JP2012022311A - 入出力装置の駆動方法及び入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の検出精度を向上させる。
【解決手段】ライトユニットと、表示回路と、Ｙ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路と、を具備する入出力装置の駆動方法であって、Ｙ個の光検出回路のそれぞれに同じ光検出制御信号を入力し、表示選択信号により設定されるフレーム期間において、Ｚ個の発光ダイオードを順次切り替えて発光させることでライトユニットを点灯させることを含み、ライトユニットの点灯状態を切り替える周期より長い周期で、ライトユニットが点灯状態である期間に、Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個のデータを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、入出力装置の駆動方法に関する。また、本発明の一態様は、入出力装置に関する。

近年、情報を出力する機能を有し、且つ光の入射により情報を入力する機能を有する装置（入出力装置ともいう）の技術開発が進められている。

入出力装置としては、行列方向に配置された複数の光検出回路（光センサともいう）を画素部に備え、光源として複数の色の発光ダイオードを備えるバックライトを具備する入出力装置が挙げられる（例えば特許文献１）。特許文献１に記載の入出力装置は、各フレーム期間に、バックライトを、射出する光の色を切り替えて点灯させ、フルカラー画像を表示し、且つ被読み取り物からの反射光をデータとして読み取る。よって、特許文献１に示す入出力装置は、タッチパネルとして機能する。なお、各フレーム期間に、射出する光の色を切り替えてバックライトを点灯させる方式をフィールドシーケンシャル方式ともいう。

特開平１１−００８７４１号公報

従来の入出力装置は、光の検出精度が低いといった問題があった。

例えば、従来の入出力装置は、各行の光検出回路毎に、入射する光の照度に応じたデータ（光データともいう）を生成して出力する方式（ローリングシャッター方式ともいう）である。さらに、従来の入出力装置は、フィールドシーケンシャル方式の場合、１フレーム期間において、複数の発光ダイオードを順次切り替えて発光させ、バックライトの点灯状態を切り替えなければならない。このため、バックライトの各点灯状態に対応する光データを生成するためには、各点灯状態である期間に、各行の光検出回路毎に光データを生成し、全ての光検出回路において光データを生成しなければならず、光データを生成する際に光検出回路毎に光が入射する時間が短く、光の検出精度が低くなる。

また、例えば入出力装置には、外光などの入出力装置が置かれる環境下の光が入射する。このため、光データを生成する際に、上記環境下の光がノイズとなるため、光の検出精度が低くなる。

本発明の一態様では、光の検出精度を向上させることを課題の一つとする。

本発明の一態様は、表示回路、複数の光検出回路、及び複数の発光ダイオードを備えるライトユニットを具備し、単位期間毎に、複数の発光ダイオードを切り替えて該ライトユニットを点灯状態にし、該単位期間における、該ライトユニットが少なくとも一つの点灯状態のときに、同じ信号に従って複数の光検出回路において光データを生成するものである。これにより、光データを生成する際に光検出回路毎に光が入射する時間を長くし、光の検出精度の向上を図る。

本発明の一態様は、Ｚ個（Ｚは３以上の自然数）の発光ダイオードを備えるライトユニットと、ライトユニットに重畳し、表示選択信号が入力され、表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になるＸ個（Ｘは自然数）の表示回路と、ライトユニットに重畳し、光検出制御信号が入力され、入力された光検出制御信号に従って、入射する光の照度に応じたデータを生成するＹ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路と、を具備する入出力装置の駆動方法であって、Ｙ個の光検出回路のそれぞれに同じ光検出制御信号を入力し、表示選択信号により設定されるフレーム期間において、Ｚ個の発光ダイオードを順次切り替えて発光させることでライトユニットを点灯させることを含み、ライトユニットの点灯状態を切り替える周期より長い周期で、ライトユニットが点灯状態である期間に、Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個のデータを生成する入出力装置の駆動方法である。

本発明の一態様は、Ｚ個（Ｚは３以上の自然数）の発光ダイオードを備えるライトユニットと、ライトユニットに重畳し、表示選択信号が入力され、表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になるＸ個（Ｘは自然数）の表示回路と、ライトユニットに重畳し、光検出制御信号が入力され、入力された光検出制御信号に従って、入射する光の照度に応じたデータを生成するＹ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路と、を具備する入出力装置の駆動方法であって、Ｙ個の光検出回路のそれぞれに同じ光検出制御信号を入力し、表示選択信号により設定されるフレーム期間において、Ｚ個の発光ダイオードを順次切り替えて発光させることでライトユニットを点灯させることを含み、ライトユニットの点灯状態を切り替える周期より長い周期で、ライトユニットが点灯状態である期間に、Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個の第１のデータを生成し、ライトユニットが消灯状態である期間に、Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個の第２のデータを生成することをさらに含み、第１のデータ及び第２のデータの差分データである第３のデータを生成する入出力装置の駆動方法である。

本発明の一態様は、Ｚ個（Ｚは３以上の自然数）の発光ダイオードを備えるライトユニットと、ライトユニットに重畳し、表示選択信号が入力され、表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になるＸ個（Ｘは自然数）の表示回路と、ライトユニットに重畳し、それぞれに同じ光検出制御信号が入力され、入力された光検出制御信号に従って、入射する光の照度に応じたデータを生成するＹ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路と、Ｙ個の光検出回路から入射する光の照度に応じたデータを読み出す読み出し回路と、読み出し回路により読み出された２つの入射する光の照度に応じたデータの差分データを生成するデータ処理回路と、を具備する入出力装置である。

本発明の一態様により、光の検出精度を向上させることができる。

実施の形態１における入出力装置の例を説明するための図。 実施の形態２における入出力装置の例を説明するための図。 実施の形態３における光検出回路の例を説明するための図。 実施の形態４における表示回路の例を説明するための図。 実施の形態５におけるトランジスタの構造例を示す断面模式図。 図５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を説明するための断面模式図。 特性評価回路を説明するための図。 サンプル４（ＳＭＰ４）、サンプル５（ＳＭＰ５）、サンプル６（ＳＭＰ６）における測定に係る経過時間Ｔｉｍｅと、出力電圧Ｖｏｕｔ及び該測定によって算出されたリーク電流との関係を示す図。 測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。 測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。 測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。 測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。 実施の形態６におけるアクティブマトリクス基板の構造例を示す図。 実施の形態６におけるアクティブマトリクス基板の構造例を示す図。 実施の形態６における入出力装置の構造例を示す図。 実施の形態７における電子機器の構成例を示す図。

本発明を説明するための実施の形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではないとする。

なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態の内容を互いに置き換えることができる。

（実施の形態１）
本実施の形態では、情報の出力が可能であり、且つ入射する光により情報の入力が可能な入出力装置について説明する。

本実施の形態における入出力装置の例について、図１を用いて説明する。

まず、本実施の形態における入出力装置の構成例について、図１（Ａ）を用いて説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態における入出力装置の構成例を示す模式図である。

図１（Ａ）に示す入出力装置は、表示選択信号出力回路（ＤＳＥＬＯＵＴともいう）１０１と、表示データ信号出力回路（ＤＤＯＵＴともいう）１０２と、光検出リセット信号出力回路（ＰＲＳＴＯＵＴともいう）１０３ａと、光検出制御信号出力回路（ＰＣＴＬＯＵＴともいう）１０３ｂと、出力選択信号出力回路（ＯＳＥＬＯＵＴともいう）１０３ｃと、ライトユニット（ＬＩＧＨＴともいう）１０４と、Ｘ個（Ｘは自然数）の表示回路（ＤＩＳＰともいう）１０５ｄと、Ｙ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路（ＰＳともいう）１０５ｐと、読み出し回路（ＲＥＡＤともいう）１０６と、を具備する。

表示選択信号出力回路１０１は、パルス信号である複数の表示選択信号（信号ＤＳＥＬともいう）を出力する機能を有する。

表示選択信号出力回路１０１は、例えばシフトレジスタを備える。表示選択信号出力回路１０１は、シフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、表示選択信号を出力することができる。

表示データ信号出力回路１０２には、画像信号が入力される。表示データ信号出力回路１０２は、入力された画像信号を元に電圧信号である表示データ信号（信号ＤＤともいう）を生成し、生成した表示データ信号を出力する機能を有する。

表示データ信号出力回路１０２は、例えばトランジスタを備える。

なお、入出力装置において、トランジスタは、２つの端子と、印加される電圧により該２つの端子の間に流れる電流を制御する電流制御端子と、を有する。なお、トランジスタに限らず、互いの間に流れる電流が制御される端子を電流端子ともいい、２つの電流端子のそれぞれを第１の電流端子及び第２の電流端子ともいう。

また、入出力装置において、トランジスタとしては、例えば電界効果トランジスタを用いることができる。電界効果トランジスタの場合、第１の電流端子は、ソース及びドレインの一方であり、第２の電流端子は、ソース及びドレインの他方であり、電流制御端子は、ゲートである。

また、一般的に電圧とは、ある二点間における電位の差（電位差ともいう）のことをいう。しかし、電圧及び電位の値は、回路図などにおいていずれもボルト（Ｖ）で表されることがあるため、区別が困難である。そこで、本明細書では、特に指定する場合を除き、ある一点の電位と基準となる電位（基準電位ともいう）との電位差を、該一点の電圧として用いる場合がある。

表示データ信号出力回路１０２は、上記トランジスタがオン状態のときに画像信号のデータを表示データ信号として出力することができる。上記トランジスタは、電流制御端子にパルス信号である制御信号を入力することにより制御することができる。なお、表示回路１０５ｄの数が複数である場合には、複数のトランジスタを選択的にオン状態又はオフ状態にすることにより、画像信号のデータを複数の表示データ信号として出力してもよい。

光検出リセット信号出力回路１０３ａは、パルス信号である光検出リセット信号（信号ＰＲＳＴともいう）を出力する機能を有する。

光検出リセット信号出力回路１０３ａは、例えばシフトレジスタを備える。光検出リセット信号出力回路１０３ａは、シフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、光検出リセット信号を出力することができる。

光検出制御信号出力回路１０３ｂは、パルス信号である光検出制御信号（信号ＰＣＴＬともいう）を出力する機能を有する。

光検出制御信号出力回路１０３ｂは、例えばシフトレジスタを備える。光検出制御信号出力回路１０３ｂは、シフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、光検出制御信号を出力することができる。

出力選択信号出力回路１０３ｃは、パルス信号である出力選択信号（信号ＯＳＥＬともいう）を出力する機能を有する。

出力選択信号出力回路１０３ｃは、例えばシフトレジスタを備える。出力選択信号出力回路１０３ｃは、シフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、出力選択信号を出力することができる。

ライトユニット１０４は、光源を備えた発光ユニットである。

ライトユニット１０４は、光源としてＺ個（Ｚは３以上の自然数）の発光ダイオード（ＬＥＤともいう）を備える。Ｚ個の発光ダイオードは、可視光領域（例えば波長が３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下である領域）の波長である光を発する発光ダイオードである。Ｚ個の発光ダイオードとしては、例えば赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを用いることができる。なお、それぞれの色の発光ダイオードの数は、複数でもよい。また、Ｚ個の発光ダイオードとしては、上記赤色、緑色、及び青色の発光ダイオードに加え、他の色の発光ダイオード（例えば白色発光ダイオード）を用いてもよい。

なお、例えば電圧を印加する発光ダイオードを選択する制御信号を用いて発光ダイオードの発光を制御してもよい。また、電圧を印加する発光ダイオードを選択するか否かを制御する制御信号を出力する光制御回路をライトユニット１０４に設けてもよい。

表示回路１０５ｄは、ライトユニット１０４に重畳する。また、表示回路１０５ｄには、パルス信号である表示選択信号が入力され、且つ入力された表示選択信号に従って表示データ信号が入力される。表示回路１０５ｄは、入力された表示データ信号のデータに応じた表示状態になる機能を有する。

表示回路１０５ｄは、例えば表示選択トランジスタ及び表示素子を備える。

表示選択トランジスタは、表示素子に表示データ信号のデータを入力するか否かを選択する機能を有する。

表示素子は、表示選択トランジスタに従って表示データ信号のデータが入力されることにより、表示データ信号のデータに応じた表示状態になる機能を有する。

表示素子としては、例えば液晶素子などを用いることができる。

また、液晶素子を備える入出力装置の表示方式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モード、又はＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどを用いてもよい。

