JP2012256020A - 半導体装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フォトセンサと、発光素子を有する表示素子と、を有し、発光素子を有する表示素子に電気的に接続される電源線と、フォトセンサに電気的に接続される電源線とを共有する半導体装置である。こうして、電源線の幅を狭くすることなく、高精細の半導体装置が得られる。そのため、電源線の電位の安定性を確保しつつ、半導体装置を高精細化することができるため、高精細な半導体装置においても、発光素子を有する表示素子の駆動電圧を安定とし、且つフォトセンサの駆動電圧も安定とすることができる。こうして、高精細化可能であり、且つ、表示品質が高く、被検出物の撮像精度や検出精度の高い半導体装置が得られる。
【選択図】図1
Description
増幅回路は、増幅回路に蓄積された電荷を放電させるリセット動作と、光電変換素子に流れる光電流の電流量に対応した電荷を蓄積する蓄積動作と、当該電荷の量を情報として含む出力信号を読み出す選択動作とを行う。全ての発光素子を発光させて被検出物に光を照射し、被検出物により反射された光の量を第p(pはm以下の自然数)行目のフォトセンサで検出する。第p(pはm以下の自然数)行目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行った後、全ての発光素子を非発光(つまり、発光させない)として第(p+1)行目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行う。このようなフォトセンサの選択動作を全行について順次行い、隣接する行のフォトセンサで得られた出力信号の差分を取得する。この差分を用いて被検出物の撮像画像の生成や被検出物の存在する領域の検出を行う。
増幅回路は、増幅回路に蓄積された電荷を放電させるリセット動作と、光電変換素子に流れる光電流の電流量に対応した電荷を蓄積する蓄積動作と、当該電荷の量を情報として含む出力信号を読み出す選択動作とを行う。全ての発光素子を発光させて被検出物に光を照射し、被検出物により反射された光の量を第q(qはn以下の自然数)列目のフォトセンサで検出する。第q列目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行った後、全ての発光素子を非発光(つまり、発光させない)として第(q+1)列目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行う。このようなフォトセンサの選択動作を全列について順次行い、隣接する列のフォトセンサで得られた出力信号の差分を取得する。この差分を用いて被検出物の撮像画像の生成や被検出物の存在する領域の検出を行う。
また、駆動方法1において、全ての発光素子を同じタイミングで発光させ、第p行目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行ってもよいし、1行ずつ順に発光素子を発光させはじめ、全ての発光素子が発光している期間において、第p行目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行ってもよい。
上記駆動方法1及び駆動方法2では、リセット動作及び蓄積動作を行うタイミングを隣接する行または列で異ならせる駆動方法であり、ローリングシャッタ方式である。なお、リセット動作及び蓄積動作を行うタイミングを全ての行または列で同じとする駆動方法は、グローバルシャッタ方式である。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成について説明する。
図1(A)は、半導体装置が有する、フォトセンサ301と、発光素子102を有する表示素子101との組110の構成を示す回路図である。フォトセンサ301は、光電変換素子302と、光電変換素子302に電気的に接続される増幅回路303と、を有し、発光素子102を有する表示素子101は、発光素子102に電気的に接続される制御回路103を有し、増幅回路303と制御回路103は、同じ電源線VRに電気的に接続されている。フォトセンサ301と表示素子101とにおいて電源線VRを共有することによって、半導体装置を高精細化することができる。
図2(A)は、図1(A)に示した構成において、増幅回路303と、制御回路103の具体的構成の一例を示した図である。
また、図2(B)は、図2(A)に示した構成において、配線VR,配線SE、配線OUT、配線TX、配線PR、配線SL、配線GL、配線VB、配線CSが延びて配置される様子を示した図である。図2(B)において、配線PR、配線TX、配線SE、配線GL、配線CS、配線VBは互いに並列に配置され、これらの配線と交差するように、配線SL、配線OUT、配線VRが互いに並列に配置されている。
本実施の形態では、半導体装置のより具体的な構成例について上面図及び断面図を用いて説明する。
本実施の形態では、半導体装置の駆動方法の一例について説明する。
フォトセンサの駆動方法の一例について説明する。
