专利名称：光传感器和光传感器阵列的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及光传感器和光传感器阵列，尤其涉及作为光传感器元件使用光控可变电阻元件即厚膜无定形硅膜的光传感器阵列。
背景技术：
本发明的发明人已经申请使用无定形硅(a-Si)膜作为光传感器元件的光传感器和光传感器阵列(日本特愿2009-16261 。该已经申请的发明中光传感器的无定形硅 (a-Si)膜作为与入射光对应地改变电阻的光控可变电阻元件而进行工作。图13是表示已经申请的发明中光传感器阵列的电路结构的电路图。在已经申请的发明的光传感器阵列中，图13的虚线框A表示1个像素的光传感器像素。该1个像素的光传感器像素包括3个晶体管MTl MT3 ；光控可变电阻元件ASl ； 电容元件(存储电容)Cl ；用于进行读出复位的选通线GCLK ；提供复位电压VRS的复位线 SVRS ；分别提供偏置电压(固定电压)VB1、VB2、VAB的偏置线SVB1、SVB2、SV AB ；以及信号输出线OUT。图13示出光传感器像素的像素数为mXK的光传感器阵列。图13示出对于η (η+1)行、J (J+1)列的4像素光传感器的具体电路图。在光传感器阵列的周围的下侧配置有用于对信号输出线OUT的电压进行复位的复位晶体管MTR、用于提供复位电压VRST的复位线SVRST、以及输入对输出用的焊盘PAD和复位晶体管MTR进行控制的控制电压RSTPLS的端子。在光传感器阵列的周围的左侧配置有移位寄存器12。图14是表示图13所示的光控可变电阻元件ASl的结构的图。图14所示的依赖可变电阻元件ASl包括上部电极92、下部电极94、夹持在上部电极92和下部电极94之间的无定形硅(a-Si)93。在图14示出光控可变电阻元件ASl和电容元件Cl。图15示出图 14所示的光控可变电阻元件ASl的等价电路。图16是用于说明图13所示的光传感器阵列的工作的时序图。以下，使用图16说明图13所示的虚线框A表示的光传感器像素的工作。为了易于说明，对于各偏置电压取为VBl = VB2 = OV(GND) ,VAB = 10V、对于复位电压取为VRS = 5V,VRST = OV0另外，对于各时钟(φ , φ2 )的电压，高电平(以下称为 H电平)取为10V，低电平(以下称为L电平)取为0V。各偏置电压的电压值是一个例子， 也可以是上述值以外的电压。另外，偏置电压VAB为复位电压VRS以上的电压即可。在图13中，通过移位寄存器12，各光传感器像素行在纸面上从上到下依次被扫描，即在图13中，在选通线GCLK上按序号从小到大的顺序依次施加导通电压脉冲。 首先，通过移位寄存器12对选通线GCLK (η+1)提供H电平的IOV电压时，在光传感器像素中，晶体管MTI变为导通状态，光传感器像素的内部节点m与偏置线SVRS电导通， 内部节点m的电压取为电位与偏置电压VRS相同即取为5V。 接着，提供给选通线GCLK(η+1)的电压成为L电平的OV电压时，光传感器像素的内部节点m成为电孤立节点，但内部节点m的电压通过该内部节点m与偏置线SVB2之间的电容元件Cl而被保持。在该状态下，内部节点m通过作为高电阻半导体的光控可变电阻元件ASl而与提供OV偏置电位VBl的偏置线SVBl相连接。例如，光控可变电阻元件ASl的电阻值预先取为在室温下暗电流流过数十fA左右的值。当对该光控可变电阻元件ASl照射光(红外线)时，利用通过光电转换而能够出现在半导体中的载流子对而使电阻下降。利用该现象而检测光。在用于环境用途的光传感器中，例如设计成在光控可变电阻元件ASl中流过数pA的电流。如此，存储在内部节点m中的电荷通过光控可变电阻元件ASl而释放到偏置线 SVB2上，所释放的电荷量随光控可变电阻元件ASl的暗状态的电阻和所入射的光量而发生变动。因此，经过一定时间后的节点m的电压随入射光量的不同而不同。利用移位寄存器12，提供给选通线GCLK(n+1)的电压变为L电平的OV电压后，利用移位寄存器12的选通线扫描大致扫描一回(1帧后)，对选通线GCLK (η)提供H电平的 IOV电压，至此为所入射的光引起的光信号的存储时间。在时刻t2，控制电压RSTPLS例如变为H电平的IOV电压时，图13所示的复位晶体管MTR变为导通状态，信号输出线OUT(j)被复位为OV的复位电压VRST。在时刻t3，控制电压RSTPLS变为L电平的OV时，信号输出线OUT(j)变为浮置状态。在时刻t4，当对选通线GCLK (η)提供H电平的IOV电压时，晶体管ΜΤ3变为导通状态，输出线OUT (j)和偏置线SVAB通过晶体管MT2和晶体管MT3而连接在一起。晶体管MT3的栅极电压为10V，晶体管MT3进行非饱和状态下的工作，但晶体管 MT2在饱和状态下工作。这是因为晶体管MT2的栅极为内部节点Ni，如上述那样与入射光量对应地变为5V以下。因此，晶体管MT2被与栅极电压对应的源极电压(V； )所截止。因此，输出线OUT(I) 的电压变为依赖于内部节点W的电压的值，其结果是得到依赖于入射光量的输出电压。在时刻t5，当对选通线GCLK (η)提供L电平的OV电压时，晶体管ΜΤ3变为截止状态。在时刻伪，当对选通线GCLK (n+1)提供H电平的IOV电压时，晶体管MTl变为导通状态，内部节点W被复位为5V的偏置电压VRS。在各像素中反复进行以上的工作。
