TW201203215A - Semiconductor device and driving method thereof - Google Patents
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Description
201203215 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明的技術領域係關於一種光電感測器及其驅動方 法、一種具有光電感測器的顯示裝置及其驅動方法、以及 一種具有光電感測器的半導體裝置及其驅動方法。 【先前技術】 近年來，安裝有檢測光的感測器（也稱爲“光電感測 器”）的顯示裝置受到注目。藉由將光電感測器設置在顯 示裝置中，顯示幕還用作爲輸入區域。作爲其一例，可以 舉出具有影像接收功能的顯示裝置（例如，參照專利檔案 1 ) ° 另外，作爲具有光電感測器的半導體裝置，可以舉出 CCD方式的影像感測器或CMOS方式的影像感測器等。這 些影像感測器例如使用於數位相機或手機等電子設備。 在安裝有光電感測器的顯示裝置中，首先自顯示裝置 發射出光。入射到待檢測物件所存在的區域的光被待檢測 物件所遮擋，並且一部分的光被反射。藉由設置在顯示裝 置內的像素中的光電感測器檢測被待檢測物件所反射的光 ，可以識別在該區域存在有待檢測物件。 另外，在安裝有光電感測器的半導體裝置中，使用光 電感測器直接檢測或使用光學透鏡等聚光之後檢測自待檢 測物件所發射出的光或被待檢測物件所反射的外部光的光 -5- 201203215 [專利文獻1]日本專利申請公告第200 1 -292276號公報 在安裝有光電感測器的半導體裝置中，爲了採集設置 在各像素中的光電感測器藉由檢測光而產生的電信號，在 各像素中設置使用電晶體的電路。 然而，設置在各像素中的電晶體因閩値電壓等的電特 性之變動，難以將入射光準確地轉換成爲電信號。 【發明內容】 本發明的一個實施例的目的之一在於提供一種可以在 光電感測器中將入射光準確地轉換成爲電信號的半導體裝 置。 本發明的一個實施例是一種半導體裝置，包括：光電 二極體、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和第四電 晶體，其中，光電二極體具有藉由第二電晶體將對應於入 射光的電荷供應到第一電晶體的閘極的功能，第一電晶體 具有儲存供應到閘極的電荷的功能以及將所儲存的電荷轉 換成爲輸出信號的功能，第二電晶體具有保持儲存在第一 電晶體的閘極中的電荷的功能，第三電晶體具有使儲存在 第一電晶體的閘極中的電荷釋放的功能以及保持儲存在第 一電晶體的閘極中的電荷的功能，第四電晶體具有控制輸 出信號的讀出的功能，並且，在第二電晶體和第三電晶體 處於非導通狀態的期間，施加到第二電晶體的閘極的電壓 的電壓平比第二電晶體的源極的電壓位準和第二電晶體的 汲極的電壓位準低，且施加到第三電晶體的閘極的電壓的
S -6 - 201203215 電壓位準比第三電晶體的源極的電壓位準和第三電晶體的 汲極的電壓位準低。 本發明的一個實施例是一種半導體裝置，包括：光電 二極體、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和第四電 晶體，其中，光電二極體具有藉由第二電晶體而將對應於 入射光的電荷供應到第一電晶體的閘極的功能，第一電晶 體具有儲存供應到閘極的電荷的功能以及將所儲存的電荷 轉換成爲輸出信號的功能，第二電晶體具有保持儲存在第 一電晶體的閘極中的電荷的功能，第三電晶體具有使儲存 在第一電晶體的閘極中的電荷釋放的功能，第四電晶體具 有控制輸出信號的讀出的功能，並且，在第二電晶體和第 三電晶體處於非導通狀態的期間’施加到第二電晶體的閘 極的電壓的電壓位準比與光電二極體電連接的佈線的電壓 位準低，且施加到第三電晶體的閘極的電壓的電壓位準比 光電感測器基準信號線的電壓位準低· ° 本發明的一個實施例是一種半導體裝置’包括：光電 二極體、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和第四電 晶體，其中，光電二極體具有藉由第二電晶體而將對應於 入射光的電荷供應到第一電晶體的閘極的功能’第一電晶 體具有儲存供應到閘極的電荷的功能以及將所儲存的電荷 轉換成爲輸出信號的功能，第二電晶體具有保持儲存在第 一電晶體的閘極中的電荷的功能，第二電晶體具有使儲存 在第一電晶體的閘極中的電荷釋放的功能以及保持儲存在 第一電晶體的閘極中的電荷的功能，第四電晶體具有控制 201203215 輸出信號的讀出的功能，並且’與第一電晶體的閘極電連 接的第二電晶體以及第三電晶體的半導體層包括氧化物半 導體，在第二電晶體和第三電晶體處於非導通狀態的期間 ，施加到第二電晶體的閘極的電壓的電壓位準比第二電晶 體的源極和汲極中的低電壓側的電壓位準低’且施加到第 三電晶體的閘極的電壓的電壓位準比第三電晶體的源極和 汲極中的低電壓側的電壓位準低。 本發明的一個實施例是一種半導體裝置，包括：光電 二極體、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和第四電 晶體，其中，光電二極體具有藉由第二電晶體將對應於入 射光的電荷供應到第一電晶體的閘極的功能，第一電晶體 具有儲存供應到閘極的電荷的功能以及將所儲存的電荷轉 換成爲輸出信號的功能，第二電晶體具有保持儲存在第一 電晶體的閘極中的電荷的功能，第三電晶體具有使儲存在 第一電晶體的閘極中的電荷釋放的功能，第四電晶體具有 控制輸出信號的讀出的功能，並且，與第一電晶體的閘極 電連接的第二電晶體以及第三電晶體的半導體層包括氧化 物半導體，在第二電晶體和第三電晶體處於非導通狀態的 期間，施加到第二電晶體的閘極的電壓的電壓位準比與光 電二極體電連接的佈線的電壓位準低，且施加到第三電晶 體的閘極的電壓的電壓位準比光電感測器基準信號線的電 壓位準低。 另外，半導體裝置是指具有半導體特性的元件和包括 該具有半導體特性之元件的所有物件。例如，有時將具有
S -8- 201203215 電晶體的顯示裝置也簡單地稱爲半導體裝置。 可以提供能夠在光電感測器中將入射光準確地轉換成 爲電信號的半導體裝置。 另外，由於同時進行多個光電感測器的累積操作，所 以可以在短時間內進行累積操作，並且即使是快速移動的 待檢測物件也可以取得模糊少的影像。 另外，控制累積操作的電晶體由於使用氧化物半導體 來予以形成，所以截止電流極小。因此，即使因爲光電感 測器的數量增加而使選擇操作所需的時間變長，也可以將 入射光準確地轉換成爲電信號。從而，可以形成高解析度 的影像。 【實施方式】 下面，將參照附圖而詳細說明實施例。但是，以下實 施例可以藉由多種不同的方式來予以實施，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成 爲各種形式。因此，本發明不應該被解釋爲僅限定在以下 實施例所記載的內容中。另外，在用以說明實施例的所有 附圖中，使用相同的符號來表示相同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，參照圖1至3來說明作爲具有光電感測 201203215 器的半導體裝置的顯示裝置的結構和操作。