专利名称：光量检测电路及使用光量检测电路的显示面板的制作方法
技术领域：
本发明有关一种光学传感器的光量检测电路以及使用光量检测电路的显示面板，特别是有关使用薄膜晶体管的光学传感器的光量检测电路及使用该光量检测电路的显示面板。
背景技术：
现在的显示组件(display device)是由于小型化、轻量化、薄型化的市场要求，而使平板显示器(flat panel display)得到普及。在该种显示组件中，大多组装有例如检测外部光线而控制显示器画面亮度者等的光学传感器。
例如图11，是将光传感器306安装于液晶显示器(LCD)305，而对应受光的周围光控制LCD显示面背光(back light)亮度的显示装置。作为光学传感器，例如使用Cds单元(cell)的光电变换组件(例如参照专利文献1)。
此外，与LCD、有机EL显示器在同一基板上设置半导体层，并形成光学传感器(例如参照专利文献2)、或是将薄膜晶体管作为光学传感器的技术已为众知者(例如参照专利文献3)。
专利文献1日本专利公开公报6-11713号专利文献2日本专利公开公报2002-176162号专利文献3日本专利公开公报2003-37261号发明内容发明所欲解决的课题如图11的显示器中，显示器部分与光学传感器是通过不同生产设备并透过不同的制造工序(process)，作为个别的模块(module)品而进行制造者，这对机器零件个数的削减，以及各模块组件的制造成本的减低自然有限制。
因此，将显示器与光学传感器组入同一基板的所述专利文献2所述的技术的开发正不断发展。在将二极管(diode)作为光学传感器使用时，将二极管逆偏压(bias)时的漏电流作为光量予以检测，此时，在预定期间进行强制更新(refresh)等、以提升光学传感器的特性、以及追求光学传感器的长寿命化。
但是使用二极管时，由于栅极电极与源极(或是漏极)相连接，栅极电极与源极经常为同电位，因此无法独立地将电压施加于栅极电极与源极，而无法更新。而且，在pn接合型的二极管的情况下，在无光照时的漏电(leak)特性不稳定，因此有不适用于光学传感器的问题。
另外，使用薄膜晶体管，而将由于不导通时所照射的光导致的漏电流作为光量进行检测的光学传感器也已为众知者，然而，此时的光量是非常微小者，有反馈(feedback)较困难的问题。
解决课题的手段本发明是鉴于以上的课题而研创者，第一，是具有由在基板上积层栅极电极、绝缘膜以及半导体层，并具有设置于该半导体层的沟道(channel)，以及设置于该沟道两侧的源极以及漏极的薄膜晶体管所构成，并将所接收的光变换为电气信号的光学传感器；与所述光学传感器并联连接且具有高电阻值的第1电阻；将所述光学传感器的输出施加于控制端子的开关晶体管(switch transistor)；所述开关晶体管(switchtransistor)的一于输出端子所连接的具有高电阻值的第2电阻；该第2电阻所连接的第1电源端子；以及所述开关晶体管的另一方的输出端子所连接的第2电源端子；并且，通过将对应所述光学传感器的输出的电压，施加于所述控制端子，使所述开关晶体管导通，透过从所述开关晶体管与所述第2电阻的连接点检测输出电压而解决问题者。
此外，本发明的特征为透过使所述第2电阻的电阻值变化，使从所述光学传感器输出的电流、输出电压的电流电压特性发生变化。
此外，本发明的特征为所述第1及第2电阻是具有103Ω至108Ω范围的电阻值。
此外，本发明的特征为经过预定期间后，在所述光学传感器的控制端子施加预定电压，使该光学传感器进行更新。
此外，本发明的特征为所述半导体层是在所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间的接合区域直接接收光线，从而发生光电流(photo current)。
此外，本发明的特征为所述半导体层的所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间，设置有低浓度杂质区域。
此外，本发明的特征为所述低浓度杂质区域是设置于输出由入射光而发生的光电流(photo current)的一侧。
此外，本发明的特征为所述第1及第2电阻是由透明电极材料所形成。
此外，本发明的特征为所述第1及第2电阻是由薄膜晶体管所形成。
第二，具备在基板上积层栅极电极、绝缘膜以及半导体层，并具有设置于该半导体层的沟道(channel)，以及设置于该沟道两侧的源极以及漏极的薄膜晶体管所构成，并将所接收的光变换为电气信号的光学传感器；一端与所述光学传感器的输出端子连接，另一端接地的第1电容；一方的输出端子连接于所述第1电容与所述光学传感器的连接点的第1开关晶体管；一端连接于所述第1开关晶体管的另一方的输出端子，而另一端接地的第2电容；以及一方的输出端子连接于所述第1开关晶体管与所述第2电容的连接点，另一方接地的第2开关晶体管；通过将所述光学传感器输出的电荷以一定期间储存于所述第1电容，使所述第1开关晶体管导通，将所述第1电容所储存的电荷移动至所述第2电容，并且从所述第1开关晶体管与所述第2容量的连接点检测输出电压而解决该课题。
此外，本发明的特征为通过所述第2开关晶体管的导通，在电荷储存前，更新所述第2容量。
此外，本发明的特征为在经过预定期间后，在所述光学传感器的控制端子施加预定电压，使该光学传感器更新。
此外，本发明的特征为对应来自所述光学传感器的输出，使所述输出电压变化为线形。
此外，本发明的特征为通过使所述第1电容及第2电容变化，使输出电压变化。
此外，本发明的特征为所述半导体层是在所述源极与所述沟道间、或所述漏极与所述沟道间的接合区域直接接受光线，而发生光电流(photo current)。
此外，本发明的特征为所述半导体层的所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间，设置有低浓度杂质区域。
此外，本发明的特征为所述低浓度杂质区域是设置于输出由入射光而发生的光电流(photo current)的一侧。