发明内容
上述图13所示的光传感器阵列读出入射到第η行光传感器像素的光的方式如下。 当选通线GCLK(n +1)为H电平时，晶体管MTl变为导通状态，电容元件Cl被充电。另外， 选通线GCLK (n+1)为L电平时，晶体管MTl变为截止状态，被充入到电容元件Cl中的电荷由于所入射的光而被释放。然后，当选通线GCLK (η)为H电平时，直接读出因所入射的光而被释放的、存储在电容元件Cl中的电荷。这样，在上述的图13 图16所示的现有的光传感器阵列中，需要用于读出存储在电容元件Cl中的电荷的信号读出用的开关晶体管ΜΤ1。因此，需要在玻璃基板等光传感器阵列基板上制作半导体层由无定形硅层构成或者由多晶硅层构成的薄膜晶体管的工序， 其结果是出现了光传感器阵列的各像素构造变得复杂、光传感器阵列的成本增加这样的问题。本发明是为解决上述现有技术的问题而做出的，本发明的目的在于，提供一种能够在光传感器和光传感器阵列中不需要信号读出用的开关晶体管，简化像素构造的技术。本发明的上述以及其他目的和新特征将通过本说明书的记载以及附图而变得清林疋。简单说明本申请所公开的发明中具有代表性的技术方案的概要如下。(1) 一种光传感器，其包括由金属膜构成的下部电极、设置在上述下部电极之上的无定形硅膜、设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜、以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，该光传感器将依赖于射入到上述无定形硅膜的光量的电压作为传感器输出电压进行输出。光传感器还包括对上述上部电极输入第一电压的机构；在接通状态时对上述下部电极输入电位高于上述第一电压的第二电压，在关断状态时使上述下部电极处于浮置状态的开关电路；以及在上述下部电极处于浮置状态下，使经过预定期间后的上述下部电极的电压变化作为上述传感器输出电压进行输出的检测电路。(2) 一种光传感器，其包括由金属膜构成的下部电极、设置在上述下部电极之上的无定形硅膜、设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜、以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，将依赖于射入到上述无定形硅膜的光量的电压作为传感器输出电压进行输出。光传感器还包括对上述下部电极输入第一电压的机构；在接通状态时对上述上部电极输入电位低于上述第一电压的第二电压，在关断状态时使上述上部电极处于浮置状态的开关电路；以及在上述上部电极处于浮置状态下，使经过预定期间后的上述上部电极的电压变化作为上述传感器输出电压进行输出的检测电路。(3) 一种光传感器阵列，具有配置成阵列状的(mXn)个光传感器像素，上述各光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极之上的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各光传感器像素输出与射入到上述无定形硅膜的光量相应的电压，作为传感器输出。上述光传感器阵列包括多条扫描线，与各行的上述光传感器像素所包含的上述上部电极相连接；多条读出线，与各列的上述光传感器像素所包含的上述下部电极相连接；扫描电路，与上述多条扫描线连接，按每1水平扫描期间依次对上述各扫描线提供第一电压的选择扫描信号；第一机构，在1水平扫描期间的消隐期间对上述多条读出线输入了电位高于上述第一电压的第二电压之后，使上述多条读出线处于浮置状态；第二机构，与上述多条读出线连接，使1水平扫描期间内的上述各读出线的电压变化作为光传感器像素的传感器输出电压进行输出，其中上述光传感器像素的上述下部电极与上述各读出线连接，并且上述光传感器像素的上述上部电极被输入选择扫描电压。(4) 一种光传感器阵列，包括配置为阵列状的(mXn)个光传感器像素、和(mXl) 个补偿用的光传感器像素，上述各光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极之上的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各补偿用的光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极上并被遮光的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各光传感器像素输出与射入到上述无定形硅膜的光量相应的电压，作为传感器输出电压。