摄像装置及其驱动方法与流程

1.本发明的一个方式涉及一种摄像装置及其驱动方法。
2.注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本说明书等所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置(例如，触摸传感器等)、输入输出装置(例如，触摸面板等)、这些装置的驱动方法或这些装置的制造方法。半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。


背景技术：

3.现有的摄像装置被用于拍摄照片或视频，近年来除了这些用途，还被用于面部识别、指纹识别及静脉识别等生物识别，或者还被用于触摸传感器或动作传感器等输入设备等，其用途越来越多。在专利文献1中公开了可以进行指纹识别的智能手机等电子设备。
4.[先行技术文献]
[0005]
[专利文献]
[0006]
[专利文献1]日本专利申请公开第2019-79415号公报


技术实现要素：

[0007]
发明所要解决的技术问题
[0008]
例如，在设有摄像装置的电子设备具有作为触摸传感器或非触摸传感器的功能以及指纹识别等生物识别功能的情况下，当被用作触摸传感器或非触摸传感器时，为了高精度地检测手指等检测对象的运动，优选以高帧频率进行摄像。另一方面，在进行生物识别时，为了提高识别的精度，优选高精度地进行摄像。
[0009]
本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够以高帧频率进行摄像的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行高精度摄像的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行高精度生物识别的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够高精度地检测出检测对象的位置的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的摄像装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种设有上述摄影装置的半导体装置。
[0010]
本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够以高帧频率进行摄像的摄像装置的驱动方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行高精度摄像的摄像装置的驱动方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行高精度生物识别的摄像装置的驱动方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够高精度地检测出检测对象的位置的摄像装置的驱动方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的摄像装置的驱动方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的摄像装置的驱动方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种以上述方法
驱动的设有摄影装置的半导体装置。
[0011]
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。此外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载衍生出上述以外的目的。
[0012]
解决技术问题的手段
[0013]
本发明的一个方式是一种摄像装置，包括像素及cds电路，cds电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容器及第二电容器，像素通过布线与第一晶体管的源极和漏极中的一个以及第一电容器的一个电极电连接，第一晶体管的源极和漏极中的另一个与第二电容器的一个电极电连接，第二晶体管的源极和漏极中的一个与第三晶体管的栅极、第一电容器的另一个电极及第二电容器的另一个电极电连接。
[0014]
另外，在上述方式中，像素包括将写入像素的摄像数据作为第一信号输出到布线的第一期间及将写入像素的摄像数据复位并将第二信号输出到布线的第二期间，cds电路也可以具有在第一期间使第二晶体管成为导通状态的功能以及在第二期间使第二晶体管成为非导通状态的功能。
[0015]
另外，在上述方式中，第一晶体管及第二晶体管可以在沟道形成区域中包含金属氧化物，金属氧化物可以包含in、zn及m(m为al、ti、ga、sn、y、zr、la、ce、nd或hf)。
[0016]
另外，本发明的一个方式是一种包括像素及电流镜电路的摄像装置的驱动方法，其中像素及电流镜电路与布线电连接，电流镜电路包括第一晶体管及第二晶体管，第一晶体管的源极和漏极中的一个与布线电连接。在摄像装置的驱动方法中，在第一期间将写入像素的摄像数据作为第一信号输出到布线，在第二期间将写入像素的摄像数据复位并从像素向布线输出第二信号，在第一期间对第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极及第二晶体管的源极和漏极中的一个供应第一电位，对第二晶体管的源极和漏极中的另一个供应电源电位，在第二期间对第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极及第二晶体管的源极和漏极中的一个供应第二电位，对第二晶体管的源极和漏极中的另一个供应电源电位，第二电位与电源电位之差比第一电位与电源电位之差大。
[0017]
另外，在根据上述方式所述的摄像装置的驱动方法中，摄像装置包括cds电路，cds电路包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第一电容器及第二电容器，布线与第三晶体管的源极和漏极中的一个及第一电容器的一个电极电连接，第三晶体管的源极和漏极中的另一个与第二电容器的一个电极电连接，第四晶体管的源极和漏极中的一个与第五晶体管的栅极、第一电容器的另一个电极及第二电容器的另一个电极电连接，在第一期间可以使第四晶体管成为导通状态，在第二期间可以使第四晶体管成为非导通状态。
[0018]
另外，在上述方式中，第三晶体管及第四晶体管可以在沟道形成区域中包含金属氧化物，金属氧化物可以包含in、zn及m(m为al、ti、ga、sn、y、zr、la、ce、nd或hf)。
[0019]
发明效果
[0020]
根据本发明的一个方式，可以提供一种能够以高帧频率进行摄像的摄像装置。另外，可以提供一种能够进行高精度摄像的摄像装置。另外，可以提供一种能够进行高精度生物识别的摄像装置。另外，可以提供一种能够高精度地检测出检测对象的位置的摄像装置。另外，可以提供一种可靠性高的摄像装置。另外，可以提供一种新颖的摄像装置。此外，可以提供一种设有上述摄影装置的半导体装置。
[0021]
根据本发明的一个方式，可以提供一种能够以高帧频率进行摄像的摄像装置的驱动方法。另外，可以提供一种能够进行高精度摄像的摄像装置的驱动方法。另外，可以提供一种能够进行高精度的生物识别的摄像装置的驱动方法。另外，可以提供一种能够高精度地检测出检测对象的位置的摄像装置的驱动方法。另外，可以提供一种可靠性高的摄像装置的驱动方法。另外，可以提供一种新颖的摄像装置的驱动方法。此外，可以提供一种以上述方法驱动的设有摄影装置的半导体装置。
[0022]
注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。此外，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。此外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载衍生出上述以外的效果。
附图说明
[0023]
图1a及图1b是示出摄像装置的结构例子的方框图。
[0024]
图2是示出摄像装置的结构例子的电路图。
[0025]
图3是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的时序图。
[0026]
图4是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的电路图。
[0027]
图5是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的电路图。
[0028]
图6是示出摄像装置的结构例子的电路图。
[0029]
图7是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的时序图。
[0030]
图8a及图8b是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的电路图。
[0031]
图9a、图9b1及图9b2是示出半导体装置的结构例子的示意图。
[0032]
图10是示出摄像装置的结构例子的方框图。
[0033]
图11a及图11b是示出摄像装置的结构例子的电路图。
[0034]
图12a是示出摄像装置的结构例子的方框图。图12b是示出摄像装置的结构例子的电路图。
[0035]
图13是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的时序图。
[0036]
图14a及图14b是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的电路图。
[0037]
图15是示出摄像装置的驱动方法的一个例子的电路图。
[0038]
图16a及图16b是示出半导体装置的结构例子的图。
[0039]
图17是示出摄像装置的结构例子的方框图。
[0040]
图18a至图18c是示出半导体装置的结构例子的截面图。
[0041]
图19a至图19c是示出半导体装置的结构例子的截面图。
[0042]
图20是示出半导体装置的结构例子的截面图。
[0043]
图21是示出半导体装置的结构例子的截面图。
[0044]
图22a及图22b是示出半导体装置的结构例子的截面图。
[0045]
图23a及图23b是示出电子设备的一个例子的图。
[0046]
图24a至图24d是示出电子设备的一个例子的图。
[0047]
图25a至图25f是示出电子设备的一个例子的图。
具体实施方式
[0048]
参照附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于以下说明，而所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在下面说明的发明结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反复说明。
[0049]
另外，为了便于理解，有时在附图等中示出的各构成要素的位置、大小、范围等并不表示其实际的位置、大小、范围等。因此，所公开的发明不一定局限于附图等所公开的位置、大小、范围等。例如，在实际的制造工序中，有时由于蚀刻等处理而抗蚀剂掩模等非意图性地被减薄，但是为了便于理解有时省略图示。
[0050]
另外，在本说明书等中，“电极”或“布线”不在功能上限定其构成要素。例如，有时将“电极”用作“布线”的一部分，反之亦然。再者，“电极”或“布线”还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。
[0051]
此外，在本说明书等中，“电阻器”的电阻值有时取决于布线的长度。另外，电阻值有时通过连接到具有与用于布线的导电体不同的电阻率的导电体而决定另外，电阻值有时通过对半导体掺杂杂质而决定。
[0052]
另外，在本说明书等中，电子电路中的“端子”是指进行电流的输入或输出、电压的输入或输出或者信号的接收或发送的部分。另外，在本说明书等中，电子电路中的“端子”是指进行电流的输入或输出、电压的输入或输出或者信号的接收或发送的部分。
[0053]
另外，在本说明书等中，电子电路中的“端子”是指进行电流的输入或输出、电压的输入或输出或者信号的接收或发送的部分。例如，如果是“绝缘层a上的电极b”的表述，则不一定必须在绝缘层a上直接接触地形成有电极b，也可以包括在绝缘层a与电极b之间包括其他构成要素的情况。另外，如果是“导电层c上方的导电层d”的表述，则不一定必须导电层c上直接接触地形成有导电层d，也可以包括在导电层c与导电层d之间包括其他构成要素的情况。另外，“上方”或“下方”也可以包括配置在倾斜方向上的情况。
[0054]
另外，由于“源极”及“漏极”的功能例如在采用不同极性的晶体管时或在电路驱动中电流的方向变化时等，根据驱动条件等而相互调换，因此很难限定哪个是“源极”哪个是“漏极”。因此，在本说明书中，可以将“源极”和“漏极”互相调换地使用。
[0055]
在本说明书等中，“电连接”包括直接连接的情况或通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。这里，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。因此，即便记载为“电连接”，在实际电路中有时存在没有物理连接的部分而只是布线延伸的情况。此外，即便记载为“直接连接”，也包括通过触点以不同导电层形成布线的情况。因此，作为布线，不同导电层有时包含一个以上的同一元素或者有时包含不同元素。
[0056]
另外，在本说明书等中，除非特别叙述，关于计数值或计量值提到“同一”、“相同”、“相等”或“均匀”等的情况下，包括
±
20％的变动作为误差。
[0057]
另外，电压多指某个电位与基准电位(例如，接地电位或源电位)之间的电位差。因此，有时也可以互换“电压”与“电位”的称谓。在本说明书等中，除非特别叙述，电压和电位
是可以互换的。
[0058]
注意，例如在导电性充分低时，有时即便在记载为“半导体”时也具有“绝缘体”的特性。因此，也可以使用“绝缘体”代替“半导体”。此时，“半导体”和“绝缘体”的境界模糊，因此难以精确地区别。由此，有时可以将本说明书所记载的“半导体”换称为“绝缘体”。
[0059]
另外，例如在导电性充分高时，有时即便在记载为“半导体”时也具有“导电体”的特性。因此，也可以使用“导电体”代替“半导体”。此时，“半导体”和“导电体”的境界模糊，因此难以精确地区别。由此，有时可以将本说明书所记载的“半导体”换称为“导电体”。
[0060]
注意，本说明书等中的“第一”及“第二”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加的，其并不表示工序顺序或者层叠顺序等某种顺序或次序。注意，关于本说明书等中不附加有序数词的术语，为了避免构成要素的混淆，在权利要求书中有时对该术语附加序数词。注意，关于本说明书等中附加有序数词的术语，在权利要求书中有时对该术语附加不同的序数词。注意，关于本说明书等中附加有序数词的术语，在权利要求书等中有时省略其序数词。
[0061]
注意，在本说明书等中，晶体管的“导通状态”是指晶体管的源极和漏极电短路的状态。另外，晶体管的“非导通状态”是指晶体管的源极和漏极电断开的状态。例如，导通状态的晶体管可以在线性区域中驱动。
