CN107219014A - 用于温度检测的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及一种用于温度检测的装置，其包括：延迟单元，其包括奇数个首尾耦接的反相器；开关晶体管，其控制极与所述延迟单元的输出端耦接，第一极与所述装置的工作电压节点耦接，以及第二极与所述延迟单元的输入端耦接；第一电容器，其第一端与所述延迟单元的所述输入端耦接，以及第二端与所述开关晶体管的第一极或所述装置的接地节点耦接；以及温敏晶体管，其控制极与所述装置的偏置电压端耦接，第一极与所述延迟单元的所述输入端耦接，以及第二极与所述装置的接地节点耦接；其中，所述反相器中的至少一个的晶体管的有源区包括具有0.1cm2V‑1s‑1至20cm2V‑1s‑1之间的电子迁移率的半导体材料。本发明描述的实施例能够提高用于温度检测的装置的灵敏度。

Description

用于温度检测的装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种用于温度检测的装置。
背景技术
随着移动产品的广泛应用，人们对电子产品的需求越来越大，显示面板也有了快速的发展。显示面板广泛应用于液晶显示(LCD)、有机发光二极管显示(OLED)、电子纸显示(EPD)以及微显示等领域。因为液晶的特性和OLED的操作稳定性会随着温度的变化而变化，所以显示效果也会随之发生变化。因此，了解显示面板中的温度的变化可以帮助抵消温度变化所带来的不利影响。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于温度检测的装置，该装置能够对温度进行检测并且具有很高灵敏度，以分辨出温度的变化所引起的周期的变化。
在本公开的一个方面中，提供一种用于温度检测的装置，其包括：延迟单元，其包括奇数个首尾耦接的反相器；开关晶体管，其控制极与所述延迟单元的输出端耦接，第一极与所述装置的工作电压节点耦接，以及第二极与所述延迟单元的输入端耦接；第一电容器，其第一端与所述延迟单元的所述输入端耦接，以及第二端与所述开关晶体管的第一极或所述装置的接地节点耦接；以及温敏晶体管，其控制极与所述装置的偏置电压端耦接，第一极与所述延迟单元的所述输入端耦接，以及第二极与所述装置的接地节点耦接；其中，所述反相器中的至少一个的晶体管的有源区包括具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率的半导体材料。
在一个实施例中，所述半导体材料包括非晶硅或氧化物半导体。
在一个实施例中，所述氧化物半导体包括下列中的至少一种：ZnSnO、InZnO、SnO2、InSnO、InGaO、InGaZnO或其组合。
在一个实施例中，所述开关晶体管和所述温敏晶体管中的至少一个的有源区包括多晶硅。
在一个实施例中，所述多晶硅为低温多晶硅。
在一个实施例中，所述反相器中的晶体管、所述开关晶体管和所述温敏晶体管为薄膜晶体管。
在一个实施例中，所述反相器中的所述至少一个包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，其中所述第一薄膜晶体管的第一极和控制极与所述装置的工作电压节点耦接，所述第一薄膜晶体管的第二极与所述反相器的输出端耦接，所述第二薄膜晶体管的第一极与所述输出端耦接，所述第二薄膜晶体管的控制极与所述反相器的输入端耦接，所述第二薄膜晶体管的第二极与所述装置的接地节点耦接。
在一个实施例中，所述反相器中的所述至少一个还包括第二电容器，所述第二电容器的第一端与所述第二薄膜晶体管的第一极耦接，所述第二电容器的第二端与所述装置的接地节点耦接。
在一个实施例中，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管为N沟道场效应晶体管。
在本文描述的实施例中，反相器的晶体管的有源区包括第一半导体材料，由于第一半导体材料具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率，因此，较低的迁移率增大了反相器的延迟时间，进而提高了用于温度检测的装置的灵敏度，以分辨出温度的变化所引起的周期的变化。
