JP5777146B2

JP5777146B2 - 温度センサー

Info

Publication number: JP5777146B2
Application number: JP2011099225A
Authority: JP
Inventors: 井上　聡; 聡井上; 宮坂　光敏; 光敏宮坂; 木村　睦; 睦木村
Original assignee: Seiko Epson Corp; Ryukoku University
Current assignee: Seiko Epson Corp; Ryukoku University
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: JP2012230038A

Description

本発明は、物体表面の温度を計測する温度センサーに関する。

従来の面状温度センサーは、例えば特許文献１に記載されている様に、計測セルが行列状に配置され、各計測セル内では薄膜トランジスターと抵抗体とが直列接続されていた。抵抗体の電気抵抗は温度依存性を持つので、これを利用して温度が計測された。具体的には、計測の際に、薄膜トランジスターをオン状態とした上で、抵抗体に電流を通し、その電流値（抵抗体の電気抵抗）の変化を計測して、各計測セルの温度を計測していた。

特開２００６−１７０６４２号公報

しかしながら、従来の面状温度センサーは、計測それ自体が温度変動を招き、計測結果に信頼感を抱けないという課題があった。即ち、電気抵抗を測定する抵抗体と薄膜トランジスターとが直接結ばれており、しかも薄膜トランジスターをオン状態として計測する為に、薄膜トランジスターの自己発熱が抵抗体の温度を上げ、正確な温度計測の妨げとなっていた。加えて、従来の面状温度センサーは大型化と高精細化に伴い、計測分解能が著しく低下するという課題があった。抵抗体と薄膜トランジスターと電流計への配線とが総て直列に接続されている為に、全体の電気抵抗に対する抵抗体の割合は、大型化や高精細化が進むに従い、低くなる。こうなると、抵抗体の電気抵抗が僅かに変わっただけでは、全体の電気抵抗は殆ど変わらなくなるので、僅かな温度変化を検出できなかった。この様に、従来の面状温度センサーは、計測結果に信頼感を抱けず、計測分解能も低いという課題があった。換言すれば、高性能で実用的な面状温度センサーが存在しない、という課題があった。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現する事が可能である。

（適用例１）本適用例に係わる温度センサーは、温度を計測する計測セルは計測用薄膜トランジスターと第一薄膜トランジスターと第二薄膜トランジスターとを備え、第一薄膜トランジスターと第二薄膜トランジスターとは差動トランジスター対をなし、第一薄膜トランジスターのゲートは計測用薄膜トランジスターのソース又はドレインの一方に接続される事を特徴とする。
薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できるため、この構成によれば、空間分解能が数マイクロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。加えて、各計測セルに差動トランジスター対が設けられている為に、面状の温度センサーが大面積となっても、高精細になっても、高精度に温度を計測する事ができる。又、この構成によれば、温度の計測期間と計測結果の出力期間とを分ける事ができるので、計測時に薄膜トランジスターが自己発熱することなく、正確な温度測定が実現する。換言すれば、高性能で実用的な面状温度センサーを実現できる。

（適用例２）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一の方向に沿って配置され、計測セルを選択する第一選択回路を備え、計測セルは第一の方向に沿って複数個配置される事が好ましい。
この構成によれば、計測セルを第一の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第一の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第一の方向に沿って異なっていても、温度を場所の関数として定量的に正確に計測できる。

（適用例３）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一の方向と交差する第二の方向に沿って配置され、計測セルを選択する第二選択回路を備え、計測セルは第二の方向に沿って複数個配置される事が好ましい。
この構成によれば、計測セルを第二の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第二の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第二の方向に沿って異なっていても、温度を場所の関数として定量的に正確に計測できる。

（適用例４）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に第三薄膜トランジスターと第四薄膜トランジスターとを備え、第三薄膜トランジスターは第一薄膜トランジスターに接続され、第四薄膜トランジスターは第二薄膜トランジスターに接続され、第三薄膜トランジスターと第四薄膜トランジスターとは、第一選択回路及び第二選択回路にて制御される事が好ましい。
この構成によれば、第三薄膜トランジスターと第四薄膜トランジスターとが第一の方向及び第二の方向での選択回路の一部として機能するので、第一の方向及び第二の方向に於ける温度の情報が干渉する事を防げる。

（適用例５）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターとを備え、第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターとはカレントミラー対をなし、第一薄膜トランジスターと第五薄膜トランジスターとの間に第三薄膜トランジスターが配置され、第二薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターとの間に第四薄膜トランジスターが配置される事が好ましい。
この構成によれば、薄膜トランジスター群がカレントミラー型差動増幅回路を構成するので、温度を電圧に変換した上で増幅できる。即ち、温度を正確に計測できる。

（適用例６）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に第一電源と第二電源と第七薄膜トランジスターとを備え、第一薄膜トランジスターと第二薄膜トランジスターとは第一電源に接続され、第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターとは第七薄膜トランジスターに接続され、第七薄膜トランジスターは第二電源に接続される事が好ましい。
この構成によれば、第七薄膜トランジスターが定電流源と成り得るので、第一薄膜トランジスターのゲート電位の増幅が線型となり、温度を正確に計測できる。

（適用例７）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第二薄膜トランジスターは基準トランジスターとして動作し、第一薄膜トランジスターの電気特性と第二薄膜トランジスターの電気特性とを比較して、温度を計測する事が好ましい。
この構成によれば、ゲート電位が温度依存性を有する第一薄膜トランジスターの電気特性とゲート電位が基準値となる第二薄膜トランジスターの電気特性とを比較して、温度を計測するので、温度を正確に計測できる。

（適用例８）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第五薄膜トランジスターのドレインと第六薄膜トランジスターのドレインとの間にイコライズ回路を備える事が好ましい。
この構成によれば、温度の計測を空間的及び時間的に順次繰り返して行う際に、各計測の間に出力電位をリセットできるので、迅速に正確な計測を実現できる。

（適用例９）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターと第七薄膜トランジスターとがＮ型であり、第二電源が負電源である事が好ましい。
この構成によれば、Ｎ型の薄膜トランジスターで温度センサーを実現できる。

（適用例１０）上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターと第七薄膜トランジスターとがＰ型であり、第二電源が正電源である事が好ましい。
この構成によれば、Ｐ型の薄膜トランジスターで温度センサーを実現できる。

実施形態１に係わる温度センサーを模式的に示す斜視外観図。実施形態１に係わる温度センサーの計測原理を説明する図。実施形態１に係わる温度センサーの回路を説明する図。実施形態１に係わる温度センサーにて温度を計測する際のタイミングチャートを説明する図。実施形態１に係わる温度センサーにて温度を計測する際の等価回路図。実施形態１に係わる温度センサーで使用される各種回路の平面レイアウトを説明する図で、（ａ）は出力回路、（ｂ）は列選択トランジスター、（ｃ）は計測セル。実施形態２に係わる温度センサーの回路を説明する図。実施形態２に係わる温度センサーにて温度を計測する際のタイミングチャートを説明する図。変形例１に係わる温度センサーの回路を説明する図。変形例２に係わる温度センサーの回路を説明する図。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。尚、以下の図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとする為、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

（実施形態１）
「温度センサーの概要」
図１は、本実施形態に係わる温度センサーを模式的に示す斜視外観図である。以下、図１を用いて、まず温度センサーの概要を説明する。

