TW200935615A - Optical sensor element, imaging device, electronic equipment and memory element - Google Patents

Optical sensor element, imaging device, electronic equipment and memory element

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TW200935615A TW097151683A TW97151683A TW200935615A TW 200935615 A TW200935615 A TW 200935615A TW 097151683 A TW097151683 A TW 097151683A TW 97151683 A TW97151683 A TW 97151683A TW 200935615 A TW200935615 A TW 200935615A
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Description

200935615 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發㈣關於-種光學感測元件，及使用該光學感測元 件之影像裝置及電子設備，且進—步關於使用光學感測元 • #之記憶元件及電子設備。本發明更特定言之係關於使用 由氧化物半導體製成的半導體層之組態。 , 本發明包含有關2〇〇8年1月31日向日本專利局申請之曰 本專利申請案第JP2008-02〇558號之主旨，其全部内容係 ❿ 藉由引用併入本文。 【先前技術】 近年來曰漸見到併入例如液晶或有機El顯示裝置之平面 顯示裝置的多功能電子設備。此多功能性包括如觸摸面板 及筆輸入之螢幕輸入及可能藉由在顯示螢幕上或接近其所 提供之光學感測元件所造成的背光亮度控制。在此電子設 備中提供經調適用以驅動此電子設備之光學感測元件及複 數個元件使用一由非晶矽或藉由準分子雷射或固態相位成 長結晶化之多晶矽製成的半導體層。 此外，近年來已提出使用氧化物半導體之組態。此氧化 . 物半導體可使用一用作半導體層之價廉喷濺系統形成。例 • 如，JP-T-2006-502597描述一其中一薄膜電晶體係用作顯 示裝置之驅動元件的範例。此電晶體使用一由如ZnO ' Sn〇2或in2〇3製成之半導體層。至於另一範例，日本專利 特許公開第2006-165530號揭示一種使用非晶性金屬氧化 物半導體之X光感測器。 135167.doc 200935615 【發明内容】 在此’已發現使用一由以上氧化物半導體製成之半導體 層的MOS元件提供迄今未知之性質。根據以上所述，係需 要k供藉由使用MOS元件之迄今未知性.質所驅動的光學感 測元件及記憶元件’該MOS元件使用由氧化物半導體作為 作用層製成之半導體層。此外，亦需要提供一使用相同元 件之影像裝置和電子設備。 為了達到以上需要’根據本具體實施例之光學感測元件 係所謂MOS光學感測元件。光學感測元件具有一經由一閘 極絕緣膜與由氧化物半導體製成的半導體層相對的閘極電 極。源極及汲極電極係連接至半導體層。光學感測元件之 特別係藉由該半導體層接收之光的數量係讀出為一相對於 一閘極電壓以非揮發性方式改變的汲極電流。 已發現，在使用一由氧化物半導體製成之半導體層的 MOS元件中，當半導體層接收光時，相對於閘極電壓（Vg) 之沒極電流（Id)(即Vg-Id特性）係以非揮發性方式改變。因 此，藉由半導體層接收之光的數量可藉由在半導體層之光 接收週期後讀出汲極電流（Id)來偵測。 在此’ Vg-Id特性之此一非揮發性改變發生在低於到達 在一 ON電流處之閘極電壓的範圍内。on電流係在光照射 前之初始狀態中的最大汲極電流（Id)。因此，該汲極電流 係當該閘極電壓等於或低於在初始狀態中之該臨限電壓， 及在該半導體層之該光接收週期期間等於或高於該電壓時 讀出。此允許偵測藉由半導體層接收之光的數量。另一方 135167.doc 200935615 面’在讀出汲極電流前，執行一重設操作以在半導體層之 光接收前復原其Vg-Id特性至其初始狀態。 此外，本具體實施例係一具有如以上描述所組態之光學 感測元件的影像裝置。