适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在说明的目的，并不旨在限制本申请的范围。
附图说明
本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的用于温度检测的装置的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的用于温度检测的装置的延迟单元的反相器的示意图；
图3是图1的用于检测温度的装置所产生的波形的示意图；
图4A和4B示出了根据本发明的实施例的用于温度检测的装置的温度特性曲线；
图5A和5B示出了根据本发明的比较例的用于温度检测的装置的温度特性曲线；
图6示出了根据本发明的另一个实施例的用于温度检测的装置的示意图；
图7示出了根据本发明的另一个实施例的用于温度检测的装置的延迟单元的反相器的示意图。
具体实施方式
首先需要说明的是，除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。
现将参照附图更全面地描述示例性的实施例。
图1示出了根据本发明的实施例的用于温度检测的装置的示意图。该装置包括延迟单元10、开关晶体管Tsw、温敏晶体管Tsen、以及第一电容器C1。延迟单元10可以包括奇数个(例如，五个)首尾耦接的反相器INV1-INV5。此外应理解，本文中，术语“耦接”包括元件之间的直接连接和间接连接。
如图1所示，开关晶体管Tsw的控制极与延迟单元10的输出端B耦接，开关晶体管Tsw的第一极与装置的工作电压节点VDD耦接，以及开关晶体管Tsw的第二极与延迟单元10的输入端A耦接。第一电容器C1的第一端与延迟单元10的输入端A耦接，以及第一电容器C1的第二端与装置的接地节点VSS耦接。温敏晶体管Tsen的控制极与装置的偏置电压端Vth耦接，温敏晶体管Tsen的第一极与延迟单元10的输入端A耦接，以及温敏晶体管Tsen的第二极与装置的接地节点VSS耦接。开关晶体管Tsw、第一电容器C1以及温敏晶体管Tsen用于与延迟单元10配合以产生周期性的振荡波形，这将稍后参考图3进行详细描述。
温敏晶体管Tsen的控制极与偏置电压端Vth耦接，其中，在该偏置电压端处的电压可以是亚阈值偏置电压。在亚阈值偏置电压下，温敏晶体管Tsen的沟道处于弱反型状态，沟道电流与温度成单调递增关系，且沟道电流小于正常偏置电流。
根据本发明的一个实施例，延迟单元10的反相器INV1-INV5的每个晶体管的有源区可以都包括具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率的半导体材料，诸如非晶硅或氧化物半导体。具体地，氧化物半导体可以包括ZnSnO、InZnO、SnO2、InSnO、InGaO、InGaZnO或其组合中的至少一种。由于非晶硅或氧化物半导体的迁移率较低，因此增大了延迟单元10的反相器INV1-INV5的延迟时间。延迟单元10的反相器INV1-INV5的晶体管的有源区的半导体材料不限于此，只要延迟单元10的反相器INV1-INV5的晶体管的有源区的半导体材料具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率即可。
需要说明的是，本领域的技术人员能够理解，只要延迟单元10的反相器INV1-INV5中的至少一个的晶体管的有源区包括具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率的半导体材料，就可以增大延迟单元10的延迟时间。只是当延迟单元10的反相器INV1-INV5中的每个反相器的晶体管的有源区都采用该半导体材料时，可以进一步增大五个反相器INV1-INV5的延迟时间之和，从而进一步增大延迟单元10的延迟时间。
根据本发明的实施例，开关晶体管Tsw和温敏晶体管Tsen可以是薄膜晶体管，薄膜晶体管可以采用N沟道或P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
根据本发明的实施例，开关晶体管Tsw和温敏晶体管Tsen的有源区可以包括诸如低温多晶硅的多晶硅半导体材料。然而，开关晶体管Tsw和温敏晶体管Tsen的有源区的半导体材料不限于此，也可以采用本领域中的其他常规半导体材料。
