专利名称：光感测器以及具有此光感测器的显示面板的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种光感测器，且特别是有关于一种可供应用于显示面 板中且包含低温多晶硅材质的光感测器，具体来说是关于一种光感测器以及 具有此光感测器的显示面板。
背景技术：
图1为传统PIN光二极管100的示意图。PIN光二极管100包含N型半 导体区域102、 P型半导体区域104以及位于N型半导体区域102与P型半 导体区域104间的本征(intrinsic)半导体区域106。当光线照射到本征半导体 区域106时，因光电效应产生的电洞(h+)与电子(e-)会分别往P型半导体区域 104与N型半导体区域102移动，如此产生光电流。现有技术通过测量此光 电流，便可将此PIN光二极管100当作光感应器来使用。
一般而言，应用低温多晶硅薄膜晶体管(Low Temperature Poly Silicon-Thin film transmitter)技术制造的光感测器，由于其可用于光吸收的基 材厚度仅约为50奈米，因此会有低感光性的缺点。除了低感光性的缺点外， 传统的PIN光二极管受其制造工艺影响不免会有暗电流较高的问题。此外， 基于制造工艺的考虑，使用能够同时具备n+及p+离子布植步骤的CMOS制 造工艺来制造PIN光二极管亦会增加制造工艺的复杂度。因此，虽然现有技 术已提出许多提高或改良光感测器效能的方案，但却无法完全适用或整合兼 容于目前显示器应用的TFT制造工艺。
发明内容
根据本发明的一实施例，提出一种光感测器。此光感测器包含一感测薄 膜晶体管以及一光二极管。感测薄膜晶体管具有一栅极与一基极。光二极管
具有一本征半导体区域与感测薄膜晶体管的栅极及基极电性连接。感测薄膜
晶体管及光二极管为包含低温多晶硅材质的结构。
根据本发明的另一实施例，提出一种显示面板。此显示面板包含一对相 对应设置的基板、 一液晶层以及复数个像素单元。液晶层设置于该对基板之 间，且像素单元设置于该对基板上。每个像素单元包含一光感测区域以及一 显示区域。光感测区域中包含有一光感测器以及一读取薄膜晶体管。光感测 器包含一感测薄膜晶体管及一光二极管。感测薄膜晶体管具有一栅极与一基 极，而光二极管具有一本征半导体区域与感测薄膜晶体管的栅极及基极电性 连接。读取薄膜晶体管用以读取光感测器所产生的信号。
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附 图的详细说明如下
图1为传统PIN光二极管的示意图2A根据本发明的一实施例绘示一光感测器的上视图； 图2B为图2A的光感测器的相对应结构示意图； 图3A根据本发明的一实施例绘示一显示面板的上视图； 图3B为图3A沿AA'线的剖面图3C为图3A中的光感测器的相对应结构示意图；以及 图4根据本发明的一实施例绘示一种主动式像素感测架构。
附图标号
100: PIN光二极管 104: P型半导体区域 200:光感测器
210、 310:感测薄膜晶体管 212、 312:基极 216、 316:漏极
102: N型半导体区域 106:本征半导体区域
214、 314:栅极 218、 318:源极
220、320:光二极管
222、322:本征半导体区域
226、326: N型半导体区域
228、328: N型半导体区域
232:本征半导体区域234:H型金属层
236:N型半导体区域238:N型半导体区域
244、246、 248:金属层
300:显示面板330:基板
331:共同电极332:遮光层
333:开口334:彩色滤光层
340:基板341:半导体层
342:绝缘层343:第一金属层
344:绝缘层345:绝缘层
346:347:保护层
348:绝缘层350:液晶层
360:像素单元362:光感测区域
364:显示区域372:光感测器
374:显示薄膜晶体管382:读取薄膜晶体管
384:储存电容
391a-J91f: N型半导体区域
393a--393f:接触插塞
400:主动式像素感测架构410:像素单元
412:读取薄膜晶体管420:信号线
430:重置晶体管440:线路
具体实施例方式
图2A根据本发明的一实施例绘示一光感测器200的上视图，图2B为图 2A的光感测器200的相对应结构示意图。以下说明请参照图2A及图2B。 光感测器200包含感测薄膜晶体管210以及光二极管220。感测薄膜晶体管 210具有基极212、栅极214、漏极216及源极218。光二极管220具有本征 半导体区域222以及两个N型半导体区域226及228。本征半导体区域222 与基极212与栅极214电性连接，而漏极216及源极218则分别与N型半导 体区域226及228电性连接。感测薄膜晶体管210及光二极管220为包含低 温多晶硅(Low Temperature Poly Silicon; LTPS)材质的结构。