此外，本具體實施例係使用具有光 學感測元件之影像裝置的電子設備。 此外，歸因於光照射之Vg-Id特性的以上非揮發性改變 可在一記憶元件中利用。即，根據本具體實施例之一記憶 元件係所謂MOS光學感測元件。該記憶元件具有一經由閘 極絕緣膜在由氧化物半導體製成之半導體層上提供的閘極 電極。源極及汲極電極係連接至半導體層。記憶元件之特 別係藉由該半導體層接收的光之該數量係讀出為一相對於 一閘極電壓以非揮發性方式改變的汲極電流。 本具體實施例亦係具有如以上描述所組態之記憶元件的 電子設備。 如以上描述，本具體實施例允許在一使用由氧化物半導 體製成之半導體層的所謂MOS元件中，使用歸因於半導體 層之光接收的Vg-Id特性之新發現非揮發性改變來偵測藉 由半導體層接收之光的數量。此外，本具體實施例允許此 非揮發性改變被用作記憶功能。 【實施方式】 以下將參考附圖詳細說明本發明的較佳具體實施例。 <光學感測元件及記憶元件> 圖1係一說明本具體實施例所應用之光學感測元件的組 態之示意性斷面圖。在圖丨中所示之光學感測元件la係所 135167.doc 200935615 謂MOS光學感測元件la。相同元件la係如以下描述組態。 即，在一基板11上係佈置一閘極電極13，其由例如鉬、 鈦、鈕或鎢的材料，或由如鋁之光學反射材料製成。閘極 電極13係採用以下描述之方式藉由一閘極驅動電路2ι驅 動。在基板11上係採用此一覆蓋閘極電極13之方式提供一 閘極絕緣膜15。閘極絕緣膜15較佳應係光學透射。在閘極 絕緣膜15上係採用此跨於閘極電極13之方式形成一半導體 層17的圖案。半導體層17係由氧化物半導體製成。在用於 此氧化物半導體之金屬氧化物中係InGaZn〇、Sn〇2、
In203、IT0(Sn02+In203)、ZnO、CdO、Cd2Sn04、Ti〇2及
Ti3N4。 此外’源極及沒極電極193及19(1之圖案係形成在閘極絕 緣膜15上’其上係提供半導體層17。源極及汲極電極i9s 及19d之圖案係在閘極電極13之兩側上形成以夾置相同電 極13 ^源極及汲極電極19s及i9d之圖案係形成以致各邊緣 部分置於半導體層17的邊緣部分之一上。源極及汲極電極 19s及19d係各由一導電材料製成並藉由一源極驅動電路 23s或汲極驅動電路23d如以下描述驅動。 圖2係說明閘極電壓（Vg)及汲極電流（id)間之關係（即Vg-Id特性）的圖式’以描述具有如以上描述之分層組態的光學 感測元件la之驅動。光學感測元件la係藉由閘極驅動電 路、源極驅動電路及汲極驅動電路驅動。 當光從由氧化物半導體組製成之半導體層17接收時，光 學感測元件la之Vg-Id特性採用汲極電流（id)自一在光接收 135167.doc 200935615 (下文稱為激發狀態B)前之初始狀態a增加的此一方式改 變。此改變係非揮發性且即使光接收終止亦將保持。因 此’藉由半導體層17接收的光的數量係在光接收後藉由讀 出沒極電流（Id)來偵測。應注意，藉由半導體層丨7接收之 其數量可被偵測之光，係具有可藉由相同層17吸收之波長 的光。由於此原因，若（例如）半導體層17係由InGaZn〇製 成’相同層17尤其明顯地吸收在420 nm或更少之波長處的 紫外光。結果，接收到之此光的數量將被偵測。 另一方面’ Vg-Id特性之此非揮發性改變發生於低於on 電(Id-Ion)到達處之閘極電麼的範圍内。該on電流係在 光照射前的初始狀態A中之最大汲極電流（Μ)»此外，Vg_ Id特性採用非揮發性方式改變以致汲極電流（Id)隨著藉由 半導體層17接收之光的數量中之增加而增加。 因此’假設在汲極電流（Id)之讀出時的閘極電壓（Vgr)滿 足關係Vgh<Vgr<Vth，其中Vth係在初始狀態A中的臨限電 壓’且Vgh係在半導體層17之光接收週期期間的閘極電 壓。此使其可偵測藉由半導體層17以高敏感性接收到的光 之數量。應注意，初始狀態A中之臨限電壓（Vth)係汲極電 流之改變最大處的閘極電壓（Vg)。另一方面，在初始狀態 A中半導體層17之光接收週期期間的電壓（Vgh)，可設定 (例如）至一 OFF電流（Id=I〇ff)範圍，其中汲極電流（Id)係最 小 〇 此外，因為採用一非揮發性方式之Vg_Id特性如以上描 述隨著藉由半導體層17接收之光的數量中之改變而改變， 135167.doc -10- 200935615 藉由相同層17接收之光的累積數量’係藉由持續或間歇地 重複光接收週期而偵測為相對於初始狀態A之Vg-Id特性的 累積改變。 