JP5774974B2 - 半導体装置の駆動方法 - Google Patents

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Description

フォトセンサを有する半導体装置に関する。フォトセンサと表示素子とを有する半導体装置に関する。特に表示素子として発光素子を有する半導体装置に関する。また、半導体装置の駆動方法に関する。更に、半導体装置を有する電子機器に関する。
光を検出するセンサ（「フォトセンサ」ともいう）をマトリクス状に複数有する半導体装置としては、例えば、デジタルスチルカメラや携帯電話などの電子機器に用いられている固体撮像装置（イメージセンサともいう）がある。
特に、フォトセンサと表示素子との組をマトリクス状に複数有する半導体装置は、撮像機能に加えて画像表示機能も有し、タッチパネル又はタッチスクリーンなどと呼ばれる（以下、これを単に「タッチパネル」と呼ぶ）。タッチパネルにおいて、フォトセンサと表示素子との組をマトリクス状に配置した領域は、表示領域兼情報入力領域となる。
表示素子として有機発光素子を有する表示素子を用い、フォトセンサと、有機発光素子を有する表示素子と、の組をマトリクス状に配置した表示領域兼情報入力領域を有するタッチパネルが提案されている（特許文献１中、図８や図９参照）。
表示素子として発光素子を有する表示素子を用いたタッチパネルでは、まずマトリクス状に設けられた発光素子を光らせる。被検出物が存在すると、この光は被検出物によって遮断され、一部が反射される。マトリクス状に設けられたフォトセンサは、被検出物によって反射された光の量を検出する。こうして、タッチパネルは、被検出物の撮像画像の取得や、被検出物の存在する領域の検出を行う。
特許文献１に記載のタッチパネルの駆動方法では、発光素子が赤色に発光している期間において、複数のフォトセンサは各行毎順に赤色に対応する被検出物の情報を取得し、発光素子が緑色に発光している期間において、複数のフォトセンサは各行毎順に緑色に対応する被検出物の情報を取得し、発光素子が青色に発光している期間において、複数のフォトセンサは各行毎順に青色に対応する被検出物の情報を取得する。こうして、被検出物に対応するカラー画像を取得する（特許文献１中、図１０参照）。
特開２０１０−１５３８３４号公報
被検出物に対応するカラー画像を取得するために、表示領域兼情報入力領域に配置された複数のフォトセンサが光（被検出物において反射した光等）を受光するための期間が必要となる。この期間では、被検出物の情報を取得するために、表示領域兼情報入力領域に配置された複数の発光素子のうち発光を選択された発光素子は（概略）同じ輝度で発光させる。そのため、この期間では通常の画像表示を行うことができない。
そこで、表示領域兼情報入力領域に配置された複数のフォトセンサが光（被検出物において反射した光等）を受光するために必要な期間を短くすることを課題とする。つまり、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する半導体装置であって、通常の画像表示に与える影響を低減し、被検出物に対応するカラー画像を取得することが可能な半導体装置及びその駆動方法を提供することを課題とする。
（少なくとも２つの異なる色相に対応する被検出物の情報の取得を行う半導体装置の駆動方法）
本発明の半導体装置の駆動方法の一態様を示す。まず、当該駆動方法を適用する半導体装置の構成について示す。
（半導体装置の基本構成）
第１の色相で発光する第１の発光素子を有する第１の表示素子をマトリクス状に複数有し、第１の色相とは異なる第２の色相で発光する第２の発光素子を有する第２の表示素子をマトリクス状に複数有し、第１の色相の光を受光する第１のフォトセンサをマトリクス状に複数有し、第２の色相の光を受光する第２のフォトセンサをマトリクス状に複数有し、第１のフォトセンサは、第１の色相の光を受光する第１の光電変換素子と、第１の光電変換素子に電気的に接続される第１の増幅回路と、を有し、第２のフォトセンサは、第２の色相の光を受光する第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子に電気的に接続される第２の増幅回路と、を有する半導体装置。
本発明の半導体装置の駆動方法の一態様は、上記半導体装置における以下の駆動方法である。
第１の増幅回路は、第１の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、第１の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、第２の増幅回路は、第２の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、第２の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。
第１の期間では、複数の第１の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第２の発光素子を発光させない状態で、複数の第１のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間と重複しない第２の期間では、複数の第２の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子を発光させない状態で、複数の第２のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間及び第２の期間の後に設けられた第３の期間では、複数の第１のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第２のフォトセンサにおいて選択動作を順次行う。
ここで、第１の期間において、複数の第１の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第２の期間において、複数の第２の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、第１の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第２の色相に対応する被検出物の情報の取得とを行い、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
（半導体装置の構成のバリエーション）
なお、上記の半導体装置は、複数または単数の表示素子と、複数または単数のフォトセンサとの組をマトリクス状に複数有しているとみなすこともできる。半導体装置が、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第１のフォトセンサと、第２のフォトセンサと、の組をマトリクス状に複数有している場合が、以下の（半導体装置の構成１）に対応する。また、半導体装置が、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第１のフォトセンサとの第１の組と、第３の表示素子と、第４の表示素子と、第２のフォトセンサとの第２の組と、の群を、マトリクス状に複数有している場合は、以下の（半導体装置の構成２）に対応する。
（半導体装置の構成１）
第１の表示素子と第２の表示素子と第１のフォトセンサと第２のフォトセンサとの組をマトリクス状に複数有し、第１の表示素子は第１の色相で発光する第１の発光素子を有し、第２の表示素子は第１の色相とは異なる第２の色相で発光する第２の発光素子を有し、第１のフォトセンサは、第１の色相の光を受光する第１の光電変換素子と、第１の光電変換素子に電気的に接続される第１の増幅回路と、を有し、第２のフォトセンサは、第２の色相の光を受光する第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子に電気的に接続される第２の増幅回路と、を有する半導体装置。
本発明の半導体装置の駆動方法の一態様は、上記（半導体装置の構成１）における以下の駆動方法である。
第１の増幅回路は、第１の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、第１の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、第２の増幅回路は、第２の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、第２の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。
第１の期間では、複数の第１の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第２の発光素子を発光させない状態で、複数の第１のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間と重複しない第２の期間では、複数の第２の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子を発光させない状態で、複数の第２のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間及び第２の期間の後に設けられた第３の期間では、複数の第１のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第２のフォトセンサにおいて選択動作を順次行う。
ここで、第１の期間において、複数の第１の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第２の期間において、複数の第２の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、第１の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第２の色相に対応する被検出物の情報の取得とを行い、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
（半導体装置の構成２）
第１の表示素子と第２の表示素子と第１のフォトセンサとの第１の組と、第３の表示素子と第４の表示素子と第２のフォトセンサとの第２の組と、の群をマトリクス状に複数有し、第１の表示素子は第１の色相で発光する第１の発光素子を有し、第２の表示素子は第１の色相とは異なる第２の色相で発光する第２の発光素子を有し、第３の表示素子は第１の色相で発光する第３の発光素子を有し、第４の表示素子は第２の色相で発光する第４の発光素子を有し、第１のフォトセンサは、第１の色相の光を受光する第１の光電変換素子と、第１の光電変換素子に電気的に接続される第１の増幅回路と、を有し、第２のフォトセンサは、第２の色相の光を受光する第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子に電気的に接続される第２の増幅回路と、を有する半導体装置。
本発明の半導体装置の駆動方法の一態様は、上記（半導体装置の構成２）における以下の駆動方法である。
第１の増幅回路は、第１の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、第１の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、第２の増幅回路は、第２の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、第２の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。
第１の期間では、複数の第１の発光素子及び複数の第３の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第２の発光素子及び複数の第４の発光素子を発光させない状態で、複数の第１のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間と重複しない第２の期間では、複数の第２の発光素子及び複数の第４の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子及び複数の第３の発光素子を発光させない状態で、複数の第２のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間及び第２の期間の後に設けられた第３の期間では、複数の第１のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第２のフォトセンサにおいて選択動作を順次行う。
ここで、第１の期間において、複数の第１の発光素子及び複数の第３の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第２の期間において、複数の第２の発光素子及び複数の第４の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、第１の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第２の色相に対応する被検出物の情報の取得とを行い、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
ここまで、少なくとも、第１の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第２の色相に対応する被検出物の情報の取得とを行う半導体装置の駆動方法の一態様を示した。本発明は、３つ以上の異なる色相に対応する被検出物の情報の取得を行う半導体装置の駆動方法に適用することもできる。ここで、例えば、複数の異なる色相として、赤、緑、及び青を用いることができる。また、複数の異なる色相として、赤、緑、及び青と、イエロー、シアン、及びマゼンタのいずれか一と、を用いることができる。また、複数の異なる色相として、赤、緑、青、及び白を用いることができる。複数の色相の組み合わせはこれに限定されない。以下に、本発明を、３つの異なる色相に対応する被検出物の情報の取得を行う半導体装置の駆動方法に適用した例を示す。
（３つの異なる色相に対応する被検出物の情報の取得を行う半導体装置の駆動方法）
（半導体装置の基本構成）
第１の色相で発光する第１の発光素子を有する第１の表示素子をマトリクス状に複数有し、第１の色相とは異なる第２の色相で発光する第２の発光素子を有する第２の表示素子をマトリクス状に複数有し、第１の色相及び第２の色相とは異なる第３の色相で発光する第３の発光素子を有する第３の表示素子をマトリクス状に複数有し、第１の色相の光を受光する第１のフォトセンサをマトリクス状に複数有し、第２の色相の光を受光する第２のフォトセンサをマトリクス状に複数有し、第３の色相の光を受光する第３のフォトセンサをマトリクス状に複数有し、第１のフォトセンサは、第１の色相の光を受光する第１の光電変換素子と、第１の光電変換素子に電気的に接続される第１の増幅回路と、を有し、第２のフォトセンサは、第２の色相の光を受光する第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子に電気的に接続される第２の増幅回路と、を有し、第３のフォトセンサは、第３の色相の光を受光する第３の光電変換素子と、第３の光電変換素子に電気的に接続される第３の増幅回路と、を有する半導体装置。
