DE102013217278A1 - Photodetektorschaltung und Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Photodetektorschaltung wird bereitgestellt, die Signale in verschiedenen Perioden erhalten kann, ohne von Eigenschaften eines photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden. Die Photodetektorschaltung hat n Signalausgabeschaltungen (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr), die an das photoelektrische Umwandlungselement angeschlossen sind. Des Weiteren beinhalten die n Signalausgabeschaltungen jeweils das Folgende: einen Transistor, dessen Gate-Potential sich gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht verändert; ein erstes Schaltelement, das das Gate-Potential des Transistors hält; und ein zweites Schaltelement, das ein von dem Transistor ausgegebenes Signal steuert. Nachdem Daten, die auf der Menge an in die photoelektrischen Umwandlungselemente einfallendem Licht basieren, als Gate-Potentiale der Transistoren gehalten worden sind, werden also die zweiten Schaltelemente eingeschaltet, wodurch Signale in verschiedenen Perioden erhalten werden können, ohne von Eigenschaften des photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photodetektorschaltung und eine Halbleitervorrichtung, die die Photodetektorschaltung beinhaltet.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Auf verschiedenen Gebieten werden Halbleitervorrichtungen verwendet, die Schaltungen (nachstehend auch als „Photodetektorschaltungen” bezeichnet), die Licht von außen empfangen und Signale entsprechend der Menge an einfallendem Licht ausgeben, beinhalten.
  • Ein Beispiel für Photodetektorschaltungen ist eine Photodetektorschaltung, die eine CMOS-Schaltung beinhaltet (nachstehend auch als CMOS-Sensor bezeichnet), und ein CMOS-Sensor beinhaltet ein photoelektrisches Umwandlungselement (z. B. eine Photodiode), das ermöglicht, dass ein Strom entsprechend der Menge an einfallendem Licht fließt, und eine Signalausgabeschaltung, die ein Potential basierend auf der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht hält und ein Signal entsprechend dem Potential ausgibt.
  • Es sei angemerkt, dass ein CMOS-Sensor die Menge an in ein photoelektrisches Umwandlungselement einfallendem Licht detektiert, indem in einer Signalausgabeschaltung, die einen MOS-Transistor beinhaltet, das Folgende durchgeführt wird: ein Vorgang, in dem ein in der Signalausgabeschaltung gehaltenes Potential (auch als Ladung bezeichnet) initialisiert wird (auch als Rücksetzvorgang bezeichnet); ein Vorgang, in dem ein Potential entsprechend der Menge des durch das photoelektrische Umwandlungselement fließenden Photostroms erzeugt wird (auch als Potentialerzeugungsvorgang bezeichnet); und ein Vorgang, in dem ein Signal entsprechend dem Potential ausgegeben wird (auch als Ausgabevorgang bezeichnet).
  • Als Beispiel für Halbleitervorrichtungen, die Photodetektorschaltungen beinhalten, kann eine Bildanzeigevorrichtung angegeben werden, bei der eine Photodetektorschaltung in jedem mehrerer Pixel bereitgestellt ist, die in einer Matrix angeordnet sind (z. B. siehe Patentdokument 1).
  • Bei der Bildanzeigevorrichtung wird in dem Fall, in dem ein zu detektierender Gegenstand (z. B. ein Stift oder ein Finger) auf einem Anzeigebildschirm existiert, ein Teil von Licht, das aus der Bildanzeigevorrichtung emittiert wird, von dem zu detektierenden Gegenstand reflektiert, und die Menge an reflektiertem Licht wird durch die Photodetektorschaltung detektiert, wodurch ein Bereich auf dem Anzeigebildschirm, wo der zu detektierende Gegenstand existiert, detektiert werden kann.
  • Des Weiteren kann als Beispiel für Halbleitervorrichtungen, die Photodetektorschaltungen beinhalten, eine medizinische diagnostische Bildgebungsvorrichtung angegeben werden, die mit einem Szintillator und einem Flachbilddetektor versehen ist, der eine Vielzahl von Photodetektorschaltungen beinhaltet (z. B. siehe Patentdokument 2).
  • Bei der medizinischen diagnostischen Bildgebungsvorrichtung wird ein menschlicher Körper mit Strahlung aus einer Strahlenquelle (z. B. Röntgenstrahlen) bestrahlt, die durch den menschlichen Körper hindurch tretende Strahlung wird durch den Szintillator in Licht (z. B. sichtbares Licht) umgewandelt, und Bilddaten werden durch Detektieren des Lichts mittels einer Photodetektorschaltung in dem Flachbilddetektor gebildet, wodurch ein Bild des Inneren des menschlichen Körpers als elektronische Daten erhalten werden kann.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung, die verschiedene Daten unter Verwendung einer darin bereitgestellten Photodetektorschaltung auf die oben beschriebene Weise erhält, ist jedoch in einigen Fällen ein von der Photodetektorschaltung ausgegebenes Signal (auch als Detektionssignal bezeichnet) ein zusammengesetztes Signal einschließlich nicht nur eines Signals, das zum Erhalten von Daten erforderlich ist (auch als notwendiges Signal bezeichnet), sondern auch eines unnötigen Signals (auch als Rauschsignal bezeichnet).
  • Beispielsweise ist bei der vorstehenden Bildanzeigevorrichtung ein Signal, das einem „Licht, das von dem zu detektierenden Gegenstand reflektiert wird und in die Photodetektorschaltung einfällt,” entspricht und von der Photodetektorschaltung ausgegeben wird, ein notwendiges Signal. Andererseits ist ein Signal, das einem „Licht (Außenlicht), das von außerhalb der Vorrichtung einfällt, so beispielsweise Sonnenlicht oder Leuchtstofflicht,” entspricht und von der Photodetektorschaltung ausgegeben wird, ein Rauschsignal.
  • Darüber hinaus könnte es sein, da bei der vorstehenden medizinischen diagnostischen Bildgebungsvorrichtung ein Phänomen (so genanntes Nachleuchten) in einem aus dem Szintillator emittiertem Licht auftritt, wobei eine Lichtemission selbst nach dem Beenden der Strahlungsemission andauert, dass das von dem Flachbilddetektor empfangene Licht sowohl „Licht, das wegen der Strahlungsemission emittiert wird,” als auch „Licht, das durch Nachleuchten emittiert wird,” enthält.
  • In diesem Fall ist ein Signal, das dem „Licht, das wegen der Strahlungsemission emittiert wird,” entspricht und von einer Photodetektorschaltung ausgegeben wird, ein notwendiges Signal. Andererseits ist ein Signal, das dem „Licht, das durch Nachleuchten emittiert wird,” entspricht und von einer Photodetektorschaltung ausgegeben wird, ein Rauschsignal.
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, nämlich dass ein von einer Photodetektorschaltung ausgegebenes Detektionssignal nicht nur ein notwendiges Signal, sondern auch ein Rauschsignal enthält, ist es effektiv, nur ein Rauschsignal selektiv von einem zusammengesetzten Signal zu entfernen. Um dies zu erreichen, ist beispielsweise als Bildanzeigevorrichtung eine Vorrichtung, die in einer Matrix angeordnete Photodetektorschaltungen (CMOS-Sensoren) beinhaltet, in Nicht-Patentdokument 1 vorgeschlagen.
  • Bei einer Bildanzeigevorrichtung in Nicht-Patentdokument 1 (siehe 3 in Nicht-Patentdokument 1) dienen in jeder der in einer Matrix angeordneten Photodetektorschaltungen (in Nicht-Patentdokument 1 als Photosensoren bezeichnet) ein Transistor M1, ein Transistor M2 und ein Kondensator CINT als Signalausgabeschaltung, und ein Element D1 dient als photoelektrisches Umwandlungselement.
  • Zusätzlich werden, nachdem ein Rücksetzvorgang und ein Potentialerzeugungsvorgang in einer Periode, während deren ein zu detektierender Gegenstand durch Anmachen einer Hintergrundbeleuchtung mit Licht bestrahlt wird, in den Photodetektorschaltungen in ungeradzahligen Zeilen durchgeführt worden sind, ein Rücksetzvorgang und ein Potentialerzeugungsvorgang in einer Periode, während deren der zu detektierende Gegenstand durch Ausmachen der Hintergrundbeleuchtung nicht mit Licht bestrahlt wird, in den Photodetektorschaltungen in geradzahligen Zeilen durchgeführt.
  • Es sei angemerkt, dass das Zeitintervall zwischen dem Aus- und Anmachen der Hintergrundbeleuchtung kurz ist, und dass man annehmen kann, dass sich der zu detektierende Gegenstand zwischen dem Anmachen der Hintergrundbeleuchtung und dem Ausmachen der Hintergrundbeleuchtung kaum bewegt.
  • Danach werden Ausgabevorgänge gleichzeitig in den Photodetektorschaltungen in zwei benachbarten Zeilen durchgeführt, und ein Unterschied zwischen ihren Detektionssignalen wird erhalten. Dieser Vorgang wird dann sequenziell durchgeführt, so dass Ausgabevorgänge in den Photodetektorschaltungen in allen Zeilen durchgeführt werden.
  • Ein Unterschied zwischen Detektionssignalen, die auf diese Weise unter Verwendung von Photodetektorschaltungen in zwei benachbarten Zeilen erhalten werden, ist ein präzises Signal, das nur ein notwendiges Signal enthält, weil ein Signal (Rauschsignal), das der Menge an Licht entspricht, das in die Photodetektorschaltung einfällt, wenn die Hintergrundbeleuchtung ausgemacht wird, von einem Signal (zusammengesetzten Signal) entfernt wird, das der Menge an Licht entspricht, das in die Photodetektorschaltung einfällt, wenn die Hintergrundbeleuchtung angemacht wird.
  • Mit anderen Worten: eine Vielzahl von Detektionssignalen (mindestens zwei oder mehr Detektionssignale) wird unter Verwendung von Photodetektorschaltungen erhalten, und ein präzises Detektionssignal wird unter Verwendung der Vielzahl von Detektionssignalen erhalten.
  • [Referenz]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-079589
    • [Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-250785
  • [Nicht-Patentdokument]
    • [Nicht-Patentdokument 1] K. Tanaka u. a., „A System LCD with Optical Input Function using Infra-Red Backlight Subtraction Scheme (eine System-Flüssigkristallanzeige mit einer optischen Eingabefunktion unter Verwendung eines Infrarot-Hintergrundbeleuchtungs-Subtraktionsschemas", SID 2010 Digest, Seiten 680–683
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Bei einer in Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Struktur sind jedoch mindestens zwei benachbarte Photodetektorschaltungen erforderlich, um Detektionssignale in verschiedenen Perioden zu erhalten (wenn die Hintergrundbeleuchtung angemacht wird und wenn die Hintergrundbeleuchtung ausgemacht wird).
  • In dem Fall, in dem es einen Unterschied zwischen Eigenschaften (z. B. Lichtempfindlichkeit) photoelektrischer Umwandlungselemente der zwei Photodetektorschaltungen gibt, weisen deshalb Detektionssignale, die von den zwei Photodetektorschaltungen ausgegeben werden, den Unterschied zwischen Eigenschaften der photoelektrischen Umwandlungselemente auf.
  • Angesichts des vorstehenden Problems ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der offenbarten Erfindung, eine Photodetektorschaltung bereitzustellen, die Detektionssignale in verschiedenen Perioden erhalten kann, ohne von Eigenschaften eines photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden.
  • Des Weiteren ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der offenbarten Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die die vorstehende Photodetektorschaltung beinhaltet.
  • Um das vorstehende Problem zu lösen, hat bei einer Ausführungsform der offenbarten Erfindung eine Photodetektorschaltung eine Konfiguration, bei der n Signalausgabeschaltungen (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) an ein photoelektrisches Umwandlungselement angeschlossen sind. Darüber hinaus beinhalten die n Signalausgabeschaltungen jeweils das Folgende: einen Transistor, dessen Gate-Potential sich gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht verändert und der ein Signal entsprechend dem Gate-Potential ausgibt; ein erstes Schaltelement, das zwischen dem photoelektrischen Umwandlungselement und dem Transistor angeschlossen ist und das Gate-Potential des Transistors hält; und ein zweites Schaltelement, das das Ausgeben des Signals von dem Transistor steuert.
  • In dem Fall, in dem die vorstehende Konfiguration einer Signalausgabeschaltung benutzt wird, kann das Gate-Potential des Transistors durch Ausschalten des ersten Schaltelements gehalten werden. Daher können Daten, die auf der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht basieren, in verschiedenen Perioden in verschiedenen Signalausgabeschaltungen gehalten werden. In den n Signalausgabeschaltungen werden Daten in verschiedenen Perioden (Daten, die auf der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht basieren,) gehalten, und dann werden die zweiten Schaltelemente eingeschaltet. Daher können Signale in verschiedenen Perioden erhalten werden, ohne von den Eigenschaften des photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden.
  • Mit anderen Worten: einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend beinhaltet eine Photodetektorschaltung ein photoelektrisches Umwandlungselement und n Signalausgabeschaltungen (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr), die an das photoelektrische Umwandlungselement angeschlossen sind. Die n Signalausgabeschaltungen beinhalten jeweils einen Transistor, dessen Gate-Potential sich gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht verändert und der ein Signal entsprechend dem Gate-Potential ausgibt; ein erstes Schaltelement, das zwischen dem photoelektrischen Umwandlungselement und dem Transistor angeschlossen ist und das Gate-Potential hält; und ein zweites Schaltelement, das das Ausgeben des Signals steuert. Gate-Potentiale, die in den n Signalausgabeschaltungen gehalten werden, basieren auf der Menge an in verschiedenen Perioden in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht. Nachdem die Gate-Potentiale in den n Signalausgabeschaltungen gehalten worden sind, werden Signale entsprechend den Gate-Potentialen von den n Signalausgabeschaltungen ausgegeben.
  • Wenn die Photodetektorschaltung die oben beschriebene Konfiguration hat, kann die Photodetektorschaltung Signale in verschiedenen Perioden erhalten, ohne von Eigenschaften des photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden.
  • Bei der oben beschriebenen Photodetektorschaltung kann die Anzahl der Leitungen, die für Einschalt-/Ausschaltvorgänge der zweiten Schaltelemente in den n Signalausgabeschaltungen erforderlich sind, verringert werden, indem eine Leitung bereitgestellt wird, die an die zweiten Schaltelemente in den Signalausgabeschaltungen angeschlossen ist und Signale zum Steuern des Betriebs der zweiten Schaltelemente überträgt. Zusätzlich können, da Signale gleichzeitig von den n Signalausgabeschaltungen ausgegeben werden können, die Signale in kurzer Zeit erhalten werden.
  • Des Weiteren weist in dem Fall, in dem ein Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, als das erste Schaltelement in der vorstehenden Photodetektorschaltung verwendet wird, das erste Schaltelement einen sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand auf und kann daher das Gate-Potential des Transistors halten. Folglich ist ein von der Signalausgabeschaltung ausgegebenes Signal ein hochpräzises Signal, das Daten enthält, die der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht entsprechen.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, sowohl als das zweite Schaltelement als auch als der Transistor zusätzlich zu dem ersten Schaltelement verwendet wird, Elemente in den Signalausgabeschaltungen in den gleichen Schritten hergestellt werden können. Dementsprechend können die Zeitdauer und Kosten zum Herstellen von Photodetektorschaltungen verringert werden.
  • Des Weiteren wird in dem Fall, in dem die oben beschriebene Photodetektorschaltung für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, eine Konfiguration benutzt, bei der die Photodetektorschaltungen in einer Matrix angeordnet sind und Gate-Potentiale in den n Signalausgabeschaltungen in allen der in einer Matrix angeordneten Photodetektorschaltungen gehalten werden, und dann n Signale entsprechend den Gate-Potentialen von den Photodetektorschaltungen ausgegeben werden. Somit können Signale in verschiedenen Perioden von allen Photodetektorschaltungen in kurzer Zeit erhalten werden.