图2示出了根据本发明的实施例的装置的延迟单元10的反相器INV1的示意图。反相器INV1包括第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2。第一薄膜晶体管TFT1的第一极和控制极与装置的工作电压节点VDD耦接，第一薄膜晶体管TFT1的第二极与反相器INV1的输出端Vout耦接。第二薄膜晶体管TFT2的第一极与该输出端Vout耦接，第二薄膜晶体管TFT2的控制极与反相器INV1的输入端Vin耦接，第二薄膜晶体管TFT2的第二极与装置的接地节点VSS耦接。类似地，反相器INV2-INV5也可以采用与反相器INV1相同的配置，在此不再重复描述。
由于当反相器的输入电压为低(或高)时，反相器的输出电压为高(或低)，所以对于延迟单元10的五个首尾耦接的反相器INV1-INV5，它们改变了输入信号的相位，并引入了传输延迟。
根据本发明的一个实施例，第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2可以采用N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，相应地，第一薄膜晶体管TFT1的第一极和第二薄膜晶体管TFT2的第一极为漏极；第一薄膜晶体管TFT1的第二极和第二薄膜晶体管TFT2的第二极为源极；第一薄膜晶体管TFT1的控制极和第二薄膜晶体管TFT2的控制极为栅极。
根据本发明的一个实施例，第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2的有源区可以包括具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率的第一半导体材料，诸如非晶硅或氧化物半导体。氧化物半导体可以包括下列中的至少一种：ZnSnO、InZnO、SnO2、InSnO、InGaO、InGaZnO或其组合等。由于第一半导体材料的迁移率低，因此增大了反相器的延迟时间。
图3是图1的用于检测温度的装置所产生的波形的示意图。如图3所示，在初始时刻t0，向开关晶体管Tsw的第一极施加工作电压VDD，延迟单元10的输入端A的电压VA为低电压VL(例如，接近于0V的低电压)，开关晶体管Tsw此时被关断，并且第一电容器C1不被充电。在该状态持续一段时间后，在时刻t1，输入端A处的低电压VL传输到延迟单元10的输出端B(其中t0与t1之间的时间间隔对应于延迟单元10的五个反相器INV1-INV5的延迟时间之和)，由于存在奇数个反相器，所以输出端B处的电压为高电压VH。该高电压VH作用于开关晶体管Tsw的控制极，使开关晶体管Tsw导通。
由于开关晶体管Tsw导通，所以在时刻t2，输入端A处的电压VA被快速从低电压VL拉到高电压VH。此时，第一电容器C1两端产生电压差，使第一电容器C1开始被充电。在一段时间后，在时刻t3，输入端A处的高电压VH传输到延迟单元10的输出端B(其中t2与t3之间的时间间隔对应于延迟单元10的五个反相器INV1-INV5的延迟时间之和)，由于存在奇数个反相器，所以输出端B处的电压为低电压VL。该低电压VL作用于开关晶体管Tsw的控制极，使开关晶体管Tsw关断。此时，第一电容器C1已完成充电。
由于开关晶体管Tsw关断，所以输入端A处的高电压VH通过温敏晶体管Tsen进行放电，使得输入端A处的电压VA逐渐降低。随着输入端A处的电压VA逐渐降低，引发第一电容器C1放电，使两个极板上积累的电荷发生中和。在时刻t4，输入端A处的电压VA从高电压VH降为低电压VL。在该状态持续一段时间后，在时刻t5，输入端A处的低电压VL传输到延迟单元10的输出端B(其中t4与t5之间的时间间隔对应于延迟单元10的五个反相器INV1-INV5的延迟时间之和)，由于存在奇数个反相器，所以输出端B处的电压为高电压VH。该高电压VH作用于开关晶体管Tsw的控制极，使开关晶体管Tsw导通。第一电容器C1两端产生电压差，使第一电容器C1开始被充电。之后，相同的过程不断重复，从而产生图3中所示的振荡波形。该振荡波形的周期T1为时刻t1与t5之间的时间间隔，放电时间T2为时刻t3与t4之间的时间间隔。应注意的是，图3中所示的振荡波形为输入端A处的电压波形，输出端B处的电压波形可以通过取输入端A处的电压波形的反相信号来获得。
