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CN101467442B - 组合的图像传感和显示装置 - Google Patents

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CN101467442B CN2007800215872A CN200780021587A CN101467442B CN 101467442 B CN101467442 B CN 101467442B CN 2007800215872 A CN2007800215872 A CN 2007800215872A CN 200780021587 A CN200780021587 A CN 200780021587A CN 101467442 B CN101467442 B CN 101467442B
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Abstract

一种组合的图像传感和显示装置，包括装置元件(18)的阵列，每个装置元件(18)包括显示像素(M4、C2、CLC)。显示像素(M4、C2、CLC)具有连接到列数据线(SL、6、6’)的数据输出。所述阵列包括传感器元件(10)，每个传感器元件(10)包括一起连接到积分节点(11)的晶体管(M1)、积分电容器(C1)和光电二极管(D1)。晶体管(M1)连接在列数据线s(6、6’)之间。电容器(C1)连接到控制输入(RS)，该控制输入接收在检测相期间用于断开晶体管(M1)的第一电压和在读取相期间用于使晶体管(M1)能够工作的第二电压。

Description

组合的图像传感和显示装置
技术领域
本发明涉及组合的图像传感和显示装置。
背景技术
希望以薄膜多晶硅方法(thin-film polysilicon process)来制作图像传感器，该薄膜多晶硅方法与在有源矩阵液晶显示器(active matrixliquid crystal displays，AMLCDs)用薄膜晶体管基底的制造中使用的方法一致。通过使用这种制造方法，这种图像传感器可整体集成在AMLCD中，以便提供例如用于检测接触或钢笔输入的输入功能。在这种配置中，每个像素可包括图像检测元件和图像显示元件，以便提供相似的图像检测和显示的空间分辨率。然而，与其中没有设置图像检测功能的显示器相比，像素内存在图像检测功能会降低这种显示器的开口率(aperture ratio)。
存在几种类型的半导体图像传感器，包括基于电荷耦合器件(CCD)技术和基于互补金属氧化硅(CMOS)技术的半导体图像传感器。历史地，由于使光发生电荷的转换效率最大化的特定加工技术，CCD具有比CMOS图像传感器更高的品质性能。然而，CMOS图像传感器具有优点，因为成像阵列和信号处理装置都可集成到相同的芯片上，而CCD加工的特定性质阻止这种集成。因此，CMOS图像传感器在许多应用中，例如在消费电子产品中具有成本低的优点。
有两种公知的类型的CMOS图像传感器，即无源像素传感器(passivepixel sensors，PPS)和有源像素传感器(active pixel sensors，APS)。无源像素传感器包括光电二极管或类似的光敏感器件和图像传感器的每个像素内的“选择”晶体管。图像传感器阵列通过行来寻址，并且每个光电二极管产生的电流在一个行周期期间通过典型地位于每列的底部的积分器而被积分。因为每个像素仅包含两个有源器件，因此无源像素配置允许提供高分辨率阵列。然而，这种阵列的尺寸受到依次积分每行所需的时间的限制，并且输出信号遭受到与积分期间列电流(column current)的波动关联的相对大的噪声的影响。