另外，具有光 電感測器的顯示裝置可以用作爲光學觸控感測器。 參照圖1來說明顯示裝置的結構。顯示面板100具有像 素電路1 0 1、顯示元件控制電路1 02和光電感測器控制電路 103 » 像素電路101具有在列方向和行方向上配置成矩陣狀 的多個像素104。各像素104具有顯示元件105和光電感測 器106。不需要在每一個像素104中設置光電感測器，而也 可以在多個像素1〇4中設置一個光電感測器。另外，還可 以在像素1 04的外部設置光電感測器。 使用圖2說明像素104的電路圖。像素104具有顯示元 件1 05和光電感測器1 06，其中，顯示元件1 05具有電晶體 201 (也稱爲像素電晶體）、儲存電容器202和液晶元件 203，光電感測器106具有作爲光接收元件的光電二極體 204、電晶體205 (也稱爲第一電晶體）、電晶體206 (也 稱爲第二電晶體）、電晶體207(也稱爲第三電晶體）和 電晶體208 (也稱爲第四電晶體）。 在顯示元件1 〇 5中，電晶體2 0 1的閘極與閘極信號線 2 0 9相連接，其源極和汲極中的一者與視頻資料信號線2 1 0 相連接，並且其源極和汲極中的另一者與儲存電容器202 的其中一個電極以及液晶元件203的一者電極相連接。儲 存電容器202的另一個電極和液晶元件203的另一個電極的 電壓位準保持恆定。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。 S1 -10- 201203215 另外，在標明“ A和B連接”時，其包括A和B電連接 的情況、A和B在功能上連接的情況、以及A和B直接連接 的情況。 電晶體201具有控制對儲存電容器202注入電荷或從儲 存電容器202釋放電荷的功能。例如，當高位準電壓施加 到閘極信號線209時，將視頻信號線210的電壓位準的電壓 施加到儲存電容器2 02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。 藉由對液晶元件203施加電壓而在偏光方向上變化的現象 來形成透射過液晶元件203的光的明暗（灰度），從而實 現影像顯示。作爲透射過液晶元件203的光，使用自光源 (背光）而從顯示裝置的背面照射的光。 電晶體20 1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 氧化物半導體而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1 05具有液晶元件的情況 ，但是也可以具有發光元件等其他元件。發光元件是其亮 度受電流或電壓所控制的元件，明確而言，可以舉出發光 二極體、OLED (有機發光二極體）等。另外，本實施例 的結構示出在像素中設置有顯示元件105和光電感測器106 的光學觸控感測器（也稱爲光學觸控面板）的結構，但是 也可以使其成爲去除了顯示元件的結構。在此情況下，可 以採用設置有多個光電感測器的影像感測器的結構。 -11 - 201203215 在光電感測器106中，光電二極體204的其中一個電極 與佈線211 (也稱爲地線）連接，其另一個電極與電晶體 206的源極和汲極中的一者連接》電晶體205的源極和汲極 中的一者與光電感測器基準信號線212連接，其源極和汲 極中的另一者與電晶體20 8的源極和汲極中的一者連接。 電晶體206的閘極與閘極信號線213連接，其源極和汲極中 的另一者與電晶體205的閘極以及電晶體207的源極和汲極 中的一者連接。電晶體207的閘極與光電二極體重設信號 線2 1 4連接，其源極和汲極中的另一者與光電感測器基準 信號線21 2連接。電晶體208的閘極與閘極信號線21 5連接 ，其源極和汲極中的另一者與光電感測器輸出信號線216 連接。 光電二極體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，最 好使用晶體缺陷少的單晶半導體（例如，單晶矽），以便 提高由入射光產生的電信號的比率（量子效率）。另外， 作爲半導體材料最好使用容易提高結晶性的矽半導體如矽 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。電晶體205具有 如下功能：將藉由電晶體206從光電感測器204供給的電荷 儲存在與電晶體205的閘極連接的節點中，並將被儲存的 電荷轉換成爲輸出信號。因此，最好使用單晶半導體來形 成遷移率高的電晶體。另外，作爲半導體材料，最好使用 -12- S1 201203215 容易提高結晶性的矽半導體如矽或矽鍺等。 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。電晶體206具有 藉由控制電晶體206的導通或非導通來保持電晶體205的閘 極的電荷的功能。因此，最好使用氧化物半導體來形成截 止電流極小的電晶體。 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。電晶體207具有 藉由控制電晶體207的導通或非導通來使電晶體205的閘極 的電荷釋放的功能、以及保持電晶體205的閘極的電荷的 功能。因此，最好使用氧化物半導體來形成截止電流極小 的電晶體。 電晶體2〇8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。電晶體208因爲 具有將電晶體205的輸出信號供應到光電感測器輸出信號 線2 1 6的功能，所以最好使用單晶半導體而形成爲遷移率 高的電晶體。另外，作爲半導體材料最好使用容易提高結 晶性的矽半導體如矽或矽鍺等。 顯示元件控制電路102是用來控制顯示元件105的電路 ，它具有藉由視頻資料信號線等信號線（也稱爲“源極信 號線”）對顯示元件105輸入信號的顯示元件驅動電路107 和藉由掃描線（也稱爲“閘極信號線”）對顯示元件1 0 5 輸入信號的顯示元件驅動電路1 0 8。例如，掃描線側的顯 示元件驅動電路108具有選擇配置在特定列的像素所具有 -13- 201203215 之顯示元件的功能。另外，信號線側的顯示元件驅動電路 107具有對所選擇到之列的像素所具有的顯示元件提供任 意位準的電壓的功能。另外，在自掃描線側的顯示元件驅 動電路108對閘極信號線施加高位準的電壓的顯示元件105 中，電晶體係處於導通狀態，自信號線側的顯示元件驅動 電路1 07提供供應到視頻資料信號線的電壓位準的電壓。 光電感測器控制電路1 03是用來控制光電感測器1 06的 電路，它具有信號線側的光電感測器讀出電路1 09以及掃 描線側的光電感測器驅動電路1 1 〇，所述信號線包括諸如 光電感測器輸出信號線或光電感測器基準信號線等。 光電感測器驅動電路110具有對配置在特定列的像素 所具有的光電感測器1 06進行後述的重設操作、累積操作 和選擇操作的功能。 另外，光電感測器讀出電路1 09具有提取被選擇到之 列的像素所具有的光電感測器1 06的輸出信號的功能。另 外，光電感測器讀出電路1 09藉由利用OP放大器而將類比 信號的光電感測器1 06的輸出以類比信號的形式提取到顯 示面板的外部，或者藉由利用A/D轉換電路而將類比信號 轉換成爲數位信號，然後提取到顯示面板的外部。 使用圖2來說明構成光電感測器讀出電路109的預充電 電路。在圖2中，每一行之像素的預充電電路2 00係由電晶 體2 1 7和預充電信號線2 1 8所構成。另外，可以藉由將OP放 大器或A/D轉換電路連接到預充電電路200的後級，以構成 光電感測器讀出電路109。
