温度センサー
【課題】大面積で、空間分解能が高く、広い温度範囲に渡って計測を可能にする温度センサーを提供する事。
【解決手段】温度センサーは計測セルを含み、計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子と第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子とを少なくとも備え、第一容量素子は第一計測用薄膜トランジスターに接続し、第二容量素子は第二計測用薄膜トランジスターに接続し、第一計測用薄膜トランジスターの幅と第二計測用薄膜トランジスターの幅とが異なっている。薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できるため、大面積で空間分解能が極めて高い温度センサーを実現できる。加えて、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲を対象として温度を計測するので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【解決手段】温度センサーは計測セルを含み、計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子と第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子とを少なくとも備え、第一容量素子は第一計測用薄膜トランジスターに接続し、第二容量素子は第二計測用薄膜トランジスターに接続し、第一計測用薄膜トランジスターの幅と第二計測用薄膜トランジスターの幅とが異なっている。薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できるため、大面積で空間分解能が極めて高い温度センサーを実現できる。加えて、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲を対象として温度を計測するので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体表面の温度を計測する温度センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の面状温度センサーは、例えば特許文献１に記載されている様に、計測セルが行列
状に配置され、各計測セル内では薄膜トランジスターと抵抗体とが直列接続されていた。
抵抗体の電気抵抗は温度依存性を持つので、これを利用して温度が計測されていた。具体
的には、計測の際に、薄膜トランジスターをオン状態とした上で、抵抗体に電流を通し、
その電流値（抵抗体の電気抵抗）の変化を計測して、各計測セルの温度を計測していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７０６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の面状温度センサーは、計測それ自体が温度変動を招き、計測結果
に信頼感を抱けないという課題があった。即ち、電気抵抗を測定する抵抗体と薄膜トラン
ジスターとが直接結ばれており、しかも薄膜トランジスターをオン状態として計測する為
に、薄膜トランジスターの自己発熱が抵抗体の温度を上げ、正確な温度計測の妨げとなっ
ていた。加えて、電気抵抗の温度依存性が弱い為に、従来の面状温度センサーは僅かな温
度変化の計測を行いがたいという課題があった。この様に、従来の面状温度センサーは、
計測結果に信頼感を抱けず、計測分解能も低いという課題があった。換言すれば、高性能
で実用的な面状温度センサーが存在しない、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態
又は適用例として実現する事が可能である。
【０００６】
（適用例１） 本適用例に係わる温度センサーは、温度を計測する計測セルを含む温度
センサーであって、計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと、第一容量素子と、第
二計測用薄膜トランジスターと、第二容量素子と、を少なくとも備え、第一容量素子は第
一計測用薄膜トランジスターに接続され、第二容量素子は第二計測用薄膜トランジスター
に接続され、第一計測用薄膜トランジスターの幅と第二計測用薄膜トランジスターの幅と
が異なるか、又は、第一容量素子の容量と第二容量素子の容量とが異なる事を特徴とする
。
薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できる為、この構成によれば、空間
分解能が数マイクロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。加えて、温度の計
測期間に薄膜トランジスターは自己発熱しないので、正確な温度計測を実現できる。更に
、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲
を対象として温度を計測するか、或いは第一容量素子と第二容量素子とが異なった温度範
囲を対象として温度を計測するので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる
。換言すれば、信頼性が高く、精密測定が可能で、広い温度範囲を計測する、実用的な面
状温度センサーを実現できる。
【０００７】
（適用例２） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第一計測用薄膜トランジス
ターの幅をＷ01とし、第一容量素子の容量をＣ1とし、第二計測用薄膜トランジスターの
幅をＷ02とし、第二容量素子の容量をＣ2とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の
８倍から５０倍の範囲にある事が好ましい。
この構成によれば、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子とで比較的高い温度
範囲を対象として温度計測をし、第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子とで比較
的低い温度範囲を対象として温度計測をするので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測
を行う事ができる。
【０００８】
（適用例３） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、計測セルは、第三計
測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも備え、第三容量素子は第三計測用
薄膜トランジスターに接続し、第三計測用薄膜トランジスターの幅は、第一計測用薄膜ト
ランジスターの幅とも、第二計測用薄膜トランジスターの幅とも、異なっている事が好ま
しい。
この構成によれば、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターと
第三計測用薄膜トランジスターとが、それぞれ異なった温度範囲を対象として温度を計測
するので、極めて広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０００９】
（適用例４） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、計測セルは、第三計
測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも備え、第三容量素子は第三計測用
薄膜トランジスターに接続し、第三容量素子の容量は、第一容量素子の容量とも、第二容
量素子の容量とも、異なっている事が好ましい。
この構成によれば、第一容量素子と第二容量素子と第三容量素子とが、それぞれ異なっ
た温度範囲を対象として温度を計測するので、極めて広い温度範囲に渡って正確な温度計
測を実現できる。
【００１０】
（適用例５） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第一計測用薄膜トランジス
ターの幅をＷ01とし、第一容量素子の容量をＣ1とし、第二計測用薄膜トランジスターの
幅をＷ02とし、第二容量素子の容量をＣ2とし、第三計測用薄膜トランジスターの幅をＷ0
3とし、第三容量素子の容量をＣ3とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の８倍から
５０倍の範囲にあり、Ｃ2／Ｗ02の値がＣ3／Ｗ03の値の８倍から５０倍の範囲にある事が
好ましい。
この構成によれば、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子とで比較的高い温度
範囲を対象として温度計測をし、第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とで比較
的低い温度範囲を対象として温度計測をし、第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素
子とでこれらの中間の温度範囲を対象として温度計測をするので、著しく広い温度範囲に
渡って正確な温度計測を行う事ができる。
【００１１】
（適用例６） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一の方向に沿って
配置され、計測セルを選択する第一選択回路を備え、計測セルは第一の方向に沿って複数
個配置される事が好ましい。
この構成によれば、計測セルを第一の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第
一の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第一の方向に沿って異な
っていても、温度を場所の関数として定量的に正確に計測できる。
【００１２】
（適用例７） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一の方向と交差す
る第二の方向に沿って配置され、計測セルを選択する第二選択回路を備え、計測セルは第
二の方向に沿って複数個配置される事が好ましい。
この構成によれば、計測セルを第二の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第
二の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第二の方向に沿って異な
っていても、温度を場所の関数として定量的に正確に計測できる。
【００１３】
（適用例８） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一薄膜トランジス
ターと第二薄膜トランジスターとを備え、第一薄膜トランジスターと第二薄膜トランジス
ターとは差動トランジスター対をなし、第一薄膜トランジスターのゲートは第一計測用薄
膜トランジスターのソース又はドレインの一方に接続される事が好ましい。
この構成によれば、各計測セルに差動トランジスター対が設けられている為に、面状の
温度センサーが大面積となっても、高精細になっても、高精度に温度を計測する事ができ
る。又、温度の計測期間と計測結果の出力期間とを分ける事ができるので、計測時に薄膜
トランジスターが自己発熱することなく、正確な温度測定が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係わる温度センサーを模式的に示す斜視外観図。
【図２】実施形態１に係わる温度センサーの計測原理を説明する図。
【図３】実施形態１に係わる温度センサーの回路を説明する図。
【図４】実施形態１に係わる温度センサーにて温度を計測する際のタイミングチャートを説明する図。
【図５】実施形態１に係わる温度センサーにて温度を計測する際の等価回路図。
【図６】実施形態１に係わる温度センサーで使用される各種回路の平面レイアウトを説明する図で、（ａ）は出力回路、（ｂ）は列選択トランジスター、（ｃ）は計測セル。
【図７】実施形態２に係わる温度センサーの回路を説明する図。
【図８】変形例１に係わる温度センサーの回路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。尚、以下の図面においては、各層
や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとする為、各層や各部材毎に縮尺を異ならし
めてある。
【００１６】
（実施形態１）
「温度センサーの概要」
図１は、本実施形態に係わる温度センサーを模式的に示す斜視外観図である。以下、図
１を用いて、まず温度センサーの概要を説明する。
【００１７】
本実施形態に係わる温度センサー１は、柔軟なプラスチックフィルムなどの可撓性を有
する基板２に形成される。基板２には計測セル（ｉ，ｊ）が行列状に複数個配置され、計
測回路３をなしている。各計測セルには、第一計測用薄膜トランジスターＴ０１（以降単
にＴ０１と略称する）と、第一容量素子Ｃｐ１（以降単にＣｐ１と略称する）と、第二計
測用薄膜トランジスターＴ０２（以降単にＴ０２と略称する）と、第二容量素子Ｃｐ２（
以降単にＣｐ２と略称する）と、が備えられている（図３参照）。Ｃｐ１はＴ０１のソー
ス電極又はドレイン電極の一方に接続され、Ｃｐ２はＴ０２のソース電極又はドレイン電
極の一方に接続されている。トランジスターのソース電極とドレイン電極とは電位に応じ
て入れ替わるが、以降は説明の便宜上、Ｃｐ１やＣｐ２が接続している電極を、各トラン
ジスターのドレイン電極とする。Ｔ０１のチャンネル形成領域の幅をＷ01とし（以降この
幅を単に幅Ｗ01と略称する）、Ｃｐ１の容量をＣ1とし（以降この容量を単に容量Ｃ1と略
称する）、Ｔ０２のチャンネル形成領域の幅をＷ02とし（以降この幅を単に幅Ｗ02と略称
する）、Ｃｐ２の容量をＣ2とした場合（以降この容量を単に容量Ｃ2と略称する）、幅Ｗ
01に対する容量Ｃ1の比（Ｃ1／Ｗ01）と幅Ｗ02に対する容量Ｃ2の比（Ｃ2／Ｗ02）とが異
なった値となっている。具体的にこれを実現するには、幅Ｗ01と幅Ｗ02とを異ならしても
良いし、容量Ｃ1と容量Ｃ2とを異ならしても良いし、或いは幅（幅Ｗ01と幅Ｗ02）も容量
（容量Ｃ1と容量Ｃ2）も同時に異ならしても良い。ここでは、幅Ｗ01と幅Ｗ02とが異なる
と共に、容量Ｃ1と容量Ｃ2とが異なっている。
【００１８】
温度は、最初に容量（容量Ｃ1や容量Ｃ2）に充電した電荷が、計測用薄膜トランジスタ
ー（Ｔ０１やＴ０２）のオフ電流により増減する現象を利用して、計測される。主には容
量に充電した電荷がオフ電流で減少する現象を利用して温度が計測されるが、これとは反
対に、空の容量にオフ電流で充電する現象を利用して温度計測を行っても良い。
【００１９】
図１に戻って説明を続ける。
基板２には、計測回路３の他に、出力回路４と、第一選択回路５１と、第一処理回路５
２と、第二選択回路６１と、第二処理回路６２と、が設けられている。計測回路３に配置
された複数の計測セルは、計測回路３の外周部に配置された第一選択回路５１と第二選択
回路６１とにより、順次選択される。基板２の一辺を第一の方向（ｘ軸に平行な方向で、
行方向とする）とし、第一の方向と交差する（ほぼ直交する）別の方向を第二の方向（ｙ
軸に平行な方向で、列方向とする）とすると、第一選択回路５１と第一処理回路５２とは
、計測回路３の外側で第一の方向に沿って形成され、第二選択回路６１と第二処理回路６
２とは、計測回路３の外側で第二の方向に沿って形成される。計測セルは第一の方向に沿
って複数個形成されると共に、第一選択回路５１によって、第一の方向で選択される。同
様に、計測セルは第二の方向に沿って複数個形成されると共に、第二選択回路６１によっ
て、第二の方向で選択される。選択された計測セルは出力回路４と接続され、温度計測が
なされる。こうして行列状に配置された計測セルにて順次温度が測定され、温度に関する
面分布が得られる。
【００２０】
「計測原理」
図２は、本実施形態に係わる温度センサーの計測原理を説明する図である。以下、図２
を参照して、温度を計測する原理を説明する。
【００２１】
図２は、Ｎ型薄膜トランジスターの伝達特性が温度依存性を有する様子を示している。
トランジスターの伝達特性は、一般にオン領域（図２の場合、ゲート電圧が閾値電圧の１
．５Ｖ程度以上）とオフ領域（図２の場合、ゲート電圧が０Ｖ程度以下）と閾値下領域（
図２の場合、ゲート電圧が０Ｖ程度から１．５Ｖ程度の間）とに分類される。それぞれの
領域はいずれも温度依存性を有するが、オフ領域に於ける温度依存性が一番強い。これは
オフ電流値がフェルミ関数の広がりに対して最も敏感に変化する為である。オフ電流は、
電子−正孔対の熱生成や、プールフレンケル効果を伴うフォノンアシステッドトネリング
、バンド間トネリングなどの機構に起因する。フェルミ関数は、僅かな温度変化でも指数
関数的に変化して、これらの機構（取り分け、電子−正孔対の熱生成やプールフレンケル
効果を伴うフォノンアシステッドトネリング）に強く影響する。その為にオフ電流値の温
度依存性は極めて強くなる。実際に図２から、２００℃のオフ電流は５０℃のオフ電流の
数千倍になっている事が判る。これに対して、同じ温度変化の際にオン電流は数倍しか増
えていない。即ち、オフ電流は温度に対してオン電流よりも１０００倍敏感で有る事にな
る。大雑把に云って、温度が５０℃上昇する毎にオフ電流は１０倍になる。言い換えれば
、温度が５℃上昇しただけでも、オフ電流は２６％も増加する事になる。要するにほんの
僅かの温度変化であっても、オフ電流値は計測可能な大きな変化を示すので、高精度な温
度計測が実現する事になる。この様に、計測用薄膜トランジスターのオフ電流は温度に応
じて激しく変化するので、容量（容量Ｃ1や容量Ｃ2）に蓄積された電荷量も温度に応じて
変化する。この電荷量の変化（又は容量電位の変化）を計量する事で温度が計測される。
【００２２】
「回路」
図３は、本実施形態に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、図３を参
照して、温度センサーの回路を説明する。尚、Ｎ型薄膜トランジスターのソースドレイン
は、両者を比較して電位の高い方がドレインになり、電位の低い方がソースとなる。参考
の為に、図３には各薄膜トランジスターのソースドレインをそれぞれｓとｄとで記載して
ある。
【００２３】
まず図１を用いて説明する。
温度センサー１は計測回路３と出力回路４、第一選択回路５１、第一処理回路５２、第
二選択回路６１、第二処理回路６２とを有する。計測回路３には計測セル（ｉ，ｊ）がＭ
行Ｎ列の行列状に配置されている。ＭとＮは１以上の整数である（１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦
Ｎ）。第一選択回路５１は第一の方向に関してＭ行の行線Ｒ（ｉ）から特定の一本の行線
を選択する。従って、第一選択回路５１は行選択回路でもある。第一選択回路５１にはシ
フトレジスターやデコーダーが使用される。第一処理回路５２は第一選択回路５１からの
選択信号を計測に適する様に加工する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや
、高速で安定的に行線を選択する様にバッファーを備える。第二選択回路６１は第二の方
向に関してＮ列の列線ＣＬ（ｊ）から特定の一本の列線を選択する。従って、第二選択回
路６１は列選択回路でもある。第二選択回路６１にはシフトレジスターやデコーダーが使
用される。第二処理回路６２は第二選択回路６１からの選択信号を計測に適する様に加工
する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや、高速で安定的に列線を選択する
様にバッファーを備える。
【００２４】
図３に戻って説明を続ける。
第二処理回路６２は、上述の回路の他に、列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとを含
む。列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとは、列毎にペアとなって設けられる。出力回
路４はＬＤＯＵＴ及びＸＬＤＯＵＴとして計測結果を出力する。これらの回路の内で、計
測回路３と出力回路４、第二処理回路６２の内の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃと
が薄膜トランジスターで形成される。本実施形態では、これらの他に第一選択回路５１と
