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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-29
(45)【発行日】2024-12-09
(54)【発明の名称】撮像装置、及びその駆動方法
(51)【国際特許分類】
H04N 25/78 20230101AFI20241202BHJP
H04N 25/76 20230101ALI20241202BHJP
H04N 25/616 20230101ALI20241202BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20241202BHJP
H01L 29/786 20060101ALI20241202BHJP
【ＦＩ】
H04N25/78
H04N25/76
H04N25/616
H01L27/146 C
H01L29/78 618B
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021507447
(86)(22)【出願日】2020-09-02
(86)【国際出願番号】 IB2020058145
(87)【国際公開番号】W WO2021048695
(87)【国際公開日】2021-03-18
【審査請求日】2023-08-18
(31)【優先権主張番号】P 2019167175
(32)【優先日】2019-09-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000153878
【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所
(72)【発明者】
【氏名】川島 進
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 一徳
(72)【発明者】
【氏名】楠 紘慈
(72)【発明者】
【氏名】吉本 智史
【審査官】堀井 康司
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／０１２３６９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－２０７４８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１８２４９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ ２５／７８
Ｈ０４Ｎ ２５／７６
Ｈ０４Ｎ ２５／６１６
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
Ｈ０１Ｌ ２９／７８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
画素と、ＣＤＳ回路と、を有し、前記ＣＤＳ回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、を有し、
前記画素は、配線を介して前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び前記第１の容量の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２の容量の一方の電極と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第３のトランジスタのゲート、前記第１の容量の他方の電極、及び前記第２の容量の他方の電極と電気的に接続される撮像装置。
【請求項2】
請求項１において、前記画素は、前記画素に書き込まれた撮像データを、第１の信号として前記配線に出力する第１の期間と、前記画素に書き込まれた撮像データをリセットし、第２の信号を前記配線に出力する第２の期間と、を有し、
前記ＣＤＳ回路は、前記第１の期間において、前記第２のトランジスタを導通状態とする機能を有し、
前記第２の期間において、前記第２のトランジスタを非導通状態とする機能を有する撮像装置。
【請求項3】
請求項１又は２において、前記第１のトランジスタ、及び前記第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する撮像装置。
【請求項4】
画素と、カレントミラー回路と、を有し、前記画素、及び前記カレントミラー回路は、配線と電気的に接続され、
前記カレントミラー回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記配線と電気的に接続される撮像装置の駆動方法であって、
前記画素に書き込まれた撮像データを、第１の期間において第１の信号として前記配線に出力し、
前記画素に書き込まれた撮像データを、第２の期間においてリセットして、第２の信号を前記画素から前記配線に出力し、
前記第１の期間では、前記第１のトランジスタのゲート、前記第２のトランジスタのゲート、及び前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方に第１の電位を供給し、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方に電源電位を供給し、
前記第２の期間では、前記第１のトランジスタのゲート、前記第２のトランジスタのゲート、及び前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方に第２の電位を供給し、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方に前記電源電位を供給し、
前記第２の電位と、前記電源電位と、の差は、前記第１の電位と、前記電源電位と、の差より大きい撮像装置の駆動方法。
【請求項5】
請求項４において、ＣＤＳ回路を有し、
前記ＣＤＳ回路は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、を有し、
前記配線は、前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び前記第１の容量の一方の電極と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２の容量の一方の電極と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第５のトランジスタのゲート、前記第１の容量の他方の電極、及び前記第２の容量の他方の電極と電気的に接続される撮像装置の駆動方法であって、
前記第１の期間では、前記第４のトランジスタを導通状態とし、
前記第２の期間では、前記第４のトランジスタを非導通状態とする撮像装置の駆動方法。
【請求項6】
請求項５において、前記第３のトランジスタ、及び前記第４のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、撮像装置、及びその駆動方法に関する。
【0002】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサ等）、入出力装置（例えば、タッチパネル等）、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。
【背景技術】
【0003】
撮像装置は従来、写真や動画を撮影する用途に用いられているが、近年はこれらの用途だけでなく、顔認証、指紋認証、及び静脈認証等の生体認証や、タッチセンサ又はモーションセンサ等の入力デバイス等に応用されており、用途が多様化している。特許文献１には、指紋認証を行うことができる、スマートフォン等の電子機器について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１９－７９４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
例えば、撮像装置が設けられている電子機器が、タッチセンサ又はニアタッチセンサとしての機能と、指紋認証等の生体認証機能と、を有する場合、タッチセンサ又はニアタッチセンサとしての機能を用いる場合は、指等の検出対象物の動きを高い精度で検出できるように、高いフレーム周波数で撮像を行うことが好ましい。一方、生体認証を行う際は、認証の精度を高めるために高精度の撮像を行うことが好ましい。
【0006】
本発明の一態様は、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる撮像装置を提供することを課題の一とする。又は、高精度な撮像を行うことができる撮像装置を提供することを課題の一とする。又は、高精度な生体認証を行うことができる撮像装置を提供することを課題の一とする。又は、検出対象物の位置を高精度に検出することができる撮像装置を提供することを課題の一とする。又は、信頼性の高い撮像装置を提供することを課題の一とする。又は、新規な撮像装置を提供することを課題の一とする。又は、上記撮像装置が設けられている半導体装置を提供することを課題の一とする。
【0007】
本発明の一態様は、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる撮像装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、高精度な撮像を行うことができる撮像装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、高精度な生体認証を行うことができる撮像装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、検出対象物の位置を高精度に検出することができる撮像装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、信頼性の高い撮像装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、新規な撮像装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、上記方法で駆動する撮像装置が設けられている半導体装置を提供することを課題の一とする。
【0008】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項等の記載から抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様は、画素と、ＣＤＳ回路を有し、ＣＤＳ回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、を有し、画素は、配線を介して第１のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び第１の容量の一方の電極と電気的に接続され、第１のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の容量の一方の電極と電気的に接続され、第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第３のトランジスタのゲート、第１の容量の他方の電極、及び第２の容量の他方の電極と電気的に接続される撮像装置である。
【0010】
又は、上記態様において、画素は、画素に書き込まれた撮像データを、第１の信号として配線に出力する第１の期間と、画素に書き込まれた撮像データをリセットし、第２の信号を配線に出力する第２の期間と、を有し、ＣＤＳ回路は、第１の期間において、第２のトランジスタを導通状態とする機能を有し、第２の期間において、第２のトランジスタを非導通状態とする機能を有してもよい。
【0011】
又は、上記態様において、第１のトランジスタ、及び第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有してもよい。
【0012】
又は、本発明の一態様は、画素と、カレントミラー回路と、を有し、画素、及びカレントミラー回路は、配線と電気的に接続され、カレントミラー回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、配線と電気的に接続される撮像装置の駆動方法であって、画素に書き込まれた撮像データを、第１の期間において第１の信号として配線に出力し、画素に書き込まれた撮像データを、第２の期間においてリセットして、第２の信号を画素から配線に出力し、第１の期間では、第１のトランジスタのゲート、第２のトランジスタのゲート、及び第２のトランジスタのソース又はドレインの一方に第１の電位を供給し、第２のトランジスタのソース又はドレインの他方に電源電位を供給し、第２の期間では、第１のトランジスタのゲート、第２のトランジスタのゲート、及び第２のトランジスタのソース又はドレインの一方に第２の電位を供給し、第２のトランジスタのソース又はドレインの他方に電源電位を供給し、第２の電位と、電源電位と、の差は、第１の電位と、電源電位と、の差より大きい撮像装置の駆動方法である。
【0013】
又は、上記態様において、ＣＤＳ回路を有し、ＣＤＳ回路は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、を有し、配線は、第３のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び第１の容量の一方の電極と電気的に接続され、第３のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の容量の一方の電極と電気的に接続され、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第５のトランジスタのゲート、第１の容量の他方の電極、及び第２の容量の他方の電極と電気的に接続される撮像装置の駆動方法であって、第１の期間では、第４のトランジスタを導通状態とし、第２の期間では、第４のトランジスタを非導通状態としてもよい。
【0014】
又は、上記態様において、第３のトランジスタ、及び第４のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有してもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明の一態様により、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる撮像装置を提供することができる。又は、高精度な撮像を行うことができる撮像装置を提供することができる。又は、高精度な生体認証を行うことができる撮像装置を提供することができる。又は、検出対象物の位置を高精度に検出することができる撮像装置を提供することができる。又は、信頼性の高い撮像装置を提供することができる。又は、新規な撮像装置を提供することができる。又は、上記撮像装置が設けられている半導体装置を提供することができる。
【0016】
本発明の一態様により、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる撮像装置の駆動方法を提供することができる。又は、高精度な撮像を行うことができる撮像装置の駆動方法を提供することができる。又は、高精度な生体認証を行うことができる撮像装置の駆動方法を提供することができる。又は、検出対象物の位置を高精度に検出することができる撮像装置の駆動方法を提供することができる。又は、信頼性の高い撮像装置の駆動方法を提供することができる。又は、新規な撮像装置の駆動方法を提供することができる。又は、上記方法で駆動する撮像装置が設けられている半導体装置を提供することができる。
【0017】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項等の記載から抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図１Ａ、及び図１Ｂは、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図２は、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図３は、撮像装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
図４は、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図５は、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図６は、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図７は、撮像装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
図８Ａ、及び図８Ｂは、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図９Ａ、並びに図９Ｂ１及び図９Ｂ２は、半導体装置の構成例を示す模式図である。
図１０は、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１１Ａ、及び図１１Ｂは、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図１２Ａは、撮像装置の構成例を示すブロック図である。図１２Ｂは、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図１３は、撮像装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１４Ａ及び図１４Ｂは、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図１５は、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図１６Ａ、及び図１６Ｂは、半導体装置の構成例を示す図である。
図１７は、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１８Ａ乃至図１８Ｃは、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図１９Ａ乃至図１９Ｃは、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２０は、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２１は、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２２Ａ及び図２２Ｂは、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２３Ａ及び図２３Ｂは、電子機器の一例を示す図である。
図２４Ａ乃至図２４Ｄは、電子機器の一例を示す図である。
図２５Ａ乃至図２５Ｆは、電子機器の一例を示す図である。
図２は、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図３は、撮像装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
図４は、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図５は、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図６は、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図７は、撮像装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
図８Ａ、及び図８Ｂは、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図９Ａ、並びに図９Ｂ１及び図９Ｂ２は、半導体装置の構成例を示す模式図である。
図１０は、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１１Ａ、及び図１１Ｂは、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図１２Ａは、撮像装置の構成例を示すブロック図である。図１２Ｂは、撮像装置の構成例を示す回路図である。
図１３は、撮像装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１４Ａ及び図１４Ｂは、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図１５は、撮像装置の駆動方法の一例を示す回路図である。
図１６Ａ、及び図１６Ｂは、半導体装置の構成例を示す図である。
図１７は、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１８Ａ乃至図１８Ｃは、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図１９Ａ乃至図１９Ｃは、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２０は、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２１は、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２２Ａ及び図２２Ｂは、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図２３Ａ及び図２３Ｂは、電子機器の一例を示す図である。
図２４Ａ乃至図２４Ｄは、電子機器の一例を示す図である。
図２５Ａ乃至図２５Ｆは、電子機器の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。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。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その説明の繰り返しは省略する。
【0020】
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲等は、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲等を表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲等に限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチング等の処理によりレジストマスク等が意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために図に反映しないことがある。
【0021】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合等も含む。
【0022】
また、本明細書等において、「抵抗」の抵抗値を、配線の長さによって決める場合がある。又は、抵抗値は、配線で用いる導電層とは異なる抵抗率を有する導電層と接続することにより決める場合がある。又は、半導体層に不純物をドーピングすることで抵抗値を決める場合がある。
【0023】
また、本明細書等において、電気回路における「端子」とは、電流の入力又は出力、電圧の入力又は出力、もしくは、信号の受信又は送信が行なわれる部位をいう。よって、配線又は電極の一部が端子として機能する場合がある。
【0024】
なお、本明細書等において「上」、「上方」、「下」、又は「下方」の用語は、構成要素の位置関係が直上又は直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。また、「導電層Ｃの上方の導電層Ｄ」の表現であれば、導電層Ｃの上に導電層Ｄが直接接して形成されている必要はなく、導電層Ｃと導電層Ｄとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。また、「上方」、又は「下方」には、斜め方向に配置されている場合も除外しない。
【0025】
また、ソース及びドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路駆動において電流の方向が変化する場合等、駆動条件等によって互いに入れ替わるため、いずれがソース又はドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソース及びドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【0026】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、直接接続している場合と、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続される場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。また、「直接接続」と表現される場合であっても、異なる導電層にコンタクトを介して配線が形成される場合が含まれる。したがって、配線には、異なる導電層が一つ以上の同じ元素を含む場合と、異なる元素を含む場合と、がある。