  • Konkrete Beispiele für Halbleitervorrichtungen umfassen beispielsweise Strahlungsbildgebungsvorrichtungen. In dem Fall, in dem die oben beschriebene Photodetektorschaltung für eine Strahlungsbildgebungsvorrichtung verwendet wird, beinhaltet die Strahlungsbildgebungsvorrichtung eine Strahlenquelle; einen Szintillator, der durch Empfangen einer von der Strahlenquelle ausgegebenen Strahlung Licht ausgibt; einen Photodetektormechanismus, der die in einer Matrix angeordneten Photodetektorschaltungen und einen Photodetektorschaltungs-Steuerabschnitt beinhaltet, der den Betrieb der Photodetektorschaltungen steuert; und einen Detektionssignal-Vergleichsabschnitt, der von dem Photodetektorschaltungs-Steuerabschnitt ausgegebene Signale vergleicht. Der Photodetektormechanismus kann eine Struktur haben, bei der Gate-Potentiale in den n Signalausgabeschaltungen in allen der in einer Matrix angeordneten Photodetektorschaltungen gehalten werden, die n Signale entsprechend den Gate-Potentialen von den Photodetektorschaltungen ausgegeben werden und dann der Detektionssignal-Vergleichsabschnitt die von den Photodetektorschaltungen ausgegebenen n Signale vergleicht.
  • Beispiele für andere Halbleitervorrichtungen als Strahlungsbildgebungsvorrichtungen sind beispielsweise Bildanzeigevorrichtungen. In dem Fall, in dem die oben beschriebene Photodetektorschaltung für eine Bildanzeigevorrichtung verwendet wird, beinhaltet die Bildanzeigevorrichtung einen Anzeigeabschnitt, in dem Pixel, die jeweils ein Anzeigeelement und eine Photodetektorschaltung beinhalten, in einer Matrix angeordnet sind; einen Anzeigeelement-Steuerabschnitt, der den Betrieb der Anzeigeelemente steuert; einen Photodetektorschaltungs-Steuerabschnitt, der den Betrieb der Photodetektorschaltungen steuert; und einen Bildsignalerzeugungsabschnitt, der Bildsignale unter Verwendung von Signalen erzeugt, die von dem Photodetektorschaltungs-Steuerabschnitt ausgegeben werden. Gate-Potentiale werden in den n Signalausgabeschaltungen in allen Photodetektorschaltungen in den in einer Matrix angeordneten Pixeln gehalten, und dann werden die n Signale entsprechend den Gate-Potentialen von den Photodetektorschaltungen ausgegeben, und der Bildsignalerzeugungsabschnitt erzeugt Bildsignale aus den n Signalen, die von den Photodetektorschaltungen ausgegeben werden.
  • Des Weiteren ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Photodetektorschaltung, die ein photoelektrisches Umwandlungselement und n Signalausgabeschaltungen (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) beinhaltet, die an das photoelektrische Umwandlungselement angeschlossen sind. Die n Signalausgabeschaltungen beinhalten jeweils einen Transistor, dessen Gate-Potential sich gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht verändert und der ein Signal entsprechend dem Gate-Potential ausgibt; ein erstes Schaltelement, das zwischen dem photoelektrischen Umwandlungselement und dem Transistor angeschlossen ist und das Gate-Potential hält; und ein zweites Schaltelement, das das Augeben des Signals von dem Transistor steuert. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Halten von Potentialen basierend auf der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht als Gate-Potentiale, indem die ersten Schaltelemente in den n Signalausgabeschaltungen in verschiedenen Perioden unabhängig von den Signalausgabeschaltungen ausgeschaltet werden; und Ausgeben von Signalen entsprechend den Gate-Potentialen, indem die zweiten Schaltelemente eingeschaltet werden.
  • Durch Ansteuern der Photodetektorschaltung durch das oben beschriebene Betriebsverfahren können bei der Photodetektorschaltung Signale entsprechend der Menge an in verschiedenen Perioden in das photoelektrische Umwandlungselement einfallendem Licht in kurzer Zeit erhalten werden, ohne von Eigenschaften des photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden.
  • Es sei angemerkt, dass bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Betreiben der Photodetektorschaltung die Gate-Potentiale in den n Signalausgabeschaltungen gleichzeitig zurückgesetzt werden können, indem Vorgänge zum Initialisieren der Gate-Potentiale gleichzeitig in den n Signalausgabeschaltungen durchgeführt werden. Folglich können Signale in kurzer Zeit erhalten werden.
  • Weiterhin können bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Betreiben der Photodetektorschaltung Signale gleichzeitig von den n Signalausgabeschaltungen ausgegeben werden, indem die Vorgänge zum Einschalten der zweiten Schaltelemente und die Vorgänge zum Ausschalten der zweiten Schaltelemente gleichzeitig in den n Signalausgabeschaltungen durchgeführt werden. Folglich können die Signale in kurzer Zeit erhalten werden.
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend hat eine Photodetektorschaltung eine Konfiguration, bei der n Ausgabeschaltungen (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) an ein photoelektrisches Umwandlungselement angeschlossen sind, und die Ausgabeschaltung beinhaltet einen Transistor, dessen Ausgangssignal sich gemäß dem Pegel eines erzeugten Potentials verändert, ein erstes Schaltelement, das ein Leck des Potentials aus der Ausgabeschaltung verhindert, und ein zweites Schaltelement, das das Ausgangssignal von dem Transistor steuert. In den n Ausgabeschaltungen werden, nachdem die Signale in verschiedenen Perioden (zu verschiedenen Zeitpunkten) in den Ausgabeschaltungen gehalten worden sind, die Signale von den n Ausgabeschaltungen ausgegeben.
  • Auf diese Weise kann eine Photodetektorschaltung bereitgestellt werden, die Signale in verschiedenen Perioden erhalten kann, ohne von Eigenschaften eines photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bei den begleitenden Zeichnungen:
  • 1A zeigt eine Konfiguration einer Photodetektorschaltung und 1B ist ein Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung;
  • 2 ist ein Betriebsablaufdiagramm einer Photodetektorschaltung;
  • 3A zeigt eine Konfiguration einer Photodetektorschaltung und 3B ist ein Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung;
  • 4 ist ein Betriebsablaufdiagramm einer Photodetektorschaltung;
  • 5 zeigt eine Konfiguration einer Photodetektorschaltung;
  • 6 zeigt eine Konfiguration einer Photodetektorschaltung;
  • 7A bis 7C zeigen jeweils eine Operationsverstärkerschaltung;
  • 8A und 8B zeigen ein Layout einer Photodetektorschaltung;
  • 9A und 9B zeigen ein Layout einer Photodetektorschaltung;
  • 10A und 10B zeigen eine Struktur einer Strahlungsbildgebungsvorrichtung;
  • 11A bis 11D zeigen den Betrieb einer Strahlungsbildgebungsvorrichtung;
  • 12 zeigt eine Struktur einer Bildanzeigevorrichtung;
  • 13 zeigt eine Konfiguration einer Bildanzeigevorrichtung;
  • 14A und 14B zeigen den Betrieb einer Bildanzeigevorrichtung; und
  • 15 zeigt eine Konfiguration einer Photodetektorschaltung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen ausführlich anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen in mehreren verschiedenen Modi implementiert werden können, und dass ein Fachmann leicht versteht, dass Modi und Details auf verschiedene Weisen modifiziert werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht so zu interpretieren, als sei sie auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt. In den Zeichnungen zur Erläuterung der Ausführungsformen sind die gleichen Teile oder Teile mit ähnlicher Funktion durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, und die Beschreibung derartiger Teile wird nicht wiederholt.
  • Es sei angemerkt, dass bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen „ein Anschluss” eines Transistors eine von einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode bezeichnet, und dass „der andere Anschluss” des Transistors die andere von der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode bezeichnet. Das heißt, dass dann, wenn ein Anschluss des Transistors die Source-Elektrode ist, der andere Anschluss des Transistors die Drain-Elektrode bezeichnet.
  • Es sei angemerkt, dass „elektrische Verbindung bzw. Anschluss” in dieser Beschreibung dem Zustand entspricht, in dem ein Strom, eine Spannung oder ein Potential zugeführt oder übertragen werden kann. Demgemäß bedeutet elektrische Verbindung nicht nur direkte Verbindung, sondern auch indirekte Verbindung über ein Schaltungselement, wie z. B. eine Leitung, einen Widerstand, eine Diode oder einen Transistor, wobei ein Strom, eine Spannung oder ein Potential zugeführt oder übertragen werden kann.
  • In dieser Beschreibung ist, sofern nichts anderes angegeben ist, der Strom in ausgeschaltetem Zustand bei einem n-Kanal-Transistor ein Strom, der zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode fließt, wenn das Potenzial einer Gate-Elektrode niedriger als oder gleich 0 V ist, wobei das Potenzial der Source-Elektrode als Bezugspotential verwendet wird und das Potenzial der Drain-Elektrode höher als diejenigen der Source-Elektrode und der Gate-Elektrode ist. Außerdem ist in dieser Beschreibung der Strom in ausgeschaltetem Zustand bei einem p-Kanal-Transistor ein Strom, der zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode fließt, wenn das Potenzial einer Gate-Elektrode höher als oder gleich 0 V ist, wobei das Potenzial der Source-Elektrode als Bezugspotential verwendet wird und das Potenzial der Drain-Elektrode niedriger als diejenigen der Source-Elektrode und der Gate-Elektrode ist.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Konfiguration und ein Betriebsverfahren einer Photodetektorschaltung anhand von 1A, 1B und 2 beschrieben.
  • <Konfiguration einer Photodetektorschaltung>
  • 1A zeigt ein Beispiel für einen Schaltplan, der eine Konfiguration einer Photodetektorschaltung darstellt. Die Photodetektorschaltung beinhaltet ein photoelektrisches Umwandlungselement 100 und zwei Signalausgabeschaltungen (eine erste Signalausgabeschaltung 101 und eine zweite Signalausgabeschaltung 102), die an das photoelektrische Umwandlungselement 100 angeschlossen sind.
  • <Photoelektrisches Umwandlungselement>
  • Als das photoelektrische Umwandlungselement 100 ist eine Photodiode in 1A und 1B gezeigt. Die Photodiode erzeugt einen Strom durch Bestrahlung mit Licht von außen, und der Wert des Photostroms verändert sich gemäß der Intensität von einfallendem Licht. Es sei angemerkt, dass das photoelektrische Umwandlungselement 100 nicht auf eine Photodiode beschränkt ist. Beispielsweise kann das photoelektrische Umwandlungselement 100 ein veränderlicher Widerstand sein. Der veränderliche Widerstand kann ein Paar von Elektroden und eine amorphe Siliziumschicht mit i-Typ-Leitfähigkeit zwischen dem Paar von Elektroden beinhalten. Die amorphe Siliziumschicht vom i-Typ kann auf eine Weise verwendet werden, die derjenigen einer Photodiode ähnlich ist, weil sich der Widerstand der amorphen Siliziumschicht vom i-Typ durch Bestrahlung mit Licht verändert.
  • Eine der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 ist an eine Leitung 111 (auch als Leitung PR bezeichnet) angeschlossen, und die andere der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 ist an die erste Signalausgabeschaltung 101 und die zweite Signalausgabeschaltung 102 angeschlossen.
  • Es versteht sich von selbst, dass eine der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 an die erste Signalausgabeschaltung 101 und die zweite Signalausgabeschaltung 102 angeschlossen sein kann, und dass die andere der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 an die Leitung 111 angeschlossen sein kann.
  • Die Signalausgabeschaltungen (die erste Signalausgabeschaltung 101 und die zweite Signalausgabeschaltung 102) halten Potentiale, die die Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht als Daten umfassen, und geben Detektionssignale entsprechend den Potentialen nach außen aus.
  • In der Beschreibung dieser Ausführungsform haben die zwei Signalausgabeschaltungen (die erste Signalausgabeschaltung 101 und die zweite Signalausgabeschaltung 102) die gleiche Struktur. Bestandteile in den Signalausgabeschaltungen sind deshalb durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt. Zum Beispiel werden sowohl ein Transistor in der ersten Signalausgabeschaltung 101 als auch ein Transistor in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 als „Transistor 120” bezeichnet.
  • <Detektionsschaltung>
  • Die erste Signalausgabeschaltung 101 beinhaltet das Folgende: einen Transistor 120, dessen Gate-Potential sich gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht verändert und der ein Signal entsprechend dem Gate-Potential ausgibt; ein erstes Schaltelement 121, das zwischen dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 und dem Transistor 120 angeschlossen ist, den Verbindungszustand dazwischen steuert und ein Potential hält, das an ein Gate des Transistors 120 angelegt wird; und ein zweites Schaltelement 122, das das Ausgeben des Signals von dem Transistor 120 steuert.
  • Das Gate des Transistors 120 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ist an eine Leitung 112 (auch als Leitung FD1 bezeichnet) angeschlossen, einer von Source(-Anschluss) und Drain(-Anschluss) des Transistors 120 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ist an eine Leitung 113 (auch als Leitung VR bezeichnet) angeschlossen, und der andere von Source und Drain des Transistors 120 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ist an eine von Elektroden des zweiten Schaltelements 122 angeschlossen.
  • Da das erste Schaltelement 121 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 das Potential hält, das an das Gate des Transistors 120 angelegt wird, ist bevorzugt, dass das erste Schaltelement 121 einen sehr geringen Leckstrom in ausgeschaltetem Zustand aufweist.
  • Als Beispiel für ein Schaltelement, das einen geringen Leckstrom in ausgeschaltetem Zustand aufweist, kann ein Transistor angegeben werden, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält.
  • Das obige Oxidhalbleitermaterial enthält vorzugsweise mindestens Indium (In) oder Zink (Zn). Vorzugsweise sind insbesondere In und Zn enthalten. Zusätzlich zu In und Zn enthält das Oxidhalbleitermaterial vorzugsweise Gallium (Ga), das als Stabilisator dient, der bei das Oxidhalbleitermaterial enthaltenden Transistoren Schwankungen der elektrischen Eigenschaften abmildert. Vorzugsweise ist Zinn (Sn) als Stabilisator enthalten. Vorzugsweise ist Hafnium (Hf) als Stabilisator enthalten. Vorzugsweise ist Aluminium (Al) als Stabilisator enthalten.
  • Als weiterer Stabilisator kann/können ein Lanthanoid/mehrere Lanthanoide enthalten sein, so beispielsweise Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu).
  • Die Bandlücke eines Films aus einem Oxidhalbleitermaterial ist größer als oder gleich 3,0 eV (Elektronenvolt), welche viel größer als die Bandlücke von Silizium (1,1 eV) ist.
  • Der Widerstand in ausgeschaltetem Zustand eines Transistors (Widerstand zwischen einer Source und einem Drain des Transistors in ausgeschaltetem Zustand) ist umgekehrt proportional zu der Konzentration der Ladungsträger, die thermisch in einem Kanalbildungsbereich angeregt werden. Da die Bandlücke von Silizium 1,1 eV beträgt, ist die Konzentration der thermisch angeregten Ladungsträger selbst in einem Zustand, in dem keine Ladungsträger von einem Donator oder einem Akzeptor verursacht werden (d. h. auch im Fall eines intrinsischen Halbleiters), bei Raumtemperatur (300 K) etwa 1 × 1011 cm–3.
  • Die Bandlücke eines Films aus einem Oxidhalbleitermaterial ist wie oben beschrieben im Allgemeinen 3,0 eV oder mehr, und die Konzentration der thermisch angeregten Ladungsträger in einem Film mit einer Bandlücke von 3,2 eV ist beispielsweise etwa 1 × 10–7 cm–3. Wenn die Elektronenbeweglichkeit gleich ist, ist die Resistivität umgekehrt proportional zu der Ladungsträgerkonzentration, und somit ist die Resistivität des Halbleiters mit einer Bandlücke von 3,2 eV um 18 Größenordnungen höher als diejenige von Silizium.