上述光传感器阵列包括各行的上述光传感器像素；多条扫描线，与补偿用的光传感器像素所包含的上述上部电极连接；多条读出线，与各列的上述光传感器像素的上述下部电极连接；补偿用像素的读出线，与上述1列补偿用的光传感器像素的上述下部电极连接；扫描电路，与上述多条扫描线连接，在每1水平扫描期间对上述各扫描线依次提供第一电压的选择扫描信号；第一机构，在1水平扫描期间的消隐期间对上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线输入电位高于上述第一电压的第二电压之后，使上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线处于浮置状态；第二机构，与上述多条读出线连接，使1水平扫描期间内的上述各读出线的电压变化作为光传感器像素的传感器输出电压进行输出，其中上述光传感器像素的上述下部电极与上述各读出线连接，并且上述光传感器像素的上述上部电极被输入选择扫描电压；第三机构，与上述补偿用像素的读出线连接，使水平扫描期间内的上述补偿用像素的读出线的电压变化作为补偿用的光传感器像素的补偿用信号电压进行输出，其中上述补偿用的光传感器像素的上述上部电极被输入选择扫描电压。(5) 一种光传感器阵列，具有配置成阵列状的(mXn)个光传感器像素，上述各光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极之上的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各光传感器像素输出与射入到上述无定形硅膜的光量相应的电压，作为传感器输出电压。上述光传感器阵列包括多条扫描线，与各行的上述光传感器像素所包含的上述下部电极相连接；多条读出线，与各列的上述光传感器像素所包含的上述上部电极相连接； 扫描电路，与上述多条扫描线连接，按每1水平扫描期间依次对上述各扫描线提供第一电压的选择扫描信号；第一机构，在1水平扫描期间的消隐期间对上述多条读出线输入了电位低于上述第一电压的第二电压之后，使上述多条读出线处于浮置状态；第二机构，与上述多条读出线连接，使1水平扫描期间内的上述各读出线的电压变化作为光传感器像素的传感器输出电压进行输出，其中上述光传感器像素的上述上部电极与上述各读出线连接，并且上述光传感器像素的上述下部电极被输入选择扫描电压。(6) 一种光传感器阵列，包括配置为阵列状的(mXn)个光传感器像素、和(mXl) 个补偿用的光传感器像素，上述各光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极之上的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各补偿用的光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极上并被遮光的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各光传感器像素输出与射入到上述无定形硅膜的光量相应的电压，作为传感器输出电压。上述光传感器阵列包括各行的上述光传感器像素；多条扫描线，与补偿用的光传感器像素所包含的上述下部电极连接；多条读出线，与各列的上述光传感器像素的上述上部电极连接；补偿用像素的读出线，与上述1列补偿用的光传感器像素的上述上部电极连接；扫描电路，与上述多条扫描线连接，在每1水平扫描期间对上述各扫描线依次提供第一电压的选择扫描信号；第一机构，在1水平扫描期间的消隐期间对上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线输入电位低于上述第一电压的第二电压之后，使上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线处于浮置状态；第二机构，与上述多条读出线连接，使1水平扫描期间内的上述各读出线的电压变化作为光传感器像素的传感器输出电压进行输出，其中上述光传感器像素的上述上部电极与上述各读出线连接，并且上述光传感器像素的上述下部电极被输入选择扫描电压；第三机构，与上述补偿用像素的读出线连接，使水平扫描期间内的上述补偿用像素的读出线的电压变化作为补偿用的光传感器像素的补偿用信号电压进行输出，其中上述补偿用的光传感器像素的上述下部电极被输入选择扫描电压。(7)在(4)或(6)中，上述光传感器阵列还包括信号处理电路，其被输入上述各传感器输出电压和补偿用信号电压，上述信号处理电路包括A/D转换器，对上述各传感器输出电压和补偿用信号电压进行A/D转换；以及减法器，从通过上述A/D转换器转换后的上述各传感器输出电压的数字值减去通过上述A/D转换器转换后的上述补偿用信号电压的数字值。(8)在(3) (7)中的任一者，上述第一机构为设置在上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线的每一条上的多个开关晶体管，上述多个开关晶体管在上述1水平扫描期间的消隐期间内被导通，对上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线输入上述第二电压。(9)在(1) (8)中的任一者，上述各光传感器像素的无定形硅膜的膜厚为500nm 以上、1200nm以下。简单说明本申请所公开的发明中具有代表性的技术方案所能得到的效果如下。根据本发明，能够在光传感器和光传感器阵列中不需要信号读出用的开关晶体管，简化像素构造。