【0027】
なお、本明細書等において、計数値及び計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」又は「均一」等という場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
【0028】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位又はソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧と電位は互いに言い換えることが可能な場合が多い。本明細書等では、特段の明示が無いかぎり、電圧と電位を言い換えることができるものとする。
【0029】
なお、「半導体」と記載した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する。よって、「半導体」を「絶縁体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「絶縁体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「絶縁体」は、互いに読み換えることができる場合がある。
【0030】
また、「半導体」と記載した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する。よって、「半導体」を「導電体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「導電体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「導電体」は、互いに読み換えることができる場合がある。
【0031】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順又は積層順等、何らかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲等において序数詞を省略する場合がある。
【0032】
なお、本明細書等において、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡しているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断しているとみなせる状態をいう。例えば、導通状態のトランジスタは、線形領域で駆動することができる。
【0033】
また、本明細書等において、「オン電流」とは、トランジスタが導通状態の時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。また、「オフ電流」とは、トランジスタが非導通状態である時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。
【0034】
また、本明細書等において、ゲートとは、ゲート電極及びゲート配線の一部又は全部のことをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【0035】
また、本明細書等において、ソースとは、ソース領域、ソース電極、及びソース配線の一部又は全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをいう。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【0036】
また、本明細書等において、ドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一部又は全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【0037】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置について説明する。
【0038】
本発明の一態様の撮像装置は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは１以上の整数）の画素がマトリクス状に配列されている画素部を有する。画素には、読み出し線が電気的に接続される。画素に書き込まれた撮像データは、読み出し線から撮像信号として出力されることにより、読み出される。同一列の画素は、同一の読み出し線と電気的に接続することができる。つまり、本発明の一態様の撮像装置には、ｎ本の読み出し線を設けることができる。
【0039】
また、本発明の一態様の撮像装置は、カレントミラー回路と、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路と、を有する。読み出し線は、画素の他、カレントミラー回路、及びＣＤＳ回路と電気的に接続される。カレントミラー回路、及びＣＤＳ回路は、画素の列ごとに設けることができる。つまり、カレントミラー回路、及びＣＤＳ回路は、ｎ個ずつ設けることができる。
【0040】
カレントミラー回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有する。第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、読み出し線と電気的に接続される。また、第１のトランジスタのゲート、第２のトランジスタのゲート、及び第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、１つの端子と電気的に接続される。さらに、第１のトランジスタのソース又はドレインの他方、及び第２のトランジスタのソース又はドレインの他方には、第１の電源電位が供給される。
【0041】
カレントミラー回路は、負荷としての機能を有する。上記端子の電位を制御することにより、カレントミラー回路に流れる電流の大きさを制御することができる。つまり、負荷の大きさを制御することができる。よって、上記端子は、負荷制御信号入力端子ということができる。
【0042】
ＣＤＳ回路は、第１の容量を有する。読み出し線は、第１の容量の一方の電極と電気的に接続される。
【0043】
本発明の一態様の撮像装置は、書き込み期間において、画素に撮像データを書き込み、読み出し期間において、画素に書き込まれた撮像データを読み出す。読み出し期間では、画素に書き込まれた撮像データを、第１の期間において撮像信号として読み出し線に出力した後、第２の期間において上記画素に書き込まれた撮像データをリセットし、リセットした撮像データを基準信号として読み出し線に出力する。
【0044】
本発明の一態様では、カレントミラー回路に設けられている負荷制御信号入力端子に供給する電位を、第１の期間と第２の期間とで異ならせる。第１の期間では、負荷制御信号入力端子に供給する電位の値を、第２のトランジスタのソース又はドレインの他方に供給されている第１の電源電位と近い値にする。これにより、画素から読み出し配線に流れる電流のうち、カレントミラー回路に流れる電流の大きさを小さくし、大部分の電流をＣＤＳ回路に流すことができる。したがって、ＣＤＳ回路に設けられている第１の容量に素早く電荷を充電することができる。
【0045】
一方、第２の期間では、負荷制御信号入力端子に供給する電位の値と、第２のトランジスタのソース又はドレインの他方に供給されている第１の電源電位の値と、の差を大きくする。これにより、ＣＤＳ回路と、第１のトランジスタと、の間を流れる電流が大きくなり、第１の容量に充電された電荷を素早く放電することができる。
【0046】
以上、本発明の一態様では、ＣＤＳ回路に設けられている第１の容量の充放電を高速に行うことができる。よって、読み出し動作を高速に行うことができ、本発明の一態様の撮像装置を高速に駆動させることができる。以上より、本発明の一態様の撮像装置は、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる。
【0047】
ここで、ＣＤＳ回路は、第１の容量の他、第２の容量、第３のトランジスタ、第４のトランジスタ、及び第５のトランジスタを有する構成とすることができる。当該構成のＣＤＳ回路では、読み出し線は、第１の容量の一方の電極の他、第３のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続される。また、第３のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の容量の一方の電極と電気的に接続される。さらに、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第５のトランジスタのゲート、第１の容量の他方の電極、及び第２の容量の他方の電極と電気的に接続される。また、第４のトランジスタのソース又はドレインの他方には、第２の電源電位を供給することができる。
【0048】
ＣＤＳ回路では、画素が撮像信号を読み出し線に出力する第１の期間において、第４のトランジスタを導通状態とする。これにより、撮像信号の電位によらず、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方と、第５のトランジスタのゲートと、第１の容量の他方の電極と、第２の容量の他方の電極と、が電気的に接続されるノードの電位を、第２の電源電位とすることができる。つまり、第１の期間は、上記ノードの電位を、第２の電源電位にリセットする期間であるということができる。よって、第１の期間は、ＣＤＳリセット期間であるということができる。
【0049】
また、画素が基準信号を読み出し線に出力する第２の期間において、第４のトランジスタを非導通状態とする。これにより、撮像信号の電位と、基準信号の電位と、の差の分だけ、上記ノードの電位が変動する。つまり、上記ノードの電位が、撮像信号の電位に対応する電位となる。これにより、第５のトランジスタのソース又はドレインの一方から、撮像信号に対応する信号がＣＤＳ回路の外部に出力される。よって、第２の期間は、ＣＤＳ出力期間であるということができる。
【0050】
ここで、上記ノードには、寄生容量が生じる。例えば、第５のトランジスタのゲートと、第５のトランジスタのソースと、による寄生容量が生じる。また、第５のトランジスタのゲートと、第５のトランジスタのドレインと、による寄生容量が生じる。寄生容量により、第２の期間における上記ノードの電位の変動幅が、撮像信号の電位と、基準信号の電位と、の差より小さくなる。このように、上記ノードの電位の値が、寄生容量の影響を受けた値となることにより、ＣＤＳ回路が出力する信号のＳ／Ｎ比が低下する。
【0051】
そこで、第１の期間において、第３のトランジスタを導通状態とすると、撮像信号に対応する電荷を、第１の容量と、第２の容量と、の両方に充電することができる。これにより、上記ノードに生じる寄生容量の影響を、相対的に小さくすることができる。したがって、ＣＤＳ回路が出力する信号のＳ／Ｎ比を高めることができるようになる。よって、本発明の一態様の撮像装置は高精度な撮像を行うことができる。
【0052】
一方、第１の期間において、第３のトランジスタを非導通状態とすると、撮像信号に対応する電荷を、第１の容量にのみ充電すればよいことになる。これにより、ＣＤＳ回路に設けられている容量への電荷の充放電に要する時間が短くなるため、第１及び第２の期間を短くすることができる。したがって、読み出し動作を高速に行うことができ、本発明の一態様の撮像装置を高速に駆動させることができる。以上より、本発明の一態様の撮像装置は、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる。
【0053】
以上のように、本発明の一態様では、必要となる撮像の精度、及びフレーム周波数に応じて、ＣＤＳ回路の駆動モードを変更することができる。ここで、第１の期間において第３のトランジスタを導通状態とする駆動モードを第１のモードとし、第１の期間において第３のトランジスタを非導通状態とする駆動モードを第２のモードとする。高精度な撮像を行う必要がある場合は、ＣＤＳ回路を第１のモードで駆動させ、高いフレーム周波数で撮像を行う必要がある場合は、ＣＤＳ回路を第２のモードで駆動させることができる。
【0054】
ここで、本発明の一態様の撮像装置は、例えば指紋認証等の生体認証を行う機能を有することができる。また、本発明の一態様の撮像装置は、例えば撮像装置に接触した、又は非接触だが近接した指等の検出対象物の位置を検出する機能を有することができる。つまり、タッチセンサ、又はニアタッチセンサとして機能させることができる。ここで、ニアタッチセンサとは、近接した物体を検出する機能を有するセンサを示す。例えば、撮像装置が有する画素にニアタッチセンサが設けられている場合は、ニアタッチセンサとは、当該画素に近接した物体を検出する機能を有するセンサを示す。つまり、ニアタッチセンサは、物体が接触していなくても、当該物体を検出することができる。
【0055】
生体認証を行う場合は、認証の精度を高めるために高精度の撮像を行うことが好ましい。よって、例えば本発明の一態様の撮像装置が生体認証を行う場合は、ＣＤＳ回路を第１のモードで駆動させることが好ましい。一方、画素部に接触、又は近接した指等の検出対象物の位置を検出する（タッチ動作、又はニアタッチ動作を検出する）場合は、検出対象物の動きを高い精度で検出できるように、高いフレーム周波数で撮像を行うことが好ましい。よって、例えば本発明の一態様の撮像装置がタッチ動作、又はニアタッチ動作を検出する場合は、ＣＤＳ回路を第２のモードで駆動させることが好ましい。以上により、本発明の一態様の撮像装置は、生体認証等を高精度に行う機能と、検出対象物の動きを高い精度で検出する機能と、の両方を有することができる。
【0056】
＜撮像装置の構成例＞
図１Ａは、撮像装置１０の構成例を示すブロック図である。撮像装置１０は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは１以上の整数）の画素１１がマトリクス状に配列されている画素部１２と、ゲートドライバ回路１３と、読み出し回路１４と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路１５と、を有する。
図１Ａは、撮像装置１０の構成例を示すブロック図である。撮像装置１０は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは１以上の整数）の画素１１がマトリクス状に配列されている画素部１２と、ゲートドライバ回路１３と、読み出し回路１４と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路１５と、を有する。
【0057】
本明細書等において、複数の要素に同じ符号を用いる場合、特に、それらを区別する必要があるときには、符号に“［１］”、“［ｍ］”、“［１，１］”、“［ｍ，ｎ］”、“＜１＞”、“＜ｐ＞”、“（１）”、“（ｎ／ｐ）”等の識別用の符号を付記して記載する場合がある。例えば、１行１列目の画素１１を画素１１［１，１］と記載し、ｍ行ｎ列目の画素１１を画素１１［ｍ，ｎ］と記載する。
【0058】
ゲートドライバ回路１３は、配線１６を介して画素１１と電気的に接続される。また、ゲートドライバ回路１３は、配線１７を介して画素１１と電気的に接続される。読み出し回路１４は、配線１８を介して画素１１と電気的に接続される。さらに、読み出し回路１４は、配線１９を介してＡ／Ｄ変換回路１５と電気的に接続される。
【0059】
図１Ａでは、同一行の画素１１が同一の配線１６、及び同一の配線１７と電気的に接続され、同一列の画素１１が同一の配線１８と電気的に接続される構成を示している。本明細書等において、例えば１行目の画素１１と電気的に接続される配線１６を配線１６［１］と記載し、ｍ行目の画素１１と電気的に接続される配線１６を配線１６［ｍ］と記載する。また、例えば１行目の画素１１と電気的に接続される配線１７を配線１７［１］と記載し、ｍ行目の画素１１と電気的に接続される配線１７を配線１７［ｍ］と記載する。また、例えば１列目の画素１１と電気的に接続される配線１８を配線１８［１］と記載し、ｎ列目の画素１１と電気的に接続される配線１８を配線１８［ｎ］と記載する。
【0060】
また、詳細は後述するが、読み出し回路１４、及びＡ／Ｄ変換回路１５は、ｎ／ｐ本（ｐは１以上の整数）の配線１９を介して電気的に接続される。つまり、配線１９の本数は、配線１８の本数以下とすることができる。図１Ａでは、配線１９（１）乃至配線１９（ｎ／ｐ）をまとめて配線１９（１：ｎ／ｐ）と記載している。他の図面等でも同様の表記をする。
【0061】
ゲートドライバ回路１３は、撮像データを読み出す画素１１を選択する機能を有する。具体的には、配線１６に信号を供給することにより、撮像データを読み出す画素１１を選択することができる。また、ゲートドライバ回路１３は、配線１７に信号を供給する機能を有する。
【0062】
読み出し回路１４は、画素１１に書き込まれた撮像データの読み出し動作を制御する機能を有する。画素１１に書き込まれた撮像データは、撮像信号として配線１８から読み出し回路１４に出力され、読み出される。よって、配線１８は、読み出し線ということができる。
【0063】
Ａ／Ｄ変換回路１５は、読み出し回路１４から出力された、撮像信号に対応するアナログ信号を、デジタル信号に変換する機能を有する。例えば、Ａ／Ｄ変換回路１５に入力されるアナログ信号の電位の大きさに対応するデジタル値のデジタル信号を出力する機能を有する。
【0064】
図１Ｂは、読み出し回路１４の構成例を示すブロック図である。読み出し回路１４は、負荷回路２１と、ＣＤＳ回路２２と、信号出力回路２３と、シフトレジスタ回路２４と、を有する。
【0065】
負荷回路２１及びＣＤＳ回路２２は、例えば画素１１の列ごとに設けることができる。つまり、負荷回路２１及びＣＤＳ回路２２は、例えばｎ個ずつ設けることができる。
【0066】
図１Ｂに示すように、配線１８は、配線２５と配線２６に分岐する。そして、配線２５は負荷回路２１と電気的に接続され、配線２６はＣＤＳ回路２２と電気的に接続される。つまり、負荷回路２１は、配線１８と配線２５を介して画素１１と電気的に接続され、ＣＤＳ回路２２は、配線１８と配線２６を介して画素１１と電気的に接続される。また、ＣＤＳ回路２２は、配線２７を介して信号出力回路２３と電気的に接続される。なお、配線２５及び配線２６を、配線１８と同様に読み出し線といってもよい。
【0067】
ＣＤＳ回路２２の入力端子は、配線２６を介して画素１１と電気的に接続され、ＣＤＳ回路２２の出力端子は、配線２７を介して信号出力回路２３と電気的に接続される。よって、ＣＤＳ回路２２は、画素１１が出力した信号に対して処理を行い、処理済の信号を信号出力回路２３に供給する機能を有するということができる。当該処理の具体的な内容については後述する。
【0068】
本明細書等において、例えば配線１８［１］と電気的に接続される配線２５を配線２５［１］と記載し、配線１８［ｎ］と電気的に接続される配線２５を配線２５［ｎ］と記載する。また、例えば配線２５［１］と電気的に接続される負荷回路２１を負荷回路２１［１］と記載し、配線２５［ｎ］と電気的に接続される負荷回路２１を負荷回路２１［ｎ］と記載する。また、例えば配線１８［１］と電気的に接続される配線２６を配線２６［１］と記載し、配線１８［ｎ］と電気的に接続される配線２６を配線２６［ｎ］と記載する。また、例えば配線２６［１］と電気的に接続されるＣＤＳ回路２２をＣＤＳ回路２２［１］と記載し、配線２６［ｎ］と電気的に接続されるＣＤＳ回路２２をＣＤＳ回路２２［ｎ］と記載する。また、例えばＣＤＳ回路２２［１］と電気的に接続される配線２７を配線２７［１］と記載し、ＣＤＳ回路２２［ｎ］と電気的に接続される配線２７を配線２７［ｎ］と記載する。
【0069】
シフトレジスタ回路２４は、ｐ本の配線２８を介して信号出力回路２３と電気的に接続される。図１Ｂでは、配線２８＜１＞乃至配線２８＜ｐ＞をまとめて配線２８＜１：ｐ＞と記載している。他の図面等でも同様の表記をする。
【0070】
前述のように、信号出力回路２３は、例えばｎ本の配線２７、ｐ本の配線２８、及びｎ／ｐ本の配線１９と電気的に接続される。よって、配線２８の本数と、配線１９の本数と、の積を、配線２７の本数とすることができる。
【0071】
負荷回路２１は、電流源としての機能を有する。ＣＤＳ回路２２は、相関二重サンプリングを行う機能を有する。信号出力回路２３は、ＣＤＳ回路２２から出力された信号の、Ａ／Ｄ変換回路１５への出力を制御する機能を有する。具体的には、信号出力回路２３は、シフトレジスタ回路２４から出力された信号に基づき、ＣＤＳ回路２２からＡ／Ｄ変換回路１５へ出力する信号を選択する機能を有する。負荷回路２１及びＣＤＳ回路２２の構成、機能等の詳細については後述する。
【0072】
＜画素の構成例＞
図２は、画素１１、負荷回路２１、及びＣＤＳ回路２２の構成例を示す回路図である。具体的には、画素１１［ｉ，ｊ］（ｉは１以上ｍ－１以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）、画素１１［ｉ＋１，ｊ］、負荷回路２１［ｊ］、及びＣＤＳ回路２２［ｊ］の構成例を示している。
図２は、画素１１、負荷回路２１、及びＣＤＳ回路２２の構成例を示す回路図である。具体的には、画素１１［ｉ，ｊ］（ｉは１以上ｍ－１以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）、画素１１［ｉ＋１，ｊ］、負荷回路２１［ｊ］、及びＣＤＳ回路２２［ｊ］の構成例を示している。
【0073】
図２では、すべてのトランジスタをｎチャネル型トランジスタとしているが、電位の大小関係を適宜逆転させること等により、一部又はすべてのトランジスタをｐチャネル型トランジスタとしても、以下の説明を適用することができる。他の図面に示す回路構成においても同様である。
【0074】
図２に示す構成の画素１１は、光電変換素子３０と、トランジスタ３１と、トランジスタ３２と、トランジスタ３３と、トランジスタ３４と、容量３５と、を有する。なお、トランジスタ３２のゲート容量が十分大きい場合等は、容量３５は設けなくてもよい。
【0075】
光電変換素子３０の一方の電極は、トランジスタ３１のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ３１のソース又はドレインの他方は、トランジスタ３２のゲートと電気的に接続される。トランジスタ３２のソース又はドレインの一方は、トランジスタ３３のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ３２のゲートは、トランジスタ３４のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ３４のソース又はドレインの一方は、容量３５の一方の電極と電気的に接続される。なお、トランジスタ３１のソース又はドレインの他方、トランジスタ３２のゲート、トランジスタ３４のソース又はドレインの一方、及び容量３５の一方の電極が電気的に接続されるノードを、ノードＦＤ１とする。ここで、画素１１［ｉ，ｊ］に設けられるノードＦＤ１をノードＦＤ１［ｉ，ｊ］と記載し、画素１１［ｉ＋１，ｊ］に設けられるノードＦＤ１をノードＦＤ１［ｉ＋１，ｊ］と記載する。
【0076】
トランジスタ３１のゲートは、配線４１と電気的に接続される。トランジスタ３３のゲートは、配線１６と電気的に接続される。トランジスタ３４のゲートは、配線１７と電気的に接続される。トランジスタ３３のソース又はドレインの他方は、配線１８と電気的に接続される。光電変換素子３０の他方の電極は、配線４０と電気的に接続される。トランジスタ３２のソース又はドレインの他方は、配線４２と電気的に接続される。トランジスタ３４のソース又はドレインの他方は、配線４４と電気的に接続される。容量３５の他方の電極は、配線４５と電気的に接続される。
【0077】
配線１６の電位を制御することにより、トランジスタ３３の動作を制御することができる。例えば、配線１６の電位を高電位とすると、トランジスタ３３が導通状態となり、配線１６の電位を低電位とすると、トランジスタ３３が非導通状態となる。同様に、配線１７の電位を制御することにより、トランジスタ３４の動作を制御することができ、配線４１の電位を制御することにより、トランジスタ３１の動作を制御することができる。
【0078】
配線４０、配線４２、配線４４、及び配線４５には、電源電位を供給することができる。よって、配線４０、配線４２、配線４４、及び配線４５は、電源線としての機能を有するということができる。例えば、配線４２には高電位を供給し、配線４５には低電位を供給することができる。また、図２に示すように、光電変換素子３０のカソードが配線４０と電気的に接続される場合、配線４０を高電位、配線４４を低電位とすることができる。一方、光電変換素子３０のアノードが配線１８と電気的に接続される場合、配線４０を低電位、配線４４を高電位とすることができる。
【0079】
