KR19980064597A - 광전 변환 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
TFT를 위한 것과 동일한 공정에 의해 광전 변환 장치를 형성하면서 높은 S/N비, 안정한 특성, 및 높은 판독율을 실현하기 위해, 제1 전극층, 반도체층, 제2 전극층, 제1 및 제2 주 전극을 갖는 스위치 소자, 전원, 및 판독 회로를 구비한 광전 변환 소자를 포함하는 광전 변환 장치에서, 상기 제1 전극층은 상기 제1 주 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전극층은 상기 전원에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 주 전극은 상기 판독 회로에 전기적으로 접속되며, 상기 스위치 소자는 상기 반도체층에서 상기 제2 전극층으로 캐리어를 안내하는 방향으로 상기 전원에서 상기 제2 전극층으로 전계를 인가하기 위한 리프레쉬 구동시 턴 온되고, 그로인해 상기 광전 변환 소자의 제1 전극층 측상에 전위를 고정시킨다.
Description
본 발명은 광전 변환 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 예를 들면 스캐너 또는 X선 화상 픽업 장치용 화상 입력 수단으로써 사용되고, 광전 변환 소자와 스위치 소자를 각각 갖는 다수의 픽셀을 1 또는 2차원으로 배열함으로써 형성된 광전 변환 장치, 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
근래, 스캐너, 디지털 복사기, 또는 X선 화상 픽업 장치용 판독 시스템으로써, 박막 형성을 가능하게 하는 비정질 실리콘 수소화물(a-Si)로 표현된 반도체 재료로 구성된 광전 변환 소자와 신호 처리 유닛이 대면적 기판 상에 형성되어 있는 구조를 갖는, 화상을 판독하는 1 또는 2차원 센서가 실용화되고 있다. 특히, a-Si 또는 폴리실리콘(폴리-Si)는 광전 변환 재료뿐 아니라 박막 전계 트랜지스터(TFT)로서 사용될 수 있어, 광전 변환 반도체와 TFT 반도체층이 동시에 형성될 수 있게 된다.
또한, 광전 변환 장치에서, 캐패시터는 신호 출력 선에 접속되거나 또는 신호 출력 선은 캐패시터를 가지며, 캐패시터가 초기화(리프레쉬)된다.
광전 변환 소자는 또한 캐패시터 구성요소를 가지며, 광전 변환 소자에 저장된 전하는 다음 신호 판독에 악영향을 미치는 것을 방지하기 위해 리프레쉬(초기화)된다.
그러나, 광전 변환 소자의 한 전극만의 전압이 예를 들면, 스위치를 이용하여 제어될 때, 이와 같은 동작을 위해 시간이 필요하더라도 초기화(리프레쉬)가 수행될 수 있다. 이와 같은 이유로, 이와 같은 회로배열은 고속 동작을 위한 조건을 충분히 만족시킬 수 없다.
본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 고속 판독 동작을 수행할 수 있는 광전 변환 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보다 높은 S/N비를 갖는 신호를 출력할 수 있는 광전 변환 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정한 판독 특성을 갖는 광전 변환 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제1 전극층, 제2 전극층, 및 상기 제1 및 제2 전극층 간의 반도체층을 갖는 광전 변환 소자; 제1 및 제2 주 전극을 갖는 스위치 소자; 전원; 판독 회로 - 상기 제1 전극층은 상기 제1 주 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전극층은 상기 전원에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 주 전극은 상기 판독 회로에 전기적으로 접속됨-; 및 상기 제2 전극층으로 캐리어를 안내하는 방향으로 상기 전원으로부터의 전계를 상기 제2 전극층에 인가하기 위한 리프레쉬 구동시 상기 스위치 소자를 턴 온시켜, 상기 제1 전극층 측 상에 전위를 고정시키기 위한 수단을 구비하는 광전 변환 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제1 전극층, 제2 전극층, 및 상기 제1 및 제2 전극층 간의 반도체층을 갖는 광전 변환 소자, 상기 제1 전극층에 접속된 제1 주 전극 및 판독 회로에 접속된 제2 주 전극을 갖는 스위치 소자, 및 상기 제2 전극층에 접속된 전원을 구비한 광전 변환 장치의 구동 방법에서, 상기 스위치 소자를 턴 온시키고 상기 광전 변환 소자를 동시에 리프레쉬시켜 상기 광전 변환 소자를 리프레쉬시키기 위해, 상기 제2 전극층에 전압을 인가하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 광전 변환 소자와 TFT가 동시에 형성된 광전 변환 장치의 구동 시스템 회로가 단순화될 수 있고, 많은 수의 픽셀들이 어레이될 때, 판독율이 증가될 수 있다. 또한, 광전 변환 소자가 초기화될 수 있기 때문에, 보다 안정하고 정확한 판독이 실현될 수 있다.