第三具备有并联连接多个薄膜晶体管的光学传感器，该薄膜晶体管光学传感器在基板上积层栅极电极、绝缘膜以及半导体层，并具有设置于该半导体层的沟道，以及设置于所述沟道两侧的源极及漏极；与所述光学传感器并联连接的第1电容；串联连接于所述光学传感器的一方的输出端子以及所述第1电容的一端的第1开关晶体管；输出端子的一端连接于所述第1开关晶体管与所述第1电容的连接点，而另一端连接于第1电源端子的第2开关晶体管；输出端子的一端连接于所述第2开关晶体管的一端，另一端连接于第2电容的一端的第3开关晶体管；用以连接所述第2电容的另一端与所述第1电容的另一端的连接手段；以及所述第2电容的一端是连接于控制端子，而输出端子的一方是经由电阻连接于所述第1电源端子的第4开关晶体管；通过从所述电源端子向所述第1电容供给基准电荷，并使所述第1晶体管导通，将所述第1电容的电荷透过所述光学传感器放电，在经过一定期间后，将所述第1电容所残留的电荷，透过所述第3晶体管的导通，储存于所述第2电容，而将所述第2电容与所述第3晶体管的连接点的电压施加于所述第4晶体管的控制端子，从而检测所述第4晶体管的输出电压来解决上述课题。
此外，本发明的特征为通过所述光学传感器的连接数的不同，使所述输出电压变化。
此外，本发明的特征为所述电阻是具有103Ω至108Ω范围的电阻值。
此外，本发明的特征为所述半导体层是在所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间的接合区域直接接收光线，从而发生光电流(photo current)。
此外，本发明的特征为所述半导体层的所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间，设置有低浓度杂质区域。
此外，本发明的特征为所述低浓度杂质区域是设置于输出由入射光而发生的光电流(photo current)的一侧。
此外，本发明的特征为所述电阻是由透明电极材料所形成。
此外，本发明的特征为所述电阻是由薄膜晶体管所形成。
第四，具备以矩阵状配置的漏极线以与门极线；连接于所述漏极线以与门极线的交叉点附近的多个显示像素；与将至少具有将接受的光变换为电气信号的光学传感器的光量检测电路配置于同一基板上的显示部；以及供给驱动所述显示部的信号以及电源的外部控制电路；通过所述信号及/或者电源，使所述光量检测电路动作而解决上述课题。
此外，并且具备连接于所述栅极线，且依据所述信号向所述栅极线供给扫描信号的垂直方向扫描电路，并使所述扫描信号成为所述光量检测电路的输入信号。
发明的效果根据本发明，第1，可将光学传感器的微小输出电流变换(放大)为电压而予以检测。而输出电压是第1及第2电源端子的电压的分压，由于只需将第1及第2电源端子的电压设定于所希望的范围内，因此感测所得的光量的反馈变得容易。
第2，由于可通过使构成电路的电阻值发生变化，使光学传感器的电流电压特性发生变化，因此可根据用途调整光学传感器的感度。
第3，通过将构成电路的电阻值设在103Ω至108Ω范围的电阻值，而可将输出电压设为例如0V至十多V(-7至8V)左右等、适合反馈(feedback)的期望范围。
第4，通过将光电传感器的输出电流于一定期间对电容进行充电，从而变换为输出电压，可实现使输出电流与输出电压的关为线性(Linearity)的电路。
第5，通过使充电光学传感器的输出电流的电容的值发生变化，可使光学传感器的光量感度发生变化。
第6，并联连接多个光学传感器，并使从基准电荷放电所感测(sensing)到的光量而变换为输出电压，从而可使微小的输出电流放大为所希望范围的电压。
第7，通过使光学传感器的连接数变化，可使光学传感器的光量感度发生变化。
第8，由于光学传感器为TFT(薄膜晶体管Thin Film Transistor)，因此能够在经过预定期间后，通过施加预定电压于控制端子而进行光学传感器的更新。借此，可追求TFT的长寿命化，并可获得稳定的感测(sensing)特性。
第9，由于光线直接照射于光学传感器，因此可大致直接地检测出外部光线。
第10，使光学传感器的TFT作成LDD构造，从而可促进光电流的发生。特别是如果光电流的输出侧为LDD构造的话，则对光电流发生的促进更为有效。并且，由于LDD构造，因而使Vg-Id特性的OFF特性(检测区域)稳定，从而成为稳定的组件。
第11，通过以透明电极材料形成电阻，而可使用采用了薄膜晶体管的例如LCD、有机EL显示器等的制造工序，一体设置光量检测电路。
第12，通过以薄膜晶体管形成电阻，而可使用采用了薄膜晶体管的显示装置的制造工序，并将光量检测电路组入其中。
第13，由于将从用以显示显示装置的电源、数据的V扫描仪(Vscanner)等向显示部供给的信号并用成光量检测电路的驱动用，因而不需要从外部供给光量检测电路用的动作信号，从而可减少端子数。
而由于配线电阻导致的压降是减少，因此可减少光学传感器(光量检测电路)的消耗电力。
图1表示本发明第1实施形态的光量检测电路的电路概要图；图2(A)为本发明的光学传感器的构造示意剖面图、图2(B)及(C)表示光学传感器的Id-Vg曲线的特性图；图3表示本发明第1实施形态的仿真结果的特性图；图4(A)说明本发明的光量检测电路以及显示组件的外观图；图4(B)是显示本发明的光量检测电路以及显示组件的剖面图；图5(A)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5(B)显示本发明第2实施形态的光量检测电路的时序图；图6是本发明的光量检测电路的检测流程图；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)为本发明第3实施形态的光量检测电路的电路概要图；图8(B)为本发明第3实施形态的光量检测电路的时序图；图9表示本发明第3实施形态的光量检测电路的电路概要图；图10(A)说明本发明的显示面板的概要图；图10(B)为本发明的显示面板流程图；以及图11表示现有光学传感器的概要图。