本発明の半導体装置の駆動方法の一態様は、上記半導体装置における以下の駆動方法である。
第１の増幅回路は、第１の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、第１の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、第２の増幅回路は、第２の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、第２の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、第３の増幅回路は、第３の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、第３の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。
第１の期間では、複数の第１の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第２の発光素子及び複数の第３の発光素子を発光させない状態で、複数の第１のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間と重複しない第２の期間では、複数の第２の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子及び複数の第３の発光素子を発光させない状態で、複数の第２のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間及び第２の期間と重複しない第３の期間では、複数の第３の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子及び複数の第２の発光素子を発光させない状態で、複数の第３のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間、第２の期間及び第３の期間の後に設けられた第４の期間では、複数の第１のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第２のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第３のフォトセンサにおいて選択動作を順次行う。
ここで、第１の期間において、複数の第１の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第２の期間において、複数の第２の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第３の期間において、複数の第３の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、第１の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第２の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第３の色相に対応する被検出物の情報の取得とを行い、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
（半導体装置の構成のバリエーション）
なお、上記の半導体装置は、複数または単数の表示素子と、複数または単数のフォトセンサとの組をマトリクス状に複数有しているとみなすこともできる。半導体装置が、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第３の表示素子と、第１のフォトセンサと、第２のフォトセンサと、第３のフォトセンサと、の組をマトリクス状に複数有している場合が、以下の（半導体装置の構成１）に対応する。また、半導体装置が、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第３の表示素子と、第１のフォトセンサとの第１の組と、第４の表示素子と、第５の表示素子と、第６の表示素子と、第２のフォトセンサとの第２の組と、第７の表示素子と、第８の表示素子と、第９の表示素子と、第３のフォトセンサとの第３の組と、の群を、マトリクス状に複数有している場合は、以下の（半導体装置の構成２）に対応する。
（半導体装置の構成１）
第１の表示素子と第２の表示素子と第３の表示素子と第１のフォトセンサと第２のフォトセンサと第３のフォトセンサと、の組をマトリクス状に複数有し、第１の表示素子は第１の色相で発光する第１の発光素子を有し、第２の表示素子は第１の色相とは異なる第２の色相で発光する第２の発光素子を有し、第３の表示素子は第１の色相及び第２の色相とは異なる第３の色相で発光する第３の発光素子を有し、第１のフォトセンサは、第１の色相の光を受光する第１の光電変換素子と、第１の光電変換素子に電気的に接続される第１の増幅回路と、を有し、第２のフォトセンサは、第２の色相の光を受光する第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子に電気的に接続される第２の増幅回路と、を有し、第３のフォトセンサは、第３の色相の光を受光する第３の光電変換素子と、第３の光電変換素子に電気的に接続される第３の増幅回路と、を有する半導体装置。
本発明の半導体装置の駆動方法の一態様は、上記（半導体装置の構成１）における以下の駆動方法である。
第１の増幅回路は、第１の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、第１の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、第２の増幅回路は、第２の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、第２の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、第３の増幅回路は、第３の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、第３の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。
第１の期間では、複数の第１の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第２の発光素子及び複数の第３の発光素子を発光させない状態で、複数の第１のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間と重複しない第２の期間では、複数の第２の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子及び複数の第３の発光素子を発光させない状態で、複数の第２のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間及び第２の期間と重複しない第３の期間では、複数の第３の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子及び複数の第２の発光素子を発光させない状態で、複数の第３のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間、第２の期間及び第３の期間の後に設けられた第４の期間では、複数の第１のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第２のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第３のフォトセンサにおいて選択動作を順次行う。
ここで、第１の期間において、複数の第１の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第２の期間において、複数の第２の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第３の期間において、複数の第３の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、第１の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第２の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第３の色相に対応する被検出物の情報の取得とを行い、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
（半導体装置の構成２）
第１の表示素子と第２の表示素子と第３の表示素子と第１のフォトセンサとの第１の組と、第４の表示素子と第５の表示素子と第６の表示素子と第２のフォトセンサとの第２の組と、第７の表示素子と第８の表示素子と第９の表示素子と第３のフォトセンサとの第３の組と、の群をマトリクス状に複数有し、第１の表示素子は第１の色相で発光する第１の発光素子を有し、第２の表示素子は第１の色相とは異なる第２の色相で発光する第２の発光素子を有し、第３の表示素子は第１の色相及び第２の色相とは異なる第３の色相で発光する第３の発光素子を有し、第４の表示素子は第１の色相で発光する第４の発光素子を有し、第５の表示素子は第２の色相で発光する第５の発光素子を有し、第６の表示素子は第３の色相で発光する第６の発光素子を有し、第７の表示素子は第１の色相で発光する第７の発光素子を有し、第８の表示素子は第２の色相で発光する第８の発光素子を有し、第９の表示素子は第３の色相の発光する第９の発光素子を有し、第１のフォトセンサは、第１の色相の光を受光する第１の光電変換素子と、第１の光電変換素子に電気的に接続される第１の増幅回路と、を有し、第２のフォトセンサは、第２の色相の光を受光する第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子に電気的に接続される第２の増幅回路と、を有し、第３のフォトセンサは、第３の色相の光を受光する第３の光電変換素子と、第３の光電変換素子に電気的に接続される第３の増幅回路と、を有する半導体装置。
本発明の半導体装置の駆動方法の一態様は、上記（半導体装置の構成２）における以下の駆動方法である。
第１の増幅回路は、第１の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、第１の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、第２の増幅回路は、第２の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、第２の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、第３の増幅回路は、第３の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、第３の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。
第１の期間では、複数の第１の発光素子、複数の第４の発光素子、及び複数の第７の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第２の発光素子、複数の第３の発光素子、複数の第５の発光素子、複数の第６の発光素子、複数の第８の発光素子、及び複数の第９の発光素子を発光させない状態で、複数の第１のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間と重複しない第２の期間では、複数の第２の発光素子、複数の第５の発光素子、及び複数の第８の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子、複数の第３の発光素子、複数の第４の発光素子、複数の第６の発光素子、複数の第７の発光素子、及び複数の第９の発光素子を発光させない状態で、複数の第２のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間及び第２の期間と重複しない第３の期間では、複数の第３の発光素子、複数の第６の発光素子、及び複数の第９の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の第１の発光素子、複数の第２の発光素子、複数の第４の発光素子、複数の第５の発光素子、複数の第７の発光素子、及び複数の第８の発光素子を発光させない状態で、複数の第３のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。第１の期間、第２の期間及び第３の期間の後に設けられた第４の期間では、複数の第１のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第２のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の第３のフォトセンサにおいて選択動作を順次行う。
ここで、第１の期間において、複数の第１の発光素子、複数の第４の発光素子、及び複数の第７の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第２の期間において、複数の第２の発光素子、複数の第５の発光素子、及び複数の第８の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。第３の期間において、複数の第３の発光素子、複数の第６の発光素子、及び複数の第９の発光素子は（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、第１の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第２の色相に対応する被検出物の情報の取得と、第３の色相に対応する被検出物の情報の取得とを行い、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
なお、上述の駆動方法において、リセット動作は、半導体装置が有する発光素子の状態（発光状態、非発光状態）に関わらず行うこともできる。なお、フォトセンサにおいてリセット動作は蓄積動作の直前に行うのが好ましい。
また、発光素子（第１の発光素子、第２の発光素子、第３の発光素子、第４の発光素子、第５の発光素子、第６の発光素子、第７の発光素子、第８の発光素子、第９の発光素子）は、電流または電圧によって発光の輝度が制御される素子であり、発光ダイオード、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：有機発光素子）等とすることができる。
光電変換素子（第１の光電変換素子、第２の光電変換素子、第３の光電変換素子）はフォトダイオードやフォトトランジスタとすることができる。
本発明の一態様に係る半導体装置の駆動方法では、各色相に対応する複数のフォトセンサにおいて、一斉に蓄積動作を行うため、各色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光を高速に行うことができる。