更具体地说，图2A所示的光感测器200的基材为低温多晶硅材质，可 被分为三个区域本征半导体区域232，以及位于此本征半导体区域232两 侧的N型半导体区域236及238。本征半导体区域232对应于图2B中的基 极212以及本征半导体区域222。H型金属层234对应于图2B中的栅极214， 其设置于本征半导体区域232上。未被H型金属层234所遮挡的本征半导体 区域232即对应于光二极管220中用来接收光线的本征半导体区域222。 N 型半导体区域236对应至图2B中的漏极216与N型半导体区域226，而N 型半导体区域238则对应至图2B中的源极218与N型半导体区域228。
当光线照射到本征半导体区域232时，因光电效应而产生的电子电洞对 会往光二极管220两端移动，并导通感测薄膜晶体管210而造成正反馈以放 大光感测器200的光电流，如此可有效地提高其感光性。在此实施例中，感 测薄膜晶体管210可以是为一 N型金属一氧化层一半导体(N—type Metal-Oxide-Semiconductor; NMOS)薄膜晶体管，而光二极管220则可以是 为一 N型半导体-本征区-N型半导体(N一type-intrinsic-N—type; NIN)二极管。 然而，根据其它实施例，亦可使用一 P型金属一氧化层一半导体(P—type Metal-Oxide-Semiconductor; PMOS)薄膜晶体管作为感测薄膜晶体管，而此 时光二极管则为一 P型半导体-本征区-P型半导体(P一type-intrinsic-P—type; PIP)二极管。据此，可使用显示面板制造中成本较低的PMOS-LTPS技术来 实现此实施例所提出的光感测器架构。
再者，上述的感测薄膜晶体管及光二极管可被应用于一显示面板中。举
例来说，本征半导体区域232(即基极212及本征半导体区域222)可被设置于 显示面板的低温多晶硅层中，而H型金属层234(即栅极214)可被设置于显示 面板的第一金属层中。而且，此H型金属层234(即栅极214)可通过显示面板 的第二金属层(例如金属层244)透过接触插塞(contact plug)而电性连接本征半 导体区域232(即光二极管220的本征半导体区域222)。另外，亦可使用显示 面板的第二金属层(例如金属层246、 248)来作为N型半导体区域236及238 对外的连接电极。
图3A根据本发明的一实施例绘示一显示面板的上视图，图3B为图3A 沿AA'线的剖面图，图3C为图3A中的光感测器的相对应结构示意图。以下 说明请参照第3A 3C图。显示面板300包含一对相对应设置的基板330及 340、液晶层350以及复数个像素单元360。为了清楚说明本实施例，在图3A 及图3B中仅以单一个像素单元360作为代表来配合说明。液晶层350设置 于基板330及340之间，且像素单元360设置于基板330及340上。每个像 素单元360包含一光感测区域362以及一显示区域364。光感测区域362中 包含有一光感测器372以及一读取薄膜晶体管382。读取薄膜晶体管382用 以读取光感测器372所产生的信号。如图3C所示，光感测器372，其相对应 结构包含一感测薄膜晶体管310及一光二极管320。感测薄膜晶体管310具 有一栅极314与一基极312，而光二极管320具有一本征半导体区域322与 感测薄膜晶体管310的栅极314及基极312电性连接。
基板330及340的其中至少一者的材质包含透明材料(如玻璃、石英、
或其它材料)、不透明的材料(如硅片、陶瓷、或其它材料)、可挠性材料(如
聚酯类、聚烯类、聚酰类、聚醇类、聚环烷类、聚芳香族类、或其它材料、
或上述的组合)、或上述的组合。此实施例中的基板330及340是以玻璃基板 为实施范例。
基板330上设置有共同电极331，其材质可为透明导电材料，如铟锡
氧化物、铝锌氧化物、镉锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、或其它材料、
或上述的组合。在共同电极331上则分别对应光感测区域362及显示区域364 而设置有遮光层332(例如黑色矩阵)及彩色滤光层334。半导体层341、绝缘 层342、第一金属层343、绝缘层344、绝缘层345、第二金属层346、保护 层347、绝缘层348依序形成于基板340之上，并分别被图案化而构成光感 测器372、读取薄膜晶体管382、显示薄膜晶体管374、储存电容384、 N型 半导体区域391a 391f以及接触插塞393a 393f。