  • Ein Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial mit einer solchen großen Bandlücke für einen Kanalbildungsbereich verwendet, kann einen sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand erzielen.
  • Darüber hinaus wird der Transistor als das erste Schaltelement 121 verwendet, und nachdem sich das Gate-Potential des Transistors 120 gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht verändert hat, wird das erste Schaltelement 121 ausgeschaltet, wodurch das Gate-Potential des Transistors 120 lange Zeit in der Leitung 112 gehalten werden kann.
  • Ein Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, ist zuvor als Beispiel für das erste Schaltelement 121 beschrieben worden; jedoch kann auch ein anderes Schaltelement mit einem geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand verwendet werden. Beispielsweise kann ein Transistor, der einen Magnetowiderstandseffekt nützt (auch als Spin-Transistor oder dergleichen bezeichnet), ein Transistor, der ein ferroelektrisches Material für einen Gate-Isolierfilm verwendet (auch als ferroelektrischer Transistor oder dergleichen bezeichnet), oder dergleichen verwendet werden.
  • Ein Signal, das dem Gate-Potential des Transistors 120 entspricht, wird aus dem Drain (oder der Source) des Transistors 120 ausgegeben. Also kann das Signal als ”Signal, das die Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht als Daten umfasst,” angesehen werden.
  • Einer von Source und Drain des Transistors, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält und als das erste Schaltelement 121 verwendet wird, ist an die andere der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 angeschlossen, der andere von Source und Drain des Transistors, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, ist an das Gate des Transistors 120 angeschlossen, und ein Gate des Transistors, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, ist an eine Leitung 114 (auch als Leitung TX1 bezeichnet) angeschlossen.
  • Bei dieser Ausführungsform und dergleichen wird ein Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, als das erste Schaltelement 121 verwendet; jedoch ist das erste Schaltelement 121 nicht auf einen Transistor beschränkt, sofern es ein Element ist, das zum Ein- und Ausschalten eines Verbindungszustands (leitenden Zustands) geeignet ist, und verschiedene bekannte Techniken können benutzt werden.
  • Einer von Source und Drain des zweiten Schaltelements 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ist an den anderen von Source und Drain des Transistors 120 angeschlossen, der andere von Source und Drain des zweiten Schaltelements 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ist an eine Leitung 115 (auch als Leitung OUT bezeichnet) angeschlossen, und ein Gate des zweiten Schaltelements 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ist an eine Leitung 116 (auch als Leitung SE1 bezeichnet) angeschlossen.
  • In dem Fall, in dem ein Transistor als das zweite Schaltelement 122 wie in 1A verwendet wird, wird ein von dem Transistor 120 ausgegebenes Signal an die Leitung 115 (OUT) ausgegeben, indem Vgs (ein Spannungsunterschied zwischen einem Gate und einer Source, wobei die Source als Bezug verwendet wird) des Transistors auf eine Spannung eingestellt wird, die ausreichend höher als die Schwellenspannung ist.
  • Es sei angemerkt, dass eine Integrierschaltung an die Leitung 115 (OUT) angeschlossen sein kann. Durch Anschließen der Integrierschaltung an die Leitung 115 (OUT) wird S/N erhöht, wodurch Detektion von schwächerem Licht ermöglicht wird. Ein konkretes Konfigurationsbeispiel für die Integrierschaltung wird bei der Ausführungsform 2 beschrieben.
  • Die zweite Signalausgabeschaltung 102 beinhaltet das Folgende: den Transistor 120, dessen Gate-Potential sich gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht verändert und der ein Signal entsprechend dem Gate-Potential ausgibt; das erste Schaltelement 121, das zwischen dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 und dem Transistor 120 angeschlossen ist, den Verbindungszustand dazwischen steuert und ein Potential hält, das an ein Gate des Transistors 120 angelegt wird; und das zweite Schaltelement 122, das das Ausgeben des Signals von dem Transistor 120 steuert.
  • Das Gate des Transistors 120 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ist an eine Leitung 132 (auch als Leitung FD2 bezeichnet) angeschlossen, einer von Source und Drain des Transistors 120 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ist an die Leitung 113 (auch als Leitung VR bezeichnet) angeschlossen, und der andere von Source und Drain des Transistors 120 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ist an eine von Elektroden des zweiten Schaltelements 122 angeschlossen.
  • Die Leitung, die an den einen von Source und Drain des Transistors 120 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 angeschlossen ist, ist auch die Leitung 113 wie in der ersten Signalausgabeschaltung 101.
  • Da das erste Schaltelement 121 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 das Potential hält, das an das Gate des Transistors 120 angelegt wird, weist das erste Schaltelement 121 bevorzugt einen sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand auf, und beispielsweise kann ein Transistor verwendet werden, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält. Bezüglich der Beschreibung des Transistors, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, kann auf die obige „Beschreibung der ersten Signalausgabeschaltung 101” Bezug genommen werden.
  • Da der Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, einen sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand aufweist, wird der Transistor als das erste Schaltelement 121 verwendet, und nachdem sich das Gate-Potential des Transistors 120 gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht verändert hat, wird das erste Schaltelement 121 ausgeschaltet, wodurch das Gate-Potential des Transistors 120 lange Zeit in der Leitung 132 gehalten werden kann.
  • Ferner wird ein Signal (nachstehend wird das Signal, das von der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ausgegeben wird, auch als zweites Signal bezeichnet), das dem Gate-Potential des Transistors 120 entspricht, aus dem Drain (oder der Source) des Transistors 120 ausgegeben.
  • Einer von Source und Drain des Transistors, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält und als das erste Schaltelement 121 verwendet wird, ist an die andere der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 angeschlossen, der andere von Source und Drain des Transistors, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, ist an das Gate des Transistors 120 angeschlossen, und ein Gate des Transistors, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, ist an eine Leitung 134 (auch als Leitung TX2 bezeichnet) angeschlossen.
  • Bei dieser Ausführungsform und dergleichen wird ein Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, als das erste Schaltelement 121 verwendet; jedoch ist das erste Schaltelement 121 nicht auf einen Transistor beschränkt, sofern es ein Element ist, das zum Ein- und Ausschalten eines Verbindungszustands (leitenden Zustands) geeignet ist.
  • Einer von Source und Drain des zweiten Schaltelements 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ist an den anderen von Source und Drain des Transistors 120 angeschlossen, der andere von Source und Drain des zweiten Schaltelements 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ist an die Leitung 115 (auch als Leitung OUT bezeichnet) angeschlossen, und das Gate des zweiten Schaltelements 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ist an eine Leitung 136 (auch als Leitung SE2 bezeichnet) angeschlossen.
  • Die Leitung, die an den anderen von Source und Drain des zweiten Schaltelements 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 angeschlossen ist, ist auch die Leitung 115 wie in der ersten Signalausgabeschaltung 101.
  • Wenn die Photodetektorschaltung die oben beschriebene Struktur hat, kann die Menge an zu verschiedenen Zeitpunkten in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht detektiert werden, indem die ersten Schaltelemente 121 in den Signalausgabeschaltungen zu verschiedenen Zeitpunkten eingeschaltet werden. Durch Ausschalten der ersten Schaltelemente 121 können die Daten als Gate-Potentiale gehalten werden. Somit wird dann, auch wenn beispielsweise Licht, das in einer ersten Periode in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfällt, Licht ist, das ein zusammengesetztes Signal erzeugt, ein das Licht als Daten umfassendes Potential in der ersten Signalausgabeschaltung 101 gehalten, Licht, das ein Rauschsignal erzeugt, wird in einer zweiten Periode detektiert, und ein das Licht als Daten umfassendes Potential wird in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 gehalten. Dadurch kann ein Signal, das zur Erzeugung eines notwendigen Signals nötig ist, aus der Photodetektorschaltung erhalten werden.
  • Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt, dass der Transistor 120 hohe Beweglichkeit aufweist, weil der Transistor 120 ein von dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 erzeugtes elektrisches Signal verstärkt.
  • Als Beispiel für den Transistor 120 mit hoher Beweglichkeit kann ein Dünnschichttransistor angegeben werden, der amorphes Silizium, mikrokristallines Silizium, polykristallines Silizium, Einkristallsilizium oder dergleichen in einem Kanalbildungsbereich enthält.
  • Darüber hinaus braucht der Transistor 120 Eigenschaften eines geringen Stroms in ausgeschaltetem Zustand, um zu verhindern, dass ein unnötiges Potential an die Leitung 113 (VR) ausgegeben wird. Aus diesen Gründen ist es auch wirksam, als den Transistor 120 einen Transistor zu verwenden, der ein Oxidhalbleitermaterial verwendet, das sowohl hohe Beweglichkeit als auch einen geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand in einem Kanalbildungsbereich ermöglicht.
  • Bei dieser Ausführungsform weist das zweite Schaltelement 122 vorzugsweise hohe Beweglichkeit auf, da es das Ausgeben eines Signals von der Signalausgabeschaltung steuert.
  • Als Beispiel für das zweite Schaltelement 122 mit hoher Beweglichkeit kann ein Dünnschichttransistor angegeben werden, der amorphes Silizium, mikrokristallines Silizium, polykristallines Silizium, Einkristallsilizium oder dergleichen in einem Kanalbildungsbereich enthält.
  • Darüber hinaus braucht das zweite Schaltelement 122 Eigenschaften eines geringen Stroms in ausgeschaltetem Zustand, um zu verhindern, dass ein unnötiges Potential an die Leitung 115 (OUT) ausgegeben wird. Aus diesen Gründen ist es auch wirksam, als das zweite Schaltelement 122 einen Transistor zu verwenden, der ein Oxidhalbleitermaterial verwendet, das sowohl hohe Beweglichkeit als auch einen geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand in einem Kanalbildungsbereich ermöglicht.
  • Die Verwendung der Transistoren, die ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthalten, als alle Bestandteile (der Transistor 120, das erste Schaltelement 121 und das zweite Schaltelement 122) in jeder der Signalausgabeschaltungen kann den Herstellungsprozess der Signalausgabeschaltungen vereinfachen.
  • Wenn ein Halbleitermaterial, das höhere Beweglichkeit bereitstellen kann als ein Oxidhalbleitermaterial, wie z. B. polykristallines Silizium oder Einkristallsilizium, für die Kanalbildungsbereiche des Transistors 120 und des zweiten Schaltelements 122 verwendet wird, können Daten mit hoher Geschwindigkeit aus der Signalausgabeschaltung gelesen werden.
  • Es ist wirksam, einen Kondensator an die Leitung 115 (OUT) anzuschließen, weil damit das Potential der Leitung 115 (OUT) stabilisiert wird.
  • In 1A sind der Transistor 120 und das zweite Schaltelement 122 in dieser Reihenfolge in Serie zwischen der Leitung 113 (VR) und der Leitung 115 (OUT) angeschlossen. Alternativ können der Transistor 120 und das zweite Schaltelement 122 umgekehrt angeschlossen sein.
  • In 1A hat der Transistor 120 nur auf einer Seite einer Halbleiterschicht ein Gate; jedoch kann der Transistor 120 ein Paar von Gates haben, die derart angeordnet sind, dass die Halbleiterschicht dazwischen liegt. Wenn der Transistor 120 ein Paar von Gates hat, die derart angeordnet sind, dass die Halbleiterschicht dazwischen liegt, kann eines der Gates als Front-Gate (front gate) dienen, an das das Potential der Leitung 112 (oder der Leitung 132) angelegt wird, und das andere Gate kann als Rück-Gate (backgate) dienen, das die Schwellenspannung oder dergleichen des Transistors 120 steuert. In diesem Fall liegt das Potential, das an das andere Gate angelegt wird, vorzugsweise in einem Bereich von –20 V bis +2 V in Bezug auf das Source-Potential. Wenn eine Veränderung der Schwellenspannung des Transistors 120 den Betrieb der Signalausgabeschaltung nicht nachteilig beeinflusst, wenn sich das an das andere Gate angelegte Potential im obigen Bereich verändert, kann das andere Gate elektrisch isoliert sein (offener Zustand, floating).
  • Das Obige ist die Beschreibung der Konfiguration der Schaltungen in der Photodetektorschaltung. Ein Layout-Beispiel für die bei dieser Ausführungsform beschriebene Konfiguration der Schaltungen in 1A wird bei der Ausführungsform 4 beschrieben.
  • Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Photodetektorschaltung beinhaltet ein photoelektrisches Umwandlungselement und zwei Signalausgabeschaltungen, die an das photoelektrische Umwandlungselement angeschlossen sind; jedoch kann die Photodetektorschaltung n Signalausgabeschaltungen beinhalten (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr). Beispielsweise kann eine Struktur in 15 verwendet werden, bei der ein photoelektrisches Umwandlungselement und vier Signalausgabeschaltungen (die erste Signalausgabeschaltung 101, die zweite Signalausgabeschaltung 102, eine dritte Signalausgabeschaltung 103 und eine vierte Signalausgabeschaltung 104) angeordnet sind. Da ein einzelnes photoelektrisches Umwandlungselement von vier Signalausgabeschaltungen geteilt wird, können Leitungen geteilt werden und ein großflächiges photoelektrisches Umwandlungselement kann erhalten werden. Alternativ kann in dem Fall, in dem die Fläche des photoelektrischen Umwandlungselements nicht erhöht werden muss, die Fläche der Photodetektorschaltung verringert werden.
  • Die Konfiguration der bei dieser Ausführungsform beschriebenen Photodetektorschaltung kann auch eine Konfiguration sein, bei der sowohl zu der ersten Signalausgabeschaltung 101 als auch zu der zweiten Signalausgabeschaltung 102 wie in 5 gezeigt ein Transistor 501 hinzugefügt ist. Ein Gate des Transistors ist elektrisch an die Leitung 111 (PR) angeschlossen, einer von Source und Drain des Transistors ist elektrisch an die Leitung 112 (FD1) (oder die Leitung 132 (FD2)) angeschlossen, und der andere von Source und Drain des Transistors ist elektrisch an eine Leitung 502a (oder eine Leitung 502b) angeschlossen. Die eine der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 ist elektrisch an eine Leitung 503 angeschlossen. Hier ist die Leitung 503 eine Signalleitung (Leitung mit niedrigem Potential) zum Anlegen einer Sperrspannung an das photoelektrische Umwandlungselement 100. Des Weiteren sind die Leitung 502a und die Leitung 502b Signalleitungen (Leitungen mit hohem Potential) zum Zurücksetzen der Leitung 112 (FD1) (oder der Leitung 132 (FD2)) auf ein hohes Potential.
  • Der Transistor 501 dient als Rücksetztransistor zum Zurücksetzen der Leitung 112 (FD1) (oder der Leitung 132 (FD2)). Folglich wird im Gegensatz zu der Detektionsschaltung in 1A der Rücksetzvorgang, bei dem das photoelektrische Umwandlungselement 100 verwendet wird, nicht durchgeführt, und eine Sperrspannung wird ständig an das photoelektrische Umwandlungselement 100 angelegt. Die Leitung 112 (FD1) und die Leitung 132 (FD2) können zurückgesetzt werden, indem das Potential der Leitung 111 (PR) hoch eingestellt wird.
  • Der Transistor 501 kann aus einem Siliziumhalbleiter, wie z. B. amorphem Silizium, mikrokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium oder Einkristallsilizium, ausgebildet werden. Jedoch kann dann, wenn der Leckstrom groß ist, der Ladungsansammlungsabschnitt die Ladung nicht lang genug halten. Aus diesem Grund ist, ähnlich wie bei dem Transistor 120, bevorzugt, einen Transistor zu verwenden, der eine Halbleiterschicht (wenigstens einen Kanalbildungsbereich) aus einem Oxidhalbleitermaterial beinhaltet, was einen sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand erzielt.