また、複数のフォトセンサにおける選択動作は、半導体装置が有する発光素子の状態（発光状態、非発光状態）に関わらず行うことができる。そのため、半導体装置が画像表示を行っている間に、複数のフォトセンサにおける選択動作を行うことができる。よって、複数のフォトセンサにおける選択動作を全て行うために必要な期間の長さが長くても、画像表示への影響は少ない。
なお、上述の駆動方法を用いる場合、半導体装置が有する複数のフォトセンサにおいて、リセット動作及び蓄積動作を行ってから選択動作を行うまでの期間の長さが異なるフォトセンサが存在する。フォトセンサを構成する素子等においてリークが大きい場合、当該期間の長さが長い程、得られる情報に入るノイズが大きくなり、複数のフォトセンサにおいて被検出物の情報の取得を正確に行うことが困難になる。ここで、フォトセンサを構成する素子としてトランジスタを用い、当該トランジスタとして、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタを用いることより、トランジスタのオフ電流によるリークを低減することができる。そのため、リセット動作及び蓄積動作を行ってから選択動作を行うまでの期間の長さが長い場合においても、ノイズの影響を低減することができる。こうして、上述の駆動方法を用いる場合においても、被検出物の情報の取得を正確に行うことができる。
こうして、通常の画像表示に与える影響を低減し、被検出物に対応するカラー画像を取得することが可能な半導体装置及びその駆動方法を提供することができる。
フォトセンサと発光素子を有する表示素子との組の構成を示す図、及びマトリクス状に配置された複数組の構成を示す図。 半導体装置の動作を説明するタイミングチャート。 マトリクス状に配置された複数の表示素子の動作を説明するタイミングチャート。 フォトセンサと発光素子を有する表示素子との組の構成を示す回路図。 表示素子の構成を示す回路図。 フォトセンサの構成を示す回路図。 フォトセンサの動作を説明するタイミングチャート。 フォトセンサと発光素子を有する表示素子との組の構成を示す図、及びマトリクス状に配置された複数の群の構成を示す図。 半導体装置の動作を説明するタイミングチャート。 フォトセンサと発光素子を有する表示素子との組の構成を示す回路図。 半導体装置の動作を説明するタイミングチャート。 半導体装置の動作を説明するタイミングチャート。
本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、トランジスタが有するソース電極とドレイン電極は、トランジスタの極性及び各電極に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、ｎチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる電極がソース電極と呼ばれ、高い電位が与えられる電極がドレイン電極と呼ばれる。また、ｐチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる電極がドレイン電極と呼ばれ、高い電位が与えられる電極がソース電極と呼ばれる。以下、ソース電極とドレイン電極のいずれか一方を第１端子、他方を第２端子として説明を行う場合がある。
また、本明細書中において、電気的な接続とは、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、電気的に接続している状態とは、直接接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して間接的に接続している状態も、その範疇に含む。
また、回路図上は独立している構成要素同士が接続されている場合であっても、実際には、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。
本明細書において、トランジスタが直列に電気的に接続されている状態とは、例えば、あるトランジスタの第１端子と第２端子のいずれか一方のみが、別のトランジスタの第１端子と第２端子のいずれか一方のみに電気的に接続されている状態を意味する。また、トランジスタが並列に電気的に接続されている状態とは、あるトランジスタの第１端子が別のトランジスタの第１端子に電気的に接続され、且つ、あるトランジスタの第２端子が別のトランジスタの第２端子に電気的に接続されている状態を意味する。
なお、特に断りがない限り、本明細書でオフ電流とは、ｎチャネル型トランジスタにおいては、ドレイン電極をソース電極とゲート電極よりも高い電位とした状態において、ソース電極の電位を基準としたときのゲート電極の電位が０Ｖ以下であるときに、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流のことを意味する。或いは、本明細書でオフ電流とは、ｐチャネル型トランジスタにおいては、ドレイン電極をソース電極とゲート電極よりも低い電位とした状態において、ソース電極の電位を基準としたときのゲート電極の電位が０Ｖ以上であるときに、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流のことを意味する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の駆動方法について説明する。
（半導体装置の構成の一態様）
まず、半導体装置の構成について図１を用いて説明する。図１（Ａ）は、半導体装置の表示領域兼情報入力領域の一部の構成を示す模式図である。図１（Ａ）において、組１１０は、表示素子１０１Ｒと、表示素子１０１Ｇと、表示素子１０１Ｂと、フォトセンサ３０１Ｒと、フォトセンサ３０１Ｇと、フォトセンサ３０１Ｂとを有する。また、図１（Ｂ）に示すように、半導体装置の表示領域兼情報入力領域は、組１１０をマトリクス状に複数有する。なお、図１（Ｂ）では、組１１０が３行３列に設けられる例を示したがこれに限定されない。組１１０は一般にｍ（ｍは自然数）行ｎ（ｎは自然数）列のマトリクス状に複数設けることができる。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）において、表示素子１０１Ｒは第１の色相（例えば、赤とする）で発光する発光素子１０２Ｒと、発光素子１０２Ｒを制御する制御回路１０３Ｒと、を有する。表示素子１０１Ｇは第１の色相とは異なる第２の色相（例えば、緑とする）で発光する発光素子１０２Ｇと、発光素子１０２Ｇを制御する制御回路１０３Ｇと、を有する。表示素子１０１Ｂは第１の色相及び第２の色相とは異なる第３の色相（例えば、青とする）で発光する発光素子１０２Ｂと、発光素子１０２Ｂを制御する制御回路１０３Ｂと、を有する。フォトセンサ３０１Ｒは、第１の色相の光を受光する光電変換素子３０２Ｒと、光電変換素子３０２Ｒに電気的に接続される増幅回路３０３Ｒと、を有する。フォトセンサ３０１Ｇは、第２の色相の光を受光する光電変換素子３０２Ｇと、光電変換素子３０２Ｇに電気的に接続される増幅回路３０３Ｇと、を有する。フォトセンサ３０１Ｂは、第３の色相の光を受光する光電変換素子３０２Ｂと、光電変換素子３０２Ｂに電気的に接続される増幅回路３０３Ｂと、を有する。
また、図１（Ｂ）に示すとおり、同じ列に配置された複数の組１１０において、表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂを一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の列方向（同じ列に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。同じ列に配置された複数の組１１０において、フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂを一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の列方向（同じ列に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。ここで、組１１０の１列に対して、複数の異なる色相に対応する表示素子が並んだ「列」（以下、サブ画素列と呼ぶ）と、複数の異なる色相に対応するフォトセンサが並んだ「列」（以下、サブセンサ列と呼ぶ）とが対応するということもできる。
ここで、図１（Ｂ）に示すとおり、同じ色相に対応するフォトセンサを一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の行方向（同じ行に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。図１（Ｂ）の構成は、組１１０の１行に対して、フォトセンサ３０１Ｒが並んだ「行」（以下、サブセンサ行と呼ぶ）と、フォトセンサ３０１Ｇが並んだ「行」（以下、サブセンサ行と呼ぶ）と、フォトセンサ３０１Ｂが並んだ「行」（以下、サブセンサ行と呼ぶ）との３つのサブセンサ行が対応するということもできる。つまり、複数のフォトセンサを有する任意の１サブセンサ行に注目した場合に、当該複数のフォトセンサは同じ色相に対応するフォトセンサとすることができる。そして、複数のフォトセンサを有する別の１サブセンサ行に注目した場合に、当該複数のフォトセンサは当該色相とは異なる色相に対応するフォトセンサとすることができる。
また、同じ色相に対応する表示素子を一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の行方向（同じ行に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。図１（Ｂ）の構成は、組１１０の１行に対して、表示素子１０１Ｒが並んだ「行」（以下、サブ画素行と呼ぶ）と、表示素子１０１Ｇが並んだ「行」（以下、サブ画素行と呼ぶ）と、表示素子１０１Ｂが並んだ「行」（以下、サブ画素行と呼ぶ）との３つのサブ画素行が対応するということもできる。つまり、複数の表示素子を有する任意の１サブ画素行に注目した場合に、当該複数の表示素子は同じ色相に対応する表示素子とすることができる。そして、複数の表示素子を有する別の１サブ画素行に注目した場合に、当該複数の表示素子は当該色相とは異なる色相に対応する表示素子とすることができる。
図１では、３つの異なる色相に対応するフォトセンサ、及び３つの異なる色相に対応する表示素子によって組１１０が構成される例を示したがこれに限定されない。組１１０を構成するフォトセンサの数、及び対応する色相の数は任意の数とすることができる。組１１０を構成する表示素子の数、及び対応する色相の数は任意の数とすることができる。
（表示素子の具体的な構成の一態様）
表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、及び表示素子１０１Ｂとしては、例えば、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示す構成を用いることができる。なお、図５において、発光素子１０２は、発光素子１０２Ｒ、発光素子１０２Ｇ、発光素子１０２Ｂのいずれかとすることができる。また、図５において、制御回路１０３は、制御回路１０３Ｒ、制御回路１０３Ｇ、制御回路１０３Ｂのいずれかとすることができる。
図５（Ａ）において、制御回路１０３は、トランジスタ２０１とトランジスタ２０２と、を有する。トランジスタ２０１のゲートは配線ＧＬと電気的に接続される。トランジスタ２０１のソースとドレインの一方は配線ＳＬと電気的に接続される。トランジスタ２０１のソースとドレインの他方は、トランジスタ２０２のゲートと電気的に接続される。トランジスタ２０２のソースとドレインの一方は、配線ＶＲと電気的に接続される。トランジスタ２０２のソースとドレインの他方は、発光素子１０２の一対の電極のうちの一方と電気的に接続される。発光素子１０２の一対の電極のうちの他方は配線ＶＢと電気的に接続される。配線ＶＲは電源線である。
なお、図５（Ａ）では、制御回路１０３は容量素子２０３を有し、容量素子２０３の一対の電極のうちの一方はトランジスタ２０２のゲートおよびトランジスタ２０１のソースとドレインの他方と電気的に接続され、容量素子２０３の一対の電極のうちの他方は、配線ＣＳと電気的に接続される構成を示したがこれに限定されない。図５（Ｂ）に示すとおり、配線ＣＳを設けずに、容量素子２０３の一対の電極のうちの他方が、トランジスタ２０２のソースとドレインの一方（または、配線ＶＲ）と電気的に接続されていてもよい。
また、図５（Ｃ）に示すとおり、容量素子２０３を設けなくてもよい。例えば、トランジスタ２０１としてオフ電流が著しく小さいトランジスタを用いることによって、トランジスタ２０２のゲートの電位を長期間にわたって保持することができるため、保持容量として機能する容量素子２０３を省略することができる。オフ電流が著しく小さいトランジスタとしては、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタを用いることができる。なお、容量素子２０３を設ける代わりに、トランジスタ２０２等の寄生容量を積極的に利用することもできる。
（フォトセンサの具体的な構成の一態様）
フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、及びフォトセンサ３０１Ｂとしては、例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）に示す構成を用いることができる。なお、図６において、光電変換素子３０２は、光電変換素子３０２Ｒ、光電変換素子３０２Ｇ、光電変換素子３０２Ｂのいずれかとすることができる。また、図６において、増幅回路３０３は、増幅回路３０３Ｒ、増幅回路３０３Ｇ、増幅回路３０３Ｂのいずれかとすることができる。
図６（Ａ）において、増幅回路３０３は、トランジスタ３０４と、トランジスタ３０５と、トランジスタ３０６と、を有する。トランジスタ３０５とトランジスタ３０６は配線ＯＵＴと配線ＶＳの間に直列に電気的に接続される。トランジスタ３０５のゲートはトランジスタ３０４のソースとドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ３０４のソースとドレインの他方は光電変換素子３０２の一対の電極のうちの一方と電気的に接続される。光電変換素子３０２の一対の電極のうちの他方は配線ＰＲと電気的に接続される。トランジスタ３０４のゲートは配線ＴＸと電気的に接続される。トランジスタ３０６のゲートは配線ＳＥと電気的に接続される。トランジスタ３０４のソースとドレインの一方とトランジスタ３０５のゲートが電気的に接続されているノードを、ノードＦＤとして示している。ノードＦＤに蓄積される電荷の量によって、増幅回路３０３の出力信号（配線ＯＵＴから出力される信号）の電位が定まる。ノードＦＤにおいて電荷をより確実に保持するために、ノードＦＤに容量素子を電気的に接続しても良い。
また、増幅回路３０３の構成は、図６（Ａ）に示した構成に限定されない。例えば、図６（Ｂ）に示すような構成とすることができる。図６（Ａ）では、配線ＯＵＴと配線ＶＳの間に、トランジスタ３０６及びトランジスタ３０５がこの順に直列に電気的に接続されている。一方、図６（Ｂ）では、配線ＯＵＴと配線ＶＳの間に、トランジスタ３０５及びトランジスタ３０６がこの順に直列に電気的に接続される。