光検出回路１０５ｐは、ライトユニット１０４に重畳する。光検出回路１０５ｐには、光検出リセット信号、光検出制御信号、及び出力選択信号が入力される。

光検出回路１０５ｐは、光検出リセット信号に従ってリセット状態になる機能を有する。

また、光検出回路１０５ｐは、光検出制御信号に従って、入射する光の照度に応じた電圧であるデータ（光データともいう）を生成する機能を有する。なお、Ｙ個の光検出回路１０５ｐには、それぞれ同じ光検出制御信号が入力される。

また、光検出回路１０５ｐは、出力選択信号に従って、生成した光データを光データ信号として出力する機能を有する。

光検出回路１０５ｐは、例えば、光電変換素子（ＰＣＥともいう）、光検出リセット選択トランジスタ、光検出制御トランジスタ、増幅トランジスタ、及び出力選択トランジスタを備える。

光電変換素子は、光が入射することにより、入射した光の照度に応じて電流（光電流ともいう）が流れる機能を有する。

光検出リセット選択トランジスタの電流制御端子には、光検出リセット信号が入力される。光検出リセット選択トランジスタは、増幅トランジスタの電流制御端子の電圧を、基準値に設定するか否かを選択する機能を有する。

光検出制御トランジスタの電流制御端子には、光検出制御信号が入力される。光検出制御トランジスタは、増幅トランジスタの電流制御端子の電圧を、光電変換素子に流れる光電流に応じた値に設定するか否かを制御する機能を有する。

出力選択トランジスタの電流制御端子には、出力選択信号が入力される。出力選択トランジスタは、光データ信号として光データを光検出回路１０５ｐから出力するか否かを選択する機能を有する。

なお、光検出回路１０５ｐは、増幅トランジスタの第１の電流端子又は第２の電流端子から、光データを光データ信号として出力する。

なお、表示回路１０５ｄ及び光検出回路１０５ｐは、画素部１０５に設けられる。画素部１０５は、情報の表示及び読み取りを行う領域である。なお、１個以上の表示回路１０５ｄにより画素が構成される。また、画素に１個以上の光検出回路１０５ｐが含まれてもよい。また、表示回路１０５ｄの数が複数である場合、表示回路１０５ｄを例えば画素部１０５において行列方向に配置してもよい。また、光検出回路１０５ｐの数が複数である場合、光検出回路１０５ｐを例えば画素部１０５において行列方向に配置してもよい。

読み出し回路１０６は、光データを読み出す光検出回路１０５ｐを選択し、選択した光検出回路１０５ｐから光データを読み出す機能を有する。

読み出し回路１０６は、例えば選択回路を用いて構成される。例えば、選択回路は、トランジスタを備える。選択回路は、例えば上記トランジスタに従って光検出回路１０５ｐから光データ信号が入力されることにより光データを読み出すことができる。

次に、本実施の形態における入出力装置の駆動方法例として、図１（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例について、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）を用いて説明する。図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートである。

図１（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例では、Ｙ個の光検出回路１０５ｐに同じ光検出制御信号を入力する。また、表示選択信号に応じて設定される複数のフレーム期間（例えば図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すフレーム期間ｆ１乃至フレーム期間ｆｎ）のそれぞれにおいて、ライトユニット１０４における第１の発光ダイオード乃至第Ｚの発光ダイオードを順に切り替えて発光させることで、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、ライトユニット１０４を、点灯状態Ｃ１（第１の発光ダイオードが発光する状態）乃至点灯状態Ｃｋ（第Ｚの発光ダイオードが発光する状態）に順次切り替える。

また、表示選択信号に従って表示回路１０５ｄに表示データ信号が入力され、ライトユニット１０４が点灯状態のときに、表示回路１０５ｄは、表示データ信号のデータに応じた表示状態になる。例えば、ライトユニット１０４が点灯状態Ｃ１のときに、表示回路１０５ｄの表示状態は、表示状態ｄｃ１（点灯状態Ｃ１に基づく表示状態）になり、ライトユニット１０４が点灯状態Ｃ２のときに、表示回路１０５ｄは、表示状態ｄｃ２（点灯状態Ｃ２に基づく表示状態）になり、ライトユニット１０４が点灯状態Ｃｋのときに、表示回路１０５ｄは、表示状態ｄｃｋ（点灯状態Ｃｋに基づく表示状態）になる。

また、ライトユニット１０４がいずれかの色の点灯状態のときに、光検出制御信号のパルス（ｐｌｓともいう）がＹ個の光検出回路１０５ｐに入力される。このとき、Ｙ個の光検出回路１０５ｐのそれぞれは、光データを生成する。なお、光検出制御信号のパルスの周期を、ライトユニット１０４の点灯状態が切り替わる周期より長くする。

さらに、出力選択信号に従ってＹ個の光検出回路１０５ｐは、生成した光データを光データ信号として出力し、読み出し回路１０６において光データ信号を入力させることにより光データを読み出す。

なお、光検出制御信号のパルスが入力されるときにおける、ライトユニット１０４の点灯状態のときの光の色は、同じ色であっても異なってもよい。なお、光検出制御信号のパルスが入力されるときにおける、ライトユニット１０４の点灯状態のときの光の色が同じ色の場合、例えば被読み取り物に応じた色を選択することが好ましい。

例えば、図１（Ｂ）に示すタイミングチャートでは、複数のフレーム期間において、ライトユニット１０４が同じ色の点灯状態のときに、光検出制御信号のパルスがＹ個の光検出回路１０５ｐに入力される。このとき光検出回路１０５ｐにより光データを生成する。

また、例えば図１（Ｃ）に示すタイミングチャートでは、複数のフレーム期間において、ライトユニット１０４が異なる色の点灯状態のときに光検出回路１０５ｐにより光データを生成している。複数のフレーム期間において、ライトユニット１０４が異なる色の点灯状態のときに光データを生成することにより、例えば被読み取り物の画像をフルカラーで読み取ることもできる。

図１を用いて説明したように、本実施の形態における入出力装置の一例は、表示回路、複数の光検出回路、及びライトユニットを具備し、ライトユニットがＺ個の発光ダイオードを備える構成である。

さらに、本実施の形態における入出力装置の一例は、複数の光検出回路に同じ光検出制御信号を入力する構成である。上記構成にすることにより、全ての光検出回路が光データを生成するために必要な時間を短くすることができ、光データを生成する際に光検出回路毎に光が入射する時間を長く設定することができる。なお、複数の光検出回路に同じ光検出制御信号を入力する方式をグローバルシャッター方式ともいう。

さらに、本実施の形態における入出力装置の一例は、フレーム期間において、複数の発光ダイオードを順次切り替えて発光させてライトユニットを点灯させる構成である。上記構成にすることにより、入出力装置において、フルカラー画像を表示することができる。

さらに、本実施の形態における入出力装置の一例は、Ｙ個の光検出回路に同じ光検出制御信号を入力することにより、ライトユニットの点灯状態を切り替える周期より長い周期で、ライトユニットが点灯状態である期間に、Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個のデータを生成する構成にすることができる。上記構成にすることにより、例えばライトユニットが点灯状態のときに光データの出力を行わない期間を設けることができ、光データを生成する際に、ライトユニットが点灯状態である期間を十分に利用することができるため、光データを生成する際に光検出回路毎に光が入射する時間を長く設定することができる。また、ライトユニットの点灯状態に関係なく、光データの出力が行えるため、光検出回路の動作周波数を低減することができ、消費電力を小さくすることができる。

よって、上記構成にすることにより、光の検出精度を向上させることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態１の入出力装置の他の例について説明する。なお、上記実施の形態１と同じ部分については、実施の形態１の説明を適宜援用する。

本実施の形態における入出力装置の例について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態における入出力装置の例を説明するための図である。

まず、本実施の形態における入出力装置の構成例について、図２（Ａ）を用いて説明する。図２（Ａ）は、本実施の形態における入出力装置の構成例を示す模式図である。

図２（Ａ）に示す入出力装置は、表示選択信号出力回路１０１と、表示データ信号出力回路１０２と、光検出リセット信号出力回路１０３ａと、光検出制御信号出力回路１０３ｂと、出力選択信号出力回路１０３ｃと、ライトユニット１０４と、Ｘ個の表示回路１０５ｄと、Ｙ個の光検出回路１０５ｐと、読み出し回路１０６と、データ処理回路（ＤａｔａＰともいう）１０７と、を具備する。

表示選択信号出力回路１０１、表示データ信号出力回路１０２、光検出リセット信号出力回路１０３ａ、光検出制御信号出力回路１０３ｂ、出力選択信号出力回路１０３ｃ、ライトユニット１０４、表示回路１０５ｄ、光検出回路１０５ｐ、及び読み出し回路１０６については、図１（Ａ）に示す入出力装置と同じであるため、図１（Ａ）に示す入出力装置の各構成要素の説明を適宜援用する。

データ処理回路１０７は、入力されたデータ信号のデータの演算処理を行う回路である。データ処理回路１０７は、記憶回路及び演算回路を備える。記憶回路は、データ信号のデータを記憶する機能を有し、演算回路は、演算処理により複数のデータ信号におけるデータの差分データを生成する機能を有する。

なお、データ処理回路１０７は、入出力装置に備えられてもよく、また、別途設けられたデータ処理回路と同等の機能を有するデータ処理手段（パーソナルコンピュータなど）に入出力装置が電気的に接続された構成としてもよい。データ処理回路１０７を入出力装置に設けることにより、データ処理回路１０７と読み出し回路１０６の接続部における配線数などを低減することができる。

次に、本実施の形態における入出力装置の駆動方法例として、図２（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例について、図２（Ｂ）を用いて説明する。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートである。

図２（Ａ）に示す入出力装置の駆動方法例では、Ｙ個の光検出回路１０５ｐに同じ光検出制御信号を入力する。また、表示選択信号に応じて設定されるフレーム期間（例えば図２（Ｂ）に示すフレーム期間ｆ１乃至フレーム期間ｆｎ）において、ライトユニット１０４における第１の発光ダイオード乃至第Ｚの発光ダイオードを順に切り替えて発光させることで、図２（Ｂ）に示すように、ライトユニット１０４を、点灯状態Ｃ１（第１の発光ダイオードが発光する状態）乃至点灯状態Ｃｋ（第Ｚの発光ダイオードが発光する状態）に順次切り替える。また、ライトユニット１０４において、各点灯状態の間は消灯状態になる。

また、表示選択信号に従って表示回路１０５ｄに表示データ信号が入力され、ライトユニット１０４が点灯状態のときに表示回路１０５ｄは表示データ信号のデータに応じた表示状態になる。例えば、ライトユニット１０４が点灯状態Ｃ１のときに表示回路１０５ｄの表示状態は、表示状態ｄｃ１（点灯状態Ｃ１に基づく表示状態）になり、ライトユニット１０４が点灯状態Ｃ２のときに表示回路１０５ｄは、表示状態ｄｃ２（点灯状態Ｃ２に基づく表示状態）になり、ライトユニット１０４が点灯状態Ｃｋのときに表示回路１０５ｄは、表示状態ｄｃｋ（点灯状態Ｃｋに基づく表示状態）になる。

また、あるフレーム期間（図２（Ｂ）ではフレーム期間ｆ１）において、ライトユニット１０４がいずれかの色の点灯状態のときに、光検出制御信号のパルスがＹ個の光検出回路１０５ｐに入力される。このとき、Ｙ個の光検出回路１０５ｐのそれぞれは、光データを生成する。

さらに、出力選択信号に従ってＹ個の光検出回路１０５ｐは、生成した光データを光データ信号として出力し、読み出し回路１０６において光データ信号を入力させることにより光データを読み出す。読み出した光データは、データ処理回路１０７における記憶回路に記憶される。

なお、光検出制御信号のパルスが入力されるライトユニット１０４における点灯状態のときの光の色は、同じ色であっても異なってもよい。

さらに、上記フレーム期間とは別のフレーム期間において、ライトユニット１０４が消灯状態のときに、光検出制御信号のパルスがＹ個の光検出回路１０５ｐに入力される。このとき、Ｙ個の光検出回路１０５ｐのそれぞれは、光データを生成する。