바람직하게, 장치에서 광전 변환 소자는 제1 전극층과 반도체층 간에 각각 음 및 양 극성을 갖는 제1 및 제2 캐리어의 통과를 금지하기 위한 절연층과, 상기 반도체층과 상기 제2 전극층 간에 상기 제1 캐리어가 반도체층으로 주입되는 것을 방지하기 위한 캐리어 주입 억제층을 갖는다.
바람직하게, 상기 스위치 소자는 상기 제1 및 제2 주 전극 간의 전기적 접속을 제어하기 위한 게이트 전극, 절연층, 반도체층, 및 그들 간에 갭을 갖는 제1 및 제2 주 전극으로써의 역할을 하고 오옴 접촉층을 거쳐 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터를 구비한다.
바람직하게, 상기 광전 변환 소자는 상기 제1 전극과 상기 반도체층 간에 음 및 양 극성을 각각 갖는 제1 및 제2 캐리어의 통과를 금지하기 위한 절연층, 및 상기 반도체층과 상기 제2 전극층 간에 상기 반도체층으로 상기 제1 캐리어가 주입되는 것을 억제하기 위한 캐리어 주입 억제층을 구비하되,
상기 스위치 소자는 상기 제1 및 제2 주 전극 간의 전기적 접속을 제어하기 위한 게이트 전극, 절연층, 반도체층, 및 그들 간에 갭을 갖는 상기 제1 및 제2 주 전극으로써의 역할을 하고 오옴 접촉층을 거쳐 상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터를 구비한다.
바람직하게, 상기 광전 변환 소자의 제1 전극층과 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 상기 광전 변환 소자의 절연층과 상기 박막 트랜지스터의 절연층, 상기 광전 변환 소자의 반도체층과 상기 박막 트랜지스터의 반도체층, 상기 광전 변환 소자의 제1 캐리어 주입 억제층과 상기 박막 트랜지스터의 오옴 접촉층, 및 상기 광전 변환 소자의 제2 전극층과 상기 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 전극은 각각 동일한 재료로 형성된다. 이 경우, 동일 재료의 층들이 동시에 형성되기 때문에, 제조가 보다 용이하다.
반도체층으로써, 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘이 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 주입 억제층은 n 또는 p 형 원소로 도핑된 반도체층을 구비한다.
상기 판독 회로는 캐패시터 소자와 제2 스위치 소자를 가질 수 있으며, 상기 캐패시터 소자의 한 단자는 상기 광전 변환 장치의 스위치 소자의 제2 주 전극에 접속될 수 있고, 상기 제2 스위치 소자의 한 단자는 상기 광전 변환 장치의 스위치 소자의 제2 주 전극에 접속될 수 있고, 상기 제2 스위치 소자의 다른 단자는 제2 전원에 접속될 수 있다.
상기 장치는 리프레쉬 구동시 상기 제2 스위치 소자를 턴 온시켜, 상기 광전 변환 소자의 제1 전극층 측 상에 전위를 고정시키기 위한 수단을 더 구비한다.
박막 트랜지스터의 소스 또는 드레인 전극에 접속된 광전 변환 소자의 제1 전극층을 각각 갖는 복수의 픽셀이 배열될 수 있고, 상기 전위를 고정시키기 위한 수단은 시작 펄스와 클럭을 수신하고 상기 클럭과 논리 동작 소자와 동기된 쉬프트 펄스를 순차적으로 출력하기 위한 쉬프트 레지스터를 가질 수 있고, 리프레쉬 구동 펄스와 쉬프트 펄스를 논리적으로 계산함으로써 얻어진 게이트 구동 펄스를 각 픽셀의 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 인가하기 위한 신호를 발생하기 위해, 상기 쉬프트 레지스터에서 상기 논리 동작 소자로 출력된 쉬프트 펄스와 리프레쉬 구동을 위한 리프레쉬 구동 펄스를 입력할 수 있다.
상기 논리 동작 소자는 박막 트랜지스터를 이용하여 구성될 수 있다.
상기 쉬프트 레지스터는 박막 트랜지스터를 이용하여 구성될 수 있다.