图1是表示第一实施方式的光传感器阵列中所使用的光传感器的剖面构造的剖面图。图2是表示图1所示的光传感器的等价电路的电路图。图3是表示无定形硅膜的膜厚与光传导的关系的一例的图。图4是用于说明第一实施方式中光传感器的工作的图。图5是表示一般的二极管的电流-电压特性的图。图6是表示第一实施方式中光传感器阵列的结构的框图。图7是表示第一实施方式中光传感器阵列的电路结构的电路图。图8是用于说明第一实施方式中光传感器阵列的驱动方法的时序图。图9是表示第二实施方式中光传感器阵列的电路结构的电路图。图10是用于说明第二实施方式中光传感器阵列的工作的时序图。图11是表示第三实施方式中光传感器阵列的电路结构的电路图。图12是表示修正暗电流成分的信号处理电路的一例的框图。图13是表示已经申请的发明中光传感器阵列的电路结构的电路图。图14是表示图13所示的光传感器光控可变电阻元件的结构的图。图15是表示图13所示的光控可变电阻元件AS 1的等价电路的电路图。图16是用于说明图13所示的光传感器阵列的工作的时序图。
附图标记的说明11光传感器阵列部12移位寄存器13焊盘部22，92上部电极23掺杂了磷的无定形硅膜(n+a-Si)24，93无定形硅(&-5土)25，94下部电极31A/D 转换器32减法器PX光传感器像素PXD暗电流修正用的光传感器像素MTl MT3，MTR, TLS 晶体管AS光控可变电阻部BA缓存电路D 二极管部G, GCLK 选通线S读出线Cl电容元件Cs浮置电容ASl光控可变电阻元件OUT信号输出线SVRS，SVRST 复位线SVB1, SVB2, SVAB 偏置线PAD 焊盘Nl内部节点
具体实施例方式以下、参照附图详细说明本发明的实施方式。在用于说明实施方式的所有附图中，对具有同一功能的部件标以相同的标号，省略其重复的说明3。另外，以下的实施方式并不用于限定本发明的权利要求书的解释。[第一实施方式]在以下将要说明的本发明的多个实施方式中，作为光传感器元件，使用无定形硅膜(a-Si)和掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si)。图1是表示在本发明第一实施方式的光传感器阵列中所使用的1个像素的光传感器的剖面构造的剖面图。如图1所示，本实施方式中的光传感器包括下部电极25 ；层叠在下部电极25之上的无定形硅膜(a-Si)M;层叠在无定形硅膜(a-Si)M之上、掺杂了磷的 η型无定形硅膜(n+a-Si) 23 ；以及配置在掺杂了磷的无定形硅膜(n+a-Si) 23之上的上部电极22。
即，在本实施方式中，在上部电极22与下部电极25之间夹持有掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si)23和无定形硅膜(a_Si)M。在此，上部电极22和下部电极25优选的是选择分别与无定形硅膜(a_Si)24、掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si) 23取为欧姆连接，或者对于后述的正向偏置方向取为欧姆连接。另外，为了用作光传感器，光入射侧的电极需要选择使所希望波长的光透过的材料。 举例来说,上部电极22由ITOdndium Tin Oxide)构成，下部电极25由MoW/AI-Si/MoW构成。以下所要说明的其他实施方式中的光传感器的剖面构造也是同样的。图2是表示图1所示的光传感器的等价电路的电路图。掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si) 23为比无定形硅膜(a_Si)M强的η型半导体，因此在掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si) 23与无定形硅膜(a_Si)M的连接面中，示出了将无定形硅膜(a-Si)M侧取为正极(阳极)，将掺杂了磷的η型无定形硅膜 (n+a-Si) 23侧取为负极(阴极)的二极管特性。另外，当对无定形硅膜(a-Si)射入光时，电子被激励，能够产生电子-空穴对，传导载流子增加，电流增大。即，变为因光而发生变化的可变电阻。这是被称为光传导的现象。为了使采用这种光传导的光传感器实用化，无定形硅膜(a-Si)M的膜厚t变为重要的因素。图3是表示无定形硅膜(a-Si)的膜厚t与光传导的关系的一例的图。在图3中， A表示照射了光时无定形硅膜(a-Si)的膜厚t与光传导的关系，B表示未照射光时无定形硅膜(a-Si)的膜厚t与光传导的关系。