本実施形態に係わる温度センサー１は、柔軟なプラスチックフィルムなどの可撓性を有する基板２に形成される。基板２には計測セル（ｉ，ｊ）が行列状に複数個配置され、計測回路３をなしている。各計測セルには計測用薄膜トランジスターＴ０と第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２とが備えられている（図３参照）。第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２とは差動トランジスター対とされている。第一薄膜トランジスターＴ１のゲートと計測用薄膜トランジスターＴ０のソース又はドレインの一方とが接続されている。薄膜トランジスターのソースとドレインとは電位に応じて互いに入れ替わり得るので、ここでは便宜上、第一薄膜トランジスターＴ１のゲートと接続している端子を計測用薄膜トランジスターＴ０のドレインとし、他方をソースとする。第二薄膜トランジスターＴ２は基準トランジスターとして動作し、第一薄膜トランジスターＴ１の電気特性と第二薄膜トランジスターＴ２の電気特性とを比較して、計測用薄膜トランジスターＴ０が配置されている部位の温度を計測する。

図１に戻って説明を続ける。
基板２には、計測回路３の他に、出力回路４と、第一選択回路５１と、第一処理回路５２と、第二選択回路６１と、第二処理回路６２と、が設けられている。計測回路３に配置された複数の計測セルは、計測回路３の外周部に配置された第一選択回路５１と第二選択回路６１とにより、順次選択される。基板２の一辺を第一の方向（ｘ軸に平行な方向で、行方向とする）とし、第一の方向と交差する（ほぼ直交する）別の方向を第二の方向（ｙ軸に平行な方向で、列方向とする）とすると、第一選択回路５１と第一処理回路５２とは、計測回路３の外側で第一の方向に沿って形成され、第二選択回路６１と第二処理回路６２とは、計測回路３の外側で第二の方向に沿って形成される。計測セルは第一の方向に沿って複数個形成されると共に、第一選択回路５１によって、第一の方向で選択される。同様に、計測セルは第二の方向に沿って複数個形成されると共に、第二選択回路６１によって、第二の方向で選択される。選択された計測セルは出力回路４と接続され、温度計測がなされる。こうして行列状に配置された計測セルにて順次温度が測定され、温度に関する面分布が得られる。

「計測原理」
図２は、本実施形態に係わる温度センサーの計測原理を説明する図である。以下、図２を参照して、温度を計測する原理を説明する。

図２は、Ｎ型薄膜トランジスターの伝達特性が温度依存性を有する様子を示している。トランジスターの伝達特性は、一般にオン領域（図２の場合、ゲート電圧が閾値電圧の１．５Ｖ程度以上）とオフ領域（図２の場合、ゲート電圧が０Ｖ程度以下）と閾値下領域（図２の場合、ゲート電圧が０Ｖ程度から１．５Ｖ程度の間）とに分類される。それぞれの領域はいずれも温度依存性を有するが、オフ領域に於ける温度依存性が一番強い。これはオフ電流値がフェルミ関数の広がりに対して最も敏感に変化する為である。オフ電流は、電子−正孔対の熱生成や、プールフレンケル効果を伴うフォノンアシステッドトネリング、バンド間トネリングなどの機構に起因する。フェルミ関数は、僅かな温度変化でも指数関数的に変化して、これらの機構（取り分け、電子−正孔対の熱生成やプールフレンケル効果を伴うフォノンアシステッドトネリング）に強く影響する。その為にオフ電流値の温度依存性は極めて強くなる。実際に図２から、２００℃のオフ電流は５０℃のオフ電流の数千倍になっている事が判る。これに対して、同じ温度変化の際にオン電流は数倍しか増えていない。即ち、オフ電流は温度に対してオン電流よりも１０００倍敏感で有る事になる。大雑把に云って、温度が５０℃上昇する毎にオフ電流は１０倍になり、温度が５℃上昇しただけで、オフ電流は２６％も増加する。要するにほんの僅かの温度変化であっても、オフ電流値は計測可能な大きな変化を示すので、高精度な温度計測が実現する事になる。

温度は、最初に容量に充電した電荷がオフ電流により増減する現象を利用して、計測される。主には充電した電荷がオフ電流で減少する現象を利用するが、これとは反対に、空の容量にオフ電流で充電する現象を利用しても良い。いずれにしても、容量と計測用薄膜トランジスターＴ０とが接続されている。一方、計測用薄膜トランジスターＴ０のオフ電流は温度に応じて激しく変化するので、温度に応じて容量に蓄積された電荷量も変化する。この電荷量の変化（又は容量電位の変化）を計量する事で温度が計測される。本実施形態では、この容量は第一薄膜トランジスターＴ１のゲート容量に相当する。従って、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位は温度に応じて変化し、これが第二薄膜トランジスターのゲート電位と比較される。両ゲート電位間の相違は差動増幅され、計測セルに於ける温度は電圧値又は電流値として出力される。

「回路」
図３は、本実施形態に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、図３を参照して、温度センサーの回路を説明する。尚、Ｎ型薄膜トランジスターのソースドレインは、両者を比較して電位の高い方がドレインになり、電位の低い方がソースとなる。参考の為に、図３には各薄膜トランジスターのソースドレインをそれぞれｓとｄとで記載してある。

まず図１を用いて説明する。
温度センサー１は計測回路３と出力回路４、第一選択回路５１、第一処理回路５２、第二選択回路６１、第二処理回路６２とを有する。計測回路３には計測セル（ｉ，ｊ）がＭ行Ｎ列の行列状に配置されている。ＭとＮは１以上の整数である（１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｎ）。第一選択回路５１は第一の方向に関してＭ行の行線Ｒ（ｉ）から特定の一本の行線を選択する。従って、第一選択回路５１は行選択回路でもある。第一選択回路５１にはシフトレジスターやデコーダーが使用される。第一処理回路５２は第一選択回路５１からの選択信号を計測に適する様に加工する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや、高速で安定的に行線を選択する様にバッファーを備える。第二選択回路６１は第二の方向に関してＮ列の列線Ｃ（ｊ）から特定の一本の列線を選択する。従って、第二選択回路６１は列選択回路でもある。第二選択回路６１にはシフトレジスターやデコーダーが使用される。第二処理回路６２は第二選択回路６１からの選択信号を計測に適する様に加工する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや、高速で安定的に列線を選択する様にバッファーを備える。

図３に戻って説明を続ける。
第二処理回路６２は、上述の回路の他に、列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとを含む。列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとは、列毎にペアとなって設けられる。出力回路４は差動トランジスター対に対する電流源になると共に、ＬＤＯＵＴ及びＸＬＤＯＵＴとして計測結果を出力する。これらの回路の内で、計測回路３と出力回路４、第二処理回路６２の内の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとが薄膜トランジスターで形成される。本実施形態では、これらの他に第一選択回路５１と第一処理回路５２、第二選択回路６１、もＣＭＯＳ構成の（Ｎ型及びＰ型の）薄膜トランジスターで形成されたが、第一選択回路５１と第一処理回路５２、第二選択回路６１、第二処理回路６２の内の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃ以外の回路は、外付けのシリコンＩＣチップにて形成されても良い。

計測セル内には、計測用薄膜トランジスターＴ０と第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２とが配置されている。第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２とは差動トランジスター対をなし、互いに対称に配置される。即ち、両トランジスターのドレインが第一電源に接続され、電源に対して並列に配置されている。尚、第一電源は正電源Ｖ_ddである。第一薄膜トランジスターＴ１のゲートは、計測用薄膜トランジスターＴ０のドレインに接続している。計測用薄膜トランジスターＴ０のドレインには、容量素子Ｃｐを接続しても良い。容量素子Ｃｐは誘電体膜を第一電極と第二電極とで挟持し、図３では、第一電極が計測用薄膜トランジスターＴ０のドレイン及び第一薄膜トランジスターＴ１のゲートに接続し、第二電極が第二電源に接続している。第二電源は、この場合、負電源Ｖ_ssである。計測用薄膜トランジスターＴ０のソースは充電用列線ＣＣに接続し、ゲートは充電用行線ＲＣに接続する。第二薄膜トランジスターＴ２のゲートには基準信号Ｖ_refが供給される。

