一种薄膜晶体管集成的光传感器制造技术

一种薄膜晶体管集成的光传感器，包括光电转换部、电压转换部及电压调整部，光电转换部用于感应外界光，输出与所述外界光的光照强度相对应的光电流信号，电压转换部用于将所述光电流信号转换成电压信号，所述电压信号包括正相输出电压信号和负相输出电压信号之间的电压差，电压调整部用于根据所述外界光的光照强度调整所述正相输出电压信号和所述负相输出电压信号，以实现放大所述电压信号。通过电压调整部对外界光的光照强度的感应来控制传感器的输出电压信号放大，进而提高传感器的响应度，增强传感器的驱动能力。且有明确的光电响应阈值，在光电响应阈值以上，光电响应的灵敏度要高。

A light sensor integrated with thin film transistor

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜晶体管集成的光传感器
本申请涉及光传感器
，特别涉及一种薄膜晶体管集成的光传感器。
技术介绍
基于薄膜晶体管(thinfilmtransistor，TFT)的有源阵列是现代显示技术的基础，无论对于现在主流的TFT液晶显示(TFT-LCD)，还是TFT-OLED显示，TFT阵列的设计、制备及驱动都是现代显示的关键技术问题。在传统的显示有源阵列中，TFT只是作为开关元件，控制着显示像素电极上数据电压的编程及保持。随着TFT技术的日益发展和成熟，TFT阵列可用于实现越来越多新的光学和电学功能，而不仅仅局限于有源阵列的开关功能。另一方面，显示器的应用范围也日益扩大，基于薄膜晶体管的传感器件及电路集成可以较显著地提升显示器的附加值，使得5G的车联网以及物联网应用场景中，显示器的用户体验效果更好。薄膜晶体管的电学特性，例如TFT的转移特性(Ids～Vgs)和光照的关系较大。以非晶硅薄膜晶体管(a-SiTFT)为例，在外界光的光照强度增加的情况下，它的亚阈值电流和关态电流会增加10倍甚至以上。这主要是因为，TFT的有源层材料(a-Si层)的能带结构受到光的调制，在较强的外界光影响下，带尾态中更多的缺陷态电子受到激发成为了导通态电子，这对应着较显著的光生电流。于是利用TFT的电流和外界光之间的这种关系，能够设计出合适的传感器电路，定量地表征出外界光的强弱。由于这样的传感器是由TFT来集成的，该传感器可以同显示阵列内的TFT结构一起加工出来，形成“同基板集成的光电传感器”。光照主要影响到TFT(以a-SiTFT为例)的亚阈电流及泄漏电流，而不容易影响到导通电流的值。因此，TFT集成的光传感器结构中，多利用亚阈值区域以及泄漏区域的电流，而不是导通区域的电流。但是亚阈值区域及泄漏区域的电流值实际上比较小，而导通区的电流较大，这就导致了传统的TFT集成光传感电路的驱动能力较弱，响应速度较慢。尤其是a-SiTFT的元件的栅极-源极以及栅极-漏极之间存在着较大的寄生电容，这些更加导致了TFT集成光传感器的响应速度慢。传统的TFT光传感器电路中，TFT只是被作为光-电转换元件。在不同的环境光作用下，感光TFT将输出不同的电流/电压量，然后通过外接的放大电路增强所得到的微弱光电信号。传统TFT传感电路的问题在于，由于TFT传感电路内部的噪声量及暗电流较大，有效的光电信号容易受到干扰。由于放大电路位于TFT有源阵列之外，即放大电路与光电传感电路距离较远，这就造成噪声和光电信号同时被放大，有效的光电信号难于被拾取。
技术实现思路
本申请提供一薄膜晶体管集成的光传感器，可以不需要外接放大电路，通过感应外界光强将传感器输出的微弱电压信号放大。根据本申请的第一方面，本申请提供一种薄膜晶体管集成的光传感器，包括：光电转换部，用于感应外界光，输出与所述外界光的光照强度相对应的光电流信号；电压转换部，用于将所述光电流信号转换成电压信号，所述电压信号包括正相输出电压信号和负相输出电压信号之间的电压差；电压调整部，用于根据所述外界光的光照强度调整所述正相输出电压信号和所述负相输出电压信号，以实现放大所述电压信号。在其中一种可能实现方式中，所述电压调整部包括上拉单元和/或下拉单元；所述上拉单元用于根据所述外界光的光照强度将所述电压信号上拉；所述下拉单元用于根据所述外界光的光照强度将所述电压信号下拉。在其中一种可能实现方式中，所述电压调整部还包括光照阈值单元；所述光照阈值单元，设置预设光照阈值，用于根据所述外界光的光照强度和所述预设光照阈值控制所述上拉单元和/或所述下拉单元工作。在其中一种可能实现方式中，所述电压调整部还包括正反馈单元；所述正反馈单元，设置正反馈机制，用于根据所述外界光的光照强度和所述正反馈机制控制所述上拉单元和/或所述下拉单元工作。在其中一种可能实现方式中，所述光电转换部包括晶体管T1和晶体管T4，所述电压转换部包括晶体管T2和晶体管T3，其中，晶体管T3和晶体管T2被遮光处理；晶体管T1的第一极接收高电压VDD，晶体管T1的第二极连接晶体管T3的第一极和正相电压输出端，正相电压输出端用于输出所述正相输出电压信号；晶体管T3的第二极接收低电压VSS；晶体管T2的第一极接收高电压VDD，晶体管T2的第二极连接晶体管T4的第一极和负相电压输出端，负相电压输出端用于输出所述负相输出电压信号；晶体管T4的第二极接收低电压VSS；晶体管T1、晶体管T2、晶体管T3及晶体管T4的控制极均接收预设电压信号VBIAS，所述预设电压信号VBIAS用于控制晶体管T1、晶体管T2、晶体管T3及晶体管T4处于亚阈值区域或泄漏区域。在其中一种可能实现方式中，所述电压调整部包括晶体管T51、晶体管T61和晶体管T71；其中，晶体管T51和晶体管T61被遮光处理；晶体管T51的第一极接收高电压VDD，晶体管T51的第二极连接晶体管T71的第一极和晶体管T61的控制极，晶体管T51的控制极连接负相电压输出端；晶体管T71的第二极连接晶体管T71的控制极及负相电压输出端；晶体管T61的第一极连接正相电压输出端，晶体管T61的第二极接收低电压VSS。在其中一种可能实现方式中，所述电压调整部包括晶体管T52、晶体管T62和晶体管T72；其中，晶体管T52和晶体管T62被遮光处理；晶体管T52的第一极接收高电压VDD，晶体管T52的第二极连接晶体管T72的第一极和晶体管T62的控制极，晶体管T52的控制极和晶体管T72的控制极接收预设电压信号VBIAS；晶体管T72的第二极接收低电压VSS；晶体管T62的第一极连接正相电压输出端，晶体管T62的第二极接收低电压VSS。在其中一种可能实现方式中，所述电压调整部包括晶体管T53和晶体管T63；其中，晶体管T53和晶体管T63被遮光处理；晶体管T53的控制极连接正相电压输出端，晶体管T53的第一极连接负相电压输出端，晶体管T53的第二极接收低电压VSS；晶体管T63的控制极连接负相电压输出端，晶体管T63的第一极连接正相电压输出端，晶体管T63的第二极接收低电压VSS。在其中一种可能实现方式中，所述电压调整部包括晶体管T54和晶体管T64；其中，晶体管T64被遮光处理；晶体管T54的控制极连接正相电压输出端，晶体管T54的第一极连接负相电压输出端，晶体管T54的第二极接收低电压VSS；晶体管T64的控制极连接负相电压输出端，晶体管T64的第一极连接正相电压输出端，晶体管T64的第二极接收低电压VSS。在其中一种可能实现方式中，所述上拉单元还用于在外界光的光照强度强时，将正相输出电压信号上拉；所述下拉单元还用于在外界光的光照强度强时，将负相输出电压信号下拉，在外界光的光照强度弱时，将正相输出电压信号下拉。本申请的有益效果是：本专利技术提供一种薄膜晶体管集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜晶体管集成的光传感器，其特征在于，包括：/n光电转换部，用于感应外界光，输出与所述外界光的光照强度相对应的光电流信号；/n电压转换部，用于将所述光电流信号转换成电压信号，所述电压信号包括正相输出电压信号和负相输出电压信号之间的电压差；/n电压调整部，用于根据所述外界光的光照强度调整所述正相输出电压信号和所述负相输出电压信号，以实现放大所述电压信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管集成的光传感器，其特征在于，包括：
光电转换部，用于感应外界光，输出与所述外界光的光照强度相对应的光电流信号；
电压转换部，用于将所述光电流信号转换成电压信号，所述电压信号包括正相输出电压信号和负相输出电压信号之间的电压差；
电压调整部，用于根据所述外界光的光照强度调整所述正相输出电压信号和所述负相输出电压信号，以实现放大所述电压信号。


