专利名称：光量检测电路的制作方法
技术领域：
本发明关于光传感器(photosensor)的光量检测电路，特别是关于使用薄膜晶体管的光传感器的光量检测电路。
背景技术：
现在的显示装置系因应市场要求的小型化、轻量化、薄型化而普遍使用平面面板显示器(flat panel display)。这种显示装置系例如检测外部光线以控制显示器画面的亮度者等，而有装设光传感器者也很多。
例如图10系在液晶显示器(LCD)305安装光传感器306，依照受光的周围的光控制LCD显示面的背光亮度的显示装置。作为该光传感器有如使用Cds电池的光电转换组件(例如参照专利文献1)。
此外，也已知有LCD或有机EL显示器与在同一基板上设置半导体层形成光二极管(例如参照专利文献2)使薄膜晶体管作为光传感器利用的技术(例如参照专利文献3)。
日本特开平6-11713号公报[专利文献2]日本特开2002-176162号公报[专利文献3]日本特开2003-37261号公报发明内容(发明所欲解决的问题)如图10的显示器系将显示部与光传感器以不同的生产设备经由不同的制造步骤制造不同的模块，对于机器组件数量的减少、各模块组件的制造成本的降低都有限。
因此，已有将显示器与光传感器嵌入同一基板上如上述专利文献2的技术已进行开发。将二极管作为光传感器利用时，系将二极管的逆偏压时的漏电流作为光量检测，但在上述情形，以预定时间强制更新(refresh)等方法期望光传感器的特性提升并增长寿命。
但是二极管的情形，由于栅极电极与源极连接(或漏极)，栅极电极与源极通常为相同电位，故无法单独施加电压于栅极电极和源极，也无法更新。再者，pn接合型的二极管的情形，光照不到时的泄漏特性不稳定，故有不适于光传感器的问题。
此外，也已知有使用薄膜晶体管，将因切断(不导通)时照射的光引起的漏电流作为光量检测的光传感器，但这种情形的光量非常微小，而有反馈困难的问题。
(用以解决问题的手段)本发明系鉴于上述问题而研创者，乃提出一种光量检测电路，具备由在基板上叠层栅极电极、绝缘膜及半导体层，设置于该半导体层的沟道与设置于该沟道两侧的源极及漏极的薄膜晶体管构成，而用以将所接受的光转变为电信号的光传感器；第1开关晶体管；第2开关晶体管；电阻器；以及电容；在高电位的第1电源端子及低电位的第2电源端子之间串联连接前述第1开关晶体管和前述光传感器，在前述第1电源端子及前述第2电源端子之间串联连接前述第2开关晶体管和前述电阻器，前述电容的一端是通过第1连接点与前述第2开关晶体管的控制端子连接，另一端系与前述第1电源端子或第2电源端子连接，使前述第1开关晶体管导通以使前述第1连接点的电位在前述电源端子的任一个电位充电，使前述第1开关晶体管不导通，藉由来自前述光传感器的放电使前述第1连接点的电位变动，并藉由前述第1连接点的电位使前述第2开关晶体管导通或不导通，藉由从该前述第2开关晶体管及前述电阻的第2连接点检测输出电压，而解决前述的问题者。
此外，前述第2开关晶体管的特征为，连接于前述第1电源端子侧的情形为p沟道型晶体管，连接于前述第2电源端子侧的情形为n沟道型晶体管。
此外，前述第1及第2开关晶体管是以薄膜晶体管形成。
此外，前述电阻器是以定电压施加于控制端子的薄膜晶体管。
此外，藉由使前述定电压变动，调整前述输出电压的检测感测度。
此外，前述电阻器系电阻值以103Ω至108Ω左右的材料形成。
此外，藉由使前述电阻值改变，调整前述输出电压的检测感测度。
此外，在预定期间于第1开关晶体管输入脉冲，使前述第1连接点的电位在前述电源端子的任一个的电位重新设定(reset)。
此外，前述半导体层系在前述源极与前述沟道间或前述漏极与前述沟道间的接合区域直接受光，使光电流(photocurrent)产生。
此外，在前述半导体层的前述源极与前述沟道间或前述漏极与前述沟道间设置低浓度杂质区域。
此外，前述低浓度杂质区域系将藉由入射光产生的光电流设于输出侧。
(发明的效果)根据本发明，第一，将光传感器的微小输出电流转换(放大)为电压而可检测。此外，输出电压系可以二值检测，再利用累计面积等使模拟输出也为可能。即，使输出电压可利用于数字也可利用于模拟，故可获得多用途的光量检测电路。而且电路的构成要素变少，组件数量也可减少。
第二，由于构成电路的开关晶体管为薄膜晶体管，故可嵌入使用采用薄膜晶体管的显示装置的制造步骤的光量检测电路。
第三，电阻器为以预定电位施加于控制端子的薄膜晶体管，故可嵌入使用采用薄膜晶体管的显示装置的制造步骤的光量检测电路。
第四，藉由使施加于成为电阻器的薄膜晶体管的控制端子的电位变化，可使输出电压变动，因此可依电位变动调整光量检测电路的感测度。
第五，电阻器是以透明电极材料形成，故可一体设置例如使用采用薄膜晶体管的LCD或有机EL显示器等的制造步骤的光量检测电路。
第六，藉由输入至第1开关晶体管的一个脉冲使电路动作，可以简单的动作使光传感器的输出电流转换为电压。
第七，对光传感器直接照射光使光电流产生，故藉由检测光电流而几乎可直接检测外部光线。
第八，藉由将光传感器的薄膜晶体管设为LDD构造，可促进光电流的产生。尤其是将光电流的输出侧设为LDD构造，更能有效促进光电流的产生。此外，藉由设为LDD构造，可稳定Vg-ld特性的切断特性(off characteristic)(检测的区域)成为稳定的装置。
图1表示本实施形态的光量检测电路的电路概要图。
图2(A)表示本发明的光传感器的构造的剖视图。图2(B)及(C)表示本发明的光传感器的Id-Vg曲线的特性图。