ｉ行ｊ列に位置する計測セル（ｉ，ｊ）内には更に行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとが設けられている。列選択トランジスターＴ３Ｃと行選択トランジスターＴ３Ｒとで第三薄膜トランジスターＴ３をなす。行選択トランジスターＴ３Ｒのドレインは第一薄膜トランジスターＴ１のソースに接続し、ソースはｊ列目の奇数列線ＣＯ（ｊ）を介してｊ列目の列選択トランジスターＴ３Ｃのドレインに接続し、ゲートはｉ行目の行線Ｒ（ｉ）に接続する。同様に列選択トランジスターＴ４Ｃと行選択トランジスターＴ４Ｒとで第四薄膜トランジスターＴ４をなす。行選択トランジスターＴ４Ｒのドレインは第二薄膜トランジスターＴ２のソースに接続し、ソースはｊ列目の偶数列線ＣＥ（ｊ）を介してｊ列目の列選択トランジスターＴ４Ｃのドレインに接続し、ゲートはｉ行目の行線Ｒ（ｉ）に接続する。

温度センサー１は、更に第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジスターＴ６とを出力回路４に備え、第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジスターＴ６とはカレントミラー対をなしている。カレントミラー対とは、両トランジスターのソースが共通に接続され、ゲートに同電位を印加する事で、飽和動作時（Ｖ_ds＞Ｖ_gs−Ｖ_th＞０）に、両トランジスターのドレイン電位が多少異なっていても、同じ電流を通すトランジスター対である。ここでは両薄膜トランジスターのゲートは第五薄膜トランジスターのドレインに接続している。更に、第五薄膜トランジスターＴ５のドレインは列選択トランジスターＴ３Ｃのソースに接続し、第六薄膜トランジスターＴ６のドレインは列選択トランジスターＴ４Ｃのソースに接続する。

温度センサー１は、更に第七薄膜トランジスターＴ７を出力回路４に備える。第七薄膜トランジスターＴ７は電流源トランジスターである。電流源トランジスターとは、飽和動作し、ドレイン電位が多少変動しても常に一定電流を供給するトランジスターである。第五薄膜トランジスターＴ５のソースと第六薄膜トランジスターＴ６のソースとは、第七薄膜トランジスターＴ７のドレインに接続し、第七薄膜トランジスターＴ７のソースは第二電源に接続する。第二電源は負電源Ｖ_ssである。第七薄膜トランジスターＴ７のゲートには第一制御信号Ｃｎｔ１が供給される。第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジスターＴ６とが常に等しい電流を通し、第七薄膜トランジスターＴ７が一定電流を供給するので、第五薄膜トランジスターＴ５も第六薄膜トランジスターＴ６も常に同一電流（第七薄膜トランジスターＴ７を通る電流の半分）を通す。

第三薄膜トランジスターＴ３は、列選択や行選択がなされる毎に列選択トランジスターや行選択トランジスターを変えながらも、常に第一薄膜トランジスターＴ１と第五薄膜トランジスターＴ５との間に配置され、第一薄膜トランジスターＴ１と第五薄膜トランジスターＴ５とを電気的に接続可能としている。同様に、第四薄膜トランジスターＴ４は、列選択や行選択がなされる毎に列選択トランジスターや行選択トランジスターを変えながらも、常に第二薄膜トランジスターＴ２と第六薄膜トランジスターＴ６との間に配置され、第二薄膜トランジスターＴ２と第六薄膜トランジスターＴ６とを電気的に接続可能としている。即ち、ｉ行目の行線Ｒ（ｉ）に選択信号（高電位信号）が供給されると、ｉ行目の計測セルに配置された第一薄膜トランジスターＴ１は奇数列線ＣＯに電気的に接続され、第二薄膜トランジスターＴ２は偶数列線ＣＥに電気的に接続される。反対に行線Ｒ（ｉ）に非選択信号（低電位信号）が入ると、第一薄膜トランジスターＴ１と奇数列線ＣＯとは電気的に絶縁され、第二薄膜トランジスターＴ２と偶数列線ＣＥとは電気的に絶縁される。

行線Ｒ（ｉ）に選択信号が供給されている状態で、ｊ列目の列線Ｃ（ｊ）に選択信号（高電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ３Ｃがオン状態となるので、ｊ列目の奇数列線ＣＯと第五薄膜トランジスターＴ５とが接続される。その結果、i行ｊ列の計測セル（ｉ，ｊ）に位置する第一薄膜トランジスターＴ１と第五薄膜トランジスターＴ５とは電気的に接続される。同様に、ｊ列目の列線Ｃ（ｊ）に選択信号（高電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ４Ｃがオン状態となるので、ｊ列目の偶数列線ＣＥと第六薄膜トランジスターＴ６とが接続される。その結果、i行ｊ列の計測セル（ｉ，ｊ）に位置する第二薄膜トランジスターＴ２と第六薄膜トランジスターＴ６とは電気的に接続される。反対に、ｊ列目の列線Ｃ（ｊ）に非選択信号（低電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとがオフ状態となるので、出力回路４とｊ列目の奇数列線ＣＯ及びｊ列目の偶数列線ＣＥとは電気的に絶縁される。この様に複数の計測セルの内で、行線と列線とで選択された計測セルが出力回路４と接続する。出力回路４からの計測結果は、第六薄膜トランジスターＴ６のドレイン電位Ｖ₆がＬＤＯＵＴとして出力され、第五薄膜トランジスターＴ５のドレイン電位Ｖ₅がＸＬＤＯＵＴとして出力される。

列線Ｃ（ｊ）に供給される選択信号乃至は非選択信号は、第二選択回路６１からの出力を必要に応じてレベルシフトし、レベルシフターからの出力はバッファーで補強されている。即ち、列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとは第二選択回路６１にて制御される。又、行線Ｒ（ｉ）に供給される選択信号乃至は非選択信号は、第一選択回路５１からの出力を必要に応じてレベルシフトし、レベルシフターからの出力はバッファーで補強されている。即ち、行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとは第一選択回路５１にて制御される。尚、ここでは行選択がなされた状態で列選択を行ったが、列選択がなされた状態で行選択を行っても良い。又、ここでの奇数列線とは単なる名称で、奇数番号のトランジスター列（Ｔ１やＴ３）に設けられた列線を意味し、偶数列線も同様に単なる名称で、偶数番号のトランジスター列（Ｔ２やＴ４）に設けられた列線を意味する。

「計測方法」
図４は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際に、回路を駆動させるタイミングチャートを説明する図である。以下、図４を参照して、温度センサーを用いた計測方法を説明する。

温度計測は準備期間ＰＰと計測期間ＭＰと出力期間ＯＰとを含む。準備期間ＰＰには計測用薄膜トランジスターＴ０をオン状態として、第一薄膜トランジスターＴ１と容量素子Ｃｐとを所定の電位に充電する。計測期間ＭＰには計測用薄膜トランジスターＴ０をオフ状態として、第一薄膜トランジスターＴ１と容量素子Ｃｐから先に充電された電荷を漏らす。漏れ電荷量は温度依存性を示すので、温度に応じて第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位は低下する。出力期間ＯＰには低下したゲート電位に応じた出力を各計測セルから取り出す。これが温度計測の基本サイクルである。

実際の温度計測の際には、まず、温度計測に先立ち、計測時に供給する基準信号Ｖ_refの電位値を定める。上述の如く、温度センサー１は、基準トランジスターである第二薄膜トランジスターＴ２の電気特性と、温度に応じてゲート電位が変化する第一薄膜トランジスターＴ１の電気特性とが比較される。一方で、薄膜トランジスターはトランジスター毎に電気特性が僅かに異なるのが一般である。これを補正する為に、計測セル毎に基準温度に対応する基準信号Ｖ_refの値を定める。以下に基準信号Ｖ_refの値を定める具体的な手法を記す。