2.如权利要求1所述光传感器，其特征在于，所述电压调整部包括上拉单元和/或下拉单元；
所述上拉单元用于根据所述外界光的光照强度将所述电压信号上拉；
所述下拉单元用于根据所述外界光的光照强度将所述电压信号下拉。


3.如权利要求2所述光传感器，其特征在于，所述电压调整部还包括光照阈值单元；
所述光照阈值单元，设置预设光照阈值，用于根据所述外界光的光照强度和所述预设光照阈值控制所述上拉单元和/或所述下拉单元工作。


4.如权利要求2所述光传感器，其特征在于，所述电压调整部还包括正反馈单元；
所述正反馈单元，设置正反馈机制，用于根据所述外界光的光照强度和所述正反馈机制控制所述上拉单元和/或所述下拉单元工作。


5.如权利要求1至4任一项所述光传感器，其特征在于，所述光电转换部包括晶体管T1和晶体管T4，所述电压转换部包括晶体管T2和晶体管T3，其中，晶体管T3和晶体管T2被遮光处理；
晶体管T1的第一极接收高电压VDD，晶体管T1的第二极连接晶体管T3的第一极和正相电压输出端，正相电压输出端用于输出所述正相输出电压信号；
晶体管T3的第二极接收低电压VSS；
晶体管T2的第一极接收高电压VDD，晶体管T2的第二极连接晶体管T4的第一极和负相电压输出端，负相电压输出端用于输出所述负相输出电压信号；
晶体管T4的第二极接收低电压VSS；
晶体管T1、晶体管T2、晶体管T3及晶体管T4的控制极均接收预设电压信号VBIAS，所述预设电压信号VBIAS用于控制晶体管T1、晶体管T2、晶体管T3及晶体管T4处于亚阈值区域或泄漏区域。


6.如权利要求5所述光传感器，其特征在于，所述电压调整部包括晶体管T51...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛东，廖聪维，钟德镇，郑会龙，李海波，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，昆山龙腾光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44