  • <Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung>
  • Als nächstes wird ein Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung in 1A anhand von 1B beschrieben.
  • In 1B entsprechen 114S, 112S und 116S Potentialen der Leitung 114 (TX1), der Leitung 112 (FD1) und der Leitung 116 (SE1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101, und 134S, 132S und 136S entsprechen Potentialen der Leitung 134 (TX2), der Leitung 132 (FD2) und der Leitung 136 (SE2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 102. Des Weiteren entsprechen 111S und 115S Potentialen der Leitung 111 (PR) und der Leitung 115 (OUT), die gemeinsam in der ersten Signalausgabeschaltung 101 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass das Potential der Leitung 113 (VR) auf einem niedrigen Pegel festgelegt ist.
  • Zu einem Zeitpunkt T1 wird zuerst das Potential (das Signal 111S) der Leitung 111 hoch eingestellt, und das Potential (das Signal 114S) der Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 wird hoch eingestellt (das heißt, dass ein Rücksetzvorgang beginnt).
  • Daher wird eine Vorwärtsspannung an das photoelektrische Umwandlungselement 100 angelegt, und das Potential (das Signal 112S) der Leitung 112 (FD1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 wird hoch. Es sei angemerkt, dass die Leitung 115 (OUT) vorgeladen wird, so dass ihr Potential (das Signal 115S) hoch wird.
  • Zu einem Zeitpunkt T2 wird als nächstes das Potential (das Signal 1115) der Leitung 111 (PR) niedrig eingestellt, und das Potential (das Signal 114S) der Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 wird hoch eingestellt (das heißt, dass der Rücksetzvorgang endet und ein Potentialerzeugungsvorgang beginnt).
  • Dementsprechend fließt gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht ein Rückwärtsstrom durch das photoelektrische Umwandlungselement 100, und das Potential (das Signal 112S) der Leitung 112 (FD1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 fängt an, abzufallen.
  • Da die Menge des Rückwärtsstroms zunimmt, wenn das photoelektrische Umwandlungselement 100 mit Licht bestrahlt wird, verändert sich die Geschwindigkeit des Abfalls des Potentials (des Signals 112S) der Leitung 112 (FD) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 gemäß der Menge an einfallendem Licht. Mit anderen Worten: der Kanalwiderstand zwischen der Source und dem Drain des Transistors 120 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 verändert sich gemäß der Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht.
  • Zu einem Zeitpunkt T3 wird dann das Potential (das Signal 114S) der Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 niedrig eingestellt (das heißt, dass der Potentialerzeugungsvorgang endet).
  • Wie zuvor beschrieben worden ist, ist das erste Schaltelement 121 bei dieser Ausführungsform und dergleichen ein Transistor, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält, und weist also einen sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand. Deshalb kann das Potential, das an das Gate des Transistors 120 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 angelegt wird, in der Leitung 112 (FD1) gehalten werden, bis ein Ausgabevorgang später durchgeführt wird.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn das Potential (das Signal 114S) der Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 niedrig eingestellt wird, sich das Potential der Leitung 112 (FD) manchmal wegen einer parasitären Kapazität zwischen der Leitung 114 (TX1) und der Leitung 112 (FD1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 verändert. Eine große Potentialänderung macht es unmöglich, eine präzise Menge der Ladung, die während des Potentialerzeugungsvorgangs von dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 erzeugt wird, zu erhalten.
  • Beispiele für effektive Maßnahmen zur Verringerung des Betrags der Potentialänderung umfassen: Verringern der Kapazität zwischen dem Gate und der Source (oder zwischen dem Gate und dem Drain) des Transistors, der als das erste Schaltelement 121 verwendet wird, Erhöhen der Gate-Kapazität des Transistors 120 und Bereitstellen eines Speicherkondensators, der an die Leitung 112 (FD1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 angeschlossen ist. Es sei angemerkt, dass in 1B die Potentialänderung durch Anwenden dieser Maßnahmen ignoriert werden kann.
  • Als nächstes werden auch in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ein „Rücksetzvorgang” und ein „Potentialerzeugungsvorgang” auf eine den vorstehenden Vorgängen in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ähnliche Weise durchgeführt, um ein Potential, das die Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht als Daten umfasst, in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 zu halten. Somit kann das Potential, das die Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht als Daten umfasst, in der Leitung 132 gehalten werden, bis ein Ausgabevorgang später durchgeführt wird (die Vorgänge vom Zeitpunkt T4 bis zum Zeitpunkt T6 entsprechen dem Rücksetzvorgang und dem Potentialerzeugungsvorgang).
  • Zu einem Zeitpunkt T7 fließt dann, wenn das Potential (das Signal 116S) der Leitung 116 (SE1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 hoch eingestellt wird (das heißt, dass der Ausgabevorgang beginnt), ein dem Gate-Potential des Transistors 120 entsprechender Strom zwischen der Source und dem Drain des zweiten Schaltelements 122, so dass das Potential (das Signal 115S) der Leitung 115 (OUT) abfällt. Es sei angemerkt, dass das Vorladen der Leitung 115 (OUT) vor dem Zeitpunkt T7 abgeschlossen wird.
  • Hier hängt die Geschwindigkeit des Abfalls des Potentials (des Signals 115S) der Leitung 115 (OUT) vom Kanalwiderstand zwischen der Source und dem Drain des Transistors 120 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ab. Das heißt, dass sich die Geschwindigkeit des Abfalls des Potentials (des Signals 115S) der Leitung 115 (OUT) gemäß der Menge an Licht verändert, das während des Potentialerzeugungsvorgangs in der ersten Signalausgabeschaltung 101 in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfällt.
  • Zu einem Zeitpunkt T8 wird dann, wenn das Potential (das Signal 116S) der Leitung 116 (SE1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 niedrig eingestellt wird (das heißt, dass der Ausgabevorgang endet), ein zwischen der Source und dem Drain des zweiten Schaltelements 122 fließender Strom abgestellt, und das Potential (das Signal 115S) der Leitung 115 (OUT) erhält einen festen Wert.
  • Hierbei verändert sich der feste Wert gemäß der Menge an Licht, das während des Potentialerzeugungsvorgangs in der ersten Signalausgabeschaltung 101 in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfällt. Daher kann man durch Erhalten des Potentials (des Signals 115S) der Leitung 115 (OUT) die Menge an Licht ermitteln, das während des Potentialerzeugungsvorgangs in der ersten Signalausgabeschaltung 101 in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfällt. Das heißt, dass ein Signal, das nach dem Ausgabevorgang von der ersten Signalausgabeschaltung 101 ausgegeben wird, ein Detektionssignal in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ist.
  • Konkret gesagt, wird in dem Fall, in dem die Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht groß ist, in der ersten Signalausgabeschaltung 101 das Potential (das Signal 112S) der Leitung 112 (FD1) niedriger und das Gate-Potential des Transistors 120 wird niedriger. Dementsprechend wird die Geschwindigkeit niedriger, mit der das Potential (das Signal 115S) der Leitung 115 (OUT) abfällt. Als Ergebnis wird das Potential der Leitung 115 (OUT) höher.
  • Alternativ wird in dem Fall, in dem die Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht klein ist, in der ersten Signalausgabeschaltung 101 das Potential (das Signal 112S) der Leitung 112 (FD1) höher und das Gate-Potential des Transistors 120 wird höher. Dementsprechend wird die Geschwindigkeit höher, mit der das Potential (das Signal 115S) der Leitung 115 (OUT) abfällt. Als Ergebnis wird das Potential der Leitung 115 (OUT) niedriger.
  • Als nächstes wird die Leitung 115 (OUT) vorgeladen.
  • Auch in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 wird ein „Ausgabevorgang” auf eine Weise durchgeführt, die derjenigen des vorstehenden Vorgangs in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ähnlich ist. Somit wird ein Detektionssignal in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 erhalten (der Vorgang zwischen dem Zeitpunkt T9 und dem Zeitpunkt T10 entspricht dem Ausgabevorgang).
  • Wie oben beschrieben können Potentiale (Daten) basierend auf der Menge an Licht, das in verschiedenen Perioden (einer Periode des Potentialerzeugungsvorgangs in der ersten Signalausgabeschaltung 101 und einer Periode des Potentialerzeugungsvorgangs in der zweiten Signalausgabeschaltung 102) in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfällt, unter Verwendung des Transistors 120 und des ersten Schaltelements 121 in den Signalausgabeschaltungen gehalten werden. Darüber hinaus wird, nachdem die Potentiale in allen Signalausgabeschaltungen gehalten worden sind, ein Detektionssignal aus jeder der Signalausgabeschaltungen unter Verwendung des zweiten Schaltelements in der Signalausgabeschaltung erhalten. Folglich können Detektionssignale in verschiedenen Perioden erhalten werden, ohne von Eigenschaften des photoelektrischen Umwandlungselements beeinflusst zu werden.
  • Das Obige ist die Beschreibung des Betriebsablaufdiagramms der Photodetektorschaltung nach dieser Ausführungsform.
  • <Ein weiteres Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung>
  • Es sei angemerkt, dass das Betriebsablaufdiagramm der in 1A dargestellten Photodetektorschaltung ein Betriebsablaufdiagramm sein kann, das sich vom obigen Betriebsablaufdiagramm unterscheidet, das anhand von 1B beschrieben worden ist. Das Betriebsablaufdiagramm, das sich vom oben beschriebenen Betriebsablaufdiagramm unterscheidet, wird anhand von 2 unten beschrieben.
  • Zu einem Zeitpunkt T1 wird zuerst das Potential (das Signal 111S) der Leitung 111 hoch eingestellt, und das Potential (das Signal 114S) der Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 und das Potential (das Signal 134S) der Leitung 134 (TX2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 werden hoch eingestellt (das heißt, dass ein Rücksetzvorgang beginnt).
  • In dem in 1B dargestellten Betriebsablaufdiagramm werden Rücksetzvorgänge in verschiedenen Schritten in der ersten Signalausgabeschaltung 101 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 durchgeführt. Durch Durchführen der Rücksetzvorgänge zur gleichen Zeit in der ersten Signalausgabeschaltung 101 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 wie in 2 kann ein Zeitraum vom Beginn des Rücksetzvorgangs bis zum Ende des Ausgabevorgangs (Zeitraum vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T10) verkürzt werden, so dass Detektionssignale in verschiedenen Perioden in kurzer Zeit erhalten werden können.
  • Es sei angemerkt, dass, da das übrige Betriebsablaufdiagramm abgesehen von dem Betriebsablaufdiagramm zwischen dem Zeitpunkt T4 und dem Zeitpunkt T5 gleich dem zuvor anhand von 1B beschriebenen Betriebsablaufdiagramm ist, bezüglich des übrigen Betriebsablaufdiagramms auf das anhand von 1B beschriebene Betriebsablaufdiagramm Bezug genommen werden kann.
  • Das Obige ist die Beschreibung des weiteren Betriebsablaufdiagramms der Photodetektorschaltung.
  • Im Fall der Verwendung der oben beschriebenen Betriebsart ist bevorzugt, dass die Kapazität in der Leitung 112 (FD1) und der Leitung 132 (FD2) größer ist als die Leitungskapazitäten zwischen dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 und dem ersten Schaltelement 121 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 und zwischen dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 und dem ersten Schaltelement 121 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Photodetektorschaltung, deren Struktur und Betriebsverfahren sich von denjenigen bei der Ausführungsform 1 unterscheiden, anhand von 3A, 3B und 4 beschrieben.
  • <Konfiguration einer Photodetektorschaltung>
  • 3A zeigt ein Beispiel für einen Schaltplan, der eine Konfiguration einer Photodetektorschaltung darstellt. Die Photodetektorschaltung beinhaltet wie bei der Ausführungsform 1 das photoelektrische Umwandlungselement 100 und zwei Signalausgabeschaltungen (eine erste Signalausgabeschaltung 301 und eine zweite Signalausgabeschaltung 302), die an das photoelektrische Umwandlungselement 100 angeschlossen sind.
  • <Photoelektrisches Umwandlungselement>
  • Eine Photodiode wird als das photoelektrische Umwandlungselement 100 wie bei der Ausführungsform 1 verwendet; das photoelektrische Umwandlungselement 100 ist jedoch nicht auf eine Photodiode beschränkt.
  • Eine der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 ist an die Leitung 111 (PR) angeschlossen, und die andere der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 ist an die erste Signalausgabeschaltung 301 und die zweite Signalausgabeschaltung 302 angeschlossen.
  • Die Signalausgabeschaltungen (die erste Signalausgabeschaltung 301 und die zweite Signalausgabeschaltung 302) halten Potentiale, die die Menge an in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht als Daten umfassen, und geben Detektionssignale entsprechend den Potentialen (Daten) nach außen aus.
  • <Detektionsschaltung>
  • Diese Ausführungsform ist der Ausführungsform 1 darin ähnlich, dass die erste Signalausgabeschaltung 301 und die zweite Signalausgabeschaltung 302 in 3A jeweils den Transistor 120, das erste Schaltelement 121 und das zweite Schaltelement 122 als Bestandteile beinhalten. Es gibt jedoch die folgenden unterschiedlichen Punkte: eine Leitung, die den Betriebszustand des zweiten Schaltelements 122 steuert, wird von der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 geteilt; und in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 werden unterschiedliche Leitungen verwendet, um ein Detektionssignal auszugeben.
  • Konkret gesagt, ist bei der Photodetektorschaltung in 1A das zweite Schaltelement 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 an die Leitung 116 (SE1) angeschlossen, und das zweite Schaltelement 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ist an die Leitung 136 (SE2) angeschlossen.
  • Im Gegensatz dazu sind bei der Photodetektorschaltung in 3A sowohl das zweite Schaltelement 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 301 als auch das zweite Schaltelement 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 302 an eine Leitung 316 (SE) angeschlossen.
  • Des Weiteren sind bei der Photodetektorschaltung in 1A sowohl das zweite Schaltelement 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 als auch das zweite Schaltelement 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 an die Leitung 115 (OUT) angeschlossen.
  • Im Gegensatz dazu ist bei der Photodetektorschaltung in 3A das zweite Schaltelement 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 301 an eine Leitung 315 (OUT1) angeschlossen, und das zweite Schaltelement 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 302 ist an eine Leitung 335 (OUT2) angeschlossen.
  • Wenn die Photodetektorschaltung die oben beschriebene Struktur hat, können Detektionssignale zur gleichen Zeit von der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 ausgegeben werden. Somit können Detektionssignale in kurzer Zeit erhalten werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der bei dieser Ausführungsform beschriebenen Photodetektorschaltung auch eine Konfiguration sein kann, bei der sowohl zu der ersten Signalausgabeschaltung 301 als auch zu der zweiten Signalausgabeschaltung 302 wie in 6 gezeigt ein Transistor 601 hinzugefügt ist. Ein Gate des Transistors ist elektrisch an die Leitung 111 (PR) angeschlossen, einer von Source und Drain des Transistors ist elektrisch an die Leitung 112 (FD1) (oder die Leitung 132 (FD2)) angeschlossen, der andere von Source und Drain des Transistors ist elektrisch an eine Leitung 602a (oder eine Leitung 602b) angeschlossen, und die eine der Elektroden des photoelektrischen Umwandlungselements 100 ist elektrisch an eine Leitung 603 angeschlossen. Hier ist die Leitung 603 eine Signalleitung (Leitung mit niedrigem Potential) zum ständigen Anlegen einer Sperrspannung an das photoelektrische Umwandlungselement 100. Des Weiteren sind die Leitung 602a und die Leitung 602b Signalleitungen (Leitungen mit hohem Potential) zum Zurücksetzen der Leitung 112 (FD1) (oder der Leitung 132 (FD2)) auf ein hohes Potential.