第一処理回路５２、第二選択回路６１、もＣＭＯＳ構成の（Ｎ型及びＰ型の）薄膜トラン
ジスターで形成されたが、第一選択回路５１と第一処理回路５２、第二選択回路６１、第
二処理回路６２の内の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃ以外の回路は、外付けのシリ
コンＩＣチップにて形成されても良い。
【００２５】
計測セル（ｉ，ｊ）はｉ行ｊ列に位置し、その内部にＴ０１と、Ｃｐ１と、Ｔ０２と、
Ｃｐ２と、を有している。Ｃｐ１やＣｐ２は誘電体膜を第一電極と第二電極とで挟持して
いる。Ｔ０１のドレイン電極はＣｐ１の第一電極に接続し、ソース電極は充電用列線ＣＣ
に接続し、ゲート電極は充電用行線ＲＣに接続している。Ｃｐ１の第二電極は第二電源（
この場合、負電源Ｖss）に接続している。同様に、Ｔ０２のドレイン電極はＣｐ２の第一
電極に接続し、ソース電極は充電用列線ＣＣに接続し、ゲート電極は充電用行線ＲＣに接
続している。Ｃｐ２の第二電極は第二電源に接続している。Ｔ０１とＴ０２とではチャン
ネル形成領域幅が異なっており、幅Ｗ01は１μｍで、幅Ｗ02は１０μｍである。又、Ｃｐ
１とＣｐ２とでは容量が異なっている。Ｃｐ１は、第一電極と第二電極のサイズが２００
μｍ×２００μｍで、誘電体膜（好適例としてＳｉＯ2）の厚みが６９ｎｍで有るので、
容量Ｃ1は２０ｐＦである。一方、Ｃｐ２は、第一電極と第二電極のサイズが２００μｍ
×１００μｍで、誘電体膜の厚みは同じく６９ｎｍで有るので、容量Ｃ2は１０ｐＦであ
る。この結果、Ｃ1／Ｗ01の値は２０ｐＦ／μｍとなり、Ｃ2／Ｗ02の値は１ｐＦ／μｍと
なるので、Ｃ1／Ｗ01の値はＣ2／Ｗ02の値の２０倍となっている。
【００２６】
温度は、Ｔ０１やＴ０２と云った計測用薄膜トランジスターのドレイン電位（即ちＣｐ
１やＣｐ２と云った容量素子の第一電極電位）に関する情報を出力する事で、計測される
。以下、Ｔ０１とＴ０２を区別する必要がない場合、計測用薄膜トランジスターの総称と
してＴ０と略す。同様に、Ｃｐ１とＣｐ２とを区別する必要がない場合、容量素子の総称
としてＣｐと略す。温度計測を正確に行うべく、計測用薄膜トランジスターＴ０は差動増
幅回路の一部分を備えている。差動増幅回路の一部とは差動トランジスター対と行選択ト
ランジスター対である。差動トランジスター対は、第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄
膜トランジスターＴ２とからなる。行選択トランジスター対は行選択トランジスターＴ３
ＲとＴ４Ｒとである。
【００２７】
第一薄膜トランジスターＴ１のゲートは、計測用薄膜トランジスターＴ０のドレインに
接続されている。従って、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位は温度に応じて変化
する。一方、第二薄膜トランジスターＴ２のゲートには基準信号Ｖrefが供給され、第二
薄膜トランジスターＴ２は基準トランジスターとして動作する。こうして第一薄膜トラン
ジスターＴ１の電気特性と第二薄膜トランジスターＴ２の電気特性とが比較され、計測セ
ルに於ける温度が計測される。言い換えると、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位
と第二薄膜トランジスターのゲート電位との相違が差動増幅され、計測セルに於ける温度
が電圧値又は電流値として出力される。
【００２８】
第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２とは差動トランジスター対
を為しているので、互いに対称に配置されている。即ち、両トランジスターのドレインが
第一電源に接続され、電源に対して両トランジスターは並列に配置されている。第一電源
は正電源Ｖddである。尚、計測誤差を小さくする為に、第一薄膜トランジスターＴ１のゲ
ート容量は、容量素子Ｃｐの容量よりも著しく小さくされている。著しく小さいとは、具
体的には１０分の１以下である。実際に、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート容量は、
０．００５ｐＦ（例えば、ゲート面積１０μｍ2、ゲート絶縁膜ＳｉＯ2、ゲート絶縁膜厚
６９ｎｍ）程度から０．０５ｐＦ（例えば、ゲート面積１００μｍ2、ゲート絶縁膜Ｓｉ
Ｏ2、ゲート絶縁膜厚６９ｎｍ）程度の範囲にあるが、容量素子Ｃｐの容量は１ｐＦ以上
なので、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート容量は、容量素子Ｃｐの容量の２０分の１
以下となっている。
【００２９】
行選択トランジスターＴ３Ｒのドレインは第一薄膜トランジスターＴ１のソースに接続
し、ソースはｊ列目の奇数列線ＣＯ（ｊ）を介してｊ列目の列選択トランジスターＴ３Ｃ
のドレインに接続している。同様に、行選択トランジスターＴ４Ｒのドレインは第二薄膜
トランジスターＴ２のソースに接続し、ソースはｊ列目の偶数列線ＣＥ（ｊ）を介してｊ
列目の列選択トランジスターＴ４Ｃのドレインに接続している。Ｔ０１に付属する行選択
トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲートは２ｉ−１行目の行線Ｒ（２ｉ−１）に接続す
る。又、Ｔ０２に付属する行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲートは２ｉ行目の
行線Ｒ（２ｉ）に接続する。こうして、列選択トランジスターＴ３Ｃと行選択トランジス
ターＴ３Ｒとで第三薄膜トランジスターＴ３をなし、列選択トランジスターＴ４Ｃと行選
択トランジスターＴ４Ｒとで第四薄膜トランジスターＴ４をなす。
【００３０】
温度センサー１は、更に第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジスターＴ６と
を出力回路４に備え、第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジスターＴ６とはカ
レントミラー対をなしている。カレントミラー対とは、両トランジスターのソースが共通
に接続され、ゲートに同電位を印加する事で、飽和動作時（Ｖds＞Ｖgs−Ｖth＞０）に、
両トランジスターのドレイン電位が多少異なっていても、同じ電流を通すトランジスター
対である。ここでは両薄膜トランジスターのゲートは第五薄膜トランジスターのドレイン
に接続している。更に、第五薄膜トランジスターＴ５のドレインは列選択トランジスター
Ｔ３Ｃのソースに接続し、第六薄膜トランジスターＴ６のドレインは列選択トランジスタ
ーＴ４Ｃのソースに接続する。
【００３１】
温度センサー１は、更に第七薄膜トランジスターＴ７を出力回路４に備える。第七薄膜
トランジスターＴ７は電流源トランジスターである。電流源トランジスターとは、飽和動
作し、ドレイン電位が多少変動しても常に一定電流を供給するトランジスターである。第
五薄膜トランジスターＴ５のソースと第六薄膜トランジスターＴ６のソースとは、第七薄
膜トランジスターＴ７のドレインに接続し、第七薄膜トランジスターＴ７のソースは第二
電源に接続する。第二電源は負電源Ｖssである。第七薄膜トランジスターＴ７のゲートに
は第一制御信号Ｃｎｔ１が供給される。第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジ
スターＴ６とが常に等しい電流を通し、第七薄膜トランジスターＴ７が一定電流を供給す
るので、第五薄膜トランジスターＴ５も第六薄膜トランジスターＴ６も常に同一電流（第
七薄膜トランジスターＴ７を通る電流の半分）を通す。
【００３２】
第三薄膜トランジスターＴ３は、列選択や行選択がなされる毎に列選択トランジスター
や行選択トランジスターを変えながらも、常に第一薄膜トランジスターＴ１と第五薄膜ト
ランジスターＴ５との間に配置され、第一薄膜トランジスターＴ１と第五薄膜トランジス
ターＴ５とを電気的に接続可能としている。同様に、第四薄膜トランジスターＴ４は、列
選択や行選択がなされる毎に列選択トランジスターや行選択トランジスターを変えながら
も、常に第二薄膜トランジスターＴ２と第六薄膜トランジスターＴ６との間に配置され、
第二薄膜トランジスターＴ２と第六薄膜トランジスターＴ６とを電気的に接続可能として
いる。即ち、２ｉ−１行目の行線Ｒ（２ｉ−１）に選択信号（高電位信号）が供給される
と、２ｉ−１行目の計測セルに配置された第一薄膜トランジスターＴ１は奇数列線ＣＯに
電気的に接続され、第二薄膜トランジスターＴ２は偶数列線ＣＥに電気的に接続される。
反対に行線Ｒ（２ｉ−１）に非選択信号（低電位信号）が入ると、第一薄膜トランジスタ
ーＴ１と奇数列線ＣＯとは電気的に絶縁され、第二薄膜トランジスターＴ２と偶数列線Ｃ
Ｅとは電気的に絶縁される。
【００３３】
行線Ｒ（２ｉ−１）に選択信号が供給されている状態で、ｊ列目の列線ＣＬ（ｊ）に選
択信号（高電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ３Ｃがオン状態となる
ので、ｊ列目の奇数列線ＣＯと第五薄膜トランジスターＴ５とが接続される。その結果、
ｉ行ｊ列の計測セル（ｉ，ｊ）に位置しＴ０１に付属する第一薄膜トランジスターＴ１と
第五薄膜トランジスターＴ５とは電気的に接続される。同様に、ｊ列目の列線ＣＬ（ｊ）
に選択信号（高電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ４Ｃがオン状態と
なるので、ｊ列目の偶数列線ＣＥと第六薄膜トランジスターＴ６とが接続される。その結
果、ｉ行ｊ列の計測セル（ｉ，ｊ）に位置しＴ０１に付属する第二薄膜トランジスターＴ
２と第六薄膜トランジスターＴ６とは電気的に接続される。反対に、ｊ列目の列線ＣＬ（
ｊ）に非選択信号（低電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４
Ｃとがオフ状態となるので、出力回路４とｊ列目の奇数列線ＣＯ及びｊ列目の偶数列線Ｃ
Ｅとは電気的に絶縁される。この様に複数の計測セルの内で、行線と列線とで選択された
計測セル内の差動トランジスター対が出力回路４と接続する。出力回路４からの計測結果
は、第六薄膜トランジスターＴ６のドレイン電位Ｖ6がＬＤＯＵＴとして出力され、第五
薄膜トランジスターＴ５のドレイン電位Ｖ5がＸＬＤＯＵＴとして出力される。
【００３４】
列線ＣＬに供給される選択信号乃至は非選択信号は、第二選択回路６１からの出力を必
要に応じてレベルシフトし、レベルシフターからの出力はバッファーで補強されている。
即ち、列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとは第二選択回路６１にて制御される。又、
行線Ｒに供給される選択信号乃至は非選択信号は、第一選択回路５１からの出力を必要に
応じてレベルシフトし、レベルシフターからの出力はバッファーで補強されている。即ち
、行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとは第一選択回路５１にて制御される。尚、ここ
では行選択がなされた状態で列選択を行ったが、列選択がなされた状態で行選択を行って
も良い。又、ここでの奇数列線とは単なる名称で、奇数番号のトランジスター列（Ｔ１や
Ｔ３）に設けられた列線を意味し、偶数列線も同様に単なる名称で、偶数番号のトランジ
スター列（Ｔ２やＴ４）に設けられた列線を意味する。
【００３５】
尚、本実施形態では計測セル内に２個の計測用薄膜トランジスター（Ｔ０１とＴ０２）
と２個の容量素子（Ｃｐ１とＣｐ２）とが設けられているが、本実施形態はこの例に限ら
れない。ｋを２以上の整数として、一つの計測セル内にｋ個の計測用薄膜トランジスター
（Ｔ０１とＴ０２、、、Ｔ０ｋ）とｋ個の容量素子（Ｃｐ１とＣｐ２、、、Ｃｐｋ）とを
設けても良い。この場合、ｑを１以上でｋ以下の整数として、第ｑ計測用薄膜トランジス
ターＴ０ｑと第ｑ容量素子Ｃｐｑとが接続され、ｋ個のＣq／Ｗ0qの値は皆異なっている
。更に、一つの計測セルに対して、ｋ本の行線が配備される。具体的には、Ｔ０１に付属
する行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲートはｋｉ−（ｋ−１）行目の行線Ｒ（
ｋｉ−ｋ＋１）に接続し、Ｔ０ｑに付属する行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲ
ートはｋｉ−（ｋ−ｑ）行目の行線Ｒ（ｋｉ−ｋ＋ｑ）に接続する。
【００３６】
次に、幅Ｗ0qと容量Ｃqとの関係を説明する。以降、チャンネル形成領域幅に対する容
量の比を幅容量比と称す。計測用薄膜トランジスターのオフ電流値はチャンネル形成領域
幅に比例する。その為に、幅容量比は、容量に充電された電荷の放電のしにくさを定量的
に表現している事になる。例えばＣｐｑを時刻０に正電源電位Ｖddに充電し、時間ｔだけ
Ｔ０ｑのオフ電流で電荷を漏らした場合、時刻ｔに於けるＣｐｑの第一電極電位Ｖq（ｔ
）は、Ｖq（ｔ）＝Ｖddｅｘｐ（−ｔ／τq）と記載される。ここでτqは時定数であり、
比例係数Ａを用いて、τq＝ＡＣq／Ｗ0qと表現される。又、比例係数ＡはｓｍＦ-1の単位
次元を持ち、Ａ＝Ａ0ｅｘｐ（ε／ｋBＴ）にて表現される。ここでＴは絶対温度で表現し
た温度であり、ｋBはボルツマン定数でｋB＝８．６１×１０-5ｅＶ／Ｋである。本実施形
態では、プレイクスポネンシャルファクターはＡ0＝１．５９５×１０-8ｍｓ・μｍ／ｐ
Ｆで、活性化エネルギーはε＝０．５１７ｅＶであった。オフ電流の発生機構の主体がプ
ールフレンケル効果を伴うフォノンアシステッドトネリングである為に、価電子帯からシ
リコンバンドギャップの中心付近への電子励起エネルギーが活性化エネルギーに相当して
いる。但し、これらの値（取り分けプレイクスポネンシャルファクターＡ0）は薄膜トラ
ンジスター固有の値で、薄膜トランジスターの構造や製造方法に応じて異なって来る。
【００３７】
第一電極電位の変化（Ｖq／Ｖdd）が精密に計測され得るのは、概ね、その値が５％か
ら９５％の範囲に入る時である。即ち、０．０５≦Ｖq／Ｖdd≦０．９５の際に、正確な
温度計測が可能になる。この事は、後に図４を用いて説明する計測期間ＭＰがｔMPの場合
、０．３３３８≦（ＡＣq）／（ｔMPＷ0q）≦１９．５０を意味する。従って、この式を
満たす様に計測期間ＭＰの長さｔMPと幅容量比とを定める。前述の如く、ｑ個目の幅容量
比Ｃq／Ｗ0qは、Ｔ０ｑのオフ電流に依るＣｐｑの第一電極電位降下の時定数に比例する
。この為、ｋ個の幅容量比が皆異なっていれば、単一の計測期間で異なった温度範囲にて
温度を計測できる事になる。即ち、幅広い温度範囲にて温度を計測できる。ｋ個の幅容量
比Ｃq／Ｗ0qを大きい順にＣ1／Ｗ01＞Ｃ2／Ｗ02＞・・・＞Ｃk／Ｗ0kと並べた時に、或る
幅容量比がそれよりも一つ小さい値の幅容量比のほぼ２０倍となっているのが理想的であ
る。図２に示される様に、オフ電流値の対数が温度に概ね比例するので、ほぼ２０倍（２
×１０倍）とは１０のベキで考えられねばならず、その値は大凡２×１０0.6（８倍）か
ら２×１０1.4（５０倍）となる。即ち、８×Ｃq+1／Ｗ0q+1≦Ｃq／Ｗ0q≦５０×Ｃq+1／
Ｗ0q+1を満たす様に各幅容量比を定める。但しここでのｑは１以上のｋ−１以下の整数で
ある。
【００３８】
ｑ個目の幅容量比Ｃq／Ｗ0qをｑ＋１個目の幅容量比Ｃq+1／Ｗ0q+1の２０倍とすると、
Ｃｐｑの第一電極での電位降下の時定数は、Ｃｐｑ＋１の第一電極での電位降下の時定数
の２０倍となる。その結果、Ｔ０１とＣｐ１とで高い温度範囲を計測し、Ｔ０２とＣｐ２
とでそれよりも低い温度範囲を計測出来る事になる。同時にそれぞれの計測温度範囲が僅
かに重なり、両者の間で計測されない温度範囲は無くなる。即ち、Ｔ０１とＣｐ１とで計
測する温度範囲の下限がＴ０２とＣｐ２とで計測する温度範囲の上限よりも低くなり、広
い温度範囲を漏れなく温度計測できる事になる。計測方法は後に詳述するが、例えば計測
期間ＭＰを２．５ミリ秒とし、３個の幅容量比を用いた場合の計測範囲を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１で白抜きのセルが計測に適する温度範囲（Ｖq／Ｖddの値が５％から９５％の範囲
に入る場合）で、網掛けのセルがこの温度範囲を外れる場合である。表１の第３列から第
５列は時定数τqを表し、第６列から第８列は時定数τqを計測期間ＭＰの長さｔMPにて割
った値を示す。表１の第３列と第６列から分かる様に、Ｔ０１とＣｐ１とでは（ｑ＝１）
、５０℃から１３０℃の範囲で温度を精密に計測できる。一方、第４列と第７列からは、
Ｔ０２とＣｐ２とでは（ｑ＝２）、１０℃から６０℃の範囲で温度を精密に計測できる事
が分かる。又、第５列と第８列からは、Ｔ０３とＣｐ３とでは（ｑ＝３）、−３０℃から
１０℃の範囲で温度を精密に計測できる事が分かる。こうして、一つの計測セルに計測用
薄膜トランジスターＴ０とそれに接続する容量素子Ｃｐとの組を３組設ける事で、−３０
℃から１３０℃迄の広い温度範囲を、短時間で正確に計測できる訳である。
【００４１】
「計測方法」
図４は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際に、回路を駆動させる
タイミングチャートを説明する図である。以下、図４を参照して、温度センサーを用いた
計測方法を説明する。
【００４２】
温度計測は準備期間ＰＰと計測期間ＭＰと出力期間ＯＰとを含む。準備期間ＰＰには計
測用薄膜トランジスターＴ０をオン状態として、容量素子Ｃｐを所定の電位に充電する。
計測期間ＭＰには計測用薄膜トランジスターＴ０をオフ状態として、第一薄膜トランジス
ターＴ１と容量素子Ｃｐから先に充電された電荷を漏らす。漏れ電荷量は温度依存性を示
すので、温度に応じて第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位は低下する。出力期間Ｏ
Ｐには低下したゲート電位に応じた出力を各計測セルから取り出す。これが温度計測の基
本サイクルである。
【００４３】
実際の温度計測の際には、まず、温度計測に先立ち、計測時に供給する基準信号Ｖref
の電位値を定める。上述の如く、温度センサー１は、基準トランジスターである第二薄膜
トランジスターＴ２の電気特性と、温度に応じてゲート電位が変化する第一薄膜トランジ
スターＴ１の電気特性とが比較される。一方で、薄膜トランジスターはトランジスター毎
に電気特性が僅かに異なるのが一般である。これを補正する為に、計測セル毎に基準温度
に対応する基準信号Ｖrefの値を定める。以下に基準信号Ｖrefの値を定める具体的な手法
を記す。
【００４４】
（１）温度センサー１を基準温度のヒートリザーヴォアーに設置し、総ての計測セルが
基準温度となる様にする。基準温度は測定対象温度範囲内で適宜設定される。基準温度は
大凡その範囲の下限値とするのが望ましい。例えば測定対象温度範囲が寒冷地の冬の温度
で、−２０℃から３０℃の範囲にあると予想される場合、基準温度は−２０℃程度に設定
する。
【００４５】
（２）総ての第二薄膜トランジスターＴ２に対して、基準信号Ｖrefの選択電位として
、数式１で表される仮の基準高電位Ｈrを設定する。
【００４６】
【数１】
ここでＶddは正電源電位、Ｖthは薄膜トランジスターの閾値電圧の平均値、δは０．０
５Ｖから０．３Ｖ程度の小さい電圧値である。仮の基準高電位は、例えばＨr＝４．０５
Ｖである。
【００４７】
（３）後述する方法で温度を計測し、総ての差動トランジスター対からの出力結果（Ｖ
5−Ｖ6）の平均値がほぼゼロになる様に計測期間ＭＰの時間を定める。即ち、数式２とな
る様に計測期間ＭＰの長さを定める。ほぼゼロとは、出力結果の平均値が概ね−０．４Ｖ
から＋０．４Ｖの範囲に入る事を意味する。
【００４８】
【数２】
【００４９】
（４）こうして定められた計測期間ＭＰの時間を用いて、再度ヒートリザーヴォアーの
温度計測を行う。その際に、ＬＤＯＵＴ出力とＸＬＤＯＵＴ出力とが等しくなる様に（Ｖ
5＝Ｖ6となる様に）差動トランジスター対毎に提供するＶrefの基準高電位値を定め、こ
れを外部コントローラーに設けられている記憶装置に記憶させる。その後に温度センサー
１を計測対象に配置し、計測を開始する。
【００５０】
次に温度の計測方法を説明する。温度計測に際しては、外部コントローラーが第一選択
回路５１や第一処理回路５２、第二選択回路６１、第二処理回路６２などに適当な信号や
電源を供給し、その結果、各行線や列線、出力回路４等には図４に示す、以下の様な信号
が供給される。
【００５１】