図2、図3、図5(A)に示した構成のフォトセンサ301の駆動方法について説明する。図9(A)は、図2、図3、図5(A)に示した各配線(配線TX、配線PR、配線SE、配線OUT)及びノードFDの電位の変化を示すタイミングチャートの一例である。なお、本実施の形態では、光電変換素子302としてフォトダイオードを用いる例について説明する。
次いで、図5(B)及び図5(C)に示した構成のフォトセンサ301の駆動方法について説明する。図9(B)は、図5(B)及び図5(C)に示した各配線(配線TX、配線RE、配線SE、配線OUT)及びノードFDの電位の変化を示すタイミングチャートの一例である。なお、本実施の形態では、光電変換素子302としてフォトダイオードを用いる例について説明する。
発光素子を有する表示素子の駆動方法の一例について説明する。
図2、図3、図4(A)、図4(B)に示した構成の表示素子101の駆動方法について説明する。図14(A)は、図2、図3、図4(A)、図4(B)に示した各配線(配線GL、配線SL)の電位と、発光素子102の一対の電極間に印加される電圧(EL)と、の変化を示すタイミングチャートの一例である。
次いで、図2、図3、図4(A)、図4(B)に示した構成の表示素子101の駆動方法について上述した駆動方法とは別の駆動方法の一例を説明する。図14(B)は、図2、図3、図4(A)、図4(B)に示した各配線(配線GL、配線SL、配線VB)の電位と、発光素子102の一対の電極間に印加される電圧(EL)と、の変化を示すタイミングチャートの一例である。
次いで、図4(D)に示した構成の表示素子101の駆動方法の一例を説明する。図15(A)は、図4(D)に示した各配線(配線GL、配線SL、配線ER)の電位と、発光素子102の一対の電極間に印加される電圧(EL)と、の変化を示すタイミングチャートの一例である。
次いで、図4(C)に示した構成の表示素子101の駆動方法の一例を説明する。図15(B)は、図4(C)に示した配線(配線SA)の電位と、発光素子102の一対の電極間に印加される電圧(EL)と、の変化を示すタイミングチャートの一例である。
発光素子102を所定の輝度で発光させている間に、フォトセンサ301においてリセット動作と蓄積動作とを行う。つまり、上述した期間TLの間に、期間TRと期間TIを設ける。こうして、発光素子102から射出された光を被検出物に照射し、被検出物によって反射された光をフォトセンサ301によって検出することができる。なお、リセット動作を行う間は、発光素子102は所定の輝度で発光させていてもよいし、任意の輝度で発光させていてもよいし、発光させていなくてもよい。
マトリクス状に複数配置された発光素子102を、一斉にまたは順次、同じ輝度で発光させ、発光した光を被検出物に照射する。また、マトリクス状に複数配置されたフォトセンサ301において、一斉にまたは順次、リセット動作と蓄積動作とを行う。ここで、少なくとも隣接する発光素子102が発光しているフォトセンサにおいて、当該発光素子102が発光している間にリセット動作と蓄積動作とを行うようにする。例えば、同じ組に含まれる発光素子102とフォトセンサ301において、当該発光素子102が発光している間にフォトセンサ301においてリセット動作と蓄積動作とを行うようにする。こうして、被検出物の撮像画像の生成や被検出物の存在する領域の検出を行う。なお、複数のフォトセンサ301において、蓄積動作を行う期間の長さは同じとすることができる。
図10(A)のタイミングチャートに示す駆動方法を用いる。発光素子102の駆動方法は、図14及び図15いずれの駆動方法を用いてもよい。フォトセンサ301の駆動方法は、図9に示したいずれの駆動方法を用いてもよい。
上記駆動方法1では、発光素子を発光させて被検出物に光を照射して第p行目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行った後、発光素子を非発光として第(p+1)行目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行う。しかしながら以下のように、発光素子を発光させて被検出物に光を照射して第q(qはn以下の自然数)列目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行った後、発光素子を非発光として第(q+1)列目のフォトセンサでリセット動作及び蓄積動作を行う駆動方法2であってもよい。
102 発光素子
103 制御回路
110 組
201 トランジスタ
202 トランジスタ
203 容量素子
204 トランジスタ
205 トランジスタ
301 フォトセンサ
302 光電変換素子
303 増幅回路
304 トランジスタ
305 トランジスタ
306 トランジスタ
307 トランジスタ
500 基板
501 絶縁層
512 絶縁層
514 絶縁層
516 絶縁層
517 導電層
518 絶縁層
519 電界発光層
520 導電層
521 基板
522 着色層
523 絶縁層
524 絶縁層
110a 組
110b 組
503a 不純物領域
503b 不純物領域
503c 不純物領域
511a 半導体層
511b 半導体層
511c 半導体層