主要组件符号说明1光学传感器 2，3，4，5，6，7，8开关晶体管10基板 11，111栅极电极12栅极绝缘膜 13，113半导体层13s，113s源极13d，113d漏极13c，113c沟道13LD低浓度杂质区域14缓冲层 15层间绝缘膜16，116漏极电极18， 118源极电极20显示组件(显示部) 21显示区域22 H扫描仪 23V扫描仪24外部连接端子 25计数器30显示像素 100光量检测电路120透明电极 200显示面板210外部控制电路(驱动用IC)GL栅极线 DL漏极线R1，R2，R3 电阻t1，t2，t3，t4，t5，t6电源端子C1，C2，C3，C4电容 Vort输出电压GND接地 Vdd电位具体实施方式
参照图1至图10详细说明本发明的实施形态。首先，图1至图4表示第1实施形态。
图1表示本实施形态的光量检测电路的概要图。
图1中，第1实施形态的光量检测电路100是由光学传感器1、第1电阻R1、第2电阻R2、开关晶体管2、第1电源端子t1、以及第2电源端子t2所构成。
第1电阻R1是与光学传感器1并联连接，具有103Ω至108Ω的非常高的电阻值。
开关晶体管2是于控制端子连接有光学传感器1的输出端子，该开关晶体管2的一方的输出端子是经由第2电阻R2连接于第1电源端子t1，另一方的输出端则连接于第2电源端子t2。开关晶体管2是例如为n沟道型的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下称TFT)，其构造是与后述的光学传感器1相同。
第2电阻R2与第1电阻R1同样具有103Ω至108Ω的非常高的电阻值。而第1电源端子t1为例如VDD电位，第2电源端子t2为GND电位。本实施形态是将第1电源端子t1与第2电源端子t2的电压设为所希望范围内的电位差，通过在两端子间连接第2电阻R2，以该分压可得到输出电压Vout。亦即，在作为反馈(feedback)的利用方便的范围内，设定第1电源端子t1与第2电源端子t2即可，例如将第1电源端子t1设为+8V、第2电源端子t2设为-7V等。
参照图2说明本实施形态的光学传感器1。图2(A)表示光学传感器1的构造的剖面图，图2(B)及(C)表示作为光学传感器1的TFT的电流电压特性的示意图。
光学传感器是由图2(A)中的栅极电极11、绝缘膜12、以及半导体层13所构成的TFT。
亦即，在石英玻璃、无碱玻璃等构成的绝缘性基板10上，设置作为缓冲(buffer)层的绝缘膜(SiN、SiO2)14，其上层则积层多结晶硅(Poly-Silicon，以下称p-Si。)膜构成的半导体层13。亦可先积层非晶质硅层，再经由雷射退火(laser anneal)处理等进行再结晶化而形成该p-Si膜。
半导体层13上积层有SiN、SiO2等构成的栅极绝缘膜12，其上方形成铬(Cr)、钼(Mo)等高熔点金属构成的栅极电极11。
半导体层13中，位于栅极电极11下方，设置有本征(intrinsic)或实质本征的沟道13c。而在沟道13c的两侧，设置有n+型杂质的扩散区域的源极13s以及漏极13d。
栅极绝缘膜12以与门极电极11上的全面，例如依序积层SiO2膜、SiN膜、SiO2膜且积层层间绝缘膜15。在栅极绝缘膜12以及层间绝缘膜15中，是对应漏极13d以及源极13s而设置有接触孔(contact hole)，在该接触孔(contact hole)中填充铝(Al)等金属，形成漏极电极16以及源极电极18，分别与漏极13d以及源极13s相接触。
在所述的构造p-SiTFT中，当TFT不导通(OFF)时，如果来自外部的光射入至半导体层13时，则沟道13c与源极13s或者沟道13c与漏极13d的接合区域令发生电子-电洞对。该电子-电洞对会因接合区域的电场而分开，从而产生光起电力而得到光电流，而光电流则从例如源极电极18侧输出。
亦即，检测该不导通(OFF)时所得的光电流(以下称Ioff)的增加，并作为光学传感器而加以利用。
在此，在半导体层13中，较宜设置低浓度的杂质区域。低浓度杂质区域是邻接设置在源极13s或漏极13d的沟道13c侧，且比源极13s或漏极13d杂质浓度更低的区域。通过设置该区域，可缓和集中于源极13s(或漏极13d)端部的电场。但是，杂质浓度太低时，电场会增加，此外低浓度杂质区域的宽度(从源极13s端部向沟道13c方向的长度)也会影响电场强度。亦即，低浓度杂质区域的杂质浓度以及区域宽度是存在最适合值，例如0.5μm至3μm左右。
本实施形态中，例如在沟道与源极间(或沟道与漏极间)，设置有低浓度杂质区域13LD，亦即成为LDD(Light Doped Drain，轻掺杂漏极)构造。如果成为LDD构造，由于可以使有助于光电流的发生的接合区域在栅极长度L方向增加，因此光电流的发生更为容易。亦即在至少光电流的取出侧，设置低浓度杂质区域13LD即可。并且，通过作成LDD构造，使Vg-Id特性的OFF特性(检测区域)稳定，而成为稳定的组件。
再者，图2(B)及(C)表示作为光学传感器的TFT的Vg-Id曲线。图2(B)是栅极宽度W为600μm者，图2(C)是6μm者。而两者的闸长度L为13μm。该图中，是使用n沟道型的TFT作为例子，在Vd＝10V、Vs＝GND的条件下，表示有入射光的情况(实线)、以及无入射光的情况(虚线)。
图中，Vg＝0V至-1V以下是成为不导通(OFF)状态，而如果VG超出阈值(threshold value)，则TFT成为导通状态，且Id会增加。如果着眼于例如TFT完全不导通状态的Vg＝-3V附近，则在图2(B)的情况下，在没有入射光时，电流为1×10-12A左右的Id，由于接触到光而令增加至1×10-9A左右。透过该入射光所增加的Id为Ioff。
另一方面，如图2(C)，栅极宽度W小时，在没有入射光情况下，为1×10-14A的光电流，透过光的入射，成为1×10-11A。
如此，通过使栅极宽度W更大，如果有相同光量，则与栅极宽度W较小的情况作比较，可取得大的Ioff。
但是，虽然在任何情况都可作Ioff的检测，但是以这种等级的位准进行反馈是有所困难。
因此，在本实施形态中是如图1所示提供用以读出所述光学传感器1的微小电流的电路，而能够检测出足以用于反馈的充分光量。