如图3所示，无定形硅膜(a-Si)的厚度为较薄的170nm时，为无定形硅膜(a_Si) 的电阻低、没有照射光的状态，即黑暗时流过的电流(偏置电流或暗电流)大，因此光照射时光传导引起的电阻变化导致的电流增加被埋没于偏置电流中而无法被观测到(分离)。另一方面，将无定形硅膜(a-Si)的膜厚取为较厚的500nm、1000nm、1200nm时，厚度方向(电极间的间隔)的电阻变大，偏置电流降低。因此，如图3所示，光照射时光传导引起的电阻变化导致的电流增加与偏置电流之间出现差量，这依赖于光量。通过测量该差量，能够将本构造用作光传感器。图4是说明无定形硅膜(a-Si)中光传感器的二极管部D与光控型可变电阻部AS 上的电压的图。在光传感器流过黑暗时的偏置电流的状态下，将二极管部D和光控型可变电阻部AS上的电压分别取为Vd、Vr。在此，Vd+Vr取为恒定(VD)。在该状态下照射光时， 由于光传导而无定形硅膜(a-Si)的光控可变电阻部AS的电阻值变低，Vr减少，Vd增大，从而施加在二极管上的正向电压增加。图5示出一般的二极管的电流-电压特性。如图5所示，二极管的正向电压电流特性为电流相对于电压变化急剧地增加。该电流增加与向无定形硅膜(a-Si)的光控可变电阻部AS注入传导载流子是等价的，因此，使无定形硅膜(a-Si)的光控可变电阻部AS的有效电阻进一步下降。最终，流过取得如下平衡的电流，即，施加在二极管部D上的正向电压的增加Vd’ 引起的二极管中的扩散载流子、变为低电阻的无定形硅膜(a-Si)的光控可变电阻部AS的电阻值、由所流过的电流确定的分压Vr’的平衡。这样，在无定形硅膜(a-Si)之上层叠掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si)，从而能够得到通过由掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si)和无定形硅膜(a_Si)构成的二极管进行了放大的光电流。根据实验，在本实施例的无定形硅膜(a-Si)之上层叠了掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si)的构造中，与仅为无定形硅膜(a-Si)的构造相比，具有10000倍左右的电流放大效果。以下，使用图6 图8说明本实施方式中的光传感器阵列。图6是表示第一实施方式中光传感器阵列的结构的框图。以下说明的其他实施方式中的光传感器阵列的结构也是同样的。在本实施方式的光传感器阵列中，在中央部设置光传感器阵列部11，在光传感器阵列部11的周围的左侧设置依次提供用于读出光传感器像素的检测结果的读出脉冲的移位寄存器12，在光传感器阵列部11的周围的下侧设置与外部连接的焊盘部13。在此，光传感器阵列部11由例如配置为矩阵状的100X150的光传感器构成。在此，光传感器阵列部11的各光传感器像素为图1所示的光传感器。图7是表示第一实施方式中光传感器阵列的电路结构的电路图。本实施方式中的光传感器阵列的光传感器像素PXl PX4被配置为矩阵状。在图7中，仅图示出PXl PX4 这4个光传感器像素，但实际上也可以例如配置100X150的光传感器像素。光传感器像素PXl PX4各自为在上部电极22与下部电极25之间夹持有掺杂了磷的η型无定形硅膜(n+a-Si) 23和无定形硅膜(a_si)M的构造。在图7中，光传感器像素Pxl 1^x4以图2中所示的等价电路示出。光传感器像素PXl PX4各行的光传感器像素的二极管部D的阴极连接在多条扫描线Gl，G2，..中与该行对应的扫描线上。各扫描线Gl，G2，..连接在移位寄存器12上。 移位寄存器12按每1水平扫描期期间将低电平(以下称为L电平)的选择扫描电压依次提供给扫描线G1，G2，..。另外，光传感器PXl PX4各列的光传感器像素的光控可变电阻部AS连接在多条读出线S1，S2，..中与该列对应的读出线上。1水平扫描期间的读出线S1，S2，..的电压变化作为信号电压而从焊盘部13输出到外部的信号处理电路(未图示)。移位寄存器12由安装在半导体芯片内的电路构成，配置在制作有光传感器阵列的基板上。或者，移位寄存器12利用配置在玻璃基板等光传感器阵列基板上的、由半导体层采用多晶硅膜而成的薄膜晶体管所组成的电路构成。复位晶体管TLSl设置在读出线Si， S2，..与提供复位电压VRST的布线之间，由信号RG所控制。另外，在读出线与外部的布线等之间产生浮置电容Cs。图8是用于说明本实施方式中光传感器阵列的驱动方法的时序图。以下，使用图 8说明本实施方式中光传感器阵列的驱动方法。在图7中，通过移位寄存器12，光传感器像素的各行在纸面上从上到下被依次扫描。即，在图7中，对选通线G按照序号从小到大的顺序依次施加L电平的电压。首先，在1水平扫描期间HSYNC的消隐期间，信号RG变为高电平(以下称为H电平)，复位晶体管TLS导通。由此，各读出线Si，S2，..被复位，使各读出线Si，S2，..均为恒定电位(例如3V)。在该信号RG为H电平的期间，各扫描线Gl，G2，..变为H电平(例如 3V)。