图3(A)表示本发明的光量检测电路的时序图表。图3(B)及(C)表示本发明的光量检测电路的特性图。
图4(A)至(C)表示本发明的光量检测电路的特性图。
图5(A)至(C)表示本发明第1实施形态的光量检测电路的其它构造的电路概要图。
图6(A)至(D)表示本发明第1实施形态的光量检测电路的其它构造的电路概要图。
图7表示本发明第2实施形态的光量检测电路的电路概要图。
图8(A)表示使用本发明的光量检测电路的显示装置的外观图。
图8(B)表示使用本发明的光量检测电路的显示装置的检测流程图。
图9表示使用本发明的光量检测电路的显示装置的剖视图。
图10表示现有光传感器的概要图。
主要组件符号说明1 第1开关晶体管2第2开关晶体管3 电阻器 5、306 光传感器10 基板 11、111 栅极电极12 栅极絶缘膜 13、113 半导体层13c、113c 沟道 13d、113d栅极13s、113s 源极 13LD 低浓度杂质区域14 缓冲层的绝缘膜 15 层间绝缘膜16、116 漏极电极 17 平坦化绝缘膜18、118 源极电极 20 显示装置21 显示区域 22 H扫描仪23 V扫描仪 24 外部连接端子30 显示像素 100 光量检测电路120 透明电极 305 液晶显示器C 电容 c、d 光量
DL 漏极线 GL 栅极线GND 接地电位 Id 漏极电流n1 第1连接点n2 第2连接点STV 垂直开始信号 T1 第1电源端子T2 第2电源端子 Va 定电压Va1、Va2、Va3、Va4 栅极电压 Vd 漏极电压VDD 电源电位 Vg 栅极电压Vout输出电压 Vpulse 输入信号Vs 源极电压 VTH 临限值电压W 栅极宽度 x1、x2交点具体实施方式
参照图1至图9详细说明本发明的实施形态。
图1表示本实施形态的光量检测电路的概要图。
本实施形态的光量检测电路100系具有光传感器5；电容C；第1开关晶体管1；第2开关晶体管2；第1连接点n1；第2连接点n2；电阻器3；第1电源端子T1以及第2电源端子T2。
第1电源端子T1只要比第2电源端子T2高电位即可，本实施形态是以VDD电位作为第1电源端子T1，以GND电位作为第2电源端子T2为一例来说明。
第1开关晶体管1系藉由将输入信号Vpulse输入至控制端子而导通，与光传感器5串联连接。而且两者系连接于第1电源端子T1与第2电源端子T2之间。
此外，第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，该等也连接于第1电源端子T1与第2电源端子T2之间。
电容C系一端由第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端与第1电源端子T1或第2电源端子T2连接。电容C系藉由导通第1开关晶体管1而充电，而使第1连接点n1的电位变动。
以下具体来说明。电容C藉由第1连接点n1一端与光传感器5的输出端子连接，另一端与第1电源端子T1连接。而且电容C与第1开关晶体管1并联连接。并以预定期间输入脉冲至第1开关晶体管1的控制端子。
第2开关晶体管2系串联连接于第1电源端子T1与第2电源端子T2之间，在其控制端子施加来自第1连接点n1的输出。以第1开关晶体管1为n沟道型的薄膜晶体管(Thin Film Transistor；以下称TFT)，第2开关晶体管2为p沟道型的薄膜晶体管作为一例说明。该等的构造系与后面叙述的光传感器5相同。
电阻器3系藉由第2连接点n2一端与第2开关晶体管2的一端连接，另一端系与第2电源端子T2连接而接至地面。电阻器3系例如为p沟道型的TFT，在其控制端子施加有定电压Va。如上所述可利用固定栅极电压Va和TFT作为电阻，使TFT的源极-漏极之间成为高电阻。借此，使以光传感器5由第2连接点n2检测的光电流转换为电压输出，藉由变动定电压Va使输出的电压也变动。另外，此种情形源极-漏极之间的电阻值系设为103Ω至108Ω左右。
如上所述藉由在第1电源端子T1与第2电源端子T2之间连接具有高电阻值的电阻器3，可使以光传感器5检测的光电流作为电源电位VDD和接地电位GND之间的电位差的分压输出。第1电源端子T1、第2电源端子T2之间的电压系作为反馈之用，只要设定在简单的范围即可。另外，定电压Va的变动和详细的电路动作之后会叙述。
参照图2说明本实施形态的光传感器5。图2(A)表示光传感器5的构造的剖视图。图2(B)(C)表示作为光传感器5的TFT的电流电压特性的图。
光传感器5系如图2(A)所示，为由栅极电极11、絶缘膜12、半导体层13构成的TFT。
也即，在由石英玻璃、无碱玻璃等形成的绝缘性基板10上设置作为缓冲层的绝缘膜(SiN、SiO2等)14，在其上层叠层由多结晶硅膜(Poly-Silicon，以下称为「p-Si」)形成的半导体层13。该p-Si膜系叠层非晶质硅膜，藉由雷射退火(laser anneal)等再结晶化形成也可。
在半导体层13上叠层由SiN、SiO2等形成的栅极绝缘膜12，在其上形成由铬(Cr)、钼(Mo)等高熔点金属构成的栅极电极11。
在半导体层13，位于栅极电极11下方设有作为真实或实质上真实的沟道13c。此外，在沟道13c的两侧设有作为n+型杂质的扩散区域的源极13s及漏极13d。