而图1所示的光学传感器1，是由1个以上未满500个左右的所述TFT所构成，在有多个的情况下，使栅极电极11共通，相互并联连接。作为本实施形态的一例，是将100个TFT并联连接。
构成光量检测电路100的光学传感器1以外的TFT亦可如图2所示，在半导体层13的上层配置栅极电极11的顶栅极(top gate)构造；或是在半导体层13的下层配置栅极电极11的底栅极(bottom gate)构造。光学传感器1以外的TFT为顶栅极构造时，在其中设置遮光层为宜。有关遮光层的话，可考虑例如在半导体层上方及下方配置栅极电极等，而将下层的栅极电极作为遮光层。此时，作为遮光层的栅极电极的电位为浮动者(floating)，或是与上层栅极电极共通，或是对应作为不同电位等的电路构成，而做适当选择。
再次参照图1，以下对光量检测电路100的动作进行说明。
如果光照射至光学传感器1，则输出例如10-14A至10-9A左右的非常微小的光电流。该输出电流是经由高电阻的第1电阻R1，成为1×10-9A至1×10-10A左右，将相对应的电压施加于开关晶体管2的栅极电极。
如果开关晶体管2导通，则电流从第1电源端子t1向第2电源端子t2流动。并且，透过开关晶体管2的一方的输出端子与第2电阻R2的连接点，检测输出电压Vout。在此，可将该连接点的输出电压Vout作为第1电源端子t1与第2电源端子t2的分压而予以检测出。
开关晶体管2的栅极电压是对应光学传感器1的输出电流Ioff而增减，因此从第1电源端子t1流向第2电源端子t2的电流量将发生变化。亦即，光学传感器1的输出电流Ioff较小时，栅极电压会变小，流动于第2电阻R2的电流也会变小。于是，由于第2电阻R2如前所述，为非常高的电阻，因此输出电压Vout会变大。
另一方面，光学传感器1的输出电流Ioff若变大，则由于栅极电压变大，使第2电阻R2的流动电流变大，且输出电压Vout变小。
图3表示进行该电路的仿真(simulation)的结果。
图中的横轴为光学传感器1的输出电流Ioff，纵轴是经变换的输出电压Vout。使第1及第2电源端子间电压在8V至-7V的间以2V的阶段做变化，并且，使第2电阻R2的值R可变。实线a是第2电阻R2为1×104Ω的情况，实线b是第2电阻R2为1×106Ω的情况，实线c是第2电阻R2为1×108Ω的情况。
如此，根据本实施形态，虽然来自光学传感器1的输出电流Ioff为0.1nA至1nA的非常小者，然而可将该输出电流变换为电压，使该电压放大至-7V至8V，而可检测光的强度。
例如，第1电源端子t1＝8V，第2电阻R2的电阻值R＝1×105Ω的情况，可使0nA的输出电流Ioff变换为8V，而使1nA的输出电流Ioff变换为-6V。
并且，从实线a至实线c也可得知，透过使第2电阻R2的电阻值变化，可使光学传感器1输出的电流Ioff与输出电压Vout的电流电压特性发生变化。具体而言，R值越大，电流电压特性就越陡，相反地，R值越小特性就越平缓。总的，能够依据第2电阻R2的电阻值而使光学传感器1的输出电流-输出电压特性变化，亦即可使光量检测电路100的感度变化。
因此，例如在R＝1×108Ω的情况，由于是几乎垂直的上升，因此可实现在8V至-7V间的ON、OFF，且可作为开关使用。而在R＝1×106Ω的情况，由于电位变动变得平缓，可决定跟随输出电流Ioff的电压值，因此适用于例如透过亮度(光量)，阶段性使用的情况，亦即不是0、1的数字数据，而是输出模拟数据的情况。
在此，是如前所述，在光学传感器1的TFT不导通时，透过照射光而使该光学传感器发生暗电流，藉以使用光学传感器1。因此，在预定的时序进行强制更新为宜。
TFT的光学传感器1是透过在栅极电极11上施加预定电压，可使TFT导通(ON)。亦即在预定时间，通过对光学传感器1的栅极电极11、漏极13d、以及/或者源极施加使电流流动于光电流流动方向及相反方向的电压，使光学传感器1进行更新，并使作为光学传感器的TFT特性稳定。
但是，当在非TFT的二极管的情况，由于栅极电极与源极(或漏极)相互连接，栅极电极与源极电极常为同电位，因此无法独立地对栅极电极与源极施加电压，并且无法更新。并且，在pn结合型二极管的情况，由于在没有光照射时的漏电(leak)特性不稳定，因此不适于光学传感器。
本实施形态中，开关晶体管2也是与图1的光学传感器1同样的薄膜晶体管。并且，如果使开关晶体管2也成为所谓的LDD构造，则可以缓解集中于源极(或漏极)端部的电场，因此较为理想。
在此，参照图4，对于将本实施形态的光量检测电路100与例如LCD、有机EL显示器组入同一基板的情况的一例进行说明。
图4(A)表示显示器外观的一例，图4(B)是说明光量检测电路100的一部分以及显示像素30的剖面图。
图中，本实施形态的光量检测电路100与LCD、有机EL显示组件20设置于同一基板。显示组件20是具有在玻璃等绝缘基板10上行列状多个配置有显示像素30的显示区域21。并且，光量检测电路100是配置于例如显示区域21的外侧的四隅角。
在基板上，是配置有多个漏极线、以及多个栅极线，对应漏极线DL与栅极线GL的各个交叉点是配置有显示像素。详细而言，各显示像素30是连接于驱动用的TFT的源极，而TFT的漏极以与门极与漏极线DL以与门极线GL相连接。
并且，在显示区域21的侧边，配置有在行侧依序选择漏极线的水平方向扫描电路(以下称H扫描仪(scanner))22，以及在列侧配置有向栅极线GL传送栅极信号的垂直方向扫描电路(以下称V扫描仪(scanner))23。
例如透过V扫描仪23，将某电位(H电位)的栅极信号施加于现有的栅极线GL。施加有栅极信号的栅极线GL所连接的TFT，全部成为导通状态(ON)。其间从H扫描仪22以预定的时序，依序切换扫描信号，并施加于漏极线DL，使位于交叉点的显示像素30发光。如此透过依序扫描栅极线GL以及漏极线DL，而在显示区域21显示预定的图像。此外，用以传送朝向栅极线GL以及漏极线DL等输入的各种信号的未图标的配线，是集中于基板10的侧边，并连接于外部连接端子24。