APS装置包括每个像素中的放大器，因此不会遭受PPS配置的各种限制。附图1显示具有基于光门的像素电路(photogate-based pixelcircuit)的APS的实例，例如专利文献USPN5,471,515中公开的。在工作中，在积分周期期间，电子聚集在光门(photogate)30下的势阱中，与光门电极下的基底上的入射光子通量成比例。在每个积分周期结束时，通过施加复位信号脉冲RST，浮动传播区(floating diffusion region)40的电势复位到初始水平。然后，在脉冲TX控制的转移步骤期间，聚集在光门上的电荷转移到浮动传播区40。因此，浮动传播区40的电势表示积分期间聚集的电荷。
当采样一行像素时，行选择晶体管60通过行扫描脉冲(ROW)被打开。晶体管55连接作为与偏压晶体管65协作的源极跟随器，该偏压晶体管65设置在像素阵列的列的末端处。晶体管55的门连接到浮动传播节点(floating diffusion node)，从而使得源极跟随器的输出提供晶体管55的门处的电压的指示，并且因此提供积分周期期间像素中聚集的电荷的指示。
图像传感器芯片还包括用于读取采样像素信号的电路(如图1中70所示)。当包含检测元件的行被选择，表示入射光强度的源极跟随器输出电压经晶体管200被存储在电容器205中。晶体管210，215和220形成另一个用于包含检测元件的列的源极跟随器。当产生列选择信号COL，列源极跟随器的输出经输出OUT供应到芯片放大器。列源极跟随器能够依次地工作，从而使得图像传感器输出电压是表示每个像素阵列上的入射光强度的时间序列。
图1所示的配置还包括器件116，225，230，235，240和245，这些器件用于产生用于芯片放大器的参考电压，用于减少偏移误差。这种配置的工作过程是公知的，因此不再描述。
附图2显示包含“体”或竖直型的光电二极管1的APS型的传感器元件，例如E Fossum等人的文章(“128x128CMOS光电二极管-type activepixel sensor with on-chip timing，control，and signal chainelectronics”，E Fossum et al，Charge-Coupled Devices andSolid-State Optical Sensors V，Proc.SPIE，Vol 2415，pp 117-123，1995)中公开的。该检测元件包括连接在馈电线VDD和光电二极管1的阴极3之间的复位晶体管2。晶体管2的门接收复位信号RST和反偏压光电二极管1以便把它的容量充到预定电压。复位相之后是检测相，在检测相期间执行积分，因此光电二极管电流以与入射到
光电二极管1上的光子通量成比例的速率放它的容量。晶体管4连接成源极跟随器，具有它的源极—漏极或“主传导”路径，该路径与馈电线VDD和检测元件阵列的列公共线COL BUS之间的选择晶体管5的路径串联连接。当采样一行像素时，行选择晶体管5通过脉冲RS被打开。列公共线连接到列读取配置，例如图1中的晶体管65和电路70所示的类型，以允许从传感器读出行像素的输出电压。
专利文献US 2006/0033729A1公开一种装置，包括集成在AMLCD中的图像传感器，如附图3所示。每个像素包括显示部分和图像检测部分，图像检测部分的类型与附图2所示的类型相似。在该装置中，每个光电二极管包括薄膜光电二极管，该薄膜光电二极管使用与AMLCD薄膜晶体管(TFT)基底的制造相同的制造技术而制造。在该情况中需要单独的积分电容器，因为与体CMOS器件(bulk CMOS device)相比，薄膜光电二极管的光电流与固有电容的比率大。因此，在没有积分电容时，像素放电速率对于实际应用就太高了。
