TWI521411B - 光檢測器 - Google Patents
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Description
本發明的一個實施例係關於一種光檢測器。
近年來，已經促進透過光入射對其輸入資料的裝置(該裝置又稱作光檢測器)的技術的發展。
作為光檢測器的一個示例，可給出配備有光檢測器電路(又稱作光電感測器)的光檢測器(例如專利文獻1)。上述光檢測器檢測入射到光檢測器電路上的光的照度(illuminance)，並且按照光的照度來生成資料信號。當光檢測器配備有光檢測器電路和顯示電路時，顯示電路的顯示狀態能夠透過使用由光檢測器電路所生成的資料信號來控制，並且因而光檢測器例如能夠用作觸控板。
[專利文獻1] 日本公告專利申請第2007-065239號
在習知光檢測器中，外部光(包括其中使用光檢測器電路的環境中的光)進入光檢測器電路。因此，外部光的照度變成待生成資料信號的雜訊，並且來自待讀取物件的反射光的檢測精度相應地低。例如，在透過來自手指的反射光的進入而將資料輸入到光檢測器的情況下，在某些情況下，外部光可導致來自除了該手指之外的手部的反射光被識別為相當於來自該手指的反射光所攜帶的資料的資料。
本發明的一個實施例的一個目的是降低外部光的影響。
本發明的一個實施例是降低外部光的影響，如下所述：光檢測器中提供的光單元的狀態在照明(lighting)狀態(以下稱作導通(ON)狀態)與非照明狀態(以下稱作斷路(OFF)狀態)之間切換；按照入射光的照度的資料信號由光檢測器在導通狀態和斷路狀態的每個狀態中生成；將兩個所生成的資料信號進行比較，由此生成作為所比較資料信號之間的差的資料的差異資料信號；以及從該資料信號中去除關於外部光的資料。
本發明的一個實施例是一種用於驅動光檢測器的方法，其中光檢測器包括按照入射光的照度來生成資料信號的光檢測器電路以及包括光源並且向光檢測器電路發射光的光單元，該方法包括下列步驟：由光檢測器電路在光單元設置成處於導通狀態時生成第一資料信號；由光檢測器電路在光單元設置成處於斷路狀態時生成第二資料信號；以及將第一資料信號和第二資料信號進行比較，使得生成作為兩個所比較資料信號之間的差的資料的差異資料信號。
本發明的另一個實施例是一種用於驅動光檢測器的方法，其中光檢測器包括按照入射光的照度來生成資料信號的光檢測器電路以及包括光源並且與光檢測器電路重疊的光單元，該方法包括下列步驟：由光檢測器電路在光單元設置成處於第一導通狀態和第一斷路狀態中的一種狀態時生成第一資料信號；由光檢測器電路在光單元設置成處於第一導通狀態和第一斷路狀態中的另一種狀態時生成第二資料信號；由光檢測器電路在光單元設置成處於第二導通狀態和第二斷路狀態中的一種狀態時生成第三資料信號；由光檢測器電路在光單元設置成處於第二導通狀態和第二斷路狀態中的另一種狀態時生成第四資料信號；由光檢測器電路在光單元設置成處於第三導通狀態和第三斷路狀態中的一種狀態時生成第五資料信號；由光檢測器電路在光單元設置成處於第三導通狀態和第三斷路狀態中的另一種狀態時生成第六資料信號；將第一資料信號和第二資料信號進行比較，使得生成作為所比較第一資料信號與第二資料信號之間的差的資料的第一差異資料信號；將第三資料信號和第四資料信號進行比較，使得生成作為所比較第三資料信號與第四資料信號之間的差的資料的第二差異資料信號；以及將第五資料信號和第六資料信號進行比較，使得生成作為所比較第五資料信號與第六資料信號之間的差的資料的第三差異資料信號。
本發明的另一個實施例是一種用於驅動光檢測器的方法，其中光檢測器包括按照入射光的照度來生成資料信號的光檢測器電路以及包括光源並且與光檢測器電路重疊的光單元，該方法包括下列步驟：由光檢測器電路在光單元設置為第一導通狀態時生成第一資料信號；由光檢測器電路在光單元設置為第二導通狀態時生成第二資料信號；由光檢測器電路在光單元設置為第三導通狀態時生成第三資料信號；由光檢測器電路在光單元設置為斷路狀態時生成第四資料信號；將第一資料信號和第四資料信號進行比較，使得生成作為所比較第一資料信號與第四資料信號之間的差的資料的第一差異資料信號；將第二資料信號和第四資料信號進行比較，使得生成作為所比較第二資料信號與第四資料信號之間的差的資料的第二差異資料信號；以及將第三資料信號和第四資料信號進行比較，使得生成作為所比較第三資料信號與第四資料信號之間的差的資料的第三差異資料信號。
本發明的另一個實施例是一種光檢測器，包括：重置信號輸出電路，用於輸出重置信號；讀取選擇信號輸出電路，用於輸出讀取選擇信號；光檢測器電路，接收重置信號和讀取選擇信號，按照重置信號設置為重置狀態，按照入射光的照度來生成資料信號，並且按照讀取選擇信號來輸出資料信號；光單元，與光檢測器電路重疊，並且包括光源和控制來自光源的發射的控制電路；讀取電路，從光檢測器電路讀出資料信號；以及資料處理電路，將讀取電路的兩個讀出資料信號進行比較，並且生成作為所比較資料信號之間的差的資料的差異資料信號。
本發明的另一個實施例是一種光檢測器，包括：顯示選擇信號輸出電路，用於輸出顯示選擇信號；顯示資料信號輸出電路，用於輸出顯示資料信號；顯示電路，接收顯示選擇信號和按照顯示選擇信號的顯示資料信號，並且按照顯示資料信號設置為顯示狀態；重置信號輸出電路，用於輸出重置信號；讀取選擇信號輸出電路，用於輸出讀取選擇信號；光檢測器電路，接收重置信號和讀取選擇信號，按照重置信號設置為重置狀態，按照入射光的照度來生成資料信號，並且按照讀取選擇信號來輸出資料信號；光單元，與顯示電路和光檢測器電路重疊，並且包括光源和控制來自光源的發射的控制電路；讀取電路，從光檢測器電路讀出資料信號；以及資料處理電路，將讀取電路的兩個讀出資料信號進行比較，並且生成作為所比較資料信號之間的差的資料的差異資料信號。
按照本發明的一個實施例，外部光的影響能夠降低，並且要由光檢測器電路所讀取的物件的讀取精度能夠得到提高。
下面參照附圖來描述本發明的實施例的示例。注意，本發明並不局限於以下描述，因為本領域的技術人員易於理解，在沒有背離本發明的精神和範圍的情況下能夠進行各種變更和修改。因此，本發明不應當被理解為局限於實施例的描述。
注意，實施例的內容能夠適當地相互組合或者相互替代。
此外，在本說明書中，使用術語“z(z是自然數)”來避免元件之間的混淆，並且這些術語並不是以數值方式來限制元件。
在這個實施例中，將描述能夠檢測入射光的照度的光檢測器。
參照圖1A至圖1C來描述這個實施例的光檢測器的一個示例。圖1A至圖1C是用於描述這個實施例的光檢測器的示例的簡圖。
首先參照圖1A來描述這個實施例的光檢測器的一個結構示例。圖1A是示出這個實施例的光檢測器的一個結構示例的方塊圖。
圖1A所示的光檢測器包括重置信號輸出電路(又稱作RSTOUT)101a、讀取選擇信號輸出電路(又稱作RSELOUT)101b、光單元(又稱作LIGHT)102、光檢測器電路(又稱作PS)103p和讀取電路(又稱作READ)104。
重置信號輸出電路101a具有輸出重置信號(又稱作信號RST)的功能。
例如，重置信號輸出電路101a包括移位暫存器。移位暫存器輸出脈衝信號，由此重置信號輸出電路101a能夠輸出重置信號。
讀取選擇信號輸出電路101b具有輸出讀取選擇信號(又稱作信號RSEL)的功能。
例如，讀取選擇信號輸出電路101b包括移位暫存器。移位暫存器輸出脈衝信號，由此讀取選擇信號輸出電路101b能夠輸出讀取選擇信號。
光單元102是配備有光源並且在光源發射光時具有照明的功能的光發射單元。注意，光單元102可配備有光控制電路，使得來自光單元102的光的照度或者光單元102的照明的定時能夠採用光控制電路來控制。
例如，光源能夠由發光二極體(又稱作LED)構成。作為發光二極體，能夠使用發射其波長在紅外線區域的光(例如，其波長在大於或等於可見光區但小於或等於1000 nm的範圍之內的光)的發光二極體(該二極體又稱作紅外線發射二極體)或者發射其波長在可見光區的光(例如，其波長大於或等於360 nm但小於或等於830 nm的光)的發光二極體(該二極體又稱作可見光發射二極體)。例如，作為可見光發射二極體，能夠使用白色發光二極體、紅色發光二極體、綠色發光二極體和藍色發光二極體中的一個或多個。此外，光源能夠由發射相互不同顏色的光的多個發光二極體(多色發光二極體)構成。當使用紅外線發射二極體時，甚至在其中外部光的強度低的波長區域(例如在900 nm附近的波長區域)中也能夠檢測光。
在光檢測器部分103中提供光檢測器電路103p。光檢測器部分103是其中檢測光的區域。注意，在這個實施例的光檢測器中，光檢測器部分103可包括多個光檢測器電路103p。
光檢測器電路103p具有生成作為與入射光的照度對應的電壓的資料信號的功能。
注意，術語“電壓”一般表示兩個點處電位之間的差(又稱作電位差)。但是，在一些情況下，電壓位準和電位值在電路圖等中均由伏特(V)表示；因此難以對它們進行區分。這是本說明書中在一些情況下一個點處的電位與要作為參考的電位(又稱作參考電位)之間的電位差用作該點的電壓的原因。
將重置信號和讀取選擇信號輸入到光檢測器電路103p。
光檢測器電路103p按照所輸入的重置信號設置成處於重置狀態。注意，當光檢測器電路103p處於重置狀態時，資料信號為參考值。
此外，光檢測器電路103p具有輸出按照所輸入的讀取選擇信號生成的資料信號的功能。
例如，採用光電轉換元件(又稱作PCE)和放大電晶體來形成光檢測器電路103p。
向光電轉換元件饋送與光進入光電轉換元件時入射光的照度對應的電流(又稱作光電流)。
放大電晶體具有兩個端子以及用於控制兩個端子之間的導電狀態的控制端子。控制端子的電壓按照與入射光的照度對應的光電流而改變，由此放大電晶體設置光檢測器電路103p的資料信號的值。因此，從光檢測器電路103p輸出的資料信號的值取決於入射到光檢測器電路103p上的光的照度。
光檢測器電路103p可還配備有讀取選擇電晶體，使得當讀取選擇電晶體按照讀取選擇信號導通時，能夠從光檢測器電路103p輸出資料信號。
讀取電路104具有選擇光檢測器電路103p並且從所選光檢測器電路103p讀出資料信號的功能。注意，在多個光檢測器電路103p的情況下，一次可選擇多個光檢測器電路103p的一部分，並且能夠從其中讀出資料信號。
例如，選擇電路(例如選擇器)可用於讀取電路104。
例如，由讀取電路104讀取的資料信號由圖1A所示的資料處理電路(又稱作DataP)105來處理。
資料處理電路105是執行所輸入的資料信號的算術處理的電路。資料處理電路105配備有記憶體電路(例如訊框記憶體)和算術電路。記憶體電路具有儲存資料信號的資料的功能，並且算術電路具有比較多個資料信號的功能。
注意，資料處理電路105可包含在光檢測器中。備選地，具有相當於資料處理電路功能的功能的資料處理裝置(例如個人電腦)可單獨提供並且電連接到光檢測器。在光檢測器中提供資料處理電路105時，能夠減少用於連接資料處理電路105和讀取電路104等的部分中的佈線數量。
接下來，作為用於驅動這個實施例的光檢測器的方法的一個示例，將參照圖1B和圖1C來描述用於驅動圖1A所示光檢測器的方法的一個示例。圖1B是用於描述圖1A所示光檢測器的驅動方法的示例的流程圖，以及圖1C是用於描述圖1A所示光檢測器的驅動方法的示例的時序圖。注意，在這裏描述光單元102的光源是白光發射二極體的情況。
在圖1A所示光檢測器的驅動方法的示例中，生成資料信號DS11的操作(又稱作資料信號DS11的生成)作為步驟S11來執行，如圖1B所示。
這時，如在圖1C所示的周期T11中那樣，光單元102設置成處於導通狀態或斷路狀態(該狀態又稱作狀態ST11)。
光檢測器電路103p按照重置信號設置成處於重置狀態。然後，光檢測器電路103p生成資料信號DS11，並且按照讀取選擇信號來輸出資料信號DS11。
然後，讀取電路104讀取資料信號DS11。所讀取的資料信號DS11的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
接下來，如圖1B所示，作為步驟S12來執行生成資料信號DS12的操作(又稱作資料信號DS12的生成)。
這時，如在圖1C所示的周期T12中那樣，光單元102設置成處於導通狀態或斷路狀態的某種狀態(又稱作狀態ST12)，它與狀態ST11不同。
如同資料信號DS11的生成的情況一樣，光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS12。
然後，讀取電路104讀取資料信號DS12。所讀取的資料信號DS12的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖1B所示，作為步驟S13來執行比較多個資料信號的操作(又稱作資料信號比較)。
這時，在資料處理電路105中，記憶體電路中儲存的資料信號DS11的資料和資料信號DS12的資料由算術電路進行比較，並且生成作為資料信號DS11與資料信號DS12之間的差的資料的差異資料信號DDS11。差異資料信號DDS11用作運行預定過程的資料信號。