準備期間ＰＰには、まず充電用列線ＣＣを正電源電位Ｖddとする。次いで充電用行線Ｒ
Ｃを第二高電位Ｈ2とし、次いで負電源電位Ｖssに戻す。次に充電用列線ＣＣの電位を負
電源電位Ｖssに戻す。これに依り総ての計測セルで、総ての容量素子Ｃｐの第一電極が正
電源電位Ｖddへと充電される。尚、負電源電位Ｖssとは正電源電位Ｖddよりも低い電位で
、例えばＶss＝０Ｖ（接地電位）である。又、正電源電位は、例えばＶdd＝４．８Ｖで、
第二高電位は、例えばＨ2＝７．３Ｖである。
【００５２】
計測期間ＭＰには、充電用列線ＣＣを負電源電位Ｖssとする。充電用行線ＲＣも負電源
電位Ｖssとする。この結果、計測用薄膜トランジスターＴ０はオフ状態となり、温度に応
じたオフ電流を充電用列線ＣＣに漏らす。こうして計測期間ＭＰの終了時には第一薄膜ト
ランジスターＴ１のゲート電位は第一高電位Ｈ1となる。
【００５３】
計測期間ＭＰが終了した後に出力期間ＯＰに移る。出力期間ＯＰに入ると、第一制御信
号Ｃｎｔ１に第三高電位Ｈ3を供給する。この値は、例えばＨ3＝１．６Ｖである。出力期
間ＯＰでは、まず、行線Ｒ（１）からＲ（ｋＭ）が一本ずつ交替に選択される。通常は１
行目の行線Ｒ（１）から最終行のｋＭ行目の行線Ｒ（ｋＭ）へと順番に選択されて行く。
行線には、選択持に選択信号電位（第二高電位Ｈ2）供給され、非選択時には非選択信号
電位（負電源電位Ｖss）が供給される。
【００５４】
一本の行線が選択されている期間に、列線（ＣＬ（１）からＣＬ（Ｎ））が一本ずつ交
替に選択される。通常は１列目の列線ＣＬ（１）から最終列のＮ列目の列線ＣＬ（Ｎ）へ
と順番に選択されて行く。列線には、選択持に選択信号電位（第二高電位Ｈ2）が供給さ
れ、非選択時には非選択信号電位（負電源電位Ｖss）が供給される。
【００５５】
この様にしてｋ×Ｍ×Ｎ個の計測用薄膜トランジスターＴ０と容量素子Ｃｐとの組から
から特定の一組が選択される。この選択された組に対応する基準高電位を外部コントロー
ラーの記憶装置より読み出して、Ｖrefとする。第二薄膜トランジスターＴ２のゲートに
供給される基準高電位は、その組の計測用薄膜トランジスターＴ０が基準温度に等しけれ
ば、出力電圧がＶ5＝Ｖ6となる様に設定されているので、Ｖ5乃至はＶ6の値を読むと、選
択された組の温度が分かる。例えば、選択された組が基準温度よりも低温であると、漏れ
電流は少ないので、第一高電位（第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位）は基準高電
位（第二薄膜トランジスターＴ２のゲート電位）よりも高くなる。その結果、ＬＤＯＵＴ
（Ｖ6）の電位は低くなり、ＸＬＤＯＵＴ（Ｖ5）の電位は高くなるので、Ｖ5−Ｖ6の値は
正になる。反対に、選択された組が基準温度よりも高温であると、ＬＤＯＵＴ（Ｖ6）の
電位は高くなり、ＸＬＤＯＵＴ（Ｖ5）の電位は低くなるので、Ｖ5−Ｖ6の値は負になる
。この計測方法では、出力期間を通じて、容量素子Ｃｐに残留する電荷が維持される。即
ち非破壊にて（測定が測定対象物に影響することなく、即ち、電荷量を変動させることな
く）温度計測が行われ、それ故に温度センサーが大面積になっても高精細になっても、正
確な計測が行われる事になる。
【００５６】
「使用方法」
温度センサーを使用する際には、低頻度測定モードと高頻度測定モードとを設けても良
い。低頻度測定モードとは高頻度測定モードに備えて低頻度で計測を繰り返している期間
で有る。高頻度測定モードでは、温度センサーは高頻度で計測を繰り返している。例えば
、温度センサーを水道の凍結防止帯に内蔵させて使用する場合、暖かな日中は低頻度測定
モードとし、気温が低下し始めて凍結しそうな期間を高頻度測定モードとする。或いは、
温度の時間変化が緩やかな場合に低頻度測定モードとし、温度の時間変化が緩やかな場合
には高頻度測定モードとする。
【００５７】
低頻度測定モードにも高頻度測定モードにも、上述の「計測方法」の章に記載した方法
で温度センサーは計測動作を行っているが、その計測頻度が異なる。低頻度測定モードで
は単位時間内に行われる計測回数が少なく、高頻度測定モードではこれが多い。Ｍ行Ｎ列
に配置された計測セルの総てを選択して計測する期間をフレーム期間とし、一つのフレー
ム期間から次のフレーム期間までの時間をスタンバイ期間とすると、計測頻度はフレーム
期間とスタンバイ期間との和の逆数（１／（フレーム期間＋スタンバイ期間））となる。
即ち、高頻度測定モードに於ける計測頻度を、低頻度測定モードに於ける計測頻度よりも
大きくする。一例としては、高頻度測定モードではスタンバイ期間をゼロとし、フレーム
周波数（フレーム期間の逆数）と計測頻度とを一致させる。一方で、低頻度測定モードに
於けるスタンバイ期間は数ミリ秒以上の比較的長時間とし（例えば１秒）、低頻度測定モ
ードに於ける計測頻度をスタンバイ期間の逆数にほぼ一致させる。
【００５８】
この様な低頻度測定モードと高頻度測定モードとを設ける事に依り、低頻度測定モード
に於いては消費電力を低減でき、高頻度測定モードに於いては時間分解能を最大にする事
ができる。尚、ここでは低頻度測定モードでも高頻度測定モードでもフレーム期間を同一
とし、スタンバイ期間を変えたが、これに限らず、フレーム期間を低頻度測定モードと高
頻度測定モードとで変えても構わない。即ち、高頻度測定モードに於けるクロック周波数
の方を低頻度測定モードのクロック周波数よりも高くして、高頻度測定モードに於ける計
測頻度を高くしても良い。
【００５９】
「トランジスターサイズ及び駆動条件」
図５は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際の等価回路図である。
次に、図５を参照して、高感度で高性能な計測を実現する為の条件を示す。以下、第一薄
膜トランジスターＴ１をＴ１と略称する。第二薄膜トランジスターＴ２から第七薄膜トラ
ンジスターＴ７も同様に略す。尚、Ｔ３のドレイン電位をＶ3で表し、Ｔ４のドレイン電
位をＶ4、Ｔ７のドレイン電位をＶ7、で表す。
【００６０】
Ｔ１とＴ２とは差動入力対であるので、飽和動作などの非線型動作が望ましい。Ｔ３と
Ｔ４は選択トランジスターで、出力電位範囲を広くする視点から、線型動作が望ましい。
従って、Ｔ３とＴ４とに関しては、ソースドレイン電圧Ｖdsは出来る限り小さく、Ｖ3＝
Ｖ5やＶ4＝Ｖ6となるのが望ましい。Ｔ５とＴ６とはカレントミラー対で飽和動作でなけ
ればならない。又、Ｔ７は電流源トランジスターなので、矢張り飽和動作でなければなら
ない。
【００６１】
まず、トランジスターの電流式を表現するのに数式３の記号を用いる。
【００６２】
【数３】
ここでＷはトランジスターチャンネル形成領域の幅、Ｌはトランジスターチャンネル形
成領域の長さ、Ｃoxは単位面積当たりのゲート絶縁膜容量、μは移動度である。すると、
飽和特性の近似式は数式４で表される。
【００６３】
【数４】
又、線型特性の近似式は数式５で表される。
【００６４】
【数５】
本実施形態では薄膜トランジスターの閾値電圧をＶthで表し、薄膜トランジスター間の
Ｖth変動は僅かであると近似する。即ち、Ｔ１からＴ７のＶthは総て等しいと近似する。
又、Ｖthは正であるとし、全体の電流（Ｔ７の電流）を２Ｉとする。まず、Ｔ１からＴ７
のＺをＺ1からＺ7で表し、これらを数式６の関係とする。
【００６５】
【数６】
数式６が満たされていると、Ｔ１のゲート電位Ｈ1とＴ２のゲート電位Ｈrとの差は線型
増幅されて出力される。以下、各トランジスターに求められる駆動条件を検討する。
【００６６】
（１）Ｔ１は飽和動作が望ましい。従って、数式７と数式８で表される飽和条件が満た
されるのが望ましい。
【００６７】
【数７】
【００６８】
【数８】
その結果、Ｔ１のドレイン電流は次式となる。
【００６９】
【数９】
【００７０】
（２）Ｔ２は飽和動作が望ましい。従って、数式１０と数式１１とで表される飽和条件
が満たされるのが望ましい。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
【数１１】
その結果、Ｔ２のドレイン電流は次式となる。
【００７３】
【数１２】
【００７４】
（３）Ｔ３は線型動作が好ましい。従って、数式１３で表される線型条件が満たされる
のが望ましい。
【００７５】
【数１３】
その結果、Ｔ３のドレイン電流は次式となる。
【００７６】
【数１４】
【００７７】
（４）Ｔ４は線型動作が好ましい。従って、数式１５で表される線型条件が満たされる
のが望ましい。
【００７８】
【数１５】
その結果、Ｔ４のドレイン電流は次式となる。
【００７９】
【数１６】
【００８０】
（５）Ｔ５は飽和動作するのが望ましい。従って、数式１７で表される飽和条件が満た
されるのが望ましい。
【００８１】
【数１７】
その結果、Ｔ５のドレイン電流は次式となる。
【００８２】
【数１８】
【００８３】
（６）Ｔ６は飽和動作するのが望ましい。従って、数式１９と数式２０とで表される飽
和条件が満たされるのが望ましい。
【００８４】
【数１９】
【００８５】
【数２０】
その結果、Ｔ６のドレイン電流は次式となる。
【００８６】
【数２１】
【００８７】
（７）Ｔ７は飽和動作するのが望ましい従って、数式２２で表される飽和条件が満たさ
れるのが望ましい。
【００８８】
【数２２】
その結果、Ｔ７のドレイン電流は次式となる。
【００８９】
【数２３】
ここで、数式２２を満たす為に、数式２４とする。
【００９０】
【数２４】
δは例えば０．１Ｖ程度で、容易に飽和条件を満たすには０．３Ｖ程度未満の正の値が
理想である。
【００９１】
次に数式１３と数式１５を満たす為に、数式２５とする。
【００９２】
【数２５】
これにより、少なくとも数式２６と数式２７とが満たされる様になる。
【００９３】
【数２６】
【００９４】
【数２７】
【００９５】
Ｔ７に関する数式２３と、Ｔ４に関する数式１６とから、次式が得られる。
【００９６】
【数２８】
この数式２８に数式２４と数式２５とを適応すると、次の様になる。
【００９７】
【数２９】
数式２９の右辺に関しては、数式３０を考慮する。
【００９８】
【数３０】
ここで数式３１とする。
【００９９】
【数３１】
こうすれば、数式３２が得られる。
【０１００】
【数３２】
即ち、Ｔ４はゲート電圧がＶth＋１Ｖ以上ならば、線型動作する。更に、Ｔ４での電位
降下を確実に０．１Ｖ未満と小さくし、Ｔ４を線型動作させる為には、概ね次式が満たさ
れれば良い。
【０１０１】
【数３３】
数式３３は数式３４と変形される。
【０１０２】
【数３４】
この場合、数式３５の関係が得られる。
【０１０３】
【数３５】
即ち、明らかに線型条件（数式１５）は満たされる。
【０１０４】
次に、総ての望ましい条件を満たす様に構成を定める。Ｔ７に関する数式２３とＴ６に
関する数式２１に対して、数式３６とする。
【０１０５】
【数３６】
こうすると、数式２１と数式２３とから数式３７が得られる。
【０１０６】
【数３７】
【０１０７】
次にＴ１に関する数式９とＴ５に関する数式１８とに対して、数式３８とする。
【０１０８】
【数３８】
こうすると、数式３９が得られる。
【０１０９】
【数３９】
Ｔ７とＴ４の議論（数式２８から数式３５までの議論）により、数式４０と数式４１で
表される関係になっている。
【０１１０】
【数４０】
【０１１１】
【数４１】
数式３９に数式４１を代入し、数式３７と連立させると、数式４２と数式４３の解が得
られる。
【０１１２】
【数４２】
【０１１３】
【数４３】
【０１１４】
Ｔ２に関する数式１２とＴ６に関する数式２１とからは、数式４４が得られる。
【０１１５】
【数４４】
数式４４に数式３７と数式４０とを代入すると、数式４５が得られる。
【０１１６】
【数４５】
【０１１７】
以下、高感度で高性能な測定を実現する為に、満たされる事が望ましい各条件を如何に
満たすかを示す。
【０１１８】
好適条件としての数式７： 数式４１と数式４２とから数式７は数式４６となる。
【０１１９】
【数４６】
【０１２０】
好適条件としての数式１０： 数式４０と数式４４とから数式１０は数式４６となる。
【０１２１】
好適条件としての数式８： 数式８は、Ｖthが正なので、数式４７が成り立てば、確実
に満たされる。
【０１２２】
【数４７】
【０１２３】
好適条件としての数式１１： 数式１１は、Ｖthが正なので、数式４８が成り立てば、
確実に満たされる。
【０１２４】
【数４８】
【０１２５】
好適条件としての数式１３と数式１５： 数式１３と数式１５とは、数式２４と数式３
４とで満たされる。
【０１２６】
好適条件としての数式１７： 数式１７は、数式４２と数式４３とから、数式４６とな
る。
【０１２７】
好適条件としての数式１９： 数式１９は、数式４２と数式４５とから、数式４９とな
る。
【０１２８】
【数４９】
従って、計測温度が基準温度よりも高温の時の方が低温の時よりも高精度に温度計測が
なされる。その意味では、基準温度は測定対象温度範囲の下限値に設定するのが好ましい
。
【０１２９】
好適条件としての数式２２： 数式２４から数式２２は、数式５０となる。
【０１３０】
【数５０】
これに数式４３を適応すると、数式２２は、数式５１となる。
【０１３１】
【数５１】
数式２４により、これは、数式５２を意味する。
【０１３２】
【数５２】
【０１３３】
数式４７と数式５２とから、Ｈ1に対する好適条件は数式５３となる。
【０１３４】
【数５３】
【０１３５】
数式５３の右辺を満たすべく、Ｔ１のゲート電位は準備期間ＰＰにＶddへと充電され、
計測期間ＭＰに放電させる。第一高電位Ｈ1と基準高電位Ｈrとが等しい時に、出力（Ｖ5
−Ｖ6）がゼロになるので、第一高電位Ｈ1の左辺を満たし易くする為に、仮の基準高電位
を数式５３の右辺と左辺との中間を取り、数式１の様に設定する。
【０１３６】
正電源電圧Ｖddを、数式５４が示す様に、第三高電位Ｈ3の三倍以上に設定する事がで
きる。尚、数式５４では数式２４を配慮している。
【０１３７】
【数５４】
【０１３８】
第一高電位Ｈ1は正電源電圧付近の値にあるので、こうすると、Ｖddが最も小さいＨ3の
３倍の時でも、数式４３と数式４２とから、数式５５が得られる。
【０１３９】
【数５５】
即ち、Ｔ１とＴ５、Ｔ７にはほぼ均等なドレイン電圧が印加され、これらのトランジス
ターは飽和動作する。同様にＴ２、Ｔ６、Ｔ７にもほぼ均等なドレイン電圧が掛かり、飽
和動作する。Ｖddが３倍よりも大きくなると、Ｔ１やＴ５、Ｔ７に掛かるソースドレイン
電圧は更に高くなるので、差動増幅範囲は更に広がる。
【０１４０】
纏めると、電位関係としては、Ｖddに関する数式５４と、Ｈ3に関する数式２４、Ｈ2に
関する数式２５、Ｈrに関する数式１とを満たす様にする。一例としては、Ｖth＝１．５
Ｖとして、δ＝０．１Ｖ、γ＝１Ｖとし、正電源電位Ｖdd＝４．８Ｖ、第三高電位Ｈ3＝
１．６Ｖ、第二高電位Ｈ2＝７．３Ｖ、仮の基準高電位Ｈr＝４．０５Ｖとする。
【０１４１】
トランジスターサイズに関しては、数式６と数式３４、数式３６、数式３８から数式５
６とする。
【０１４２】
【数５６】
この様な電気関係とトランジスターサイズとを採用する事で、高感度で正確な計測が実
現する。但し、Ｔ３とＴ４とは、実際には列選択トランジスターと行選択トランジスター
との直列接続なので、列選択トランジスターや行選択トランジスターのＺはＺ3やＺ4の二
倍とする。即ち、Ｔ３ＣやＴ３Ｒ、Ｔ４Ｃ、Ｔ４ＲのＺをそれぞれＺ3C、Ｚ3R、Ｚ4C、Ｚ
4Rにて表現した時に数式５７とする。
【０１４３】
【数５７】
【０１４４】
「平面レイアウト」
図６は、本実施形態に係わる温度センサーで使用される各種回路の平面レイアウトを説
明する図で、（ａ）は出力回路、（ｂ）は列選択トランジスター、（ｃ）は計測セル（ｉ
，ｊ）である。以下、図６を参照して、これらの回路の平面レイアウトを説明する。
【０１４５】
薄膜トランジスターの製造方法は後に詳述するが、薄膜トランジスターは半導体層ＳＬ
の他に、ゲート電極を構成するゲート配線金属層ＧＭと、ソースドレイン電極に主として
接続するソース配線金属層ＳＭとを有する。これら三層の間には絶縁膜が設けられて、コ
ンタクトホールで接続されぬ限り、電気的に分離されている。図６（ａ）に示す様に、カ
レントミラー対Ｔ５とＴ６とは平面的に隣接して形成される。即ち、Ｔ５の半導体層ＳＬ
とＴ６の半導体層ＳＬとは隣り合わせに配置される。両半導体層は、それらの間に別の半
導体層が位置することはなく、デザインルールが許す限り、出来る限り近くに配置される
。ゲート電極は無論共通で、Ｔ５のゲート電極とＴ６のゲート電極が直線になる様に、最
短距離で配置される。また、両トランジスターのソースはゲート配線金属層ＧＭにて接続
され、Ｔ７のドレインに接続される。Ｔ５とＴ６との配置が近く、ゲート電極が最短距離
で形成され、ソースコンタクトがゲート配線金属層ＧＭにて接続される為、両トランジス
ターの温度はほぼ等しくなり、カレントミラー対は正確に動作する事になる。
【０１４６】
同様に、図６（ｂ）に示す様に、列選択トランジスター対Ｔ３ＣとＴ４Ｃも両トランジ
スターの半導体層ＳＬを隣接させ、ゲート電極が直線になる様に配置される。これにより
、両トランジスターの温度がほぼ等しくなり、列選択トランジスター対に起因する増幅誤
差を最小とできる。
【０１４７】
計測セルでは、図６（ｃ）に示す様に、差動トランジスター対Ｔ１とＴ２とが隣接して
配置され、両トランジスターのドレインがゲート配線金属層ＧＭにてＶddに接続される。
これにより、両トランジスターの温度がほぼ等しくなり、正確な差動増幅がなされる。又
、行選択トランジスター対Ｔ３ＲとＴ４Ｒも両トランジスターの半導体層ＳＬを隣接させ
、ゲート電極が直線になる様に配置される。これにより、両トランジスターの温度がほぼ
等しくなり、行選択トランジスター対に起因する増幅誤差を最小とできる。
【０１４８】
「温度センサーの製造方法」
温度センサー１では、柔軟性を有するプラスチックフィルムの基板２に薄膜回路を形成
してあるが、ここでは温度センサー１の製造方法を述べる。具体的には、最初にガラス基
板に形成された薄膜回路を剥離して、プラスチックフィルムに転写する方法で温度センサ
ー１を製造する。
【０１４９】
第一工程として、製造元基板となるガラス基板上に剥離層を設ける。剥離層は厚みが５
０ｎｍ程の水素化非晶質シリコン膜である。この剥離層上に下地絶縁膜となる酸化硅素膜
を成膜した後に、薄膜トランジスターなどからなる薄膜回路を製造する。薄膜回路は、公
知の低温工程多結晶シリコン薄膜トランジスターの製造方法を適応する。具体的には、下
地絶縁膜上にレーザー結晶化された多結晶シリコン半導体層を設け、その後に、酸化硅素
膜を用いたゲート絶縁層と、アルミニウム又はアルミニウムに添加物を加えた金属を用い
たゲート電極（ゲート配線金属層ＧＭ）とを作成する。更に、酸化硅素膜を用いた第一層
間絶縁層、アルミニウム又はアルミニウムに添加物を加えた金属を用いたソースコンタク
ト及びドレインコンタクト（ソース配線金属層ＳＭ）、ポリイミド系の樹脂を用いた第二
層間絶縁層（保護膜）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）を用いた電極端子（実装端子）を作成する。
【０１５０】
次に第二工程として、仮接着剤を薄膜回路表面に塗布し、製造元基板を仮転写基板に貼
り付ける。仮接着剤としては、アクリル系の樹脂に水溶性を与えるべくポリビニルピロリ
ドン樹脂を混合したものを用いる。仮転写基板は平滑なガラス基板である。
【０１５１】
次に第三工程として、製造元基板を取り外し、薄膜回路を仮転写基板に移す。製造元基
板を取り外す方法としては、製造元基板裏面からレーザー光を照射して剥離層の内部又は
界面に於ける密着力を弱め、次いで製造元基板と仮転写基板とを引き剥がす。こうする事
で薄膜回路は仮転写基板に移される。
【０１５２】
次に第四工程して、薄膜回路裏面に残る剥離層を除去し、例えばイオナイザーを用いて
薄膜回路裏面に存在する電荷を除去する。此により剥離帯電や乾燥時の空気との摩擦帯電
を或る程度除去できる。
【０１５３】
次に第五工程として、例えばアクリル系の樹脂からなる永久接着剤を用いてプラスチッ
クフィルムの第一面側に薄膜回路裏面を貼り付ける。プラスチックフィルムとしては、ポ
リイミドなどの耐熱性の高いフィルムを用いることができる。
【０１５４】
プラスチックフィルムを貼り付けた後、第六工程として、プラスチックフィルム第二面
側（第一面側と反対の面）に一時接着剤を用いて支持基板を接着する。この一時接着剤は
熱や紫外光などの刺激で容易に接着性を喪失する材料で、且つ先の仮接着剤を溶解する溶
媒には溶けない材質である。
【０１５５】
次に第七工程として、仮接着剤を溶解する溶媒（この場合には水）を用いて仮転写基板
を外す。その後、仮接着剤を洗浄して除去する。
【０１５６】
