用于溫度檢測的裝置的制作方法

本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種用于溫度檢測的裝置。

背景技術：

隨著移動產品的廣泛應用，人們對電子產品的需求越來越大，顯示面板也有了快速的發展。顯示面板廣泛應用于液晶顯示(lcd)、有機發光二極管顯示(oled)、電子紙顯示(epd)以及微顯示等領域。因為液晶的特性和oled的操作穩定性會隨著溫度的變化而變化，所以顯示效果也會隨之發生變化。因此，了解顯示面板中的溫度的變化可以幫助抵消溫度變化所帶來的不利影響。

技術實現要素：

本發明的實施例提供了一種用于溫度檢測的裝置，該裝置能夠對溫度進行檢測并且具有很高靈敏度，以分辨出溫度的變化所引起的周期的變化。

在本公開的一個方面中，提供一種用于溫度檢測的裝置，其包括：延遲單元，其包括奇數個首尾耦接的反相器；開關晶體管，其控制極與所述延遲單元的輸出端耦接，第一極與所述裝置的工作電壓節點耦接，以及第二極與所述延遲單元的輸入端耦接；第一電容器，其第一端與所述延遲單元的所述輸入端耦接，以及第二端與所述開關晶體管的第一極或所述裝置的接地節點耦接；以及溫敏晶體管，其控制極與所述裝置的偏置電壓端耦接，第一極與所述延遲單元的所述輸入端耦接，以及第二極與所述裝置的接地節點耦接；其中，所述反相器中的至少一個的晶體管的有源區包括具有0.1cm²v^-1s^-1至20cm²v^-1s^-1之間的電子遷移率的半導體材料。

在一個實施例中，所述半導體材料包括非晶硅或氧化物半導體。

在一個實施例中，所述氧化物半導體包括下列中的至少一種：znsno、inzno、sno2、insno、ingao、ingazno或其組合。

在一個實施例中，所述開關晶體管和所述溫敏晶體管中的至少一個的有源區包括多晶硅。

在一個實施例中，所述多晶硅為低溫多晶硅。

在一個實施例中，所述反相器中的晶體管、所述開關晶體管和所述溫敏晶體管為薄膜晶體管。

在一個實施例中，所述反相器中的所述至少一個包括第一薄膜晶體管和第二薄膜晶體管，其中所述第一薄膜晶體管的第一極和控制極與所述裝置的工作電壓節點耦接，所述第一薄膜晶體管的第二極與所述反相器的輸出端耦接，所述第二薄膜晶體管的第一極與所述輸出端耦接，所述第二薄膜晶體管的控制極與所述反相器的輸入端耦接，所述第二薄膜晶體管的第二極與所述裝置的接地節點耦接。

在一個實施例中，所述反相器中的所述至少一個還包括第二電容器，所述第二電容器的第一端與所述第二薄膜晶體管的第一極耦接，所述第二電容器的第二端與所述裝置的接地節點耦接。

在一個實施例中，所述第一薄膜晶體管和所述第二薄膜晶體管為n溝道場效應晶體管。

在本文描述的實施例中，反相器的晶體管的有源區包括第一半導體材料，由于第一半導體材料具有0.1cm²v^-1s^-1至20cm²v^-1s^-1之間的電子遷移率，因此，較低的遷移率增大了反相器的延遲時間，進而提高了用于溫度檢測的裝置的靈敏度，以分辨出溫度的變化所引起的周期的變化。

適應性的進一步的方面和范圍從本文中提供的描述變得明顯。應當理解，本申請的各個方面可以單獨或者與一個或多個其它方面組合實施。還應當理解，本文中的描述和特定實施例旨在說明的目的，并不旨在限制本申請的范圍。