參照圖2A和圖2B來描述在光單元102的光源包括多色發光二極體的情況下的光檢測器的驅動方法的一個示例。圖2A和圖2B是用於描述圖1A所示光檢測器的驅動方法的簡圖。圖2A是流程圖，以及圖2B是時序圖。注意，作為示例來描述光源包括三種顏色的發光二極體的情況。
在光單元102的光源包括多色發光二極體的情況下的光檢測器的驅動方法中，如圖2A所示，作為步驟S21來執行生成資料信號DS21的操作(又稱作資料信號DS21的生成)。
這時，如在圖2B所示的周期T21中那樣，光單元102設置成處於第一導通狀態和第一斷路狀態中的一種狀態(該狀態又稱作狀態ST21)。注意，在第一導通狀態中，第一色發光二極體發射光。
光檢測器電路103p按照重置信號設置成處於重置狀態。然後，光檢測器電路103p生成資料信號DS21，並且按照讀取選擇信號來輸出資料信號DS21。
此外，讀取電路104讀取資料信號DS21。所讀取的資料信號DS21的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖2A所示，作為步驟S22來執行生成資料信號DS22的操作(又稱作資料信號DS22的生成)。
這時，如在圖2B所示的周期T22中那樣，光單元102設置成處於第一導通狀態和第一斷路狀態中的另一種狀態(該狀態又稱作狀態ST22)。
光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS22，如同資料信號DS21的生成的情況中那樣。
讀取電路104讀取資料信號DS22。所讀取的資料信號DS22的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖2A所示，作為步驟S23_1來執行比較多個資料信號的操作。
這時，在資料處理電路105中，記憶體電路中儲存的資料信號DS21的資料和資料信號DS22的資料由算術電路進行比較，並且生成作為資料信號DS21與資料信號DS22之間的差的資料的差異資料信號DDS21。
此外，如圖2A所示，作為步驟S23_2來執行生成資料信號DS23的操作(又稱作資料信號DS23)。
這時，如在圖2B所示的周期T23中那樣，光單元102設置成處於第二導通狀態和第二斷路狀態中的一種狀態(又稱作狀態ST23)。注意，在第二導通狀態中，第二色發光二極體發射光。
此外，光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS23，如同資料信號DS21的生成的情況中那樣。
讀取電路104讀取資料信號DS23。所讀取的資料信號DS23的資料儲存在資料處理電路105的記憶體電路中。
隨後，如圖2A所示，作為步驟S24來執行生成資料信號DS24的操作(又稱作資料信號DS24的生成)。
這時，如在圖2B所示的周期T24中那樣，光單元102設置成處於第二導通狀態和第二斷路狀態中的另一種狀態(又稱作狀態ST24)。
光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS24，如同資料信號DS21的生成的情況中那樣。
此外，讀取電路104讀取資料信號DS24。所讀取的資料信號DS24的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖2A所示，作為步驟S25_1來執行比較多個資料信號的操作。
這時，在資料處理電路105中，記憶體電路中儲存的資料信號DS23的資料和資料信號DS24的資料由算術電路進行比較，並且生成作為資料信號DS23與資料信號DS24之間的差的資料的差異資料信號DDS22。
另外，如圖2A所示，作為步驟S25_2來執行生成資料信號DS25的操作(又稱作資料信號DS25的生成)。
這時，如在圖2B所示的周期T25中那樣，光單元102設置成處於第三導通狀態和第三斷路狀態中的一種狀態(又稱作狀態ST 25)。注意，在第三導通狀態中，第三色發光二極體發射光。
此外，光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS25，如同資料信號DS21的生成的情況中那樣。
讀取電路104讀取資料信號DS25。所讀取的資料信號DS25的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖2A所示，作為步驟S26來執行生成資料信號DS26的操作(又稱作資料信號DS26的生成)。
這時，如在圖2B所示的周期T26中那樣，光單元102設置成處於第三導通狀態和第三斷路狀態中的另一種狀態(又稱作狀態ST26)。
光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS26，如同資料信號DS21的生成的情況中那樣。
讀取電路104讀取資料信號DS26。所讀取的資料信號DS26的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖2A所示，作為步驟S27來執行比較多個資料信號的操作。
這時，在資料處理電路105中，記憶體電路中儲存的資料信號DS25的資料和資料信號DS26的資料由算術電路進行比較，並且生成作為資料信號DS25與資料信號DS26之間的差的資料的差異資料信號DDS23。
注意，差異資料信號DDS21至DDS23用作用於運行預定處理的資料信號。
注意，周期T21至T26不一定接連提供。光單元102處於斷路狀態的周期可設置在彼此相鄰的周期之間。顏色的數量並不局限於三種，只要提供多種顏色即可。
參照圖3A和圖3B來描述在光單元102的光源包括多色發光二極體的情況下的光檢測器的驅動方法的另一個示例。圖3A和圖3B是用於描述圖1A所示光檢測器的驅動方法的簡圖。圖3A是流程圖，以及圖3B是時序圖。注意，作為示例來描述光源包括三種顏色的發光二極體的情況。
在圖1A所示光檢測器的驅動方法的另一個示例中，作為圖3A所示的步驟S31來執行生成資料信號DS31的操作(又稱作資料信號DS31的生成)。
這時，如在圖3B所示的周期T31中那樣，光單元102設置成處於第一導通狀態(又稱作狀態ST31)。注意，在第一導通狀態中，第一色發光二極體發射光。
此外，光檢測器電路103p按照重置信號設置成處於重置狀態。然後，光檢測器電路103p按照讀取選擇信號來生成資料信號DS31，並且輸出資料信號DS31。
讀取電路104讀取資料信號DS31。所讀取的資料信號DS31的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖3A所示，作為步驟S32來執行生成資料信號DS32的操作(又稱作資料信號DS32的生成)。
這時，如在圖3B所示的周期T32中那樣，光單元102設置成處於第二導通狀態(又稱作狀態ST32)。注意，在第二導通狀態中，第二色發光二極體發射光。
此外，光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS32，如同資料信號DS31的生成的情況中那樣。
讀取電路104讀取資料信號DS32。所讀取的資料信號DS32的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖3A所示，作為步驟S33來執行生成資料信號DS33的操作(又稱作資料信號DS33的生成)。
這時，如在圖3B所示的周期T33中那樣，光單元102設置成處於第三導通狀態(又稱作狀態ST33)。注意，在第三導通狀態中，第三色發光二極體發射光。
光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS33，如同資料信號DS31的生成的情況中那樣。
讀取電路104讀取資料信號DS33。所讀取的資料信號DS33的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
如圖3A所示，作為步驟S41來執行生成資料信號DS41的操作(又稱作資料信號DS41的生成)。生成資料信號DS41的操作在生成資料信號DS31的操作之前或者在生成資料信號DS33的操作之後執行。
這時，光單元102設置成處於斷路狀態。
光檢測器電路103p生成並且輸出資料信號DS41，如同資料信號DS31的生成的情況中那樣。
此外，讀取電路104讀取資料信號DS41。所讀取的資料信號DS41的資料儲存在資料處理電路105中的記憶體電路中。
隨後，如圖3A所示，作為步驟S51來執行比較多個資料信號的操作。
這時，在資料處理電路105中，由算術電路將資料信號DS41的資料與記憶體電路中儲存的資料信號DS31至DS33的每一個資料段(each piece of data)進行比較，使得生成作為資料信號DS31與資料信號DS41之間的差的資料的差異資料信號DDS31、作為資料信號DS32與資料信號DS41之間的差的資料的差異資料信號DDS32以及作為資料信號DS33與資料信號DS41之間的差的資料的差異資料信號DDS33。三個所生成的差異資料信號用作用於運行預定處理的資料信號。
注意，周期T31至T33不一定接連提供。光單元102處於斷路狀態的周期可設置在彼此相鄰的周期之間。
參照圖4A至圖4D來描述生成差異資料信號的一個優點。圖4A至圖4D是用於描述這個實施例的光檢測器的簡圖。
圖4A是用於描述這個實施例的光檢測器的示意圖。在這裏，如圖4A所示，描述手指151與作為配備有多個光檢測器電路的光檢測部分103的一部分的區域152接觸的情況。白光-發射二極體在這裏用作光單元102的光源。
圖4B示出當光檢測器的光單元102處於導通狀態時在光檢測部分103中的線條A-B處的光強度的分佈的一個示例。圖4B中，水平軸指示線條A-B處的位置，而垂直軸指示入射光的相對強度(又稱作強度)。如圖4B所示，當光單元102處於導通狀態時，入射到區域152上的光強度與入射到除了區域152之外的區域上的光強度之間的差很小，並且難以區分手指151的反射光與外部光。
圖4C示出當光單元102處於斷路狀態時在線條A-B處的光強度的分佈的一個示例。圖4C中，水平軸指示線條A-B上的位置，而垂直軸指示入射光的相對強度。如圖4C所示，當光單元102處於斷路狀態時，入射到區域152上的光強度明顯小於入射到除了區域152之外的區域上的光強度，並且難以檢測由手指151所反射的光。
圖4D示出作為在光單元102處於導通狀態時的資料信號與在光單元102處於斷路狀態時的資料信號之間的差、在線條A-B處的光強度的分佈的一個示例。圖4D中，水平軸指示線條A-B上的位置，而垂直軸指示入射光的相對強度。如圖4D所示，在去除資料信號的關於外部光的資料之後，入射到區域152上的光強度高於入射到除了區域152之外的區域上的光強度。另外，入射到區域152上的光強度與入射到除了區域152之外的區域上的光強度之間的差比圖4B中要大。因此，能夠區分由手指151所反射的光與外部光。
如針對圖1A至圖1C、圖2A和圖2B、圖3A和圖3B以及圖4A至圖4D所述，這個實施例中示範的光檢測器包括光單元和光檢測器電路。光單元的狀態在導通狀態與斷路狀態之間切換，並且比較由處於導通狀態的光檢測器電路和處於斷路狀態的光檢測器電路所生成的資料信號，使得生成資料差異資料信號。透過生成資料差異資料信號，能夠從作為與光的照度對應的電壓的資料信號中去除關於外部光的資料；因而能夠降低外部光的影響。
在這個實施例所示範的光檢測器中，甚至在光單元的光源包括多色發光二極體的情況下，各發光二極體的狀態在導通狀態與斷路狀態之間切換，並且比較各發光二極體中的導通狀態和斷路狀態，使得能夠生成資料差異資料信號。採用上述結構，透過其中從發光二極體發射的光顏色在每個周期有所不同的方法(又稱作場序方法)，能夠以全色來檢測待讀取物件，並且能夠降低外部光的影響。
在這個實施例中，將描述實施例1中的光檢測器的光單元的一個示例。
參照圖5來描述這個實施例中的光單元的一個結構示例。圖5是示出這個實施例中的光單元的結構示例的示意圖。
圖5所示的光單元包括光源201、光導板202和固定構件203。此外，圖5中的光單元與光檢測部分(又稱作PDTP)205中的光檢測器電路重疊。
作為光源201，例如能夠使用發光二極體等，如同實施例1的情況中那樣。
固定構件203具有固定光源201和光導板202的功能。作為固定構件203，優選的是使用具有擋光性質的材料。透過將擋光材料用於固定構件203，能夠抑制從光源201發射的光洩漏到外部。注意，不一定提供固定構件203。
在圖5所示的光單元中，來自光源201的光在光導板202內部反射。這時，例如，諸如手指204之類的物件與光導板202接觸，由此來自光源201的光由手指204反射，並且入射到光檢測部分205中的光檢測器電路上。
此外，在例如向圖5中的光單元供應來自外部的控制信號或者向其提供控制電路時，能夠切換光源201的狀態。
如針對圖5所述，在這個實施例所示範的光單元中，透過使用光導板來反射來自光源的光，並且當物件與光導板接觸時，由物件所反射的光入射到光檢測器電路上。透過上述結構，能夠抑制外部光的影響。
在這個實施例中，將描述上述實施例的光檢測器中的光檢測器電路的一個示例。
參照圖6A至圖6F來描述這個實施例中的光檢測器電路的示例。圖6A至圖6F是用於描述這個實施例的光檢測器電路的示例的簡圖。
