KR20220058590A - 촬상 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
생체 인증 기능과 터치 센서 또는 니어 터치 센서로서의 기능을 가지는 촬상 장치를 제공한다. 화소와, 커런트 미러 회로와, CDS 회로를 가지는 촬상 장치이다. 화소, 커런트 미러 회로, 및 CDS 회로는 판독선과 전기적으로 접속된다. 커런트 미러 회로는 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 가진다. 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 판독선과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 전원 전위가 공급된다. 촬상 장치는 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 1 기간에 제 1 신호로서 판독선에 출력한 후, 제 2 기간에 상기 촬상 데이터를 리셋하고 제 2 신호를 화소로부터 판독선에 출력한다. 제 1 기간에는 단자에 제 1 전위를 공급하고, 제 2 기간에는 단자에 제 2 전위를 공급한다. 제 2 전위와 전원 전위의 차이는 제 1 전위와 전원 전위의 차이보다 크다.
Description
본 발명의 일 형태는 촬상 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 본 발명의 일 형태의 기술분야의 일례로서 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치(예를 들어 터치 센서 등), 입출력 장치(예를 들어 터치 패널 등), 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다. 반도체 장치란 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다.
촬상 장치는 사진이나 동영상을 촬영하는 용도에 종래 사용되었지만, 근년에는 이들 용도뿐만 아니라, 얼굴 인증, 지문 인증, 및 정맥 인증 등의 생체 인증이나, 터치 센서 또는 모션 센서 등의 입력 디바이스 등에 응용되고 있고, 용도가 다양화되고 있다. 특허문헌 1에는 지문 인증을 수행할 수 있는 스마트폰 등의 전자 기기에 대하여 개시되어 있다.
예를 들어, 촬상 장치가 제공된 전자 기기가 터치 센서 또는 니어 터치 센서로서의 기능과 지문 인증 등의 생체 인증 기능을 가지고 터치 센서 또는 니어 터치 센서로서의 기능을 사용하는 경우에는, 손가락 등의 검출 대상물의 움직임을 높은 정밀도로 검출할 수 있도록 높은 프레임 주파수로 촬상하는 것이 바람직하다. 한편으로, 생체 인증을 수행하는 경우에는, 인증의 정밀도를 높이기 위하여 정밀도가 높은 촬상을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 정밀도가 높은 촬상을 수행할 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 정밀도가 높은 생체 인증을 수행할 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 검출 대상물의 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 신뢰성이 높은 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 신규 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 상기 촬상 장치가 제공된 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명의 일 형태는 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 정밀도가 높은 촬상을 수행할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 정밀도가 높은 생체 인증을 수행할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 검출 대상물의 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 신뢰성이 높은 촬상 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 신규 촬상 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 상기 방법으로 구동하는 촬상 장치가 제공된 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한 이들 이외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 화소와 CDS 회로를 가지고, CDS 회로는 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 제 1 용량 소자와, 제 2 용량 소자를 가지고, 화소는 배선을 통하여 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 제 1 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고, 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 3 트랜지스터의 게이트, 제 1 용량 소자의 다른 쪽 전극, 및 제 2 용량 소자의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속되는 촬상 장치이다.
또는 상기 형태에서 화소는 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 1 신호로서 배선에 출력하는 제 1 기간과, 화소에 기록된 촬상 데이터를 리셋하고 제 2 신호를 배선에 출력하는 제 2 기간을 가지고, CDS 회로는 제 1 기간에 제 2 트랜지스터를 도통 상태로 하는 기능을 가지고, 제 2 기간에 제 2 트랜지스터를 비도통 상태로 하는 기능을 가져도 좋다.
또는 상기 형태에서 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지고, 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 가져도 좋다.
또는 본 발명의 일 형태는 화소와 커런트 미러 회로를 가지고, 화소 및 커런트 미러 회로는 배선과 전기적으로 접속되고, 커런트 미러 회로는 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터를 가지고, 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선과 전기적으로 접속되는 촬상 장치의 구동 방법이고, 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 1 기간에 제 1 신호로서 배선에 출력하고, 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 2 기간에 리셋하고 제 2 신호를 화소로부터 배선에 출력하고, 제 1 기간에는 제 1 트랜지스터의 게이트, 제 2 트랜지스터의 게이트, 및 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽에 제 1 전위를 공급하고, 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전원 전위를 공급하고, 제 2 기간에는 제 1 트랜지스터의 게이트, 제 2 트랜지스터의 게이트, 및 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽에 제 2 전위를 공급하고, 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전원 전위를 공급하고, 제 2 전위와 전원 전위의 차이는 제 1 전위와 전원 전위의 차이보다 큰 촬상 장치의 구동 방법이다.
또는 상기 형태에서 CDS 회로를 가지고, CDS 회로는 제 3 트랜지스터와, 제 4 트랜지스터와, 제 5 트랜지스터와, 제 1 용량 소자와, 제 2 용량 소자를 가지고, 배선은 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 제 1 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고, 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고, 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 5 트랜지스터의 게이트, 제 1 용량 소자의 다른 쪽 전극, 및 제 2 용량 소자의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속되는 촬상 장치의 구동 방법이고, 제 1 기간에는 제 4 트랜지스터를 도통 상태로 하고, 제 2 기간에는 제 4 트랜지스터를 비도통 상태로 하여도 좋다.
또는 상기 형태에서 제 3 트랜지스터 및 제 4 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지고, 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태에 의하여 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있는 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는 정밀도가 높은 촬상을 수행할 수 있는 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는 정밀도가 높은 생체 인증을 수행할 수 있는 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는 검출 대상물의 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있는 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는 신뢰성이 높은 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는 신규 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는 상기 촬상 장치가 제공된 반도체 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다. 또는 정밀도가 높은 촬상을 수행할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다. 또는 정밀도가 높은 생체 인증을 수행할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다. 또는 검출 대상물의 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있는 촬상 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다. 또는 신뢰성이 높은 촬상 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다. 또는 신규 촬상 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다. 또는 상기 방법으로 구동하는 촬상 장치가 제공된 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 2는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 4는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 6은 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 7은 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 9의 (A), (B1), 및 (B2)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 모식도이다.
도 10은 촬상 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 12의 (A)는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다. 도 12의 (B)는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 13은 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 15는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 16의 (A) 및 (B)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 17은 촬상 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 18의 (A) 내지 (C)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 19의 (A) 내지 (C)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 20은 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 21은 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 23의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 24의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 25의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 4는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 6은 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 7은 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 9의 (A), (B1), 및 (B2)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 모식도이다.
도 10은 촬상 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 12의 (A)는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다. 도 12의 (B)는 촬상 장치의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 13은 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 15는 촬상 장치의 구동 방법예를 나타낸 회로도이다.
도 16의 (A) 및 (B)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 17은 촬상 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 18의 (A) 내지 (C)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 19의 (A) 내지 (C)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 20은 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 21은 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 23의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 24의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 25의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한 이하에서 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면 간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
또한 도면 등에서 나타내는 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 반드시 도면 등에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 실제의 제조 공정에서 에칭 등의 처리에 의하여 레지스트 마스크 등이 의도하지 않게 감소되는 경우가 있지만, 이해를 용이하게 하기 위하여 도면에 반영하지 않은 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 "전극"이나 "배선"이라는 용어는, 이들 구성 요소를 기능적으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들어, "전극"은 "배선"의 일부로서 사용되는 경우가 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 또한 "전극"이나 "배선"이라는 용어는, 복수의 "전극"이나 "배선"이 일체가 되어 형성되어 있는 경우 등도 포함한다.
또한 본 명세서 등에서 "저항"의 저항값을 배선의 길이에 따라 결정하는 경우가 있다. 또는, 저항값은 배선에서 사용하는 도전층과 상이한 저항률을 가지는 도전층과 접속함으로써 결정하는 경우가 있다. 또는 반도체층에 불순물을 도핑함으로써 저항값을 결정하는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 전기 회로에서의 "단자"란, 전류의 입력 또는 출력, 전압의 입력 또는 출력, 혹은 신호의 수신 또는 송신이 수행되는 부분을 가리킨다. 따라서 배선 또는 전극의 일부가 단자로서 기능하는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 "위", "위쪽", "아래", 또는 "아래쪽"이라는 용어는, 구성 요소의 위치 관계가 바로 위 또는 바로 아래이며 직접 접촉된 것을 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, "절연층(A) 위의 전극(B)"이라는 표현이면, 절연층(A) 위에 전극(B)이 직접 접촉되어 형성될 필요는 없고, 절연층(A)과 전극(B) 사이에 다른 구성 요소를 포함하는 것을 제외하지 않는다. 또한 "도전층(C) 위쪽의 도전층(D)"이라는 표현이면, 도전층(C) 위에 도전층(D)이 직접 접촉되어 형성될 필요는 없고, 도전층(C)과 도전층(D) 사이에 다른 구성 요소를 포함하는 것을 제외하지 않는다. 또한 "위쪽" 또는 "아래쪽"은 비스듬한 방향으로 배치되어 있는 경우도 제외하지 않는다.
또한 소스 및 드레인의 기능은 상이한 극성을 가지는 트랜지스터를 채용하는 경우나, 회로 구동에서 전류의 방향이 변화되는 경우 등, 구동 조건 등에 따라 서로 바뀌기 때문에, 어느 쪽이 소스 또는 드레인인지를 한정하기가 어렵다. 그러므로, 본 명세서에서는 소스 및 드레인이라는 용어는 서로 바꾸어 사용할 수 있는 것으로 한다.
또한 본 명세서 등에서 "전기적으로 접속"에는 직접 접속되는 경우와, "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"을 통하여 접속되는 경우가 포함된다. 여기서 "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"은 접속 대상 간에서의 전기 신호의 주고받음을 가능하게 하는 것이면 특별한 제한을 받지 않는다. 따라서, "전기적으로 접속된다"고 표현되는 경우에도 실제의 회로에서는 물리적인 접속 부분이 없고, 배선이 연장되어 있을 뿐인 경우도 있다. 또한 "직접 접속"이라고 표현되는 경우에도, 상이한 도전층에 콘택트를 통하여 배선이 형성되는 경우가 포함된다. 따라서, 배선에는 상이한 도전층이 하나 이상의 같은 원소를 포함하는 경우와, 상이한 원소를 포함하는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 계수값 및 계량값에 관하여 "동일하다", "같다", "동등하다", 또는 "균일하다" 등이라고 하는 경우에는, 명시되어 있는 경우를 제외하고 ±20%의 오차를 포함하는 것으로 한다.
또한 전압이란 어떤 전위와 기준 전위(예를 들어 접지 전위 또는 소스 전위)의 전위차를 말하는 경우가 많다. 따라서 "전압"과 "전위"는 서로 바꿔 말할 수 있는 경우가 많다. 본 명세서 등에서는 특별한 명시가 없는 한, 전압과 전위는 바꿔 말할 수 있는 것으로 한다.
또한 "반도체"라고 기재한 경우에도, 예를 들어 도전성이 충분히 낮은 경우에는 "절연체"로서의 특성을 가진다. 따라서, "반도체"를 "절연체"로 치환하여 사용할 수도 있다. 이 경우, "반도체"와 "절연체"의 경계는 애매하고, 양자를 엄밀하게 구별하는 것은 어렵다. 따라서, 본 명세서에 기재된 "반도체"와 "절연체"는 서로 바꿔 읽을 수 있는 경우가 있다.
또한 "반도체"라고 기재한 경우에도, 예를 들어 도전성이 충분히 높은 경우에는 "도전체"로서의 특성을 가진다. 따라서, "반도체"를 "도전체"로 치환하여 사용할 수도 있다. 이 경우, "반도체"와 "도전체"의 경계는 애매하고, 양자를 엄밀하게 구별하는 것은 어렵다. 따라서, 본 명세서에 기재된 "반도체"와 "도전체"는 서로 바꿔 읽을 수 있는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙인 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서 등 어떤 순서나 순위를 가리키는 것이 아니다. 또한 본 명세서 등에서 서수사를 붙이지 않은 용어이어도, 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여, 청구범위에서는 서수사를 붙이는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 서수사를 붙인 용어이어도, 청구범위에서는 다른 서수사를 붙이는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 서수사를 붙인 용어이어도, 청구범위 등에서는 서수사를 생략하는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 트랜지스터의 "도통 상태"란 트랜지스터의 소스와 드레인이 전기적으로 단락되어 있다고 간주할 수 있는 상태를 말한다. 또한 트랜지스터의 "비도통 상태"란 트랜지스터의 소스와 드레인이 전기적으로 차단되어 있다고 간주할 수 있는 상태를 말한다. 예를 들어, 도통 상태의 트랜지스터는 선형 영역에서 구동할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 "온 전류"란, 트랜지스터가 도통 상태일 때 소스와 드레인 사이를 흐르는 전류를 말하는 경우가 있다. 또한 "오프 전류"란, 트랜지스터가 비도통 상태일 때 소스와 드레인 사이를 흐르는 전류를 말하는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 게이트란, 게이트 전극 및 게이트 배선의 일부 또는 전부를 말한다. 게이트 배선이란, 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 전극과, 다른 전극이나 다른 배선을 전기적으로 접속시키기 위한 배선을 말한다.
또한 본 명세서 등에서 소스란 소스 영역, 소스 전극, 및 소스 배선의 일부 또는 전부를 말한다. 소스 영역이란, 반도체층 중 저항률이 일정한 값 이하의 영역을 말한다. 소스 전극이란, 소스 영역과 접속되는 부분의 도전층을 말한다. 소스 배선이란, 적어도 하나의 트랜지스터의 소스 전극과, 다른 전극이나 다른 배선을 전기적으로 접속시키기 위한 배선을 말한다.
또한 본 명세서 등에서 드레인이란, 드레인 영역, 드레인 전극, 및 드레인 배선의 일부 또는 전부를 말한다. 드레인 영역이란, 반도체층 중 저항률이 일정한 값 이하의 영역을 말한다. 드레인 전극이란, 드레인 영역과 접속되는 부분의 도전층을 말한다. 드레인 배선이란, 적어도 하나의 트랜지스터의 드레인 전극과, 다른 전극이나 다른 배선을 전기적으로 접속시키기 위한 배선을 말한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 촬상 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 m행 n열(m, n은 1 이상의 정수)의 화소가 매트릭스상으로 배열되는 화소부를 가진다. 화소에는 판독선이 전기적으로 접속된다. 화소에 기록된 촬상 데이터는 판독선으로부터 촬상 신호로서 출력되어 판독된다. 동일한 열의 화소는 동일한 판독선과 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치에는 n개의 판독선이 제공될 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 커런트 미러 회로와 CDS(Correlated Double Sampling) 회로를 가진다. 판독선은 화소 외에, 커런트 미러 회로 및 CDS 회로와 전기적으로 접속된다. 커런트 미러 회로 및 CDS 회로는 화소의 열마다 제공될 수 있다. 즉, 커런트 미러 회로 및 CDS 회로는 n개씩 제공될 수 있다.
커런트 미러 회로는 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터를 가진다. 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 판독선과 전기적으로 접속된다. 또한 제 1 트랜지스터의 게이트, 제 2 트랜지스터의 게이트, 및 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 하나의 단자와 전기적으로 접속된다. 또한 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽 및 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 제 1 전원 전위가 공급된다.
커런트 미러 회로는 부하로서의 기능을 가진다. 상기 단자의 전위를 제어함으로써, 커런트 미러 회로에 흐르는 전류의 크기를 제어할 수 있다. 즉, 부하의 크기를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 단자는 부하 제어 신호 입력 단자라고 할 수 있다.
CDS 회로는 제 1 용량 소자를 가진다. 판독선은 제 1 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다.
본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 기록 기간에 화소에 촬상 데이터를 기록하고, 판독 기간에 화소에 기록된 촬상 데이터를 판독한다. 판독 기간에 있어서는, 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 1 기간에 촬상 신호로서 판독선에 출력한 후, 제 2 기간에 상기 화소에 기록된 촬상 데이터를 리셋하고 리셋한 촬상 데이터를 기준 신호로서 판독선에 출력한다.
본 발명의 일 형태에서는, 커런트 미러 회로에 제공된 부하 제어 신호 입력 단자에 공급되는 전위를 제 1 기간과 제 2 기간에서 다르게 한다. 제 1 기간에는 부하 제어 신호 입력 단자에 공급하는 전위의 값을, 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 공급되는 제 1 전원 전위와 가까운 값으로 한다. 이로써, 화소로부터 판독 배선에 흐르는 전류 중, 커런트 미러 회로에 흐르는 전류의 크기를 작게 하고, 대부분의 전류를 CDS 회로에 흘릴 수 있다. 따라서, CDS 회로에 제공된 제 1 용량 소자에 전하를 빠르게 충전할 수 있다.
한편, 제 2 기간에는 부하 제어 신호 입력 단자에 공급되는 전위의 값과 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 공급되는 제 1 전원 전위의 값의 차이를 크게 한다. 이로써, CDS 회로와 제 1 트랜지스터 간을 흐르는 전류가 크게 되고, 제 1 용량 소자에 충전된 전하를 빠르게 방전할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일 형태에서는 CDS 회로에 제공된 제 1 용량 소자의 충방전을 고속으로 수행할 수 있다. 따라서, 판독 동작을 고속으로 수행할 수 있고, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 고속으로 구동시킬 수 있다. 이에 의하여, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있다.
여기서 CDS 회로는 제 1 용량 소자 외에, 제 2 용량 소자, 제 3 트랜지스터, 제 4 트랜지스터, 및 제 5 트랜지스터를 가지는 구성으로 할 수 있다. 상기 구성의 CDS 회로에서는, 판독선이 제 1 용량 소자의 한쪽 전극에 더하여 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 또한 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 또한 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 5 트랜지스터의 게이트, 제 1 용량 소자의 다른 쪽 전극, 및 제 2 용량 소자의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 또한 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 제 2 전원 전위가 공급될 수 있다.
CDS 회로에서는, 화소가 촬상 신호를 판독선에 출력하는 제 1 기간에 제 4 트랜지스터를 도통 상태로 한다. 이로써, 촬상 신호의 전위에 상관없이, 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과, 제 5 트랜지스터의 게이트와, 제 1 용량 소자의 다른 쪽 전극과, 제 2 용량 소자의 다른 쪽 전극이 전기적으로 접속되는 노드의 전위를 제 2 전원 전위로 할 수 있다. 즉, 제 1 기간은 상기 노드의 전위를 제 2 전원 전위로 리셋하는 기간이라고 할 수 있다. 따라서, 제 1 기간을 CDS 리셋 기간이라고 할 수 있다.
또한 화소가 기준 신호를 판독선에 출력하는 제 2 기간에 제 4 트랜지스터를 비도통 상태로 한다. 이로써, 촬상 신호의 전위와 기준 신호의 전위의 차이만큼 상기 노드의 전위가 변동된다. 즉, 상기 노드의 전위가 촬상 신호의 전위에 대응하는 전위가 된다. 이에 의하여, 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽으로부터, 촬상 신호에 대응하는 신호가 CDS 회로의 외부에 출력된다. 따라서, 제 2 기간을 CDS 출력 기간이라고 할 수 있다.
여기서, 상기 노드에는 기생 용량이 생긴다. 예를 들어, 제 5 트랜지스터의 게이트와 제 5 트랜지스터의 소스에 의한 기생 용량이 생긴다. 또한 제 5 트랜지스터의 게이트와 제 5 트랜지스터의 드레인에 의한 기생 용량이 생긴다. 기생 용량에 의하여 제 2 기간에서의 상기 노드의 전위의 변동 폭이 촬상 신호의 전위와 기준 신호의 전위의 차이보다 작게 된다. 이와 같이, 상기 노드의 전위의 값이 기생 용량의 영향을 받은 값이 되기 때문에, CDS 회로가 출력하는 신호의 S/N비가 저하된다.