栅极绝缘膜12与门极电极11上的全面例如依序叠层SiO2膜、SiN膜、SiO2膜形成层间绝缘膜15。在栅极绝缘膜12及层间绝缘膜15对应漏极13d及源极13s设置接触孔，填入铝(Al)等金属并设置漏极电极16及源极电极18，分别与漏极13d及源极13s接触。
上述构造的p-Si TFT系TFT切断时在半导体层13由外部入射光后，沟道13c和源极13s或沟道13c和漏极13d的接合区域产生电子-电洞。该电子-电洞因接合区域的电场被分开，产生光引发电动势而得到光电流(photo current)，光电流系例如由源极电极18侧输出。
也即，检测在切断时获得的光电流(以下称Ioff)增加，以作为光传感器利用。
因此，可在半导体层13设置低浓度杂质区域。所谓低浓度杂质区域系邻接源极13s或漏极13d的沟道13c侧设置，比源极13s或漏极13d杂质浓度低的区域。藉由设置该区域，可缓和集中于源极13s(或漏极13d)端部的电场。但杂质浓度过度下降时电场会增加，此外低浓度杂质区域的宽度(由源极13s端部朝沟道13c方向的长度)也会影响电场强度。即低浓度杂质区域的杂质浓度及区域宽度需为适当值，例如0.5μm至3μm左右。
本实施形态系例如在沟道13c与源极13s之间(或沟道13c与漏极13d之间)设置低浓度杂质区域13LD，作为所谓LDD(Light DopedDrain低杂质漏极)构造。设定LDD构造后，可使产生光电流的接合区域在栅极长L方向增加，故容易产生光电流。也即，至少在光电流的输出侧设置低浓度杂质区域13LD即可。此外，藉由设定LDD构造使Vg-ld特性的切断特性(检测的区域)稳定，成为稳定的装置。
图2(B)、(C)表示形成光传感器5的TFT的Vg-ld曲线，图2(B)系栅极宽度W为600μm者，图2(C)系栅极宽度W为6μm者。此外，任一者的栅极长均为13μm。该图表表示以使用n沟道型的TFT为例，在漏极电压Vd＝10V、源极电压Vs＝GND的条件，有入射光的情形(实线)与无入射光的情形(虚线)。
图中栅极电压Vg＝0V至-1V以下为切断状态，栅极电压Vg超过临限值时TFT为导通状态，使漏极电流Id增加。例如TFT在完全切断状态的栅极电压Vg＝-3V附近时，图2(B)的情形，在无入射光时，1×10-12A左右的漏极电流Id会因为照射到光而增加至1×10-9A左右。藉由入射光增加的漏极电流Id即为Ioff。
另一方面，如图2(C)，栅极宽度W变小、无入射光时，1×10-14-A的漏极电流Id会因为光的入射变成1×10-11A。
如上所述，藉由增大栅极宽度W，只要光量相同，与栅极宽度W变小的情形比较，可获得较大的Ioff。
可是，任一情形都能检测Ioff，但该位准的状况要反馈很困难。
于是，本实施形态系如图1提供用以读取上述光传感器5的微小电流的电路，使用以反馈的充分光量检测为可能。
另外，图1所示的电路的光传感器5是通过1个以上不到500个左右的上述TFT形成，复数个光传感器的情形，与栅极电极11共通并并联连接。本实施形态系100个TFT并联连接的一例。
此外，本实施形态中，第1开关晶体管1及第2开关晶体管2也与图2的光传感器5为同样的薄膜晶体管。然后也将第1开关晶体管1及第2开关晶体管2设为所谓LDD构造，由于可缓和集中于源极(或漏极)端部的电场，非常适合。
此外，构成光量检测电路100的光传感器5以外的TFT系如图所示，在半导体层13的上层将栅极电极11配置为所谓顶部栅极(top gate)构造也可，或在半导体层13的下层将栅极电极11配置为底部栅极(bottom gate)构造也可。光传感器5以外的TFT为顶部栅极构造时，可在该等设置遮光层。遮光层系考量例如在半导体层的上下配置栅极电极等，并将下层的栅极电极设为遮光层。此时作为遮光层的栅极电极的电位为流动的，或与上层的栅极电极共通，或设为不同电位等，可依照电路构成而适当加以选择。
以下参照图3及图1说明光量检测电路100的动作。图3(A)为时序图表，图3(B)、(C)为输出电压Vout的输出例。
第1开关晶体管1的控制端子，也即在一定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使电源电位VDD充电。
脉冲为低L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。本实施形态是以将第1连接点n1设为基准电位(VDD电位)，藉由从光传感器5放电使第1连接点n1的电位下降得到输出电压。
对光传感器5照射光后，会输出例如10-14A至10-9A左右非常微小的Ioff。Ioff系如前面所述，为构成光传感器5的TFT切断时，藉由照射的光量产生的暗电流。即藉由光从构成光传感器5的TFT检测漏电流并检测光量。因此，对光传感器5照射光之后，依照该光量由光传感器5使电荷放电，如图3(A)的实线a所示，第1连接点n1的基准电位(VDD电位)会渐渐下降。
第2开关晶体管2为p沟道型TFT，该控制端子(栅极电极)系与第1连接点n1连接。即第1连接点n1的电位下降至临限值电压VTH以下之后，第2开关晶体管2导通。
电阻器3为晶体管，但形成有由定电压Va导通，而对应于定电压的沟道，可视为电阻值为一定的电阻器。即输出电压Vout系将第1电源端子T1和第2电源端子T2的电位差以第2开关晶体管2的电阻值与电阻器3的电阻分压输出。即第2开关晶体管2导通以前，第2开关晶体管2的电阻值比电阻器3的电阻值大许多，第2连接点n2系藉由第2电源端子T2成为近电压。一端导通后，第2开关晶体管2的电阻值比电阻器3的电阻值小得多，第2连接点n2会成为接近第1电源端子T1的电压。