  • Der Transistor 601 dient als Rücksetztransistor zum Zurücksetzen der Leitung 112 (FD1) (oder der Leitung 132 (FD2)). Folglich wird im Gegensatz zu der Detektionsschaltung in 3A der Rücksetzvorgang, bei dem das photoelektrische Umwandlungselement 100 verwendet wird, nicht durchgeführt, und eine Sperrspannung wird ständig an das photoelektrische Umwandlungselement 100 angelegt. Die Leitung 112 (FD1) und die Leitung 132 (FD2) können zurückgesetzt werden, indem das Potential der Leitung 111 (PR) hoch eingestellt wird.
  • Der Transistor 601 kann aus einem Siliziumhalbleiter, wie z. B. amorphem Silizium, mikrokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium oder Einkristallsilizium, ausgebildet werden. Jedoch kann dann, wenn der Leckstrom groß ist, der Ladungsansammlungsabschnitt die Ladung nicht lang genug halten. Aus diesem Grund ist, ähnlich wie bei dem Transistor 120, bevorzugt, einen Transistor zu verwenden, der eine Halbleiterschicht (wenigstens einen Kanalbildungsbereich) aus einem Oxidhalbleitermaterial beinhaltet, was einen sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand erzielt.
  • <Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung>
  • Als nächstes wird ein Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung in 3A anhand von 3B beschrieben.
  • Wie in dem Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, werden zunächst Rücksetzvorgänge und Potentialerzeugungsvorgänge vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T6 in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 durchgeführt.
  • Danach werden zum Zeitpunkt T7 Ausgabevorgänge in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 durchgeführt. Die Ausgabevorgänge werden zwar bei der Ausführungsform 1 sequenziell in der ersten Signalausgabeschaltung 101 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 durchgeführt, aber in dem Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung bei dieser Ausführungsform werden die Ausgabevorgänge gleichzeitig in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 durchgeführt (das Potential (das Signal 316S) der Leitung 316 (SE) wird hoch eingestellt), wie in 3B gezeigt ist.
  • Es fließt daher ein Strom entsprechend dem Gate-Potential des Transistors 120 zwischen der Source und dem Drain des zweiten Schaltelements 122 sowohl in der ersten Signalausgabeschaltung 301 als auch in der zweiten Signalausgabeschaltung 302, wodurch das Potential (das Signal 315S) der Leitung 315 (OUT1) und das Potential (das Signal 335S) der Leitung 335 (OUT2) abfallen.
  • Zum Zeitpunkt T8 wird dann, wenn das Potential (das Signal 316S) der Leitung 316 (SE) in der ersten Signalausgabeschaltung 301 niedrig eingestellt wird (das heißt, dass der Ausgabevorgang endet), ein zwischen der Source und dem Drain des zweiten Schaltelements 122 fließender Strom sowohl in der ersten Signalausgabeschaltung 301 als auch in der zweiten Signalausgabeschaltung 302 abgestellt, so dass das Potential (das Signal 315S) der Leitung 315 (OUT1), die als Übertragungsstrecke eines von der ersten Signalausgabeschaltung 301 ausgegebenen Detektionssignals dient, und das Potential (das Signal 335S) der Leitung 335 (OUT2), die als Übertragungsstrecke eines von der zweiten Signalausgabeschaltung ausgegebenen Detektionssignals dient, jeweils einen festen Wert aufweisen.
  • Wie in 3A gezeigt wird die Leitung (Leitung 316 (SE)), die den Betriebszustand des zweiten Schaltelements 122 steuert, von der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 geteilt, und unterschiedliche Leitungen (die Leitung 315 (OUT1) und die Leitung 335 (OUT2)) werden in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 als Leitungen zum Ausgeben von Detektionssignalen verwendet, so dass das Ausgeben eines Detektionssignals von der ersten Signalausgabeschaltung 301 und das Ausgeben eines Detektionssignals von der zweiten Signalausgabeschaltung 302 gleichzeitig durchgeführt werden können. Folglich können Detektionssignale in verschiedenen Perioden in kurzer Zeit erhalten werden.
  • Das Obige ist die Beschreibung des Betriebsablaufdiagramms der Photodetektorschaltung nach dieser Ausführungsform.
  • <Ein weiteres Betriebsablaufdiagramm der Photodetektorschaltung>
  • Es sei angemerkt, dass das Betriebsablaufdiagramm der in 3A dargestellten Photodetektorschaltung ein Betriebsablaufdiagramm sein kann, das sich vom obigen Betriebsablaufdiagramm unterscheidet, das anhand von 3B beschrieben worden ist. Das Betriebsablaufdiagramm, das sich vom oben beschriebenen Betriebsablaufdiagramm unterscheidet, wird anhand von 4 unten beschrieben.
  • Zu einem Zeitpunkt T1 wird zuerst das Potential (das Signal 111S) der Leitung 111 hoch eingestellt, und das Potential (das Signal 114S) der Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und das Potential (das Signal 134S) der Leitung 134 (TX2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 302 werden hoch eingestellt (das heißt, dass ein Rücksetzvorgang beginnt).
  • In dem in 3B dargestellten Betriebsablaufdiagramm werden Rücksetzvorgänge in separaten Schritten in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 durchgeführt. Durch Durchführen der Rücksetzvorgänge zur gleichen Zeit in der ersten Signalausgabeschaltung 301 und der zweiten Signalausgabeschaltung 302 wie in 4 kann ein Zeitraum vom Beginn des Rücksetzvorgangs bis zum Ende des Ausgabevorgangs (Zeitraum vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T8) verkürzt werden, so dass Detektionssignale in verschiedenen Perioden in kurzer Zeit erhalten werden können.
  • Es sei angemerkt, dass, da das übrige Betriebsablaufdiagramm abgesehen von dem Betriebsablaufdiagramm zwischen dem Zeitpunkt T4 und dem Zeitpunkt T5 gleich dem zuvor anhand von 3B beschriebenen Betriebsablaufdiagramm ist, bezüglich des übrigen Betriebsablaufdiagramms auf das anhand von 3B beschriebene Betriebsablaufdiagramm Bezug genommen werden kann.
  • Das Obige ist die Beschreibung des weiteren Betriebsablaufdiagramms der Photodetektorschaltung.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für die Konfiguration einer Integrierschaltung angeführt, die an die Leitung 115 (OUT) bei der Ausführungsform 1 und an die Leitung 315 (OUT1) und die Leitung 335 (OUT2) bei der Ausführungsform 2 anzuschließen ist.
  • 7A zeigt eine Integrierschaltung, die eine Operationsverstärkerschaltung (auch als Op-Amp bezeichnet) beinhaltet. Ein invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist über einen Widerstand R an die Leitung 115 (OUT), die Leitung 315 (OUT1) und die Leitung 335 (OUT2) angeschlossen. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist geerdet. Ein Ausgangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist über einen Kondensator C an den invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung angeschlossen.
  • Hier wird die Operationsverstärkerschaltung als ideale Operationsverstärkerschaltung angenommen. Mit anderen Worten: es wird angenommen, dass die Eingangsimpedanz unendlich ist (die Eingangsanschlüsse nehmen keinen Strom auf). Da das Potential des nicht invertierenden Eingangsanschlusses und das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses in einem stationären Zustand gleich sind, kann das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses als Erdpotential betrachtet werden.
  • Beziehungen (1), (2) und (3) gelten, wobei Vi jeweils das Potential der Leitung 115 (OUT), der Leitung 315 (OUT1) und der Leitung 335 (OUT2) ist, Vo das Potential des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung ist, i1 ein Strom ist, der durch den Widerstand R fließt, und i2 ein Strom ist, der durch den Kondensator C fließt. Vi = i1·R (1) i2 = C·dVo/dt (2) i1 + i2 = 0 (3)
  • Wenn hier eine Ladung in dem Kondensator C zum Zeitpunkt t = 0 frei wird, wird das Potential Vo des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung zum Zeitpunkt t = t durch (4) dargestellt. Vo = –(1/CR)∫Vidt (4)
  • Mit anderen Worten: wenn die Zeitdauer t (Integralzeit) länger ist, kann das zu lesende Potential (Vi) gesteigert und als das Detektionssignal Vo ausgegeben werden. Außerdem entspricht das Verlängern der Zeitdauer t dem Ermitteln des Durchschnitts des Wärmerauschens oder dergleichen und kann S/N des Detektionssignals Vo erhöhen.
  • In einer realen Operationsverstärkerschaltung fließt ein Vorspannungsstrom, auch wenn kein Signal in die Eingangsanschlüsse eingegeben wird, so dass eine Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss erzeugt wird und Ladungen in dem Kondensator C angesammelt werden. Es ist deshalb wirksam, einen Widerstand parallel zu dem Kondensator C anzuschließen, so dass der Kondensator C entladen werden kann.
  • 7B zeigt eine Integrierschaltung, die eine Operationsverstärkerschaltung beinhaltet, die eine andere Struktur als diejenige in 7A hat. Ein invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist über einen Widerstand R und einen Kondensator C1 an die Leitung 115 (OUT), die Leitung 315 (OUT1) und die Leitung 335 (OUT2) angeschlossen. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist geerdet. Ein Ausgangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist über einen Kondensator C2 an den invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung angeschlossen.
  • Hier wird die Operationsverstärkerschaltung als ideale Operationsverstärkerschaltung angenommen. Mit anderen Worten: es wird angenommen, dass die Eingangsimpedanz unendlich ist (die Eingangsanschlüsse nehmen keinen Strom auf). Da das Potential des nicht invertierenden Eingangsanschlusses und das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses in einem stationären Zustand gleich sind, kann das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses als Erdpotential betrachtet werden.
  • Beziehungen (5), (6) und (7) gelten, wobei Vi jeweils das Potential der Leitung 115 (OUT), der Leitung 315 (OUT1) und der Leitung 335 (OUT2) ist, Vo das Potential des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung ist, i1 ein Strom ist, der durch den Widerstand R und den Kondensator C1 fließt, und i2 ein Strom ist, der durch den Kondensator C2 fließt. Vi = (1/C1)∫i1dt + i1·R (5) i2 = C2·dVo/dt (6) i1 + i2 = 0 (7)
  • Angenommen, dass hier eine Ladung in dem Kondensator C2 zum Zeitpunkt t = 0 frei wird, wird das Potential Vo des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung zum Zeitpunkt t = t durch (9) dargestellt, wenn (8) gilt, was einer Hochfrequenzkomponente entspricht, und durch (11) dargestellt, wenn (10) gilt, was einer Niedrigfrequenzkomponente entspricht. Vo « dVo/dt (8) Vo = –(1/C2R)∫Vidt (9) Vo » dVo/dt (10) Vo = –C1/C2·Vi (11)
  • Mit anderen Worten: durch angemessenes Einstellen des Kapazitätsverhältnisses des Kondensators C1 zu dem Kondensator C2 kann das zu lesende Potential (Vi) gesteigert und als das Detektionssignal Vo ausgegeben werden. Außerdem kann durch Zeitintegration ein Durchschnitt einer Hochfrequenzgeräuschkomponente des Eingangssignals gebildet werden, und S/N des Detektionssignals Vo kann erhöht werden.
  • In einer realen Operationsverstärkerschaltung fließt ein Vorspannungsstrom, auch wenn kein Signal in die Eingangsanschlüsse eingegeben wird, so dass eine Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss erzeugt wird und Ladungen in dem Kondensator C2 angesammelt werden. Es ist daher wirksam, einen Widerstand parallel zu dem Kondensator C2 anzuschließen, so dass der Kondensator C2 entladen werden kann.
  • 7C zeigt eine Integrierschaltung, die eine Operationsverstärkerschaltung beinhaltet, die eine andere Struktur als diejenigen in 7A und 7B hat. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist über einen Widerstand R an die Leitung 115 (OUT), die Leitung 315 (OUT1) und die Leitung 335 (OUT2) angeschlossen und über einen Kondensator C geerdet. Ein Ausgangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist an einen invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung angeschlossen. Der Widerstand R und der Kondensator C bilden eine CR-Integrierschaltung. Die Operationsverstärkerschaltung ist ein Pufferverstärker (unity gain buffer).
  • Eine Beziehung (12) gilt, wobei Vi jeweils das Potential der Leitung 115 (OUT), der Leitung 315 (OUT1) und der Leitung 335 (OUT2) ist und Vo das Potential des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung ist. Obwohl Vo bei dem Wert von Vi gesättigt ist, kann ein Durchschnitt einer Geräuschkomponente in dem Eingangssignal Vi durch die CR-Integrierschaltung gebildet werden, und als Ergebnis kann S/N des Detektionssignals Vo erhöht werden. Vo = (1/CR)∫Vidt (12)
  • Das Obige sind Beispiele für die Konfiguration der Integrierschaltung, die jeweils an die Leitung 115 (OUT), die Leitung 315 (OUT1) und die Leitung 335 (OUT2) anzuschließen ist. Das Anschließen der oben beschriebenen Integrierschaltung an die Leitung 115 (OUT), die Leitung 315 (OUT1) und die Leitung 335 (OUT2) erhöht S/N des Detektionssignals und ermöglicht, dass schwächeres Licht detektiert wird. Folglich kann ein präziseres Bildsignal in der Halbleitervorrichtung erzeugt werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für das Layout der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Photodetektorschaltung in 1A und 3A anhand von 8A, 8B, 9A und 9B beschrieben.
  • <Beispiel für das Layout der Photodetektorschaltung in Fig. 1A>
  • 8A ist eine Draufsicht der Photodetektorschaltung in 1A, und 8B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A1-A2 in 8A.
  • Die Photodetektorschaltung beinhaltet über einem Substrat 860, auf dem ein Isolierfilm 861 ausgebildet ist, einen als die Leitung 111 (PR) dienenden leitenden Film 811, einen als die Leitung 112 (FD1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 dienenden leitenden Film 812, einen als die Leitung 132 (FD2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 dienenden leitenden Film 832, einen als die Leitung 113 (VR) dienenden leitenden Film 813, einen als die Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 dienenden leitenden Film 814, einen als die Leitung 134 (TX2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 dienenden leitenden Film 834, einen als die Leitung 115 (OUT) dienenden leitenden Film 815, einen als die Leitung 116 (SE1) in der ersten Signalausgabeschaltung 101 dienenden leitenden Film 816 und einen als die Leitung 136 (SE2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 dienenden leitenden Film 836.
  • Das photoelektrische Umwandlungselement 100 beinhaltet einen Halbeiterfilm 801 vom p-Typ, einen Halbeiterfilm 802 vom i-Typ und einen Halbeiterfilm 803 vom n-Typ, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind.
  • Der leitende Film 811, der als die Leitung 111 (PR) dient, ist elektrisch an den Halbleiterfilm 801 vom p-Typ angeschlossen, der als eine der Elektroden (die Anode) des photoelektrischen Umwandlungselements 100 dient.
  • Ein leitender Film 841 dient als Leitung zum Anschließen eines von Source und Drain des Transistors 120 an den leitenden Film 813.
  • Ein leitender Film 842 dient als einer von Source und Drain des ersten Schaltelements 121.
  • Ein leitender Film 843 dient als Leitung zum Anschließen eines von Source und Drain des ersten Schaltelements 121 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 an einen von Source und Drain des ersten Schaltelements 121 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102.
  • Ein leitender Film 844 dient als einer von Source und Drain des Transistors 120.
  • Ein leitender Film 845 dient als der andere von Source und Drain des ersten Schaltelements 121.
  • Ein leitender Film 846 dient als Leitung zum Anschließen des anderen von Source und Drain des Transistors 120 an einen von Source und Drain des zweiten Schaltelements 122.
  • Ein leitender Film 847 dient als Gate des zweiten Schaltelements 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 101.
  • Ein leitender Film 848 dient als Gate des zweiten Schaltelements 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung 102.