光量检测电路100是设置于配置有显示像素30的基板10上，可感知与显示区域21同等的光量。并且光直接射入光学传感器1的源极与沟道的接合区域，或者漏极与沟道的接合区域。亦即，光学传感器1直接接受来自外界的光线。于是，通过光学传感器1，感知显示区域21的光量，并变换为电流，而调节显示区域21的亮度，例如可进行控制器的控制。对应来自光学传感器1的输出电流Ioff的量，在室内明亮的情况，或是在室外时，控制器使显示区域21明亮，或是在周围较暗时，则使显示区域21成为相对应的亮度。亦即，周围明亮时，提高亮度，较灰暗时，降低亮度。如此，通过对应周围光量，自动调节亮度，可提高识别性，且实现节电。于是，透过由光量检测电路100进行亮度控制，特别是使用有机EL组件等自发光组件的显示组件20，可延长其发光组件的寿命。
如图4(B)所示，光量检测电路10与显示像素30是设置于同一基板上，在此只显示光学传感器1。
显示像素30也具有与光学传感器1同样的TFT。亦即在石英玻璃、无碱玻璃等构成的绝缘性基板10上，设置作为缓冲(buffer)层的绝缘膜(SiN、SiO2)14，其上层则积层由p-Si膜构成的半导体层113。亦可积层非晶质硅层，再通过雷射退火(laser anneal)处理等进行再结晶化而形成该p-Si膜。
半导体层113上积层有SiN、SiO2等构成的栅极绝缘膜12，其上方形成铬(Cr)、钼(Mo)等高熔点金属构成的栅极电极111。
在半导体层113中，位于栅极电极111下方，是设置有本征或成为实质本征的沟道113c。而在沟道113c的两侧，设置有属于n+型杂质的扩散区域的源极113s以及漏极113d。
在栅极绝缘膜12以与门极电极111上的全面，例如依序积层SiO2膜、SiN膜、SiO2膜并且积层层间绝缘膜15。在栅极绝缘膜12以及层间绝缘膜15中，是对应于漏极113d以及源极113s而设置有接触孔(contact hole)，在该接触孔(contact hole)中是填充有铝(Al)等金属，而设置漏极电极116以及源极电极118，分别与漏极113d以及源极113s接触。
由于光学传感器1与图1相同，因此省略某说明，在光学传感器1以及显示像素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。
并且，显示像素30中，平坦化绝缘膜17上设有成为显示电极ITO(Indium Tin Oxide)等透明电极120。透明电极120则透过平坦化绝缘膜17中所设的接触孔，连接于源极电极118(或是漏极电极116)。
此时的第1及第2电阻，是由例如掺雑n型杂质的多晶硅或如同ITO的透明电极材料而形成。
第1及第2电阻是可以由与光学传感器1、或显示像素30的TFT同样的TFT形成。此时是固定栅极电压，俾使TFT的源极-漏极间成为高电阻，而可作为电阻利用。
通过所述的构成，利用在基板上设置薄膜晶体管而构成的显示组件20的制造工序，可将本实施形态的光量检测电路100组入同一基板。
所述的情况，特别是掺雑杂质的多晶硅，在照射到光线时，将发生劣化，使电阻值变小。于是，此时，对第1及第2电阻进行遮光为宜。由于在LCD、有机EL显示组件20中，配置有显示像素30的显示区域21是采用有遮光板(未图标)，因此可通过对遮光板的图案化而对第1及第2电阻上进行遮光。
接着，参照图5至图7，对本发明的第2实施形态进行说明。而与第1实施形态同一构成要素者是标记同一符号。
图5(A)表示第2实施形态的电路概要图，图5(B)是该电路的时序图。
本实施形态的光量检测电路100是由光学传感器1、第1电容C1、第2电容C2、第1开关晶体管3、以及第2开关电晶体管4所构成。
图5(A)中，光学传感器1是并联连接有栅极电极共通的多个TFT者，由于TFT的详细与第1实施形态相同，因此省略其说明。此外，也与第1实施形态相同，为了光学传感器1的更新，光学传感器1的控制端子(栅极)所连接的节点(node)1以及至少一方的输出端子(漏极或源极)所连接的节点(node)2是与预定的电流端子t3、t4相连接，并将在预定时间将使电流流动于光电流的流动方向以及相反方向的电压施加于光学显示器的栅极电极、漏极以及/或者源极。
第1电容C1，是具有例如2pf的电容值，并与光学传感器1的输出端子一端连接。而第2电容C2，是具有从1fF至1nF的电容值(例如400fF的电容值)，并与第1电容C1并联连接。
并且，节点3以及节点7间连接有第1开关晶体管3，亦即，第1电容C1及第2电容C2的各一端是连接于第1开关晶体管3的输出端子。并且，第1电容C1的另一端与第2电容C2的另一端相连接，并于节点8接地。
对于第1开关晶体管3的控制端子，在节点4施加控制信号。而本实施形态中，为了实现对漏电流的控制，是使第1开关晶体管3成为双栅极(double gate)的n沟道型TFT。
其后，经由第1开关晶体管3的输出端子与第2电容C2的连接点(节点7)，检测输出电压Vout。而在节点7连接有第2开关晶体管4的一方的输出端子，该晶体管4的另一方的输出端子，则在节点5接地。第2开关晶体管4无论是n型或P型，只要是不导通(OFF)特性良好者即可。
此外，在本实施形态中，使光学传感器1以及各开关晶体管3、4成为所谓LDD构造亦可。
接着，说明所述光量检测电路的动作。
如图5(B)所示，在时序C，向光学传感器1的节点1输入H位准(例如7V)脉冲，向节点2输入L位准(例如0V)脉冲，而更新光学传感器1。借此使节点3的电压如n1下降。
脉冲下降，而节点1回到L位准，而节点2则回到H位准，而光学传感器1的输出电流Ioff对第1电容C1充电。然后，在预定期间持续向第1电容C1充电，而节点3的电压如n1发生变化(增加)。由于第1电容C1在节点8接地，因此节点3的电压n1为来自光学传感器的输出电压。
在时序A向节点6输入H位准的脉冲，使第2开关晶体管4导通，而重设前取样(sampling)时的输出电压Vout。