また例えば、増幅回路３０３の構成は、図６（Ｃ）や図６（Ｄ）に示すような構成とすることができる。図６（Ｃ）や図６（Ｄ）の構成における増幅回路３０３は、図６（Ａ）や図６（Ｂ）に示した構成に加えて、更にトランジスタ３０７を有する。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示した構成にトランジスタ３０７を追加した例であり、図６（Ｄ）は図６（Ｂ）に示した構成にトランジスタ３０７を追加した例である。図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）において、トランジスタ３０７のソースとドレインの一方は、配線ＶＳと電気的に接続される。トランジスタ３０７のソースとドレインの他方は、トランジスタ３０５のゲート及びトランジスタ３０４のソースとドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ３０７のゲートは配線ＲＳと電気的に接続される。
上述の表示素子の具体的な構成の一態様、及びフォトセンサの具体的な構成の一態様において、トランジスタ２０１、トランジスタ２０２、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５、トランジスタ３０６、及びトランジスタ３０７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とすることができる。トランジスタ２０１、トランジスタ２０２、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５、トランジスタ３０６、及びトランジスタ３０７の全てを、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタとすることもできる。トランジスタ２０１、トランジスタ２０２、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５、トランジスタ３０６、及びトランジスタ３０７のいずれかを、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタとし、残りのトランジスタは、チャネルがシリコン層に形成されるトランジスタとすることもできる。
（配線の配置のバリエーション）
図４は、図１（Ａ）に示した構成において、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示した構成を適用し、更に、配線ＶＲ、配線ＶＳ、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４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、配線ＶＳが互いに並列に配置されている。なお、配線ＶＲと配線ＶＳは共有することもできる。
図４において、配線ＰＲ、配線ＴＸ、配線ＳＥ、配線ＧＬ、配線ＣＳ、配線ＶＢが延びた方向を、行方向とする。配線ＳＬ、配線ＯＵＴ、配線ＶＲ、配線ＶＳが延びた方向を、列方向とする。
また、図４では、組１１０が有する表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂにおいて、配線ＳＬを共有している。組１１０が有する表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂにおいて、配線ＶＲを共有している。フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂにおいて、配線ＯＵＴを共有している。フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂにおいて、配線ＶＳを共有している。
各配線が延びている方向や、配線同士の配置関係（例えば、並列に配置されている、または交差するように配置されている等）には様々なパターンがあり、図４に示した構成に限定されない。
また、図１（Ａ）における制御回路１０３や増幅回路３０３を、上述した図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）に示した構成に変えた場合にも、図４と同様に各配線を特定の方向に延ばして配置することができる。
なお、図１（Ｂ）に示したように、組１１０を複数マトリクス状に配置する場合には、配線が延びた方向に配置される組１１０において、当該配線を共有することができる。
同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線を共有することができる。例えば、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＳＥを共有することができる。例えば、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＴＸを共有することができる。例えば、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＰＲを共有することができる。また、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線を共有することができる。例えば、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線ＧＬを共有することができる。例えば、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線ＣＳを共有することができる。例えば、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線ＶＢを共有することができる。
同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において、配線を共有することができる。例えば、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において、配線ＳＬを共有することができる。また、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において、配線ＶＲを共有することができる。また同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線を共有することができる。例えば、同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＯＵＴを共有することができる。同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＶＳを共有することができる。
このように、配線を共有することによって、半導体装置の配線の数を低減し、半導体装置を高精細化することができる。
また、同じ電位や同じ信号が入力される配線を共有することができる。例えば、配線ＶＢは、マトリクス状に配置された複数の組１１０の全ての組において共有することもできる。この場合、配線ＶＢは「配線」ではなく「電極」と呼ぶこともできる。また例えば、配線ＰＲは、複数の組１１０で共有することもできる。例えば、フォトセンサ３０１におけるリセット動作及び蓄積動作を同時に行う組において、配線ＰＲを共有することもできる。
次いで、上記半導体装置の駆動方法について説明する。まず、フォトセンサ（フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂ）単独での駆動方法について説明する。
（フォトセンサの駆動方法）
フォトセンサ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その１）
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）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７（Ａ）は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）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、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。
なお、図７（Ａ）に示すタイミングチャートでは、フォトセンサ３０１の動作を分かりやすく説明するため、配線ＴＸ、配線ＳＥ、配線ＰＲには、ハイレベルまたはローレベルの電位が与えられるものと仮定する。具体的に、配線ＴＸには、ハイレベルの電位ＨＴＸと、ローレベルの電位ＬＴＸが与えられるものとし、配線ＳＥには、ハイレベルの電位ＨＳＥと、ローレベルの電位ＬＳＥが与えられるものとし、配線ＰＲには、ハイレベルの電位ＨＰＲと、ローレベルの電位ＬＰＲが与えられるものとする。なお配線ＶＳには、所定の電位、例えば、ハイレベルの電源電位ＶＤＤが与えられている。
また、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陽極が配線ＰＲに電気的に接続され、陰極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続される場合の例を説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されていてもよい。仮に、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されている場合においても、光電変換素子３０２のバイアス状態（順方向バイアス、逆方向バイアス）が以下の説明と同様になるように各配線の電位を定めればよい。
なお、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５及びトランジスタ３０６は全てｎチャネル型トランジスタであるとして説明を行う。しかしながら、本発明はこれに限定されず、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５及びトランジスタ３０６のいずれか、または全てがｐチャネル型トランジスタであってもよい。仮に、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５及びトランジスタ３０６のいずれか、または全てがｐチャネル型トランジスタである場合においても、各トランジスタのオン状態またはオフ状態が以下の説明と同様になるように各配線の電位を定めればよい。
まず、時刻Ｔ１において、配線ＴＸの電位を、電位ＬＴＸから電位ＨＴＸに変化させる。配線ＴＸの電位が電位ＨＴＸになると、トランジスタ３０４はオン状態になる。なお、時刻Ｔ１において、配線ＳＥには電位ＬＳＥが与えられ、配線ＰＲには電位ＬＰＲが与えられている。
時刻Ｔ２において、配線ＰＲの電位を、電位ＬＰＲから電位ＨＰＲに変化させる。また、時刻Ｔ２において、配線ＴＸの電位は電位ＨＴＸのままであり、配線ＳＥの電位は電位ＬＳＥのままである。光電変換素子３０２に順方向バイアスの電圧が印加される。こうして、ノードＦＤには配線ＰＲの電位ＨＰＲが与えられるため、ノードＦＤの電位が所定の値にリセットされる。この動作は言い換えれば、ノードＦＤに蓄積された負の電荷を放電する動作ということもできる。なお、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されている場合においては、この動作は言い換えれば、ノードＦＤに蓄積された正の電荷を放電する動作ということもできる。
時刻Ｔ３において、配線ＰＲの電位を、電位ＨＰＲから電位ＬＰＲに変化させる。時刻Ｔ３の直前まで、ノードＦＤの電位は電位ＨＰＲに保たれているため、配線ＰＲの電位が電位ＬＰＲになると、光電変換素子３０２に逆方向バイアスの電圧が印加されることになる。そして、光電変換素子３０２に逆方向バイアスの電圧が印加された状態で、光電変換素子３０２に光（被検出物において反射した光等）が入射すると、光電変換素子３０２の陰極から陽極に向かって電流（光電流）が流れる。光電流の電流値は入射した光の強度に従って変化する。すなわち、光電変換素子３０２に入射する光の強度が高いほど光電流の電流値は高くなり、ノードＦＤと光電変換素子３０２の間を移動する電荷の量も大きくなる。逆に、光電変換素子３０２に入射する光の強度が低いほど光電流の電流値は低くなり、ノードＦＤと光電変換素子３０２の間を移動する電荷の量も小さくなる。よって、ノードＦＤの電位は、光の強度が高いほど変化が大きく、光の強度が低いほど変化が小さい。
図７（Ａ）では、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４において、ノードＦＤに負の電荷が蓄積されることにより、ノードＦＤの電位が低下する例を示したがこれに限定されない。光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されている場合において、ノードＦＤに正の電荷が蓄積（言い換えれば、負の電荷が放電）されることにより、ノードＦＤの電位が上昇してもよい。
時刻Ｔ４において、配線ＴＸの電位を電位ＨＴＸから電位ＬＴＸに変化させると、トランジスタ３０４はオフ状態になる。よって、ノードＦＤと光電変換素子３０２の間での電荷の移動が止まるため、ノードＦＤの電位が定まる。
時刻Ｔ５において、配線ＳＥの電位を電位ＬＳＥから電位ＨＳＥに変化させると、トランジスタ３０６はオン状態になる。すると、ノードＦＤの電位に応じて配線ＶＲと配線ＯＵＴの間で電荷の移動が生じる。
なお、時刻Ｔ５以前に、配線ＯＵＴの電位を所定の電位にする動作（プリチャージ動作）を完了させておく。なお、図７（Ａ）では、配線ＯＵＴの電位は時刻Ｔ５以前にローレベルの電位にプリチャージされ、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間に光強度に応じて配線ＯＵＴの電位が上昇する場合を示したがこれに限定されない。配線ＯＵＴの電位は時刻Ｔ５以前にハイレベルの電位にプリチャージされ、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間に光強度に応じて配線ＯＵＴの電位が低下してもよい。この際は、配線ＶＳにはローレベルの電源電位が与えられているものとする。
プリチャージ動作は、例えば、配線ＯＵＴと、所定の電位が与えられる配線とをトランジスタ等のスイッチング素子を介して電気的に接続し、当該トランジスタをオン状態とすることによって行うことができる。プリチャージ動作を完了した後は、当該トランジスタはオフ状態とする。
時刻Ｔ６において、配線ＳＥの電位を電位ＨＳＥから電位ＬＳＥに変化させると、配線ＶＳから配線ＯＵＴへの電荷の移動が停止し、配線ＯＵＴの電位が決定する。この配線ＯＵＴの電位が、フォトセンサ３０１の出力信号の電位に相当する。そして、出力信号の電位には、被検出物によって反射した光の情報が含まれている。
ここで、時刻Ｔ１や時刻Ｔ４において配線ＴＸの電位を変化させるときに、配線ＴＸとノードＦＤとの間の寄生容量によって、ノードＦＤの電位が変化する。この電位の変化が大きい場合、出力信号を正確に出力することができない。配線ＴＸの電位を変化させるときのノードＦＤの電位の変化を抑制するために、トランジスタ３０４のゲートとソースの間、またはゲートとドレインの間の容量を低減することが有効である。また、トランジスタ３０５のゲート容量を増大することが有効である。更に、ノードＦＤに容量素子を電気的に接続することが有効である。なお、図７（Ａ）では、これらの対策を施す等して、配線ＴＸの電位を変化させるときのノードＦＤの電位の変化は無視できるものとしている。