附圖說明

本文中描述的附圖用于僅對所選擇的實施例的說明的目的，并不是所有可能的實施方式，并且不旨在限制本申請的范圍，其中：

圖1示出了根據本發明的實施例的用于溫度檢測的裝置的示意圖；

圖2示出了根據本發明的實施例的用于溫度檢測的裝置的延遲單元的反相器的示意圖；

圖3是圖1的用于檢測溫度的裝置所產生的波形的示意圖；

圖4a和4b示出了根據本發明的實施例的用于溫度檢測的裝置的溫度特性曲線；

圖5a和5b示出了根據本發明的比較例的用于溫度檢測的裝置的溫度特性曲線；

圖6示出了根據本發明的另一個實施例的用于溫度檢測的裝置的示意圖；

圖7示出了根據本發明的另一個實施例的用于溫度檢測的裝置的延遲單元的反相器的示意圖。

具體實施方式

首先需要說明的是，除非上下文中另外明確地指出，否則在本文和所附權利要求中所使用的詞語的單數形式包括復數，反之亦然。因而，當提及單數時，通常包括相應術語的復數。相似地，措辭“包含”和“包括”將解釋為包含在內而不是獨占性地。同樣地，術語“包括”和“或”應當解釋為包括在內的，除非本文中明確禁止這樣的解釋。在本文中使用術語“示例”之處，特別是當其位于一組術語之后時，所述“示例”僅僅是示例性的和闡述性的，且不應當被認為是獨占性的或廣泛性的。

現將參照附圖更全面地描述示例性的實施例。

圖1示出了根據本發明的實施例的用于溫度檢測的裝置的示意圖。該裝置包括延遲單元10、開關晶體管tsw、溫敏晶體管tsen、以及第一電容器c1。延遲單元10可以包括奇數個(例如，五個)首尾耦接的反相器inv1-inv5。此外應理解，本文中，術語“耦接”包括元件之間的直接連接和間接連接。

如圖1所示，開關晶體管tsw的控制極與延遲單元10的輸出端b耦接，開關晶體管tsw的第一極與裝置的工作電壓節點vdd耦接，以及開關晶體管tsw的第二極與延遲單元10的輸入端a耦接。第一電容器c1的第一端與延遲單元10的輸入端a耦接，以及第一電容器c1的第二端與裝置的接地節點vss耦接。溫敏晶體管tsen的控制極與裝置的偏置電壓端vth耦接，溫敏晶體管tsen的第一極與延遲單元10的輸入端a耦接，以及溫敏晶體管tsen的第二極與裝置的接地節點vss耦接。開關晶體管tsw、第一電容器c1以及溫敏晶體管tsen用于與延遲單元10配合以產生周期性的振蕩波形，這將稍后參考圖3進行詳細描述。

溫敏晶體管tsen的控制極與偏置電壓端vth耦接，其中，在該偏置電壓端處的電壓可以是亞閾值偏置電壓。在亞閾值偏置電壓下，溫敏晶體管tsen的溝道處于弱反型狀態，溝道電流與溫度成單調遞增關系，且溝道電流小于正常偏置電流。

根據本發明的一個實施例，延遲單元10的反相器inv1-inv5的每個晶體管的有源區可以都包括具有0.1cm²v^-1s^-1至20cm²v^-1s^-1之間的電子遷移率的半導體材料，諸如非晶硅或氧化物半導體。具體地，氧化物半導體可以包括znsno、inzno、sno2、insno、ingao、ingazno或其組合中的至少一種。由于非晶硅或氧化物半導體的遷移率較低，因此增大了延遲單元10的反相器inv1-inv5的延遲時間。延遲單元10的反相器inv1-inv5的晶體管的有源區的半導體材料不限于此，只要延遲單元10的反相器inv1-inv5的晶體管的有源區的半導體材料具有0.1cm²v^-1s^-1至20cm²v^-1s^-1之間的電子遷移率即可。

需要說明的是，本領域的技術人員能夠理解，只要延遲單元10的反相器inv1-inv5中的至少一個的晶體管的有源區包括具有0.1cm²v^-1s^-1至20cm²v^-1s^-1之間的電子遷移率的半導體材料，就可以增大延遲單元10的延遲時間。只是當延遲單元10的反相器inv1-inv5中的每個反相器的晶體管的有源區都采用該半導體材料時，可以進一步增大五個反相器inv1-inv5的延遲時間之和，從而進一步增大延遲單元10的延遲時間。