511d 半導体層
513a 導電層
513b 導電層
513c 導電層
513d 導電層
513e 導電層
513f 導電層
513g 導電層
515a 導電層
515b 導電層
515c 導電層
515d 導電層
515e 導電層
515f 導電層
515g 導電層
1101 下地絶縁膜
1102 埋め込み絶縁物
1103a 半導体領域
1103b 半導体領域
1103c 半導体領域
1104 ゲート絶縁層
1105 ゲート
1106a 側壁絶縁物
1106b 側壁絶縁物
1107 絶縁物
1108a ソース
1108b ドレイン
2100 基板
2102 下地絶縁膜
2104 保護絶縁膜
2106a 高抵抗領域
2106b 低抵抗領域
2106 酸化物半導体膜
2108 ゲート絶縁層
2110 ゲート電極
2112 側壁絶縁膜
2114 一対の電極
2116 層間絶縁膜
2118 配線
3600 基板
3602 下地絶縁膜
3606 酸化物半導体膜
3614 一対の電極
3608 ゲート絶縁層
3610 ゲート電極
3616 層間絶縁膜
3618 配線
3620 保護膜
Claims (14)
- フォトセンサと、発光素子を有する表示素子と、を有し、
前記発光素子を有する前記表示素子に電気的に接続される電源線と、前記フォトセンサに電気的に接続される電源線とを共有することを特徴とする半導体装置。 - フォトセンサと、発光素子を有する表示素子と、の組をマトリクス状に複数有し、
複数の前記組それぞれにおいて、前記発光素子を有する前記表示素子に電気的に接続される電源線と、前記フォトセンサに電気的に接続される電源線とを共有することを特徴とする半導体装置。 - フォトセンサと、発光素子を有する表示素子と、の組を、m(mは2以上の自然数)行n(nは2以上の自然数)列のマトリクス状に複数有し、
前記フォトセンサは、光電変換素子と、前記光電変換素子に電気的に接続される増幅回路と、を有し、
前記発光素子を有する前記表示素子は、前記発光素子に電気的に接続される制御回路を有し、
複数の前記組それぞれにおいて、前記増幅回路と前記制御回路は、同じ電源線に電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - フォトセンサと、発光素子を有する表示素子と、の組を、m(mは2以上の自然数)行n(nは2以上の自然数)列のマトリクス状に複数と、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、第4の配線と、第5の配線と、第6の配線と、第7の配線と、第8の配線とを有し、
前記フォトセンサは、光電変換素子と、前記光電変換素子に電気的に接続される増幅回路と、を有し、
前記発光素子を有する前記表示素子は、前記発光素子に電気的に接続される制御回路を有し、
前記増幅回路は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、を有し、前記第2のトランジスタと前記第3のトランジスタは前記第1の配線と前記第2の配線の間に直列に電気的に接続され、前記第2のトランジスタのゲートは前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と電気的に接続され、前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は前記光電変換素子の一対の電極のうちの一方と電気的に接続され、前記光電変換素子の一対の電極のうちの他方は前記第4の配線と電気的に接続され、前記第1のトランジスタのゲートは前記第3の配線と電気的に接続され、前記第3のトランジスタのゲートは前記第5の配線と電気的に接続され、
前記制御回路は、第4のトランジスタと、第5のトランジスタとを有し、前記第4のトランジスタのゲートは前記第6の配線と電気的に接続され、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方は前記第8の配線と電気的に接続され、前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのゲートと電気的に接続され、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方は、前記第1の配線と電気的に接続され、前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記発光素子の一対の電極のうちの一方と電気的に接続され、前記発光素子の一対の電極のうちの他方は前記第7の配線と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4において、
第9の配線を有し、
前記制御回路は、第6のトランジスタを有し、前記第6のトランジスタのソースとドレインの一方は、前記発光素子の一対の電極のうちの一方と電気的に接続され、前記第6のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第1の配線と電気的に接続され、前記第6のトランジスタのゲートは前記第9の配線と電気的に接続されることを特徴する半導体装置。 - 請求項4において、