[0062]
另外，在本说明书等中，“通态电流(on-state current)”有时是指在晶体管处于导通状态时流过源极与漏极之间的电流。此外，“关态电流(off-state current)”有时是指在晶体管处于非导通状态时流过源极和漏极之间的电流。
[0063]
另外，在本说明书等中，栅极是指栅电极及栅极布线的一部分或全部。栅极布线是指用来电连接至少一个晶体管的栅电极与其他电极或其他布线的布线。
[0064]
另外，在本说明书等中，源极是指源区域、源电极及源极布线的一部分或全部。源区域是指半导体层中的电阻率为一定值以下的区域。源电极是指导电层中的连接到源区域的部分。源极布线是指用来电连接至少一个晶体管的源电极与其他电极或其他布线的布线。
[0065]
另外，在本说明书等中，漏极是指漏区域、漏电极及漏极布线的一部分或全部。漏区域是指半导体层中的电阻率为一定值以下的区域。漏电极是指导电层中的连接到漏区域的部分。漏极布线是指用来电连接至少一个晶体管的漏电极与其他电极或其他布线的布线。
[0066]
(实施方式1)
[0067]
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的摄像装置。
[0068]
本发明的一个方式的摄像装置包括像素部，该像素部中m行n列(m及n为1以上的整数)的像素排列为矩阵状。读出线电连接到像素。写入像素的摄像数据通过从读出线作为摄像信号输出而被读出。同一列的像素可以与同一读出线电连接。就是说，可以在本发明的一个方式的摄像装置中设置n个读出线。
[0069]
另外，本发明的一个方式的摄像装置包括电流镜电路及cds(correlated double sampling：相关双采样)电路。除了像素以外，读出线还与电流镜电路及cds电路电连接。可以在每列像素设置电流镜电路及cds电路。也就是说，可以设置n个电流镜电路及n个cds电路。
[0070]
电流镜电路包括第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管的源极和漏极中的一个与读出线电连接。另外，第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极及第二晶体管的源极和漏极中的一个与一个端子电连接。再者，第一晶体管的源极和漏极中的另一个及第二晶体管的源极和漏极中的另一个被供应第一电源电位。
[0071]
电流镜电路被用作负载。通过控制上述端子的电位，可以控制流过电流镜电路的电流的大小。也就是说，可以控制负载的大小。因此，可以将上述端子称为负载控制信号输入端子。
[0072]
cds电路包括第一电容器。读出线与第一电容器的一个电极电连接。
[0073]
本发明的一个方式的摄像装置在写入期间将摄像数据写入到像素，在读出期间读出写入到像素的摄像数据。在读出期间，在第一期间将写入到像素的摄像数据作为摄像信号输出到读出线后，在第二期间将写入到上述像素的摄像数据复位，将所复位的摄像数据作为基准信号输出到读出线。
[0074]
在本发明的一个方式中，供应到设置在电流镜电路的负载控制信号输入端子的电位在第一期间和第二期间不同。在第一期间，将供应到负载控制信号输入端子的电位的值设为与供应到第二晶体管的源极和漏极中的另一个的第一电源电位接近的值。由此，可以减少从像素流过读出布线的电流中的流过电流镜电路的电流的大小而使大部分电流流过cds电路。因此，可以快速地将电荷储存到设在cds电路中的第一电容器中。
[0075]
另一方面，在第二期间，增大供应到负载控制信号输入端子的电位的值与供应到第二晶体管的源极和漏极中的另一个的第一电源电位的值的差。由此，流过cds电路与第一晶体管之间的电流增大，可以快速释放储存在第一电容器的电荷。
[0076]
如上所述，在本发明的一个方式中，可以高速进行cds电路中的第一电容器的充放电。由此，可以高速进行读出工作，从而可以高速驱动本发明的一个方式的摄像装置。如上所述，本发明的一个方式的摄像装置可以以高帧频进行摄像。
[0077]
在此，除了第一电容器以外，cds电路还可以包括第二电容器、第三晶体管、第四晶体管及第五晶体管。在采用该结构的cds电路中，除了第一电容器的一个电极以外，读出线还与第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接。另外，第三晶体管的源极和漏极中的另一个与第二电容器的一个电极电连接。再者，第四晶体管的源极和漏极中的一个与第五晶体管的栅极、第一电容器的另一个电极以及第二电容器的另一个电极电连接。此外，可以对第四晶体管的源极和漏极中的另一个供应第二电源电位。
[0078]
在cds电路中，在像素将摄像信号输出到读出线的第一期间，使第四晶体管成为导通状态。因此，无论摄像信号的电位如何，都可以将与第四晶体管的源极和漏极中的一个、第五晶体管的栅极、第一电容器的另一个电极及第二电容器的另一个电极电连接的节点的电位设为第二电源电位。也就是说，可以将第一期间称为将上述节点的电位复位为第二电源电位的期间。因此，可以将第一期间称为cds复位期间。
[0079]
此外，在像素将基准信号输出到读出线的第二期间，使第四晶体管成为非导通状态。由此，上述节点的电位根据摄像信号的电位与基准信号的电位之差而变动，变动量等于该电位差。也就是说，上述节点的电位成为与摄像信号的电位对应的电位。由此，从第五晶体管的源极和漏极中的一个向cds电路的外部输出对应于摄像信号的信号。因此，可以将第二期间称为cds输出期间。
[0080]
在此，在上述节点产生寄生电容。例如，由第五晶体管的栅极和第五晶体管的源极产生寄生电容。另外，由第五晶体管的栅极和第五晶体管的漏极产生寄生电容。由于寄生电容，第二期间的上述节点的电位的变动幅度比摄像信号的电位与基准信号的电位之差小。如上所述，上述节点的电位的值成为受寄生电容影响的值，因此cds电路输出的信号的s/n比降低。
[0081]
在此，在第一期间，当使第三晶体管成为导通状态时，可以对第一电容器和第二电容器两者储存对应于摄像信号的电荷。由此，可以相对地减小在上述节点产生的寄生电容的影响。因此，可以提高cds电路输出的信号的s/n比。由此，本发明的一个方式的摄像装置可以进行高精度的摄像。
[0082]
另一方面，当在第一期间使第三晶体管成为非导通状态时，只对第一电容器储存对应于摄像信号的电荷即可。由此，对cds电路中的电容器储存或释放电荷所需的时间变短，所以可以缩短第一及第二期间。因此可以高速进行读出工作，从而可以高速驱动本发明的一个方式的摄像装置。如上所述，本发明的一个方式的摄像装置可以以高帧频进行摄像。
[0083]
如上所述，在本发明的一个方式中，可以根据所需的摄像精度及帧频改变cds电路的驱动模式。在此，将在第一期间使第三晶体管成为导通状态的驱动模式设为第一模式，将在第一期间使第三晶体管成为非导通状态的驱动模式设为第二模式。可以在需要高精度摄像的情况下以第一模式驱动cds电路，而在需要高帧频摄像的情况下以第二模式驱动cds电路。
[0084]
在此，本发明的一个方式的摄像装置可以具有例如进行指纹识别等生物识别的功能。另外，本发明的一个方式的摄像装置可以具有例如检测接触摄像装置或虽然没有接触但靠近摄像装置的手指等检测对象的位置的功能。也就是说，可以被用作触摸传感器或非触摸传感器。在此，非触摸传感器是指具有检测靠近的物体的功能的传感器。例如，当摄像装置所包括的像素中设有非触摸传感器时，非触摸传感器是指具有检测靠近该像素的物体的功能的传感器。也就是说，即使物体没有接触，非触摸传感器也可以检测该物体。
[0085]
在进行生物识别时，为了提高识别精度优选高精度地进行摄像。因此，例如在本发明的一个方式的摄像装置进行生物识别时，优秀以第一模式驱动cds电路。另一方面，在检测接触像素部或靠近像素部的手指等检测对象物的位置(检测触摸工作或非接触工作)时，优选以高帧频进行摄像，从而高精度地检测出检测对象的动作。因此，例如在本发明的一个方式的摄像装置检测触摸工作或非接触工作时，优选以第二模式驱动cds电路。如上所述，本发明的一个方式的摄像装置可以具有高精度地进行生物识别等的功能以及高精度地检测出检测对象的动作的功能。
[0086]
《摄像装置的结构例子》
[0087]
图1a是示出摄像装置10的结构例子的方框图。摄像装置10包括以矩阵状排列m行n列(m及n为1以上的整数)的像素11的像素部12、栅极驱动器电路13、读出电路14及a/d(analog to digital：从模拟至数字)转换电路15。
[0088]
在本说明书等中，在多个要素使用同一符号并且需要区分它们时，有时对符号附加“[1]”、“[m]”、“[1，1]”、“[m，n]”、“《1》”、“《p》”、“(1)”、“(n/p)”等用于识别的符号。例如，以像素11[1，1]表示第一行第一列的像素11，并以像素11[m，n]表示第m行第n列的像素11。
[0089]
栅极驱动器电路13通过布线16与像素11电连接。此外，栅极驱动器电路13通过布
线17与像素11电连接。读出电路14通过布线18与像素11电连接。此外，读出电路14通过布线19与a/d转换电路15电连接。
[0090]
在图1a中，同一行的像素11与同一布线16及同一布线17电连接，同一列的像素11与同一布线18电连接。在本说明书等中，例如以布线16[1]表示与第一行的像素11电连接的布线16，以布线16[m]表示与第m行的像素11电连接的布线16。另外，例如以布线17[1]表示与第一行的像素11电连接的布线17，以布线17[m]表示与第m行的像素11电连接的布线17。另外，例如以布线18[1]表示与第一列的像素11电连接的布线18，以布线18[n]表示与第n列的像素11电连接的布线18。
[0091]
此外，将在后面说明详细内容，读出电路14及a/d转换电路15通过n/p个(p为1以上的整数)布线19电连接。也就是说，布线19的个数可以为布线18的个数以下。在图1a中，将布线19(1)至布线19(n/p)统称为布线19(1：n/p)。在其他附图等中也以同样的方式表示。
[0092]
栅极驱动器电路13具有选择读出摄像数据的像素11的功能。具体而言，通过对布线16供应信号，可以选择读出摄像数据的像素11。另外，栅极驱动器电路13具有对布线17供应信号的功能。
[0093]
读出电路14具有控制写入到像素11的摄像数据的读出工作的功能。写入到像素11的摄像拍摄数据作为摄像信号被从布线18输出到读出电路14而被读出。由此，可以将布线18称为读出线。
[0094]
a/d转换电路15具有将从读出电路14输出的对应于摄像信号的模拟信号转换为数字信号的功能。例如，具有输出与输入到a/d转换电路15的模拟信号的电位大小相对应的数字值的数字信号的功能。
[0095]
图1b是示出读出电路14的结构例子的方框图。读出电路14包括负载电路21、cds电路22、信号输出电路23及移位寄存器电路24。
[0096]
负载电路21及cds电路22例如可以设置在像素11的每一列中。也就是说，例如可以设置n个负载电路21及n个cds电路22。
[0097]
如图1b所示，布线18分支为布线25及布线26。布线25与负载电路21电连接，布线26与cds电路22电连接。也就是说，负载电路21通过布线18及布线25与像素11电连接，cds电路22通过布线18及布线26与像素11电连接。另外，cds电路22通过布线27与信号输出电路23电连接。注意，也可以将布线25及布线26与布线18同样地称为读出线。
[0098]
cds电路22的输入端子通过布线26与像素11电连接，cds电路22的输出端子通过布线27与信号输出电路23电连接。因此，可以说cds电路22具有对像素11输出的信号进行处理并将处理过的信号供应到信号输出电路23的功能。将在后面说明该处理的具体内容。
[0099]
在本说明书等中，例如以布线25[1]表示与布线18[1]电连接的布线25，以布线25[n]表示与布线18[n]电连接的布线25。另外，例如以负载电路21[1]表示与布线25[1]电连接的负载电路21，以负载电路21[n]表示与布线25[n]电连接的负载电路21。另外，例如以布线26[1]表示与布线18[1]电连接的布线26，以布线26[n]表示与布线18[n]电连接的布线26。另外，例如以cds电路22[1]表示与布线26[1]电连接的cds电路22，以cds电路22[n]表示与布线26[n]电连接的cds电路22。另外，例如以布线27[1]表示与cds电路22[1]电连接的布线27，以布线27[n]表示与cds电路22[n]电连接的布线27。
[0100]
移位寄存器电路24通过p个布线28与信号输出电路23电连接。在图1b中，将布线28
《1》至布线28《p》统称为布线28《1：p》。在其他附图等中也以同样的方式表示。
[0101]
如上所述，信号输出电路23例如与n个布线27、n个布线28及n/p个布线19电连接。由此，布线27的数量可以为布线28的数量与布线19的数量的乘积。
[0102]
负载电路21被用作电流源。cds电路22具有进行相关双采样的功能。信号输出电路23具有控制从cds电路22输出的信号的向a/d转换电路15输出的功能。具体而言，信号输出电路23具有根据从移位寄存器电路24输出的信号选择从cds电路22向a/d转换电路15输出的信号的功能。将在后面说明负载电路21及cds电路22的结构及功能等详细内容。
[0103]
《像素的结构例子》
[0104]
图2是示出像素11、负载电路21及cds电路22的结构例子的电路图。具体而言，示出像素11[i，j](i为1以上且m-1以下的整数，j为1以上且n以下的整数)、像素11[i 1，j]、负载电路21[j]及cds电路22[j]的结构例子。
[0105]
在图2中，所有晶体管都为n沟道型晶体管，但是通过适当地反转电位的大小关系等，即使一部分或所有晶体管为p沟道型晶体管，也可以适用以下的说明。在其他附图所示的电路结构中也同样。
[0106]
图2所示的结构的像素11包括光电转换元件30、晶体管31、晶体管32、晶体管33、晶体管34及电容器35。注意，在晶体管32的栅极电容足够大时，也可以不设置电容器35。
[0107]
光电转换元件30的一个电极与晶体管31的源极和漏极中的一个电连接。晶体管31的源极和漏极中的另一个与晶体管32的栅极电连接。晶体管32的源极和漏极中的一个与晶体管33的源极和漏极中的一个电连接。晶体管32的栅极与晶体管34的源极和漏极中的一个电连接。晶体管34的源极和漏极中的一个与电容器35的一个电极电连接。注意，将电连接晶体管31的源极和漏极中的另一个、晶体管32的栅极、晶体管34的源极和漏极中的一个及电容器35的一个电极的节点称为节点fd1。在此，将设在像素11[i，j]的节点fd1记作节点fd1[i，j]，将设在像素11[i 1，j]的节点fd1记作节点fd1[i 1，j]。
[0108]
晶体管31的栅极与布线41电连接。晶体管33的栅极与布线16电连接。晶体管34的栅极与布线17电连接。晶体管33的源极和漏极中的另一个与布线18电连接。光电转换元件30的另一个电极与布线40电连接。晶体管32的源极和漏极中的另一个与布线42电连接。晶体管34的源极和漏极中的另一个与布线44电连接。电容器35的另一个电极与布线45电连接。
[0109]