  • Ein leitender Film 849 dient als Leitung zum Anschließen des Gates des zweiten Schaltelements 122 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 an den leitenden Film 816.
  • Ein leitender Film 850 dient als Leitung zum Anschließen des Gates des zweiten Schaltelements 122 in der zweiten Signalausgabeschaltung an den leitenden Film 836.
  • Die leitenden Filme 812, 814, 816, 832, 834, 836, 841, 843, 847 und 848 können durch Verarbeiten eines leitenden Films, der über einer isolierenden Oberfläche ausgebildet ist, in eine erwünschte Form ausgebildet werden. Über diesen leitenden Filmen ist ein Gate-Isolierfilm 862 ausgebildet. Ferner können die leitenden Filme 811, 813, 815, 842, 844, 845, 846, 849 und 850 durch Verarbeiten eines leitenden Films, der über dem Gate-Isolierfilm 862 ausgebildet ist, in eine erwünschte Form ausgebildet werden.
  • Über den leitenden Filmen 811, 813, 815, 842, 844, 845, 846, 849 und 850 sind ein Isolierfilm 863 und ein Isolierfilm 864 ausgebildet, und über den Isolierfilmen 863 und 864 ist ein leitender Film 870 ausgebildet.
  • Es ist bevorzugt, einen Oxidhalbleiter für eine Halbleiterschicht 880 des ersten Schaltelements 121 zu verwenden. Um eine Ladung, die durch in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendes Licht erzeugt wird, lange Zeit in dem leitenden Film 812 (FD1) (oder dem leitenden Film 832 (FD2)) zu halten, wird vorzugsweise ein Transistor mit einem sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand als das erste Schaltelement 121 verwendet, das elektrisch an den leitenden Film angeschlossen ist. Aus diesem Grund kann die Verwendung eines Oxidhalbleitermaterials für die Halbleiterschicht 880 die Leistungsfähigkeit der Photodetektorschaltung erhöhen.
  • In der Photodetektorschaltung in 8A und 8B können die Elemente, wie z. B. die Transistoren, und das photoelektrische Umwandlungselement 100 einander überlappen. Diese Konfiguration kann die Pixeldichte erhöhen und kann somit die Auflösung einer Bildgebungsvorrichtung erhöhen. Des Weiteren kann die Fläche des photoelektrischen Umwandlungselements 100 vergrößert werden, und die Empfindlichkeit der Bildgebungsvorrichtung kann dadurch erhöht werden.
  • <Beispiel für das Layout der Photodetektorschaltung in Fig. 3A>
  • 9A ist eine Draufsicht der Photodetektorschaltung in 3A, und 9B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie B1-B2 in 9A.
  • Die Photodetektorschaltung beinhaltet über einem Substrat 960, auf dem ein Isolierfilm 961 ausgebildet ist, einen als die Leitung 111 (PR) dienenden leitenden Film 911, einen als die Leitung 112 (FD1) in der ersten Signalausgabeschaltung 301 dienenden leitenden Film 912, einen als die Leitung 132 (FD2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 302 dienenden leitenden Film 932, einen als die Leitung 113 (VR) dienenden leitenden Film 913, einen als die Leitung 114 (TX1) in der ersten Signalausgabeschaltung 301 dienenden leitenden Film 914, einen als die Leitung 134 (TX2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 302 dienenden leitenden Film 934, einen als die Leitung 315 (OUT1) in der ersten Signalausgabeschaltung 301 dienenden leitenden Film 915, einen als die Leitung 335 (OUT2) in der zweiten Signalausgabeschaltung 302 dienenden leitenden Film 935 und einen als die Leitung 316 (SE) dienenden leitenden Film 916.
  • Das photoelektrische Umwandlungselement 100 beinhaltet einen Halbeiterfilm 901 vom p-Typ, einen Halbeiterfilm 902 vom i-Typ und einen Halbeiterfilm 903 vom n-Typ, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind.
  • Der leitende Film 911, der als die Leitung 111 (PR) dient, ist elektrisch an den Halbleiterfilm 901 vom p-Typ angeschlossen, der als eine der Elektroden (die Anode) des photoelektrischen Umwandlungselements 100 dient.
  • Ein leitender Film 941 ist an den leitenden Film 913, der als die Leitung 113 (VR) dient, angeschlossen und dient als Teil der Leitung 113 (VR).
  • Ein leitender Film 942 ist an den leitenden Film 914, der als die Leitung 114 (TX1) dient, oder an den leitenden Film 934, der als die Leitung 134 (TX2) dient, angeschlossen und dient als Gate des ersten Schaltelements 121.
  • Ein leitender Film 943 dient als einer von Source und Drain des ersten Schaltelements 121.
  • Ein leitender Film 944 dient als der andere von Source und Drain des ersten Schaltelements 121.
  • Ein leitender Film 945 dient als der andere von Source und Drain des Transistors 120 und einer von Source und Drain des zweiten Schaltelements 122.
  • Ein leitender Film 946 dient als Leitung zum Anschließen des leitenden Films 911 an den Halbleiterfilm 901 vom p-Typ.
  • Die leitenden Filme 911, 912, 916, 932, 941 und 942 können durch Verarbeiten eines leitenden Films, der über einer isolierenden Oberfläche ausgebildet ist, in eine erwünschte Form ausgebildet werden. Über diesen leitenden Filmen ist ein Gate-Isolierfilm 962 ausgebildet. Ferner können die leitenden Filme 913, 914, 915, 934, 935, 943, 944, 945 und 946 durch Verarbeiten eines leitenden Films, der über dem Gate-Isolierfilm 962 ausgebildet ist, in eine erwünschte Form ausgebildet werden.
  • Über den leitenden Filmen 911, 912, 916, 932, 941 und 942 sind ferner ein Isolierfilm 963 und ein Isolierfilm 964 ausgebildet, und über den Isolierfilmen 963 und 964 ist ein leitender Film 970 ausgebildet.
  • Es ist bevorzugt, einen Oxidhalbleiter für eine Halbleiterschicht 980 des ersten Schaltelements 121 zu verwenden. Um eine Ladung, die durch in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendes Licht erzeugt wird, lange Zeit in dem leitenden Film 912 (FD1) (oder dem leitenden Film 932 (FD2)) zu halten, wird vorzugsweise ein Transistor mit einem sehr geringen Strom in ausgeschaltetem Zustand als das erste Schaltelement 121 verwendet, das elektrisch an den leitenden Film angeschlossen ist. Aus diesem Grund kann die Verwendung eines Oxidhalbleitermaterials für die Halbleiterschicht 980 die Leistungsfähigkeit der Photodetektorschaltung erhöhen.
  • In der Photodetektorschaltung in 8A und 88 können die Elemente, wie z. B. die Transistoren, und das photoelektrische Umwandlungselement 100 einander überlappen. Diese Konfiguration kann die Pixeldichte erhöhen und kann somit die Auflösung einer Bildgebungsvorrichtung erhöhen. Des Weiteren kann die Fläche des photoelektrischen Umwandlungselements 100 vergrößert werden, und die Empfindlichkeit der Bildgebungsvorrichtung kann dadurch erhöht werden.
  • Diese Ausführungsform kann angemessen mit einer der anderen in dieser Beschreibung offenbarten Ausführungsformen kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 5)
  • Die Photodetektorschaltung, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann in verschiedenen Halbleitervorrichtungen bereitgestellt werden. Bei dieser Ausführungsform wird als Beispiel für eine Halbleitervorrichtung, die eine Photodetektorschaltung beinhaltet, eine Strahlungsbildgebungsvorrichtung, bei der mit dem Vorhandensein der bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Photodetektorschaltung eine nachteilige Wirkung des Nachleuchtens verringert wird, anhand von 10A und 10B und 11A bis 11D beschrieben.
  • Ferner wird eine Bildanzeigevorrichtung mit einer Touchscreen-Funktion, die mit dem Vorhandensein der bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Photodetektorschaltung erhalten wird, anhand von 12, 13, 14A und 14B beschrieben.
  • <Strukturbeispiel für eine Strahlungsbildgebungsvorrichtung>
  • Eine Struktur einer Strahlungsbildgebungsvorrichtung, die die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Photodetektorschaltung beinhaltet, wird anhand von 10A und 10B und 11A bis 11D beschrieben.
  • Wie in 10A gezeigt beinhaltet eine Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 einen Strahlungsemissionsabschnitt 1001; einen Szintillator 1004, der Strahlung 1002, die aus dem Strahlungsemissionsabschnitt 1001 ausgegeben wird, empfängt und Licht 1003 ausgibt; einen Photodetektormechanismus 1005, der ein Detektionssignal entsprechend der Menge des einfallenden Lichts 1003 ausgibt; und einen Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006, der ein Bildsignal unter Verwendung eines von dem Photodetektormechanismus 1005 ausgegebenen Detektionssignals erzeugt. Des weiteren ist die Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 an eine Bildanzeigevorrichtung 1007 angeschlossen, und die Bildanzeigevorrichtung 1007 empfängt ein von dem Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006 ausgegebenes Bildsignal, so dass Daten über das Innere und dergleichen eines Gegenstands 1008 auf der Bildanzeigevorrichtung 1007 angezeigt werden.
  • Ein Strukturbeispiel für den Photodetektormechanismus 1005 wird anhand von 10B unten beschrieben.
  • <Strukturbeispiel für den Photodetektormechanismus>
  • Der bei dieser Ausführungsform beschriebene Photodetektormechanismus 1005 beinhaltet einen Photodetektorabschnitt 1010, in dem Photodetektorschaltungen 1012 in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, und einen Photodetektorschaltungs-Steuerabschnitt 1020, der einen ersten Photodetektorschaltungs-Treiber 1021 und einen zweiten Photodetektorschaltungs-Treiber 1022 zum Steuern der Photodetektorschaltungen 1012 beinhaltet.
  • Als die Photodetektorschaltung 1012 wird die Photodetektorschaltung in 1A verwendet (natürlich ist die Photodetektorschaltung 1012 nicht darauf beschränkt).
  • Der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1021 hat eine Funktion zum Erzeugen eines Signals, das an die Leitung 113 (VR) und die Leitung 111 (PR) ausgegeben wird, und eine Funktion zum Entnehmen von Detektionssignalen, die von der ersten Signalausgabeschaltung 101 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ausgegeben werden, aus der Leitung 115 (OUT) in einer ausgewählten Zeile. Es sei angemerkt, dass der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1021 an den Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006 angeschlossen ist, der ein Bildsignal erzeugt, das weniger von Nachleuchten beeinflusst wird.
  • Der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1021 beinhaltet zusätzlich eine Vorladeschaltung und hat eine Funktion zum Einstellen des Potentials der Leitung 115 (OUT) auf ein vorbestimmtes Potential. Es sei angemerkt, dass der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1021 eine Struktur haben kann, bei der unter Verwendung eines Operationsverstärkers oder dergleichen die Ausgabe eines Analogsignals von einer Photodetektorschaltung als solches aus der Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 entnommen wird, oder eine Struktur haben kann, bei der unter Verwendung einer A/D-Wandlerschaltung ein Analogsignal in ein digitales Signal umgewandelt wird und aus der Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 entnommen wird.
  • Der zweite Photodetektorschaltungs-Treiber 1022 hat eine Funktion zum Erzeugen eines Signals, das an die Leitung 114 (TX1), die Leitung 134 (TX2), die Leitung 116 (SE1) und die Leitung 136 (SE2) ausgegeben wird.
  • Das Obige ist die Beschreibung des Strukturbeispiels für den Photodetektormechanismus 1005.
  • <Betriebsbeispiel für die Strahlungsbildgebungsvorrichtung>
  • Als nächstes wird ein Beispiel für den Betrieb der Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 mit der oben beschriebenen Struktur anhand von 11A bis 11D beschrieben.
  • In dem Fall, in dem beispielsweise bewegte Bilder zum Beobachten des Blutflusses in Blutgefäßen oder zeitlich kontinuierliche Standbilder mit einer Strahlungsbildgebungsvorrichtung aufgenommen werden, ist es nötig, die zeitliche Auflösung der Strahlungsbildgebungsvorrichtung zu erhöhen, um hochauflösende Bilder zu erhalten. Deshalb wünscht man, dass ein Zeitraum nach dem Beenden einer Strahlungsemission vor dem Beginn der nächsten Strahlungsemission so kurz wie möglich ist.
  • Jedoch wird in dem Fall, in dem der Zeitraum nach dem Beenden einer Strahlungsemission vor dem Beginn der nächsten Strahlungsemission kurz ist, in einigen Fällen beim Beginn der nächsten Strahlungsemission Licht wegen des Nachleuchtens aus einem Szintillator ausgegeben.
  • Wenn eine Strahlungsemission in einem solchen Zustand beginnt, ist Licht, das aus dem Szintillator ausgegeben wird, eine Kombination von Licht, das durch die Strahlungsemission erzielt wird, und Licht wegen des Nachleuchtens der vorhergehenden Strahlungsemissionen. Deswegen kann ein Unterschied zwischen der Menge an Strahlung, die durch den Gegenstand 1008 hindurch tritt und von dem Szintillator 1004 empfangen wird, und Daten auftreten, die der Menge an von dem Photodetektormechanismus 1005 empfangenen Strahlung entsprechen und von dem Photodetektormechanismus 1005 ausgegeben werden.
  • Angesichts der obigen Beschreibung wird wie in 11A und 11B gezeigt zuerst Licht 1101, das in einer Periode 1111 kurz vor dem Beginn der nächsten Strahlungsemission aus dem Szintillator 1004 ausgegeben wird, von dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 in jeder der Photodetektorschaltungen 1012 empfangen, und Potentiale (Daten) (nachstehend auch als Potentiale A bezeichnet), die auf der Menge an einfallendem Licht basieren, werden in den ersten Signalausgabeschaltungen 101 gehalten.
  • Das Licht 1101, das in der Periode 1111 aus dem Szintillator 1004 ausgegeben wird, kann als Licht wegen des Nachleuchtens der vorhergehenden Strahlungsemissionen betrachtet werden.
  • Wie in 11C und 11D gezeigt ist, wird als nächstes Licht 1102, das in einer Periode 1112, während deren die nächste Strahlungsemission durchgeführt wird, aus dem Szintillator 1004 ausgegeben wird, von dem photoelektrischen Umwandlungselement 100 in jeder der Photodetektorschaltungen 1012 empfangen, und Potentiale (Daten) (nachstehend auch als Potentiale B bezeichnet), die auf der Menge an einfallendem Licht basieren, werden in den zweiten Signalausgabeschaltungen 102 gehalten.
  • Das Licht 1102, das in der Periode 1112 aus dem Szintillator 1004 ausgegeben wird, kann als Licht wegen des Nachleuchtens der vorhergehenden Strahlungsemissionen betrachtet werden.
  • Nachdem die Potentiale A und die Potentiale B in allen Photodetektorschaltungen 1012 gehalten worden sind, werden dann ein Detektionssignal, das das Potential A als Daten umfasst, und ein Detektionssignal, das das Potential B als Daten umfasst, von jeder der Photodetektorschaltungen 1012 an den Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006 ausgegeben.
  • Danach wird in dem Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006 ein Bildsignal (für ein Pixel) unter Benutzung eines Unterschieds zwischen den zwei Detektionssignalen erzeugt, die von jeder der Photodetektorschaltungen 1012 eingegeben werden, und Bilddaten werden unter Verwendung des Bildsignals auf der Bildanzeigevorrichtung 1007 angezeigt.
  • Hierbei hat die Photodetektorschaltung 1012 eine Struktur, bei der ein photoelektrisches Umwandlungselement und eine Signalausgabeschaltung bereitgestellt sind.