상기 방법에서, 바람직하게, 광전 변환 소자를 리프레쉬하기 위한 전압의 인가는 상기 광전 변환 소자에 저장된 전하를 상기 제2 전극층에 안내하는 방향으로 전계를 인가하는 것을 포함한다.
도 1은 광전 변환 소자의 예를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 광전 변환 소자의 기본 구동 회로의 예를 도시하는 개략 회로도.
도 3은 광전 변환 장치의 광전 변환 유닛의 예를 도시하는 개략 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 광전 변환 장치의 개략 회로도.
도 5는 도 4에 도시된 회로의 타이밍도.
도 6은 도 4에 도시된 회로의 보다 상세한 회로배열을 도시하는 개략 회로도.
도 7은 도 6에 도시된 회로의 타이밍도.
도 8은 다른 실시예의 광전 변환 장치의 개략 회로도.
도 9는 도 8에 도시된 회로의 타이밍도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1, 17 : 절연 기판
2, 18 : 하부 전극
3 : p-형 반도체층
4 : 진성 반도체층
5 : n-형 반도체층
7, 10 : 광전 변환 소자
8 : 전원
9 : 검출 유닛
11, 15 : 스위치 소자
12 : 전원
13 : 판독 회로
14 : 캐패시터 소자
16 : 증폭기
19, 24 : 절연층
20, 25 : 반도체층
21, 26 : 주입 억제층
22 : 상부 전극
23 : 게이트 전극
27 : 소스 전극
28 : 드레인 전극
29 : 클럭 생성기
30 : 버퍼
32 : 접촉 구멍
본 발명에 적용될 수 있는 광전 변환 소자의 예가 설명될 것이다.
도 1은 광전 변환 장치에 사용될 수 있는 광전 변환 소자의 층 구조의 예를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 도 2는 광전 변환 소자에 적용될 수 있는 구동 회로의 예를 도시하는 개략 회로도이다.
도 1은 핀형(pin type) 광다이오드의 층 구조를 도시한다. 도 1에서, 핀형 광전 다이오드는 절연 기판(1), 하부 전극(2), p-형 반도체층(3)(이하 p-층이라 칭함), 진성 반도체층(4)(이하 i-층이라 칭함), n-형 반도체층(5)(이하 n-층이라 칭함), 및 예를 들면 ITO로 만들어진 투명 전극을 갖는다. 도 2는 전원을 바이어스시키고 광전 변환 소자(예를 들어, 광전 변환 소자를 구동시키기 위한)에 공급된 전압을 측정하기 위한 회로를 도시한다. 도 2를 참조하면, 상기 회로는 핀형 광 다이오드로써 광다이오드(7), 전원(8), 및 전류 증폭기와 같은 검출 유닛(9)를 구비한다. 도 2에 도시된 상기 광다이오드(7)의 캐소드는 도 1에 도시된 투명 전극(6) 측에 대응하고, 상기 광다이오드(7)의 애노드는 도 1에 도시된 하부 전극(2) 측에 대응한다. 상기 전원(8)은 양 전압이 애노드 측에 대해 캐소드 측에 인가되도록 설정된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 외부 광이 입사하고 n-층을 통해 i-층(4)에 의해 수될 때, 전자와 정공이 발생된다. 전계는 전원(8)에 의해 i-층(4)에 인가된다. 이와 같은 이유로, 상기 전자는 캐소드측, 즉, n-층(5)을 통해 투명 전극(6)측으로 이동하는 한편, 정공은 애노드 측, 즉, 하부 전극(2) 측으로 이동한다. 이때, 광 전류는 광 센서를 통해 흐른다. 어떠한 외부 광도 입사되지 않을 때, 어떠한 전자 또는 정공도 발생되지 않는다. n-층(5)이 투명 전극(6)에서 정공에 대한 주입 억제층으로써의 역할을 하고 p-층(3)이 하부 전극(2)에서의 전자에 대한 주입 억제층으로서의 역할을 하기 때문에, 어떠한 광전류도 흐르지 않는다. 광전류는 외부 광의 존재/비존재에 따라 변한다. 이 변화가 검출 유닛(9)에 의해 검출될 때, 광전 다이오드는 그 전류값이 광 량에 따라 변하는 광 센서로서 동작한다.
그러나, 이와 같은 광 센서는 다음과 같은 문제가 있을 수 있다.