그래서, 제 1 기간에 제 3 트랜지스터를 도통 상태로 하면, 촬상 신호에 대응하는 전하를 제 1 용량 소자와 제 2 용량 소자의 양쪽에 충전할 수 있다. 이에 의하여, 상기 노드에 생기는 기생 용량의 영향을 상대적으로 작게 할 수 있다. 따라서, CDS 회로가 출력하는 신호의 S/N비를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 정밀도가 높은 촬상을 수행할 수 있다.
한편, 제 1 기간에 제 3 트랜지스터를 비도통 상태로 하면, 촬상 신호에 대응하는 전하를 제 1 용량 소자에만 충전하면 된다. 이에 의하여, CDS 회로에 제공된 용량 소자에 대한 전하 충방전에 걸리는 시간이 짧아지기 때문에 제 1 기간 및 제 2 기간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 판독 동작을 고속으로 수행할 수 있고, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 고속으로 구동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일 형태에서는 필요한 촬상의 정밀도 및 프레임 주파수에 따라 CDS 회로의 구동 모드를 변경할 수 있다. 여기서, 제 1 기간에 제 3 트랜지스터를 도통 상태로 하는 구동 모드를 제 1 모드로 하고, 제 1 기간에 제 3 트랜지스터를 비도통 상태로 하는 구동 모드를 제 2 모드로 한다. 정밀도가 높은 촬상을 수행할 필요가 있는 경우에는 CDS 회로를 제 1 모드로 구동시키고, 높은 프레임 주파수로 촬상할 필요가 있는 경우에는 CDS 회로를 제 2 모드로 구동시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 예를 들어 지문 인증 등의 생체 인증을 수행하는 기능을 가질 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 예를 들어 촬상 장치에 접촉하거나 또는 비접촉이지만 근접한 손가락 등의 검출 대상물의 위치를 검출하는 기능을 가질 수 있다. 즉, 터치 센서 또는 니어 터치 센서로서 기능시킬 수 있다. 여기서, 니어 터치 센서란 근접한 물체를 검출하는 기능을 가지는 센서를 말한다. 예를 들어, 촬상 장치가 가지는 화소에 니어 터치 센서가 제공되는 경우에는, 니어 터치 센서란 상기 화소에 근접한 물체를 검출하는 기능을 가지는 센서를 말한다. 즉, 니어 터치 센서는 물체가 접촉하지 않아도 상기 물체를 검출할 수 있다.
생체 인증을 수행하는 경우에는 인증의 정밀도를 높이기 위하여 정밀도가 높은 촬상을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어 본 발명의 일 형태의 촬상 장치가 생체 인증을 수행하는 경우에는 CDS 회로를 제 1 모드로 구동시키는 것이 바람직하다. 한편, 화소부에 접촉 또는 근접한 손가락 등의 검출 대상물의 위치를 검출(터치 동작 또는 니어 터치 동작을 검출)하는 경우에는, 검출 대상물의 움직임을 높은 정밀도로 검출할 수 있도록 높은 프레임 주파수로 촬상을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어 본 발명의 일 형태의 촬상 장치가 터치 동작 또는 니어 터치 동작을 검출하는 경우에는 CDS 회로를 제 2 모드로 구동시키는 것이 바람직하다. 이러한 식으로, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 생체 인증 등을 높은 정밀도로 수행하는 기능과 검출 대상물의 움직임을 높은 정밀도로 검출하는 기능의 양쪽을 가질 수 있다.
<촬상 장치의 구성예>
도 1의 (A)는 촬상 장치(10)의 구성예를 나타낸 블록도이다. 촬상 장치(10)는 m행 n열(m, n은 1 이상의 정수)의 화소(11)가 매트릭스상으로 배열되는 화소부(12)와, 게이트 드라이버 회로(13)와, 판독 회로(14)와, A/D(Analog to Digital) 변환 회로(15)를 가진다.
본 명세서 등에서 복수의 요소에 같은 부호를 사용하는 경우, 특별히 이들을 구별할 필요가 있을 때는 부호에 "[1]", "[m]", "[1,1]", "[m,n]", "<1>", "<p>", "(1)", "(n/p)" 등의 식별용 부호를 부기하여 기재하는 경우가 있다. 예를 들어, 1행 1열째의 화소(11)를 화소(11[1,1])라고 기재하고, m행 n열째의 화소(11)를 화소(11[m,n])라고 기재한다.
게이트 드라이버 회로(13)는 배선(16)을 통하여 화소(11)와 전기적으로 접속된다. 또한 게이트 드라이버 회로(13)는 배선(17)을 통하여 화소(11)와 전기적으로 접속된다. 판독 회로(14)는 배선(18)을 통하여 화소(11)와 전기적으로 접속된다. 또한 판독 회로(14)는 배선(19)을 통하여 A/D 변환 회로(15)와 전기적으로 접속된다.
도 1의 (A)에서는 동일한 행의 화소(11)가 동일한 배선(16) 및 동일한 배선(17)과 전기적으로 접속되고, 동일한 열의 화소(11)가 동일한 배선(18)과 전기적으로 접속되는 구성을 나타내었다. 본 명세서 등에서, 예를 들어 첫 번째 행의 화소(11)와 전기적으로 접속되는 배선(16)을 배선(16[1])이라고 기재하고, m번째 행의 화소(11)와 전기적으로 접속되는 배선(16)을 배선(16[m])이라고 기재한다. 또한 예를 들어 첫 번째 행의 화소(11)와 전기적으로 접속되는 배선(17)을 배선(17[1])이라고 기재하고, m번째 행의 화소(11)와 전기적으로 접속되는 배선(17)을 배선(17[m])이라고 기재한다. 또한 예를 들어 첫 번째 열의 화소(11)와 전기적으로 접속되는 배선(18)을 배선(18[1])이라고 기재하고, n번째 열의 화소(11)와 전기적으로 접속되는 배선(18)을 배선(18[n])이라고 기재한다.
또한 자세한 사항은 후술하지만, 판독 회로(14) 및 A/D 변환 회로(15)는 n/p개(p는 1 이상의 정수)의 배선(19)을 통하여 전기적으로 접속된다. 즉, 배선(19)의 개수는 배선(18)의 개수 이하로 할 수 있다. 도 1의 (A)에서는 배선(19(1)) 내지 배선(19(n/p))을 통틀어 배선(19(1:n/p))이라고 기재하였다. 다른 도면 등에서도 마찬가지로 표기한다.
게이트 드라이버 회로(13)는 촬상 데이터를 판독하는 화소(11)를 선택하는 기능을 가진다. 구체적으로는 배선(16)에 신호를 공급함으로써, 촬상 데이터를 판독하는 화소(11)를 선택할 수 있다. 또한 게이트 드라이버 회로(13)는 배선(17)에 신호를 공급하는 기능을 가진다.
판독 회로(14)는 화소(11)에 기록된 촬상 데이터의 판독 동작을 제어하는 기능을 가진다. 화소(11)에 기록된 촬상 데이터는 촬상 신호로서 배선(18)으로부터 판독 회로(14)에 출력되어 판독된다. 따라서, 배선(18)을 판독선이라고 할 수 있다.
A/D 변환 회로(15)는 판독 회로(14)로부터 출력된, 촬상 신호에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 가진다. 예를 들어, A/D 변환 회로(15)에 입력되는 아날로그 신호의 전위의 크기에 대응하는 디지털값의 디지털 신호를 출력하는 기능을 가진다.
도 1의 (B)는 판독 회로(14)의 구성예를 나타낸 블록도이다. 판독 회로(14)는 부하 회로(21)와, CDS 회로(22)와, 신호 출력 회로(23)와, 시프트 레지스터 회로(24)를 가진다.
부하 회로(21) 및 CDS 회로(22)는 예를 들어 화소(11)의 열마다 제공할 수 있다. 즉, 부하 회로(21) 및 CDS 회로(22)는 예를 들어 n개씩 제공할 수 있다.
도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이 배선(18)은 배선(25)과 배선(26)으로 분기된다. 그리고, 배선(25)은 부하 회로(21)와 전기적으로 접속되고, 배선(26)은 CDS 회로(22)와 전기적으로 접속된다. 즉, 부하 회로(21)는 배선(18)과 배선(25)을 통하여 화소(11)와 전기적으로 접속되고, CDS 회로(22)는 배선(18)과 배선(26)을 통하여 화소(11)와 전기적으로 접속된다. 또한 CDS 회로(22)는 배선(27)을 통하여 신호 출력 회로(23)와 전기적으로 접속된다. 또한 배선(25) 및 배선(26)을 배선(18)과 마찬가지로 판독선이라고 하여도 좋다.
CDS 회로(22)의 입력 단자는 배선(26)을 통하여 화소(11)와 전기적으로 접속되고, CDS 회로(22)의 출력 단자는 배선(27)을 통하여 신호 출력 회로(23)와 전기적으로 접속된다. 따라서, CDS 회로(22)는 화소(11)가 출력한 신호에 대하여 처리를 수행하고, 처리가 끝난 신호를 신호 출력 회로(23)에 공급하는 기능을 가진다고 할 수 있다. 상기 처리의 구체적인 내용에 대해서는 후술한다.
본 명세서 등에서 예를 들어 배선(18[1])과 전기적으로 접속되는 배선(25)을 배선(25[1])이라고 기재하고, 배선(18[n])과 전기적으로 접속되는 배선(25)을 배선(25[n])이라고 기재한다. 또한 예를 들어 배선(25[1])과 전기적으로 접속되는 부하 회로(21)를 부하 회로(21[1])라고 기재하고, 배선(25[n])과 전기적으로 접속되는 부하 회로(21)를 부하 회로(21[n])라고 기재한다. 또한 예를 들어 배선(18[1])과 전기적으로 접속되는 배선(26)을 배선(26[1])이라고 기재하고, 배선(18[n])과 전기적으로 접속되는 배선(26)을 배선(26[n])이라고 기재한다. 또한 예를 들어 배선(26[1])과 전기적으로 접속되는 CDS 회로(22)를 CDS 회로(22[1])라고 기재하고, 배선(26[n])과 전기적으로 접속되는 CDS 회로(22)를 CDS 회로(22[n])라고 기재한다. 또한 예를 들어 CDS 회로(22[1])와 전기적으로 접속되는 배선(27)을 배선(27[1])이라고 기재하고, CDS 회로(22[n])와 전기적으로 접속되는 배선(27)을 배선(27[n])이라고 기재한다.
시프트 레지스터 회로(24)는 p개의 배선(28)을 통하여 신호 출력 회로(23)와 전기적으로 접속된다. 도 1의 (B)에서는 배선(28<1>) 내지 배선(28<p>)을 통틀어 배선(28<1:p>)이라고 기재하였다. 다른 도면 등에서도 마찬가지로 표기한다.
상술한 바와 같이, 신호 출력 회로(23)는 예를 들어 n개의 배선(27), p개의 배선(28), 및 n/p개의 배선(19)과 전기적으로 접속된다. 따라서, 배선(28)의 개수와 배선(19)의 개수의 곱을 배선(27)의 개수로 할 수 있다.
부하 회로(21)는 전류원으로서의 기능을 가진다. CDS 회로(22)는 상관 이중 샘플링을 수행하는 기능을 가진다. 신호 출력 회로(23)는 CDS 회로(22)로부터 출력된 신호의 A/D 변환 회로(15)에 대한 출력을 제어하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 신호 출력 회로(23)는 시프트 레지스터 회로(24)로부터 출력된 신호에 기초하여, CDS 회로(22)로부터 A/D 변환 회로(15)에 출력하는 신호를 선택하는 기능을 가진다. 부하 회로(21) 및 CDS 회로(22)의 구성, 기능 등의 자세한 사항에 대해서는 후술한다.
<화소의 구성예>
도 2는 화소(11), 부하 회로(21), 및 CDS 회로(22)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 구체적으로는 화소(11[i,j])(i는 1 이상 m-1 이하의 정수이고, j는 1 이상 n 이하의 정수임), 화소(11[i+1,j]), 부하 회로(21[j]), 및 CDS 회로(22[j])의 구성예를 나타내었다.
도 2에서는 모든 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로 하였지만, 전위의 대소 관계를 적절히 역전시키는 것 등에 의하여 일부 또는 모든 트랜지스터를 p채널형 트랜지스터로 한 경우에도, 아래의 설명을 적용할 수 있다. 다른 도면에 나타낸 회로 구성에서도 마찬가지이다.
도 2에 나타낸 구성의 화소(11)는 광전 변환 소자(30)와, 트랜지스터(31)와, 트랜지스터(32)와, 트랜지스터(33)와, 트랜지스터(34)와, 용량 소자(35)를 가진다. 또한 트랜지스터(32)의 게이트 용량이 충분히 큰 경우 등에는 용량 소자(35)를 제공하지 않아도 된다.
광전 변환 소자(30)의 한쪽 전극은 트랜지스터(31)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(31)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(32)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(32)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(33)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(32)의 게이트는 트랜지스터(34)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(34)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 용량 소자(35)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 또한 트랜지스터(31)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(32)의 게이트, 트랜지스터(34)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 용량 소자(35)의 한쪽 전극이 전기적으로 접속되는 노드를 노드(FD1)로 한다. 여기서, 화소(11[i,j])에 제공되는 노드(FD1)를 노드(FD1[i,j])라고 기재하고, 화소(11[i+1,j])에 제공되는 노드(FD1)를 노드(FD1[i+1,j])라고 기재한다.
트랜지스터(31)의 게이트는 배선(41)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(33)의 게이트는 배선(16)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(34)의 게이트는 배선(17)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(33)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(18)과 전기적으로 접속된다. 광전 변환 소자(30)의 다른 쪽 전극은 배선(40)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(32)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(42)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(34)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(44)과 전기적으로 접속된다. 용량 소자(35)의 다른 쪽 전극은 배선(45)과 전기적으로 접속된다.
배선(16)의 전위를 제어함으로써 트랜지스터(33)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배선(16)의 전위를 고전위로 하면 트랜지스터(33)가 도통 상태가 되고, 배선(16)의 전위를 저전위로 하면 트랜지스터(33)가 비도통 상태가 된다. 마찬가지로, 배선(17)의 전위를 제어함으로써 트랜지스터(34)의 동작을 제어할 수 있고, 배선(41)의 전위를 제어함으로써 트랜지스터(31)의 동작을 제어할 수 있다.
배선(40), 배선(42), 배선(44), 및 배선(45)에는 전원 전위를 공급할 수 있다. 따라서 배선(40), 배선(42), 배선(44), 및 배선(45)은 전원선으로서의 기능을 가진다고 할 수 있다. 예를 들어 배선(42)에는 고전위를 공급하고, 배선(45)에는 저전위를 공급할 수 있다. 또한 도 2에 나타낸 바와 같이 광전 변환 소자(30)의 캐소드가 배선(40)과 전기적으로 접속되는 경우, 배선(40)을 고전위로 하고 배선(44)을 저전위로 할 수 있다. 한편, 광전 변환 소자(30)의 애노드가 배선(18)과 전기적으로 접속되는 경우, 배선(40)을 저전위로 하고 배선(44)을 고전위로 할 수 있다.
본 명세서 등에서 고전위란 저전위보다 높은 전위를 가리킨다. 또한 복수의 배선의 전위를 고전위로 하는 경우, 고전위의 구체적인 전위의 크기는 배선마다 다르게 하여도 좋다. 예를 들어 배선(40)의 전위와 배선(42)의 전위를 고전위로 하는 경우, 배선(40)의 전위와 배선(42)의 전위를 다르게 하여도 좋다. 예를 들어 배선(40)의 전위를 0V로 하고, 배선(42)의 전위를 6V로 할 수 있다. 마찬가지로, 복수의 배선의 전위를 저전위로 하는 경우, 저전위의 구체적인 전위의 크기는 배선마다 다르게 하여도 좋다. 예를 들어, 배선(44)의 전위와 배선(45)의 전위를 저전위로 하는 경우, 배선(44)의 전위와 배선(45)의 전위를 다르게 하여도 좋다. 예를 들어 배선(44)의 전위를 -4V로 하고, 배선(45)의 전위를 0V로 할 수 있다.
또한 고전위가 되는 전위와 저전위가 되는 전위가 각각 복수 존재하는 경우에는, 모든 고전위가 반드시 모든 저전위보다 높을 필요는 없다. 저전위가 되는 복수의 전위 중, 적어도 하나의 전위보다 높은 전위를 고전위라고 할 수 있다. 또한 고전위가 되는 복수의 전위 중, 적어도 하나의 전위보다 낮은 전위를 저전위라고 할 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 경우에는 배선(40)의 전위와 배선(45)의 전위를 모두 0V로 할 수 있다. 그러나, 배선(40)의 전위는 배선(44)의 전위로 할 수 있는 -4V보다 높기 때문에, 배선(40)의 전위를 고전위라고 할 수 있다. 한편, 배선(45)의 전위는 배선(42)의 전위로 할 수 있는 6V보다 낮기 때문에, 배선(45)의 전위를 저전위라고 할 수 있다.
도 2에 나타낸 구성의 부하 회로(21)는 트랜지스터(36) 및 트랜지스터(37)를 가진다. 트랜지스터(36)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(25)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(36)의 게이트, 트랜지스터(37)의 게이트, 및 트랜지스터(37)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 단자(LC)와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(36)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(46)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(37)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(47)과 전기적으로 접속된다. 이상으로부터, 트랜지스터(36)와 트랜지스터(37)로 커런트 미러 회로가 구성된다고 할 수 있다. 따라서 부하 회로(21)에는 커런트 미러 회로가 포함된다고 할 수 있다.
배선(46) 및 배선(47)에는 전원 전위를 공급할 수 있다. 따라서 배선(46) 및 배선(47)은 전원선으로서의 기능을 가진다고 할 수 있다. 배선(46)의 전위 및 배선(47)의 전위는 배선(42)의 전위보다 낮게 할 수 있다. 따라서 배선(46)의 전위 및 배선(47)의 전위를 저전위라고 할 수 있다.
또한 배선(44)의 전위와 배선(46) 및 배선(47)의 전위는 모두 저전위로 할 수 있지만, 배선(44)의 구체적인 전위의 값과 배선(46) 및 배선(47)의 구체적인 전위의 값은 다르게 할 수 있다. 예를 들어 배선(46) 및 배선(47)의 전위는 배선(44)의 전위보다 낮게 할 수 있다. 예를 들어 배선(44)의 전위를 상술한 바와 같이 -4V로 하면, 배선(46) 및 배선(47)의 전위를 -16V로 할 수 있다.
단자(LC)에는 신호를 입력할 수 있다. 상기 신호의 전위는 배선(47)의 전위보다 크게 할 수 있다. 단자(LC)에 입력되는 신호의 전위를 제어함으로써, 트랜지스터(37)의 드레인-소스 간을 흐르는 전류의 크기를 제어할 수 있기 때문에, 배선(25)을 흐르는 전류의 크기를 제어할 수 있다. 즉, 부하 회로(21)의 부하의 크기를 제어할 수 있다. 따라서, 단자(LC)에 입력되는 신호를 부하 제어 신호라고 할 수 있고, 단자(LC)를 부하 제어 신호 입력 단자라고 할 수 있다.
CDS 회로(22)는 용량 소자(38)를 가진다. 배선(26)은 용량 소자(38)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다.
<촬상 장치의 구동 방법예-1>
도 3은 도 2에 나타낸 구성의 화소(11[i,j]), 화소(11[i+1,j]), 및 부하 회로(21)의 구동 방법예를 설명하는 타이밍 차트이다. 여기서 배선(40) 및 배선(42)의 전위를 고전위로 하고, 배선(44), 배선(45), 배선(46), 및 배선(47)의 전위를 저전위로 한다. 또한 배선(46) 및 배선(47)의 전위는 배선(44)의 전위보다 낮게 한다. 또한 도 3에서 "H"는 고전위를 나타내고 "L"은 저전위를 나타낸다. 다른 도면에서도 마찬가지로 표기한다.
