CN101465359B

CN101465359B - 具有光敏薄膜晶体管的大型光传感器

Info

Publication number: CN101465359B
Application number: CN2007101993613A
Authority: CN
Inventors: 陈威州
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: CN101465359A

Abstract

一种光传感器，包含有基板，基板上设置栅极线以及与栅极线相交的读取线。光传感元件设置在基板上，并与栅极线以及读取线电连接。开关元件设置在基板上，并与栅极线、读取线以及光传感元件电连接。遮光层则覆盖于基板上且遮蔽开关元件。

Description

具有光敏薄膜晶体管的大型光传感器

技术领域

本发明涉及一种光传感器，尤其涉及一种使用光敏薄膜晶体管的光传感器。

背景技术

市面上的光传感器，一般都采用电荷耦合元件(Charge CoupledDevice；CCD)或者是互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor；CMOS)元件作为光感应元件。由于CCD及CMOS元件是以半导体工艺技术制成，具有分辨率高等优点，因此常用在数码相机、数码摄影机、传真机以及扫描仪等装置上。

然而，由于CCD及CMOS元件是以半导体技术制成，且其面积一般都不大。如图1所示，若欲制作大型的光传感器，一般是将CCD或CMOS元件120设置在大型的基板110上，并通过连接线130将各个CCD或CMOS元件120组合连接，以将CCD或CMOS元件120感应光所产生的感应信号传送至外界。然而，上述的大型光传感器其制作困难，成本相当昂贵。

有鉴于此，便有需要提出一种大型的光传感器，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光传感器，通过光传感元件来感测光线，能够设置在大型的透明基板上，由此可制造出大型的透明光传感器。

为达上述目的，本发明第一实施例的光传感器，包含：基板，基板上设置有多条栅极线，以及多条与栅极线相交的读取线。在两相邻的栅极线以及两相邻的读取线之间的区域内，设置有开关元件，例如是非晶硅薄膜晶体管，以及光传感元件，例如是另一非晶硅薄膜晶体管，其栅极皆与邻近的栅极线电连接，光传感元件并通过开关元件与读取线电连接。其中，本实施例的光传感器还包含有遮光层，覆盖在基板上，并遮蔽住开关元件。

本发明的光传感器在运作时，栅极线作为扫描线，用以开启光传感元件与开关元件。另外，光传感元件与开关元件的栅极端须施以适当的电压，以使光传感元件与开关元件能够运作。由于非晶硅材料会对光有所反应，故当光入射至光传感元件的有源层时，会产生光电流，由读取线读取此光电流信号，并通过栅极线的扫描以及读取线所读取的光电流信号，判断出究竟是哪一个光传感元件接收到光线，以及该光线的强度。此外，开关元件系用以控制光传感元件所产生的光电流信号的输出。由于开关元件被遮光层所遮蔽，故光线无法穿过遮光层而到达开关元件的有源层，因此外界的光线并不会影响开关元件的运作。

本发明第二实施例的光传感器大体上与第一实施例的光传感器相同，但遮光层同时遮蔽光传感元件与开关元件。光传感元件的不透明栅极上，另设置有开口，使得外界的光线在通过透明的基板后，可穿过栅极上的开口，到达有源层以产生光电流，由此达到感测光线的目的。

附图说明

图1为现有以CCD或CMOS元件制作成的大型光传感器的示意图；

图2为本发明第一实施例的光传感器的上视图；

图3显示本发明第一实施例的光传感器的光传感元件与开关元件的结构的第一样式；

图4显示本发明第一实施例的光传感器的光传感元件与开关元件的结构的第二样式；

图5显示本发明第一实施例的光传感器的光传感元件与开关元件的结构的第三样式；

图6显示本发明第一实施例的光传感器的光传感元件与开关元件的结构的第四样式；

图7为本发明第二实施例的光传感器的上视图；

图8显示本发明第二实施例的光传感器的光传感元件与开关元件的结构的第一样式；

图9显示本发明第二实施例的光传感器的光传感元件与开关元件的结构的第二样式。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文特举本发明实施例，并结合附图，作详细说明如下。此外，在本发明各实施例的说明中，类似元件以相同的符号表示，于此先做说明。