さらに、出力選択信号に従ってＹ個の光検出回路１０５ｐは、生成した光データを光データ信号として出力し、読み出し回路１０６において光データ信号を入力させることにより光データを読み出す。読み出した光データは、データ処理回路１０７における記憶回路に記憶される。

さらに、データ処理回路１０７における演算回路により、ライトユニット１０４が点灯状態のときの光データ及びライトユニット１０４が消灯状態のときの光データの差分データを生成する。上記差分データは、所定の処理を実行するためのデータとして用いられる。

なお、差分データの生成は、ライトユニット１０４が複数の色の点灯状態のときの光データを生成し、該光データからフルカラーの光データを生成した後に行ってもよい。

図２を用いて説明したように、本実施の形態における入出力装置の一例は、上記実施の形態１に示す構成に加え、ライトユニットが点灯状態のときの光データ及びライトユニットが消灯状態のときの光データを生成し、２つの光データ信号の差分データを生成するものである。差分データを生成することにより、上記実施の形態１に示す効果に加え、入出力装置が置かれる環境下の光の情報を光データから除去することができるため、光の検出精度をさらに向上させることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態の入出力装置における光検出回路の例について説明する。

本実施の形態における光検出回路の例について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態における光検出回路の例を説明するための図である。

まず、本実施の形態における光検出回路の構成例について、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本実施の形態における光検出回路の構成例を示す図である。

図３（Ａ）に示す光検出回路は、光電変換素子１３１ａと、トランジスタ１３２ａと、トランジスタ１３３ａと、トランジスタ１３４ａと、を備える。

なお、図３（Ａ）に示す光検出回路において、トランジスタ１３２ａ、トランジスタ１３３ａ、及びトランジスタ１３４ａは、電界効果トランジスタである。

光電変換素子１３１ａは、第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、光電変換素子１３１ａの第１の電流端子には、リセット信号が入力される。

トランジスタ１３４ａのソース及びドレインの一方は、光電変換素子１３１ａの第２の電流端子に電気的に接続され、トランジスタ１３４ａのゲートには、光検出制御信号が入力される。

トランジスタ１３２ａのゲートは、トランジスタ１３４ａのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。

トランジスタ１３３ａのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１３２ａのソース及びドレインの一方に電気的に接続され、トランジスタ１３３ａのゲートには、出力選択信号が入力される。

なお、トランジスタ１３２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ａのソース及びドレインの他方のうちの一方には、電圧Ｖａが入力される。

また、図３（Ａ）に示す光検出回路は、トランジスタ１３２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ａのソース及びドレインの他方のうちの他方から光データを光データ信号として出力する。

図３（Ｂ）に示す光検出回路は、光電変換素子１３１ｂと、トランジスタ１３２ｂと、トランジスタ１３３ｂと、トランジスタ１３４ｂと、トランジスタ１３５と、を備える。

なお、図３（Ｂ）に示す光検出回路において、トランジスタ１３２ｂ、トランジスタ１３３ｂ、トランジスタ１３４ｂ、及びトランジスタ１３５は、電界効果トランジスタである。

光電変換素子１３１ｂは、第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、光電変換素子１３１ｂの第１の電流端子には、電圧Ｖｂが入力される。

なお、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの一方は、高電源電圧Ｖｄｄであり、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの他方は、低電源電圧Ｖｓｓである。高電源電圧Ｖｄｄは、相対的に低電源電圧Ｖｓｓより高い値の電圧であり、低電源電圧Ｖｓｓは、相対的に高電源電圧Ｖｄｄより低い値の電圧である。電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの値は、例えばトランジスタの極性などにより互いに入れ替わる場合がある。また、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの差が電源電圧となる。

トランジスタ１３４ｂのソース及びドレインの一方は、光電変換素子１３１ｂの第２の電流端子に電気的に接続され、トランジスタ１３４ｂのゲートには、光検出制御信号が入力される。

トランジスタ１３２ｂのゲートは、トランジスタ１３４ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。

トランジスタ１３５のゲートには、光検出リセット信号が入力され、トランジスタ１３５のソース及びドレインの一方には、電圧Ｖａが入力され、トランジスタ１３５のソース及びドレインの他方は、トランジスタ１３４ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。

トランジスタ１３３ｂのゲートには、出力選択信号が入力され、トランジスタ１３３ｂのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの一方に電気的に接続される。

なお、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ｂのソース及びドレインの他方のうちの一方には、電圧Ｖａが入力される。

また、図３（Ｂ）に示す光検出回路は、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ｂのソース及びドレインの他方のうちの他方から光データを光データ信号として出力する。

さらに、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す光検出回路の各構成要素について説明する。

光電変換素子１３１ａ及び光電変換素子１３１ｂとしては、例えばフォトダイオード又はフォトトランジスタなどを用いることができる。フォトダイオードの場合、フォトダイオードのアノード及びカソードの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当し、フォトダイオードのアノード及びカソードの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当し、フォトトランジスタの場合、フォトトランジスタのソース及びドレインの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当し、フォトトランジスタのソース及びドレインの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当する。

トランジスタ１３２ａ及びトランジスタ１３２ｂは、増幅トランジスタとしての機能を有する。

トランジスタ１３４ａ及びトランジスタ１３４ｂは、光検出制御トランジスタとしての機能を有する。

トランジスタ１３５は、光検出リセット選択トランジスタとしての機能を有する。

トランジスタ１３３ａ及びトランジスタ１３３ｂは、出力選択トランジスタとしての機能を有する。

なお、トランジスタ１３２ａ、トランジスタ１３２ｂ、トランジスタ１３３ａ、トランジスタ１３３ｂ、トランジスタ１３４ａ、トランジスタ１３４ｂ、及びトランジスタ１３５としては、例えばチャネルが形成され、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層を含むトランジスタ又は酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることができる。例えば、上記酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることにより、トランジスタ１３２ａ、トランジスタ１３２ｂ、トランジスタ１３３ａ、トランジスタ１３３ｂ、トランジスタ１３４ａ、トランジスタ１３４ｂ、及びトランジスタ１３５のリーク電流によるゲートの電圧の変動を抑制することができる。

次に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例について説明する。

まず、図３（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図３（Ｃ）を用いて説明する。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートであり、光検出リセット信号、出力選択信号、光電変換素子１３１ａ、トランジスタ１３３ａ、及びトランジスタ１３４ａのそれぞれの状態を示す。なお、ここでは、一例として光電変換素子１３１ａがフォトダイオードである場合について説明する。

図３（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例では、まず期間Ｔ３１において、光検出リセット信号のパルスが入力される。また、期間Ｔ３１から期間Ｔ３２にかけて光検出制御信号のパルスが入力される。なお、期間Ｔ３１において、光検出リセット信号のパルスの入力開始のタイミングは、光検出制御信号のパルスの入力開始のタイミングより早くてもよい。

このとき、期間Ｔ３１において、光電変換素子１３１ａは、順方向に電流が流れる状態（状態ＳＴ５１ともいう）になり、トランジスタ１３４ａがオン状態になり、トランジスタ１３３ａがオフ状態になる。

このとき、トランジスタ１３２ａのゲートの電圧は、一定の値にリセットされる。

次に、光検出リセット信号のパルスが入力された後の期間Ｔ３２において、光電変換素子１３１ａは、逆方向に電圧が印加された状態（状態ＳＴ５２ともいう）になり、トランジスタ１３３ａはオフ状態のままである。

このとき、光電変換素子１３１ａに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１３１ａの第１の電流端子及び第２の電流端子の間に光電流が流れる。さらに、光電流に応じてトランジスタ１３２ａのゲートの電圧の値が変化する。このとき、トランジスタ１３２ａのソース及びドレインの間のチャネル抵抗の値が変化する。

さらに、光検出制御信号のパルスが入力された後の期間Ｔ３３において、トランジスタ１３４ａがオフ状態になる。

このとき、トランジスタ１３２ａのゲートの電圧は、期間Ｔ３２における光電変換素子１３１ａの光電流に応じた値に保持される。なお、期間Ｔ３３を必ずしも設けなくてもよいが、期間Ｔ３３を設けることにより、光検出回路において、光データ信号を出力するタイミングを適宜設定することができ、例えば複数の光検出回路において、それぞれ光データ信号を出力するタイミングを適宜設定することができる。

次に、期間Ｔ３４において、出力選択信号のパルスが入力される。

このとき、光電変換素子１３１ａは状態ＳＴ５２のままであり、トランジスタ１３３ａがオン状態になり、トランジスタ１３２ａのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１３３ａのソース及びドレインを介して電流が流れる。トランジスタ１３２ａのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１３３ａのソース及びドレインを介して流れる電流は、トランジスタ１３２ａのゲート電圧の値に依存する。よって、光データは、光電変換素子１３１ａに入射する光の照度に応じた値となる。さらに、図３（Ａ）に示す光検出回路は、トランジスタ１３２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ａのソース及びドレインの他方のうちの他方から光データ信号を出力する。以上が図３（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例である。

次に、図３（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図３（Ｄ）を用いて説明する。図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例を説明するための図である。

図３（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例では、まず期間Ｔ４１において、光検出リセット信号のパルスが入力され、また、期間Ｔ４１から期間Ｔ４２にかけて光検出制御信号のパルスが入力される。なお、期間Ｔ４１において、光検出リセット信号のパルスの入力開始のタイミングは、光検出制御信号のパルスの入力開始のタイミングより早くてもよい。

このとき、期間Ｔ４１において、光電変換素子１３１ｂが状態ＳＴ５１になり、トランジスタ１３４ｂがオン状態になることにより、トランジスタ１３２ｂのゲートの電圧は、電圧Ｖａと同等の値にリセットされる。

さらに、光検出リセット信号のパルスが入力された後の期間Ｔ４２において、光電変換素子１３１ｂが状態ＳＴ５２になり、トランジスタ１３４ｂがオン状態のままであり、トランジスタ１３５がオフ状態になる。

このとき、光電変換素子１３１ｂに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１３１ｂの第１の電流端子及び第２の電流端子の間に光電流が流れる。さらに、光電流に応じてトランジスタ１３２ｂのゲートの電圧の値が変化する。このとき、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの間のチャネル抵抗の値が変化する。

さらに、光検出制御信号のパルスが入力された後の期間Ｔ４３において、トランジスタ１３４ｂがオフ状態になる。

このとき、トランジスタ１３２ｂのゲートの電圧は、期間Ｔ４２における光電変換素子１３１ｂの光電流に応じた値に保持される。なお、期間Ｔ４３を必ずしも設けなくてもよいが、期間Ｔ４３を設けることにより、光検出回路において、光データ信号を出力するタイミングを適宜設定することができ、例えば複数の光検出回路において、それぞれ光データ信号を出力するタイミングを適宜設定することができる。

さらに、期間Ｔ４４において、出力選択信号のパルスが入力される。

このとき、光電変換素子１３１ｂが状態ＳＴ５２のままであり、トランジスタ１３３ｂがオン状態になる。

トランジスタ１３３ｂがオン状態になると、図３（Ｂ）に示す光検出回路は、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ｂのソース及びドレインの他方のうちの他方から光データ信号を出力する。トランジスタ１３２ｂのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１３３ｂのソース及びドレインを介して流れる電流は、トランジスタ１３２ｂのゲート電圧の値に依存する。よって、光データは、光電変換素子１３１ｂに入射する光の照度に応じた値となる。以上が図３（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例である。

図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）を用いて説明したように、本実施の形態における光検出回路の一例は、光電変換素子、光検出制御トランジスタ、及び増幅トランジスタを備え、光検出制御信号に従って光データを生成し、出力選択信号に従って光データをデータ信号として出力する構成である。上記構成にすることにより、光検出回路により光データを生成して出力することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態の入出力装置における表示回路の例について説明する。

本実施の形態における表示回路の例について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態における表示回路の例を説明するための図である。

まず、本実施の形態における表示回路の構成例について、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を用いて説明する。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、本実施の形態における表示回路の構成例を示す図である。

図４（Ａ）に示す表示回路は、トランジスタ１５１ａと、液晶素子１５２ａと、容量素子１５３ａと、を備える。

なお、図４（Ａ）に示す表示回路において、トランジスタ１５１ａは、電界効果トランジスタである。

また、入出力装置において、液晶素子は、第１の表示電極、第２の表示電極、及び液晶層により構成される。液晶層は、第１の表示電極及び第２の表示電極の間に印加される電圧に応じて光の透過率が変化する。