根據本發明的實施例，開關晶體管tsw和溫敏晶體管tsen可以是薄膜晶體管，薄膜晶體管可以采用n溝道或p溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)。

根據本發明的實施例，開關晶體管tsw和溫敏晶體管tsen的有源區可以包括諸如低溫多晶硅的多晶硅半導體材料。然而，開關晶體管tsw和溫敏晶體管tsen的有源區的半導體材料不限于此，也可以采用本領域中的其他常規半導體材料。

圖2示出了根據本發明的實施例的裝置的延遲單元10的反相器inv1的示意圖。反相器inv1包括第一薄膜晶體管tft1和第二薄膜晶體管tft2。第一薄膜晶體管tft1的第一極和控制極與裝置的工作電壓節點vdd耦接，第一薄膜晶體管tft1的第二極與反相器inv1的輸出端vout耦接。第二薄膜晶體管tft2的第一極與該輸出端vout耦接，第二薄膜晶體管tft2的控制極與反相器inv1的輸入端vin耦接，第二薄膜晶體管tft2的第二極與裝置的接地節點vss耦接。類似地，反相器inv2-inv5也可以采用與反相器inv1相同的配置，在此不再重復描述。

由于當反相器的輸入電壓為低(或高)時，反相器的輸出電壓為高(或低)，所以對于延遲單元10的五個首尾耦接的反相器inv1-inv5，它們改變了輸入信號的相位，并引入了傳輸延遲。

根據本發明的一個實施例，第一薄膜晶體管tft1和第二薄膜晶體管tft2可以采用n溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)，相應地，第一薄膜晶體管tft1的第一極和第二薄膜晶體管tft2的第一極為漏極；第一薄膜晶體管tft1的第二極和第二薄膜晶體管tft2的第二極為源極；第一薄膜晶體管tft1的控制極和第二薄膜晶體管tft2的控制極為柵極。

根據本發明的一個實施例，第一薄膜晶體管tft1和第二薄膜晶體管tft2的有源區可以包括具有0.1cm²v^-1s^-1至20cm²v^-1s^-1之間的電子遷移率的第一半導體材料，諸如非晶硅或氧化物半導體。氧化物半導體可以包括下列中的至少一種：znsno、inzno、sno2、insno、ingao、ingazno或其組合等。由于第一半導體材料的遷移率低，因此增大了反相器的延遲時間。

圖3是圖1的用于檢測溫度的裝置所產生的波形的示意圖。如圖3所示，在初始時刻t0，向開關晶體管tsw的第一極施加工作電壓vdd，延遲單元10的輸入端a的電壓va為低電壓vl(例如，接近于0v的低電壓)，開關晶體管tsw此時被關斷，并且第一電容器c1不被充電。在該狀態持續一段時間后，在時刻t1，輸入端a處的低電壓vl傳輸到延遲單元10的輸出端b(其中t0與t1之間的時間間隔對應于延遲單元10的五個反相器inv1-inv5的延遲時間之和)，由于存在奇數個反相器，所以輸出端b處的電壓為高電壓vh。該高電壓vh作用于開關晶體管tsw的控制極，使開關晶體管tsw導通。

由于開關晶體管tsw導通，所以在時刻t2，輸入端a處的電壓va被快速從低電壓vl拉到高電壓vh。此時，第一電容器c1兩端產生電壓差，使第一電容器c1開始被充電。在一段時間后，在時刻t3，輸入端a處的高電壓vh傳輸到延遲單元10的輸出端b(其中t2與t3之間的時間間隔對應于延遲單元10的五個反相器inv1-inv5的延遲時間之和)，由于存在奇數個反相器，所以輸出端b處的電壓為低電壓vl。該低電壓vl作用于開關晶體管tsw的控制極，使開關晶體管tsw關斷。此時，第一電容器c1已完成充電。