在时序B，向节点4输入H位准的脉冲，使第1开关晶体管3导通。借此在预定期间，将充电于第1电容C1的电荷移动至第2电容C2。由于第2电容C2的另一端也接地，因此可透过检测由节点7所输出的输出电压Vout，而检测出于光学传感器1接受的光量(光的强度)。
亦即，在本实施形态中，n1的斜率是对应光学传感器1所接受的光量而发生变化，而输出电压Vout是依据n1而发生变化。亦即可取得对应光量(光的强度)而线性变化的Vout。
通过使第1电容C1、第2电容C2的容量值发生变化，可设定检测光量的感度。在此，第1电容C1是依据第2电容C2而使电容值变大。借此可更有效地移送电荷。
接着，参照图6及图7，对所述的光量检测电路的LCD、有机EL显示组件组入同一基板的情况的一例进行说明。
图6是光学传感器的检测流程的示意图，图7是包含第2实施形态的光量检测电路以及向该电路输入脉冲的计数器(counter)的电路构成图的一例。而外观图与图4相同，因此在此是参考图4。
光量检测电路100是例如配置于显示区域21外侧的四隅角，而在显示区域21侧边是配置有在行侧依序选择漏极线DL的H扫描仪22，以及在列侧向栅极线GL传送栅极信号的V扫描仪23。
其次，V扫描仪23是从多条栅极线GL依序选择预定的栅极线GL，并施加栅极信号，V扫描仪23是通过垂直开始信号STV选择第1条栅极线GL，并对应垂直时脉CKV，依序切换以下的栅极线GL并进行选择。
H扫描仪22是从多条漏极线DL依序选择预定的漏极线DL，而向显示像素21供给信号。H扫描仪22是通过水平开始信号STH选择最初的漏极线DL，并对应水平时脉CKH，依序切换以下的漏极线DL并进行选择。
所述垂直时脉CKV以及水平时脉CKH，是经由以电位变换电路升压的外部控制电路所输出的例如3V振幅的低电压时脉而生成者。
本实施形态是将图6的V扫描仪23的垂直开始信号STV以及垂直时脉CKV输入计数器25，并透过从计数器25输出的脉冲，产生图5的各时序。
图7是连接有光量检测电路100以及计数器25的电路构成的一例，在本实施形态的情况中，是向计数器的节点11输入V扫描仪的垂直时脉CKV，而向计数器的节点12输入V扫描仪的垂直开始信号STV。
例如用于更新的施加于光学传感器1的栅极电极的脉冲，是第6段的计数器的输出(节点1)。而该信号线与光学传感器的输出端子是经由反相器(invertor)连接。
此外，施加于第1开关晶体管3以及第2开关晶体管4的栅极电极的脉冲，分别是第4段以及第2段的计数器的输出(节点6、节点4)。
在利用该种显示组件20的V扫描仪23的时脉时，图5(B)的时序A的周期，是扫描显示区域的一画面分的时序，例如，60Hz为主流，也可以是30Hz、120Hz等。
接着，参照图8及图9，说明本发明的第3实施形态。
图8(A)表示第3实施形态的电路概要图，图8(B)是该电路的时序图。
图8(A)中的光量检测电路100是由光学传感器1、第1电容C3、第2电容C4、第1开关晶体管5、第2开关晶体管6、第3开关晶体管7、连接手段9、第4开关晶体管8、电阻R3、第1电源端子t5、以及第2电源端子t6所构成。
光学传感器1为并联连接有栅极电极共通的多个TFT者，有关TFT的详细与第1实施形态相同，因此省略其说明。此外，亦与第1实施形态相同，为了进行光学传感器1的更新，将节点17以及节点18连接于预定的电源端子t7、t8，在预定时间将使电流流动于光电流的流动方向以及反方向的电压施加于光学传感器1的栅极电极、漏极、以及/或源极。
第1电容C3是与光学传感器1并联连接，且具有例如2pf左右的电容值。
第1开关晶体管5是将其输出端子分别串联连接于光学传感器1的一端的输出端子以及第1电容C3的一端。而第2开关传感器6是将一方的输出端子连接于第1电源端子t5，而将另一方的输出端子与第1开关晶体管5以及第1电容C3的连接点连接。
第3开关晶体管7的一方的输出端子是与第2开关晶体管6的一方的输出端子相连接，另一方的输出端子则与第2电容C4的一端相连接。第2电容C4的另一端是经由连接手段9，与第1电容C3相连接。
并且，第2电容C4的一端是与第4开关晶体管8的控制端子相连接。第4开关晶体管8是使一方的输出端子连接第2电源端子t6，使另一方的输出端子经由电阻R3与第1电源端子t5相连接。该电阻R3则成为例如2MΩ左右的非常高的电阻。并从节点23检测输出电压Vout。
第1至第4开关晶体管是例如n沟道型的TFT。而如所述的光学传感器1以及各开关晶体管，是以具有LDD构造较为适合。
如图8(B)所示，在时序A向节点19输入L(例如0V)位准的脉冲，使第1开关晶体管5不导通。之后如果节点19的H位准上升(例如7V)，则使第1开关晶体管5导通，并维持至下一个时序A。
在时序B向节点20输入H位准的脉冲。在脉冲的输入期间，第2开关晶体管6是导通。借此，由于是由第1电源端子t5向第1电容C3供给电荷，因此是将第1电容C3充电成节点21的电压。在第3实施形态中，是在向第1电容C3充电基准电荷后，透过其放电而检测光量。于是第1电容C3充电成节点21的电压的状态，成为n1的重设位(reset)状态。
如果节点20的脉冲为L位准，则第2开关晶体管6成为不导通状态。此时，由于第1开关晶体管5维持导通状态，因此第1电容C3所充电的电荷在C的期间进行放电。
光学传感器1是如前所述，是由在构成光学传感器1的TFT不导通时照射的光量所发生的暗电流。亦即，经由检测构成光学传感器的TFT的依据光的漏电流来检测光量。于是，透过使第1开关晶体管5导通，而从第1电容C3放电出，对应照射光学传感器1的光量的电荷。
如果C的期间结束，则再次在时序A向节点19输入L位准的脉冲，在脉冲的输入期间，第1开关晶体管不导通。同时，向节点22输入H位准的脉冲，使第3开关晶体管7导通。
于是，脉冲的输入期间，电荷从第1电容C3向第2电容C4移动，即通过n1的电压而使n2的电压发生变化。n1的电压如图8(B)所示，经由放电，随时间的变化而变低，透过第3开关晶体管7导通，从基准电荷扣除由光学传感器1检测的光量所对应的电荷，所得的残量成为n2的电压。
亦即，n2是依据由光学传感器1所感知的光量而变动，n2的电压是施加于第4开关晶体管8的栅极电极。