本明細書等において、高電位とは、低電位よりも高い電位を示す。なお、複数の配線の電位を高電位とする場合、高電位の具体的な電位の大きさは、配線ごとに異ならせてもよい。例えば、配線４０の電位と配線４２の電位を高電位とする場合、配線４０の電位と、配線４２の電位を異ならせてもよい。例えば、配線４０の電位を０Ｖとし、配線４２の電位を６Ｖとすることができる。同様に、複数の配線の電位を低電位とする場合、低電位の具体的な電位の大きさは、配線ごとに異ならせてもよい。例えば、配線４４の電位と配線４５の電位を低電位とする場合、配線４４の電位と、配線４５の電位を異ならせてもよい。例えば、配線４４の電位を－４Ｖとし、配線４５の電位を０Ｖとすることができる。
【0080】
また、高電位とされる電位と、低電位とされる電位と、がそれぞれ複数存在する場合は、必ずしも全ての高電位が、全ての低電位より高いことを要しない。低電位とされる複数の電位のうち、少なくとも一つの電位より高い電位は、高電位であるということができる。また、高電位とされる複数の電位のうち、少なくとも一つの電位より低い電位は、低電位であるということができる。例えば、上述の場合では、配線４０の電位と配線４５の電位は、いずれも０Ｖとすることができる。しかしながら、配線４０の電位は、配線４４の電位とすることができる－４Ｖより高いため、配線４０の電位は高電位であるということができる。一方、配線４５の電位は、配線４２の電位とすることができる６Ｖより低いため、配線４５の電位は低電位であるということができる。
【0081】
図２に示す構成の負荷回路２１は、トランジスタ３６及びトランジスタ３７を有する。トランジスタ３６のソース又はドレインの一方は、配線２５と電気的に接続される。トランジスタ３６のゲート、トランジスタ３７のゲート、及びトランジスタ３７のソース又はドレインの一方は、端子ＬＣと電気的に接続される。トランジスタ３６のソース又はドレインの他方は、配線４６と電気的に接続される。トランジスタ３７のソース又はドレインの他方は、配線４７と電気的に接続される。以上より、トランジスタ３６と、トランジスタ３７と、によりカレントミラー回路が構成されるということができる。よって、負荷回路２１には、カレントミラー回路が含まれるということができる。
【0082】
配線４６、及び配線４７には、電源電位を供給することができる。よって、配線４６、及び配線４７は、電源線としての機能を有するということができる。配線４６の電位、及び配線４７の電位は、配線４２の電位より低くすることができる。よって、配線４６の電位、及び配線４７の電位は、低電位であるということができる。
【0083】
なお、配線４４の電位と、配線４６及び配線４７の電位と、はいずれも低電位とすることができるが、配線４４の具体的な電位の値と、配線４６及び配線４７の具体的な電位の値と、は異ならせることができる。例えば、配線４６及び配線４７の電位は、配線４４の電位より低くすることができる。例えば、配線４４の電位を、前述のように－４Ｖとすると、配線４６及び配線４７の電位は、－１６Ｖとすることができる。
【0084】
端子ＬＣには、信号を入力することができる。当該信号の電位は、配線４７の電位より大きなものとすることができる。端子ＬＣに入力される信号の電位を制御することにより、トランジスタ３７のドレイン－ソース間を流れる電流の大きさを制御することができるため、配線２５を流れる電流の大きさを制御することができる。つまり、負荷回路２１の負荷の大きさを制御することができる。よって、端子ＬＣに入力される信号は、負荷制御信号ということができ、端子ＬＣは、負荷制御信号入力端子ということができる。
【0085】
ＣＤＳ回路２２は、容量３８を有する。配線２６は、容量３８の一方の電極と電気的に接続される。
【0086】
＜撮像装置の駆動方法の一例－１＞
図３は、図２に示す構成の画素１１［ｉ，ｊ］、画素１１［ｉ＋１，ｊ］、及び負荷回路２１の駆動方法の一例を説明するタイミングチャートである。ここで、配線４０、及び配線４２の電位を高電位とし、配線４４、配線４５、配線４６、及び配線４７の電位を低電位とする。また、配線４６及び配線４７の電位は、配線４４の電位より低いものとする。なお、図３において、“Ｈ”は高電位を示し、“Ｌ”は低電位を示す。他の図面においても、同様の表記をする。
図３は、図２に示す構成の画素１１［ｉ，ｊ］、画素１１［ｉ＋１，ｊ］、及び負荷回路２１の駆動方法の一例を説明するタイミングチャートである。ここで、配線４０、及び配線４２の電位を高電位とし、配線４４、配線４５、配線４６、及び配線４７の電位を低電位とする。また、配線４６及び配線４７の電位は、配線４４の電位より低いものとする。なお、図３において、“Ｈ”は高電位を示し、“Ｌ”は低電位を示す。他の図面においても、同様の表記をする。
【0087】
図３では、画素１１［ｉ，ｊ］、画素１１［ｉ＋１，ｊ］、及び負荷回路２１が駆動する期間として、期間Ｔ１及び期間Ｔ２を示している。また、期間Ｔ１には期間８１、期間８２、期間８３、及び期間８４が含まれ、期間Ｔ２には期間８５ａ、期間８５ｂ、期間８６ａ、及び期間８６ｂが含まれるとしている。
【0088】
まず、期間Ｔ１における駆動方法の一例を説明する。期間８１において、配線４１、及び配線１７の電位を高電位とし、配線１６の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ３１及びトランジスタ３４が導通状態となり、トランジスタ３３が非導通状態となる。トランジスタ３４が導通状態となることにより、ノードＦＤ１の電位が、配線４４の電位である低電位となる。また、トランジスタ３４の他、トランジスタ３１が導通状態となることにより、光電変換素子３０の一方の電極とトランジスタ３１のソース又はドレインの一方が電気的に接続されたノードの電位が、配線４４の電位である低電位となる。これにより、容量３５等に充電された電荷がリセットされる。よって、期間８１は、リセット期間であるということができる。
【0089】
期間８２において、配線４１、及び配線１７の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ３１、及びトランジスタ３４が非導通状態となる。この状態で光電変換素子３０に光が照射されると、光電変換素子３０の一方の電極とトランジスタ３１のソース又はドレインの一方が電気的に接続されたノードに、当該光の照度に応じた電荷が蓄積される。よって、期間８２は、露光期間であるということができる。
【0090】
期間８３において、配線４１の電位を高電位とする。これにより、トランジスタ３１が導通状態となる。これにより、光電変換素子３０の一方の電極とトランジスタ３１のソース又はドレインの一方が電気的に接続されたノードに蓄積された電荷が、ノードＦＤ１に転送される。よって、ノードＦＤ１の電位が上昇する。以上より、期間８３は、転送期間であるということができる。
【0091】
期間８４において、配線４１の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ３１が非導通状態となり、ノードＦＤ１の電位が保持される。
【0092】
以上が期間Ｔ１の駆動方法の一例である。期間Ｔ１では、撮像データが画素１１に書き込まれる。具体的には、ノードＦＤ１の電位が、撮像データに対応する電位となる。よって、期間Ｔ１は、書き込み期間であるということができる。
【0093】
次に、期間Ｔ２における駆動方法の一例を説明する。期間８５ａにおいて、配線１６［ｉ］の電位を高電位とする。また、端子ＬＣ［ｊ］の電位を電位Ｖ１とする。配線１６［ｉ］の電位を高電位とすることにより、画素１１［ｉ，ｊ］に設けられるトランジスタ３３が導通状態となり、画素１１［ｉ，ｊ］に書き込まれた撮像データが読み出される。具体的には、画素１１［ｉ，ｊ］に書き込まれた撮像データに対応する電位の撮像信号が、配線１８［ｊ］に出力される。配線１８［ｊ］に出力された撮像信号は、配線２６［ｊ］を介してＣＤＳ回路２２［ｊ］に供給される。以上より、期間８５ａは、撮像信号出力期間であるということができる。
【0094】
期間８５ｂにおいて、配線１７［ｉ］の電位を高電位とする。また、端子ＬＣ［ｊ］の電位を電位Ｖ２とする。配線１７［ｉ］の電位を高電位とすることにより、画素１１［ｉ，ｊ］に設けられるトランジスタ３４が導通状態となり、画素１１［ｉ，ｊ］に書き込まれた撮像データがリセットされる。具体的には、ノードＦＤ１［ｉ，ｊ］の電位が、配線４４の電位である低電位となる。ここで、画素１１［ｉ，ｊ］に設けられるトランジスタ３３が導通状態であるため、配線１８［ｊ］及び配線２６［ｊ］の電位も、ノードＦＤ１［ｉ，ｊ］の電位変化に応じて変化する。以上により、リセットした撮像データに対応する信号である基準信号が、画素１１［ｉ，ｊ］から配線１８［ｊ］を介してＣＤＳ回路２２［ｊ］に供給される。よって、期間８５ｂは、基準信号出力期間であるということができる。なお、期間８５ｂにおいて、ノードＦＤ１［ｉ，ｊ］の電位は、配線４４の電位である低電位となるが、配線４６の電位は配線４４の電位より低いため、トランジスタ３２は非導通状態とはならない。
【0095】
基準信号出力期間において、ＣＤＳ回路２２［ｊ］は、撮像信号と基準信号の差分に対応する信号を出力する。以上のように、ＣＤＳ回路２２が撮像信号と基準信号の差分をとる、つまりＣＤＳ動作を行うことにより、撮像装置１０の外部に出力する、撮像データに対応する信号を、撮像信号に含まれるノイズの影響を低減したものとすることができる。
【0096】
ここで、電位Ｖ１及び電位Ｖ２は、配線４７の電位より高い電位とする。これにより、トランジスタ３７のドレイン－ソース間に電流が流れるため、配線２５［ｊ］、及びトランジスタ３６のドレイン－ソース間にも電流が流れ、負荷回路２１を負荷として機能させることができる。また、詳細は後述するが、電位Ｖ２は、電位Ｖ１より高い電位とする。つまり、期間８５ｂにおける端子ＬＣ［ｊ］の電位と配線４７の電位との差を、期間８５ａにおける端子ＬＣ［ｊ］の電位と配線４７の電位との差より大きくする。電位Ｖ１は、例えば６Ｖとすることができ、電位Ｖ２は、例えば－１４Ｖとすることができ、配線４７の電位は、例えば－１６Ｖとすることができる。
【0097】
期間８６ａにおいて、配線１６［ｉ］及び配線１７［ｉ］の電位を低電位とする。これにより、画素１１［ｉ，ｊ］に設けられる、トランジスタ３３及びトランジスタ３４が非導通状態となる。また、期間８６ａにおいて、配線１６［ｉ＋１］の電位を高電位とし、端子ＬＣ［ｊ］の電位を電位Ｖ１とする。配線１６［ｉ＋１］の電位を高電位とすることにより、画素１１［ｉ＋１，ｊ］に設けられるトランジスタ３３が導通状態となり、画素１１［ｉ＋１，ｊ］に書き込まれた撮像データが読み出される。具体的には、画素１１［ｉ＋１，ｊ］に書き込まれた撮像データに対応する電位の撮像信号が、配線１８［ｊ］に出力される。配線１８［ｊ］に出力された撮像信号は、配線２６［ｊ］を介してＣＤＳ回路２２［ｊ］に供給される。以上より、期間８６ａは、期間８５ａと同様に、撮像信号出力期間であるということができる。なお、期間８６ｂにおいても、期間８５ｂと同様に、トランジスタ３２は非導通状態とはならない。
【0098】
期間８６ｂにおいて、配線１７［ｉ＋１］の電位を高電位とする。また、端子ＬＣ［ｊ］の電位を電位Ｖ２とする。配線１７［ｉ＋１］の電位を高電位とすることにより、画素１１［ｉ＋１，ｊ］に設けられるトランジスタ３４が導通状態となり、画素１１［ｉ＋１，ｊ］に書き込まれた撮像データがリセットされる。具体的には、ノードＦＤ１［ｉ＋１，ｊ］の電位が、配線４４の電位である低電位となる。ここで、画素１１［ｉ＋１，ｊ］に設けられるトランジスタ３３が導通状態であるため、配線１８［ｊ］及び配線２６［ｊ］の電位も、ノードＦＤ１［ｉ＋１，ｊ］の電位変化に応じて変化する。以上により、ＣＤＳ回路２２［ｊ］に基準信号が供給される。よって、期間８６ｂは、期間８５ｂと同様に、基準信号出力期間であるということができる。
【0099】
前述のように、電位Ｖ２は、電位Ｖ１より高い電位である。よって、期間８６ｂにおける端子ＬＣ［ｊ］の電位と配線４７の電位との差は、期間８６ａにおける端子ＬＣ［ｊ］の電位と配線４７の電位との差より大きくなる。
【0100】
期間８６ｂの後において、配線１６［ｉ＋１］の電位、及び配線１７［ｉ＋１］の電位を低電位とする。これにより、画素１１［ｉ＋１，ｊ］が有する、トランジスタ３３及びトランジスタ３４が非導通状態となる。
【0101】
以上が期間Ｔ２の駆動方法の一例である。期間Ｔ２では、画素１１に書き込まれた撮像データが読み出される。具体的には、配線１８の電位が、画素１１に書き込まれた撮像データに対応する電位となる。よって、期間Ｔ２は、読み出し期間であるということができる。
【0102】
画素１１［１，１］乃至画素１１［ｍ，ｎ］への撮像データの書き込みは、グローバルシャッタ方式により行うことが好ましい。ここで、グローバルシャッタ方式とは、全画素で同時に撮像データを書き込む方式を示す。グローバルシャッタ方式により撮像データの書き込みを行うことにより、撮像の同時性を確保することができるため、被写体が高速に移動する場合であっても歪の小さい画像を容易に得ることができる。
【0103】
一方、画素１１［１，１］乃至画素１１［ｍ，ｎ］からの撮像データの読み出しは、例えば１行ごとに行う。よって、撮像データの書き込みをグローバルシャッタ方式により書き込む場合、撮像データの書き込みから読み出しまでの期間が長くなる画素１１が生じる。したがって、ノードＦＤに蓄積された電荷を長期間保持できるようにすることが好ましい。
【0104】
ノードＦＤに長期間電荷を保持するには、ノードＦＤと電気的に接続されるトランジスタを、オフ電流が低いトランジスタとすればよい。オフ電流が低いトランジスタとして、チャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）が挙げられる。よって、トランジスタ３１及びトランジスタ３４は、ＯＳトランジスタとすることが好ましい。
【0105】
ＯＳトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。また、ＯＳトランジスタに適用される金属酸化物は、インジウム（Ｉｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも一方を含む酸化物であることが好ましい。
【0106】
このような酸化物としては、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｍ酸化物、Ｚｎ－Ｍ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、バナジウム（Ｖ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、及びタングステン（Ｗ）の中から選ばれる一または複数）などが挙げられる。Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物としては、代表的にはＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｎ－Ｚｎ酸化物などが挙げられる。
【0107】
ＯＳトランジスタは、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１ｙＡ／μｍ（ｙ；ヨクト、１０－２４）以上１ｚＡ／μｍ（ｚ；ゼプト、１０－２１）以下程度に低くすることができる。
【0108】
また、ＯＳトランジスタには、ＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳを用いることが好ましい。ＣＡＣ－ＯＳの詳細については、後の実施の形態で説明する。
【0109】
トランジスタ３１及びトランジスタ３４として、オフ電流が低ければＯＳトランジスタを適用しないことができる。例えば、バンドギャップが大きい半導体を用いたトランジスタを適用してもよい。バンドギャップが大きい半導体とは、バンドギャップが２．２ｅＶ以上の半導体を指す場合がある。例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイヤモンド等が挙げられる。
【0110】
なお、トランジスタ３１及びトランジスタ３４を、チャネル形成領域にシリコンを用いたトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）等としてもよい。Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタと比べてオフ電流が高い。しかしながら、容量３５の容量値を大きくすること等により、トランジスタ３１及びトランジスタ３４のオン電流が高くても、画素１１［１，１］乃至画素１１［ｍ，ｎ］への撮像データの書き込みをグローバルシャッタ方式により行うことができる。なお、画素１１［１，１］乃至画素１１［ｍ，ｎ］への撮像データの書き込みを、ローリングシャッタ方式により行ってもよい。この場合、トランジスタ３１及びトランジスタ３４をオフ電流が大きいトランジスタとしても、容量３５の容量値を大きくしなくてよい。
【0111】
また、トランジスタ３２及びトランジスタ３３は、Ｓｉトランジスタとしてもよいし、ＯＳトランジスタとしてもよい。例えば、トランジスタ３２及びトランジスタ３３として、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン、単結晶シリコン等）を有するトランジスタを用いると、トランジスタ３２及びトランジスタ３３のオン電流を高めることができる。よって、撮像データの読み出しを高速で行うことができる。一方、トランジスタ３１乃至トランジスタ３４を全てＯＳトランジスタとすると、画素１１が有するトランジスタを全て同一の層に形成することができる。さらに、トランジスタ３１乃至トランジスタ３４も含め、撮像装置１０が有する全てのトランジスタをＯＳトランジスタとすると、撮像装置１０が有するトランジスタを全て同一の層に形成することができる。以上により、撮像装置１０の作製工程を簡略化することができる。
【0112】
図４は、撮像信号出力期間である期間８５ａの駆動方法を示す回路図であり、図５は、基準信号出力期間である期間８５ｂの駆動方法を示す回路図である。図４及び図５において、非導通状態となっているトランジスタを、×印を付して示している。
【0113】
図４に示すように、期間８５ａでは、配線１８［ｊ］に電流５２が流れる。電流５２は、配線２５［ｊ］と配線２６［ｊ］の接続点で分岐し、配線２５［ｊ］には電流５２ａが流れ、配線２６［ｊ］には電流５２ｂが流れる。ここで、電位Ｖ１は、配線４７の電位より高いが、その差は小さいものとなっている。よって、トランジスタ３７のドレイン－ソース間の電位差が小さいものとなるため、トランジスタ３７のドレイン－ソース間に流れる電流は小さくなる。トランジスタ３７と、トランジスタ３６と、によりカレントミラー回路が構成されるため、トランジスタ３６のドレイン－ソース間に流れる電流も小さくなる。したがって、配線２５［ｊ］を介して負荷回路２１［ｊ］に流れる電流５２ａの大きさを小さくし、電流５２のうち大部分を、配線２６［ｊ］を介してＣＤＳ回路２２［ｊ］に流すことができる。これにより、ＣＤＳ回路２２［ｊ］に設けられる容量３８に素早く電荷を充電することができる。なお、期間８６ａにおいても、図４に示す説明を適用することができる。
【0114】
図５に示すように、期間８５ｂでは、容量３８に充電された電荷が負荷回路２１に向かって放電される。これにより、容量３８と配線４６との間に電流５４が流れる。ここで、前述のように、電位Ｖ２は電位Ｖ１より大きくする。これにより、トランジスタ３７のドレイン－ソース間の電位差が大きいものとなるため、トランジスタ３７のドレイン－ソース間に流れる電流が大きくなる。したがって、トランジスタ３６のドレイン－ソース間に流れる電流も大きくなる。よって、期間８５ｂにおいて端子ＬＣ［ｊ］の電位を電位Ｖ１のままとする場合より、容量３８に充電された電荷を素早く放電することができる。また、期間８５ｂにおいて、トランジスタ３６のドレイン－ソース間に流れる電流が大きいほど、配線１８［ｊ］の電位が配線４６の電位に近づくため、期間８６ａの開始時点における配線４２の電位と、配線１８［ｊ］の電位と、の差を大きくすることができる。よって、期間８６ａにおいて、配線１８［ｊ］を流れる電流を大きくすることができるため、画素１１［ｉ＋１，ｊ］から出力される撮像信号に対応する電荷を、容量３８に素早く充電することができる。なお、期間８６ｂにおいても、図５に示す説明を適用することができる。
【0115】
以上、本発明の一態様では、ＣＤＳ回路２２に設けられている容量３８の充放電を高速に行うことができる。よって、期間Ｔ２に行われる動作である読み出し動作を高速に行うことができ、撮像装置１０を高速に駆動させることができる。以上より、撮像装置１０は、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる。
【0116】
＜ＣＤＳ回路の構成例＞
図６は、ＣＤＳ回路２２の具体的な構成例を示す回路図である。なお、図６では説明の便宜のため、画素１１を表すブロック、及び負荷回路２１を表すブロックも示している。前述のように、ＣＤＳ回路２２は、配線２６、及び配線１８を介して画素１１と電気的に接続され、配線２６、及び配線２５を介して負荷回路２１と電気的に接続される。
図６は、ＣＤＳ回路２２の具体的な構成例を示す回路図である。なお、図６では説明の便宜のため、画素１１を表すブロック、及び負荷回路２１を表すブロックも示している。前述のように、ＣＤＳ回路２２は、配線２６、及び配線１８を介して画素１１と電気的に接続され、配線２６、及び配線２５を介して負荷回路２１と電気的に接続される。
【0117】
図６に示す構成のＣＤＳ回路２２は、容量６１ａと、容量６１ｂと、トランジスタ６２と、トランジスタ６３と、トランジスタ６４と、トランジスタ６５と、トランジスタ６６と、を有する。
【0118】
配線２６は、容量６１ａの一方の電極、及びトランジスタ６２のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ６２のソース又はドレインの他方は、容量６１ｂの一方の電極と電気的に接続される。容量６１ａの他方の電極、及び容量６１ｂの他方の電極は、トランジスタ６３のソース又はドレインの一方、及びトランジスタ６４のゲートと電気的に接続される。トランジスタ６４のソース又はドレインの一方は、配線２７と電気的に接続される。配線２７は、トランジスタ６５のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ６５のゲートは、トランジスタ６６のゲート、及びトランジスタ６６のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。なお、容量６１ａの他方の電極、容量６１ｂの他方の電極、トランジスタ６３のソース又はドレインの一方、及びトランジスタ６４のゲートが電気的に接続されるノードを、ノードＦＤ２とする。
【0119】
トランジスタ６２のゲートは、配線７２と電気的に接続される。トランジスタ６３のゲートは、配線７３と電気的に接続される。トランジスタ６４のソース又はドレインの他方は、配線７４と電気的に接続される。トランジスタ６５のソース又はドレインの他方は、配線７５と電気的に接続される。トランジスタ６６のソース又はドレインの一方は、配線７６と電気的に接続される。トランジスタ６６のソース又はドレインの他方は、配線７７と電気的に接続される。
【0120】
配線７２の電位を制御することにより、トランジスタ６２の動作を制御することができる。例えば、配線７２の電位を高電位とすると、トランジスタ６２が導通状態となり、配線７２の電位を低電位とすると、トランジスタ６２が非導通状態となる。同様に、配線７３の電位を制御することにより、トランジスタ６３が非導通状態となる。
【0121】
配線７１、及び配線７４乃至配線７７には、電源電位を供給することができる。よって、配線７１、及び配線７４乃至配線７７は、電源線としての機能を有するということができる。例えば、配線７１、配線７４、及び配線７６には高電位を供給し、配線７５、及び配線７７には低電位を供給することができる。
【0122】
【0123】
＜撮像装置の駆動方法の一例＿２＞
図７は、ＣＤＳ回路２２が図６に示す構成である場合の、撮像装置１０の駆動方法の一例を説明するタイミングチャートである。図７は、図３に示す駆動方法に、配線７３［ｊ］、及びノードＦＤ２［ｊ］の電位変動を追加したものである。ここで、配線７１、配線７４、及び配線７６の電位を高電位とし、配線７５、及び配線７７の電位を低電位とする。なお、ＣＤＳ回路２２［ｊ］と電気的に接続される配線７３を配線７３［ｊ］と記載し、ＣＤＳ回路２２［ｊ］に設けられるノードＦＤ２をノードＦＤ２［ｊ］と記載する。
図７は、ＣＤＳ回路２２が図６に示す構成である場合の、撮像装置１０の駆動方法の一例を説明するタイミングチャートである。図７は、図３に示す駆動方法に、配線７３［ｊ］、及びノードＦＤ２［ｊ］の電位変動を追加したものである。ここで、配線７１、配線７４、及び配線７６の電位を高電位とし、配線７５、及び配線７７の電位を低電位とする。なお、ＣＤＳ回路２２［ｊ］と電気的に接続される配線７３を配線７３［ｊ］と記載し、ＣＤＳ回路２２［ｊ］に設けられるノードＦＤ２をノードＦＤ２［ｊ］と記載する。