另一方面，圖3係一說明藉由具有如以上描述之分層組 態的相同元件la之閘極驅動電路、源極驅動電路及汲極驅 動電路處置的光學感測元件1 a之驅動順序的圖式。在圖3 中所示的順序係意欲重複地偵測在使用如以上描述驅動之 光學感測元件la的預定光接收週期期間藉由半導體層17接 收之光的數量。該順序將在下文中參考圖1及圖2以及圖3 描述。 首先’ 一重設操作係在步驟S1之重設週期期間執行以使 Vg-Id特性復原至初始狀態a。以下三個步驟（丨）至（3)係在 重設操作中執行。（1)施加一等於臨限電壓（Vth)或更高之 正電壓至閘極電極13 ’使源極及汲極電極i9s及19d—起短 路。（2)執行熱處理。（3)在源極及汲極間通過一預定大小 或更多的電流用於自加熱作為熱處理。 由以上三個步驟（1)至（3)組成之重設操作係根據例如半 導體層17及閘極絕緣膜丨5之組成物、膜品質及膜形成條件 的因素在適當條件下執行。例如，在由InGaZn〇製成之閘 極電極13上以40(TC之膜形成溫度稠密地形成為1〇〇 ^11厚 之閘極絕緣膜15的情況下，需要15V的閘極電壓Vg以執行 重設操作之步驟（1)。此外，已發現若將此閘極絕緣膜15形 成為不如以上者稠密，而欲提供充分適於用作電晶體絕緣 膜之膜品質，則在18(rc的膜形成溫度下，需使閘極電壓 135167.doc 200935615 (Vg)為10 V或更低，以執行重設操作的步驟（1)。亦已發現 取決於條件’即使當閘極電壓（Vg)及汲極電壓（Vd)兩者係 0V時亦可執行該重設操作。 其次在步驟S2之光接收週期期間，光係藉由半導體層i 7 接收。此時，光接收電壓（Vgh)係在預設之預定光接收週 期期間施加至閘極電極13。 在步驟S3中之下一讀出週期期間，汲極電流（Id)係用施 加至閘極電極13之讀出電壓（vgr)讀出。 從此以上，隨著時間藉由半導體層丨7接收之光的數量係 藉由重複步驟S1至S3偵測。 如以上描述組態之光學感測元件丨a保持藉由半導體層j 7 採用與Vg-Id特性有關之非揮發性方式接收之光的數量。 相同元件la組成一光學記憶體。即，光學感測元件la亦用 作一光學寫入非揮發性記憶元件1 b。 如以上描述組態之光學感測元件1 a(記憶元件1 b)允許在 使用由氧化物半導體製成之半導體層17的一所謂M〇s元件 中，使用歸因於半導體層17之光接收的Vg_Id特性之新發 現非揮發性改變來以高敏感性偵測藉由半導體丨7層所接收 之光的數量。 應注意’在以上描述中，一所謂底部閘極元件已提 供作為MOS光學感測元件la(記憶元件lb)之範例。然而， 光學感測元件1 a(記憶元件丨b)可為一所謂頂部閘極元件， 其具有經由閘極絕緣膜15在半導體層17上提供的閘極電極 13。此外’可經由半導體層17提供兩個閘極電極，一在閘 135167.doc 200935615 極絕緣臈之上且另一者在其下。在此情況下，兩個電極 驅動提供在切換操作中之穩定性或可靠性。若兩 緣：-形成在半導體層17上且另一閘極電極在其下，則必 須提供某類型之區段以允許光落在半導體層上。可使用來 自水平方向漏光。或者，上部和下部電極中之—或 兩者可用一光透明材料形成。 β <影像裝置及記憶裝置>
圖4係一說明合併具有以上描述M〇s結構之光學感測元 件la的影像裝置3a之組態的圖式。如圖4中說明，影像裝 置3a具有配置在基板！ ！之影像區域令的複數個光學感測^ 件la。在基板11上係提供佈置在水平方向中之複數個選擇 控制線31 ’及佈置在垂直方向中的複數個信號線32。感測 元件la之各者係提供在一選擇控制線31之一及信號線μ之 一間相交處，其閘極電極連接至選擇控制線3〗之一且其源 極及汲極電極分别連接至兩側上的信號線33。 、 一掃描線驅動電路35及信號線驅動電路37係佈置圍繞其 中配置光學感測元件la之影像區域。選擇控制線31係連接 至掃描線驅動電路35。信號線33係連接至信號線驅動電路 37。 在兩個電路中，掃描線驅動電路35順序地選擇該等選擇 控制線3 1，以根據相對於光學感測元件1&之組態描述的順 序驅動連接至選擇控制線31之光學感測元件13的閘極電 極。 另一方面，信號線驅動電路37順序地選擇信號線33，以 135167.doc -13· 200935615 根據相對於光學感測元件1 a之組態描述的順序驅動連接至 選擇信號線33之光學感測元件la的源極及没極電極。