通过控制布线16的电位，可以控制晶体管33的工作。例如，在布线16的电位为高电位时，晶体管33成为导通状态，而在布线16的电位为低电位时，晶体管33成为非导通状态。与此同样，通过控制布线17的电位，可以控制晶体管34的工作，通过控制布线41的电位，可以控制晶体管31的工作。
[0110]
可以对布线40、布线42、布线44及布线45供应电源电位。由此，可以说布线40、布线42、布线44及布线45被用作电源线。例如，可以对布线42供应高电位，对布线45供应低电位。另外，如图2所示，在光电转换元件30的阴极与布线40电连接时，可以将布线40设为高电位而将布线44设为低电位。另一方面，在光电转换元件30的阳极与布线18电连接时，可以将布线40设为低电位而将布线44设为高电位。
[0111]
在本说明书等中，高电位是指高于低电位的电位。注意，在多个布线的电位为高电位的情况下，高电位的具体电位的大小也可以根据各布线而不同。例如，在布线40的电位和
布线42的电位为高电位的情况下，布线40的电位和布线42的电位也可以不同。例如，可以将布线40的电位设为0v，将布线42的电位设为6v。与此同样，在多个布线的电位为低电位的情况下，低电位的具体电位的大小也可以根据各布线而不同。例如，在布线44的电位和布线45的电位为低电位的情况下，布线44的电位和布线45的电位也可以不同。例如，可以将布线44的电位设为-4v，将布线45的电位设为0v。
[0112]
另外，在分别存在多个被看作高电位的电位和被看作低电位的电位时，不一定需要所有高电位都高于所有低电位。在被看作低电位的多个电位中，可以将高于至少一个电位的电位称作高电位。另外，在被看作高电位的多个电位中，可以将低于至少一个电位的电位称作低电位。例如，在上述情况下，布线40的电位和布线45的电位都可以为0v。但是，由于布线40的电位比能够设为布线44的电位的-4v高，所以可以说布线40的电位为高电位。另一方面，由于布线45的电位比能够设为布线42的电位的6v低，所以可以说布线45的电位为低电位。
[0113]
图2所示的结构的负载电路21包括晶体管36及晶体管37。晶体管36的源极和漏极中的一个与布线25电连接。晶体管36的栅极、晶体管37的栅极以及晶体管37的源极和漏极中的一个与端子lc电连接。晶体管36的源极和漏极中的另一个与布线46电连接。晶体管37的源极和漏极中的另一个与布线47电连接。如上所述，可以说由晶体管36和晶体管37构成电流镜电路。因此，可以说负载电路21包括电流镜电路。
[0114]
可以对布线46及布线47供应电源电位。因此，可以说布线46及布线47被用作电源线。布线46的电位及布线47的电位可以比布线42的电位低。由此，可以说布线46的电位及布线47的电位为低电位。
[0115]
注意，布线44的电位、布线46及布线47的电位都可以为低电位，但是布线44的具体电位的值与布线46及布线47的具体电位的值可以不同。例如，布线46及布线47的电位可以低于布线44的电位。例如，在布线44的电位如上述那样为-4v时，布线46及布线47的电位可以为-16v。
[0116]
可以对端子lc输入信号。该信号的电位可以比布线47的电位大。通过控制输入到端子lc的信号的电位，可以控制流过晶体管37的漏极和源极间的电流的大小，因此可以控制流过布线25的电流的大小。也就是说，可以控制负载电路21的负载的大小。由此，可以说输入到端子lc的信号为负载控制信号而端子lc为负载控制信号输入端子。
[0117]
cds电路22包括电容器38。布线26与电容器38的一个电极电连接。
[0118]
《摄像装置的驱动方法的一个例子-1》
[0119]
图3是说明图2所示的结构的像素11[i，j]、像素11[i 1，j]及负载电路21的驱动方法的一个例子的时序图。在此，将布线40及布线42的电位设为高电位，将布线44、布线45、布线46及布线47的电位设为低电位。另外，使布线46与布线47的电位低于布线44的电位。注意，在图3中，“h”表示高电位，“l”表示低电位。在其他附图等中也以同样的方式表示。
[0120]
在图3中，作为像素11[i，j]、像素11[i 1，j]及负载电路21驱动的期间示出期间t1及期间t2。另外，期间t1中包括期间81、期间82、期间83及期间84，期间t2中包括期间85a、期间85b、期间86a及期间86b。
[0121]
首先，说明期间t1的驱动方法的一个例子。在期间81，布线41及布线17的电位为高电位，布线16的电位为低电位。由此，晶体管31及晶体管34成为导通状态而晶体管33成为非
导通状态。由于晶体管34成为导通状态，节点fd1的电位成为作为布线44的电位的低电位。另外，除了晶体管34以外，晶体管31也成为导通状态，因此电连接到光电转换元件30的一个电极以及晶体管31的源极和漏极中的一个的节点的电位成为作为布线44的电位的低电位。由此，电容器35等储存的电荷被复位。因此，可以说期间81为复位期间。
[0122]
在期间82，布线41及布线17的电位为低电位。由此，晶体管31及晶体管34成为非导通状态。当在该状态下对光电转换元件30照射光时，在电连接到光电转换元件30的一个电极及晶体管31的源极和漏极中的一个的节点储存对应于该光的照度的电荷。由此，可以说期间82为曝光期间。
[0123]
在期间83，布线41的电位为高电位。由此，晶体管31成为导通状态。因此，储存在电连接到光电转换元件30的一个电极及晶体管31的源极和漏极中的一个的节点的电荷被传送到节点fd1。由此，节点fd1的电位上升。如上所述，可以说期间83为传送期间。
[0124]
在期间84，布线41的电位为低电位。由此，晶体管31成为非导通状态，保持节点fd1的电位。
[0125]
以上是期间t1的驱动方法的一个例子。在期间t1，摄像数据被写入到像素11。具体而言，节点fd1的电位成为与摄像数据对应的电位。由此，可以说期间t1为写入期间。
[0126]
下面说明期间t2的驱动方法的一个例子。在期间85a，布线16[i]的电位为高电位。另外，端子lc[j]的电位为电位v1。通过将布线16[i]的电位设为高电位，像素11[i，j]中的晶体管33成为导通状态，写入到像素11[i，j]的摄像数据被读出。具体而言，与写入到像素11[i，j]的摄像数据对应的电位的摄像信号被输出到布线18[j]。输出到布线18[j]的摄像信号通过布线26[j]被供应到cds电路22[j]。如上所述，可以说期间85a为摄像信号输出期间。
[0127]
在期间85b，布线17[i]的电位为高电位。另外，端子lc[j]的电位为电位v2。通过将布线17[i]的电位设为高电位，像素11[i，j]中的晶体管34成为导通状态，写入到像素11[i，j]的摄像数据被复位。具体而言，节点fd1[i，j]的电位成为布线44的电位，即低电位。在此，由于像素11[i，j]中的晶体管33成为导通状态，所以布线18[j]及布线26[j]的电位也根据节点fd1[i，j]的电位变化而变化。如上所述，与复位的摄像数据对应的信号，即基准信号被从像素11[i，j]通过布线18[j]供应到cds电路22[j]。因此，可以说期间85b为基准信号输出期间。注意，在期间85b，虽然节点fd1[i，j]的电位成为布线44的电位，即低电位，但是由于布线46的电位比布线44的电位低，所以晶体管32不成为非导通状态。
[0128]
在基准信号输出期间，cds电路22[j]输出对应于摄像信号与基准信号的差的信号。如上所述，通过获取摄像信号与基准信号的差，即通过进行cds工作，cds电路22可以将与摄像数据对应的信号输出到摄像装置10的外部，从而降低摄像信号中的噪声的影响。
[0129]
在此，电位v1及电位v2为比布线47的电位高的电位。由此，电流流过晶体管37的漏极和源极间，所以电流也流过布线25[j]及晶体管36的漏极和源极间，负载电路21可以被用作负载。另外，将在后面说明详细内容的电位v2为高于电位v1的电位。也就是说，在期间85b，端子lc[j]的电位与布线47的电位之差比期间85a中的端子lc[j]的电位与布线47的电位之差大。电位v1例如可以为6v，电位v2例如可以为-14v，布线47的电位例如可以为-16v。
[0130]
在期间86a，布线16[i]及布线17[i]的电位为低电位。由此，像素11[i，j]中的晶体管33及晶体管34成为非导通状态。另外，在期间86a，布线16[i 1]的电位为高电位，将端子
lc[j]的电位设为电位v1。通过将布线16[i 1]的电位设为高电位，像素11[i 1，j]中的晶体管33成为导通状态，写入到像素11[i 1，j]的摄像数据被读出。具体而言，与写入到像素11[i 1，j]的摄像数据对应的电位的摄像信号被输出到布线18[j]。被输出到布线18[j]的摄像信号通过布线26[j]被供应到cds电路22[j]。如上所述，可以说期间86a与期间85a同样是摄像信号输出期间。注意，与期间85b同样，在期间86b晶体管32也不成为非导通状态。
[0131]
在期间86b，布线17[i 1]的电位为高电位。另外，端子lc[j]的电位为电位v2。通过将布线17[i 1]的电位设为高电位，像素11[i 1，j]中的晶体管34成为导通状态，写入到像素11[i 1，j]的摄像数据被复位。具体而言，节点fd1[i 1，j]的电位成为作为布线44的电位的低电位。在此，由于像素11[i 1，j]中的晶体管33成为导通状态，所以布线18[j]及布线26[j]的电位也根据节点fd1[i 1，j]的电位变化而变化。如上所述，cds电路22[j]被供应基准信号。由此，可以说期间86b与期间85b同样是基准信号输出期间。
[0132]
如上所述，电位v2为高于电位v1的电位。因此，在期间86b，端子lc[j]的电位与布线47的电位之差比期间86a中的端子lc[j]的电位与布线47的电位之差大。
[0133]
在期间86b之后，布线16[i 1]的电位及布线17[i 1]的电位为低电位。由此，像素11[i 1，j]中的晶体管33及晶体管34成为非导通状态。
[0134]
以上是期间t2的驱动方法的一个例子。在期间t2，写入到像素11的摄像数据被读出。具体而言，布线18的电位成为对应于写入到像素11的摄像数据的电位。因此，可以说期间t2是读出期间。
[0135]
对像素11[1，1]至像素11[m，n]的摄像数据的写入优选通过全局快门方式进行。在此，全局快门方式是指所有像素同时写入摄像数据的方式。通过利用全局快门方式写入摄像数据可以确保摄像的同时性，因此即使拍摄对象高速移动也可以容易得到畸变小的图像。
[0136]
另一方面，例如从像素11[1，1]至像素11[m，n]的每一行读出摄像数据。因此，在利用全局快门方式写入摄像数据时，产生从摄像数据的写入至读出的期间变长的像素11。因此，优选能够长期间保持储存在节点fd的电荷。
[0137]
为了在节点fd中长期间保持电荷，使与节点fd电连接的晶体管为关态电流低的晶体管即可。作为关态电流低的晶体管，可举出在沟道形成区域中使用金属氧化物的晶体管(以下，os晶体管)。因此，晶体管31及晶体管34优选为os晶体管。
[0138]
os晶体管优选在沟道形成区域中包含金属氧化物。此外，用于os晶体管的金属氧化物优选为包含铟(in)和锌(zn)中的至少一个的氧化物。
[0139]
作为这种氧化物可举出in-m-zn氧化物、in-m氧化物、zn-m氧化物、in-zn氧化物(元素m例如是选自铝(al)、镓(ga)、钇(y)、锡(sn)、硼(b)、硅(si)、钛(ti)、铁(fe)、镍(ni)、锗(ge)、锆(zr)、钼(mo)、镧(la)、铈(ce)、钕(nd)、钒(v)、铍(be)、铪(hf)、钽(ta)和钨(w)中的一种或多种)等。作为in-m-zn氧化物典型地可举出in-ga-zn氧化物、in-sn-zn氧化物、in-ga-sn-zn氧化物等。
[0140]
在os晶体管中，能够将每沟道宽度1μm的关态电流降低到1ya/μm(y；幺科托(yocto)，10-24
)以上且1za/μm(z；仄普托(zepto)，10-21
)以下左右。
[0141]
另外，os晶体管优选使用cac(cloud-aligned composite)-os。关于cac-os的详细内容，将在后面的实施方式中进行说明。
[0142]
作为晶体管31及晶体管34，在关态电流低时可以不使用os晶体管。例如，也可以使用包含带隙大的半导体的晶体管。带隙大的半导体有时是指带隙为2.2ev以上的半导体。例如，可以举出碳化硅、氮化镓、金刚石等。
[0143]
注意，作为晶体管31及晶体管34也可以使用在沟道形成区域中使用硅的晶体管(以下，si晶体管)等。si晶体管的关态电流高于os晶体管。但是，通过例如增加电容器35的电容值，即使晶体管31及晶体管34的通态电流高，也可以利用全局快门方式对像素11[1，1]至像素11[m，n]写入摄像数据。注意，也可以利用卷帘快门方式对像素11[1，1]至像素11[m，n]写入摄像数据。在此情况下，即便晶体管31及晶体管34是关态电流较大的晶体管，也可以不使电容器35的电容值增大。
[0144]
晶体管32及晶体管33既可以为si晶体管又可以为os晶体管。例如，通过作为晶体管32及晶体管33使用包含结晶硅(典型的是，低温多晶硅、单晶硅等)的晶体管，可以提高晶体管32及晶体管33的通态电流。因此，可以高速地读出摄像数据。另一方面，通过作为晶体管31至晶体管34都使用os晶体管，可以将像素11所包括的晶体管都形成在同一层中。再者，在晶体管31至晶体管34以及其他的摄像装置10所包括的所有晶体管都为os晶体管时，可以将摄像装置10所包括的所有晶体管形成在同一层中。如上所述，可以使摄像装置10的制造工序简化。
[0145]
图4是示出作为摄像信号输出期间的期间85a的驱动方法的电路图，图5是示出作为基准信号输出期间的期间85b的驱动方法的电路图。在图4及图5中，对成为非导通状态的晶体管附上叉号。
[0146]
如图4所示，在期间85a，电流52流过布线18[j]。电流52在布线25[j]与布线26[j]的连接点分支，电流52a流过布线25[j]，电流52b流过布线26[j]。在此，电位v1虽然高于布线47的电位，但是其差较小。因此，由于晶体管37的漏极和源极间的电位差较小，所以流过晶体管37的漏极和源极间的电流变小。由晶体管37和晶体管36构成电流镜电路，因此流过晶体管36的漏极和源极间的电流也变小。因此，可以减小通过布线25[j]流过负载电路21[j]的电流52a的大小并使电流52的大部分通过布线26[j]流过cds电路22[j]。由此，可以将电荷快速储存到设在cds电路22[j]中的电容器38中。另外，在期间86a，也可以应用图4所示的说明。
[0147]
如图5所示，在期间85b，储存在电容器38中的电荷向负载电路21释放。由此，电流54流过电容器38与布线46之间。在此，如上所述，电位v2大于电位v1。因此，由于晶体管37的漏极和源极间的电位差变大，所以流过晶体管37的漏极和源极间的电流变大。因此，流过晶体管36的漏极和源极间的电流也变大。由此，与在期间85b端子lc[j]的电位保持为电位v1的情况相比，可以快速地释放储存在电容器38中的电荷。另外，在期间85b，流过晶体管36的漏极和源极间的电流越大，布线18[j]的电位越接近布线46的电位，因此能够增大期间86a开始时的布线42的电位与布线18[j]的电位之差。在期间86a，由于可以增大流过布线18[j]的电流，所以可以将与从像素11[i 1，j]输出的摄像信号对应的电荷快速地储存到电容器38中。另外，在期间86b，也可以应用图5所示的说明。
[0148]