以上が、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示した構成のフォトセンサ３０１の駆動方法である。
（フォトセンサの駆動方法その２）
次いで、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）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７（Ｂ）は、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示した各配線（配線ＴＸ、配線ＲＳ、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、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。
なお、図７（Ｂ）に示すタイミングチャートでは、フォトセンサ３０１の動作を分かりやすく説明するため、配線ＴＸ、配線ＲＳ、配線ＳＥには、ハイレベルまたはローレベルの電位が与えられるものと仮定する。具体的に、配線ＴＸには、ハイレベルの電位ＨＴＸと、ローレベルの電位ＬＴＸが与えられるものとし、配線ＳＥには、ハイレベルの電位ＨＳＥと、ローレベルの電位ＬＳＥが与えられるものとし、配線ＲＳには、ハイレベルの電位ＨＲＳと、ローレベルの電位ＬＲＳが与えられるものとする。なお、配線ＰＲには、一定の電位、例えば、ローレベルの電源電位ＶＳＳが与えられている。なお配線ＶＳには、所定の電位、例えば、ハイレベルの電源電位ＶＤＤが与えられている。
また、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陽極が配線ＰＲに電気的に接続され、陰極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続される場合の例を説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されていてもよい。仮に、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されている場合においても、光電変換素子３０２のバイアス状態（順方向バイアス、逆方向バイアス）が以下の説明と同様になるように各配線の電位を定めればよい。
なお、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５、トランジスタ３０６及びトランジスタ３０７は全てｎチャネル型トランジスタであるとして説明を行う。しかしながら、本発明はこれに限定されず、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５、トランジスタ３０６及びトランジスタ３０７のいずれか、または全てがｐチャネル型トランジスタであってもよい。仮に、トランジスタ３０４、トランジスタ３０５、トランジスタ３０６及びトランジスタ３０７のいずれか、または全てがｐチャネル型トランジスタである場合においても、各トランジスタのオン状態またはオフ状態が以下の説明と同様になるように各配線の電位を定めればよい。
まず、時刻Ｔ１において、配線ＴＸの電位を、電位ＬＴＸから電位ＨＴＸに変化させる。配線ＴＸの電位が電位ＨＴＸになると、トランジスタ３０４はオン状態になる。なお、時刻Ｔ１において、配線ＳＥには電位ＬＳＥが与えられ、配線ＲＳには電位ＬＲＳが与えられている。
次いで、時刻Ｔ２において、配線ＲＳの電位を、電位ＬＲＳから電位ＨＲＳに変化させる。配線ＲＳの電位が電位ＨＲＳになると、トランジスタ３０７はオン状態になる。また、時刻Ｔ２において、配線ＴＸの電位は電位ＨＴＸのままであり、配線ＳＥの電位は電位ＬＳＥのままである。よって、ノードＦＤには電源電位ＶＤＤが与えられるため、ノードＦＤの電位が所定の値にリセットされる。また、光電変換素子３０２には、逆方向バイアスの電圧が印加される。この動作は言い換えれば、ノードＦＤに蓄積された負の電荷を放電する動作ということもできる。なお、光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されている場合においては、この動作は言い換えれば、ノードＦＤに蓄積された正の電荷を放電する動作ということもできる。
次いで、時刻Ｔ３において、配線ＲＳの電位を、電位ＨＲＳから電位ＬＲＳに変化させる。時刻Ｔ３の直前まで、ノードＦＤの電位は電源電位ＶＤＤに保たれているため、配線ＲＳの電位が電位ＬＲＳになった後も、光電変換素子３０２に逆方向バイアスの電圧が印加された状態が続く。そして、この状態で、光電変換素子３０２に光が入射すると、光電変換素子３０２の陰極から陽極に向かって光電流が流れる。光電流の値は光の強度に従って変化する。すなわち、光電変換素子３０２に入射する光の強度が高いほど光電流の電流値は高くなり、ノードＦＤと光電変換素子３０２の間を移動する電荷の量も大きくなる。逆に、光電変換素子３０２に入射する光の強度が低いほど光電流の電流値は低くなり、ノードＦＤと光電変換素子３０２の間を移動する電荷の量は小さくなる。よって、ノードＦＤの電位は、光の強度が高いほど変化が大きく、光の強度が低いほど変化が小さい。
図７（Ｂ）では、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４において、ノードＦＤに負の電荷が蓄積されることにより、ノードＦＤの電位が低下する例を示したがこれに限定されない。光電変換素子３０２として用いるフォトダイオードの陰極が配線ＰＲに電気的に接続され、陽極がトランジスタ３０４のソースとドレインの他方に電気的に接続されている場合において、ノードＦＤに正の電荷が蓄積（言い換えれば、負の電荷が放電）されることにより、ノードＦＤの電位が上昇してもよい。
次いで、時刻Ｔ４において、配線ＴＸの電位を電位ＨＴＸから電位ＬＴＸに変化させると、トランジスタ３０４はオフ状態になる。よって、ノードＦＤと光電変換素子３０２の間の電荷の移動が止まるため、ノードＦＤの電位が定まる。
次いで、時刻Ｔ５において、配線ＳＥの電位を電位ＬＳＥから電位ＨＳＥに変化させると、トランジスタ３０６はオン状態になる。すると、ノードＦＤの電位に応じて配線ＶＳと配線ＯＵＴの間で電荷の移動が生じる。
なお、時刻Ｔ５以前に、配線ＯＵＴの電位を所定の電位にする動作（プリチャージ動作）を完了させておく。なお、図７（Ｂ）では、配線ＯＵＴの電位は時刻Ｔ５以前にローレベルの電位にプリチャージされ、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間に光強度に応じて配線ＯＵＴの電位が上昇する場合を示したがこれに限定されない。配線ＯＵＴの電位は時刻Ｔ５以前にハイレベルの電位にプリチャージされ、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間に光強度に応じて配線ＯＵＴの電位が低下してもよい。この際は、配線ＶＳにはローレベルの電源電位が与えられているものとする。
プリチャージ動作は、例えば、配線ＯＵＴと、所定の電位が与えられる配線とをトランジスタ等のスイッチング素子を介して電気的に接続し、当該トランジスタをオン状態とすることによって行うことができる。プリチャージ動作を完了した後は、当該トランジスタはオフ状態とする。
時刻Ｔ６において、配線ＳＥの電位を電位ＨＳＥから電位ＬＳＥに変化させると、配線ＶＳから配線ＯＵＴへの電荷の移動が停止し、配線ＯＵＴの電位が決定する。この配線ＯＵＴの電位が、フォトセンサ３０１の出力信号の電位に相当する。そして、出力信号の電位には、被検出物によって反射した光の情報が含まれている。
ここで、時刻Ｔ１や時刻Ｔ４において配線ＴＸの電位を変化させるときに、配線ＴＸとノードＦＤとの間の寄生容量によって、ノードＦＤの電位が変化する。この電位の変化が大きい場合、出力信号を正確に出力することができない。配線ＴＸの電位を変化させるときのノードＦＤの電位の変化を抑制するために、トランジスタ３０４のゲートとソースの間、またはゲートとドレインの間の容量を低減することが有効である。また、トランジスタ３０５のゲート容量を増大することが有効である。更に、ノードＦＤに容量素子を電気的に接続することが有効である。なお、図７（Ｂ）では、これらの対策を施す等して、配線ＴＸの電位を変化させるときのノードＦＤの電位の変化は無視できるものとしている。
以上が、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示した構成のフォトセンサ３０１の駆動方法である。
図７（Ａ）や図７（Ｂ）のタイミングチャートで示したフォトセンサ３０１の上記一連の動作は、リセット動作、蓄積動作、選択動作に分類することができる。すなわち、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの動作がリセット動作、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの動作が蓄積動作、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの動作が選択動作に相当する。また、蓄積動作が終了してから選択動作が開始されるまでの期間、すなわち、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間が、ノードＦＤにおいて電荷が保持されている電荷保持期間に相当する。ここで、リセット動作を行う期間をＴＲと表記し、蓄積動作を行う期間をＴＩと表記し、選択動作を行う期間をＴＳと表記する。
以上が、フォトセンサ３０１の駆動方法の説明である。
（半導体装置の駆動方法）
図４に示した組１１０を図１（Ｂ）のようにマトリクス状に複数有する半導体装置の駆動方法について、図２及び図１１のタイミングチャートを参照して説明する。
なお、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＳＥを共有し、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＴＸを共有し、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＰＲを共有し、また、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において配線ＧＬを共有し、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において配線ＣＳを共有し、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において配線ＶＢを共有し、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において配線ＳＬを共有し、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において配線ＶＲを共有し、同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＯＵＴを共有し、同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＶＳを共有する半導体装置における駆動方法の一例を示す。
図２及び図１１において、（ｐ，ｑ）は、マトリクス状に配置された組１１０のうちの第ｐ（ｐは自然数）行目第ｑ（ｑは自然数）列目に対応する組を示す。図２のタイミングチャートは、６つの組１１０それぞれに設けられた表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂの動作と、フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂの動作の関係を示している。また、図２中、ＴＲ＋ＴＩは、図７のタイミングチャートを用いて説明した、リセット動作及びリセット動作に続く蓄積動作を行う期間を示している。また、図２中、「Ｒ」は第１の色相（例えば、赤）で発光素子が発光している期間を示し、「Ｇ」は第２の色相（例えば、緑）で発光素子が発光している期間を示し、「Ｂ」は第３の色相（例えば、青）で発光素子が発光している期間を示す。図１１のタイミングチャートは、６つの組それぞれに設けられたフォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂの動作の関係を示している。また、図１１中、ＴＳは、図７のタイミングチャートを用いて説明した、選択動作を行う期間を示している。
まず、図２のタイミングチャートを用いて、各色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光の動作について説明する。
時刻ＴＬ１から時刻ＴＬ２の期間では、発光素子１０２Ｒを一斉に発光させた状態で、且つ発光素子１０２Ｇ及び発光素子１０２Ｂを発光させない状態で、全てのフォトセンサ３０１Ｒにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。時刻ＴＬ３から時刻ＴＬ４の期間では、発光素子１０２Ｇを一斉に発光させた状態で、且つ発光素子１０２Ｒ及び発光素子１０２Ｂを発光させない状態で、全てのフォトセンサ３０１Ｇにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。時刻ＴＬ５から時刻ＴＬ６の期間では、発光素子１０２Ｂを一斉に発光させた状態で、且つ発光素子１０２Ｒ及び発光素子１０２Ｇを発光させない状態で、全てのフォトセンサ３０１Ｂにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。
ここで、時刻ＴＬ１から時刻ＴＬ２の期間では、全ての発光素子１０２Ｒは（概略）同じ輝度で発光させられる。時刻ＴＬ３から時刻ＴＬ４の期間では、全ての発光素子１０２Ｇは（概略）同じ輝度で発光させられる。時刻ＴＬ５から時刻ＴＬ６の期間では、全ての発光素子１０２Ｂは（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、各色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光を行うことができる。
図２に示したタイミングチャートの動作は、例えば、半導体装置が画像表示を行っている際の帰線期間中に行うことができる。
同じ色相に対応する複数のフォトセンサを同じサブセンサ行に配置し、サブセンサ行の行方向に延びて配置される配線を共有する場合に、半導体装置の表示領域兼情報入力領域が有する行方向に延びた配線のうちの一部のみを選択することによって、当該複数のフォトセンサを同時に制御することができる。例えば、組１１０が３つの異なる色相に対応する３つのサブセンサ行を有する場合には、１／３の配線のみ選択することによって、１つの色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光を行うことができる。こうして、半導体装置は、各色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光を高速に切り替えて行うことができる。