도 3에서는 화소(11[i,j]), 화소(11[i+1,j]), 및 부하 회로(21)가 구동하는 기간으로서 기간 T1 및 기간 T2를 나타내었다. 또한 기간 T1에는 기간(81), 기간(82), 기간(83), 및 기간(84)이 포함되고, 기간 T2에는 기간(85a), 기간(85b), 기간(86a), 및 기간(86b)이 포함된다.
우선, 기간 T1에서의 구동 방법예에 대하여 설명한다. 기간(81)에 배선(41) 및 배선(17)의 전위를 고전위로 하고, 배선(16)의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(31) 및 트랜지스터(34)가 도통 상태가 되고, 트랜지스터(33)가 비도통 상태가 된다. 트랜지스터(34)가 도통 상태가 되면, 노드(FD1)의 전위는 배선(44)의 전위인 저전위가 된다. 또한 트랜지스터(34) 외에, 트랜지스터(31)가 도통 상태가 되면, 광전 변환 소자(30)의 한쪽 전극과 트랜지스터(31)의 소스 및 드레인 중 한쪽이 전기적으로 접속된 노드의 전위는 배선(44)의 전위인 저전위가 된다. 이에 의하여, 용량 소자(35) 등에 충전된 전하가 리셋된다. 따라서 기간(81)을 리셋 기간이라고 할 수 있다.
기간(82)에 배선(41) 및 배선(17)의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(31) 및 트랜지스터(34)가 비도통 상태가 된다. 이 상태에서 광전 변환 소자(30)에 광이 조사되면, 광전 변환 소자(30)의 한쪽 전극과 트랜지스터(31)의 소스 및 드레인 중 한쪽이 전기적으로 접속된 노드에 상기 광의 조도에 따른 전하가 축적된다. 따라서 기간(82)을 노광 기간이라고 할 수 있다.
기간(83)에 배선(41)의 전위를 고전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(31)가 도통 상태가 된다. 이에 의하여, 광전 변환 소자(30)의 한쪽 전극과 트랜지스터(31)의 소스 및 드레인 중 한쪽이 전기적으로 접속된 노드에 축적된 전하가 노드(FD1)에 전송(轉送)된다. 따라서 노드(FD1)의 전위가 상승한다. 따라서 기간(83)을 전송 기간이라고 할 수 있다.
기간(84)에 배선(41)의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(31)가 비도통 상태가 되고, 노드(FD1)의 전위가 유지된다.
이상이 기간 T1의 구동 방법예이다. 기간 T1에서는 촬상 데이터가 화소(11)에 기록된다. 구체적으로는 노드(FD1)의 전위가 촬상 데이터에 대응하는 전위가 된다. 따라서 기간 T1을 기록 기간이라고 할 수 있다.
다음으로, 기간 T2에서의 구동 방법예에 대하여 설명한다. 기간(85a)에 배선(16[i])의 전위를 고전위로 한다. 또한 단자(LC[j])의 전위를 전위(V1)로 한다. 배선(16[i])의 전위를 고전위로 하면, 화소(11[i,j])에 제공되는 트랜지스터(33)가 도통 상태가 되고, 화소(11[i,j])에 기록된 촬상 데이터가 판독된다. 구체적으로는 화소(11[i,j])에 기록된 촬상 데이터에 대응하는 전위의 촬상 신호가 배선(18[j])에 출력된다. 배선(18[j])에 출력된 촬상 신호는 배선(26[j])을 통하여 CDS 회로(22[j])에 공급된다. 따라서 기간(85a)을 촬상 신호 출력 기간이라고 할 수 있다.
기간(85b)에 배선(17[i])의 전위를 고전위로 한다. 또한 단자(LC[j])의 전위를 전위(V2)로 한다. 배선(17[i])의 전위를 고전위로 하면, 화소(11[i,j])에 제공되는 트랜지스터(34)가 도통 상태가 되고, 화소(11[i,j])에 기록된 촬상 데이터가 리셋된다. 구체적으로 노드(FD1[i,j])의 전위는 배선(44)의 전위인 저전위가 된다. 여기서, 화소(11[i,j])에 제공되는 트랜지스터(33)가 도통 상태이기 때문에, 배선(18[j]) 및 배선(26[j])의 전위도 노드(FD1[i,j])의 전위 변화에 따라 변화된다. 이러한 식으로, 리셋한 촬상 데이터에 대응하는 신호인 기준 신호가 화소(11[i,j])로부터 배선(18[j])을 통하여 CDS 회로(22[j])에 공급된다. 따라서 기간(85b)을 기준 신호 출력 기간이라고 할 수 있다. 또한 기간(85b)에 노드(FD1[i,j])의 전위는 배선(44)의 전위인 저전위가 되지만, 배선(46)의 전위는 배선(44)의 전위보다 낮기 때문에 트랜지스터(32)는 비도통 상태가 되지는 않는다.
기준 신호 출력 기간에 CDS 회로(22[j])는 촬상 신호와 기준 신호의 차분에 대응하는 신호를 출력한다. 이상과 같이, CDS 회로(22)가 촬상 신호와 기준 신호의 차분을 취하는, 즉 CDS 동작을 수행하는 것에 의하여, 촬상 장치(10)의 외부에 출력되는 촬상 데이터에 대응하는 신호를, 촬상 신호에 포함되는 노이즈의 영향이 저감된 것으로 할 수 있다.
여기서, 전위(V1) 및 전위(V2)는 배선(47)의 전위보다 높은 전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(37)의 드레인-소스 간에 전류가 흐르기 때문에, 배선(25[j]) 및 트랜지스터(36)의 드레인-소스 간에도 전류가 흘러, 부하 회로(21)를 부하로서 기능시킬 수 있다. 또한 자세한 사항은 후술하지만, 전위(V2)는 전위(V1)보다 높은 전위로 한다. 즉, 기간(85b)에서의 단자(LC[j])의 전위와 배선(47)의 전위의 차이를 기간(85a)에서의 단자(LC[j])의 전위와 배선(47)의 전위의 차이보다 크게 한다. 전위(V1)는 예를 들어 6V로 할 수 있고, 전위(V2)는 예를 들어 -14V로 할 수 있고, 배선(47)의 전위는 예를 들어 -16V로 할 수 있다.
기간(86a)에 배선(16[i]) 및 배선(17[i])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 화소(11[i,j])에 제공되는 트랜지스터(33) 및 트랜지스터(34)가 비도통 상태가 된다. 또한 기간(86a)에 배선(16[i+1])의 전위를 고전위로 하고, 단자(LC[j])의 전위를 전위(V1)로 한다. 배선(16[i+1])의 전위를 고전위로 하면, 화소(11[i+1,j])에 제공되는 트랜지스터(33)가 도통 상태가 되고, 화소(11[i+1,j])에 기록된 촬상 데이터가 판독된다. 구체적으로는 화소(11[i+1,j])에 기록된 촬상 데이터에 대응하는 전위의 촬상 신호가 배선(18[j])에 출력된다. 배선(18[j])에 출력된 촬상 신호는 배선(26[j])을 통하여 CDS 회로(22[j])에 공급된다. 따라서 기간(85a)과 마찬가지로 기간(86a)을 촬상 신호 출력 기간이라고 할 수 있다. 또한 기간(86b)에도 기간(85b)과 마찬가지로 트랜지스터(32)는 비도통 상태가 되지는 않는다.
기간(86b)에 배선(17[i+1])의 전위를 고전위로 한다. 또한 단자(LC[j])의 전위를 전위(V2)로 한다. 배선(17[i+1])의 전위를 고전위로 하면, 화소(11[i+1,j])에 제공되는 트랜지스터(34)가 도통 상태가 되고, 화소(11[i+1,j])에 기록된 촬상 데이터가 리셋된다. 구체적으로 노드(FD1[i+1,j])의 전위는 배선(44)의 전위인 저전위가 된다. 여기서, 화소(11[i+1,j])에 제공되는 트랜지스터(33)가 도통 상태이기 때문에, 배선(18[j]) 및 배선(26[j])의 전위도 노드(FD1[i+1,j])의 전위 변화에 따라 변화된다. 이러한 식으로, CDS 회로(22[j])에 기준 신호가 공급된다. 따라서 기간(85b)과 마찬가지로 기간(86b)을 기준 신호 출력 기간이라고 할 수 있다.
상술한 바와 같이 전위(V2)는 전위(V1)보다 높은 전위이다. 따라서 기간(86b)에서의 단자(LC[j])의 전위와 배선(47)의 전위의 차이는 기간(86a)에서의 단자(LC[j])의 전위와 배선(47)의 전위의 차이보다 크게 된다.
기간(86b) 후에 배선(16[i+1])의 전위 및 배선(17[i+1])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 화소(11[i+1,j])가 가지는 트랜지스터(33) 및 트랜지스터(34)가 비도통 상태가 된다.
이상이 기간 T2의 구동 방법예이다. 기간 T2에는 화소(11)에 기록된 촬상 데이터가 판독된다. 구체적으로 배선(18)의 전위는 화소(11)에 기록된 촬상 데이터에 대응하는 전위가 된다. 따라서 기간 T2를 판독 기간이라고 할 수 있다.
화소(11[1, 1]) 내지 화소(11[m, n])에 대한 촬상 데이터의 기록은 글로벌 셔터 방식에 의하여 수행하는 것이 바람직하다. 여기서, 글로벌 셔터 방식이란, 모든 화소에서 동시에 촬상 데이터를 기록하는 방식을 가리킨다. 글로벌 셔터 방식에 의하여 촬상 데이터의 기록을 수행함으로써, 촬상의 동시성을 확보할 수 있기 때문에, 피사체가 고속으로 이동하는 경우에도 변형이 작은 화상을 용이하게 얻을 수 있다.
한편으로, 화소(11[1, 1]) 내지 화소(11[m, n])로부터의 촬상 데이터의 판독은 예를 들어 1행마다 수행한다. 따라서, 촬상 데이터를 글로벌 셔터 방식에 의하여 기록하는 경우, 촬상 데이터의 기록부터 판독까지의 기간이 길어지는 화소(11)가 생긴다. 따라서, 노드(FD)에 축적된 전하를 장기간 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
노드(FD)에 장기간 전하를 유지하기 위해서는, 노드(FD)와 전기적으로 접속되는 트랜지스터를 오프 전류가 낮은 트랜지스터로 하면 좋다. 오프 전류가 낮은 트랜지스터로서, 채널 형성 영역에 금속 산화물을 사용한 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터)를 들 수 있다. 따라서, 트랜지스터(31) 및 트랜지스터(34)는 OS 트랜지스터로 하는 것이 바람직하다.
OS 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지는 것이 바람직하다. 또한 OS 트랜지스터에 적용되는 금속 산화물은 인듐(In) 및 아연(Zn) 중 적어도 한쪽을 포함하는 산화물인 것이 바람직하다.
이러한 산화물로서는 In-M-Zn 산화물, In-M 산화물, Zn-M 산화물, In-Zn 산화물(원소 M은 예를 들어 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 이트륨(Y), 주석(Sn), 붕소(B), 실리콘(Si), 타이타늄(Ti), 철(Fe), 니켈(Ni), 저마늄(Ge), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 란타넘(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 바나듐(V), 베릴륨(Be), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 및 텅스텐(W) 중에서 선택되는 하나 또는 복수) 등을 들 수 있다. In-M-Zn 산화물로서는 대표적으로 In-Ga-Zn 산화물, In-Sn-Zn 산화물, In-Ga-Sn-Zn 산화물 등을 들 수 있다.
OS 트랜지스터는 채널 폭 1μm당 오프 전류를 1yA/μm(y; 욕토, 10-24) 이상 1zA/μm(z; 젭토, 10-21) 이하 정도로 낮게 할 수 있다.
또한 OS 트랜지스터에는 CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS를 사용하는 것이 바람직하다. CAC-OS의 자세한 사항에 대해서는 이하의 실시형태에서 설명한다.
트랜지스터(31) 및 트랜지스터(34)로서, 오프 전류가 낮다면 OS 트랜지스터를 적용하지 않는 것이 가능하다. 예를 들어, 밴드 갭이 큰 반도체를 사용한 트랜지스터를 적용하여도 좋다. 밴드 갭이 큰 반도체란, 밴드 갭이 2.2eV 이상인 반도체를 가리키는 경우가 있다. 예를 들어, 탄소화 실리콘, 질화 갈륨, 다이아몬드 등을 들 수 있다.
또한 트랜지스터(31) 및 트랜지스터(34)를 채널 형성 영역에 실리콘을 사용한 트랜지스터(이하, Si 트랜지스터) 등으로 하여도 좋다. Si 트랜지스터는 OS 트랜지스터와 비교하여 오프 전류가 높다. 그러나, 용량 소자(35)의 용량값을 크게 하는 것 등에 의하여, 트랜지스터(31) 및 트랜지스터(34)의 온 전류가 높은 경우에도, 화소(11[1, 1]) 내지 화소(11[m, n])로의 촬상 데이터의 기록을 글로벌 셔터 방식에 의하여 수행할 수 있다. 또한 화소(11[1, 1]) 내지 화소(11[m, n])로의 촬상 데이터의 기록을 롤링 셔터 방식에 의하여 수행하여도 좋다. 이 경우, 트랜지스터(31) 및 트랜지스터(34)를 오프 전류가 큰 트랜지스터로 하더라도, 용량 소자(35)의 용량값을 크게 할 필요는 없다.
또한 트랜지스터(32) 및 트랜지스터(33)는 Si 트랜지스터로 하여도 좋고, OS 트랜지스터로 하여도 좋다. 예를 들어, 트랜지스터(32) 및 트랜지스터(33)로서 결정성 실리콘(대표적으로는 저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘 등)을 가지는 트랜지스터를 사용하면, 트랜지스터(32) 및 트랜지스터(33)의 온 전류를 높일 수 있다. 따라서 촬상 데이터의 판독을 고속으로 수행할 수 있다. 한편으로, 트랜지스터(31) 내지 트랜지스터(34)를 모두 OS 트랜지스터로 하면, 화소(11)가 가지는 트랜지스터를 모두 동일한 층에 형성할 수 있다. 또한 트랜지스터(31) 내지 트랜지스터(34)도 포함한 촬상 장치(10)가 가지는 모든 트랜지스터를 OS 트랜지스터로 하면, 촬상 장치(10)가 가지는 트랜지스터를 모두 동일한 층에 형성할 수 있다. 이러한 식으로, 촬상 장치(10)의 제작 공정을 간략화할 수 있다.
도 4는 촬상 신호 출력 기간인 기간(85a)의 구동 방법을 나타낸 회로도이고, 도 5는 기준 신호 출력 기간인 기간(85b)의 구동 방법을 나타낸 회로도이다. 도 4 및 도 5에서 비도통 상태인 트랜지스터에는 ×표를 부기하였다.
도 4에 나타낸 바와 같이 기간(85a)에는 배선(18[j])에 전류(52)가 흐른다. 전류(52)는 배선(25[j])과 배선(26[j])의 접속점에서 분기하고, 배선(25[j])에는 전류(52a)가 흐르고, 배선(26[j])에는 전류(52b)가 흐른다. 여기서, 전위(V1)는 배선(47)의 전위보다 높지만, 그 차이는 작다. 따라서 트랜지스터(37)의 드레인-소스 간의 전위차가 작기 때문에, 트랜지스터(37)의 드레인-소스 간에 흐르는 전류는 작게 된다. 트랜지스터(37)와 트랜지스터(36)에 의하여 커런트 미러 회로가 구성되기 때문에 트랜지스터(36)의 드레인-소스 간에 흐르는 전류도 작게 된다. 따라서, 배선(25[j])을 통하여 부하 회로(21[j])에 흐르는 전류(52a)의 크기를 작게 하여, 전류(52)의 대부분을 배선(26[j])을 통하여 CDS 회로(22[j])에 흐르게 할 수 있다. 이에 의하여, CDS 회로(22[j])에 제공되는 용량 소자(38)에 전하를 빠르게 충전할 수 있다. 또한 기간(86a)에도 도 4에 나타낸 설명을 적용할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이 기간(85b)에는 용량 소자(38)에 충전된 전하가 부하 회로(21)를 향하여 방전된다. 이에 의하여, 용량 소자(38)와 배선(46) 사이에 전류(54)가 흐른다. 여기서, 상술한 바와 같이 전위(V2)는 전위(V1)보다 크게 한다. 이로써, 트랜지스터(37)의 드레인-소스 간의 전위차가 크게 되기 때문에, 트랜지스터(37)의 드레인-소스 간에 흐르는 전류가 크게 된다. 그러므로, 트랜지스터(36)의 드레인-소스 간에 흐르는 전류도 크게 된다. 따라서, 기간(85b)에 단자(LC[j])의 전위를 전위(V1)로 유지하는 경우보다, 용량 소자(38)에 충전된 전하를 빠르게 방전할 수 있다. 또한 기간(85b)에, 트랜지스터(36)의 드레인-소스 간에 흐르는 전류가 클수록, 배선(18[j])의 전위가 배선(46)의 전위와 가까워지기 때문에, 기간(86a) 시작 시점에서의 배선(42)의 전위와 배선(18[j])의 전위의 차이를 크게 할 수 있다. 따라서 기간(86a)에 배선(18[j])을 흐르는 전류를 크게 할 수 있기 때문에, 화소(11[i+1,j])로부터 출력되는 촬상 신호에 대응하는 전하를 용량 소자(38)에 빠르게 충전할 수 있다. 또한 기간(86b)에도 도 5에 나타낸 설명을 적용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 형태에서는, CDS 회로(22)에 제공된 용량 소자(38)의 충방전을 고속으로 수행할 수 있다. 따라서, 기간 T2에 수행되는 동작인 판독 동작을 고속으로 수행할 수 있고, 촬상 장치(10)를 고속으로 구동시킬 수 있다. 이에 의하여, 촬상 장치(10)는 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있다.
<CDS 회로의 구성예>
도 6은 CDS 회로(22)의 구체적인 구성예를 나타낸 회로도이다. 또한 도 6에는 설명의 편의상, 화소(11)를 나타내는 블록 및 부하 회로(21)를 나타내는 블록도 도시하였다. 상술한 바와 같이, CDS 회로(22)는 배선(26) 및 배선(18)을 통하여 화소(11)와 전기적으로 접속되고, 배선(26) 및 배선(25)을 통하여 부하 회로(21)와 전기적으로 접속된다.
도 6에 나타낸 구성의 CDS 회로(22)는 용량 소자(61a)와, 용량 소자(61b)와, 트랜지스터(62)와, 트랜지스터(63)와, 트랜지스터(64)와, 트랜지스터(65)와, 트랜지스터(66)를 가진다.
배선(26)은 용량 소자(61a)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(62)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(62)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 용량 소자(61b)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 용량 소자(61a)의 다른 쪽 전극 및 용량 소자(61b)의 다른 쪽 전극은 트랜지스터(63)의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 트랜지스터(64)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(64)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(27)과 전기적으로 접속된다. 배선(27)은 트랜지스터(65)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(65)의 게이트는 트랜지스터(66)의 게이트 및 트랜지스터(66)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 또한 용량 소자(61a)의 다른 쪽 전극, 용량 소자(61b)의 다른 쪽 전극, 트랜지스터(63)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 트랜지스터(64)의 게이트가 전기적으로 접속되는 노드를 노드(FD2)로 한다.