S -14- 201203215 在預充電電路2 00中，在像素中的光電感測器操作之 前將光電感測器輸出信號線的電壓位準設定爲基準電壓位 準。在圖2中，藉由將預充電信號線218設定爲Η位準（以 下縮寫爲“ Η” ）以使電晶體2 1 7導通，可以將光電感測器 輸出信號線216的電壓位準設定爲基準電壓位準（在此爲 低電壓位準）。另外，爲了使光電感測器輸出信號線2 1 6 的電壓位準穩定，在光電感測器輸出信號線2 1 6中設置儲 存電容器也是有效的。另外，還可以採用基準電壓位準爲 高電壓位準的結構。在此情況下，藉由使電晶體2 1 7具有 與圖2相反的極性，並且將預充電信號線218設定爲L位準 (以下縮寫爲“ L” ），可以將光電感測器輸出信號線2 1 6 的電壓位準設定爲基準電壓位準。 另外，本實施例中的Η位準和L位準分別相當於根據高 電源電壓位準的電壓位準和根據低電源電壓位準的電壓位 準。亦即，Η位準是3V至20V的恆壓，L位準是0 V (也稱 爲基準電壓位準、地電壓位準）的恆壓。 下面，使用圖3的時序圖來說明光電感測器106的操作 。在圖3中，信號301、信號302、信號303分別相當於圖2 中的閘極信號線2 1 3、重設信號線2 1 4、閘極信號線2 1 5的 電壓位準。另外，信號3〇4Α至3 04C相當於電晶體205的閘 極的電壓位準（圖2中的節點219的電壓位準），其中，信 號3 04Α示出照射到光電二極體204的光的照度大的情況（ 以下寫爲照度大），信號線3 04Β示出照射到光電二極體 204的光的照度中等的情況（以下寫爲照度中等），信號 -15- 201203215 304C示出照射到光電二極體204的光的照度小的情況（以 下寫爲照度小）。另外，信號3 05 A至3 05 C相當於光電感測 器輸出信號線216的電壓位準，其中，信號3 05A示出照度 大，信號305B示出照度中等，信號3 05C示出照度小的情況 〇 在期間A，將閘極信號線2 1 3的電壓位準（信號3 0 1 ) 設定爲“ H” ，將重設信號線214的電壓位準（信號3 02 ) 設定爲低於0V的電壓位準（以下縮寫爲“L2” )，並且 將閘極信號線21 5的電壓位準（信號3 03 )設定爲“ L” 。 接下來，在期間B，將閘極信號線2 1 3的電壓位準（信號 3 0 1 )設定爲“ Η ” ，將重設信號線2 1 4的電壓位準（信號 3 02 )設定爲“ Η” ，並且將閘極信號線215的電壓位準（ 信號3 03 )設定爲“ L” 。其結果，光電二極體204和電晶 體206導通，從而節點219的電壓位準（信號304Α至304C) 成爲“Η” 。此時，光電二極體204成爲被施加有反向偏壓 的狀態。另外，當將預充電信號線218的電壓位準設定爲 “ Η ”時，光電感測器輸出信號線2 1 6的電壓位準（信號 3 05Α至305C)被預充電到“L” 。這樣，期間Α和期間Β成 爲重設操作期間。 另外，在本說明書中，低於〇 V的電壓位準具體是指 比電晶體206的源極的電壓位準、電晶體206的汲極的電壓 位準、電晶體207的源極的電壓位準、以及電晶體207的汲 極的電壓位準低的電壓位準。在本實施例中，電晶體206 以及電晶體207的源極和汲極中的低電壓側的電壓位準是0
S -16- 201203215 V，亦即，地線的電壓位準，有時將預定期間內的閘極信 號線213的電壓位準和重設信號線214的電壓位準稱爲低於 〇 V的電壓位準。另外，根據圖2所示的電路結構，也可以 將電晶體206以及電晶體207的源極和汲極中的低電壓側的 電壓位準稱爲與光電二極體2 04連接的佈線21 1的電壓位準 以及光電感測器基準信號線2 1 2的電壓位準。 接下來，在期間C，將閘極信號線2 1 3的電壓位準（信 號3 0 1 )設定爲"Η ” ’將重設信號線2 1 4的電壓位準（信 號3 02 )設定爲“ L2” ’並且將閘極信號線21 5的電壓位準 (信號3 03 )設定爲“ L” 。其結果’由於對光電二極體 2〇4照射光而產生的電流（以下稱爲光電流）’節點219的 電壓位準（信號304Α至304C)開始下降。光電二極體204 的光電流隨著入射光的光量的增加而增加’因此節點219 的電壓位準（信號3〇4Α至304C)根據入射光的光量而變化 。明確而言，對於入射光的光量大的信號3 04 A而言’因爲 光電流大幅度增加，所以作爲節點2 1 9的電壓位準的信號 3 0 4 A在期間C大幅度減少。另外’對於入射光的光量小的 信號304C而言，因爲光電流幾乎沒有流過’所以作爲節點 2 1 9的電壓位準的信號3 0 4 C在期間C幾乎沒有變化。另外， 對於入射光的光量中等的信號304B而言’因爲光電流的量 增加到信號3 04A的量和信號304C的量的中間程度的量’所 以作爲節點2 1 9的電壓位準的信號3 0 4 B的量減少到信號 3 04 A的量和信號3 04C的量的中間程度的量。亦即’光電二 極體204具有根據入射光將電荷藉由電晶體206供應到電晶 17- 201203215 體205的閘極的功能。然後，電晶體205的源極和汲極之間 的通道電阻發生變化。這樣，期間C成爲累積操作期間。 接下來，在期間D，將閘極信號線2 1 3的電壓位準（信 號301 )設定爲“ L2” ，將重設信號線214的電壓位準（信 號3 02 )設定爲“ L2” ，並且將閘極信號線21 5的電壓位準 (信號3 03 )設定爲“ L” 。作爲節點21 9的電壓位準的信 號3 (Μ A至3 (HC恆定》在此，在所述累積操作期間（期間C )，期間D的信號304A至304C的電壓位準取決於光電二極 體204的光電流的大小。亦即，根據入射到光電二極體204 的入射光，儲存在節點219中的電荷發生變化。另外，藉 由將氧化物半導體用於電晶體206和電晶體207的半導體層 ，以將電晶體206和電晶體207形成爲截止電流極小的電晶 體，這樣，可以在開始後續的選擇操作之前將所儲存的電 荷保持爲恆定。 接下來，在期間E，將閘極信號線213的電壓位準（信 號30Γ)設定爲“ L2” ，將重設信號線214的電壓位準（信 號3 02 )設定爲“ L2 ” ，並且將閘極信號線2 1 5的電壓位準 (信號3 03 )設定爲“ H” 。其結果，電晶體208導通，光 電感測器基準信號線2 1 2和光電感測器輸出信號線2 1 6藉由 電晶體205和電晶體208導通。於是，光電感測器輸出信號 線216的電壓位準（信號3 05 A至3 05C)根據所述入射到光 電二極體204的入射光而上升。另外，在期間E之前的期間 ，將預充電信號線218的電壓位準設定爲“H” ，使光電感 測器輸出信號線2 1 6的預充電結束。在此，光電感測器輸