（１）温度センサー１を基準温度のヒートリザーヴォアーに設置し、総ての計測セルが基準温度となる様にする。基準温度は測定対象温度範囲内で適宜設定される。基準温度は大凡その範囲の下限値とするのが望ましい。例えば測定対象温度範囲が寒冷地の冬の温度で、−２０℃から３０℃の範囲にあると予想される場合、基準温度は−２０℃程度に設定する。

（２）総ての計測セルにて、基準信号Ｖ_refの選択電位として、数式１で表される仮の基準高電位Ｈ_rを設定する。

ここでＶ_ddは正電源電位、Ｖ_thは薄膜トランジスターの閾値電圧の平均値、δは０．０５Ｖから０．３Ｖ程度の小さい電圧値である。仮の基準高電位は、例えばＨ_r＝４．０５Ｖである。

（３）後述する方法で温度を計測し、総ての計測セルからの出力結果（Ｖ₅−Ｖ₆）の平均値がほぼゼロになる様に計測期間ＭＰの時間を定める。即ち、数式２となる様に計測期間ＭＰの長さを定める。ほぼゼロとは、出力結果の平均値が概ね−０．４Ｖから＋０．４Ｖの範囲に入る事を意味する。

（４）こうして定められた計測期間ＭＰの時間を用いて、再度ヒートリザーヴォアーの温度計測を行う。その際に、ＬＤＯＵＴ出力とＸＬＤＯＵＴ出力とが等しくなる様に（Ｖ₅＝Ｖ₆となる様に）計測セル毎に提供するＶ_refの基準高電位値を定め、これを外部コントローラーに設けられている記憶装置に記憶させる。その後に温度センサー１を計測対象に配置し、計測を開始する。

次に温度の計測方法を説明する。温度計測に際しては、外部コントローラーが第一選択回路５１や第一処理回路５２、第二選択回路６１、第二処理回路６２などに適当な信号や電源を供給し、その結果、各行線や列線、出力回路４等には図４に示す、以下の様な信号が供給される。

準備期間ＰＰには、まず充電用列線ＣＣを正電源電位Ｖ_ddとする。次いで充電用行線ＲＣを第二高電位Ｈ₂とし、次いで負電源電位Ｖ_ssに戻す。次に充電用列線ＣＣの電位を負電源電位Ｖ_ssに戻す。これに依り総ての計測セルの第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電極と容量素子Ｃｐの第一電極とは正電源電位Ｖ_ddへと充電される。負電源電位Ｖ_ssは明らかに正電源電位Ｖ_ddよりも低く、例えばＶ_ss＝０Ｖ（接地電位）である。又、正電源電位は、例えばＶ_dd＝４．８Ｖで、第二高電位は、例えばＨ₂＝７．３Ｖである。

計測期間ＭＰには、充電用列線ＣＣを負電源電位Ｖ_ssとする。充電用行線ＲＣも負電源電位Ｖ_ssとする。この結果、計測用薄膜トランジスターＴ０はオフ状態となり、温度に応じたオフ電流を充電用列線ＣＣに漏らす。こうして計測期間ＭＰの終了時には第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位は第一高電位Ｈ₁となる。

計測期間ＭＰが終了した後に出力期間ＯＰに移る。出力期間ＯＰに入ると、第一制御信号Ｃｎｔ１に第三高電位Ｈ₃を供給する。この値は、例えばＨ₃＝１．６Ｖである。出力期間ＯＰでは、まず、行線Ｒ（１）からＲ（Ｍ）が一本ずつ交替に選択される。通常は１行目の行線Ｒ（１）から最終行のＭ行目の行線Ｒ（Ｍ）へと順番に選択されて行く。行線には、選択持に選択信号電位（第二高電位Ｈ₂）供給され、非選択時には非選択信号電位（負電源電位Ｖ_ss）が供給される。

一本の行線が選択されている期間に、列線（Ｃ（１）からＣ（Ｎ））が一本ずつ交替に選択される。通常は１列目の列線Ｃ（１）から最終列のＮ列目の列線Ｃ（Ｎ）へと順番に選択されて行く。列線には、選択持に選択信号電位（第二高電位Ｈ₂）が供給され、非選択時には非選択信号電位（負電源電位Ｖ_ss）が供給される。

この様にして複数の計測セルから特定の一つの計測セルが選択される。この選択された計測セルに対応する基準高電位を外部コントローラーの記憶装置より読み出して、Ｖ_refとする。第二薄膜トランジスターＴ２のゲートに供給される基準高電位は、その計測セルの温度が基準温度に等しければ、出力電圧がＶ₅＝Ｖ₆となる様に設定されているので、Ｖ₅乃至はＶ₆の値を読むと、選択された計測セルの温度が分かる。例えば、選択された計測セルが基準温度よりも低温であると、漏れ電流は少ないので、第一高電位（第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位）は基準高電位（第二薄膜トランジスターＴ２のゲート電位）よりも高くなる。その結果、ＬＤＯＵＴ（Ｖ₆）の電位は低くなり、ＸＬＤＯＵＴ（Ｖ₅）の電位は高くなるので、Ｖ₅−Ｖ₆の値は正になる。反対に、選択された計測セルが基準温度よりも高温であると、ＬＤＯＵＴ（Ｖ₆）の電位は高くなり、ＸＬＤＯＵＴ（Ｖ₅）の電位は低くなるので、Ｖ₅−Ｖ₆の値は負になる。この計測方法では、出力期間を通じて、容量素子Ｃｐと第一薄膜トランジスターＴ１のゲート容量とに残留する電荷が維持される。即ち非破壊にて（測定が測定対象物に影響することなく、即ち、電荷量を変動させることなく）温度計測が行われ、それ故に温度センサーが大面積になっても高精細になっても、正確な計測が行われる事になる。

「使用方法」
温度センサーを使用する際には、低頻度測定モードと高頻度測定モードとを設けても良い。低頻度測定モードとは高頻度測定モードに備えて低頻度で計測を繰り返している期間で有る。高頻度測定モードでは、温度センサーは高頻度で計測を繰り返している。例えば、温度センサーを水道の凍結防止帯に内蔵させて使用する場合、暖かな日中は低頻度測定モードとし、気温が低下し始めて凍結しそうな期間を高頻度測定モードとする。或いは、温度の時間変化が緩やかな場合に低頻度測定モードとし、温度の時間変化が緩やかな場合には高頻度測定モードとする。

低頻度測定モードにも高頻度測定モードにも、上述の「計測方法」の章に記載した方法で温度センサーは計測動作を行っているが、その計測頻度が異なる。低頻度測定モードでは単位時間内に行われる計測回数が少なく、高頻度測定モードではこれが多い。Ｍ行Ｎ列に配置された計測セルの総てを選択して計測する期間をフレーム期間とし、一つのフレーム期間から次のフレーム期間までの時間をスタンバイ期間とすると、計測頻度はフレーム期間とスタンバイ期間との和の逆数（１／（フレーム期間＋スタンバイ期間））となる。即ち、高頻度測定モードに於ける計測頻度を、低頻度測定モードに於ける計測頻度よりも大きくする。一例としては、高頻度測定モードではスタンバイ期間をゼロとし、フレーム周波数（フレーム期間の逆数）と計測頻度とを一致させる。一方で、低頻度測定モードに於けるスタンバイ期間は数ミリ秒以上の比較的長時間とし（例えば１秒）、低頻度測定モードに於ける計測頻度をスタンバイ期間の逆数にほぼ一致させる。

この様な低頻度測定モードと高頻度測定モードとを設ける事に依り、低頻度測定モードに於いては消費電力を低減でき、高頻度測定モードに於いては時間分解能を最大にする事ができる。尚、ここでは低頻度測定モードでも高頻度測定モードでもフレーム期間を同一とし、スタンバイ期間を変えたが、これに限らず、フレーム期間を低頻度測定モードと高頻度測定モードとで変えても構わない。即ち、高頻度測定モードに於けるクロック周波数の方を低頻度測定モードのクロック周波数よりも高くして、高頻度測定モードに於ける計測頻度を高くしても良い。