首先參照圖6A至圖6C來描述這個實施例的光檢測器電路的配置示例。圖6A至圖6C是各示出這個實施例的光檢測器電路的配置示例的簡圖。
圖6A中的光檢測器電路包括光電轉換元件131a、電晶體132a和電晶體133a。
光檢測器電路的電晶體是各具有至少一個源極、汲極和閘極的場效應電晶體，除非另有指定。
光電轉換元件131a具有第一端子和第二端子。將重置信號輸入到光電轉換元件131a的第一端子。
電晶體132a的閘極電連接到光電轉換元件131a的第二端子。
電晶體133a的源極和汲極其中之一電連接到電晶體132a的源極和汲極其中之一。將讀取選擇信號輸入到電晶體133a的閘極。
將電壓Va輸入到電晶體132a的源極和汲極中的另一個或者電晶體133a的源極和汲極中的另一個。
另外，圖6A中的光檢測器電路輸出電晶體132a的源極和汲極中的另一個的電壓或者電晶體133a的源極和汲極中的另一個的電壓作為資料信號。
圖6B中的光檢測器電路包括光電轉換元件131b、電晶體132b、電晶體133b、電晶體134和電晶體135。
光電轉換元件131b具有第一端子和第二端子。將電壓Vb輸入到光電轉換元件131b的第一端子。
注意，電壓Va和電壓Vb其中之一是高電源電壓Vdd，而另一個是低電源電壓Vss。高電源電壓Vdd是其值與低電源電壓Vss相比比較高的電壓。低電源電壓Vss是其值與高電源電壓Vdd相比比較低的電壓。電壓Va的值和電壓Vb的值可互換，例如取決於電晶體的導電類型。電壓Va與電壓Vb之間的差是電源電壓。
將累積控制信號(又稱作信號TX)輸入到電晶體134的閘極。電晶體134的源極和汲極其中之一電連接到光電轉換元件131b的第二端子。
電晶體132b的閘極電連接到電晶體134的源極和汲極中的另一個。
將重置信號輸入到電晶體135的閘極。將電壓Va輸入到電晶體135的源極和汲極其中之一。電晶體135的源極和汲極中的另一個電連接到電晶體134的源極和汲極中的另一個。
將讀取選擇信號輸入到電晶體133b的閘極。電晶體133b的源極和汲極其中之一電連接到電晶體132b的源極和汲極其中之一。
將電壓Va輸入到電晶體132b的源極和汲極中的另一個或者電晶體133b的源極和汲極中的另一個。
另外，圖6B中的光檢測器電路輸出電晶體132b的源極和汲極中的另一個的電壓或者電晶體133b的源極和汲極中的另一個的電壓作為資料信號。
圖6C中的光檢測器電路包括光電轉換元件131c、電晶體132c和電容器136。
光電轉換元件131c具有第一端子和第二端子。將重置信號輸入到光電轉換元件131c的第一端子。
電容器136具有第一端子和第二端子。將讀取選擇信號輸入到電容器136的第一端子。電容器136的第二端子電連接到光電轉換元件131c的第二端子。
電晶體132c的閘極電連接到光電轉換元件131c的第二端子。將電壓Va輸入到電晶體132c的源極和汲極其中之一。
圖6C中的光檢測器電路輸出電晶體132c的源極和汲極中的另一個的電壓作為資料信號。
此外，描述的是圖6A至圖6C中的光檢測器電路的元件。
光電轉換元件131a至131c各具有在光進入光電轉換元件時生成與入射光的照度對應的電流的功能。作為光電轉換元件131a至131c，能夠使用光二極體、光電晶體等等。當光電轉換元件131a至131c為光二極體時，光二極體的陽極和陰極其中之一對應於光電轉換元件的第一端子，而光二極體的陽極和陰極中的另一個對應於光電轉換元件的第二端子。當光電轉換元件131a至131c為光電晶體時，光電晶體的源極和汲極其中之一對應於光電轉換元件的第一端子，而光電晶體的源極和汲極中的另一個對應於光電轉換元件的第二端子。
電晶體132a至132c各具有用於設置光檢測器電路的資料信號的值的放大電晶體的功能。
作為電晶體132a至132c，有可能使用各包括其中包含屬於周期表的族14的半導體(例如矽)的半導體層或者氧化物半導體層(例如作為其中形成通道的層)的電晶體。注意，其中形成通道的層又稱作通道形成層。
氧化物半導體層是包含極少數載流子的本徵(i型)或實質本徵半導體層。載流子濃度低於1×1014/cm3，優選地低於1×1012/cm3，進一步優選地低於1×1011/cm3。
在包括用作通道形成層的氧化物半導體層的電晶體中，每微米通道寬度的斷路狀態電流小於或等於10 aA(1×10-17A)，優選地小於或等於1 aA(1×10-18A)，進一步優選地小於或等於10 zA(1×10-20A)，仍進一步優選地小於或等於1 zA(1×10-21A)，並且仍進一步優選地小於或等於100 yA(1×10-22A)。
電晶體134用作累積控制電晶體，它透過按照累積控制信號導通或截止來控制是否將電晶體132b的閘極的電壓設置成與光電轉換元件131b所生成的光電流對應的電壓。例如，累積控制信號能夠由移位暫存器生成。注意，在這個實施例的光檢測器電路中，不一定提供電晶體134，但是，在提供電晶體134的情況下，電晶體132b的閘極的電壓在電晶體132b的閘極處於浮置狀態(floating state)時能夠保持某個時間段。
電晶體135用作重置電晶體，它透過按照重置信號導通或截止來控制是否將電晶體132b的閘極的電壓重置為電壓Va。注意，在這個實施例的光檢測器電路中，不一定提供電晶體135，但是，在提供電晶體135的情況下，電晶體132b的閘極的電壓能夠重置為期望電壓。
例如，作為電晶體134和電晶體135的每個，能夠使用包含氧化物半導體層、可適用於電晶體132a至132c的電晶體。透過使用包含氧化物半導體層的電晶體，能夠抑制由電晶體134或電晶體135的洩漏電流引起的電晶體132b的閘極的電壓的變化。
電晶體133a和電晶體133b各用作讀取選擇電晶體，它透過按照讀取選擇信號導通或截止來控制是否輸出來自光檢測器電路的資料信號。例如，作為電晶體133a和電晶體133b，能夠使用可適用於電晶體132a至132c的電晶體。
接下來描述的是圖6A至圖6C中的光檢測器電路的驅動方法的示例。
首先參照圖6D來描述圖6A中的光檢測器電路的驅動方法的示例。圖6D是用於描述圖6A中的光檢測器電路的驅動方法的示例的簡圖，並且示出重置信號、讀取選擇信號、光電轉換元件131a和電晶體133a的狀態。注意，在這裏作為示例來描述其中光電轉換元件131a是光二極體的情況。
在圖6A的光檢測器電路的驅動方法的示例中，在周期T41輸入重置信號的脈衝。
這時，光電轉換元件131a處於其中電流沿正向流動的狀態(又稱作狀態ST51)，並且電晶體133a截止。
此外，電晶體132a的閘極的電壓重置為某個值。
在輸入重置信號的脈衝之後的周期T42中，光電轉換元件131a設置成處於其中沿反向施加電壓的狀態(又稱作狀態ST52)，並且電晶體133a保持在斷路狀態。
在那時，光電流按照入射到光電轉換元件131a上的光的照度在光電轉換元件131a的第一端子與第二端子之間流動。此外，電晶體132a的閘極的電壓值根據光電流而改變。
然後，在周期T43，輸入讀取選擇信號的脈衝。
在那時，光電轉換元件131a保持在狀態ST52，電晶體133a導通，電流流經電晶體132a的源極和汲極以及電晶體133a的源極和汲極，並且圖6A中的光檢測器電路輸出電晶體132a的源極和汲極中的另一個的電壓或者電晶體133a的源極和汲極中的另一個的電壓作為資料信號。那是圖6A中的光檢測器電路的驅動方法的示例。
接下來參照圖6E來描述圖6B中的光檢測器電路的驅動方法的示例。圖6E是用於描述圖6B中的光檢測器電路的驅動方法的示例的簡圖。
在圖6B的光檢測器電路的驅動方法的示例中，首先在周期T51輸入重置信號的脈衝。另外，在周期T51和周期T52，輸入累積控制信號的脈衝。注意，在周期T51，開始輸入重置信號的脈衝的定時可比開始輸入累積控制信號的脈衝的定時要早。
在那時，在周期T51，光電轉換元件131b設置成處於狀態ST51，並且電晶體134導通，由此電晶體132b的閘極的電壓重置為相當於電壓Va的值。
此外，在輸入重置信號的脈衝之後的周期T52中，光電轉換元件131b設置成處於狀態ST52，電晶體134保持在導通狀態，並且電晶體135截止。
在那時，光電流按照入射到光電轉換元件131b上的光的照度在光電轉換元件131b的第一端子與第二端子之間流動。此外，電晶體132b的閘極的電壓值根據光電流而改變。
此外，在輸入累積控制信號的脈衝之後的周期T53中，電晶體134截止。
在那時，電晶體132b的閘極的電壓保持為與周期T52中光電轉換元件131b的光電流對應的值。注意，不一定提供周期T53；但是，在存在周期T53的情況下，能夠適當設置在光檢測器電路中輸出資料信號的定時。例如，能夠適當設置在多個光檢測器電路中的每個光檢測器電路中輸出資料信號的定時。
然後，在周期T54，輸入讀取選擇信號的脈衝。
在那時，光電轉換元件131b保持在狀態ST52，並且電晶體133b導通。
此外，在那時，電流流經電晶體132b的源極和汲極以及電晶體133b的源極和汲極，並且圖6B中的光檢測器電路輸出電晶體132b的源極和汲極中的另一個的電壓或者電晶體133b的源極和汲極中的另一個的電壓作為資料信號。那是圖6B中的光檢測器電路的驅動方法的示例。
接下來參照圖6F來描述圖6C中的光檢測器電路的驅動方法的示例。圖6F是用於描述圖6C中的光檢測器電路的驅動方法的示例的簡圖。
在圖6C的光檢測器電路的驅動方法的示例中，首先在周期T61輸入重置信號的脈衝。
在那時，光電轉換元件131c設置為狀態ST51，並且電晶體132c的閘極的電壓重置為某個值。
然後，在輸入重置信號的脈衝之後的周期T62中，光電轉換元件131c設置為狀態ST52。
在那時，光電流按照入射到光電轉換元件131c上的光的照度在光電轉換元件131c的第一端子與第二端子之間流動。此外，電晶體132c的閘極的電壓根據光電流而改變。
然後，在周期T63，輸入讀取選擇信號的脈衝。
在那時，光電轉換元件131c保持在狀態ST52，電流在電晶體132c的源極與汲極之間流動，並且圖6C中的光檢測器電路輸出電晶體132c的源極和汲極中的另一個的電壓作為資料信號。那是圖6C中的光檢測器電路的驅動方法的示例。
如參照圖6A至圖6F所述，這個實施例的光檢測器電路包括光電轉換元件和放大電晶體。光檢測器電路按照讀取選擇信號來輸出資料信號。透過上述結構，能夠每個周期生成資料信號。
在這個實施例中，描述的是一種光檢測器，它在光進入光檢測器時能夠輸出資料並且能夠輸入資料。注意，在光進入光檢測器時能夠輸出資料並且能夠輸入資料的光檢測器又稱作輸入輸出裝置。
接下來將參照圖7A和圖7B來描述這個實施例中的光檢測器的一個示例。圖7A和圖7B是用於描述這個實施例中的光檢測器的示例的簡圖。
首先參照圖7A來描述這個實施例中的光檢測器的一個結構示例。圖7A是示出這個實施例中的光檢測器的結構示例的方塊圖。
圖7A所示的光檢測器包括顯示選擇信號輸出電路(又稱作DSELOUT)301、顯示資料信號輸出電路(又稱作DDOUT)302、重置信號輸出電路(又稱作RSTOUT)303a、讀取選擇信號輸出電路(又稱作RSELOUT)303b、光單元304、X個(X為自然數)顯示電路(又稱作DISP)305k、Y個(Y為自然數)光檢測器電路305p和讀取電路306。
顯示選擇信號輸出電路301具有輸出多個顯示選擇信號(又稱作信號DSEL)的功能。
顯示選擇信號輸出電路301包括例如移位暫存器。移位暫存器輸出脈衝信號，由此顯示選擇信號輸出電路301能夠輸出顯示選擇信號。
將圖像信號輸入到顯示資料信號輸出電路302。顯示資料信號輸出電路302具有基於所輸入的圖像信號來生成顯示資料信號(又稱作信號DD)並且輸出所生成的顯示資料信號的功能。
顯示資料信號輸出電路302包括例如移位暫存器、記憶體電路和類比開關。移位暫存器輸出脈衝信號，圖像信號(又稱作信號IMG)的資料按照脈衝信號儲存在記憶體電路中，並且類比開關接通，由此顯示資料信號輸出電路302能夠將所儲存的圖像信號資料作為顯示資料信號來輸出。
重置信號輸出電路303a具有輸出重置信號的功能。
例如，重置信號輸出電路303a能夠具有與實施例1中所述的重置信號輸出電路相同的結構。
讀取選擇信號輸出電路303b具有輸出讀取選擇信號的功能。
例如，讀取選擇信號輸出電路303b能夠具有與實施例1中所述的讀取選擇信號輸出電路相同的結構。
光單元304包括光源，並且具有在光源發射光時進行照明的功能。
例如，光單元304能夠具有與實施例1或2中所述的光單元相同的結構。
除了光單元304之外，還可提供具有實施例2中所述結構的光單元。例如，光單元304的光源具有多色發光二極體，並且附加提供的光單元的光源具有紅外線發射二極體，由此能夠執行全色顯示，並且能夠以高檢測精度來執行光檢測。
對顯示電路305k，輸入顯示選擇信號，並且按照所輸入的顯示選擇信號來輸入顯示資料信號。顯示電路305k按照所輸入的顯示資料信號來改變顯示狀態。
顯示電路305k包括例如選擇電晶體和顯示元件。選擇電晶體透過按照顯示選擇信號導通或截止來控制是否向顯示元件輸出顯示資料信號。顯示元件按照所輸入的顯示資料信號來改變顯示狀態。