S -18 - 201203215 出信號線216的電壓位準（信號305A至3 05 C)上升的速度 依賴於流過電晶體2 0 5的源極和汲極之間的電流。亦即， 光電感測器輸出信號線2 1 6的電壓位準根據在作爲累積操 作期間的期間C照射到光電二極體204的入射光的光量而變 化。這樣，期間E爲選擇操作期間。 接下來，在期間F，將閘極信號線2 1 3的電壓位準（信 號301 )設定爲“ L2” ，將重設信號線214的電壓位準（信 號3 02 )設定爲“ L2” ，並且將閛極信號線21 5的電壓位準 (信號3 03 )設定爲“ L” 。其結果，電晶體208成爲非導 通狀態，光電感測器輸出信號線2 1 6的電壓位準（信號 3 05 A至3 05C )成爲恆定値。在此，該恆定値取決於照射到 光電二極體204的入射光的光量。因此，藉由取得光電感 測器輸出信號線2 1 6的電壓位準，可知累積操作中入射到 光電二極體204上的光量。這樣，期間F爲讀出操作期間。 如上所說明，本實施例中的半導體裝置在電晶體206 處於非導通狀態的期間D、期間E和期間F以及電晶體207處 於非導通狀態的期間A、期間D、期間E和期間F將施加到 電晶體206和電晶體207的閘極的電壓的電壓位準設定爲低 於0 V。亦即，將施加到電晶體206的閘極和源極之間的電 壓的電壓位準設定爲電晶體206的閾値電壓以下，並將施 加到電晶體207的閘極和源極之間的電壓的電壓位準設定 爲電晶體207的閾値電壓以下。其結果，可以提高保持電 晶體205的閘極中所保持的電荷的功能。 更明確而言，藉由反覆進行重設操作、累積操作、選 -19- 201203215 擇操作和讀出操作，以實現各個光電感測器的操作。如上 所述，在本實施例的電晶體206和電晶體207處於非導通狀 態的期間，施加到它們的閘極的電壓的電壓位準低於0V。 因此，確實可以使電晶體206和電晶體207成爲非導通狀態 ，而可以提高在累積操作和讀出操作之際保持電晶體205 的閘極中所保持的電荷的功能》另外，可以提高正確地將 入射到光電感測器的入射光轉換成爲電信號的功能。進而 ，藉由使用氧化物半導體形成電晶體206和半導體207的半 導體層而使電晶體206和半導體207的截止電流極小的結構 也是較佳的。藉由採用該結構，可以進一步地提高正確地 將入射到光電感測器的入射光轉換成爲電信號的功能。 本實施例可以與其他實施例適當地組合來實施。 實施例2 在本實施例中，對使用多個光電感測器時的驅動方法 進行說明。 首先，對如圖4的時序圖所示的驅動方法進行考察。 在圖4中，信號401、信號402、信號403分別是示出第1列 、第2列、第3列的光電感測器中的重設信號線2 1 4的電位 變化的信號。另外，信號404、信號405、信號406分別是 示出第1列、第2列、第3列的光電感測器中的閘極信號線 213的電位變化的信號。另外，信號407、信號408、信號 409分別是示出第1列、第2列、第3列的光電感測器中的鬧 極信號線2 1 5的電位變化的信號。期間4 1 〇是一個成像所需
-20- S 201203215 的期間。另外，期間41 1、期間412、期間41 3分別是第2列 的光電感測器進行重設操作、累積操作、選擇操作的期間 。像這樣，藉由依序驅動各列的光電感測器，可以成像。 在此，可知各列的光電感測器的累積操作而在時間上 落後（lag )。亦即，各列的光電感測器的成像的同時降 低。因此，成像影像發生模糊。尤其是在對快速移動的待 檢測物件進行成像時，成像影像的形狀容易歪斜：若對從 第1列向第3列的方向移動的待檢測物件進行成像，則成像 影像成爲留下痕跡的被擴大的形狀；若對向反方向移動的 待檢測物件進行成像，則成像影像成爲縮小的形狀。 爲了防止各列的光電感測器的累積操作在時間上落後 ，使各列的光電感測器的驅動週期依序縮短是有效的。然 而，在此情況下，需要使用OP放大器或A/D轉換電路非常 快速地取得光電感測器的輸出信號。從而，導致耗電量的 增大。該方法尤其是在取得高解析度的影像時很困難。 於是，提出如圖5的時序圖所示的驅動方法。在圖5中 ，信號501、信號502、信號5 03分別是示出第1列、第2列 、第3列的光電感測器中的重設信號線2 1 4的電位變化的信 號。另外，信號504、信號505、信號506分別是示出第1列 、第2列、第3列的光電感測器中的閘極信號線2 1 3的電位 變化的信號。另外，信號507、信號5 08、信號509分別是 示出第1列、第2列、第3列的光電感測器中的閘極信號線 2 1 5的電位變化的信號。期間5 1 〇是一個成像所需的期間。 另外，期間51 1、期間512、期間513分別是第2列的光電感 -21 - 201203215 測器進行重設操作（與其他列同時進行）、累積操作（與 其他列同時進行）、選擇操作的期間。 圖5的與圖4不同之處在於所有列的光電感測器同時進 行重設操作和累積操作，並在累積操作結束後與累積操作 非同步地在各列依序進行選擇操作。藉由同時進行累積操 作，確保各列的光電感測器中的成像的同步性，從而即使 是對快速移動的待檢測物件進行成像也可以容易獲得模糊 少的影像。藉由同時進行累積操作，各光電感測器可以使 用共同的重設信號線2 14的驅動電路。另外，各光電感測 器還可以使用共同的閘極信號線213的驅動電路。像這樣 ，共同使用驅動電路對於週邊電路的縮減和低耗電量化有 效。再者，藉由按各列依序進行選擇操作，當取得光電感 測器的輸出信號時，可以使OP放大器或A/D轉換電路的操 作速度變慢。此時，選擇操作所需的時間的總和最好比累 積操作所需的時間長。尤其是當取得高解析度的影像時， 這是非常有效的。 另外，雖然圖5示出依序驅動各列的光電感測器的驅 動方法的時序圖，但是爲了取得特定區域中的影像，僅依 序驅動特定列中的光電感測器的驅動方法也有效。由此， 可以減少OP放大器或A/D轉換電路的操作，而可以在減少 耗電量的同時取得所需影像。另外，每隔幾列驅動光電感 測器的驅動方法也有效。亦即，驅動多個光電感測器的一 部分。由此，可以減少OP放大器或A/D轉換電路的操作， 而可以在減少耗電量的同時取得所需解析度的影像。
S -22- 201203215 爲了實現上述驅動方法，在累積操作結束後也需要將 各光電感測器中的電晶體205的閘極的電壓位準保持爲恆 定。從而，如上述實施例所說明，電晶體207最好使用氧 化物半導體形成而使其截止電流爲極小。 藉由採用上述方式，可以提供即使是對快速移動的待 檢測物件進行成像也可以形成模糊少且解析度高的成像的 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來實施。 實施例3 在本實施例中，對圖2中的光電感測器106的電路結構 的變形例子進行說明。 圖6A示出省略了圖2中的與電晶體205的閘極連接的電 晶體207的結構，電晶體207用以控制光電感測器的重設操 作。在圖6A的結構中，當進行光電感測器的重設操作時， 藉由使佈線211的電壓位準變化而使儲存在電晶體205的閘 極中的電荷釋放。 圖6B示出在圖2的光電感測器106的結構中將電晶體 205和電晶體20 8的連接關係顛倒的結構。明確而言，電晶 體2 05的源極和汲極中的一者與光電感測器輸出信號線2 1 6 連接，電晶體208的源極和汲極中的一者與光電感測器基 準信號線21 2連接。