即，将以光传感器5检测的光电流作为电源电位VDD与接地电位GND之间电位差的分压，可检测接近电源电位VDD的输出电压Vout。
因此，电阻器3的电阻值为非常高的电阻值，故即使是少许的光电流也可得到容易反馈且电压数值非常大的输出电压Vout。
如上所述本实施形态的光量检测电路100系仅在第1开关晶体管1输入电压Vpulse的脉冲即可动作。此外，构成电路的构成要素也可仅由三个TFT和一个电容实现，可减少组件数量。
图3(B)、(C)表示以光量输出电压Vout的输出例。图表的X轴表示时间，Y轴表示输出电压Vout。实线a、虚线a’系电阻器3的定电压Va为相同，但以光传感器5检测的光量不同的情形，实线a、b系分别表示电阻器3的定电压Va不同的情形。
由该图表可明白光量及电阻器3的Va值与输出电压Vout输出的时间的关系。
首先，参照图3(B)说明在相同的Va值光量大的情形(实线a)与光量小的情形(虚线a’)。
如前面所述藉由输入信号Vpulse提高至基准电位VDD的第1连接点n1的电压系依照在光传感器5检测的光量减少(图3(A)实线a)。然后使第2开关晶体管2的临限值(threshold)电压降低，使第2开关晶体管2导通后，使电流从第1电源端子T1流通于电阻器(TFT)3(图3(B)t1)。TFT3系形成有对应栅极电压Va的沟道，经过预定时间流通TFT3的电流会成为饱和状态。借此成为具有一定电阻值的电阻器3，在该时点由第2连接点n2作为电源电压VDD和电阻器3的分压，可检测输出电压Vout。
再经过一段时间后，输入Vpulse至第1开关晶体管1使第2开关晶体管2导通，故输出电压Vout几乎为0V(t3)。即检测输出电压Vout的时间(H位准)、未检测输出电压Vout的时间(L位准)可以二个值检测。
另一方面如虚线a’在光量少时光传感器5的放电量也变少，因此到达第2开关晶体管2的临限值电压的时间比实线a迟。也即，第2开关晶体管2导通的时序变迟(t4)，输出电压Vout成为H位准的时序也变迟(t5)。藉由以一定周期在第1开关晶体管1输入的Vpulse使第2开关晶体管2切断，输出电压Vout成为L位准(t3)。流通TFT3的电流成为饱和状态的时间几乎为一定，故第2开关晶体管2导通的时序变迟表示输出电压Vout成为H位准的期间缩短。
另外，只要H位准的期间变长可检测输出电压Vout的时序也变长，故可作为光量检测电路的感测度。因此，本实施形态的光量检测电路100系可由光量的大小(实线a、虚线a’)改变感度。
接着，参照图3(C)说明在相同的光量Va值大的情形(实线a)与Va值小的情形(实线b)。
如前面所述藉由输入输入信号Vpulse提高至基准电位VDD的第1连接点n1的电压系依照在光传感器5检测的光量减少(图3(A)实线a)。然后使第2开关晶体管2的临限值电压降低，使第2开关晶体管2导通后，使电流从第1电源端子T1流通于电阻器(TFT)3(图3(C)t11)。TFT3系形成有对应强大栅极电压Va1的沟道，经过预定时间流通的电流会成为饱和状态。借此成为具有一定电阻值的电阻器3，在该时点由第2连接点n2作为电源电压VDD和电阻器3的分压，可检测输出电压Vout(图3(C)t12)。
再经过一段时间后，输入Vpulse至第1开关晶体管1使第2开关晶体管2切断，故输出电压Vout几乎为0V(t13)。即检测输出电压Vout的时间(H位准)、未测输出电压Vout的时间(L位准)可以二值检测。
另一方面如实线b在Va值低(Va2)时，只要光量相同，到达第2开关晶体管2的临限值电压的时间几乎与实线a同时。因此，第2开关晶体管2导通的时序也为同时(t11)。
第2开关晶体管2导通后，电流会从第1电源端子T1流通于电阻器(TFT)3。TFT3系形成有对应低栅极电压Va2的沟道，经过预定时间会成为饱和状态，之后系可利用对应电阻器3的电阻值的分压检测输出电压Vout(t14)。
再经过一段时间后，输入Vpulse至第1开关晶体管1使第2开关晶体管2切断，故输出电压Vout几乎为0V(图3(C)t13)。
在此，只要栅极电压Va2降低沟道宽度也会变小，故流通TFT3的电流成为饱和状态的时间比栅极电压Va1的情形快。因此，可检测输出电压Vout的时序提前，成为H位准的期间变长(t12→t14)。
即只要Va值降低，光量检测电路100的感度提升，可由Va值的变动调节感度。
再参照图4说明。图4(A)表示TFT3的栅极电压Va与第2开关晶体管2的Vd-Id特性的一例。c、d为第2开关晶体管2的Vd-Id特性，点线Va3、Va4为TFT3的Vd-Id特性。此外图4(B)为与图4(A)对应，替换图3(C)的输出例的X轴及Y轴的模式图。实线c、d光量不同，光量d比光量c多，此外，点线Va3、Va4为栅极电压，栅极电压Va4设为比栅极电压Va3大。
如图4(A)、(B)栅极电压Va3的情形，在第2开关晶体管2的线形区域有与光量c、d的交点x1，光量c、d的任一者均可检测H位准的输出电压Vout。而且光量d比光量c的检测期间长。
另一方面如图4(C)，使栅极电压Va过于增大(Va4)后，在第2开关晶体管2的线形区域的交点x2系只成为光量d。光量c系在TFT3的饱和状态，第2开关晶体管2也成为饱和状态，故得知无法检测输出电压Vout。此外，光量d的检测期间也变短。
因此，适当选择Vpulse、Va使第2开关晶体管2的线形区域的TFT3的Vd-Id曲线交会。