また、入出力装置において、容量素子は、第１の容量電極、第２の容量電極、並びに第１の容量電極及び第２の容量電極に重畳する誘電体層を含む。容量素子は、第１の容量電極及び第２の容量電極の間に印加される電圧に応じて電荷が蓄積される。

トランジスタ１５１ａのソース及びドレインの一方には、表示データ信号が入力され、トランジスタ１５１ａのゲートには、表示選択信号が入力される。

液晶素子１５２ａの第１の表示電極は、トランジスタ１５１ａのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、液晶素子１５２ａの第２の表示電極には、電圧Ｖｃが入力される。電圧Ｖｃの値は、適宜設定することができる。

容量素子１５３ａの第１の容量電極は、トランジスタ１５１ａのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、容量素子１５３ａの第２の容量電極には、電圧Ｖｃが入力される。

図４（Ｂ）に示す表示回路は、トランジスタ１５１ｂと、液晶素子１５２ｂと、容量素子１５３ｂと、容量素子１５４と、トランジスタ１５５と、トランジスタ１５６と、を備える。

なお、図４（Ｂ）に示す表示回路において、トランジスタ１５１ｂ、トランジスタ１５５、及びトランジスタ１５６は、電界効果トランジスタである。

トランジスタ１５５のソース及びドレインの一方には、表示データ信号が入力され、トランジスタ１５５のゲートには、パルス信号である書き込み選択信号（信号ＷＳＥＬともいう）が入力される。書き込み選択信号は、例えばシフトレジスタを備えた回路により、シフトレジスタからパルス信号を出力させることにより生成することができる。

容量素子１５４の第１の容量電極は、トランジスタ１５５のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、容量素子１５４の第２の容量電極には、電圧Ｖｃが入力される。

トランジスタ１５１ｂのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１５５のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、トランジスタ１５１ｂのゲートには、表示選択信号が入力される。

液晶素子１５２ｂの第１の表示電極は、トランジスタ１５１ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、液晶素子１５２ｂの第２の表示電極には、電圧Ｖｃが入力される。

容量素子１５３ｂの第１の容量電極は、トランジスタ１５１ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、容量素子１５３ｂの第２の容量電極には、電圧Ｖｃが入力される。電圧Ｖｃの値は、表示回路の仕様に応じて適宜設定される。

トランジスタ１５６のソース及びドレインの一方には、基準となる電圧が入力され、トランジスタ１５６のソース及びドレインの他方は、トランジスタ１５１ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、トランジスタ１５６のゲートには、パルス信号である表示リセット信号（信号ＤＲＳＴともいう）が入力される。

さらに、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す表示回路の各構成要素について説明する。

トランジスタ１５１ａ及びトランジスタ１５１ｂは、表示選択トランジスタとしての機能を有する。

液晶素子１５２ａ及び液晶素子１５２ｂにおける液晶層としては、第１の表示電極及び第２の表示電極に印加される電圧が０Ｖのときに光を透過する液晶層を用いることができ、例えば電気制御複屈折型液晶（ＥＣＢ型液晶ともいう）、二色性色素を添加した液晶（ＧＨ液晶ともいう）、高分子分散型液晶、又はディスコチック液晶を含む液晶層などを用いることができる。また、液晶層としては、ブルー相を示す液晶層を用いてもよい。ブルー相を示す液晶層は、例えばブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物により構成される。ブルー相を示す液晶は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。よって、ブルー相を示す液晶を用いることにより、動作速度を向上させることができる。例えば、上記実施の形態におけるフィールドシーケンシャル方式の入出力装置では、カラーフィルタを用いた表示装置に比べて速い動作速度が要求されるため、上記実施の形態におけるフィールドシーケンシャル方式の入出力装置における液晶素子に上記ブルー相を示す液晶を用いることが好ましい。

容量素子１５３ａ及び容量素子１５３ｂは、トランジスタ１５１ａ又はトランジスタ１５１ｂに従って第１の容量電極及び第２の容量電極の間に表示データ信号に応じた値の電圧が印加される保持容量としての機能を有する。容量素子１５３ａ及び容量素子１５３ｂを必ずしも設けなくてもよいが、容量素子１５３ａ及び容量素子１５３ｂを設けることにより、表示選択トランジスタのリーク電流に起因する液晶素子に印加された電圧の変動を抑制することができる。

容量素子１５４は、トランジスタ１５５に従って第１の容量電極及び第２の容量電極の間に表示データ信号に応じた値の電圧が印加される保持容量としての機能を有する。

トランジスタ１５５は、容量素子１５４に表示データ信号を入力させるか否かを選択する書き込み選択トランジスタとしての機能を有する。

トランジスタ１５６は、液晶素子１５２ｂに印加される電圧をリセットさせるか否かを選択する表示リセット選択トランジスタとしての機能を有する。

なお、トランジスタ１５１ａ、トランジスタ１５１ｂ、トランジスタ１５５、及びトランジスタ１５６としては、例えばチャネルが形成され、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層又は酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることができる。

次に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例について説明する。

まず、図４（Ａ）に示す表示回路の駆動方法例について、図４（Ｃ）を用いて説明する。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示す表示回路の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートであり、表示データ信号及び表示選択信号のそれぞれの状態を示す。

図４（Ａ）に示す表示回路の駆動方法例では、表示選択信号のパルスが入力されると、トランジスタ１５１ａがオン状態になる。

トランジスタ１５１ａがオン状態になると、表示回路に表示データ信号が入力され、液晶素子１５２ａの第１の表示電極及び容量素子１５３ａの第１の容量電極の電圧が表示データ信号の電圧と同等の値になる。

このとき、液晶素子１５２ａは、書き込み状態（状態ｗｔともいう）になり、表示データ信号に応じた光の透過率になることにより、表示回路が表示データ信号のデータ（データＤ１１乃至データＤＸのそれぞれ）に応じた表示状態になる。

その後、トランジスタ１５１ａがオフ状態になり、液晶素子１５２ａは、保持状態（状態ｈｌｄともいう）になり、第１の表示電極及び第２の表示電極の間に印加される電圧を、次に表示選択信号のパルスが入力されるまで、初期値からの変動量が基準値より大きくならないように保持する。また、液晶素子１５２ａが保持状態のとき、上記実施の形態の入出力装置におけるライトユニットは、点灯状態になる。

次に、図４（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例について、図４（Ｄ）を用いて説明する。図４（Ｄ）は、図４（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートである。

図４（Ｂ）に示す表示回路の駆動方法例では、表示リセット信号のパルスが入力されると、トランジスタ１５６がオン状態になり、液晶素子１５２ｂの第１の表示電極及び容量素子１５３ｂの第１の容量電極の電圧が基準となる電圧にリセットされる。

また、書き込み選択信号のパルスが入力されると、トランジスタ１５５がオン状態になり、表示データ信号が表示回路に入力され、容量素子１５４の第１の容量電極の電圧が表示データ信号の電圧と同等の値になる。

その後、表示選択信号のパルスが入力されると、トランジスタ１５１ｂがオン状態になり、液晶素子１５２ｂの第１の表示電極及び容量素子１５３ｂの第１の容量電極の電圧が容量素子１５４の第１の容量電極の電圧と同等の値になる。

このとき、液晶素子１５２ｂは、書き込み状態になり、表示データ信号に応じた光の透過率になることにより、表示回路が表示データ信号のデータ（データＤ１１乃至データＤＸのそれぞれ）に応じた表示状態になる。

その後、トランジスタ１５１ｂがオフ状態になり、液晶素子１５２ｂは、保持状態になり、第１の表示電極及び第２の表示電極の間に印加される電圧を、次に表示選択信号のパルスが入力されるまで、初期値からの変動量が基準値より大きくならないように保持する。また、液晶素子１５２ｂが保持状態のとき、上記実施の形態の入出力装置におけるライトユニットは、点灯状態になる。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を用いて説明したように、本実施の形態における表示回路の一例は、表示選択トランジスタ及び液晶素子を備える構成である。上記構成にすることにより、表示回路を表示データ信号に応じた表示状態にすることができる。

また、図４（Ｂ）を用いて説明したように、本実施の形態における表示回路の一例は、表示選択トランジスタ及び液晶素子に加え、書き込み選択トランジスタ及び容量素子を備える構成である。上記構成にすることにより、液晶素子をある表示データ信号のデータに応じた表示状態に設定している間に、容量素子に次の表示データ信号のデータを書き込むことができる。よって、表示回路の動作速度を向上させることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態を用いて説明した入出力装置におけるトランジスタに適用可能なトランジスタについて説明する。

上記実施の形態を用いて説明した入出力装置において、トランジスタとしては、例えばチャネルが形成され、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層又は酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることができる。

なお、上記半導体層は、単結晶半導体層、多結晶半導体層、微結晶半導体層、又は非晶質半導体層でもよい。

さらに、上記実施の形態を用いて説明した入出力装置において、酸化物半導体層を含むトランジスタとしては、例えば高純度化することにより、真性（Ｉ型ともいう）、又は実質的に真性にさせた酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることができる。高純度化とは、酸化物半導体層中の水素を極力排除すること、及び酸化物半導体層に酸素を供給して酸化物半導体層中の酸素欠乏に起因する欠陥を低減することを含む概念である。

上記酸化物半導体層を含むトランジスタの構造例について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態におけるトランジスタの構造例を示す断面模式図である。

図５（Ａ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。

図５（Ａ）に示すトランジスタは、導電層４０１ａと、絶縁層４０２ａと、酸化物半導体層４０３ａと、導電層４０５ａと、導電層４０６ａと、を含む。

導電層４０１ａは、基板４００ａの上に設けられ、絶縁層４０２ａは、導電層４０１ａの上に設けられ、酸化物半導体層４０３ａは、絶縁層４０２ａを介して導電層４０１ａに重畳し、導電層４０５ａ及び導電層４０６ａは、酸化物半導体層４０３ａの一部の上にそれぞれ設けられる。

さらに、図５（Ａ）において、トランジスタの酸化物半導体層４０３ａの上面の一部（上面に導電層４０５ａ及び導電層４０６ａが設けられていない部分）は、酸化物絶縁層４０７ａに接する。

図５（Ｂ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造の一つであるチャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）トランジスタであり、逆スタガ型トランジスタともいう。

図５（Ｂ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｂと、絶縁層４０２ｂと、酸化物半導体層４０３ｂと、導電層４０５ｂと、導電層４０６ｂと、酸化物絶縁層４０７ｂを含む。

導電層４０１ｂは、基板４００ｂの上に設けられ、絶縁層４０２ｂは、導電層４０１ｂの上に設けられ、酸化物半導体層４０３ｂは、絶縁層４０２ｂを介して導電層４０１ｂに重畳し、酸化物絶縁層４０７ｂは、酸化物半導体層４０３ｂの上に設けられ、導電層４０５ｂ及び導電層４０６ｂは、酸化物絶縁層４０７ｂを介して酸化物半導体層４０３ｂの一部の上にそれぞれ設けられる。

図５（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造のトランジスタの一つである。

図５（Ｃ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｃと、絶縁層４０２ｃと、酸化物半導体層４０３ｃと、導電層４０５ｃと、導電層４０６ｃと、を含む。

導電層４０１ｃは、基板４００ｃの上に設けられ、絶縁層４０２ｃは、導電層４０１ｃの上に設けられ、導電層４０５ｃ及び導電層４０６ｃは、絶縁層４０２ｃの一部の上に設けられ、酸化物半導体層４０３ｃは、絶縁層４０２ｃを介して導電層４０１ｃに重畳する。

さらに、図５（Ｃ）において、トランジスタにおける酸化物半導体層４０３ｃの上面及び側面は、酸化物絶縁層４０７ｃに接する。

なお、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）において、酸化物絶縁層の上に保護絶縁層が設けてもよい。

図５（Ｄ）に示すトランジスタは、トップゲート構造のトランジスタの一つである。

図５（Ｄ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｄと、絶縁層４０２ｄと、酸化物半導体層４０３ｄと、導電層４０５ｄ及び導電層４０６ｄと、を含む。

酸化物半導体層４０３ｄは、絶縁層４４７を介して基板４００ｄの上に設けられ、導電層４０５ｄ及び導電層４０６ｄは、それぞれ酸化物半導体層４０３ｄの上に設けられ、絶縁層４０２ｄは、酸化物半導体層４０３ｄ、導電層４０５ｄ、及び導電層４０６ｄの上に設けられ、導電層４０１ｄは、絶縁層４０２ｄを介して酸化物半導体層４０３ｄに重畳する。