(1) 두 개의 주입 억제층이 형성되어야 하기 때문에, 각 층을 위한 막 형성 조건이 거의 최적화될 수 없고, 더 상세하게는 각각의 층 계면을 제어하기 힘들다. 층에서의 결함은 암 전류(dark current)를 발생시켜 높은 S/N 비를 갖는 소정의 센서가 실현될 수 없다.
(2) 광다이오드는 예를 들어, 광전기적으로 변환된 전하를 전송하는 기능을 갖는 TFT의 그것과 동일한 기판 상에 형성될 수 있다고 가정한다. 도 1은 투명 전극, p-층, i-층, n-층, 및 광 입사측으로부터의 전극을 구비한 층 구조를 도시한다. 그러나, TFT는 예를 들어, 전극, 절연층, i-층, n-층, 및 상술된 것과 동일한 방향으로 볼 때의 전극을 구비한 다른 층 구조를 갖는다. 따라서, 이들 소자들의 층들은 동일한 공정으로 동시에 형성될 수 없다. 제조 공정은 필연적으로 복잡하게 되어, 비용과 수율에서 단점이 되고 있다.
이들 관점을 고려하면, 그 광전 변환 소자가 TFT의 그것과 동일한 층 구조를 갖는 광전 변환 장치의 픽셀부의 회로배열 예가 도 3에 도시된 개략 단면도를 참조로 서술될 것이다.
도 3은 광전 변환 소자(10), TFT(11), 및 접속부(접속 구멍)의 단면을 도시한다. 도 3에서, 절연 기판(17)은 예를 들면 유리로 구성된다. 광전 변환 소자(10)의 하부 전극(18)은 예를 들면 진공 증착에 의해 절연 기판(17) 상에 알루미늄 또는 크롬을 증착함으로써 형성된다. 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 구성되는 절연층(19)은 전자와 정공 모두의 통과를 막기 위해 하부 전극(18) 상에 형성된다. 비정질 실리콘 수소화물과 같은 진성 반도체로 구성되는 반도체층(20)은 절연층(19) 상에 형성된다. n+형 비정질 실리콘층으로서의 주입 억제층(21)은 전극(22)에서 반도체층(20)으로 정공이 주입하는 것을 방지하도록 형성된다. 상부 전극(22)은 알루미늄 또는 ITO로 만들어진다.
도 3을 참조하면, TFT의 게이트 전극(23)은 절연 기판(17) 상에 형성된다. 절연층(24)은 게이트 전극(23) 상에 형성된다. 반도체층(25)은 절연층(24) 상에 형성된다. n+형 층(26)은 n+형 층(26)과 오옴 접촉을 얻도록 형성된다. 소스 및 드레인 전극(27과 28)은 n+형 층(26) 상에 형성된다. TFT(11)의 소스 전극(27)은 접속부(101)의 접촉 구멍(32)을 통해 광전 변환 소자(10)의 하부 전극(18)에 접속된다.
도 3에 도시된 광전 변환 장치의 제조 방법이 다음에 설명될 것이다. 광전 변환 장치는 광전 변환 소자(10), 접속부, 및 TFT 소자(11)를 동시에 형성함으로써 제조된다. 먼저, 알루미늄 또는 크롬으로 구성되는, 광전 변환 소자(10)의 하부 전극(18)과 게이트 전극(23)이 절연 기판(17) 상에 형성된다. 패터닝이 순차적으로 수행되어 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물의 절연층(19 및 24), 비정질 실리콘 수소화물과 같은 진성 반도체의 반도체층(20 및 25), 및 비정질 실리콘 수소화물의 n+층으로서의 주입 억제층(21 및 26)을 형성한다. 접속부의 접촉 구멍(32)을 포함한 외부 회로 접촉부와 광전 변환 소자(10)에 인접한 부분이 에칭에 의해 제거된다. 패터닝이 수행되어 상부 전극(22), 소스 전극(27), 및 드레인 전극(28)을 형성한다. 접속선이 외부 회로 접속부로 용해되어, 광전 변환 장치를 완성하게 된다. 비록 본 실시예에서 주입 억제층이 n+층으로 형성되었지만, p+층일 수도 있다. 즉, 주입 억제층은 보론 또는 인을 함유한 반도체층일 수 있다. 이와 같이, 광전 변환 소자(10), 접속부, 및 TFT 소자(11)는 소위 MOS 공정을 대부분의 단계에 인가함으로써 동시에 형성될 수 있다.
