光感测设备、光传感器以及显示设备的制作方法

专利名称：光感测设备、光传感器以及显示设备的制作方法
技术领域：
本发明设计一种光感测设备、一种光传感器以及一种显示设备。
背景技术：
以薄膜晶体管(TFT)为特征的薄膜光晶体管是公知的。图17A和17B示出了常规薄膜光晶体管80的典型结构。图17A是示出了常规薄膜 光晶体管80的结构的透视平面图。图17B是沿着图17A中的线D-D截取的光晶体管的截 面图。将与安装在TFT液晶显示器的像素显示部件中的TFT具有相同结构的薄膜光晶体管 80配置为非晶硅(a-Si)TFT。薄膜光晶体管80包括衬底81，由玻璃或者其它材料制成； 栅极绝缘膜83，形成在衬底81上并且覆盖栅极电极82的上面；光电转换半导体薄膜84，设 置在栅极绝缘膜83的中心区域并且用作光感测层和沟道；沟道钝化膜85，构图在光电转换 半导体薄膜84的中心区域；源极电极87和漏极电极88，由光阻挡导电材料制成并且经由 第一和第二欧姆接触层86a和86b形成在沟道钝化膜85的两侧；以及保护膜，形成在包括 源极电极87、漏极电极88以及沟道钝化膜85的整个表面之上。图18是使用如图17A所示的薄膜光晶体管80的放大器的典型电路图，即，光传感 器。光传感器92是包括两个运算放大器OPl和0P2的两级运算电路。薄膜光晶体管80连 接到运算放大器OPl的同相输入端子。包括反馈电阻器Rl的运算放大器OPl将电流转换 为电压(即，电流-电压转换)，所述反馈电阻器Rl连接在运算放大器OPl的同相输入端 子和输出端子之间。包括输入电阻器R2和反馈电阻器R3的运算放大器0P2放大电压，所 述输入电阻器R2连接在运算放大器OPl的同相输入端子和输出端子之间，所述反馈电阻器 R3连接在同相输入端子和输出端子之间。例如，在专利文献1中公开了包括两个运算放大 器OPl和0P2的峰值检测器。图19A是示出了薄膜光晶体管80的操作的示意截面图，而图19B是薄膜光晶体 管80的等效电路图。例如，施加-IOV的负DC电压以最小化暗电流(在没有光照期间的输 出)，从而增加光电流与暗电流的比率(即，光电流/暗电流比率)。将正的或者负的恒定 DC电压施加在源极电极87和漏极电极88之间。在如图19A所示的薄膜光晶体管80中，通过施加负的栅极电压(Vg)将空穴引导 至接近沟道和栅极绝缘膜83之间的界面的区域。S卩，由于电场效应，用作沟道的a-Si光电 转换半导体薄膜84的本征区域转换成ρ型半导体。因此，在接近漏极电极88的边缘的地 方形成了与p-i-n结构类似的结构(伪管脚结构)。同样地，伪管脚结构还形成在源极电极 87的一侧。具体而言，当施加负的栅极电压Vg时，将薄膜光晶体管80表示为如图19B所示 的等效电路，其中一对管脚型二极管串联连接使得检波方向彼此相对。在薄膜光晶体管80中，电流经由光电转换半导体薄膜84从漏极电极88流至源极 电极87。如果入射光L如图19A所示地进行照射，则电流的绝对值与进入光电转换半导体 薄膜84的入射光L的强度成比例的增大。因此，通过将该电流Iout转换成电压并且利用 光传感器92的运算放大器OPl和0P2放大所述电压，光传感器92的输出电压转换为与入射光L的辐射强度对应的照度信号。通过相同的TFT工艺形成薄膜光晶体管80，其与安装在所谓的TFT液晶显示器的 像素显示中的TFT具有相同的结构。因此，可以容易地并且低成本地将薄膜光晶体管80集 成到TFT液晶显示设备中。因此，可以通过使用这种显示设备中的薄膜光晶体管80来集成 光控制功能。与常规的管脚型光电二极管不同，与TFT结构相同的薄膜光晶体管80不要求 P型半导体。因此，可以使用不能形成P型半导体的半导体材料，例如a-Si来配置薄膜光晶 体管80。因此，期望发现薄膜光晶体管80更广泛的应用。图20是装备有常规薄膜光晶体管80的典型显示设备100的示意平面图。显示设 备100包括多条栅极线103，彼此平行设置并且在衬底102的表面上的水平方向上延伸； 多条数据线104，彼此平行设置并且在垂直方向上延伸；像素显示部分105，由形成在栅极 线103和数据线104的每个相交区域处的多个像素构成；以及薄膜光晶体管80，设置在衬 底102的外周，图20的左下角。在图20情况下的左端，每条栅极线103的一端连接至依次 供应栅极信号的栅极驱动器106。在图20情况下的上端，每条数据线的一端连接至依次供 应数据线的数据驱动器107。如图17A和17B所示，薄膜光晶体管80具有与每个像素显示部分105的TFT相同 的结构，并且与TFT同时形成在衬底102上。如图20所示，将偏置电压从显示设备100的 外侧施加至薄膜光晶体管80的栅极电极82、源极电极87以及漏极电极88。薄膜光晶体管 80输出与入射光L的强度对应的输出电流lout。因此，通过使用如图18所示的光传感器 92将该输出电流Iout转换成电压，并且然后放大该电压，可以获得与入射光L的强度对应 的照度信号。通过基于这些照度信号执行显示设备100的背光的驱动控制，可以获得背光 的具有与周围区域的亮度对应的光强的照度，并且从而可以确保眼睛友善的显示。专利文献日本专利特许申请JP2000-46876A

发明内容
技术问题在常规的薄膜光晶体管80中，源极电极87和漏极电极88部分地覆盖还用作蚀刻 停止器的沟道钝化膜85，从而阻挡光进入光电转换半导体薄膜84并且防止获得足量的光 电流。背沟道蚀刻型薄膜光晶体管80提供的光电流比蚀刻停止器型的大，因为没有不 期望的光阻挡结构。光电转换半导体薄膜84数倍厚于蚀刻停止器型的，短沟道长度允许大 密度封装等。然而，在常规薄膜光晶体管80中，在将负的栅极电压Vg施加到接近光电转换 半导体薄膜84和栅极绝缘膜之间的界面的区域时形成伪管脚结，并且因为如上所述的电 场效应该界面转化为P型半导体。这种伪管脚结区域仅形成在接近漏极电极88的有限区 域内。此外，由于管脚二极管面对源极电极87 —侧上的正向，所以其不用作薄膜光晶体管 80。这种限制对于薄膜光晶体管80来说是常见的，而与诸如背沟道蚀刻类型和蚀刻停止器 类型的类型无关。通过常规薄膜光晶体管80获得的光电流有限，这就是为什么难以精确地 检测低照度。因此，本发明的目的是提供一种光感测设备、一种光传感器以及一种显示设备，所 述光感测设备对入射光具有高灵敏度并且能够制成紧凑的。
技术方案本发明的光感测设备的一个优选实施例提供了一种光感测设备，包括光电转换 半导体薄膜；用于欧姆接触的薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射 光窗口 ；第一和第二欧姆电极，设置在所述用于欧姆接触的所述薄膜上；连接布线，用于对 所述第一和第二欧姆电极进行短路；绝缘膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上； 以及第一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导体薄膜的一面上。另一方面，本发明提供一种光感测设备，包括光电转换半导体薄膜；第一导电类 型的半导体薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射窗口 ；多个电极，设 置在所述第一导电半导体薄膜上，部分覆盖所述第一导电半导体薄膜；连接布线，对所述多 个电极进行短路用于输出；绝缘膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上；以及第 一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导体薄膜的一面上。并且，所述多个电 极和所述连接布线集成为一体，脉冲电压或者AC电压施加在所述连接布线和所述第一电 极之间，通过所述入射光窗口进入所述光电转换半导体薄膜的入射光生成载流子，并且将 生成的与所述载流子对应的在所述连接布线和所述第一电极之间流动的电流检测为光电 流。另一方面，本发明提供一种光传感器，所述光传感器包括光感测设备和输出信号 处理电路，所述光感测设备包括光电转换半导体薄膜；用于欧姆接触的薄膜，设置在所述 光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射光窗口 ；第一和第二欧姆电极，设置在所述用于 欧姆接触的薄膜上；连接布线，对所述第一欧姆电极和所述第二欧姆电极进行短路；绝缘 膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上，以及第一电极，设置在所述绝缘膜的不接 触所述光电转换半导体薄膜的一面上。并且脉冲信号或者AC信号施加在所述光感测设备 的所述连接布线和所述第一电极之间，所述连接布线或者所述第一电极连接至所述输出信 号处理电路，并且在所述光感测设备的所述连接布线和所述第一电极之间流动的电流根据 进入所述光感测设备的所述光电转换半导体薄膜的入射光的量而变化，并且在所述输出信 号处理电路中转换为电压。