【0124】
図７に示すように、撮像信号出力期間である期間８５ａ、及び期間８６ａにおいて、配線７３［ｊ］の電位を高電位とする。これにより、ＣＤＳ回路２２［ｊ］に設けられるトランジスタ６３が導通状態となり、ノードＦＤ２［ｊ］の電位を、配線７１の電位である高電位とすることができる。つまり、期間８５ａ、及び期間８６ａは、ノードＦＤ２［ｊ］の電位をリセットする期間であるということができる。よって、撮像信号出力期間は、ＣＤＳリセット期間ともいうことができる。
【0125】
また、基準信号出力期間である期間８５ｂ、及び期間８６ｂにおいて、配線７３［ｊ］の電位を低電位とする。これにより、ＣＤＳ回路２２［ｊ］に設けられるトランジスタ６３が非導通状態となり、撮像信号の電位と、基準信号の電位と、の差の分だけ、ノードＦＤ２［ｊ］の電位が変動する。つまり、ノードＦＤ２［ｊ］の電位が、撮像信号の電位に対応する電位となる。これにより、配線２７から、撮像信号に対応する信号がＣＤＳ回路２２の外部に出力される。よって、期間８５ｂ、及び期間８６ｂは、ＣＤＳ出力期間であるということができる。
【0126】
期間８５ａ、及び期間８６ａ等のＣＤＳリセット期間において、配線７２の電位は高電位、又は低電位とすることができる。図８Ａは、配線７２の電位を高電位として、トランジスタ６２を導通状態とした場合における、図６に示す回路の等価回路である。図８Ｂは、配線７２の電位を低電位として、トランジスタ６２を非導通状態とした場合における、図６に示す回路の等価回路である。
【0127】
トランジスタ６２を導通状態とした場合には、図８Ａに示すように、配線２６が容量６１ａの一方の電極、及び容量６１ｂの一方の電極の両方と電気的に接続される。よって、画素１１から出力される撮像信号に対応する電荷が、容量６１ａと容量６１ｂの両方に充電される。一方、トランジスタ６２を非導通状態とした場合には、図８Ｂに示すように、配線２６が容量６１ａの一方の電極にのみ電気的に接続され、容量６１ｂの一方の電極とは電気的に接続されない。よって、画素１１から出力される撮像信号に対応する電荷は、容量６１ａにのみ充電され、容量６１ｂには充電されない。
【0128】
ここで、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ノードＦＤ２には寄生容量ＰＣが生じる。例えば、トランジスタ６４のゲートと、トランジスタ６４のソースと、による寄生容量が生じる。また、トランジスタ６４のゲートと、トランジスタ６４のドレインと、による寄生容量が生じる。寄生容量ＰＣにより、ＣＤＳ出力期間におけるノードＦＤ２の電位の変動幅が、撮像信号の電位と、基準信号の電位と、の差より小さくなる。例えば、ＣＤＳ出力期間である期間８５ｂにおけるノードＦＤ２の電位の変動幅が、期間８５ａにおいてＣＤＳ回路２２に供給された撮像信号の電位と、期間８５ｂにおいてＣＤＳ回路２２に供給された基準信号の電位と、の差より小さくなる。また、ＣＤＳ出力期間である期間８６ｂにおけるノードＦＤ２の電位の変動幅が、期間８６ａにおいてＣＤＳ回路２２に供給された撮像信号の電位と、期間８６ｂにおいてＣＤＳ回路２２に供給された基準信号の電位と、の差より小さくなる。このように、ＣＤＳリセット期間において、ノードＦＤ２の電位の値が、寄生容量ＰＣの影響を受けた値となることにより、ＣＤＳ回路２２が配線２７へ出力する信号のＳ／Ｎ比が低下する。
【0129】
ここで、図７に示すように、期間８５ｂの終了時点におけるノードＦＤ２［ｊ］の電位ＶＦＤ２は、数式１で示される。ここで、電位ＶＨＦＤ２は、期間８５ａの終了時点におけるノードＦＤ２［ｊ］の電位を示し、電位Ｖ３は、期間８５ａの終了時点における配線２６［ｊ］の電位を示し、電位ＶＬＷＸは、期間８５ｂの終了時点における配線２６［ｊ］の電位を示す。
【0130】
【数1】
【0131】
ｋＦＤ２は、数式２で示される。ｋＦＤ２は、ノードＦＤ２［ｊ］の容量結合係数ということができる。また、容量値ＣＦＤ２は、ノードＦＤ２［ｊ］の容量の合計値を示し、容量値ＣＰＣは、寄生容量ＰＣの容量値を示す。なお、詳細は後述するが、容量値ＣＦＤ２には容量値ＣＰＣが含まれる。また、容量結合係数ｋＦＤ２の最大値は１となる。
【0132】
【数2】
【0133】
同様に、期間８６ｂの終了時点におけるノードＦＤ２［ｊ］の電位Ｖ‘ＦＤ２は、数式３で示される。ここで、電位Ｖ３’は、期間８６ａの終了時点における配線２６［ｊ］の電位を示す。
【0134】
【数3】
【0135】
図８Ａに示すようにトランジスタ６２を導通状態とする場合、容量値ＣＦＤ２は数式４で示される。ここで、容量値Ｃａは容量６１ａの容量値を示し、容量値Ｃｂは容量６１ｂの容量値を示し、容量値ＣＰＣは寄生容量ＰＣの容量値を示す。
【0136】
【数4】
【0137】
数式２及び数式４より、トランジスタ６２を導通状態とする場合のノードＦＤ２［ｊ］の容量結合係数ｋＦＤ２は、数式５で示される。
【0138】
【数5】
【0139】
図８Ｂに示すようにトランジスタ６２を非導通状態とする場合、容量値ＣＦＤ２は数式６で示される。
【0140】
【数6】
【0141】
数式２及び数式６より、トランジスタ６２を非導通状態とする場合のノードＦＤ２［ｊ］の容量結合係数ｋＦＤ２は、数式７で示される。
【0142】
【数7】
【0143】
数式５及び数式７に示すように、トランジスタ６２を導通状態とすると、トランジスタ６２を非導通状態とする場合より容量結合係数ｋＦＤ２が大きくなる。つまり、トランジスタ６２を導通状態とすると、トランジスタ６２を非導通状態とする場合より寄生容量ＰＣの影響を相対的に小さくすることができる。よって、数式１及び数式３に示すように、トランジスタ６２を導通状態とすると、トランジスタ６２を非導通状態とする場合より、ＣＤＳ出力期間におけるノードＦＤ２［ｊ］の電位の変動幅を、撮像信号の電位と、基準信号の電位と、の差に近づけることができる。具体的には、期間８５ｂにおけるノードＦＤ２［ｊ］の変動幅を、電位“ＶＨＦＤ２－（Ｖ３－ＶＬＷＸ）”に近づけることができ、期間８６ｂにおけるノードＦＤ２［ｊ］の変動幅を、電位“ＶＨＦＤ２－（Ｖ３‘－ＶＬＷＸ）”に近づけることができる。以上により、ＣＤＳ回路２２［ｊ］が、配線２７［ｊ］からＳ／Ｎ比の高い信号を出力することができるようになる。よって、撮像装置１０は高精度な撮像を行うことができる。
【0144】
一方、トランジスタ６２を非導通状態とすると、画素１１から出力された撮像信号に対応する電荷を、容量６１ａにのみ充電すればよいことになる。これにより、ＣＤＳ回路２２に設けられている容量への電荷の充放電に要する時間が短くなる。よって、期間Ｔ２に行われる動作である読み出し動作を高速に行うことができ、撮像装置１０を高速に駆動させることができる。以上より、撮像装置１０は、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる。
【0145】
なお、トランジスタ６２が非導通状態である場合は、容量６１ｂの一方の電極はフローティング状態となるため、容量６１ｂの一方の電極には電荷が流入しない。このため、ノードＦＤ２［ｊ］の電位が変動しても、容量６１ｂの一方の電極と、容量６１ｂの他方の電極と、の間に設けられる絶縁層である誘電層は、誘電分極しない。したがって、ノードＦＤ２［ｊ］の電位が変動しても、容量６１ａ等に充電された電荷は、容量６１ｂに流入しない。以上より、トランジスタ６２が非導通状態である場合は、容量６１ｂは容量結合係数ｋＦＤ２に影響を与えず、よって容量６１ｂはノードＦＤ２［ｊ］の電位に影響を与えない。
【0146】
以上のように、本発明の一態様では、必要となる撮像の精度、及びフレーム周波数に応じて、ＣＤＳ回路２２の駆動モードを変更することができる。ここで、期間８５ａ、及び期間８６ａ等のＣＤＳリセット期間においてトランジスタ６２を導通状態とする駆動モードを第１のモードとし、ＣＤＳリセット期間においてトランジスタ６２を非導通状態とする駆動モードを第２のモードとする。高精度な撮像を行う必要がある場合は、ＣＤＳ回路２２を第１のモードで駆動させ、高いフレーム周波数で撮像を行う必要がある場合は、ＣＤＳ回路２２を第２のモードで駆動させることができる。
【0147】
＜半導体装置の構成例＿１＞
以下では、図１Ａ等に示す撮像装置１０を有する半導体装置について説明する。図９Ａは、撮像装置１０を有する半導体装置９０の構成例を示す。半導体装置９０は、基板９１及び基板９２を有し、基板９１と基板９２の間に発光装置９３、及び撮像装置１０が設けられる。
以下では、図１Ａ等に示す撮像装置１０を有する半導体装置について説明する。図９Ａは、撮像装置１０を有する半導体装置９０の構成例を示す。半導体装置９０は、基板９１及び基板９２を有し、基板９１と基板９２の間に発光装置９３、及び撮像装置１０が設けられる。
【0148】
発光装置９３は、光９４を発する機能を有する。光９４は、赤外光、又は可視光とすることができる。
【0149】
撮像装置１０は、照射された光９５を検出する機能を有する。具体的には、図２等に示す光電変換素子３０に照射された光９５を検出する機能を有する。
【0150】
半導体装置９０は、例えば光９４を検出対象物に照射し、当該検出対象物により反射された光を光９５として撮像装置１０が検出することができる。
【0151】
半導体装置９０は、認証モード、及び位置検出モードにより駆動させることができる。図９Ｂ１は、認証モードについて示す図であり、図９Ｂ２は、位置検出モードについて示す図である。図９Ｂ１及び図９Ｂ２に示す場合では、上記検出対象物を指９７としている。指９７は、例えば半導体装置９０の使用者の指とすることができる。
【0152】
認証モードでは、指９７に光９４を照射し、指９７によって反射された光を光９５として撮像装置１０が検出することにより、指９７が有する指紋９９を検出することができる。これにより、指紋認証等の生体認証を行うことができる。
【0153】
位置検出モードでは、発光装置９３が光９４を発し、指９７によって反射された光９５を撮像装置１０が検出することにより、指９７の位置を検出することができる。ここで、図９Ｂ２に示すように、検出対象物である指９７は半導体装置９０に近接していれば、接していなくてもよい。なお、指９７が半導体装置９０に接していてもよい。つまり、位置検出モードでは、半導体装置９０を、タッチセンサ、又はニアタッチセンサとして機能させることができる。なお、検出対象物は、指９７に限られず、タッチペン等としてもよい。
【0154】
生体認証等を行う場合は、認証の精度を高めるために高精度の撮像を行うことが好ましい。よって、半導体装置９０が認証モードで駆動する場合は、ＣＤＳ回路２２を第１のモードで駆動させることが好ましい。一方、タッチ動作、又はニアタッチ動作を検出する場合は、検出対象物の動きを高い精度で検出できるように、高いフレーム周波数で撮像を行うことが好ましい。よって、半導体装置９０が位置検出モードで駆動する場合は、ＣＤＳ回路２２を第２のモードで駆動させることが好ましい。以上により、半導体装置９０は、生体認証等を高精度に行う機能と、検出対象物の動きを高い精度で検出する機能と、の両方を有することができる。
【0155】
＜シフトレジスタ回路の構成例＞
図１０は、図１Ｂに示すシフトレジスタ回路２４の構成例を示すブロック図である。シフトレジスタ回路２４は、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞と、レジスタ回路ＲＤと、を有する。
図１０は、図１Ｂに示すシフトレジスタ回路２４の構成例を示すブロック図である。シフトレジスタ回路２４は、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞と、レジスタ回路ＲＤと、を有する。
【0156】
レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞、及びレジスタ回路ＲＤのそれぞれには、端子ＣＬＫ（１）、端子ＣＬＫ（２）、端子ＣＬＫ（３）、及び端子ＣＬＫ（４）の中の２つが電気的に接続される。例えば、レジスタ回路Ｒ＜１＞には端子ＣＬＫ（１）、及び端子ＣＬＫ（２）を電気的に接続し、レジスタ回路Ｒ＜２＞には端子ＣＬＫ（２）、及び端子ＣＬＫ（３）を電気的に接続することができる。また、図示していないが、レジスタ回路Ｒ＜３＞には端子ＣＬＫ（３）、及び端子ＣＬＫ（４）を電気的に接続し、レジスタ回路Ｒ＜４＞には端子ＣＬＫ（４）、及び端子ＣＬＫ（１）を電気的に接続することができる。さらに、ｐを４の倍数－１（例えば、ｐ＝２７）とする場合は、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞には端子ＣＬＫ（３）、及び端子ＣＬＫ（４）を電気的に接続し、レジスタ回路ＲＤには端子ＣＬＫ（４）、及び端子ＣＬＫ（１）を電気的に接続することができる。
【0157】
レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞には、端子ＬＩＮ、端子ＲＩＮ、端子ＲＥＳ、端子ＲＥＳ＿Ｖ、及び端子Ｒ＿ＯＵＴが電気的に接続される。また、レジスタ回路ＲＤには、端子ＬＩＮＤ、端子ＲＥＳ、端子ＲＥＳ＿Ｖ、及び端子ＲＤ＿ＯＵＴが電気的に接続される。
【0158】
ここで、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞と電気的に接続される端子ＬＩＮを、それぞれ端子ＬＩＮ＜１＞乃至端子ＬＩＮ＜ｐ＞と記載する。また、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞と電気的に接続される端子ＲＩＮを、それぞれ端子ＲＩＮ＜１＞乃至端子ＲＩＮ＜ｐ＞と記載する。さらに、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞と電気的に接続される端子Ｒ＿ＯＵＴを、それぞれ端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞と記載する。なお、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞、及びレジスタ回路ＲＤは、互いに同一の端子ＲＥＳと電気的に接続することができ、互いに同一の端子ＲＥＳ＿Ｖと電気的に接続することができる。
【0159】
詳細は後述するが、端子ＬＩＮ、端子ＲＩＮ、端子ＲＥＳ、及び端子ＲＥＳ＿Ｖを介してレジスタ回路Ｒに信号が入力され、レジスタ回路Ｒから端子Ｒ＿ＯＵＴに信号が出力される。よって、端子ＬＩＮ、端子ＲＩＮ、端子ＲＥＳ、及び端子ＲＥＳ＿Ｖは入力端子であるということができ、端子Ｒ＿ＯＵＴは出力端子であるということができる。また、端子ＣＬＫには、クロック信号が入力される。よって、端子ＣＬＫは、クロック信号入力端子であるということができる。
【0160】
端子ＬＩＮ＜１＞には、スタートパルス信号が入力される。端子ＬＩＮ＜１＞にスタートパルス信号が入力されることにより、レジスタ回路Ｒ＜１＞は端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞に信号を出力することができる。
【0161】
端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞は、端子ＬＩＮ＜２＞と電気的に接続される。よって、レジスタ回路Ｒ＜１＞が端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞から出力した信号は、端子ＬＩＮ＜２＞を介してレジスタ回路Ｒ＜２＞に入力される。端子ＬＩＮ＜２＞に信号が入力されることにより、レジスタ回路Ｒ＜２＞は端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞に信号を出力することができる。
【0162】
また、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞は、端子ＬＩＮＤと電気的に接続される。よって、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞から出力した信号は、端子ＬＩＮＤを介してレジスタ回路ＲＤに入力される。端子ＬＩＮＤに信号が入力されることにより、レジスタ回路ＲＤは端子ＲＤ＿ＯＵＴに信号を出力することができる。
【0163】
以上のように、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞、及びレジスタ回路ＲＤは、端子ＬＩＮ＜２＞乃至端子ＬＩＮ＜ｐ＞、及び端子ＬＩＮＤを介して直列に接続される。
【0164】
また、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞は、それぞれ端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞に信号を出力することができる。ここで、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞は、図１Ｂに示す配線２８＜１＞乃至配線２８＜ｐ＞と順に電気的に接続される。図１Ｂに示すように、配線２８＜１＞乃至配線２８＜ｐ＞は、信号出力回路２３と電気的に接続される。以上より、レジスタ回路Ｒが端子Ｒ＿ＯＵＴに出力した信号は、信号出力回路２３に供給される。
【0165】
端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞は、端子ＲＩＮ＜１＞と電気的に接続される。よって、レジスタ回路Ｒ＜２＞が端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞に出力した信号は、端子ＲＩＮ＜１＞を介してレジスタ回路Ｒ＜１＞に入力される。つまり、端子ＲＩＮには、１つ後段のレジスタ回路Ｒから出力される信号を入力することができる。なお、図示していないが、端子ＲＩＮ＜２＞は、レジスタ回路Ｒ＜３＞と電気的に接続される端子Ｒ＿ＯＵＴ＜３＞と電気的に接続される。
【0166】
ここで、端子ＲＩＮ＜ｐ＞には、レジスタ回路ＲＤが端子ＲＤ＿ＯＵＴに出力した信号が入力される。ここで、端子ＲＤ＿ＯＵＴは、配線２８とは電気的に接続されない。よって、レジスタ回路ＲＤが端子ＲＤ＿ＯＵＴに出力した信号は、信号出力回路２３に供給されない。したがって、レジスタ回路ＲＤは、ダミー段であるということができる。
【0167】
シフトレジスタ回路２４にダミー段のレジスタ回路ＲＤを設けることにより、端子ＲＩＮ＜ｐ＞に信号を供給することができる。
【0168】
図１１Ａは、レジスタ回路Ｒの構成例を示す回路図である。レジスタ回路Ｒは、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２、トランジスタ１０３、トランジスタ１０４、トランジスタ１０５、トランジスタ１０６、トランジスタ１０７、トランジスタ１０８、及びトランジスタ１０９と、容量１１１及び容量１１２と、を有する。ここで、図１１Ａに示す端子ＣＬＫ（ｈ１）、及び端子ＣＬＫ（ｈ２）は、端子ＣＬＫ（１）乃至端子ＣＬＫ（４）のいずれかとすることができる。例えば、レジスタ回路Ｒ＜１＞では、端子ＣＬＫ（ｈ１）は端子ＣＬＫ（１）とすることができ、端子ＣＬＫ（ｈ２）は端子ＣＬＫ（２）とすることができる。また、レジスタ回路Ｒ＜２＞では、端子ＣＬＫ（ｈ１）は端子ＣＬＫ（２）とすることができ、端子ＣＬＫ（ｈ２）は端子ＣＬＫ（３）とすることができる。さらに、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞では、端子ＣＬＫ（ｈ１）は端子ＣＬＫ（３）とすることができ、端子ＣＬＫ（ｈ２）は端子ＣＬＫ（４）とすることができる。
【0169】
端子ＣＬＫ（ｈ１）は、トランジスタ１０６のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。端子ＣＬＫ（ｈ２）は、トランジスタ１０２のゲートと電気的に接続される。端子ＬＩＮは、トランジスタ１０１のゲート、及びトランジスタ１０８のゲートと電気的に接続される。端子ＲＩＮは、トランジスタ１０３のゲートと電気的に接続される。端子ＲＥＳは、トランジスタ１０４のゲートと電気的に接続される。端子ＲＥＳ＿Ｖは、トランジスタ１０９のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。端子Ｒ＿ＯＵＴは、トランジスタ１０６のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０９のソース又はドレインの他方、及び容量１１１の一方の電極と電気的に接続される。
【0170】
トランジスタ１０１のソース又はドレインの一方、及びトランジスタ１０７のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１０５のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０５のソース又はドレインの他方は、トランジスタ１０６のゲートと電気的に接続される。トランジスタ１０６のゲートは、容量１１１の他方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１０２のソース又はドレインの一方、トランジスタ１０３のソース又はドレインの一方、及びトランジスタ１０４のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１０７のゲート、トランジスタ１０８のソース又はドレインの一方、トランジスタ１０９のゲート、及び容量１１２の一方の電極と電気的に接続される。
【0171】
トランジスタ１０１のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０２のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０３のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０４のソース又はドレインの他方、及びトランジスタ１０５のゲートには、電位ＶＤＤを供給することができる。また、トランジスタ１０７のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０８のソース又はドレインの他方、及び容量１１２の他方の電極には、電位ＶＳＳを供給することができる。ここで、電位ＶＤＤは高電位を示し、電位ＶＳＳは低電位を示す。
【0172】
端子ＬＩＮに高電位の信号を入力すると、トランジスタ１０１、及びトランジスタ１０８が導通状態となる。トランジスタ１０１が導通状態となることにより、トランジスタ１０６のゲートの電位が高電位となるため、トランジスタ１０６が導通状態となる。一方、トランジスタ１０８が導通状態となることにより、トランジスタ１０９のゲートの電位が低電位となるため、トランジスタ１０９が非導通状態となる。以上より、端子ＣＬＫ（ｈ１）に入力された信号を、端子Ｒ＿ＯＵＴから出力することができる。
【0173】
一方、端子ＣＬＫ（ｈ２）に高電位の信号を入力すると、トランジスタ１０２が導通状態となる。これにより、トランジスタ１０７のゲートの電位が高電位となるため、トランジスタ１０７が導通状態となる。トランジスタ１０７が導通状態となることにより、トランジスタ１０６のゲートの電位が低電位となるため、トランジスタ１０６が非導通状態となる。一方、トランジスタ１０２が導通状態となることにより、トランジスタ１０９のゲートの電位が高電位となるため、トランジスタ１０９が導通状態となる。以上より、端子ＲＥＳ＿Ｖに入力された信号を、端子Ｒ＿ＯＵＴから出力することができる。
【0174】
また、端子ＲＩＮに高電位の信号を入力した場合、又は端子ＲＥＳに高電位の信号を入力した場合であっても、端子ＣＬＫ（ｈ２）に高電位の信号を入力した場合と同様に、トランジスタ１０９が導通状態、トランジスタ１０６が非導通状態となる。よって、端子ＲＥＳ＿Ｖに入力された信号を、端子Ｒ＿ＯＵＴから出力することができる。
【0175】
図１１Ｂは、レジスタ回路ＲＤの構成例を示す回路図である。前述のように、レジスタ回路ＲＤには、端子ＲＩＮは電気的に接続されていない。よって、レジスタ回路ＲＤは、トランジスタ１０３を有しない点が、図１１Ａに示す構成のレジスタ回路Ｒと異なる。
【0176】
図１１Ｂに示す構成のレジスタ回路ＲＤでは、トランジスタ１０６のソース又はドレインの一方は、端子ＣＬＫ（４）と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、端子ＣＬＫ（１）と電気的に接続される。トランジスタ１０１のゲート、及びトランジスタ１０８のゲートは、端子ＬＩＮＤと電気的に接続される。トランジスタ１０６のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０９のソース又はドレインの他方、及び容量１１１の一方の電極は、端子ＲＤ＿ＯＵＴと電気的に接続される。
【0177】
【0178】