트랜지스터(62)의 게이트는 배선(72)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(63)의 게이트는 배선(73)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(64)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(74)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(65)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(75)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(66)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(76)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(66)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(77)과 전기적으로 접속된다.
배선(72)의 전위를 제어함으로써 트랜지스터(62)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배선(72)의 전위를 고전위로 하면 트랜지스터(62)가 도통 상태가 되고, 배선(72)의 전위를 저전위로 하면 트랜지스터(62)가 비도통 상태가 된다. 마찬가지로, 배선(73)의 전위를 제어함으로써 트랜지스터(63)가 비도통 상태가 된다.
배선(71) 및 배선(74) 내지 배선(77)에는 전원 전위를 공급할 수 있다. 따라서 배선(71) 및 배선(74) 내지 배선(77)은 전원선으로서의 기능을 가진다고 할 수 있다. 예를 들어 배선(71), 배선(74), 및 배선(76)에는 고전위를 공급하고, 배선(75) 및 배선(77)에는 저전위를 공급할 수 있다.
또한 CDS 회로(22)를 도 6에 나타낸 구성으로 하는 경우, 도 2 등에 나타낸 용량 소자(38)는 예를 들어 도 6에 나타낸 용량 소자(61a)에 상당한다.
<촬상 장치의 구동 방법예_2>
도 7은 CDS 회로(22)가 도 6에 나타낸 구성을 가지는 경우의 촬상 장치(10)의 구동 방법예를 설명하는 타이밍 차트이다. 도 7은 도 3에 나타낸 구동 방법에 배선(73[j]) 및 노드(FD2[j])의 전위 변동을 추가한 것이다. 여기서 배선(71), 배선(74), 및 배선(76)의 전위를 고전위로 하고, 배선(75) 및 배선(77)의 전위를 저전위로 한다. 또한 CDS 회로(22[j])와 전기적으로 접속되는 배선(73)을 배선(73[j])이라고 기재하고, CDS 회로(22[j])에 제공되는 노드(FD2)를 노드(FD2[j])라고 기재한다.
도 7에 나타낸 바와 같이 촬상 신호 출력 기간인 기간(85a) 및 기간(86a)에 배선(73[j])의 전위를 고전위로 한다. 이로써, CDS 회로(22[j])에 제공되는 트랜지스터(63)가 도통 상태가 되고, 노드(FD2[j])의 전위를 배선(71)의 전위인 고전위로 할 수 있다. 즉, 기간(85a) 및 기간(86a)은 노드(FD2[j])의 전위를 리셋하는 기간이라고 할 수 있다. 따라서 촬상 신호 출력 기간을 CDS 리셋 기간이라고 할 수도 있다.
또한 기준 신호 출력 기간인 기간(85b) 및 기간(86b)에 배선(73[j])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, CDS 회로(22[j])에 제공되는 트랜지스터(63)가 비도통 상태가 되고, 촬상 신호의 전위와 기준 신호의 전위의 차이만큼 노드(FD2[j])의 전위가 변동된다. 즉, 노드(FD2[j])의 전위가 촬상 신호의 전위에 대응하는 전위가 된다. 이에 의하여, 배선(27)으로부터 촬상 신호에 대응하는 신호가 CDS 회로(22)의 외부에 출력된다. 따라서 기간(85b) 및 기간(86b)을 CDS 출력 기간이라고 할 수 있다.
기간(85a) 및 기간(86a) 등의 CDS 리셋 기간에 배선(72)의 전위를 고전위 또는 저전위로 할 수 있다. 도 8의 (A)는 배선(72)의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(62)를 도통 상태로 한 경우의 도 6에 나타낸 회로의 등가 회로이다. 도 8의 (B)는 배선(72)의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 한 경우의 도 6에 나타낸 회로의 등가 회로이다.
트랜지스터(62)를 도통 상태로 한 경우에는, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이 배선(26)이 용량 소자(61a)의 한쪽 전극 및 용량 소자(61b)의 한쪽 전극의 양쪽과 전기적으로 접속된다. 따라서, 화소(11)로부터 출력되는 촬상 신호에 대응하는 전하가 용량 소자(61a)와 용량 소자(61b)의 양쪽에 충전된다. 한편, 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 한 경우에는, 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이 배선(26)이 용량 소자(61a)의 한쪽 전극에만 전기적으로 접속되고, 용량 소자(61b)의 한쪽 전극에는 전기적으로 접속되지 않는다. 따라서, 화소(11)로부터 출력되는 촬상 신호에 대응하는 전하는 용량 소자(61a)에만 충전되고, 용량 소자(61b)에는 충전되지 않는다.
여기서, 도 8의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 노드(FD2)에는 기생 용량(PC)이 생긴다. 예를 들어 트랜지스터(64)의 게이트와 트랜지스터(64)의 소스에 의한 기생 용량이 생긴다. 또한 트랜지스터(64)의 게이트와 트랜지스터(64)의 드레인에 의한 기생 용량이 생긴다. 기생 용량(PC)에 의하여, CDS 출력 기간에서의 노드(FD2)의 전위의 변동 폭이 촬상 신호의 전위와 기준 신호의 전위의 차이보다 작게 된다. 예를 들어, CDS 출력 기간인 기간(85b)에서의 노드(FD2)의 전위의 변동 폭이 기간(85a)에 CDS 회로(22)에 공급된 촬상 신호의 전위와 기간(85b)에 CDS 회로(22)에 공급된 기준 신호의 전위의 차이보다 작게 된다. 또한 CDS 출력 기간인 기간(86b)에서의 노드(FD2)의 전위의 변동 폭이 기간(86a)에 CDS 회로(22)에 공급된 촬상 신호의 전위와 기간(86b)에 CDS 회로(22)에 공급된 기준 신호의 전위의 차이보다 작게 된다. 이와 같이, CDS 리셋 기간에, 노드(FD2)의 전위의 값이 기생 용량(PC)의 영향을 받은 값이 되면, CDS 회로(22)가 배선(27)에 출력하는 신호의 S/N비가 저하된다.
여기서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 기간(85b) 종료 시점의 노드(FD2[j])의 전위(VFD2)는 수학식 1로 나타내어진다. 여기서, 전위(VHFD2)는 기간(85a) 종료 시점의 노드(FD2[j])의 전위를 나타내고, 전위(V3)는 기간(85a) 종료 시점의 배선(26[j])의 전위를 나타내고, 전위(VLWX)는 기간(85b) 종료 시점의 배선(26[j])의 전위를 나타낸다.
[수학식 1]
kFD2는 수학식 2로 나타내어진다. kFD2는 노드(FD2[j])의 용량 결합 계수라고 할 수 있다. 또한 용량값(CFD2)은 노드(FD2[j])의 용량의 합계값을 나타내고, 용량값(CPC)은 기생 용량(PC)의 용량값을 나타낸다. 또한 자세한 사항은 후술하지만, 용량값(CFD2)에는 용량값(CPC)이 포함된다. 또한 용량 결합 계수(kFD2)의 최댓값은 1이다.
[수학식 2]
마찬가지로, 기간(86b) 종료 시점의 노드(FD2[j])의 전위(V'FD2)는 수학식 3으로 나타내어진다. 여기서, 전위(V3')는 기간(86a) 종료 시점의 배선(26[j])의 전위를 나타낸다.
[수학식 3]
도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(62)를 도통 상태로 하는 경우, 용량값(CFD2)은 수학식 4로 나타내어진다. 여기서, 용량값(Ca)은 용량 소자(61a)의 용량값을 나타내고, 용량값(Cb)은 용량 소자(61b)의 용량값을 나타내고, 용량값(CPC)은 기생 용량(PC)의 용량값을 나타낸다.
[수학식 4]
수학식 2 및 수학식 4로부터, 트랜지스터(62)를 도통 상태로 하는 경우의 노드(FD2[j])의 용량 결합 계수(kFD2)는 수학식 5로 나타내어진다.
[수학식 5]
도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 하는 경우, 용량값(CFD2)은 수학식 6으로 나타내어진다.
[수학식 6]
수학식 2 및 수학식 6으로부터, 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 하는 경우의 노드(FD2[j])의 용량 결합 계수(kFD2)는 수학식 7로 나타내어진다.
[수학식 7]
수학식 5 및 수학식 7에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(62)를 도통 상태로 하면, 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 하는 경우보다 용량 결합 계수(kFD2)가 크게 된다. 즉, 트랜지스터(62)를 도통 상태로 하면, 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 하는 경우보다 기생 용량(PC)의 영향을 상대적으로 작게 할 수 있다. 따라서 수학식 1 및 수학식 3에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(62)를 도통 상태로 하면, 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 하는 경우보다 CDS 출력 기간의 노드(FD2[j])의 전위의 변동 폭을 촬상 신호의 전위와 기준 신호의 전위의 차이에 가깝게 할 수 있다. 구체적으로는 기간(85b)의 노드(FD2[j])의 변동 폭을 전위 "VHFD2-(V3-VLWX)"에 가깝게 할 수 있고, 기간(86b)의 노드(FD2[j])의 변동 폭을 전위 "VHFD2-(V3'-VLWX)"에 가깝게 할 수 있다. 이러한 식으로, CDS 회로(22[j])는 배선(27[j])으로부터 S/N가 높은 신호를 출력할 수 있다. 따라서 촬상 장치(10)는 정밀도가 높은 촬상을 수행할 수 있다.
한편, 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 하면, 화소(11)로부터 출력된 촬상 신호에 대응하는 전하를 용량 소자(61a)에만 충전하면 된다. 이에 의하여, CDS 회로(22)에 제공된 용량 소자의 전하의 충방전에 걸리는 시간이 짧아진다. 따라서, 기간 T2에 수행되는 동작인 판독 동작을 고속으로 수행할 수 있고, 촬상 장치(10)를 고속으로 구동시킬 수 있다. 이에 의하여, 촬상 장치(10)는 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있다.
또한 트랜지스터(62)가 비도통 상태인 경우에는 용량 소자(61b)의 한쪽 전극은 플로팅 상태이기 때문에 용량 소자(61b)의 한쪽 전극에는 전하가 유입하지 않는다. 따라서, 노드(FD2[j])의 전위가 변동된 경우에도 용량 소자(61b)의 한쪽 전극과 용량 소자(61b)의 다른 쪽 전극 사이에 제공되는 절연층인 유전층은 유전 분극되지 않는다. 따라서, 노드(FD2[j])의 전위가 변동된 경우에도 용량 소자(61a) 등에 충전된 전하는 용량 소자(61b)에 유입하지 않는다. 이상과 같이, 트랜지스터(62)가 비도통 상태인 경우에는, 용량 소자(61b)는 용량 결합 계수(kFD2)에 영향을 미치지 않기 때문에, 용량 소자(61b)는 노드(FD2[j])의 전위에 영향을 미치지 않는다.
이상과 같이, 본 발명의 일 형태에서는 필요한 촬상의 정밀도 및 프레임 주파수에 따라 CDS 회로(22)의 구동 모드를 변경할 수 있다. 여기서, 기간(85a) 및 기간(86a) 등의 CDS 리셋 기간에 트랜지스터(62)를 도통 상태로 하는 구동 모드를 제 1 모드로 하고, CDS 리셋 기간에 트랜지스터(62)를 비도통 상태로 하는 구동 모드를 제 2 모드로 한다. 정밀도가 높은 촬상을 수행할 필요가 있는 경우에는 CDS 회로(22)를 제 1 모드로 구동시키고, 높은 프레임 주파수로 촬상할 필요가 있는 경우에는 CDS 회로(22)를 제 2 모드로 구동시킬 수 있다.
<반도체 장치의 구성예_1>
이하에서는 도 1의 (A) 등에 나타낸 촬상 장치(10)를 가지는 반도체 장치에 대하여 설명한다. 도 9의 (A)는 촬상 장치(10)를 가지는 반도체 장치(90)의 구성예를 나타낸 것이다. 반도체 장치(90)는 기판(91) 및 기판(92)을 가지고, 기판(91)과 기판(92) 사이에 발광 장치(93) 및 촬상 장치(10)가 제공된다.
발광 장치(93)는 광(94)을 발하는 기능을 가진다. 광(94)은 적외광 또는 가시광으로 할 수 있다.
촬상 장치(10)는 조사된 광(95)을 검출하는 기능을 가진다. 구체적으로는 도 2 등에 나타낸 광전 변환 소자(30)에 조사된 광(95)을 검출하는 기능을 가진다.
반도체 장치(90)는 예를 들어 광(94)을 검출 대상물에 조사하고, 상기 검출 대상물에 의하여 반사된 광을 광(95)으로서 촬상 장치(10)가 검출할 수 있다.
반도체 장치(90)는 인증 모드 및 위치 검출 모드로 구동시킬 수 있다. 도 9의 (B1)는 인증 모드에 대하여 나타낸 도면이고, 도 9의 (B2)는 위치 검출 모드에 대하여 나타낸 도면이다. 도 9의 (B1) 및 (B2)에서는 상기 검출 대상물을 손가락(97)으로 하였다. 손가락(97)은 예를 들어 반도체 장치(90)의 사용자의 손가락으로 할 수 있다.
인증 모드에서는 손가락(97)에 광(94)을 조사하고, 손가락(97)에 의하여 반사된 광을 광(95)으로서 촬상 장치(10)가 검출함으로써, 손가락(97)의 지문(99)을 검출할 수 있다. 이에 의하여, 지문 인증 등의 생체 인증을 수행할 수 있다.
위치 검출 모드에서는 발광 장치(93)가 광(94)을 발하고, 손가락(97)에 의하여 반사된 광(95)을 촬상 장치(10)가 검출함으로써 손가락(97)의 위치를 검출할 수 있다. 여기서, 도 9의 (B2)에 나타낸 바와 같이 검출 대상물인 손가락(97)은 반도체 장치(90)에 근접하면 좋고, 접촉되지 않아도 된다. 또한 손가락(97)이 반도체 장치(90)에 접촉되어도 좋다. 즉, 위치 검출 모드에서는 반도체 장치(90)를 터치 센서 또는 니어 터치 센서로서 기능시킬 수 있다. 또한 검출 대상물은 손가락(97)에 한정되지 않고, 터치 펜 등으로 하여도 좋다.
생체 인증 등을 수행하는 경우에는 인증의 정밀도를 높이기 위하여 정밀도가 높은 촬상을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서 반도체 장치(90)가 인증 모드로 구동하는 경우에는, CDS 회로(22)를 제 1 모드로 구동시키는 것이 바람직하다. 한편, 터치 동작 또는 니어 터치 동작을 검출하는 경우에는 검출 대상물의 움직임을 높은 정밀도로 검출할 수 있도록 높은 프레임 주파수로 촬상하는 것이 바람직하다. 따라서 반도체 장치(90)가 위치 검출 모드로 구동하는 경우에는 CDS 회로(22)를 제 2 모드로 구동시키는 것이 바람직하다. 이러한 식으로, 반도체 장치(90)는 생체 인증 등을 높은 정밀도로 수행하는 기능과 검출 대상물의 움직임을 높은 정밀도로 검출하는 기능의 양쪽을 가질 수 있다.
<시프트 레지스터 회로의 구성예>
도 10은 도 1의 (B)에 나타낸 시프트 레지스터 회로(24)의 구성예를 나타낸 블록도이다. 시프트 레지스터 회로(24)는 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>) 및 레지스터 회로(RD)를 가진다.
레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>) 및 레지스터 회로(RD) 각각에는 단자(CLK(1)), 단자(CLK(2)), 단자(CLK(3)), 및 단자(CLK(4)) 중 2개가 전기적으로 접속된다. 예를 들어 레지스터 회로(R<1>)에는 단자(CLK(1)) 및 단자(CLK(2))가 전기적으로 접속되고, 레지스터 회로(R<2>)에는 단자(CLK(2)) 및 단자(CLK(3))가 전기적으로 접속될 수 있다. 또한 도시하지 않았지만, 레지스터 회로(R<3>)에는 단자(CLK(3)) 및 단자(CLK(4))가 전기적으로 접속되고, 레지스터 회로(R<4>)에는 단자(CLK(4)) 및 단자(CLK(1))가 전기적으로 접속될 수 있다. 또한 p를 4의 배수-1(예를 들어 p=27)로 하는 경우, 레지스터 회로(R<p>)에는 단자(CLK(3)) 및 단자(CLK(4))가 전기적으로 접속되고, 레지스터 회로(RD)에는 단자(CLK(4)) 및 단자(CLK(1))가 전기적으로 접속될 수 있다.
레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)에는 단자(LIN), 단자(RIN), 단자(RES), 단자(RES_V), 및 단자(R_OUT)가 전기적으로 접속된다. 또한 레지스터 회로(RD)에는 단자(LIND), 단자(RES), 단자(RES_V), 및 단자(RD_OUT)가 전기적으로 접속된다.
여기서, 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)와 전기적으로 접속되는 단자(LIN)를 각각 단자(LIN<1>) 내지 단자(LIN<p>)라고 기재한다. 또한 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)와 전기적으로 접속되는 단자(RIN)를 각각 단자(RIN<1>) 내지 단자(RIN<p>)라고 기재한다. 또한 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)와 전기적으로 접속되는 단자(R_OUT)를 각각 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>)라고 기재한다. 또한 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>) 및 레지스터 회로(RD)는 서로 동일한 단자(RES)와 전기적으로 접속될 수 있고, 서로 동일한 단자(RES_V)와 전기적으로 접속될 수 있다.
자세한 사항은 후술하지만, 단자(LIN), 단자(RIN), 단자(RES), 및 단자(RES_V)를 통하여 레지스터 회로(R)에 신호가 입력되고, 레지스터 회로(R)로부터 단자(R_OUT)에 신호가 출력된다. 따라서 단자(LIN), 단자(RIN), 단자(RES), 및 단자(RES_V)를 입력 단자라고 할 수 있고, 단자(R_OUT)를 출력 단자라고 할 수 있다. 또한 단자(CLK)에는 클록 신호가 입력된다. 따라서 단자(CLK)를 클록 신호 입력 단자라고 할 수 있다.
단자(LIN<1>)에는 스타트 펄스 신호가 입력된다. 단자(LIN<1>)에 스타트 펄스 신호가 입력됨으로써, 레지스터 회로(R<1>)는 단자(R_OUT<1>)에 신호를 출력할 수 있다.
단자(R_OUT<1>)는 단자(LIN<2>)와 전기적으로 접속된다. 따라서 레지스터 회로(R<1>)가 단자(R_OUT<1>)로부터 출력한 신호는 단자(LIN<2>)를 통하여 레지스터 회로(R<2>)에 입력된다. 단자(LIN<2>)에 신호가 입력됨으로써, 레지스터 회로(R<2>)는 단자(R_OUT<2>)에 신호를 출력할 수 있다.
또한 단자(R_OUT<p>)는 단자(LIND)와 전기적으로 접속된다. 따라서 레지스터 회로(R<p>)가 단자(R_OUT<p>)로부터 출력한 신호는 단자(LIND)를 통하여 레지스터 회로(RD)에 입력된다. 단자(LIND)에 신호가 입력됨으로써, 레지스터 회로(RD)는 단자(RD_OUT)에 신호를 출력할 수 있다.
이상과 같이, 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>) 및 레지스터 회로(RD)는 단자(LIN<2>) 내지 단자(LIN<p>) 및 단자(LIND)를 통하여 직렬로 접속된다.
또한 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)는 각각 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>)에 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>)는 도 1의 (B)에 나타낸 배선(28<1>) 내지 배선(28<p>)에 차례로 전기적으로 접속된다. 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이 배선(28<1>) 내지 배선(28<p>)은 신호 출력 회로(23)와 전기적으로 접속된다. 이러한 식으로, 레지스터 회로(R)가 단자(R_OUT)에 출력한 신호는 신호 출력 회로(23)에 공급된다.
