TWI517706B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

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黑川義元
池田隆之
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半導體能源研究所股份有限公司
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Description

半導體裝置及其製造方法
技術領域關於一種光感測器及其驅動方法。另外，技術領域關於一種具有光感測器的顯示裝置及其驅動方法。另外，技術領域關於一種具有光感測器的半導體裝置及其驅動方法。
近年來，安裝有檢測光的感測器(也稱為“光感測器”)的顯示裝置引人注目。藉由將光感測器設置在顯示裝置中，將顯示幕幕還用作輸入區域。作為一個例子，可以舉出具備有影像接收功能的顯示裝置(例如，參照專利文獻1)。
另外，作為具有光感測器的半導體裝置，可以舉出CCD方式的影像感測器、CMOS方式的影像感測器等。這些影像感測器例如用於數位相機或手機等電子設備。
在安裝有光感測器的顯示裝置中，首先從顯示裝置射出光。入射到存在有檢測物件的區域的光由檢測物件被遮擋，而一部分的光被反射。藉由設置在顯示裝置內的像素中的光感測器檢測出由檢測物件反射的光，可以識別在該區域中存在有檢測物件。
另外，在安裝有光感測器的半導體裝置中，使用光感測器直接檢測出或使用光學透鏡等聚光之後檢測出從檢測物件射出的光或外光等被檢測對象反射的光。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2001-292276號公報
為了拍攝檢測物件而取得影像，需要在光感測器中將入射光轉換為電信號。另外，由於電信號一般是模擬信號，所以需要使用A/D轉換電路將該信號轉換為數位信號。
於是，本發明的目的之一是在光感測器中將入射光準確地轉換為電信號。另外，本發明的目的之一是提供具有用來達到上述目的的新的電路結構的光感測器。
另外，當拍攝快速地移動的檢測物件時有容易發生影像模糊的問題。本發明的目的之一是解決上述問題。
另外，為了實現高解析度的拍攝影像，需要A/D轉換電路的快速操作，而有耗電量增大的問題。本發明的目的之一是解決上述問題。
另外，為了取得高解析度的彩色影像，需要A/D轉換電路的快速操作，而有耗電量增大的問題。本發明的目的之一是解決上述問題。
另外，當入射到光感測器的光微弱時，有難以將該光準確地轉換為電信號的問題。本發明的目的之一是解決上述問題。
本發明的一個實施例是一種半導體裝置，該半導體裝置包括具有光二極體、第一電晶體以及第二電晶體的光感測器，光二極體具有將對應於入射光的電荷供給給第一電晶體的閘極的功能，第一電晶體具有累積供給給閘極的電荷的功能，第二電晶體具有保持累積在第一電晶體的閘極的電荷的功能。
上述第二電晶體最好使用氧化物半導體形成。
上述光二極體最好使用單晶半導體形成。
在上述光感測器中設置有控制第一電晶體的輸出信號的讀取的第三電晶體。
本發明的另一個實施例是一種半導體裝置，該半導體裝置包括多個光感測器，多個光感測器進行重設操作、累積操作及選擇操作，同時進行重設操作，同時進行累積操作，依次進行選擇操作。由此，在多個光感測器中，同時進行重設操作，同時進行累積操作，而個別進行選擇操作。並且，所有光感測器的選擇操作所要的總時間最好比累積操作所要的時間長。
上述半導體裝置具有在進行上述重設操作之後反復進行累積操作和選擇操作的功能。
本發明的一個實施例是一種半導體裝置，該半導體裝置包括多個光感測器及特定的顏色的光源，該多個光感測器進行重設操作、累積操作及選擇操作，對該特定的顏色同時進行重設操作，對該特定的顏色同時進行累積操作，依次進行選擇操作。由此，在多個光感測器中，同時進行重設操作，同時進行累積操作，個別進行選擇操作。
當該特定顏色是多種顏色時，多個光感測器對該多種顏色的各個顏色同時進行重設操作及累積操作，依次進行選擇操作。由此，在多個光感測器中，對各個顏色同時進行重設操作，對各個顏色同時進行累積操作，而對各個顏色分別進行選擇操作。
在本發明中，重設操作是指使光感測器初期化的操作，累積操作是指光感測器累積相應於入射光的電荷的操作，並且選擇操作是指光感測器輸出電信號(讀取操作)的操作。
半導體裝置是指具有半導體的性質的構件及包括該具有半導體的性質的構件的所有裝置。例如，有時具有電晶體的顯示裝置也稱為半導體裝置。
光感測器的一個實施例藉由具有使用氧化物半導體的電晶體能夠將入射光準確地轉換為電信號。
由於同時進行多個光感測器的累積操作，所以可以在短時間內進行累積操作，並也可以對快速移動的檢測物件取得很少模糊的影像。
控制累積操作的電晶體由於使用氧化物半導體形成，所以截止電流極小。由此，即使光感測器的數量增加，而選擇操作所要的時間變長，也可以將入射光準確地轉換為電信號。從而，能夠高解析度地拍攝影像。另外，即使光感測器的數量及顏色的數量增加，而選擇操作所要的總時間變長，也可以將入射光準確地轉換為電信號。從而，可以取得高解析度的彩色影像。
當入射到光感測器的光微弱時，也可以將該光準確地轉換為電信號。
由於可以延長選擇操作所要的時間，所以不是必須要A/D轉換電路的快速操作，而可以抑制耗電量。
換言之，在抑制A/D轉換電路的耗電量的同時高解析度地拍攝影像。
下面，將參照附圖詳細說明實施例。但是，下面的實施例可以藉由多種不同的模式來實施，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其模式和詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施例所記載的內容中。注意，在用於說明實施例的所有附圖中，使用相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重複說明。
實施例1
在本實施例中，將參照圖1至圖3說明顯示裝置。
參照圖1說明顯示裝置的結構。顯示面板100包括像素電路101、顯示元件控制電路102以及光感測器控制電路103。
像素電路101具有在行列方向上配置為矩陣狀的多個像素104。各個像素104具有顯示元件105和光感測器106。不必須要將一個光感測器設置在每個像素104中，而也可以設置在兩個以上的像素104中。另外，也可以在像素104的外部設置光感測器。
參照圖2說明像素104的電路圖。像素104包括具有電晶體201、儲存電容器202和液晶元件203的顯示元件105以及具有光接收元件的光二極體204、電晶體205、電晶體206、電晶體207的光感測器106。
在顯示元件105中，電晶體201的閘極與閘極信號線208電連接，其源極電極和汲極電極中的一個與視頻資料信號線212電連接，源極電極和汲極電極中的另一個與儲存電容器202的一個電極以及液晶元件203的一個電極電連接。儲存電容器202的另一個電極和液晶元件203的另一個電極保持為恒定的電位。液晶元件203是包括一對電極和該一對電極之間的液晶層的元件。