次に第八工程として、実装作業を行う。まず、実装端子にテープ配線を実装する。この
際には異方性導電ペーストや異方性導電フィルムを実装端子とテープ配線との間に配置し
て両者を接着する。その後、熱や紫外光などの刺激を一時接着剤に加えて、支持基板を取
り外す。最後にテープ配線は温度センサー１の外に設けられた外部コントローラーに接続
される。こうして、温度センサー１が完成する。
【０１５７】
尚、基板２は上述のプラスチックフィルムの他に、厚みが５０マイクロメーターから５
００マイクロメーター程度の薄い金属箔や、厚みが１０マイクロメーターから２００マイ
クロメーター程度の薄いガラスであっても良い。これらの基板は可撓性を有するので、ロ
ボットの皮膚と云った様なあらゆる形状に適応できるが、平面形状の用途に温度センサー
１を使用する場合には、厚みが０．４ｍｍから２ｍｍ程度のガラスを基板として使用して
も良い。又、製造方法も厚いガラスに薄膜回路を形成した後にガラスを薄く削る方法や、
プラスチックフィルムや金属箔に直接薄膜回路を形成する方法であっても良い。直接形成
する場合には非晶質シリコン薄膜トランジスターや、亜鉛又は錫を含む酸化物を半導体層
に利用した酸化物薄膜トランジスター等を利用することが出来る。
【０１５８】
上述した通り、本実施形態に係わる温度センサー１によれば、以下の効果を得る事がで
きる。
薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できるため、空間分解能が数マイク
ロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。又、トランジスターの自己発熱の影
響を受ける事なく、正確な温度計測が可能になる。更に、第一計測用薄膜トランジスター
と第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲を対象として温度を計測するので
、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０１５９】
又、第一容量素子の容量と第二容量素子の容量とを変える事で、広い温度範囲に渡って
正確な温度計測を実現できる。
【０１６０】
又、Ｃ1／Ｗ01の値をＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲とする事で、第一計測用薄
膜トランジスターと第一容量素子とで比較的高い温度範囲を対象として温度計測をし、第
二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子とで比較的低い温度範囲を対象として温度計
測をするので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を行う事ができる。
【０１６１】
又、更に、計測セルが第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを備えると、第
一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターと第三計測用薄膜トランジ
スターとが、それぞれ異なった温度範囲を対象として温度を計測するので、極めて広い温
度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０１６２】
又、更に、第一容量素子の容量と、第二容量素子の容量と、第三容量素子の容量と、が
それぞれ異なっているので、それぞれが異なった温度範囲を対象として温度を計測する事
が可能になり、極めて広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０１６３】
又、Ｃ1／Ｗ01の値をＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲とし、Ｃ2／Ｗ02の値をＣ3
／Ｗ03の値のほぼ８倍から５０倍の範囲できるので、第一計測用薄膜トランジスターと第
一容量素子とで比較的高い温度範囲を対象として温度計測をし、第三計測用薄膜トランジ
スターと第三容量素子とで比較的低い温度範囲を対象として温度計測をし、第二計測用薄
膜トランジスターと第二容量素子とで中間の温度範囲を対象として温度計測を行い、著し
く広い温度範囲に渡って正確な温度計測を行う事ができる。
【０１６４】
又、計測セルを第一の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第一の方向に関す
る温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第一の方向に沿って異なっていても、正
確に温度を計測できる。
【０１６５】
又、計測セルを第二の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第二の方向に関す
る温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第二の方向に沿って異なっていても、正
確に温度を計測できる。
【０１６６】
又、各計測セルに差動トランジスター対が設けられているので、面状の温度センサーが
大面積となっても、高精細になっても、高精度に温度を計測する事ができる。又、温度の
計測期間と計測結果の出力期間とを分ける事ができるので、計測時に薄膜トランジスター
が自己発熱することなく、正確な温度測定が実現する。
【０１６７】
（実施形態２）
「一つの差動入力対を複数の計測用薄膜トランジスターが兼用する形態」
図７は、実施形態２に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、本実施形
態に係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については
、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【０１６８】
本実施形態（図７）は実施形態１（図３）と比べて、計測セル内に設けられた差動入力
対の数が異なっている。それに伴って、計測セル内の回路形態も変わっている。それ以外
の構成は、実施形態１とほぼ同様である。
【０１６９】
図７に示す様に、ｉ行ｊ列に位置する計測セル（ｉ，ｊ）の内部にＴ０１と、Ｃｐ１と
、Ｔ０２と、Ｃｐ２と、Ｔ０３と、Ｃｐ３と、が設けられている。Ｔ０１とＴ０２とＴ０
３のドレイン電極は、Ｃｐ１とＣｐ２とＣｐ３の第一電極にそれぞれ接続し、更にスイッ
チングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のソースドレイン電極の一方に接続している。こ
こでは、説明の便宜上、Ｔ０１とＴ０２とＴ０３のドレイン電極が接続している電極を、
スイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のソース電極とする。Ｔ０１とＴ０２とＴ
０３のソース電極は充電用列線ＣＣに接続し、ゲート電極は充電用行線ＲＣに接続してい
る。Ｃｐ１とＣｐ２とＣｐ３の第二電極は第二電源（負電源Ｖss）に接続している。スイ
ッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のドレイン電極は第一薄膜トランジスターＴ１
のゲート電極に接続している。又、スイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のゲー
ト電極は、それぞれスイッチング用行線ＲＳ（３ｉ）とＲＳ（３ｉ−１）、ＲＳ（３ｉ−
２）とに接続している。第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２のド
レイン電極は第一電源（正電源Ｖdd）に接続し、ソース電極は行選択トランジスターＴ３
ＲとＴ４Ｒのドレイン電極に接続している。行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒのソー
ス電極は、それぞれｊ列目の奇数列線ＣＯ（ｊ）と偶数列線ＣＥ（ｊ）とに接続している
。行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒのゲート電極は、共にｉ行目の行線Ｒ（ｉ）に接
続している。
【０１７０】
Ｔ０１とＴ０２とＴ０３とでは、いずれもチャンネル形成領域幅が異なっており、幅Ｗ
01は１μｍで、幅Ｗ02は１０μｍで、幅Ｗ03は１００μｍある。又、Ｃｐ１とＣｐ２とＣ
ｐ３とでは、いずれも容量が異なっている。Ｃｐ１は、第一電極と第二電極のサイズが２
００μｍ×２００μｍで、誘電体膜（好適例としてＳｉＯ2）の厚みが６９ｎｍで有るの
で、容量Ｃ1は２０ｐＦである。一方、Ｃｐ２は、第一電極と第二電極のサイズが２００
μｍ×１００μｍで、誘電体膜の厚みは同じく６９ｎｍで有るので、容量Ｃ2は１０ｐＦ
である。Ｃｐ３は、第一電極と第二電極のサイズが１００μｍ×１００μｍで、誘電体膜
の厚みは同じく６９ｎｍで有るので、容量Ｃ3は５ｐＦである。この結果、Ｃ1／Ｗ01の値
は２０ｐＦ／μｍとなり、Ｃ2／Ｗ02の値は１ｐＦ／μｍとなるので、Ｃ1／Ｗ01の値はＣ
2／Ｗ02の値の２０倍となっている。又、Ｃ3／Ｗ03の値は０．０５ｐＦ／μｍとなるので
、Ｃ2／Ｗ02の値はＣ3／Ｗ03の値の２０倍となっている。従って、実施形態１の表１に記
載されている様に、計測期間ＭＰの長さが２．５ミリ秒の場合、Ｔ０１とＣｐ１との組が
５０℃から１３０℃の温度範囲を計測でき、Ｔ０２とＣｐ２との組が１０℃から６０℃の
温度範囲を計測でき、Ｔ０３とＣｐ３との組が−３０℃から１０℃の温度範囲を計測でき
る。尚、スイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のチャンネル形成領域幅Ｗsは計
測用薄膜トランジスターＴ０の最小幅の１０分の１以下が好ましい。計測用薄膜トランジ
スターＴ０で一番幅が狭いのはＴ０１で有るので、具体的にはＷs≦Ｗ01／１０とするの
が好ましい。こうすると計測期間ＭＰにスイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３と
を介して第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電極への漏れ電流が少なくなり、計測精度
が高められるからである。
【０１７１】
温度は以下に記す手順で計測される。まず、実施形態１で詳述した様に、ヒートリザー
ヴォアーの温度計測を行った際に、ＬＤＯＵＴ出力とＸＬＤＯＵＴ出力とが等しくなる様
に（Ｖ5＝Ｖ6となる様に）差動トランジスター対毎に提供するＶrefの基準高電位値を定
め、これを外部コントローラーに設けられている記憶装置に記憶させる。その後に温度セ
ンサー１を計測対象に配置し、計測を開始する。
【０１７２】
次に、準備期間ＰＰに先立ち、第一薄膜トランジスターのゲート電極をリセットする。
これは、充電用列線ＣＣを負電源電位Ｖssとした状態で、総ての計測用薄膜トランジスタ
ーＴ０と総てのスイッチングトランジスターＳとを一時的にオン状態とする。このリセッ
ト動作後に総てのスイッチングトランジスターＳをオフ状態として、容量素子Ｃｐを充電
する。これは充電用列線ＣＣを正電源電位Ｖddとした状態で、総ての計測用薄膜トランジ
スターＴ０を一時的にオン状態とする事で達せられる。
【０１７３】
次に、計測期間ＭＰに移る。これは充電用列線ＣＣを負電源電位Ｖssとした状態で、総
ての計測用薄膜トランジスターＴ０をオフ状態とする。
【０１７４】
次に、出力期間ＯＰに移る。温度の計測結果は、計測セルを順次選択して出力する。計
測セル（ｉ，ｊ）は、ｉ行目の行線Ｒ（ｉ）とｊ列目の列線ＣＬ（ｊ）とに選択信号（第
二高電位Ｈ2）を供給する事で、選択される。計測セル（ｉ，ｊ）が選択されている状態
で、幅容量比Ｃq／Ｗ0qが小さい順にスイッチングトランジスターＳを選択して行く。本
実施形態では最初にＴ０３とＣｐ３とを選択し（ＲＳ（３ｉ−２）に第二高電位Ｈ2を供
給し）、次いでＴ０２とＣｐ２を選択し（ＲＳ（３ｉ−１）に第二高電位Ｈ2を供給し）
、最後にＴ０１とＣｐ１を選択する（ＲＳ（３ｉ）に第二高電位Ｈ2を供給する）。即ち
、各計測セルで測定対象温度範囲が低いＴ０ｑとＣｐｑとの組から順に選択して行く。容
量素子の第一電極電位の低い順に計測する事で広い範囲の温度を正確に計測する事ができ
る。これは次の例から分かる。例えば温度が−１０℃で有ったとする。この際に、Ｃｐ１
の第一電極電位は０．９９９Ｖddとなり、Ｃｐ２の第一電極電位は０．９８１Ｖddとなり
、Ｃｐ３の第一電極電位は０．６８７Ｖddとなる。従って、Ｃｐ３から測定して行けば、
正確な測定が為される。これに対して、もしＣｐ３に先だってＣｐ１又はＣｐ２の測定が
なされると、その測定によって第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電極が充電されるの
で、Ｃｐ３の測定時にそれが誤差として載って仕舞う。又、例えば温度が１００℃で有っ
たとする。この際に、Ｃｐ１の第一電極電位は０．４５４Ｖddとなり、Ｃｐ２の第一電極
電位は０Ｖとなり、Ｃｐ３の第一電極電位も０Ｖである。従って、Ｃｐ３からＣｐ２、Ｃ
ｐ１へと測定しても、Ｃｐ３やＣｐ２の測定がＣｐ１の測定に影響することなく、正確な
測定が為される。この様に一つの計測セル内にｋ個の容量素子Ｃｐｑが設けられている場
合、幅容量比Ｃｑ／Ｗ０ｑの小さい順にスイッチングトランジスターＳをオン状態にして
行き、測定対象温度範囲が低い順に各計測セルでの温度計測結果を出力する。
【０１７５】
上述した通り、本実施形態に係わる温度センサー１によれば、実施形態１での効果に加
え、以下の効果を得る事ができる。
各計測セルで一つの差動トランジスター対を使用するので、少なくとも計測セル内では
差動トランジスター対に起因する計測誤差を完全に回避できる。その結果、より正確な計
測が実現される。又、各計測セルが有するトランジスター数が減るので、計測セルの面積
を狭くし得る。その結果、計測セルを高密度に配置する事ができ、温度計測に於ける空間
分解能を高める事が可能となる。
【０１７６】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良な
どを加える事が可能である。変形例を以下に述べる。
【０１７７】
（変形例１）
「回路がＰＭＯＳにて形成されている形態」
図８は、変形例１に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、本変形例に
係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同
一の番号を附し、重複する説明は省略する。
本変形例（図８）は実施形態１（図３）と比べて、温度センサー１の回路を構成する薄
膜トランジスターの伝導型が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様で
ある。
【０１７８】
実施形態１ではＮ型の薄膜トランジスターを用いて温度センサー１の回路（計測回路３
と出力回路４、及び第二処理回路６２の列選択トランジスター）を構成していたが、本変
形例ではＰ型の薄膜トランジスターＴ１からＴ７を用いてこれらの回路を構成する。この
場合、第一電源が負電源Ｖssとなり、第二電源が正電源Ｖddとなる。又、Ｐ型薄膜トラン
ジスターのソースドレインは電位の高い方がソースとなり、電位の低い方がドレインにな
る。図８には参考の為にソースとドレインとをｓとｄとで示してある。Ｐ型薄膜トランジ
スターとしては、半導体層にポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コージチオフェン）
（Ｆ８Ｔ２）や、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ［５，５’−ビス
（３−ドデシル−２チニル）−２，２’−ビチオフェン］（ＰＱＴ−１２）、ＰＢＴＴＴ
、ペンタセン等の有機物を使用した有機物薄膜トランジスターを使用することができる。
【０１７９】
トランジスターサイズに関しては、実施形態１と同じである。駆動方法は実施形態１の
図４と同じだが、非選択期間の電位をＶddとし、選択期間の各種高電位Ｈ2やＨ3、Ｈrを
Ｖddに対して負の絶対値が大きくなる様に変える。尚、Ｐ型薄膜トランジスターの閾値電
圧ＶthPは負である。具体的には、Ｖddに関する数式５４は数式５８へと変えられる。
【０１８０】
【数５８】
又、Ｈ3に関する数式２４は数式５９へと変えられる。
【０１８１】
【数５９】
又、Ｈ2に関する数式２５は数式６０へと変えられる。
【０１８２】
【数６０】
又、Ｈrに関する数式１は数式６１へと変えられる。
【０１８３】
【数６１】
【０１８４】
従って、例えば、ＶthP＝−１．５Ｖとして、δP＝−０．１Ｖ、γP＝−１Ｖ、Ｖss＝
０Ｖとし、Ｖdd＝４．８Ｖ、Ｈ3＝３．２Ｖ、Ｈ2＝−２．５Ｖ、Ｈr＝０．７５Ｖとする
。ここでのＨ2様に、負電圧を準備するのが困難な場合、総ての電位が正になる様にＶdd
とＶssを一定量ずらしても良い。例えば、Ｖddに関する数式５８を数式６２へと変える。
【０１８５】
【数６２】
これに応じて、Ｖssを数式６３へと変える。
【０１８６】
【数６３】
上記例では全体が２．５Ｖずれて、Ｖdd＝７．３Ｖ、Ｖss＝２．５Ｖ、Ｈ3＝５．７Ｖ
、Ｈ2＝０Ｖ、Ｈr＝３．２５Ｖとなる。
【０１８７】
上述した通り、本変形例に係わる温度センサー１によれば、Ｎ型の薄膜トランジスター
を使用せずに、Ｐ型の薄膜トランジスターで温度センサー１を実現できる。
【０１８８】
尚、上記の例では計測回路３と出力回路４、及び第二処理回路６２の列選択トランジス
ターを総てＰ型の薄膜トランジスターで形成したが、これ以外にもこれらの回路の一部を
Ｐ型とし、他の部分をＮ型としても良い。例えば出力回路４をＰ型薄膜トランジスターで
形成し、計測回路３をＮ型薄膜トランジスターで形成しても良い。更には、差動トランジ
スター対（Ｔ１とＴ２との対）や、行選択トランジスター対（Ｔ３ＲとＴ４Ｒとの対）、
列選択トランジスター対（Ｔ３ＣとＴ４Ｃとの対）、カレントミラー対（Ｔ５とＴ６との
対）と云った各対の内部で対をなす薄膜トランジスターが同一伝導型で有れば、対間では
薄膜トランジスターの伝導型が異なっていても構わない。
【符号の説明】
【０１８９】
１…温度センサー、２…基板、３…計測回路、４…出力回路、５１…第一選択回路、５
２…第一処理回路、６１…第二選択回路、６２…第二処理回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体表面の温度を計測する温度センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の面状温度センサーは、例えば特許文献１に記載されている様に、計測セルが行列
状に配置され、各計測セル内では薄膜トランジスターと抵抗体とが直列接続されていた。
抵抗体の電気抵抗は温度依存性を持つので、これを利用して温度が計測されていた。具体
的には、計測の際に、薄膜トランジスターをオン状態とした上で、抵抗体に電流を通し、
その電流値（抵抗体の電気抵抗）の変化を計測して、各計測セルの温度を計測していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７０６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の面状温度センサーは、計測それ自体が温度変動を招き、計測結果
に信頼感を抱けないという課題があった。即ち、電気抵抗を測定する抵抗体と薄膜トラン
ジスターとが直接結ばれており、しかも薄膜トランジスターをオン状態として計測する為
に、薄膜トランジスターの自己発熱が抵抗体の温度を上げ、正確な温度計測の妨げとなっ
ていた。加えて、電気抵抗の温度依存性が弱い為に、従来の面状温度センサーは僅かな温
度変化の計測を行いがたいという課題があった。この様に、従来の面状温度センサーは、
計測結果に信頼感を抱けず、計測分解能も低いという課題があった。換言すれば、高性能
で実用的な面状温度センサーが存在しない、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態
又は適用例として実現する事が可能である。
【０００６】
（適用例１） 本適用例に係わる温度センサーは、温度を計測する計測セルを含む温度
センサーであって、計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと、第一容量素子と、第
二計測用薄膜トランジスターと、第二容量素子と、を少なくとも備え、第一容量素子は第