단자(R_OUT<2>)는 단자(RIN<1>)와 전기적으로 접속된다. 따라서, 레지스터 회로(R<2>)가 단자(R_OUT<2>)에 출력한 신호는 단자(RIN<1>)를 통하여 레지스터 회로(R<1>)에 입력된다. 즉, 단자(RIN)에는 하나 후단에 있는 레지스터 회로(R)로부터 출력되는 신호를 입력할 수 있다. 또한 도시하지 않았지만, 단자(RIN<2>)는 레지스터 회로(R<3>)와 전기적으로 접속되는 단자(R_OUT<3>)와 전기적으로 접속된다.
여기서, 단자(RIN<p>)에는 레지스터 회로(RD)가 단자(RD_OUT)에 출력한 신호가 입력된다. 여기서 단자(RD_OUT)는 배선(28)과 전기적으로 접속되지 않는다. 따라서, 레지스터 회로(RD)가 단자(RD_OUT)에 출력한 신호는 신호 출력 회로(23)에 공급되지 않는다. 따라서 레지스터 회로(RD)는 더미단이라고 할 수 있다.
시프트 레지스터 회로(24)에 더미단인 레지스터 회로(RD)를 제공함으로써 단자(RIN<p>)에 신호를 공급할 수 있다.
도 11의 (A)는 레지스터 회로(R)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 레지스터 회로(R)는 트랜지스터(101), 트랜지스터(102), 트랜지스터(103), 트랜지스터(104), 트랜지스터(105), 트랜지스터(106), 트랜지스터(107), 트랜지스터(108), 트랜지스터(109), 용량 소자(111), 및 용량 소자(112)를 가진다. 여기서, 도 11의 (A)에 나타낸 단자(CLK(h1)) 및 단자(CLK(h2))는 단자(CLK(1)) 내지 단자(CLK(4)) 중 어느 하나로 할 수 있다. 예를 들어 레지스터 회로(R<1>)에서 단자(CLK(h1))는 단자(CLK(1))로 할 수 있고, 단자(CLK(h2))는 단자(CLK(2))로 할 수 있다. 또한 레지스터 회로(R<2>)에서 단자(CLK(h1))는 단자(CLK(2))로 할 수 있고, 단자(CLK(h2))는 단자(CLK(3))로 할 수 있다. 또한 레지스터 회로(R<p>)에서 단자(CLK(h1))는 단자(CLK(3))로 할 수 있고, 단자(CLK(h2))는 단자(CLK(4))로 할 수 있다.
단자(CLK(h1))는 트랜지스터(106)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 단자(CLK(h2))는 트랜지스터(102)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 단자(LIN)는 트랜지스터(101)의 게이트 및 트랜지스터(108)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 단자(RIN)는 트랜지스터(103)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 단자(RES)는 트랜지스터(104)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 단자(RES_V)는 트랜지스터(109)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 단자(R_OUT)는 트랜지스터(106)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(109)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 및 용량 소자(111)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(101)의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 트랜지스터(107)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(105)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(105)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(106)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(106)의 게이트는 용량 소자(111)의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(102)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(103)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 트랜지스터(104)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(107)의 게이트, 트랜지스터(108)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(109)의 게이트, 및 용량 소자(112)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(101)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(102)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(103)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(104)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 및 트랜지스터(105)의 게이트에는 전위(VDD)를 공급할 수 있다. 또한 트랜지스터(107)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(108)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 및 용량 소자(112)의 다른 쪽 전극에는 전위(VSS)를 공급할 수 있다. 여기서, 전위(VDD)는 고전위를 나타내고, 전위(VSS)는 저전위를 나타낸다.
단자(LIN)에 고전위의 신호를 입력하면, 트랜지스터(101) 및 트랜지스터(108)가 도통 상태가 된다. 트랜지스터(101)가 도통 상태가 되면 트랜지스터(106)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 트랜지스터(106)가 도통 상태가 된다. 한편, 트랜지스터(108)가 도통 상태가 되면 트랜지스터(109)의 게이트의 전위가 저전위가 되기 때문에 트랜지스터(109)가 비도통 상태가 된다. 따라서 단자(CLK(h1))에 입력된 신호를 단자(R_OUT)로부터 출력할 수 있다.
한편, 단자(CLK(h2))에 고전위의 신호를 입력하면 트랜지스터(102)가 도통 상태가 된다. 이에 의하여, 트랜지스터(107)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 트랜지스터(107)가 도통 상태가 된다. 트랜지스터(107)가 도통 상태가 되면 트랜지스터(106)의 게이트의 전위가 저전위가 되기 때문에 트랜지스터(106)가 비도통 상태가 된다. 한편, 트랜지스터(102)가 도통 상태가 되면 트랜지스터(109)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 트랜지스터(109)가 도통 상태가 된다. 따라서 단자(RES_V)에 입력된 신호를 단자(R_OUT)로부터 출력할 수 있다.
또한 단자(RIN)에 고전위의 신호를 입력한 경우 또는 단자(RES)에 고전위의 신호를 입력한 경우에도, 단자(CLK(h2))에 고전위의 신호를 입력한 경우와 마찬가지로, 트랜지스터(109)가 도통 상태가 되고, 트랜지스터(106)가 비도통 상태가 된다. 따라서 단자(RES_V)에 입력된 신호를 단자(R_OUT)로부터 출력할 수 있다.
도 11의 (B)는 레지스터 회로(RD)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 상술한 바와 같이, 레지스터 회로(RD)에는 단자(RIN)가 전기적으로 접속되지 않는다. 따라서 레지스터 회로(RD)는 트랜지스터(103)를 가지지 않는 점에서 도 11의 (A)에 나타낸 구성의 레지스터 회로(R)와 다르다.
도 11의 (B)에 나타낸 구성의 레지스터 회로(RD)에서는 트랜지스터(106)의 소스 및 드레인 중 한쪽이 단자(CLK(4))와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(102)의 게이트는 단자(CLK(1))와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(101)의 게이트 및 트랜지스터(108)의 게이트는 단자(LIND)와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(106)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(109)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 및 용량 소자(111)의 한쪽 전극은 단자(RD_OUT)와 전기적으로 접속된다.
<신호 출력 회로의 구성예>
도 12의 (A)는 도 1의 (B)에 나타낸 신호 출력 회로(23)의 구성예를 나타낸 블록도이다. 신호 출력 회로(23)는 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))를 가진다.
멀티플렉서 회로(MUX)는 p개의 선택 신호 입력 단자와, p개의 입력 단자와, 하나의 출력 단자를 가지는 구성으로 할 수 있다. 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 선택 신호 입력 단자 각각에 배선(28<1>) 내지 배선(28<p>) 모두를 전기적으로 접속시킬 수 있다. 즉, 도 10 등에 나타낸 시프트 레지스터 회로(24)의 출력 단자인 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>) 모두를 전기적으로 접속시킬 수 있다. 여기서, 멀티플렉서 회로(MUX)의 선택 신호 입력 단자가 시프트 레지스터 회로(24)의 출력 단자인 단자(R_OUT)와 전기적으로 접속되기 때문에, 시프트 레지스터 회로(24)는 선택 신호를 출력하는 기능을 가진다고 할 수 있다.
멀티플렉서 회로(MUX)의 입력 단자는 배선(27)을 통하여 단자(CDS_OUT)와 전기적으로 접속된다. 도 1의 (B) 등에 나타낸 바와 같이 배선(27)은 CDS 회로(22)의 출력 단자와 전기적으로 접속된다. 따라서 단자(CDS_OUT)에는 CDS 회로(22)로부터 출력된 신호가 입력된다.
여기서, 멀티플렉서 회로(MUX)의 입력 단자 하나마다 하나의 단자(CDS_OUT)가 전기적으로 접속된다. 즉, 멀티플렉서 회로(MUX)가 가지는 p개의 입력 단자에는 상이한 단자(CDS_OUT)가 전기적으로 접속된다. 또한 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 입력 단자에는 상이한 단자(CDS_OUT)가 전기적으로 접속된다. 즉, 예를 들어 멀티플렉서 회로(MUX(1))의 p개의 입력 단자에는 단자(CDS_OUT[1]) 내지 단자(CDS_OUT[p])가 차례로 전기적으로 접속된다. 또한 멀티플렉서 회로(MUX(2))의 p개의 입력 단자에는 단자(CDS_OUT[p+1]) 내지 단자(CDS_OUT[2p])가 차례로 전기적으로 접속된다. 또한 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 p개의 입력 단자에는 단자(CDS_OUT[n-p+1]) 내지 단자(CDS_OUT[n])가 차례로 전기적으로 접속된다.
멀티플렉서 회로(MUX)의 출력 단자는 배선(19)을 통하여 단자(MUX_OUT)와 전기적으로 접속된다. 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이 배선(19)은 A/D 변환 회로(15)와 전기적으로 접속된다. 따라서 신호 출력 회로(23)는 단자(MUX_OUT)를 통하여 신호를 출력할 수 있다.
여기서 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 출력 단자에는 상이한 단자(MUX_OUT)가 전기적으로 접속된다. 예를 들어 멀티플렉서 회로(MUX(1))의 출력 단자에는 단자(MUX_OUT(1))가 전기적으로 접속되고, 멀티플렉서 회로(MUX(2))의 출력 단자에는 단자(MUX_OUT(2))가 전기적으로 접속되고, 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 출력 단자에는 단자(MUX_OUT(n/p))가 전기적으로 접속된다.
도 12의 (B)는 멀티플렉서 회로(MUX(t))(t는 1 이상 n/p 이하의 정수)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 멀티플렉서 회로(MUX(t))는 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)를 가진다.
트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)의 게이트에는 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>)가 각각 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)의 소스 및 드레인 중 한쪽에는 단자(CDS_OUT[(t-1)p+1]) 내지 단자(CDS_OUT[t·p])가 각각 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 단자(MUX_OUT(t))가 전기적으로 접속된다. 즉, 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)는 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 의하여 서로 병렬로 접속된다.
<시프트 레지스터 회로 및 신호 출력 회로의 구동 방법예>
도 13은 도 3에 나타낸 판독 기간인 기간 T2의 시프트 레지스터 회로(24) 및 신호 출력 회로(23)의 구동 방법예를 나타낸 타이밍 차트이다. 또한 도 13에서는 부트스트랩에 의한 전위 상승, 누설 전류에 의한 전위 저하 등은 고려하지 않았다. 기타 타이밍 차트에 대해서도 마찬가지이다. 또한 p를 4의 배수-1로 한다.
도 14의 (A), (B) 및 도 15는 도 12의 (B)에 나타낸 구성의 멀티플렉서 회로(MUX(t))의 구동 방법예를 나타내기 위한 회로도이다. 도 14의 (A), (B), 및 도 15에서는, ×표를 부기한 트랜지스터(120)는 비도통 상태의 트랜지스터(120)이고, ×표를 부기하지 않은 트랜지스터(120)는 도통 상태의 트랜지스터(120)이다.
먼저, 기간 T201에 단자(LIN<1>)에 스타트 펄스 신호로서 고전위의 신호를 입력한다. 이로써, 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(101)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(101)가 도통 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트의 전위가 고전위가 되고, 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(106)가 도통 상태가 된다. 또한 단자(LIN<1>)에 고전위의 신호가 입력됨으로써 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(108)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(108)가 도통 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)의 게이트의 전위가 저전위가 되어 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)가 비도통 상태가 된다.
기간 T202에 단자(CLK(1)) 내지 단자(CLK(4))에 클록 신호를 순차적으로 입력한다. 이로써, 기간 T202에는 단자(CLK(1))의 전위가 고전위가 되고, 단자(CLK(2)), 단자(CLK(3)), 및 단자(CLK(4))의 전위가 저전위가 된다. 또한 기간 T203 및 기간 T204에는 단자(CLK(2))의 전위가 고전위가 되고, 단자(CLK(1)), 단자(CLK(3)), 및 단자(CLK(4))의 전위가 저전위가 된다. 또한 기간 T205에는 단자(CLK(3))의 전위가 고전위가 되고, 단자(CLK(1)), 단자(CLK(2)), 및 단자(CLK(4))의 전위가 저전위가 된다.
기간 T202에 단자(LIN<1>)의 전위가 저전위가 되어 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(101)가 비도통 상태가 되지만, 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(107)는 비도통 상태를 유지하기 때문에 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트는 플로팅 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트의 전위는 고전위를 유지하고, 기간 T201에 이어 레지스터 회로(R<1>)가 가지는 트랜지스터(106)는 도통 상태가 된다. 그러므로, 단자(CLK(1))에 입력되는 클록 신호가 단자(R_OUT<1>)로부터 출력된다. 상술한 바와 같이, 기간 T202의 단자(CLK(1))의 전위는 고전위이기 때문에 단자(R_OUT<1>)로부터 고전위의 선택 신호가 출력된다. 따라서 단자(R_OUT<1>)와 전기적으로 접속되는 단자(LIN<2>)에 고전위의 신호가 입력된다.
도 14의 (A)는 기간 T202의 멀티플렉서 회로(MUX(t))의 구동 방법예를 나타내기 위한 회로도이다. 기간 T202에 단자(R_OUT<1>)의 전위는 고전위가 되고, 단자(R_OUT<2>) 내지 단자(R_OUT<p>)의 전위는 저전위가 된다. 따라서 트랜지스터(120<1>)의 게이트의 전위는 고전위가 되기 때문에 트랜지스터(120<1>)는 도통 상태가 된다. 또한 트랜지스터(120<2>) 내지 트랜지스터(120<p>)의 게이트의 전위는 저전위가 되기 때문에 트랜지스터(120<2>) 내지 트랜지스터(120<p>)는 비도통 상태가 된다. 이러한 식으로, 단자(CDS_OUT[(t-1)p+1])로부터 멀티플렉서 회로(MUX(t))의 입력 단자에 입력된 신호가 신호(S<1>)로서 단자(MUX_OUT(t))에 출력된다.
이상과 같이, 기간 T202에는 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 출력 단자인 단자(MUX_OUT(1)) 내지 단자(MUX_OUT(n/p))로부터 신호(S<1>)가 출력된다.
기간 T202에 단자(LIN<2>)에 고전위의 신호가 입력됨으로써 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(101)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(101)가 도통 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트의 전위가 고전위가 되고, 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(106)가 도통 상태가 된다. 또한 단자(LIN<2>)에 고전위의 신호가 입력됨으로써 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(108)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(108)가 도통 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)의 게이트의 전위가 저전위가 되어 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)가 비도통 상태가 된다.
기간 T203에 단자(LIN<2>)의 전위가 저전위가 되어 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(101)가 비도통 상태가 되지만, 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(107)는 비도통 상태를 유지하기 때문에 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트는 플로팅 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트의 전위는 고전위를 유지하고, 기간 T202에 이어 레지스터 회로(R<2>)가 가지는 트랜지스터(106)는 도통 상태가 된다. 따라서 단자(CLK(2))에 입력되는 클록 신호가 단자(R_OUT<2>)로부터 출력된다. 상술한 바와 같이, 기간 T203의 단자(CLK(2))의 전위는 고전위이기 때문에 단자(R_OUT<2>)로부터 고전위의 선택 신호가 출력된다. 따라서 단자(R_OUT<2>)와 전기적으로 접속되는 단자(LIN<3>)에 고전위의 신호가 입력된다.
기간 T203에는 단자(R_OUT<2>)의 전위는 고전위가 되고, 단자(R_OUT<1>) 및 단자(R_OUT<3>) 내지 단자(R_OUT<p>)의 전위는 저전위가 된다. 따라서 트랜지스터(120<2>)의 게이트의 전위는 고전위가 되기 때문에 트랜지스터(120<2>)는 도통 상태가 된다. 또한 트랜지스터(120<1>) 및 트랜지스터(120<3>) 내지 트랜지스터(120<p>)의 게이트의 전위는 저전위가 되기 때문에 트랜지스터(120<1>) 및 트랜지스터(120<3>) 내지 트랜지스터(120)<p>는 비도통 상태가 된다. 이러한 식으로, 단자(CDS_OUT[(t-1)p+2])에 입력된 신호가 신호(S<2>)로서 단자(MUX_OUT(t))에 출력된다.
이상과 같이, 기간 T203에는 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 출력 단자인 단자(MUX_OUT(1)) 내지 단자(MUX_OUT(n/p))로부터 신호(S<2>)가 출력된다.
기간 T204에 단자(LIN<p>)에 고전위의 신호가 입력된다. 이로써, 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(101)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(101)가 도통 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트의 전위가 고전위가 되고, 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)가 도통 상태가 된다. 또한 단자(LIN<p>)에 고전위의 신호가 입력됨으로써 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(108)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(108)가 도통 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)의 게이트의 전위가 저전위가 되어 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)가 비도통 상태가 된다.
기간 T205에 단자(LIN<p>)의 전위가 저전위가 되어 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(101)가 비도통 상태가 되지만, 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(107)는 비도통 상태를 유지하기 때문에 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트는 플로팅 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트의 전위는 고전위를 유지하고, 기간 T204에 이어 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)는 도통 상태가 된다. 따라서 단자(CLK(3))에 입력되는 클록 신호가 단자(R_OUT<p>)로부터 출력된다. 상술한 바와 같이, 기간 T205의 단자(CLK(3))의 전위는 고전위이기 때문에 단자(R_OUT<p>)로부터 고전위의 선택 신호가 출력된다. 따라서 단자(R_OUT<p>)와 전기적으로 접속되는 단자(LIND)에 고전위의 신호가 입력된다.
도 14의 (B)는 기간 T205의 멀티플렉서 회로(MUX(t))의 구동 방법예를 나타내기 위한 회로도이다. 기간 T205에는 단자(R_OUT<p>)의 전위는 고전위가 되고, 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p-1>)의 전위는 저전위가 된다. 따라서 트랜지스터(120<p>)의 게이트의 전위는 고전위가 되기 때문에 트랜지스터(120<p>)는 도통 상태가 된다. 또한 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p-1>)의 게이트의 전위는 저전위가 되기 때문에 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p-1>)는 비도통 상태가 된다. 이러한 식으로, 단자(CDS_OUT[t·p])에 입력된 신호가 신호(S<p>)로서 단자(MUX_OUT(t))에 출력된다.
이상과 같이, 기간 T205에는 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 출력 단자인 단자(MUX_OUT(1)) 내지 단자(MUX_OUT(n/p))로부터 신호(S<p>)가 출력된다.
이상과 같이, 도 13에 나타낸 기간 T201에 단자(LIN<1>)에 입력된 스타트 펄스 신호가, 기간 T202 내지 기간 T205에 레지스터 회로(R<1>)로부터 레지스터 회로(R<p>)까지 순차적으로 전송된다. 이에 대응하여 고전위의 선택 신호가 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>)로부터 순차적으로 출력된다.
기간 T211 및 기간 T212에는, 기간 T201 내지 기간 T205와 다른 모드로 시프트 레지스터 회로(24) 및 신호 출력 회로(23)를 구동시킨다. 구체적으로는, 기간 T211에 단자(CLK(1)) 내지 단자(CLK(4)) 및 단자(RES)에 고전위의 신호를 입력한다. 이로써, 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(102) 및 트랜지스터(104)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(102) 및 트랜지스터(104)가 도통 상태가 된다. 따라서, 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)의 게이트의 전위가 고전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(107) 및 트랜지스터(109)가 도통 상태가 된다. 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(107)가 도통 상태가 되면 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)의 게이트의 전위가 저전위가 되기 때문에 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)는 비도통 상태가 된다. 이상과 같이, 기간 T211에 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)를 비도통 상태로 하고, 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(109)를 도통 상태로 한다. 이로써, 단자(RES_V)에 입력된 신호를 단자(R_OUT)로부터 출력할 수 있다.