電晶體201具有控制對儲存電容器202的電荷注入或電荷排出的功能。例如，當對閘極信號線208施加高電位時，將視頻資料信號線212的電位施加到儲存電容器202和液晶元件203。儲存電容器202具有保持相當於施加到液晶元件203的電壓的電荷的功能。利用偏光方向由對液晶元件203施加的電壓而變化的現象來形成透過液晶元件203的光的明暗(灰度)，從而實現影像顯示。作為透過液晶元件203的光，使用從液晶顯示裝置的背面照射的來自光源(背光燈)的光。
作為電晶體201可以使用非晶半導體、微晶半導體、多晶半導體、氧化物半導體或單晶半導體等。尤其是藉由使用氧化物半導體形成截止電流極小的電晶體，可以提高顯示品質。
另外，在此說明了顯示元件105具有液晶元件的情況，但是也可以具有發光元件等的其他元件。發光元件是亮度由電流或電壓控制的元件，明確而言，可以舉出發光二極體、OLED(有機發光二極體：Organic Light Emitting Diode)等。
在光感測器106中，光二極體204的一個電極與光二極體重設信號線210電連接，另一個電極與電晶體207的源極電極和汲極電極中的一個電連接。電晶體205的源極電極和汲極電極中的一個與光感測器基準信號線213電連接，電晶體205的源極電極和汲極電極中的另一個與電晶體206的源極電極和汲極電極中的一個電連接。電晶體206的閘極與閘極信號線211電連接，電晶體206的源極電極和汲極電極中的另一個與光感測器輸出信號線214電連接。電晶體207的閘極與閘極信號線209電連接，電晶體207的源極電極和汲極電極中的另一個與電晶體205的閘極電連接。
光二極體204可以使用非晶半導體、微晶半導體、多晶半導體、氧化物半導體或單晶半導體等。尤其是為了提高由入射光產生的電信號的比率(量子效率)，最好使用結晶缺陷少的單晶半導體(例如單晶矽)。另外，作為半導體材料最好使用容易提高結晶性的矽半導體諸如矽或矽鍺等。
電晶體205可以使用非晶半導體、微晶半導體、多晶半導體、氧化物半導體或單晶半導體等。尤其是電晶體205為了具有將從光二極體204供給的電荷轉換為輸出信號的功能，最好為使用單晶半導體而遷移率高的電晶體。另外，作為半導體材料最好使用容易提高結晶性的矽半導體諸如矽或矽鍺等。
電晶體206可以使用非晶半導體、微晶半導體、多晶半導體、氧化物半導體或單晶半導體等。尤其是電晶體206為了具有對光感測器輸出信號線214供給電晶體205的輸出信號的功能，最好為使用單晶半導體而遷移率高的電晶體。另外，作為半導體材料最好使用容易提高結晶性的矽半導體諸如矽或矽鍺等。
電晶體207可以使用非晶半導體、微晶半導體、多晶半導體、氧化物半導體或單晶半導體等。尤其是電晶體207為了具有保持電晶體205的閘極的電荷的功能，最好為使用氧化物半導體而截止電流極小的電晶體。像這樣，藉由根據電晶體所需的功能配置多種電晶體，可以提高光感測器的性能。
顯示元件控制電路102是用來控制顯示元件105的電路，並且它包括藉由視頻資料信號線等的信號線(也稱為“源極電極信號線”)對顯示元件105輸入信號的顯示元件驅動電路107、藉由掃描線(也稱為“閘極信號線”)對顯示元件105輸入信號的顯示元件驅動電路108。例如，電連接於掃描線的顯示元件驅動電路108具有選擇配置在特定的行的像素所具有的顯示元件的功能。此外，電連接於信號線的顯示元件驅動電路107具有對被選擇的行的像素所具有的顯示元件提供任意電位的功能。另外，在顯示元件驅動電路108對閘極信號線施加高電位的顯示元件中，電晶體處於導通狀態，並由顯示元件驅動電路107提供供給到視頻資料信號線的電位。
光感測器控制電路103是用來控制光感測器106的電路，並且它包括電連接於如光感測器輸出信號線、光感測器基準信號線等的信號線的光感測器讀取電路109以及電連接於掃描線的光感測器驅動電路110。
光感測器驅動電路110具有對配置在特定的行的像素所具有的光感測器106進行後述的重設操作、累積操作及選擇操作的功能。
另外，光感測器讀取電路109具有提取被選擇的行的像素所具有的光感測器106的輸出信號的功能。另外，光感測器讀出電路109藉由利用運算放大器，將模擬信號的光感測器106的輸出作為模擬信號提取到顯示面板外部。或者，藉由利用A/D轉換電路，將所述輸出轉換為數位信號，然後，提取到顯示面板外部。
參照圖2說明構成光感測器讀取電路109的預充電電路。在圖2中，一列像素的預充電電路200由電晶體216、預充電信號線217構成。另外，藉由將運算放大器或A/D轉換電路連接到預充電電路200的後級，可以構成光感測器讀取電路109。
在預充電電路200中，在像素內的光感測器操作之前將光感測器輸出信號線214的電位設定為基準電位。在圖2中，藉由使預充電信號線217的電位設定為“L(Low：低)”，而使電晶體216導通，可以將光感測器輸出信號線214的電位設定為基準電位(在此設定為高電位)。另外，為了使光感測器輸出信號線214的電位穩定，在光感測器輸出信號線214中設置儲存電容器也是有效的。另外，也可以採用基準電位為低電位的結構。此時，藉由使電晶體216具有與圖2相反的極性，並將預充電信號線217的電位設定為“H(High：高)”，可以將光感測器輸出信號線214的電位設定為基準電位。
下面，參照圖3的時序圖說明光感測器106的操作。在圖3中，信號301至信號306相當於圖2中的光二極體重設信號線210、閘極信號線209、閘極信號線211、閘極信號線215、光感測器輸出信號線214、預充電信號線217的電位。
在時刻A處，當將光二極體重設信號線210的電位(信號301)設定為“H”，將閘極信號線209的電位(信號302)設定為“H”(開始重設操作)時，光二極體204導通，從而閘極信號線215的電位(信號304)成為“H”。另外，當將預充電信號線217的電位(信號306)設定為“L”時，光感測器輸出信號線214的電位(信號305)被預充電到“H”。
在時刻B處，當將光二極體重設信號線210的電位(信號301)設定為“L”，將閘極信號線209的電位(信號302)維持為“H”(結束重設操作，開始累積操作)時，由於光二極體204的截止電流，閘極信號線215的電位(信號304)開始下降。當入射光時，光二極體204的截止電流增大，因此閘極信號線215的電位(信號304)根據入射光量而變化。換言之，光二極體204具有根據入射光向電晶體205的閘極供給電荷的功能。並且，電晶體205的源極電極和汲極電極之間的通道電阻變化。
在時刻C處，當將閘極信號線209的電位(信號302)設定為“L”(結束累積操作)時，閘極信號線215的電位(信號304)為一定值。在此，該電位根據在累積操作中光二極體204供給給閘極信號線215的電荷而決定。換言之，根據入射到光二極體204的光而累積在電晶體205的閘極的電荷變化。另外，由於電晶體207由使用氧化物半導體而成的截止電流極小的電晶體構成，所以能夠直到後面的選擇操作將累積了的電荷保持為一定值。