  • Bei der Struktur kann dann, wenn die in der Signalausgabeschaltung gehaltenen Daten in der Periode 1111 verbleiben, ein Potential (Daten) in der Periode 1112 nicht präzise erhalten werden. Mit anderen Worten: da ein Potential (Daten) in der Periode 1112 zu einem Potential (Daten) in der Periode 1111 hinzugefügt wird, ist erforderlich, dass ein Ausgeben eines Detektionssignals entsprechend dem Potential (Daten) (ein Ausgabevorgang) und ein Zurücksetzen des in der Signalausgabeschaltung gehaltenen Potentials (Daten) (ein Rücksetzvorgang) vor dem Beginn der Periode 1112 durchgeführt werden.
  • Die Menge an durch Nachleuchten emittiertem Licht nimmt mit der Zeit ab. Deshalb ist mit der Zunahme eines Intervalls vom Ende der Periode 1111 bis zum Beginn der Periode 1112 weniger wahrscheinlich, dass ein präzises Bildsignal erhalten wird, wenn ein Bildsignal unter Benutzung eines Unterschieds zwischen zwei Detektionssignalen auf die oben beschriebene Weise erzeugt wird. Insbesondere wird in dem Fall, in dem der Betrag der zeitlichen Änderung des Nachleuchtens groß ist, das obige Problem erheblich.
  • Im Gegensatz dazu sind bei der Photodetektorschaltung 1012 die zwei Signalausgabeschaltungen (die erste Signalausgabeschaltung 101 und die zweite Signalausgabeschaltung 102) an das photoelektrische Umwandlungselement 100 wie in 1A angeschlossen, in welchem Falle das Ausschalten des ersten Schaltelements 121 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 ermöglicht, dass ein Potential (Daten) in der Periode 1111 in der ersten Signalausgabeschaltung 101 gehalten wird, und ferner ermöglicht nur das Durchführen eines Rücksetzvorgangs nach der Periode 1111 an der zweiten Signalausgabeschaltung 102, dass begonnen wird, unter Verwendung des photoelektrischen Umwandlungselements 100 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ein Potential (Daten) in der Periode 1112 zu erhalten. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem die Photodetektorschaltung in 3A verwendet wird, ein Rücksetzvorgang, der nach der Periode 1111 durchgeführt wird, unter Umständen nicht notwendig ist.
  • Ein Bildsignal, das unter Benutzung eines Unterschieds zwischen von jeder der Photodetektorschaltungen 1012 eingegebenen zwei Detektionssignalen erzeugt wird, ist deshalb ein präzises Bildsignal, das weniger von Nachleuchten beeinflusst wird.
  • Das Obige ist die Beschreibung der Strahlungsbildgebungsvorrichtung, die die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Photodetektorschaltung beinhaltet.
  • In 10A und 10B ist der Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006 zwar in der Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 derart angeordnet, dass er an den Photodetektormechanismus 1005 angeschlossen ist, aber der Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006 kann auch in dem Photodetektormechanismus 1005 bereitgestellt sein. Alternativ kann der Bildsignalerzeugungsabschnitt 1006 außerhalb der Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 bereitgestellt sein.
  • Außerdem ist in 10A und 10B die Bildanzeigevorrichtung 1007 außerhalb der Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 bereitgestellt; die Bildanzeigevorrichtung 1007 kann jedoch in der Strahlungsbildgebungsvorrichtung 1000 bereitgestellt sein.
  • <Strukturbeispiel für eine Bildanzeigevorrichtung>
  • 12 zeigt ein Beispiel für eine Struktur einer Bildanzeigevorrichtung, die eine Vielzahl von Pixeln und einen Treiber zum Ansteuern der Vielzahl von Pixeln beinhaltet.
  • Eine Bildanzeigevorrichtung 1200 beinhaltet einen Anzeigeabschnitt 1240, einen Anzeigeelement-Steuerabschnitt 1220 und einen Photodetektorschaltungs-Steuerabschnitt 1230. Der Anzeigeabschnitt 1240 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln 1210, die in einer Matrix angeordnet sind.
  • 12 zeigt ein Beispiel, in dem das Pixel 1210 ein rotes Licht emittierendes Anzeigeelement 1201R, ein grünes Licht emittierendes Anzeigeelement 1201G, ein blaues Licht emittierendes Anzeigeelement 1201B und eine Photodetektorschaltung 1202 beinhaltet. Die Struktur der Photodetektorschaltung 1202 kann der bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Struktur ähnlich sein.
  • Ein Beispiel für eine Konfiguration des Pixels 1210 wird anhand von 13 unten beschrieben.
  • <Konfigurationsbeispiel für das Pixel>
  • Das Pixel 1210, das bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, beinhaltet drei Anzeigeelemente (das Anzeigeelement 1201R, das Anzeigeelement 1201G und das Anzeigeelement 1201B) und die einzelne Photodetektorschaltung 1202. Unter Verwendung des Pixels 1210 als Basiskonfiguration ist eine Vielzahl von Pixeln 1210 in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet und bildet einen Anzeigebildschirm aus, der auch als Dateneingabebereich dient. 13 zeigt ein Beispiel für den Fall, in dem die Photodetektorschaltung mit der Konfiguration in 1A als die Photodetektorschaltung 1202 in dem Pixel 1210 verwendet wird.
  • Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Anzeigeelemente und die Anzahl der Photodetektorschaltungen, die in jedem Pixel enthalten sind, nicht auf die in 13 gezeigte Anzahl beschränkt sind. Die Dichte der Photodetektorschaltungen und diejenige der Anzeigeelemente können gleich oder unterschiedlich sein. Das heißt: eine einzelne Photodetektorschaltung kann für ein einzelnes Anzeigeelement bereitgestellt sein; eine einzelne Photodetektorschaltung kann für zwei oder mehr Anzeigeelemente bereitgestellt sein; oder ein einzelnes Anzeigeelement kann für zwei oder mehr Photodetektorschaltungen bereitgestellt sein.
  • 13 zeigt als Beispiel eine Konfiguration, bei der das Anzeigeelement 1201R, das Anzeigeelement 1201G und das Anzeigeelement 1201B jeweils ein Flüssigkristallelement 1250 beinhalten. Das Anzeigeelement 1201R, das Anzeigeelement 1201G und das Anzeigeelement 1201B beinhalten jeweils das Flüssigkristallelement 1250, einen Transistor 1252, der als Schaltelement zum Steuern des Betriebs des Flüssigkristallelements 1250 dient, und einen Kondensator 1254. Das Flüssigkristallelement 1250 weist eine Pixel-Elektrode, eine Gegenelektrode und eine Flüssigkristallschicht auf, an die eine Spannung durch die Pixel-Elektrode und die Gegenelektrode angelegt wird.
  • Es ist zwar nicht gezeigt, aber ein roter Farbfilter, ein grüner Farbfilter und ein blauer Farbfilter sind auf den Lichtextraktionsseiten des Flüssigkristallelements 1250 in dem Anzeigeelement 1201R, des Flüssigkristallelements 1250 in dem Anzeigeelement 1201G bzw. des Flüssigkristallelements 1250 in dem Anzeigeelement 1201B angeordnet.
  • Ein Gate des Transistors 1252 ist an eine Abtastleitung (scan line) GL (GL1 oder GL2) angeschlossen. Einer von Source und Drain des Transistors 1252 ist an eine Signalleitung SL (SL1 oder SL2) angeschlossen, und der andere von Source und Drain des Transistors 1252 ist an eine Pixel-Elektrode des Flüssigkristallelements 1250 angeschlossen. Eine eines Paars von Elektroden des Kondensators 1254 ist an die Pixel-Elektrode des Flüssigkristallelements 1250 angeschlossen, und die andere des Paars von Elektroden des Kondensators 1254 ist an eine Leitung COM angeschlossen, die mit einem festen Potential versorgt wird. Die Signalleitung SL wird mit einem Potential versorgt, das einem anzuzeigenden Bild entspricht. Wenn der Transistor 1252 mit einem Signal der Abtastleitung GI eingeschaltet wird, wird das Potential der Signalleitung SL einer des Paars von Elektroden des Kondensators 1254 und der Pixel-Elektrode des Flüssigkristallelements 1250 zugeführt. Der Kondensator 1254 hält eine Ladung, die einer Spannung entspricht, die an die Flüssigkristallschicht angelegt wird. Der Kontrast (Graustufe) von Licht, das durch die Flüssigkristallschicht hindurch tritt, wird unter Benutzung der durch Anlegen einer Spannung auftretenden Änderung der Polarisationsrichtung der Flüssigkristallschicht erzeugt, und Bilder werden angezeigt. Als Licht, das durch die Flüssigkristallschicht hindurch tritt, wird aus der Hintergrundbeleuchtung emittiertes Licht verwendet.
  • Bei der Konfiguration in 13 kann der Betrieb der in einer Matrix angeordneten Anzeigeelemente demjenigen in einer bekannten Anzeigevorrichtung ähnlich sein.
  • Es sei angemerkt, dass als der Transistor 1252 der Transistor verwendet werden kann, der ein Oxidhalbleitermaterial in einem Kanalbildungsbereich enthält und bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist. Im Fall der Verwendung des Transistors muss der Kondensator 1254 nicht unbedingt bereitgestellt sein, da sein Strom in ausgeschaltetem Zustand sehr gering ist.
  • Es sei angemerkt, dass jedes der Anzeigeelemente 1201R, 1201G und 1201B weiterhin ein anderes Schaltungselement nach Bedarf beinhalten kann, so beispielsweise einen Transistor, eine Diode, einen Widerstand, einen Kondensator oder einen Induktor.
  • 13 zeigt den Fall, in dem das Anzeigeelement 1201R, das Anzeigeelement 1201G und das Anzeigeelement 1201B jeweils das Flüssigkristallelement 1250 beinhalten; jedoch kann auch ein anderes Element, wie z. B. ein lichtemittierendes Element, enthalten sein. Das lichtemittierende Element ist ein Element, dessen Leuchtdichte durch einen Strom oder eine Spannung gesteuert wird, und konkrete Beispiele dafür sind eine Leuchtdiode und eine organische Leuchtdiode (organic light-emitting diode, OLED).
  • Das Obige ist die Beschreibung des Konfigurationsbeispiels für das Pixel 1210.
  • Der Anzeigeelement-Steuerabschnitt 1220 beinhaltet einen ersten Anzeigeelement-Treiber 1221, der eine Funktion zum Steuern der Anzeigeelemente 1201 hat und ein Signal in das Anzeigeelement 1201 über eine Signalleitung eingibt, über die ein Bildsignal übertragen wird (auch als „Source-Signalleitung” bezeichnet), und einen zweiten Anzeigeelement-Treiber 1222, der ein Signal in das Anzeigeelement 1201 über eine Abtastleitung (auch als „Gate-Signalleitung” bezeichnet) eingibt. Der erste Anzeigeelement-Treiber 1221 hat beispielsweise eine Funktion zum Anlegen eines vorbestimmten Potentials an die Anzeigeelemente 1201 in den Pixeln 1210 in der ausgewählten Leitung. Weiterhin hat der zweite Anzeigeelement-Treiber 1222 eine Funktion zum Auswählen der Anzeigeelemente 1201 in den Pixeln in einer bestimmten Zeile.
  • Der Photodetektorschaltungs-Steuerabschnitt 1230 beinhaltet Treiber zum Steuern der Photodetektorschaltungen 1202, insbesondere einen ersten Photodetektorschaltungs-Treiber 1231, der dem ersten Anzeigeelement-Treiber 1221 zugewandt ist, wobei der Anzeigeabschnitt 1240 dazwischen liegt, und einen zweiten Photodetektorschaltungs-Treiber 1232, der dem zweiten Anzeigeelement-Treiber 1222 zugewandt ist, wobei der Anzeigeabschnitt 1240 dazwischen liegt.
  • Der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1231 hat eine Funktion zum Erzeugen eines Signals, das an die Leitung 111 (PR) und die Leitung 113 (VR) ausgegeben wird, und eine Funktion zum Entnehmen eines Ausgangssignals einer Photodetektorschaltung in dem Pixel 1210 in einer ausgewählten Zeile aus der Leitung 115 (OUT). Es sei angemerkt, dass der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1231 an einen Detektionssignal-Vergleichsabschnitt 1260 angeschlossen ist, der mittels einer Vielzahl von aus jedem Pixel 1210 ausgegebenen Detektionssignalen für jedes Pixel 1210 bestimmt, ob darüber ein zu detektierender Gegenstand existiert oder nicht.
  • Der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1231 beinhaltet zusätzlich eine Vorladeschaltung und hat eine Funktion zum Einstellen des Potentials der Leitung 115 (OUT) auf ein vorbestimmtes Potential. Es sei angemerkt, dass der erste Photodetektorschaltungs-Treiber 1231 eine Struktur haben kann, bei der unter Verwendung eines Operationsverstärkers oder dergleichen die Ausgabe eines Analogsignals von einer Photodetektorschaltung als solches aus der Bildanzeigevorrichtung 1200 entnommen wird, oder eine Struktur haben kann, bei der unter Verwendung einer A/D-Wandlerschaltung ein Analogsignal in ein digitales Signal umgewandelt wird und aus der Bildanzeigevorrichtung 1200 entnommen wird.
  • Der zweite Photodetektorschaltungs-Treiber 1232 hat eine Funktion zum Erzeugen eines Signals, das an die Leitung 114 (TX1), die Leitung 134 (TX2), die Leitung 116 (SE1) und die Leitung 136 (SE2) ausgegeben wird.
  • Das Obige ist die Beschreibung des Konfigurationsbeispiels für die Bildanzeigevorrichtung 1200.
  • <Betriebsbeispiel für die Bildanzeigevorrichtung>
  • Als nächstes wird ein Beispiel für den Betrieb der Bildanzeigevorrichtung mit der oben beschriebenen Konfiguration anhand von 14A und 14B beschrieben.
  • Die Photodetektorschaltung 1202, die in der Bildanzeigevorrichtung 1200 bereitgestellt ist, kann Potentiale (Daten), welche die Menge an in bestimmten Perioden in das photoelektrische Umwandlungselement 100 einfallendem Licht als Daten umfassen, gemäß der Anzahl der Signalausgabeschaltungen in der Photodetektorschaltung 1202 halten, wie bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist.
  • Bei der Photodetektorschaltung in 13 können beispielsweise Potentiale (Daten) in zwei Perioden unter Verwendung der ersten Signalausgabeschaltung 101 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 gehalten werden. Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform die zwei Perioden als Periode A und Periode B bezeichnet werden, und dass die Periode B nach der Periode A kommt.
  • Die Periode A ist eine Periode, während deren wie in 14A gezeigt kein zu detektierender Gegenstand, wie z. B. ein Finger, über dem Anzeigeelement 1201 existiert. Licht (Bild), das unter Verwendung des ersten Anzeigeelement-Treibers 1221 und des zweiten Anzeigeelement-Treibers 1222 aus dem Anzeigeelement 1201 ausgegeben wird, wird durch eine Flüssigkristallschicht 1401, ein Paar von Ausrichtungsfilmen 1402, zwischen denen die Flüssigkristallschicht 1401 liegt, ein Paar von Elektroden 1403, zwischen denen das Paar von Ausrichtungsfilmen 1402 liegt, einen Farbfilter 1404, ein Substrat 1405 und dergleichen nach außen ausgegeben.
  • Folglich wird ein wenig reflektiertes Licht, das von dem Substrat 1405 oder dergleichen reflektiert wird, Außenlicht oder dergleichen in die Photodetektorschaltung 1202 eingegeben, und ein Potential (Daten) (nachstehend auch als Potential C bezeichnet), das die Menge an in der Periode A einfallendem Licht als Daten umfasst, wird in der ersten Signalausgabeschaltung 101 gehalten.