기간 T212에 단자(RES_V)에 고전위의 신호를 입력한다. 기간 T212에는 기간 T211에 이어 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(106)는 비도통 상태이고, 레지스터 회로(R<1>) 내지 레지스터 회로(R<p>)가 가지는 트랜지스터(109)는 도통 상태이다. 따라서, 단자(RES_V)에 입력된 고전위의 신호가 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>)로부터 출력된다.
도 15는 기간 T212의 멀티플렉서 회로(MUX(t))의 구동 방법예를 나타내기 위한 회로도이다. 기간 T212에는 단자(R_OUT<1>) 내지 단자(R_OUT<p>)의 전위가 모두 고전위가 된다. 따라서 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)의 게이트의 전위는 고전위가 되기 때문에 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)는 모두 도통 상태가 된다. 이에 의하여, 단자(CDS_OUT[(t-1)p+1]) 내지 단자(CDS_OUT[t·p]) 각각으로부터 멀티플렉서 회로(MUX(t))의 입력 단자에 입력된 신호 중, 전위가 최대인 신호가 신호(S_MAX)로서 단자(MUX_OUT(t))에 출력된다.
이상과 같이, 기간 T212에는 멀티플렉서 회로(MUX(1)) 내지 멀티플렉서 회로(MUX(n/p))의 출력 단자인 단자(MUX_OUT(1)) 내지 단자(MUX_OUT(n/p))로부터 신호(S_MAX)가 출력된다.
기간 T201 내지 기간 T205에 나타낸 방법으로 시프트 레지스터 회로(24) 및 신호 출력 회로(23)를 구동시킴으로써, 예를 들어 모든 화소(11)로부터 출력된 촬상 신호에 대응하는 신호를 판독 회로(14)로부터 출력할 수 있다. 이에 의하여, 촬상 장치(10)는 정밀도가 높은 촬상을 수행할 수 있다. 따라서, 예를 들어 도 9의 (B1)에 나타낸 바와 같이, 촬상 장치(10)가 제공되는 반도체 장치(90)를 인증 모드로 구동시키는 경우에는 인증의 정밀도를 높이기 위하여 시프트 레지스터 회로(24) 및 신호 출력 회로(23)를 기간 T201 내지 기간 T205에 나타낸 방법으로 구동시키는 것이 바람직하다.
한편, 기간 T211 및 기간 T212에 나타낸 방법으로 시프트 레지스터 회로(24) 및 신호 출력 회로(23)를 구동시킴으로써, 예를 들어 멀티플렉서 회로(MUX)가 가지는 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)를 동시에 도통 상태로 할 수 있다. 상술한 바와 같이 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>)는 서로 병렬로 접속된다. 따라서 멀티플렉서 회로(MUX)의 입력 단자인 단자(CDS_OUT)와 멀티플렉서 회로(MUX)의 출력 단자인 단자(MUX_OUT) 사이의 저항을, 예를 들어 트랜지스터(120<1>) 내지 트랜지스터(120<p>) 중 하나의 트랜지스터(120)만 도통 상태로 하는 경우보다 저감할 수 있다. 이러한 식으로, 기간 T2에 수행되는 동작인 판독 동작을 고속으로 수행할 수 있고, 촬상 장치(10)를 고속으로 구동시킬 수 있다. 따라서 촬상 장치(10)는 높은 프레임 주파수로 촬상할 수 있다. 따라서, 예를 들어 도 9의 (B2)에 나타낸 바와 같이, 촬상 장치(10)가 제공되는 반도체 장치(90)를 위치 검출 모드로 구동시키는 경우에는 검출 대상물의 움직임을 높은 정밀도로 검출할 수 있도록, 시프트 레지스터 회로(24) 및 신호 출력 회로(23)를 기간 T211 및 기간 T212에 나타낸 방법으로 구동시키는 것이 바람직하다.
또한 도 11의 (A)에 나타낸 구성의 레지스터 회로(R) 및 도 11의 (B)에 나타낸 구성의 레지스터 회로(RD)에 포함되는 트랜지스터(101) 및 트랜지스터(107)로서 OS 트랜지스터 등 오프 전류가 낮은 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 트랜지스터(101) 및 트랜지스터(107)가 비도통 상태가 되고 트랜지스터(106)의 게이트가 플로팅 상태가 된 경우에도, 트랜지스터(106)의 게이트의 전위를 장기간 유지할 수 있다. 따라서, 레지스터 회로(R)는 단자(R_OUT)로부터 신호를 높은 정밀도로 출력할 수 있고, 레지스터 회로(RD)는 단자(RD_OUT)로부터 신호를 높은 정밀도로 출력할 수 있다.
또한 트랜지스터(101) 및 트랜지스터(107)로서 Si 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한 도 11의 (A)에 나타낸 구성의 레지스터 회로(R) 및 도 11의 (B)에 나타낸 구성의 레지스터 회로(RD)에 포함되는 다른 트랜지스터로서 Si 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 트랜지스터(101) 내지 트랜지스터(109)로서 결정성 실리콘을 가지는 트랜지스터를 사용하면, 트랜지스터(101) 내지 트랜지스터(109)의 온 전류를 높일 수 있다. 이에 의하여 시프트 레지스터 회로(24)를 고속으로 구동시킬 수 있다.
<반도체 장치의 구성예_2>
도 16의 (A) 및 (B)는 반도체 장치(90)의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 16의 (A) 및 (B)에 나타낸 구성의 반도체 장치(90)는 두 번 접는 기구를 가지고, 화소부(12)가 마주 보도록 접을 수 있는 영역과, 화소부(12)와는 반대의 면이 마주 보도록 접을 수 있는 영역을 가진다. 또한 도 16의 (A) 및 (B)에 나타낸 구성의 반도체 장치(90)를 반도체 장치(90A)라고 기재한다.
반도체 장치(90A)는 화소부의 종횡비가 예를 들어 16:9, 18:9, 21:9 등 비교적 큰 경우에도, 접히는 부분을 단축 방향으로 제공함으로써 작게 접을 수 있다. 따라서 반도체 장치(90A)의 휴대성을 향상시킬 수 있다. 또한 반도체 장치(90A)를 작게 접었을 때 화소부(12) 중 시인할 수 없는 부분에 포함되는 화소(11)를 구동시키지 않으면, 반도체 장치(90A)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 16의 (A)는 반도체 장치(90A)를 최소 크기로(두 번) 접은 상태를 나타낸 도면이다. 도 16의 (B)는 반도체 장치(90A)를 펼친 상태를 나타낸 도면이다.
반도체 장치(90A)는 화소부(12), 하우징(802a), 하우징(802b), 하우징(802c), 힌지(803a), 및 힌지(803b)를 가진다.
도 17은 반도체 장치(90A)에 제공되는 촬상 장치(10)인 촬상 장치(10A)의 구성예를 나타낸 블록도이다. 촬상 장치(10A)에서는 게이트 드라이버 회로(13)가 게이트 드라이버 회로(13A), 게이트 드라이버 회로(13B), 및 게이트 드라이버 회로(13C)의 3개로 분할된다. 게이트 드라이버 회로(13A)와 전기적으로 접속되는 배선(16) 및 배선(17)을 각각 배선(16A) 및 배선(17A)으로 한다. 또한 게이트 드라이버 회로(13B)와 전기적으로 접속되는 배선(16) 및 배선(17)을 각각 배선(16B) 및 배선(17B)으로 한다. 또한 게이트 드라이버 회로(13C)와 전기적으로 접속되는 배선(16) 및 배선(17)을 각각 배선(16C) 및 배선(17C)으로 한다.
촬상 장치(10A)를 도 17에 나타낸 구성으로 함으로써, 화소부(12) 중 시인할 수 없는 부분에 포함되는 화소(11)가 구동하지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 반도체 장치(90A)가 도 16의 (A)에 나타낸 바와 같이 두 번 접힌 경우에는, 게이트 드라이버 회로(13A) 내지 게이트 드라이버 회로(13C) 중 하나를 구동시키고, 나머지 2개를 구동시키지 않도록 함으로써, 시인할 수 없는 부분에 포함되는 화소(11)가 구동하지 않도록 할 수 있다. 이러한 식으로, 반도체 장치(90A)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한 도 16의 (A) 및 (B)는 반도체 장치(90)의 구성예로서 두 번 접히는 기구를 가지는 반도체 장치(90A)를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 반도체 장치(90)는 한 번 접히는 기구를 가져도 좋다. 이 경우, 촬상 장치(10)가 가지는 게이트 드라이버 회로(13)를 2개로 분할하는 구성으로 할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 반도체 장치의 구성예에 대하여 도 18 내지 도 22를 사용하여 설명한다. 구체적으로는, 예를 들어 실시형태 1에서 설명한 반도체 장치(90)에 적용할 수 있는 구성예에 대하여 도 18 내지 도 22를 사용하여 설명한다.
이하에서는, 도 18 및 도 19를 사용하여 본 발명의 일 형태의 반도체 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[반도체 장치(900A)]
도 18의 (A)에 반도체 장치(900A)의 단면도를 도시하였다.
반도체 장치(900A)는 광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)를 가진다.
광전 변환 소자(30)는 화소 전극(171), 공통층(172), 활성층(173), 공통층(174), 및 공통 전극(175)을 가진다.
발광 소자(130)는 화소 전극(191), 공통층(172), 발광층(193), 공통층(174), 및 공통 전극(175)을 가진다.
화소 전극(171), 화소 전극(191), 공통층(172), 활성층(173), 발광층(193), 공통층(174), 및 공통 전극(175)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
화소 전극(171) 및 화소 전극(191)은 절연층(214) 위에 위치한다. 화소 전극(171)과 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다.
공통층(172)은 화소 전극(171) 위 및 화소 전극(191) 위에 위치한다. 공통층(172)은 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)에 공통적으로 사용되는 층이다.
활성층(173)은 공통층(172)을 개재(介在)하여 화소 전극(171)과 중첩된다. 발광층(193)은 공통층(172)을 개재하여 화소 전극(191)과 중첩된다. 활성층(173)은 제 1 유기 화합물을 가지고, 발광층(193)은 제 1 유기 화합물과는 상이한 제 2 유기 화합물을 가진다.
공통층(174)은 공통층(172) 위, 활성층(173) 위, 및 발광층(193) 위에 위치한다. 공통층(174)은 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)에 공통적으로 사용되는 층이다.
공통 전극(175)은 공통층(172), 활성층(173), 및 공통층(174)을 개재하여 화소 전극(171)과 중첩되는 부분을 가진다. 또한 공통 전극(175)은 공통층(172), 발광층(193), 및 공통층(174)을 개재하여 화소 전극(191)과 중첩되는 부분을 가진다. 공통 전극(175)은 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)에 공통적으로 사용되는 층이다.
본 실시형태의 반도체 장치에서는 광전 변환 소자(30)의 활성층(173)에 유기 화합물을 사용한다. 광전 변환 소자(30)는 활성층(173) 이외의 층을 발광 소자(130)(EL 소자)와 공통된 구성으로 할 수 있다. 그러므로, 발광 소자(130)의 제작 공정에 활성층(173)을 성막하는 공정을 추가하기만 하면 발광 소자(130)의 형성과 병행하여 광전 변환 소자(30)를 형성할 수 있다. 또한 발광 소자(130)와 광전 변환 소자(30)를 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 반도체 장치에 광전 변환 소자(30)를 포함시킬 수 있다.
반도체 장치(900A)는 광전 변환 소자(30)의 활성층(173)과 발광 소자(130)의 발광층(193)을 따로따로 형성하는 것 이외는 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)가 공통된 구성을 가지는 예를 나타낸 것이다. 다만, 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)는 활성층(173)과 발광층(193) 이외에도 따로따로 형성되는 층을 가져도 좋다(후술하는 반도체 장치(900D), 반도체 장치(900E), 반도체 장치(900F) 참조). 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)는 공통적으로 사용되는 층(공통층)을 1층 이상 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 반도체 장치에 광전 변환 소자(30)를 포함시킬 수 있다.
반도체 장치(900A)는 한 쌍의 기판(기판(151) 및 기판(152)) 사이에 광전 변환 소자(30), 발광 소자(130), 트랜지스터(31), 및 트랜지스터(131) 등을 가진다.
기판(151) 외측에는 접착층(150)이 제공된다. 접착층(150)에 의하여 반도체 장치(900A)를 물체에 고정할 수 있다. 접착층(150)으로서 박리가 가능한 접착제를 사용하여도 좋다. 또한 박리한 후에 다시 접착이 가능한 접착제를 사용하여도 좋다. 접착층(150)으로서 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 사용할 수 있다. 특히 에폭시 수지 등의 투습성(透濕性)이 낮은 재료가 바람직하다. 또한 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
광전 변환 소자(30)에서, 각각 화소 전극(171)과 공통 전극(175) 사이에 위치하는 공통층(172), 활성층(173), 및 공통층(174)은 유기층(유기 화합물을 포함하는 층)이라고 할 수도 있다. 화소 전극(171)은 적외광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 화소 전극(171)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 공통 전극(175)은 적외광을 투과시키는 기능을 가진다.
광전 변환 소자(30)는 광을 검지하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 광전 변환 소자(30)는 반도체 장치(900A)의 외부로부터 입사되는 광(95)을 수광하고 전기 신호로 변환하는 수광 소자이다. 광(95)은 발광 소자(130)의 발광을 대상물이 반사한 광이라고 할 수도 있다. 또한 광(95)은 후술하는 렌즈를 통하여 광전 변환 소자(30)에 입사하여도 좋다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 광전 변환 소자(30)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(130)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 광전 변환 소자(30)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다.
차광층(BM)으로서는, 발광 소자로부터의 발광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 차광층(BM)은 적외광을 흡수하는 것이 바람직하다. 차광층(BM)으로서는, 예를 들어 금속 재료, 혹은 안료(카본 블랙 등) 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다.
여기서, 발광 소자(130)의 발광이 대상물에 의하여 반사된 광을 광전 변환 소자(30)가 검출한다. 그러나, 발광 소자(130)의 발광이 반도체 장치(900A) 내에서 반사되고, 대상물을 통하지 않고, 광전 변환 소자(30)에 입사되는 경우가 있다. 차광층(BM)은 이와 같은 미광의 영향을 억제할 수 있다. 예를 들어, 차광층(BM)이 제공되지 않는 경우, 발광 소자(130)가 발한 광(123a)은 기판(152)에 의하여 반사되고, 반사광(123b)이 광전 변환 소자(30)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 반사광(123b)이 광전 변환 소자(30)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감할 수 있고, 광전 변환 소자(30)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
발광 소자(130)에서, 각각 화소 전극(191)과 공통 전극(175) 사이에 위치하는 공통층(172), 발광층(193), 및 공통층(174)은 EL층이라고 할 수도 있다. 화소 전극(191)은 적외광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮인다. 화소 전극(171)과 화소 전극(191)은 격벽(216)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다. 공통 전극(175)은 적외광을 투과시키는 기능을 가진다.
발광 소자(130)는 적외광을 발하는 기능을 가진다. 구체적으로, 발광 소자(130)는 화소 전극(191)과 공통 전극(175) 사이에 전압을 인가함으로써 기판(152) 측에 광을 사출하는 전계 발광 소자이다(광(94) 참조).
발광층(193)은 광전 변환 소자(30)의 수광 영역과 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광층(193)이 광(95)을 흡수하는 것을 억제할 수 있어, 광전 변환 소자(30)에 조사되는 광량을 늘릴 수 있다.
화소 전극(171)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(31)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(171)의 단부는 격벽(216)으로 덮인다.
화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(131)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮인다. 트랜지스터(131)는 발광 소자(130)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
트랜지스터(31)와 트랜지스터(131)는 동일한 층(도 18의 (A)에서는 기판(151)) 위에 접촉한다.
광전 변환 소자(30)와 전기적으로 접속되는 회로 중 적어도 일부는 발광 소자(130)와 전기적으로 접속되는 회로와 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 2개의 회로를 따로따로 형성하는 경우와 비교하여 반도체 장치의 두께를 얇게 할 수 있고, 또한 제작 공정을 간략화할 수 있다.
광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)는 각각 보호층(195)으로 덮이는 것이 바람직하다. 도 18의 (A)에서는 보호층(195)이 공통 전극(175) 위에 접촉하여 제공되어 있다. 보호층(195)을 제공함으로써, 광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여 광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 접착층(142)에 의하여 보호층(195)과 기판(152)이 접합되어 있다.
[반도체 장치(900B)]
도 18의 (B)에 반도체 장치(900B)의 단면도를 도시하였다. 또한 이후의 반도체 장치의 설명에 있어서, 앞에서 설명한 반도체 장치와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 18의 (B)에 도시된 반도체 장치(900B)는 기판(151), 기판(152), 및 격벽(216)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 절연층(212), 및 격벽(217)을 가지는 점에서 반도체 장치(900A)와 상이하다.
기판(153) 외측에는 접착층(150)이 제공된다. 접착층(150)에 의하여 반도체 장치(900B)를 물체에 고정할 수 있다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다.
반도체 장치(900B)는 제작 기판 위에 형성된 절연층(212), 트랜지스터(31), 트랜지스터(131), 광전 변환 소자(30), 및 발광 소자(130) 등을 기판(153) 위로 전치(轉置)함으로써 제작되는 구성으로 한다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 반도체 장치(900B)의 가요성을 높일 수 있다. 예를 들어, 기판(153) 및 기판(154)에는 각각 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
기판(153) 및 기판(154)으로서는 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스터 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에터설폰(PES) 수지, 폴리아마이드 수지(나일론, 아라미드 등), 폴리실록산 수지, 사이클로올레핀 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리염화바이닐 수지, 폴리염화바이닐리덴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지, ABS 수지, 셀룰로스 나노 섬유 등을 사용할 수 있다. 기판(153) 및 기판(154) 중 한쪽 또는 양쪽에 가요성을 가질 정도의 두께의 유리를 사용하여도 좋다.
본 실시형태의 반도체 장치가 가지는 기판에는 광학 등방성이 높은 필름을 사용하여도 좋다. 광학 등방성이 높은 필름으로서는 트라이아세틸셀룰로스(TAC, 셀룰로스트라이아세테이트라고도 함) 필름, 사이클로올레핀 폴리머(COP) 필름, 사이클로올레핀 코폴리머(COC) 필름, 및 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
격벽(217)은 발광 소자가 발한 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 격벽(217)으로서, 예를 들어 안료 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 또한 갈색 레지스트 재료를 사용함으로써, 착색된 절연층으로 격벽(217)을 구성할 수 있다.
발광 소자(130)가 발한 광(123c)은 기판(154) 및 격벽(217)에 의하여 반사되고, 반사광(123d)이 광전 변환 소자(30)에 입사하는 경우가 있다. 또한 광(123c)이 격벽(217)을 투과하여 트랜지스터 또는 배선 등에 의하여 반사됨으로써, 반사광이 광전 변환 소자(30)에 입사하는 경우가 있다. 격벽(217)에 의하여 광(123c)이 흡수됨으로써, 반사광(123d)이 광전 변환 소자(30)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 노이즈를 저감할 수 있고, 광전 변환 소자(30)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
격벽(217)은 적어도 광전 변환 소자(30)가 검지하는 광의 파장을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광 소자(130)가 발하는 녹색의 광을 광전 변환 소자(30)가 검지하는 경우, 격벽(217)은 적어도 녹색의 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 격벽(217)이 적색의 컬러 필터를 가지면 녹색의 광(123c)을 흡수할 수 있어, 반사광(123d)이 광전 변환 소자(30)에 입사하는 것을 억제할 수 있다.
[반도체 장치(900C)]
도 18의 (C)에 반도체 장치(900C)의 단면도를 도시하였다.