这种装置可以阴影模式(shadow mode)或反射模式工作。在阴影模式中，AMLCD上的物体阻挡周围光的路径，并且在显示器的表面上投射阴影，该阴影通过图像传感器阵列检测。这种模式可用于例如接触、钢笔或手势输入。在反射模式中，如附图4所示，来自显示器背光23的光通过计数基底(counter-substrate)24、液晶层25和TFT基底21，以便入射在装置前面的物体22上。从物体22反射的光返回到图像传感器阵列，用于转换成对应的信号。反射模式的应用实例包括接触型图像扫描和指纹识别和辨认。
发明内容
根据本发明，提供一种组合的图像传感和显示装置，包括多个装置元件，所述多个装置元件配置成行和列的阵列，第一套装置元件中的每个包括具有数据输入的显示像素，每列的所述数据输入连接到相应的列数据线，第二套装置元件中的每个包括图像传感器元件，所述图像传感器元件包括光检测元件、半导体放大元件和积分电容器，所述积分电容器具有第一电极和第二电极，所述第一电极连接到所述放大元件的控制电极和光检测元件的第一电极，所述第二电极连接到控制输入，所述控制输入配置成在检测相期间接收第一电压和在读取相期间接收第二电压，所述第一电压用于使放大元件不能工作并且用于允许通过电容器对来自光检测元件的光电流进行积分，所述第二电压用于使放大元件能够工作，放大元件中的每个具有连接到至少一个列数据线的主传导路径，放大元件中的每个具有控制电极阈值绝对电压，当低于该阈值绝对电压时放大元件不能工作，所述光电流设置成使控制电极处的电压的绝对值在检测相期间保持低于阈值绝对电压。
所述光电流的极性可设置成在检测相期间减小控制电极处的电压的绝对值。
因此，能够提供一种具有改进的显示开口率的装置，同时组合了显示器和图像传感器的功能。该装置面积的更大部分可用于显示目的，例如用于提供外观改进的更亮的显示器。这种装置可使用薄膜半导体工艺或绝缘硅片工艺技术来制造。
每个放大元件的主传导路径连接在一对列数据线之间。
第一套可包括所有的装置元件。
第二套可包括比所有的装置元件少的装置元件。
每个传感器元件被分布成横跨相应组的所述装置元件。
检测相和读取相可周期性重复。
每个光检测元件可以是光电二极管。每个光电二极管可以是横向光电二极管。每个光电二极管可以是薄膜二极管。
每个放大元件可包括电压跟随器配置。
每个放大元件可包括第一晶体管。每个第一晶体管可以是薄膜晶体管。每个第一晶体管可以是场效应晶体管。每个第一晶体管可被连接成源极跟随器，所述控制电极可包括晶体管栅极，并且所述主传导路径可包括源—漏极路径。
每个传感器元件可包括半导体复位元件，所述半导体复位元件具有连接到复位输入的控制电极，并且可设置成在复位相期间将所述电容器充电到预定电压。每个复位元件可具有在所述电容器的第一电极与预定电压源之间连接的主传导路径。每个复位元件可包括第二晶体管。每个第二晶体管可以是薄膜晶体管。
所述装置可包括多个行控制输入，每个行控制输入连接到相应行的传感器元件的控制输入。所述装置可包括多个行复位输入，每个行复位输入连接到相应行的传感器元件的复位输入。列数据线中的至少一些的每个可连接到相应的偏压元件。每个偏压元件可包括第三晶体管。每个第三晶体管可以是薄膜晶体管。
所述装置可包括有源矩阵寻址配置。
所述显示像素可以是液晶像素。
有源矩阵寻址配置可设置成在所述显示像素的对应行的行消隐周期期间对每行传感器元件进行寻址。
附图说明
图1是公知类型的图像传感器的一部分的示意图；
图2是公知类型的图像检测元件的电路图；
图3是集成在图像传感器中的公知的显示器的一部分电路图；
图4是包括以反射模式工作的图像传感器的公知的显示器的示意剖视图；
图5是本发明的实施例中使用的图像传感器的一部分的电路图；
图6是显示图5所示的传感器中发生的波形的时间图；
图7是本发明的另一实施例中使用的图像传感器的一部分的电路图；
图8是显示图7所示的传感器中发生的波形的时间图；