一計測用薄膜トランジスターに接続され、第二容量素子は第二計測用薄膜トランジスター
に接続され、第一計測用薄膜トランジスターの幅と第二計測用薄膜トランジスターの幅と
が異なるか、又は、第一容量素子の容量と第二容量素子の容量とが異なる事を特徴とする
。
薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できる為、この構成によれば、空間
分解能が数マイクロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。加えて、温度の計
測期間に薄膜トランジスターは自己発熱しないので、正確な温度計測を実現できる。更に
、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲
を対象として温度を計測するか、或いは第一容量素子と第二容量素子とが異なった温度範
囲を対象として温度を計測するので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる
。換言すれば、信頼性が高く、精密測定が可能で、広い温度範囲を計測する、実用的な面
状温度センサーを実現できる。
【０００７】
（適用例２） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第一計測用薄膜トランジス
ターの幅をＷ01とし、第一容量素子の容量をＣ1とし、第二計測用薄膜トランジスターの
幅をＷ02とし、第二容量素子の容量をＣ2とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の
８倍から５０倍の範囲にある事が好ましい。
この構成によれば、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子とで比較的高い温度
範囲を対象として温度計測をし、第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子とで比較
的低い温度範囲を対象として温度計測をするので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測
を行う事ができる。
【０００８】
（適用例３） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、計測セルは、第三計
測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも備え、第三容量素子は第三計測用
薄膜トランジスターに接続し、第三計測用薄膜トランジスターの幅は、第一計測用薄膜ト
ランジスターの幅とも、第二計測用薄膜トランジスターの幅とも、異なっている事が好ま
しい。
この構成によれば、第一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターと
第三計測用薄膜トランジスターとが、それぞれ異なった温度範囲を対象として温度を計測
するので、極めて広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０００９】
（適用例４） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、計測セルは、第三計
測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも備え、第三容量素子は第三計測用
薄膜トランジスターに接続し、第三容量素子の容量は、第一容量素子の容量とも、第二容
量素子の容量とも、異なっている事が好ましい。
この構成によれば、第一容量素子と第二容量素子と第三容量素子とが、それぞれ異なっ
た温度範囲を対象として温度を計測するので、極めて広い温度範囲に渡って正確な温度計
測を実現できる。
【００１０】
（適用例５） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、第一計測用薄膜トランジス
ターの幅をＷ01とし、第一容量素子の容量をＣ1とし、第二計測用薄膜トランジスターの
幅をＷ02とし、第二容量素子の容量をＣ2とし、第三計測用薄膜トランジスターの幅をＷ0
3とし、第三容量素子の容量をＣ3とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の８倍から
５０倍の範囲にあり、Ｃ2／Ｗ02の値がＣ3／Ｗ03の値の８倍から５０倍の範囲にある事が
好ましい。
この構成によれば、第一計測用薄膜トランジスターと第一容量素子とで比較的高い温度
範囲を対象として温度計測をし、第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とで比較
的低い温度範囲を対象として温度計測をし、第二計測用薄膜トランジスターと第二容量素
子とでこれらの中間の温度範囲を対象として温度計測をするので、著しく広い温度範囲に
渡って正確な温度計測を行う事ができる。
【００１１】
（適用例６） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一の方向に沿って
配置され、計測セルを選択する第一選択回路を備え、計測セルは第一の方向に沿って複数
個配置される事が好ましい。
この構成によれば、計測セルを第一の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第
一の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第一の方向に沿って異な
っていても、温度を場所の関数として定量的に正確に計測できる。
【００１２】
（適用例７） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一の方向と交差す
る第二の方向に沿って配置され、計測セルを選択する第二選択回路を備え、計測セルは第
二の方向に沿って複数個配置される事が好ましい。
この構成によれば、計測セルを第二の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第
二の方向に関する温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第二の方向に沿って異な
っていても、温度を場所の関数として定量的に正確に計測できる。
【００１３】
（適用例８） 上記適用例に係わる温度センサーにおいて、更に、第一薄膜トランジス
ターと第二薄膜トランジスターとを備え、第一薄膜トランジスターと第二薄膜トランジス
ターとは差動トランジスター対をなし、第一薄膜トランジスターのゲートは第一計測用薄
膜トランジスターのソース又はドレインの一方に接続される事が好ましい。
この構成によれば、各計測セルに差動トランジスター対が設けられている為に、面状の
温度センサーが大面積となっても、高精細になっても、高精度に温度を計測する事ができ
る。又、温度の計測期間と計測結果の出力期間とを分ける事ができるので、計測時に薄膜
トランジスターが自己発熱することなく、正確な温度測定が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係わる温度センサーを模式的に示す斜視外観図。
【図２】実施形態１に係わる温度センサーの計測原理を説明する図。
【図３】実施形態１に係わる温度センサーの回路を説明する図。
【図４】実施形態１に係わる温度センサーにて温度を計測する際のタイミングチャートを説明する図。
【図５】実施形態１に係わる温度センサーにて温度を計測する際の等価回路図。
【図６】実施形態１に係わる温度センサーで使用される各種回路の平面レイアウトを説明する図で、（ａ）は出力回路、（ｂ）は列選択トランジスター、（ｃ）は計測セル。
【図７】実施形態２に係わる温度センサーの回路を説明する図。
【図８】変形例１に係わる温度センサーの回路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。尚、以下の図面においては、各層
や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとする為、各層や各部材毎に縮尺を異ならし
めてある。
【００１６】
（実施形態１）
「温度センサーの概要」
図１は、本実施形態に係わる温度センサーを模式的に示す斜視外観図である。以下、図
１を用いて、まず温度センサーの概要を説明する。
【００１７】
本実施形態に係わる温度センサー１は、柔軟なプラスチックフィルムなどの可撓性を有
する基板２に形成される。基板２には計測セル（ｉ，ｊ）が行列状に複数個配置され、計
測回路３をなしている。各計測セルには、第一計測用薄膜トランジスターＴ０１（以降単
にＴ０１と略称する）と、第一容量素子Ｃｐ１（以降単にＣｐ１と略称する）と、第二計
測用薄膜トランジスターＴ０２（以降単にＴ０２と略称する）と、第二容量素子Ｃｐ２（
以降単にＣｐ２と略称する）と、が備えられている（図３参照）。Ｃｐ１はＴ０１のソー
ス電極又はドレイン電極の一方に接続され、Ｃｐ２はＴ０２のソース電極又はドレイン電
極の一方に接続されている。トランジスターのソース電極とドレイン電極とは電位に応じ
て入れ替わるが、以降は説明の便宜上、Ｃｐ１やＣｐ２が接続している電極を、各トラン
ジスターのドレイン電極とする。Ｔ０１のチャンネル形成領域の幅をＷ01とし（以降この
幅を単に幅Ｗ01と略称する）、Ｃｐ１の容量をＣ1とし（以降この容量を単に容量Ｃ1と略
称する）、Ｔ０２のチャンネル形成領域の幅をＷ02とし（以降この幅を単に幅Ｗ02と略称
する）、Ｃｐ２の容量をＣ2とした場合（以降この容量を単に容量Ｃ2と略称する）、幅Ｗ
01に対する容量Ｃ1の比（Ｃ1／Ｗ01）と幅Ｗ02に対する容量Ｃ2の比（Ｃ2／Ｗ02）とが異
なった値となっている。具体的にこれを実現するには、幅Ｗ01と幅Ｗ02とを異ならしても
良いし、容量Ｃ1と容量Ｃ2とを異ならしても良いし、或いは幅（幅Ｗ01と幅Ｗ02）も容量
（容量Ｃ1と容量Ｃ2）も同時に異ならしても良い。ここでは、幅Ｗ01と幅Ｗ02とが異なる
と共に、容量Ｃ1と容量Ｃ2とが異なっている。
【００１８】
温度は、最初に容量（容量Ｃ1や容量Ｃ2）に充電した電荷が、計測用薄膜トランジスタ
ー（Ｔ０１やＴ０２）のオフ電流により増減する現象を利用して、計測される。主には容
量に充電した電荷がオフ電流で減少する現象を利用して温度が計測されるが、これとは反
対に、空の容量にオフ電流で充電する現象を利用して温度計測を行っても良い。
【００１９】
図１に戻って説明を続ける。
基板２には、計測回路３の他に、出力回路４と、第一選択回路５１と、第一処理回路５
２と、第二選択回路６１と、第二処理回路６２と、が設けられている。計測回路３に配置
された複数の計測セルは、計測回路３の外周部に配置された第一選択回路５１と第二選択
回路６１とにより、順次選択される。基板２の一辺を第一の方向（ｘ軸に平行な方向で、
行方向とする）とし、第一の方向と交差する（ほぼ直交する）別の方向を第二の方向（ｙ
軸に平行な方向で、列方向とする）とすると、第一選択回路５１と第一処理回路５２とは
、計測回路３の外側で第一の方向に沿って形成され、第二選択回路６１と第二処理回路６
２とは、計測回路３の外側で第二の方向に沿って形成される。計測セルは第一の方向に沿
って複数個形成されると共に、第一選択回路５１によって、第一の方向で選択される。同
様に、計測セルは第二の方向に沿って複数個形成されると共に、第二選択回路６１によっ
て、第二の方向で選択される。選択された計測セルは出力回路４と接続され、温度計測が
なされる。こうして行列状に配置された計測セルにて順次温度が測定され、温度に関する
面分布が得られる。
【００２０】
「計測原理」
図２は、本実施形態に係わる温度センサーの計測原理を説明する図である。以下、図２
を参照して、温度を計測する原理を説明する。
【００２１】
図２は、Ｎ型薄膜トランジスターの伝達特性が温度依存性を有する様子を示している。
トランジスターの伝達特性は、一般にオン領域（図２の場合、ゲート電圧が閾値電圧の１
．５Ｖ程度以上）とオフ領域（図２の場合、ゲート電圧が０Ｖ程度以下）と閾値下領域（
図２の場合、ゲート電圧が０Ｖ程度から１．５Ｖ程度の間）とに分類される。それぞれの
領域はいずれも温度依存性を有するが、オフ領域に於ける温度依存性が一番強い。これは
オフ電流値がフェルミ関数の広がりに対して最も敏感に変化する為である。オフ電流は、
電子−正孔対の熱生成や、プールフレンケル効果を伴うフォノンアシステッドトネリング
、バンド間トネリングなどの機構に起因する。フェルミ関数は、僅かな温度変化でも指数
関数的に変化して、これらの機構（取り分け、電子−正孔対の熱生成やプールフレンケル
効果を伴うフォノンアシステッドトネリング）に強く影響する。その為にオフ電流値の温
度依存性は極めて強くなる。実際に図２から、２００℃のオフ電流は５０℃のオフ電流の
数千倍になっている事が判る。これに対して、同じ温度変化の際にオン電流は数倍しか増
えていない。即ち、オフ電流は温度に対してオン電流よりも１０００倍敏感で有る事にな
る。大雑把に云って、温度が５０℃上昇する毎にオフ電流は１０倍になる。言い換えれば
、温度が５℃上昇しただけでも、オフ電流は２６％も増加する事になる。要するにほんの
僅かの温度変化であっても、オフ電流値は計測可能な大きな変化を示すので、高精度な温
度計測が実現する事になる。この様に、計測用薄膜トランジスターのオフ電流は温度に応
じて激しく変化するので、容量（容量Ｃ1や容量Ｃ2）に蓄積された電荷量も温度に応じて
変化する。この電荷量の変化（又は容量電位の変化）を計量する事で温度が計測される。
【００２２】
「回路」
図３は、本実施形態に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、図３を参
照して、温度センサーの回路を説明する。尚、Ｎ型薄膜トランジスターのソースドレイン
は、両者を比較して電位の高い方がドレインになり、電位の低い方がソースとなる。参考
の為に、図３には各薄膜トランジスターのソースドレインをそれぞれｓとｄとで記載して
ある。
【００２３】
まず図１を用いて説明する。
温度センサー１は計測回路３と出力回路４、第一選択回路５１、第一処理回路５２、第
二選択回路６１、第二処理回路６２とを有する。計測回路３には計測セル（ｉ，ｊ）がＭ
行Ｎ列の行列状に配置されている。ＭとＮは１以上の整数である（１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦
Ｎ）。第一選択回路５１は第一の方向に関してＭ行の行線Ｒ（ｉ）から特定の一本の行線
を選択する。従って、第一選択回路５１は行選択回路でもある。第一選択回路５１にはシ
フトレジスターやデコーダーが使用される。第一処理回路５２は第一選択回路５１からの
選択信号を計測に適する様に加工する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや
、高速で安定的に行線を選択する様にバッファーを備える。第二選択回路６１は第二の方
向に関してＮ列の列線ＣＬ（ｊ）から特定の一本の列線を選択する。従って、第二選択回
路６１は列選択回路でもある。第二選択回路６１にはシフトレジスターやデコーダーが使
用される。第二処理回路６２は第二選択回路６１からの選択信号を計測に適する様に加工
する。具体的には選択電位を変換するレベルシフターや、高速で安定的に列線を選択する
様にバッファーを備える。
【００２４】
図３に戻って説明を続ける。
第二処理回路６２は、上述の回路の他に、列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとを含
む。列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとは、列毎にペアとなって設けられる。出力回
路４はＬＤＯＵＴ及びＸＬＤＯＵＴとして計測結果を出力する。これらの回路の内で、計
測回路３と出力回路４、第二処理回路６２の内の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃと
が薄膜トランジスターで形成される。本実施形態では、これらの他に第一選択回路５１と
第一処理回路５２、第二選択回路６１、もＣＭＯＳ構成の（Ｎ型及びＰ型の）薄膜トラン
ジスターで形成されたが、第一選択回路５１と第一処理回路５２、第二選択回路６１、第
二処理回路６２の内の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃ以外の回路は、外付けのシリ
コンＩＣチップにて形成されても良い。
【００２５】
計測セル（ｉ，ｊ）はｉ行ｊ列に位置し、その内部にＴ０１と、Ｃｐ１と、Ｔ０２と、
Ｃｐ２と、を有している。Ｃｐ１やＣｐ２は誘電体膜を第一電極と第二電極とで挟持して
いる。Ｔ０１のドレイン電極はＣｐ１の第一電極に接続し、ソース電極は充電用列線ＣＣ
に接続し、ゲート電極は充電用行線ＲＣに接続している。Ｃｐ１の第二電極は第二電源（
この場合、負電源Ｖss）に接続している。同様に、Ｔ０２のドレイン電極はＣｐ２の第一
電極に接続し、ソース電極は充電用列線ＣＣに接続し、ゲート電極は充電用行線ＲＣに接
続している。Ｃｐ２の第二電極は第二電源に接続している。Ｔ０１とＴ０２とではチャン
ネル形成領域幅が異なっており、幅Ｗ01は１μｍで、幅Ｗ02は１０μｍである。又、Ｃｐ
１とＣｐ２とでは容量が異なっている。Ｃｐ１は、第一電極と第二電極のサイズが２００
μｍ×２００μｍで、誘電体膜（好適例としてＳｉＯ2）の厚みが６９ｎｍで有るので、
容量Ｃ1は２０ｐＦである。一方、Ｃｐ２は、第一電極と第二電極のサイズが２００μｍ
×１００μｍで、誘電体膜の厚みは同じく６９ｎｍで有るので、容量Ｃ2は１０ｐＦであ
る。この結果、Ｃ1／Ｗ01の値は２０ｐＦ／μｍとなり、Ｃ2／Ｗ02の値は１ｐＦ／μｍと
なるので、Ｃ1／Ｗ01の値はＣ2／Ｗ02の値の２０倍となっている。
【００２６】
温度は、Ｔ０１やＴ０２と云った計測用薄膜トランジスターのドレイン電位（即ちＣｐ
１やＣｐ２と云った容量素子の第一電極電位）に関する情報を出力する事で、計測される
。以下、Ｔ０１とＴ０２を区別する必要がない場合、計測用薄膜トランジスターの総称と
してＴ０と略す。同様に、Ｃｐ１とＣｐ２とを区別する必要がない場合、容量素子の総称
としてＣｐと略す。温度計測を正確に行うべく、計測用薄膜トランジスターＴ０は差動増
幅回路の一部分を備えている。差動増幅回路の一部とは差動トランジスター対と行選択ト
ランジスター対である。差動トランジスター対は、第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄
膜トランジスターＴ２とからなる。行選択トランジスター対は行選択トランジスターＴ３
ＲとＴ４Ｒとである。
【００２７】
第一薄膜トランジスターＴ１のゲートは、計測用薄膜トランジスターＴ０のドレインに
接続されている。従って、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位は温度に応じて変化
する。一方、第二薄膜トランジスターＴ２のゲートには基準信号Ｖrefが供給され、第二
薄膜トランジスターＴ２は基準トランジスターとして動作する。こうして第一薄膜トラン
ジスターＴ１の電気特性と第二薄膜トランジスターＴ２の電気特性とが比較され、計測セ
ルに於ける温度が計測される。言い換えると、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位
と第二薄膜トランジスターのゲート電位との相違が差動増幅され、計測セルに於ける温度
が電圧値又は電流値として出力される。
【００２８】
第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２とは差動トランジスター対
を為しているので、互いに対称に配置されている。即ち、両トランジスターのドレインが
第一電源に接続され、電源に対して両トランジスターは並列に配置されている。第一電源
は正電源Ｖddである。尚、計測誤差を小さくする為に、第一薄膜トランジスターＴ１のゲ
ート容量は、容量素子Ｃｐの容量よりも著しく小さくされている。著しく小さいとは、具
体的には１０分の１以下である。実際に、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート容量は、
０．００５ｐＦ（例えば、ゲート面積１０μｍ2、ゲート絶縁膜ＳｉＯ2、ゲート絶縁膜厚
６９ｎｍ）程度から０．０５ｐＦ（例えば、ゲート面積１００μｍ2、ゲート絶縁膜Ｓｉ
Ｏ2、ゲート絶縁膜厚６９ｎｍ）程度の範囲にあるが、容量素子Ｃｐの容量は１ｐＦ以上
なので、第一薄膜トランジスターＴ１のゲート容量は、容量素子Ｃｐの容量の２０分の１