應注 意雖然在此省略該說明，但可將一電路連接至信號線33之 各者。此電路處理係順序地提取為汲極電流之電氣信號， 以表示藉由光學感測元件la之各者的半導體層所接收之光 的數量。 如以上描述組態之影像裝置3a允許使用光學感測元件ia 成像’其Vg-Id特性由於半導體層之光接收而採用非揮發 性方式改變。然而’應注意，藉由半導體層接收之其數量 可被偵測的光’係具有可藉由半導體層吸收之波長的光。 由於此原因’若（例如）半導體層係由InGaZnO製成，成像 係藉由偵測在420 nm或更少的波長處所接收之紫外光的數 量實行。 此外，以上描述之影像裝置3 a亦用作一非揮發性多位元 έ己憶裝置3b ’因為光學感測元件ia用作採用「現行（as_ υ)」方式之記憶元件1 b。應注意，若將影像裝置3 a用作記 憶裝置3 b ’記憶元件1 b(感測元件1 a)之各者的半導體層可 當欲照射之光係在光學感測元件1 a上掃描時接收光。然 而，基本上使用在一可藉由半導體層吸收之波長處的光 (成為欲照射在光學感測元件1 a上的光）β <電子設備1> 圖5係一說明具有以上描述組態之光學感測元件丨&的電 子叹備5a之範例的組態圖。在圖5中說明的電子設備化係 一包括如以上描述組態之光學感測元件1&的裝置之顯示裝 135167.doc * 14 - 200935615 置。電子設備（顯示裝置）5a包括一顯示面板51、背光52、 顯示驅動電路53、光接收驅動電路54、影像處理區段55及 應用程式執行區段56。 顯示面板5 1包括一液晶面板（lcd(液晶顯示器））。液晶 面板在中心中具有配置在顯示區域51a之整個表面上的一 矩陣形式中之複數個像素。液晶面板係能藉由執行線性順 序驅動基於顯示資料顯示例如預定圖形及文字的影像（顯 示能力）。另一方面，如以後描述，顯示區域51a具有光學 感測元件以傳送一經調適用以偵測一接觸或接近顯示面板 5 1之顯示表面的物體之感測能力（成像能力）。 另一方面，背光52係顯示面板5 1之光源且包括（例如）橫 跨其表面配置之複數個發光二極體。背光52係設計以如以 後描述與顯示面板51之操作時序同步地採用預定時序迅速 地開和關發光二極體。特定言之，係在本具體實施例中， 基本上背光52不僅發射用於顯示目的之可見光且發射在藉 _ 由光學感測元件之半導體層吸收的波長處之光。例如，由
InGaZnO製成之半導體層幾乎不吸收可見光波長而係吸收 在420 nm或更少之波長處的紫外光。因此，一經調適用以 在420 nm或更少之波長處產生紫外光的光源係用作背光 52。應注意’紫外光源可與可見光源分開地提供》或者， 存在於正常環境中（如戶外陽光、室内螢光燈）之光可用來 偵測經遮蔽區域以識別接近該表面之物體。在此情況下， 無須具有任何紫外光源。 其次’顯示驅動電路53基於顯示資料驅動顯示面板 135167.doc -15· 200935615 5_1(執行顯示面板51之線性順序驅動）以在顯示面板51上顯 示影像（執行顯示操作）。 光接收驅動電路54驅動顯示面板51(執行顯示面板51之 線杜順序驅動）以獲得顯示面板5 1的光接收資料（使物體成 像）。應注意，各像素的光接收資料係以圖框接圖框為基 礎儲存在一圖框記憶體54a中，且輸出至影像處理區段55 成為' —掏取影像。 影像處理區段55基於自光接收驅動電路54擷取之影像執 行預疋影像處理（算術運算），以偵測及獲得有關接觸或接 近顯不面板51之物體的資訊（如位置座標資料、物體形 狀、大小及其他資料）。 應用程式執行區段56基於影像處理區段55之偵測結果根 據預疋應用軟體執行處理。例如’此處理中係連同偵測物 體之位置座標一起在顯示面板51上顯示該顯示資料。應注 意’藉由應用程式執行區段56產生之顯示資料係供應至顯 示驅動電路53。 圖ό係一說明顯示面板51之顯示區域5ia的電路組態圖。 如圖6中說明’複數個像素區段61及複數個感測區段62係 形成且配置在顯示區域51a中。 像素區段61係各提供在佈置於水平方向中的複數個掃描 線61 a之一及佈置在垂直方向中的複數個信號線之一間 的相交處。像素區段61之各者包括（例如）一薄膜電晶體 (TFT)Tr作為切換元件。 薄膜電晶鱧Tr使其閘極連接至掃描線61a，其源極及汲 135167.doc -16- 200935615 極之一連接至信號線61b且其源極及汲極的另一者連接至 像素電極61c。