次いで、図１１のタイミングチャートを用いて、各色相に対応する被検出物の情報（被検出物によって反射した光の情報）を各フォトセンサから読み出す動作について説明する。図１１のタイミングチャートは、図２に示したタイミングチャートの動作が終わってからの動作を示している。
図１１に示すように、フォトセンサ３０１Ｒにおいて選択動作を各サブセンサ行毎に順次行い、フォトセンサ３０１Ｇにおいて選択動作を各サブセンサ行毎に順次行い、フォトセンサ３０１Ｂにおいて選択動作を各サブセンサ行毎に順次行う。
こうして、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
なお、フォトセンサにおける選択動作は、半導体装置が有する発光素子の状態（発光状態、非発光状態）に関わらず行うことができる。そのため、半導体装置が画像表示を行っている間に、フォトセンサにおける選択動作を行うことができる。よって、複数のフォトセンサにおける選択動作を全て行うために必要な期間の長さが長くても、画像表示への影響は少ない。
なお、図２及び図１１に示した駆動方法を用いる場合、半導体装置が有する複数のフォトセンサにおいて、リセット動作及び蓄積動作を行ってから選択動作を行うまでの期間（電荷保持期間）の長さが異なるフォトセンサが存在する。フォトセンサを構成する素子等においてリークが大きい場合、当該期間の長さが長い程、得られる情報に入るノイズが大きくなり、複数のフォトセンサにおいて被検出物の情報の取得を正確に行うことが困難になる。ここで、フォトセンサを構成する素子としてトランジスタを用い、当該トランジスタとして、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタを用いることより、トランジスタのオフ電流によるリークを低減することができる。そのため、リセット動作及び蓄積動作を行ってから選択動作を行うまでの期間（電荷保持期間）の長さが長い場合においても、ノイズの影響を低減することができる。こうして、図２及び図１１に示した駆動方法を用いる場合においても、被検出物の情報の取得を正確に行うことができる。
こうして、通常の画像表示に与える影響を低減し、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において図２のタイミングチャートを用いて示した表示素子の駆動方法の更に詳細な一態様を示す。説明には図３のタイミングチャートを用い、その他図面の符号も参照する。なお、図３のタイミングチャートの駆動方法を行う半導体装置の構成については、実施の形態１において示した図２のタイミングチャートの動作を行う前提となる半導体装置の構成と同じであり、説明は省略する。
（表示素子の駆動方法）
図３において、（ｐ，ｑ）は、マトリクス状に配置された組１１０のうちの第ｐ行目第ｑ列目に対応する組を示す。図３のタイミングチャートは、６つの組１１０それぞれに設けられた表示素子１０１Ｒに電気的に接続される配線ＧＬ及び配線ＳＬ、表示素子１０１Ｇに電気的に接続される配線ＧＬ及び配線ＳＬ、表示素子１０１Ｂに電気的に接続される配線ＧＬ及び配線ＳＬの電位の状態を示している。６つの組１１０において、配線ＳＬは共有されているので、各組の配線ＳＬには同じ信号が入力されている。
なお、図３に示すタイミングチャートでは、配線ＧＬ、配線ＳＬには、ハイレベルまたはローレベルの電位が与えられるものと仮定する。なお配線ＶＲには、所定の電位が与えられ、配線ＶＢには、所定の電位が与えられ、配線ＶＲに与えられる電位と配線ＶＢに与えられる電位の電位差は、当該電位差に対応する電圧を発光素子１０２（発光素子１０２Ｒ、発光素子１０２Ｇ、発光素子１０２Ｂ）の一対の電極間に印加した際に当該発光素子が発光するように定められている。例えば、配線ＶＲにハイレベルの電源電位ＶＤＤが与えられ、配線ＶＢにはローレベルの電源電位ＶＳＳが与えられているとする。
なお、トランジスタ２０１、及びトランジスタ２０２は全てｎチャネル型トランジスタであるとして説明を行う。しかしながら、本発明はこれに限定されず、トランジスタ２０１、及びトランジスタ２０２のいずれか、または全てがｐチャネル型トランジスタであってもよい。仮に、トランジスタ２０１、及びトランジスタ２０２のいずれか、または全てがｐチャネル型トランジスタである場合においても、各トランジスタのオン状態またはオフ状態が以下の説明と同様になるように各配線の電位を定めればよい。
時刻ＴＬ０において、全ての表示素子（表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂ）において配線ＧＬの電位をハイレベルとすると、全ての表示素子（表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂ）のトランジスタ２０１はオン状態になる。このとき、配線ＳＬの電位をローレベルとすると、全ての表示素子（表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂ）のトランジスタ２０２はオフ状態となる。こうして、全ての表示素子（表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂ）の発光素子（発光素子１０２Ｒ、発光素子１０２Ｇ、発光素子１０２Ｂ）を非発光状態とすることができる。
時刻ＴＬ１において、第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒに電気的に接続される配線ＧＬの電位をハイレベルとすると、第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒのトランジスタ２０１はオン状態になる。このとき、配線ＳＬの電位がハイレベルとなると、第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒのトランジスタ２０２もオン状態となる。すると、第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒのトランジスタ２０２を介して、配線ＶＲの電位が第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒの発光素子１０２Ｒの一対の電極のうちの一方に入力される。こうして、発光素子１０２Ｒの一対の電極間に所定の電圧が印加され、発光素子１０２Ｒは発光する。時刻ＴＬ１の後も、容量素子２０３や寄生容量等によって、第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒのトランジスタ２０２のゲートの電位は維持されるため、第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒに電気的に接続される配線ＧＬの電位がローレベルとなってトランジスタ２０１がオフ状態となった後も、発光素子１０２Ｒは発光し続ける。
その後、時刻ＴＬ２において、再び第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒに電気的に接続される配線ＧＬの電位をハイレベルとすると、第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒのトランジスタ２０１はオン状態になる。このとき、配線ＳＬの電位をローレベルとすることによって第１の色相に対応する表示素子１０１Ｒのトランジスタ２０２をオフ状態とすることができる。こうして、発光素子１０２Ｒを非発光状態とすることができる。
こうして、時刻ＴＬ１〜時刻ＴＬ２の期間において、半導体装置の表示領域兼情報入力領域は、第１の色相（例えば、赤）で発光する。
時刻ＴＬ３において、第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇに電気的に接続される配線ＧＬの電位をハイレベルとすると、第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇのトランジスタ２０１はオン状態になる。このとき、配線ＳＬの電位がハイレベルとなると、第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇのトランジスタ２０２もオン状態となる。すると、第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇのトランジスタ２０２を介して、配線ＶＲの電位が第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇの発光素子１０２Ｇの一対の電極のうちの一方に入力される。こうして、発光素子１０２Ｇの一対の電極間に所定の電圧が印加され、発光素子１０２Ｇは発光する。時刻ＴＬ３の後も、容量素子２０３や寄生容量等によって、第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇのトランジスタ２０２のゲートの電位は維持されるため、第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇに電気的に接続される配線ＧＬの電位がローレベルとなってトランジスタ２０１がオフ状態となった後も、発光素子１０２Ｇは発光し続ける。
その後、時刻ＴＬ４において、再び第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇに電気的に接続される配線ＧＬの電位をハイレベルとすると、第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇのトランジスタ２０１はオン状態になる。このとき、配線ＳＬの電位をローレベルとすることによって第２の色相に対応する表示素子１０１Ｇのトランジスタ２０２をオフ状態とすることができる。こうして、発光素子１０２Ｇを非発光状態とすることができる。
こうして、時刻ＴＬ３〜時刻ＴＬ４の期間において、半導体装置の表示領域兼情報入力領域は、第２の色相（例えば、緑）で発光する。
時刻ＴＬ５において、第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂに電気的に接続される配線ＧＬの電位をハイレベルとすると、第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂのトランジスタ２０１はオン状態になる。このとき、配線ＳＬの電位がハイレベルとなると、第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂのトランジスタ２０２もオン状態となる。すると、第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂのトランジスタ２０２を介して、配線ＶＲの電位が第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂの発光素子１０２Ｂの一対の電極のうちの一方に入力される。こうして、発光素子１０２Ｂの一対の電極間に所定の電圧が印加され、発光素子１０２Ｂは発光する。時刻ＴＬ５の後も、容量素子２０３や寄生容量等によって、第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂのトランジスタ２０２のゲートの電位は維持されるため、第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂに電気的に接続される配線ＧＬの電位がローレベルとなってトランジスタ２０１がオフ状態となった後も、発光素子１０２Ｂは発光し続ける。
その後、時刻ＴＬ６において、再び第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂに電気的に接続される配線ＧＬの電位をハイレベルとすると、第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂのトランジスタ２０１はオン状態になる。このとき、配線ＳＬの電位をローレベルとすることによって第３の色相に対応する表示素子１０１Ｂのトランジスタ２０２をオフ状態とすることができる。こうして、発光素子１０２Ｂを非発光状態とすることができる。
こうして、時刻ＴＬ５〜時刻ＴＬ６の期間において、半導体装置の表示領域兼情報入力領域は、第３の色相（例えば、青）で発光する。
以上のとおり、表示素子を駆動することができる。
本実施の形態で示す駆動方法では、同じ色相に対応する複数の表示素子を同じサブ画素行に配置し、サブ画素行の行方向に延びて配置される配線を共有し、半導体装置の表示領域兼情報入力領域が有する行方向に延びた配線のうちの一部のみを選択することによって、当該複数の表示素子を同時に制御する。例えば、組１１０が３つの異なる色相に対応する３つのサブ画素行を有する場合には、１／３の配線のみ選択することによって、１つの色相で発光を行い、また当該色相の光の消灯を行う。こうして、半導体装置は、各色相に対応する発光を高速に切り替えて行うことができる。
また、半導体装置の表示領域兼情報入力領域が有する全ての配線ＳＬにおいて、同じ信号を同時に入力することによって、非常に短時間内に各色相に対応する発光を行うことができる。こうして、半導体装置は、各色相に対応する発光を高速に切り替えて行うことができる。
そのため、通常の画像表示に与える影響を低減し、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の駆動方法について、実施の形態１とは異なる駆動方法について説明する。
（半導体装置の構成の一態様）
まず、半導体装置の構成について図８を用いて説明する。図８（Ａ）は、半導体装置の表示領域兼情報入力領域の一部の構成を示す模式図である。図８（Ａ）において、組１１０は、表示素子１０１Ｒと、表示素子１０１Ｇと、表示素子１０１Ｂと、フォトセンサ３０１Ｘとを有する。フォトセンサ３０１Ｘは、フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂのいずれかである。表示素子１０１Ｒと、表示素子１０１Ｇと、表示素子１０１Ｂと、フォトセンサ３０１Ｒとを有する組１１０と、表示素子１０１Ｒと、表示素子１０１Ｇと、表示素子１０１Ｂと、フォトセンサ３０１Ｇとを有する組１１０と、表示素子１０１Ｒと、表示素子１０１Ｇと、表示素子１０１Ｂと、フォトセンサ３０１Ｂとを有する組１１０と、で群１１１を構成する。図８（Ｂ）に示すように、半導体装置の表示領域兼情報入力領域は、群１１１をマトリクス状に複数有する。なお、図８（Ｂ）では、群１１１が２行３列に設けられる例を示したがこれに限定されない。群１１１は一般にｍ（ｍは自然数）行ｎ（ｎは自然数）列のマトリクス状に複数設けることができる。
なお、図８（Ｂ）に示した構成は、組１１０が６行３列のマトリクス状に複数設けられた構成と考えることもできる。以下、組１１０がマトリクス状に複数設けられた構成であるとみなして説明を行う。