前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタ、前記第4のトランジスタ、及び前記第5のトランジスタのいずれかは、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項5において、
前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタ、前記第4のトランジスタ、前記第5のトランジスタ、及び前記第6のトランジスタのいずれかは、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4乃至請求項7のいずれか一において、
前記制御回路は、容量素子を有し、前記容量素子の一対の電極のうちの一方は、前記第5のトランジスタのゲートと電気的に接続され、前記容量素子の一対の電極のうちの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4乃至請求項7のいずれか一において、
前記制御回路は、容量素子を有し、前記容量素子の一対の電極のうちの一方は、前記第5のトランジスタのゲート及び前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方と電気的に接続され、前記容量素子の一対の電極のうちの他方は、前記第1の配線に電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4乃至請求項7のいずれか一において、
第10の配線を有し、
前記制御回路は、容量素子を有し、前記容量素子の一対の電極のうちの一方は、前記第5のトランジスタのゲート及び前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方と電気的に接続され、前記容量素子の一対の電極のうちの他方は、前記第10の配線に電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項3乃至請求項10のいずれか一において、
前記光電変換素子は、フォトダイオードまたはフォトトランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項11のいずれか一において、
前記発光素子は、発光ダイオード、または有機発光素子であることを特徴とする半導体装置。 - フォトセンサと、発光素子を有する表示素子と、の組を、m(mは2以上の自然数)行n(nは2以上の自然数)列のマトリクス状に複数有し、
前記フォトセンサは、光電変換素子と、前記光電変換素子に電気的に接続される増幅回路と、を有し、
前記発光素子を有する前記表示素子は、前記発光素子に電気的に接続される制御回路を有し、
複数の前記組それぞれにおいて、前記増幅回路と前記制御回路は、同じ電源線に電気的に接続され、
前記増幅回路は、前記増幅回路に蓄積された電荷を放電させるリセット動作と、前記光電変換素子に流れる光電流の電流量に対応した電荷を蓄積する蓄積動作と、当該電荷の量を情報として含む出力信号を読み出す選択動作とを行い、
全ての前記発光素子を発光させて被検出物に光を照射して第p(pはm以下の自然数)行目の前記フォトセンサで前記リセット動作及び前記蓄積動作を行った後、全ての前記発光素子を非発光として第(p+1)行目の前記フォトセンサで前記リセット動作及び前記蓄積動作を行い、
全行の前記フォトセンサの前記選択動作を順次行って、隣接する行の前記フォトセンサで得られた前記出力信号の差分を取得し、
前記差分を用いて前記被検出物の撮像画像の生成や前記被検出物の存在する領域の検出を行うことを特徴とする半導体装置の駆動方法。 - フォトセンサと、発光素子を有する表示素子と、の組を、m(mは2以上の自然数)行n(nは2以上の自然数)列のマトリクス状に複数有し、
前記フォトセンサは、光電変換素子と、前記光電変換素子に電気的に接続される増幅回路と、を有し、
前記発光素子を有する前記表示素子は、前記発光素子に電気的に接続される制御回路を有し、
複数の前記組それぞれにおいて、前記増幅回路と前記制御回路は、同じ電源線に電気的に接続され、
前記増幅回路は、前記増幅回路に蓄積された電荷を放電させるリセット動作と、前記光電変換素子に流れる光電流の電流量に対応した電荷を蓄積する蓄積動作と、当該電荷の量を情報として含む出力信号を読み出す選択動作とを行い、
全ての前記発光素子を発光させて被検出物に光を照射して第q(qはn以下の自然数)列目の前記フォトセンサで前記リセット動作及び前記蓄積動作を行った後、全ての前記発光素子を非発光として第(q+1)列目の前記フォトセンサで前記リセット動作及び前記蓄積動作を行い、
全行の前記フォトセンサの前記選択動作を順次行って、隣接する列の前記フォトセンサで得られた前記出力信号の差分を取得し、
前記差分を用いて前記被検出物の撮像画像の生成や前記被検出物の存在する領域の検出を行うことを特徴とする半導体装置の駆動方法。
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