「トランジスターサイズ及び駆動条件」
図５は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際の等価回路図である。次に、図５を参照して、高感度で高性能な計測を実現する為の条件を示す。以下、第一薄膜トランジスターＴ１をＴ１と略称する。第二薄膜トランジスターＴ２から第七薄膜トランジスターＴ７も同様に略す。尚、Ｔ３のドレイン電位をＶ₃で表し、Ｔ４のドレイン電位をＶ₄、Ｔ７のドレイン電位をＶ₇、で表す。

Ｔ１とＴ２とは差動入力対であるので、飽和動作などの非線型動作が望ましい。Ｔ３とＴ４は選択トランジスターで、出力電位範囲を広くする視点から、線型動作が望ましい。従って、Ｔ３とＴ４とに関しては、ソースドレイン電圧Ｖ_dsは出来る限り小さく、Ｖ₃＝Ｖ₅やＶ₄＝Ｖ₆となるのが望ましい。Ｔ５とＴ６とはカレントミラー対で飽和動作でなければならない。又、Ｔ７は電流源トランジスターなので、矢張り飽和動作でなければならない。

まず、トランジスターの電流式を表現するのに数式３の記号を用いる。

ここでＷはトランジスターチャンネル形成領域の幅、Ｌはトランジスターチャンネル形成領域の長さ、Ｃ_oxは単位面積当たりのゲート絶縁膜容量、μは移動度である。すると、飽和特性の近似式は数式４で表される。

又、線型特性の近似式は数式５で表される。

本実施形態では薄膜トランジスターの閾値電圧をＶ_thで表し、薄膜トランジスター間のＶ_th変動は僅かであると近似する。即ち、Ｔ１からＴ７のＶ_thは総て等しいと近似する。又、Ｖ_thは正であるとし、全体の電流（Ｔ７の電流）を２Ｉとする。まず、Ｔ１からＴ７のＺをＺ₁からＺ₇で表し、これらを数式６の関係とする。

数式６が満たされていると、Ｔ１のゲート電位Ｈ₁とＴ２のゲート電位Ｈ_rとの差は線型増幅されて出力される。以下、各トランジスターに求められる駆動条件を検討する。

（１）Ｔ１は飽和動作が望ましい。従って、数式７と数式８で表される飽和条件が満たされるのが望ましい。

その結果、Ｔ１のドレイン電流は次式となる。

（２）Ｔ２は飽和動作が望ましい。従って、数式１０と数式１１とで表される飽和条件が満たされるのが望ましい。

その結果、Ｔ２のドレイン電流は次式となる。

（３）Ｔ３は線型動作が好ましい。従って、数式１３で表される線型条件が満たされるのが望ましい。

その結果、Ｔ３のドレイン電流は次式となる。

（４）Ｔ４は線型動作が好ましい。従って、数式１５で表される線型条件が満たされるのが望ましい。

その結果、Ｔ４のドレイン電流は次式となる。

（５）Ｔ５は飽和動作するのが望ましい。従って、数式１７で表される飽和条件が満たされるのが望ましい。

その結果、Ｔ５のドレイン電流は次式となる。

（６）Ｔ６は飽和動作するのが望ましい。従って、数式１９と数式２０とで表される飽和条件が満たされるのが望ましい。

その結果、Ｔ６のドレイン電流は次式となる。

（７）Ｔ７は飽和動作するのが望ましい従って、数式２２で表される飽和条件が満たされるのが望ましい。

その結果、Ｔ７のドレイン電流は次式となる。

ここで、数式２２を満たす為に、数式２４とする。

δは例えば０．１Ｖ程度で、容易に飽和条件を満たすには０．３Ｖ程度未満の正の値が理想である。

次に数式１３と数式１５を満たす為に、数式２５とする。

これにより、少なくとも数式２６と数式２７とが満たされる様になる。

Ｔ７に関する数式２３と、Ｔ４に関する数式１６とから、次式が得られる。

この数式２８に数式２４と数式２５とを適応すると、次の様になる。

数式２９の右辺に関しては、数式３０を考慮する。

ここで数式３１とする。

こうすれば、数式３２が得られる。

即ち、Ｔ４はゲート電圧がＶ_th＋１Ｖ以上ならば、線型動作する。更に、Ｔ４での電位降下を確実に０．１Ｖ未満と小さくし、Ｔ４を線型動作させる為には、概ね次式が満たされれば良い。

数式３３は数式３４と変形される。

この場合、数式３５の関係が得られる。

即ち、明らかに線型条件（数式１５）は満たされる。

次に、総ての望ましい条件を満たす様に構成を定める。Ｔ７に関する数式２３とＴ６に関する数式２１に対して、数式３６とする。

こうすると、数式２１と数式２３とから数式３７が得られる。

次にＴ１に関する数式９とＴ５に関する数式１８とに対して、数式３８とする。

こうすると、数式３９が得られる。

Ｔ７とＴ４の議論（数式２８から数式３５までの議論）により、数式４０と数式４１で表される関係になっている。

数式３９に数式４１を代入し、数式３７と連立させると、数式４２と数式４３の解が得られる。

Ｔ２に関する数式１２とＴ６に関する数式２１とからは、数式４４が得られる。

数式４４に数式３７と数式４０とを代入すると、数式４５が得られる。

以下、高感度で高性能な測定を実現する為に、満たされる事が望ましい各条件を如何に満たすかを示す。

好適条件としての数式７：数式４１と数式４２とから数式７は数式４６となる。

好適条件としての数式１０：数式４０と数式４４とから数式１０は数式４６となる。

好適条件としての数式８：数式８は、Ｖ_thが正なので、数式４７が成り立てば、確実に満たされる。

好適条件としての数式１１：数式１１は、Ｖ_thが正なので、数式４８が成り立てば、確実に満たされる。

好適条件としての数式１３と数式１５：数式１３と数式１５とは、数式２４と数式３４とで満たされる。

好適条件としての数式１７：数式１７は、数式４２と数式４３とから、数式４６となる。

好適条件としての数式１９：数式１９は、数式４２と数式４５とから、数式４９となる。

従って、計測温度が基準温度よりも高温の時の方が低温の時よりも高精度に温度計測がなされる。その意味では、基準温度は測定対象温度範囲の下限値に設定するのが好ましい。

好適条件としての数式２２：数式２４から数式２２は、数式５０となる。

これに数式４３を適応すると、数式２２は、数式５１となる。

数式２４により、これは、数式５２を意味する。

数式４７と数式５２とから、Ｈ₁に対する好適条件は数式５３となる。

数式５３の右辺を満たすべく、Ｔ１のゲート電位は準備期間ＰＰにＶ_ddへと充電され、計測期間ＭＰに放電させる。第一高電位Ｈ₁と基準高電位Ｈ_rとが等しい時に、出力（Ｖ₅−Ｖ₆）がゼロになるので、第一高電位Ｈ₁の左辺を満たし易くする為に、仮の基準高電位を数式５３の右辺と左辺との中間を取り、数式１の様に設定する。

正電源電圧Ｖ_ddを、数式５４が示す様に、第三高電位Ｈ₃の三倍以上に設定する事ができる。尚、数式５４では数式２４を配慮している。

第一高電位Ｈ₁は正電源電圧付近の値にあるので、こうすると、Ｖ_ddが最も小さいＨ₃の３倍の時でも、数式４３と数式４２とから、数式５５が得られる。

即ち、Ｔ１とＴ５、Ｔ７にはほぼ均等なドレイン電圧が印加され、これらのトランジスターは飽和動作する。同様にＴ２、Ｔ６、Ｔ７にもほぼ均等なドレイン電圧が掛かり、飽和動作する。Ｖ_ddが３倍よりも大きくなると、Ｔ１やＴ５、Ｔ７に掛かるソースドレイン電圧は更に高くなるので、差動増幅範囲は更に広がる。