图9是显示构成本发明的实施例的组合的图像传感和显示装置的示意图；
图10是图9所示的实施例的实例的详细图；
图11是图9所示的实施例的另一实例的详细图；
图12是图9所示的实施例的又一实例的详细图；
图13是图9所示的实施例的操作的时间图；和
图14是图9所示的实施例的再一实例的图。
在整个附图中，相同参考标记表示相同部件。
具体实施方式
组合的图像传感和显示装置包括传感器元件的行和列的阵列，每个传感器元件由图5的10显示。例如使用薄膜晶体管或绝缘硅片技术，传感器元件10与寻址和输出电路一起集成在公共基底上。传感器包括有源矩阵配置，该有源矩阵配置与本文中描述的液晶型有源矩阵显示器组合。
传感器元件10包括作为横向薄膜光电二极管D1的光检测元件，该横向薄膜光电二极管D1的阳极连接到线VSSR，线VSSR是该行的所有传感器元件的公用线并且携带有光电二极管阳极电势VSSR。光电二极管的阴极连接到积分节点(integrating node)11，积分节点11连接到第一电极或积分电容器C1的板。第二电极或电容器C1的板连接到行选择线RS，行选择线RS共用于行的传感器元件并且供应行选择信号，用于在读取相期间选择传感器元件10的行。
积分节点11还连接到作为晶体管M1的半导体放大元件的门极，并且连接到作为执行复位的晶体管M2的半导体复位元件的源极。晶体管M1和M2是薄膜绝缘门场效应晶体管。晶体管M1的源极连接到列数据线6。线6公用于该列的所有传感器元件，并且它的下端连接到列输出和薄膜绝缘门场效应晶体管M3的漏极。晶体管M3用作为晶体管M1形成源极负载的偏压配置，并且具有连接到另一电源线VSS的源极和连接到提供参考电压VB的参考电压源的门极。
晶体管M1的漏极连接到包括显示像素但不包括传感器元件的装置元件的相邻列的列数据线6’。在传感器元件10的读取相期间，列数据线连接到馈电线VDD，并且列数据线6用作列输出线。在读取相期间之外，列数据线6，6’给装置的显示像素提供像素数据。
晶体管M2的漏极连接到线VDDR，线VDDR公用于所有传感器元件10并且供应初始复位电势VDDR。晶体管M2的门极连接到复位线RST，复位线RST公用于该行的传感器元件10，并且在复位相期间供应复位信号。
在图像检测期间，传感器元件10执行包括复位相、积分相和读取相的重复循环周期。相同行的传感器元件的循环周期彼此同步，但是，根据公知的有源矩阵寻址技术，不同行的循环周期在时间上间隔错开。在复位相期间，如图6的上部波形所示的复位脉冲供应到复位线RST。复位脉冲导致晶体管M2导通，同时脉冲处于它的高电平，从而使得积分节点11，特别是电容器C1的第一电极充电到初始复位电势VDDR。初始复位电势小于晶体管M1的阈值，因此在复位相和随后的积分相期间，晶体管M1保持断开。
当复位信号返回到低值时，积分相开始。该复位信号的低值小于或等于光电二极管阳极电势VSSR，从而使得晶体管M2在整个积分相中保持断开。
在积分相期间，光电二极管D1供应的光电流以与入射到光电二极管上的光子通量成比例的速率给电容器C1放电。在积分相结束时，积分节点的电压VINT设定成：
VINT＝VDDR-IPHOTO.tINT/CT
其中IPHOTO是通过光电二极管D1的电流，tINT是积分时间周期，CT是积分节点处的总电容。积分节点处的总电容设定成积分电容器C1的电容、光电二极管D1的固有电容、晶体管M1的门电容和晶体管M2的门—源极电容的和。积分节点11处和晶体管M1的门极处的电压因此进一步下降低于晶体管M1的阈值电压。因此不存在晶体管M1意外打开和开始导通的危险。
当行选择信号变化到如图6的下部波形所示的高电平时，积分相结束。这开始该行的所有传感器元件10的读取相。在读取相期间，列数据线接收来自馈电线VDD的供应电压VDD。电荷注入(Charge injection)发生在整个积分电容器C1，从而使得积分节点11处的电势增加到：