如上所述，在本发明的一个方式中，可以高速进行设在cds电路22中的电容器38的充放电。由此，可以高速进行期间t2中执行的工作，即读出工作，从而可以高速地驱动摄像装置10。如上所述，摄像装置10可以以高帧频进行摄像。
[0149]
《cds电路的结构例子》
[0150]
图6是示出cds电路22的具体结构例子的电路图。注意，在图6中，为了便于说明，还示出表示像素11的方框及表示负载电路21的方框。如上所述，cds电路22通过布线26及布线18与像素11电连接，通过布线26及布线25与负载电路21电连接。
[0151]
图6所示的结构的cds电路22包括电容器61a、电容器61b、晶体管62、晶体管63、晶体管64、晶体管65及晶体管66。
[0152]
布线26与电容器61a的一个电极以及晶体管62的源极和漏极中的一个电连接。晶体管62的源极和漏极中的另一个与电容器61b的一个电极电连接。电容器61a的另一个电极及电容器61b的另一个电极与晶体管63的源极和漏极中的一个及晶体管64的栅极电连接。晶体管64的源极和漏极中的一个与布线27电连接。布线27与晶体管65的源极和漏极中的一个电连接。晶体管65的栅极与晶体管66的栅极及晶体管66的源极和漏极中的一个电连接。注意，将电连接到电容器61a的另一个电极、电容器61b的另一个电极、晶体管63的源极和漏极中的一个及晶体管64的栅极的节点设为节点fd2。
[0153]
晶体管62的栅极与布线72电连接。晶体管63的栅极与布线73电连接。晶体管64的源极和漏极中的另一个与布线74电连接。晶体管65的源极和漏极中的另一个与布线75电连接。晶体管66的源极和漏极中的一个与布线76电连接。晶体管66的源极和漏极中的另一个与布线77电连接。
[0154]
可以通过控制布线72的电位控制晶体管62的工作。例如，在将布线72的电位设为高电位时，晶体管62成为导通状态，在将布线72的电位设为低电位时，晶体管62成为非导通状态。与此同样，通过控制布线73的电位，晶体管63成为非导通状态。
[0155]
可以对布线71以及布线74至布线77供应电源电位。因此，可以说布线71以及布线74至布线77能够被用作电源线。例如，对布线71、布线74及布线76供应高电位，对布线75及布线77供应低电位。
[0156]
注意，在cds电路22采用图6所示的结构时，图2等中的电容器38相当于例如图6中的电容器61a。
[0157]
《摄像装置的驱动方法的一个例子_2》
[0158]
图7是说明在cds电路22采用图6所示的结构时的摄像装置10的驱动方法的一个例子的时序图。图7为对图3所示的驱动方法追加布线73[j]及节点fd2[j]的电位变动的图。在此，布线71、布线74及布线76的电位为高电位，布线75及布线77的电位为低电位。注意，将与cds电路22[j]电连接的布线73记作布线73[j]，将设在cds电路22[j]中的节点fd2记作节点fd2[j]。
[0159]
如图7所示，在摄像信号输出期间的期间85a及期间86a，将布线73[j]的电位设为高电位。由此，cds电路22[j]中的晶体管63成为导通状态，能够将节点fd2[j]的电位设为作为布线71的电位的高电位。也就是说，期间85a及期间86a为对节点fd2[j]的电位进行复位的期间。因此，也可以说摄像信号输出期间为cds复位期间。
[0160]
另外，在基准信号输出期间的期间85b及期间86b，布线73[j]的电位为低电位。由此，cds电路22[j]中的晶体管63成为非导通状态，节点fd2[j]的电位根据摄像信号的电位与基准信号的电位之差而变动，变动量等于该电位差。也就是说，节点fd2[j]的电位成为对应于摄像信号的电位的电位。由此，从布线27向cds电路22的输出对应于摄像信号的信号。
因此，可以说期间85b及期间86b为cds输出期间。
[0161]
在期间85a及期间86a等cds复位期间，布线72的电位可以为高电位或低电位。图8a示出在布线72的电位为高电位且晶体管62为导通状态的情况下的图6所示的电路的等效电路。图8b示出在布线72的电位为低电位且晶体管62为非导通状态的情况下的图6所示的电路的等效电路。
[0162]
在晶体管62为导通状态时，如图8a所示，布线26与电容器61a的一个电极和电容器61b的一个电极两者电连接。因此，与从像素11输出的摄像信号对应的电荷被储存到电容器61a和电容器61b两者中。另一方面，在晶体管62为非导通状态时，如图8b所示，布线26仅与电容器61a的一个电极电连接而不与电容器61b的一个电极电连接。因此，与从像素11输出的摄像信号对应的电荷仅被储存到电容器61a中而不被储存到电容器61b中。
[0163]
在此，如图8a及图8b所示，在节点fd2产生寄生电容pc。例如，由晶体管64的栅极和晶体管64的源极产生寄生电容。由晶体管64的栅极和晶体管64的漏极产生寄生电容。由于寄生电容pc，在cds输出期间，节点fd2的电位的变动幅度比摄像信号的电位与基准信号的电位之差小。例如，作为cds输出期间的期间85b的节点fd2的电位的变动幅度比在期间85a供应到cds电路22的摄像信号的电位与在期间85b供应到cds电路22的基准信号的电位之差小。另外，作为cds输出期间的期间86b的节点fd2的电位的变动幅度比在期间86a供应到cds电路22的摄像信号的电位与在期间86b供应到cds电路22的基准信号的电位之差小。这样，在cds复位期间，节点fd2的电位的值为受寄生电容pc的影响的值，因此cds电路22向布线27输出的信号的s/n比下降。
[0164]
在此，如图7所示，以算式1表示在期间85b结束时的节点fd2[j]的电位v
fd2
。在此，电位vh
fd2
表示在期间85a结束时的节点fd2[j]的电位，电位v3表示在期间85a结束时的布线26[j]的电位，电位vl
wx
表示在期间85b结束时的布线26[j]的电位。
[0165]
[算式1]
[0166]vfd2
＝vh
fd2-k
fd2
(v3-vl
wx
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0167]
以算式2表示k
fd2
。可以说k
fd2
是节点fd2[j]的电容耦合系数。另外，电容值c
fd2
表示节点fd2[j]的电容的总和，电容值c
pc
表示寄生电容pc的电容值。注意，将在后面说明详细内容，电容值c
fd2
中包含电容值c
pc
。另外，电容耦合系数k
fd2
的最大值为1。
[0168]
[算式2]
[0169][0170]
同样地，以算式3表示在期间86b结束时的节点fd2[j]的电位v
‘
fd2
。在此，电位v3’表示在期间86a结束时的布线26[j]的电位。
[0171]
[算式3]
[0172]v′
fd2
＝vh
fd2-k
fd2
(v3
′‑
vl
wx
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0173]
在如图8a所示那样晶体管62为导通状态时，以算式4表示电容值c
fd2
。在此，电容值ca表示电容器61a的电容值，电容值cb表示电容器61b的电容值，电容值c
pc
表示寄生电容pc的电容值。
[0174]
[算式4]
[0175]cfd2
＝ca cb c
pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0176]
通过算式2及算式4，以算式5表示晶体管62为导通状态时的节点fd2[j]的电容耦合系数k
fd2
。
[0177]
[算式5]
[0178][0179]
在如图8b所示那样晶体管62为非导通状态时，以算式6表示电容值c
fd2
。
[0180]
[算式6]
[0181]cfd2
＝ca c
pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0182]
通过算式2及算式6，以算式7表示晶体管62为非导通状态时的节点fd2[j]的电容耦合系数k
fd2
。
[0183]
[算式7]
[0184][0185]
如数式5及数式7所示，在晶体管62为导通状态时，与晶体管62为非导通状态时相比，电容耦合系数k
fd2
变大。也就是说，在晶体管62为导通状态时，与晶体管62为非导通状态时相比，可以使寄生电容pc的影响相对变小。因此，如数式1及数式3所示，在晶体管62为导通状态时，与晶体管62为非导通状态时相比，可以使cds输出期间的节点fd2[j]的电位的变动幅度接近摄像信号的电位与基准信号的电位之差。具体而言，可以使期间85b的节点fd2[j]的变动幅度接近电位“vh
fd2-(v3-vl
wx
)”，可以使期间86b的节点fd2[j]的变动幅度接近电位“vh
fd2-(v3
‘‑
vl
wx
)”。如上所述，cds电路22[j]可以从布线27[j]输出s/n比高的信号。因此，摄像装置10可以进行高精度摄像。
[0186]
另一方面，在晶体管62为非导通状态时，仅对电容器61a储存与从像素11输出的摄像信号对应的电荷。由此，对设在cds电路22中的电容器进行电荷的储存及释放所需时间变短。由此，可以高速进行在期间t2进行的工作，即读出工作，从而可以高速驱动摄像装置10。如上所述，摄像装置10可以以高帧频进行摄像。
[0187]
注意，在晶体管62为非导通状态时，由于电容器61b的一个电极成为浮动状态，所以电流不流过电容器61b的一个电极。因此，即使节点fd2[j]的电位变动，设在电容器61b的一个电极与电容器61b的另一个电极之间的作为绝缘层的介电层也不会发生介电极化。因此，即使节点fd2[j]的电位变动，储存到电容器61a等中的电荷也不会流到电容器61b。如上所述，在晶体管62为非导通状态时，电容器61b不影响电容耦合系数k
fd2
，因此电容器61b不影响节点fd2[j]的电位。
[0188]
如上所述，在本发明的一个方式中，可以根据所需要的摄像精度及帧频改变cds电路22的驱动模式。在此，将在期间85a及期间86a等cds复位期间使晶体管62成为导通状态的驱动模式设为第一模式，将在cds复位期间使晶体管62成为非导通状态的驱动模式设为第二模式。可以在需要高精度摄像的情况下以第一模式驱动cds电路22，而在需要高帧频摄像的情况下以第二模式驱动cds电路22。
[0189]
《半导体装置的结构例子_1》
[0190]
以下说明包括图1a等所示的摄像装置10的半导体装置。图9a示出包括摄像装置10的半导体装置90的结构例子。半导体装置90包括衬底91及衬底92，衬底91与衬底92之间设有发光装置93及摄像装置10。
[0191]
发光装置93具有发射光94的功能。光94可以为红外光或可见光。
[0192]
摄像装置10具有检测被照射的光95的功能。具体而言，具有检测图2等所示的光电转换元件30被照射的光95的功能。
[0193]
半导体装置90例如可以将光94照射到检测对象物，摄像装置10可以作为光95检测被该检测对象反射的光。
[0194]
可以以识别模式及位置检测模式驱动半导体装置90。图9b1是示出识别模式的图，图9b2是示出位置检测模式的图。在图9b1及图9b2中，将上述检测对象示为手指97。手指97可以为例如半导体装置90的使用者的手指。
[0195]
在识别模式中，通过对手指97照射光94而摄像装置10作为光95检测由手指97反射的光，可以检测手指97的指纹99。由此，可以进行指纹识别等生物识别。
[0196]
在位置检测模式中，通过发光装置93发射光94而摄像装置10作为光95检测由手指97反射的光，可以检测手指97的位置。在此，如图9b2所示，在作为检测对象的手指97靠近半导体装置90时，也可以不与其接触。另外，手指97也可以与半导体装置90接触。也就是说，在位置检测模式中，半导体装置90可以被用作触摸传感器或非触摸传感器。注意，检测对象不局限于手指97，也可以为触摸笔等。
[0197]
在进行生物识别等时，为了提高识别精度，优选进行高精度摄像。因此，在以识别模式驱动半导体装置90时，优选以第一模式驱动cds电路22。另一方面，在检测触摸工作或非触摸工作时，优选以高帧频进行摄像，从而以高精度检测出检测对象的动作。因此，在以位置检测模式驱动半导体装置90时，优选以第二模式驱动cds电路22。如上所述，半导体装置90可以同时具有高精度地进行生物识别等的功能以及以高精度检测出检测对象的动作的功能。
[0198]
《移位寄存器电路的结构例子》
[0199]
图10是示出图1b所示的移位寄存器电路24的结构例子方框图。移位寄存器电路24包括寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》以及寄存器电路rd。
[0200]
寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》以及寄存器电路rd分别与端子clk(1)、端子clk(2)、端子clk(3)和端子clk(4)的中的两个电连接。例如，可以使端子clk(1)及端子clk(2)电连接到寄存器电路r《1》，使端子clk(2)及端子clk(3)电连接到寄存器电路r《2》。另外，虽未图示，也可以使端子clk(3)及端子clk(4)电连接到寄存器电路r《3》，使端子clk(4)及端子clk(1)电连接到寄存器电路r《4》。在这，在p为4的倍数-1(例如，p＝27)时，可以使端子clk(3)及端子clk(4)电连接到寄存器电路r《p》，使端子clk(4)及端子clk(1)电连接到寄存器电路rd。
[0201]
端子lin、端子rin、端子res、端子res_v及端子r_out电连接到寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》。另外，端子lind、端子res、端子res_v及端子rd_out电连接到寄存器电路rd。
[0202]
在此，将与寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》电连接的端子lin分别记作端子lin《1》至端子lin《p》。另外，将与寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》电连接的端子rin分别记作端子rin《1》至端子rin《p》。另外，将与寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》电连接的端子r_out分别记作端子r_out《1》至端子r_out《p》。注意，寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》及寄存器电路rd可以与同一个端子res电连接，并且可以与同一个端子res_v电连接。
[0203]
在后面说明详细内容，信号通过端子lin、端子rin、端子res及端子res_v被输入到寄存器电路r，信号从寄存器电路r被输出到端子r_out。因此，可以说端子lin、端子rin、端子res及端子res_v为输入端子而端子r_out为输出端子。端子clk被输入时钟信号。因此，可以说端子clk为时钟信号输入端子。
[0204]
端子lin《1》被输入起始脉冲信号。由于端子lin《1》被输入起始脉冲信号，寄存器电路r《1》可以对端子r_out《1》输出信号。
[0205]
端子r_out《1》与端子lin《2》电连接。因此，寄存器电路r《1》的从端子r_out《1》输出的信号通过端子lin《2》被输入到寄存器电路r《2》。由于端子lin《2》被输入信号，寄存器电路r《2》可以对端子r_out《2》输出信号。