此外，像素區段61之各者包括一共同電極 61d，其係經調適用以供應一共同電位Vcorn至所有像素區 段61。一液晶層LC係固持在像素電極61c及共同電極61d之 間。 薄膜電晶體Tr經由掃描線61 a基於所供應的驅動信號接 通及斷開。當相同電晶體Tr接通時，一像素電壓係基於從 k號線61b供應之顯示信號施加至像素電極6lc，因而藉由 一在像素電極61c及共同電極61d間產生之電場驅動液晶層 LC » 另一方面’感測區段62係在顯示區域61 a中之一預定部 分處提供。感測區段62可針對像素區段61之各者提供一區 段或針對複數個像素區段61提供一區段。感測區段62包括 具有參考圖1描述之MOS結構的光學感測元件1 a。 光子感測元件1 a之各者使其源極電極連接至一電源線 (Vdd)62a ’且其汲極電極連接至一電容元件Cs。光學感測 元件1 a之各者的閘極電極係連接至一選擇控制線62b。 感測區段62亦包括兩個電晶體τη及τΓ2，其中一電晶體 的源極連接至另一電晶體的汲極。電晶體Trl(兩個電晶體 之一）使其閘極連接至光學感測元件丨a之源極電極及至電 容70件Cs。電晶體Trl使其源極或汲極連接至電源線 (Vdd)62a。電晶體Tr2(兩個電晶體的另—者）使其閉極連接 至一讀出控制電極62c且其源極或汲極連接至一信號輸出 電極62d。應注意，電容元件Cs之另一電極係連接至一電 135I67.doc -17- 200935615 源線（Vss)62e。 如相對於光學感測元件la之組態所描述，相同元件“係 藉由一重設開關重設，其說明係在此省略。汲極電流被讀 出，其採用非揮發性方式隨著藉由相同元件la之半導體層 接收的光之數量中的改變來改變。自光學感測元件u讀出 之汲極電流係採用電荷的形式儲存在電容元件Cs中，且藉 由讀出控制電極62c供應的信號供應至信號輸出電極62d用 於輸出至一外部裝置》 應注意，包括在像素及感測區段61及62内之薄膜電晶體 Tr、Trl及Tr2可與光學感測元件la相同地組態。在此情況 下，雖然與光學感測元件1 a相同地組態，但薄膜電晶體 Tr、Trl及Tr2係與相同元件1 a不同地驅動。因此，薄膜電 晶體Tr、Trl及Tr2較佳係應以光遮蔽膜覆蓋以防止其故 障。一膜係可接焚用作光遮蔽膜，只要該膜可吸收或反射 藉由光學感測元件1 a之半導體層吸收的紫外光。 應注意，如以上描述組態之顯示面板5丨係保持在兩個偏 光板間。 為了驅動參考圖5及6描述之電子設備（顯示裝置）5a，在 所有從背光52照射之光中，已通過偏光板及到達液晶層LC 之光係由於像素電極61c的驅動藉由液晶層之切換偏光 成為一預定狀態。接著，僅已被偏光成為與其他偏光板相 同的方向之光被允許通過此板以用於顯示為顯示光。 另一方面’若一手指、尖筆或其他的物體接近顯示表 面，則藉由此物體投射之外部光的陰影係藉由光學感測元 135167.doc 200935615 件la摘測。或者，來自背光之光係藉由物體反射及藉由光 學感測元件la偵測《接著，藉由光學感測元件“偵測之光 係讀出成為汲極電流以偵測接近顯示螢幕的手指或尖筆的 位置用於成像。 以上描述之電子設備（顯示裝置）5a可使用其Vg-Id特性會 隨著半導體層之光接收而以非揮發性方式改變之光學感測 元件la以高感度偵測光。 〈電子設備2> _ fc 作為另一範例，若藉由提供具有圍繞顯示區域51a之光 學感測元件la的感測區段，使其能夠基於所接收之外部光 的強度來調整背光52時，可應用使用如以上描述組態之光 學感測元件la的電子設備（顯示裝置卜在此情況下，具有 相同元件1 a之感測區段可（例如）經組態如圖7中顯示。 即具有一 MOS結構之光學感測元件ia使其源極電極連 接至電源線（vdd)，且其汲極電極連接至電容元件Cs、一 O f設電路及讀出電路。光學m件la之閘極電極係連接 至選擇控制線65。應注意，電容元件Cs的另-電極係連 接至電源線（Vss)。 如相對於光學感測元件u之組態描述，相同元件^係藉 •由重叹開關重設’其說明在此省略。没極電流被讀出，其 採用非揮，性方式隨著藉由相同元件la之半導體層所接收 光之數I中的改變來改變。從光學感測元件】&讀出之汲 極電流係採用電荷之形式儲存在電容元件Cs中，且藉由來 自讀出電路之信號輪出至一外部裝置。 