另一方面，本发明提供一种光传感器设备，包括光感测设备；AC电压施加装置， 用于向所述光感测设备施加AC电压；以及电流检测装置，连接至所述光感测设备。所述光 感测设备包括在特定表面结构中的第一电极，经由绝缘膜设置在所述半导体薄膜的层厚 度方向的一侧上；以及第二和第三电极，彼此电连接并且设置在另一层厚度的另一侧上，使 得所述第二和第三电极的一部分与所述第一电极重叠。在这里，通过所述AC电压施加装置 在所述光感测设备的所述第二和第三电极与所述第一电极之间施加所述AC电压，并且通 过电流检测装置检测在所述光感测设备的所述第二和第三电极与所述第一电极之间流动 的电流。另一方面，本发明提供一种显示设备，包括形成在衬底上的像素显示部；以及光 感测设备。所述像素显示部包括栅极线，所述栅极线沿着第一方向在所述衬底的表面上彼 此平行地延伸，并且从栅极驱动器向所述栅极线供应栅极信号；以及数据线，所述数据线沿 着不同于所述第一方向的第二方向彼此平行地延伸，并且从数据驱动器向所述数据线供应 数据信号。并且，形成在所述栅极线和所述数据线相交区域的像素设置在所述像素显示部 中，并且经由所述栅极线和所述数据线来驱动所述像素。所述光感测设备包括光电转换半导体薄膜，设置在所述衬底上；用于欧姆接触的薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一 面上以形成入射光窗口 ；第一和第二欧姆电极，设置在所述用于欧姆接触的薄膜上；连接 布线，用于对所述第一欧姆电极和所述第二欧姆电极进行短路；绝缘膜，设置在所述光电转 换半导体薄膜的另一面上；以及第一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导 体薄膜的一面上。另一方面，本发明提供一种显示设备，所述显示设备包括像素显示部和用于操作 所述像素显示部的显示状态的光传感器。所述像素显示部包括从其供应栅极信号的栅极线 和从其供应数据信号的数据线，并且所述光传感器包括光感测设备；AC电压施加装置，用 于在所述光感测设备的所述第二和第三电极与所述第一电极之间施加所述AC电压；以及 电流检测装置，用于检测在所述光感测设备的所述第二和所述第三电极与所述第一电极之 间流动的电流，所述光感测设备包括在特定表面结构中的第一电极，经由绝缘膜设置在半 导体薄膜的层厚度方向的一侧上；以及第二和第三电极，彼此电连接并且设置在另一层厚 度的另一侧上，使得所述第二和第三电极的一部分与所述第一电极重叠。在这里，所述AC 电压施加装置将供应的栅极信号施加至所述第二和所述第三电极与所述第一电极之间的 所述栅极线。有利效果根据本发明，可以获得大输出电流，并且在保持紧凑的同时可以增强对入射光的 灵敏度。应该理解，上面的概况描述和下面的具体描述都是用来示例和解释的，旨在提供 对要求保护的发明的进一步解释。


图IA是示出了光感测设备的部分结构的透视平面图。图IB是沿着线A-A截取的图IA中的光感测设备的截面图。图2A是示出了光感测设备的操作的示意图。图2B是示出了光感测设备的等效电路的示意图。图2C是示出了将被施加至光感测设备的第一电极的典型波形的示意图。图3A是示出了光感测设备的另一操作的示意图。图;3B是示出了光感测设备的等效电路图的示意图。图3C是示出了将被施加到光感测设备的第一电极的典型波形的示意图。图4A是示出了变型光感测设备的结构的透视平面图。图4B是沿着线B-B截取的图4A的光感测设备的截面图。图5A是示出了光感测设备的另一结构的透视平面图。图5B是沿着线C-C截取的图5A中的光感测设备的截面图。图6是示出了光传感器的结构的方框图。图7A是示出了施加脉冲信号到光感测设备的方法的电路图。图7B是示出了施加脉冲信号到光感测设备的方法的电路图。图7C是示出了施加脉冲信号到光感测设备的方法的电路图。图8A是示出了图6中的光传感器的放大电路的输出电压作为当将入射光L辐射至光感测设备时显示出的放大特性的曲线图。图8B是示出了当DC驱动薄膜光晶体管时的输出电压的曲线图。图9是示出了使用图1中的光感测设备的光传感器的另一结构的方框图。图10是示出了图9中的光传感器的AD转换电路的数字输出的曲线图，其中所述 AD转换是在检测到触发信号的上升后等待0. 1微秒执行的。图11是示出了图9中的光传感器的AD转换电路的数字输出的曲线图，其中所述 AD转换是在检测到触发信号的下降后等待0. 1微秒执行的。图12是基于图9中的光传感器的AD转换电路的采样数据计算的实际输出值的曲 线图。图13是示出了频率取决于基于图9中的光传感器的AD转换电路的采样数据计算 的有效值的曲线图。图14是示出了频率取决于基于图9中的光传感器的AD转换电路的采样数据计算 的最小峰值的曲线图。图15A是示出了显示设备的结构的示意平面图。图15B是光感测设备的放大平面图。图16A是示出了显示设备的另一结构的示意平面图。图16B是光感测设备的放大平面图。图17A是示出了常规薄膜光晶体管的结构的透视平面图。图17B是沿着线D-D截取的图17A中的薄膜光晶体管的截面图。图18是示出了使用图17A和17B中的薄膜光晶体管的光传感器的结构的典型电 路图。图19A是示出了薄膜光晶体管的操作的示意截面图。图19B是薄膜光晶体管的等效电路图。图20是装备有常规薄膜光晶体管的典型显示设备的示意平面图。附图标记10，10a, IOb 光感测设备11，41:衬底12，51:第一电极13 绝缘膜14:光电转换半导体薄膜15 光感测区域钝化膜16:低电阻半导体薄膜16a 第一低电阻半导体薄膜16b 第二低电阻半导体薄膜17,52 用于第一低电阻半导体薄膜的电极17a, 18 用于第一低电阻半导体薄膜的电极18,53 用于第二低电阻半导体薄膜的电极19，54，54r，54g，54b 连接布线17b, 18b, 19a, 54a, 54br, 54bg, 54bb 连接部分
19b 布线部分20 保护膜21 脉冲电源25，30 光传感器26 放大电路26a 运算放大器27 输出信号处理电路28 脉冲信号生成电路29 检测电路31 AD转换电路32 触发信号35 管脚二极管36 =MIS型电容器38 光导体40，50 显示设备42 像素显示部件43 栅极驱动器44 数据驱动器45 光感测设备45r 用于红色的光感测设备45g:用于绿色的光感测设备45b 用于蓝色的光感测设备46，46a:栅极线47，47r，47b，47b 数据线56 红色输出布线57 绿色输出布线58 蓝色输出布线
具体实施例方式在下文中，将参考附图具体描述本发明的各种实施例，在附图中类似的附图标记 用来表示类似或者对应的部件。(光感测设备)将首先描述本发明的光感测设备。图IA是示出了光感测设备10的部分结构的透视平面图，而图IB是沿着线A-A截 取的图IA中的光感测设备的截面图。如图IB所示，光感测设备10包括衬底11，并且以下层依次设置在衬底11上下 侧上的第一电极12、绝缘膜13、光电转换半导体薄膜14、光感测区域钝化膜15、第一和第二 低电阻半导体薄膜16a和16b、用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和18、以及保 护膜20。用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和18与连接布线19电连接。
为了与第一电极12区分，用于第一低电阻半导体薄膜的电极17可以被称为第二 电极，并且用于第二低电阻半导体薄膜的电极可以被称为第三电极。具体而言，如图IA和IB所示，光感测设备10包括光电转换半导体薄膜14 ；第一 和第二低电阻半导体薄膜16a和16b，设置在光电转换半导体薄膜14的一面上以形成入射 光窗口 ；分别设置在低电阻半导体薄膜16a和16b上的电极17以及另一电极18，所述电极 17用于第一低电阻半导体薄膜16a，另一电极18用于第二低电阻半导体薄膜16b ；连接布 线19，对用于第一低电阻半导体薄膜的电极17(第二电极)和用于第二低电阻半导体薄膜 的电极18(第三电极)进行短路；绝缘膜13，设置在光电转换半导体薄膜14的另一面上； 以及第一电极12，设置在绝缘膜13的不接触光电转换半导体膜14的一面上。光感测设备 10的第一电极12、绝缘膜13以及光电转换半导体薄膜14构成了金属绝缘体半导体(MIS) 电容器。可以设置用于第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b的电极17和18，使得电极 17和18的每一个的一部分与第一电极12重叠。衬底11由玻璃、塑料以及其它材料制成，并且衬底的表面是平的。将特定表面结构中的第一电极经由绝缘膜13设置在光电转换半导体薄膜14的层 厚度方向的一侧上，光电转换半导体薄膜14包括半导体薄膜。第一电极12还可以用作用 于键合的焊盘。