如上所述，本实施形态的光量检测电路100系可由第2开关晶体管2的导通·切断得到二个值的输出。因此，可利用于某个时序判定光传感器5导通/切断的情形。
而且，藉由调整作为电阻器3的栅极电压Va，可改变光量检测电路100的输出电压Vout的检测感度。
尤其是光电流为TFT的暗电流，故其检测值会产生偏差。但由电阻器3的栅极电压Va可调整输出电压Vout的检测感度，因此可将复数个光量检测电路100的检测感度设为一定。故可提供性能偏差少的光量检测电路100。
此外，另一方面，算出累计面积等也可使输出电压Vout的模拟输出为可能，可利用定量检测某时序的光量，也可实现多用途性的光量检测电路100。
本实施形态不仅依据电阻器3的栅极电压Va，也可依据光传感器5的连接数、输入信号Vpulse的周期、电容C的大小调整检测感度。光传感器5的连接数系有助于检测外部光线时产生的放电量，输入信号Vpulse的周期则如图3所示输出电压Vout为H位准期间。再者电容C的大小为施加于第2开关晶体管2的栅极电极的电位，由V＝Q/C的关系使电荷从电容C放电藉以使电位变动。即电容C小时更可提高检测感度。
以上，如图1所示以光量检测电路为例说明，但本实施形态的光量检测电路并不限于上述构成。也即，只要导通第1开关晶体管1使第1连接点n1的电位于第1电源端子T1或第2电源端子T2的电位充电，遮断第1开关晶体管1，由来自光传感器5的放电使第1连接点n1的电位变动，由该电位导通或遮断第2开关晶体管2以检测来自第2开关晶体管2及电阻器3的第2连接点n2的输出电压者也可。
图5及图6表示第1实施形态的光量检测电路的其它构成。首先，图5为输出电压Vout可接近第1电源电位VDD检测电位的电路。
图5(A)第1开关晶体管1系与光传感器5串联连接，并连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，且该等也连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2为p沟道型TFT，电阻器3为n沟道型TFT。电容C系与光传感器5并联连接，一端从第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端则与第2电源端子T2连接。
第1开关晶体管1的控制端子，也即在一定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使电源电位VDD充电。
脉冲为L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。照射光至光传感器5，对应其光量的电荷从光传感器5放电，并使第1连接点n1的基准电位(VDD)下降。
第2开关晶体管2系使第1连接点n1的电位下降至临限值电压VTH以下而导通。借此，第2开关晶体管2的电阻值系比电阻器3的电阻值小许多，第2连接点n2系在第1电源端子T1成为近电压。即藉由导通第2开关晶体管2，将以光传感器5检测的光电流作为电源电位VDD与接地电位GND之间电位差的分压，可接近电源电位VDD以电位输出输出电压Vout。
图5(B)第1开关晶体管1系与光传感器5串联连接，并连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，且该等也连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2为n沟道型TFT，电阻器3也为n沟道型TFT。电容C系与第1开关晶体管1并联连接，一端从第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端则与第1电源端子T1连接。
第1开关晶体管1的控制端子，也即在一定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使电源电位VDD充电。
脉冲为L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。照射光至光传感器5，对其光量的电荷从光传感器5放电，并使第1连接点n1的基准电位(VDD)下降。
n沟道型TFT的第2开关晶体管2系从第1开关晶体管1导通时使第1连接点n1的电位下降到达临限值电压VTH之间导通。即，第2开关晶体管2导通之间，第2开关晶体管2的电阻值比电阻器3的电阻值小许多，第2连接点n2会成为接近第2电源端子T2的电压。另一方面由临限值电压VTH使电压下降后，遮断第2开关晶体管2，第2开关晶体管2的电阻值比电阻器3的电阻值大许多，第2连接点n2会成为更接近第1电源端子T1的电压。即藉由遮断第2开关晶体管2，将以光传感器5检测的光电流作为电源电位VDD与接地电位GND之间电位差的分压，可接近电源电位VDD以电位输出输出电压Vout。
图5(C)第1开关晶体管1系与光传感器5串联连接，并连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，且该等也连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2为n沟道型TFT，电阻器3也为n沟道型TFT。电容C系与光传感器5并联连接，一端从第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端则与第2电源端子T2连接。
