[发明专利]图像传感器以及显示器

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器以及包括这种图像传感器的显示器。

背景技术

期望以薄膜多晶硅工艺来制作图像传感器，这与在为有源矩阵液 晶显示器(AMLCD)制造薄膜晶体管基板时使用的工艺相兼容。通 过使用这样的制作工艺，可以将这样的图像传感器单片地集成在 AMLCD内，以提供例如对触摸或笔输入进行检测的输入功能。在这 样的结构中，每个像素可以包括图像感测和显示元件，以提供图像感 测和显示的相似空间分辨率。然而，与其中并未提供图像感测功能的 显示器相比，像素内图像感测功能的存在减小了这种显示设备的孔径 比。

现有若干类型的半导体图像传感器，包括基于电荷耦合器件 (CCD)技术的半导体图像传感器以及基于互补金属氧化物硅 (CMOS)技术的半导体图像传感器。在过去CCD提供了比CMOS图 像传感器高的性能，这是因为专门的加工技术使光生电荷 (photo-generated charge)的传输效率最大化。然而，CMOS图像传感 器的优点在于，可以将图像阵列和信号处理电子器件集成到相同的芯 片中，然而CCD工艺的专用特性禁止这样的集成。从而CMOS图像传 感器对于许多应用(例如在消费电子器件中)具有成本较低的优点。

现有2种主要类型的CMOS图像传感器，即无源像素传感器(PPS) 和有源像素传感器(APS)。无源像素传感器在图像传感器的每个像素 内包括：光电二极管或类似的光敏器件，以及“选择”晶体管。按行 对图像传感器阵列进行寻址，利用典型位于每列底部的积分器对每一 光电二极管产生的电流在一行周期的持续时间上进行积分。因为每个 像素仅包含2个有源器件，所以无源像素结构允许提供高分辨率阵列。 然而，对每行进行连续积分所需要的时间限制了这种阵列的尺寸，且 输出信号遭受到与积分期间列电流的波动相关的相对大强度噪声。

APS设备包括处于每个像素中的放大器，从而不会受到PPS结构 的限制。例如，如US 5,471,515中公开的，附图的图1示出了采用基于 光电门的(photogate-based)像素电路的APS的示例。在操作中，在积 分时段期间，电子与入射在光电门电极下面的基板上的光子通量成比 例地聚集到光电门30下面的势阱中。在每个积分时段的末尾，通过施 加复位信号脉冲RST将浮扩散区(floating diffusion region)40的电势 复位到初始电平。然后在由脉冲TX控制的传输步骤期间将聚集在光电 门上的电荷传输至浮扩散区40。从而浮扩散区40的电势表示在积分时 段期间聚集的电荷。

在对像素行进行采样时，利用行扫描脉冲(ROW)将行选择晶体 管60导通。连接晶体管55，作为与位于像素阵列的列末尾的偏置晶体 管65协作的源极跟随器(source-follower)。晶体管55的栅极与浮扩散 节点连接，使得源极跟随器的输出提供对晶体管55的栅极处的电压的 指示，以及从而提供对积分时段期间聚集在像素中的电荷的指示。

如图1中70处所示，图像传感器芯片还包括用于读出采样像素信 号的电路。在选择了包含感测元件在内的行时，经由晶体管200将表示 入射光强度的源极跟随器输出电压存储在电容器205中。晶体管210、 215以及200针对包含感测元件在内的列组成另一源极跟随器。在脉冲 产生(pluse)列选择信号COL时，经由输出OUT将列源极跟随器的输 出提供给芯片放大器。依次使能列源极跟随器，使得图像传感器输出 电压是对入射在阵列的每个像素上的光强度的时序(time sequential) 表示。

图1所示的结构还包括器件116、225、230、235、240以及245， 这些器件用于为芯片放大器产生基准电压，以减小偏移误差。这种结 构的操作是现有的并且将不对其进一步描述。