此外，第一电极12经由互连构图(未示出)连接至用于第一电极的焊盘， 用于第一电极的焊盘和封装的端子与由金或者其它材料制成的线路连接。第一电极12由 诸如用于屏蔽入射光的钼、铬、铬合金、铝以及铝合金的导电材料制成。通过以下工艺依次 形成第一电极12 通过物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)方法的沉积工艺，通 过光学光刻方法的掩模工艺，以及通过化学蚀刻方法或者形成的金属层的干法蚀刻方法的 蚀刻工艺。绝缘膜13由诸如氮化硅和氧化硅的绝缘材料制成。形成绝缘膜13以在第一电极 12上方覆盖衬底11的整个表面。通过以下工艺依次形成绝缘膜13 通过PVD或者CVD方 法的沉积工艺，通过光学光刻方法的掩模工艺，以及通过化学蚀刻或者干法蚀刻方法对沉 积的绝缘膜进行的蚀刻工艺。光电转换半导体薄膜14是由本征非晶硅(i-Si)或者高电阻非晶硅制成的半导体 薄膜。光电转换半导体薄膜14的中心区域用作光感测区域14a。半导体薄膜可以使用具有 不同η型杂质浓度的至少两种半导体薄膜层来形成。半导体薄膜可以通过具有层压在彼此 顶部上的η型半导体薄膜和本征半导体薄膜的分层结构来形成。在这种情况下，可以期望 本征半导体薄膜设置在绝缘膜13的一侧上，并且η型半导体薄膜可以设置在用于第一低电 阻半导体薄膜的电极17或者用于第二低电阻半导体薄膜的电极18的一侧上。利用第一和 第二低电阻半导体薄膜16a和16b形成的入射光窗口，即，开口在光电转换半导体薄膜14 的光感测区域Ha的表面上延伸。将第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b形成为沉积 在光电转换半导体薄膜14的除了其中心的光接收区域14a的两表面上。通过以下工艺形成光电转换半导体薄膜14 通过CVD或者其它方法的沉积工艺， 通过光学光刻方法的掩模工艺、以及通过化学蚀刻方法或者干法蚀刻方法对沉积的本征非 晶硅等进行的蚀刻工艺。光学感测区域钝化保护膜15是保护光学感测区域1 的透明膜，其构图形成在光 学转换半导体薄膜14的不接触绝缘膜13的一面上相对于第一电极12的中心区域。光学感测区域钝化膜15由氮化硅、氧化硅或者其它的制成。光学感测区域钝化膜15通过与形 成绝缘膜13的相同工艺来形成。第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b是用于光电转换半导体薄膜14的所谓 欧姆接触层。在光电转换半导体薄膜14的不接触绝缘膜13的一面上，第一和第二低电阻 半导体薄膜16a和16b形成在光感测区域钝化膜15的两侧上的区域并且与光感测区域钝 化膜15的边缘重叠。期望第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b的表面构图与用于第 一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和18的表面构图匹配。由η型非晶硅制成的第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b是用于第一和第二 低电阻半导体膜的电极17和18的下层，作为用于光电转换半导体薄膜14的电极。用于第 一低电阻半导体薄膜的电极17用作用于第一低电阻半导体薄膜16a的第一欧姆电极。同 样地，用于第二低电阻半导体薄膜的电极18用作用于第二低电阻半导体薄膜16b的第二欧 姆电极。η型非晶硅可以通过将η型杂质注入到沉积为光感测区域钝化膜15的上部层上 的本征非晶硅的半导体层中来获得。期望η型杂质掺杂到本征非晶硅，使得杂质浓度落在 IO16-IO18cnT3的范围内。η型非晶硅是低电阻层，并且可以是具有高杂质浓度以减小电阻的 所谓η+层。例如，可以将η+层的杂质浓度制成为IO18cnT3或者更高。在本说明书中，出于方便的原因，η型半导体被称为第一导电类型的半导体，而ρ 型半导体被称为第二导电类型的半导体。此外，第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b 被共同成为低电阻半导体薄膜16。用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和18沉积到包括光电转换半导体薄 膜14等的半导体薄膜的层厚度方向的一侧上。与第一电极12部分重叠，并且其彼此电连 接。用于第一低电阻半导体薄膜的电极17沉积到第一低电阻半导体薄膜16a上。用于第 二低电阻半导体薄膜的电极18沉积到第二低电阻半导体薄膜16b上。与第一电极12的情 况一样，用于第一和第二半导体薄膜的电极17和18由诸如铬、铬合金、铝、铝合金以及钼的 导电材料制成。通过以下工艺形成用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和18 通 过PVD或者CVD方法用于形成变为电极的金属层的沉积工艺，通过光学光刻方法的掩模工 艺，以及通过化学蚀刻或者干法蚀刻方法对沉积的电极层进行的蚀刻工艺。第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b可以通过使用经构图的用于第一和第二 低电阻半导体薄膜的电极17和18作为掩模进行构图。具体而言，可以执行共同的构图，使 得第一低电阻半导体薄膜16a和用于第一低电阻半导体薄膜的电极17，以及第二低电阻半 导体薄膜16b和用于第二低电阻半导体薄膜的电极18形成相同的表面。连接布线19对用于第一低电阻半导体薄膜的电极17和用于第二低电阻半导体薄 膜的电极18进行短路。具体而言，连接布线19由进行电连接的连接部分19a和用作互连 布线的布线部分19b构成。连接布线19由金属层制成，其材料例如与用于第一和第二低电 阻半导体薄膜的电极17和18的材料相同。换句话说，连接布线19和用于第一和第二低电 阻半导体材料的电极17和18可以同时地形成。在图IA中，为方便起见，以虚线显示出了连接布线19和用于第一低电阻半导体薄 膜的电极17之间的边界和连接布线19和用于第二低电阻半导体薄膜的电极18之间的边界。连接布线19的布线部分19b还可以用于键合的焊盘。此外，可以将用于键合的焊盘与互连构图(未示出)连接。例如，其中安装光感测设备10的封装的端子和用于键合的 焊盘与金线连接。保护膜20由氮化硅、氧化硅以及其它的制成。保护膜20形成在衬底11的整个表 面上方，覆盖用于第一低电阻半导体薄膜的电极17、用于第二低电阻半导体薄膜的电极18 以及光感测区域钝化膜15，所述光感测区域钝化膜15被暴露在两个电极之间。通过以下工 艺形成保护膜20 通过PVD或者CVD方法的沉积工艺，以及通过使用光学光刻的掩模工艺， 与绝缘膜13的形成一样。(光感测设备的操作原理1)在下文中，将描述上述光感测设备10的操作原理。图2A是示出了光感测设备的操作的示意图，图2B是示出了光感测设备的等效电 路图的示意图，而图2C是示出了施加至光感测设备的第一电极的典型波形的示意图。在图2A中所示的光感测设备中，连接布线19连接至负载电阻(未示出)，第一电 极12连接至脉冲电源21，并且入射光L辐射至光电转换半导体薄膜14的光感测区域14a。 负载电阻的接地侧连接至脉冲电源21的接地侧。如上所述，光感测设备10的第一电极12、 绝缘膜13、以及用作光感测层的光电转换半导体薄膜14构成MIS型电容器。假设光感测设备10的光电转换半导体薄膜14是高电阻η型半导体(还成为ν 层)。在这种情况下，施加至光感测设备10的连接布线19的电压显示为VI，而施加至第一 电极12的电压显示为V2。如果V2 < VI，则光感测设备10可以大致由图2Β中所示的等效 电路来表示。如图2C所示，脉冲信号具有包括脉冲波形的波形，其峰值之间的幅值表示为 VPP，与具有负的DC电压的偏置电压(Voffset)重叠。使用负的偏置DC电压以便V2变得 小于 Vl (V2 < VI)。在光电转换半导体薄膜14中，即使向第一电极12施加脉冲信号的电压，当脉冲信 号电压足够小于偏置电压时，平均电压保持为负的偏置电压。因此，将满足V2 < Vl的DC 电压一直施加至光感测设备10。结果，空穴诱发到绝缘膜13和光电转换半导体薄膜14之 间的界面，形成第二导电类型的半导体，即，P型半导体。在除了该界面之外的区域中的光 电转换半导体薄膜14是ν层，并且第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b是η型半导体 层。具体而言，在光感测设备10中，包括形成在绝缘膜13和光电转换半导体薄膜14之间 的界面和ν层上的P型半导体层的光电转换半导体薄膜14，以及η型低电阻半导体薄膜16 中的大致管脚结构的光电二极管(即，管脚光电二极管35)串联连接到MIS型电容器。