광전 변환 소자와 도 4에 도시된 TFT의 세트를 이용한 광전 변환의 바람직한 실시예가 설명될 것이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광전 변환 장치를 설명하기 위한 개략 회로도이다. 도 5는 본 발명의 광전 변환 장치의 구동 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 광전 변환 장치는 광전 변환 소자(10), 스위치 소자(11), 제어될 수 있는 전원(12), 및 판독 회로(13)을 구비한다. 도 4에서, 스위치 소자(11)는 박막 트랜지스터(TFT)로 구성되고, 판독 회로(13)는 캐패시터 소자(14), 스위치 소자(15), 및 증폭기(16)로 구성된다.
광전 변환 소자(10)의 경우, 참조번호 A는 하부 전극(18) 측에 대응하고, B는 상부 전극(22) 측에 대응한다. 도 3에 도시된 구조를 갖는 광전 변환 소자(10)의 판독 동작에서, 하부 전극(18)에 대해 양 전위가 상부 전극(22)에 인가된다. 반도체층(20)에 의해 흡수된 광에 의해 발생되는 전자와 정공은 각각 상부 전극(22) 측과 드레인 전극(28) 측으로 안내된다. 그러나, 정공은 절연층(19)을 통과할 수 없고, 반도체층(20)과 절연층(19) 사이의 계면에 저장된다. 이와 같은 이유로, 본 발명의 광전 변환 소자(10)는 반도체층(20)에 저장된 정공을 상부 전극(22) 측(즉, 리프레쉬시, 상부 전극(22)의 전위 V1은 도 5에 도시된 바와 같이 판독 [V1V2]시 전위 V2에 대해 낮아진다.)으로 안내하는 방향으로 전계를 인가하는 리프레쉬 구동을 필요로 한다.
도 5는 본 발명의 광전 변환 장치의 구동 타이밍도이다. 도 5에서, Vs는 광전 변환 소자(10)의 상부 전극(22) 측에 인가된 전압 파형을 나타내고, Vg는 TFT(11)의 게이트 전극에 인가된 전압 파형을 나타내고, Cres는 캐패시터 리셋 스위치(15)에 인가된 파형 (이 경우, 전압이 H일 때 온(ON)임)을 나타낸다.
본 발명의 광전 변환 장치는 이하에 설명되는 바와 같이, 세가지 동작을 갖는다.
(a) 리프레쉬 동작(도 5의 (1))
전원(12)의 전압 Vs이 V1로 설정되어 TFT(11)와 스위치 소자(15)를 턴 온시켜, 광전 변환 소자(10)에 저장된 제1 캐패시터를 리프레쉬시킨다.
(b) 기억 동작(도 5의 (2))
리프레쉬 동작(a)후, 전원(12)의 전압 Vs이 V2로 설정되어 TFT(11)를 턴 오프시켜 기억 동작을 시작하게 한다. 이 시간 동안, 입사 광 량에 대응하는 전하가 광전 변환 소자(10)에 저장된다. 도 5에서, 선정된 시간이 리프레쉬 동작으로부터 경과할 때, 전압 Cres는 L, 즉 스위치(15)가 턴 오프된다. 그러나, 스위치(15)는 리프레쉬 동작의 종료와 동시에 턴 오프될 수 있다.
(c) 전이 동작(도 5의 (3))
마지막으로, TFT(11)는 광전 변환 소자(10)에 저장된 전하를 전하 저장 캐패시터(14)로 전송하도록 턴 온되어 전하가 판독 증폭기(16)에 의해 판독된다.
도 4에 도시된 회로 배열에서, TFT(11)는 리프레쉬 구동시 턴 오프되어야 하고, 동시에 판독 회로(13)의 캐패시터 리셋 스위치(15)는 광전 변환 소자(10)의 하부 전극(18)의 전위를 고정시키도록 턴 온되어야 한다. 더 상세하게는, 하부 전극(18), 즉 광전 변환 소자의 제1 전극의 전위가 고정될 때, 광전 변환 소자(10)가 리프레쉬될 수 있고, 외부 광 량이 새로이 검출되어 판독될 수 있다.
도 6은 본 발명의 광전 변환 장치에서 TFT(11)의 리프레쉬 구동 및 온 동작을 동시에 수행하기 위한 특정 회로 배열을 도시하는 회로도이다. 도 6을 참조하면, 클럭 생성기(29)는 소정의 타이밍으로 광전 변환 장치에 신호를 인가한다. 버퍼(30)는 클럭 생성기(29)으로부터의 신호를 적당한 전압으로 변환하여 전원을 인에이블시킨다. 이 회로는 또한 논리 동작 소자(이 경우, 가산기)(31)를 구비한다. 도 4에 도시된 것과 동일한 참조번호는 도 6의 동일한 부분을 지칭한다.