在時刻D處，當將閘極信號線211的電位(信號303)設定為“H”(開始選擇操作)時，電晶體206導通，並且藉由電晶體205和電晶體206光感測器基準信號線213與光感測器輸出信號線214成為導通狀態。然後，光感測器輸出信號線214的電位(信號305)下降。注意，在時刻D之前，將預充電信號線217的電位(信號306)設定為“H”，來結束光感測器輸出信號線214的預充電。在此，光感測器輸出信號線214的電位(信號305)的下降速度取決於電晶體205的源極電極和汲極電極之間的電流。換言之，光感測器輸出信號線214的電位(信號305)的下降速度根據在累積操作中照射到光二極體204的光量而變化。
在時刻E處，當將閘極信號線211的電位(信號303)設定為“L”(結束選擇操作)時，電晶體206截止，並且光感測器輸出信號線214的電位(信號305)為一定值。在此，該一定值根據照射到光二極體204的光量而變化。因此，藉由獲得光感測器輸出信號線214的電位，可以知道在累積操作中照射到光二極體204的入射光量。
如上所述，各個光感測器的操作反復進行重設操作、累積操作及選擇操作而實現。如上所述，控制累積操作的電晶體207最好使用氧化物半導體而使其截止電流極小。藉由採用該電路結構，可以提高保持累積在電晶體205的閘極的電荷的功能。由此，光感測器106能夠將入射光準確地轉換為電信號。
另外，雖然在本實施例中說明了具有光感測器的顯示裝置，但是本實施例可以容易應用於具有光感測器的半導體裝置。換言之，從本實施例中的顯示裝置去除進行顯示時所需的電路，明確而言去除顯示元件控制電路102、顯示元件105，可以構成半導體裝置。作為該半導體裝置，例如可以舉出影像感測器。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
實施例2
在本實施例中，說明使用多個光感測器的情況的驅動方法。
首先，考慮圖4所示的時序圖那樣的驅動方法。在圖4中，信號401、信號402、信號403分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的光二極體重設信號線210的電位變化的信號。另外，信號404、信號405、信號406分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線209的電位變化的信號。另外，信號407、信號408、信號409分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線211的電位變化的信號。期間410是一次拍攝所要的期間。期間411、期間412、期間413是第2行的光感測器分別進行重設操作、累積操作、選擇操作的期間。像這樣，藉由依次驅動各行的光感測器可以拍攝影像。
在此，可以知道各行的光感測器的累積操作在時間上錯開。換言之，各行的光感測器的拍攝的同步性降低。由此，拍攝的影像發生模糊。尤其是在拍攝快速移動的檢測物件時，拍攝影像的形狀容易歪斜：若拍攝從第1行到第3行的方向移動的檢測物件，則拍攝影像成為留下痕跡那樣的被擴大的形狀；若拍攝反方向移動的檢測物件，則拍攝影像成為縮小的形狀。
為了防止各行的光感測器的累積操作在時間上錯開，使依次驅動各行的光感測器的週期縮短是有效的。然而，在此情況下，需要使用運算放大器或A/D轉換電路非常快速地取得光感測器的輸出信號。從而，導致耗電量的增大。尤其是取得高解析度的影像是很困難的。
於是，提出如圖5所示的時序圖那樣的驅動方法。在圖5中，信號501、信號502、信號503分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的光二極體重設信號線210的電位變化的信號。另外，信號504、信號505、信號506分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線209的電位變化的信號。另外，信號507、信號508、信號509分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線211的電位變化的信號。期間510是一次拍攝所要的期間。另外，期間511、期間512、期間513是第2行的光感測器分別進行重設操作(與其他行同時)、累積操作(與其他行同時)、選擇操作的期間。
在圖5中，與圖4不同之處在於所有行的光感測器分別同時進行重設操作和累積操作，在累積操作結束後與累積操作非同步地在各行依次進行選擇操作。藉由同時進行累積操作，確保各行的光感測器中的拍攝的同步性，從而對快速移動的檢測物件可以容易獲得很少模糊的影像。藉由同時進行累積操作，可以共同使用各光感測器中的光二極體重設信號線210的驅動電路。另外，也可以共同使用各光感測器中的閘極信號線209的驅動電路。像這樣，驅動電路的共同使用對於周邊電路的縮減或低耗電量化有效。再者，藉由各行依次進行選擇操作，當取得光感測器的輸出信號時，可以使運算放大器或A/D轉換電路的操作速度慢。此時，選擇操作所要的總時間最好比累積操作所要的時間長。尤其是當取得高解析度的影像時，延長選擇操作所要的總時間是非常有效的。
另外，雖然在圖5中示出依次驅動各行的光感測器的驅動方法的時序圖，但是為了取得特定區域中的影像，在僅依次驅動特定行中的光感測器的驅動方法也有效。由此，可以減少運算放大器或A/D轉換電路的操作，並減少耗電量的同時，可以取得所需的解析度的影像。此外，在每隔幾行驅動光感測器的驅動方法也有效。換言之，驅動多個光感測器的一部分。由此，可以減少運算放大器或A/D轉換電路的操作，並減少耗電量的同時，可以取得所需的解析度的影像。
為了實現以上所示的驅動方法，也在累積操作結束後需要將各光感測器中的閘極信號線215的電位保持為一定。從而，如在圖2中說明那樣，電晶體207最好使用氧化物半導體形成，並且其截止電流極小。
藉由採用上述方式，對於快速移動的檢測物件也可以進行很少模糊且解析度高的影像拍攝，並可以提供低耗電量的顯示裝置或半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
實施例3
在本實施例中，作為使用多個光感測器的情況的驅動方法，說明與實施例2不同的一個例子。