135167*doc •19· 200935615 此外，此電子設備（顯示裝置）包括一光強度控制電路而 非包括在圖5中說明之電子設備（顯示裝置）5a内的光接收驅 動電路54、影像處理區段55及應用程式執行區段56。此控 制電路基於來自光學感測元件1 a的電氣信號控制背光52的 光強度。 如以上描述組態之電子設備（顯示裝置）亦允許使用光學 感測元件1 a以高敏感性偵測光，其vg_id特性由於半導體 層之光接收而採用非揮發性方式改變。 應注意，一液晶顯示裝置已被提供作為具有光學感測能 力（成像能力）之電子設備（顯示裝置）的範例❶然而，此電 子設備不限於液晶顯示裝置’而係可廣泛地應用於具有根 據本具體實施例組態之光學感測元件1 a的電子設備。例 如，若電子設備係一顯示裝置，根據本具體實施例之光學 感測元件可包括在一不具有背光之自發光顯示裝置内，其 中有機LED(OLED)係形成在電路表面上。 <應用範例> 具有根據以上描述之本具體實施例的光學感測元件或記 憶元件之電子設備係可應用於各式各樣電子設備，包括圖 8至12中說明之一數位相機、膝上型個人電腦、例如行動 電話之個人數位助理及視訊攝錄像機。此等件之設備係設 計以顯示饋入至或在電子設備内產生的影像或視訊信號之 視訊。在此等件之電子設備中，相對於該具體實施例描述 之光學感測元件可在顯示區段中提供以傳送一成像能力。 此外’一具有相對於該具體實施例描述之記憶元件的記憶 135167.doc • 20· 200935615 裝置係可應用為以上數件電子設備之記憶能力。本具體實 施例所應用之電子設備的範例將在以下提供。 圖8係說明本具體實施例所應用之電視機的透視圖。根 據本應用範例之電視機包括一視訊顯示螢幕區段⑻，其 係由（例如）一前面板1〇2、濾色器玻璃1〇3及其他部分組 成電視機係藉由使用_具有根據本具體實施例之光學感 測70件成為視訊顯示螢幕區段1〇1之顯示裝置製成。此 外，此電視機係藉由使用一具有根據本具體實施例之記憶 元件成為記憶能力的記憶裝置製成。 圖9A及9B係說明本具體實施例所應用之數位相機的視 圖。圖9A係從前面見到之數位相機的透視圖，且圖9B係 從後面見到之其透視圖。根據本應用範例之數位相機包括 一閃光發射區段111、顯示區段丨12、功能表開關〗13、快 門按鈕114及其他部分。數位相機係藉由使用一具有根據 本具體實施例之光學感測元件成為顯示區段112之顯示裝 置製成。此外’此數位相機係藉由使用一具有根據本具體 實施例之記憶元件成為記憶能力的記憶裝置製成。 圖10係說明一本具體實施例所應用之膝上型個人電腦的 透視圖。根據本應用範例之膝上型個人電腦在一主體121 中包括一鍵盤122，其係經調適用以被操控用於輸入文字 或其他資訊；一顯示區段123，其係經調適用以顯示影 像；及其他部分。膝上型個人電腦係藉由使用一具有根據 本具體實施例之光學感測元件成為顯示區段123的顯示裝 置製成。此外，此膝上型個人電腦係藉由使用一具有根據 135167.doc •21· 200935615 本具體實施例之記憶元件成為記憶能力的記憶裝置製成。 圖11係說明一本具體實施例所應用之視訊攝錄像機的透 視圖。根據本應用範例之視訊攝錄像機包括一主體區段 131 , —透鏡132，其係提供在前面側表面上以擷取主體之 影像，成像開始/停止開關133 ;顯示區段134及其他部 分。視汛攝錄像機係藉由使用一具有根據本具體實施例之 光學感測7L件成為顯示區段134之顯示裝置製成。此外， 此視訊攝錄像機係藉由使用一具有根據本具體實施例之記 憶元件成為記憶能力的記憶裝置製成。 圖12A至12G係說明一本具體實施例所應用之個人數位 助理（例如行動電話）的透視圖。圖12A係一在開啟位置中 之行動電話的正視圖。圖12B係其一側視圖。圖丨2C係行 動電話在一閉合位置中之正視圖。圖12D係一左侧視圖。 圖12E係一右側視圖。圖12F係一俯視圖。圖丨2G係一仰視 圖。根據本應用範例之行動電話包括一上外殼丨4丨、下外 殼142、連接區段（此範例中之錢鍵區段）丨、顯示器1、 子顯示器145、圖像光146、相機147及其他部分。行動電 話係藉由使用一具有根據本具體實施例之光學感測元件成 為顯示器144及子顯示器145之顯示裝置製成。此外，此電 視機係藉由使用一具有根據本具體實施例之記憶元件成為 記憶能力的記憶裝置製成。 