圖6C示出在圖2的光電感測器106的結構中省略了電晶 體208的結構。在圖6C的結構中，與上述說明的圖2、圖6A -23- 201203215 和圖6B不同，當進行光電感測器的選擇操作和讀出操作時 ，藉由使光電感測器基準信號線212的電壓位準變化來讀 出根據儲存在電晶體205的閘極中的電荷的信號的變化。 圖10示出圖6C所示的光電感測器106的操作的時序圖 。在圖10中，信號601、信號602和信號6 03分別相當於圖 6C中的閘極信號線2 1 3、重設信號線2 1 4和光電感測器基準 信號線21 2的電壓位準。另外，信號604相當於電晶體205 的閘極的電壓位準，其示出照射到光電二極體204的光的 照度爲中等的情況（以下爲中等照度）。另外，信號6〇5 示出光電感測器輸出信號線2 1 6的電壓位準。另外，信號 606示出圖6C中的節點61 1的電壓位準。 接下來，對圖10的時序圖進行說明。在期間A，當將 信號601和信號603的電壓位準設定爲“H” ，並且將信號 602的電壓位準設定爲“ L2 ” ，然後，在期間B，將信號
602的電壓位準設定爲“ H”時，信號604的電壓位準被重 設，並且信號605和信號606的電壓位準上升。這樣，期間 A和期間B成爲重設操作期間。接著，在期間C，當將信號 601的電壓位準設定爲“L2”時，信號606的電壓位準下降 。然後，在期間D，將信號602和信號603的電壓位準設定 爲“ L2” 。這樣，期間C和期間D成爲累積操作期間。接 著，在期間E，當將信號601和信號603的電壓位準設定爲 "H”時，信號604和信號606的電壓位準成爲相同的電壓 位準，並且信號605的電壓位準根據光電感測器輸出信號 而變化。這樣，期間E成爲選擇操作期間》然後，在期間F
S -24- 201203215 ，將信號601和信號603的電壓位準設定爲“L2” ，讀出信 號6 05的電壓位準。這樣，期間F爲讀出操作期間。藉由上 述步驟，使圖6C所示的光電感測器106操作。 本實施例可以與其他實施例適當地組合來實施。 實施例4 在本實施例中，對具有光電感測器的半導體裝置的結 構及其製造方法進行說明。圖7示出半導體裝置的剖面圖 。另外，在構成顯示裝置時也可以使用下述半導體裝置。 在圖7中，在具有絕緣表面的基板1001之上設置有光 電二極體1002、電晶體1003和電晶體1004。它們分別示出 圖2中的光電二極體204、電晶體205和電晶體206的剖面圖 。將從待檢測物件1 2 0 1發出的光1 2 0 2、被待檢測物件1 2 0 1 所反射的外部光的光1202、或被待檢測物件1201反射的從 裝置內部發出的光1202入射到光電二極體1 002中。也可以 採用對基板1 00 1側的待檢測物件進行成像的結構。 作爲基板1 00 1可以使用絕緣基板.（例如，玻璃基板或 塑膠基板）、在其之上形成有絕緣膜（例如，氧化矽膜或 氮化矽膜）的上述絕緣基板、在其之上形成有上述絕緣膜 的半導體基板（例如，矽基板）或在其之上形成有上述絕 緣膜的金屬基板（例如，鋁基板）。 光電二極體1 002是橫向接面型pin二極體，它具有半 導體膜1005。半導體膜1 〇〇5包括具有p型導電性的區域（p 層1 02 1 )、具有i型導電性的區域（1層〗022 )和具有n型導 -25- 201203215 電性的區域（η層1 023 )。另外，光電二極體1002也可以 是pn二極體。 橫向接面型pin二極體或pn二極體可以藉由將賦予p型 的雜質和賦予η型的雜質分別添加到半導體膜1005的特定 區域來予以形成。 最好使用晶體缺陷少的單晶半導體（例如，單晶矽） 來形成光電二極體1002的半導體膜1005，以便提高由入射 光所產生的電信號的比率（量子效率）。 電晶體1 003是頂部閘極型薄膜電晶體，它具有半導體 膜1006、閘極絕緣膜1〇〇7和閘極電極1 008。 電晶體1 003具有將從光電二極體1 002供應的電荷轉換 成爲輸出信號的功能。因此，最好使用單晶半導體（例如 ’單晶矽）來形成半導體膜1 006以製造遷移率高的電晶體 〇 下面示出使用單晶半導體來形成半導體膜1005和半導 體膜1 006的例子。藉由進行離子照射等在單晶半導體基板 (例如，單晶矽基板）的所想要的深度而形成損傷區域。 在隔著絕緣膜而接合該單晶半導體基板和基板1001後，在 損傷區域中使單晶半導體基板分離，而在基板1001之上形 成半導體膜。藉由利用蝕刻等將該半導體膜加工（圖案化 )成爲所想要的形狀，以形成半導體膜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。據此，光電二極體1002和電 晶體1003被形成在同一表面上。
S -26- 201203215 另外，半導體膜1 005和半導體膜1 006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，最好使用單晶半導體形成遷移率高的電晶體》 另外，作爲半導體材料，最好使用容易提高結晶性的矽半 導體如矽或矽鍺等。 在此，爲了提高光電二極體10 02的量子效率，最好將 半導體膜1005形成得厚。再者，爲了提高電晶體1〇〇3的S 値等的電特性，最好將半導體膜1 006形成得薄。此時，將 半導體膜1 0 05形成爲比半導體1 00 6厚即可。 另外，作爲圖2中的電晶體208，最好使用晶體半導體 形成遷移率高的電晶體。藉由使用與電晶體1 003相同的半 導體材料，可以在與電晶體1 003同一製程中形成電晶體 208，從而可以降低成本。 另外，閘極絕緣膜1 007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法或濺射法來形成閘極絕 緣膜1 007即可。 另外，閘極電極1 008使用鉬、鈦、鉻、鉬、鎢、鋁、 銅、钕、銃等金屬材料或以這些金屬材料爲主要成分的合 金材料以單層或疊層形成。藉由濺射法或真空蒸鍍法來形 成閘極電極1 008即可。 另外，光電二極體1002也可以不採用橫向接面型而採 用層疊P層、i層和η層的結構。另外，電晶體1 00 3也可以 採用底部閘極型結構，也可以採用通道阻絕型結構或通道 蝕刻型結構。 -27- 201203215 另外，如圖9所示，也可以採用在光電二極體1002的 下部設置遮光膜1301來阻擋要被檢測的光以外的光的結構 。還可以在光電二極體1 0 02的上部設置遮光膜。在此情況 下，在與形成有光電二極體1 002的基板1001相對的基板 13 02之上設置遮光膜即可。 電晶體1 004是底部閘極型反轉堆疊結構的薄膜電晶體 ，它有閘極電極1010、閘極絕緣膜1011、半導體膜1012、 電極1013和電極1014。另外，在電晶體1 004之上具有絕緣 膜1015。另外，電晶體1004也可以是頂部閘極型。 在此，電晶體1004的特徵在於隔著絕緣膜1009而被形 成在光電二極體1002和電晶體1003的上方。像這樣，藉由 將電晶體1004形成在與光電二極體1 002不同的層之上，可 以擴大光電二極體1 002的面積，從而可以增加光電二極體 1 002的受光量。 另外，最好以其一部分或整體與光電二極體1002的η 層1 023或ρ層1021重疊的方式來形成電晶體1004。這是因 爲可以在擴大光電二極體1002的面積的同時，藉由儘量減 少電晶體1 004和i層1022所重疊的面積以有效率地接收光 。在採用pn二極體的情況下，也同樣可以藉由減少電晶體 1 004和pn接面所重疊的面積以有效率地接收光。 電晶體10 04具有將光電二極體100 2的輸出信號作爲電 荷累積在電晶體1003的閘極中並保持該電荷的功能。因此 ，最好使用氧化物半導體形成半導體膜1012來製造截止電 流極小的電晶體。