[0206]
端子r_out《p》与端子lind电连接。因此，寄存器电路r《p》的从端子r_out《p》输出的信号通过端子lind被输入到寄存器电路rd。由于端子lind被输入信号，寄存器电路rd可以对端子rd_out输出信号。
[0207]
如上所述，寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》及寄存器电路rd通过端子lin《2》至端子lin《p》及端子lind串联连接。
[0208]
寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》可以分别对端子r_out《1》至端子r_out《p》输出信号。在此，端子r_out《1》至端子r_out《p》依次与图1b所示的布线28《1》至布线28《p》电连接。如图1b所示，布线28《1》至布线28《p》与信号输出电路23电连接。由此，寄存器电路r的输出到端子r_out的信号被供应到信号输出电路23。
[0209]
端子r_out《2》与端子rin《1》电连接。因此，寄存器电路r《2》的输出到端子r_out《2》的信号通过端子rin《1》被输入到寄存器电路r《1》。也就是说，可以对端子rin输入从后一级的寄存器电路r输出的信号。注意，虽未图示，端子rin《2》与电连接到寄存器电路r《3》的端子r_out《3》电连接。
[0210]
在此，端子rin《p》被输入寄存器电路rd的输出到端子rd_out的信号。在此，端子rd_out不与布线28电连接。因此，寄存器电路rd的输出到端子rd_out的信号不被供应到信号输出电路23。由此，可以说寄存器电路rd为伪级。
[0211]
通过在移位寄存器电路24设置伪级的寄存器电路rd，可以对端子rin《p》供应信号。
[0212]
图11a是示出寄存器电路r的结构例子的电路图。寄存器电路r包括晶体管101、晶体管102、晶体管103、晶体管104、晶体管105、晶体管106、晶体管107、晶体管108、晶体管109、电容器111及电容器112。在此，图11a所示的端子clk(h1)及端子clk(h2)可以用作端子clk(1)至端子clk(4)中的任一个。例如，在寄存器电路r《1》中，端子clk(h1)可以被用作端子clk(1)，端子clk(h2)可以被用作端子clk(2)。另外，在寄存器电路r《2》中，端子clk(h1)可以被用作端子clk(2)，端子clk(h2)可以被用作端子clk(3)。另外，在寄存器电路r《p》中，端子clk(h1)可以被用作端子clk(3)，端子clk(h2)可以被用作端子clk(4)。
[0213]
端子clk(h1)与晶体管106的源极和漏极中的一个电连接。端子clk(h2)与晶体管102的栅极电连接。端子lin与晶体管101的栅极及晶体管108的栅极电连接。端子rin与晶体管103的栅极电连接。端子res与晶体管104的栅极电连接。端子res_v与晶体管109的源极和漏极中的一个电连接。端子r_out与晶体管106的源极和漏极中的另一个、晶体管109的源极和漏极中的另一个及电容器111的一个电极电连接。
[0214]
晶体管101的源极和漏极中的一个以及晶体管107的源极和漏极中的一个与晶体管105的源极和漏极中的一个电连接。晶体管105的源极和漏极中的另一个与晶体管106的栅极电连接。晶体管106的栅极与电容器111的另一个电极电连接。晶体管102的源极和漏极中的一个、晶体管103的源极和漏极中的一个及晶体管104的源极和漏极中的一个与晶体管107的栅极、晶体管108的源极和漏极中的一个、晶体管109的栅极及电容器112的一个电极电连接。
[0215]
可以对晶体管101的源极和漏极中的另一个、晶体管102的源极和漏极中的另一个、晶体管103的源极和漏极中的另一个、晶体管104的源极和漏极中的另一个及晶体管105的栅极供应电位vdd。另外，可以对晶体管107的源极和漏极中的另一个、晶体管108的源极和漏极中的另一个及电容器112的另一个电极供应电位vss。在此，电位vdd表示高电位，电位vss表示低电位。
[0216]
在对端子lin输入高电位的信号时，晶体管101及晶体管108成为导通状态。由于晶体管101成为导通状态而晶体管106的栅极的电位成为高电位，所以晶体管106成为导通状态。另一方面，由于晶体管108成为导通状态而晶体管109的栅极的电位成为低电位，所以晶体管109成为非导通状态。如上所述，可以从端子r_out输出输入到端子clk(h1)的信号。
[0217]
另一方面，在对端子clk(h2)输入高电位的信号时，晶体管102成为导通状态。因此，由于晶体管107的栅极的电位成为高电位，所以晶体管107成为导通状态。由于晶体管107成为导通状态而晶体管106的栅极的电位成为低电位，所以晶体管106成为非导通状态。另一方面，由于晶体管102成为导通状态而晶体管109的栅极的电位成为高电位，所以晶体管109成为导通状态。由此，可以从端子r_out输出输入到端子res_v的信号。
[0218]
另外，即使对端子rin输入高电位的信号或对端子res输入高电位的信号，都与对端子clk(h2)输入高电位的信号时相同，即晶体管109成为导通状态而晶体管106成为非导通状态。由此，可以从端子r_out输出输入到端子res_v的信号。
[0219]
图11b是示出寄存器电路rd的结构例子的电路图。如上所述，端子rin没有电连接到寄存器电路rd。因此，寄存器电路rd与图11a所示的结构的寄存器电路r的不同之处在于：不包括晶体管103。
[0220]
在图11b所示的结构的寄存器电路rd中，晶体管106的源极和漏极中的一个与端子clk(4)电连接。晶体管102的栅极与端子clk(1)电连接。晶体管101的栅极及晶体管108的栅极与端子lind电连接。晶体管106的源极和漏极中的另一个、晶体管109的源极和漏极中的另一个及电容器111的一个电极与端子rd_out电连接。
[0221]
《信号输出电路的结构例子》
[0222]
图12a是示出图1b中的信号输出电路23的结构例子的方框图。信号输出电路23包括多路复用器电路mux(1)至多路复用器电路mux(n/p)。
[0223]
多路复用器电路mux可以包括p个选择信号输入端子、p个输入端子及一个输出端子。所有布线28《1》至布线28《p》可以电连接到多路复用器电路mux(1)至多路复用器电路mux(n/p)的选择信号输入端子。也就是说，可以电连接所有图10等所示的作为移位寄存器电路24的输出端子的端子r_out《1》至端子r_out《p》。在此，由于多路复用器电路mux的选择信号输入端子与作为移位寄存器电路24的输出端子的端子r_out电连接，所以可以说移位寄存器电路24具有输出选择信号的功能。
[0224]
多路复用器电路mux的输入端子通过布线27与端子cds_out电连接。如图1b等所示，布线27与cds电路22的输出端子电连接。如上所述，端子cds_out被输入从cds电路22输出的信号。
[0225]
在此，一个端子cds_out电连接到多路复用器电路mux的一个输入端子。也就是说，不同的端子cds_out电连接到多路复用器电路mux的p个输入端子。另外，不同的端子cds_out电连接到多路复用器电路mux(1)至多路复用器电路mux(n/p)的输入端子。也就是说，例如端子cds_out[1]至端子cds_out[p]依次电连接到多路复用器电路mux(1)的p个输入端子。另外，端子cds_out[p 1]至端子cds_out[2p]依次电连接到多路复用器电路mux(2)的p个输入端子。此外，端子cds_out[n-p 1]至端子cds_out[n]依次电连接到多路复用器电路mux(n/p)的p个输入端子。
[0226]
多路复用器电路mux的输出端子通过布线19与端子mux_out电连接。如图1a所示，布线19与a/d转换电路15电连接。因此，信号输出电路23可以通过端子mux_out输出信号。
[0227]
在此，不同的端子mux_out电连接到多路复用器电路mux(1)至多路复用器电路mux(n/p)的输出端子。例如，端子mux_out(1)电连接到多路复用器电路mux(1)的输出端子，端子mux_out(2)电连接到多路复用器电路mux(2)的输出端子，端子mux_out(n/p)电连接到多路复用器电路mux(n/p)的输出端子。
[0228]
图12b是示出多路复用器电路mux(t)(t为1以上且n/p以下的整数)的结构例子的电路图。多路复用器电路mux(t)包括晶体管120《1》至晶体管120《p》。
[0229]
端子r_out《1》至端子r_out《p》分别电连接到晶体管120《1》至晶体管120《p》的栅极。端子cds_out[(t-1)p 1]至端子cds_out[t
·
p]分别电连接到晶体管120《1》至晶体管120《p》的源极和漏极中的一个。端子mux_out(t)电连接到晶体管120《1》至晶体管120《p》的源极和漏极中的另一个。也就是说，晶体管120《1》至晶体管120《p》通过晶体管120《1》至晶体管120《p》的源极和漏极中的另一个互相并联连接。
[0230]
《移位寄存器电路及信号输出电路的驱动方法的一个例子》
[0231]
图13是示出图3所示的作为读出期间的期间t2中的移位寄存器电路24及信号输出电路23的驱动方法的一个例子的时序图。注意，在图13中，没有考虑因自举工作导致的电位上升、因泄漏电流导致的电位降低等。其他时序图也是同样的。p为4的倍数-1。
[0232]
图14a、图14b及图15是示出图12b所示的结构的多路复用器电路mux(t)的驱动方法的一个例子的电路图。在图14a、图14b及图15中，附上叉号的晶体管120为处于非导通状态的晶体管120，没有附上叉号的晶体管120为处于导通状态的晶体管120。
[0233]
首先，在期间t201，对端子lin《1》输入作为起始脉冲信号的高电位的信号。因此，由于寄存器电路r《1》中的晶体管101的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《1》中的晶体管101成为导通状态。由此，寄存器电路r《1》中的晶体管106的栅极的电位成为高电位，寄存器电路r《1》中的晶体管106成为导通状态。另外，当对端子lin《1》输入高电位的信号时，由于寄存器电路r《1》中的晶体管108的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《1》中的晶体管108成为导通状态。由此，寄存器电路r《1》中的晶体管107及晶体管109的栅极的电位成为低电位，寄存器电路r《1》中的晶体管107及晶体管109成为非导通状态。
[0234]
从期间t202起对端子clk(1)至端子clk(4)依次输入时钟信号。由此，在期间t202端子clk(1)的电位成为高电位，端子clk(2)、端子clk(3)及端子clk(4)的电位成为低电位。
另外，在期间t203及期间t204端子clk(2)的电位成为高电位，端子clk(1)、端子clk(3)及端子clk(4)的电位成为低电位。此外，在期间t205端子clk(3)的电位成为高电位，端子clk(1)、端子clk(2)及端子clk(4)的电位成为低电位。
[0235]
在期间t202，虽然端子lin《1》的电位成为低电位且寄存器电路r《1》中的晶体管101成为非导通状态，但是由于寄存器电路r《1》中的晶体管107保持非导通状态，所以寄存器电路r《1》中的晶体管106的栅极成为浮动状态。因此，寄存器电路r《1》中的晶体管106的栅极保持高电位，寄存器电路r《1》中的晶体管106从期间t201起一直为导通状态。由此，输入到端子clk(1)的时钟信号被从端子r_out《1》输出。如上所述，在期间t202端子clk(1)的电位为高电位，因此高电位的选择信号被从端子r_out《1》输出。由此，高电位的信号被输入到与端子r_out《1》电连接的端子lin《2》。
[0236]
图14a是示出在期间t202多路复用器电路mux(t)的驱动方法的一个例子的电路图。在期间t202，端子r_out《1》的电位成为高电位，端子r_out《2》至端子r_out《p》的电位成为低电位。因此，由于晶体管120《1》的栅极的电位成为高电位，所以晶体管120《1》成为导通状态。另外，由于晶体管120《2》至晶体管120《p》的栅极的电位成为低电位，所以晶体管120《2》至晶体管120《p》成为非导通状态。如上所述，从端子cds_out[(t-1)p 1]输入到多路复用器电路mux(t)的输入端子的信号作为信号s《1》被输出到端子mux_out(t)。
[0237]
如上所述，在期间t202，信号s《1》被从作为多路复用器电路mux(1)至多路复用器电路mux(n/p)的输出端子的端子mux_out(1)至端子mux_out(n/p)输出。
[0238]
在期间t202，当高电位的信号被输入到端子lin《2》时，由于寄存器电路r《2》中的晶体管101的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《2》中的晶体管101成为导通状态。因此，寄存器电路r《2》中的晶体管106的栅极的电位成为高电位，寄存器电路r《2》中的晶体管106成为导通状态。另外，当高电位的信号被输入到端子lin《2》时，由于寄存器电路r《2》中的晶体管108的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《2》中的晶体管108成为导通状态。因此，寄存器电路r《2》中的晶体管107及晶体管109的栅极的电位成为低电位，寄存器电路r《2》中的晶体管107及晶体管109成为非导通状态。
[0239]
在期间t203，虽然端子lin《2》的电位成为低电位且寄存器电路r《2》中的晶体管101成为非导通状态，但是由于寄存器电路r《2》中的晶体管107保持非导通状态，所以寄存器电路r《2》中的晶体管106的栅极成为浮动状态。因此，寄存器电路r《2》中的晶体管106的栅极保持高电位，寄存器电路r《2》中的晶体管106从期间t202起一直为导通状态。由此，输入到端子clk(2)的时钟信号被从端子r_out《2》输出。如上所述，在期间t203端子clk(2)的电位为高电位，因此高电位的选择信号被从端子r_out《2》输出。由此，高电位的信号被输入到与端子r_out《2》电连接的端子lin《3》。
[0240]
在期间t203，端子r_out《2》的电位成为高电位，端子r_out《1》以及端子r_out《3》至端子r_out《p》的电位成为低电位。由此，由于晶体管120《2》的栅极的电位成为高电位，所以晶体管120《2》成为导通状态。另外，由于晶体管120《1》以及晶体管120《3》至晶体管120《p》的栅极的电位成为低电位，所以晶体管120《1》以及晶体管120《3》至晶体管120《p》成为非导通状态。如上所述，被输入到端子cds_out[(t-1)p 2]的信号作为信号s《2》被输出到端子mux_out(t)。
[0241]
如上所述，在期间t203，信号s《2》被从作为多路复用器电路mux(1)至多路复用器
电路mux(n/p)的输出端子的端子mux_out(1)至端子mux_out(n/p)输出。
[0242]