도 7은 도 6에 도시된 회로의 구동 타이밍도이다. 도 7에 도시된 타이밍 신호 ψ1 및 ψ2는 도 6에 도시된 클럭 생성기(29)로부터 출력된다. 타이밍 신호 ψ1 및 ψ2 모두가 로우 레벨일 때에만, 전압 Vg도 역시 로우 레벨이어 TFT(11)는 오프(OFF)이다. 신호 ψ2를 인버트하고 그것을 버퍼(30)으로써 적당한 전압(도 7에서 V1 및 V2)으로 변환함으로써 얻어진 신호 Vs가 광전 변환 소자(10)에 공급된다.
리프레쉬 동작이 먼저 시작된다. 클럭 생성기(29)로부터의 타이밍 신호 ψ1는 L로 되고 타이밍 신호 ψ2는 H로 된다. 높은 펄스가 논리 동작 소자(31)로부터 출력되어 TFT(11)를 턴 온시킨다. 캐패시터 리셋 펄스 Cres는 클럭 회로(도시되지 않음)에서 스위치(15)에 인가되어, 스위치 소자(15)가 턴 온된다. 광전 변환 소자(10)에 인가될 전압 Vs는 V1로 설정되는 반면에, TFT(11) 및 스위치 소자(15)는 온일 때, 광전 변환 소자(10)에 저장된 제1 캐리어(본 명세서에서는 정공)가 제거, 즉 리프레쉬된다. 캐패시터(14)의 전위는 또한 제2 전원의 전위로 리셋된다.
다음에 타이밍 신호 ψ1 및 ψ2는 L로 설정(본 명세서에서는, 캐패시터 리셋 펄스 Cres도 역시 동시에 L로 설정된다.)되어 TFT(11) 및 스위치 소자(15)를 턴 온시킨다. 바이어스 전압 Vs=V2는 선정된 시간에 외부 광 량에 대응하는 전하를 저장하기 위해 광전 변환 소자(10)에 인가된다.
다음에, 타이밍 신호 ψ1는 H로 되고, 타이밍 신호 ψ2는 L로 된다. TFT(11)는 턴 온되어, 광전 변환 소자(10)에 저장된 전하가 캐패시터(14)로 전송되고, 캐패시터(14)의 전위가 증폭기(16)로부터 출력된다. 광전 변환 소자의 리프레쉬 → 저장 → 판독 사이클이 이와 같은 단일 회로 배열로서 반복될 때, 외부 광량이 판독될 수 있다.
TFT의 리프레쉬 구동 및 온 동작이 동시에 수행될 때, 판독이 고속으로 정확하게 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예가 이하 설명될 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 광전 변환 장치를 도시하기 위한 개략 회로도이다. 도 9는 광전 변환 장치의 구동 타이밍도이다. 도 8을 참조하면, 광전 변환 장치는 시작 펄스 SIN 및 클럭 펄스 ENB를 수신하고 클럭 펄스 ENB에 동기된 쉬프트 펄스 S1 내지 S5를 순차적으로 출력하기 위한 쉬프트 레지스터(32), 논리 동작 소자(31a, 31e), 광전 변환 소자(10a 내지 10e), TFT(11a 내지 11e), 적당한 전압으로 광전 변환 소자(10a 내지 10e)의 각각의 상부 전극(22)에 인가될 전압을 제어하기 위한 펄스(리프레쉬 펄스) Vs를 변환하기 위한 버퍼(30), 및 적어도 입력 신호선과 리프레쉬 전위 간에 제어 펄스 신호에 따라 턴 온/오프되는 스위치 소자를 구비한 판독 회로(13)를 구비한다. 도 8에서, 쉬프트 레지스터(32)로부터 쉬프트 펄스 S1 내지 S5 및 리프레쉬 펄스 Vs를 논리적으로 계산하여 얻어진 게이트 펄스 Vg1 내지 Vg5는 각각 TFT(11a 내지 11e)의 게이트 전극에 인가된다. 도 9는 도 8에 도시된 회로의 다양한 부분에서의 신호의 타이밍을 도시한다.