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、表示素子１０１Ｒは第１の色相（例えば、赤とする）で発光する発光素子１０２Ｒと、発光素子１０２Ｒを制御する制御回路１０３Ｒと、を有する。表示素子１０１Ｇは第１の色相とは異なる第２の色相（例えば、緑とする）で発光する発光素子１０２Ｇと、発光素子１０２Ｇを制御する制御回路１０３Ｇと、を有する。表示素子１０１Ｂは第１の色相及び第２の色相とは異なる第３の色相（例えば、青とする）で発光する発光素子１０２Ｂと、発光素子１０２Ｂを制御する制御回路１０３Ｂと、を有する。フォトセンサ３０１Ｒは、第１の色相の光を受光する光電変換素子３０２Ｒと、光電変換素子３０２Ｒに電気的に接続される増幅回路３０３Ｒと、を有する。フォトセンサ３０１Ｇは、第２の色相の光を受光する光電変換素子３０２Ｇと、光電変換素子３０２Ｇに電気的に接続される増幅回路３０３Ｇと、を有する。フォトセンサ３０１Ｂは、第３の色相の光を受光する光電変換素子３０２Ｂと、光電変換素子３０２Ｂに電気的に接続される増幅回路３０３Ｂと、を有する。
また、図８（Ｂ）に示すとおり、同じ列に配置された複数の組１１０において、表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂを一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の列方向（同じ列に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。同じ列に配置された複数の組１１０において、フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂを一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の列方向（同じ列に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。ここで、組１１０の１列に対して、複数の異なる色相に対応する表示素子が並んだ「列」（以下、サブ画素列と呼ぶ）と、複数の異なる色相に対応するフォトセンサが並んだ「列」（以下、サブセンサ列と呼ぶ）とが対応するということもできる。
ここで、図８（Ｂ）に示すとおり、同じ色相に対応するフォトセンサを一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の行方向（同じ行に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。図８（Ｂ）の構成は、組１１０の１行に対して、フォトセンサ３０１Ｒが並んだ「行」（以下、サブセンサ行と呼ぶ）、または、フォトセンサ３０１Ｇが並んだ「行」（以下、サブセンサ行と呼ぶ）、または、フォトセンサ３０１Ｂが並んだ「行」（以下、サブセンサ行と呼ぶ）の１つのサブセンサ行が対応するということもできる。つまり、複数のフォトセンサを有する任意の１サブセンサ行に注目した場合に、当該複数のフォトセンサは同じ色相に対応するフォトセンサとすることができる。そして、複数のフォトセンサを有する別の１サブセンサ行に注目した場合に、当該複数のフォトセンサは当該色相とは異なる色相に対応するフォトセンサとすることができる。
また、同じ色相に対応する表示素子を一方向に並べて配置することができる。この一方向は、マトリクス状に配置した組１１０の行方向（同じ行に配置される組１１０が並んだ方向）とすることができる。図８（Ｂ）の構成は、組１１０の１行に対して、表示素子１０１Ｒが並んだ「行」（以下、サブ画素行と呼ぶ）と、表示素子１０１Ｇが並んだ「行」（以下、サブ画素行と呼ぶ）と、表示素子１０１Ｂが並んだ「行」（以下、サブ画素行と呼ぶ）との３つのサブ画素行が対応するということもできる。つまり、複数の表示素子を有する任意の１サブ画素行に注目した場合に、当該複数の表示素子は同じ色相に対応する表示素子とすることができる。そして、複数の表示素子を有する別の１サブ画素行に注目した場合に、当該複数の表示素子は当該色相とは異なる色相に対応する表示素子とすることができる。
図８では、３つの異なる色相に対応するフォトセンサ、及び３つの異なる色相に対応する表示素子によって群１１１が構成される例を示したがこれに限定されない。群１１１を構成するフォトセンサの数、及び対応する色相の数は任意の数とすることができる。群１１１を構成する表示素子の数、及び対応する色相の数は任意の数とすることができる。
（表示素子の具体的な構成の一態様）
表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂ、制御回路１０３Ｒ、制御回路１０３Ｇ、及び制御回路１０３Ｂの具体的な構成については、実施の形態１で説明した構成と同様とすることができるため、説明は省略する。
（フォトセンサの具体的な構成の一態様）
フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂ、増幅回路３０３Ｒ、増幅回路３０３Ｇ、及び増幅回路３０３Ｂの具体的な構成については、実施の形態１で説明した構成と同様とすることができるため、説明は省略する。なお、図８（Ａ）におけるフォトセンサ３０１Ｘは、光電変換素子３０２Ｘと、増幅回路３０３Ｘを有し、光電変換素子３０２Ｘは、光電変換素子３０２Ｒ、光電変換素子３０２Ｇ、または光電変換素子３０２Ｂに相当し、増幅回路３０３Ｘは、増幅回路３０３Ｒ、増幅回路３０３Ｇ、または増幅回路３０３Ｂに相当する。
（配線の配置のバリエーション）
図１０は、図８（Ａ）に示した構成において、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示した構成を適用し、更に、配線ＶＲ、配線ＶＳ、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１０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、配線ＶＳが互いに並列に配置されている。なお、配線ＶＲと配線ＶＳは共有することもできる。
図１０において、配線ＰＲ、配線ＴＸ、配線ＳＥ、配線ＧＬ、配線ＣＳ、配線ＶＢが延びた方向を、行方向とする。配線ＳＬ、配線ＯＵＴ、配線ＶＲ、配線ＶＳが延びた方向を、列方向とする。
また、図１０において、組１１０が有する表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂにおいて、配線ＳＬを共有している。組１１０が有する表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂにおいて、配線ＶＲを共有している。
各配線が延びている方向や、配線同士の配置関係（例えば、並列に配置されている、または交差するように配置されている等）には様々なパターンがあり、図１０に示した構成に限定されない。
また、図８（Ａ）において、上述した図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）に示した構成を適用した場合にも、図１０と同様に各配線を特定の方向に延ばして配置することができる。
なお、図８（Ｂ）に示したように、組１１０を複数マトリクス状に配置する場合には、配線が延びた方向に配置される組１１０において、当該配線を共有することができる。
同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線を共有することができる。例えば、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＳＥを共有することができる。例えば、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＴＸを共有することができる。例えば、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＰＲを共有することができる。また、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線を共有することができる。例えば、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線ＧＬを共有することができる。例えば、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線ＣＳを共有することができる。例えば、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において、配線ＶＢを共有することができる。
同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において、配線を共有することができる。例えば、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において、配線ＳＬを共有することができる。また、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において、配線ＶＲを共有することができる。また同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線を共有することができる。例えば、同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＯＵＴを共有することができる。同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて、配線ＶＳを共有することができる。
このように、配線を共有することによって、半導体装置の配線の数を低減し、半導体装置を高精細化することができる。
また、同じ電位や同じ信号が入力される配線を共有することができる。例えば、配線ＶＢは、マトリクス状に配置された複数の組１１０の全ての組１１０において共有することもできる。この場合、配線ＶＢは「配線」ではなく「電極」と呼ぶこともできる。また例えば、配線ＰＲは、複数の組１１０で共有することもできる。例えば、フォトセンサ３０１におけるリセット動作及び蓄積動作を同時に行う組において、配線ＰＲを共有することもできる。
（半導体装置の駆動方法）
次いで、上記半導体装置の駆動方法について説明する。フォトセンサ（フォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、フォトセンサ３０１Ｂ）単独での駆動方法については、実施の形態１で説明した駆動方法と同様であるため、説明は省略する。
図８（Ｂ）のように、組１１０をマトリクス状に複数有する半導体装置の駆動方法について、図９及び図１２のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図８（Ｂ）における各組１１０として、図１０に示した構成を適用する場合について説明する。
なお、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＳＥを共有し、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＴＸを共有し、同じサブセンサ行に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＰＲを共有し、また、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において配線ＧＬを共有し、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において配線ＣＳを共有し、同じサブ画素行に配置された複数の表示素子において配線ＶＢを共有し、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において配線ＳＬを共有し、同じサブ画素列に配置された複数の表示素子において配線ＶＲを共有し、同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＯＵＴを共有し、同じサブセンサ列に配置された複数のフォトセンサにおいて配線ＶＳを共有する半導体装置における駆動方法の一例を示す。
図９及び図１２において、（ｐ，ｑ）は、マトリクス状に配置された組１１０のうちの第ｐ（ｐは自然数）行目第ｑ（ｑは自然数）列目に対応する組を示す。図９のタイミングチャートは、６つの組１１０それぞれに設けられた表示素子１０１Ｒ、表示素子１０１Ｇ、表示素子１０１Ｂの動作と、各組１１０に設けられたフォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、またはフォトセンサ３０１Ｂの動作の関係を示している。また、図９中、ＴＲ＋ＴＩは、図７のタイミングチャートを用いて説明した、リセット動作及びリセット動作に続く蓄積動作を行う期間を示している。また、図９中、「Ｒ」は第１の色相（例えば、赤）で発光素子が発光している期間を示し、「Ｇ」は第２の色相（例えば、緑）で発光素子が発光している期間を示し、「Ｂ」は第３の色相（例えば、青）で発光素子が発光している期間を示す。図１２のタイミングチャートは、６つの組それぞれに設けられたフォトセンサ３０１Ｒ、フォトセンサ３０１Ｇ、またはフォトセンサ３０１Ｂの動作の関係を示している。また、図１２中、ＴＳは、図７のタイミングチャートを用いて説明した、選択動作を行う期間を示している。
まず、図９のタイミングチャートを用いて、各色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光の動作について説明する。
時刻ＴＬ１から時刻ＴＬ２の期間では、発光素子１０２Ｒを一斉に発光させた状態で、且つ発光素子１０２Ｇ及び発光素子１０２Ｂを発光させない状態で、全てのフォトセンサ３０１Ｒにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。時刻ＴＬ３から時刻ＴＬ４の期間では、発光素子１０２Ｇを一斉に発光させた状態で、且つ発光素子１０２Ｒ及び発光素子１０２Ｂを発光させない状態で、全てのフォトセンサ３０１Ｇにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。時刻ＴＬ５から時刻ＴＬ６の期間では、発光素子１０２Ｂを一斉に発光させた状態で、且つ発光素子１０２Ｒ及び発光素子１０２Ｇを発光させない状態で、全てのフォトセンサ３０１Ｂにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行う。
ここで、時刻ＴＬ１から時刻ＴＬ２の期間では、全ての発光素子１０２Ｒは（概略）同じ輝度で発光させられる。時刻ＴＬ３から時刻ＴＬ４の期間では、全ての発光素子１０２Ｇは（概略）同じ輝度で発光させられる。時刻ＴＬ５から時刻ＴＬ６の期間では、全ての発光素子１０２Ｂは（概略）同じ輝度で発光させられる。
こうして、各色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光を行うことができる。
図９に示したタイミングチャートの動作は、例えば、半導体装置が画像表示を行っている際の帰線期間中に行うことができる。
同じ色相に対応する複数のフォトセンサを同じサブセンサ行に配置し、サブセンサ行の行方向に延びて配置される配線を共有する場合に、半導体装置の表示領域兼情報入力領域が有する行方向に延びた配線のうちの一部のみを選択することによって、当該複数のフォトセンサを同時に制御することができる。例えば、群１１１が３つの異なる色相に対応する３つのサブセンサ行を有する場合には、１／３の配線のみ選択することによって、１つの色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光を行うことができる。こうして、半導体装置は、各色相に対応する被検出物の情報の取得のための受光を高速に切り替えて行うことができる。