首先，考慮圖10所示的時序圖那樣的驅動方法。在圖10中，信號701、信號702、信號703分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的光二極體重設信號線210的電位變化的信號。另外，信號704、信號705、信號706分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線209的電位變化的信號。另外，信號707、信號708、信號709分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線211的電位變化的信號。期間710是一次拍攝所要的期間。另外，期間711、期間712、期間713、期間714、期間715是第2行的光感測器分別進行重設操作、第一累積操作、第一選擇操作、第二累積操作、第二選擇操作的期間。在此，藉由進行第二選擇操作，可以知道在從第一累積操作的開始到第二累積操作的結束的期間入射到光二極體204的光量。從而，藉由多次進行累積操作及選擇操作，即使微弱的光也可以準確地轉換為電信號。像這樣，藉由依次驅動各行的光感測器可以拍攝影像。
在圖10所示的時序圖中，可以知道各行的光感測器的第一累積操作及第二累積操作在時間上錯開。換言之，各行的光感測器的拍攝的同步性降低。由此，影像發生模糊。尤其是在拍攝快速移動的檢測物件時，拍攝影像的形狀容易歪斜：若拍攝從第1行到第3行的方向移動的檢測物件，則拍攝影像成為留下痕跡那樣的被擴大的形狀；若拍攝反方向移動的檢測物件，則拍攝影像成為縮小的形狀。
為了防止各行的光感測器的第一累積操作及第二累積操作在時間上錯開，使依次驅動各行的光感測器的週期縮短，是有效的。然而，在此情況下，需要使用運算放大器或A/D轉換電路非常快速地取得光感測器的輸出信號。從而，導致耗電量的增大。尤其是取得高解析度的影像是很困難的。
於是，如下提出圖11所示那樣的時序圖的驅動方法。在圖11中，信號801、信號802、信號803分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的光二極體重設信號線210的電位變化的信號。另外，信號804、信號805、信號806分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線209的電位變化的信號。另外，信號807、信號808、信號809分別示出第1行、第2行、第3行的光感測器中的閘極信號線211的電位變化的信號。期間810是一次拍攝所要的期間。另外，期間811、期間812、期間813、期間814、期間815是第2行的光感測器分別進行重設操作(與其他行同時)、第一累積操作(與其他行同時)、第一選擇操作、第二累積操作(與其他行同時)、第二選擇操作的期間。
在圖11中，與圖10不同之處在於所有行的光感測器分別同時進行重設操作、第一累積操作、第二累積操作，在第一累積操作結束後與第一累積操作非同步地在各行依次進行第一選擇操作，在第二累積操作結束後與第二累積操作非同步地在各行依次進行第二選擇操作。藉由分別同時進行第一累積操作和第二累積操作，確保各行的光感測器中的拍攝的同步性，從而對快速移動的檢測物件可以容易獲得很少模糊的影像。藉由同時進行累積操作，可以共同使用各光感測器的光二極體重設信號線210的驅動電路。另外，也可以共同使用各光感測器的閘極信號線209的驅動電路。像這樣，驅動電路的共同使用對於周邊電路的縮減或低耗電量化有效。再者，藉由與第一累積操作非同步地進行第一選擇操作，並且與第二累積操作非同步地進行第二選擇操作，可以為了取得光感測器的輸出信號使運算放大器或A/D轉換電路的操作速度更慢。此時，選擇操作所要的總時間最好比從第一累積操作開始到第二累積操作結束的時間長。尤其是當只能取得微弱的光時為了取得高解析度的影像非常有效。
另外，雖然在圖11中示出依次驅動各行的光感測器的驅動方法的時序圖，但是為了取得特定區域中的影像，在僅依次驅動特定行中的光感測器的驅動方法也有效。由此，可以減少運算放大器或A/D轉換電路的操作，並減少耗電量的同時，可以取得所需的影像。此外，在每隔幾行驅動光感測器的驅動方法也有效。換言之，驅動多個光感測器的一部分。由此，可以減少運算放大器或A/D轉換電路的操作，並減少耗電量的同時，可以取得所需的解析度的影像。
為了實現以上所示的驅動方法，也在累積操作結束後需要將各光感測器中的閘極信號線215的電位保持為一定值。從而，如在圖2中說明那樣，電晶體207最好使用氧化物半導體形成，並且其截止電流極小。
另外，雖然在本實施例中說明具有光感測器的顯示裝置，但是本實施例可以容易應用於具有光感測器的半導體裝置。換言之，從本實施例中的顯示裝置去除顯示所需的電路，明確而言去除顯示元件控制電路102、顯示元件105，可以構成半導體裝置。
藉由採用上述方式，對於快速移動的檢測物件也可以進行很少模糊且解析度高的影像拍攝，並可以提供低耗電量的顯示裝置或半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
實施例4
在本實施例中，對使用多個光感測器進行彩色拍攝的方法進行說明。
藉由使用例如濾色片可以拍攝彩色影像，所謂濾色片方法。在該方法中，藉由照射到檢測物件的光或從檢測對象反射的光經過濾色片來將作為特定的顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光入射到光二極體，可以知道各顏色的光量。根據各顏色的光量可以生成具有色階(color gradation)的影像。
然而，當採用濾色片方法時，藉由濾色片，顯著減少照射到檢測對象的光或從檢測對象反射的光量。由此，為了充分得到入射到光二極體的光量，需要對檢測物件照射更強的光。這導致顯示裝置的耗電量的顯著增大。另外，需要大幅度地提高光二極體的性能，由此製造成本增大。
於是，在本實施例中，使用場順序方法，當光源(背光)射出特定的顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光時，為了使用光感測器檢測出從檢測物件反射的該顏色的光，進行重設操作及累積操作。然後，藉由在各顏色的累積操作結束後對所有光感測器依次進行選擇操作，可以進行彩色拍攝。
參照圖5所示的時序圖說明上述的驅動方法。與實施例2不同之處在於各行的光感測器檢測特定的顏色(在此，紅(R))。換言之，信號501、信號502、信號503示出檢測紅(R)光的光感測器中的光二極體信號線210的電位變化的信號。另外，信號504、信號505、信號506示出檢測紅(R)光的光感測器中的閘極信號線209的電位變化的信號。另外，信號507、信號508、信號509示出檢測紅(R)光的光感測器中的閘極信號線211的電位變化的信號。期間510是對紅(R)光的一次拍攝所要的期間。期間511、期間512、期間513是第2行的檢測紅(R)光的光感測器分別進行重設操作(與其他行同時)、累積操作(與其他行同時)、選擇操作的期間。
在圖5中，檢測所有行的紅(R)的光感測器的特徵是分別同時進行重設操作和累積操作，在累積操作結束後與累積操作非同步地在各行依次進行選擇操作。藉由同時進行累積操作，確保各行的檢測紅(R)光的光感測器中的拍攝的同步性，從而對快速移動的檢測物件可以容易獲得很少模糊的影像。藉由同時進行累積操作，可以共同使用各光感測器的光二極體重設信號線210的驅動電路。另外，也可以共同使用各光感測器的閘極信號線209的驅動電路。像這樣，驅動電路的共同使用對於周邊電路的縮減或低耗電量化有效。再者，藉由各行依次進行選擇操作，當取得光感測器的輸出信號時，可以使運算放大器或A/D轉換電路的操作速度慢。此時，選擇操作所要的總時間最好比累積操作所要的總時間長。尤其是當取得高解析度的影像時非常有效。