さらに、図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）に示す各構成要素について説明する。

基板４００ａ乃至基板４００ｄとしては、例えば透光性を有する基板を用いることができ、透光性を有する基板としては、例えばガラス基板又はプラスチック基板を用いることができる。

絶縁層４４７は、基板４００ｄからの不純物元素の拡散を防止する下地層としての機能を有する。

絶縁層４４７としては、例えば窒化シリコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、又は酸化窒化アルミニウム層を用いることができる。また、絶縁層４４７に適用可能な材料の積層により絶縁層４４７を構成することもできる。

導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｄのそれぞれは、トランジスタのゲートとしての機能を有する。なお、トランジスタのゲートとしての機能を有する層をゲート電極又はゲート配線ともいう。

なお、本実施の形態におけるトランジスタを、図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）に示すトランジスタの構成要素に加え、酸化物半導体層を介してゲートとなる導電層に重畳する導電層を含む構造にしてもよい。上記導電層もトランジスタのゲートとしての機能を有する。上記構造にすることにより、トランジスタの閾値電圧を制御することができ、また、酸化物半導体層への光の入射を抑制することができる。

導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｄとしては、例えばモリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、若しくはスカンジウムなどの金属材料、又はこれらを主成分とする合金材料の層を用いることができる。また、導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｄの形成に適用可能な材料の積層により、導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｄを構成することもできる。

絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｄのそれぞれは、トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。なお、トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する層をゲート絶縁層ともいう。

絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃとしては、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を用いることができる。また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の積層により絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃを構成することもできる。また、絶縁層４０２ｄとしては、酸化物絶縁層を用いることができ、例えば酸化シリコン層などを用いることができる。

酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｄのそれぞれは、トランジスタのチャネルが形成される層としての機能を有する。なお、トランジスタのチャネルが形成される層としての機能を有する層をチャネル形成層ともいう。酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｄに適用可能な酸化物半導体としては、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｈｆ及びランタノイドから選ばれた一種以上の元素を含有する。例えば四元系金属酸化物、三元系金属酸化物、又は二元系金属酸化物などを用いることができる。四元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などを用いることができる。三元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、又はＳｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｐｍ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。二元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、又はＩｎ−Ｇａ−Ｏ系金属酸化物などを用いることができる。また、酸化物半導体としては、例えばＩｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、又はＺｎ−Ｏ系金属酸化物などを用いることもできる。また、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。

Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物を用いる場合、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１：２（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝２５：１乃至Ｉｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１０：１乃至Ｉｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１５：２乃至Ｉｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝３：４）の組成比である酸化物ターゲットを用いてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物の半導体層を形成することができる。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｐ：Ｑ：Ｒのとき、Ｒ＞１．５Ｐ＋Ｑとする。Ｉｎの量を多くすることにより、トランジスタの移動度を向上させることができる。

また、酸化物半導体としては、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは０より大きい数）で表記される材料を用いることもできる。ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍのＭは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれた一つ又は複数の金属元素を示す。

導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄのそれぞれは、トランジスタのソース又はドレインとしての機能を有する。なお、トランジスタのソースとしての機能を有する層をソース電極又はソース配線ともいい、トランジスタのドレインとしての機能を有する層をドレイン電極又はドレイン配線ともいう。

導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄとしては、例えばアルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくはタングステンなどの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いることができる。また、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ、及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄに適用可能な材料の積層により導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ、及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄのそれぞれを構成することもできる。

また、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄとしては、導電性の金属酸化物を含む層を用いることもできる。導電性の金属酸化物としては、例えば酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化スズ合金、又は酸化インジウム酸化亜鉛合金を用いることができる。なお、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄに適用可能な導電性の金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。

酸化物絶縁層４０７ａ乃至酸化物絶縁層４０７ｃとしては、例えば酸化シリコン層などを用いることができる。なお、酸化物絶縁層４０７ｂは、トランジスタのチャネル形成層を保護する層（チャネル保護層ともいう）としての機能を有する。

なお、図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）に示すように、本実施の形態におけるトランジスタを、必ずしも酸化物半導体層の全てがゲート電極としての機能を有する導電層に重畳する構造にしなくてもよいが、酸化物半導体層の全てがゲート電極としての機能を有する導電層に重畳する構造にすることにより、酸化物半導体層への光の入射を抑制することができる。

さらに、本実施の形態におけるトランジスタの作製方法の例として、図５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例について、図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）を用いて説明する。図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）は、図５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を説明するための断面模式図である。

まず、図６（Ａ）に示すように、基板４００ａを準備し、基板４００ａの上に第１の導電膜を形成し、第１の導電膜の一部をエッチングすることにより導電層４０１ａを形成する。

例えば、スパッタリング法を用いて導電層４０１ａに適用可能な材料の膜を形成することにより第１の導電膜を形成することができる。また、導電層４０１ａに適用可能な材料の膜を積層させ、第１の導電膜を形成することもできる。

なお、スパッタリングガスとして、例えば水素、水、水酸基、又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることにより、形成される膜の上記不純物濃度を低減することができる。

なお、スパッタリング法を用いて膜を形成する前に、スパッタリング装置の予備加熱室にて予備加熱処理を行ってもよい。上記予備加熱処理を行うことにより、水素、水分などの不純物を脱離することができる。

また、スパッタリング法を用いて膜を形成する前に、例えばアルゴン、窒素、ヘリウム、又は酸素雰囲気下で、ターゲット側に電圧を印加せずに、基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加し、プラズマを形成して被形成面を改質する処理（逆スパッタともいう）を行ってもよい。逆スパッタを行うことにより、被形成面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することができる。

また、スパッタリング法を用いて膜を形成する場合、吸着型の真空ポンプなどを用いて膜を形成する成膜室内の残留水分を除去することができる。吸着型の真空ポンプとしては、例えばクライオポンプ、イオンポンプ、又はチタンサブリメーションポンプなどを用いることができる。また、コールドトラップを設けたターボポンプを用いて成膜室内の残留水分を除去することもできる。

さらに、例えば、フォトリソグラフィ工程により第１の導電膜の一部の上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて第１の導電膜をエッチングすることにより導電層４０１ａを形成することができる。なお、この場合、導電層４０１ａの形成後にレジストマスクを除去する。

また、インクジェット法を用いてレジストマスクを形成してもよい。インクジェット法を用いることにより、フォトマスクが不要になるため、製造コストを低減することができる。また、透過率の異なる複数の領域を有する露光マスク（多階調マスクともいう）を用いてレジストマスクを形成してもよい。多階調マスクを用いることにより、異なる厚さの領域を有するレジストマスクを形成することができ、トランジスタの作製に使用するレジストマスクの数を低減することができる。

次に、図６（Ｂ）に示すように、導電層４０１ａの上に第１の絶縁膜を形成することにより絶縁層４０２ａを形成する。

例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法などを用いて絶縁層４０２ａに適用可能な材料の膜を形成することにより第１の絶縁膜を形成することができる。また、絶縁層４０２ａに適用可能な材料の膜を積層させることにより第１の絶縁膜を形成することもできる。また、高密度プラズマＣＶＤ法（例えばμ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚのμ波）を用いた高密度プラズマＣＶＤ法）を用いて絶縁層４０２ａに適用可能な材料の膜を形成することにより、絶縁層４０２ａを緻密にすることができ、絶縁層４０２ａの絶縁耐圧を向上させることができる。

次に、図６（Ｃ）に示すように、絶縁層４０２ａの上に酸化物半導体膜を形成し、その後酸化物半導体膜の一部をエッチングすることにより酸化物半導体層４０３ａを形成する。

例えば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体層４０３ａに適用可能な酸化物半導体材料の膜を形成することにより酸化物半導体膜を形成することができる。なお、希ガス雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下で酸化物半導体膜を形成してもよい。

また、スパッタリングターゲットとして、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の組成比である酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成することができる。また、例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比である酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成してもよい。

また、スパッタリング法を用いて酸化物半導体膜を形成する際に、基板４００ａを減圧状態にし、基板４００ａを１００℃以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下に加熱してもよい。基板４００ａを加熱することにより、酸化物半導体膜の上記不純物濃度を低減することができ、また、スパッタリング法による酸化物半導体膜の損傷を軽減することができる。

さらに、例えば、フォトリソグラフィ工程により酸化物半導体膜の一部の上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて酸化物半導体膜をエッチングすることにより、酸化物半導体層４０３ａを形成することができる。なお、この場合、酸化物半導体膜のエッチング後のレジストマスクを除去する。

次に、図６（Ｄ）に示すように、絶縁層４０２ａ及び酸化物半導体層４０３ａの上に第２の導電膜を形成し、第２の導電膜の一部をエッチングすることにより導電層４０５ａ及び導電層４０６ａを形成する。

例えば、スパッタリング法などを用いて導電層４０５ａ及び導電層４０６ａに適用可能な材料の膜を形成することにより第２の導電膜を形成することができる。また、導電層４０５ａ及び導電層４０６ａに適用可能な材料の膜を積層させることにより第２の導電膜を形成することもできる。

さらに、例えば、フォトリソグラフィ工程により第２の導電膜の一部の上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて第２の導電膜をエッチングすることにより導電層４０５ａ及び導電層４０６ａを形成することができる。なお、この場合導電層４０５ａ及び導電層４０６ａの形成後にレジストマスクを除去する。

次に、図６（Ｅ）に示すように、酸化物半導体層４０３ａに接するように酸化物絶縁層４０７ａを形成する。

例えば、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下で、スパッタリング法を用いて酸化物絶縁層４０７ａに適用可能な膜を形成することにより、酸化物絶縁層４０７ａを形成することができる。スパッタリング法を用いて酸化物絶縁層４０７ａを形成することにより、トランジスタのバックチャネルとしての機能を有する酸化物半導体層４０３ａの部分の抵抗の低下を抑制することができる。また、酸化物絶縁層４０７ａを形成する際の基板温度は、室温以上３００℃以下であることが好ましい。

また、酸化物絶縁層４０７ａを形成する前にＮ_２Ｏ、Ｎ_２、又はＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層４０３ａの表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った場合、その後、大気に触れることなく、酸化物絶縁層４０７ａを形成することが好ましい。

さらに、図５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法の一例では、例えば４００℃以上７５０℃以下、又は４００℃以上基板の歪み点未満の温度で加熱処理を行う。例えば、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜の一部をエッチングした後、第２の導電膜を形成した後、第２の導電膜の一部をエッチングした後、又は酸化物絶縁層４０７ａを形成した後に上記加熱処理を行う。

なお、上記加熱処理を行う加熱処理装置としては、電気炉、又は抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導又は熱輻射により被処理物を加熱する装置を用いることができ、例えばＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置又はＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、又は高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。また、ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスとしては、例えば希ガス、又は加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体（例えば窒素）を用いることができる。

また、上記加熱処理を行った後、その加熱温度を維持しながら又はその加熱温度から降温する過程で、上記加熱処理を行った炉と同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ_２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下の雰囲気）を導入してもよい。このとき、酸素ガス又はＮ_２Ｏガスは、水、水素などを含まないことが好ましい。また、加熱処理装置に導入する酸素ガス又はＮ_２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上、好ましくは７Ｎ以上、すなわち、酸素ガス又はＮ_２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下とすることが好ましい。酸素ガス又はＮ_２Ｏガスの作用により、酸化物半導体層４０３ａに酸素が供給され、酸化物半導体層４０３ａ中の酸素欠乏に起因する欠陥を低減することができる。

さらに、上記加熱処理とは別に、酸化物絶縁層４０７ａを形成した後に、不活性ガス雰囲気下、又は酸素ガス雰囲気下で加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行ってもよい。

また、絶縁層４０２ａ形成後、酸化物半導体膜形成後、ソース電極又はドレイン電極となる導電層形成後、酸化物絶縁層形成後、又は加熱処理後に酸素プラズマによる酸素ドーピング処理を行ってもよい。例えば２．４５ＧＨｚの高密度プラズマにより酸素ドーピング処理を行ってもよい。酸素ドーピング処理を行うことにより、作製されるトランジスタの電気特性のばらつきを低減することができる。