  • Die Periode B ist eine Periode, während deren ein zu detektierender Gegenstand 1410 über dem Anzeigeelement 1201 wie in 14B gezeigt existiert, und Licht (Bild), das unter Verwendung des ersten Anzeigeelement-Treibers 1221 und des zweiten Anzeigeelement-Treibers 1222 aus dem Anzeigeelement 1201 ausgegeben wird, wird teilweise von dem Gegenstand 1410 absorbiert, das andere Licht fällt in die Photodetektorschaltung 1202 ein, und ein Potential (Daten) (nachstehend auch als Potential D bezeichnet), das die Menge an in der Periode B einfallendem Licht als Daten umfasst, wird in der zweiten Signalausgabeschaltung 102 gehalten.
  • Es sei angemerkt, dass die Menge an Licht, das in der Periode B in die Photodetektorschaltung 1202 einfällt, viel größer ist als die Menge an in der Periode A einfallendem Licht.
  • Danach werden das Potential C und das Potential D in allen Pixeln 1210 in dem Anzeigeabschnitt 1240 gehalten, und dann werden ein Detektionssignal, das das Potential C als Daten umfasst, und ein Detektionssignal, das das Potential D als Daten umfasst, von jedem der Pixel 1210 an den Detektionssignal-Vergleichsabschnitt 1260 ausgegeben.
  • In dem Detektionssignal-Vergleichsabschnitt 1260 werden dann zwei Detektionssignale verglichen, die von jedem der Pixel 1210 eingegeben werden. In dem Fall, in dem ein Unterschied, der größer als oder gleich einem vorbestimmten Wert (den ein Fachmann angemessen bestimmen kann) ist, gefunden wird, wird entschieden, dass der Gegenstand 1410 über dem Pixel 1210 existiert.
  • Hierbei wird der Fall beschrieben, in dem die Photodetektorschaltung 1202 ein photoelektrisches Umwandlungselement und eine Signalausgabeschaltung beinhaltet.
  • Bei der Struktur kann dann, wenn die in der Signalausgabeschaltung gehaltenen Daten in der Periode A verbleiben, ein Potential (Daten) in der Periode B nicht präzise erhalten werden. Mit anderen Worten: da ein Potential (Daten) in der Periode B zu einem Potential (Daten) in der Periode A hinzugefügt wird, ist erforderlich, dass ein Ausgeben eines Detektionssignals entsprechend einem Potential (Daten) (Ausgabevorgang) und ein Zurücksetzen eines in der Signalausgabeschaltung gehaltenen Potentials (Daten) (Rücksetzvorgang) vor dem Beginn der Periode B durchgeführt werden.
  • Nach dem Ende der Periode A und vor dem Beginn der Periode B, beispielsweise in dem Fall, in dem ein Ausgabevorgang an den in der Periode A erhaltenen Daten durchgeführt wird und in dem in einer Periode, während deren ein Rücksetzvorgang an den in der Periode A erhaltenen Daten durchgeführt wird, der Gegenstand 1410 über dem Anzeigeelement 1201 quert, kann deshalb durch den Detektionssignal-Vergleichsabschnitt 1260 in einigen Fällen nicht für jedes Pixel 1210 präzise entschieden werden, ob der Gegenstand 1410 darüber existiert oder nicht, obwohl die in der Periode A erhaltenen Daten und die in der Periode B erhaltenen Daten verwendet werden.
  • Im Gegensatz dazu sind bei der bei dieser Ausführungsform beschriebenen Bildanzeigevorrichtung 1200 zwei Signalausgabeschaltungen (die erste Signalausgabeschaltung 101 und die zweite Signalausgabeschaltung 102) an das photoelektrische Umwandlungselement 100 wie in 13 angeschlossen. Daher ermöglicht das Ausschalten des ersten Schaltelements 121 in der ersten Signalausgabeschaltung 101, dass ein Potential (Daten) in der Periode A in der ersten Signalausgabeschaltung gehalten wird. Ferner ermöglicht nur das Durchführen eines Rücksetzvorgangs nach der Periode A an der zweiten Signalausgabeschaltung 102, dass begonnen wird, unter Verwendung des photoelektrischen Umwandlungselements 100 und der zweiten Signalausgabeschaltung 102 ein Potential (Daten) in der Periode B zu erhalten.
  • Somit kann auch in dem Fall, in dem sich der Gegenstand 1410 sehr schnell bewegt, für jedes Pixel 1210 präzise entschieden werden, ob der Gegenstand 1410 darüber 1210 existiert oder nicht.
  • Das Obige ist die Beschreibung der Bildanzeigevorrichtung, die die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Photodetektorschaltung beinhaltet.
  • In 12 ist der Detektionssignal-Vergleichsabschnitt 1260 in der Bildanzeigevorrichtung 1200 derart angeordnet, dass er an den ersten Photodetektorschaltungs-Treiber 1231 angeschlossen ist; der Detektionssignal-Vergleichsabschnitt 1260 kann jedoch in dem ersten Photodetektorschaltungs-Treiber 1231 bereitgestellt sein. Alternativ kann der Detektionssignal-Vergleichsabschnitt 1260 außerhalb der Bildanzeigevorrichtung 1200 bereitgestellt sein.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-200495 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 12. September 2012, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (21)

  1. Photodetektorschaltung, die umfasst: ein photoelektrisches Umwandlungselement; einen ersten Transistor; einen zweiten Transistor; einen dritten Transistor; und einen vierten Transistor, wobei ein Gate des dritten Transistors über den ersten Transistor elektrisch an einen ersten Anschluss des photoelektrischen Umwandlungselements angeschlossen ist, wobei ein Gate des vierten Transistors über den zweiten Transistor elektrisch an den ersten Anschluss des photoelektrischen Umwandlungselements angeschlossen ist, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, ein Gate-Potential des dritten Transistors gemäß einer Menge an Licht zu halten, das in das photoelektrische Umwandlungselement einfällt, wenn Licht aus einer Lichtquelle emittiert wird, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, ein Gate-Potential des vierten Transistors gemäß einer Menge an Licht zu halten, das in das photoelektrische Umwandlungselement einfällt, wenn kein Licht aus der Lichtquelle emittiert wird.
  2. Photodetektorschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor einen Kanalbildungsbereich umfasst, der einen Oxidhalbleiter umfasst, und wobei der zweite Transistor einen Kanalbildungsbereich umfasst, der einen Oxidhalbleiter umfasst.
  3. Photodetektorschaltung nach Anspruch 2, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer ersten Potentialerzeugungsperiode, während deren Licht aus der Lichtquelle an das photoelektrische Umwandlungselement emittiert wird, eine erste Ladung entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors zu erzeugen, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer zweiten Potentialerzeugungsperiode, während deren kein Licht aus der Lichtquelle emittiert wird, nach der ersten Potentialerzeugungsperiode eine zweite Ladung entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors zu erzeugen, wobei der dritte Transistor konfiguriert ist, während einer ersten Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors auszugeben, und wobei der vierte Transistor konfiguriert ist, während einer zweiten Ausgabeperiode nach der ersten Ausgabeperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors auszugeben.
  4. Photodetektorschaltung nach Anspruch 3, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, von der ersten Potentialerzeugungsperiode bis zu der ersten Ausgabeperiode das Gate-Potential des dritten Transistors zu halten, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, von der zweiten Potentialerzeugungsperiode bis zu der zweiten Ausgabeperiode das Gate-Potential des vierten Transistors zu halten.
  5. Photodetektorschaltung nach Anspruch 2, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer ersten Potentialerzeugungsperiode, während deren Licht aus der Lichtquelle an das photoelektrische Umwandlungselement emittiert wird, eine erste Ladung entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors zu erzeugen, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer zweiten Potentialerzeugungsperiode, während deren kein Licht aus der Lichtquelle emittiert wird, nach der ersten Potentialerzeugungsperiode eine zweite Ladung entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors zu erzeugen, wobei der dritte Transistor konfiguriert ist, während einer Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors auszugeben, und wobei der vierte Transistor konfiguriert ist, während der Ausgabeperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors auszugeben.
  6. Photodetektorschaltung nach Anspruch 5, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, von der ersten Potentialerzeugungsperiode bis zu der Ausgabeperiode das Gate-Potential des dritten Transistors zu halten, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, von der zweiten Potentialerzeugungsperiode bis zu der Ausgabeperiode das Gate-Potential des vierten Transistors zu halten.
  7. Bildgebungsvorrichtung, die umfasst: einen Szintillator; und eine Photodetektorschaltung, wobei die Photodetektorschaltung umfasst: ein photoelektrisches Umwandlungselement; einen ersten Transistor; einen zweiten Transistor; einen dritten Transistor; und einen vierten Transistor, wobei ein Gate des dritten Transistors über den ersten Transistor elektrisch an einen ersten Anschluss des photoelektrischen Umwandlungselements angeschlossen ist, wobei ein Gate des vierten Transistors über den zweiten Transistor elektrisch an den ersten Anschluss des photoelektrischen Umwandlungselements angeschlossen ist, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, ein Gate-Potential des dritten Transistors gemäß einer Menge an Licht zu halten, das aus dem Szintillator in das photoelektrische Umwandlungselement einfällt, wenn Strahlung aus einer Strahlenquelle emittiert wird, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, ein Gate-Potential des vierten Transistors gemäß einer Menge an Licht zu halten, das aus dem Szintillator in das photoelektrische Umwandlungselement einfällt, wenn keine Strahlung aus der Strahlenquelle emittiert wird.
  8. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Transistor einen Kanalbildungsbereich umfasst, der einen Oxidhalbleiter umfasst, und wobei der zweite Transistor einen Kanalbildungsbereich umfasst, der einen Oxidhalbleiter umfasst.
  9. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer ersten Potentialerzeugungsperiode, während deren Strahlung aus der Strahlenquelle an den Szintillator emittiert wird, eine erste Ladung entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors zu erzeugen, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer zweiten Potentialerzeugungsperiode, während deren keine Strahlung aus der Strahlenquelle emittiert wird, nach der ersten Potentialerzeugungsperiode eine zweite Ladung entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors zu erzeugen, wobei der dritte Transistor konfiguriert ist, während einer ersten Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors auszugeben, und wobei der vierte Transistor konfiguriert ist, während einer zweiten Ausgabeperiode nach der ersten Ausgabeperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors auszugeben.
  10. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, von der ersten Potentialerzeugungsperiode bis zu der ersten Ausgabeperiode das Gate-Potential des dritten Transistors zu halten, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, von der zweiten Potentialerzeugungsperiode bis zu der zweiten Ausgabeperiode das Gate-Potential des vierten Transistors zu halten.
  11. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer ersten Potentialerzeugungsperiode, während deren Strahlung aus der Strahlenquelle an den Szintillator emittiert wird, eine erste Ladung entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors zu erzeugen, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer zweiten Potentialerzeugungsperiode, während deren keine Strahlung aus der Strahlenquelle emittiert wird, nach der ersten Potentialerzeugungsperiode eine zweite Ladung entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors zu erzeugen, wobei der dritte Transistor konfiguriert ist, während einer Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors auszugeben, und wobei der vierte Transistor konfiguriert ist, während der Ausgabeperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors auszugeben.
  12. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, von der ersten Potentialerzeugungsperiode bis zu der Ausgabeperiode das Gate-Potential des dritten Transistors zu halten, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, von der zweiten Potentialerzeugungsperiode bis zu der Ausgabeperiode das Gate-Potential des vierten Transistors zu halten.
  13. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 7, die ferner die Strahlenquelle umfasst.
  14. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der erste Transistor einen Kanalbildungsbereich umfasst, der einen Oxidhalbleiter umfasst, und wobei der zweite Transistor einen Kanalbildungsbereich umfasst, der einen Oxidhalbleiter umfasst.
  15. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer ersten Potentialerzeugungsperiode, während deren Strahlung aus der Strahlenquelle an den Szintillator emittiert wird, eine erste Ladung entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors zu erzeugen, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer zweiten Potentialerzeugungsperiode, während deren keine Strahlung aus der Strahlenquelle emittiert wird, nach der ersten Potentialerzeugungsperiode eine zweite Ladung entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors zu erzeugen, wobei der dritte Transistor konfiguriert ist, während einer ersten Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors auszugeben, und wobei der vierte Transistor konfiguriert ist, während einer zweiten Ausgabeperiode nach der ersten Ausgabeperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors auszugeben.
  16. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, von der ersten Potentialerzeugungsperiode bis zu der ersten Ausgabeperiode das Gate-Potential des dritten Transistors zu halten, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, von der zweiten Potentialerzeugungsperiode bis zu der zweiten Ausgabeperiode das Gate-Potential des vierten Transistors zu halten.
  17. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer ersten Potentialerzeugungsperiode, während deren Strahlung aus der Strahlenquelle an den Szintillator emittiert wird, eine erste Ladung entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors zu erzeugen, wobei das photoelektrische Umwandlungselement konfiguriert ist, während einer zweiten Potentialerzeugungsperiode, während deren keine Strahlung aus der Strahlenquelle emittiert wird, nach der ersten Potentialerzeugungsperiode eine zweite Ladung entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors zu erzeugen, wobei der dritte Transistor konfiguriert ist, während einer Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des dritten Transistors auszugeben, und wobei der vierte Transistor konfiguriert ist, während der Ausgabeperiode ein Signal entsprechend dem Gate-Potential des vierten Transistors auszugeben.
  18. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei der erste Transistor konfiguriert ist, von der ersten Potentialerzeugungsperiode bis zu der Ausgabeperiode das Gate-Potential des dritten Transistors zu halten, und wobei der zweite Transistor konfiguriert ist, von der zweiten Potentialerzeugungsperiode bis zu der Ausgabeperiode das Gate-Potential des vierten Transistors zu halten.
  19. Verfahren zum Ansteuern einer Photodetektorschaltung, die ein photoelektrisches Umwandlungselement, einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor, einen dritten Transistor und einen vierten Transistor umfasst, wobei ein Gate des dritten Transistors über den ersten Transistor elektrisch an einen ersten Anschluss des photoelektrischen Umwandlungselements angeschlossen ist, wobei ein Gate des vierten Transistors über den zweiten Transistor elektrisch an den ersten Anschluss des photoelektrischen Umwandlungselements angeschlossen ist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Emittieren von Licht während einer ersten Potentialerzeugungsperiode aus einer Lichtquelle an das photoelektrische Umwandlungselement; Erzeugen eines Gate-Potentials des dritten Transistors während der ersten Potentialerzeugungsperiode gemäß einer Menge an Licht, das in das photoelektrische Umwandlungselement einfällt, während sich der erste Transistor in einem Einschaltzustand befindet; Emittieren von keinem Licht während einer zweiten Potentialerzeugungsperiode nach der ersten Potentialerzeugungsperiode aus der Lichtquelle an das photoelektrische Umwandlungselement; Erzeugen eines Gate-Potentials des vierten Transistors während der zweiten Potentialerzeugungsperiode gemäß einer Menge an Licht, das in das photoelektrische Umwandlungselement einfällt, während sich der zweite Transistor in einem Einschaltzustand befindet; Ausgeben eines ersten Signals, das dem Gate-Potential des dritten Transistors entspricht, während einer ersten Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode; Ausgeben eines zweiten Signals, das dem Gate-Potential des vierten Transistors entspricht, während einer zweiten Ausgabeperiode nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode; Halten des Gate-Potentials des dritten Transistors nach der ersten Potentialerzeugungsperiode bis zu der ersten Ausgabeperiode, während sich der erste Transistor in einem Ausschaltzustand befindet; und Halten des Gate-Potentials des vierten Transistors nach der zweiten Potentialerzeugungsperiode bis zu der zweiten Ausgabeperiode, während sich der zweite Transistor in einem Ausschaltzustand befindet.
  20. Verfahren zum Ansteuern der Photodetektorschaltung nach Anspruch 19, wobei die zweite Ausgabeperiode nach der ersten Ausgabeperiode kommt.
  21. Verfahren zum Ansteuern der Photodetektorschaltung nach Anspruch 19, wobei das Licht von einem Szintillator erzeugt wird.
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