作為顯示元件，能夠使用液晶元件、發光元件等等。液晶元件是其透光率透過電壓施加來改變的元件，並且發光元件是其亮度採用電流或電壓來控制的元件。作為發光元件，能夠使用電致發光元件(又稱作EL元件)等等。
在這裏，參照圖7B來描述顯示電路305k的一個配置示例。圖7B是示出圖7A中光檢測器中的顯示電路的一個配置示例的電路圖。
圖7B所示的顯示電路包括電晶體341和液晶元件342。
將顯示資料信號輸入到電晶體341的源極和汲極其中之一，並且將顯示選擇信號輸入到電晶體341的閘極。
液晶元件342具有第一端子和第二端子。液晶元件342的第一端子電連接到電晶體341的源極和汲極中的另一個。將公共電壓輸入到液晶元件342的第二端子。液晶元件342包括用作第一端子的像素電極、用作第二端子的公共電極和液晶。
作為液晶，例如，能夠使用電控雙折射液晶(又稱作ECB液晶)、對其添加二色性色素的液晶(又稱作GH液晶)、聚合物擴散液晶、盤狀液晶等等。注意，作為液晶，可使用呈現藍相的液晶。呈現藍相的液晶包含例如其中包括呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組合物(liquid crystal composition)。呈現藍相的液晶具有1毫秒或更小的短回應時間，具有使得不需要配向(alignment)過程的光學各向同性，並且具有小視角相關性。因此，透過呈現藍相的液晶，能夠提高操作速度。
注意，電容器可設置在顯示電路中。電容器具有第一端子和第二端子。電容器的第一端子電連接到電晶體341的源極和汲極中的另一個。將公共電壓輸入到電容器的第二端子。
電容器用作儲存電容器，它包括用作第一端子的部分或全部的第一電極、用作第二端子的部分或全部的第二電極以及電介質體。可在考慮電晶體341的斷路狀態電流的情況下來設置電容器的電容。
在顯示電路305k具有圖7B的配置的情況下，光檢測器可採用透射模式、半透射模式或反射模式的顯示方法。作為顯示電路305k具有圖7B的配置的情況下的光檢測器的顯示方法，能夠使用TN(扭轉向列)模式、IPS(共面切換)模式、STN(超扭轉向列)模式、VA(垂直配向)模式、ASM(軸向對稱排列微單元)模式、OCB(光學補償雙折射)模式、FLC(鐵電液晶)模式、AFLC(反鐵電液晶)模式、MVA(多象限垂直配向)模式、PVA(圖案垂直配向)模式、ASV(先進超視圖)模式、FFS(邊緣場切換)模式等等。光檢測器電路305p設置在像素部分305中。光檢測器電路305p生成與入射光的照度對應的電壓。將重置信號和讀取選擇信號輸入到光檢測器電路305p。此外，光檢測器電路305p按照重置信號設置成處於重置狀態。另外，光檢測器電路305p具有按照讀取選擇信號來輸出資料信號的功能。光檢測器電路305p能夠具有與實施例1中光檢測器中的光檢測器電路(例如圖1A中的光檢測器電路103p)相同的結構。例如，作為光檢測器電路305p，能夠使用實施例3中所述的光檢測器電路。
像素包括至少一個顯示電路305k。備選地，像素可包括至少一個顯示電路305k和至少一個光檢測器電路305p。讀取電路306選擇光檢測器電路305p，並且從所選光檢測器電路305p讀取資料信號。例如，讀取電路306能夠具有與實施例1中光檢測器中的讀取電路相同的結構。例如，由讀取電路306所讀出的資料信號由圖7A所示的資料處理電路307來處理。資料處理電路307是執行所輸入的資料信號的算術處理的電路。資料處理電路307能夠具有與實施例1中的資料處理電路相同的結構。接下來，作為這個實施例中的光檢測器的驅動方法的一個示例，描述圖7A所示的光檢測器的驅動方法的一個示例。在這裏，作為一個示例，顯示電路305k具有圖7B所示的結構，並且光單元304的光源包括紅、綠和藍三種顏色的發光二極體。例如，圖7A所示的光檢測器的驅動方法能夠分為讀取操作和顯示操作。在讀取操作中，按照與實施例1中所述的光檢測器相似的方式，將光單元304的狀態改變成第一至第三導通狀態和斷路狀態，光檢測器電路305p生成各狀態中的資料信號，各資料信號由讀取電路306來讀取，並且資料處理電路307比較第一至第三導通狀態中的資料信號和斷路狀態中的資料信號。關於細節，參閱以上在實施例1中的描述。
在顯示操作中，光單元304的狀態順序地改變成第一導通狀態、第二導通狀態和第三導通狀態，並且在各導通狀態中，電晶體341按照顯示選擇信號導通。在這時，將與顯示資料信號對應的電壓施加到液晶元件342，使得液晶元件342設置成處於與所施加電壓對應的顯示狀態。此後，電晶體341按照顯示選擇信號截止。注意，在前一個讀周期中生成的資料信號可反射到顯示資料信號，並且顯示操作可在顯示周期中執行。如參照圖7A和圖7B所述，這個實施例的光檢測器包括顯示電路和光檢測器電路。例如，透過上述結構，顯示電路的顯示狀態能夠按照由光檢測器電路所生成的資料信號來設置，使得光檢測器能夠用作觸控板。在這個實施例的光檢測器中，在光源包括多色發光二極體的情況下，例如，顯示操作和讀取操作能夠透過場序方法來執行。相應地，能夠無需使用濾色器而執行全色顯示操作和讀取操作，使得能夠減少像素中顯示電路的數量。
(實施例5)
在這個實施例中，將描述能夠用於包含上述實施例的氧化物半導體層的電晶體的電晶體。包含這個實施例中所述的氧化物半導體層的電晶體是包含高度純化為本徵(又稱作i型)或實質本徵的氧化物半導體層的電晶體。注意，高度純化是包括下列情況的一般概念：盡可能多地去除氧化物半導體層中的氫的情況；以及將氧供應給氧化物半導體層並且降低由於氧化物半導體層的缺氧造成的缺陷的情況。參照圖8A至圖8D來描述這個實施例中的電晶體的結構的一個示例。圖8A至圖8D是各示出這個實施例中的電晶體的結構的一個示例的截面示意圖。圖8A所示的電晶體是底閘電晶體之一，又稱作反向交錯電晶體(inverted staggered transistor)。圖8A所示的電晶體包括導電層401a、絕緣層402a、氧化物半導體層403a、導電層405a和導電層406a。導電層401a在基板400a之上形成，絕緣層402a在導電層401a之上形成，氧化物半導體層403a在導電層401a之上形成(其間插入絕緣層402a)，以及導電層405a和導電層406a各在氧化物半導體層403a的一部分之上形成。此外，在圖8A中所示的電晶體中，氧化物絕緣層407a與氧化物半導體層403a的頂面的一部分(氧化物半導體層403a的其上既沒有設置導電層405a也沒有設置導電層406a的一部分)接觸。圖8B所示的電晶體是通道保護(又稱作通道阻止)電晶體，它是底閘電晶體之一，並且又稱作反向交錯電晶體。
圖8B所示的電晶體包括導電層401b、絕緣層402b、氧化物半導體層403b、絕緣層427、導電層405b和導電層406b。導電層401b在基板400b之上形成，絕緣層402b在導電層401b之上形成，氧化物半導體層403b在導電層401b之上形成(其間插入絕緣層402b)，絕緣層427在導電層401b之上形成(其間插入絕緣層402b和氧化物半導體層403b)，以及導電層405b和導電層406b在氧化物半導體層403b的一部分之上形成(其間插入絕緣層427)。導電層401b能夠與整個氧化物半導體層403b重疊。當導電層401b與整個氧化物半導體層403b重疊時，能夠抑制進入氧化物半導體層403b的光。其結構並不局限於此，導電層401b能夠與氧化物半導體層403b的一部分重疊。圖8C所示的電晶體是底閘電晶體之一。圖8C所示的電晶體包括導電層401c、絕緣層402c、氧化物半導體層403c、導電層405c和導電層406c。導電層401c在基板400c之上形成，絕緣層402c在導電層401c之上形成，導電層405c和導電層406c在絕緣層402c的一部分之上形成，以及氧化物半導體層403c在導電層401c之上形成(其間插入絕緣層402c、導電層405c和導電層406c)。導電層401c能夠與整個氧化物半導體層403c重疊。當導電層401c與整個氧化物半導體層403c重疊時，能夠抑制進入氧化物半導體層403c的光。其結構並不局限於此，導電層401c能夠與氧化物半導體層403c的一部分重疊。
此外，在圖8C所示的電晶體中，氧化物絕緣層407c與氧化物半導體層403c的上表面和側面接觸。注意，在圖8A至圖8C中，保護絕緣層可設置在氧化物絕緣層之上。圖8D所示的電晶體是頂閘電晶體之一。圖8D所示的電晶體包括導電層401d、絕緣層402d、氧化物半導體層403d、導電層405d和導電層406d。氧化物半導體層403d在基板400d之上形成(其間插入絕緣層447)，導電層405d和導電層406d各在氧化物半導體層403d的一部分之上形成，絕緣層402d在氧化物半導體層403d、導電層405d和導電層406d之上形成，以及導電層401d在氧化物半導體層403d之上形成(其間插入絕緣層402d)。此外，描述圖8A至圖8D中所示的元件。作為基板400a至400d，例如能夠使用鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃的玻璃基板等等。進一步備選地，晶化玻璃能夠用作基板400a至400d。進一步備選地，塑膠基板能夠用於基板400a至400d。
絕緣層447用作防止雜質元素從基板400d擴散的基層。絕緣層447能夠是例如氮化矽層、氧化矽層、氧化氮化矽層、氮氧化矽層、氧化鋁層或氮氧化鋁層。備選地，絕緣層447能夠是各使用可適用於絕緣層447的材料的任一種的層的疊層。備選地，絕緣層447能夠是使用擋光材料的層和使用可適用於絕緣層447的上述材料的任一種的層的疊層。當絕緣層447使用採用擋光材料的層來形成時，能夠抑制進入氧化物半導體層403d的光。注意，在圖8A至圖8C所示的電晶體中，絕緣層可設置在基板與用作閘極電極的導電層之間，如同圖8D所示的電晶體中那樣。導電層401a至401d各用作電晶體的閘極電極。作為導電層401a至401d，有可能例如使用諸如鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧之類的金屬材料或者包含這些材料的任一種作為主要成分的合金材料的層。導電層401a至401d還能夠透過堆疊能夠應用於導電層401a至401d的材料的層來形成。絕緣層402a至402d各用作電晶體的閘極絕緣層。作為絕緣層402a至402c，例如能夠使用氧化矽層、氮化矽層、氮氧化矽層、氧化氮化矽層、氧化鋁層、氮化鋁層、氮氧化鋁層、氧化氮化鋁層或者氧化鉿層。絕緣層402a至402c還能夠透過堆疊能夠用於絕緣層402a至402c的材料的層來形成。氧化物絕緣層402d能夠是氧化物絕緣層，例如氧化矽層。
氧化物半導體層403a至403d各用作電晶體的通道形成層。作為能夠用於氧化物半導體層403a至403d的氧化物半導體，例如能夠給出四成分金屬氧化物、三成分金屬氧化物、二成分金屬氧化物等等。作為四成分金屬氧化物，例如能夠使用In-Sn-Ga-Zn-O基的金屬氧化物等等。作為三成分金屬氧化物，例如能夠使用In-Ga-Zn-O基金屬氧化物、In-Sn-Zn-O基金屬氧化物、In-Al-Zn-O基金屬氧化物、Sn-Ga-Zn-O基金屬氧化物、Al-Ga-Zn-O基金屬氧化物、Sn-Al-Zn-O基金屬氧化物等等。作為二成分金屬氧化物，例如能夠使用In-Zn-O基金屬氧化物、Sn-Zn-O基金屬氧化物、Al-Zn-O基金屬氧化物、Zn-Mg-O基金屬氧化物、Sn-Mg-O基金屬氧化物、In-Mg-O基金屬氧化物或者In-Sn-O基金屬氧化物。此外，In-O基金屬氧化物、Sn-O基金屬氧化物、Zn-O基金屬氧化物等等也能夠用作氧化物半導體。能夠用作氧化物半導體的金屬氧化物可包含SiO2。在使用In-Zn-O基金屬氧化物的情況下，例如具有成分比In:Zn=50:1至1:2[原子比](In2O3:ZnO=25:1至1:4[摩爾比])、優選地為In:Zn=20:1至1:1[原子比](In2O3:ZnO=10:1至1:2[摩爾比])，進一步優選地為In:Zn=15:1至1.5:1(In2O3:ZnO=15:2至3:4[摩爾比])的氧化物靶能夠用於形成。例如，當用於形成In-Zn-O基氧化物半導體的靶具有成分比In:Zn:O=P:Q:R[原子比](R>(1.5P+Q))時。銦量的增加使電晶體的遷移率能夠增加。作為氧化物半導體，能夠使用由InMO3(ZnO)m(m>0)所表示的材料。在這裏，M表示從Ga、Al、Mn和Co中所選的一種或多種金屬元素。例如，作為M能夠給出Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等等。