如前所述，温敏晶体管Tsen在处于亚阈值偏置下状态，放电电流较小，所以时刻t3与t4之间的放电时间T2较长。由于温敏晶体管Tsen的亚阈值电流大小与温度成单调递增关系，所以当温度上升时，流经温敏晶体管Tsen的放电电流增大，放电时间T2缩短，使得装置所检测的输出波形周期T1缩短，频率升高；而当温度降低时，流经温敏晶体管Tsen的放电电流减小，放电时间T2增加，使得装置所检测的输出波形周期T1变长，频率降低。这样，在装置的输出波形的周期与温度之间建立了一一对应且成单调递减的关系，即输出波形的频率与温度之间成单调递增的关系。因此可以通过检测装置的输出端B处的电压波形的周期或频率来表示温度。
图4A和4B示出了根据本发明的实施例的用于温度检测的装置的温度特性曲线。在该示例实施例中，用于温度检测的装置为图1所示的装置，其中，延迟单元10的反相器INV1-INV5的每个反相器的第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2的有源区采用非晶硅；开关晶体管Tsw和温敏晶体管Tsen的有源区采用低温多晶硅。如图4A所示的曲线，纵轴表示装置的输出端B处的电压波形的周期，横轴表示温度。曲线上的点分别表示-20℃至80℃温度下所对应的周期。如图4A所示，随着温度的升高，该装置的输出波形的周期降低，二者成单调递减的关系。图4B所示的曲线为图4A所示的曲线的差分曲线图。图4B上曲线的点可以分别表示如下：标号1表示图4A曲线上-20℃时的周期和-10℃时的周期的差值的情况，相应地，其纵坐标的值为相应的差值；以此类推，标号10表示图4A曲线上70℃时的周期和80℃时的周期的差值的情况，相应地，其纵坐标的值为相应的差值。
图5A和5B示出了根据本发明的比较例的用于温度检测的装置的温度特性曲线。在该示例实施例中，用于温度检测的装置为图1所示的装置，其中，延迟单元10的反相器INV1-INV5的每个反相器的第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2的有源区采用多晶硅；开关晶体管Tsw和温敏晶体管Tsen的有源区采用低温多晶硅。图5A、图5B的温度特性曲线所表示的含义与图4A、图4B类似，在此不再重复描述。
图4A与图5A的比较可以看出，在相同的温度下，图4A比图5A的周期值更大。也就是说，当装置的延迟单元的反相器的晶体管的有源区采用非晶硅材料时，能够增大反相器的延迟时间，从而增大图4所采用的装置的周期。图4B与图5B的比较可以看出，在图4B中，温度的变化所引起的该装置的周期的变化很大，比图5B中周期的变化高了五个数量级。也就是说，当装置的延迟单元的反相器的晶体管的有源区采用非晶硅材料时，能够提高该装置的灵敏度，以分辨出温度的变化所引起的周期的变化。这因为非晶硅中通常含有大量的悬挂键，所以电子的迁移率很低，一般小于1cm2V-1s-1。当延迟单元的反相器的晶体管的有源区采用非晶硅材料时，增大了反相器的延迟时间，因此，增大了装置的周期，提高了灵敏度。本领域的技术人员能够理解，只要延迟单元10的反相器INV1-INV5中的至少一个的晶体管的有源区采用非晶硅材料，都可以提高装置的灵敏度。只是当反相器INV1-INV5中的每个反相器的晶体管的有源区都采用非晶硅时，可以进一步增大五个反相器INV1-INV5的延迟时间之和，从而进一步增大装置的周期和灵敏度。类似地，当反相器的晶体管的有源区采用氧化物半导体材料时，也可以增大装置的周期和灵敏度，原理和采用非晶硅相同，在此不再重复描述。
因此，根据以上描述可以看出，本实施例的用于温度检测的装置的反相器的晶体管的有源区包括第一半导体材料，由于第一半导体材料具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率，因此，较低的迁移率增大了反相器的延迟时间，进而提高了用于温度检测的装置的灵敏度，以分辨出温度的变化所引起的周期的变化。该装置可集成在显示面板中，以更好地检测屏幕内温度的变化情况。