도 8에 도시된 회로 배열에서, 클럭 펄스 ENB가 공급되고, 동작은 시작 펄스 SIN에 따라 시작된다. 쉬프트 펄스 S1 내지 S5는 순차적으로 H로 된다. 쉬프트 펄스 S1 내지 S5가 H로 될 때, 게이트 펄스 Vg1 내지 Vg5는 H로 된다. 따라서, 이 시간 동안, 리프레쉬 펄스 Vs는 L에 있고, 바이어스 전압이 광전 변환 소자(10a 내지 10e)에 인가된다. 게이트 펄스 Vg1 내지 Vg5가 H에 있을 때, 광전 변환 소자(10a 내지 10e)에 있는 광전 전하는 각각 TFT(11a 내지 11e)를 통해 판독 회로(13)로 전송된다. 판독 회로(13)는 외부 회로로 입력된 광전 전하를 출력한다. 리프레쉬 펄스 Vs가 H로 될 때, 게이트 펄스 S1 내지 S5는 L에 있다. TFT(11a 내지 11e)가 동시에 턴 온되고, 동시에, 판독 회로(13)에 있는 스위치 소자(도시되지 않음)도 역시 턴 온되어, 대응하는 TFT에 접속된 광전 변환 소자(10a 내지 10e) 각각의 측 상의 전위가 기준 전위로 고정된다. 이 상태에서, 바이어스 전압은 버퍼(30)로부터의 제1 캐리어를 제거하기 위해 광전 변환 소자(10a 내지 10e)에 인가되어, 광전 변환 소자가 리프레쉬된다.
이와 같은 회로배열에서, 복수의 광전 변환 소자의 기본적인 리프레쉬 → 저장 → 판독 사이클이 수행될 수 있어 광전 변환 소자(10a 내지 10e)로부터 직접 시간 순차적으로 광전 전하를 판독하게 된다. 상기 회로배열은 어떠한 특수한 수단도 시간 순차 전하를 판독하는데 필요하지 않기 때문에 단순하다.
리프레쉬 구동(광전 변환 소자(10a 내지 10e) 각각의 반도체층(20)과 절연층(19) 간의 계면에 저장된 캐리어를 상부 전극(22)으로 안내하기 위한)이 TFT(11a 내지 11e) 각각의 게이트 전극의 온 동작과 동시에 수행되는 이와 같은 회로배열로써, 심지어 광전 변환 소자가 다수의 픽셀로 1 또는 2차원으로 어레이될 때에도, 모든 픽셀들이 동시에 리프레쉬될 수 있어, 광전 변환 장치의 판독율의 증가에 크게 기여하게 된다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광전 변환 소자 및 TFT가 동시에 형성되어 있는 광전 변환 장치의 구동 시스템 회로가 단순화될 수 있고, 많은 수의 픽셀들이 어레이될 때 판독율이 증가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광전 변환 소자가 초기화될 수 있기 때문에 보다 안정하고 정확한 판독이 실현될 수 있다.
본 발명은 상기 설명에 한정되지 않으며 물론 본 발명의 정신과 영역 내에서 다양한 변형과 변화가 이루어질 수 있다.
Claims (16)
- 광전 변환 장치에 있어서,제1 전극층, 제2 전극층, 및 상기 제1 및 제2 전극층 간의 반도체층을 갖는 광전 변환 소자;제1 및 제2 주 전극을 갖는 스위치 소자;전원;판독 회로 - 상기 제1 전극층은 상기 제1 주 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전극층은 상기 전원에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 주 전극은 상기 판독 회로에 전기적으로 접속됨-; 및상기 제2 전극층으로 캐리어를 안내하는 방향으로 상기 전원으로부터의 전계를 상기 제2 전극층에 인가하기 위한 리프레쉬 구동시 상기 스위치 소자를 턴 온시켜, 상기 제1 전극층 측 상에 전위를 고정시키기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,상기 광전 변환 소자는 상기 제1 전극층과 상기 반도체층 간의, 각각 음 및 양의 극성을 갖는 제1 및 제2 캐리어의 통과를 억제하기 위한 절연층; 및 상기 반도체층과 상기 제2 전극층 간의, 상기 반도체층으로 제1 캐리어가 주입되는 것을 방지하기 위한 캐리어 주입 억제층을 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,상기 스위치 소자는 상기 제1 및 제2 주 전극 간의 전기적 접속을 제어하기 위한 게이트 전극, 절연층, 반도체층, 및 갭을 그 사이에 갖는 제1 및 제2 주 전극으로써의 역할을 하고 오옴 접촉층을 거쳐 상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,상기 광전 변환 소자는 상기 제1 전극층과 상기 반도체층 간의, 각각 음 및 양의 극성을 갖는 제1 및 제2 캐리어의 통과를 억제하기 위한 절연층; 및 상기 반도체층과 상기 제2 전극층 간의, 제1 캐리어가 상기 반도체층으로 주입되는 것을 억제하기 위한 캐리어 주입 억제층을 가지며,상기 스위치 소자는 상기 