S -28- 201203215 另外，圖2中的電晶體207也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1 004相 同的半導體材料，可以在與電晶體1004同一製程中形成電 晶體207’從而可以降低成本。另外，上述各半導體元件 既可以使用薄膜半導體又可以使用大塊（bulk)半導體。 下面示出使用氧化物半導體形成半導體膜1012的例子 〇 作爲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）。氫 等在氧化物半導體中會成爲載子的供體（施體），即使在 截止狀態下也產生電流。亦即，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 導體中的氫並且提高構成元素的氧的濃度，以實現氧化物 半導體的高度純化的方法。高度純化了的氧化物半導體是 本徵或實質上本徵的半導體，可以減小截止電流。 首先，在絕緣膜1 009之上藉由濺射法來形成氧化物半 導體膜。 作爲氧化物半導體膜的靶材，可以使用以氧化鋅爲主 要成分的金屬氧化物的靶材。例如，可以使用其組成比爲 In2〇3:Ga2〇3:ZnO=l:l:l，即 In:Ga:Zn=l:l:0.5的耙材。另 外，還可以使用具有In:Ga:Zn=l:l:l或者In:Ga:Zn=l:l:2的 組成比的耙材。另外，也可以使用包含2 wt %至10 wt % ( 包含本身）的Si02的靶材。 -29- 201203215 另外，在稀有氣體（典型上爲氬）氛圍下、氧氛圍下 或稀有氣體和氧的混合氛圍下形成氧化物半導體膜即可。 在此，作爲當形成氧化物半導體膜時所使用的濺射氣體， 使用氫、水、羥基或氫化物等雜質的濃度降低到ppm等級 ，最好降低到ppb等級的高純度氣體。 邊去除處理室內的殘留水分邊引入去除了氫和水分的 濺射氣體來形成氧化物半導體膜。爲了去除處理室內的殘 留水分，最好使用吸附型真空泵。例如，最好使用低溫泵 、離子泵或鈦昇華泵。 氧化物半導體膜的厚度爲2 nm至200 nm (包含本身） 即可，最好爲5 nm至30 nm (包含本身）。然後，對氧化 物半導體膜進行蝕刻等而將其加工（圖案化）成爲所想要 的形狀，以形成半導體膜1 0 1 2。 在上文中示出作爲氧化物半導體膜使用In-Ga-Ζη-Ο的 例子，除此之外，也可以使用In-Sn-Ga-Zn-O、In-Sn-Zn-O 、I η - A1 - Ζ η - Ο、S η - G a - Ζ η - 0、A1 - G a - Ζ η - Ο、S η - A1 - Ζ η - Ο、 Ιη-Ζη-0 ' Sn-Zn-0 ' Al-Zn-0 ' Zn-Mg-0 ' Sn-Mg-0 ' In-Mg-O、In-O、Sn-O或Zn-0等❶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可以是非晶 或結晶的。或者，也可以是非單晶或單晶的。 另外’作爲氧化物半導體膜，還可以使用以ΙηΜ03 ( ZnO) m(m>0)表示的薄膜。在此，μ是選自Ga、A1、Μη 和Co中的一種或多種金屬元素。例如，作爲μ，可以舉出 Ga、Ga和 Al、Ga和 Μη或 Ga和 Co » -30- s 201203215 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爲高於或等於400 °C 且低於或等於750°C，最好設定爲高於或等於400°C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、水和羥基等（脫氫化處理）。若氫、水和 羥基等包含在氧化物半導體膜中，則成爲施體而使電晶體 的截止電流增大，所以藉由第一加熱處理進行脫氫化處理 是極爲有效的。 另外，第一加熱處理可以使用電爐。另外，也可以利 用來自電阻加熱器等加熱器的熱傳導或熱輻射來進行加熱 。在此情況下，例如可以使用RTA (快速熱退火）設備如 GRTA (氣體快速熱退火）設備、LRTA (燈快速熱退火） 設備等。 LRTA設備是利用從鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧 燈、高壓鈉燈、高壓汞燈等的燈發射出的光（電磁波）的 輻射來加熱待處理物件的設備。 GRTA設備是使用高溫氣體進行力D熱處理的設備。作 爲氣體，可以使用惰性氣體（典型上爲氬等的稀有氣體） 或氮氣體。藉由使用GRTA設備，可以在短時間內進行高 溫的加熱處理，所以這是特別有效的。 另外，第一加熱處理可以在如下時機進行：在進行圖 案化處理之前；在形成電極1013和電極1014之後；或在形 成絕緣膜1015之後。但是，爲了避免電極1013和電極1014 -31 - 201203215 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，有可能在第一加熱處理中在氧化物半導體中產 生氧缺乏。因此，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），以提高作爲構成元素的 氧的濃度來實現氧化物半導體的高度純化。 作爲加氧化處理的具體例子，可以舉出在第一加熱處 理之後連續在含氮和/或氧的氛圍（例如，氮：氧的體積比 = 4:1)下或在氧氛圍下進行第二加熱處理的方法。另外， 也可以採用在氧氛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 度純化。第二加熱處理的溫度設定爲高於或等於200 °C且 低於或等於400 °C，最好爲高於或等於2 50 °C且低於或等於 3 5 0〇C。 另外，作爲加氧化處理的其他例子，還有在半導體膜 1012之上與該半導體膜1〇12相接觸地形成氧化矽膜等的氧 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中，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度純 化。第三加熱處理的溫度設定爲高於或等於20CTC且低於 或等於400°C ’最好爲高於或等於250°C且低於或等於350 °C °另外’在採用頂部閘極型的情況下，也藉由使用氧化 矽膜等形成與半導體膜1012的上部相接觸的閘極絕緣膜， 並進行同樣的加熱處理，可以實現氧化物半導體的高度純 8' -32- 201203215 化。 如上所述，在藉由利用第一加熱處理來進行脫氫化處 理之後，利用第二加熱處理或第三加熱處理來進行加氧化 處理，可以實現氧化物半導體膜的高度純化。