在节点21以及节点23间，连接有2MΩ左右的非常高电阻值的电阻R3，因此借此对第1及第2电源端子间的电压进行分压，并由节点23检测输出电压Vout。此时，n2的栅极电压越小，则第4开关晶体管8流动于电阻R3的电流越小，结果，输出电压Vout是以接近第1电源端子t5的较大值输出。另一方面，n2的栅极电压越大，流通于电阻R3的电流越大，因此，输出电压Vout的值成为接近第2电源端子t6的较小值输出。
亦即，根据本实施形态，n2的电压是依据光学传感器1所感知的光量(强度)而发生变化，从而使输出电压Vout发生变化。此外，由于可将输出电压Vout变换为第1及第2电源端子间的电压，因此可将微量光电流变换为对应使用目的的范围的电压而予以输出。
第3实施形态的光量检测电路10是透过改变光学传感器1的连接数，可调节检测光量的感度。
其次，参照包含图9的光量检测电路以及向该电路输入脉冲的计数器的电路构成图的一例，对将光量检测电路与LCD、有机EL显示组件组入同一基板的情况进行说明。
显示组件的外观图是与图4相同，光学传感器1的检测流程与图6相同，因此省略其说明。
如图9所示，在第3实施形态的情况中，亦是向计数器25的节点31以及节点32分别输入V扫描仪23的垂直时脉CKV以及垂直开始信号STV。
施加于第1开关晶体管5的栅极电极的脉冲，是例如第40段的计数器25的输出的反相者(invertor)(节点19)、第2开关晶体管6的栅极电极所施加的脉冲，是第2段的计数器25的输出(节点20)。并且，施加于第3开关晶体管7的栅极电极的脉冲，是第40段的计数器的输出。
第3实施形态的电阻，也与第1实施形态同样，可以由掺杂n型杂质的多晶硅或者、如ITO般的透明电极材料、或TFT所形成。当为TFT的情况时，如果固定栅极电压，使源极-漏极间成为高电阻，则可使TFT作为电阻利用。
通过所述构成，利用在基板上设置薄膜晶体管而构成的显示组件20的制造工序，可将本实施形态的光量检测电路100组入同一基板。
而以杂质掺杂的多晶硅形成电阻时，可透过LCD、有机EL显示组件20的遮光板的图案化对电阻上进行遮光。
作为所述光量检测电路10的具体使用方法，例如，第2实施形态的光量检测电路100的输出电压Vout对于光学传感器1的输出为线型，因此只要至少有一个光量检测电路100，则可进行对应于光量的亮度控制等。
另一方面，第1、第3实施形态的光量检测电路100的情况下，经由第1、第2电阻的变动、或使光学传感器1的连接数发生变化，而使感度发生变化。亦即，在1个光量检测电路100中，可检测该感度的导通不导通(是否达到该感度)。此时，在显示器内配置多个不同感度的检测电路，而通过检测出输出为导通的光学传感器1来检测光量。
此外，虽然在本实施形态中是对所谓顶栅极(top gate)构造的TFT进行了说明，然而即使是与积层顺序相反的底栅极(bottom gate)构造的TFT，也可同样实施。
图10是本实施形态的显示面板200的动作说明图，图10(A)为概要图，图10(B)是流程图。
如所述的本实施形态的显示面板200是由显示部20、以及显示部20驱动用的外部控制电路210所构成。显示部20是如前所述，是将栅极线GL以及漏极线DL连接多个显示像素30的显示区域21、V扫描仪23、H扫描仪22、以及光量检测电路100配置于同一基板10上而成者。
外部控制电路210是对于显示部20供给驱动用的各种信号、电源的所谓驱动用IC。
驱动用IC210是使V扫描仪23以及H扫描仪22驱动，并传送控制信号。V扫描仪23以及H扫描仪是透过控制信号，分别向栅极线GL以及漏极线DL供给扫描信号。
此外，驱动用IC210是向显示部供给电源。电源的一部分是供给至有机EL组件，使有机EL组件发光。再者，驱动用IC210是将数据信号Vdata输出至显示部21，以显示像素。
光检测电路100是具有第1电源端子、以及第2电源端子。此外，例如第2、第3实施形态的光量检测电路100的情况中，是将预定的脉冲作为输入信号而控制光学传感器1的更新、检测的时序。
本实施形态的显示面板200是将光量检测电路100的第1电源端子、第2电源端子连接于驱动用IC210的电源供给线。而在需要输入信号的光量检测电路100的情况下，输入例如V扫描仪23的扫描信号。
具体而言，如图10(B)所示，透过来自驱动用IC210的控制信号，将V扫描仪23(计数器23)所输出的垂直开始信号STV、垂直时脉CKV等输入光量检测电路100，并使其动作。
光量检测电路100是如前所述，检测外界光线并变换为电压，且传送至驱动用IC210。借此，驱动用IC210是调节有机EL组件的亮度等，对于显示部20进行反馈。
如此，通过以显示面板200的电源、显示面板200的V扫描仪等的扫描信号，驱动光量检测电路100，使光量检测电路100用的动作信号不再需要从外部供给，并可减少端子数。
此外，由于配线电阻的电压降减少，可减少光量检测电路100的消耗电力。
权利要求
1.一种光量检测电路，具有光学传感器，由在基板上积层栅极电极、绝缘膜以及半导体层，并具有设置于该半导体层的沟道以及设置于该沟道两侧的源极以及漏极的薄膜晶体管所构成，并将所接收的光变换为电气信号；第1电阻，与所述光学传感器并联连接，并具有高电阻值；开关晶体管，将所述光学传感器的输出施加于控制端子；第2电阻，连接于所述开关晶体管的一方输出端子，并具有高电阻值；第1电源端子，连接有该第2电阻；以及第2电源端子，连接于所述开关晶体管的另一方输出端子；并且，将对应所述光学传感器的输出的电压，施加于所述控制端子，使所述开关晶体管导通，并且从所述开关晶体管与所述第2电阻的连接点检测输出电压。
2.如权利要求1所述的光量检测电路，其中，通过使所述第2电阻的电阻值变化，使所述光学传感器输出的电流与输出电压的电流电压特性发生变化。
3.如权利要求1所述的光量检测电路，其中，所述第1及第2电阻具有103Ω至108Ω范围的电阻值。
4.如权利要求1所述的光量检测电路，其中，经过预定的期间后，对所述光学传感器的控制端子施加预定的电压，使该光学传感器进行更新。