導電層405a至405d的每個以及導電層406a至406d的每個用作電晶體的源極電極或汲極電極。作為導電層405a至405d和導電層406a至406d，例如能夠使用諸如鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬或鎢之類的金屬材料或者包含這些金屬材料的任一種作為主要成分的合金材料的層。導電層405a至405d和導電層406a至406d也能夠透過堆疊能夠應用於導電層405a至405d和導電層406a至406d的材料的層來形成。例如，導電層405a至405d和導電層406a至406d能夠透過堆疊鋁或銅的金屬層和鈦、鉬、鎢的高熔點金屬層等等來形成。導電層405a至405d和導電層406a至406d可具有其中鋁或銅的金屬層設置在多個高熔點金屬層之間的結構。此外，當導電層405a至405d和導電層406a至406d使用對其添加了防止生成小丘或晶鬚的元素(例如Si、Nd或Sc)的鋁層來形成時，能夠提高耐熱性。備選地，導電層405a至405d和導電層406a至406d的每個能夠是包含導電金屬氧化物的層。作為導電金屬氧化物，例如能夠使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦和氧化錫的合金(In2O3-SnO2，縮寫成ITO)、氧化銦和氧化鋅的合金(In2O3-ZnO)或者包含氧化矽的這種金屬氧化物材料。
此外，另一個佈線可使用用於形成導電層405a至405d和導電層406a至406d的材料來形成。絕緣層427用作保護電晶體的通道形成層的層(又稱作通道保護層)，並且可適用於絕緣層447的材料的層能夠例如用作絕緣層427。絕緣層427也能夠透過堆疊能夠應用於絕緣層427的材料的層來形成。作為氧化物絕緣層407a和氧化物絕緣層407c，能夠使用氧化物絕緣層，並且例如能夠使用氧化矽層等等。氧化物絕緣層407a和氧化物絕緣層407c還能夠透過堆疊能夠應用於氧化物絕緣層407a和氧化物絕緣層407c的材料的層來形成。接下來，作為用於製造這個實施例中的電晶體的方法的一個示例，參照圖9A至圖9D來描述用於製造圖8A所示電晶體的方法的一個示例。圖9A至圖9D是示出用於製造圖8A中電晶體的方法的示例的示意截面圖。首先，製備基板400a，並且在其上形成第一導電膜。選擇性地蝕刻第一導電膜以形成導電層401a(參見圖9A)。例如，第一抗蝕劑掩模透過第一光微影步驟在第一導電膜的一部分之上形成，並且第一導電膜使用第一抗蝕劑掩模來蝕刻，以便形成導電層401a。注意，在形成導電層401a之後去除第一抗蝕劑掩模。例如，第一導電膜能夠使用能夠用於導電層401a的材料來形成。第一導電膜能夠透過堆疊各由能夠用於第一導電膜的材料所形成的層來形成。
注意，抗蝕劑掩模可透過噴墨水(inkjet)方法來形成。噴墨方法中沒有使用光掩模；因而製造成本能夠降低。此外，抗蝕劑掩模可使用多色調掩模(multi-tone mask )來形成。多色調掩模是光透過其中透射以具有多個強度的掩模。當使用多色調掩模時，能夠形成包含具有不同厚度的部分的抗蝕劑掩模，並且這種抗蝕劑掩模能夠用於多個蝕刻步驟；因此製造成本能夠降低。然後，第一絕緣膜在導電層401a之上形成，以便形成絕緣層402a。氧化物半導體膜在絕緣層402a之上形成，並且然後氧化物半導體膜經過蝕刻並且經過第一熱處理，由此形成氧化物半導體層403a(參見圖9B)。例如，第一絕緣膜能夠透過濺射方法、電漿CVD方法等等來形成。例如，當第一絕緣膜透過高密度電漿CVD方法(例如使用在2.45 GHz的頻率的微波的高密度電漿CVD方法)來形成時，絕緣層402a能夠是緊密的，並且由此具有改進的擊穿電壓。此外，第一絕緣膜能夠使用能夠用於絕緣層402a的材料來形成。第一絕緣膜能夠透過堆疊各由能夠用於第一絕緣膜的材料所形成的層來形成。氧化物半導體膜能夠透過濺射方法來形成。注意，氧化物半導體膜可在稀有氣體氣氛、氧氣氛或者在稀有氣體和氧的混合氣氛中形成。氧化物半導體膜能夠使用能夠用於氧化物半導體層403a的氧化物半導體材料來形成。
對於氧化物半導體膜的形成，能夠使用具有成分比In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1或In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[摩爾比]的氧化物靶。待使用的氧化物靶的填充係數優選地高於或等於90%但低於或等於100%，進一步優選地高於或等於95%但低於或等於99.9%。在這裏，填充係數表示除了間隔之類所佔用的區域之外的部分的體積相對氧化物靶的總體積的比例。透過具有高填充係數的靶，能夠形成緊密氧化物半導體膜。此外，作為用於形成氧化物半導體膜的濺射氣體，例如優選地使用從其中去除諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質的高純度氣體。在形成氧化物半導體膜之前，可執行預熱。透過預熱，從絕緣層402a和氧化物半導體膜中釋放諸如氫或濕氣之類的雜質。注意，在預熱室中執行預熱的情況下，例如優選地提供低溫泵作為預熱室中的抽空裝置。此外，在基板400a放置在已降低壓力下並且基板400a的溫度設置成高於或等於100℃但低於或等於600℃、優選地高於或等於200℃但低於或等於400℃的同時，可形成氧化物半導體膜。透過加熱基板400a，氧化物半導體膜中的雜質的濃度能夠降低，並且在濺射期間對氧化物半導體膜的損壞能夠減小。此外，例如，能夠採用捕集真空泵等等去除其中形成氧化物半導體膜的沈積室中剩餘的濕氣。作為捕集真空泵，例如能夠使用低溫泵、離子泵或鈦昇華泵。此外，配備有冷阱的渦輪泵能夠用於去除沈積室中剩餘的濕氣。
在形成氧化物半導體膜之前，優選地執行反向濺射，以便去除附於絕緣層402a表面的粉狀物質(又稱作微粒或灰塵)。反向濺射指的是一種方法，其中代替將電壓施加到靶側，RF電源用於在氬、氮、氦或氧氣氛中將電壓施加到基板側，使得生成電漿以修改基板表面。例如，氧化物半導體膜能夠使用透過第二光微影步驟在氧化物半導體膜的一部分之上形成的第二抗蝕劑掩模來蝕刻。注意，在蝕刻氧化物半導體膜之後，去除第二抗蝕劑掩模。例如，乾式蝕刻、濕式蝕刻或者乾式蝕刻和濕式蝕刻能夠用於蝕刻氧化物半導體膜。能夠例如使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液作為蝕刻劑來蝕刻氧化物半導體膜。ITO07N(由Kanto Chemical Co.,Inc.生產)可用作用於蝕刻氧化物半導體膜的蝕刻劑。另外，例如，第一熱處理在高於或等於400℃但低於或等於750℃、或高於或等於400℃但低於基板的應變點的溫度下執行。透過第一熱處理，能夠執行脫水或脫氫。
用於熱處理的熱處理設備可以是用於透過來自諸如電阻加熱元件之類的加熱元件的熱傳導或熱輻射來加熱物件的設備或電爐。例如，能夠使用諸如氣體快速熱退火(GRTA)設備或燈快速熱退火(LRTA)設備之類的快速熱退火(RTA)設備。例如，LRTA設備是用於透過從諸如鹵素燈、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓水銀燈之類的燈發射的光(電磁波)的輻射來加熱物件的設備。GRTA設備是用於使用高溫氣體進行熱處理的設備。作為高溫氣體，能夠使用不會透過熱處理與物件發生反應的稀有氣體或惰性氣體(例如氮)。例如，作為第一熱處理，可採用包括在加熱到650℃至700℃的惰性氣體中加熱數分鐘的GRTA。注意，優選的是，水、氫等等沒有包含在用於第一熱處理的氣體中。優選的是氣體具有6N(99.9999%)或更高、優選地7N(99.99999%)或更高的純度，即，優選的是雜質濃度低於或等於1 ppm、更優選地低於或等於0.1 ppm。在第一熱處理中加熱氧化物半導體層之後，高純度氧氣、高純度N2O氣體或者超乾空氣(露點低於或等於-40℃，優選地低於或等於-60℃)可引入相同的爐中，同時保持或降低加熱溫度。優選的是，氧氣或N2O氣體沒有包含水、氫等等。引入熱處理設備中的氧氣或N2O氣體的純度優選地為6N或更高，進一步優選地為7N或更高，即，氧氣或N2O氣體的雜質濃度優選地低於或等於1 ppm，更優選地低於或等於0.1 ppm。氧氣或N2O氣體的引入使氧被供應給氧化物半導體層403a，由此能夠純化氧化物半導體層403a。注意，第一熱處理可在形成和蝕刻氧化物半導體膜之後執行。備選地，可在形成氧化物半導體膜並且執行第一熱處理之後來蝕刻氧化物半導體膜。
除了上述定時之外，可在導電層405a和406a形成於氧化物半導體層403a之上之後或者在氧化物絕緣層407a形成於導電層405a和406a之上之後執行第一熱處理，只要第一熱處理在形成氧化物半導體層之後執行即可。備選地，氧化物半導體膜可透過兩個沈積步驟來形成，並且熱處理可在各沈積步驟之後執行，使得所產生氧化物半導體膜可包括具有與膜表面垂直定向的c軸的結晶區。例如，厚度大於或等於3 nm但小於或等於15 nm的第一氧化物半導體膜被形成，並且在氮、氧、稀有氣體或幹空氣的氣氛中經過高於或等於450℃但低於或等於850℃、優選地高於或等於550℃但低於或等於750℃的溫度下的第一熱處理，使得第一氧化物半導體膜在包括表面的區域中包括結晶區(包括板狀晶體(plate-like crystal)；然後，比第一氧化物半導體膜更厚的第二氧化物半導體膜被形成，並且經過高於或等於450℃但低於或等於850℃、優選地高於或等於600℃但低於或等於700℃的溫度下的第二熱處理，使得晶體使用作為晶體生長的籽晶(seed)的第一氧化物半導體膜從第一氧化物半導體膜向上生長到第二氧化物半導體膜中，由此晶化整個第二氧化物半導體膜。這樣，能夠形成包括具有與膜表面垂直定向的c軸的結晶區的氧化物半導體膜。這樣形成的氧化物半導體膜比透過一個沈積步驟所形成的氧化物半導體膜更厚。然後，第二導電膜在絕緣層402a和氧化物半導體層403a之上形成，並且選擇性地蝕刻以形成導電層405a和406a(參見圖9C)。
例如，第三抗蝕劑掩模透過第三光微影步驟在第二導電膜的一部分之上形成，並且第二導電膜使用第三抗蝕劑掩模來蝕刻，以便形成導電層405a和406a。注意，在形成導電層405a和406a之後去除第三抗蝕劑掩模。此外，第二導電膜能夠使用能夠用於導電層405a和406a的材料來形成。第二導電膜能夠透過堆疊各由能夠用於第二導電膜的材料所形成的層來形成。第二導電膜能夠例如是諸如鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬或鎢之類的金屬材料的膜或者包含這些金屬材料的任一種作為主要成分的合金材料的膜。第二導電膜能夠是透過堆疊能夠用作第二導電膜的膜所形成的膜的疊層。注意，第三抗蝕劑掩模優選地透過曝光於紫外線、KrF雷射或ArF雷射來形成。所產生電晶體的通道長度L取決於在氧化物半導體層403a之上彼此相鄰的導電層405a和406a的底端之間的間隔寬度。在執行曝光以形成使通道長度L小於25 nm的第三抗蝕劑掩模的情況下，曝光優選地使用具有數奈米至數十奈米的極短波長的遠紫外來執行。在透過遠紫外光的曝光中，解析度高，並且焦深大。相應地，所產生電晶體的通道長度L能夠大於或等於10 nm但小於或等於1000 nm。在形成導電層405a和406a之後，可執行預熱。這種預熱可與以上所述相似地執行。然後，氧化物絕緣層407a形成為接觸氧化物半導體層403a。
例如，能夠透過其中諸如水或氫之類的雜質沒有進入氧化物絕緣層407a的方法(例如濺射方法)，透過在稀有氣體(通常為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體和氧的混合氣氛中形成氧化物半導體層403a、導電層405a和導電層406a之上的第二絕緣膜，來形成氧化物絕緣層407a。透過形成其中諸如水或氫之類的雜質沒有進入氧化物絕緣層407a的氧化物絕緣層407a，能夠防止氧化物半導體層的背通道的電阻的減小。氧化物絕緣層407a的形成中基板的溫度優選地高於或等於室溫但低於或等於300℃。
例如，第二絕緣膜可使用氧化矽靶或矽靶來形成。例如，透過使用矽靶，氧化矽膜能夠在包含氧的氣氛中透過濺射方法作為第二絕緣膜來形成。
此外，作為用於形成第二絕緣膜的濺射氣體，例如優選地使用從其中去除諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質的高純度氣體。
在形成氧化物絕緣層407a之前，可執行使用諸如N2O、N2或Ar之類的氣體的電漿處理，以便去除吸附於氧化物半導體層403a的外露表面的水等等。在執行電漿處理的情況下，氧化物絕緣層407a優選地在電漿處理之後形成，而沒有暴露於空氣。
然後，第二熱處理(優選地在高於或等於200℃但低於或等於400℃，例如高於或等於250℃但低於或等於350℃)可在惰性氣體氣氛或者氧氣氣氛中執行。例如，第二熱處理在氮氣氛中在250℃執行1小時。透過第二熱處理，在氧化物半導體層403a的上表面的一部分與氧化物絕緣層407a接觸的同時施加熱量。
透過上述過程，能夠從氧化物半導體層中特意去除諸如氫、濕氣、羥基或氫化物(又稱作氫化合物)之類的雜質，並且另外能夠將氧供應給氧化物半導體層。因此，高度純化氧化物半導體層。
透過上述過程，能夠形成電晶體(參見圖9D)。
當氧化物絕緣層407a是具有許多缺陷的氧化矽層時，氧化物半導體層403a中諸如氫、濕氣、羥基或氫化物之類的雜質透過第二熱處理擴散到氧化物絕緣層407a中，由此能夠進一步減少氧化物半導體層403a中的雜質。
保護絕緣層可在氧化物絕緣層407a之上形成。例如，透過經由RF濺射方法形成絕緣膜來提供保護絕緣層。RF濺射方法作為保護絕緣層的形成方法是優選的，因為它提供高的批量生產性。以上是用於製造圖8A中電晶體的方法的一個示例。