由于開關晶體管tsw關斷，所以輸入端a處的高電壓vh通過溫敏晶體管tsen進行放電，使得輸入端a處的電壓va逐漸降低。隨著輸入端a處的電壓va逐漸降低，引發第一電容器c1放電，使兩個極板上積累的電荷發生中和。在時刻t4，輸入端a處的電壓va從高電壓vh降為低電壓vl。在該狀態持續一段時間后，在時刻t5，輸入端a處的低電壓vl傳輸到延遲單元10的輸出端b(其中t4與t5之間的時間間隔對應于延遲單元10的五個反相器inv1-inv5的延遲時間之和)，由于存在奇數個反相器，所以輸出端b處的電壓為高電壓vh。該高電壓vh作用于開關晶體管tsw的控制極，使開關晶體管tsw導通。第一電容器c1兩端產生電壓差，使第一電容器c1開始被充電。之后，相同的過程不斷重復，從而產生圖3中所示的振蕩波形。該振蕩波形的周期t1為時刻t1與t5之間的時間間隔，放電時間t2為時刻t3與t4之間的時間間隔。應注意的是，圖3中所示的振蕩波形為輸入端a處的電壓波形，輸出端b處的電壓波形可以通過取輸入端a處的電壓波形的反相信號來獲得。

如前所述，溫敏晶體管tsen在處于亞閾值偏置下狀態，放電電流較小，所以時刻t3與t4之間的放電時間t2較長。由于溫敏晶體管tsen的亞閾值電流大小與溫度成單調遞增關系，所以當溫度上升時，流經溫敏晶體管tsen的放電電流增大，放電時間t2縮短，使得裝置所檢測的輸出波形周期t1縮短，頻率升高；而當溫度降低時，流經溫敏晶體管tsen的放電電流減小，放電時間t2增加，使得裝置所檢測的輸出波形周期t1變長，頻率降低。這樣，在裝置的輸出波形的周期與溫度之間建立了一一對應且成單調遞減的關系，即輸出波形的頻率與溫度之間成單調遞增的關系。因此可以通過檢測裝置的輸出端b處的電壓波形的周期或頻率來表示溫度。

圖4a和4b示出了根據本發明的實施例的用于溫度檢測的裝置的溫度特性曲線。在該示例實施例中，用于溫度檢測的裝置為圖1所示的裝置，其中，延遲單元10的反相器inv1-inv5的每個反相器的第一薄膜晶體管tft1和第二薄膜晶體管tft2的有源區采用非晶硅；開關晶體管tsw和溫敏晶體管tsen的有源區采用低溫多晶硅。如圖4a所示的曲線，縱軸表示裝置的輸出端b處的電壓波形的周期，橫軸表示溫度。曲線上的點分別表示-20℃至80℃溫度下所對應的周期。如圖4a所示，隨著溫度的升高，該裝置的輸出波形的周期降低，二者成單調遞減的關系。圖4b所示的曲線為圖4a所示的曲線的差分曲線圖。圖4b上曲線的點可以分別表示如下：標號1表示圖4a曲線上-20℃時的周期和-10℃時的周期的差值的情況，相應地，其縱坐標的值為相應的差值；以此類推，標號10表示圖4a曲線上70℃時的周期和80℃時的周期的差值的情況，相應地，其縱坐標的值為相應的差值。

圖5a和5b示出了根據本發明的比較例的用于溫度檢測的裝置的溫度特性曲線。在該示例實施例中，用于溫度檢測的裝置為圖1所示的裝置，其中，延遲單元10的反相器inv1-inv5的每個反相器的第一薄膜晶體管tft1和第二薄膜晶體管tft2的有源區采用多晶硅；開關晶體管tsw和溫敏晶體管tsen的有源區采用低溫多晶硅。圖5a、圖5b的溫度特性曲線所表示的含義與圖4a、圖4b類似，在此不再重復描述。