此时的光感测设备10的等效管脚光电二极管35的面积与常规薄膜光晶体管80 相比具有相同的光感测面积光感测设备10的管脚光电二极管35的面积大致与光电转换半导体薄膜14的光 感测区域Ha的面积相同。相反地，用作常规薄膜光晶体管80的光感测区域的管脚光电二 极管仅形成在与漏极电极88相邻的区域中。因此，光感测设备10的等效管脚光电二极管 35的面积明显大于形成在常规薄膜光晶体管80的漏极电极88附近的管脚光电二极管的面 积。因此，这意味着大面积的管脚光电二极管35连接至光感测设备10的等效电路中的电 容器36。当脉冲电源21连接到电容器36并且用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17 和18与第一电极12之间的电势差变为V2 < Vl时，形成管脚光电二极管35。经由电容器36将来自脉冲电源21的脉冲或者AC信号输入至管脚光电二极管。响应于经由放置在用于 第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和18与第一电极12之间的绝缘膜13输入的脉冲 信号，电流流入。在这种情况下，当将入射光L辐射至光电转换半导体薄膜14时，通过光电 二极管35的光调制电流沿着箭头示出的方向流动。具体而言，作为入射光L通过生成在低 电阻半导体膜16上的入射光窗口辐射值光感测区域14a的结果，生成载流子，并且所生成 的载流子通过管脚结。根据进入入射光窗口的光的量，流经用于第一和第二低电阻半导体 薄膜的电极17和18的各检测电流集中到一起，并且通过连接布线19输出作为光电流。结果，通过入射光L辐射到光电转换半导体薄膜14中的强度来调制来自连接布线 19的输出电流Iout的幅值。在这种情况下，在放置在用于第一和第二低电阻半导体薄膜的 电极17和18之间的光感测区域Ha中，如箭头标记所示，电流不仅在水平方向上而且在垂 直方向上流动。如下所述，将连接至脉冲电源21的电极和用于取出输出电流的电极可以是连接 布线19或者第一电极12。因此，在光感测设备10中，将脉冲电压或者AC电压施加在连接 布线19和第一电极之间，作为光通过入射光窗口入射到光电转换半导体薄膜14的结果，生 成载流子，并且根据所生成的载流子的量的电流检测为将在连接布线19和第一电极12之 间流动的光电流。在这种情况下，如果使脉冲电压或者AC电压成为至少在一些情况下允许 光电转换半导体薄膜14和绝缘膜13之间的界面变为第二导电类型的DC电压，光感测设备 10操作管脚光电二极管35和电容器36串联连接。因此，流经光感测设备10的光电流还越过管脚光电二极管35的一些区域，并且从 而获得与其中放大管脚光电二极管35的截面面积的情况获得相同的效果。结果，在光感测 设备10中，如图2B中的等效电路所示出的增加管脚光电二极管35的面积，从而大光电流 流动。与常规的TFT型薄膜光晶体管80相比，尤其由于管脚光电二极管35中的光电流 在水平方向和垂直方向上流动，所以在相同的入射光辐射强度下，光感测设备10产生更大 的光电流。因此，增强了光感测设备10的灵敏度。为了获得与常规TFT薄膜光晶体管80 相同量的光电流，可以将光感测设备10的面积制造得更小。这允许减小尺寸。因此，由于光感测设备10的连接布线19可以与用于第一和第二低电阻半导体膜 的电极17和18同时形成，所以可以利用与制造常规TFT薄膜光晶体管80的相同工艺来制 造具有更高灵敏度的光感测设备10。(光感测设备的操作原理2)当将施加至连接布线19的电压Vl小于将施加至第一电极的电压V2 ( S卩，V2 > VI) 时，光感测设备10也操作。图3A是示出了光感测设备10的另一操作的示意图，图:3B是示出了光感测设备10 的等效电路图的示意图，而图3C是示出了将施加到光感测设备的第一电极12的波形。如图3A所示，将电压Vl和V2(V2>V1)施加到光感测设备10。具体而言，如图 3C所示，典型的波形具有脉冲波形，其峰值之间的幅值表示为Vpp并且覆盖具有正的DC电 压的偏置电压(Voffset)。在这种情况下，即使施加脉冲信号，施加到光电转换半导体薄膜 14的第一电极12的电压的平均值保持为正的。因此，光电转换半导体薄膜14的面向绝缘 膜13的界面不转变并且界面保持为η型半导体。绝缘膜13和连接布线19之间的层是包括光电转换半导体薄膜14以及第一和第二低电阻半导体薄膜16a和16b的η层导体，其在 照明光时大致与η型光导体，即光导体38 —样作用。因此，光感测设备10用作具有串联连接的光导体38和MIS型电容器36的等效电 路。等效电路与V2 < Vl的情况下光感测设备10的等效电路一样，除了由光导体38替代 管脚光电二极管35。光导体38的存在允许大电流流至光感测设备10，即使没有辐射入射光L。将辐射 入射光L (ON)时流经光感测设备10的电流与不辐射入射光(OFF)时流经光感测设备10的 电流的比认为是0N/0FF比。图3A中的光感测设备10的0N/0FF比小于图2A中的光感测 设备10的。如果要求0N/0FF比大，使施加至光感测设备10的连接布线19的电压Vl大于施 加至第一电极12的电压V2(V2 < VI)，从而允许电路与其中管脚光电二极管35和电容器 36串联连接的等效电路起作用。在下文中，将描述其中光电转换半导体薄膜14不是η型高电阻半导体，而是ρ型 高电阻半导体(还被称为η型半导体)的情况。假设Vl是将施加到光感测设备的连接布线19的电压，而V2是将施加到第一电极 12的电压。如果V2大于Vl (V2 > VI)，将光感测设备10大致表示为如图2Β所示的等效电 路。同时，如果V2小于Vl (V2 < VI)，将光感测设备10大致表示为如图:3Β所示的等效电 路。否则除非特别指出，光电转换半导体薄膜14在下面的说明中是高电阻η型半导体。(光感测设备的变化)下面描述光感测设备的变化。图4Α是示出了变型的光感测设备的结构的透视图，而图4Β是沿着B-B截取的图 4Α中的光感测设备的截面图。如图4Α所示，光感测设备IOa的用于第一低电阻半导体薄膜 的电极17和用于第二低电阻半导体薄膜的电极18的表面结构不同于图IA中的光感测设 备10的。如图4Α所示，用于光感测设备IOa的第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和 18与图1中所示的那些的不同之处在于前者设置有延伸至光电转换半导体薄膜14的光感 测区域14a的多个梳状电极17a和18a，而后者没有设置。用于第一低电阻半导体薄膜的 电极17利用连接部分17b结合多个梳状电极17a。与用于第一低电阻半导体薄膜的电极 17的情况一样，用于第二低电阻半导体薄膜的电极18利用连接部分18b结合多个梳状电极 18a。还将梳状电极17a和18a称为带电极或者指电极。如图4A所示，连接布线19包括连接部分19a和布线部分19b。用于第一低电阻半 导体薄膜的电极17的连接部分17b的底部边缘和用于第二低电阻半导体薄膜的电极18的 连接部分18b的底部边缘都连接至连接部分19a。如图4B所示，其示出了沿着梳状电极17a和18a的纵向截取的光感测设备IOa的 截面图。光感测设备IOa的形状与图1中所示的光感测设备10相同。由于上述结构的用于光感测设备IOa的第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17 和18是具有齿17a和18a的梳状，所以由用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和 18覆盖的光电转换半导体薄膜14的光感测区域14a的面积小于图1中所示的光感测设备 10的。因此，光电转换半导体薄膜14的光感测区域14a的面积增大，从而增强了光感测设备IOa对入射光L的光灵敏度。图5A是示出了光感测设备的另一结构的透视平面图，而图5B是沿着线C-C截取 的图5A中的光感测设备的截面图。如图5A所示，光感测设备IOb与图4A中的光感测设备IOa的不同之处在于梳状 电极17a和18a的光感测区域1 一侧上的边缘彼此连接，以及连接布线19连接至用于第 一低电阻半导体薄膜的电极17的连接部分17b的底端。在这种情况下，光电转换半导体薄膜14的光感测区域14a的最小单元是由每个条 电极(即，梳状电极17和18)包围的开口区域。光感测设备IOb的光感测区域14a的面积 可以通过如图所示重复并联地连接结构来增加。结果，在光感测设备IOb中，光电转换半导 体薄膜14的光感测区域14a的由用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和18覆盖 的面积减小，从而增加了光感测区域的面积并且增加了对光的灵敏度。可以将透明电极材料用于梳状电极17a和18a。在这种情况下，由光感测设备IOa 和IOb的光电转换半导体薄膜14接收的光的量进一步增加，从而增强对入射光L的灵敏 度。通过设置应用到具有蚀刻停止器的TFT的连接布线19来进一步构建光感测设备 10、IOa和10b。