對其他特定顏色(例如，綠(G)、藍(B))進行上述驅動方法，可以進行多種顏色的彩色拍攝。由於當有多種顏色時累積操作所要的總時間變長，所以上述那樣藉由採用同時進行累積操作的結構，可以縮短拍攝所要的時間。另外，對進行各操作的顏色的順序沒有限制。
另外，雖然在圖5中示出依次驅動檢測各行的特定顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光感測器的驅動方法的時序圖，但是為了取得特定區域中的影像，在僅依次驅動特定行中的光感測器的驅動方法也有效。由此，可以減少運算放大器或A/D轉換電路的操作，並減少耗電量的同時，可以取得所需的影像。此外，在每隔幾行驅動光感測器的驅動方法也有效。由此，可以減少運算放大器或A/D轉換電路的操作，並減少耗電量的同時，可以取得所需的解析度的影像。
為了實現以上所示的驅動方法，也在累積操作結束後需要將各光感測器中的閘極信號線215的電位保持為一定值。從而，如在圖2中說明那樣，電晶體207最好使用氧化物半導體形成，並且其截止電流極小。
另外，在圖5所示的驅動方法中，作為檢測各行的特定的顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光感測器可以採用在對所有顏色進行重設操作和累積操作之後，進行選擇操作的結構。例如，採用如下順序進行一次拍攝：紅(R)的重設操作和累積操作，綠(G)的重設操作和累積操作，藍(B)的重設操作和累積操作，紅(R)的選擇操作，綠(G)的選擇操作，藍(B)的選擇操作。對進行各操作的顏色的順序沒有限制。
藉由在短時間內對所有顏色進行累積操作，可以確保檢測所有顏色的光感測器中的拍攝的同步性，也可以對快速移動的檢測物件容易獲得很少模糊的影像。另外，由於也可以分別共同使用驅動檢測各顏色的光感測器中的光二極體重設信號線210和閘極信號線209的驅動電路，所以對於周邊電路的縮減或低耗電量化有效。再者，藉由與累積操作非同步地進行選擇操作，可以為了取得光感測器的輸出信號使運算放大器或A/D轉換電路的操作速度更慢。尤其是在取得高解析度的彩色影像時非常有效。
雖然在本實施例中說明具有光感測器的顯示裝置，但是本實施例可以容易應用於具有光感測器的半導體裝置。當使用數位相機或手機等的半導體裝置進行拍攝影像時，背光相當於拍攝輔助光源如閃光燈等。
藉由採用上述方式，對於快速移動的檢測物件也可以取得很少模糊且解析度高的彩色影像的拍攝，並可以提供低耗電量的顯示裝置或半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
實施例5
在本實施例中，對圖2中的光感測器106的電路結構的變形例子進行說明。
圖6A示出在圖2中將用來控制光感測器的重設操作的電晶體601連接到電晶體205的閘極的結構。明確而言，電晶體601的源極電極和汲極電極中的一個電連接到光感測器基準信號線213，並且另一個電連接到電晶體205的閘極。另外，光二極體204的一個的電極電連接到供應預定的電位(例如接地電位)的佈線。
作為電晶體601可以使用非晶半導體、微晶半導體、多晶半導體、氧化物半導體或單晶半導體等。尤其是為了防止在重設操作結束後電晶體205的閘極的電荷從電晶體601釋放，作為電晶體601最好採用使用氧化物半導體而成的截止電流小的電晶體。
圖6B示出與圖6A中的電晶體205與電晶體206的連接關係相反的結構。明確而言，電晶體205的源極電極和汲極電極中的一個電連接到光感測器輸出信號線214，並且電晶體206的源極電極和汲極電極中的一個電連接到光感測器基準信號線213。
圖6C示出省略圖6A中的電晶體206的結構。明確而言，電晶體205的源極電極和汲極電極中的一個電連接到光感測器基準信號線213，並且另一個電連接到光感測器輸出信號線214。
另外，在圖6A至圖6C中，也可以將電晶體601的源極電極和汲極電極中的一個電連接到與光感測器基準信號線213不同的佈線。
圖6D示出圖6C中的電晶體601的源極電極和汲極電極中的一個電連接到光感測器輸出信號線214，並且另一個電連接到電晶體205的閘極。
在圖6A至圖6D中，由於作為電晶體207使用氧化物半導體可以降低其截止電流，所以可以將累積在電晶體205的閘極的電荷保持為一定。
在圖6A至圖6D中，根據光感測器的電路結構，光二極體204的兩個電極的連接位置可以互換。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
實施例6
在本實施例中，對具有光感測器的半導體裝置的結構及製造方法進行說明。圖7示出半導體裝置的截面圖。另外，也可以在構成顯示裝置的情況下使用以下半導體裝置。
在圖7中，具有絕緣表面的基板1001上設置有光二極體1002、電晶體1003以及電晶體1004。該光二極體及電晶體分別示出圖2及圖6A至圖6D中的光二極體204、電晶體205以及電晶體207的截面。從檢測對象1201射出的光1202、由檢測對象1201反射外光的光1202或從裝置內部射出的光由檢測物件1201反射的光1202入射到光二極體1002。也可以採用拍攝基板1001一側的檢測物件的結構。
作為基板1001，可以使用絕緣基板(例如玻璃基板或塑膠基板)、在該絕緣基板上形成絕緣膜(例如氧化矽膜或氮化矽膜)的基板、在半導體基板(例如矽基板)上形成該絕緣膜的基板或在金屬基板(例如鋁基板)上形成該絕緣膜的基板。
光二極體1002是橫向結型pin二極體，並具有半導體膜1005。半導體膜1005包括具有p型的導電性的區域(p層1021)、具有i型的導電性的區域(i層1022)、具有n型的導電性的區域(n層1023)。另外，光二極體1002也可以是pn二極體。
橫向結型pin二極體或pn二極體可以在半導體膜1005的特定的區域中分別添加賦予p型的雜質和賦予n型的雜質來形成。
最好在光二極體1002中使用結晶缺陷少的單晶半導體(例如單晶矽)形成半導體膜1005，以便提高由入射光生成的電信號的比率(量子效率)。
電晶體1003是頂閘型薄膜電晶體，並具有半導體膜1006、閘極絕緣膜1007以及閘極電極1008。
電晶體1003具有從光二極體1002供應的電荷轉換為輸出信號的功能。由此，最好使用單晶半導體(例如單晶矽)形成半導體膜1006形成遷移率高的電晶體。
以下示出使用單晶半導體形成半導體膜1005及半導體膜1006的例子。對單晶半導體基板(例如單晶矽基板)的所希望的深度進行離子照射等形成損傷區域。在夾著絕緣膜貼合該單晶半導體基板與基板1001之後，從損傷區域分離單晶半導體基板，在基板1001上形成半導體膜。藉由利用蝕刻等將該半導體膜加工(構圖)為所希望的形狀，形成半導體膜1005和半導體膜1006。由於可以在同一製程中形成半導體膜1005和半導體膜1006，所以可以降低成本。由此，光二極體1002和電晶體1003形成在同一表面上。