在期间t204，高电位的信号被输入到端子lin《p》。因此，由于寄存器电路r《p》中的晶体管101的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《p》中的晶体管101成为导通状态。由此，寄存器电路r《p》中的晶体管106的栅极的电位成为高电位，寄存器电路r《p》中的晶体管106成为导通状态。另外，当高电位的信号被输入到端子lin《p》时，由于寄存器电路r《p》中的晶体管108的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《p》中的晶体管108成为导通状态。由此，寄存器电路r《p》中的晶体管107及晶体管109的栅极的电位成为低电位，寄存器电路r《p》中的晶体管107及晶体管109成为非导通状态。
[0243]
在期间t205，虽然端子lin《p》的电位成为低电位且寄存器电路r《p》中的晶体管101成为非导通状态，但是由于寄存器电路r《p》中的晶体管107保持非导通状态，所以寄存器电路r《p》中的晶体管106的栅极成为浮动状态。因此，寄存器电路r《p》中的晶体管106的栅极保持高电位，寄存器电路r《p》中的晶体管106从期间t204起一直为导通状态。由此，输入到端子clk(3)的时钟信号被从端子r_out《p》输出。如上所述，在期间t205端子clk(3)的电位为高电位，因此高电位的选择信号被从端子r_out《p》输出。由此，高电位的信号被输入到与端子r_out《p》电连接的端子lind。
[0244]
图14b是示出在期间t205多路复用器电路mux(t)的驱动方法的一个例子的电路图。在期间t205，端子r_out《p》的电位成为高电位，端子r_out《1》至端子r_out《p-1》的电位成为低电位。因此，由于晶体管120《p》的栅极的电位成为高电位，所以晶体管120《p》成为导通状态。另外，由于晶体管120《1》至晶体管120《p-1》的栅极的电位成为低电位，所以晶体管120《1》至晶体管120《p-1》成为非导通状态。由此，输入到端子cds_out[t
·
p]的信号作为信号s《p》被输出到端子mux_out(t)。
[0245]
如上所述，在期间t205，从作为多路复用器电路mux(1)至多路复用器电路mux(n/p)的输出端子的端子mux_out(1)至端子mux_out(n/p)输出信号s《p》。
[0246]
如上所述，在图13所示的期间t201输入到端子lin《1》的起始脉冲信号在期间t202至期间t205依次从寄存器电路r《1》传输到寄存器电路r《p》。与此相应地，从端子r_out《1》至端子r_out《p》依次输出高电位的选择信号。
[0247]
在期间t211及期间t212，以与期间t201至期间t205不同的模式驱动移位寄存器电路24及信号输出电路23。具体而言，在期间t211，对端子clk(1)至端子clk(4)以及端子res输入高电位的信号。由于寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管102及晶体管104的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管102及晶体管104成为导通状态。因此，由于寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管107以及晶体管109的栅极的电位成为高电位，所以寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管107以及晶体管109成为导通状态。由于寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管107成为导通状态，寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管106的栅极的电位成为低电位而寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管106成为非导通状态。如上所述，在期间t211，寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管106为非导通状态，寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管109为导通状态。由此，可以将输入到端子res_v的信号从端子r_out输出。
[0248]
在期间t212，对端子res_v输入高电位的信号。在期间t212，寄存器电路r《1》至寄
存器电路r《p》中的晶体管106从期间t211起一直为非导通状态，寄存器电路r《1》至寄存器电路r《p》中的晶体管109从期间t211起一直为导通状态。因此，输入到端子res_v的高电位的信号被从端子r_out《1》至端子r_out《p》输出。
[0249]
图15是示出期间t212中的多路复用器电路mux(t)的驱动方法的一个例子的电路图。在期间t212，端子r_out《1》至端子r_out《p》的电位都为高电位。因此，由于晶体管120《1》至晶体管120《p》的栅极的电位都为高电位，所以晶体管120《1》至晶体管120《p》都成为导通状态。由此，在从端子cds_out[(t-1)p 1]至端子cds_out[t
·
p]分别输入到多路复用器电路mux(t)的输入端子的信号中，电位最大的信号作为信号s_max被输入到端子mux_out(t)。
[0250]
如上所述，在期间t212，从作为多路复用器电路mux(1)至多路复用器电路mux(n/p)的输出端子的端子mux_out(1)至端子mux_out(n/p)输出信号s_max。
[0251]
通过使用期间t201至期间t205所示的方法驱动移位寄存器电路24及信号输出电路23，例如可以从读出电路14输出与从所有的像素11输出的摄像信号对应的信号。因此，摄像装置10可以进行高精度摄像。由此，例如如图9b1所示，在以识别模式驱动设有摄像装置10的半导体装置90时，为了提高识别精度，优选以期间t201至期间t205所示的方法驱动移位寄存器电路24及信号输出电路23。
[0252]
另一方面，通过以期间t211及期间t212所示的方法驱动移位寄存器电路24及信号输出电路23，例如可以同时使多路复用器电路mux中的晶体管120《1》至晶体管120《p》成为导通状态。如上所述，晶体管120《1》至晶体管120《p》彼此并联连接。因此，例如与在晶体管120《1》至晶体管120《p》中仅一个晶体管120处于导通状态的情况相比，可以降低作为多路复用器电路mux的输入端子的端子cds_out与作为多路复用器电路mux的输出端子的端子mux_out之间的电阻。如上所述，可以高速进行在期间t2进行的工作，即读出工作，从而可以高速驱动摄像装置10。因此，摄像装置10可以以高帧频进行摄像。由此，例如，如图9b2所示，在以位置检测模式驱动设有摄像装置10的半导体装置90时，为了高精度地检测出检测对象的动作，优选以期间t211及期间t212所示的方法驱动移位寄存器电路24及信号输出电路23。
[0253]
作为图11a所示的结构的寄存器电路r及图11b所示的结构的寄存器电路rd所包括的晶体管101及晶体管107，优选使用os晶体管等关态电流低的晶体管。由此，晶体管101及晶体管107成为非导通状态，即使晶体管106的栅极变为浮动状态，也可以长期间保持晶体管106的栅极的电位。因此，寄存器电路r可以从端子r_out高精度地输出信号，寄存器电路rd可以从端子rd_out高精度地输出信号。
[0254]
晶体管101及晶体管107也可以使用si晶体管。另外，图11a所示的结构的寄存器电路r及图11b所示的结构的寄存器电路rd所包括的其他晶体管，也可以使用si晶体管。作为晶体管101至晶体管109，在使用包含具有结晶性的硅的晶体管时，可以提高晶体管101至晶体管109的通态电流。由此，可以高速驱动移位寄存器电路24。
[0255]
《半导体装置的结构例子_2》
[0256]
图16a及图16b是示出半导体装置90的结构例子的图。图16a及图16b所示的结构的半导体装置90具有三折结构，其包括可以将像素部12以彼此面对的方式折叠的区域和将与像素部12相反的面以彼此面对的方式折叠的区域。注意，将图16a及图16b所示的结构的半
导体装置90记作半导体装置90a。
[0257]
即使在像素部的纵横比为例如16：9、18：9、21：9等较大的情况下，半导体装置90a也可以通过在短轴方向上设置折痕而较小地折叠。因此，可以提高半导体装置90a的便携性。另外，在较小地折叠半导体装置90a时，通过不使像素部12中看不到的部分所包含的像素11驱动，可以降低半导体装置90a的功耗。
[0258]
图16a是示出将半导体装置90a折叠成最小尺寸(三折)的状态的图。图16b是示出将半导体装置90a展开的状态的图。
[0259]
半导体装置90a包括像素部12、框体802a、框体802b、框体802c、铰链803a及铰链803b。
[0260]
图17是示出作为设有半导体装置90a的摄像装置10的摄像装置10a的结构例子的方框图。在摄像装置10a中，栅极驱动器电路13被分割为栅极驱动器电路13a、栅极驱动器电路13b及栅极驱动器电路13c这三部分。与栅极驱动器电路13a电连接的布线16及布线17分别为布线16a及布线17a。另外，与栅极驱动器电路13b电连接的布线16及布线17分别为布线16b及布线17b。另外，与栅极驱动器电路13c电连接的布线16及布线17分别为布线16c及布线17c。
[0261]
作为摄像装置10a通过采用图17所示的结构，可以防止像素部12中的看不到的部分所包含的像素11驱动。例如，在半导体装置90a如图16a所示折叠成三折的情况下，通过驱动栅极驱动器电路13a至栅极驱动器电路13c中的一个而不驱动其余两个，可以防止看不到的部分所包含的像素11驱动。如上所述，可以降低半导体装置90a的功耗。
[0262]
另外，图16a及图16b作为半导体装置90的结构例子示出具有三折结构的半导体装置90a，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，半导体装置90也可以具有二折结构。此时，可以采用将摄像装置10中的栅极驱动器电路13分割为两部分的结构。
[0263]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0264]
(实施方式2)
[0265]
在本实施方式中，参照图18至图22说明本发明的一个方式的半导体装置的结构例子。具体而言，例如参照图18至图22说明可用于实施方式1所示的半导体装置90的结构例子。
[0266]
以下参照图18及图19说明本发明的一个方式的半导体装置的详细的结构。
[0267]
[半导体装置900a]
[0268]
图18a示出半导体装置900a的截面图。
[0269]
半导体装置900a包括光电转换元件30及发光元件130。
[0270]
光电转换元件30包括像素电极171、公共层172、活性层173、公共层174及公共电极175。
[0271]
发光元件130包括像素电极191、公共层172、发光层193、公共层174及公共电极175。
[0272]
像素电极171、像素电极191、公共层172、活性层173、发光层193、公共层174及公共电极175均既可具有单层结构又可具有叠层结构。
[0273]
像素电极171及像素电极191位于绝缘层214上。像素电极171及像素电极191可以
使用同一材料及同一工序形成。
[0274]
公共层172位于像素电极171上及像素电极191上。公共层172是光电转换元件30与发光元件130共同使用的层。
[0275]
活性层173隔着公共层172与像素电极171重叠。发光层193隔着公共层172与像素电极191重叠。活性层173包含第一有机化合物，而发光层193包含与第一有机化合物不同的第二有机化合物。
[0276]
公共层174位于公共层172上、活性层173上及发光层193上。公共层174是光电转换元件30与发光元件130共同使用的层。
[0277]
公共电极175具有隔着公共层172、活性层173及公共层174与像素电极171重叠的部分。此外，公共电极175具有隔着公共层172、发光层193及公共层174与像素电极191重叠的部分。公共电极175是光电转换元件30与发光元件130共同使用的层。
[0278]
在本实施方式的半导体装置中，光电转换元件30的活性层173使用有机化合物。光电转换元件30的活性层173以外的层可以采用与发光元件130(el元件)相同的结构。由此，只要在发光元件130的制造工序中追加形成活性层173的工序，就可以在形成发光元件130的同时形成光电转换元件30。此外，发光元件130与光电转换元件30可以形成在同一衬底上。因此，可以在不需大幅度增加制造工序的情况下在半导体装置内设置光电转换元件30。
[0279]
在半导体装置900a中，只有光电转换元件30的活性层173及发光元件130的发光层193是分别形成的，而其他层可以是光电转换元件30和发光元件130共同使用。但是，光电转换元件30及发光元件130的结构不局限于此。除了活性层173及发光层193以外，光电转换元件30及发光元件130还可以具有其他分别形成的层(参照后述的半导体装置900d、半导体装置900e及半导体装置900f)。光电转换元件30与发光元件130优选共同使用一层以上的层(公共层)。由此，可以在不需大幅度增加制造工序的情况下在半导体装置内设置光电转换元件30。
[0280]
半导体装置900a在一对衬底(衬底151及衬底152)之间包括光电转换元件30、发光元件130、晶体管31及晶体管131等。
[0281]
衬底151的外侧设置有粘合层150。通过粘合层150可以将半导体装置900a固定于物体上。作为粘合层150，也可以使用能够剥离的粘合剂。再者，也可以使用剥离后能够再次粘合的粘合剂。作为粘合层150，可以使用环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、pvc(聚氯乙烯)树脂、pvb(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、eva(乙烯-醋酸乙烯酯)树脂等。尤其优选使用环氧树脂等透湿性低的材料。此外，也可以使用两液混合型树脂。此外，也可以使用粘合薄片等。
[0282]
在光电转换元件30中，位于像素电极171与公共电极175之间的公共层172、活性层173及公共层174各自可以被称为有机层(包含有机化合物的层)。像素电极171优选具有反射红外光的功能。像素电极171的端部被分隔壁216覆盖。公共电极175优选具有透射红外光的功能。
[0283]
光电转换元件30具有检测光的功能。具体而言，光电转换元件30为受光元件，接受从半导体装置900a的外部入射的光95并将其转换为电信号。光95也可以说是发光元件130的光被检测对象反射的光。此外，光95也可以通过后述的透镜入射到光电转换元件30。
[0284]
衬底152的衬底151一侧的表面设置有遮光层bm。遮光层bm在与光电转换元件30重
叠的位置及与发光元件130重叠的位置形成有开口。通过设置遮光层bm，可以控制光电转换元件30检测光的范围。
[0285]
作为遮光层bm，可以使用遮挡来自发光元件的光的材料。遮光层bm优选吸收红外光。作为遮光层bm，例如，可以使用金属材料或包含颜料(碳黑等)或染料的树脂材料等形成黑矩阵。
[0286]