纏めると、電位関係としては、Ｖ_ddに関する数式５４と、Ｈ₃に関する数式２４、Ｈ₂に関する数式２５、Ｈ_rに関する数式１とを満たす様にする。一例としては、Ｖ_th＝１．５Ｖとして、δ＝０．１Ｖ、γ＝１Ｖとし、正電源電位Ｖ_dd＝４．８Ｖ、第三高電位Ｈ₃＝１．６Ｖ、第二高電位Ｈ₂＝７．３Ｖ、仮の基準高電位Ｈ_r＝４．０５Ｖとする。

トランジスターサイズに関しては、数式６と数式３４、数式３６、数式３８から数式５６とする。

この様な電気関係とトランジスターサイズとを採用する事で、高感度で正確な計測が実現する。但し、Ｔ３とＴ４とは、実際には列選択トランジスターと行選択トランジスターとの直列接続なので、列選択トランジスターや行選択トランジスターのＺはＺ₃やＺ₄の二倍とする。即ち、Ｔ３ＣやＴ３Ｒ、Ｔ４Ｃ、Ｔ４ＲのＺをそれぞれＺ_3C、Ｚ_3R、Ｚ_4C、Ｚ_4Rにて表現した時に数式５７とする。

「平面レイアウト」
図６は、本実施形態に係わる温度センサーで使用される各種回路の平面レイアウトを説明する図で、（ａ）は出力回路、（ｂ）は列選択トランジスター、（ｃ）は計測セル（ｉ，ｊ）である。以下、図６を参照して、これらの回路の平面レイアウトを説明する。

薄膜トランジスターの製造方法は後に詳述するが、薄膜トランジスターは半導体層ＳＬの他に、ゲート電極を構成するゲート配線金属層ＧＭと、ソースドレイン電極に主として接続するソース配線金属層ＳＭとを有する。これら三層の間には絶縁膜が設けられて、コンタクトホールで接続されぬ限り、電気的に分離されている。図６（ａ）に示す様に、カレントミラー対Ｔ５とＴ６とは平面的に隣接して形成される。即ち、Ｔ５の半導体層ＳＬとＴ６の半導体層ＳＬとは隣り合わせに配置される。両半導体層は、それらの間に別の半導体層が位置することはなく、デザインルールが許す限り、出来る限り近くに配置される。ゲート電極は無論共通で、Ｔ５のゲート電極とＴ６のゲート電極が直線になる様に、最短距離で配置される。また、両トランジスターのソースはゲート配線金属層ＧＭにて接続され、Ｔ７のドレインに接続される。Ｔ５とＴ６との配置が近く、ゲート電極が最短距離で形成され、ソースコンタクトがゲート配線金属層ＧＭにて接続される為、両トランジスターの温度はほぼ等しくなり、カレントミラー対は正確に動作する事になる。

同様に、図６（ｂ）に示す様に、列選択トランジスター対Ｔ３ＣとＴ４Ｃも両トランジスターの半導体層ＳＬを隣接させ、ゲート電極が直線になる様に配置される。これにより、両トランジスターの温度がほぼ等しくなり、列選択トランジスター対に起因する増幅誤差を最小とできる。

計測セルでは、図６（ｃ）に示す様に、差動トランジスター対Ｔ１とＴ２とが隣接して配置され、両トランジスターのドレインがゲート配線金属層ＧＭにてＶ_ddに接続される。これにより、両トランジスターの温度がほぼ等しくなり、正確な差動増幅がなされる。又、行選択トランジスター対Ｔ３ＲとＴ４Ｒも両トランジスターの半導体層ＳＬを隣接させ、ゲート電極が直線になる様に配置される。これにより、両トランジスターの温度がほぼ等しくなり、行選択トランジスター対に起因する増幅誤差を最小とできる。

「温度センサーの製造方法」
温度センサー１では、柔軟性を有するプラスチックフィルムの基板２に薄膜回路を形成してあるが、ここでは温度センサー１の製造方法を述べる。具体的には、最初にガラス基板に形成された薄膜回路を剥離して、プラスチックフィルムに転写する方法で温度センサー１を製造する。

第一工程として、製造元基板となるガラス基板上に剥離層を設ける。剥離層は厚みが５０ｎｍ程の水素化非晶質シリコン膜である。この剥離層上に下地絶縁膜となる酸化硅素膜を成膜した後に、薄膜トランジスターなどからなる薄膜回路を製造する。薄膜回路は、公知の低温工程多結晶シリコン薄膜トランジスターの製造方法を適応する。具体的には、下地絶縁膜上にレーザー結晶化された多結晶シリコン半導体層を設け、その後に、酸化硅素膜を用いたゲート絶縁層と、アルミニウム又はアルミニウムに添加物を加えた金属を用いたゲート電極（ゲート配線金属層と称す）とを作成する。更に、酸化硅素膜を用いた第一層間絶縁層、アルミニウム又はアルミニウムに添加物を加えた金属を用いたソースコンタクト及びドレインコンタクト（ソース配線金属層と称す）、ポリイミド系の樹脂を用いた第二層間絶縁層（保護膜）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を用いた電極端子（実装端子）を作成する。

次に第二工程として、仮接着剤を薄膜回路表面に塗布し、製造元基板を仮転写基板に貼り付ける。仮接着剤としては、アクリル系の樹脂に水溶性を与えるべくポリビニルピロリドン樹脂を混合したものを用いる。仮転写基板は平滑なガラス基板である。

次に第三工程として、製造元基板を取り外し、薄膜回路を仮転写基板に移す。製造元基板を取り外す方法としては、製造元基板裏面からレーザー光を照射して剥離層の内部又は界面に於ける密着力を弱め、次いで製造元基板と仮転写基板とを引き剥がす。こうする事で薄膜回路は仮転写基板に移される。

次に第四工程として、薄膜回路裏面に残る剥離層を除去し、例えばイオナイザーを用いて薄膜回路裏面に存在する電荷を除去する。此により剥離帯電や乾燥時の空気との摩擦帯電を或る程度除去できる。

次に第五工程として、例えばアクリル系の樹脂からなる永久接着剤を用いてプラスチックフィルムの第一面側に薄膜回路裏面を貼り付ける。プラスチックフィルムとしては、ポリイミドなどの耐熱性の高いフィルムを用いることができる。

プラスチックフィルムを貼り付けた後、第六工程として、プラスチックフィルム第二面側（第一面側と反対の面）に一時接着剤を用いて支持基板を接着する。この一時接着剤は熱や紫外光などの刺激で容易に接着性を喪失する材料で、且つ先の仮接着剤を溶解する溶媒には溶けない材質である。

次に第七工程として、仮接着剤を溶解する溶媒（この場合には水）を用いて仮転写基板を外す。その後、仮接着剤を洗浄して除去する。

次に第八工程として、実装作業を行う。まず、実装端子にテープ配線を実装する。この際には異方性導電ペーストや異方性導電フィルムを実装端子とテープ配線との間に配置して両者を接着する。その後、熱や紫外光などの刺激を一時接着剤に加えて、支持基板を取り外す。最後にテープ配線は温度センサー１の外に設けられた外部コントローラーに接続される。こうして、温度センサー１が完成する。

尚、基板２は上述のプラスチックフィルムの他に、厚みが５０マイクロメーターから５００マイクロメーター程度の薄い金属箔や、厚みが１０マイクロメーターから２００マイクロメーター程度の薄いガラスであっても良い。これらの基板は可撓性を有するので、ロボットの皮膚と云った様なあらゆる形状に適応できるが、平面形状の用途に温度センサー１を使用する場合には、厚みが０．４ｍｍから２ｍｍ程度のガラスを基板として使用しても良い。又、製造方法も厚いガラスに薄膜回路を形成した後にガラスを薄く削る方法や、プラスチックフィルムや金属箔に直接薄膜回路を形成する方法であっても良い。直接形成する場合には非晶質シリコン薄膜トランジスターや、亜鉛又は錫を含む酸化物を半導体層に利用した酸化物薄膜トランジスター等を利用することが出来る。