另外，半導體膜1005及半導體膜1006也可以使用非晶半導體、微晶半導體、多晶半導體、氧化物半導體等形成。尤其是，最好藉由使用單晶半導體形成遷移率高的電晶體。另外，作為半導體材料最好使用容易提高結晶性的矽或矽鍺等的矽半導體。
在此，為了提高光二極體1002的量子效率，最好將半導體膜1005形成得厚。再者，為了使電晶體1003的S值等的電特性良好，最好將半導體膜1006形成得薄。此時，將半導體膜1005形成為厚於半導體膜1006厚即可。
另外，作為圖2及圖6A至圖6D的電晶體206，最好使用結晶半導體形成遷移率高的電晶體。藉由使用與電晶體1003相同的半導體材料，可以在與電晶體1003同一製程中形成電晶體206，從而可以降低成本。
另外，閘極絕緣膜1007使用氧化矽膜或氮化矽膜等以單層或疊層形成。藉由電漿CVD法或濺射法形成閘極絕緣膜1007即可。
另外，閘極電極1008藉由使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料或以這些金屬材料為主要成分的合金材料的單層或疊層來形成。藉由濺射法或真空蒸鍍法形成閘極電極1008即可。
另外，光二極體1002可以不採用橫向結型而採用層疊p層、i層及n層的結構。另外，電晶體1003也可以採用底閘型結構，也可以採用通道停止型結構或通道蝕刻型結構。
另外，如圖9所示那樣，可以採用在光二極體1002的下部設置遮光膜1301，阻擋要檢測的光以外的光的結構。也可以在光二極體1002的上部設置遮光膜。在此情況下，例如在與形成有光二極體1002的基板1001相對的基板1302上設置遮光膜即可。
在此，說明實施例4所示的場順序方法的驅動的情況。如圖12所示，光燈1101(背光或閃光燈)依次射出特定的顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光1102。光1102照射到檢測物件1201，由檢測物件1201被反射。被反射的光1104入射到光二極體1002。具有光二極體1002的光感測器為了檢測出光1104進行重設操作及累積操作。然後，在各顏色的累積操作結束後，對所有光感測器依次進行選擇操作，可以進行彩色拍攝。
另外，在圖12中，也可以採用在光二極體1002的下部設置遮光膜1301，而防止從光燈1101的光1102直接入射到光二極體1002的結構。
雖然在圖12中示出拍攝與設置有光二極體1002的基板1001相對的基板1302一側的檢測物件1201的結構，但是也可以採用拍攝設置有光二極體1002的基板1001一側的檢測物件的結構。在此情況下，例如採用在基板1302一側設置光燈1101，在光二極體1002上設置遮光膜1301的結構即可。
在圖7中，電晶體1004是底閘型反交錯結構的薄膜電晶體，並具有閘極電極1010、閘極絕緣膜1011、半導體膜1012、電極1013、電極1014。另外，在電晶體1004上具有絕緣膜1015。另外，電晶體1004也可以是頂閘型。
在此，電晶體1004的特徵是在光二極體1002及電晶體1003的上方隔著絕緣膜1009形成。如此，藉由將電晶體1004形成在與光二極體1002不同的層，可以擴大光二極體1002的面積，從而可以增加光二極體1002的受光量。
另外，最好將電晶體1004的一部分或整體與光二極體1002的n層1023或p層1021重疊形成。這是因為邊可以擴大光二極體1002的面積，邊可以藉由使電晶體1004和i層1022的重疊的區域儘量小，而效率好地受到光。在採用pn二極體的情況下，可以縮小電晶體1004和pn接合部的重疊的區域來效率好地受到光。
電晶體1004具有將光二極體1002的輸出信號作為電荷累積在電晶體1003的閘極並保持該電荷的功能。由此，電晶體1004最好使用氧化物半導體膜形成半導體膜1012的截止電流極小的電晶體。
另外，圖6A至圖6D中的電晶體601最好是使用氧化物半導體形成的截止電流極小的電晶體。藉由使用與電晶體1004相同的半導體材料，可以利用與電晶體1004同一製程形成電晶體601，從而可以降低成本。另外，作為上述各半導體元件既可以使用薄膜半導體，又可以使用塊狀半導體。
以下示出使用氧化物半導體形成半導體膜1012的例子。
作為電晶體的截止電流變大的原因，可以舉出在氧化物半導體中含有氫等的雜質(例如，氫、水或羥基)的狀態。氫等在氧化物半導體中會成為載子的給體(施體)，即使在截止狀態下也產生電流。換言之，若在氧化物半導體中含有大量的氫等，則該氧化物半導體被N型化。
於是，以下所示的製造方法是藉由儘量減少氧化物半導體中的氫，並提高構成要素的氧的濃度來實現氧化物半導體的高純度化的方法。被高純度化的氧化物半導體是本征或實質上本征的半導體，可以減小其截止電流。
首先，在絕緣膜1009的上方藉由濺射法形成氧化物半導體膜。另外，圖7示出底閘型，所以在絕緣膜1009上隔著閘極電極1010及閘極絕緣膜1011形成該氧化物半導體膜。當採用頂閘型時，在形成氧化物半導體膜之後，形成閘極絕緣膜1011及閘極電極1010即可。
作為氧化物半導體膜的靶材，可以使用以氧化鋅為主要成分的金屬氧化物的靶材。例如，可以使用其組成比為In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1，即In：Ga：Zn=1：1：0.5的靶材。另外，可以使用具有In：Ga：Zn=1：1：1或者In：Ga：Zn=1：1：2的組成比的靶材。另外，可以包含2wt%或以上且10wt%或以下的SiO2的靶材。
另外，在稀有氣體(典型地是氬)氣圍下、氧氣圍下或稀有氣體及氧混合氣圍下形成氧化物半導體膜即可。在此，作為當形成氧化物半導體膜時使用的濺射氣體，使用氫、水、羥基或氫化物等的雜質濃度降低到ppm級(最好為ppb級)的高純度氣體。
邊去除處理室內的殘留水分邊引入去除了氫及水分的濺射氣體形成氧化物半導體膜。為了去除處理室內的殘留水分，最好使用吸附型真空泵。例如，可以使用低溫泵、離子泵或鈦昇華泵。
氧化物半導體膜的厚度為2nm或以上且200nm或以下即可，最好為5nm或以上且30nm或以下。對氧化物半導體膜進行蝕刻等將其加工(構圖)為所希望的形狀來形成半導體膜1012。
以上示出作為氧化物半導體膜使用In-Ga-Zn-O的例子，除此之外，也可以使用In-Sn-Ga-Zn-O、In-Sn-Zn-O、In-Al-Zn-O、Sn-Ga-Zn-O、Al-Ga-Zn-O、Sn-Al-Zn-O、In-Zn-O、Sn-Zn-O、Al-Zn-O、Zn-Mg-O、Sn-Mg-O、In-Mg-O、In-O、Sn-O或Zn-O等。另外，上述氧化物半導體膜也可以包含Si。另外，這些氧化物半導體膜既可以為非晶，又可以為結晶。或者，既可以為非單晶，又可以為單晶。