接着，当信号RG变为L电平时，扫描线Gl的电压电平变为低电平(以下称为L电平，例如为OV的接地电位)，其以外的扫描线的电压电平变为H电平。由此，阴极连接在扫描线Gl上的光传感器像素的二极管部D为导通状态，阴极连接在扫描线Gl以外的扫描线上的光传感器像素的二极管部D为截止状态，因此光传感器像素PXl、PX2为接通状态，光传感器像素PX3，PX4为关断状态。光射入光传感器像素PX1、PX2，光传感器像素的光控可变电阻部AS的电阻值根据入射光而发生变化。由此，从读出线Si，S2，..流经扫描线Gl的电流发生变化，各读出线 S1，S2，..的电位(连接在各读出线上的浮置电容Cs所保持的电位)降低。例如，当对光传感器像素PX2照射光，未对光传感器像素PXl照射光时，由于光传感器像素PXl的光控可变电阻部AS的电阻值而流过暗电流，由此读出线Sl的电位例如降低为2. 5V。另一方面，对于被照射了光的光传感器像素PX2的光控可变电阻部AS的电阻值，通过光传导而电流被放大，由此读出线S2的电位例如降低至1. 5V。将该电压变化作为各读出线Si，S2，..的信号电压而进行读取。图8的读出线 Sl 的波形示出该电压变化。这样，在本实施方式中，在信号RG变为H电平的定时，使各读出线Si，S2，..的电位均为恒定电位(例如3V)，然后通过入射光使各读出线S1，S2，..的电位变动(在图8中为下降)。在1水平扫描期间HSYNC后、下一信号RG变为H电平之前，与焊盘部13连接的外部的信号处理电路取入该信号电压。之后，在1水平扫描期间HSYNC的消隐期间，信号RG变为H电平，复位晶体管TLS 导通。由此，各读出线S1，S2，..被复位，各读出线S1，S2，..均被取为恒定电位(例如3V)。 然后，扫描线G2的电压电平变为L电平，其以外的扫描线的电压电平变为H电平。由此，阴极连接在扫描线G2上的光传感器像素的二极管部D变为导通状态、阴极连接在扫描线G2以外的扫描线上的光传感器像素的二极管部D变为截止状态，因此光传感器像素PX1，PX2变为关断状态，光传感器像素PX3，PX4变为接通状态。 在光传感器像素PX3，PX4被射入光，光控可变电阻部AS的电阻值根据入射光而发生变化。由此，从该读出线Si，S2，..流经扫描线G2的电流发生变化，各读出线Si，S2，.. 的电位(通过与各读出线连接的浮置电容Cs所保持的电位)降低。将这样的电压变化作为各读出线S1，S2，..的信号电压进行读取。以下，与上述同样地取入信号电压。对于扫描线Gl，G2以外的扫描线也进行同样的处理，从其他的光传感器像素PX取入信号电压。[第二实施方式]图9是表示第二实施方式中光传感器阵列的电路结构的电路图。图10是用于说明第二实施方式中光传感器阵列的驱动方法的时序图。在本实施方式中，与上述第一实施方式主要不同之处在于将光传感器像素反向连接。此时，驱动电压、信号电压的极性也相反。即，在本实施方式的光传感器阵列的驱动方法中，在1水平扫描期间HSYNC的消隐期间，信号RG变为H电平，复位晶体管TLS被导通时， 各读出线Si，S2，..均被取为接地电位。以下，使用图10说明本实施方式中光传感器阵列的驱动方法。首先，在1水平扫描期间HSYNC的消隐期间，信号RG变为H电平，复位晶体管TLS导通。由此，各读出线Si，S2，..被复位，各读出线Si，S2，..均被取为恒定电位(例如，OV 的接地电位)。该信号RG为H电平的期间，各扫描线Gl，G2，..变为L电平(例如0V)。接着，当信号RG变为L电平时，扫描线Gl的电压电平变为H电平(例如3V)，在此以外的扫描线的电压电平变为L电平。由此，阳极通过光控可变电阻部AS而连接在扫描线 Gl上的光传感器的二极管部D变为导通状态、阳极通过光控可变电阻部AS而连接在扫描线 Gl以外的扫描线上的光传感器的二极管部D变为截止状态，因此光传感器像素PX1、PX2变为接通状态，光传感器像素PX3、PX4变为关断状态。光传感器像素PX1、PX2被射入光，光传感器像素的光控可变电阻部AS的电阻值根据入射光进行变化。由此，从扫描线Gl流经读出线Si，S2，..的电流发生变化，各读出线S1，S2，..的电位(通过与各读出线连接的浮置电容Cs所保持的电位)上升。例如，对光传感器像素PX2照射光、对光传感器像素PXl不照射光时，由于光传感器像素PXl的光控可变电阻部AS的电阻值而使暗电流流过，由此读出线Sl的电位例如上升至0. 5V。另一方面，对于照射了光的光传感器像素PX2的光控可变电阻部AS的电阻值，通过光传导使电流放大，由此读出线S2的电位例如上升至1.5V。读取该电压变化作为各读出线S1，S2，..的信号电压。由此，在本实施方式中，在信号RG变为H电平的定时，使各读出线Si，S2，..的电位均变为恒定电位(例如OV的接地电位)之后，通过入射光使各读出线Si，S2，..的电位变动(在图8中为上升)。在1水平扫描期间HSYNC后、下一 RG信号变为H电平之前，与焊盘部13连接的外部的信号处理电路取入该信号电压。之后，在1水平扫描期间HSYNC的消隐期间，信号RG变为H电平，复位晶体管TLS 被导通。