在这种情况下，大的光电流在第一电极12和连接布线19之间流动，从而增 强了对入射光L的灵敏度并且允许减小尺寸。通过在光感测设备10、IOa和IOb的连接布线19之间施加脉冲信号或者AC电压， 脉冲或者AC电流在连接布线19和第一电极12之间流动。脉冲电流响应于脉冲信号输入 流动。因此，根据入射光L到光电转换半导体薄膜14的辐射强度来调制来自光感测设备 10、10a和IOb的输出电流的幅值。由于绝缘膜串联连接的原因，所以光感测设备10、10a和 IOb的等效电路可以表示为具有管脚光电二极管35和电容器36的电路，或者由于绝缘膜串 联连接的原因，可以将其表示为具有光导体38和电容器36的电路。由于电容器36串联连 接，所以没有直流电流流动，而是脉冲信号或者AC电流流动。因此，经由管脚二极管35或 者光导体38进行了光调制的电流流经10、10a和10b，这允许这些设备用作光感测设备。与 常规TFT薄膜光晶体管80不同，电流还垂直地流经光感测设备10、IOa和IOb的管脚结，这 允许获得大电流，从而在保持紧凑的同时增强对入射光L的灵敏度。在不偏离本发明的范围的情况下，可以以各种实施例来执行光感测设备10、10a 和10b。例如，以上所述的实施例的光感测设备10的结构与蚀刻停止器型TFT的相同。然 而，其能够具有与背沟道蚀刻型TFT相同的结构。另外，在可以确保光电转换半导体薄膜14 的入射面积的条件下，还可以将用于第一和第二低电阻半导体薄膜的梳状电极17和18构 建成任意的形状。(光传感器)在下文中，将描述使用本发明的光感测设备的光传感器。图6是示出了光传感器25的结构的方框图。如图6所示，光传感器25包括光感 测设备10和输出信号处理电路27。图中的输出信号处理电路27包括连接至光感测设备 10的放大电路、连接至放大电路沈的检测电路四、生成脉冲信号V并且向光感测设备10 的第一电极12输出脉冲信号的脉冲信号生成电路观。入射光L辐射至光感测设备10以用 于检测。在这种情况下，可以将脉冲信号生成电路28和检测电路四安装在使用光感测设备10的光传感器25的外侧。放大电路沈由运算放大器26a制成并且提供连接在同相输入端子和输出端子之 间的反馈电阻器R3。放大电路沈用于将电流转换为电压(在下文中称为电流-电压转 换)。所示出的放大电路26使用一个运算放大器^a。然而，为了获得所要求的电压，可以 在后一级中连接用于电压放大的另一运算放大器。包括二极管D、电阻器R5以及电容器C 的检测电路四执行整流。脉冲信号生成电路观生成脉冲信号V，并且将其输出到光感测设备10的第一电极 12。根据使用上述输出信号处理电路27，由于其仅包括放大电路沈和检测电路四的 简单结构，所以可以实现紧凑性，并且可以将光感测设备10的输出电流转换为电压。从脉 冲信号生成电路观输入至光感测设备10的脉冲信号的波形可以由具有峰值到峰值的幅值 为Vpp、覆盖包括负的DC电压的偏置电压的脉冲波形构成。该波形的一个示例如图2C所
7J\ ο如图2C所示，脉冲波形的周期是重复频率f的倒数。该频率f被称为脉冲信号电 路的驱动频率。可以将AC信号、或者覆盖有偏置电压的AC信号用作周期控制电路的脉冲 信号。AC信号包括正弦、三角、锯齿波形等等。从脉冲电源21和本发明的脉冲信号生成电 路观输出的信号是除了 DC信号之外的那些。本发明的脉冲信号意味着AC信号。使用光感测设备10的光传感器25允许来自连接布线19的输出电流Iout在第一 级的放大电路26中转换为电压，并且检测电路四的输出电压Vout通过检测电路四执行 的检测变为与照度信号对应的电压。下面描述在光传感器25中向连接布线19和光感测设备10的第一电极12施加脉 冲信号的方法。图7A、7B和7C是示出了向光感测设备10施加脉冲信号的方法的电路图。如图7A 所示的示例使用与图6中的光传感器25相同的脉冲信号施加方法。具体而言，脉冲电源21 的一端连接至第一电极12，脉冲电源21的另一端接地。同时，光感测设备的连接布线19经 由电流测量装置接地。例如，可以将如图6所示的电流-电压转换电路沈用作电流测量装置。在图7B所示的示例中，脉冲电源21的一端连接至光感测设备10的第一电极12， 并且然后经由电流-电压转换电路沈接地。同时，光感测设备10的连接布线19连接至脉 冲电源21的一端，并且脉冲电源21的另一端接地。在图7C所示的示例中，光感测设备10的连接布线19经由电流-电压转换电路沈 连接至脉冲电源21的一端，并且脉冲电源21的另一端接地。同时，光感测设备10的第一 电极12接地。上述将脉冲电源21和电流-电压转换电路沈连接至光感测设备10的方法是典 型的示例。根据所要求的光传感器25的使用目的，可以选择连接脉冲电源21和电流-电 压转换电路26的方法。通过使用上述的光传感器25，由于电场效应，在光感测设备10的第一电极和连接 布线19之间施加脉冲信号或者AC信号允许与入射光L对应的脉冲电流从光感测设备10 输出。然后将所输出的电流经由输出信号处理电路27放大为电压。通过提取该电压的有效值、最小峰值等等可以获得与入射光L的辐射强度对应的照度信号。(光传感器25的典型实施例)作为光传感器的典型结构，下面将更具体地描述使用如图5A所示的光感测设备 IOb的情况。光感测设备IOb通过如下方式制造。在玻璃衬底11上沉积IOOnm厚的AlNiTi第一电极12，并且通过等离子体CVD方 法在玻璃衬底11上沉积120nm厚的SiN绝缘膜13。然后，在绝缘膜13上沉淀25nm厚的光 电转换半导体薄膜14和400nm厚的光感测区域钝化膜15，形成25nm厚的低电阻半导体薄 膜16，然后利用140nm厚的Cr金属层形成用于第一和第二低电阻半导体薄膜的电极17和 18以及包括连接部分19a的连接布线19。形成在2mmX 2mm范围内形成250个光感测区域14a的光感测设备10b，并且一个 光感测区域14a的面积变为4 μ mX 4 μ m。具体而言，形成对于一个第一电极12利用梳状 电极17a和18b制造250个栅格的梳状电极17a和18b。此外，250个这种光感测区域并行 地设置在2mmX 2mm范围内以成为光感测设备10b。因此，光感测区域14a的总面积计算为 Imrn20图8A是示出了当将入射光L辐射至这些光感测设备IOb时图6中的光传感器25 的放大电路26的输出电压作为表现出的放大特性的曲线图。图8B是示出了当DC驱动薄 膜光晶体管时的输出电压的曲线图。在图8A和8B中，信号A1、A2、A3、A4、A5、A6、和A7代 表入射光L的辐射强度。具体而言，当照度分别为0、46、四3541、789、1035以及1282勒克 斯时的输出电压。如图8A所示，将脉冲信号(Voffset = _5V，Vpp = 5V，f = 960Hz)施加至第一电 极12，其中放大电路沈的反馈电阻器R4保持为200kQ。在这种情况下，发现放大电路沈 的输出电压具有脉冲波形，这表示已经根据入射光L的照度调制了输出电压。然后，使用检测器电路四检测上述输出电压。将IM Ω的电阻器R5和IOOnF的电 容器C用于检测器电路四。在这种情况下，检测器电路四的时间常数T计算为0. 1秒，即 T = R5XC = 0.1o当时间常数T非常大时，对入射光L的强度变化的灵敏度减小。另一方 面，如果时间常数T非常小，低通滤波器的截止频率增加。在这种情况下，必须将驱动频率 f、脉冲信号的频率增加到很高。通过将时间常数保持为0.1秒，获得满意的响应速度。因 此，当驱动频率f保持为960Hz，则从检测器电路四获得足够的DC输出。图8B示出了通过以相同的尺寸形成与图17中所示的薄膜光晶体管80的DC驱动 (Vd = 4V，Vg = 0V)获得的输出电压Vout。显然，图8A与图8B相比，本发明的光感测设备IOb的输出电压在IV的数量级，而 DC驱动的薄膜光晶体管80的在-0. OlV的数量级。两个数量级的这种差别表明本发明的光 感测设备IOb的灵敏度明显高于常规光晶体管的灵敏度。(光传感器的变化)在下文中，将描述光传感器的其它优选实施例。例如，图9是示出了使用如图IA中所示的光感测设备10的光传感器的另一结构 的方框图。光传感器30与如图6中所示的光传感器25相同，除了设置AD转换电路31替 代检测器电路四之外。在AD转换电路31中，将来自连接至光感测设备10的第一电极12的脉冲信号生成电路观的脉冲信号输入作为触发信号32，其允许AD转换电路31基于触发 信号32执行能够精确的定时控制。在这种情况下，AD转换电路31可以与检测器四情况 一样安装在光传感器30的外侧。具体而言，AD转换电路31通过对在从过去的触发信号的上升或者下降的特定时 间段获得的值进行采样来生成数字输出。无论在哪种情况下，AD转换电路31可以获得响 应于照度的变化同时变化的数字输出，从而执行好的照度检测。AD转换电路31还可以输出值作为照度信号，以便从在特定的时间段内获得的采 样数据值检测最大或最小峰值。