藉由實現高 度純化，可以使氧化物半導體成爲本徵或實質上本徵的半 導體，而可以降低電晶體1 004的截止電流。 另外，在光電二極體1002和電晶體1003之上使用氧化 矽膜、氮化矽膜等以單層或疊層來形成絕緣膜1009 °藉由 電漿CVD法、濺射法來形成絕緣膜1009即可。也可以藉由 塗佈法等來形成聚醯亞胺等的樹脂膜作爲絕緣膜1009。 另外，在絕緣膜1 009之上使用鉬、鈦、鉻、鉬、鎢、 鋁、銅、銨、銃等金屬材料或以這些金屬材料爲主要成分 的合金材料，以單層或疊層來形成閘極電極1010。藉由濺 射法或真空蒸鍍法來形成閘極電極1010即可。 另外，使用氧化矽膜或氮化矽膜等以單層或疊層來形 成閘極絕緣膜101 1。藉由電漿CVD法或濺射法來形成閘極 絕緣膜1 0 1 1即可。 另外，在閘極絕緣膜1011和半導體膜1012之上使用鉬 、鈦、鉻、钽、鎢、鋁、銅、釔等的金屬、以這些金屬爲 主要成分的合金材料或氧化銦等導電金屬氧化物等以單層 或疊層來形成電極1013和電極1014。藉由濺射法或真空蒸 鍍法來形成電極1013和電極1014即可。在此，電極1〇丨3最 好藉由形成在閘極絕緣膜1 0 0 7、絕緣膜1 〇 〇 9、閘極絕緣膜 10U中的接觸孔與光電二極體1〇〇2的n層1〇23連接。 -33- 201203215 下面，對高度純化了的氧化物半導體和使用它的電晶 體進行詳細說明。 作爲高度純化了的氧化物半導體的一個例子’可以舉 出載子濃度爲低於lxl〇l4/cm3，較佳爲低於lxlOl2/cm3，更 佳爲低於lxion/cm3或低於6.0xl01C)/cm3的氧化物半導體。 使用高度純化了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，其截止電流非常小 〇 下面示出使用測試元件（也稱爲TEG : Test Element Group )來測定電晶體的截止電流特性的結果。另外，在 此將說明使用η通道電晶體的情況。 作爲TEG，設置將200個ί/\ν = 3μιη/50μπι (膜厚度d:30 nm)的電晶體並聯連接而製造的L/W = 3pm/10000pm的電晶 體。圖8示出其初始特性。在此，VG的範圍是-20 V至+5 V (包含本身）。爲了測定電晶體的初始特性，對將基板 溫度設定爲室溫，將源極-汲極電壓（下面，稱爲汲極電 壓或VD )設定爲1 V或10 V，並使源極-閘極電壓（下面， 稱爲閘極電壓或VG)從-20 V變化到+20 V時的源極-汲極 電流（下面，稱爲汲極電流或ID)的變化特性，即VG-ID 特性進行測定。 如圖8所示’在VD是1 V或10 V時，通道寬度W爲 ΙΟΟΟΟμιη的電晶體的截止電流都是低於或等於1x10-i3a， 即爲低於或等於測量器（半導體參數分析儀，Agilent 4156C ;由安捷倫科技有限公司（Agilent Technologies s -34- 201203215
Inc.)所製造）的解析度（100 fA)。當將通道寬度換算 爲1 μιη時，該截止電流値相當於1 0 aA/μιη。 另外，在本說明書中，截止電流（也稱爲洩漏電流） 是指在η通道電晶體的閾値Vth爲正値的情況下，在室溫下 對電晶體施加-20 V至-5 V (包含本身）的範圍的任意閘 極電壓時在電晶體的源極-汲極之間流過的電流。另外， 室溫是15度至25度（包含本身）。在室溫下，使用本說明 書所揭示之氧化物半導體的電晶體的每一單位通道寬度（ W)的電流値爲100 aA/μιη或以下，較佳爲1 aA/μιη或以下 ，更佳爲ίο ζΑ/μιη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，-25 °C至150 °C的溫度範圍下的電 晶體的電流電壓特性是：導通電流 '截止電流、場效應遷 移率、S値和閩値電壓幾乎沒有變動，並幾乎沒有觀察到 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來實施* 的 置 裝 示 顯 的 例 施 實 個I 的 明 發 J 本 明： 出 說中 示 單圖是 簡附 1 式在圖 圖 的 例 形 圖 個1 的 明 發 本 出 示 是 2 圖 的 置 裝 示 顯 的 例 施 的 例 形 圖 圖 序 時 的 例 施 實 個1 的 明 發 本 是 3 圖 -35- 201203215 圖4是本發明的一個實施例的時序圖； 圖5是本發明的一個實施例的時序圖； 圖6 A至6C是示出本發明的一個實施例的光電感測器的 一例的電路圖； 圖7是示出本發明的一個實施例的半導體裝置的一例 的圖形： 圖8是示出電晶體的電特性的圖形； 圖9是示出本發明的一個實施例的半導體裝置的一例 的圖形； 圖10是本發明的一個實施例的時序圖。 【主要元件符號說明】 1 0 0 :顯示面板 1 0 1 :像素電路 102 :顯示元件控制電路 103 :光電感測器控制電路 1 0 4 :像素 1 0 5 :顯示元件 1 0 6 :光電感測器 107:顯示元件驅動電路 108:顯示元件驅動電路 109 :光電感測器讀出電路 110:光電感測器驅動電路 200 :預充電電路
S -36- 201203215 201 :電晶體 202 :儲存電容器 203 :液晶元件 204 :光電二極體 2 0 5 :電晶體 206 :電晶體 207 :電晶體 2 〇 8 :電晶體 209 :閘極信號線 2 1 0 :視頻資料信號線 2 1 1 :佈線 2 1 2 :光電感測器基準信號線 2 1 3 :閘極信號線 2 1 4 :重設信號線 2 1 5 :閘極信號線 2 1 6 :光電感測器輸出信號線 2 1 7 :電晶體 2 1 8 :預充電信號線 2 1 9 :節點 301至3 05 :信號 401至409:信號 4 1 0至4 1 3 :期間 5 0 1至5 0 9 :信號 5 1 0至5 1 3 :期間 -37- 201203215 601至606 :信號 6 1 1 :節點 1001 :基板 1 002 :光電二極體 1 〇 〇 3 :電晶體 1 〇 〇 4 :電晶體 1 〇〇5 :半導體膜 1 006 :半導體膜 1 007 :閘極絕緣膜 1 0 0 8 :閘極電極 1 0 0 9 :絕緣膜 1 0 1 0 :閘極電極 1 0 1 1 :閘極絕緣膜 1012 :半導體膜 1013:電極 1014：電極 1 0 1 5 :絕緣膜 1021： p層 1022： i層 1023： η層 1 2 0 1 :待檢測物件 1202 ：光 1301 :遮光膜 1 3 02 :基板
Claims (1)