以上の工程により、酸化物半導体層４０３ａから、水素、水分、水酸基、又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を排除し、且つ酸化物半導体層４０３ａに酸素を供給することにより、酸化物半導体層を高純度化させることができる。

なお、図５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を示したが、これに限定されず、例えば図５（Ｂ）乃至図５（Ｄ）に示す各構成要素において、名称が図５（Ａ）に示す各構成要素と同じであり且つ機能の少なくとも一部が図５（Ａ）に示す各構成要素と同じであれば、図５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例の説明を適宜援用することができる。

図５及び図６を用いて説明したように、本実施の形態におけるトランジスタの一例は、ゲートとしての機能を有する導電層と、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層を介してゲートとしての機能を有する導電層に重畳し、チャネルが形成される酸化物半導体層と、酸化物半導体層に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方としての機能を有する導電層と、酸化物半導体層に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方としての機能を有する導電層と、を含む構造である。

また、チャネルが形成される酸化物半導体層は、高純度化させることによりＩ型又は実質的にＩ型となった酸化物半導体層である。酸化物半導体層を高純度化させることにより、酸化物半導体層のキャリア濃度を１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満にすることができ、温度変化による特性変化を抑制することができる。また、上記構造にすることにより、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１０ａＡ（１×１０^−１７Ａ）以下にすること、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１ａＡ（１×１０^−１８Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１０ｚＡ（１×１０^−２０Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１ｚＡ（１×１０^−２１Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１００ｙＡ（１×１０^−２２Ａ）以下にすることができる。トランジスタのオフ電流は、低ければ低いほどよいが、本実施の形態におけるトランジスタのオフ電流の下限値は、約１０^−３０Ａ／μｍであると見積もられる。

さらに、特性評価用回路によるリーク電流測定を用いた、本実施の形態における酸化物半導体層を含むトランジスタの一例におけるオフ電流の値の算出例について以下に説明する。

特性評価用回路によるリーク電流測定について、図７を用いて説明する。図７は、特性評価用回路を説明するための図である。

まず、特性評価用回路の回路構成について図７（Ａ）を用いて説明する。図７（Ａ）は、特性評価用回路の回路構成を示す回路図である。

図７（Ａ）に示す特性評価用回路は、複数の測定系８０１を備える。複数の測定系８０１は、互いに並列に接続される。ここでは、一例として８個の測定系８０１が並列に接続される構成とする。複数の測定系８０１を用いることにより、同時に複数の測定を行うことができる。

測定系８０１は、トランジスタ８１１と、トランジスタ８１２と、容量素子８１３と、トランジスタ８１４と、トランジスタ８１５と、を含む。

トランジスタ８１１のソース及びドレインの一方には、電圧Ｖ１が入力され、トランジスタ８１１のゲートには、電圧Ｖｅｘｔ＿ａが入力される。トランジスタ８１１は、電荷注入用のトランジスタである。

トランジスタ８１２のソース及びドレインの一方は、トランジスタ８１１のソース及びドレインの他方に接続され、トランジスタ８１２のソース及びドレインの他方には、電圧Ｖ２が入力され、トランジスタ８１２のゲートには、電圧Ｖｅｘｔ＿ｂが入力される。トランジスタ８１２は、リーク電流評価用のトランジスタである。なお、ここでのリーク電流とは、トランジスタのオフ電流を含むリーク電流である。

容量素子８１３の第１の容量電極は、トランジスタ８１１のソース及びドレインの他方に接続され、容量素子８１３の第２の容量電極には、電圧Ｖ２が入力される。なお、ここでは、電圧Ｖ２は、０Ｖである。

トランジスタ８１４のソース及びドレインの一方には、電圧Ｖ３が入力され、トランジスタ８１４のゲートは、トランジスタ８１１のソース及びドレインの他方に接続される。なお、トランジスタ８１４のゲートと、トランジスタ８１１のソース及びドレインの他方、トランジスタ８１２のソース及びドレインの一方、並びに容量素子８１３の第１の容量電極との接続箇所をノードＡともいう。なお、ここでは、電圧Ｖ３は、５Ｖである。

トランジスタ８１５のソース及びドレインの一方は、トランジスタ８１４のソース及びドレインの他方に接続され、トランジスタ８１５のソース及びドレインの他方には、電圧Ｖ４が入力され、トランジスタ８１５のゲートには、電圧Ｖｅｘｔ＿ｃが入力される。なお、ここでは、電圧Ｖｅｘｔ＿ｃは、０．５Ｖである。

さらに、測定系８０１は、トランジスタ８１４のソース及びドレインの他方と、トランジスタ８１５のソース及びドレインの一方との接続箇所の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。

ここでは、トランジスタ８１１の一例として、酸化物半導体層を含み、チャネル長Ｌ＝１０μｍ、チャネル幅Ｗ＝１０μｍのトランジスタを用いる。また、トランジスタ８１４及びトランジスタ８１５の一例として、酸化物半導体層を含み、チャネル長Ｌ＝３μｍ、チャネル幅Ｗ＝１００μｍのトランジスタを用いる。また、トランジスタ８１２の一例として、酸化物半導体層を含み、酸化物半導体層の上部にソース電極及びドレイン電極が接し、ソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極とのオーバーラップ領域を設けず、幅１μｍのオフセット領域を有するボトムゲート構造のトランジスタを用いる。オフセット領域を設けることにより、寄生容量を低減することができる。さらに、トランジスタ８１２としては、チャネル長Ｌ及びチャネル幅Ｗの異なる６つのトランジスタのサンプル（ＳＭＰともいう）を用いる（表１参照）。

図７（Ａ）に示すように、電荷注入用のトランジスタと、リーク電流評価用のトランジスタとを別々に設けることにより、電荷注入の際に、リーク電流評価用のトランジスタを常にオフ状態に保つことができる。電荷注入用のトランジスタを設けない場合には、電荷注入の際に、リーク電流評価用トランジスタを一度オン状態にする必要があるが、オン状態からオフ状態の定常状態に到るまでに時間を要するような素子では、測定に時間を要してしまう。

また、電荷注入用のトランジスタと、リーク電流評価用のトランジスタとを別々に設けることにより、それぞれのトランジスタを適切なサイズとすることができる。また、リーク電流評価用トランジスタのチャネル幅Ｗを、電荷注入用のトランジスタのチャネル幅Ｗよりも大きくすることにより、リーク電流評価用トランジスタのリーク電流以外の特性評価回路のリーク電流成分を相対的に小さくすることができる。その結果、リーク電流評価用トランジスタのリーク電流を高い精度で測定することができる。同時に、電荷注入の際に、リーク電流評価用トランジスタを一度オン状態とする必要がないため、チャネル形成領域の電荷の一部がノードＡに流れ込むことによるノードＡの電圧変動の影響もない。

一方、電荷注入用トランジスタのチャネル幅Ｗを、リーク電流評価用トランジスタのチャネル幅Ｗよりも小さくすることにより、電荷注入用トランジスタのリーク電流を相対的に小さくすることができる。また、電荷注入の際に、チャネル形成領域の電荷の一部がノードＡに流れ込むことによるノードＡの電圧変動の影響も小さい。

次に、図７（Ａ）に示す特性評価回路のリーク電流測定方法について、図７（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す特性評価回路を用いたリーク電流測定方法を説明するためのタイミングチャートである。

図７（Ａ）に示す特性評価回路を用いたリーク電流測定方法は、書き込み期間及び保持期間に分けられる。それぞれの期間における動作について、以下に説明する。

書き込み期間では、電圧Ｖｅｘｔ＿ｂとして、トランジスタ８１２がオフ状態となるような電圧ＶＬ（−３Ｖ）を入力する。また、電圧Ｖ１として、書き込み電圧Ｖｗを入力した後、電圧Ｖｅｘｔ＿ａとして、一定期間トランジスタ８１１がオン状態となるような電圧ＶＨ（５Ｖ）を入力する。これによって、ノードＡに電荷が蓄積され、ノードＡの電圧は、書き込み電圧Ｖｗと同等の値になる。その後、電圧Ｖｅｘｔ＿ａとして、トランジスタ８１１がオフ状態となるような電圧ＶＬを入力する。その後、電圧Ｖ１として、電圧ＶＳＳ（０Ｖ）を入力する。

また、保持期間では、ノードＡが保持する電荷量の変化に起因して生じるノードＡの電圧の変化量の測定を行う。電圧の変化量から、トランジスタ８１２のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を算出することができる。以上により、ノードＡの電荷の蓄積とノードＡの電圧の変化量の測定とを行うことができる。

このとき、ノードＡの電荷の蓄積及びノードＡの電圧の変化量の測定（蓄積及び測定動作ともいう）を繰り返し行う。まず、第１の蓄積及び測定動作を１５回繰り返し行う。第１の蓄積及び測定動作では、書き込み期間に書き込み電圧Ｖｗとして５Ｖの電圧を入力し、保持期間に１時間の保持を行う。次に、第２の蓄積及び測定動作を２回繰り返し行う。第２の蓄積及び測定動作では、書き込み期間に書き込み電圧Ｖｗとして３．５Ｖの電圧を入力し、保持期間に５０時間の保持を行う。次に、第３の蓄積及び測定動作を１回行う。第３の蓄積及び測定動作では、書き込み期間に書き込み電圧Ｖｗとして４．５Ｖの電圧を入力し、保持期間に１０時間の保持を行う。蓄積及び測定動作を繰り返し行うことにより、測定した電流値が、定常状態における値であることを確認することができる。言い換えると、ノードＡを流れる電流Ｉ_Ａのうち、過渡電流（測定開始後から時間経過とともに減少していく電流成分）を除くことができる。その結果、より高い精度でリーク電流を測定することができる。

一般に、ノードＡの電圧Ｖ_Ａは、出力電圧Ｖｏｕｔの関数として式（１）のように表される。

また、ノードＡの電荷Ｑ_Ａは、ノードＡの電圧Ｖ_Ａ、ノードＡに接続される容量Ｃ_Ａ、定数（ｃｏｎｓｔ）を用いて、式（２）のように表される。ここで、ノードＡに接続される容量Ｃ_Ａは、容量素子８１３の容量と容量素子８１３以外の容量成分の和である。

ノードＡの電流Ｉ_Ａは、ノードＡに流れ込む電荷（またはノードＡから流れ出る電荷）の時間微分であるから、ノードＡの電流Ｉ_Ａは、式（３）のように表される。

なお、ここでは、一例として、Δｔを約５４０００ｓｅｃとする。このように、ノードＡに接続される容量Ｃ_Ａと、出力電圧Ｖｏｕｔから、リーク電流であるノードＡの電流Ｉ_Ａを求めることができるため、特性評価回路のリーク電流を求めることができる。

次に、上記特性評価回路を用いた測定方法による出力電圧の測定結果及び該測定結果より算出した特性評価回路のリーク電流の値について、図８を用いて説明する。

図８（Ａ）に、一例として、ＳＭＰ４、ＳＭＰ５、及びＳＭＰ６におけるトランジスタの上記測定（第１の蓄積及び測定動作）に係る経過時間Ｔｉｍｅと、出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示し、図８（Ｂ）に、上記測定に係る経過時間Ｔｉｍｅと、該測定によって算出された電流Ｉ_Ａとの関係を示す。測定開始後から出力電圧Ｖｏｕｔが変動しており、定常状態に到るためには１０時間以上必要であることがわかる。

また、図９に、上記測定により得られた値から見積もられたＳＭＰ１乃至ＳＭＰ６におけるノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す。図９では、例えばＳＭＰ４において、ノードＡの電圧が３．０Ｖの場合、リーク電流は２８ｙＡ／μｍである。リーク電流にはトランジスタ８１２のオフ電流も含まれるため、トランジスタ８１２のオフ電流も２８ｙＡ／μｍ以下とみなすことができる。

また、図１０、図１１、及び図１２に、８５℃、１２５℃、及び１５０℃における上記測定により見積もられたＳＭＰ１乃至ＳＭＰ６におけるノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す。図１０乃至図１２に示すように、１５０℃の場合であっても、リーク電流は、１００ｚＡ／μｍ以下であることがわかる。

以上のように、チャネル形成層としての機能を有し、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタを用いた特性評価用回路において、リーク電流が十分に低いため、該トランジスタのオフ電流が十分に小さいことがわかる。また、該トランジスタのオフ電流は、温度が上昇した場合であっても十分に低いことがわかる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態における入出力装置の構造例について説明する。