第1开关晶体管1的控制端子，也即在一定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使电源电位VDD充电。
脉冲为L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。照射光至光传感器5，对应其光量的电荷从光传感器5放电，并使第1连接点n1的基准电位(VDD)下降。
n沟道型TFT的第2开关晶体管2系从第1开关晶体管1导通时使第1连接点n1的电位下降到达临限值电压VTH之间导通。即，第2开关晶体管2导通之间，第2连接点n2会成为接近第2电源端子T2的电压。另一方面遮断第2开关晶体管2后，第2连接点n2会成为更接近第1电源端子T1的电压。即藉由遮断第2开关晶体管2，可接近电源电位VDD以电位检测输出电压Vout。
图6为从图1及图5(A)替换图5(C)的第1开关晶体管1与光传感器5的连接的构造，藉由该构造输出电压Vout系可以电位检测接近第2电源端子T2的电位。
图6(A)第1开关晶体管1系与光传感器5串联连接，并连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，且该等也连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2为p沟道型TFT，电阻器3为n沟道型TFT。电容C系与光传感器5并联连接，一端从第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端则与第1电源端子T1连接。
第1开关晶体管1的控制端子，也即在一定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使接地电位GND充电。
脉冲为L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。照射光至光传感器5后，对应其光量的电荷从光传感器5放电，并使第1连接点n1的基准电位(GND)上升。
p沟道型TFT的第2开关晶体管2系从第1开关晶体管1导通时使第1连接点n1的电位下降至临限值电压VTH而导通。借此，第2开关晶体管2导通时，第2连接点n2会成为接近第1电源端子T1的电压。另一方面，第1连接点n1的电位超过临限值电压时即遮断第2开关晶体管2。借此，第2连接点n2会成为接近第2电源端子T2的电压。即藉由遮断第2开关晶体管2可接近接地电位GND以电位检测输出电压Vout。
图6(B)第1开关晶体管1系与光传感器5串联连接，并连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，且该等也连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2为p沟道型TFT，电阻器3为n沟道型TFT。电容C系与第1开关晶体管1并联连接，一端从第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端则与第2电源端子T2连接。
第1开关晶体管1的控制端子，也即在一定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使接地电位GND充电。
脉冲为L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。照射光至光传感器5后，对应其光量的电荷从光传感器5放电，并使第1连接点n1的基准电位(GND)上升。
p沟道型TFT的第2开关晶体管2系从第1开关晶体管1导通时使第1连接点n1的电位上升至临限值电压VTH而导通。借此，第2连接点n2系在第2开关晶体管2导通时，成为接近第1电源端子T1的电压。另一方面，第1连接点n1的电位超过临限值电压VTH时即遮断第2开关晶体管2，且第2连接点n2会成为接近第2电源端子T2的电压。即藉由遮断第2开关晶体管2可在接地电位GND以近电位检测输出电压Vout。
图6(C)第1开关晶体管1系与光传感器5串联连接，并连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，且该等也连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2为n沟道型TFT，电阻器3也为n沟道型TFT。电容C系与光传感器5并联连接，一端从第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端则与第1电源端子T1连接。
第1开关晶体管1的控制端子，也即一固定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使接地电位GND充电。
脉冲为L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。照射光至光传感器5后，对应其光量的电荷从光传感器5放电，并使第1连接点n1的基准电位(GND)上升。
n沟道型TFT的第2开关晶体管2系第1连接点n1的电位到达临限值电压VTH即遮断，超过临限值电压VTH时则导通。第2连接点n2系在遮断第2开关晶体管2之间成为接近第1电源端子T1的电压，导通后成为更接近第2电源端子T2的电压。即输出电压Vout系可藉由导通第2开关晶体管2，接近接地电位GND以电位输出。