这里，光电转换元件30检测被检测对象反射的发光元件130的发光。但是，有时来自发光元件130的发光在半导体装置900a内被反射而不经检测对象地入射到光电转换元件30。遮光层bm可以减少这种杂散光的负面影响。例如，在没有设置遮光层bm的情况下，有时发光元件130所发射的光123a被衬底152反射，由此反射光123b入射到光电转换元件30。通过设置遮光层bm，可以抑制反射光123b入射到光电转换元件30。由此，可以减少噪声来提高使用光电转换元件30的传感器的灵敏度。
[0287]
在发光元件130中，分别位于像素电极191与公共电极175之间的公共层172、发光层193及公共层174可以被称为el层。像素电极191优选具有反射红外光的功能。像素电极191的端部被分隔壁216覆盖。像素电极171和像素电极191通过分隔壁216彼此电绝缘。公共电极175优选具有透射红外光的功能。
[0288]
发光元件130具有发射红外光的功能。具体而言，发光元件130是电压被施加到像素电极191与公共电极175之间时向衬底152一侧发射光的电致发光元件(参照光94)。
[0289]
发光层193优选以不与光电转换元件30的受光区域重叠的方式形成。由此，可以抑制发光层193对光95的吸收，来可以增加照射到光电转换元件30的光量。
[0290]
像素电极171通过设置在绝缘层214中的开口电连接到晶体管31的源极或漏极。像素电极171的端部被分隔壁216覆盖。
[0291]
像素电极191通过设置在绝缘层214中的开口电连接到晶体管131的源极或漏极。像素电极191的端部被分隔壁216覆盖。晶体管131具有控制发光元件130的驱动的功能。
[0292]
晶体管31及晶体管131接触地形成于同一层(图18a中的衬底151)上。
[0293]
电连接于光电转换元件30的电路中的至少一部分优选使用与电连接于发光元件130的电路相同的材料及工序而形成。由此，与分别形成两个电路的情况相比，可以减小半导体装置的厚度，并可以简化制造工序。
[0294]
光电转换元件30及发光元件130各自优选被保护层195覆盖。在图18a中，保护层195设置在公共电极175上并与该公共电极175接触。通过设置保护层195，可以抑制水等杂质混入光电转换元件30及发光元件130，由此可以提高光电转换元件30及发光元件130的可靠性。此外，可以使用粘合层142贴合保护层195和衬底152。
[0295]
[半导体装置900b]
[0296]
图18b示出半导体装置900b的截面图。此外，在后述的半导体装置的说明中，有时省略说明与先前说明的半导体装置同样的结构。
[0297]
图18b所示的半导体装置900b与半导体装置900a的不同之处在于：包括衬底153、衬底154、粘合层155、绝缘层212及分隔壁217，而不包括衬底151、衬底152及分隔壁216。
[0298]
衬底153的外侧设置有粘合层150。通过粘合层150可以将半导体装置900b固定于物体上。
[0299]
衬底153和绝缘层212被粘合层155贴合。衬底154和保护层195被粘合层142贴合。
[0300]
半导体装置900b将形成在制造衬底上的绝缘层212、晶体管31、晶体管131、光电转换元件30及发光元件130等转置在衬底153上而形成。衬底153和衬底154优选具有柔性。由此，可以提高半导体装置900b的柔性。例如，衬底153和衬底154优选使用树脂。
[0301]
作为衬底153及衬底154，可以使用如下材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等聚酯树脂、聚丙烯腈树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯(pc)树脂、聚醚砜(pes)树脂、聚酰胺树脂(尼龙、芳族聚酰胺等)、聚硅氧烷树脂、环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚偏二氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚四氟乙烯(ptfe)树脂、abs树脂以及纤维素纳米纤维等。衬底153和衬底154中的一个或两个也可以使用其厚度为具有柔性程度的玻璃。
[0302]
本实施方式的半导体装置所具有的衬底可以使用光学各向同性高的薄膜。作为光学各向同性高的薄膜，可以举出三乙酸纤维素(也被称为tac：cellulose triacetate)薄膜、环烯烃聚合物(cop)薄膜、环烯烃共聚物(coc)薄膜及丙烯酸树脂等。
[0303]
分隔壁217优选吸收发光元件所发射的光。作为分隔壁217，例如可以使用包含颜料或染料的树脂材料等形成黑矩阵。此外，通过使用茶色抗蚀剂材料，可以由被着色的绝缘层构成分隔壁217。
[0304]
发光元件130所发射的光123c有时被衬底154及分隔壁217反射，使得反射光123d入射到光电转换元件30。此外，光123c有时透过分隔壁217被晶体管或布线等反射，使得反射光入射到光电转换元件30。通过由分隔壁217吸收光123c，可以抑制反射光123d入射到光电转换元件30。由此，可以减少噪声来提高使用光电转换元件30的传感器的灵敏度。
[0305]
分隔壁217优选至少吸收光电转换元件30所检测出的光的波长。例如，在光电转换元件30检测出发光元件130所发射的绿色光的情况下，分隔壁217优选至少吸收绿色光。例如，当分隔壁217具有红色滤光片时，可以吸收绿色光123c，由此可以抑制反射光123d入射到光电转换元件30。
[0306]
[半导体装置900c]
[0307]
图18c示出半导体装置900c的截面图。
[0308]
半导体装置900c与半导体装置900b的不同之处在于光电转换元件30上及发光元件130上不包括保护层195。半导体装置900c使用粘合层142贴合公共电极175和衬底154。
[0309]
[半导体装置900d、半导体装置900e及半导体装置900f]
[0310]
图19a示出半导体装置900d的截面图，图19b示出半导体装置900e的截面图，并且图19c示出半导体装置900f的截面图。
[0311]
半导体装置900d与半导体装置900b的不同之处在于：包括缓冲层184及缓冲层194，而没有公共层174。缓冲层184及缓冲层194既可具有单层结构又可具有叠层结构。
[0312]
在半导体装置900d中，光电转换元件30包括像素电极171、公共层172、活性层173、缓冲层184及公共电极175。此外，在半导体装置900d中，发光元件130包括像素电极191、公共层172、发光层193、缓冲层194及公共电极175。
[0313]
半导体装置900e与半导体装置900b的不同之处在于：包括缓冲层182及缓冲层192，而没有公共层172。缓冲层182及缓冲层192既可具有单层结构又可具有叠层结构。
[0314]
在半导体装置900e中，光电转换元件30包括像素电极171、缓冲层182、活性层173、公共层174及公共电极175。此外，在半导体装置900e中，发光元件130包括像素电极191、缓
冲层192、发光层193、公共层174及公共电极175。
[0315]
半导体装置900f与半导体装置900a的不同之处在于：包括缓冲层182、缓冲层184、缓冲层192及缓冲层194，而没有公共层172及公共层174。
[0316]
在半导体装置900f中，光电转换元件30包括像素电极171、缓冲层182、活性层173、缓冲层184及公共电极175。此外，在半导体装置900f中，发光元件130包括像素电极191、缓冲层192、发光层193、缓冲层194及公共电极175。
[0317]
在光电转换元件30及发光元件130的制造中，不但可以分别形成活性层173及发光层193，而且还可以分别形成其他层。
[0318]
在半导体装置900d中，分别形成公共电极175与活性层173之间的缓冲层184及公共电极175与发光层193之间的缓冲层194。作为缓冲层194，例如，可以形成电子注入层和电子传输层中的一个或两个。
[0319]
在半导体装置900e中，分别形成像素电极171与活性层173之间的缓冲层182及像素电极191与发光层193之间的缓冲层192。作为缓冲层192，例如，可以形成空穴注入层和空穴传输层中的一个或两个。
[0320]
在半导体装置900f中，光电转换元件30和发光元件130在一对电极(像素电极171或像素电极191与公共电极175)之间没有公共层。作为半导体装置900f所包括的光电转换元件30及发光元件130，在绝缘层214上使用同一材料及同一工序形成像素电极171及像素电极191，在像素电极171上形成缓冲层182、活性层173及缓冲层184，在像素电极191上形成缓冲层192、发光层193及缓冲层194，然后，以覆盖像素电极171、缓冲层182、活性层173、缓冲层184、像素电极191、缓冲层192、发光层193及缓冲层194的方式形成公共电极175。对缓冲层182、活性层173及缓冲层184的叠层结构、缓冲层192、发光层193及缓冲层194的叠层结构的形成顺序没有特别的限制。例如，也可以在形成缓冲层182、活性层173、缓冲层184之后，形成缓冲层192、发光层193及缓冲层194。与此相反，也可以在形成缓冲层182、活性层173、缓冲层184之前，形成缓冲层192、发光层193及缓冲层194。此外，也可以按照缓冲层182、缓冲层192、活性层173、发光层193等的顺序交替形成。
[0321]
以下参照图20至图22说明本发明的一个方式的半导体装置的更详细的结构。
[0322]
[半导体装置100a]
[0323]
图20示出半导体装置100a的截面图。
[0324]
半导体装置100a具有贴合衬底152与衬底151的结构。
[0325]
半导体装置100a包括像素部12、电路164等。图20示出沿着半导体装置100a的包括电路164的区域的一部分、包括像素部12的区域的一部分以及包括端部的区域的一部分的截面的一个例子。
[0326]
作为电路164，例如可以使用实施方式1所示的栅极驱动器电路13、读出电路14以及a/d转换电路15。在将像素部12及电路164形成于同一衬底上时，不需要作为电路另行使用由硅晶片等形成的半导体装置，所以可以减少半导体装置的构件个数。
[0327]
图20所示的半导体装置100a在衬底151与衬底152之间包括晶体管201、晶体管205、晶体管206、发光元件130及光电转换元件30等。
[0328]
衬底152及绝缘层214通过粘合层142粘合。作为对发光元件130及光电转换元件30的密封，可以采用固体密封结构或中空密封结构等。在图20中，由衬底152、粘合层142及绝
缘层214围绕的空间143填充有非活性气体(氮、氩等)，采用中空密封结构。粘合层142也可以与发光元件130重叠。此外，由衬底152、粘合层142及绝缘层214围绕的空间143也可以填充有与粘合层142不同的树脂。
[0329]
发光元件130具有从绝缘层214一侧依次层叠有像素电极191、公共层172、发光层193、公共层174及公共电极175的叠层结构。像素电极191通过形成在绝缘层214中的开口与晶体管206所包括的导电层222b连接。晶体管206具有控制发光元件130的驱动的功能。分隔壁216覆盖像素电极191的端部。像素电极191包含反射红外光的材料，而公共电极175包含透射红外光的材料。
[0330]
光电转换元件30具有从绝缘层214一侧依次层叠有像素电极171、公共层172、活性层173、公共层174及公共电极175的叠层结构。像素电极171通过形成在绝缘层214中的开口与晶体管205所包括的导电层222b电连接。分隔壁216覆盖像素电极171的端部。像素电极171包含反射红外光的材料，而公共电极175包含透射红外光的材料。
[0331]
发光元件130将光94发射到衬底152一侧。此外，光95通过衬底152及空间143入射到光电转换元件30。衬底152优选使用对红外光的透过性高的材料。
[0332]
像素电极171及像素电极191可以使用同一材料及同一工序形成。公共层172、公共层174及公共电极175用于光电转换元件30和发光元件130的双方。除了活性层173及发光层193以外，光电转换元件30和发光元件130可以共同使用其他层。由此，由此，可以在不需大幅度增加制造工序的情况下在半导体装置100a内设置光电转换元件30。
[0333]
衬底152的衬底151一侧的表面设置有遮光层bm。遮光层bm在与光电转换元件30重叠的位置及与发光元件130重叠的位置形成有开口。通过设置遮光层bm，可以控制光电转换元件30检测光的范围。此外，通过设置有遮光层bm，可以抑制光从发光元件130不经检测对象地直接入射到光电转换元件30。由此，可以实现噪声少且灵敏度高的传感器。
[0334]
晶体管201、晶体管205及晶体管206都设置在衬底151上。这些晶体管可以使用同一材料及同一工序形成。
[0335]
在衬底151上依次设置有绝缘层211、绝缘层213、绝缘层215及绝缘层214。绝缘层211的一部分用作各晶体管的栅极绝缘层。绝缘层213的一部分用作各晶体管的栅极绝缘层。绝缘层215以覆盖晶体管的方式设置。绝缘层214以覆盖晶体管的方式设置，并被用作平坦化层。此外，对栅极绝缘层的个数及覆盖晶体管的绝缘层的个数没有特别的限制，既可以为一个，又可以为两个以上。
[0336]
优选的是，将水或氢等杂质不容易扩散的材料用于覆盖晶体管的绝缘层中的至少一个。由此，可以将绝缘层用作阻挡层。通过采用这种结构，可以有效地抑制杂质从外部扩散到晶体管中，从而可以提高半导体装置的可靠性。
[0337]
作为绝缘层211、绝缘层213及绝缘层215优选使用无机绝缘膜。作为无机绝缘膜，例如可以使用氮化硅膜、氧氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜等无机绝缘膜。此外，也可以使用氧化铪膜、氧化钇膜、氧化锆膜、氧化镓膜、氧化钽膜、氧化镁膜、氧化镧膜、氧化铈膜及氧化钕膜等。此外，也可以层叠上述绝缘膜中的两个以上。
[0338]
这里，有机绝缘膜的阻挡性在很多情况下低于无机绝缘膜。因此，有机绝缘膜优选在半导体装置100a的端部附近包括开口。由此，可以抑制从半导体装置100a的端部通过有机绝缘膜的杂质侵入。此外，也可以以其端部位于半导体装置100a的端部的内侧的方式形
成有机绝缘膜，以保护有机绝缘膜不暴露于半导体装置100a的端部。
[0339]
用作平坦化层的绝缘层214优选使用有机绝缘膜。作为能够用于有机绝缘膜的材料，例如可以使用丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、硅氧烷树脂、苯并环丁烯类树脂、酚醛树脂及这些树脂的前体等。
[0340]
在图20所示的区域228中，在绝缘层214中形成有开口。由此，即使在使用有机绝缘膜作为绝缘层214的情况下，也可以抑制杂质从外部通过绝缘层214侵入像素部12。由此，可以提高半导体装置100a的可靠性。
[0341]
晶体管201、晶体管205及晶体管206包括：用作栅极的导电层221；用作栅极绝缘层的绝缘层211；用作源极及漏极的导电层222a及导电层222b；半导体层231；用作栅极绝缘层的绝缘层213；以及用作栅极的导电层223。在此，经过对同一导电膜进行加工而得到的多个层附有相同的阴影线。绝缘层211位于导电层221与半导体层231之间。绝缘层213位于导电层223与半导体层231之间。