- 201203215 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體裝置，包括： 光電二極體； 第一電晶體； 第二電晶體； 第三電晶體；以及 第四電晶體， 其中’該光電二極體的第一端子與該第二電晶體的第 一端子電連接， 其中，該第二電晶體的第二端子與該第一電晶體的閘 極及該第三電晶體的第一端子電連接， 其中，該第一電晶體的第一端子與該第四電晶體的第 一端子電連接， 其中’在第一期間，對應於照射到該光電二極體的入 射光的光量的電荷被累積在該第一電晶體的該閘極中， 其中’在第二期間，當第一電壓被供應到該第二電晶 體的閘極並且第二電壓被供應到該第三電晶體的閘極之同 時，該電荷係保持在該第一電晶體的該閘極中，並且 其中，該第一電壓的電壓位準比該第二電晶體的該第 —端子的電壓位準和該第二電晶體的該第二端子的電壓位 準低，且該第二電壓的電壓位準比該第三電晶體的該第一 端子的電壓位準和該第三電晶體的第二端子的電壓位準低 〇 2. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該 -39- 201203215 第二電晶體的半導體層包括氧化物半導體。 3. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該 第三電晶體的半導體層包括氧化物半導體。 4. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該 第二電晶體的半導體層和該第三電晶體的半導體層包括氧 化物半導體。 5. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該 第一電壓的該電壓位準比該光電二極體的第二端子的電壓 位準低》 6. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，當 第三電壓被供應到該第三電晶體的該閘極並且第四電壓被 供應到該第三電晶體的該第二端子之同時，電荷從該第一 電晶體的該閘極被釋放出。 7. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，當 第五電壓被供應到該光電二極體的第二端子並且第六電壓 被供應到該第二電晶體的該閘極之同時，該電荷從該第一 電晶體的該閘極被釋放出。 8. —種半導體裝置，包括： 光電二極體； 第一電晶體； 第二電晶體；以及 第三電晶體》 其中，該光電二極體的第一端子與該第二電晶體的第 一端子電連接， S -40- 201203215 其中，該第二電晶體的第二端子與該第一電晶體的閘 極及該第三電晶體的第一端子電連接， 其中’在第一期間，對應於照射到該光電二極體的入 射光的光量的電荷被累積在該第一電晶體的該閘極中， 其中’在第二期間，當第一電壓被供應到該第二電晶 體的閘極並且第二電壓被供應到該第三電晶體的閘極之同 時，該電荷係保持在該第一電晶體的該閘極中，並且 其中，該第一電壓的電壓位準比該第二電晶體的該第 —端子的電壓位準和該第二電晶體的該第二端子的電壓位 準低，且該第二電壓的電壓位準比該第三電晶體的該第一 端子的電壓位準和該第三電晶體的第二端子的電壓位準低 〇 9. 根據申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，該 第二電晶體的半導體層包括氧化物半導體。 10. 根據申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，該 第三電晶體的半導體層包括氧化物半導體。 11. 根據申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，該 第二電晶體的半導體層和該第三電晶體的半導體層包括氧 化物半導體。 12. 根據申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，該 第一電壓的該電壓位準比該光電二極體的第二端子的電壓 位準低》 13. 根據申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，當 第三電壓被供應到該第三電晶體的該閘極並且第四電壓被 C： -41 - 201203215 供應到該第三電晶體的該第二端子之同時，該電荷從該第 —電晶體的該閘極被釋放出。 14. 根據申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，當 第五電壓被供應到該光電二極體的第二端子並且第六瓛壓 被供應到該第二電晶體的該閘極之同時，該電荷從該第一 電晶體的該閘極被釋放出。 15. —種半導體裝置，包括： 光電二極體； 第一電晶體；以及 第二電晶體， 其中，該光電二極體的第一端子與該第二電晶體的第 一端子電連接， 其中，該第二電晶體的第二端子與該第一電晶體的閘 極電連接， 其中，在第一期間，對應於照射到該光電二極體的入 射光的光量的電荷被累積在該第一電晶體的該閘極中， 其中，在第二期間，當第一電壓被供應到該第二電晶 體的閘極之同時，該電荷係保持在該第一電晶體的該閘極 中，並且 其中，該第一電壓的電壓位準比該第二電晶體的該第 —端子的電壓位準和該第二電晶體的該第二端子的電壓位 準低。 16. 根據申請專利範圍第15項之半導體裝置，其中， 該第二電晶體的半導體層包括氧化物半導體。 S -42- 201203215 17. 根據申請專利範圍第15項之半導體裝置， 該第一電壓的該電壓位準比該光電二極體的第二端 壓位準低。 18. 根據申請專利範圍第15項之半導體裝置， 當第五電壓被供應到該光電二極體的第二端子並且 壓被供應到該第二電晶體的該閘極之同時，該電荷 一電晶體的該閘極被釋放出。 19. 一種半導體裝置的驅動方法，包括如下步驟 藉由將第一電壓供應到光電二極體的第一端子 二電壓供應到第二電晶體的閘極，並將第三電壓供 三電晶體的閘極，以使電荷累積在第一電晶體的閘彳 藉由將第四電壓供應到該第二電晶體的該閘極 五電壓供應到該第三電晶體的該閘極，以使該電荷 該第一電晶體的該閘極中；以及 藉由將第六電壓供應到該第三電晶體的該閘極 七電壓供應到該第三電晶體的第一端子，以使該電 第一電晶體的該閘極釋放出， 其中，該電荷對應於照射到該光電二極體的入 光量，並且 其中，在保持電荷期間，該第四電壓的電壓位 第二電晶體的第一端子的電壓位準和該第二電晶體 端子的電壓位準低，並且該第五電壓比該第三電晶 第一端子的電壓位準和該第三電晶體的第二端子的 準低。 其中， 子的電 其中， 第六電 從該第 ，將第 應到第 亟中； 並將第 保持在 並將第 荷從該 射光的 準比該 的第二 體的該 電壓位 -43- 201203215 20. 根據申請專利範圍第19項之驅動方法，其中，該 第三電壓的電壓位準與該第五電壓的該電壓位準相等。 21. —種半導體裝置的驅動方法，包括如下步驟： 藉由將第一電壓供應到光電二極體的第一端子並將第 二電壓供應到第二電晶體的閘極，以使電荷累積在第一電 晶體的閘極中； 藉由將第三電壓供應到該第二電晶體的該閘極，以使 該電荷保持在該第一電晶體的該閘極中；以及 藉由將第四電壓供應到該第二電晶體的該閘極並將第 五電壓供應到該光電二極體的該第一端子，以使該電荷從 該第一電晶體的該閘極釋放出， 其中，該電荷對應於照射到該光電二極體的入射光的 光量，並且 其中，在保持電荷期間，該第三電壓的電壓位準比該 第二電晶體的第一端子的電壓位準和該第二電晶體的第二 端子的電壓位準低。 2 2.根據申請專利範圍第21項之驅動方法，其中，該 第二電壓的電壓位準與該第四電壓的電壓位準相等。 S -44-
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