熟習此項技術者應明白可取決於設計要求及其他因素來 進行各種修改、組合、子組合及變更，只要其在隨附申請 專利範圍或其等效内容之範疇内。 135167.doc 22· 200935615 【圖式簡單說明】 圖1係一說明根據一具體實施例之光學感測元件及記情 元件的組態之示意性斷面圖； 圖2係一說明根據具體實施例之光學感測元件及記憶元 件的Vg-Id特性之圖式； 圖3係一說明根據具體實施例之光學感測元件及記憶元 件的驅動順序之圖式； 圖4係一說明根據具體實施例之影像裝置及記憶元件的 組態之圖式； 圖5係一說明具有根據具體實施例之光學感測元件的電 子設備（顯示裝置）之範例的組態圖； 圖6係一說明根據具體實施例之電子設備的電路組態之 圖式； 圖7係一說明根據具體實施例之電子設備的感測區段之 電路組態的另一範例之圖式； 圖8係一本具體實施例所應用之電視機的透視圖； 圖9A及9B係說明一本具體實施例所應用的數位相機之 視圖，及圖9A係自前面見到之透視圖，而圖9B係自後面 見到之透視圖； 圖10係一本具體實施例所應用的膝上型個人電腦之透視 圖； 圖11係一本具體實施例所應用的視訊攝錄像機之透視 圖；及 圖12A至12G係說明本具體實施例所應用之例如行動電 135167.doc -23- 200935615 話的個人數位助理之視圖，及圖12A係一在開啟位置中之 行動電話的正視圖，圖12B係其一側視圖，圖12C係在其 一閉合位置中之正視圖，圖12D係其一左側視圖，圖12E 係其一右側視圖，圖12F係其一俯視圖，及圖12G係一仰視 圖。 【主要元件符號說明】
1 a 光學感測元件 lb 光學寫入非揮發性記憶元件 3 影像裝置 3a 影像裝置 3b 非揮發性多位元記憶裝置 5a 電子設備 11 基板 13 閘極電極 15 閘極絕緣膜 17 半導體層 19d 沒極電極 19s 源極電極 21 閘極驅動電路 23d 汲極驅動電路 23s 源極驅動電路 31 選擇控制線 32 信號線 33 信號線 135167.doc • 24 - 200935615 35 掃描線驅動電路 37 信號線驅動電路 51 顯示面板 51a 顯示區域 52 背光 53 顯不驅動電路 ' 54 光接收驅動電路 54a 圖框記憶體 ® 55 影像處理區段 56 應用程式執行區段 61 像素區段 61a 掃描線 61b 信號線 61c 像素電極 61d 共同電極 φ 62 感測區段 62a 電源線 62b 選擇控制線 • 62c 讀出控制電極 . 62d 信號輸出電極 62e 電源線 65 選擇控制線 101 視訊顯示螢幕區段 102 前面板 135167.doc -25- 200935615
103 濾色器玻璃 111 閃光發射區段 112 顯示區段 113 功能表開關 114 快門按鈕 121 主體 122 鍵盤 123 顯示區段 131 主體區段 132 透鏡 133 成像開始/停止開關 134 顯示區段 141 上外殼 142 下外殼 143 連接區段 144 顯示器 145 子顯示器 146 圖像光 147 相機 Cs 電容元件 LC 液晶層 Vdd 電源線 Vss 電源線 Tr 電晶體 135167.doc -26- 200935615
Trl 電晶體 Tr2 電晶體
135167.doc -27

Claims (1)

  1. 200935615 十、申請專利範圍： 1. 一種光學感測元件，其具有一閘極電極，該閘極電極經 由一閘極絕緣膜與由氧化物半導體製成的一半導體層相 對，源極及汲極電極，其係連接至該半導體層，其中 藉由該半導體層接收之光的該數量係讀出為一相對於 一閘極電壓以非揮發性方式改變的汲極電流。 • 2.如請求項1之光學感測元件，其中 ❹ 該汲極電流係當該閘極電壓等於或低於在一該半導體 層之該光接收前的初始狀態中之該臨限電壓，及在該半 導體層之該光接收週期期間等於或高於該電壓時讀出。 3. 如睛求項1之光學感測元件，其中 在該半導體層的該光接收前執行一重設操作，以將相 對於該閘極電壓之該汲極電流復原至該半導體層之該光 接收前之該初始狀態。 4. 如請求項3之光學感測元件，其中 ❹ 作為該重設操作，其係將一正電壓施加至該閘極電 極，使該等源極和汲極電極一起短路，或使該半導體層 加熱。 5.如請求項4之光學感測元件，其中 該加熱係藉由在該等源極及汲極間通過一電流而實 行。 