上述した通り、本実施形態に係わる温度センサー１によれば、以下の効果を得る事ができる。
温度センサー１が計測セルを複数個有し、各計測セルに差動トランジスター対が設けられている為に、大面積で空間分解能が高く、温度分解能も高い。又、トランジスターの自己発熱の影響を受ける事なく正確な温度計測が可能となる。

又、計測セルを第一の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第一の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第一の方向に沿って異なっていても、正確に温度を計測できる。

又、計測セルを第二の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第二の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第二の方向に沿って異なっていても、正確に温度を計測できる。

又、第三薄膜トランジスターと第四薄膜トランジスターとが選択回路の一部として機能するので、第一の方向及び第二の方向に於ける温度の情報が干渉する事を防げる。

又、第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターとを備え、これらがカレントミラー対をなして、第一薄膜トランジスターや第二薄膜トランジスターと接続可能であるので、温度を正確に計測できる。

又、第一電源と第二電源と第七薄膜トランジスターとを備え、第七薄膜トランジスターが定電流源と成り得るので、温度に関する信号増幅が線型となり、第一薄膜トランジスターのゲート電位を正確に計測できる。

又、第一薄膜トランジスターの電気特性と第二薄膜トランジスターの電気特性とを比較して、温度を計測するので、温度を正確に計測できる。

又、第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターと第七薄膜トランジスターとがＮ型であり、第二電源が負電源であるので、Ｐ型の薄膜トランジスターを用いずにＮ型の薄膜トランジスターで温度センサー１を実現できる。

（実施形態２）
「イコライズ回路が配置されている形態」
図７は、実施形態２に係わる温度センサーの回路を説明する図である。又、図８は、実施形態２に係わる温度センサーにて温度を計測する際に、回路を駆動させるタイミングチャートを説明する図である。以下、本実施形態に係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。

本実施形態（図７）は実施形態１（図３）と比べて、第五薄膜トランジスターＴ５のドレインと第六薄膜トランジスターＴ６のドレインとの間にイコライズ回路を備える点が異なっている。それに伴って、タイミングチャート（図８）でも実施形態１のタイミングチャート（図４）と比べて、各計測セルの選択期間内にプリチャージ期間が設けられる様になる。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。

図７に示す様に、本実施形態ではイコライズ回路として第八薄膜トランジスターＴ８が出力回路４に設けられて居る。Ｔ８のソースドレインの一方はＴ５のドレインに接続してＸＬＤＯＵＴとなり、他方はＴ６のドレインに接続してＬＤＯＵＴとなる。Ｔ８のゲートには第二制御信号Ｃｎｔ２が供給される。尚、プリチャージ期間（各計測セルの選択期間の前半）を短くするには、Ｔ８のオン電流が大きい事が望まれ、それ故、Ｔ８のトランジスターサイズはＴ３ＣやＴ４Ｃのトランジスターサイズと同じにする事（Ｚ_3C＝Ｚ_4C＝Ｚ₈）が好ましい。

次に図８を参照して、温度センサー１の回路駆動方法を説明する。準備期間ＰＰと計測期間ＭＰとでは、第二制御信号Ｃｎｔ２は、選択信号である第二高電位Ｈ₂にある。Ｈ₂の電位値は実施形態１で論じた通りである。これによりＴ８はオン状態となり、ＸＬＤＯＵＴとＬＤＯＵＴの出力は等しくなる。

出力期間ＯＰに入ると、行列状に配置された複数の計測セルから特定の一つが順次選択されて行き、各選択期間の前半はＸＬＤＯＵＴの電位Ｖ₅とＬＤＯＵＴの電位Ｖ₆とをＶ_ddへとプリチャージし、各選択期間の後半で温度に対応する電位を出力する。第一制御信号Ｃｎｔ１は、選択期間の前半に低電位（Ｖ_ss）となり、選択期間の後半に高電位Ｈ₃となる。Ｈ₃の電位値は実施形態１で論じた通りである。第二制御信号Ｃｎｔ２は、第一制御信号Ｃｎｔ１に対して相補的で、電位振幅が異なる信号となる。即ち、第二制御信号Ｃｎｔ２は、選択期間の前半に高電位Ｈ₂となり、選択期間の後半に低電位（Ｖ_ss）となる。高速測定を実現する為に、Ｈ₂の電位値は高い方が好ましいので、ここではＨ₂としたが、無論これよりも高くても構わない。こうすると、選択期間の前半ではＴ７がオフ状態になり、Ｔ８がオン状態になるので、ＸＬＤＯＵＴの電位Ｖ₅とＬＤＯＵＴの電位Ｖ₆とをＶ_ddへと等しくできる。出力が等しくなった後に、選択期間の後半で温度を計測するので、一つの計測と次の計測（例えば計測セル（ｉ，ｊ）の計測と次の計測セル（ｉ，ｊ＋１）の計測）とで、前の計測結果（計測セル（ｉ，ｊ）の計測結果）が後の計測結果（計測セル（ｉ，ｊ＋１）の計測結果）に干渉する事がなくなり（これらが干渉すると干渉を排除する為に出力期間は長くなる）、正確な計測を迅速に実施できる様になる。

上述した通り、本実施形態に係わる温度センサー１によれば、実施形態１での効果に加え、以下の効果を得る事ができる。
イコライズ回路を備えているので、温度の計測を空間的及び時間的に順次繰り返して行う際に、各計測の間に出力電位をリセットできる。その結果、迅速に正確な計測を実現できる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加える事が可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
「回路がＰＭＯＳにて形成されている形態」
図９は、変形例１に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、本変形例に係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
本変形例（図９）は実施形態１（図３）と比べて、温度センサー１の回路を構成する薄膜トランジスターの伝導型が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。

実施形態１ではＮ型の薄膜トランジスターを用いて温度センサー１の回路（計測回路３と出力回路４、及び第二処理回路６２の列選択トランジスター）を構成していたが、本変形例ではＰ型の薄膜トランジスターＴ１からＴ７を用いてこれらの回路を構成する。この場合、第一電源が負電源Ｖ_ssとなり、第二電源が正電源Ｖ_ddとなる。又、Ｐ型薄膜トランジスターのソースドレインは電位の高い方がソースとなり、電位の低い方がドレインになる。図９には参考の為にソースとドレインとをｓとｄとで示してある。Ｐ型薄膜トランジスターとしては、半導体層にポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コージチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）や、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ［５，５’−ビス（３−ドデシル−２チニル）−２，２’−ビチオフェン］（ＰＱＴ−１２）、ＰＢＴＴＴ、ペンタセン等の有機物を使用した有機物薄膜トランジスターを使用することができる。

トランジスターサイズに関しては、実施形態１と同じである。駆動方法は実施形態１の図４と同じだが、非選択期間の電位をＶ_ddとし、選択期間の各種高電位Ｈ₂やＨ₃、Ｈ_rをＶ_ddに対して負の絶対値が大きくなる様に変える。尚、Ｐ型薄膜トランジスターの閾値電圧Ｖ_thPは負である。具体的には、Ｖ_ddに関する数式５４は数式５８へと変えられる。