注意，這個實施例中用於修整電晶體的方法可包括使用氧電漿的氧摻雜處理。例如，可執行使用2.45 GHz的高密度電漿的氧摻雜處理。注意，可在形成用作閘極絕緣層的絕緣層之後，在形成氧化物半導體膜之後，在第一熱處理之後，在形成用作源極電極或汲極電極的導電層之後，或者在形成氧化物絕緣層之後，執行氧摻雜處理。透過氧摻雜處理，能夠降低所製造的電晶體的電特性的變化。
注意，用於製造電晶體的方法的給定示例不一定僅適用於圖8A中的電晶體。例如，用於製造圖8A中電晶體的方法的示例的以上描述能夠適當地應用於圖8B至圖8D中具有與圖8A的元件相同表示並且具有與圖8A的元件至少部分相同的功能的元件。
如參照圖8A至圖8D和圖9A至圖9D所述，這個實施例中的電晶體具有如下結構，其中包括用作閘極電極的第一導電層、用作閘極絕緣層的絕緣層、包括通道並且與第一導電層重疊(其間插入絕緣層)的氧化物半導體層、電連接到氧化物半導體層並且用作源極電極和汲極電極其中之一的第二導電層以及電連接到氧化物半導體層並且用作源極電極和汲極電極中的另一個的第三導電層。氧化物半導體層與氧化物絕緣層接觸。
其中形成通道的氧化物半導體層是透過純化而製作成i型或實質i型的氧化物半導體層。透過純化氧化物半導體層，氧化物半導體層的載流子濃度能夠低於1×1014/cm3、優選地低於1×1012/cm3、進一步優選地低於1×1011/cm3，並且因而能夠抑制因溫度變化而引起的特性的變化。透過上述結構，每微米通道寬度的斷路狀態電流能夠小於或等於10 aA(1×10-17A)，小於或等於1 aA(1×10-18A)，小於或等於10 zA(1×10-20A)，進一步地，小於或等於1 zA(1×10-21A)，並且更進一步地，小於或等於100 yA(1×10-22A)。優選的是電晶體的斷路狀態電流盡可能小。這個實施例中電晶體的斷路狀態電流的最小值估計為大約10-30 A/μm。
另外將描述一個示例，其中這個實施例的電晶體的斷路狀態電流借助於用於評估特性的電路透過測量洩漏電流來計算。
參照圖10來描述用於評估特性的電路的配置。圖10是示出用於評估特性的電路的配置的電路圖。
圖10所示的用於評估特性的電路包括多個測量系統801。多個測量系統801並聯。在這裏，作為一個示例，八個測量系統801並聯。
測量系統801包括電晶體811、電晶體812、電容器813、電晶體814和電晶體815。
將電壓V1輸入到電晶體811的源極和汲極其中之一，並且將電壓Vext_a輸入到電晶體811的閘極。電晶體811用於注入電荷。
電晶體812的源極和汲極其中之一電連接到電晶體811的源極和汲極中的另一個，將電壓V2輸入到電晶體812的源極和汲極中的另一個，並且將電壓Vext_b輸入到電晶體812的閘極。電晶體812用於評估洩漏電流。注意，洩漏電流指的是包括電晶體的斷路狀態電流的洩漏電流。
電容器813的第一電極連接到電晶體811的源極和汲極中的另一個，並且將電壓V2輸入到電容器813的第二電極。在這裏，電壓V2為0 V。
將電壓V3輸入到電晶體814的源極和汲極其中之一，並且電晶體814的閘極電連接到電晶體811的源極和汲極其中之一。注意，其中電晶體814的閘極、電晶體811的源極和汲極中的另一個、電晶體812的源極和汲極其中之一以及電容器813的第一電極在其中相互連接的部分稱作節點A。在這裏，電壓V3為5 V。
電晶體815的源極和汲極其中之一電連接到電晶體814的源極和汲極中的另一個，將電壓V4輸入到電晶體815的源極和汲極中的另一個，並且將電壓Vext_c輸入到電晶體815的閘極。在這裏，電壓Vext_c為0.5 V。
測量系統801在其中電晶體814的源極和汲極中的另一個連接到電晶體815的源極和汲極其中之一的部分輸出電壓，作為輸出電壓Vout。
在這裏，作為電晶體811的一個示例，使用包括氧化物半導體層並且通道長度L為10 μm和通道寬度W為10 μm的電晶體。作為電晶體814和電晶體815的每個的一個示例，使用包括氧化物半導體層並且通道長度L為3 μm和通道寬度W為100 μm的電晶體。此外，作為電晶體812的一個示例，使用具有包括氧化物半導體層的底閘結構的電晶體。在作為電晶體812的一個示例的電晶體中，源極電極和汲極電極與氧化物半導體層的上部接觸，沒有提供其中源極電極和汲極電極與閘極電極重疊的區域，而提供寬度為1 μm的偏移區。偏移區的提供使寄生電容能夠減小。此外，作為電晶體812，使用具有不同條件、即相互不同的通道長度L和通道寬度W的六種類型的電晶體(參見表1)。
用於注入電荷的電晶體以及用於評估洩漏電流的電晶體如圖10所示單獨提供，使得用於評估洩漏電流的電晶體能夠在電荷被注入時始終保持為截止。在沒有提供用於注入電荷的電晶體的情況下，用於評估洩漏電流的電晶體在電荷被注入時需要導通。在這種情況下，如果元件需要長時間將電晶體從導通狀態改變成斷路狀態的穩態，則需要長時間進行測量。
此外，用於注入電荷的電晶體以及用於評估洩漏電流的電晶體單獨提供，由此各電晶體能夠具有適當尺寸。當用於評估洩漏電流的電晶體的通道寬度W大於用於注入電荷的電晶體的通道寬度W時，能夠相對地降低除了用於評估洩漏電流的電晶體之外的用於評估特性的電路的洩漏電流分量。因此，能夠以高精度來測量用於評估洩漏電流的電晶體的洩漏電流。另外，用於評估洩漏電流的電晶體在電荷被注入時無需接通一次；因此，節點A沒有由通道形成區中流入節點A的電荷的一部分引起的電壓的變化的影響。
另一方面，用於注入電荷的電晶體的通道寬度W小於用於評估洩漏電流的電晶體的通道寬度W，由此能夠相對地減小用於注入電荷的電晶體的洩漏電流。另外，節點A具有由電荷被注入時通道形成區中流入節點A的電荷的一部分引起的電壓的變化的較小影響。
如圖10所示，多個測量系統並聯，由此用於評估特性的電路的洩漏電流能夠更準確地計算。
接下來描述透過使用圖10中用於評估特性的電路來計算這個實施例中的電晶體的斷路狀態電流的值的方法。
首先，參照圖11來描述用於測量圖10所示的用於評估特性的電路的洩漏電流的方法。圖11是用於描述透過使用圖10所示的用於評估特性的電路來測量洩漏電流的方法的時序圖。
在透過使用圖10所示的用於評估特性的電路的洩漏電流的測量中，提供寫周期和保持周期。下面描述各周期中的操作。
首先，在寫周期，作為電壓Vext_b，輸入電晶體812隨其而截止的電壓VL(-3 V)。作為電壓V1，輸入寫電壓Vw，並且然後，作為電壓Vext_a，輸入電晶體811隨其而在某個周期中處於導通狀態的電壓VH(5 V)。因此，電荷在節點A中累積，並且節點A的電壓變為相當於寫電壓Vw。然後，作為電壓Vext_a，輸入電晶體811隨其而截止的電壓VL。然後，作為電壓V1，施加電壓VSS(0 V)。
在後續保持周期，測量由節點A中累積的電荷量的變化所引起的節點A的電壓的變化量。從電壓的變化量，能夠計算電晶體812的源極電極與汲極電極之間流動的電流值。因此，能夠累積節點A的電荷，並且能夠測量節點A的電壓的變化量。
重復地執行節點A的電荷的累積以及節點A的電壓的變化量的測量(又稱作累積和測量操作)。首先，第一累積和測量操作重復進行15次。在第一累積和測量操作中，在寫周期中施加作為寫電壓Vw的5 V電壓，並且在保持周期中執行保留一個小時。接下來，第二累積和測量操作重復進行2次。在第二累積和測量操作中，在寫周期中施加作為寫電壓Vw的3.5 V電壓，並且在保持周期中執行保留50個小時。接下來，執行一次第三累積和測量操作。在第三累積和測量操作中，在寫周期中施加作為寫電壓Vw的4.5 V電壓，並且在保持周期中執行保留10小時。透過重復進行累積和測量操作，能夠確認所測量電流值是穩態的值。換言之，能夠從節點A中流動的電流IA中去除瞬態電流(在測量開始之後隨時間減小的電流分量)。因此，能夠以高精度來測量洩漏電流。
一般來說，表示節點A的電壓的VA能夠作為輸出電壓Vout的函數並且如下式(1)所示來測量。
[公式1]
V A =F(Vout) (1)
節點A的電荷QA能夠使用節點A的電壓VA、連接到節點A的電容CA和常數(const)透過下式(2)來表示。在這裏，連接到節點A的電容CA是電容器813的電容和其他電容之和。
[公式2]
Q A =C A V A +const (2)
由於節點A的電流IA是流入節點A的電荷(或者從節點A流動的電荷)的時間導數，所以節點A的電流IA由下式(3)表示。
[公式3]
在這裏，作為一個示例，Δt大約為54000秒。如上所述，作為洩漏電流的節點A的電流IA能夠採用連接到節點A的電容CA和輸出電壓Vout來計算，並且因此能夠相應地得到用於評估特性的電路的洩漏電流。
接下來，示出使用用於評估特性的上述電路、透過測量方法來測量輸出電壓的結果，並且示出從測量結果所計算的用於評估特性的電路的洩漏電流的值。
圖12示出在條件4、條件5和條件6下的測量(第一累積和測量操作)中的輸出電壓Vout與經過時間Time之間的關係。圖13示出在該測量中從測量所計算的電流IA與經過時間Time之間的關係。我們發現，輸出電壓Vout在測量開始之後改變，並且獲得穩態所需的時間為10小時或更長。
圖14示出從測量所估計的條件1至6下節點A的洩漏電流與電壓之間的關係。按照圖14，例如，在條件4中，當節點A的電壓為3.0 V時，洩漏電流為28 yA/μm。由於洩漏電流包括電晶體812的斷路狀態電流，所以電晶體812的斷路狀態電流能夠被認為是28 yA/μm或更小。
圖15、圖16和圖17示出在85℃、125℃和150℃，從以上測量所估計的、在條件1至6下節點A的洩漏電流與電壓之間的關係。如圖15、圖16和圖17所示，甚至在150℃的情況下，洩漏電流也為100 zA/μm或更小。
如上所述，在使用包括具有通道形成層的功能的高度純化氧化物半導體層的電晶體的、用於評估特性的電路中，洩漏電流的值充分低；因此電晶體的斷路狀態電流低。另外，上述電晶體的斷路狀態電流甚至在溫度增加時也充分低。
在這個實施例中，將描述上述實施例中包括顯示電路的光檢測器的結構的一個示例。
這個實施例中的光檢測器包括配備有諸如電晶體之類的半導體器件的第一基板(主動矩陣基板)和第二基板。
首先參照圖18A與18B以及圖19A與19B來描述這個實施例中的主動矩陣基板的一個結構示例。圖18A與18B以及圖19A與19B是示出這個實施例的光檢測器中的主動矩陣基板的結構示例的視圖。圖18A是平面示意圖，以及圖18B是沿圖18A中的線條A-B的截面示意圖。圖19A是平面示意圖，以及圖19B是沿圖19A中的線條C-D的截面示意圖。在圖19A和圖19B中，具有其中圖6B的電晶體134添加到圖6A的結構的結構的光檢測器電路用作光檢測器電路的一個示例。在圖18A與18B以及圖19A與19B中，作為包括氧化物半導體層的電晶體的一個示例，使用在上述實施例中參照圖8A來描述其結構的電晶體。
圖18A與18B以及圖19A與19B所示的主動矩陣基板包括基板500、導電層501a至501h、絕緣層502、半導體層503a至503d、導電層504a至504k、絕緣層505、半導體層506、半導體層507、半導體層508、絕緣層509和導電層511a至511c。
導電層501a至501h的每個在基板500的一個表面之上形成。
導電層501a用作顯示電路中顯示選擇電晶體的閘極電極。
導電層501b用作顯示電路中儲存電容器的第一電極。
導電層501c用作光檢測器電路中讀取選擇電晶體的閘極電極。
導電層501d用作光檢測器電路中放大電晶體的閘極電極。
導電層501f用作光檢測器電路中累積控制電晶體的閘極電極。
導電層501g用作電壓供應線路，從其中將電壓Vb輸入到光檢測器電路中光電轉換元件的第一端子和第二端子其中之一。
導電層501h用作信號線路，從其中將累積控制信號輸入到光檢測器電路中累積控制電晶體的閘極。
絕緣層502設置在基板500的一個表面之上，其間插入導電層501a至501h。
絕緣層502用作顯示電路中顯示選擇電晶體的閘極絕緣層、顯示電路中儲存電容器的介電層、光檢測器電路中累積控制電晶體的閘極絕緣層、光檢測器電路中放大電晶體的閘極絕緣層以及光檢測器電路中讀取選擇電晶體的閘極絕緣層。
半導體層503a與導電層501a重疊，其間插入絕緣層502。半導體層503a用作顯示電路中顯示選擇電晶體的通道形成層。
半導體層503b與導電層501c重疊，其間插入絕緣層502。半導體層503b用作光檢測器電路中讀取選擇電晶體的通道形成層。
半導體層503c與導電層501d重疊，其間插入絕緣層502。半導體層503c用作光檢測器電路中放大電晶體的通道形成層。
半導體層503d與導電層501f重疊，其間插入絕緣層502。半導體層503d用作光檢測器電路中累積控制電晶體的通道形成層。
導電層504a電連接到半導體層503a。導電層504a用作顯示電路中顯示選擇電晶體的源極電極和汲極電極其中之一。
導電層504b電連接到導電層501b和半導體層503a。導電層504b用作顯示電路中顯示選擇電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個。
導電層504c與導電層501b重疊，其間插入絕緣層502。導電層504c用作顯示電路中儲存電容器的第二電極。