マルチプレクサ回路ＭＵＸは、ｐ個の選択信号入力端子と、ｐ個の入力端子と、１個の出力端子を有する構成とすることができる。マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）乃至マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の選択信号入力端子のそれぞれに、配線２８＜１＞乃至配線２８＜ｐ＞の全てを電気的に接続することができる。つまり、図１０等に示すシフトレジスタ回路２４の出力端子である、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞の全てを電気的に接続することができる。ここで、マルチプレクサ回路ＭＵＸの選択信号入力端子が、シフトレジスタ回路２４の出力端子である端子Ｒ＿ＯＵＴと電気的に接続されることから、シフトレジスタ回路２４は選択信号を出力する機能を有するということができる。
【0179】
マルチプレクサ回路ＭＵＸの入力端子は、配線２７を介して端子ＣＤＳ＿ＯＵＴと電気的に接続される。図１Ｂ等に示すように、配線２７は、ＣＤＳ回路２２の出力端子と電気的に接続される。以上より、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴには、ＣＤＳ回路２２から出力された信号が入力される。
【0180】
ここで、マルチプレクサ回路ＭＵＸの入力端子１個当たり、１個の端子ＣＤＳ＿ＯＵＴが電気的に接続される。つまり、マルチプレクサ回路ＭＵＸが有するｐ個の入力端子には、互いに異なる端子ＣＤＳ＿ＯＵＴが電気的に接続される。また、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）乃至マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の入力端子には、互いに異なる端子ＣＤＳ＿ＯＵＴが電気的に接続される。つまり、例えばマルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）のｐ個の入力端子には、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［１］乃至端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［ｐ］が順に電気的に接続される。また、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（２）のｐ個の入力端子には、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［ｐ＋１］乃至端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［２ｐ］が順に電気的に接続される。さらに、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）のｐ個の入力端子には、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［ｎ－ｐ＋１］乃至端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［ｎ］が順に電気的に接続される。
【0181】
マルチプレクサ回路ＭＵＸの出力端子は、配線１９を介して端子ＭＵＸ＿ＯＵＴと電気的に接続される。図１Ａに示すように、配線１９は、Ａ／Ｄ変換回路１５と電気的に接続される。以上より、信号出力回路２３は、端子ＭＵＸ＿ＯＵＴを介して信号を出力することができる。
【0182】
ここで、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）乃至マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の出力端子には、互いに異なる端子ＭＵＸ＿ＯＵＴが電気的に接続される。例えば、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）の出力端子には、端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（１）が電気的に接続され、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（２）の出力端子には、端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（２）が電気的に接続され、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の出力端子には、端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｎ／ｐ）が電気的に接続される。
【0183】
図１２Ｂは、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）（ｔは１以上ｎ／ｐ以下の整数）の構成例を示す回路図である。マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）は、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞を有する。
【0184】
トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のゲートには、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞がそれぞれ電気的に接続される。トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のソース又はドレインの一方には、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［（ｔ－１）ｐ＋１］乃至端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［ｔ・ｐ］がそれぞれ電気的に接続される。トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のソース又はドレインの他方には、端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｔ）が電気的に接続される。つまり、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞は、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のソース又はドレインの他方により互いに並列に接続される。
【0185】
＜シフトレジスタ回路、及び信号出力回路の駆動方法の一例＞
図１３は、図３に示す読み出し期間である期間Ｔ２における、シフトレジスタ回路２４、及び信号出力回路２３の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。なお、図１３において、ブートストラップによる電位の上昇、リーク電流による電位の低下等は考慮していない。他のタイミングチャートについても同様とする。また、ｐを４の倍数－１とする。
図１３は、図３に示す読み出し期間である期間Ｔ２における、シフトレジスタ回路２４、及び信号出力回路２３の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。なお、図１３において、ブートストラップによる電位の上昇、リーク電流による電位の低下等は考慮していない。他のタイミングチャートについても同様とする。また、ｐを４の倍数－１とする。
【0186】
図１４Ａ並びに図１４Ｂ、及び図１５は、図１２Ｂに示す構成のマルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）の駆動方法の一例を示すための回路図である。図１４Ａ並びに図１４Ｂ、及び図１５では、×印を付したトランジスタ１２０は非導通状態のトランジスタ１２０であり、×印を付していないトランジスタ１２０は導通状態のトランジスタ１２０である。
【0187】
まず、期間Ｔ２０１において、端子ＬＩＮ＜１＞に、スタートパルス信号として高電位の信号を入力する。これにより、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０１のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０１が導通状態となる。したがって、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０６のゲートの電位が高電位となり、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０６が導通状態となる。また、端子ＬＩＮ＜１＞に高電位の信号が入力されることにより、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０８のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０８が導通状態となる。したがって、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９のゲートの電位が低電位となり、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９が非導通状態となる。
【0188】
期間Ｔ２０２から、端子ＣＬＫ（１）乃至端子ＣＬＫ（４）にクロック信号を順次入力する。これにより、期間Ｔ２０２には端子ＣＬＫ（１）の電位が高電位となり、端子ＣＬＫ（２）、端子ＣＬＫ（３）、及び端子ＣＬＫ（４）の電位が低電位となる。また、期間Ｔ２０３、及び期間Ｔ２０４には端子ＣＬＫ（２）の電位が高電位となり、端子ＣＬＫ（１）、端子ＣＬＫ（３）、及び端子ＣＬＫ（４）の電位が低電位となる。さらに、期間Ｔ２０５には端子ＣＬＫ（３）の電位が高電位となり、端子ＣＬＫ（１）、端子ＣＬＫ（２）、及び端子ＣＬＫ（４）の電位が低電位となる。
【0189】
期間Ｔ２０２において、端子ＬＩＮ＜１＞の電位が低電位となり、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０１が非導通状態となるが、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０７は非導通状態のままであるため、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０６のゲートはフローティング状態となる。よって、レジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０６のゲートの電位は高電位のままとなり、期間Ｔ２０１に引き続いてレジスタ回路Ｒ＜１＞が有するトランジスタ１０６は導通状態となる。したがって、端子ＣＬＫ（１）に入力されるクロック信号が端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞から出力される。前述のように、期間Ｔ２０２における端子ＣＬＫ（１）の電位は高電位であるため、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞から高電位の選択信号が出力される。よって、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞と電気的に接続される端子ＬＩＮ＜２＞に高電位の信号が入力される。
【0190】
図１４Ａは、期間Ｔ２０２におけるマルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）の駆動方法の一例を示すための回路図である。期間Ｔ２０２では、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞の電位は高電位となり、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞の電位は低電位となる。よって、トランジスタ１２０＜１＞のゲートの電位は高電位となるため、トランジスタ１２０＜１＞は導通状態となる。また、トランジスタ１２０＜２＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のゲートの電位は低電位となるため、トランジスタ１２０＜２＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞は非導通状態となる。以上により、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［（ｔ－１）ｐ＋１］からマルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）の入力端子に入力された信号が、信号Ｓ＜１＞として端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｔ）に出力される。
【0191】
以上のように、期間Ｔ２０２では、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）乃至マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の出力端子である端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（１）乃至端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｎ／ｐ）から、信号Ｓ＜１＞が出力される。
【0192】
期間Ｔ２０２において、端子ＬＩＮ＜２＞に高電位の信号が入力されることにより、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０１のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０１が導通状態となる。したがって、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０６のゲートの電位が高電位となり、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０６が導通状態となる。また、端子ＬＩＮ＜２＞に高電位の信号が入力されることにより、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０８のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０８が導通状態となる。したがって、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９のゲートの電位が低電位となり、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９が非導通状態となる。
【0193】
期間Ｔ２０３において、端子ＬＩＮ＜２＞の電位が低電位となり、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０１が非導通状態となるが、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０７は非導通状態のままであるため、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０６のゲートはフローティング状態となる。よって、レジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０６のゲートの電位は高電位のままとなり、期間Ｔ２０２に引き続いてレジスタ回路Ｒ＜２＞が有するトランジスタ１０６は導通状態となる。したがって、端子ＣＬＫ（２）に入力されるクロック信号が端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞から出力される。前述のように、期間Ｔ２０３における端子ＣＬＫ（２）の電位は高電位であるため、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞から高電位の選択信号が出力される。よって、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞と電気的に接続される端子ＬＩＮ＜３＞に高電位の信号が入力される。
【0194】
期間Ｔ２０３では、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜２＞の電位は高電位となり、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞、及び端子Ｒ＿ＯＵＴ＜３＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞の電位は低電位となる。よって、トランジスタ１２０＜２＞のゲートの電位は高電位となるため、トランジスタ１２０＜２＞は導通状態となる。また、トランジスタ１２０＜１＞、及びトランジスタ１２０＜３＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のゲートの電位は低電位となるため、トランジスタ１２０＜１＞、及びトランジスタ１２０＜３＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞は非導通状態となる。以上により、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［（ｔ－１）ｐ＋２］に入力された信号が、信号Ｓ＜２＞として端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｔ）に出力される。
【0195】
以上のように、期間Ｔ２０３では、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）乃至マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の出力端子である端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（１）乃至端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｎ／ｐ）から、信号Ｓ＜２＞が出力される。
【0196】
期間Ｔ２０４において、端子ＬＩＮ＜ｐ＞に高電位の信号が入力される。これにより、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０１のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０１が導通状態となる。したがって、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６のゲートの電位が高電位となり、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６が導通状態となる。また、端子ＬＩＮ＜ｐ＞に高電位の信号が入力されることにより、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０８のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０８が導通状態となる。したがって、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９のゲートの電位が低電位となり、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９が非導通状態となる。
【0197】
期間Ｔ２０５において、端子ＬＩＮ＜ｐ＞の電位が低電位となり、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０１が非導通状態となるが、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０７は非導通状態のままであるため、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６のゲートはフローティング状態となる。よって、レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６のゲートの電位は高電位のままとなり、期間Ｔ２０４に引き続いてレジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６は導通状態となる。したがって、端子ＣＬＫ（３）に入力されるクロック信号が端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞から出力される。前述のように、期間Ｔ２０５における端子ＣＬＫ（３）の電位は高電位であるため、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞から高電位の選択信号が出力される。よって、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞と電気的に接続される端子ＬＩＮＤに高電位の信号が入力される。
【0198】
図１４Ｂは、期間Ｔ２０５におけるマルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）の駆動方法の一例を示すための回路図である。期間Ｔ２０５では、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞の電位は高電位となり、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ－１＞の電位は低電位となる。よって、トランジスタ１２０＜ｐ＞のゲートの電位は高電位となるため、トランジスタ１２０＜ｐ＞は導通状態となる。また、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ－１＞のゲートの電位は低電位となるため、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ－１＞は非導通状態となる。以上により、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［ｔ・ｐ］に入力された信号が、信号Ｓ＜ｐ＞として端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｔ）に出力される。
【0199】
以上のように、期間Ｔ２０５では、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）乃至マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の出力端子である端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（１）乃至端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｎ／ｐ）から、信号Ｓ＜ｐ＞が出力される。
【0200】
以上、図１３に示す期間Ｔ２０１において端子ＬＩＮ＜１＞に入力されたスタートパルス信号が、期間Ｔ２０２乃至期間Ｔ２０５においてレジスタ回路Ｒ＜１＞からレジスタ回路Ｒ＜ｐ＞まで順次伝送される。これに対応して、高電位の選択信号が、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞から順次出力される。
【0201】
期間Ｔ２１１及び期間Ｔ２１２では、期間Ｔ２０１乃至期間Ｔ２０５とは異なるモードでシフトレジスタ回路２４、及び信号出力回路２３を駆動させる。具体的には、期間Ｔ２１１において、端子ＣＬＫ（１）乃至端子ＣＬＫ（４）、及び端子ＲＥＳに高電位の信号を入力する。これにより、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０２、及びトランジスタ１０４のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０２、及びトランジスタ１０４が導通状態となる。よって、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９のゲートの電位が高電位となるため、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０７、及びトランジスタ１０９が導通状態となる。レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０７が導通状態となることにより、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６のゲートの電位が低電位となり、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６は非導通状態となる。以上のように、期間Ｔ２１１において、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６を非導通状態とし、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０９を導通状態とする。これにより、端子ＲＥＳ＿Ｖに入力された信号を、端子Ｒ＿ＯＵＴから出力できるようになる。