参照图2，本发明第一实施例的光传感器200包含有基板210，基板210上设置有多条栅极线220，以及多条与栅极线220相交的读取线230，两相邻的栅极线220以及两相邻的读取线230之间形成区域240。

在每一区域240内的栅极线220与读取线230的交界处，设置有开关元件250，例如是非晶硅薄膜晶体管，以及光传感元件260，例如是另一非晶硅薄膜晶体管，其各自的栅极351、361与邻近的栅极线220电连接，光传感元件260并通过开关元件250与读取线230电连接。另外，光传感器200还包含有遮光层280，覆盖在基板210上，并遮蔽住开关元件250。

参照图3，其显示有本发明第一实施例的光传感器200的开关元件250、光传感元件260结构的第一样式。第一金属层形成在基板210上，分别做为开关元件250与光传感元件260的栅极351、361，而栅极绝缘层356则沉积于基板210上，并覆盖栅极351、361。在栅极351、361上方的栅极绝缘层356上，则利用光刻工艺分别形成有以非晶硅制成的有源层354、364以及掺杂层355、365。在掺杂层355上、栅极351的两侧，分别设置有由第二金属制成的源极352与漏极353；而在掺杂层365上、栅极361的两侧，亦分别设置有由第二金属制成的源极362与漏极363。在栅极绝缘层356上形成有保护层(passivation layer)357，覆盖源极352、漏极353以及源极362与漏极363。遮光层280覆盖在栅极351上方的保护层357上，用以遮蔽开关元件250。

参照图4，其显示有本发明第一实施例的光传感器200的开关元件250、光传感元件260结构的第二样式。开关元件250、光传感元件260的栅极351、361形成在基板210上，栅极绝缘层356则沉积于基板210上，并覆盖栅极351、361。在栅极绝缘层356上、栅极351的两侧，分别设置有由第二金属制成的源极352与漏极353；而在栅极绝缘层356上、栅极361的两侧，亦分别设置有由第二金属制成的源极362与漏极363。在栅极绝缘层356上、源极352与漏极353之间，形成有非晶硅制成的有源层354；而在栅极绝缘层356上、源极362与漏极363之间，亦形成有非晶硅制成的有源层364。遮光层280覆盖在有源层354、源极352与漏极353上，用以遮蔽开关元件250。

参照图5，其显示有本发明第一实施例的光传感器200的开关元件250、光传感元件260结构的第三样式。开关元件250的金属源极352与漏极353形成在基板210上且相互分离；而光传感元件260的金属源极362与漏极363形成在基板210上且相互分离。非晶硅制成的有源层354形成在源极352、漏极353与基板210上；而非晶硅制成的有源层364则形成在源极362、漏极363与基板210上。栅极绝缘层356、366分别形成在有源层354与364上。开关元件250的栅极351形成在栅极绝缘层356上，而光传感元件260的栅极361则形成在栅极绝缘层366上。遮光层280覆盖在栅极351、栅极绝缘层356、有源层354、源极352与漏极353上，用以遮蔽开关元件250。

参照图6，其显示有本发明第一实施例的光传感器200的开关元件250、光传感元件260结构的第四样式。开关元件250、光传感元件260的非晶硅有源层354、364形成在基板210上。开关元件250的金属源极352与漏极353形成在有源层354上且相互分离；而光传感元件260的金属源极362与漏极363则形成在有源层364上且相互分离。栅极绝缘层356形成在源极352、漏极353与有源层354上，而栅极绝缘层366则形成在源极362、漏极363与有源层364上。开关元件250的栅极351形成在栅极绝缘层356上，而光传感元件260的栅极361则形成在栅极绝缘层366上。遮光层280覆盖在栅极351、栅极绝缘层356、有源层354、源极352与漏极353上，用以遮蔽开关元件250。