AD转换电路31还可以计算采样数据的有效值(S卩，采样数据的均方根值)。在计 算有效值时处理系统上的负载很大。然而，由于对多个点执行数据处理，而不是仅对一个 点，所以随机误差的影响，即随机噪声的影响最小化，从而可以更精确地检测照度。在光传感器30中，AD转换电路31通过对输出电压直接执行AD转换来取得照度 信号。因此，可以将输出信号处理电路27的配置制造得更简单，并且此外，脉冲信号进入AD 转换电路31作为触发信号。因此，不需要单独地生成时序脉冲，并且进一步简化光传感器 30的配置。光传感器30不使用检测器电路四，但是直接在AD转换电路31对来自放大电路 26的输出电压进行处理。因为没有检测器电路四中的电阻器R4和光传感器25中使用的 电容器C的所谓RC时间常数引起的数据延迟，所以这种配置是有利的。利用集成了 AD转 换和诸如移动电话和数字照相机的多种操作功能的设备，现有功能的使用防止了成本的增 加。(光传感器30的实施例)通过使用如图5A所示的光传感器10b，组装如图9所示的光传感器30。光 传感器30与光传感器25相同，除了使用AD转换电路31 (WE7272，Yokokawa Electric Corporation)替代检测器电路四。图10是示出了图9中的光传感器的AD转换电路31的数字输出的曲线图，其中AD 转换在检测到触发信号的上升之后等待0. 1微秒之后执行。图11是示出了图9中的光传感器的AD转换电路31的数字输出的曲线图，其中AD 转换在检测到触发信号的下降之后等待0. 1微秒之后执行。无论在哪种情况下，AD转换电 路31能够通过获得数字输出执行适当的照度检测，所述数字输出响应于照度的变化单调 地变化。图12是示出了基于图9中的光传感器30的AD转换电路的采样数据计算的实际 有效输出值。将被施加至光传感测设备IOb的脉冲电压与图8中所示的相同。在这种情 况下，由于脉冲频率是960Hz，使用在1/960的周期(1. 04毫秒)中获得的采样数据来计算 有效值。由于采样频率保持在100kHz，所以在该周期中采样的数据点的数量计算为104点 (1. 04毫秒X IOOkHZ = 104)。同样在这种情况下，通过获得响应于照度变化而单调变化的 输出，执行好的照度检测。下面将描述当提取采样数据的有效值和最小峰值时表现出的AD转换电路31的频 率依存性。图13是示出了基于图9中的光传感器30的AD转换电路31的采样数据计算的有效值的频率依存性的曲线图。图13示出了对于每个照度的有效电流值，符号Bi、B2、B3、 B4、B5和B6示出了在每个脉冲信号的驱动频率分别为60、120、240、480、960和1920Hz时 获得的结果。该曲线图表明当驱动频率f为960Hz时有效电流值的灵敏度最高。在这种情 况下，驱动频率f为60Hz时，当照度为几百勒克斯或者更高时的有效电流值反转。这是因 为随着照度增加，峰值也增加。然而，时间常数同时减小，从而峰值滞后时间(relaxation time)缩短。图14是示出了基于图9中的光传感器30的AD转换电路31的采样数据计算的最 小峰值的频率依存性的曲线图。图14示出了对于每个照度的最小电流峰值，符号Cl、C2、 C3、C4、C5和C6示出了在触发信号32的频率分别为60、120、240、480、960和1920Hz时获 得的结果。当触发信号32的频率为480Hz或者更低时，灵敏度保持为高以及为恒定水平。 即使触发信号32的频率为60Hz或者更低，获得相同的结果，对低频侧没有限制。当第一电极12是0N(+侧)和0FF(-侧)时，上述电流的响应波形是非对称的， 因为当第一电极12为OFF时，光感测区域14a的电阻降低，要求更长的时间进行响应和滞 后。因此，如果将下面将解释的显示设备的栅极信号用作触发信号32，则ON电压进一步增 加，并且结果非对称性变得更明显。从这一点上，基于将第一电极12设置成OFF时的时间 常数，光感测设备10的响应时间是有限的是显而易见的。如果仅考虑OFF时间，30Hz的占 空比等于显示设备的栅极信号(60Hz)的50%。值30Hz明显低于480Hz，其是具有使用图 14描述的高灵敏度的频率的上限。因此，通过向光感测设备10的第一电极12施加用于显 示设备的栅极信号，可以获得精确的照度信号，从而提取输出的最小峰值。(显示设备)在下文中，描述显示设备。图15A是示出了显示设备40的结构的示意平面图，图15B是光感测设备45的放 大平面图。如图15A所示，显示设备40包括衬底，由诸如玻璃的透明材料制成；像素显示 部42 ；栅极驱动器43和数据驱动器44，驱动位于每个像素处的TFT ；以及光感测设备45，设 置成相邻于像素显示部42的底侧。包括像素显示部42、栅极驱动器43、数据驱动器44以 及光感测设备45中的每一个部件设置在衬底41上，并且这些部件使用薄膜制造工艺来制 造。设置成一行的TFT的栅极电极都连接至单条栅极线，从而彼此连接。因此，多行中 的栅极电极布线连接至在像素显示部42的表明上彼此平行地水平延伸的多条栅极线46。 设置成一列的TFT的源极电极都连接至数据线，从而彼此连接。因此，多列中的源极电极布 线连接至在像素显示部42的表明上彼此平行地垂直延伸的多条数据线47。像素显示部42 的像素在栅极线46和数据线47的相交区域处设置成行列矩阵，所谓的XY矩阵。如图15A中所示，每条栅极线46的一端，即左端，连接到依次供应栅极信号的数据 驱动器43。每条数据线47的一端，在图15A的情况下的顶端，连接到依次供应数据信号的 数据驱动器44。在这种情况下，栅极驱动器43和数据驱动器44分别向每条栅极线46和每条数据 线47依次发射栅极信号和数据信号，从而控制像素显示部42的每个像素的驱动并且允许 整个像素显示部42提供点矩阵显示。可以将液晶或者有机EL材料用于像素显示部。像素显示部42例如配置为TFT液晶显示部，并且通过经由相应的栅极线46和数据线47施加驱动电压用作发光显示。此外，像素显示部42通过来自背侧的背光部(未示 出)照明。如图15B的放大图所示，光感测设备45例如具有与图IA中所示的光感测设备10 相同的配置，并且其设置有第一电极51和连接布线54。用于第一和第二低电阻半导体膜的 右端的电极52和53通过连接布线M的连接部分5 短路。当形成用于第一和第二低电 阻半导体薄膜的电极52和53时，与TFT同时在衬底41上形成光感测设备45，所述TFT制 造在显示设备40的像素显示部42的每个像素上。沿着且平行于栅极线46形成光感测设备45，并且第一电极51的左端连接至防止 在远底部处的栅极线46a。对用于光感测设备45的第一和第二低电阻半导体薄膜的电极52和53进行短路 的连接布线M沿着布线构图(未示出)延伸至衬底41的边缘，并且在辐射光的时间输出 了输出电流lout。具体而言，例如将光感测设备45的沟道长度设置为7 μ m,并且光感测设备45的栅 极宽度大约为20cm，其对应于当显示设备40是所谓的中等尺寸的面板时显示设备的宽度。因此，将来自栅极驱动器43的栅极信号经由栅极线46a输入光感测设备45的第 一电极51，并且将来自连接布线M的输出电流Iout输出值外侧。根据本实施例的显示设备40，栅极驱动器43和数据驱动器44基于从外侧舒服的 图像信号向每条栅极线46和数据线47发射栅极信号和数据信号，从而控制像素吸纳是部 42的驱动并且提供图像显示。在设置在显示设备40内的光感测设备45中，栅极驱动器43 经由栅极线46a向光感测设备45的第一电极51发射脉冲信号，从而光感测设备45输出与 入射光L的强度对应的输出电流lout。因此，通过例如如图6和图9中所示的光传感器25和30对输出电流进行电流-电 压转换处理，以及通过检测或者AD转换处理，可以获得与入射光L的强度对应的的照度信 号。基于这些照度信号，控制显示设备40的背光的驱动，确保利用背光的照明具有与周围 区域的亮度对应的强度，从而提供眼睛友好的显示。可以使用光传感器25或者30来调整 像素显示部42的显示状态。在这种情况下，光感测设备45以与图IA中所示的光感测设备10相同的方式进行 操作，例如，可以获得的照度信号比薄膜光晶体管80被DC驱动时获得的那些更大。因此， 明显地增强了对入射光L的灵敏度，并且能够高度精确地检测照度，此外，由于可以通过包 括像素显示部42的TFT相同的方式制造光感测设备45，所以可以通过TFT的相同工艺同时 以紧凑的尺寸制造在衬底41上。此外，光感测设备45沿着显示屏幕的底部边缘沿着栅极线46a设置，这使得其不 明显的。此外，由于光感测设备45具有长的和薄的形状，所以即使例如人手无意地放置在 显示器周围，其输出电流(Iout)波动不大。因此，可以抑制故障的发生。这里，栅极信号是 矩形信号，其具有60Hz的频率并且其占空比(duty)通常大约为250-500。这种脉冲信号驱 动光感测设备45以获得大的输出电流lout。在这种情况下，由于利用绝缘膜和其它(未示出)获得的电容大约为0. HfF/μπι。 