【0202】
期間Ｔ２１２において、端子ＲＥＳ＿Ｖに高電位の信号を入力する。期間Ｔ２１２では、期間Ｔ２１１に引き続き、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０６は非導通状態であり、レジスタ回路Ｒ＜１＞乃至レジスタ回路Ｒ＜ｐ＞が有するトランジスタ１０９は導通状態である。よって、端子ＲＥＳ＿Ｖに入力された高電位の信号が、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞から出力される。
【0203】
図１５は、期間Ｔ２１２におけるマルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）の駆動方法の一例を示すための回路図である。期間Ｔ２１２では、端子Ｒ＿ＯＵＴ＜１＞乃至端子Ｒ＿ＯＵＴ＜ｐ＞の電位が全て高電位となる。よって、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のゲートの電位は高電位となるため、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞は全て導通状態となる。これにより、端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［（ｔ－１）ｐ＋１］乃至端子ＣＤＳ＿ＯＵＴ［ｔ・ｐ］のそれぞれからマルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｔ）の入力端子に入力された信号のうち、電位が最大の信号が信号Ｓ＿ＭＡＸとして端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｔ）に出力される。
【0204】
以上のように、期間Ｔ２１２では、マルチプレクサ回路ＭＵＸ（１）乃至マルチプレクサ回路ＭＵＸ（ｎ／ｐ）の出力端子である端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（１）乃至端子ＭＵＸ＿ＯＵＴ（ｎ／ｐ）から、信号Ｓ＿ＭＡＸが出力される。
【0205】
期間Ｔ２０１乃至期間Ｔ２０５に示す方法でシフトレジスタ回路２４、及び信号出力回路２３を駆動させることにより、例えば全ての画素１１から出力された撮像信号に対応する信号を、読み出し回路１４から出力することができる。これにより、撮像装置１０は、高精度な撮像を行うことができる。よって、例えば図９Ｂ１に示すように、撮像装置１０が設けられる半導体装置９０を認証モードで駆動させる場合は、認証の精度を高めるためにシフトレジスタ回路２４、及び信号出力回路２３を期間Ｔ２０１乃至期間Ｔ２０５に示す方法で駆動させることが好ましい。
【0206】
一方、期間Ｔ２１１及び期間Ｔ２１２に示す方法でシフトレジスタ回路２４、及び信号出力回路２３を駆動させることにより、例えばマルチプレクサ回路ＭＵＸが有するトランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞を、同時に導通状態とすることができる。前述のように、トランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞は、互いに並列に接続される。よって、マルチプレクサ回路ＭＵＸの入力端子である端子ＣＤＳ＿ＯＵＴと、マルチプレクサ回路ＭＵＸの出力端子である端子ＭＵＸ＿ＯＵＴとの間の抵抗を、例えばトランジスタ１２０＜１＞乃至トランジスタ１２０＜ｐ＞のうち、１つのトランジスタ１２０のみ導通状態とする場合より低減することができる。以上より、期間Ｔ２に行われる動作である読み出し動作を高速に行うことができ、撮像装置１０を高速に駆動させることができる。よって、撮像装置１０は、高いフレーム周波数で撮像を行うことができる。したがって、例えば図９Ｂ２に示すように、撮像装置１０が設けられる半導体装置９０を位置検出モードで駆動させる場合は、検出対象物の動きを高い精度で検出できるようにするために、シフトレジスタ回路２４、及び信号出力回路２３を期間Ｔ２１１及び期間Ｔ２１２に示す方法で駆動させることが好ましい。
【0207】
なお、図１１Ａに示す構成のレジスタ回路Ｒ、及び図１１Ｂに示す構成のレジスタ回路ＲＤが有する、トランジスタ１０１及びトランジスタ１０７として、ＯＳトランジスタ等、オフ電流が低いトランジスタを用いることが好ましい。これにより、トランジスタ１０１及びトランジスタ１０７が非導通状態となり、トランジスタ１０６のゲートがフローティング状態となった場合であっても、トランジスタ１０６のゲートの電位を長期間保持できる。よって、レジスタ回路Ｒは、端子Ｒ＿ＯＵＴから信号を高い精度で出力することができ、レジスタ回路ＲＤは、端子ＲＤ＿ＯＵＴから信号を高い精度で出力することができる。
【0208】
なお、トランジスタ１０１及びトランジスタ１０７として、Ｓｉトランジスタを用いてもよい。また、図１１Ａに示す構成のレジスタ回路Ｒ、及び図１１Ｂに示す構成のレジスタ回路ＲＤが有する他のトランジスタとして、Ｓｉトランジスタを用いてもよい。トランジスタ１０１乃至トランジスタ１０９として、結晶性のシリコンを有するトランジスタを用いると、トランジスタ１０１乃至トランジスタ１０９のオン電流を高めることができる。これにより、シフトレジスタ回路２４を高速に駆動させることができる。
【0209】
＜半導体装置の構成例＿２＞
図１６Ａ及び図１６Ｂは、半導体装置９０の構成例を示す図である。図１６Ａ及び図１６Ｂに示す構成の半導体装置９０は、三つ折りの機構を有し、画素部１２が向かい合うように折り畳むことができる領域と、画素部１２とは逆の面が向かい合うように折り畳むことができる領域と、を有する。なお、図１６Ａ及び図１６Ｂに示す構成の半導体装置９０を、半導体装置９０Ａと記載する。
図１６Ａ及び図１６Ｂは、半導体装置９０の構成例を示す図である。図１６Ａ及び図１６Ｂに示す構成の半導体装置９０は、三つ折りの機構を有し、画素部１２が向かい合うように折り畳むことができる領域と、画素部１２とは逆の面が向かい合うように折り畳むことができる領域と、を有する。なお、図１６Ａ及び図１６Ｂに示す構成の半導体装置９０を、半導体装置９０Ａと記載する。
【0210】
半導体装置９０Ａは、画素部のアスペクト比が例えば１６：９、１８：９、２１：９等比較的大きい場合であっても、折り目を短軸方向に設けることで小さく折り畳むことができる。よって、半導体装置９０Ａの携帯性を向上させることができる。また、半導体装置９０Ａを小さく折り畳んだ時に、画素部１２のうち、視認できない部分に含まれる画素１１を駆動させないことにより、半導体装置９０Ａの消費電力を低減することができる。
【0211】
【0212】
半導体装置９０Ａは、画素部１２、筐体８０２ａ、筐体８０２ｂ、筐体８０２ｃ、ヒンジ８０３ａ、及びヒンジ８０３ｂを有する。
【0213】
図１７は、半導体装置９０Ａに設けられる撮像装置１０である、撮像装置１０Ａの構成例を示すブロック図である。撮像装置１０Ａでは、ゲートドライバ回路１３が、ゲートドライバ回路１３Ａ、ゲートドライバ回路１３Ｂ、及びゲートドライバ回路１３Ｃの３つに分割される。ゲートドライバ回路１３Ａと電気的に接続される配線１６、及び配線１７を、それぞれ配線１６Ａ、及び配線１７Ａとする。また、ゲートドライバ回路１３Ｂと電気的に接続される配線１６、及び配線１７を、それぞれ配線１６Ｂ、及び配線１７Ｂとする。さらに、ゲートドライバ回路１３Ｃと電気的に接続される配線１６、及び配線１７を、それぞれ配線１６Ｃ、及び配線１７Ｃとする。
【0214】
撮像装置１０Ａを図１７に示す構成とすることにより、画素部１２のうち、視認できない部分に含まれる画素１１を駆動させないようにすることができる。例えば、半導体装置９０Ａが図１６Ａに示すように三つ折りに折り畳まれている場合は、ゲートドライバ回路１３Ａ乃至ゲートドライバ回路１３Ｃのうち、１つを駆動させ、残り２つを駆動させないようにすることにより、視認できない部分に含まれる画素１１を駆動させないようにすることができる。以上により、半導体装置９０Ａの消費電力を低減することができる。
【0215】
なお、図１６Ａ及び図１６Ｂは、半導体装置９０の構成例として、三つ折りの機構を有する半導体装置９０Ａを示したが、本発明の一態様はこれに限らない。例えば、半導体装置９０は、二つ折りの機構を有してもよい。この場合、撮像装置１０が有するゲートドライバ回路１３を、２つに分割する構成とすることができる。
【0216】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0217】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の構成例について、図１８乃至図２２を用いて説明する。具体的には、例えば実施の形態１に示す半導体装置９０に適用可能な構成例について、図１８乃至図２２を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の構成例について、図１８乃至図２２を用いて説明する。具体的には、例えば実施の形態１に示す半導体装置９０に適用可能な構成例について、図１８乃至図２２を用いて説明する。
【0218】
【0219】
［半導体装置９００Ａ］
図１８Ａに半導体装置９００Ａの断面図を示す。
図１８Ａに半導体装置９００Ａの断面図を示す。
【0220】
半導体装置９００Ａは、光電変換素子３０及び発光素子１３０を有する。
【0221】
光電変換素子３０は、画素電極１７１、共通層１７２、活性層１７３、共通層１７４、及び共通電極１７５を有する。
【0222】
発光素子１３０は、画素電極１９１、共通層１７２、発光層１９３、共通層１７４、及び共通電極１７５を有する。
【0223】
画素電極１７１、画素電極１９１、共通層１７２、活性層１７３、発光層１９３、共通層１７４、及び共通電極１７５は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【0224】
画素電極１７１及び画素電極１９１は、絶縁層２１４上に位置する。画素電極１７１と画素電極１９１は、同一の材料及び同一の工程で形成することができる。
【0225】
共通層１７２は、画素電極１７１上及び画素電極１９１上に位置する。共通層１７２は、光電変換素子３０と発光素子１３０に共通で用いられる層である。
【0226】
活性層１７３は、共通層１７２を介して、画素電極１７１と重なる。発光層１９３は、共通層１７２を介して、画素電極１９１と重なる。活性層１７３は、第１の有機化合物を有し、発光層１９３は、第１の有機化合物とは異なる第２の有機化合物を有する。
【0227】
共通層１７４は、共通層１７２上、活性層１７３上、及び発光層１９３上に位置する。共通層１７４は、光電変換素子３０と発光素子１３０に共通で用いられる層である。
【0228】
共通電極１７５は、共通層１７２、活性層１７３、及び共通層１７４を介して、画素電極１７１と重なる部分を有する。また、共通電極１７５は、共通層１７２、発光層１９３、及び共通層１７４を介して、画素電極１９１と重なる部分を有する。共通電極１７５は、光電変換素子３０と発光素子１３０に共通で用いられる層である。
【0229】
本実施の形態の半導体装置では、光電変換素子３０の活性層１７３に有機化合物を用いる。光電変換素子３０は、活性層１７３以外の層を、発光素子１３０（ＥＬ素子）と共通の構成にすることができる。そのため、発光素子１３０の作製工程に、活性層１７３を成膜する工程を追加するのみで、発光素子１３０の形成と並行して光電変換素子３０を形成することができる。また、発光素子１３０と光電変換素子３０とを同一基板上に形成することができる。したがって、作製工程を大幅に増やすことなく、半導体装置に光電変換素子３０を内蔵することができる。
【0230】
半導体装置９００Ａでは、光電変換素子３０の活性層１７３と、発光素子１３０の発光層１９３と、を作り分ける以外は、光電変換素子３０と発光素子１３０が共通の構成である例を示す。ただし、光電変換素子３０と発光素子１３０の構成はこれに限定されない。光電変換素子３０と発光素子１３０は、活性層１７３と発光層１９３のほかにも、互いに作り分ける層を有していてもよい（後述の半導体装置９００Ｄ、半導体装置９００Ｅ、半導体装置９００Ｆ参照）。光電変換素子３０と発光素子１３０は、共通で用いられる層（共通層）を１層以上有することが好ましい。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、半導体装置に光電変換素子３０を内蔵することができる。
【0231】
半導体装置９００Ａは、一対の基板（基板１５１及び基板１５２）間に、光電変換素子３０、発光素子１３０、トランジスタ３１、及びトランジスタ１３１等を有する。
【0232】
基板１５１の外側には、接着層１５０が設けられる。接着層１５０により、半導体装置９００Ａを物体に固定できる。接着層１５０として、剥離が可能な接着剤を用いてもよい。さらに、剥離した後に再度接着が可能な接着剤を用いてもよい。接着層１５０として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等を用いることができる。が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【0233】
光電変換素子３０において、それぞれ画素電極１７１及び共通電極１７５の間に位置する共通層１７２、活性層１７３、及び共通層１７４は、有機層（有機化合物を含む層）ということもできる。画素電極１７１は赤外光を反射する機能を有することが好ましい。画素電極１７１の端部は隔壁２１６によって覆われている。共通電極１７５は赤外光を透過する機能を有する。
【0234】
光電変換素子３０は、光を検知する機能を有する。具体的には、光電変換素子３０は、半導体装置９００Ａの外部から入射される光９５を受光し、電気信号に変換する、受光素子である。光９５は、発光素子１３０の発光を対象物が反射した光ということもできる。また、光９５は、後述するレンズを介して光電変換素子３０に入射してもよい。
【0235】
基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層ＢＭが設けられている。遮光層ＢＭは、光電変換素子３０と重なる位置及び発光素子１３０と重なる位置に開口を有する。遮光層ＢＭを設けることで、光電変換素子３０が光を検出する範囲を制御することができる。
【0236】
遮光層ＢＭとしては、発光素子からの発光を遮る材料を用いることができる。遮光層ＢＭは、赤外光を吸収することが好ましい。遮光層ＢＭとして、例えば、金属材料、又は、顔料（カーボンブラック等）もしくは染料を含む樹脂材料等を用いてブラックマトリクスを形成することができる。
【0237】
ここで、発光素子１３０の発光が対象物によって反射された光を光電変換素子３０は検出する。しかし、発光素子１３０の発光が、半導体装置９００Ａ内で反射され、対象物を介さずに、光電変換素子３０に入射されてしまう場合がある。遮光層ＢＭは、このような迷光の影響を抑制することができる。例えば、遮光層ＢＭが設けられていない場合、発光素子１３０が発した光１２３ａは、基板１５２で反射され、反射光１２３ｂが光電変換素子３０に入射することがある。遮光層ＢＭを設けることで、反射光１２３ｂが光電変換素子３０に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、光電変換素子３０を用いたセンサの感度を高めることができる。
【0238】
発光素子１３０において、それぞれ画素電極１９１及び共通電極１７５の間に位置する共通層１７２、発光層１９３、及び共通層１７４は、ＥＬ層ということもできる。画素電極１９１は赤外光を反射する機能を有することが好ましい。画素電極１９１の端部は隔壁２１６によって覆われている。画素電極１７１と画素電極１９１とは隔壁２１６によって互いに電気的に絶縁されている。共通電極１７５は赤外光を透過する機能を有する。
【0239】
発光素子１３０は、赤外光を発する機能を有する。具体的には、発光素子１３０は、画素電極１９１と共通電極１７５との間に電圧を印加することで、基板１５２側に光を射出する電界発光素子である（光９４参照）。
【0240】
発光層１９３は、光電変換素子３０の受光領域と重ならないように形成されることが好ましい。これにより、発光層１９３が光９５を吸収することを抑制でき、光電変換素子３０に照射される光量を多くすることができる。
【0241】
画素電極１７１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ３１が有するソース又はドレインと電気的に接続される。画素電極１７１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。
【0242】
画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ１３１が有するソース又はドレインと電気的に接続される。画素電極１９１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。トランジスタ１３１は、発光素子１３０の駆動を制御する機能を有する。
【0243】
トランジスタ３１とトランジスタ１３１とは、同一の層（図１８Ａでは基板１５１）上に接している。
【0244】
光電変換素子３０と電気的に接続される回路の少なくとも一部は、発光素子１３０と電気的に接続される回路と同一の材料及び同一の工程で形成されることが好ましい。これにより、２つの回路を別々に形成する場合に比べて、半導体装置の厚さを薄くすることができ、また、作製工程を簡略化できる。
【0245】
光電変換素子３０及び発光素子１３０は、それぞれ、保護層１９５に覆われていることが好ましい。図１８Ａでは、保護層１９５が、共通電極１７５上に接して設けられている。保護層１９５を設けることで、光電変換素子３０及び発光素子１３０に水等の不純物が入り込むことを抑制し、光電変換素子３０及び発光素子１３０の信頼性を高めることができる。また、接着層１４２によって、保護層１９５と基板１５２とが貼り合わされている。
【0246】
［半導体装置９００Ｂ］
図１８Ｂに半導体装置９００Ｂの断面図を示す。なお、以降の半導体装置の説明において、先に説明した半導体装置と同様の構成については、説明を省略することがある。
図１８Ｂに半導体装置９００Ｂの断面図を示す。なお、以降の半導体装置の説明において、先に説明した半導体装置と同様の構成については、説明を省略することがある。
【0247】
図１８Ｂに示す半導体装置９００Ｂは、基板１５１、基板１５２、及び隔壁２１６を有さず、基板１５３、基板１５４、接着層１５５、絶縁層２１２、及び隔壁２１７を有する点で、半導体装置９００Ａと異なる。
【0248】
基板１５３の外側には、接着層１５０が設けられる。接着層１５０により、半導体装置９００Ｂを物体に固定できる。
【0249】
基板１５３と絶縁層２１２とは接着層１５５によって貼り合わされている。基板１５４と保護層１９５とは接着層１４２によって貼り合わされている。
【0250】
半導体装置９００Ｂは、作製基板上に形成された絶縁層２１２、トランジスタ３１、トランジスタ１３１、光電変換素子３０、及び発光素子１３０等を、基板１５３上に転置することで作製される構成である。基板１５３及び基板１５４は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、半導体装置９００Ｂの可撓性を高めることができる。例えば、基板１５３及び基板１５４には、それぞれ、樹脂を用いることが好ましい。
【0251】
基板１５３及び基板１５４としては、それぞれ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン、アラミド等）、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。基板１５３及び基板１５４の一方又は双方に、可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いてもよい。
【0252】
本実施の形態の半導体装置が有する基板には、光学等方性が高いフィルムを用いてもよい。光学等方性が高いフィルムとしては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ、セルローストリアセテートともいう）フィルム、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）フィルム、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）フィルム、及びアクリル樹脂等が挙げられる。
【0253】
隔壁２１７は、発光素子が発した光を吸収することが好ましい。隔壁２１７として、例えば、顔料もしくは染料を含む樹脂材料等を用いてブラックマトリクスを形成することができる。また、茶色レジスト材料を用いることで、着色された絶縁層で隔壁２１７を構成することができる。
【0254】
発光素子１３０が発した光１２３ｃは、基板１５４及び隔壁２１７で反射され、反射光１２３ｄが光電変換素子３０に入射することがある。また、光１２３ｃが隔壁２１７を透過し、トランジスタ又は配線等で反射されることで、反射光が光電変換素子３０に入射することがある。隔壁２１７によって光１２３ｃが吸収されることで、反射光１２３ｄが光電変換素子３０に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、光電変換素子３０を用いたセンサの感度を高めることができる。
【0255】
隔壁２１７は、少なくとも、光電変換素子３０が検知する光の波長を吸収することが好ましい。例えば、発光素子１３０が発する緑色の光を光電変換素子３０が検知する場合、隔壁２１７は、少なくとも緑色の光を吸収することが好ましい。例えば、隔壁２１７が、赤色のカラーフィルタを有すると、緑色の光１２３ｃを吸収することができ、反射光１２３ｄが光電変換素子３０に入射することを抑制できる。
【0256】
［半導体装置９００Ｃ］
図１８Ｃに半導体装置９００Ｃの断面図を示す。
図１８Ｃに半導体装置９００Ｃの断面図を示す。
【0257】
半導体装置９００Ｃは、光電変換素子３０上及び発光素子１３０上に保護層１９５を有さない点で、半導体装置９００Ｂと異なる。半導体装置９００Ｃは、接着層１４２によって、共通電極１７５と基板１５４とが貼り合わされている。
【0258】
【0259】
半導体装置９００Ｄは、共通層１７４を有さず、バッファ層１８４及びバッファ層１９４を有する点で、半導体装置９００Ｂと異なる。バッファ層１８４及びバッファ層１９４は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【0260】
半導体装置９００Ｄにおいて、光電変換素子３０は、画素電極１７１、共通層１７２、活性層１７３、バッファ層１８４、及び共通電極１７５を有する。また、半導体装置９００Ｄにおいて、発光素子１３０は、画素電極１９１、共通層１７２、発光層１９３、バッファ層１９４、及び共通電極１７５を有する。
【0261】
半導体装置９００Ｅは、共通層１７２を有さず、バッファ層１８２及びバッファ層１９２を有する点で、半導体装置９００Ｂと異なる。バッファ層１８２及びバッファ層１９２は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【0262】
半導体装置９００Ｅにおいて、光電変換素子３０は、画素電極１７１、バッファ層１８２、活性層１７３、共通層１７４、及び共通電極１７５を有する。また、半導体装置９００Ｅにおいて、発光素子１３０は、画素電極１９１、バッファ層１９２、発光層１９３、共通層１７４、及び共通電極１７５を有する。
【0263】
半導体装置９００Ｆは、共通層１７２及び共通層１７４を有さず、バッファ層１８２、バッファ層１８４、バッファ層１９２、及びバッファ層１９４を有する点で、半導体装置９００Ａと異なる。
【0264】
半導体装置９００Ｆにおいて、光電変換素子３０は、画素電極１７１、バッファ層１８２、活性層１７３、バッファ層１８４、及び共通電極１７５を有する。また、半導体装置９００Ｆにおいて、発光素子１３０は、画素電極１９１、バッファ層１９２、発光層１９３、バッファ層１９４、及び共通電極１７５を有する。
【0265】
光電変換素子３０と発光素子１３０の作製において、活性層１７３と発光層１９３を作り分けるだけでなく、他の層も作り分けることができる。
【0266】
半導体装置９００Ｄでは、共通電極１７５と活性層１７３との間のバッファ層１８４と、共通電極１７５と発光層１９３との間のバッファ層１９４とを作り分ける例を示す。バッファ層１９４としては、例えば、電子注入層及び電子輸送層の一方又は双方を形成することができる。
【0267】
半導体装置９００Ｅでは、画素電極１７１と活性層１７３との間のバッファ層１８２と、画素電極１９１と発光層１９３との間のバッファ層１９２とを作り分ける例を示す。バッファ層１９２としては、例えば、正孔注入層及び正孔輸送層の一方又は双方を形成することができる。