VINT＝VDDR-IPHOTO.tINT/CT+(VRS.H-VRS.L).CINT/CT
其中VRS.H和VRS.L分别是行选择信号的高和低电势，并且可以分别等于VDD和VSS。因此，积分节点11上升到晶体管M1的阈值电压之上，晶体管M1打开并形成具有晶体管M3的源极跟随器放大器，以便在列输出处提供输出电压，该输出电压表示积分相期间被积分的光电二极管电流，并且因此表示入射在光电二极管D1上的光强度。
在读取相结束时，行选择信号返回到它的低电势，并且通过注射整个积分电容器C1来从积分节点11去除电荷。积分节点处的电势下降到低于晶体管M1的阈值电压，因此晶体管M1被断开。
传感器元件输出通过任何适当的配置可供应到装置的一个或更多个输出端子。例如，可使用参考图1的前述类型的读取配置。
因此，能够提供占据更小面积的传感器元件10。例如，图3所示的公知的配置需要三个晶体管，而图5的传感器元件10仅需要两个晶体管。对于给定的开口率，因此在给定的基底面积上提供更多的传感器元件10，从而可提供更高空间分辨率的图像传感器。可选地，例如，与图3的配置相比，可实现更高显示器开口率。
与公知的配置相比，图5的传感器元件提供的输出电压的范围可减小，因为光电二极管固有电容、晶体管M1的门极电容和晶体管M2的门—源极电容在积分节点处形成“寄生”电容。而且，形成阵列并由加工效果造成的传感器元件10的寄生电容可导致图像传感器固定型噪声(imagesensor fixed pattern noise)的增加。因此，图5的传感器元件适用于能够容许这些影响的应用，特别适用于需要提高图像检测空间分辨率和/或提高显示器开口率的应用。
图7显示组合的图像传感和显示装置的传感器元件10，该传感器元件10仅需要一个晶体管M1，因此占据更小的基底面积，允许更大的图像检测空间分辨率和/或显示器开口率。晶体管M1和晶体管M3如上所述。光电二极管D1的阴极和积分电容器C1的第一电极连接到积分节点11，并连接到晶体管M1的门极。光电二极管D1的阳极连接到复位线RST，省略晶体管M2。电容器C1的第二电极连接到行选择线RS。复位线RST和行选择线RS上的波形通过图8所示的上部和下部波形来显示。
如前所描述，传感器元件执行复位、积分和读取相的重复循环。对于相同行的传感器元件10该循环彼此同步，对于不同行的循环在时间上间隔错开或偏移，例如根据公知的有源矩阵寻址技术。
在复位相的开始处，复位线RST上的信号上升到它的高电平VDDR。因此光电二极管D1变成正向偏置并导通，以便将积分节点11的电势充电到(VDDR-VD)，其中VD是光电二极管的正向电压。电压VDDR小于晶体管M1的阈值电压，从而使得该晶体管在复位相期间和随后的积分相期间保持关闭。
当复位信号返回到它的低值，积分相开始。在该相期间，光电二极管电流以与入射到光电二极管上的光子通量成比例的速率给积分电容器C1放电。在积分相结束时(当该行被选择用于读取时)，积分节点11处的电压VINT设定为：
VINT＝VDDR-VD-IPHOTO.tINT/CT
其中，VD是光电二极管D1的正向电压，其它变量如本文前面所定义。此外，晶体管M1的门极处的电压进一步低于晶体管M1的阈值电压，因此它不会意外打开。
在开始读取相时，线RS上的行选择信号上升到更高值，并且列数据线6’接收电源电压VDD。积分电容器C1发生电荷注入，从而使得积分节点11处的电势增加到：
VINT＝VDDR-VD-IPHOTO.tINT/CT+(VRS.H-VRS.L).CINT/CT
其中，变量如本文前面所定义(除了晶体管M2的源—门极电容不再用CT表示)。因此积分节点11处的电势上升到晶体管M1的阈值电压之上，从而使得晶体管M1与列的末端处的晶体管M3一起作为源极跟随器放大器工作。供应到列输出的输出电压表示积分相期间积分的光电二极管电流，并且也表示入射到光电二极管D1上的光的强度。