另外，作為氧化物半導體膜，可以使用表示為InMO3(ZnO)m(m>0，且m不是自然數)的薄膜。在此，M是選自Ga、Al、Mn及Co中的一種或多種金屬元素。例如，作為M，可以舉出Ga、Ga及Al、Ga及Mn或Ga及Co等。
接著，對氧化物半導體膜(半導體膜1012)進行第一加熱處理。第一加熱處理的溫度設定為400℃或以上且750℃或以下，最好為400℃或以上且低於基板的應變點。
藉由第一加熱處理可以從氧化物半導體膜(半導體膜1012)去除氫、水及羥基等(脫氫化處理)。若氫、水及羥基等包含在氧化物半導體膜中，則成為施體而使電晶體的截止電流增大，所以藉由第一加熱處理進行脫氫化處理，是有效的。
另外，第一加熱處理可以使用電爐。另外，也可以利用由電阻發熱體等發熱體的熱傳導或熱輻射來進行加熱。此時，例如，可以使用GRTA(氣體快速熱退火)裝置或LRTA(燈快速熱退火)裝置等RTA(快速熱退火)裝置。
LRTA裝置是藉由利用從鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等的燈發出的光(電磁波)的輻射來加熱處理物件的裝置。
GRTA裝置是使用高溫氣體進行加熱處理的裝置。作為氣體，可以使用惰性氣體(典型的是氬等的稀有氣體)或氮氣體。藉由使用GRTA裝置，可以在短時間內進行高溫的加熱處理，所以這是特別有效。
另外，第一加熱處理可以在如下時機進行：在進行構圖處理之前；在形成電極1013及電極1014之後；在形成絕緣膜1015之後。但是，為了避免電極1013及電極1014因第一加熱處理受到損傷，最好在形成該電極之前進行第一加熱處理。
在此，在第一加熱處理中會在氧化物半導體中產生氧缺陷。由此，最好在進行第一加熱處理之後，對氧化物半導體引入氧(加氧化處理)，並實現構成元素的氧的高純度化。
作為加氧化處理的具體例子，有在第一加熱處理之後連續進行在含氮或氧的氣圍(例如，氮：氧的體積比=4：1)下或在氧氣圍下的第二加熱處理的方法。另外，也可以使用在氧氣圍下進行電漿處理的方法。藉由提高氧化物半導體膜中的氧濃度，可以實現氧化物半導體膜的高純度化。第二加熱處理的溫度設定為200℃或以上且400℃或以下，最好為250℃或以上且350℃或以下。
另外，作為加氧化處理的其他例子，有在半導體膜1012上形成與該半導體膜1012的氧化矽膜等的氧化絕緣膜(絕緣膜1015)，然後進行第三加熱處理的方法。該絕緣膜1015中的氧移動到半導體膜1012，且提高氧化物半導體的氧濃度，從而可以實現氧化物半導體的高純度化。第三加熱處理的溫度設定為200℃或以上且400℃或以下，最好為250℃或以上且350℃或以下。另外，在採用頂閘型的情況下，藉由使用氧化矽膜等形成接觸於半導體膜1012上部的閘極絕緣膜，並進行同樣的加熱處理，可以實現氧化物半導體的高純度化。
如上所述，在藉由利用第一加熱處理進行脫氫化處理之後，利用第二加熱處理或第三加熱處理進行加氧化處理，可以實現氧化物半導體膜的高純度化。藉由實現高純度化，可以使氧化物半導體為本征或實質上本征，而可以降低電晶體1004的截止電流。
另外，在光二極體1002及電晶體1003上使用氧化矽膜、氮化矽膜等的單層或疊層形成絕緣膜1009。藉由電漿CVD法、濺射法形成絕緣膜1009即可。作為絕緣膜1009，也可以藉由塗布法等形成聚醯亞胺等的樹脂膜。
另外，在絕緣膜1009上使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等金屬材料或以這些金屬材料為主要成分的合金材料，以單層或疊層形成閘極電極1010。藉由濺射法或真空蒸鍍法形成閘極電極1010即可。
另外，使用氧化矽膜或氮化矽膜等以單層或疊層形成閘極絕緣膜1011。藉由電漿CVD或濺射法形成閘極絕緣膜1011即可。
另外，在閘極絕緣膜1011及半導體膜1012上使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釔等的金屬、以這些金屬為主要成分的合金材料或氧化銦等具有導電性的金屬氧化物等以單層或疊層形成電極1013及電極1014。藉由濺射法或真空蒸鍍法形成電極1013及電極1014即可。在此，電極1013最好藉由形成在閘極絕緣膜1007、絕緣膜1009、閘極絕緣膜1011的接觸孔電連接於光二極體1002的n層1023。
以下詳細說明被高純度化的氧化物半導體及使用它的電晶體。
作為被高純度化的氧化物半導體的一個例子，可以舉出載子濃度低於1×1014/cm3，最好低於1×1012/cm3，更佳地低於1×1011/cm3或低於6.0×1010/cm3的氧化物半導體。
使用被高純度化的氧化物半導體的電晶體的特徵是與具有使用矽的半導體的電晶體等相比截止電流非常小。
以下示出使用評估元件(也稱為TEG: Test Element Group)測定電晶體的截止電流特性的結果。注意，在此使用n通道型電晶體而說明。
在TEG中設置將L/W=3μm/50μm(膜厚度d：30nm)的200個電晶體並聯連接而製造的L/W=3μm/10000μm的電晶體。圖8示出其初期特性。在此示出-20V至+5V的範圍內的VG。為了測定電晶體的初期特性，將基板溫度設定為室溫，將源極電極-汲極電極之間的電壓(下面，稱為漏電壓或VD)設定為10V，而對使源極電極-閘極之間的電壓(下面，稱為閘電壓或VG)從-20V變化到+20V時的源極電極-汲極電極電流(下面，稱為漏電流或ID)的變化特性，即VG-ID特性進行測定。
如圖8所示，在VD是1V和10V時通道寬度W為10000μm的電晶體的截止電流都為1×10-13A以下，即測量器(半導體參數分析儀，Agilent 4156C；按捷倫科技(Agilent Technologies)公司製造)的分解能(100fA)以下。該截止電流值在換算成通道寬度為1μm的情況下，相當於10aA/μm。
另外，在本說明書中截止電流(也稱為洩漏電流)是指在n通道型電晶體的臨界值Vth為正值的情況下，在室溫下對電晶體施加-20V或以上且-5V或以下的範圍的任意的閘電壓時在電晶體的源極電極-汲極電極之間流過的電流。另外，室溫是15度或以上且25度或以下。使用本說明書所公開的氧化物半導體的電晶體在室溫下每單位通道寬度(W)的電流值為100aA/μm或以下，最好為1aA/μm或以下，更佳地為10zA/μm或以下。
另外，使用高純度的氧化物半導體的電晶體具有良好的溫度特性。典型地是在-25℃至150℃的溫度範圍的電晶體的電流電壓特性中，幾乎沒有導通電流、截止電流、場效應遷移率、S值以及臨界值電壓的變動，並沒有觀察到因溫度導致的電流電壓特性的劣化。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
100．．．顯示面板
101．．．像素電路
102．．．顯示元件控制電路
103．．．光感測器控制電路
104．．．像素