图6(D)第1开关晶体管1系与光传感器5串联连接，并连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2与电阻器3系串联连接，且该等也连接于第1电源端子T1及第2电源端子T2之间。第2开关晶体管2为n沟道型TFT，电阻器3也为n沟道型TFT。电容C系与第1开关晶体管1并联连接，一端从第1连接点n1与第2开关晶体管2的控制端子连接，另一端则与第2电源端子T2连接。
第1开关晶体管1的控制端子，也即在一定期间于栅极电极输入预定电压Vpulse(H位准)的脉冲。H位准的脉冲的输入期间，第1开关晶体管1系维持导通。
借此在电容C使接地电位GND充电。
脉冲为L位准(0V)时会遮断第1开关晶体管1。照射光至光传感器5后，对应其光量的电荷从光传感器5放电，并使第1连接点n1的基准电位(GND)上升。
n沟道型TFT的第2开关晶体管2系第1连接点n1的电位到达临限值电压VTH即遮断，超过临限值电压VTH时则导通。第2连接点n2系在遮断第2开关晶体管2之间成为接近第1电源端子T1的电压，导通后成为更接近第2电源端子T2的电压。即输出电压Vout系可藉由导通第2开关晶体管2，接近接地电位GND以电位输出。
如上所述本实施形态的第2开关晶体管2系如图1或图5(A)、图6(A)、图6(B)在一端与高电位的第1电源端子T1连接的情形，系使用p沟道型TFT。另一方面，如图5(B)、图5(C)、图6(C)、图6(D)在低电位的第2电源端子T2与第2开关晶体管2的一端连接的情形，第2开关晶体管2系使用n沟道型TFT。
图7为图1的光量检测电路100的第2实施形态，为连接电阻组件作为电阻器3的情形。此外，图5及图6所示的光量检测电路中将电阻器3作为电阻组件也可。
电阻组件系例如在多晶硅(polysilicon)或ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)等添加n型杂质形成，具备103Ω至108Ω左右的高电阻值。另外，其它构成要素及电路动作系与图1的电路相同，故省略说明。
借此，改变电阻器3的电阻值使上述电路的定电压Va变动为同样状况，可调整光传感器5的感度。
接着，参照图8及图9说明将本实施形态的光量检测电路100与例如LCD或有机EL显示器嵌入同一基板的情形的一例。
图8(A)表示显示器外观的一例，图8(B)表示光量检测电路100的检测流程图。
如图8(A)，本实施形态的光量检测电路100系与LCD或有机EL显示装置20设置于同一基板上。显示装置20系在玻璃等绝缘基板10上具有将显示像素30复数配置为行列状的显示区域21。而且，光量检测电路100系配置于例如显示区域21外侧的四角落。
在基板上配置有复数个漏极线DL和复数个栅极线GL，对应漏极线DL和栅极线GL的交点分别配置有显示像素30。更详细为各显示像素30系与驱动用的TFT的源极连接，TFT的漏极与门极系与漏极线DL与门极线GL连接。
然后于显示区域21侧边，在列侧配置有依序选择漏极线DL的水平方向扫描电路(以下称H扫描仪)22，在行侧配置有在栅极线GL传送栅极信号的垂直方向扫描电路(以下称V扫描仪)23。此外，传达输入至栅极线GL或漏极线DL等各种信号的未图标的配线系集中于基板10的侧缘与外部连接端子24连接。
然后，V扫描仪23系藉由垂直开始信号STV从复数个栅极线GL选择第一条栅极线GL施加电压。与施加有栅极信号的栅极线GL连接的TFT则全部成为导通(ON)状态。
其间H扫描仪22是以预定时序藉由水平开始信号STH选择最初的漏极线DL。如上所述由复数个漏极线DL选择预定的漏极线DL，于显示区域21供给扫描信号，使位于交点的显示像素30发光。
V扫描仪23系依照垂直时脉CKV在下一个栅极线GL依序切换选择，H扫描仪22系依照水平时脉CKH在下一个漏极线DL依序切换选择。如上所述藉由依序扫描栅极线GL及漏极线DL在显示区域21使预定影像显示。
上述垂直时脉CKV或水平时脉CKH系外部控制电路输出的例如将3V振幅的低电压时脉由电位变换电路升压而成。
而且，本实施形态系将V扫描仪23的垂直开始信号STV作为第1开关晶体管1的Vpulse输入(图8(B))。
图9表示光量检测电路100的一部分(光传感器5)及显示像素30的一部分的剖视图。
光量检测电路100系设置于配置有显示像素30的基板上，可与显示区域21感应同样的光量。此外，在光传感器5的源极13s和沟道13c或漏极13d和沟道13c的接合区域系直接入射光。即光传感器5系直接接受外部光线。因此，由光传感器5感应显示区域21的光量转变为电流，调节显示区域21的亮度的例如使控制器的控制为可能。控制器系依照来自光传感器5的输出电流Ioff的量使室内明亮或在室外使显示区域21明亮，此外，周围变暗时系依照输出电流Ioff的量使其明亮。即周围明亮时亮度提高，周围变暗时亮度降低。如上所述藉由依照周围的光亮自动调节亮度，不但提高目测性也可省电。因此，藉由以光量检测电路100控制亮度，尤其是使用有机EL组件等自发光组件的显示装置20，可延长其发光组件的寿命。
如图，光量检测电路100和显示像素30系设置于同一基板上。此外，在此虽仅表示光量检测电路100的光传感器5，但构成光量检测电路100的第1开关晶体管1、第2开关晶体管2及作为电阻器的TFT也与光传感器5为同样构造。