以下となっている。
【００２９】
行選択トランジスターＴ３Ｒのドレインは第一薄膜トランジスターＴ１のソースに接続
し、ソースはｊ列目の奇数列線ＣＯ（ｊ）を介してｊ列目の列選択トランジスターＴ３Ｃ
のドレインに接続している。同様に、行選択トランジスターＴ４Ｒのドレインは第二薄膜
トランジスターＴ２のソースに接続し、ソースはｊ列目の偶数列線ＣＥ（ｊ）を介してｊ
列目の列選択トランジスターＴ４Ｃのドレインに接続している。Ｔ０１に付属する行選択
トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲートは２ｉ−１行目の行線Ｒ（２ｉ−１）に接続す
る。又、Ｔ０２に付属する行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲートは２ｉ行目の
行線Ｒ（２ｉ）に接続する。こうして、列選択トランジスターＴ３Ｃと行選択トランジス
ターＴ３Ｒとで第三薄膜トランジスターＴ３をなし、列選択トランジスターＴ４Ｃと行選
択トランジスターＴ４Ｒとで第四薄膜トランジスターＴ４をなす。
【００３０】
温度センサー１は、更に第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジスターＴ６と
を出力回路４に備え、第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジスターＴ６とはカ
レントミラー対をなしている。カレントミラー対とは、両トランジスターのソースが共通
に接続され、ゲートに同電位を印加する事で、飽和動作時（Ｖds＞Ｖgs−Ｖth＞０）に、
両トランジスターのドレイン電位が多少異なっていても、同じ電流を通すトランジスター
対である。ここでは両薄膜トランジスターのゲートは第五薄膜トランジスターのドレイン
に接続している。更に、第五薄膜トランジスターＴ５のドレインは列選択トランジスター
Ｔ３Ｃのソースに接続し、第六薄膜トランジスターＴ６のドレインは列選択トランジスタ
ーＴ４Ｃのソースに接続する。
【００３１】
温度センサー１は、更に第七薄膜トランジスターＴ７を出力回路４に備える。第七薄膜
トランジスターＴ７は電流源トランジスターである。電流源トランジスターとは、飽和動
作し、ドレイン電位が多少変動しても常に一定電流を供給するトランジスターである。第
五薄膜トランジスターＴ５のソースと第六薄膜トランジスターＴ６のソースとは、第七薄
膜トランジスターＴ７のドレインに接続し、第七薄膜トランジスターＴ７のソースは第二
電源に接続する。第二電源は負電源Ｖssである。第七薄膜トランジスターＴ７のゲートに
は第一制御信号Ｃｎｔ１が供給される。第五薄膜トランジスターＴ５と第六薄膜トランジ
スターＴ６とが常に等しい電流を通し、第七薄膜トランジスターＴ７が一定電流を供給す
るので、第五薄膜トランジスターＴ５も第六薄膜トランジスターＴ６も常に同一電流（第
七薄膜トランジスターＴ７を通る電流の半分）を通す。
【００３２】
第三薄膜トランジスターＴ３は、列選択や行選択がなされる毎に列選択トランジスター
や行選択トランジスターを変えながらも、常に第一薄膜トランジスターＴ１と第五薄膜ト
ランジスターＴ５との間に配置され、第一薄膜トランジスターＴ１と第五薄膜トランジス
ターＴ５とを電気的に接続可能としている。同様に、第四薄膜トランジスターＴ４は、列
選択や行選択がなされる毎に列選択トランジスターや行選択トランジスターを変えながら
も、常に第二薄膜トランジスターＴ２と第六薄膜トランジスターＴ６との間に配置され、
第二薄膜トランジスターＴ２と第六薄膜トランジスターＴ６とを電気的に接続可能として
いる。即ち、２ｉ−１行目の行線Ｒ（２ｉ−１）に選択信号（高電位信号）が供給される
と、２ｉ−１行目の計測セルに配置された第一薄膜トランジスターＴ１は奇数列線ＣＯに
電気的に接続され、第二薄膜トランジスターＴ２は偶数列線ＣＥに電気的に接続される。
反対に行線Ｒ（２ｉ−１）に非選択信号（低電位信号）が入ると、第一薄膜トランジスタ
ーＴ１と奇数列線ＣＯとは電気的に絶縁され、第二薄膜トランジスターＴ２と偶数列線Ｃ
Ｅとは電気的に絶縁される。
【００３３】
行線Ｒ（２ｉ−１）に選択信号が供給されている状態で、ｊ列目の列線ＣＬ（ｊ）に選
択信号（高電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ３Ｃがオン状態となる
ので、ｊ列目の奇数列線ＣＯと第五薄膜トランジスターＴ５とが接続される。その結果、
ｉ行ｊ列の計測セル（ｉ，ｊ）に位置しＴ０１に付属する第一薄膜トランジスターＴ１と
第五薄膜トランジスターＴ５とは電気的に接続される。同様に、ｊ列目の列線ＣＬ（ｊ）
に選択信号（高電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ４Ｃがオン状態と
なるので、ｊ列目の偶数列線ＣＥと第六薄膜トランジスターＴ６とが接続される。その結
果、ｉ行ｊ列の計測セル（ｉ，ｊ）に位置しＴ０１に付属する第二薄膜トランジスターＴ
２と第六薄膜トランジスターＴ６とは電気的に接続される。反対に、ｊ列目の列線ＣＬ（
ｊ）に非選択信号（低電位信号）が入ると、ｊ列目の列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４
Ｃとがオフ状態となるので、出力回路４とｊ列目の奇数列線ＣＯ及びｊ列目の偶数列線Ｃ
Ｅとは電気的に絶縁される。この様に複数の計測セルの内で、行線と列線とで選択された
計測セル内の差動トランジスター対が出力回路４と接続する。出力回路４からの計測結果
は、第六薄膜トランジスターＴ６のドレイン電位Ｖ6がＬＤＯＵＴとして出力され、第五
薄膜トランジスターＴ５のドレイン電位Ｖ5がＸＬＤＯＵＴとして出力される。
【００３４】
列線ＣＬに供給される選択信号乃至は非選択信号は、第二選択回路６１からの出力を必
要に応じてレベルシフトし、レベルシフターからの出力はバッファーで補強されている。
即ち、列選択トランジスターＴ３ＣとＴ４Ｃとは第二選択回路６１にて制御される。又、
行線Ｒに供給される選択信号乃至は非選択信号は、第一選択回路５１からの出力を必要に
応じてレベルシフトし、レベルシフターからの出力はバッファーで補強されている。即ち
、行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとは第一選択回路５１にて制御される。尚、ここ
では行選択がなされた状態で列選択を行ったが、列選択がなされた状態で行選択を行って
も良い。又、ここでの奇数列線とは単なる名称で、奇数番号のトランジスター列（Ｔ１や
Ｔ３）に設けられた列線を意味し、偶数列線も同様に単なる名称で、偶数番号のトランジ
スター列（Ｔ２やＴ４）に設けられた列線を意味する。
【００３５】
尚、本実施形態では計測セル内に２個の計測用薄膜トランジスター（Ｔ０１とＴ０２）
と２個の容量素子（Ｃｐ１とＣｐ２）とが設けられているが、本実施形態はこの例に限ら
れない。ｋを２以上の整数として、一つの計測セル内にｋ個の計測用薄膜トランジスター
（Ｔ０１とＴ０２、、、Ｔ０ｋ）とｋ個の容量素子（Ｃｐ１とＣｐ２、、、Ｃｐｋ）とを
設けても良い。この場合、ｑを１以上でｋ以下の整数として、第ｑ計測用薄膜トランジス
ターＴ０ｑと第ｑ容量素子Ｃｐｑとが接続され、ｋ個のＣq／Ｗ0qの値は皆異なっている
。更に、一つの計測セルに対して、ｋ本の行線が配備される。具体的には、Ｔ０１に付属
する行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲートはｋｉ−（ｋ−１）行目の行線Ｒ（
ｋｉ−ｋ＋１）に接続し、Ｔ０ｑに付属する行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒとのゲ
ートはｋｉ−（ｋ−ｑ）行目の行線Ｒ（ｋｉ−ｋ＋ｑ）に接続する。
【００３６】
次に、幅Ｗ0qと容量Ｃqとの関係を説明する。以降、チャンネル形成領域幅に対する容
量の比を幅容量比と称す。計測用薄膜トランジスターのオフ電流値はチャンネル形成領域
幅に比例する。その為に、幅容量比は、容量に充電された電荷の放電のしにくさを定量的
に表現している事になる。例えばＣｐｑを時刻０に正電源電位Ｖddに充電し、時間ｔだけ
Ｔ０ｑのオフ電流で電荷を漏らした場合、時刻ｔに於けるＣｐｑの第一電極電位Ｖq（ｔ
）は、Ｖq（ｔ）＝Ｖddｅｘｐ（−ｔ／τq）と記載される。ここでτqは時定数であり、
比例係数Ａを用いて、τq＝ＡＣq／Ｗ0qと表現される。又、比例係数ＡはｓｍＦ-1の単位
次元を持ち、Ａ＝Ａ0ｅｘｐ（ε／ｋBＴ）にて表現される。ここでＴは絶対温度で表現し
た温度であり、ｋBはボルツマン定数でｋB＝８．６１×１０-5ｅＶ／Ｋである。本実施形
態では、プレイクスポネンシャルファクターはＡ0＝１．５９５×１０-8ｍｓ・μｍ／ｐ
Ｆで、活性化エネルギーはε＝０．５１７ｅＶであった。オフ電流の発生機構の主体がプ
ールフレンケル効果を伴うフォノンアシステッドトネリングである為に、価電子帯からシ
リコンバンドギャップの中心付近への電子励起エネルギーが活性化エネルギーに相当して
いる。但し、これらの値（取り分けプレイクスポネンシャルファクターＡ0）は薄膜トラ
ンジスター固有の値で、薄膜トランジスターの構造や製造方法に応じて異なって来る。
【００３７】
第一電極電位の変化（Ｖq／Ｖdd）が精密に計測され得るのは、概ね、その値が５％か
ら９５％の範囲に入る時である。即ち、０．０５≦Ｖq／Ｖdd≦０．９５の際に、正確な
温度計測が可能になる。この事は、後に図４を用いて説明する計測期間ＭＰがｔMPの場合
、０．３３３８≦（ＡＣq）／（ｔMPＷ0q）≦１９．５０を意味する。従って、この式を
満たす様に計測期間ＭＰの長さｔMPと幅容量比とを定める。前述の如く、ｑ個目の幅容量
比Ｃq／Ｗ0qは、Ｔ０ｑのオフ電流に依るＣｐｑの第一電極電位降下の時定数に比例する
。この為、ｋ個の幅容量比が皆異なっていれば、単一の計測期間で異なった温度範囲にて
温度を計測できる事になる。即ち、幅広い温度範囲にて温度を計測できる。ｋ個の幅容量
比Ｃq／Ｗ0qを大きい順にＣ1／Ｗ01＞Ｃ2／Ｗ02＞・・・＞Ｃk／Ｗ0kと並べた時に、或る
幅容量比がそれよりも一つ小さい値の幅容量比のほぼ２０倍となっているのが理想的であ
る。図２に示される様に、オフ電流値の対数が温度に概ね比例するので、ほぼ２０倍（２
×１０倍）とは１０のベキで考えられねばならず、その値は大凡２×１０0.6（８倍）か
ら２×１０1.4（５０倍）となる。即ち、８×Ｃq+1／Ｗ0q+1≦Ｃq／Ｗ0q≦５０×Ｃq+1／
Ｗ0q+1を満たす様に各幅容量比を定める。但しここでのｑは１以上のｋ−１以下の整数で
ある。
【００３８】
ｑ個目の幅容量比Ｃq／Ｗ0qをｑ＋１個目の幅容量比Ｃq+1／Ｗ0q+1の２０倍とすると、
Ｃｐｑの第一電極での電位降下の時定数は、Ｃｐｑ＋１の第一電極での電位降下の時定数
の２０倍となる。その結果、Ｔ０１とＣｐ１とで高い温度範囲を計測し、Ｔ０２とＣｐ２
とでそれよりも低い温度範囲を計測出来る事になる。同時にそれぞれの計測温度範囲が僅
かに重なり、両者の間で計測されない温度範囲は無くなる。即ち、Ｔ０１とＣｐ１とで計
測する温度範囲の下限がＴ０２とＣｐ２とで計測する温度範囲の上限よりも低くなり、広
い温度範囲を漏れなく温度計測できる事になる。計測方法は後に詳述するが、例えば計測
期間ＭＰを２．５ミリ秒とし、３個の幅容量比を用いた場合の計測範囲を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１で白抜きのセルが計測に適する温度範囲（Ｖq／Ｖddの値が５％から９５％の範囲
に入る場合）で、網掛けのセルがこの温度範囲を外れる場合である。表１の第３列から第
５列は時定数τqを表し、第６列から第８列は時定数τqを計測期間ＭＰの長さｔMPにて割
った値を示す。表１の第３列と第６列から分かる様に、Ｔ０１とＣｐ１とでは（ｑ＝１）
、５０℃から１３０℃の範囲で温度を精密に計測できる。一方、第４列と第７列からは、
Ｔ０２とＣｐ２とでは（ｑ＝２）、１０℃から６０℃の範囲で温度を精密に計測できる事
が分かる。又、第５列と第８列からは、Ｔ０３とＣｐ３とでは（ｑ＝３）、−３０℃から
１０℃の範囲で温度を精密に計測できる事が分かる。こうして、一つの計測セルに計測用
薄膜トランジスターＴ０とそれに接続する容量素子Ｃｐとの組を３組設ける事で、−３０
℃から１３０℃迄の広い温度範囲を、短時間で正確に計測できる訳である。
【００４１】
「計測方法」
図４は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際に、回路を駆動させる
タイミングチャートを説明する図である。以下、図４を参照して、温度センサーを用いた
計測方法を説明する。
【００４２】
温度計測は準備期間ＰＰと計測期間ＭＰと出力期間ＯＰとを含む。準備期間ＰＰには計
測用薄膜トランジスターＴ０をオン状態として、容量素子Ｃｐを所定の電位に充電する。
計測期間ＭＰには計測用薄膜トランジスターＴ０をオフ状態として、第一薄膜トランジス
ターＴ１と容量素子Ｃｐから先に充電された電荷を漏らす。漏れ電荷量は温度依存性を示
すので、温度に応じて第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位は低下する。出力期間Ｏ
Ｐには低下したゲート電位に応じた出力を各計測セルから取り出す。これが温度計測の基
本サイクルである。
【００４３】
実際の温度計測の際には、まず、温度計測に先立ち、計測時に供給する基準信号Ｖref
の電位値を定める。上述の如く、温度センサー１は、基準トランジスターである第二薄膜
トランジスターＴ２の電気特性と、温度に応じてゲート電位が変化する第一薄膜トランジ
スターＴ１の電気特性とが比較される。一方で、薄膜トランジスターはトランジスター毎
に電気特性が僅かに異なるのが一般である。これを補正する為に、計測セル毎に基準温度
に対応する基準信号Ｖrefの値を定める。以下に基準信号Ｖrefの値を定める具体的な手法
を記す。
【００４４】
（１）温度センサー１を基準温度のヒートリザーヴォアーに設置し、総ての計測セルが
基準温度となる様にする。基準温度は測定対象温度範囲内で適宜設定される。基準温度は
大凡その範囲の下限値とするのが望ましい。例えば測定対象温度範囲が寒冷地の冬の温度
で、−２０℃から３０℃の範囲にあると予想される場合、基準温度は−２０℃程度に設定
する。
【００４５】
（２）総ての第二薄膜トランジスターＴ２に対して、基準信号Ｖrefの選択電位として
、数式１で表される仮の基準高電位Ｈrを設定する。
【００４６】
【数１】
ここでＶddは正電源電位、Ｖthは薄膜トランジスターの閾値電圧の平均値、δは０．０
５Ｖから０．３Ｖ程度の小さい電圧値である。仮の基準高電位は、例えばＨr＝４．０５
Ｖである。
【００４７】
（３）後述する方法で温度を計測し、総ての差動トランジスター対からの出力結果（Ｖ
5−Ｖ6）の平均値がほぼゼロになる様に計測期間ＭＰの時間を定める。即ち、数式２とな
る様に計測期間ＭＰの長さを定める。ほぼゼロとは、出力結果の平均値が概ね−０．４Ｖ
から＋０．４Ｖの範囲に入る事を意味する。
【００４８】
【数２】
【００４９】
（４）こうして定められた計測期間ＭＰの時間を用いて、再度ヒートリザーヴォアーの
温度計測を行う。その際に、ＬＤＯＵＴ出力とＸＬＤＯＵＴ出力とが等しくなる様に（Ｖ
5＝Ｖ6となる様に）差動トランジスター対毎に提供するＶrefの基準高電位値を定め、こ
れを外部コントローラーに設けられている記憶装置に記憶させる。その後に温度センサー
１を計測対象に配置し、計測を開始する。
【００５０】
次に温度の計測方法を説明する。温度計測に際しては、外部コントローラーが第一選択
回路５１や第一処理回路５２、第二選択回路６１、第二処理回路６２などに適当な信号や
電源を供給し、その結果、各行線や列線、出力回路４等には図４に示す、以下の様な信号
が供給される。
【００５１】
準備期間ＰＰには、まず充電用列線ＣＣを正電源電位Ｖddとする。次いで充電用行線Ｒ
Ｃを第二高電位Ｈ2とし、次いで負電源電位Ｖssに戻す。次に充電用列線ＣＣの電位を負
電源電位Ｖssに戻す。これに依り総ての計測セルで、総ての容量素子Ｃｐの第一電極が正
電源電位Ｖddへと充電される。尚、負電源電位Ｖssとは正電源電位Ｖddよりも低い電位で
、例えばＶss＝０Ｖ（接地電位）である。又、正電源電位は、例えばＶdd＝４．８Ｖで、
第二高電位は、例えばＨ2＝７．３Ｖである。
【００５２】
計測期間ＭＰには、充電用列線ＣＣを負電源電位Ｖssとする。充電用行線ＲＣも負電源
電位Ｖssとする。この結果、計測用薄膜トランジスターＴ０はオフ状態となり、温度に応
じたオフ電流を充電用列線ＣＣに漏らす。こうして計測期間ＭＰの終了時には第一薄膜ト
ランジスターＴ１のゲート電位は第一高電位Ｈ1となる。
【００５３】
計測期間ＭＰが終了した後に出力期間ＯＰに移る。出力期間ＯＰに入ると、第一制御信
号Ｃｎｔ１に第三高電位Ｈ3を供給する。この値は、例えばＨ3＝１．６Ｖである。出力期
間ＯＰでは、まず、行線Ｒ（１）からＲ（ｋＭ）が一本ずつ交替に選択される。通常は１
行目の行線Ｒ（１）から最終行のｋＭ行目の行線Ｒ（ｋＭ）へと順番に選択されて行く。
行線には、選択持に選択信号電位（第二高電位Ｈ2）供給され、非選択時には非選択信号
電位（負電源電位Ｖss）が供給される。
【００５４】
一本の行線が選択されている期間に、列線（ＣＬ（１）からＣＬ（Ｎ））が一本ずつ交
替に選択される。通常は１列目の列線ＣＬ（１）から最終列のＮ列目の列線ＣＬ（Ｎ）へ
と順番に選択されて行く。列線には、選択持に選択信号電位（第二高電位Ｈ2）が供給さ
れ、非選択時には非選択信号電位（負電源電位Ｖss）が供給される。
【００５５】
この様にしてｋ×Ｍ×Ｎ個の計測用薄膜トランジスターＴ０と容量素子Ｃｐとの組から
から特定の一組が選択される。この選択された組に対応する基準高電位を外部コントロー
ラーの記憶装置より読み出して、Ｖrefとする。第二薄膜トランジスターＴ２のゲートに
供給される基準高電位は、その組の計測用薄膜トランジスターＴ０が基準温度に等しけれ
ば、出力電圧がＶ5＝Ｖ6となる様に設定されているので、Ｖ5乃至はＶ6の値を読むと、選
択された組の温度が分かる。例えば、選択された組が基準温度よりも低温であると、漏れ
電流は少ないので、第一高電位（第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電位）は基準高電
位（第二薄膜トランジスターＴ２のゲート電位）よりも高くなる。その結果、ＬＤＯＵＴ
（Ｖ6）の電位は低くなり、ＸＬＤＯＵＴ（Ｖ5）の電位は高くなるので、Ｖ5−Ｖ6の値は
正になる。反対に、選択された組が基準温度よりも高温であると、ＬＤＯＵＴ（Ｖ6）の
電位は高くなり、ＸＬＤＯＵＴ（Ｖ5）の電位は低くなるので、Ｖ5−Ｖ6の値は負になる
。この計測方法では、出力期間を通じて、容量素子Ｃｐに残留する電荷が維持される。即
ち非破壊にて（測定が測定対象物に影響することなく、即ち、電荷量を変動させることな
く）温度計測が行われ、それ故に温度センサーが大面積になっても高精細になっても、正
確な計測が行われる事になる。
【００５６】
「使用方法」
温度センサーを使用する際には、低頻度測定モードと高頻度測定モードとを設けても良
い。低頻度測定モードとは高頻度測定モードに備えて低頻度で計測を繰り返している期間
で有る。高頻度測定モードでは、温度センサーは高頻度で計測を繰り返している。例えば
、温度センサーを水道の凍結防止帯に内蔵させて使用する場合、暖かな日中は低頻度測定
モードとし、気温が低下し始めて凍結しそうな期間を高頻度測定モードとする。或いは、
温度の時間変化が緩やかな場合に低頻度測定モードとし、温度の時間変化が緩やかな場合
には高頻度測定モードとする。
【００５７】
低頻度測定モードにも高頻度測定モードにも、上述の「計測方法」の章に記載した方法
で温度センサーは計測動作を行っているが、その計測頻度が異なる。低頻度測定モードで
は単位時間内に行われる計測回数が少なく、高頻度測定モードではこれが多い。Ｍ行Ｎ列
に配置された計測セルの総てを選択して計測する期間をフレーム期間とし、一つのフレー
ム期間から次のフレーム期間までの時間をスタンバイ期間とすると、計測頻度はフレーム
期間とスタンバイ期間との和の逆数（１／（フレーム期間＋スタンバイ期間））となる。
即ち、高頻度測定モードに於ける計測頻度を、低頻度測定モードに於ける計測頻度よりも
大きくする。一例としては、高頻度測定モードではスタンバイ期間をゼロとし、フレーム
周波数（フレーム期間の逆数）と計測頻度とを一致させる。一方で、低頻度測定モードに
於けるスタンバイ期間は数ミリ秒以上の比較的長時間とし（例えば１秒）、低頻度測定モ