本実施の形態における入出力装置は、トランジスタなどの半導体素子が設けられた第１の基板（アクティブマトリクス基板）と、第２の基板と、第１の基板及び第２の基板の間に設けられた液晶層と、を含む。

まず、本実施の形態におけるアクティブマトリクス基板の構造例について、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３及び図１４は、本実施の形態の入出力装置におけるアクティブマトリクス基板の構造例を示す図であり、図１３（Ａ）は、平面模式図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）における線分Ａ−Ｂの断面模式図であり、図１４（Ａ）は、平面模式図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）における線分Ｃ−Ｄの断面模式図である。なお、図１４では、光検出回路の一例として、図３（Ａ）に示す構成の光検出回路を用いる場合を示す。また、図１３及び図１４では、トランジスタの一例として図５（Ａ）を用いて説明した構造のトランジスタを用いる場合を示す。

図１３及び図１４に示すアクティブマトリクス基板は、基板５００と、導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈと、絶縁層５０２と、半導体層５０３ａ乃至半導体層５０３ｄと、導電層５０４ａ乃至導電層５０４ｋと、絶縁層５０５と、半導体層５０６と、半導体層５０７と、半導体層５０８と、絶縁層５０９と、導電層５１０ａ乃至導電層５１０ｃと、を含む。

導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈのそれぞれは、基板５００の一平面に設けられる。

導電層５０１ａは、表示回路における表示選択トランジスタのゲートとしての機能を有する。

導電層５０１ｂは、表示回路における保持容量の第１の容量電極としての機能を有する。なお、容量素子（保持容量）の第１の容量電極としての機能を有する層を第１の容量電極ともいう。

導電層５０１ｃは、電圧Ｖｂが入力される配線としての機能を有する。なお、配線としての機能を有する層を配線ともいう。

導電層５０１ｄは、光検出回路における光検出制御トランジスタのゲートとしての機能を有する。

導電層５０１ｅは、光検出制御信号が入力される信号線としての機能を有する。なお、信号線としての機能を有する層を信号線ともいう。

導電層５０１ｆは、光検出回路における出力選択トランジスタのゲートとしての機能を有する。

導電層５０１ｇは、光検出回路における増幅トランジスタのゲートとしての機能を有する。

絶縁層５０２は、導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈを介して基板５００の一平面に設けられる。

絶縁層５０２は、表示回路における表示選択トランジスタのゲート絶縁層、表示回路における保持容量の誘電体層、光検出回路における光検出制御トランジスタのゲート絶縁層、光検出回路における増幅トランジスタのゲート絶縁層、及び光検出回路における出力選択トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。

半導体層５０３ａは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ａに重畳する。半導体層５０３ａは、表示回路における表示選択トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。

半導体層５０３ｂは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｄに重畳する。半導体層５０３ｂは、光検出回路における光検出制御トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。

半導体層５０３ｃは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｆに重畳する。半導体層５０３ｃは、光検出回路における出力選択トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。

半導体層５０３ｄは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｇに重畳する。半導体層５０３ｄは、光検出回路における増幅トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。

導電層５０４ａは、半導体層５０３ａに電気的に接続される。導電層５０４ａは、表示回路における表示選択トランジスタのソース及びドレインの一方としての機能を有する。

導電層５０４ｂは、導電層５０１ｂ及び半導体層５０３ａに電気的に接続される。導電層５０４ｂは、表示回路における表示選択トランジスタのソース及びドレインの他方としての機能を有する。

導電層５０４ｃは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｂに重畳する。導電層５０４ｃは、表示回路における保持容量の第２の容量電極としての機能を有する。

導電層５０４ｄは、絶縁層５０２を貫通する開口部において導電層５０１ｃに電気的に接続される。導電層５０４ｄは、光検出回路における光電変換素子の第１の電流端子及び第２の電流端子の一方としての機能を有する。

導電層５０４ｅは、半導体層５０３ｂに電気的に接続される。導電層５０４ｅは、光検出回路における光検出制御トランジスタのソース及びドレインの一方としての機能を有する。

導電層５０４ｆは、半導体層５０３ｂに電気的に接続され、且つ絶縁層５０２を貫通する開口部において導電層５０１ｇに電気的に接続される。導電層５０４ｆは、光検出回路における光検出制御トランジスタのソース及びドレインの他方としての機能を有する。

導電層５０４ｇは、絶縁層５０２を貫通する開口部において導電層５０１ｄ及び導電層５０１ｅに電気的に接続される。導電層５０４ｇは、光検出制御信号が入力される信号線としての機能を有する。

導電層５０４ｈは、半導体層５０３ｃに電気的に接続される。導電層５０４ｈは、光検出回路における出力選択トランジスタのソース及びドレインの一方としての機能を有する。

導電層５０４ｉは、半導体層５０３ｃ及び半導体層５０３ｄに電気的に接続される。導電層５０４ｉは、光検出回路における出力選択トランジスタのソース及びドレインの他方、並びに光検出回路における増幅トランジスタのソース及びドレインの一方としての機能を有する。

導電層５０４ｊは、半導体層５０３ｄに電気的に接続され、絶縁層５０２を貫通する開口部において導電層５０１ｈに電気的に接続される。導電層５０４ｊは、光検出回路における増幅トランジスタのソース及びドレインの他方としての機能を有する。

導電層５０４ｋは、絶縁層５０２を貫通する開口部において導電層５０１ｈに電気的に接続される。導電層５０４ｋは、電圧Ｖａ又は電圧Ｖｂが入力される配線としての機能を有する。

絶縁層５０５は、導電層５０４ａ乃至導電層５０４ｋを介して半導体層５０３ａ乃至半導体層５０３ｄに接する。

半導体層５０６は、絶縁層５０５を貫通して設けられた開口部において導電層５０４ｄに電気的に接続される。

半導体層５０７は、半導体層５０６に接する。

半導体層５０８は、半導体層５０７に接する。

絶縁層５０９は、絶縁層５０５、半導体層５０６、半導体層５０７、及び半導体層５０８に重畳する。絶縁層５０９は、表示回路及び光検出回路における平坦化絶縁層としての機能を有する。なお、必ずしも絶縁層５０９を設けなくてもよい。

導電層５１０ａは、絶縁層５０５及び絶縁層５０９を貫通する開口部において導電層５０４ｂに電気的に接続される。導電層５１０ａは、表示回路における表示素子の画素電極としての機能を有する。なお、画素電極としての機能を有する層を画素電極ともいう。

導電層５１０ｂは、絶縁層５０５及び絶縁層５０９を貫通する開口部において導電層５０４ｃに電気的に接続される。導電層５１０ｂは、電圧Ｖｃが入力される配線としての機能を有する。

導電層５１０ｃは、絶縁層５０５及び絶縁層５０９を貫通する開口部において導電層５０４ｅに電気的に接続され、絶縁層５０５及び絶縁層５０９を貫通する開口部において半導体層５０８に電気的に接続される。

さらに、本実施の形態における入出力装置の構造例について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施の形態における入出力装置の構造例を示す断面模式図であり、図１５（Ａ）は、表示回路の断面模式図であり、図１５（Ｂ）は、光検出回路の断面模式図である。なお、一例として表示素子を液晶素子とする。

図１５に示す入出力装置は、図１３及び図１４に示すアクティブマトリクス基板に加え、基板５１２と、導電層５１３と、液晶層５１４と、を含む。

導電層５１３は、基板５１２の一平面に設けられる。導電層５１３は、表示回路における共通電極としての機能を有する。なお、光検出回路において、必ずしも導電層５１３が設けられなくてもよい。

液晶層５１４は、導電層５１０ａ及び導電層５１３の間に設けられ、絶縁層５０９を介して半導体層５０８に重畳する。

なお、導電層５１０ａ、液晶層５１４、及び導電層５１３は、表示回路における表示素子としての機能を有する。

さらに、図１５に示す入出力装置の各構成要素について説明する。

基板５００及び基板５１２としては、図５（Ａ）における基板４００ａに適用可能な基板を用いることができる。

導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈとしては、図５（Ａ）における導電層４０１ａに適用可能な材料の層を用いることができる。また、導電層４０１ａに適用可能な材料の層を積層して導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈを構成してもよい。

絶縁層５０２としては、図５（Ａ）における絶縁層４０２ａに適用可能な材料の層を用いることができる。また、絶縁層４０２ａに適用可能な材料の層を積層して絶縁層５０２を構成してもよい。

半導体層５０３ａ乃至半導体層５０３ｄとしては、図５（Ａ）に示す酸化物半導体層４０３ａに適用可能な材料の層を用いることができる。なお、半導体層５０３ａ乃至半導体層５０３ｄとして、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を用いた半導体層を用いてもよい。

導電層５０４ａ乃至導電層５０４ｋとしては、図５（Ａ）における導電層４０５ａ又は導電層４０６ａに適用可能な材料の層を用いることができる。また、導電層４０５ａ又は導電層４０６ａに適用可能な材料の層を積層して導電層５０４ａ乃至導電層５０４ｋを構成してもよい。

絶縁層５０５としては、図５（Ａ）における酸化物絶縁層４０７ａに適用可能な材料の層を用いることができる。また、酸化物絶縁層４０７ａに適用可能な層を積層して絶縁層５０５を構成してもよい。

半導体層５０６は、一導電型（Ｐ型及びＮ型の一方）の半導体層である。半導体層５０６としては、例えばシリコンを含有する半導体層を用いることができる。

半導体層５０７は、半導体層５０６より抵抗の高い半導体層である。半導体層５０７としては、例えばシリコンを含有する半導体層を用いることができる。

半導体層５０８は、半導体層５０６とは異なる導電型（Ｐ型及びＮ型の他方）の半導体層である。半導体層５０８としては、例えばシリコンを含有する半導体層を用いることができる。

絶縁層５０９としては、例えばポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、などの有機材料の層を用いることができる。また絶縁層５０９としては、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料ともいう）の層を用いることもできる。

導電層５１０ａ乃至導電層５１０ｃ及び導電層５１３としては、例えば透光性を有する導電材料の層を用いることができ、透光性を有する導電材料としては、例えばインジウム錫酸化物、酸化インジウムに酸化亜鉛を混合した金属酸化物（ＩＺＯ：ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅともいう）、酸化インジウムに酸化珪素（ＳｉＯ_２）を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、又は酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。

また、導電層５１０ａ乃至導電層５１０ｃ及び導電層５１３は、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することもできる。導電性組成物を用いて形成した導電層は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率は、０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。π電子共役系導電性高分子としては、例えばポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、又はアニリン、ピロール及びチオフェンの２種以上の共重合体若しくはその誘導体などが挙げられる。

液晶層５１４としては、例えばＴＮ液晶、ＯＣＢ液晶、ＳＴＮ液晶、ＶＡ液晶、ＥＣＢ型液晶、ＧＨ液晶、高分子分散型液晶、又はディスコチック液晶などを含む層を用いることができる。なお、液晶層５１４として、導電層５１０ｃ及び導電層５１３に印加される電圧が０Ｖのときに光を透過する液晶を用いることが好ましい。

図１３乃至図１５を用いて説明したように、本実施の形態における入出力装置の構造例は、トランジスタ、画素電極、及び光電変換素子を含むアクティブマトリクス基板と、対向基板と、アクティブマトリクス基板及び対向基板の間に液晶を有する液晶層と、を含む構造である。上記構造にすることにより、同一工程により同一基板上に表示回路及び光検出回路を作製することができるため、製造コストを低減することができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態における入出力装置を備えた電子機器について説明する。

本実施の形態における電子機器の構成例について、図１６（Ａ）乃至図１６（Ｆ）を用いて説明する。図１６（Ａ）乃至図１６（Ｆ）は、本実施の形態における電子機器の構成例を示す図である。

図１６（Ａ）に示す電子機器は、携帯型情報通信端末である。図１６（Ａ）に示す携帯型情報通信端末は、少なくとも入出力部１００１を具備する。また、図１６（Ａ）に示す携帯型情報通信端末は、例えば入出力部１００１に操作部１００２を設けることができる。例えば、上記実施の形態の入出力装置を入出力部１００１に用いることにより、例えば指又はペンにより携帯型情報通信端末の操作又は携帯型情報通信端末への情報の入力を行うことができる。