導電層504d電連接到半導體層503b。導電層504b用作光檢測器電路中讀取選擇電晶體的源極電極和汲極電極其中之一。
導電層504f電連接到導電層501e和半導體層503c。導電層504f用作光檢測器電路中放大電晶體的源極電極和汲極電極其中之一。
導電層504g電連接到導電層501e。導電層504g用作電壓供應線路，從其中將電壓輸入到光檢測器電路中放大電晶體的源極電極和汲極電極其中之一。
導電層504e電連接到半導體層503b。導電層504e用作光檢測器電路中放大電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個以及光檢測器電路中讀取選擇電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個。
導電層504i電連接到半導體層503d。導電層504i用作光檢測器電路中累積控制電晶體的源極電極和汲極電極其中之一。
導電層504h電連接到導電層501d和半導體層503d。導電層504h用作光檢測器電路中累積控制電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個。
導電層504j電連接到導電層501f。導電層504j用作信號線路，從其中將累積控制信號輸入到光檢測器電路中累積控制電晶體的閘極。
導電層504k電連接到導電層501g。導電層504k用作光檢測器電路中光電轉換元件的第一端子和第二端子其中之一。
絕緣層505與半導體層503a和半導體層503d接觸，其間插入導電層504a至504k。
半導體層506電連接到導電層504k。
半導體層507與半導體層506接觸。
半導體層508與半導體層507接觸。
絕緣層509與絕緣層505、半導體層506、半導體層507和半導體層508重疊。絕緣層509用作顯示電路和光檢測器電路中的平面化絕緣層。注意，不一定提供絕緣層509。
導電層511a電連接到導電層504b。導電層511a用作顯示電路中顯示元件的像素電極。
導電層511b電連接到導電層504c。導電層511b用作從其中將電壓供應給顯示電路中儲存電容器的第二電極的佈線。
導電層511c電連接到導電層504i和半導體層508。
此外，參照圖20A和圖20B來描述這個實施例的光檢測器的另一個結構示例。圖20A和圖20B是示出這個實施例的光檢測器中的顯示電路的結構示例的截面示意圖。圖20A是顯示電路的截面示意圖，以及圖20B是光檢測器電路的截面示意圖。注意，作為一個示例，顯示元件是液晶元件。
在圖20A和圖20B所示的光檢測器中，除了圖18A與18B以及圖19A與19B所示的主動矩陣基板之外，還提供基板512、導電層513和液晶層514。
導電層513設置在基板512的一個表面上。導電層513用作顯示電路的公共電極。
液晶層514設置在導電層511a與導電層513之間，並且與半導體層508重疊，其間插入絕緣層509。液晶層514用作顯示電路中顯示元件的液晶。
注意，在顯示電路中，可提供濾色器以與液晶層514重疊。透過濾色器，甚至在光單元的光源是白光發射二極體時，也能夠執行全色顯示。
作為基板500和基板512，能夠使用能夠應用於圖8A的基板400a的基板。
作為導電層501a至501h，能夠使用其材料可適用於圖8A中導電層401a的層。備選地，導電層501a至501h可透過堆疊其材料可適用於導電層401a的層來形成。
作為絕緣層502，能夠使用其材料可適用於圖8A中絕緣層402a的層。備選地，絕緣層502可透過堆疊其材料可適用於絕緣層402a的層來形成。
作為半導體層503a至503d，能夠使用其材料可適用於圖8A中氧化物半導體層403a的層。作為半導體層503a至503d，也能夠使用如下的半導體層，即該半導體層使用屬於周期表中的族14的半導體(例如矽)。
作為導電層504a至504k，能夠使用其材料可適用於圖8A中導電層405a或導電層406a的層。備選地，導電層504a至504k可透過堆疊其材料各可適用於導電層405a或導電層406a的層來形成。
作為絕緣層505，能夠使用其材料可適用於圖8A中氧化物絕緣層407a的層。備選地，絕緣層505可透過堆疊其材料可適用於氧化物絕緣層407a的層來形成。
半導體層506是一導電類型(p型或n型)半導體層。作為半導體層506，例如能夠使用包含矽的半導體層。
半導體層507具有比半導體層506更低的電阻。作為半導體層507，例如能夠使用包含本徵矽的半導體層。
半導體層508是其導電類型與半導體層506不同(即，p型和n型半導體層中的另一種)的半導體層。作為半導體層508，例如能夠使用包含矽的半導體層。
作為絕緣層509，能夠使用諸如聚醯亞胺、丙烯酸或苯並環丁烯之類的有機材料的層。備選地，作為絕緣層509，能夠使用低介電常數材料(又稱作低k材料)的層。
作為導電層511a至511c和導電層513的任一個，能夠使用諸如氧化銦錫之類的透光導電材料、其中將氧化鋅在氧化銦中混合的金屬氧化物(又稱作氧化銦鋅(IZO))、其中氧化矽(SiO2)在氧化銦中混合的導電材料、有機銦、有機錫、包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫等等的層。
包含導電高分子(又稱作導電聚合物)的導電成分能夠用於導電層511a至511c和導電層513。使用所述導電成分所形成的導電層在波長550 nm優選具有10000歐姆/平方或更小的表面電阻(sheet resistance)和70%或更高的透射率。此外，導電成分中包含的導電高分子的電阻率優選地為0.1 Ω‧cm或更小。
作為導電高分子，可使用所謂的π電子共軛導電聚合物。作為π電子共軛導電聚合物，能夠給出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物或者苯胺、吡咯和噻吩中的兩種或更多的共聚物或其衍生物。
對於液晶層514，例如能夠使用TN液晶、OCB液晶、STN液晶、VA液晶、ECB液晶、GH液晶、聚合物擴散液晶或者盤狀液晶。
如透過圖18A和圖18B、圖19A和圖19B以及圖20A和圖20B所述，這個實施例的光檢測器包括配備有電晶體、像素電極和光電轉換元件的主動矩陣基板、對置基板以及在主動矩陣基板與對置基板之間具有液晶的液晶層。透過上述結構，光檢測器電路和顯示電路能夠在一個步驟中製造；因而能夠降低製造成本。
在這個實施例中，將描述各包括實施例4中所述的光檢測器的電子裝置。
參照圖21A至圖21F來描述這個實施例的電子裝置的結構示例。圖21A至圖21F各示出這個實施例中的電子裝置的結構示例。
圖21A所示的電子裝置是個人數位助理。圖21A中的個人數位助理包括至少一個輸入輸出部分1001。在圖21A中的個人數位助理中，例如，輸入輸出部分1001能夠配備有操作部分1002。例如，當包括上述實施例的顯示電路的光檢測器用於輸入輸出部分1001時，個人數位助理的操作或者向個人數位助理輸入資料能夠採用手指或筆來執行。
例如，圖21B所示的電子裝置是包括汽車導航系統的資訊引導終端。圖21B中的資訊引導終端包括輸入輸出部分1101、操作按鈕1102和外部輸入終端1103。例如，當包括上述實施例的顯示電路的光檢測器用於輸入輸出部分1101時，資訊引導終端的操作或者向資訊引導終端輸入資料能夠採用手指或筆來執行。
圖21C所示的電子裝置是膝上型個人電腦。圖21C所示的膝上型個人電腦包括殼體1201、輸入輸出部分1202、揚聲器1203、LED燈1204、指示裝置1205、連接端子1206和鍵盤1207。例如，當包括上述實施例的顯示電路的光檢測器用於輸入輸出部分1202時，膝上型個人電腦的操作或者向膝上型個人電腦輸入資料能夠採用手指或筆來執行。此外，上述實施例的光檢測器可用於指示裝置1205。
圖21D所示的電子裝置是便攜遊戲機。圖21D中的便攜遊戲機包括輸入輸出部分1301、輸入輸出部分1302、揚聲器1303、連接端子1304、LED燈1305、麥克風1306、記錄媒體讀取部分1307、操作按鈕1308和感測器1309。例如，當包括上述實施例的顯示電路的光檢測器用於輸入輸出部分1301和/或輸入輸出部分1302的任一個或兩者時，便攜遊戲機的操作或者向便攜遊戲機輸入資料能夠採用手指或筆來執行。
圖21E所示的電子裝置是電子書閱讀器。圖21E中的電子書閱讀器至少包括殼體1401、殼體1403、輸入輸出部分1405、輸入輸出部分1407和鉸鏈1411。
透過鉸鏈(hinge)1411連接殼體1401和殼體1403。圖21E所示的電子書閱讀器能夠以鉸鏈1411作為軸來開啟和閉合。透過這種結構，能夠像紙書一樣來操縱電子書閱讀器。輸入輸出部分1405和輸入輸出部分1407分別結合在殼體1401和殼體1403中。輸入輸出部分1405和輸入輸出部分1407可顯示不同圖像。例如，一個圖像能夠跨兩個輸入輸出部分顯示。在不同圖像顯示於輸入輸出部分1405和輸入輸出部分1407上的情況下，例如，文本可在右側的輸入輸出部分(圖21E中輸入輸出部分1405)上顯示，而圖形可在左側的輸入輸出部分(圖21E中輸入輸出部分1407)上顯示。
在圖21E中的電子書閱讀器中，殼體1401或殼體1403可配備有操作部分等等。例如，圖21E所示的電子書閱讀器可包括電源按鈕1421、操作按鍵1423和揚聲器1425。在圖21E中的電子書閱讀器的情況下，具有多頁的圖像的頁能夠採用操作按鍵1423來翻轉。進一步地，在圖21E中的電子書閱讀器中，鍵盤、指示裝置等等可設置在輸入輸出部分1405和/或輸入輸出部分1407的任一個或兩者中。另外，在圖21E所示的電子書閱讀器中，外部連接端子(耳機端子、USB端子、可連接到諸如AC適配器和USB纜線之類的各種纜線的端子等等)、記錄媒體插入部分等等可設置在殼體1401和殼體1403的背面或側面上。另外，圖21E所示的電子書閱讀器可具有電子詞典的功能。
例如，當包括上述實施例的顯示電路的光檢測器用於輸入輸出部分1405和/或輸入輸出部分1407的任一個或兩者時，電子書閱讀器的操作或者向電子書閱讀器輸入資料能夠採用手指或筆來執行。
圖21E所示的電子書閱讀器能夠具有能夠透過無線通信來傳送和接收資料的配置。透過這種配置，期望的書籍資料等等能夠從電子書伺服器購買和下載。
圖21F所示的電子裝置是顯示器。圖21F中的顯示器包括殼體1501、輸入輸出部分1502、揚聲器1503、LED燈1504、操作按鈕1505、連接端子1506、感測器1507、麥克風1508和支承底座1509。例如，當包括上述實施例的顯示電路的光檢測器用於輸入輸出部分1502時，顯示器的操作或者向顯示器輸入資料能夠採用手指或筆來執行。
如透過圖21A至圖21F所述，這個實施例的電子裝置具有輸入輸出部分，其中使用包括上述實施例的顯示電路的光檢測器。透過這種結構，能夠抑制外部光的影響，並且能夠提高輸入輸出部分的檢測精度。
101a．．．重置信號輸出電路
101b．．．讀取選擇信號輸出電路
102．．．光單元
103p．．．光檢測器電路
104．．．讀取電路
103．．．光檢測器部分
105．．．資料處理電路
151．．．手指
152．．．區域
201．．．光源
202．．．光導板
203．．．固定構件
204．．．手指
205．．．光檢測部分
131a，131b，131c．．．光電轉換元件
132a，132b，132c．．．電晶體
133a，133b．．．電晶體
134．．．電晶體
135．．．電晶體
136．．．電容器
301．．．顯示選擇信號輸出電路
302．．．顯示資料信號輸出電路
303a．．．重置信號輸出電路
303b．．．讀取選擇信號輸出電路
304．．．光單元
305k．．．顯示電路
305p．．．光檢測器電路
306．．．讀取電路
341．．．電晶體
342．．．液晶元件
305．．．像素部份
307．．．資料處理電路
401a，401b，401c，401d．．．導電層
402a，402b，402c，402d．．．絕緣層
403a，403b，403c，403d．．．氧化物半導體層
405a，405b，405c，405d．．．導電層
406a，406b，406c，406d．．．導電層
400a，400b，400c，400d．．．基板
407a，407c．．．氧化物絕緣層
427．．．絕緣層
447．．．絕緣層
801．．．測量系統
811．．．電晶體
812．．．電晶體
813．．．電容器
814．．．電晶體
815．．．電晶體
500．．．基板
501a-501h．．．導電層
502．．．絕緣層
503a-503d．．．半導體層
504a-504k．．．導電層
505．．．絕緣層
506．．．半導體層
507．．．半導體層
508．．．半導體層
509．．．絕緣層
511a-511c．．．導電層
512．．．基板
513．．．導電層
5141．．．液晶層
1001．．．輸入輸出部分
1002．．．操作按鈕
1101．．．輸入輸出部分
1102．．．操作部分
1103．．．外部輸入終端
1201．．．殼體
1202．．．輸入輸出部分
1203．．．揚聲器
1204．．．LED燈
1205．．．指示裝置