【0268】
半導体装置９００Ｆでは、光電変換素子３０と発光素子１３０とで、一対の電極（画素電極１７１又は画素電極１９１と共通電極１７５）間に、共通の層を有さない例を示す。半導体装置９００Ｆが有する光電変換素子３０及び発光素子１３０は、絶縁層２１４上に画素電極１７１と画素電極１９１とを同一の材料及び同一の工程で形成し、画素電極１７１上にバッファ層１８２、活性層１７３、及びバッファ層１８４を形成し、画素電極１９１上にバッファ層１９２、発光層１９３、及びバッファ層１９４を形成した後、画素電極１７１、バッファ層１８２、活性層１７３、バッファ層１８４、画素電極１９１、バッファ層１９２、発光層１９３、及びバッファ層１９４を覆うように共通電極１７５を形成することで作製できる。なお、バッファ層１８２、活性層１７３、及びバッファ層１８４の積層構造と、バッファ層１９２、発光層１９３、及びバッファ層１９４の積層構造の作製順は特に限定されない。例えば、バッファ層１８２、活性層１７３、及びバッファ層１８４を成膜した後に、バッファ層１９２、発光層１９３、及びバッファ層１９４を作製してもよい。逆に、バッファ層１８２、活性層１７３、及びバッファ層１８４を成膜する前に、バッファ層１９２、発光層１９３、及びバッファ層１９４を作製してもよい。また、バッファ層１８２、バッファ層１９２、活性層１７３、発光層１９３、等の順に交互に成膜してもよい。
【0269】
【0270】
［半導体装置１００Ａ］
図２０に、半導体装置１００Ａの断面図を示す。
図２０に、半導体装置１００Ａの断面図を示す。
【0271】
半導体装置１００Ａは、基板１５２と基板１５１とが貼り合わされた構成を有する。
【0272】
半導体装置１００Ａは、画素部１２、回路１６４等を有する。図２０は、半導体装置１００Ａの、回路１６４を含む領域の一部、画素部１２を含む領域の一部、及び、端部を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示している。
【0273】
回路１６４としては、例えば、実施の形態１に示すゲートドライバ回路１３、読み出し回路１４、及びＡ／Ｄ変換回路１５を適用することができる。画素部１２と、回路１６４を同一基板上に形成することにより、別途回路としてシリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。
【0274】
図２０に示す半導体装置１００Ａは、基板１５１と基板１５２の間に、トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、トランジスタ２０６、発光素子１３０、光電変換素子３０等を有する。
【0275】
基板１５２と絶縁層２１４は接着層１４２を介して接着されている。発光素子１３０及び光電変換素子３０の封止には、固体封止構造又は中空封止構造等が適用できる。図２０では、基板１５２、接着層１４２、及び絶縁層２１４に囲まれた空間１４３が、不活性ガス（窒素やアルゴン等）で充填されており、中空封止構造が適用されている。接着層１４２は、発光素子１３０と重ねて設けられていてもよい。また、基板１５２、接着層１４２、及び絶縁層２１４に囲まれた空間１４３を、接着層１４２とは異なる樹脂で充填してもよい。
【0276】
発光素子１３０は、絶縁層２１４側から画素電極１９１、共通層１７２、発光層１９３、共通層１７４、及び共通電極１７５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２０６が有する導電層２２２ｂと接続される。トランジスタ２０６は、発光素子１３０の駆動を制御する機能を有する。画素電極１９１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。画素電極１９１は赤外光を反射する材料を含み、共通電極１７５は赤外光を透過する材料を含む。
【0277】
光電変換素子３０は、絶縁層２１４側から画素電極１７１、共通層１７２、活性層１７３、共通層１７４、及び共通電極１７５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１７１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２０５が有する導電層２２２ｂと電気的に接続される。画素電極１７１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。画素電極１７１は赤外光を反射する材料を含み、共通電極１７５は赤外光を透過する材料を含む。
【0278】
発光素子１３０が発する光９４は、基板１５２側に射出される。また、光電変換素子３０には、基板１５２及び空間１４３を介して、光９５が入射する。基板１５２には、赤外光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。
【0279】
画素電極１７１及び画素電極１９１は同一の材料及び同一の工程で作製することができる。共通層１７２、共通層１７４、及び共通電極１７５は、光電変換素子３０と発光素子１３０との双方に用いられる。光電変換素子３０と発光素子１３０とは、活性層１７３と発光層１９３の構成が異なる以外は全て共通の構成とすることができる。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、半導体装置１００Ａに光電変換素子３０を内蔵することができる。
【0280】
基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層ＢＭが設けられている。遮光層ＢＭは、光電変換素子３０と重なる位置及び発光素子１３０と重なる位置に開口を有する。遮光層ＢＭを設けることで、光電変換素子３０が光を検出する範囲を制御することができる。また、遮光層ＢＭを有することで、対象物を介さずに、発光素子１３０から光電変換素子３０に光が直接入射することを抑制できる。したがって、ノイズが少なく感度の高いセンサを実現できる。
【0281】
トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、及びトランジスタ２０６は、いずれも基板１５１上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の材料及び同一の工程により作製することができる。
【0282】
基板１５１上には、絶縁層２１１、絶縁層２１３、絶縁層２１５、及び絶縁層２１４がこの順で設けられている。絶縁層２１１は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１３は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１５は、トランジスタを覆って設けられる。絶縁層２１４は、トランジスタを覆って設けられ、平坦化層としての機能を有する。なお、ゲート絶縁層の数及びトランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、それぞれ単層であっても２層以上であってもよい。
【0283】
トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水や水素等の不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア層として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制でき、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【0284】
絶縁層２１１、絶縁層２１３、及び絶縁層２１５としては、それぞれ、無機絶縁膜を用いることが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜等の無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を２以上積層して用いてもよい。
【0285】
ここで、有機絶縁膜は、無機絶縁膜に比べてバリア性が低いことが多い。そのため、有機絶縁膜は、半導体装置１００Ａの端部近傍に開口を有することが好ましい。これにより、半導体装置１００Ａの端部から有機絶縁膜を介して不純物が入り込むことを抑制することができる。又は、有機絶縁膜の端部が半導体装置１００Ａの端部よりも内側にくるように有機絶縁膜を形成し、半導体装置１００Ａの端部に有機絶縁膜が露出しないようにしてもよい。
【0286】
平坦化層として機能する絶縁層２１４には、有機絶縁膜が好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
【0287】
図２０に示す領域２２８では、絶縁層２１４に開口が形成されている。これにより、絶縁層２１４に有機絶縁膜を用いる場合であっても、絶縁層２１４を介して外部から画素部１２に不純物が入り込むことを抑制できる。したがって、半導体装置１００Ａの信頼性を高めることができる。
【0288】
トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、及びトランジスタ２０６は、ゲートとして機能する導電層２２１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１１、ソース及びドレインとして機能する導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂ、半導体層２３１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１３、並びに、ゲートとして機能する導電層２２３を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。絶縁層２１１は、導電層２２１と半導体層２３１との間に位置する。絶縁層２１３は、導電層２２３と半導体層２３１との間に位置する。
【0289】
本実施の形態の半導体装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタ、スタガ型のトランジスタ、逆スタガ型のトランジスタ等を用いることができる。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。又は、チャネルが形成される半導体層の上下にゲートが設けられていてもよい。
【0290】
トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、及びトランジスタ２０６には、チャネルが形成される半導体層を２つのゲートで挟持する構成が適用されている。２つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。又は、２つのゲートのうち、一方に閾値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタの閾値電圧を制御してもよい。
【0291】
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【0292】
トランジスタの半導体層は、金属酸化物（酸化物半導体ともいう）を有することが好ましい。又は、トランジスタの半導体層は、シリコンを有していてもよい。シリコンとしては、アモルファスシリコン、結晶性のシリコン（低温ポリシリコン、単結晶シリコン等）等が挙げられる。
【0293】
半導体層は、例えば、インジウムと、Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、及びマグネシウムから選ばれた一種又は複数種）と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、及びスズから選ばれた一種又は複数種であることが好ましい。
【0294】
特に、半導体層として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物（ＩＧＺＯとも記す）を用いることが好ましい。
【0295】
半導体層がＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットは、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上であることが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５等が挙げられる。
【0296】
スパッタリングターゲットとしては、多結晶の酸化物を含むターゲットを用いると、結晶性を有する半導体層を形成しやすくなるため好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。例えば、半導体層に用いるスパッタリングターゲットの組成がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の場合、成膜される半導体層の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］の近傍となる場合がある。
【0297】
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３又はその近傍と記載する場合、Ｉｎの原子数比を４としたとき、Ｇａの原子数比が１以上３以下であり、Ｚｎの原子数比が２以上４以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６又はその近傍であると記載する場合、Ｉｎの原子数比を５としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が５以上７以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１又はその近傍であると記載する場合、Ｉｎの原子数比を１としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が０．１より大きく２以下である場合を含む。
【0298】
回路１６４が有するトランジスタと、画素部１２が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路１６４が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、２種類以上あってもよい。同様に、画素部１２が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、２種類以上あってもよい。
【0299】
基板１５１の外側には接着層１５０が設けられる。接着層１５０により、半導体装置１００Ａを物体に固定できる。
【0300】
基板１５２の外側には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層（拡散フィルム等）、反射防止層、及び集光フィルム等が挙げられる。また、基板１５２の外側には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜、衝撃吸収層等を配置してもよい。
【0301】
基板１５１及び基板１５２には、それぞれ、ガラス、石英、セラミック、サファイア、樹脂等を用いることができる。基板１５１及び基板１５２に可撓性を有する材料を用いると、半導体装置の可撓性を高めることができる。
【0302】
接着層１４２、接着層１５５としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【0303】
発光素子１３０は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型等がある。光を取り出す側の電極には、赤外光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、赤外光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
【0304】
発光素子１３０は少なくとも発光層１９３を有する。発光素子１３０は、発光層１９３以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質（電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していてもよい。例えば、共通層１７２は、正孔注入層及び正孔輸送層の一方又は双方を有することが好ましい。例えば、共通層１７４は、電子輸送層及び電子注入層の一方又は双方を有することが好ましい。
【0305】
共通層１７２、発光層１９３、及び共通層１７４には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。共通層１７２、発光層１９３、及び共通層１７４を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
【0306】
発光層１９３は、発光材料として、量子ドット等の無機化合物を有していてもよい。
【0307】
光電変換素子３０の活性層１７３は、半導体を含む。当該半導体としては、シリコン等の無機半導体、及び、有機化合物を含む有機半導体が挙げられる。本実施の形態では、活性層が有する半導体として、有機半導体を用いる例を示す。有機半導体を用いることで、発光素子１３０の発光層１９３と、光電変換素子３０の活性層１７３と、を同じ方法（例えば、真空蒸着法）で形成することができ、製造装置を共通化できるため好ましい。
【0308】
活性層１７３が有するｎ型半導体の材料としては、フラーレン（例えばＣ６０、Ｃ７０等）又はその誘導体等の電子受容性の有機半導体材料が挙げられる。また、活性層１７３が有するｐ型半導体の材料としては、銅（ＩＩ）フタロシアニン（Ｃｏｐｐｅｒ（ＩＩ） ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＣｕＰｃ）やテトラフェニルジベンゾペリフランテン（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｄｉｂｅｎｚｏｐｅｒｉｆｌａｎｔｈｅｎｅ；ＤＢＰ）等の電子供与性の有機半導体材料が挙げられる。
【0309】
例えば、活性層１７３は、ｎ型半導体とｐ型半導体と共蒸着して形成することが好ましい。
【0310】
トランジスタのゲート、ソース及びドレインのほか、半導体装置を構成する各種配線及び電極等の導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステン等の金属、又はこれを主成分とする合金等が挙げられる。これらの材料を含む膜を単層で、又は積層構造として用いることができる。
【0311】
また、透光性を有する導電材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛等の導電性酸化物又はグラフェンを用いることができる。又は、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はチタン等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。又は、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等を用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（又はそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすることが好ましい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜等を用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、半導体装置を構成する各種配線及び電極等の導電層や、表示素子が有する導電層（画素電極や共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
【0312】
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料が挙げられる。
【0313】
［半導体装置１００Ｂ］
図２１に、半導体装置１００Ｂの断面図を示す。
図２１に、半導体装置１００Ｂの断面図を示す。
【0314】
半導体装置１００Ｂは、基板１５１及び基板１５２を有さず、基板１５３、基板１５４、接着層１５５、及び絶縁層２１２を有する点、及び保護層１９５を有する点で、主に半導体装置１００Ａと異なる。
【0315】
基板１５３と絶縁層２１２とは接着層１５５によって貼り合わされている。基板１５４と保護層１９５とは接着層１４２によって貼り合わされている。接着層１４２は、光電変換素子３０及び発光素子１３０とそれぞれ重ねて設けられており、半導体装置１００Ｂには、固体封止構造が適用されている。
【0316】
半導体装置１００Ｂは、作製基板上で形成された絶縁層２１２、トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、トランジスタ２０６、光電変換素子３０、及び発光素子１３０等を、基板１５３上に転置することで作製される構成である。基板１５３及び基板１５４は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、半導体装置１００Ｂの可撓性を高めることができる。
【0317】
基板１５３の外側には接着層１５０が設けられる。接着層１５０により、半導体装置１００Ｂを物体に固定できる。
【0318】
絶縁層２１２には、絶縁層２１１、絶縁層２１３、及び絶縁層２１５に用いることができる無機絶縁膜を用いることができる。
【0319】
光電変換素子３０及び発光素子１３０を覆う保護層１９５を設けることで、光電変換素子３０及び発光素子１３０に水等の不純物が入り込むことを抑制し、光電変換素子３０及び発光素子１３０の信頼性を高めることができる。
【0320】
半導体装置１００Ｂの端部近傍の領域２２８において、絶縁層２１４の開口を介して、絶縁層２１５と保護層１９５とが互いに接することが好ましい。特に、絶縁層２１５が有する無機絶縁膜と保護層１９５が有する無機絶縁膜とが互いに接することが好ましい。これにより、有機絶縁膜を介して外部から半導体装置１００Ｂに不純物が入り込むことを抑制することができる。したがって、半導体装置１００Ｂの信頼性を高めることができる。
【0321】
保護層１９５は、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造であってもよい。このとき、有機絶縁膜の端部よりも無機絶縁膜の端部を外側に延在させることが好ましい。
【0322】
［半導体装置１００Ｃ］
図２２Ａに、半導体装置１００Ｃの断面図を示す。
図２２Ａに、半導体装置１００Ｃの断面図を示す。
【0323】
半導体装置１００Ｃは、トランジスタの構造が、半導体装置１００Ｂと異なる。
【0324】
半導体装置１００Ｃは、基板１５３上に、トランジスタ２０８、トランジスタ２０９、及びトランジスタ２１０を有する。
【0325】
トランジスタ２０８、トランジスタ２０９、及びトランジスタ２１０は、ゲートとして機能する導電層２２１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１１、チャネル形成領域２３１ｉ及び一対の低抵抗領域２３１ｎを有する半導体層、一対の低抵抗領域２３１ｎの一方と接続する導電層２２２ａ、一対の低抵抗領域２３１ｎの他方と接続する導電層２２２ｂ、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２２５、ゲートとして機能する導電層２２３、並びに、導電層２２３を覆う絶縁層２１５を有する。絶縁層２１１は、導電層２２１とチャネル形成領域２３１ｉとの間に位置する。絶縁層２２５は、導電層２２３とチャネル形成領域２３１ｉとの間に位置する。
【0326】
導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、それぞれ、絶縁層２２５及び絶縁層２１５に設けられた開口を介して低抵抗領域２３１ｎと接続される。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂのうち、一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。
【0327】
発光素子１３０の画素電極１９１は、導電層２２２ｂを介してトランジスタ２０８の一対の低抵抗領域２３１ｎの一方と電気的に接続される。
【0328】
光電変換素子３０の画素電極１７１は、導電層２２２ｂを介してトランジスタ２０９の一対の低抵抗領域２３１ｎの他方と電気的に接続される。
【0329】
図２２Ａでは、絶縁層２２５が半導体層の上面及び側面を覆う例を示す。一方、図２２Ｂでは、絶縁層２２５は、半導体層２３１のチャネル形成領域２３１ｉと重なり、低抵抗領域２３１ｎとは重ならない。例えば、導電層２２３をマスクとして絶縁層２２５を加工することで、図２２Ｂに示す構造を作製できる。図２２Ｂでは、絶縁層２２５及び導電層２２３を覆って絶縁層２１５が設けられ、絶縁層２１５の開口を介して、導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂがそれぞれ低抵抗領域２３１ｎと接続される。さらに、トランジスタを覆う絶縁層２１８を設けてもよい。