6. —種具有一光學感測元件之影像裝置，該光學感測元件 具有一閘極電極，其經由一閘極絕緣膜與由一氧化物半 導體製成的一半導體層相對；源極及汲極電極，其係連 135167.doc 200935615 接至該半導體層，其中 藉由該半導體層接收之光的該數量係讀出為一相對於 一閘極電壓以非揮發性方式改變的汲極電流。 7.如請求項6之影像裝置，其中 該汲極電流係當該閘極電壓等於或低於在—該半導體 層之該光接收前的初始狀態中之該臨限電壓，及在該半 導體層之該光接收週期期間等於或高於該電壓時讀出。 8·如請求項6之影像裝置，其中 在該半導體層的該光接收前執行一重設操作，以將相 對於該閘極電壓之祕極電流復原至該半導體層之該光 接收前之該初始狀態。 9. 如請求項8之影像裝置，其中 作為該重設操作，其係將一正電壓施加至該閘極電 極’使該等源極和沒極電極一起㈣，或使該半導禮層 加熱。 10. 如請求項9之影像裝置，其中 該加熱係藉由在該等源極及汲極間通過一電流而實 行。 11· -種具有—光學感測元件之電子設備，該光學感測元件 具有一閘極電極，其經由一閘極絕緣膜與由—氧化物半 裝成的半導體層相對；源極及没極電極，其係連 接至該半導體層，其中 、 藉由該半導體層接收之光的該數量係讀出為一相對於 -閑極電里以非揮發性方式改變的汲極電流。 I35167.doc 200935615 12. 如請求項11之電子設備，其中 該沒極電流係當該閘極電麼等於或低於在一該半導體 層之該光接收前的初始狀態中之該臨限電壓，及在該半 導體層之該光接收週期期間等於或高於該電壓時讀出。 13. 如請求項11之電子設備，其中 在該半導體層的該光接收前執行一重設操作，以將相 對於該閘極電壓之該汲極電流復原至該半導體層之該光 接收前之該初始狀態。 14·如請求項13之電子設備，其中 作為該重設操作，其係將一正電壓施加至該閘極電 極，使該等源極和沒極電極一起短路，或使該半導體層 加熱。 15. 如請求項14之電子設備，其中 該加熱係藉由在該等源極及汲極間通過一電流而實 行。 16. —種s己憶兀件，其具有一閘極電極，該閘極電極經由一 閘極絕緣膜與由一氧化物半導體製成的一半導體層相 對；源極及汲極電極，其係連接至該半導體層，其中 藉由該半導體層接收之光的該數量係讀出為一相對於 一閘極電壓以非揮發性方式改變的汲極電流。 17. 如請求項16之記憶元件，其中 該沒極電流係當該閘極電壓等於或低於在—該半導體 層之該光接收前的初始狀態中之該臨限電壓及在該半 導體層之該光接收週期期間等於或高於該電麼時讀出。 135167.doc 200935615 18. 如請求項16之記憶元件，其中 在該半導體層的該光接收前執行—重設操作以將相 對於該閘極電壓之該沒極電流復原i該半導體層之該光 接收前之該初始狀態。 19. 如請求項18之記憶元件，其中 作為該重設操作’其係將—正電塵施加至該閘極電 ’ 極，使肖等源極和没極電極一起料，或使該半導體層 加熱。 20. 如請求項19之記憶元件，其中 該加熱係藉由在該等源極及汲極間通過一電流而實 行。 21. —種具有一記憶元件之電子設備，該記憶元件具有一閘 極電極，該閘極電極經由一閘極絕緣膜與由氧化物半導 體製成的一半導體層相對；源極及汲極電極，其係連接 至該半導體層，其中 φ 藉由該半導體層接收之光的該數量係讀出為一相對於 一閘極電壓以非揮發性方式改變的汲極電流。 22. 如請求項21之電子設備，其中 該及極電流係當該閘極電麼等於或低於在一該半導體 .層之該光接收前的初始狀態中之該臨限電壓，及在該半 導體層之該光接收週期期間等於或高於該電壓時讀出。 23. 如請求項21之電子設備，其中 在該半導體層的該光接收前執行一重設操作，以將相 對於該閘極電壓之該汲極電流復原至該半導體層之該光 I35167.doc 200935615 接收前之該初始狀態。 24. 如請求項23之電子設備，其中 作為該重設操作，其係將一正電壓施加至該閘極電 極，使該等源極和汲極電極一起短路，或使該半導體層 加熱。 25. 如請求項24之電子設備，其中 ' 該加熱係藉由在該等源極及汲極間通過一電流而實 行0 ❹
    135167.doc
TW097151683A 2008-01-31 2008-12-31 光學感測元件、影像裝置、電子設備和記憶元件 TWI384634B (zh)

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