半导体层341例如为含硅的多晶材质、含硅的微晶材质、含硅的单晶材 质、含硅的非晶材质、或上述的组合。在此实施例中，半导体层341的材质 为低温多晶硅材质。绝缘层342、绝缘层344、绝缘层345、保护层347、绝 缘层348的其中至少一者的材质包含有机材质(如光阻、聚丙酰醚 (polyarylene ether; PAE)、聚酰类、聚酯类、聚醇类、聚烯类、苯并环丁烯 (benzocyclclobutene; BCB)、 HSQ (hydrogen silsesquioxane) 、 MSQ(methyl silesquioxane)、硅氧碳氢化物(SiOC-H)、或其它材质、或上述的组合)、无机 材质(如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、碳化硅、氧化铪、或其它材料、 或上述的组合)、或上述的组合。
更具体地说，图3A与图3B的半导体层341对应于图3C的基极312及 本征半导体区域322。图3A与图3B的第一金属层343对应于图3C的栅极 314，并通过第二金属层346(透过例如接触插塞)而电性连接于半导体层341。 图3A与图3B的光感测器372中未被第一金属层343所遮挡的半导体层341， 即对应于图3C的光二极管320中用来接收光线的本征半导体区域322。图 3A与图3B的N型半导体区域391c对应至图3C中的漏极316与N型半导 体区域326，而图3A与图3B的N型半导体区域391d则对应于图3C中的 源极318与N型半导体区域328。
在此实施例中，感测薄膜晶体管310为一NMOS薄膜晶体管，而光二极 管320则为一NIN二极管。然而，根据其它实施例，亦可使用一PMOS薄膜
晶体管作为感测薄膜晶体管，而此时光二极管则为一PIP二极管。再者，上
述的像素单元360包含有至少一个次像素单元，而每个次像素单元被定义为 均对应至一个显示区域。也就是说，在实际应用时，可选择地在一像素单元 中对不同颜色的显示区域分别配置一个光感测区域，或是在一像素单元中对 多个显示区域共享一个光感测区域。
以下说明像素单元360对于光线变化的作动关系。如图3B所示，遮光 层332对应光感测器372 (例如光二极管320中用来接收光线的本征半导体区 域322)具有一开口 333，以供检测像素单元360外部的光线变化。光二极管 320因为光线照射而产生的光电流，会经过并导通感测薄膜晶体管310而放 大了此光感测器320的光电流，再经由读取薄膜晶体管382的读取并传到外 部电路(例如处理器)。
举例来说，当像素单元360外部未被阻挡住光线时(即开口 333未被障碍 物挡住时)，本征半导体区域322因接收到的光线强度变强而使得感测薄膜晶 体管310得到的光电流信号变大，此时读取薄膜晶体管382会将代表无障碍 物(例如是手指或是外物)的信号传送至外部的处理器；当障碍物靠近像素单 元360而阻挡住光线时，本征半导体区域322因接收到的光线强度变弱而使 得感测薄膜晶体管310得到的光电流信号变小，此时读取薄膜晶体管382会 将代表有障碍物的信号传送至外部的处理器。
当此显示面板300为触控式显示面板时，处理器会根据此信号判断而定 义出手指或外物按压于显示面板300中哪一个像素单元的位置上。或者，当 此显示面板使用此种像素单元360或是仅使用光感测区域362来检测外界环 境的光量时，处理器会根据此信号判断此时显示面板300所处的外界环境的 光量是否足够，甚至根据此信号调整背光模块的亮度。
上述光感测区域362可采用主动式像素感测(Active Pixel Sensor; APS) 架构、被动式像素感测(Passive Pixel Sensor; PPS)架构、或其它适用的感测 架构来实现光感测器372及读取薄膜晶体管382之间的连接关系。图4根据
本发明的一实施例绘示一种主动式像素感测架构400。多个像素单元410分 别由不同列的信号线420所控制，而其读取薄膜晶体管412则通过重置晶体 管430共享同一线路440对外传送信号至处理器。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任 何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可 作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为 准。
