4用于检测放大电路2输出的大电流信号，并将之转换为对应的电压降信号。

请参见图5为本公开实施例提供的电流检测电路的结构示意图。

电流检测电路4包括：

第三开关晶体管41，第三开关晶体管41的第一端41a与放大电路2的输出端电连接，第三开关晶体管41在信号读取阶段开启(第三开关晶体管41在接到第三控制信号时开启)，用于接收放大电路2输出的大电流信号；第三开关晶体管41的控制端41g在接收到第三控制信号后开启第三开关晶体管41。

积分电路42，积分电路42的输入端42a与第三开关晶体管41的第二端41b电连接，积分电路42的输出端42a作为电流检测电路4的输出端，积分电路42用于在积分电路42的复位端42s接收到复位信号后，对积分电路42进行复位，并在复位后对放大电路2输出的大电流信号进行积分，产生电压降信号。

在信号读取阶段，第一开关晶体管32、第二开关晶体管23为截止状态，第三开关晶体管41、驱动晶体管21为导通状态，积分电路42的复位端42s接收到复位信号后对积分电路42进行复位，然后对驱动晶体管21输出的大电流信号进行积分，在积分电路42产生与大电流信号对应的电压降信号。

请参见图6为本公开实施例提供的积分电路的结构示意图。

积分电路42包括：积分运算器421、积分电容422、复位器件423；

积分运算器421的第一输入端(也可以称之为反向输入端)作为积分电路42的输入端，积分运算器421的输出端为积分电路42的输出端，积分运算器421的第二输入端(也可称之为同相输入端)接参考电压V

积分电容422，积分电容422的第一端与积分运算器421的第一输入端电连接，积分电容422的第二端与积分运算器421的输出端电连接，用于对放大电路2输出的大电流信号积分并在积分电容上产生对应的压降信号；

复位器件423，复位器件423的第一端与积分运算器421的第一输入端电连接，复位器件423的第二端与积分运算器421的输出端电连接，复位器件423用于对积分电容422及放大电路2的输出端复位。

通过复位器件423对积分电容422及放大电路2的输出端复位后，积分电容422开始对检测到的大电流信号I进行积分，驱动晶体管21在积分时间T

V

其中，C

请参见图7为本公开实施例提供的光学传感像素电路的结构示意图三。

本公开实施例中的光学传感像素电路包括2个阶段，一个为偏置设置阶段，另一个为信号读取阶段。

在偏置设置阶段，在同时接收到第一控制信号和第二控制信号后，控制第一开关晶体管32和第二开关晶体管23导通(此时第三开关晶体管41为截止状态)，将恒定电流I

在信号读取阶段，在接收到第三控制信号后，控制第三开关晶体管41导通(此时第一开关晶体管32和第二开关晶体管23为截止状态)。

在该阶段，光电二极管1的将光信号转换为电信号存储到存储电容22中(即漏电流I

ΔQ＝ΔV

其中，为ΔV

由公式(5)可以计算出：ΔV

由于在偏置设置阶段将第一电压存储到存储电容22中，使光电二极管1(即图7中A点)输出端的电压为V

根据晶体管的驱动特性可知，在信号读取阶段驱动晶体管21输出的电流为I

当I

从公式(9)可以看出通过放大电路2，可以将光电二极管1的漏电流I

同时控制复位器件423对积分运算器421进行复位，然后积分运算器421对驱动晶体管21输出端21b输出的电流I进行，输出电压将信号V

在图8中第一控制信号、第二控制信号为低电平有效第三控制信号以及复位信号是高电平有效。电流检测电路4输出的电压降信号对应的电压为V

图8还示出了由上述光电传感像素电路按阵列方式组成的传感器中，第n行中的光电传感像素电路与第n+1行中的光电传感像素电路的时序。

需要说明的是，在图8中，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号与其对应的晶体管的类型有关，当对应的晶体管类型为P型晶体管时相应的控制信号是低电平有效，当对应的晶体管类型为N型晶体管时相应的控制信号是高电平有效。

基于同一发明构思，本公开实施例提供一种基于上述光学传感像素电路的驱动方法，请参见图9，该驱动方法包括：

步骤901：在偏置设置阶段，开启第一开关晶体管和第二开关晶体管，以便为所述放大电路的驱动晶体管设置输出所述恒定电流时对应的第一电压，并保存到存储电容中；其中，第一电压为驱动晶体管的控制端与驱动晶体管的第一端的电压差，第一电压包括驱动晶体管的阈值电压；

步骤902：在信号读取阶段，关闭第一开关晶体管和第二开关晶体管，并开启第三开关晶体管，同时对积分电路进行复位，然后断开第三开关晶体管，使积分电路开始对放大电路的输出端的电流信号积分，在积分电容上产生电压变化量，并根据积分时间和电压变化量计算放大电路输出的电流。

上述处理过程请参见上述光学传感像素电路中的偏置设置阶段和信号读取阶段，在此不再介绍。

基于同一发明构思，本公开实施例提供一种传感器，请参见图10为本公开实施例提供的传感器的结构示意图一，该传感器包括呈阵列排布的如上述光学传感像素电路。该传感器可以使用于进行指纹识别的传感器。

请参见图11为本公开实施例提供的传感器的结构示意图二，位于同一列的识别电路共用一个恒流偏置电路3。

通过让位于同一列的光学传感像素电路共用一个恒流偏置电路3，可以节约恒流偏置电路3的数量，及恒流偏置电路3占用的空间。

请继续参见图11，该传感器包括检测区域S和围绕所述检测区域外的非检测区域NS；

多个光电二极管1呈阵列排布在检测区域S；其中，光电二极管1与对应的放大电路2设置在一起；恒流偏置电路3设置在非检测区域NS。

通过将恒流偏置电路3设置在非检测区域NS，便于对恒流偏置电路3进行布局。

需要说明的是，在图11中放大电路2的图示不应理解为其只是一个晶体管，其结构可以参见光学传感像素电路中的相关介绍，在此不再赘述。图10和图11中示出的光学传感像素电路的数量不代表真实的数量，一个传感器所需的光学传感像素电路的数量可以根据实际需要自行设定。

该传感器可以为屏上传感器、也可以为屏下传感器，可以单独应用于光电检测设备如打卡机、门禁设备，也可以应用在手机、平板电脑、智能手表等移动设备中。

基于同一发明构思，本公开实施例提供一种显示面板，包括如上所述的传感器。

尽管已描述了本公开的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本公开范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。