제1 및 제2 주 전극 간의 전기적 접속을 제어하기 위한 게이트 전극, 절연층, 반도체층, 및 갭을 그 사이에 갖는 제1 및 제2 주 전극으로써의 역할을 하고 오옴 접촉층을 거쳐 상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제4항에 있어서,상기 광전 변환 소자의 상기 제1 전극층과 상기 박막 트랜지스터의 상기 게이트 전극, 상기 광전 변환 소자의 상기 절연층과 상기 박막 트랜지스터의 상기 절연층, 상기 광전 변환 소자의 상기 반도체층과 상기 박막 트랜지스터의 상기 반도체층, 상기 광전 변환 소자의 상기 제1 캐리어 주입 억제층과 상기 박막 트랜지스터의 상기 오옴 접촉층, 및 상기 광전 변환 소자의 상기 제2 전극층과 상기 박막 트랜지스터의 상기 소스 및 드레인 전극은 각각 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제5항에 있어서,상기 반도체층은 반드시 비정질 실리콘 수소화물 및 폴리실리콘으로 구성된 족으로부터 선택된 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,상기 반도체층은 반드시 비정질 실리콘 수소화물 및 폴리실리콘으로 구성된 족으로부터 선택된 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제2항에 있어서,상기 주입 억제층은 n- 또는 p-형 원소로 도핑된 반도체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제5항에 있어서,상기 주입 억제층은 n- 또는 p-형 원소가 도핑된 반도체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,상기 판독 회로는 캐패시터 소자와 제2 스위치 소자를 구비하되, 상기 캐패시터 소자의 한 단자는 상기 광전 변환 장치의 상기 스위치 소자의 상기 제2 주 전극에 접속되고, 상기 제2 스위치 소자의 한 단자는 상기 광전 변환 장치의 상기 스위치 소자의 상기 제2 주 전극에 접속되며, 상기 제2 스위치 소자의 다른 단자는 상기 전원에 접속되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제10항에 있어서,리프레쉬 구동시 상기 제2 스위치 소자를 턴 온시켜, 상기 광전 변환 소자의 상기 제1 전극층 측 상에 전위를 고정시키기 위한 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,박막 트랜지스터의 소스 또는 드레인 전극에 접속된 상기 광전 변환 소자의 상기 제1 전극층을 각각 갖는 복수의 픽셀들이 어레이되어 있고,전위를 고정시키기 위한 상기 수단은, 시작 펄스와 클럭을 수신하고 상기 클럭과 동기된 쉬프트 펄스를 순차적으로 출력하기 위한 쉬프트 레지스터와, 논리 동작 소자를 가지며; 리프레쉬 구동을 위한 리프레쉬 구동 펄스 및 상기 리프레쉬 구동 펄스와 상기 쉬프트 펄스를 논리적으로 계산함으로써 얻어진 게이트 구동 펄스를 각 픽셀의 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 인가하기 위한 신호를 생성하기 위해 상기 쉬프트 레지스터에서 상기 논리 동작 소자로 출력된 쉬프트 펄스를 입력하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제12항에 있어서,상기 논리 동작 소자는 박막 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제9항에 있어서,상기 쉬프트 레지스터는 박막 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
- 제1 전극층, 제2 전극층, 및 상기 제1 및 제2 전극층 간의 반도체층을 갖는 광전 변환 소자; 상기 제1 전극층에 접속된 제1 주 전극 및 판독 회로에 접속된 제2 주 전극을 갖는 스위치 소자; 및 상기 제2 전극층에 접속된 전원을 구비한 광전 변환 장치의 구동 방법에 있어서,상기 스위치 소자를 턴 온시키고 동시에 상기 광전 변환 소자를 리프레쉬시켜, 상기 광전 변환 소자를 리프레쉬시키기 위해 상기 제2 전극층에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 구동 방법.
- 제15항에 있어서,상기 광전 변환 소자를 리프레쉬시키기 위한 전압의 인가는 상기 광전 변환 소자에 저장된 전하를 상기 제2 전극층으로 안내하는 방향으로 전계를 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 구동 방법.
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