1206．．．連接端子
1207．．．鍵盤
1301．．．輸入輸出部分
1302．．．輸入輸出部分
1303．．．揚聲器
1304．．．連接端子
1305．．．LED燈
1306．．．麥克風
1307．．．記錄媒體讀取部分
1308．．．操作按鈕
1309．．．感測器
1401．．．殼體
1403．．．殼體
1405．．．輸入輸出部分
1407．．．輸入輸出部分
1411．．．鉸鏈
1421．．．電源按鈕
1423．．．操作按鍵
1425．．．揚聲器
1501．．．殼體
1502．．．輸入輸出部分
1503．．．揚聲器
1504．．．LED燈
1505．．．操作按鈕
1506．．．連接端子
1507．．．感測器
1508．．．麥克風
1509．．．支承底座
圖1A至圖1C是示出實施例1中的光檢測器的一個示例的簡圖。
圖2A和圖2B是示出圖1A中的光檢測器的驅動方法的一個示例的簡圖。
圖3A和圖3B是示出圖1A中的光檢測器的驅動方法的一個示例的簡圖。
圖4A至圖4D是示出實施例1中的光檢測器的簡圖。
圖5是示出實施例2中的光單元的一個結構示例的示意圖。
圖6A至圖6F是示出實施例3中的光檢測器電路的示例的簡圖。
圖7A和圖7B是示出實施例4中的光檢測器電路的一個示例的簡圖。
圖8A至圖8D是各示出實施例5中的電晶體的結構的一個示例的截面示意圖。
圖9A至圖9D是示出用於製造圖8A所示電晶體的方法的一個示例的截面示意圖。
圖10是示出用於評估特性的電路的電路圖。
圖11是用於描述用於透過使用圖10中用於評估特性的電路來測量洩漏電流的方法的時序圖。
圖12是示出在條件4、條件5和條件6下的測量中的輸出電壓Vout與經過時間Time之間的關係的圖表。
圖13是示出從測量所計算的洩漏電流與在測量中經過時間Time之間的關係的圖表。
圖14是示出洩漏電流與從測量所估計的節點A的電壓之間的關係的圖表。
圖15是示出洩漏電流與從測量所估計的節點A的電壓之間的關係的圖表。
圖16是示出洩漏電流與從測量所估計的節點A的電壓之間的關係的圖表。
圖17是示出洩漏電流與從測量所估計的節點A的電壓之間的關係的圖表。
圖18A和圖18B示出實施例6中的主動矩陣基板的一個結構示例。
圖19A和圖19B示出實施例6中的主動矩陣基板的一個結構示例。
圖20A和圖20B示出實施例6中的光檢測器的一個結構示例。
圖21A至圖21F各示出實施例7中的電子裝置的結構的一個示例。
201．．．光源
202．．．光導板
203．．．固定構件
204．．．手指
205．．．光檢測部分
Claims (17)
- 一種光檢測器，包含：基板；在該基板上的光檢測器電路；在該基板上的顯示電路；光單元，包含光源、光導板和固定構件；以及資料處理電路，其中，該光導板包含第一面、與該第一面相對的第二面、和第三面，並且配置成在該第一面的一部分與物件接觸以及在該物件接觸該第一面的該部分反射從該光源發射的光，其中該光導板的該第二面配置成面向該光檢測器電路，其中該固定構件配置成將該光源固定到該光導板的該第三面，並且與該光源和該光導板的一部分重疊，以及其中該光檢測器電路配置成從在該部分反射的該光來生成資料信號。
- 如申請專利範圍第1項的光檢測器，其中，該光檢測器電路包含：在該基板上的第一電晶體；在該基板上的第二電晶體；以及光二極體，其中，該顯示電路包含在該基板上的第三電晶體，其中，該光二極體的第一端子連接到該第一電晶體的 第一端子，其中該第一電晶體的第二端子連接到該第二電晶體的閘極，其中該光檢測器電路執行重置操作，在該重置操作之後執行累積操作，在該累積操作之後執行讀取操作，以及生成該資料信號，其中該光二極體的第二端子的電位是該重置操作中的第一電壓和該累積操作及該讀取操作中的第二電壓，以及其中該第一電晶體的閘極的電位是該重置操作和該累積操作中的第三電壓以及該讀取操作中的第四電壓。
- 如申請專利範圍第2項的光檢測器，其中，該第一電晶體包含通道中的氧化物半導體層。
- 一種用於驅動如申請專利範圍第3項的光檢測器的方法，包含下列步驟：執行該光檢測器電路的第一重置操作；在將該光源設置成發射第一光之後，執行該光檢測器電路的第一累積操作；執行該光檢測器電路的第一讀取操作；由該光檢測器電路生成第一資料信號；執行該光檢測器電路的第二重置操作；在將該光源設置成不發射光之後，執行該光檢測器電路的第二累積操作；執行該光檢測器電路的第二讀取操作；由該光檢測器電路生成第二資料信號；以及 由該資料處理電路生成第一差異資料信號，其中，該第一差異資料信號是該第一資料信號與該第二資料信號之間的差。
- 如申請專利範圍第4項的用於驅動光檢測器的方法，其中，該光源包含在紅外線區域中發射該第一光的二極體。
- 一種光檢測器，包含：基板；以矩陣方式安排在該基板上的光檢測器電路；在該基板上的顯示電路；光單元，包含光源、光導板和固定構件；以及資料處理電路，其中，該光導板包含第一面、與該第一面相對的第二面、和第三面，並且配置成在該第一面的一部分與物件接觸，以及在該物件接觸該第一面的該部分反射從該光源發射的光，其中該光導板的該第二面配置成面向該光檢測器電路，其中該固定構件配置成將該光源固定到該光導板的該第三面，並且與該光源和該光導板的一部分重疊，以及其中各個該光檢測器電路配置成從在該部分反射的該光生成資料信號。
- 如申請專利範圍第6項的光檢測器， 其中，各個該光檢測器電路包含：在該基板上的第一電晶體；在該基板上的第二電晶體；以及光二極體，其中，該顯示電路包含在該基板上的第三電晶體，其中，各個該光二極體的第一端子連接到各個該第一電晶體的第一端子，其中，各個該第一電晶體的第二端子連接到各個該第二電晶體的閘極，其中，各個該光檢測器電路同時執行重置操作，並且在該重置操作之後同時執行累積操作，其中，各個該光檢測器電路在該累積操作之後順序地執行讀取操作，並且生成該資料信號，其中，各個該光二極體的第二端子的電位是該重置操作中的第一電壓和該累積操作及該讀取操作中的第二電壓，其中，各個該第一電晶體的閘極的電位是該重置操作和該累積操作中的第三電壓以及該讀取操作中的第四電壓。
- 如申請專利範圍第7項的光檢測器，其中，各個該第一電晶體包含通道中的氧化物半導體層。
- 一種用於驅動如申請專利範圍第8項的光檢測器的方法，包含下列步驟： 同時執行各個該光檢測器電路的第一重置操作；在將該光源設置成發射第一光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第一累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第一讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第一資料信號；同時執行各個該光檢測器電路的第二重置操作；在將該光源設置成不發射光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第二累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第二讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第二資料信號；以及由該資料處理電路生成第一差異資料信號，其中，各個該第一差異資料信號是各個該第一資料信號與各個該第二資料信號之間的差。
- 如申請專利範圍第9項的用於驅動光檢測器的方法，其中，該光源包含在紅外線區域中發射該第一光的二極體。
- 一種用於驅動如申請專利範圍第8項的光檢測器的方法，包含下列步驟：同時執行各個該光檢測器電路的第一重置操作；在將該光源設置成發射第一光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第一累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第一讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第一資料信號； 同時執行各個該光檢測器電路的第二重置操作；在將該光源設置成發射第二光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第二累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第二讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第二資料信號；同時執行各個該光檢測器電路的第三重置操作；在將該光源設置成發射第三光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第三累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第三讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第三資料信號；同時執行各個該光檢測器電路的第四重置操作；在將該光源設置成不發射光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第四累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第四讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第四資料信號；由該資料處理電路生成第一差異資料信號；由該資料處理電路生成第二差異資料信號；以及由該資料處理電路生成第三差異資料信號；其中，各個該第一差異資料信號是各個該第一資料信號與各個該第四資料信號之間的差，其中，各個該第二差異資料信號是各個該第二資料信號與各個該第四資料信號之間的差，以及其中，各個該第三差異資料信號是各個該第三資料信號與各個該第四資料信號之間的差。
- 如申請專利範圍第11項的用於驅動光檢測器的方法，其中，該光源包含發射該第一光的紅色發光二極體、發射該第二光的綠色發光二極體以及發射該第三光的藍色發光二極體。
- 一種光檢測器，包含：基板；以矩陣方式安排在該基板上的顯示電路；以矩陣方式安排在該基板上的光檢測器電路；光單元，包含光源、光導板和固定構件；以及資料處理電路，其中，各個該顯示電路和各個該光檢測器電路在該基板的面之上周期地安排，其中，該光導板包含第一面、與該第一面相對的第二面、和第三面，並且配置成在該第一面的一部分與物件接觸，以及在該物件接觸該第一面的該部分反射從該光源發射的光，其中，該光導板的該第二面配置成面向該光檢測器電路，其中，該固定構件配置成將該光源固定到該光導板的該第三面，並且與該光源和該光導板的一部分重疊，以及其中，各個該光檢測器電路從在該部分反射的該光來生成資料信號。
- 如申請專利範圍第13項的光檢測器， 其中，各個該光檢測器電路包含：在該基板上的第一電晶體；在該基板上的第二電晶體；以及光二極體，其中，各個該顯示電路包含：在該基板上的第三電晶體；以及液晶元件，其中，各個該光二極體的第一端子連接到各個該第一電晶體的第一端子，其中，各個該第一電晶體的第二端子連接到各個該第二電晶體的閘極，其中，各個該光檢測器電路同時執行重置操作，並且在該重置操作之後同時執行累積操作，其中，各個該光檢測器電路在該累積操作之後順序地執行讀取操作，並且生成該資料信號，其中，各個該光二極體的第二端子的電位是該重置操作中的第一電壓和該累積操作及該讀取操作中的第二電壓，其中，各個該第一電晶體的閘極的電位是該重置操作和該累積操作中的第三電壓以及該讀取操作中的第四電壓，其中，各個該第三電晶體的第一端子連接到各個該液晶元件的第一端子，其中，各個該顯示電路順序地執行顯示操作，以及 其中，各個該第三電晶體的閘極的電位是該顯示操作中的第五電壓。
- 如申請專利範圍第14項的光檢測器，其中，各個該第一電晶體包含通道中的氧化物半導體層，以及其中，各個該第三電晶體包含通道中的氧化物半導體層。
- 一種用於驅動如申請專利範圍第15項的光檢測器的方法，包含下列步驟：同時執行各個該光檢測器電路的第一重置操作；在將該光源設置成發射第一光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第一累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第一讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第一資料信號；同時執行各個該光檢測器電路的第二重置操作；在將該光源設置成不發射光之後，同時執行各個該光檢測器電路的第二累積操作；順序地執行各個該光檢測器電路的第二讀取操作；由各個該光檢測器電路生成第二資料信號；由該資料處理電路生成第一差異資料信號；以及順序地執行各個該顯示電路的該顯示操作，其中，各個該第一差異資料信號是各個該第一資料信號與各個該第二資料信號之間的差。
- 如申請專利範圍第16項的用於驅動光檢測器的 方法，其中，該光源包含在紅外線區域中發射該第一光的二極體。
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