[发明专利]光传感器和光传感器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及光传感器和光传感器阵列，尤其涉及作为光传感器元件使用光控可变电阻元件即厚膜无定形硅膜的光传感器阵列。

背景技术

本发明的发明人已经申请使用无定形硅(a-Si)膜作为光传感器元件的光传感器和光传感器阵列(日本特愿2009-162612)。该已经申请的发明中光传感器的无定形硅(a-Si)膜作为与入射光对应地改变电阻的光控可变电阻元件而进行工作。

图13是表示已经申请的发明中光传感器阵列的电路结构的电路图。

在已经申请的发明的光传感器阵列中，图13的虚线框A表示1个像素的光传感器像素。该1个像素的光传感器像素包括：3个晶体管MT1～MT3；光控可变电阻元件AS1；电容元件(存储电容)C1；用于进行读出复位的选通线GCLK；提供复位电压VRS的复位线SVRS；分别提供偏置电压(固定电压)VB1、VB2、VAB的偏置线SVB1、SVB2、SV AB；以及信号输出线OUT。

图13示出光传感器像素的像素数为m×K的光传感器阵列。图13示出对于n～(n+1)行、J～(J+1)列的4像素光传感器的具体电路图。

在光传感器阵列的周围的下侧配置有用于对信号输出线OUT的电压进行复位的复位晶体管MTR、用于提供复位电压VRST的复位线SVRST、以及输入对输出用的焊盘PAD和复位晶体管MTR进行控制的控制电压RSTPLS的端子。在光传感器阵列的周围的左侧配置有移位寄存器12。

图14是表示图13所示的光控可变电阻元件AS1的结构的图。图14所示的依赖可变电阻元件AS1包括上部电极92、下部电极94、夹持在上部电极92和下部电极94之间的无定形硅(a-Si)93。在图14示出光控可变电阻元件AS1和电容元件C1。图15示出图14所示的光控可变电阻元件AS1的等价电路。

图16是用于说明图13所示的光传感器阵列的工作的时序图。以下，使用图16说明图13所示的虚线框A表示的光传感器像素的工作。

为了易于说明，对于各偏置电压取为VB1＝VB2＝0V(GND)、VAB＝10V、对于复位电压取为VRS＝5V、VRST＝0V。另外，对于各时钟的电压，高电平(以下称为H电平)取为10V，低电平(以下称为L电平)取为0V。各偏置电压的电压值是一个例子，也可以是上述值以外的电压。另外，偏置电压VAB为复位电压VRS以上的电压即可。

在图13中，通过移位寄存器12，各光传感器像素行在纸面上从上到下依次被扫描，即在图13中，在选通线GCLK上按序号从小到大的顺序依次施加导通电压脉冲。

首先，通过移位寄存器12对选通线GCLK(n+1)提供H电平的10V电压时，在光传感器像素中，晶体管MT1变为导通状态，光传感器像素的内部节点N1与偏置线SVRS电导通，内部节点N1的电压取为电位与偏置电压VRS相同即取为5V。

接着，提供给选通线GCLK(n+1)的电压成为L电平的0V电压时，光传感器像素的内部节点N1成为电孤立节点，但内部节点N1的电压通过该内部节点N1与偏置线SVB2之间的电容元件C1而被保持。

在该状态下，内部节点N1通过作为高电阻半导体的光控可变电阻元件AS1而与提供0V偏置电位VB1的偏置线SVB1相连接。例如，光控可变电阻元件AS1的电阻值预先取为在室温下暗电流流过数十fA左右的值。

当对该光控可变电阻元件AS1照射光(红外线)时，利用通过光电转换而能够出现在半导体中的载流子对而使电阻下降。利用该现象而检测光。在用于环境用途的光传感器中，例如设计成在光控可变电阻元件AS1中流过数pA的电流。

如此，存储在内部节点N1中的电荷通过光控可变电阻元件AS1而释放到偏置线SVB2上，所释放的电荷量随光控可变电阻元件AS1的暗状态的电阻和所入射的光量而发生变动。因此，经过一定时间后的节点N1的电压随入射光量的不同而不同。

利用移位寄存器12，提供给选通线GCLK(n+1)的电压变为L电平的0V电压后，利用移位寄存器12的选通线扫描大致扫描一回(1帧后)，对选通线GCLK(n)提供H电平的10V电压，至此为所入射的光引起的光信号的存储时间。

在时刻t2，控制电压RSTPLS例如变为H电平的10V电压时，图13所示的复位晶体管MTR变为导通状态，信号输出线OUT(j)被复位为0V的复位电压VRST。

在时刻t3，控制电压RSTPLS变为L电平的0V时，信号输出线OUT(j)变为浮置状态。