由此，各读出线Si，S2，..被复位，各读出线Si，S2，..均被取为恒定电位(例如 OV的接地电位)。然后，扫描线G2的电压电平变为H电平，在此以外的扫描线的电压电平变为L电平。由此，阳极通过光控可变电阻部AS连接在扫描线G2上的光传感器像素的二极管部D变为导通状态、阳极通过光控可变电阻部AS连接在扫描线G2以外的扫描线上的光传感器像素的二极管部D变为截止状态，因此光传感器像素PXl、PX2变为关断状态，光传感器像素PX3、PX4变为接通状态。光传感器像素PX3、PX4被射入光，光传感器像素的光控可变电阻部AS的电阻值根据入射光而发生变化。由此，从扫描线G2流经各读出线Si，S2，..的电流发生变化，各读出线S1，S2，..的电位上升。将该电压变化作为各读出线Si，S2，..的信号电压进行读取。 以下，与上述同样地取入信号电压。对于扫描线G1、G2以外的扫描线也进行同样的处理，取入信号电压。[第三实施方式]在上述各实施方式的光传感器阵列中，输出信号电压(或电流)一定含有较大的暗电流成分。另外，作为高电阻半导体的无定形硅的暗电流具有温度依赖性，因此需要在使用环境下修正暗电流成分。本实施方式中的光传感器阵列为修正暗电流成分的结构。
图11是表示第三实施方式中光传感器阵列的电路结构的电路图。本实施方式与第一实施方式的不同之处主要在于在光传感器阵列的各行设有暗电流修正用的光传感器像素P )。另外，暗电流修正用的光传感器像素P )也可以设置在第二实施方式的光传感器阵列中。在图11所示的例子中，对光传感器阵列的各行配置1个暗电流修正用的光传感器 P )。由此，1列暗电流修正用的光传感器P )被设置在光传感器阵列的移位寄存器12的相反侧的端部。暗电流修正用的光传感器P)(D的剖面构造与图1所示的剖面构造相同，但在该暗电流修正用的光传感器P )上设有遮光膜等以避免光的入射。另外，本实施例的光传感器阵列的驱动方法也与图8相同，但暗电流修正用的光传感器P )的信号电压从暗电流修正用的读出线SD输出。本实施方式中的光传感器阵列在使用环境下做成暗状态，在外部的信号处理电路中执行从光照射时的输出减去该光传感器阵列的电压这样的处理，从而对暗电流成分进行修正。图12是表示修正暗电流成分的3外部的信号处理电路的一例的框图。图12所示的信号处理电路通过缓存电路BA向A/D转换器31输入从光传感器阵列的各读出线Si，S2，..读出的各行光传感器像素的信号电压(Sn-V)、以及从暗电流修正用的读出线SD读出的暗电流修正用的光传感器像素P)(D的信号电压(SD-V)的每一者，将其转换为数字信号。然后，减法器32从各行的光传感器像素的数字信号电压减去暗电流修正用的光传感器像素P )的数字信号电压，从而修正暗电流成分。在上述各实施例中，信号处理电路不需要设置在外部，也可以与图6所示的移位寄存器12同样地安装在半导体芯片内，配置在制作有光传感器阵列的基板上。或者也可以是，信号处理电路由如下的电路构成，该电路配置在玻璃基板等光传感器阵列基板上，由半导体层采用多晶硅层构成的薄膜晶体管所组成。虽然已经描述了当前考虑到的本发明的某些实施方式，但是能够理解可对其进行各种修改，并且意在使所附权利要求书将所有这些修改覆盖为落入本发明的实质精神和范围内。
权利要求
1.一种光传感器，其包括由金属膜构成的下部电极、设置在上述下部电极之上的无定形硅膜、设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜、以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，该光传感器将依赖于入射到上述无定形硅膜的光量的电压作为传感器输出电压进行输出，其中，上述光传感器的特征在于，还包括 对上述上部电极和上述下部电极中的一方输入第一电压的机构； 在接通状态时对上述上部电极和上述下部电极中的另一方输入电位高于上述第一电压的第二电压，在关断状态时使上述上部电极和上述下部电极中的上述另一方处于浮置状态的机构；以及在上述上部电极和上述下部电极中的上述另一方处于浮置状态下，使经过预定期间后的上述上部电极和上述下部电极中的上述另一方的电压变化作为上述传感器输出电压进行输出的机构。
2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，上述各光传感器像素的无定形硅膜的膜厚为500nm以上。
3.根据权利要求2所述的光传感器，其特征在于，上述各光传感器像素的无定形硅膜的膜厚为1200nm以下。