【0330】
［金属酸化物］
以下では、半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
以下では、半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
【0331】
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。例えば、亜鉛酸窒化物（ＺｎＯＮ）等の窒素を有する金属酸化物を、半導体層に用いてもよい。
【0332】
半導体層には、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性又は実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【0333】
特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。金属酸化物中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。
【0334】
酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
【0335】
よって、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素等の不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【0336】
また、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ－３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ－３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０－９ｃｍ－３とすることができる。
【0337】
本明細書等において、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、及びＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と記載する場合がある。ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表し、ＣＡＣは機能又は材料の構成の一例を表す。
【0338】
例えば、半導体層にはＣＡＣ－ＯＳを用いることができる。
【0339】
ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタの半導体層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（又はホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
【0340】
また、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
【0341】
また、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
【0342】
また、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタの導通状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
【0343】
すなわち、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、又は金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
【0344】
酸化物半導体（金属酸化物）は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、ＣＡＡＣ－ＯＳ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、及び非晶質酸化物半導体等がある。
【0345】
ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ－ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
【0346】
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形及び七角形等の格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ－ＯＳが、ａ－ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化すること等によって、歪みを許容することができるためである。
【0347】
また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、インジウム、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。
【0348】
ＣＡＡＣ－ＯＳは結晶性の高い金属酸化物である。一方、ＣＡＡＣ－ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成等によって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ－ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損（ＶＯ：ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙともいう。）等）の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
【0349】
ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ－ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【0350】
なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、インジウム－ガリウム－亜鉛酸化物（以下、ＩＧＺＯ）は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、ＩＧＺＯは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶（ここでは、数ｍｍの結晶、又は数ｃｍの結晶）よりも小さな結晶（例えば、上述のナノ結晶）とする方が、構造的に安定となる場合がある。
【0351】
ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆又は低密度領域を有する。すなわち、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、結晶性が低い。
【0352】
酸化物半導体（金属酸化物）は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
【0353】
半導体層として機能する金属酸化物膜は、不活性ガス及び酸素ガスのいずれか一方又は双方を用いて成膜することができる。なお、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比（酸素分圧）に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比（酸素分圧）は、０％以上３０％以下が好ましく、５％以上３０％以下がより好ましく、７％以上１５％以下がさらに好ましい。
【0354】
金属酸化物は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上であることが好ましく、２．５ｅＶ以上であることがより好ましく、３ｅＶ以上であることがさらに好ましい。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【0355】
金属酸化物膜の成膜時の基板温度は、３５０℃以下が好ましく、室温以上２００℃以下がより好ましく、室温以上１３０℃以下がさらに好ましい。金属酸化物膜の成膜時の基板温度が室温であると、生産性を高めることができ、好ましい。
【0356】
金属酸化物膜は、スパッタリング法により形成することができる。そのほか、例えばＰＬＤ法、ＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、真空蒸着法等を用いてもよい。
【0357】
受光素子は、活性層以外の少なくとも一層を、発光素子（ＥＬ素子）と共通の構成にすることができる。さらには、受光素子は、活性層以外の全ての層を、発光素子（ＥＬ素子）と共通の構成にすることもできる。例えば、発光素子の作製工程に、活性層を成膜する工程を追加するのみで、発光素子と受光素子とを同一基板上に形成することができる。また、受光素子と発光素子は、画素電極と共通電極とを、それぞれ、同一の材料及び同一の工程で形成することができる。また、受光素子と電気的に接続される回路と、発光素子と電気的に接続される回路と、を、同一の材料及び同一の工程で作製することで、半導体装置の作製工程を簡略化できる。このように、複雑な工程を有さなくとも、受光素子を内蔵し、利便性の高い半導体装置を作製することができる。
【0358】
また、本実施の形態の半導体装置は、受光素子と発光素子との間に、有色層を有する。当該有色層は、受光素子と発光素子とを電気的に絶縁する隔壁が兼ねていてもよい。有色層は、半導体装置内の迷光を吸収することができるため、受光素子を用いたセンサの感度を高めることができる。
【0359】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0360】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について説明する。
【0361】
本実施の形態の電子機器は、本発明の一態様の半導体装置を有する。例えば、電子機器の表示部に、本発明の一態様の半導体装置を適用することができる。本発明の一態様の半導体装置は、光を検出する機能を有するため、接触、非接触を問わず入力動作を行うことができる。また、表示部の撮像機能を利用して生体認証を行うことができる。これにより、電子機器の機能性や利便性等を高めることができる。
【0362】
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用等のモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機等の大型ゲーム機等の比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、等が挙げられる。
【0363】
本実施の形態の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
【0364】
本実施の形態の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像等）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻等を表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出す機能等を有することができる。
【0365】
図２３Ａに示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
【0366】
電子機器６５００は、筐体６５０１、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有する。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
【0367】
表示部６５０２に、本発明の一態様の半導体装置を適用することができる。
【0368】
図２３Ｂは、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
【0369】
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッチセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリ６５１８等が配置されている。
【0370】
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネル６５１３が接着層（図示しない）により固定されている。なお、表示パネル６５１１には本発明の一態様の半導体装置を適用することができ、当該表示装置のセンサ機能のみを用いる場合は、タッチセンサパネル６５１３を省いてもよい。
【0371】
表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されており、当該折り返された部分にＦＰＣ６５１５が接続される。ＦＰＣ６５１５には、ＩＣ６５１６が実装されている。ＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端子に接続される。
【0372】
表示パネル６５１１には本発明の一態様の可撓性を有する表示装置を適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ６５１８を搭載することもできる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
【0373】
図２４Ａにテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
【0374】
表示部７０００に、本発明の一態様の半導体装置を適用することができる。
【0375】
図２４Ａに示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。又は、表示部７０００に備えたタッチセンサ又はニアタッチセンサを機能させ、指等を表示部７０００に触れる、又は近づけることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キー又はタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
【0376】
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及びモデム等を備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、又は受信者間同士等）の情報通信を行うことも可能である。
【0377】
図２４Ｂに、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
【0378】
表示部７０００に、本発明の一態様の半導体装置を適用することができる。
【0379】
【0380】
図２４Ｃに示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
【0381】
図２４Ｄは円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
【0382】
【0383】
表示部７０００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
【0384】
表示部７０００に備えられたタッチセンサ、ニアタッチセンサを機能させることで、表示部７０００に画像又は動画を表示するだけでなく、ユーザーの直感的な操作が可能となる。また、路線情報もしくは交通情報等の情報を取得するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
【0385】
また、図２４Ｃ及び図２４Ｄに示すように、デジタルサイネージ７３００又はデジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１又は情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１又は情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１又は情報端末機７４１１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
【0386】
また、デジタルサイネージ７３００又はデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１又は情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
【0387】
図２５Ａ乃至図２５Ｆに示す電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９００８、等を有する。
【0388】
図２５Ａ乃至図２５Ｆに示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像等）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻等を表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、記録媒体（外部又はカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
【0389】
図２５Ａ乃至図２５Ｆに示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。図２５Ａ乃至図２５Ｆに示す電子機器に本発明の一態様の半導体装置を用いることで、非接触でも入力動作が可能となる。また、表示部の撮像機能を利用して生体認証を行うことができる。これにより、電子機器の機能性や利便性等を高めることができる。
【0390】
図２５Ａは、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を設けてもよい。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。図２５Ａでは３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することもできる。情報９０５１の一例としては、電子メール、ＳＮＳ、電話等の着信の通知、電子メールやＳＮＳ等の題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度等がある。又は、情報９０５１が表示されている位置にはアイコン９０５０等を表示してもよい。
【0391】
図２５Ｂは、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えばユーザーは、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。ユーザーは、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
【0392】
図２５Ｃは、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、例えばスマートウォッチとして用いることができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
【0393】
図２５Ｄ乃至図２５Ｆは、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図２５Ｄは携帯情報端末９２０１を展開した状態、図２５Ｆは折り畳んだ状態、図２５Ｅは図２５Ｄと図２５Ｆの一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。例えば、表示部９００１は、曲率半径０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【0394】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0395】
１０：撮像装置、１０Ａ：撮像装置、１１：画素、１２：画素部、１３：ゲートドライバ回路、１３Ａ：ゲートドライバ回路、１３Ｂ：ゲートドライバ回路、１３Ｃ：ゲートドライバ回路、１４：回路、１５：Ａ／Ｄ変換回路、１６：配線、１６Ａ：配線、１６Ｂ：配線、１６Ｃ：配線、１７：配線、１７Ａ：配線、１７Ｂ：配線、１７Ｃ：配線、１８：配線、１９：配線、２１：負荷回路、２２：ＣＤＳ回路、２３：信号出力回路、２４：シフトレジスタ回路、２５：配線、２６：配線、２７：配線、２８：配線、３０：光電変換素子、３１：トランジスタ、３２：トランジスタ、３３：トランジスタ、３４：トランジスタ、３５：容量、３６：トランジスタ、３７：トランジスタ、３８：容量、４０：配線、４１：配線、４２：配線、４４：配線、４５：配線、４６：配線、４７：配線、５２：電流、５２ａ：電流、５２ｂ：電流、５４：電流、６１ａ：容量、６１ｂ：容量、６２：トランジスタ、６３：トランジスタ、６４：トランジスタ、６５：トランジスタ、６６：トランジスタ、７１：配線、７２：配線、７３：配線、７４：配線、７５：配線、７６：配線、７７：配線、８１：期間、８２：期間、８３：期間、８４：期間、８５ａ：期間、８５ｂ：期間、８６ａ：期間、８６ｂ：期間、９０：半導体装置、９０Ａ：半導体装置、９１：基板、９２：基板、９３：発光装置、９４：光、９５：光、９７：指、９９：指紋、１００Ａ：半導体装置、１００Ｂ：半導体装置、１００Ｃ：半導体装置、１０１：トランジスタ、１０２：トランジスタ、１０３：トランジスタ、１０４：トランジスタ、１０５：トランジスタ、１０６：トランジスタ、１０７：トランジスタ、１０８：トランジスタ、１０９：トランジスタ、１１１：容量、１１２：容量、１２０：トランジスタ、１２３ａ：光、１２３ｂ：反射光、１２３ｃ：光、１２３ｄ：反射光、１３０：発光素子、１３１：トランジスタ、１４２：接着層、１４３：空間、１５０：接着層、１５１：基板、１５２：基板、１５３：基板、１５４：基板、１５５：接着層、１６４：回路、１７１：画素電極、１７２：共通層、１７３：活性層、１７４：共通層、１７５：共通電極、１８２：バッファ層、１８４：バッファ層、１９１：画素電極、１９２：バッファ層、１９３：発光層、１９４：バッファ層、１９５：保護層、２０１：トランジスタ、２０５：トランジスタ、２０６：トランジスタ、２０８：トランジスタ、２０９：トランジスタ、２１０：トランジスタ、２１１：絶縁層、２１２：絶縁層、２１３：絶縁層、２１４：絶縁層、２１５：絶縁層、２１６：隔壁、２１７：隔壁、２１８：絶縁層、２２１：導電層、２２２ａ：導電層、２２２ｂ：導電層、２２３：導電層、２２５：絶縁層、２２８：領域、２３１：半導体層、２３１ｉ：チャネル形成領域、２３１ｎ：低抵抗領域、８０２ａ：筐体、８０２ｂ：筐体、８０２ｃ：筐体、８０３ａ：ヒンジ、８０３ｂ：ヒンジ、９００Ａ：半導体装置、９００Ｂ：半導体装置、９００Ｃ：半導体装置、９００Ｄ：半導体装置、９００Ｅ：半導体装置、９００Ｆ：半導体装置、６５００：電子機器、６５０１：筐体、６５０２：表示部、６５０３：電源ボタン、６５０４：ボタン、６５０５：スピーカ、６５０６：マイク、６５０７：カメラ、６５０８：光源、６５１０：保護部材、６５１１：表示パネル、６５１２：光学部材、６５１３：タッチセンサパネル、６５１５：ＦＰＣ、６５１６：ＩＣ、６５１７：プリント基板、６５１８：バッテリ、７０００：表示部、７１００：テレビジョン装置、７１０１：筐体、７１０３：スタンド、７１１１：リモコン操作機、７２００：ノート型パーソナルコンピュータ、７２１１：筐体、７２１２：キーボード、７２１３：ポインティングデバイス、７２１４：外部接続ポート、７３００：デジタルサイネージ、７３０１：筐体、７３０３：スピーカ、７３１１：情報端末機、７４００：デジタルサイネージ、７４０１：柱、７４１１：情報端末機、９０００：筐体、９００１：表示部、９００３：スピーカ、９００５：操作キー、９００６：接続端子、９００７：センサ、９００８：マイクロフォン、９０５０：アイコン、９０５１：情報、９０５２：情報、９０５３：情報、９０５４：情報、９０５５：ヒンジ、９１０１：携帯情報端末、９１０２：携帯情報端末、９２００：携帯情報端末、９２０１：携帯情報端末
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B1】
【図9B2】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図20】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図24D】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図25D】
【図25E】
【図25F】