ードに於ける計測頻度をスタンバイ期間の逆数にほぼ一致させる。
【００５８】
この様な低頻度測定モードと高頻度測定モードとを設ける事に依り、低頻度測定モード
に於いては消費電力を低減でき、高頻度測定モードに於いては時間分解能を最大にする事
ができる。尚、ここでは低頻度測定モードでも高頻度測定モードでもフレーム期間を同一
とし、スタンバイ期間を変えたが、これに限らず、フレーム期間を低頻度測定モードと高
頻度測定モードとで変えても構わない。即ち、高頻度測定モードに於けるクロック周波数
の方を低頻度測定モードのクロック周波数よりも高くして、高頻度測定モードに於ける計
測頻度を高くしても良い。
【００５９】
「トランジスターサイズ及び駆動条件」
図５は、本実施形態に係わる温度センサーにて温度を計測する際の等価回路図である。
次に、図５を参照して、高感度で高性能な計測を実現する為の条件を示す。以下、第一薄
膜トランジスターＴ１をＴ１と略称する。第二薄膜トランジスターＴ２から第七薄膜トラ
ンジスターＴ７も同様に略す。尚、Ｔ３のドレイン電位をＶ3で表し、Ｔ４のドレイン電
位をＶ4、Ｔ７のドレイン電位をＶ7、で表す。
【００６０】
Ｔ１とＴ２とは差動入力対であるので、飽和動作などの非線型動作が望ましい。Ｔ３と
Ｔ４は選択トランジスターで、出力電位範囲を広くする視点から、線型動作が望ましい。
従って、Ｔ３とＴ４とに関しては、ソースドレイン電圧Ｖdsは出来る限り小さく、Ｖ3＝
Ｖ5やＶ4＝Ｖ6となるのが望ましい。Ｔ５とＴ６とはカレントミラー対で飽和動作でなけ
ればならない。又、Ｔ７は電流源トランジスターなので、矢張り飽和動作でなければなら
ない。
【００６１】
まず、トランジスターの電流式を表現するのに数式３の記号を用いる。
【００６２】
【数３】
ここでＷはトランジスターチャンネル形成領域の幅、Ｌはトランジスターチャンネル形
成領域の長さ、Ｃoxは単位面積当たりのゲート絶縁膜容量、μは移動度である。すると、
飽和特性の近似式は数式４で表される。
【００６３】
【数４】
又、線型特性の近似式は数式５で表される。
【００６４】
【数５】
本実施形態では薄膜トランジスターの閾値電圧をＶthで表し、薄膜トランジスター間の
Ｖth変動は僅かであると近似する。即ち、Ｔ１からＴ７のＶthは総て等しいと近似する。
又、Ｖthは正であるとし、全体の電流（Ｔ７の電流）を２Ｉとする。まず、Ｔ１からＴ７
のＺをＺ1からＺ7で表し、これらを数式６の関係とする。
【００６５】
【数６】
数式６が満たされていると、Ｔ１のゲート電位Ｈ1とＴ２のゲート電位Ｈrとの差は線型
増幅されて出力される。以下、各トランジスターに求められる駆動条件を検討する。
【００６６】
（１）Ｔ１は飽和動作が望ましい。従って、数式７と数式８で表される飽和条件が満た
されるのが望ましい。
【００６７】
【数７】
【００６８】
【数８】
その結果、Ｔ１のドレイン電流は次式となる。
【００６９】
【数９】
【００７０】
（２）Ｔ２は飽和動作が望ましい。従って、数式１０と数式１１とで表される飽和条件
が満たされるのが望ましい。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
【数１１】
その結果、Ｔ２のドレイン電流は次式となる。
【００７３】
【数１２】
【００７４】
（３）Ｔ３は線型動作が好ましい。従って、数式１３で表される線型条件が満たされる
のが望ましい。
【００７５】
【数１３】
その結果、Ｔ３のドレイン電流は次式となる。
【００７６】
【数１４】
【００７７】
（４）Ｔ４は線型動作が好ましい。従って、数式１５で表される線型条件が満たされる
のが望ましい。
【００７８】
【数１５】
その結果、Ｔ４のドレイン電流は次式となる。
【００７９】
【数１６】
【００８０】
（５）Ｔ５は飽和動作するのが望ましい。従って、数式１７で表される飽和条件が満た
されるのが望ましい。
【００８１】
【数１７】
その結果、Ｔ５のドレイン電流は次式となる。
【００８２】
【数１８】
【００８３】
（６）Ｔ６は飽和動作するのが望ましい。従って、数式１９と数式２０とで表される飽
和条件が満たされるのが望ましい。
【００８４】
【数１９】
【００８５】
【数２０】
その結果、Ｔ６のドレイン電流は次式となる。
【００８６】
【数２１】
【００８７】
（７）Ｔ７は飽和動作するのが望ましい従って、数式２２で表される飽和条件が満たさ
れるのが望ましい。
【００８８】
【数２２】
その結果、Ｔ７のドレイン電流は次式となる。
【００８９】
【数２３】
ここで、数式２２を満たす為に、数式２４とする。
【００９０】
【数２４】
δは例えば０．１Ｖ程度で、容易に飽和条件を満たすには０．３Ｖ程度未満の正の値が
理想である。
【００９１】
次に数式１３と数式１５を満たす為に、数式２５とする。
【００９２】
【数２５】
これにより、少なくとも数式２６と数式２７とが満たされる様になる。
【００９３】
【数２６】
【００９４】
【数２７】
【００９５】
Ｔ７に関する数式２３と、Ｔ４に関する数式１６とから、次式が得られる。
【００９６】
【数２８】
この数式２８に数式２４と数式２５とを適応すると、次の様になる。
【００９７】
【数２９】
数式２９の右辺に関しては、数式３０を考慮する。
【００９８】
【数３０】
ここで数式３１とする。
【００９９】
【数３１】
こうすれば、数式３２が得られる。
【０１００】
【数３２】
即ち、Ｔ４はゲート電圧がＶth＋１Ｖ以上ならば、線型動作する。更に、Ｔ４での電位
降下を確実に０．１Ｖ未満と小さくし、Ｔ４を線型動作させる為には、概ね次式が満たさ
れれば良い。
【０１０１】
【数３３】
数式３３は数式３４と変形される。
【０１０２】
【数３４】
この場合、数式３５の関係が得られる。
【０１０３】
【数３５】
即ち、明らかに線型条件（数式１５）は満たされる。
【０１０４】
次に、総ての望ましい条件を満たす様に構成を定める。Ｔ７に関する数式２３とＴ６に
関する数式２１に対して、数式３６とする。
【０１０５】
【数３６】
こうすると、数式２１と数式２３とから数式３７が得られる。
【０１０６】
【数３７】
【０１０７】
次にＴ１に関する数式９とＴ５に関する数式１８とに対して、数式３８とする。
【０１０８】
【数３８】
こうすると、数式３９が得られる。
【０１０９】
【数３９】
Ｔ７とＴ４の議論（数式２８から数式３５までの議論）により、数式４０と数式４１で
表される関係になっている。
【０１１０】
【数４０】
【０１１１】
【数４１】
数式３９に数式４１を代入し、数式３７と連立させると、数式４２と数式４３の解が得
られる。
【０１１２】
【数４２】
【０１１３】
【数４３】
【０１１４】
Ｔ２に関する数式１２とＴ６に関する数式２１とからは、数式４４が得られる。
【０１１５】
【数４４】
数式４４に数式３７と数式４０とを代入すると、数式４５が得られる。
【０１１６】
【数４５】
【０１１７】
以下、高感度で高性能な測定を実現する為に、満たされる事が望ましい各条件を如何に
満たすかを示す。
【０１１８】
好適条件としての数式７： 数式４１と数式４２とから数式７は数式４６となる。
【０１１９】
【数４６】
【０１２０】
好適条件としての数式１０： 数式４０と数式４４とから数式１０は数式４６となる。
【０１２１】
好適条件としての数式８： 数式８は、Ｖthが正なので、数式４７が成り立てば、確実
に満たされる。
【０１２２】
【数４７】
【０１２３】
好適条件としての数式１１： 数式１１は、Ｖthが正なので、数式４８が成り立てば、
確実に満たされる。
【０１２４】
【数４８】
【０１２５】
好適条件としての数式１３と数式１５： 数式１３と数式１５とは、数式２４と数式３
４とで満たされる。
【０１２６】
好適条件としての数式１７： 数式１７は、数式４２と数式４３とから、数式４６とな
る。
【０１２７】
好適条件としての数式１９： 数式１９は、数式４２と数式４５とから、数式４９とな
る。
【０１２８】
【数４９】
従って、計測温度が基準温度よりも高温の時の方が低温の時よりも高精度に温度計測が
なされる。その意味では、基準温度は測定対象温度範囲の下限値に設定するのが好ましい
。
【０１２９】
好適条件としての数式２２： 数式２４から数式２２は、数式５０となる。
【０１３０】
【数５０】
これに数式４３を適応すると、数式２２は、数式５１となる。
【０１３１】
【数５１】
数式２４により、これは、数式５２を意味する。
【０１３２】
【数５２】
【０１３３】
数式４７と数式５２とから、Ｈ1に対する好適条件は数式５３となる。
【０１３４】
【数５３】
【０１３５】
数式５３の右辺を満たすべく、Ｔ１のゲート電位は準備期間ＰＰにＶddへと充電され、
計測期間ＭＰに放電させる。第一高電位Ｈ1と基準高電位Ｈrとが等しい時に、出力（Ｖ5
−Ｖ6）がゼロになるので、第一高電位Ｈ1の左辺を満たし易くする為に、仮の基準高電位
を数式５３の右辺と左辺との中間を取り、数式１の様に設定する。
【０１３６】
正電源電圧Ｖddを、数式５４が示す様に、第三高電位Ｈ3の三倍以上に設定する事がで
きる。尚、数式５４では数式２４を配慮している。
【０１３７】
【数５４】
【０１３８】
第一高電位Ｈ1は正電源電圧付近の値にあるので、こうすると、Ｖddが最も小さいＨ3の
３倍の時でも、数式４３と数式４２とから、数式５５が得られる。
【０１３９】
【数５５】
即ち、Ｔ１とＴ５、Ｔ７にはほぼ均等なドレイン電圧が印加され、これらのトランジス
ターは飽和動作する。同様にＴ２、Ｔ６、Ｔ７にもほぼ均等なドレイン電圧が掛かり、飽
和動作する。Ｖddが３倍よりも大きくなると、Ｔ１やＴ５、Ｔ７に掛かるソースドレイン
電圧は更に高くなるので、差動増幅範囲は更に広がる。
【０１４０】
纏めると、電位関係としては、Ｖddに関する数式５４と、Ｈ3に関する数式２４、Ｈ2に
関する数式２５、Ｈrに関する数式１とを満たす様にする。一例としては、Ｖth＝１．５
Ｖとして、δ＝０．１Ｖ、γ＝１Ｖとし、正電源電位Ｖdd＝４．８Ｖ、第三高電位Ｈ3＝
１．６Ｖ、第二高電位Ｈ2＝７．３Ｖ、仮の基準高電位Ｈr＝４．０５Ｖとする。
【０１４１】
トランジスターサイズに関しては、数式６と数式３４、数式３６、数式３８から数式５
６とする。
【０１４２】
【数５６】
この様な電気関係とトランジスターサイズとを採用する事で、高感度で正確な計測が実
現する。但し、Ｔ３とＴ４とは、実際には列選択トランジスターと行選択トランジスター
との直列接続なので、列選択トランジスターや行選択トランジスターのＺはＺ3やＺ4の二
倍とする。即ち、Ｔ３ＣやＴ３Ｒ、Ｔ４Ｃ、Ｔ４ＲのＺをそれぞれＺ3C、Ｚ3R、Ｚ4C、Ｚ
4Rにて表現した時に数式５７とする。
【０１４３】
【数５７】
【０１４４】
「平面レイアウト」
図６は、本実施形態に係わる温度センサーで使用される各種回路の平面レイアウトを説
明する図で、（ａ）は出力回路、（ｂ）は列選択トランジスター、（ｃ）は計測セル（ｉ
，ｊ）である。以下、図６を参照して、これらの回路の平面レイアウトを説明する。
【０１４５】
薄膜トランジスターの製造方法は後に詳述するが、薄膜トランジスターは半導体層ＳＬ
の他に、ゲート電極を構成するゲート配線金属層ＧＭと、ソースドレイン電極に主として
接続するソース配線金属層ＳＭとを有する。これら三層の間には絶縁膜が設けられて、コ
ンタクトホールで接続されぬ限り、電気的に分離されている。図６（ａ）に示す様に、カ
レントミラー対Ｔ５とＴ６とは平面的に隣接して形成される。即ち、Ｔ５の半導体層ＳＬ
とＴ６の半導体層ＳＬとは隣り合わせに配置される。両半導体層は、それらの間に別の半
導体層が位置することはなく、デザインルールが許す限り、出来る限り近くに配置される
。ゲート電極は無論共通で、Ｔ５のゲート電極とＴ６のゲート電極が直線になる様に、最
短距離で配置される。また、両トランジスターのソースはゲート配線金属層ＧＭにて接続
され、Ｔ７のドレインに接続される。Ｔ５とＴ６との配置が近く、ゲート電極が最短距離
で形成され、ソースコンタクトがゲート配線金属層ＧＭにて接続される為、両トランジス
ターの温度はほぼ等しくなり、カレントミラー対は正確に動作する事になる。
【０１４６】
同様に、図６（ｂ）に示す様に、列選択トランジスター対Ｔ３ＣとＴ４Ｃも両トランジ
スターの半導体層ＳＬを隣接させ、ゲート電極が直線になる様に配置される。これにより
、両トランジスターの温度がほぼ等しくなり、列選択トランジスター対に起因する増幅誤
差を最小とできる。
【０１４７】
計測セルでは、図６（ｃ）に示す様に、差動トランジスター対Ｔ１とＴ２とが隣接して
配置され、両トランジスターのドレインがゲート配線金属層ＧＭにてＶddに接続される。
これにより、両トランジスターの温度がほぼ等しくなり、正確な差動増幅がなされる。又
、行選択トランジスター対Ｔ３ＲとＴ４Ｒも両トランジスターの半導体層ＳＬを隣接させ
、ゲート電極が直線になる様に配置される。これにより、両トランジスターの温度がほぼ
等しくなり、行選択トランジスター対に起因する増幅誤差を最小とできる。
【０１４８】
「温度センサーの製造方法」
温度センサー１では、柔軟性を有するプラスチックフィルムの基板２に薄膜回路を形成
してあるが、ここでは温度センサー１の製造方法を述べる。具体的には、最初にガラス基
板に形成された薄膜回路を剥離して、プラスチックフィルムに転写する方法で温度センサ
ー１を製造する。
【０１４９】
第一工程として、製造元基板となるガラス基板上に剥離層を設ける。剥離層は厚みが５
０ｎｍ程の水素化非晶質シリコン膜である。この剥離層上に下地絶縁膜となる酸化硅素膜
を成膜した後に、薄膜トランジスターなどからなる薄膜回路を製造する。薄膜回路は、公
知の低温工程多結晶シリコン薄膜トランジスターの製造方法を適応する。具体的には、下
地絶縁膜上にレーザー結晶化された多結晶シリコン半導体層を設け、その後に、酸化硅素
膜を用いたゲート絶縁層と、アルミニウム又はアルミニウムに添加物を加えた金属を用い
たゲート電極（ゲート配線金属層ＧＭ）とを作成する。更に、酸化硅素膜を用いた第一層
間絶縁層、アルミニウム又はアルミニウムに添加物を加えた金属を用いたソースコンタク
ト及びドレインコンタクト（ソース配線金属層ＳＭ）、ポリイミド系の樹脂を用いた第二
層間絶縁層（保護膜）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）を用いた電極端子（実装端子）を作成する。
【０１５０】
次に第二工程として、仮接着剤を薄膜回路表面に塗布し、製造元基板を仮転写基板に貼
り付ける。仮接着剤としては、アクリル系の樹脂に水溶性を与えるべくポリビニルピロリ
ドン樹脂を混合したものを用いる。仮転写基板は平滑なガラス基板である。
【０１５１】
次に第三工程として、製造元基板を取り外し、薄膜回路を仮転写基板に移す。製造元基
板を取り外す方法としては、製造元基板裏面からレーザー光を照射して剥離層の内部又は
界面に於ける密着力を弱め、次いで製造元基板と仮転写基板とを引き剥がす。こうする事
で薄膜回路は仮転写基板に移される。
【０１５２】
次に第四工程して、薄膜回路裏面に残る剥離層を除去し、例えばイオナイザーを用いて
薄膜回路裏面に存在する電荷を除去する。此により剥離帯電や乾燥時の空気との摩擦帯電
を或る程度除去できる。
【０１５３】
次に第五工程として、例えばアクリル系の樹脂からなる永久接着剤を用いてプラスチッ
クフィルムの第一面側に薄膜回路裏面を貼り付ける。プラスチックフィルムとしては、ポ
リイミドなどの耐熱性の高いフィルムを用いることができる。
【０１５４】
プラスチックフィルムを貼り付けた後、第六工程として、プラスチックフィルム第二面
側（第一面側と反対の面）に一時接着剤を用いて支持基板を接着する。この一時接着剤は
熱や紫外光などの刺激で容易に接着性を喪失する材料で、且つ先の仮接着剤を溶解する溶
媒には溶けない材質である。
【０１５５】
次に第七工程として、仮接着剤を溶解する溶媒（この場合には水）を用いて仮転写基板
を外す。その後、仮接着剤を洗浄して除去する。
【０１５６】
次に第八工程として、実装作業を行う。まず、実装端子にテープ配線を実装する。この
際には異方性導電ペーストや異方性導電フィルムを実装端子とテープ配線との間に配置し
て両者を接着する。その後、熱や紫外光などの刺激を一時接着剤に加えて、支持基板を取
り外す。最後にテープ配線は温度センサー１の外に設けられた外部コントローラーに接続
される。こうして、温度センサー１が完成する。
【０１５７】
尚、基板２は上述のプラスチックフィルムの他に、厚みが５０マイクロメーターから５
００マイクロメーター程度の薄い金属箔や、厚みが１０マイクロメーターから２００マイ
クロメーター程度の薄いガラスであっても良い。これらの基板は可撓性を有するので、ロ
ボットの皮膚と云った様なあらゆる形状に適応できるが、平面形状の用途に温度センサー
１を使用する場合には、厚みが０．４ｍｍから２ｍｍ程度のガラスを基板として使用して
も良い。又、製造方法も厚いガラスに薄膜回路を形成した後にガラスを薄く削る方法や、
プラスチックフィルムや金属箔に直接薄膜回路を形成する方法であっても良い。直接形成
する場合には非晶質シリコン薄膜トランジスターや、亜鉛又は錫を含む酸化物を半導体層
に利用した酸化物薄膜トランジスター等を利用することが出来る。
【０１５８】
上述した通り、本実施形態に係わる温度センサー１によれば、以下の効果を得る事がで
きる。
薄膜トランジスターはマイクロメーター単位で形成できるため、空間分解能が数マイク
ロメーターと極めて高い温度センサーを実現できる。又、トランジスターの自己発熱の影
響を受ける事なく、正確な温度計測が可能になる。更に、第一計測用薄膜トランジスター
と第二計測用薄膜トランジスターとが異なった温度範囲を対象として温度を計測するので
、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０１５９】
又、第一容量素子の容量と第二容量素子の容量とを変える事で、広い温度範囲に渡って
正確な温度計測を実現できる。
【０１６０】
又、Ｃ1／Ｗ01の値をＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲とする事で、第一計測用薄
膜トランジスターと第一容量素子とで比較的高い温度範囲を対象として温度計測をし、第
二計測用薄膜トランジスターと第二容量素子とで比較的低い温度範囲を対象として温度計
測をするので、広い温度範囲に渡って正確な温度計測を行う事ができる。
【０１６１】
又、更に、計測セルが第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを備えると、第
一計測用薄膜トランジスターと第二計測用薄膜トランジスターと第三計測用薄膜トランジ
スターとが、それぞれ異なった温度範囲を対象として温度を計測するので、極めて広い温
度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０１６２】
又、更に、第一容量素子の容量と、第二容量素子の容量と、第三容量素子の容量と、が
それぞれ異なっているので、それぞれが異なった温度範囲を対象として温度を計測する事
が可能になり、極めて広い温度範囲に渡って正確な温度計測を実現できる。
【０１６３】
又、Ｃ1／Ｗ01の値をＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲とし、Ｃ2／Ｗ02の値をＣ3
／Ｗ03の値のほぼ８倍から５０倍の範囲できるので、第一計測用薄膜トランジスターと第
一容量素子とで比較的高い温度範囲を対象として温度計測をし、第三計測用薄膜トランジ
スターと第三容量素子とで比較的低い温度範囲を対象として温度計測をし、第二計測用薄
膜トランジスターと第二容量素子とで中間の温度範囲を対象として温度計測を行い、著し
く広い温度範囲に渡って正確な温度計測を行う事ができる。
【０１６４】
又、計測セルを第一の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第一の方向に関す
る温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第一の方向に沿って異なっていても、正
確に温度を計測できる。
【０１６５】
又、計測セルを第二の方向に複数個配置して、個別に選択するので、第二の方向に関す
る温度の空間分布を計測できる。従って、温度が第二の方向に沿って異なっていても、正
確に温度を計測できる。
【０１６６】
又、各計測セルに差動トランジスター対が設けられているので、面状の温度センサーが
大面積となっても、高精細になっても、高精度に温度を計測する事ができる。又、温度の
計測期間と計測結果の出力期間とを分ける事ができるので、計測時に薄膜トランジスター
が自己発熱することなく、正確な温度測定が実現する。