显示像素30也与光传感器5具有同样构造的TFT。也即，在由石英玻璃、无碱玻璃等形成的绝缘性基板10上设置作为缓冲层的绝缘膜(SiN、SiO2等)14，在其上层叠层由p-Si膜形成的半导体层113。该p-Si膜系叠层非晶质硅膜，藉由雷射退火等再结晶化形成也可。
在半导体层113上叠层由SiN、SiO2等形成的栅极绝缘膜12，在其上形成由铬(Cr)、钼(Mo)等高熔点金属构成的栅极电极111。
在半导体层113，位于栅极电极111下方设有作为真实或实质上真实的沟道113c。此外，在沟道113c的两侧设有作为n+型杂质的扩散区域的源极113s及漏极113d。
栅极绝缘膜12与门极电极111上的全面叠层例如依序叠层SiO2膜、SiN膜、SiO2膜的层间绝缘膜15。在栅极绝缘膜12及层间绝缘膜15对应漏极113d及源极113s设置接触孔，于接触孔填入铝(Al)等金属并设置漏极电极116及源极电极118，分别与漏极113d及源极113s接触。
此外，光传感器5系与图2相同故省略其说明，但在光传感器5及显示像素30的层间绝缘膜15上形成有用以使显示像素30平坦化的平坦化绝缘膜17。
而且显示像素30系在平坦化绝缘膜17上设有作为显示电极(阳极)的ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)等透明电极120。透明电极120系藉由设于平坦化绝缘膜17的接触孔与源极电极118(或漏极电极116)连接。另外，虽省略图标，但在透明电极120上形成有机EL层(电子输送层、发光层、孔输送层)及阴极作为显示像素30。
根据上述本实施形态，利用藉由在基板上设置薄膜晶体管构成的显示装置20的制造步骤，可使示本实施形态的光量检测电路100嵌入同一基板。
此外如图7，电阻器3以电阻组件形成时，例如以添加n型杂质的多晶硅或如ITO的透明电极材料形成也可。特别是在该情形，添加杂质的多晶硅会因照射光线而劣化，且电阻值变小。因此，上述情形时，在电阻器3上遮光也可。LCD或有机EL显示装置20中，采用在配置显示像素30的显示区域21使用遮光板(未图标)，故可藉由遮光板的图案化在电阻器3上遮光。
此外，本实施形态表示所谓顶部栅极构造的TFT，但即使是栅极电极11、栅极絶缘膜12、半导体层13的叠层顺序相反的底部栅极构造的TFT也可同样实施。
权利要求
1.一种光量检测电路，所述光量检测电路具有由在基板上叠层栅极电极、绝缘膜及半导体层，以及设置于该半导体层的沟道与设置于该沟道两侧的源极及漏极的薄膜晶体管构成，而将所接受的光转变为电信号的光传感器；第1开关晶体管；第2开关晶体管；电阻器；以及电容，在高电位的第1电源端子及低电位的第2电源端子之间串联连接前述第1开关晶体管和前述光传感器，在前述第1电源端子及前述第2电源端子之间串联连接前述第2开关晶体管和前述电阻器，前述电容的一端是通过第1连接点与前述第2开关晶体管的控制端子连接，另一端则与前述第1电源端子或第2电源端子连接，使前述第1开关晶体管导通以使前述第1连接点的电位在前述电源端子的任一个电位充电，使前述第1开关晶体管不导通，藉由来自前述光传感器的放电使前述第1连接点的电位变动，藉由前述第1连接点的电位使前述第2开关晶体管导通或不导通，而从该第2开关晶体管及前述电阻的第2连接点检测输出电压。
2.根据权利要求1所述的光量检测电路，其中，前述第2开关晶体管为连接于前述第1电源端子侧的情形为p沟道型晶体管，连接于前述第2电源端子侧的情形为n沟道型晶体管。
3.根据权利要求1所述的光量检测电路，其中，前述第1及第2开关晶体管是以薄膜晶体管形成。
4.根据权利要求1所述的光量检测电路，其中，前述电阻器是以定电压施加于控制端子的薄膜晶体管。
5.根据权利要求4所述的光量检测电路，其中，藉由使前述定电压变动，调整前述输出电压的检测感测度。
6.根据权利要求1所述的光量检测电路，其中，前述电阻器系电阻值以103Ω至108Ω左右的材料形成。
7.根据权利要求6所述的光量检测电路，其中，藉由使前述电阻值改变，调整前述输出电压的检测感测度。
8.根据权利要求1所述的光量检测电路，其中，以预定期间于第1开关晶体管输入脉冲，使前述第1连接点的电位在前述电源端子的任一个电位重新设定。
9.根据权利要求1所述的光量检测电路，其中，前述半导体层系在前述源极与前述沟道间或前述漏极与前述沟道间的接合区域直接受光，而使光电流产生。
10.根据权利要求1所述的光量检测电路，其中，在前述半导体层的前述源极与前述沟道间或前述漏极与前述沟道间设置低浓度杂质区域。
11.根据权利要求10所述的光量检测电路，其中，前述低浓度杂质区域系设在将藉由入射光所产生的光电流的输出侧。
全文摘要
本发明提供一种光量检测电路。薄膜晶体管的光传感器的光量非常微小，要反馈很困难。本发明在薄膜晶体管的光传感器附加使输出电流转换为电压的检测电路。借此使微小的电流转变为可反馈的在所要求范围的电压。此外，电路可由三个TFT及一个电容，或由二个TFT和一个电容、一个电阻构成，因此可减少组件数量。另外，动作也仅由H位准的脉冲输入，即可实现良好、简易的光量检测电路。
文档编号H01L31/10GK1734241SQ20051008432
公开日2006年2月15日 申请日期2005年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者小川隆司 申请人:三洋电机株式会社