図１６（Ｂ）に示す電子機器は、例えばカーナビゲーションを含む情報案内端末である。図１６（Ｂ）に示す情報案内端末は、入出力部１１０１、操作ボタン１１０２、及び外部入力端子１１０３を具備する。例えば、上記実施の形態の入出力装置を入出力部１１０１に用いることにより、例えば指又はペンにより情報案内端末の操作又は情報案内端末への情報の入力を行うことができる。

図１６（Ｃ）に示す電子機器は、ノート型パーソナルコンピュータである。図１６（Ｃ）に示すノート型パーソナルコンピュータは、筐体１２０１と、入出力部１２０２と、スピーカ１２０３と、ＬＥＤランプ１２０４と、ポインティングデバイス１２０５と、接続端子１２０６と、キーボード１２０７と、を具備する。例えば、上記実施の形態の入出力装置を、入出力部１２０２に用いることにより、例えば指又はペンによりノート型パーソナルコンピュータの操作又はノート型パーソナルコンピュータへの情報の入力を行うことができる。また、上記実施の形態の入出力装置をポインティングデバイス１２０５に用いてもよい。

図１６（Ｄ）に示す電子機器は、携帯型遊技機である。図１６（Ｄ）に示す携帯型遊技機は、入出力部１３０１と、入出力部１３０２と、スピーカ１３０３と、接続端子１３０４と、ＬＥＤランプ１３０５と、マイクロフォン１３０６と、記録媒体読込部１３０７と、操作ボタン１３０８と、センサ１３０９と、を有する。例えば、上記実施の形態の入出力装置を、入出力部１３０１及び入出力部１３０２、又は入出力部１３０１若しくは入出力部１３０２に用いることにより、例えば指又はペンにより携帯型遊技機の操作又は携帯型遊技機への情報の入力を行うことができる。

図１６（Ｅ）に示す電子機器は、電子書籍である。図１６（Ｅ）に示す電子書籍は、少なくとも筐体１４０１と、筐体１４０３と、入出力部１４０５と、入出力部１４０７と、軸部１４１１と、を有する。

筐体１４０１及び筐体１４０３は、軸部１４１１により接続され、図１６（Ｅ）に示す電子書籍は、該軸部１４１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことができる。また、入出力部１４０５は、筐体１４０１に組み込まれ、入出力部１４０７は、筐体１４０３に組み込まれる。また、入出力部１４０５及び入出力部１４０７の構成を互いに異なる画像を表示する構成としてもよく、例えば両方の入出力部で一続きの画像を表示する構成としてもよい。入出力部１４０５及び入出力部１４０７を異なる画像を表示する構成にすることにより、例えば右側の入出力部（図１６（Ｅ）では入出力部１４０５）に文章画像を表示し、左側の入出力部（図１６（Ｅ）では入出力部１４０７）に画像を表示することができる。

また、図１６（Ｅ）に示す電子書籍は、筐体１４０１又は筐体１４０３に操作部などを備えてもよい。例えば、図１６（Ｅ）に示す電子書籍の構成を電源ボタン１４２１と、操作キー１４２３と、スピーカ１４２５と、を有する構成にすることもできる。図１６（Ｅ）に示す電子書籍は、操作キー１４２３を用いることにより、複数の頁がある画像の頁を送ることができる。また、図１６（Ｅ）に示す電子書籍の入出力部１４０５及び入出力部１４０７、又は入出力部１４０５又は入出力部１４０７にキーボードやポインティングデバイスなどを設けた構成としてもよい。また、図１６（Ｅ）に示す電子書籍の筐体１４０１及び筐体１４０３の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、又はＡＣアダプタ又はＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを設けてもよい。さらに、図１６（Ｅ）に示す電子書籍に電子辞書としての機能を持たせてもよい。

例えば、上記実施の形態の入出力装置を入出力部１４０５及び入出力部１４０７、又は入出力部１４０５若しくは入出力部１４０７に用いることにより、例えば指又はペンにより電子書籍の操作又は電子書籍への情報の入力を行うことができる。

図１６（Ｆ）に示す電子機器は、ディスプレイである。図１６（Ｆ）に示すディスプレイは、筐体１５０１と、入出力部１５０２と、スピーカ１５０３と、ＬＥＤランプ１５０４と、操作ボタン１５０５と、接続端子１５０６と、センサ１５０７と、マイクロフォン１５０８と、支持台１５０９と、を有する。例えば、上記実施の形態の入出力装置を入出力部１５０２に用いることにより、例えば指又はペンによりディスプレイの操作又はディスプレイへの情報の入力を行うことができる。

図１６を用いて説明したように、本実施の形態における電子機器は、上記実施の形態の入出力装置を用いた入出力部を具備する構成である。上記構成にすることにより、電子機器の置かれる環境下の光の影響を抑制することができ、入出力部の光の検出精度を向上させることができる。

１０１ 表示選択信号出力回路
１０２ 表示データ信号出力回路
１０３ａ 光検出リセット信号出力回路
１０３ｂ 光検出制御信号出力回路
１０３ｃ 出力選択信号出力回路
１０４ ライトユニット
１０５ 画素部
１０５ｄ 表示回路
１０５ｐ 光検出回路
１０６ 読み出し回路
１０７ データ処理回路
１３１ａ 光電変換素子
１３１ｂ 光電変換素子
１３２ａ トランジスタ
１３２ｂ トランジスタ
１３３ａ トランジスタ
１３３ｂ トランジスタ
１３４ａ トランジスタ
１３４ｂ トランジスタ
１３５ トランジスタ
１５１ａ トランジスタ
１５１ｂ トランジスタ
１５２ａ 液晶素子
１５２ｂ 液晶素子
１５３ａ 容量素子
１５３ｂ 容量素子
１５４ 容量素子
１５５ トランジスタ
１５６ トランジスタ
４００ａ 基板
４００ｂ 基板
４００ｃ 基板
４００ｄ 基板
４０１ａ 導電層
４０１ｂ 導電層
４０１ｃ 導電層
４０１ｄ 導電層
４０２ａ 絶縁層
４０２ｂ 絶縁層
４０２ｃ 絶縁層
４０２ｄ 絶縁層
４０３ａ 酸化物半導体層
４０３ｂ 酸化物半導体層
４０３ｃ 酸化物半導体層
４０３ｄ 酸化物半導体層
４０５ａ 導電層
４０５ｂ 導電層
４０５ｃ 導電層
４０５ｄ 導電層
４０６ａ 導電層
４０６ｂ 導電層
４０６ｃ 導電層
４０６ｄ 導電層
４０７ａ 酸化物絶縁層
４０７ｂ 酸化物絶縁層
４０７ｃ 酸化物絶縁層
４４７ 絶縁層
５００ 基板
５０１ａ 導電層
５０１ｂ 導電層
５０１ｃ 導電層
５０１ｄ 導電層
５０１ｅ 導電層
５０１ｆ 導電層
５０１ｇ 導電層
５０１ｈ 導電層
５０２ 絶縁層
５０３ａ 半導体層
５０３ｂ 半導体層
５０３ｃ 半導体層
５０３ｄ 半導体層
５０４ａ 導電層
５０４ｂ 導電層
５０４ｃ 導電層
５０４ｄ 導電層
５０４ｅ 導電層
５０４ｆ 導電層
５０４ｇ 導電層
５０４ｈ 導電層
５０４ｉ 導電層
５０４ｊ 導電層
５０４ｋ 導電層
５０５ 絶縁層
５０６ 半導体層
５０７ 半導体層
５０８ 半導体層
５０９ 絶縁層
５１０ａ 導電層
５１０ｂ 導電層
５１０ｃ 導電層
５１２ 基板
５１３ 導電層
５１４ 液晶層
８０１ 測定系
８１１ トランジスタ
８１２ トランジスタ
８１３ 容量素子
８１４ トランジスタ
８１５ トランジスタ
１００１ 入出力部
１００２ 操作部
１１０１ 入出力部
１１０２ 操作ボタン
１１０３ 外部入力端子
１２０１ 筐体
１２０２ 入出力部
１２０３ スピーカ
１２０４ ＬＥＤランプ
１２０５ ポインティングデバイス
１２０６ 接続端子
１２０７ キーボード
１３０１ 入出力部
１３０２ 入出力部
１３０３ スピーカ
１３０４ 接続端子
１３０５ ＬＥＤランプ
１３０６ マイクロフォン
１３０７ 記録媒体読込部
１３０８ 操作ボタン
１３０９ センサ
１４０１ 筐体
１４０３ 筐体
１４０５ 入出力部
１４０７ 入出力部
１４１１ 軸部
１４２１ 電源ボタン
１４２３ 操作キー
１４２５ スピーカ
１５０１ 筐体
１５０２ 入出力部
１５０３ スピーカ
１５０４ ＬＥＤランプ
１５０５ 操作ボタン
１５０６ 接続端子
１５０７ センサ
１５０８ マイクロフォン
１５０９ 支持台

Claims (4)

1. Ｚ個（Ｚは３以上の自然数）の発光ダイオードを備えるライトユニットと、
   前記ライトユニットに重畳し、表示選択信号が入力され、前記表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になるＸ個（Ｘは自然数）の表示回路と、
   前記ライトユニットに重畳し、光検出制御信号が入力され、入力された前記光検出制御信号に従って、入射する光の照度に応じたデータを生成するＹ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路と、を具備する入出力装置の駆動方法であって、
   前記Ｙ個の光検出回路のそれぞれに同じ光検出制御信号を入力し、前記表示選択信号により設定されるフレーム期間において、前記Ｚ個の発光ダイオードを順次切り替えて発光させることで前記ライトユニットを点灯させることを含み、
   前記ライトユニットの点灯状態を切り替える周期より長い周期で、前記ライトユニットが点灯状態である期間に、前記Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個のデータを生成することを特徴とする入出力装置の駆動方法。
2. Ｚ個（Ｚは３以上の自然数）の発光ダイオードを備えるライトユニットと、
   前記ライトユニットに重畳し、表示選択信号が入力され、前記表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になるＸ個（Ｘは自然数）の表示回路と、
   前記ライトユニットに重畳し、光検出制御信号が入力され、入力された前記光検出制御信号に従って、入射する光の照度に応じたデータを生成するＹ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路と、を具備する入出力装置の駆動方法であって、
   前記Ｙ個の光検出回路のそれぞれに同じ光検出制御信号を入力し、前記表示選択信号により設定されるフレーム期間において、前記Ｚ個の発光ダイオードを順次切り替えて発光させることで前記ライトユニットを点灯させることを含み、
   前記ライトユニットの点灯状態を切り替える周期より長い周期で、前記ライトユニットが点灯状態である期間に、前記Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個の第１のデータを生成し、前記ライトユニットが消灯状態である期間に、前記Ｙ個の光検出回路に入射する光の照度に応じたＹ個の第２のデータを生成することをさらに含み、
   前記第１のデータ及び前記第２のデータの差分データである第３のデータを生成することを特徴とする入出力装置の駆動方法。
3. Ｚ個（Ｚは３以上の自然数）の発光ダイオードを備えるライトユニットと、
   前記ライトユニットに重畳し、表示選択信号が入力され、表示選択信号に従って表示データ信号が入力され、入力される表示データ信号のデータに応じた表示状態になるＸ個（Ｘは自然数）の表示回路と、
   前記ライトユニットに重畳し、それぞれに同じ光検出制御信号が入力され、入力された前記光検出制御信号に従って、入射する光の照度に応じたデータを生成するＹ個（Ｙは２以上の自然数）の光検出回路と、
   前記Ｙ個の光検出回路から前記入射する光の照度に応じたデータを読み出す読み出し回路と、
   前記読み出し回路により読み出された２つの入射する光の照度に応じたデータの差分データを生成するデータ処理回路と、を具備する入出力装置。
4. 請求項３において、
   前記光検出回路は、
   第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、光が入射することにより、入射した光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
   電界効果トランジスタであり、ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続され、ゲートに前記光検出制御信号が入力され、チャネルが形成され、キャリア濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３未満である酸化物半導体層を含む光検出制御トランジスタと、
   電界効果トランジスタであり、ゲートが前記光検出制御トランジスタのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース又はドレインから前記入射する光の照度に応じたデータがデータ信号として出力される増幅トランジスタと、を備える入出力装置。