반도체 장치(900C)는 광전 변환 소자(30) 위 및 발광 소자(130) 위에 보호층(195)을 가지지 않는 점에서 반도체 장치(900B)와 상이하다. 반도체 장치(900C)는 접착층(142)에 의하여 공통 전극(175)과 기판(154)이 접합되어 있다.
[반도체 장치(900D), 반도체 장치(900E), 반도체 장치(900F)]
도 19의 (A)에 반도체 장치(900D)의 단면도를 도시하고, 도 19의 (B)에 반도체 장치(900E)의 단면도를 도시하고, 도 19의 (C)에 반도체 장치(900F)의 단면도를 도시하였다.
반도체 장치(900D)는 공통층(174)을 가지지 않고, 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)을 가지는 점에서 반도체 장치(900B)와 상이하다. 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
반도체 장치(900D)에서 광전 변환 소자(30)는 화소 전극(171), 공통층(172), 활성층(173), 버퍼층(184), 및 공통 전극(175)을 가진다. 또한 반도체 장치(900D)에서 발광 소자(130)는 화소 전극(191), 공통층(172), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(175)을 가진다.
반도체 장치(900E)는 공통층(172)을 가지지 않고, 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)을 가지는 점에서 반도체 장치(900B)와 상이하다. 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
반도체 장치(900E)에서 광전 변환 소자(30)는 화소 전극(171), 버퍼층(182), 활성층(173), 공통층(174), 및 공통 전극(175)을 가진다. 또한 반도체 장치(900E)에서 발광 소자(130)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 공통층(174), 및 공통 전극(175)을 가진다.
반도체 장치(900F)는 공통층(172) 및 공통층(174)을 가지지 않고, 버퍼층(182), 버퍼층(184), 버퍼층(192), 및 버퍼층(194)을 가지는 점에서 반도체 장치(900A)와 상이하다.
반도체 장치(900F)에서 광전 변환 소자(30)는 화소 전극(171), 버퍼층(182), 활성층(173), 버퍼층(184), 및 공통 전극(175)을 가진다. 또한 반도체 장치(900F)에서 발광 소자(130)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(175)을 가진다.
광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)의 제작에 있어서, 활성층(173)과 발광층(193)을 따로따로 형성할 뿐만 아니라, 다른 층도 따로따로 형성할 수 있다.
반도체 장치(900D)는, 공통 전극(175)과 활성층(173) 사이의 버퍼층(184)과, 공통 전극(175)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(194)을 따로따로 형성하는 예를 나타낸 것이다. 버퍼층(194)으로서는, 예를 들어 전자 주입층 및 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
반도체 장치(900E)는, 화소 전극(171)과 활성층(173) 사이의 버퍼층(182)과, 화소 전극(191)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(192)을 따로따로 형성하는 예를 나타낸 것이다. 버퍼층(192)으로서는, 예를 들어 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
반도체 장치(900F)는, 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)에 있어서 한 쌍의 전극(화소 전극(171) 또는 화소 전극(191)과 공통 전극(175)) 사이에 공통의 층이 포함되지 않는 예를 나타낸 것이다. 반도체 장치(900F)가 가지는 광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)는 절연층(214) 위에 화소 전극(171)과 화소 전극(191)을 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성하고, 화소 전극(171) 위에 버퍼층(182), 활성층(173), 및 버퍼층(184)을 형성하고, 화소 전극(191) 위에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 형성한 후, 화소 전극(171), 버퍼층(182), 활성층(173), 버퍼층(184), 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 덮도록 공통 전극(175)을 형성함으로써 제작할 수 있다. 또한 버퍼층(182), 활성층(173), 및 버퍼층(184)의 적층 구조와, 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)의 적층 구조의 제작 순서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 버퍼층(182), 활성층(173), 및 버퍼층(184)을 성막한 후에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 제작하여도 좋다. 반대로, 버퍼층(182), 활성층(173), 및 버퍼층(184)을 성막하기 전에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 제작하여도 좋다. 또한 버퍼층(182), 버퍼층(192), 활성층(173), 발광층(193) 등의 순서로 번갈아 성막하여도 좋다.
이하에서는 도 20 내지 도 22를 사용하여 본 발명의 일 형태의 반도체 장치의 더 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[반도체 장치(100A)]
도 20에 반도체 장치(100A)의 단면도를 도시하였다.
반도체 장치(100A)는 기판(152)과 기판(151)이 접합된 구성을 가진다.
반도체 장치(100A)는 화소부(12), 회로(164) 등을 가진다. 도 20은 반도체 장치(100A)에서 회로(164)를 포함하는 영역의 일부, 화소부(12)를 포함하는 영역의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타낸 것이다.
회로(164)로서는, 예를 들어 실시형태 1에서 설명한 게이트 드라이버 회로(13), 판독 회로(14), 및 A/D 변환 회로(15)를 적용할 수 있다. 화소부(12)와 회로(164)를 동일한 기판 위에 형성하면, 회로로서 실리콘 웨이퍼 등으로 별도로 형성된 반도체 장치를 사용할 필요가 없기 때문에, 반도체 장치의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
도 20에 도시된 반도체 장치(100A)는 기판(151)과 기판(152) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 발광 소자(130), 광전 변환 소자(30) 등을 가진다.
기판(152)과 절연층(214)은 접착층(142)을 개재하여 접착되어 있다. 발광 소자(130) 및 광전 변환 소자(30)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 20에서는 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)이 불활성 가스(질소나 아르곤 등)로 충전되어 있고, 중공 밀봉 구조가 적용되어 있다. 접착층(142)은 발광 소자(130)와 중첩하여 제공되어도 좋다. 또한 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)을 접착층(142)과는 상이한 수지로 충전하여도 좋다.
발광 소자(130)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(172), 발광층(193), 공통층(174), 및 공통 전극(175)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(206)가 가지는 도전층(222b)과 접속된다. 트랜지스터(206)는 발광 소자(130)의 구동을 제어하는 기능을 가진다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮인다. 화소 전극(191)은 적외광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(175)은 적외광을 투과시키는 재료를 포함한다.
광전 변환 소자(30)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(171), 공통층(172), 활성층(173), 공통층(174), 및 공통 전극(175)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(171)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)가 가지는 도전층(222b)과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(171)의 단부는 격벽(216)으로 덮인다. 화소 전극(171)은 적외광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(175)은 적외광을 투과시키는 재료를 포함한다.
발광 소자(130)가 발하는 광(94)은 기판(152) 측에 사출된다. 또한 광전 변환 소자(30)에는 기판(152) 및 공간(143)을 통하여 광(95)이 입사한다. 기판(152)에는, 적외광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
화소 전극(171) 및 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 공통층(172), 공통층(174), 및 공통 전극(175)은 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)의 양쪽에 사용된다. 광전 변환 소자(30)와 발광 소자(130)는 활성층(173)과 발광층(193)의 구성이 상이한 것 이외는 모두 공통된 구성으로 할 수 있다. 이로써, 제작 공정을 크게 늘리지 않고 반도체 장치(100A)에 광전 변환 소자(30)를 포함시킬 수 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 광전 변환 소자(30)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(130)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 광전 변환 소자(30)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 또한 차광층(BM)을 가짐으로써, 광이 대상물을 통하지 않고, 발광 소자(130)로부터 광전 변환 소자(30)에 직접 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)는 모두 기판(151) 위에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
기판(151) 위에는 절연층(211), 절연층(213), 절연층(215), 및 절연층(214)이 이 순서대로 제공되어 있다. 절연층(211)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(213)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(214)은 트랜지스터를 덮어 제공되고, 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 또한 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나의 층에, 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 절연층을 배리어층으로서 기능시킬 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 외부로부터 트랜지스터로 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 반도체 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 또한 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
여기서, 유기 절연막은 무기 절연막과 비교하여 배리어성이 낮은 경우가 많다. 그러므로, 유기 절연막은 반도체 장치(100A)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 반도체 장치(100A)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또는, 유기 절연막의 단부가 반도체 장치(100A)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하고, 반도체 장치(100A)의 단부에서 유기 절연막이 노출되지 않도록 하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연막이 적합하다. 유기 절연막에 사용할 수 있는 재료로서는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록산 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다.
도 20에 도시된 영역(228)에서는 절연층(214)에 개구가 형성되어 있다. 이로써, 절연층(214)에 유기 절연막을 사용하는 경우에도 절연층(214)을 통하여 외부로부터 화소부(12)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 반도체 장치(100A)의 신뢰성을 높일 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 소스 및 드레인으로서 기능하는 도전층(222a) 및 도전층(222b), 반도체층(231), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 그리고 게이트로서 기능하는 도전층(223)을 가진다. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층에 같은 해치 패턴을 부여하였다. 절연층(211)은 도전층(221)과 반도체층(231) 사이에 위치한다. 절연층(213)은 도전층(223)과 반도체층(231) 사이에 위치한다.
본 실시형태의 반도체 장치가 가지는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 플레이너형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역 스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 및 보텀 게이트형 중 어느 트랜지스터 구조로 하여도 좋다. 또는, 채널이 형성되는 반도체층의 상하에 게이트가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 끼우는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속하고, 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동시켜도 좋다. 또는, 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 공급하고, 다른 쪽에 구동을 위한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층으로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물(IGZO라고도 기재함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, In-M-Zn 산화물을 성막하기 위하여 사용하는 스퍼터링 타깃은 In의 원자수비가 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 스퍼터링 타깃의 금속 원소의 원자수비로서는 In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=1:1:1.2, In:M:Zn=2:1:3, In:M:Zn=3:1:2, In:M:Zn=4:2:3, In:M:Zn=4:2:4.1, In:M:Zn=5:1:6, In:M:Zn=5:1:7, In:M:Zn=5:1:8, In:M:Zn=6:1:6, In:M:Zn=5:2:5 등을 들 수 있다.
스퍼터링 타깃으로서는 다결정 산화물을 포함하는 타깃을 사용하면, 결정성을 가지는 반도체층을 형성하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 또한 성막되는 반도체층의 원자수비는 상기 스퍼터링 타깃에 포함되는 금속 원소의 원자수비의 ±40%의 변동을 포함한다. 예를 들어 반도체층에 사용하는 스퍼터링 타깃의 조성이 In:Ga:Zn=4:2:4.1[원자수비]인 경우, 성막되는 반도체층의 조성은 In:Ga:Zn=4:2:3[원자수비] 근방인 경우가 있다.
또한 원자수비가 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 4로 하였을 때, Ga의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, Zn의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 5로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 1로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
회로(164)가 가지는 트랜지스터와 화소부(12)가 가지는 트랜지스터는 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조이어도 좋다. 회로(164)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 화소부(12)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다.
기판(151) 외측에는 접착층(150)이 제공된다. 접착층(150)에 의하여 반도체 장치(100A)를 물체에 고정할 수 있다.
기판(152) 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다. 광학 부재로서는 편광판, 위상차판, 광 확산층(확산 필름 등), 반사 방지층, 및 집광 필름 등을 들 수 있다. 또한 기판(152) 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성의 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드 코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
기판(151) 및 기판(152)에는 각각 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 수지 등을 사용할 수 있다. 기판(151) 및 기판(152)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면, 반도체 장치의 가요성을 높일 수 있다.
접착층(142), 접착층(155)으로서는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히 에폭시 수지 등의 투습성이 낮은 재료가 바람직하다. 또한 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
발광 소자(130)는 톱 이미션형, 보텀 이미션형, 듀얼 이미션형 등이 있다. 광을 추출하는 측의 전극에는, 적외광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는, 적외광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(130)는 적어도 발광층(193)을 가진다. 발광 소자(130)는 발광층(193) 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 블록 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 또는 바이폴라성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 층을 더 가져도 좋다. 예를 들어, 공통층(172)은 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 공통층(174)은 전자 수송층 및 전자 주입층 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다.
공통층(172), 발광층(193), 및 공통층(174)에는 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물 중 어느 것을 사용할 수도 있고, 무기 화합물을 포함하여도 좋다. 공통층(172), 발광층(193), 및 공통층(174)을 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
발광층(193)은 발광 재료로서 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물을 가져도 좋다.
광전 변환 소자(30)의 활성층(173)은 반도체를 포함한다. 상기 반도체로서는 실리콘 등의 무기 반도체, 및 유기 화합물을 포함하는 유기 반도체를 들 수 있다. 본 실시형태에서는 활성층이 가지는 반도체로서 유기 반도체를 사용하는 예를 나타낸다. 유기 반도체를 사용함으로써, 발광 소자(130)의 발광층(193)과 광전 변환 소자(30)의 활성층(173)을 같은 방법(예를 들어 진공 증착법)으로 형성할 수 있기 때문에 제조 장치를 공통화할 수 있어 바람직하다.
활성층(173)이 가지는 n형 반도체의 재료로서는, 풀러렌(예를 들어 C60, C70 등) 또는 그 유도체 등의 전자 수용성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다. 또한 활성층(173)이 가지는 p형 반도체의 재료로서는, 구리(II)프탈로사이아닌(Copper(II)phthalocyanine; CuPc)이나 테트라페닐다이벤조페리플란텐(Tetraphenyldibenzoperiflanthene; DBP) 등의 전자 공여성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다.
예를 들어, 활성층(173)은 n형 반도체와 p형 반도체를 공증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인 이외에, 반도체 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층에 사용할 수 있는 재료로서는 알루미늄, 타이타늄, 크로뮴, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 또는 텅스텐 등의 금속, 또는 이를 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 이들 재료를 포함하는 막을 단층으로 또는 적층 구조로 사용할 수 있다.
또한 투광성을 가지는 도전 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연 등의 도전성 산화물 또는 그래핀을 사용할 수 있다. 또는 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 또는 타이타늄 등의 금속 재료나, 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다. 또는 상기 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 사용하여도 좋다. 또한 금속 재료, 합금 재료(또는 이들의 질화물)를 사용하는 경우에는, 투광성을 가질 정도로 얇게 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 재료의 적층막을 도전층으로서 사용할 수 있다. 예를 들어 은과 마그네슘의 합금과, 인듐 주석 산화물의 적층막 등을 사용하면, 도전성을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 이들은 반도체 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층이나, 표시 소자가 가지는 도전층(화소 전극이나 공통 전극으로서 기능하는 도전층)에도 사용할 수 있다.
각 절연층에 사용할 수 있는 절연 재료로서는 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료를 들 수 있다.
[반도체 장치(100B)]
도 21에 반도체 장치(100B)의 단면도를 도시하였다.
반도체 장치(100B)는 기판(151) 및 기판(152)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 및 절연층(212)을 가지는 점 그리고 보호층(195)을 가지는 점에서 반도체 장치(100A)와 주로 상이하다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다. 접착층(142)은 광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)와 각각 중첩되어 제공되어 있고, 반도체 장치(100B)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
반도체 장치(100B)는 제작 기판 위에서 형성된 절연층(212), 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 광전 변환 소자(30), 및 발광 소자(130) 등을 기판(153) 위로 전치함으로써 제작되는 구성으로 한다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이로써 반도체 장치(100B)의 가요성을 높일 수 있다.
기판(153) 외측에는 접착층(150)이 제공된다. 접착층(150)에 의하여 반도체 장치(100B)를 물체에 고정할 수 있다.
절연층(212)에는 절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)를 덮는 보호층(195)을 제공함으로써, 광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여 광전 변환 소자(30) 및 발광 소자(130)의 신뢰성을 높일 수 있다.
반도체 장치(100B)의 단부 근방의 영역(228)에서, 절연층(214)의 개구를 통하여 절연층(215)과 보호층(195)이 서로 접촉하는 것이 바람직하다. 특히 절연층(215)이 가지는 무기 절연막과 보호층(195)이 가지는 무기 절연막이 서로 접촉하는 것이 바람직하다. 이로써, 유기 절연막을 통하여 외부로부터 반도체 장치(100B)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 반도체 장치(100B)의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(195)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조이어도 좋다. 이때, 무기 절연막의 단부를 유기 절연막의 단부보다 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다.
[반도체 장치(100C)]
도 22의 (A)에 반도체 장치(100C)의 단면도를 도시하였다.
반도체 장치(100C)는 트랜지스터의 구조가 반도체 장치(100B)와 상이하다.
반도체 장치(100C)는 기판(153) 위에 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)를 가진다.
트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 채널 형성 영역(231i) 및 한 쌍의 저저항 영역(231n)을 가지는 반도체층, 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽과 접속되는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽과 접속되는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(225), 게이트로서 기능하는 도전층(223), 그리고 도전층(223)을 덮는 절연층(215)을 가진다. 절연층(211)은 도전층(221)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 절연층(225)은 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다.
도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)과 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
발광 소자(130)의 화소 전극(191)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(208)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽과 전기적으로 접속된다.
광전 변환 소자(30)의 화소 전극(171)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(209)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽과 전기적으로 접속된다.
도 22의 (A)에서는 절연층(225)이 반도체층의 상면 및 측면을 덮는 예를 나타내었다. 한편으로, 도 22의 (B)에서는 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과 중첩되지 않는다. 예를 들어, 도전층(223)을 마스크로서 사용하여 절연층(225)을 가공함으로써 도 22의 (B)에 도시된 구조를 제작할 수 있다. 도 22의 (B)에서는 절연층(225) 및 도전층(223)을 덮어 절연층(215)이 제공되고, 절연층(215)의 개구를 통하여 도전층(222a) 및 도전층(222b)이 각각 저저항 영역(231n)과 접속된다. 또한 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
[금속 산화물]
이하에서는 반도체층에 적용할 수 있는 금속 산화물에 대하여 설명한다.
또한 본 명세서 등에서 질소를 가지는 금속 산화물도 금속 산화물(metal oxide)이라고 총칭하는 경우가 있다. 또한 질소를 가지는 금속 산화물을 금속 산질화물(metal oxynitride)이라고 불러도 좋다. 예를 들어, 아연 산질화물(ZnON) 등 질소를 가지는 금속 산화물을 반도체층에 사용하여도 좋다.
반도체층에는 캐리어 농도가 낮은 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 금속 산화물의 캐리어 농도를 낮추는 경우에는 금속 산화물 내의 불순물 농도를 낮추고, 결함 준위 밀도를 낮추면 좋다. 본 명세서 등에서 불순물 농도가 낮고 결함 준위 밀도가 낮은 것을 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 한다. 또한 금속 산화물 내의 불순물로서는 예를 들어 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다.
특히 금속 산화물에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합되는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에, 금속 산화물 내에 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 금속 산화물 내의 채널 형성 영역에 산소 결손이 포함되면, 트랜지스터는 노멀리 온 특성이 되는 경우가 있다. 또한 산소 결손에 수소가 들어간 결함은 도너로서 기능하고, 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부가 금속 원자와 결합되는 산소와 결합되어, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서, 수소가 많이 포함되는 금속 산화물을 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성이 되기 쉽다.
산소 결손에 수소가 들어간 결함은 금속 산화물의 도너로서 기능할 수 있다. 그러나, 상기 결함을 정량적으로 평가하는 것은 어렵다. 그러므로, 금속 산화물에서는 도너 농도가 아니라 캐리어 농도로 평가되는 경우가 있다. 따라서, 본 명세서 등에서는 금속 산화물의 파라미터로서 도너 농도가 아니라 전계가 인가되지 않는 상태를 상정한 캐리어 농도를 사용하는 경우가 있다. 즉, 본 명세서 등에 기재된 '캐리어 농도'는 '도너 농도'라고 환언할 수 있는 경우가 있다.
따라서, 금속 산화물 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 금속 산화물에서 이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의하여 얻어지는 수소 농도를 1×1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만으로 한다. 수소 등 불순물이 충분히 저감된 금속 산화물을 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
또한 채널 형성 영역의 금속 산화물의 캐리어 농도는 1×1018cm-3 이하인 것이 바람직하고, 1×1017cm-3 미만인 것이 더 바람직하고, 1×1016cm-3 미만인 것이 더욱 바람직하고, 1×1013cm-3 미만인 것이 더욱더 바람직하고, 1×1012cm-3 미만인 것이 나아가 더욱더 바람직하다. 또한 채널 형성 영역의 금속 산화물의 캐리어 농도의 하한값에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 1×10-9cm-3로 할 수 있다.