在读取相结束时，线RS上的行选择信号返回到它的低值，并且列数据线与馈电线VDD断开。通过横过电容器C1的电荷注入来从积分节点11去除电荷。因此积分节点11的电势下降到晶体管M1的阈值电压之下，因此晶体管M1关闭。
如前所述，图7的传感器元件10所占据的基底面积甚至更小于前述元件所占据的基底面积。此外，积分节点11处的寄生电容小于图5所示的传感器元件的寄生电容，因为省略了晶体管M2。因此，与图5的传感器元件相比，输出信号范围增加，固定型噪声(fixed pattern noise)降低。
图7的传感器元件可通过逆转光电二极管D1的极性方向来变化，从而使得它的阳极连接到积分节点11，它的阴极连接到复位线RST。然后，复位线RST上的信号被改变，从而使得它在复位相期间具有更低值VSSR，而在其它相期间具有更高值VDDR。在该情况中，在积分相期间积分节点11处的电势上升。该配置的参数为使得在积分相期间积分节点11和晶体管M1的门极处的电势保持低于晶体管M1的阈值电压。
如前所述，传感器元件10的阵列和列的底部的输出电路集成在装置内，以便提供具有输入设备(例如以“触摸屏”的形式)的显示器。图9显示公共基底上的这种装置的布局，所有元件集成在该基底上，例如通过薄膜技术或绝缘硅片技术。例如由玻璃制成的透明基底12承载像素矩阵13和在行和列方向上延伸的适当电极，该像素矩阵13包括具有传感器元件的显示图像元件(像素)的阵列或矩阵。装置接收图像数据和来自任何适当图像源的定时信号和功率，并且装置包括显示源驱动器14和显示门驱动器15。这些驱动器在有源矩阵配置领域是公知的，并且因此不再描述。该装置还包括传感器行驱动器16和传感器读出驱动器17。驱动器16和17接收来自用于处理传感器数据的设备的定时和功率信号。传感器读出驱动器17可以是本文前述的传统类型，并且传感器行驱动器16可与显示门驱动器15相似。
图10以包括图像检测功能的有源矩阵液晶显示器(AMLCD)形式显示图9的组合的图像传感和显示装置的实例。详细显示形成阵列的多个装置元件18中的一个的电路图。显示像素是公知类型的并且包括薄膜绝缘栅极场效应晶体管M4，该晶体管M4的栅极经一行栅极线GL连接到显示门驱动器15，并且它的源极经列数据线6’连接到显示源驱动器14。晶体管M4的漏极连接到电容器C2的一个电极并且连接到液晶像素CLC的一个电极。电容器C2的另一个电极经公用线TFTCOM连接到驱动器15。另一个像素电极由相对器件基板(opposite device substrate)上的反电极(counter-electrode)构成，该相对器件基板连接成接收公用反电极电压VCOM。
传感器元件10是图7所示的类型，并且包括单晶体管M1，光电二极管D1和积分电容器C1。列数据线6和列数据线6’连接到显示源驱动器14和传感器读出驱动器17。行选择线RS和复位线RST连接到传感器行驱动器16。为了方便，晶体管M1的源极被显示成连接到列数据线6，该列数据线6属于相邻列的多个装置元件，其仅包括显示像素，不包括传感器元件。
该AMLCD中的图像显示像素的操作是公知的，因此不再进一步说明。包括传感器元件10和驱动器16和17的图像传感器的操作如本文前面所述。显示像素和传感器元件的寻址以逐行为基础同步，并且这种寻址的定时的实例如下所述。
图11显示一种器件，其中一个传感器元件10设置用于形成组合全色像素(composite full-colour pixel)的每套三色元件像素。源极线SLr、SLg和SLb形式的独立的列数据线设置用于每列组合像素的RGB元件像素，并且连接到显示源驱动器14。源极线SLr和SLb还分别形成数据线6’和6，并且连接到传感器读出驱动器17。