4.一种光传感器阵列，具有配置成阵列状的即mXn个光传感器像素，其特征在于， 上述各光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极之上的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各光传感器像素输出与入射到上述无定形硅膜的光量相应的电压， 上述光传感器阵列包括多条扫描线，与各行的上述光传感器像素所包含的上述上部电极和上述下部电极中的一方相连接；多条读出线，与各列的上述光传感器像素所包含的上述上部电极和上述下部电极中的另一方相连接；扫描电路，与上述多条扫描线连接，按每1水平扫描期间依次对上述各扫描线提供第一电压的选择扫描信号；第一机构，在1水平扫描期间的消隐期间对上述多条读出线输入了电位高于上述第一电压的第二电压之后，使上述多条读出线处于浮置状态；第二机构，与上述多条读出线连接，使1水平扫描期间内的上述各读出线的电压变化作为光传感器像素的传感器输出电压进行输出，其中上述光传感器像素的上述上部电极和上述下部电极中的上述另一方与上述各读出线连接，并且上述光传感器像素的上述上部电极和上述下部电极中的上述一方被输入选择扫描电压。
5.一种光传感器阵列，包括配置为阵列状的即mXn个光传感器像素、和mXl个补偿用的光传感器像素，上述各光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极之上的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各补偿用的光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极；设置在上述下部电极上并被遮光的无定形硅膜；设置在上述无定形硅膜之上的η型无定形硅膜；以及设置在上述η型无定形硅膜之上的上部电极，上述各光传感器像素输出与入射到上述无定形硅膜的光量相应的电压， 上述光传感器阵列包括多条扫描线，与各行的上述光传感器像素和补偿用的光传感器像素所包含的上述上部电极和上述下部电极中的一方连接；多条读出线，与各列的上述光传感器像素的上述上部电极和上述下部电极中的另一方连接；补偿用像素的读出线，与上述mXl个补偿用的光传感器像素的上述上部电极和上述下部电极的上述另一方连接；扫描电路，与上述多条扫描线连接，在每1水平扫描期间对上述各扫描线依次提供第一电压的选择扫描信号；第一机构，在1水平扫描期间的消隐期间对上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线输入电位高于上述第一电压的第二电压之后，使上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线处于浮置状态；第二机构，与上述多条读出线连接，使1水平扫描期间内的上述各读出线的电压变化作为光传感器像素的传感器输出电压进行输出，其中上述光传感器像素的上述上部电极和上述下部电极中的上述另一方与上述各读出线连接，并且上述光传感器像素的上述上部电极和上述下部电极中的上述一方被输入选择扫描电压；第三机构，与上述补偿用像素的读出线连接，使水平扫描期间内的上述补偿用像素的读出线的电压变化作为补偿用的光传感器像素的补偿用信号电压进行输出，其中上述补偿用的光传感器像素的上述上部电极和上述下部电极中的上述一方被输入选择扫描电压。
6.根据权利要求5所述的光传感器阵列，其特征在于，包括信号处理电路，其被输入上述各传感器输出电压和补偿用信号电压， 上述信号处理电路包括A/D转换器，对上述各传感器输出电压和补偿用信号电压进行A/D转换；以及减法器，从通过上述A/D转换器转换后的上述各传感器输出电压的数字值减去通过上述A/D转换器转换后的上述补偿用信号电压的数字值。
7.根据权利要求5所述的光传感器阵列，其特征在于，上述第一机构为设置在上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线的每一条上的多个开关晶体管，上述多个开关晶体管在上述1水平扫描期间的消隐期间内被导通，对上述多条读出线和上述补偿用像素的读出线输入上述第二电压。
8.根据权利要求5所述的光传感器阵列，其特征在于，上述各光传感器像素的无定形硅膜的膜厚为500nm以上。
9.根据权利要求8所述的光传感器阵列，其特征在于，上述各光传感器像素的无定形硅膜的膜厚为1200nm以下。
全文摘要
本发明提供一种光传感器和具有多个光传感器像素的光传感器阵列。各光传感器像素包括由金属膜构成的下部电极、无定形硅膜、n型无定形硅膜及上部电极，光传感器阵列包括多条扫描线，与上述上部电极连接；多条读出线，与上述下部电极连接；扫描电路，与多条扫描线连接并在每1水平扫描期间对各扫描线依次提供第一电压的选择扫描信号；第一机构，在1水平扫描期间的消隐期间对多条读出线输入电位高于第一电压的第二电压后使多条读出线处于浮置状态；第二机构，与多条读出线连接，使1水平扫描期间内的各读出线的电压变化作为光传感器像素的传感器输出电压进行输出，该光传感器像素的下部电极与上述各读出线连接、上部电极被输入选择扫描电压。
文档编号H01L27/14GK102569309SQ20111029430
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月27日 优先权日2010年9月28日
发明者安田好三, 宫泽敏夫, 米仓健史, 长谷川笃, 齐藤辉儿 申请人:松下液晶显示器株式会社, 株式会社日立显示器