圖4a與圖5a的比較可以看出，在相同的溫度下，圖4a比圖5a的周期值更大。也就是說，當裝置的延遲單元的反相器的晶體管的有源區采用非晶硅材料時，能夠增大反相器的延遲時間，從而增大圖4所采用的裝置的周期。圖4b與圖5b的比較可以看出，在圖4b中，溫度的變化所引起的該裝置的周期的變化很大，比圖5b中周期的變化高了五個數量級。也就是說，當裝置的延遲單元的反相器的晶體管的有源區采用非晶硅材料時，能夠提高該裝置的靈敏度，以分辨出溫度的變化所引起的周期的變化。這因為非晶硅中通常含有大量的懸掛鍵，所以電子的遷移率很低，一般小于1cm²v-¹s-¹。當延遲單元的反相器的晶體管的有源區采用非晶硅材料時，增大了反相器的延遲時間，因此，增大了裝置的周期，提高了靈敏度。本領域的技術人員能夠理解，只要延遲單元10的反相器inv1-inv5中的至少一個的晶體管的有源區采用非晶硅材料，都可以提高裝置的靈敏度。只是當反相器inv1-inv5中的每個反相器的晶體管的有源區都采用非晶硅時，可以進一步增大五個反相器inv1-inv5的延遲時間之和，從而進一步增大裝置的周期和靈敏度。類似地，當反相器的晶體管的有源區采用氧化物半導體材料時，也可以增大裝置的周期和靈敏度，原理和采用非晶硅相同，在此不再重復描述。

因此，根據以上描述可以看出，本實施例的用于溫度檢測的裝置的反相器的晶體管的有源區包括第一半導體材料，由于第一半導體材料具有0.1cm²v^-1s^-1至20cm²v^-1s^-1之間的電子遷移率，因此，較低的遷移率增大了反相器的延遲時間，進而提高了用于溫度檢測的裝置的靈敏度，以分辨出溫度的變化所引起的周期的變化。該裝置可集成在顯示面板中，以更好地檢測屏幕內溫度的變化情況。

圖6示出了根據本發明的另一個實施例的用于溫度檢測的裝置的示意圖。圖6中用于溫度檢測的裝置與圖1中用于溫度檢測的裝置基本相同，區別在于第一電容器c1的第二端與裝置的工作電壓節點vdd耦接。類似地，在裝置的輸出波形的周期與溫度之間建立了一一對應且成單調遞減的關系，即輸出波形的頻率與溫度之間成單調遞增的關系。因此可以通過檢測裝置的輸出端b處的電壓波形的周期或頻率來表示溫度。

圖7示出了根據本發明的另一個實施例的用于溫度檢測的裝置的延遲單元的反相器的示意圖。圖7的反相器inv1與圖2的反相器inv1基本相同，區別在于反相器inv1還包括第二電容器c2，第二電容器c2的第一端與第二薄膜晶體管tft2的第一極耦接(即，與反相器inv1的輸出端vout耦接)，第二電容器c2的第二端與裝置的接地節點耦接。包括第二電容器c2的反相器inv1應用于圖1的延遲單元10時，通過調節第二電容器c2的值，來調節裝置的輸出端的輸出波形的周期t1。因此，可以適當地調節第二電容器c2來進一步增大輸出波形的周期t1，并提高裝置的靈敏度。類似地，反相器inv2-inv5也可以采用與該反相器inv1相同的配置，在此不再重復描述。

需要說明的是，本發明的用于溫度檢測的裝置并不限于上面描述的示例。首先，延遲單元的反相器的數目不限于五個，只要包括奇數個首尾耦接的反相器即可。其次，延遲單元不限于如圖1所示的奇數個首尾耦接的反相器，還可以包括由其它部件構成的延時單元。

以上為了說明和描述的目的提供了實施例的前述描述。其并不旨在是窮舉的或者限制本申請。特定實施例的各個元件或特征通常不限于特定的實施例，但是，在合適的情況下，這些元件和特征是可互換的并且可用在所選擇的實施例中，即使沒有具體示出或描述。同樣也可以以許多方式來改變。這種改變不能被認為脫離了本申請，并且所有這些修改都包含在本申請的范圍內。