次いで、図１２のタイミングチャートを用いて、各色相に対応する被検出物の情報を各フォトセンサから読み出す動作について説明する。図１２のタイミングチャートは、図９に示したタイミングチャートの動作が終わってからの動作を示している。
図１２に示すように、フォトセンサ３０１Ｒにおいて選択動作を各サブセンサ行毎に順次行い、フォトセンサ３０１Ｇにおいて選択動作を各サブセンサ行毎に順次行い、フォトセンサ３０１Ｂにおいて選択動作を各サブセンサ行毎に順次行う。
こうして、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
なお、フォトセンサにおける選択動作は、半導体装置が有する発光素子の状態（発光状態、非発光状態）に関わらず行うことができる。そのため、半導体装置が画像表示を行っている間に、フォトセンサにおける選択動作を行うことができる。よって、複数のフォトセンサにおける選択動作を全て行うために必要な期間の長さが長くても、画像表示への影響は少ない。
なお、図９及び図１２に示した駆動方法を用いる場合、半導体装置が有する複数のフォトセンサにおいて、リセット動作及び蓄積動作を行ってから選択動作を行うまでの期間（電荷保持期間）の長さが異なるフォトセンサが存在する。フォトセンサを構成する素子等においてリークが大きい場合、当該期間の長さが長い程、得られる情報に入るノイズが大きくなり、複数のフォトセンサにおいて被検出物の情報の取得を正確に行うことが困難になる。ここで、フォトセンサを構成する素子としてトランジスタを用い、当該トランジスタとして、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタを用いることより、トランジスタのオフ電流によるリークを低減することができる。そのため、リセット動作及び蓄積動作を行ってから選択動作を行うまでの期間（電荷保持期間）の長さが長い場合においても、ノイズの影響を低減することができる。こうして、図９及び図１２に示した駆動方法を用いる場合においても、被検出物の情報の取得を正確に行うことができる。
こうして、通常の画像表示に与える影響を低減し、被検出物に対応するカラー画像を取得することができる。
なお、図９のタイミングチャートを用いて示した表示素子の駆動方法の更に詳細な一態様については、実施の形態２において説明した駆動方法と同様の駆動方法を用いることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の半導体装置に用いることができるトランジスタの構成の一態様を示す。
トランジスタのチャネルが形成される半導体層としては、例えば非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体、又は単結晶半導体を含む層を用いることができる。また、例えば元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層を用いることができる。
トランジスタのチャネルが形成される半導体層として、酸化物半導体層を用いることもできる。
酸化物半導体層に用いる酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ３ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
酸化物半導体層は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。
酸化物半導体層は、スパッタリング法によって形成することが好ましい。例えば、上述した系の酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法により酸化物半導体層を形成することができる。
ここで、ターゲットの純度を、９９．９９％以上とすることで、酸化物半導体層に混入するアルカリ金属、水素原子、水素分子、水、水酸基、または水素化物等を低減することができる。また、当該ターゲットを用いることで、酸化物半導体層において、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属の濃度を低減することができる。
また、酸化物半導体層の形成時に、スパッタリング装置の処理室の圧力を０．４Ｐａ以下とすることで、被成膜面及び被成膜物への、アルカリ金属、水素等の不純物の混入を低減することができる。なお、被成膜物に含まれる水素は、水素原子の他、水素分子、水、水酸基、または水素化物として含まれる場合もある。
また、スパッタリング装置の処理室の排気系として吸着型の真空ポンプ（例えばクライオポンプなど）を用いることで、排気系からアルカリ金属、水素原子、水素分子、水、水酸基、または水素化物等の不純物の逆流を低減することができる。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
酸化物半導体層の形成後、必要であれば、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気下（窒素雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気（例えば、水分については露点−４０℃以下、好ましくは露点−６０℃以下）など）で加熱処理（温度範囲２００℃以上４５０℃以下）を行ってもよい。この加熱処理は、酸化物半導体層中からＨ、ＯＨなどを脱離させる脱水化または脱水素化とも呼ぶことができ、不活性雰囲気下で昇温し、途中で切り替え酸素を含む雰囲気下とする加熱処理を行う場合や、酸素雰囲気下で加熱処理を行う場合は、加酸化処理とも呼べる。
酸化物半導体層には、電子供与体（ドナー）となる水分または水素、アルカリ金属元素（ＮａやＬｉ等）などの不純物が低減されて高純度化された酸化物半導体層を用いる。高純度化された酸化物半導体層は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による水素濃度の測定値が、５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６／ｃｍ３以下とする。また、ホール効果測定により測定できる酸化物半導体層のキャリア密度は、１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満とする。また、酸化物半導体のバンドギャップは、２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。
なお、酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使えると指摘されている（神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、固体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．６２１−６３３．）。しかし、このような指摘は適切でない。アルカリ金属は酸化物半導体を構成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちナトリウム（Ｎａ）は、酸化物半導体層に接する絶縁膜が酸化物である場合、当該絶縁膜中に拡散してＮａ＋となる。また、Ｎａは、酸化物半導体層内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの特性の劣化が起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。この不純物によりもたらされるトランジスタの特性の劣化と、特性のばらつきは、酸化物半導体層中の水素濃度が十分に低い場合において顕著に現れる。従って、酸化物半導体層中の水素濃度が１×１０１８／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１７／ｃｍ３以下である場合には、上記不純物の濃度を低減することが望ましい。具体的に、二次イオン質量分析法によるＮａ濃度の測定値は、５×１０１６／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６／ｃｍ３以下、更に好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とするとよい。同様に、Ｌｉ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とするとよい。同様に、Ｋ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とするとよい。
層中のアルカリ金属元素濃度や水素濃度の測定をＳＩＭＳで行う場合、その原理上、試料表面近傍や、材質が異なる層との積層界面近傍のデータを正確に得ることが困難であることが知られている。そこで、層中におけるアルカリ金属元素濃度や水素濃度の厚さ方向の分布をＳＩＭＳで分析する場合、対象となる層が存在する範囲において、値に極端な変動が無く、ほぼ一定の値が得られる領域における平均値を、アルカリ金属元素濃度や水素濃度として採用する。また、測定の対象となる層の厚さが小さい場合、隣接する層内のアルカリ金属元素濃度や水素濃度の影響を受けて、ほぼ一定の値が得られる領域を見いだせない場合がある。この場合、当該層が存在する領域における、アルカリ金属元素濃度や水素濃度の最大値または最小値を、当該層中のアルカリ金属元素濃度や水素濃度として採用する。さらに、当該層が存在する領域において、最大値を有する山型のピーク、最小値を有する谷型のピークが存在しない場合、変曲点の値をアルカリ金属元素濃度や水素濃度として採用する。
酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流密度は、１００ｙＡ／μｍ以下、好ましくは１０ｙＡ／μｍ以下、更に好ましくは１ｙＡ／μｍ以下にすることができる。
また、Ｓｎなどのｐ型の導電性を付与する不純物を酸化物半導体層にドープすることで、酸化物半導体層を弱いｐ型とし、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流の低減を図ってもよい。
なお、トランジスタはゲートをチャネルが形成される半導体層の上側にのみ有していてもよいし、ゲートを半導体層の下側にのみ有していてもよい。また、トランジスタはチャネルが形成される半導体層を間に挟んで存在する一対のゲートを有していてもよい。トランジスタが、チャネルが形成される半導体層を間に挟んで存在する一対のゲートを有している場合、一方のゲートにはトランジスタのスイッチングを制御するための信号が与えられ、他方のゲートは電位が与えられた状態とすることができる。この場合、一対のゲートに同じ高さの電位が与えられていても良いし、他方のゲートにのみグラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。他方のゲートに与える電位の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。なお、トランジスタのしきい値電圧に影響を与えないならば、他方のゲートは電気的に絶縁されたフローティングの状態であっても良い。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。
本発明の一態様に係る半導体装置の駆動方法は、通常の画像表示に与える影響を低減し、被検出物に対応するカラー画像を取得することができるという特徴を有している。
本発明の一態様に係る駆動方法を用いた半導体装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る駆動方法を用いた半導体装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。
本実施例は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１０２ 発光素子
１０３ 制御回路
１１０ 組
１１１ 群
２０１ トランジスタ
２０２ トランジスタ
２０３ 容量素子
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
１０１Ｂ 表示素子
１０１Ｇ 表示素子
１０１Ｒ 表示素子
１０２Ｂ 発光素子
１０２Ｇ 発光素子
１０２Ｒ 発光素子
１０３Ｂ 制御回路
１０３Ｇ 制御回路
１０３Ｒ 制御回路
３０１Ｂ フォトセンサ
３０１Ｇ フォトセンサ
３０１Ｒ フォトセンサ
３０１Ｘ フォトセンサ
３０２Ｂ 光電変換素子
３０２Ｇ 光電変換素子
３０２Ｒ 光電変換素子
３０２Ｘ 光電変換素子
３０３Ｂ 増幅回路
３０３Ｇ 増幅回路
３０３Ｒ 増幅回路
３０３Ｘ 増幅回路

Claims (1)

  1. 第１の色相で発光する第１の発光素子を有する第１の表示素子をマトリクス状に複数有し、
    前記第１の色相とは異なる第２の色相で発光する第２の発光素子を有する第２の表示素子をマトリクス状に複数有し、
    前記第１の色相の光を受光する第１のフォトセンサをマトリクス状に複数有し、
    前記第２の色相の光を受光する第２のフォトセンサをマトリクス状に複数有し、
    前記第１のフォトセンサは、前記第１の色相の光を受光する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子に電気的に接続される第１の増幅回路と、を有し、
    前記第２のフォトセンサは、前記第２の色相の光を受光する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子に電気的に接続される第２の増幅回路と、を有し、
    前記第１の増幅回路は、前記第１の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、前記第１の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、
    前記第２の増幅回路は、前記第２の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、前記第２の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、
    第１の期間では、複数の前記第１の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の前記第２の発光素子を発光させない状態で、複数の前記第１のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行い、
    前記第１の期間と重複しない第２の期間では、複数の前記第２の発光素子を一斉に発光させた状態で、且つ複数の前記第１の発光素子を発光させない状態で、複数の前記第２のフォトセンサにおいて、一斉にリセット動作を行った後、一斉に蓄積動作を行い、
    前記第１の期間及び前記第２の期間の後に設けられた第３の期間では、複数の前記第１のフォトセンサにおいて選択動作を順次行い、複数の前記第２のフォトセンサにおいて選択動作を順次行うことを特徴とする半導体装置の駆動方法。
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