基于该电容和OFF时光感测区域14a的电阻确定的时间常数可以估计大约为1ms。因此，对 于光感测设备45来说，其中栅极信号为OFF的持续时间必须保持Ims或者更长以给出完全的响应，从而确保期望的灵敏度。常规栅极信号满足这种要求。通过栅极信号确定将施加至光感测设备45的第一电极51的脉冲信号，即AC信号 的幅值，并且通过Voffset确定幅值的中心值。通常，简单起见将Voffset设置成栅极驱动 器43的地电平。然而，可以容易地将Voffset设置成不是地电平的DC电压以获得最佳输 出。此外，如果栅极信号不具有将施加至光感测设备45的第一电极51的脉冲信号所要求 的脉冲宽度，来自连续的两条或者更多栅极线46的栅极信号可以被去除并且合成以获得 具有期望的脉冲宽度的脉冲信号。当光感测设备的第一电极连接至栅极驱动器43的栅极线46时，可以将当前使用 的栅极驱动器43应用来驱动光感测设备45。栅极驱动器43可以设置有用于光感测设备45的唯一的栅极线46。在这种情况 下，栅极线46连接至光感测设备45的第一电极51，并且能够利用简单的配置驱动光感测设 备45是可能的。该实施例允许利用用于光感测设备45的唯一的栅极线46来驱动光感测 设备。当将光感测设备45设置成与栅极线46的一个边缘的最外侧相邻时，即使栅极线 46之间的间隔很小，也能够精确地且容易地将光感测设备45防止到显示设备40的衬底41上。如果光感测设备45沿着覆盖设置数据线47的整个区域的栅极线46形成为长的 和薄的，光电转换半导体薄膜(未示出)的允许入射的面积增加。因此，光感测设备45的 输出电流Iout也增加，从而增强对入射光L的灵敏度。在以上实施例中，即使栅极线46之间的间隔很小，也可以精确地且容易地将光感 测设备45设置到显示设备40的衬底41上。此外，由于入射面积增加，光感测设备45的输 出电流Iout也增加，从而增强对入射光L的灵敏度。在显示设备40中，如果将脉冲信号施加到光感测设备45的第一电极51，电场效应 允许与入射光L对应的脉冲电流从连接布线M输出。通过利用光传感器25或者30将这 些输出电流Iout处理为电压放大并且利用检测器电路四或者AD转换电路31提取输出电 流Iout的有效值或者最小峰值，可以获得与入射光L的强度对应的照度信号。根据显示设备40，通过向光感测设备45的第一电极51和连接布线M施加脉冲信 号，通过AC电流驱动光感测设备45，并且电流在连接布线M和第一电极51之间的光感测 区域中垂直流动，从而允许获得大的输出电流lout，并且从而增强对入射光L的灵敏度。因 此，由于光感测设备45确保足够大的输出电流lout，所以即使在20勒克斯或者更低的暗的 地方也能够精确地获得与入射光L的强度对应的照度信号，从而允许调整背光部的强度。根据显示设备40，通过施加与用于光感测设备45的第一电极51和连接布线M之 间的每个像素显示部42的驱动控制的栅极信号对应的信号，与进入显示设备40的入射光L 的强度对应的照度信号从光感测设备45输出。因此，可以将当前使用的栅极驱动器43用 来驱动光感测设备45。在这种情况下，由于将与栅极信号对应的脉冲信号施加至光感测设 备45，所以可以输出与入射光L对应的大的输出电流。由于光感测设备45对光的灵敏度增 加，因此即使在黑暗的地方也能够获得与入射光L对应的照度信号。因此，即使在未照明的 房间内，显示设备的背光部的驱动控制，即光的调节也是可能的。(显示设备的变化)
图16A是示出了显示设备的另一结构的示意平面图，而图16B是光感测设备的放 大平面图。在图16A中，设备50是全色显示设备，其中三条数据线47r、47g和47b设置用于 三原色中的每一个，即红、绿、蓝。与这些数据线对应，响应于沿着栅极线46a的每条数据 线47r、47g和47b的布局间隔，光感测设备45r、45g和45b设置用于红色、绿色和红色中的
每一个。在图16A中，光感测设备45r、45g和4 的结构例如与光感测设备45的相同。用 于红色45r的光感测设备设置有在其表面上包括连接部分Mbr和第一电极51r的连接布 线Mr。用于绿色45g的光感测设备和用于蓝色45b的光感测设备也与用于红色45r的光 感测设备具有相同的结构。此外，针对每一颜色设置在像素显示部42上的滤色器(未示 出)也被设置成覆盖相应的光感测设备45r、45g和45b。设置用于每一条数据线47、用于检测红色的多个光感测设备45r的连接布线54r 中每一个连接至红色输出布线56，并且电流经由红色输出布线56输出值外侧作为输出电 流lout。类似地，设置用于每一条数据线47、用于检测绿色和蓝色的多个光感测设备45g 和4 的连接布线54g和54b中每一个也连接至绿色输出布线57和蓝色输出布线58，并且 输出至外侧作为输出电流IoutG和IoutB。在这种情况下，光感测设备45r、45g和45b的总 数是数据线的数量的三倍。在这种情况下，用于每种颜色的光感测设备45r、45g和4 例如具有与图IA中所 示的光感测设备10相同的结构。它们通过与像素显示部42的TFT相同的制造工艺与TFT 同时地形成在衬底41上。此时，具有相同结构的每个光感测设备45r、45g和4 例如形成 在2mm2内。如图16B所示，在页面的上侧示出的第一电极51连接至用于三种颜色的光感 测设备45r、45g和4 中的每一个的栅极线46a。根据本实施例的显示设备50，基于从外侧输入的图像信号，通过栅极驱动器43和 数据驱动器44向栅极线46和数据线47r、47g和47b中的每一个发射栅极信号和数据信号， 并且从而控制图像显示设备42的驱动，以便使用三原色显示全色图像。栅极驱动器43经由栅极线46a向光感测设备45r、45g和4 中的每一个的第一 电极51发射脉冲信号，并且因此光感测设备45r、45g和4 输出与与入射光L的强度对应 的输出电流lout。因此，通过例如如图6或者9所示的光传感器25或者30对这些输出电 流进行电流-电压转换处理，可以获得具有与每种颜色的入射光L的强度对应的电压的照 度信号。因此，与图15中所示的显示设备40 —样，显示设备50利用背光部精确地调整照 度。此外，在显示设备50中，分别通过光感测设备45r、45g和4 检测入射光L的每 一种颜色的照度。因此，当利用浅蓝光照明周围区域时，通过加强显示设备50的蓝色显示 可以修正明显的屏幕显示。此外，可以精确地检测照度，而与光源的类型无关。光感测设备 45r、45g和4 的光谱响应不同于人眼的视觉灵敏度。因此，可能存在这种情况，其中如果 使用单光感测设备45，人感觉亮度相同但是检测到的照度变化。相反地，通过使用用于每种 颜色的光感测设备45r、45g和45b，可以基于所检测到的每种颜色的照度来计算精确的照 度，而与光源的类型无关。在显示设备50中，数据线47设置用于每个像素中用于颜色显示的三原色中的每一个，并且根据每种颜色数据线47的步骤周期来设置光感测设备45r、45g和45b。覆盖像 素显示部42的滤色器沿着数据线47延伸，覆盖相应的光感测设备45r、45g和45b。光感测 设备45r、45g和4 的与每种颜色的数据线47对应的每个连接布线Mr、Mg和54b彼此连 接，并且分别连接至用于红色输出56、绿色输出57和蓝色输出58的布线。在这种情况下， 通过设置用于每条数据线47的光感测设备45r、45g和45b，用于每种颜色的输出电流Iout 总体增加，从而增强对入射光L的灵敏度，即使利用全色显示设备。显示设备40和50配置为点矩阵型TFT液晶显示设备。然而，不仅可以将本发明的 光感测设备45应用到TFT液晶显示设备，而且可以应用到装备有背光部的其它点矩阵型显 示设备，以精确地检测入射光L的强度。例如，在装备有触摸面板的显示设备40和50中， 光感测设备45可以设置在像素显示部42上，或者设置在多个像素显示部42的每一个上， 以检测入射光L的变化，所述变化是作为人手指等的接触的结果。在权利要求中描述的本发明的范围内，本发明允许各种变型而不超出上述实施 例，并且不言而喻它们包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种光感测设备，包括 光电转换半导体薄膜，用于欧姆接触的薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射光窗口，第一和第二欧姆电极，设置在所述用于欧姆接触的薄膜上，连接布线，用于对所述第一和第二欧姆电极进行短路，绝缘膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上，以及第一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导体薄膜的一面上。
2.根据权利要求1所述的光感测设备，其中，所述第一和第二欧姆电极具有梳状电极， 所述梳状电极在大致平行于所述第一电极的面上设置有多个齿。