本发明的光传感器200在运作时，栅极线220作为扫描线，用以开启开关元件250、光传感元件260；另外，开关元件250、光传感元件260的栅极351、361端须施以适当的电压，以使开关元件250、光传感元件260能够运作。由于非晶硅材料会对光有所反应，故当光入射至光传感元件260的有源层364时，会产生光电流，由读取线230读取此光电流信号，并通过栅极线220的扫描以及读取线230所读取的光电流信号，判断出究竟是哪一个光传感元件260接收到光线，以及该光线的强度。此外，开关元件250在本发明的作用是做为开关，用以控制光传感元件260所产生的光电流信号的输出。由于开关元件250被遮光层280所遮蔽，故光线无法穿过遮光层280而到达开关元件250的有源层354，因此外界的光线并不会影响开关元件250的运作。

参照图7，本发明第二实施例的光传感器700大体上与第一实施例的光传感器200相同，但遮光层280同时遮蔽开关元件250与光传感元件260。

为使光传感器700的光传感元件260能够感测到外界的光线，参照图8，本发明第二实施例的光传感器700的开关元件250、光传感元件260结构的第一样式，大体上与第3图的开关元件250、光传感元件260的结构相同，但光传感元件260的不透明栅极361上，另设置有开口770，使得外界的光线在通过透明的基板210后，可穿过栅极361上的开口770，到达有源层364以产生光电流，由此达到感测光线的目的。

另外，参照图9，本发明第二实施例的光传感器700的开关元件250、光传感元件260结构的第二样式，大体上与图4的开关元件250、光传感元件260的结构相同，但光传感元件260的不透明栅极361上，另设置有开口770，使得外界的光线在通过透明的基板210后，可穿过栅极361上的开口770，到达有源层364以产生光电流，由此达到感测光线的目的。

本发明的光传感器可利用现有的液晶显示器的制造技术，将栅极线、读取线以及非晶硅薄膜晶体管形成在大型的玻璃基板上，在薄膜晶体管以及相关元件设计成适当的大小下，本发明的光传感器可拥有很高的透明度，具有一些特殊的应用，例如可将本发明的光传感器放置在有图像的纸张或者是显示器前，用来检测周围的光线变化，但又不会影响图像或者是影像的显示。另外，本发明的光传感器的非晶硅薄膜晶体管可用透明的材料制成，可通过增加非晶硅薄膜晶体管的感光区域来提高光传感器的灵敏度，又不会影响整体光传感器的透明度。

虽然本发明已以前述优选实施例公开，但其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种光传感器，其包含：

基板；

栅极线，设置于所述基板上；

读取线，设置于所述基板上，并与所述栅极线相交；

开关元件，设置于所述基板上，并与所述栅极线以及读取线电连接；

光传感元件，设置于所述基板上，与所述栅极线电连接，且通过所述开关元件与所述读取线电连接；以及

遮光层，覆盖于所述基板上，且遮蔽所述开关元件。

2.如权利要求1所述的光传感器，其中所述遮光层遮蔽所述光传感元件。

3.如权利要求1所述的光传感器，其中所述光传感元件包含有第一金属层、第二金属层、与半导体层。

4.如权利要求3所述的光传感器，其中所述光传感元件包含有由所述第一金属层所构成的栅极、由所述第二金属层所构成的源极、由所述第二金属层所构成的漏极、与由非晶硅制成的有源层。

5.如权利要求4所述的光传感器，其中所述栅极还包含开口，且所述开口也对应于所述半导体层。

6.如权利要求4所述的光传感器，其中所述半导体层位于所述第一金属层与所述第二金属层之间。

7.如权利要求4所述的光传感器，其中所述第二金属层位于所述第一金属层与所述半导体层之间。

8.如权利要求4所述的光传感器，其中所述光传感元件还包含绝缘层，且所述绝缘层位于所述第一金属层与所述半导体层或所述第二金属层之间。

9.如权利要求4所述的光传感器，其中所述基板直接与所述第一金属层、所述第二金属层或所述半导体层接触。

10.如权利要求4所述的光传感器，还包含保护层，且所述保护层覆盖在所述第二金属层上。