图6示出了根据本发明的另一个实施例的用于温度检测的装置的示意图。图6中用于温度检测的装置与图1中用于温度检测的装置基本相同，区别在于第一电容器C1的第二端与装置的工作电压节点VDD耦接。类似地，在装置的输出波形的周期与温度之间建立了一一对应且成单调递减的关系，即输出波形的频率与温度之间成单调递增的关系。因此可以通过检测装置的输出端B处的电压波形的周期或频率来表示温度。
图7示出了根据本发明的另一个实施例的用于温度检测的装置的延迟单元的反相器的示意图。图7的反相器INV1与图2的反相器INV1基本相同，区别在于反相器INV1还包括第二电容器C2，第二电容器C2的第一端与第二薄膜晶体管TFT2的第一极耦接(即，与反相器INV1的输出端Vout耦接)，第二电容器C2的第二端与装置的接地节点耦接。包括第二电容器C2的反相器INV1应用于图1的延迟单元10时，通过调节第二电容器C2的值，来调节装置的输出端的输出波形的周期T1。因此，可以适当地调节第二电容器C2来进一步增大输出波形的周期T1，并提高装置的灵敏度。类似地，反相器INV2-INV5也可以采用与该反相器INV1相同的配置，在此不再重复描述。
需要说明的是，本发明的用于温度检测的装置并不限于上面描述的示例。首先，延迟单元的反相器的数目不限于五个，只要包括奇数个首尾耦接的反相器即可。其次，延迟单元不限于如图1所示的奇数个首尾耦接的反相器，还可以包括由其它部件构成的延时单元。
以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。

Claims (9)

1.一种用于温度检测的装置，其特征在于，包括：
延迟单元，其包括奇数个首尾耦接的反相器；
开关晶体管，其控制极与所述延迟单元的输出端耦接，第一极与所述装置的工作电压节点耦接，以及第二极与所述延迟单元的输入端耦接；
第一电容器，其第一端与所述延迟单元的所述输入端耦接，以及第二端与所述开关晶体管的第一极或所述装置的接地节点耦接；以及
温敏晶体管，其控制极与所述装置的偏置电压端耦接，第一极与所述延迟单元的所述输入端耦接，以及第二极与所述装置的接地节点耦接；
其中，所述反相器中的至少一个的晶体管的有源区包括具有0.1cm2V-1s-1至20cm2V-1s-1之间的电子迁移率的半导体材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述半导体材料包括非晶硅或氧化物半导体。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述氧化物半导体包括下列中的至少一种：ZnSnO、InZnO、SnO2、InSnO、InGaO、InGaZnO或其组合。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关晶体管和所述温敏晶体管中的至少一个的有源区包括多晶硅。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述多晶硅为低温多晶硅。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述反相器中的晶体管、所述开关晶体管和所述温敏晶体管为薄膜晶体管。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反相器中的所述至少一个包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，其中所述第一薄膜晶体管的第一极和控制极与所述装置的工作电压节点耦接，所述第一薄膜晶体管的第二极与所述反相器的输出端耦接，所述第二薄膜晶体管的第一极与所述输出端耦接，所述第二薄膜晶体管的控制极与所述反相器的输入端耦接，所述第二薄膜晶体管的第二极与所述装置的接地节点耦接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述反相器中的所述至少一个还包括第二电容器，所述第二电容器的第一端与所述第二薄膜晶体管的第一极耦接，所述第二电容器的第二端与所述装置的接地节点耦接。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管为N沟道场效应晶体管。
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