본 명세서 등에서 CAAC(c-axis aligned crystal) 및 CAC(Cloud-Aligned Composite)라고 기재하는 경우가 있다. CAAC는 결정 구조의 일례를 나타내고, CAC는 기능 또는 재료의 구성의 일례를 나타낸다.
예를 들어 반도체층에는 CAC-OS를 사용할 수 있다.
CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 가지고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 가지고, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide를 트랜지스터의 반도체층에 사용하는 경우, 도전성의 기능은 캐리어가 되는 전자(또는 홀)를 흘리는 기능이고, 절연성의 기능은 캐리어가 되는 전자를 흘리지 않는 기능이다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 각각 상보적으로 작용시킴으로써, 스위칭 기능(On/Off시키는 기능)을 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide에 부여할 수 있다. CAC-OS 또는 CAC-metal oxide에서 각각의 기능을 분리시킴으로써 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다.
또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 도전성 영역 및 절연성 영역을 가진다. 도전성 영역은 상술한 도전성의 기능을 가지고, 절연성 영역은 상술한 절연성의 기능을 가진다. 또한 재료 내에서, 도전성 영역과 절연성 영역은 나노 입자 레벨로 분리되어 있는 경우가 있다. 또한 도전성 영역과 절연성 영역은 각각 재료 내에 편재(偏在)하는 경우가 있다. 또한 도전성 영역은 그 주변이 흐릿해져 클라우드상(cloud-like)으로 연결되어 관찰되는 경우가 있다.
또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide에서 도전성 영역과 절연성 영역은 각각 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 0.5nm 이상 3nm 이하의 크기로 재료 내에 분산되어 있는 경우가 있다.
또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 상이한 밴드 갭을 가지는 성분으로 구성된다. 예를 들어 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 절연성 영역에 기인하는 와이드 갭을 가지는 성분과 도전성 영역에 기인하는 내로 갭을 가지는 성분으로 구성된다. 상기 구성의 경우, 캐리어를 흘릴 때 내로 갭을 가지는 성분에서 주로 캐리어가 흐른다. 또한 내로 갭을 가지는 성분이 와이드 갭을 가지는 성분에 상보적으로 작용되고, 내로 갭을 가지는 성분에 연동하여 와이드 갭을 가지는 성분에도 캐리어가 흐른다. 그러므로, 상기 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용하는 경우, 트랜지스터의 도통 상태에서 높은 전류 구동력, 즉 큰 온 전류 및 높은 전계 효과 이동도를 얻을 수 있다.
즉, CAC-OS 또는 CAC-metal oxide를 매트릭스 복합재(matrix composite) 또는 금속 매트릭스 복합재(metal matrix composite)라고 부를 수도 있다.
산화물 반도체(금속 산화물)는 단결정 산화물 반도체와 그 이외의 비단결정 산화물 반도체로 나누어진다. 비단결정 산화물 반도체로서는 예를 들어 CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor), 다결정 산화물 반도체, nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor), a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 및 비정질 산화물 반도체 등이 있다.
CAAC-OS는 c축 배향성을 가지며 a-b면 방향에서 복수의 나노 결정이 연결되어 변형을 가지는 결정 구조를 가진다. 또한 변형이란 복수의 나노 결정이 연결되는 영역에서 격자 배열이 정렬된 영역과 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다.
나노 결정은 기본적으로 육각형이지만 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한 변형에서 오각형 및 칠각형 등의 격자 배열을 가지는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서, 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리라고도 함)를 확인하는 것은 어렵다. 즉, 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이는 CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원소가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여, 변형을 허용할 수 있기 때문이다.
또한 CAAC-OS는 인듐 및 산소를 가지는 층(이하, In층)과, 원소 M, 아연, 및 산소를 가지는 층(이하, (M, Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 치환할 수 있고, (M, Zn)층의 원소 M이 인듐으로 치환된 경우, (In, M, Zn)층이라고 나타낼 수도 있다. 또한 In층의 인듐이 원소 M으로 치환된 경우, (In, M)층이라고 나타낼 수도 있다.
CAAC-OS는 결정성이 높은 금속 산화물이다. 한편으로, CAAC-OS에서는 명확한 결정립계를 확인하기 어렵기 때문에, 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 금속 산화물의 결정성은 불순물의 혼입이나 결함의 생성 등으로 인하여 저하되는 경우가 있기 때문에 CAAC-OS는 불순물이나 결함(산소 결손(VO: oxygen vacancy라고도 함) 등)이 적은 금속 산화물이라고도 할 수 있다. 따라서, CAAC-OS를 가지는 금속 산화물은 물리적 성질이 안정된다. 그러므로, CAAC-OS를 가지는 금속 산화물은 열에 강하고 신뢰성이 높다.
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 가진다. 또한 nc-OS는 상이한 나노 결정 사이에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서, nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS나 비정질 산화물 반도체와 구별할 수 없는 경우가 있다.
또한 인듐과, 갈륨과, 아연을 가지는 금속 산화물의 일종인 인듐-갈륨-아연 산화물(이하 IGZO)은 상술한 나노 결정으로 함으로써 안정적인 구조를 가지는 경우가 있다. 특히 IGZO는 대기 중에서는 결정 성장되기 어려운 경향이 있기 때문에, 큰 결정(여기서는, 수mm의 결정 또는 수cm의 결정)보다 작은 결정(예를 들어 상술한 나노 결정)으로 하는 것이 구조적으로 더 안정되는 경우가 있다.
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 금속 산화물이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS와 비교하여 결정성이 낮다.
산화물 반도체(금속 산화물)는 다양한 구조를 가지고, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상을 가져도 좋다.
반도체층으로서 기능하는 금속 산화물막은 불활성 가스 및 산소 가스 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 사용하여 성막할 수 있다. 또한 금속 산화물막 성막 시의 산소의 유량비(산소 분압)에 특별히 한정은 없다. 다만, 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 얻는 경우에는 금속 산화물막 성막 시의 산소 유량비(산소 분압)는 0% 이상 30% 이하가 바람직하고, 5% 이상 30% 이하가 더 바람직하고, 7% 이상 15% 이하가 더욱 바람직하다.
금속 산화물은 에너지 갭이 2eV 이상인 것이 바람직하고, 2.5eV 이상인 것이 더 바람직하고, 3eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 에너지 갭이 넓은 금속 산화물을 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
금속 산화물막 성막 시의 기판 온도는 350℃ 이하가 바람직하고, 실온 이상 200℃ 이하가 더 바람직하고, 실온 이상 130℃ 이하가 더욱 바람직하다. 금속 산화물막 성막 시의 기판 온도가 실온이면 생산성을 높일 수 있어 바람직하다.
금속 산화물막은 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 그 이외에, 예를 들어 PLD법, PECVD법, 열 CVD법, ALD법, 진공 증착법 등을 사용하여도 좋다.
수광 소자는 활성층 이외의 적어도 하나의 층을 발광 소자(EL 소자)와 공통된 구성으로 할 수 있다. 또한 수광 소자는 활성층 이외의 모든 층을 발광 소자(EL 소자)와 공통된 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어, 발광 소자의 제작 공정에 활성층을 성막하는 공정을 추가하기만 하면, 발광 소자와 수광 소자를 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 또한 수광 소자와 발광 소자는 화소 전극과 공통 전극을 각각 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 또한 수광 소자와 전기적으로 접속되는 회로와, 발광 소자와 전기적으로 접속되는 회로를 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작함으로써, 반도체 장치의 제작 공정을 간략화할 수 있다. 이와 같이, 복잡한 공정을 가지지 않아도 수광 소자를 내장하며 편리성이 높은 반도체 장치를 제작할 수 있다.
또한 본 실시형태의 반도체 장치는 수광 소자와 발광 소자 사이에 유색층을 가진다. 수광 소자와 발광 소자를 전기적으로 절연하는 격벽이 상기 유색층을 겸하여도 좋다. 유색층은 반도체 장치 내의 미광을 흡수할 수 있기 때문에, 수광 소자를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 가진다. 예를 들어, 전자 기기의 표시부에 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 반도체 장치는 광을 검출하는 기능을 가지기 때문에, 접촉이나 비접촉을 불문하고 입력 동작을 수행할 수 있다. 또한 표시부의 촬상 기능을 이용하여 생체 인증을 수행할 수 있다. 이로써, 전자 기기의 기능성이나 편리성 등을 높일 수 있다.
전자 기기로서는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 이외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것)를 가져도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 23의 (A)에 도시된 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 가진다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 가진다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있다.
도 23의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함한 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 가지는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 프린트 기판(6517), 배터리(6518) 등이 배치된다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(도시하지 않았음)에 의하여 고정되어 있다. 또한 표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있고, 상기 표시 장치의 센서 기능만을 사용하는 경우에는 터치 센서 패널(6513)을 생략하여도 좋다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접히고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속된다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 프린트 기판(6517)에 제공된 단자에 접속된다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 가요성을 가지는 표시 장치를 적용할 수 있다. 그러므로, 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에, 전자 기기의 두께를 억제하면서 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 24의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 나타낸 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7000)가 제공되어 있다. 여기서는 스탠드(7103)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있다.
도 24의 (A)에 도시된 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7111)에 의하여 수행할 수 있다. 또는, 표시부(7000)에 포함된 터치 센서 또는 니어 터치 센서를 기능시키고, 손가락 등으로 표시부(7000)를 터치하거나 또는 손가락 등을 표시부(7000)에 근접시킴으로써 텔레비전 장치(7100)를 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)는 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)가 가지는 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있기 때문에, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송의 수신을 수행할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의하여 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 24의 (B)는 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타낸 것이다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 외부 접속 포트(7214) 등을 가진다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 제공되어 있다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있다.
도 24의 (C) 및 (D)는 디지털 사이니지의 일례를 나타낸 것이다.
도 24의 (C)에 도시된 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 가진다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
도 24의 (D)는 원기둥 형상의 기둥(7401)에 제공된 디지털 사이니지(7400)이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 24의 (C) 및 (D)에서, 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽고, 예를 들어 광고의 홍보 효과를 높일 수 있다.
표시부(7000)에 포함된 터치 센서, 니어 터치 센서를 기능시킴으로써, 표시부(7000)에 화상 또는 동영상을 표시할 뿐만 아니라, 사용자의 직관적인 조작이 가능해진다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 취득하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
또한 도 24의 (C) 및 (D)에 도시된 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 소유하는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계 가능한 것이 바람직하다. 예를 들어, 표시부(7000)에 표시되는 광고의 정보를 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면에 표시시킬 수 있다. 또한 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)를 조작함으로써 표시부(7000)의 표시를 전환할 수 있다.
또한 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)에, 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면을 조작 수단(컨트롤러)으로 한 게임을 실행시킬 수도 있다. 이로써, 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참가하여 즐길 수 있다.
도 25의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
도 25의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가진다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 전자 기기에 카메라 등을 제공하여, 정지 화상이나 동영상을 촬영하고 기록 매체(외부 기록 매체 또는 카메라에 내장된 기록 매체)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 25의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다. 도 25의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기에 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 사용함으로써, 비접촉으로도 입력 동작이 가능해진다. 또한 표시부의 촬상 기능을 이용하여 생체 인증을 수행할 수 있다. 이로써, 전자 기기의 기능성이나 편리성 등을 높일 수 있다.
도 25의 (A)는 휴대 정보 단말기(9101)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)는 문자나 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 도 25의 (A)는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타낸 것이다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 일례로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 안테나 수신의 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 25의 (B)는 휴대 정보 단말기(9102)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 상이한 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어, 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9102) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수도 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓으로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 25의 (C)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트워치로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 무선 통신 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호로 데이터를 주고받거나 충전할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 25의 (D) 내지 (F)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 도시한 사시도이다. 또한 도 25의 (D)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태의 사시도이고, 도 25의 (F)는 접은 상태의 사시도이고, 도 25의 (E)는 도 25의 (D) 및 (F) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)가 가지는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지되어 있다. 예를 들어 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
10: 촬상 장치, 10A: 촬상 장치, 11: 화소, 12: 화소부, 13: 게이트 드라이버 회로, 13A: 게이트 드라이버 회로, 13B: 게이트 드라이버 회로, 13C: 게이트 드라이버 회로, 14: 회로, 15: A/D 변환 회로, 16: 배선, 16A: 배선, 16B: 배선, 16C: 배선, 17: 배선, 17A: 배선, 17B: 배선, 17C: 배선, 18: 배선, 19: 배선, 21: 부하 회로, 22: CDS 회로, 23: 신호 출력 회로, 24: 시프트 레지스터 회로, 25: 배선, 26: 배선, 27: 배선, 28: 배선, 30: 광전 변환 소자, 31: 트랜지스터, 32: 트랜지스터, 33: 트랜지스터, 34: 트랜지스터, 35: 용량 소자, 36: 트랜지스터, 37: 트랜지스터, 38: 용량 소자, 40: 배선, 41: 배선, 42: 배선, 44: 배선, 45: 배선, 46: 배선, 47: 배선, 52: 전류, 52a: 전류, 52b: 전류, 54: 전류, 61a: 용량 소자, 61b: 용량 소자, 62: 트랜지스터, 63: 트랜지스터, 64: 트랜지스터, 65: 트랜지스터, 66: 트랜지스터, 71: 배선, 72: 배선, 73: 배선, 74: 배선, 75: 배선, 76: 배선, 77: 배선, 81: 기간, 82: 기간, 83: 기간, 84: 기간, 85a: 기간, 85b: 기간, 86a: 기간, 86b: 기간, 90: 반도체 장치, 90A: 반도체 장치, 91: 기판, 92: 기판, 93: 발광 장치, 94: 광, 95: 광, 97: 손가락, 99: 지문, 100A: 반도체 장치, 100B: 반도체 장치, 100C: 반도체 장치, 101: 트랜지스터, 102: 트랜지스터, 103: 트랜지스터, 104: 트랜지스터, 105: 트랜지스터, 106: 트랜지스터, 107: 트랜지스터, 108: 트랜지스터, 109: 트랜지스터, 111: 용량 소자, 112: 용량 소자, 120: 트랜지스터, 123a: 광, 123b: 반사광, 123c: 광, 123d: 반사광, 130: 발광 소자, 131: 트랜지스터, 142: 접착층, 143: 공간, 150: 접착층, 151: 기판, 152: 기판, 153: 기판, 154: 기판, 155: 접착층, 164: 회로, 171: 화소 전극, 172: 공통층, 173: 활성층, 174: 공통층, 175: 공통 전극, 182: 버퍼층, 184: 버퍼층, 191: 화소 전극, 192: 버퍼층, 193: 발광층, 194: 버퍼층, 195: 보호층, 201: 트랜지스터, 205: 트랜지스터, 206: 트랜지스터, 208: 트랜지스터, 209: 트랜지스터, 210: 트랜지스터, 211: 절연층, 212: 절연층, 213: 절연층, 214: 절연층, 215: 절연층, 216: 격벽, 217: 격벽, 218: 절연층, 221: 도전층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 223: 도전층, 225: 절연층, 228: 영역, 231: 반도체층, 231i: 채널 형성 영역, 231n: 저저항 영역, 802a: 하우징, 802b: 하우징, 802c: 하우징, 803a: 힌지, 803b: 힌지, 900A: 반도체 장치, 900B: 반도체 장치, 900C: 반도체 장치, 900D: 반도체 장치, 900E: 반도체 장치, 900F: 반도체 장치, 6500: 전자 기기, 6501: 하우징, 6502: 표시부, 6503: 전원 버튼, 6504: 버튼, 6505: 스피커, 6506: 마이크로폰, 6507: 카메라, 6508: 광원, 6510: 보호 부재, 6511: 표시 패널, 6512: 광학 부재, 6513: 터치 센서 패널, 6515: FPC, 6516: IC, 6517: 프린트 기판, 6518: 배터리, 7000: 표시부, 7100: 텔레비전 장치, 7101: 하우징, 7103: 스탠드, 7111: 리모트 컨트롤러, 7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 7211: 하우징, 7212: 키보드, 7213: 포인팅 디바이스, 7214: 외부 접속 포트, 7300: 디지털 사이니지, 7301: 하우징, 7303: 스피커, 7311: 정보 단말기, 7400: 디지털 사이니지, 7401: 기둥, 7411: 정보 단말기, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9050: 아이콘, 9051: 정보, 9052: 정보, 9053: 정보, 9054: 정보, 9055: 힌지, 9101: 휴대 정보 단말기, 9102: 휴대 정보 단말기, 9200: 휴대 정보 단말기, 9201: 휴대 정보 단말기
Claims (6)
- 촬상 장치로서,
화소와 CDS 회로를 가지고,
상기 CDS 회로는 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 제 1 용량 소자와, 제 2 용량 소자를 가지고,
상기 화소는 배선을 통하여 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 상기 제 1 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 제 2 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 3 트랜지스터의 게이트, 상기 제 1 용량 소자의 다른 쪽 전극, 및 상기 제 2 용량 소자의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속되는, 촬상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 화소는 상기 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 1 신호로서 상기 배선에 출력하는 제 1 기간과, 상기 화소에 기록된 촬상 데이터를 리셋하고 제 2 신호를 상기 배선에 출력하는 제 2 기간을 가지고,
상기 CDS 회로는 상기 제 1 기간에 상기 제 2 트랜지스터를 도통 상태로 하는 기능을 가지고,
상기 제 2 기간에 상기 제 2 트랜지스터를 비도통 상태로 하는 기능을 가지는, 촬상 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지고,
상기 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 가지는, 촬상 장치. - 화소와 커런트 미러 회로를 가지고,
상기 화소 및 상기 커런트 미러 회로는 배선과 전기적으로 접속되고,
상기 커런트 미러 회로는 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터를 가지고,
상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 배선과 전기적으로 접속되는 촬상 장치의 구동 방법으로서,
상기 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 1 기간에 제 1 신호로서 상기 배선에 출력하고,
상기 화소에 기록된 촬상 데이터를 제 2 기간에 리셋하고 제 2 신호를 상기 화소로부터 상기 배선에 출력하고,
상기 제 1 기간에, 상기 제 1 트랜지스터의 게이트, 상기 제 2 트랜지스터의 게이트, 및 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽에 제 1 전위를 공급하고, 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전원 전위를 공급하고,
상기 제 2 기간에, 상기 제 1 트랜지스터의 게이트, 상기 제 2 트랜지스터의 게이트, 및 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽에 제 2 전위를 공급하고, 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 상기 전원 전위를 공급하고,
상기 제 2 전위와 상기 전원 전위의 차이는 상기 제 1 전위와 상기 전원 전위의 차이보다 큰, 촬상 장치의 구동 방법. - 제 4 항에 있어서,
CDS 회로를 가지고,
상기 CDS 회로는 제 3 트랜지스터와, 제 4 트랜지스터와, 제 5 트랜지스터와, 제 1 용량 소자와, 제 2 용량 소자를 가지고,
상기 배선은 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 상기 제 1 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 제 2 용량 소자의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 5 트랜지스터의 게이트, 상기 제 1 용량 소자의 다른 쪽 전극, 및 상기 제 2 용량 소자의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속되는 촬상 장치의 구동 방법이고,
상기 제 1 기간에는 상기 제 4 트랜지스터를 도통 상태로 하고,
상기 제 2 기간에는 상기 제 4 트랜지스터를 비도통 상태로 하는, 촬상 장치의 구동 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터 및 상기 제 4 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지고,
상기 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 가지는, 촬상 장치의 구동 방법.
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