3.根据权利要求2所述的光感测设备，其中，所述第一和第二欧姆电极的所述梳状电 极在所述第一电极的一侧上的边缘彼此连接。
4.一种光感测设备，包括 光电转换半导体薄膜，第一导电类型的半导体薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射窗Π,多个电极，设置在所述第一导电半导体薄膜上，部分覆盖所述第一导电半导体薄膜， 连接布线，对所述多个电极进行短路用于输出， 绝缘膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上，以及 第一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导体薄膜的一面上，其中 所述多个电极和所述连接布线集成为一体， 脉冲电压或者AC电压施加在所述连接布线和所述第一电极之间， 通过所述入射光窗口进入所述光电转换半导体薄膜的入射光生成载流子，并且 对生成的与所述载流子对应的在所述连接布线和所述第一电极之间流动的电流作为 光电流进行检测。
5.根据权利要求4所述的光感测设备，其中，至少在一些情况下，所述脉冲电压或者所 述AC电压使得所述光电转换半导体薄膜和所述绝缘膜之间的界面变为第二导电类型。
6.根据权利要求4所述的光感测设备，其中，所述多个电极在大致平行于所述第一电 极的一面上划分为多个齿以形成梳状。
7.根据权利要求4所述的光感测设备，其中，所述多个电极的所述第一电极的一侧上 的边缘彼此连接。
8.一种光传感器，包括 光感测设备和输出信号处理电路， 所述光感测设备包括光电转换半导体薄膜，用于欧姆接触的薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射光窗口， 第一和第二欧姆电极，设置在所述用于欧姆接触的薄膜上， 连接布线，对所述第一欧姆电极和所述第二欧姆电极进行短路， 绝缘膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上，以及 第一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导体薄膜的一面上，其中，脉冲信号或者AC信号施加在所述光感测设备的所述连接布线和所述第一电极 之间，所述连接布线或者所述第一电极连接至所述输出信号处理电路，以及在所述光感测设备的所述连接布线和所述第一电极之间流动的电流根据进入所述光 感测设备的所述光电转换半导体薄膜的入射光的量而变化，并且在所述输出信号处理电路 中转换为电压。
9.根据权利要求8所述的光传感器，其中，脉冲信号生成电路连接至所述第一电极。
10.根据权利要求8所述的光传感器，其中，所述输出信号处理电路包括电流-电压转 换电路，所述电流-电压转换电路包括运算放大器和电阻。
11.根据权利要求8所述的光传感器，其中，所述输出信号处理电路包括检测电路，所 述检测电路包括电阻器和电容器。
12.根据权利要求8所述的光传感器，其中，所述输出信号处理电路包括AD转换电路， 在所述AD转换电路中对转换自电流的所述输出电压进行AD转换处理。
13.根据权利要求8或者12所述的光传感器，其中，将所述脉冲信号输入至所述AD转 换电路作为触发信号。
14.一种光传感器，包括光感测设备，AC电压施加装置，用于向所述光感测设备施加AC电压，以及电流检测装置，连接至所述光感测设备，所述光感测设备包括特定表面结构中的第一电极，经由绝缘膜设置在所述半导体薄膜的层厚度方向的一侧 上，以及第二和第三电极，彼此电连接并且设置在其它层厚度的其它侧上，使得所述第二和第 三电极的一部分与所述第一电极重叠，其中通过所述AC电压施加装置在所述光感测设备的所述第二和第三电极与所述第一电极 之间施加所述AC电压，并且通过电流检测装置检测在所述光感测设备的所述第二和第三电极与所述第一电极之 间流动的电流。
15.根据权利要求14所述的光传感器，其中，所述半导体薄膜包括至少两层的具有不 同杂质浓度的η型半导体膜。
16.根据权利要求14所述的光传感器，其中，所述半导体薄膜具有η型半导体薄膜和本 征半导体薄膜的分层结构。
17.根据权利要求16所述的光传感器，其中，所述本征半导体薄膜设置在所述绝缘膜 的一侧上，并且所述η型半导体薄膜设置在所述第二或者所述第三电极的一侧上。
18.根据权利要求17所述的光传感器，其中，所述η型半导体薄膜的与所述第一电极重 叠的地方的表面结构与所述第二和所述第三电极相同。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的光传感器，其中所述第二和所述第三电极在 不同于与所述第一电极重叠的位置的位置电连接。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的光传感器，其中，所述AC电压具有矩形波形。
21.—种显示设备，包括形成在衬底上的像素显示部，以及光感测设备，所述像素显示部包括栅极线，所述栅极线沿着第一方向在所述衬底的表面上彼此平行地延伸，并且从栅极 驱动器向所述栅极线供应栅极信号，以及数据线，所述数据线沿着不同于所述第一方向的第二方向彼此平行地延伸，并且从数 据驱动器向所述数据线供应数据信号，其中，形成在所述栅极线和所述数据线相交区域的像素设置在所述像素显示部中，并 且经由所述栅极线和所述数据线来驱动所述像素，并且 所述光感测设备包括 光电转换半导体薄膜，设置在所述衬底上，用于欧姆接触的薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射光窗口，第一和第二欧姆电极，设置在所述用于欧姆接触的薄膜上，连接布线，用于对所述第一欧姆电极和所述第二欧姆电极进行短路，绝缘膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上，以及第一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导体薄膜的一面上。
22.根据权利要求21所述的显示单元，其中，通过所述栅极驱动器向所述第一电极施 加脉冲信号，并且从所述连接布线输出的输出电流根据进入所述光电转换半导体薄膜的入 射光的量而变化。
23.根据权利要求21所述的显示单元，其中，所述第一和所述第二欧姆电极在大致平 行于所述第一电极的一面上划分为多个齿以形成梳状。
24.根据权利要求23所述的显示单元，其中，所述第一和所述第二欧姆电极的所述梳 状电极的在所述第一电极的一侧上的边缘彼此连接。
25.根据权利要求21所述的显示设备，其中，所述栅极驱动器装备有用于所述光感测 设备的唯一栅极线，并且所述唯一栅极线连接至所述第一电极。
26.根据权利要求21所述的显示设备，其中，所述光感测设备相邻于所述栅极线的最 外侧设置。
27.根据权利要求21所述的显示设备，其中，所述光感测设备沿着所述栅极线设置，覆 盖设置数据线的整个区域。
28.根据权利要求21所述的显示设备，其中，每个像素显示部设置有用于三原色的数 据线，所述光感测设备根据所述数据线的布局间隔设置，覆盖所述像素显示部的滤色器沿 着所述数据线延伸，覆盖相应光感测设备，并且所述光感测设备的与所述数据线的每种颜 色相对应的所述连接布线彼此连接。
29.—种显示设备，包括 像素显示部，所述像素显示部包括从其供应栅极信号的栅极线和从其供应数据信号的数据线，以及 光传感器，用于操作所述像素显示部的显示状态，其中所述光传感器包括光感测设备，所述光感测设备包括在特定表面结构中的第一电极，经由绝缘膜设置在半导体薄膜的层厚度方向的一侧 上，以及第二和第三电极，彼此电连接并且设置在另一层厚度方向的另一侧上，使得所述第二 和第三电极的一部分与所述第一电极重叠，AC电压施加装置，用于在所述光感测设备的所述第二和第三电极与所述第一电极之间 施加所述AC电压，以及电流检测装置，用于检测在所述光感测设备的所述第二和所述第三电极与所述第一电 极之间流动的电流，其中，所述AC电压施加装置将供应的栅极信号施加至所述第二和所述第三电极与所 述第一电极之间的所述栅极线。
全文摘要
公开了一种光感测设备，包括光电转换半导体薄膜；用于欧姆接触的薄膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的一面上以形成入射光窗口；第一和第二欧姆电极，安装在所述用于欧姆接触的薄膜上；连接布线，用于对所述第一和第二欧姆电极进行短路；绝缘膜，设置在所述光电转换半导体薄膜的另一面上；以及第一电极，设置在所述绝缘膜的不接触所述光电转换半导体薄膜的一面上。
文档编号H01L27/146GK102099931SQ20098011045
公开日2011年6月15日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年3月24日
发明者山口育弘 申请人:卡西欧计算机株式会社