权利要求
1.一种光感测器，包含一感测薄膜晶体管，具有一栅极与一基极；以及一光二极管，具有一本征半导体区域与所述的栅极及所述的基极电性连接，其中所述的感测薄膜晶体管及所述的光二极管为包含低温多晶硅材质的结构。
2. 如权利要求1所述的光感测器，其特征在于，所述的感测薄膜晶体管及所述的光二极管形成于一显示面板中。
3. 如权利要求2所述的光感测器，其特征在于，所述的基极及所述的本 征半导体区域设置于所述的显示面板的一低温多晶硅层中，所述的栅极设置于所述的显示面板的一第一金属层中，且所述的栅极通过所述的显示面板的 一第二金属层电性连接于所述的本征半导体区域。
4. 如权利要求1所述的光感测器，其特征在于，所述的栅极为H型，且 位于所述的本征半导体区域上。
5. 如权利要求1所述的光感测器，其特征在于，所述的感测薄膜晶体管 还包含一漏极及一源极，分别与所述的光二极管的两端电性连接。
6. 如权利要求1所述的光感测器，其特征在于，当所述的感测薄膜晶体 管为一PMOS薄膜晶体管时，所述的光二极管为一PIP二极管；以及当所述 的感测薄膜晶体管为一 NMOS薄膜晶体管时，所述的光二极管为一 NIN 二 极管。
7. —种显示面板，包含 一对相对应设置的基板；一液晶层，设置于所述的这对基板之间；以及复数个像素单元，设置于所述的这对基板上，每一所述的这些像素单元 包含一光感测区域以及一显示区域，其中所述的光感测区域包含一光感测器，包含一感测薄膜晶体管，具有一栅极与一基极；以及一光二极管，具有一本征半导体区域与所述的栅极及所述的基极电性连接；以及一读取薄膜晶体管，用以读取所述的光感测器所产生的信号。
8. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的感测薄膜晶体管 及所述的光二极管为包含低温多晶硅材质的结构。
9. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的像素单元包含至 少一个次像素单元。
10. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的显示区域包含 一储存电容及一显示薄膜晶体管。
11. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的基极及所述的 本征半导体区域设置于一低温多晶硅层中，所述的栅极设置于一第一金属层 中，所述的栅极通过一第二金属层电性连接于所述的本征半导体区域，其中 所述的低温多晶硅层、所述的第一金属层以及所述的第二金属层依序形成于 所述的这对基板其中的一者上。
12. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的栅极为H型， 且位于所述的本征半导体区域上。
13. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的感测薄膜晶体 管还包含一漏极及一源极，分别与所述的光二极管的两端电性连接。
14. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，当所述的感测薄膜晶 体管为一PMOS薄膜晶体管时，所述的光二极管为一PIP二极管；以及当所 述的感测薄膜晶体管为一 NMOS薄膜晶体管时，所述的光二极管为一 NIN 二极管。
15. 如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的这对基板其中 的一者具有一遮光层，且所述的遮光层对应所述的光二极管具有一开口。
16.如权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述的显示面板为一 触控式显示面板。
全文摘要
本发明是关于一种光感测器，包含一感测薄膜晶体管以及一光二极管。感测薄膜晶体管具有一栅极与一基极。光二极管具有一本征半导体区域与感测薄膜晶体管的栅极及基极电性连接。感测薄膜晶体管及光二极管为包含低温多晶硅材质的结构。一种包含此光感测器的显示面板亦同时被揭露。
文档编号G02F1/136GK101106143SQ200710139719
公开日2008年1月16日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者卓恩宗, 彭佳添, 林崇荣, 林昆志, 江文任, 甘丰源, 翁健森, 赵志伟, 金雅琴, 陈至扬 申请人:友达光电股份有限公司