105．．．顯示元件
106．．．光感測器
107．．．顯示元件驅動電路
108．．．顯示元件驅動電路
109．．．光感測器讀取電路
110．．．光感測器驅動電路
200．．．預充電電路
201．．．電晶體
202．．．儲存電容器
203．．．液晶元件
204．．．光二極體
205．．．電晶體
206．．．電晶體
207．．．電晶體
208．．．閘極信號線
209．．．閘極信號線
210．．．重設信號線
211．．．閘極信號線
212．．．視頻資料信號線
213．．．光感測器基準信號線
214．．．光感測器輸出信號線
215．．．閘極信號線
216．．．電晶體
217．．．預充電信號線
301至306．．．信號
401至409．．．信號
410至413．．．期間
501至509．．．信號
510至513．．．期間
601．．．電晶體
701至709．．．信號
710至715．．．期間
801至809．．．信號
810至815．．．期間
1001．．．基板
1002．．．光二極體
1003．．．電晶體
1004．．．電晶體
1005．．．半導體膜
1006．．．半導體膜
1007．．．閘極絕緣膜
1008．．．閘極電極
1009．．．絕緣膜
1010．．．閘極電極
1011．．．閘極絕緣膜
1012．．．半導體膜
1013．．．電極
1014．．．電極
1015．．．絕緣膜
1101．．．光燈
1102．．．光
1104．．．光
1021．．．p層
1022．．．i層
1023．．．n層
1201．．．檢測對象
1202．．．光
1301．．．遮光膜
1302．．．基板
在附圖中：
圖1是示出顯示裝置的一個例子的圖；
圖2是示出顯示裝置的一個例子的圖；
圖3是時序圖；
圖4是時序圖；
圖5是時序圖；
圖6A至圖6D是示出光感測器的一個例子的圖；
圖7是示出半導體裝置的一個例子的圖；
圖8是示出電晶體的電特性的圖；
圖9是示出半導體裝置的一個例子的圖；
圖10是時序圖；
圖11是時序圖；
圖12是示出半導體裝置的一個例子的圖。
本發明的選擇圖為圖5。
104．．．像素
105．．．顯示元件
106．．．光感測器
200．．．預充電電路
201．．．電晶體
202．．．儲存電容器
203．．．液晶元件
204．．．光二極體
205．．．電晶體
206．．．電晶體
207．．．電晶體
208．．．閘極信號線
209．．．閘極信號線
210．．．重設信號線
211．．．閘極信號線
212．．．視頻資料信號線
213．．．光感測器基準信號線
214．．．光感測器輸出信號線
215．．．閘極信號線
216．．．電晶體
217．．．預充電信號線

Claims (12)

  1. 一種半導體裝置，包括；設置在基板上的第一光感測器，該第一光感測器包括：光二極體；第一電晶體；以及包括氧化物半導體的第二電晶體；以及設置在該基板上的第二光感測器，其中，該光二極體的一個電極電連接於該第二電晶體的源極電極和汲極電極中的一個，且其中，該第二電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個電連接於該第一電晶體的閘極其中，該第一光感測器及該第二光感測器經配置以同時進行重設操作，其中，該第一光感測器及該第二光感測器經配置以同時進行累積操作，其中，該第一光感測器經配置以在該第一光感測器及該第二光感測器之該累積操作後進行第一選擇操作，其中，該第二光感測器經配置以在該第一選擇操作後進行第二選擇操作。
  2. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該光二極體和該第一電晶體形成在同一表面上，該第二電晶體隔著絕緣膜形成在該光二極體和該第一 電晶體上，且其中，該第二電晶體至少部分重疊於該光二極體。
  3. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，還包括第三電晶體，其中，該第三電晶體的源極電極和汲極電極中的一個電連接於該第一電晶體的源極電極和汲極電極中的一個，且其中，該第三電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個電連接於該第一電晶體的閘極。
  4. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該第一選擇操作及該第二選擇操作的總時間比該累積操作的時間長。
  5. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，還包括特定的顏色的光源，其中，該第一光感測器和該第二光感測器對該特定的顏色同時進行該重設操作，對該特定的顏色同時進行該累積操作，依次進行該第一選擇操作及該第二選擇操作。
  6. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，還包括：至少包括第一顏色和第二顏色的多個顏色的光源；第三光感測器；以及第四光感測器，其中，該第一光感測器和該第二光感測器在使用該第一顏色的光源時同時進行該累積操作，且其中，該第三光感測器和該第四光感測器在使用該第 二顏色的光源時同時進行累積操作。
  7. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該第一光感測器和該第二光感測器經配置以在一個影像所需的期間中在該重設操作之後反復多次進行該累積操作、該第一選擇操作、以及該第二選擇操作。
  8. 根據申請專利範圍第7項之半導體裝置，其中該第一選擇操作及該第二選擇操作的總時間比從該累積操作的開始到該累積操作的結束的時間長。
  9. 一種半導體裝置的驅動方法，該半導體裝置包括第一光感測器和第二光感測器，該第一光感測器和該第二光感測器中的每個包括光二極體、第一電晶體、以及具有氧化物半導體的第二電晶體，該驅動方法包括：同時進行該第一光感測器和該第二光感測器之重設操作；以及同時進行該第一光感測器和該第二光感測器之累積操作；在該第一光感測器和該第二光感測器之該累積操作後進行該第一光感測器之第一選擇操作；以及在該第一選擇操作後進行該第二光感測器之第二選擇操作。
  10. 根據申請專利範圍第9項之半導體裝置的驅動方法，其中，該第一選擇操作及該第二選擇操作的總時間比從該累積操作的開始到該累積操作的結束的時間長。
  11. 根據申請專利範圍第9項之半導體裝置的驅動方法，其中，該光二極體具有將對應於入射光的電荷供給給該第一電晶體的閘極的功能，其中，該第一電晶體具有累積該供給給閘極的電荷的功能，且其中，該第二電晶體具有保持累積在該第一電晶體的閘極的電荷的功能。
  12. 根據申請專利範圍第11項之半導體裝置的驅動方法，其中，該第一電晶體具有將該累積的電荷轉換為輸出信號的功能。
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