光电二极管D1和积分电容器C1设置在三色元件像素中的一个中(在该情况下为红色像素)，但是晶体管M1设置在绿色元件像素中。这减少了每个颜色元件像素中传感器元件电路占据的面积，因此增加最小像素开口率。将光电二极管D1定位在一种颜色的三色元件像素下面会使图像传感器对该颜色的单色光敏感。这可通过把光电二极管定位在横过器件的不同滤色器颜色下方或通过操作最上方具有有源矩阵基板的器件(例如，如图4所示的实例)而被避免。在图4的结构中，在入射到光电二极管上之前，环境光不通过显示滤色。
图12显示一种器件，该器件与图11的器件的不同点在于：传感器元件遍布三个相邻的颜色元件像素，以便进一步增加最小像素开口率。
因为列数据线被像素源极线和公用输出线所共享，因此必须利用适当的定时来进行图像显示像素和传感器元件的寻址或扫描，这种定时的实例被图13的波形图显示。每个传感器元件行的读取相的执行仅为每行的整个行寻址时间的相对小的部分，因此，这可设置成与显示功能的水平消隐周期(horizontal blanking period)一致，在该期间列数据线从显示源驱动器14分离。
如图13所示，每个显示行周期利用水平同步脉冲HSYNC启动，之后，线SLr、SLg和SLb以适当电压驱动，从而控制所选择行的颜色元件像素的光学状态，以便按照公知的寻址方案来逐行刷新图像。
在信号传送到该行的图像显示像素之后，列数据线在消隐周期的开始处与显示源驱动器14分离，这通用于公知的AMLCD中用于逆转反电极的极性，以便防止液晶材料的退化。在消隐周期期间，传感器元件行选择信号在线RS上上升，供应电压VDD施加到列数据线6’，并且偏压VB施加到连接到列数据线6的晶体管M3，以便使当前所选择的行的传感器元件中的源极跟随器装置能够工作。因此，传感器数据经公用线SLg，6输出到传感器读出驱动器17，其作为传感器元件10和器件的传感器输出的接口。
在传感器元件的所选择的行的读取相的结束处，行选择和偏压信号返回到它们的低电势，并且从数据线6’去除供应电压VDD。复位信号施加到所选择的行的传感器元件的复位线RST，以便把积分节点复位到预定电压。然后，在行寻址周期tROW的结束处去除复位信号，并且然后在下一个像素行重复该过程。
图11和12所示的装置给出了使传感器元件组件遍布多个像素以便增加最小像素开口率和共享公用线以便减小传感器元件占据的面积因而增加显示器的开口率的实例。然而，传感器元件的这些组件可以任何其它适当的方式横跨显示像素设置。此外，其它公用线共享结构是可能的。
图14显示一种器件，该器件与图10所示的器件的不同点在于：传感器元件设置在每个装置元件18中。图14显示相同行中的三个相邻的颜色元件像素，用于红、绿和蓝颜色元件像素的显示像素的元件和传感器元件分别具有r、g和b的后缀。
晶体管M1r、M1g和M1b的源—漏极路径连接在相邻的成对的列数据线61、62和63之间，这些列数据线61、62和63还形成源极线SLr、SLg和SLb。例如，晶体管M1g具有连接在列数据线62和相邻的列数据线63之间的源—漏极路径，列数据线62用于属于装置元件18的列，列数据线63用于相邻的列。
在传感器元件的每行的读取相期间，交替的列数据线，例如61和63，连接到馈电线VDD。剩余的列数据线，例如62，连接到传感器读出驱动器17中的偏压晶体管(图14中未显示)。因此，传感器元件的相邻对共享公用列数据线，例如62，从而使得这些传感器元件的输出被总计求和。因此，该输出是两个传感器值的有效平均，从而减小输出变化。此外，充电列数据线所需时间被减小，从而使得读取相可变得更短。
前述详细说明中讨论的实施例和实例仅用来说明本发明的技术细节，不应狭窄地理解成本发明的范围在该实施例和实例的限制之内。本发明应当可应用于本发明的精神内的各种变化，如果这些变化没有超出本发明的下述权利要求的范围。