5.如权利要求1所述的光量检测电路，其中，所述半导体层在所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间的接合区域直接接收光线，而产生光电流。
6.如权利要求1所述的光量检测电路，其中，在所述半导体层的所述源极与所述沟道间，或所述漏极与所述沟道间，设置有低浓度杂质区域。
7.如权利要求6所述的光量检测电路，其中，所述低浓度杂质区域设在输出由入射光产生的光电流的一侧。
8.如权利要求1所述的光量检测电路，其中，所述第1及第2电阻由透明电极材料所形成。
9.如权利要求1所述的光量检测电路，其中，所述第1及第2电阻由薄膜晶体管所形成。
10.一种光量检测电路，具有光学传感器，由在基板上积层栅极电极、绝缘膜以及半导体层，并具有设置于该半导体层的沟道，以及设置于该沟道两侧的源极以及漏极的薄膜晶体管所构成，并将所接收的光变换为电气信号；第1电容，一端与所述光学传感器的输出端子连接，而另一端接地；第1开关晶体管，其一方的输出端子连接于所述第1电容与所述光学传感器的连接点；第2电容，其一端连接于所述第1开关晶体管的另一方输出端子，而另一端接地；以及第2开关晶体管，其一方输出端子连接于所述第1开关晶体管与所述第2电容的连接点，另一方接地；将所述光学传感器输出的电荷以一定期间储存于所述第1电容，使所述第1开关晶体管导通，将所述第1电容所储存的电荷移动至所述第2电容，并且从所述第1开关晶体管与所述第2容量的连接点检测输出电压。
11.如权利要求10所述的光量检测电路，其中，通过所述第2开关晶体管的导通，在电荷的储存前，使所述第2电容进行更新。
12.如权利要求10所述的光量检测电路，其中，经过预定期间后，对所述光学传感器的控制端子施加预定电压，使该光学传感器进行更新。
13.如权利要求10所述的光量检测电路，其中，对应来自所述光学传感器的输出，使所述输出电压变化为线形。
14.如权利要求10所述的光量检测电路，其中，通过使所述第1以及第2电容变化，使输出电压变化。
15.如权利要求10所述的光量检测电路，其中，所述半导体层在所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间的接合区域直接接收光线，而产生光电流。
16.如权利要求10所述的光量检测电路，其中，在所述半导体层的所述源极与所述沟道间或所述漏极与所述沟道间，设置有低浓度杂质区域。
17.如权利要求16所述的光量检测电路，其中，所述低浓度杂质区域设在输出由入射光产生的光电流的一侧。
18.一种光量检测电路，具有光学传感器，并联连接多个薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有在基板上积层栅极电极、绝缘膜以及半导体层，并具有设置于该半导体层的沟道、以及设置于所述沟道两侧的源极及漏极；第1电容，与所述光学传感器并联连接；第1开关晶体管，串联连接于所述光学传感器的一方输出端子及所述第1电容的一端；第2开关晶体管，其输出端子的一端连接于所述第1开关晶体管与所述第1电容的连接点，而另一端连接于第1电源端子；第3开关晶体管，其输出端子的一端连接于所述第2开关晶体管的一端，另一端连接于第2电容的一端；连接手段，用以连接所述第2电容的另一端、与所述第1电容的另一端；以及第4开关晶体管，所述第2电容的一端连接于控制端子，而输出端子的一方经由电阻而连接于所述第1电源端子，另一方连接于第2电源端子；从所述电源端子向所述第1电容供给基准电荷，并使所述第1晶体管导通，将所述第1电容的电荷透过所述光学传感器放电，在经过一定期间后，将所述第1电容所残留的电荷，透过所述第3晶体管的导通而储存于所述第2电容，将所述第2电容与所述第3晶体管的连接点的电压施加于所述第4晶体管的控制端子，从而检测所述第4晶体管的输出电压。
19.如权利要求18所述的光量检测电路，其中，通过所述光学传感器的连接数的不同，而使所述输出电压变化。
20.如权利要求18所述的光量检测电路，其中，所述电阻具有103Ω至108Ω范围的电阻值。
21.如权利要求18所述的光量检测电路，其中，所述半导体层在所述源极与所述沟道间、或所述漏极与所述沟道间的接合区域直接接收光线，而产生光电流。
22.如权利要求18所述的光量检测电路，其中，在所述半导体层的所述源极与所述沟道间，或所述漏极与所述沟道间，设置有低浓度杂质区域。
23.如权利要求22所述的光量检测电路，其中，所述低浓度杂质区域设在输出由入射光产生的光电流的一侧。
24.如权利要求18所述的光量检测电路，其中，所述电阻由透明电极材料所形成。
25.如权利要求18所述的光量检测电路，其中，所述电阻由薄膜晶体管所形成。
26.一种显示面板，具有配置成矩阵状的漏极线与门极线；多个显示像素，连接于所述漏极线与门极线的交叉点附近；显示部，将至少具备将接受的光变换为电气信号的光学传感器的光学检测电路配置于同一基板；以及外部控制电路，用以供给驱动所述显示部的信号及电源；并且通过所述信号及/或电源，使所述光量检测电路动作。
27.如权利要求26所述的显示面板，其中，具备连接于所述栅极线，并依据所述信号向所述栅极线供给扫描信号的垂直方向扫描电路，并将所述扫描信号作为所述光量检测电路的输入信号。
全文摘要
由二极管所构成的光学传感器(photo sensor)的构造并无法进行更新，并且无光照时的漏电特性不稳定，因此并不适用于光学传感器。而薄膜晶体管的光学传感器的光量非常微小，有反馈较困难的问题。本发明是在薄膜晶体管的光学传感器附加将输出电流变换为电压的检测电路。由此使微小电流可变换为可反馈的所希望的范围的电压。而通过改变构成电路的电阻、电容、光学传感器的连接数，可使光学传感器的感度变化。
文档编号G01J1/42GK1699936SQ20051007182
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月20日 优先权日2004年5月21日
发明者西川龙司, 小川隆司 申请人:三洋电机株式会社