【０１６７】
（実施形態２）
「一つの差動入力対を複数の計測用薄膜トランジスターが兼用する形態」
図７は、実施形態２に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、本実施形
態に係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については
、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【０１６８】
本実施形態（図７）は実施形態１（図３）と比べて、計測セル内に設けられた差動入力
対の数が異なっている。それに伴って、計測セル内の回路形態も変わっている。それ以外
の構成は、実施形態１とほぼ同様である。
【０１６９】
図７に示す様に、ｉ行ｊ列に位置する計測セル（ｉ，ｊ）の内部にＴ０１と、Ｃｐ１と
、Ｔ０２と、Ｃｐ２と、Ｔ０３と、Ｃｐ３と、が設けられている。Ｔ０１とＴ０２とＴ０
３のドレイン電極は、Ｃｐ１とＣｐ２とＣｐ３の第一電極にそれぞれ接続し、更にスイッ
チングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のソースドレイン電極の一方に接続している。こ
こでは、説明の便宜上、Ｔ０１とＴ０２とＴ０３のドレイン電極が接続している電極を、
スイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のソース電極とする。Ｔ０１とＴ０２とＴ
０３のソース電極は充電用列線ＣＣに接続し、ゲート電極は充電用行線ＲＣに接続してい
る。Ｃｐ１とＣｐ２とＣｐ３の第二電極は第二電源（負電源Ｖss）に接続している。スイ
ッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のドレイン電極は第一薄膜トランジスターＴ１
のゲート電極に接続している。又、スイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のゲー
ト電極は、それぞれスイッチング用行線ＲＳ（３ｉ）とＲＳ（３ｉ−１）、ＲＳ（３ｉ−
２）とに接続している。第一薄膜トランジスターＴ１と第二薄膜トランジスターＴ２のド
レイン電極は第一電源（正電源Ｖdd）に接続し、ソース電極は行選択トランジスターＴ３
ＲとＴ４Ｒのドレイン電極に接続している。行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒのソー
ス電極は、それぞれｊ列目の奇数列線ＣＯ（ｊ）と偶数列線ＣＥ（ｊ）とに接続している
。行選択トランジスターＴ３ＲとＴ４Ｒのゲート電極は、共にｉ行目の行線Ｒ（ｉ）に接
続している。
【０１７０】
Ｔ０１とＴ０２とＴ０３とでは、いずれもチャンネル形成領域幅が異なっており、幅Ｗ
01は１μｍで、幅Ｗ02は１０μｍで、幅Ｗ03は１００μｍある。又、Ｃｐ１とＣｐ２とＣ
ｐ３とでは、いずれも容量が異なっている。Ｃｐ１は、第一電極と第二電極のサイズが２
００μｍ×２００μｍで、誘電体膜（好適例としてＳｉＯ2）の厚みが６９ｎｍで有るの
で、容量Ｃ1は２０ｐＦである。一方、Ｃｐ２は、第一電極と第二電極のサイズが２００
μｍ×１００μｍで、誘電体膜の厚みは同じく６９ｎｍで有るので、容量Ｃ2は１０ｐＦ
である。Ｃｐ３は、第一電極と第二電極のサイズが１００μｍ×１００μｍで、誘電体膜
の厚みは同じく６９ｎｍで有るので、容量Ｃ3は５ｐＦである。この結果、Ｃ1／Ｗ01の値
は２０ｐＦ／μｍとなり、Ｃ2／Ｗ02の値は１ｐＦ／μｍとなるので、Ｃ1／Ｗ01の値はＣ
2／Ｗ02の値の２０倍となっている。又、Ｃ3／Ｗ03の値は０．０５ｐＦ／μｍとなるので
、Ｃ2／Ｗ02の値はＣ3／Ｗ03の値の２０倍となっている。従って、実施形態１の表１に記
載されている様に、計測期間ＭＰの長さが２．５ミリ秒の場合、Ｔ０１とＣｐ１との組が
５０℃から１３０℃の温度範囲を計測でき、Ｔ０２とＣｐ２との組が１０℃から６０℃の
温度範囲を計測でき、Ｔ０３とＣｐ３との組が−３０℃から１０℃の温度範囲を計測でき
る。尚、スイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３のチャンネル形成領域幅Ｗsは計
測用薄膜トランジスターＴ０の最小幅の１０分の１以下が好ましい。計測用薄膜トランジ
スターＴ０で一番幅が狭いのはＴ０１で有るので、具体的にはＷs≦Ｗ01／１０とするの
が好ましい。こうすると計測期間ＭＰにスイッチングトランジスターＳ１とＳ２とＳ３と
を介して第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電極への漏れ電流が少なくなり、計測精度
が高められるからである。
【０１７１】
温度は以下に記す手順で計測される。まず、実施形態１で詳述した様に、ヒートリザー
ヴォアーの温度計測を行った際に、ＬＤＯＵＴ出力とＸＬＤＯＵＴ出力とが等しくなる様
に（Ｖ5＝Ｖ6となる様に）差動トランジスター対毎に提供するＶrefの基準高電位値を定
め、これを外部コントローラーに設けられている記憶装置に記憶させる。その後に温度セ
ンサー１を計測対象に配置し、計測を開始する。
【０１７２】
次に、準備期間ＰＰに先立ち、第一薄膜トランジスターのゲート電極をリセットする。
これは、充電用列線ＣＣを負電源電位Ｖssとした状態で、総ての計測用薄膜トランジスタ
ーＴ０と総てのスイッチングトランジスターＳとを一時的にオン状態とする。このリセッ
ト動作後に総てのスイッチングトランジスターＳをオフ状態として、容量素子Ｃｐを充電
する。これは充電用列線ＣＣを正電源電位Ｖddとした状態で、総ての計測用薄膜トランジ
スターＴ０を一時的にオン状態とする事で達せられる。
【０１７３】
次に、計測期間ＭＰに移る。これは充電用列線ＣＣを負電源電位Ｖssとした状態で、総
ての計測用薄膜トランジスターＴ０をオフ状態とする。
【０１７４】
次に、出力期間ＯＰに移る。温度の計測結果は、計測セルを順次選択して出力する。計
測セル（ｉ，ｊ）は、ｉ行目の行線Ｒ（ｉ）とｊ列目の列線ＣＬ（ｊ）とに選択信号（第
二高電位Ｈ2）を供給する事で、選択される。計測セル（ｉ，ｊ）が選択されている状態
で、幅容量比Ｃq／Ｗ0qが小さい順にスイッチングトランジスターＳを選択して行く。本
実施形態では最初にＴ０３とＣｐ３とを選択し（ＲＳ（３ｉ−２）に第二高電位Ｈ2を供
給し）、次いでＴ０２とＣｐ２を選択し（ＲＳ（３ｉ−１）に第二高電位Ｈ2を供給し）
、最後にＴ０１とＣｐ１を選択する（ＲＳ（３ｉ）に第二高電位Ｈ2を供給する）。即ち
、各計測セルで測定対象温度範囲が低いＴ０ｑとＣｐｑとの組から順に選択して行く。容
量素子の第一電極電位の低い順に計測する事で広い範囲の温度を正確に計測する事ができ
る。これは次の例から分かる。例えば温度が−１０℃で有ったとする。この際に、Ｃｐ１
の第一電極電位は０．９９９Ｖddとなり、Ｃｐ２の第一電極電位は０．９８１Ｖddとなり
、Ｃｐ３の第一電極電位は０．６８７Ｖddとなる。従って、Ｃｐ３から測定して行けば、
正確な測定が為される。これに対して、もしＣｐ３に先だってＣｐ１又はＣｐ２の測定が
なされると、その測定によって第一薄膜トランジスターＴ１のゲート電極が充電されるの
で、Ｃｐ３の測定時にそれが誤差として載って仕舞う。又、例えば温度が１００℃で有っ
たとする。この際に、Ｃｐ１の第一電極電位は０．４５４Ｖddとなり、Ｃｐ２の第一電極
電位は０Ｖとなり、Ｃｐ３の第一電極電位も０Ｖである。従って、Ｃｐ３からＣｐ２、Ｃ
ｐ１へと測定しても、Ｃｐ３やＣｐ２の測定がＣｐ１の測定に影響することなく、正確な
測定が為される。この様に一つの計測セル内にｋ個の容量素子Ｃｐｑが設けられている場
合、幅容量比Ｃｑ／Ｗ０ｑの小さい順にスイッチングトランジスターＳをオン状態にして
行き、測定対象温度範囲が低い順に各計測セルでの温度計測結果を出力する。
【０１７５】
上述した通り、本実施形態に係わる温度センサー１によれば、実施形態１での効果に加
え、以下の効果を得る事ができる。
各計測セルで一つの差動トランジスター対を使用するので、少なくとも計測セル内では
差動トランジスター対に起因する計測誤差を完全に回避できる。その結果、より正確な計
測が実現される。又、各計測セルが有するトランジスター数が減るので、計測セルの面積
を狭くし得る。その結果、計測セルを高密度に配置する事ができ、温度計測に於ける空間
分解能を高める事が可能となる。
【０１７６】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良な
どを加える事が可能である。変形例を以下に述べる。
【０１７７】
（変形例１）
「回路がＰＭＯＳにて形成されている形態」
図８は、変形例１に係わる温度センサーの回路を説明する図である。以下、本変形例に
係わる温度センサーについて説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同
一の番号を附し、重複する説明は省略する。
本変形例（図８）は実施形態１（図３）と比べて、温度センサー１の回路を構成する薄
膜トランジスターの伝導型が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様で
ある。
【０１７８】
実施形態１ではＮ型の薄膜トランジスターを用いて温度センサー１の回路（計測回路３
と出力回路４、及び第二処理回路６２の列選択トランジスター）を構成していたが、本変
形例ではＰ型の薄膜トランジスターＴ１からＴ７を用いてこれらの回路を構成する。この
場合、第一電源が負電源Ｖssとなり、第二電源が正電源Ｖddとなる。又、Ｐ型薄膜トラン
ジスターのソースドレインは電位の高い方がソースとなり、電位の低い方がドレインにな
る。図８には参考の為にソースとドレインとをｓとｄとで示してある。Ｐ型薄膜トランジ
スターとしては、半導体層にポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コージチオフェン）
（Ｆ８Ｔ２）や、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ［５，５’−ビス
（３−ドデシル−２チニル）−２，２’−ビチオフェン］（ＰＱＴ−１２）、ＰＢＴＴＴ
、ペンタセン等の有機物を使用した有機物薄膜トランジスターを使用することができる。
【０１７９】
トランジスターサイズに関しては、実施形態１と同じである。駆動方法は実施形態１の
図４と同じだが、非選択期間の電位をＶddとし、選択期間の各種高電位Ｈ2やＨ3、Ｈrを
Ｖddに対して負の絶対値が大きくなる様に変える。尚、Ｐ型薄膜トランジスターの閾値電
圧ＶthPは負である。具体的には、Ｖddに関する数式５４は数式５８へと変えられる。
【０１８０】
【数５８】
又、Ｈ3に関する数式２４は数式５９へと変えられる。
【０１８１】
【数５９】
又、Ｈ2に関する数式２５は数式６０へと変えられる。
【０１８２】
【数６０】
又、Ｈrに関する数式１は数式６１へと変えられる。
【０１８３】
【数６１】
【０１８４】
従って、例えば、ＶthP＝−１．５Ｖとして、δP＝−０．１Ｖ、γP＝−１Ｖ、Ｖss＝
０Ｖとし、Ｖdd＝４．８Ｖ、Ｈ3＝３．２Ｖ、Ｈ2＝−２．５Ｖ、Ｈr＝０．７５Ｖとする
。ここでのＨ2様に、負電圧を準備するのが困難な場合、総ての電位が正になる様にＶdd
とＶssを一定量ずらしても良い。例えば、Ｖddに関する数式５８を数式６２へと変える。
【０１８５】
【数６２】
これに応じて、Ｖssを数式６３へと変える。
【０１８６】
【数６３】
上記例では全体が２．５Ｖずれて、Ｖdd＝７．３Ｖ、Ｖss＝２．５Ｖ、Ｈ3＝５．７Ｖ
、Ｈ2＝０Ｖ、Ｈr＝３．２５Ｖとなる。
【０１８７】
上述した通り、本変形例に係わる温度センサー１によれば、Ｎ型の薄膜トランジスター
を使用せずに、Ｐ型の薄膜トランジスターで温度センサー１を実現できる。
【０１８８】
尚、上記の例では計測回路３と出力回路４、及び第二処理回路６２の列選択トランジス
ターを総てＰ型の薄膜トランジスターで形成したが、これ以外にもこれらの回路の一部を
Ｐ型とし、他の部分をＮ型としても良い。例えば出力回路４をＰ型薄膜トランジスターで
形成し、計測回路３をＮ型薄膜トランジスターで形成しても良い。更には、差動トランジ
スター対（Ｔ１とＴ２との対）や、行選択トランジスター対（Ｔ３ＲとＴ４Ｒとの対）、
列選択トランジスター対（Ｔ３ＣとＴ４Ｃとの対）、カレントミラー対（Ｔ５とＴ６との
対）と云った各対の内部で対をなす薄膜トランジスターが同一伝導型で有れば、対間では
薄膜トランジスターの伝導型が異なっていても構わない。
【符号の説明】
【０１８９】
１…温度センサー、２…基板、３…計測回路、４…出力回路、５１…第一選択回路、５
２…第一処理回路、６１…第二選択回路、６２…第二処理回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度を計測する計測セルを含む温度センサーであって、
前記計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと、第一容量素子と、第二計測用薄膜
トランジスターと、第二容量素子と、を少なくとも備え、
前記第一容量素子は前記第一計測用薄膜トランジスターに接続され、
前記第二容量素子は前記第二計測用薄膜トランジスターに接続され、
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅と前記第二計測用薄膜トランジスターの幅とが
異なるか、又は、前記第一容量素子の容量と前記第二容量素子の容量とが異なる事を特徴
とする温度センサー。
【請求項２】
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅をＷ01とし、前記第一容量素子の容量をＣ1と
し、前記第二計測用薄膜トランジスターの幅をＷ02とし、前記第二容量素子の容量をＣ2
とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲にある事を特徴とす
る請求項１に記載の温度センサー。
【請求項３】
更に、前記計測セルは、第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも
備え、
前記第三容量素子は前記第三計測用薄膜トランジスターに接続し、
前記第三計測用薄膜トランジスターの幅は、前記第一計測用薄膜トランジスターの幅と
も、前記第二計測用薄膜トランジスターの幅とも、異なっている事を特徴とする請求項１
に記載の温度センサー。
【請求項４】
更に、前記計測セルは、第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも
備え、
前記第三容量素子は前記第三計測用薄膜トランジスターに接続し、
前記第三容量素子の容量は、前記第一容量素子の容量とも、前記第二容量素子の容量と
も、異なっている事を特徴とする請求項１又は３に記載の温度センサー。
【請求項５】
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅をＷ01とし、前記第一容量素子の容量をＣ1と
し、前記第二計測用薄膜トランジスターの幅をＷ02とし、前記第二容量素子の容量をＣ2
とし、前記第三計測用薄膜トランジスターの幅をＷ03とし、前記第三容量素子の容量をＣ
3とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲にあり、Ｃ2／Ｗ02
の値がＣ3／Ｗ03の値の８倍から５０倍の範囲にある事を特徴とする請求項３又は４に記
載の温度センサー。
【請求項６】
更に、第一の方向に沿って配置され、前記計測セルを選択する第一選択回路を備え、
前記計測セルは前記第一の方向に沿って複数個配置される事を特徴とする請求項１乃至
５のいずれか一項に記載の温度センサー。
【請求項７】
更に、前記第一の方向と交差する第二の方向に沿って配置され、前記計測セルを選択す
る第二選択回路を備え、
前記計測セルは前記第二の方向に沿って複数個配置される事を特徴とする請求項６に記
載の温度センサー。
【請求項８】
更に、第一薄膜トランジスターと第二薄膜トランジスターとを備え、
前記第一薄膜トランジスターと前記第二薄膜トランジスターとは差動トランジスター対
をなし、
前記第一薄膜トランジスターのゲートは前記第一計測用薄膜トランジスターのソース又
はドレインの一方に接続される事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の温
度センサー。
【請求項１】
温度を計測する計測セルを含む温度センサーであって、
前記計測セルは、第一計測用薄膜トランジスターと、第一容量素子と、第二計測用薄膜
トランジスターと、第二容量素子と、を少なくとも備え、
前記第一容量素子は前記第一計測用薄膜トランジスターに接続され、
前記第二容量素子は前記第二計測用薄膜トランジスターに接続され、
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅と前記第二計測用薄膜トランジスターの幅とが
異なるか、又は、前記第一容量素子の容量と前記第二容量素子の容量とが異なる事を特徴
とする温度センサー。
【請求項２】
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅をＷ01とし、前記第一容量素子の容量をＣ1と
し、前記第二計測用薄膜トランジスターの幅をＷ02とし、前記第二容量素子の容量をＣ2
とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲にある事を特徴とす
る請求項１に記載の温度センサー。
【請求項３】
更に、前記計測セルは、第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも
備え、
前記第三容量素子は前記第三計測用薄膜トランジスターに接続し、
前記第三計測用薄膜トランジスターの幅は、前記第一計測用薄膜トランジスターの幅と
も、前記第二計測用薄膜トランジスターの幅とも、異なっている事を特徴とする請求項１
に記載の温度センサー。
【請求項４】
更に、前記計測セルは、第三計測用薄膜トランジスターと第三容量素子とを少なくとも
備え、
前記第三容量素子は前記第三計測用薄膜トランジスターに接続し、
前記第三容量素子の容量は、前記第一容量素子の容量とも、前記第二容量素子の容量と
も、異なっている事を特徴とする請求項１又は３に記載の温度センサー。
【請求項５】
前記第一計測用薄膜トランジスターの幅をＷ01とし、前記第一容量素子の容量をＣ1と
し、前記第二計測用薄膜トランジスターの幅をＷ02とし、前記第二容量素子の容量をＣ2
とし、前記第三計測用薄膜トランジスターの幅をＷ03とし、前記第三容量素子の容量をＣ
3とした際に、Ｃ1／Ｗ01の値がＣ2／Ｗ02の値の８倍から５０倍の範囲にあり、Ｃ2／Ｗ02
の値がＣ3／Ｗ03の値の８倍から５０倍の範囲にある事を特徴とする請求項３又は４に記
載の温度センサー。
【請求項６】
更に、第一の方向に沿って配置され、前記計測セルを選択する第一選択回路を備え、
前記計測セルは前記第一の方向に沿って複数個配置される事を特徴とする請求項１乃至
５のいずれか一項に記載の温度センサー。
【請求項７】
更に、前記第一の方向と交差する第二の方向に沿って配置され、前記計測セルを選択す
る第二選択回路を備え、
前記計測セルは前記第二の方向に沿って複数個配置される事を特徴とする請求項６に記
載の温度センサー。
【請求項８】
更に、第一薄膜トランジスターと第二薄膜トランジスターとを備え、
前記第一薄膜トランジスターと前記第二薄膜トランジスターとは差動トランジスター対
をなし、
前記第一薄膜トランジスターのゲートは前記第一計測用薄膜トランジスターのソース又
はドレインの一方に接続される事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の温
度センサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３００３９（Ｐ２０１２−２３００３９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９２２６（Ｐ２０１１−９９２２６）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（５９７０６５３２９）学校法人 龍谷大学 (120)
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（５９７０６５３２９）学校法人 龍谷大学 (120)
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