又、Ｈ₃に関する数式２４は数式５９へと変えられる。

又、Ｈ₂に関する数式２５は数式６０へと変えられる。

又、Ｈ_rに関する数式１は数式６１へと変えられる。

従って、例えば、Ｖ_thP＝−１．５Ｖとして、δ_P＝−０．１Ｖ、γ_P＝−１Ｖ、Ｖ_ss＝０Ｖとし、Ｖ_dd＝４．８Ｖ、Ｈ₃＝３．２Ｖ、Ｈ₂＝−２．５Ｖ、Ｈ_r＝０．７５Ｖとする。ここでのＨ₂様に、負電圧を準備するのが困難な場合、総ての電位が正になる様にＶ_ddとＶ_ssを一定量ずらしても良い。例えば、Ｖ_ddに関する数式５８を数式６２へと変える。

これに応じて、Ｖ_ssを数式６３へと変える。

上記例では全体が２．５Ｖずれて、Ｖ_dd＝７．３Ｖ、Ｖ_ss＝２．５Ｖ、Ｈ₃＝５．７Ｖ、Ｈ₂＝０Ｖ、Ｈ_r＝３．２５Ｖとなる。

上述した通り、本変形例に係わる温度センサー１によれば、Ｎ型の薄膜トランジスターを使用せずに、Ｐ型の薄膜トランジスターで温度センサー１を実現できる。

（変形例２）
「回路がＰＭＯＳで形成され、イコライズ回路が配置されている形態」
図１０は、変形例２に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、本変形例に係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態１乃至２と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
本変形例（図１０）は実施形態２（図７）と比べて、温度センサー１の回路を構成する薄膜トランジスターの伝導型が異なっている。それ以外の構成は、実施形態２とほぼ同様である。

実施形態１ではＮ型の薄膜トランジスターを用いて温度センサー１の回路（計測回路３と出力回路４、及び第二処理回路６２の列選択トランジスター）を構成していたが、本変形例ではＰ型の薄膜トランジスターＴ１からＴ８を用いてこれらの回路を構成する。即ち、変形例１にＰ型の第八薄膜トランジスターＴ８を付加した形態となる。Ｔ８は、第五薄膜トランジスターＴ５のドレインと第六薄膜トランジスターＴ６のドレインとの間にイコライズ回路として配置される。尚、変形例１と同様、第一電源が負電源Ｖ_ssとなり、第二電源が正電源Ｖ_ddとなり、八種類のＰ型薄膜トランジスターの閾値電圧Ｖ_thPは負である。

トランジスターサイズに関しては、実施形態１や実施形態２と同じである。駆動方法は実施形態１の図８と同じだが、変形例１と同様にＨ₂やＨ₃、Ｈ_rなどの所謂高電位はＶ_ddに対する負の絶対値が大きくなる様に変える。それらの値は変形例１と同じで、数式５８から数式６３を満たす様に決められる。Ｔ８のゲートに入力する第二制御信号ＸＣｎｔ２は、第一制御信号ＸＣｎｔ１に相補的で、電位振幅が異なる信号となる。即ち、第二制御信号ＸＣｎｔ２は、各計測セルの選択期間の前半にＨ₂となり、選択期間の後半にＶ_ddとなる。高速測定を実現する為に、Ｖ_ddに対するＨ₂の絶対値（｜Ｈ₂−Ｖ_dd｜）は高い方が好ましく、例えば変形例１のＨ₂より更に低い値としても良い。

上述した通り、本変形例に係わる温度センサー１によれば、Ｐ型の薄膜トランジスターで温度センサー１を実現できると共に、イコライズ回路を備えているので、温度の計測を空間的及び時間的に順次繰り返して行う際に、各計測の間に出力電位をリセットできる。従って、迅速に正確な計測を実現できる。

１…温度センサー、２…基板、３…計測回路、４…出力回路、５１…第一選択回路、５２…第一処理回路、６１…第二選択回路、６２…第二処理回路。

Claims

行列状に複数個配置され、計測用薄膜トランジスターと第一薄膜トランジスターと第二
薄膜トランジスターとを含む、温度を計測する計測セルと、
前記計測セルから任意の一行を選択する行選択回路と、
前記計測セルから任意の一列を選択する列選択回路と、
第三薄膜トランジスターと第四薄膜トランジスターと、
を備え、
前記第一薄膜トランジスターと前記第二薄膜トランジスターとは差動トランジスター対
をなし、
前記第一薄膜トランジスターのゲートは前記計測用薄膜トランジスターのソース又はド
レインの一方に接続され、
前記第三薄膜トランジスターは前記第一薄膜トランジスターに接続され、
前記第四薄膜トランジスターは前記第二薄膜トランジスターに接続され、
前記第三薄膜トランジスターと前記第四薄膜トランジスターとは、前記行選択回路及び
前記列選択回路にて制御される事を特徴とする温度センサー。
更に第五薄膜トランジスターと第六薄膜トランジスターとを備え、
前記第五薄膜トランジスターと前記第六薄膜トランジスターとはカレントミラー対をな
し、
前記第一薄膜トランジスターと前記第五薄膜トランジスターとの間に前記第三薄膜トラ
ンジスターが配置され、
前記第二薄膜トランジスターと前記第六薄膜トランジスターとの間に前記第四薄膜トラ
ンジスターが配置される事を特徴とする請求項１に記載の温度センサー。
更に第一電源と第二電源と第七薄膜トランジスターとを備え、
前記第一薄膜トランジスターと前記第二薄膜トランジスターとは前記第一電源に接続さ
れ、
前記第五薄膜トランジスターと前記第六薄膜トランジスターとは前記第七薄膜トランジ
スターに接続され、
前記第七薄膜トランジスターは前記第二電源に接続される事を特徴とする請求項２に記
載の温度センサー。
前記第二薄膜トランジスターは基準トランジスターとして動作し、
前記第一薄膜トランジスターの電気特性と前記第二薄膜トランジスターの電気特性とを
比較して、温度を計測する事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温度セ
ンサー。
前記第五薄膜トランジスターのドレインと前記第六薄膜トランジスターのドレインとの
間にイコライズ回路を備える事を特徴とする請求項３に記載の温度センサー。
前記第五薄膜トランジスターと前記第六薄膜トランジスターと前記第七薄膜トランジス
ターとがＮ型であり、
前記第二電源が負電源である事を特徴とする請求項５に記載の温度センサー。
前記第五薄膜トランジスターと前記第六薄膜トランジスターと前記第七薄膜トランジス
ターとがＰ型であり、
前記第二電源が正電源である事を特徴とする請求項５に記載の温度センサー。
前記第三薄膜トランジスターは第三列選択トランジスターと第三行選択トランジスター
とを含み、
前記第四薄膜トランジスターは第四列選択トランジスターと第四行選択トランジスター
とを含み、
前記第三列選択トランジスターと前記第四列選択トランジスターとは前記列選択回路に
て制御され、
前記第三行選択トランジスターと前記第四行選択トランジスターとは前記行選択回路に
て制御される事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の温度センサー。
更に、奇数列線と、偶数列線と、前記行選択回路にて選択される行線とを備え、
前記第三行選択トランジスターと前記第四行選択トランジスターとは前記計測セルに配
置され、
前記第三行選択トランジスターのドレインは前記第一薄膜トランジスターのソースに接
続し、前記第三行選択トランジスターのソースは前記奇数列線に接続し、前記第三行選択
トランジスターのゲートは前記行線に接続し、
前記第四行選択トランジスターのドレインは前記第二薄膜トランジスターのソースに接
続し、前記第四行選択トランジスターのソースは前記偶数列線に接続し、前記第四行選択
トランジスターのゲートは前記行線に接続する事を特徴とする請求項８に記載の温度セン
サー。
更に、前記列選択回路にて選択される列線を備え、
前記第三列選択トランジスターのゲートと前記第四列選択トランジスターのゲートとは
前記列線に接続され、
前記第三列選択トランジスターのドレインは前記奇数列線に接続され、
前記第四列選択トランジスターのドレインは前記偶数列線に接続さる事を特徴とする請求
項９に記載の温度センサー。