Claims (25)

1.一种组合的图像传感和显示装置，包括多个装置元件，所述多个装置元件配置成行和列的阵列，所述多个装置元件中的每个包括具有数据输入的显示像素，每列的所述数据输入连接到相应的列数据线，所述多个装置元件中的至少一些包括图像传感器元件，所述图像传感器元件包括光检测元件、半导体放大元件和积分电容器，所述积分电容器具有第一电极和第二电极，所述积分电容器的第一电极连接到所述放大元件的控制电极和光检测元件的第一电极，所述积分电容器的第二电极连接到控制输入，所述控制输入配置成在检测相期间接收第一电压和在读取相期间接收第二电压，所述第一电压用于使放大元件不能工作并且用于允许通过电容器对来自光检测元件的光电流进行积分，所述第二电压用于使放大元件能够工作，放大元件中的每个具有连接在一对列数据线之间的主传导路径，放大元件中的每个具有控制电极阈值绝对电压，当低于该阈值绝对电压时放大元件不能工作，所述光电流设置成使控制电极处的电压的绝对值在检测相期间保持低于阈值绝对电压。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光电流的极性设置成在检测相期间减小控制电极处的电压的绝对值。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置中的图像传感器元件的总数量小于或等于所述装置中的显示像素的总数量。
4.如权利要求1所述的装置，其中，每个传感器元件被分布成横跨所述装置元件中的多个显示像素。
5.如权利要求1所述的装置，其中，检测相和读取相周期性地重复。
6.如权利要求1所述的装置，其中，每个光检测元件是光电二极管。
7.如权利要求6所述的装置，其中，每个光电二极管是横向光电二极管。
8.如权利要求6所述的装置，其中，每个光电二极管是薄膜二极管。
9.如权利要求1所述的装置，其中，每个放大元件包括电压跟随器配置。
10.如权利要求1所述的装置，其中，每个放大元件包括第一晶体管。
11.如权利要求10所述的装置，其中，每个第一晶体管是薄膜晶体管。
12.如权利要求10所述的装置，其中，每个第一晶体管是场效应晶体管。
13.如权利要求12所述的装置，其中，每个第一晶体管被连接成源极跟随器，所述控制电极包括晶体管栅极，并且所述主传导路径包括源极-漏极路径。
14.如权利要求1所述的装置，其中，每个传感器元件包括半导体复位元件，所述半导体复位元件具有连接到复位输入的控制电极，并且被配置成在复位相期间将所述电容器充电到预定电压。
15.如权利要求14所述的装置，其中，每个复位元件具有连接在所述电容器的第一电极与预定电压源之间的主传导路径。
16.如权利要求14所述的装置，其中，每个复位元件包括第二晶体管。
17.如权利要求16所述的装置，其中，每个第二晶体管是薄膜晶体管。
18.如权利要求1所述的装置，包括多个行控制输入，每个行控制输入连接到相应行的传感器元件的控制输入。
19.如权利要求14所述的装置，包括多个行复位输入，每个行复位输入连接到相应行的传感器元件的复位输入。
20.如权利要求1所述的装置，其中，列数据线中的至少一些的每个连接到相应的偏压元件。
21.如权利要求20所述的装置，其中，每个偏压元件包括第三晶体管。
22.如权利要求21所述的装置，其中，每个第三晶体管是薄膜晶体管。
23.如权利要求1所述的装置，包括有源矩阵寻址配置。
24.如权利要求1所述的装置，其中，所述显示像素是液晶像素。
25.如权利要求23所述的装置，其中，所述有源矩阵寻址配置被设置成在所述显示像素的对应行的行消隐周期期间对每行传感器元件进行寻址。
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