[0342]
对本实施方式的半导体装置所包括的晶体管结构没有特别的限制。例如，可以采用平面型晶体管、交错型晶体管或反交错型晶体管等。此外，晶体管都可以具有顶栅结构或底栅结构。或者，也可以在形成沟道的半导体层上下设置有栅极。
[0343]
作为晶体管201、晶体管205及晶体管206，采用两个栅极夹持形成沟道的半导体层的结构。此外，也可以连接两个栅极，并通过对该两个栅极供应同一信号，来驱动晶体管。或者，通过对两个栅极中的一个施加用来控制阈值电压的电位，对另一个施加用来进行驱动的电位，可以控制晶体管的阈值电压。
[0344]
对用于晶体管的半导体材料的结晶性也没有特别的限制，可以使用非晶半导体、具有结晶性的半导体(微晶半导体、多晶半导体、单晶半导体或者其一部分具有结晶区域的半导体)。当使用具有结晶性的半导体时可以抑制晶体管的特性劣化，所以是优选的。
[0345]
晶体管的半导体层优选使用金属氧化物(氧化物半导体)。此外，晶体管的半导体层也可以包含硅。作为硅，可以举出非晶硅、结晶硅(低温多晶硅、单晶硅等)等。
[0346]
例如，半导体层优选包含铟、m(m为选自镓、铝、硅、硼、钇、锡、铜、钒、铍、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨或镁中的一种或多种)和锌。尤其是，m优选为选自铝、镓、钇或锡中的一种或多种。
[0347]
尤其是，作为半导体层，优选使用包含铟(in)、镓(ga)及锌(zn)的氧化物(igzo)。
[0348]
当半导体层为in-m-zn氧化物时，优选用来形成in-m-zn氧化物的溅射靶材中的in的原子数比为m的原子数比以上。作为这种溅射靶材的金属元素的原子数比，可以举出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。
[0349]
此外，作为溅射靶材优选使用含有多晶氧化物的靶材，由此可以易于形成具有结晶性的半导体层。注意，所形成的半导体层的原子数比分别包含上述溅射靶材中的金属元素的原子数比的
±
40％的范围内。例如，在被用于半导体层的溅射靶材的组成为in:ga:zn＝4:2:4.1[原子数比]时，所形成的半导体层的组成有时为in:ga:zn＝4:2:3[原子数比]或其附近。
[0350]
当记载为原子数比为in：ga：zn＝4：2：3或其附近时包括如下情况：in的原子数比
为4时，ga的原子数比为1以上且3以下，zn的原子数比为2以上且4以下。此外，当记载为原子数比为in：ga：zn＝5：1：6或其附近时包括如下情况：in的原子数比为5时，ga的原子数比大于0.1且为2以下，zn的原子数比为5以上且7以下。此外，当记载为原子数比为in：ga：zn＝1：1：1或其附近时包括如下情况：in的原子数比为1时，ga的原子数比大于0.1且为2以下，zn的原子数比大于0.1且为2以下。
[0351]
电路164所包括的晶体管和像素部12所包括的晶体管既可以具有相同的结构，又可以具有不同的结构。电路164所包括的多个晶体管既可以具有相同的结构，又可以具有两种以上的不同结构。与此同样，像素部12所包括的多个晶体管既可以具有相同的结构，又可以具有两种以上的不同结构。
[0352]
衬底151的外侧设置有粘合层150。通过粘合层150可以将半导体装置100a固定于物体上。
[0353]
此外，可以在衬底152的外侧的表面上配置各种光学构件。作为光学构件，可以使用偏振片、相位差板、光扩散层(扩散薄膜等)、防反射层及聚光薄膜(condensing film)等。此外，在衬底152的外侧的表面上也可以配置抑制尘埃的附着的抗静电膜、不容易被弄脏的具有拒水性的膜、抑制使用时的损伤的硬涂膜、缓冲层等。
[0354]
衬底151及衬底152可以使用玻璃、石英、陶瓷、蓝宝石以及树脂等。通过将具有柔性的材料用于衬底151及衬底152，可以提高半导体装置的柔性。
[0355]
作为粘合层142及粘合层155，可以使用紫外线固化粘合剂等光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂、厌氧粘合剂等各种固化粘合剂。作为这些粘合剂，可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、pvc(聚氯乙烯)树脂、pvb(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、eva(乙烯-醋酸乙烯酯)树脂等。尤其是，优选使用环氧树脂等透湿性低的材料。此外，也可以使用两液混合型树脂。此外，也可以使用粘合薄片等。
[0356]
发光元件130具有顶部发射结构、底部发射结构或双面发射结构等。作为提取光一侧的电极使用使红外光透过的导电膜。此外，作为不提取光一侧的电极优选使用反射红外光的导电膜。
[0357]
发光元件130至少包括发光层193。作为发光层193以外的层，发光元件130还可以包括包含空穴注入性高的物质、空穴传输性高的物质、空穴阻挡材料、电子传输性高的物质、电子注入性高的物质或双极性的物质(电子传输性及空穴传输性高的物质)等的层。例如，公共层172优选具有空穴注入层和空穴传输层中的一个或两个。公共层174优选具有电子传输层和电子注入层中的一个或两个。
[0358]
公共层172、发光层193及公共层174可以使用低分子化合物或高分子化合物，还可以包含无机化合物。构成公共层172、发光层193及公共层174的层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。
[0359]
发光层193也可以包含量子点等无机化合物作为发光材料。
[0360]
光电转换元件30的活性层173包含半导体。作为该半导体，可以举出硅等无机半导体及包含有机化合物的有机半导体。在本实施方式中，示出使用有机半导体作为活性层含有的半导体的例子。通过使用有机半导体，可以以同一方法(例如真空蒸镀法)形成发光元件130的发光层193和光电转换元件30的活性层173，并可以共同使用制造设备，所以是优选的。
[0361]
作为活性层173含有的n型半导体的材料，可以举出富勒烯(例如c
60
、c
70
等)或其衍生物等具有电子接受性的有机半导体材料。此外，作为活性层173含有的p型半导体的材料，可以举出铜(ii)酞菁(copper(ii)phthalocyanine:cupc)或四苯基二苯并二茚并芘(tetraphenyldibenzoperiflanthene：dbp)等具有电子供给性的有机半导体材料。
[0362]
例如，优选共蒸镀n型半导体和p型半导体形成活性层173。
[0363]
作为可用于晶体管的栅极、源极及漏极和构成半导体装置的各种布线及电极等导电层的材料，可以举出铝、钛、铬、镍、铜、钇、锆、钼、银、钽或钨等金属或者以上述金属为主要成分的合金等。可以使用包含这些材料的膜的单层或叠层。
[0364]
此外，作为具有透光性的导电材料，可以使用氧化铟、铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化锌、包含镓的氧化锌等导电氧化物或石墨烯。或者，可以使用金、银、铂、镁、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯或钛等金属材料、包含该金属材料的合金材料。或者，还可以使用该金属材料的氮化物(例如，氮化钛)等。此外，当使用金属材料、合金材料(或者它们的氮化物)时，优选将其形成得薄到具有透光性。此外，可以使用上述材料的叠层膜作为导电层。例如，通过使用银和镁的合金与铟锡氧化物的叠层膜等，可以提高导电性，所以是优选的。上述材料也可以用于构成半导体装置的各种布线及电极等的导电层、显示元件所包括的导电层(被用作像素电极及公共电极的导电层)。
[0365]
作为可用于各绝缘层的绝缘材料，例如可以举出丙烯酸树脂或环氧树脂等树脂、无机绝缘材料如氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅或氧化铝等。
[0366]
[半导体装置100b]
[0367]
图21示出半导体装置100b的截面图。
[0368]
半导体装置100b与半导体装置100a的主要不同之处在于：不包括衬底151及衬底152而包括衬底153、衬底154、粘合层155、绝缘层212及保护层195。
[0369]
衬底153和绝缘层212被粘合层155贴合。衬底154和保护层195被粘合层142贴合。粘合层142与光电转换元件30及发光元件130重叠，半导体装置100b采用固体密封结构。
[0370]
半导体装置100b将形成在制造衬底上的绝缘层212、晶体管201、晶体管205、晶体管206、光电转换元件30及发光元件130等转置在衬底153上而形成。衬底153和衬底154优选具有柔性。由此，可以提高半导体装置100b的柔性。
[0371]
衬底153的外侧设置有粘合层150。通过粘合层150可以将半导体装置100b固定于物体上。
[0372]
作为绝缘层212，可以使用可以用于绝缘层211、绝缘层213及绝缘层215的无机绝缘膜。
[0373]
通过设置覆盖光电转换元件30及发光元件130的保护层195，可以抑制水等杂质混入光电转换元件30及发光元件130，由此可以提高光电转换元件30及发光元件130的可靠性。
[0374]
在半导体装置100b的端部附近的区域228中，优选绝缘层215与保护层195通过绝缘层214的开口彼此接触。尤其是，特别优选绝缘层215含有的无机绝缘膜与保护层195含有的无机绝缘膜彼此接触。由此，可以抑制杂质从外部通过有机绝缘膜混入半导体装置100b。因此，可以提高半导体装置100b的可靠性。
[0375]
保护层195也可以具有有机绝缘膜和无机绝缘膜的叠层结构。此时，无机绝缘膜的
端部优选延伸到有机绝缘膜的端部的外侧。
[0376]
[半导体装置100c]
[0377]
图22a示出半导体装置100c的截面图。
[0378]
半导体装置100c与半导体装置100b的不同之处在于晶体管的结构。
[0379]
半导体装置100c在衬底153上包括晶体管208、晶体管209及晶体管210。
[0380]
晶体管208、晶体管209及晶体管210包括：用作栅极的导电层221；用作栅极绝缘层的绝缘层211；包含沟道形成区域231i及一对低电阻区域231n的半导体层；与一对低电阻区域231n中的一个连接的导电层222a；与一对低电阻区域231n中的另一个连接的导电层222b；用作栅极绝缘层的绝缘层225；用作栅极的导电层223；以及覆盖导电层223的绝缘层215。绝缘层211位于导电层221与沟道形成区域231i之间。绝缘层225位于导电层223与沟道形成区域231i之间。
[0381]
导电层222a及导电层222b通过设置在绝缘层225及绝缘层215中的开口与低电阻区域231n连接。导电层222a及导电层222b中的一个用作源极，另一个用作漏极。
[0382]
发光元件130的像素电极191通过导电层222b与晶体管208的一对低电阻区域231n中的一个电连接。
[0383]
光电转换元件30的像素电极171通过导电层222b与晶体管209的一对低电阻区域231n中的另一个电连接。
[0384]
图22a示出绝缘层225覆盖半导体层的顶面及侧面的例子。另一方面，在图22b中，绝缘层225与半导体层231的沟道形成区域231i重叠而不与低电阻区域231n重叠。例如，通过以导电层223为掩模加工绝缘层225，可以制成图22b所示的结构。在图22b中，绝缘层215覆盖绝缘层225及导电层223，并且导电层222a及导电层222b分别通过绝缘层215的开口与低电阻区域231n连接。再者，还可以设置有覆盖晶体管的绝缘层218。
[0385]
[金属氧化物]
[0386]
以下，将说明可用于半导体层的金属氧化物。
[0387]
在本说明书等中，有时将包含氮的金属氧化物也称为金属氧化物(metal oxide)。此外，也可以将包含氮的金属氧化物称为金属氧氮化物(metal oxynitride)。例如，可以将锌氧氮化物(znon)等含有氮的金属氧化物用于半导体层。
[0388]
优选将载流子浓度低的金属氧化物用于半导体层。为了降低金属氧化物的载流子浓度，降低金属氧化物中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中，将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为“高纯度本征”或“实质上高纯度本征”。另外，作为金属氧化物中的杂质，例如有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
[0389]
特别是，由于包含在金属氧化物中的氢与键合到金属原子的氧起反应而成为水，因此有时在金属氧化物中形成氧空位。当金属氧化物中的沟道形成区域中包括氧空位时，晶体管有时具有常开启特性。再者，有时氢进入氧空位中而成的缺陷被用作供体而生成作为载流子的电子。此外，有时氢的一部分键合到与金属原子键合的氧而生成作为载流子的电子。因此，使用包含多量氢的金属氧化物的晶体管容易具有常开启特性。
[0390]
氢进入了氧空位的缺陷可能被用作金属氧化物的供体。然而，定量地评价该缺陷是困难的。于是，在金属氧化物中，有时不以供体浓度而以载流子浓度进行评价。因此，在本说明书等中，有时作为金属氧化物的参数，不采用供体浓度而采用假定不施加电场的状态
的载流子浓度。也就是说，本说明书等所记载的“载流子浓度”有时可以称为“供体浓度”。
[0391]
由此，优选尽可能减少金属氧化物中的氢。具体而言，在金属氧化物中，利用二次离子质谱(sims：secondary ion mass spectrometry)测得的氢浓度低于1
×
10
20
atoms/cm3，优选低于1
×
10
19
atoms/cm3，更优选低于5
×
10
18
atoms/cm3，进一步优选低于1
×
10
18
atoms/cm3。通过将氢等杂质被充分降低的金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域，可以使晶体管具有稳定的电特性。
[0392]
沟道形成区域的金属氧化物的载流子浓度优选为1
×
10
18
cm-3
以下，更优选小于1
×
10
17
cm-3
，进一步优选小于1
×
10
16
cm-3
，更进一步优选小于1
×
10
13
cm-3
，还进一步优选小于1
×
10
12
cm-3
。注意，对沟道形成区域的金属氧化物的载流子浓度的下限值没有特别的限制，例如可以为1
×
10-9
cm-3
。
[0393]
在本说明书等中，有时记载为caac(c-axis aligned crystal)或cac(cloud-aligned composite)。caac是指结晶结构的一个例子，cac是指功能或材料构成的一个例子。
[0394]
例如，作为半导体层，可以使用cac-os。
[0395]
cac-os或cac-metal oxide在材料的一部分中具有导电性的功能，在材料的另一部分中具有绝缘性的功能，作为材料的整个部分具有半导体的功能。此外，在将cac-os或cac-metal oxide用于晶体管的半导体层的情况下，导电性的功能是使被用作载流子的电子(或空穴)流过的功能，绝缘性的功能是不使被用作载流子的电子流过的功能。通过导电性的功能和绝缘性的功能的互补作用，可以使cac-os或cac-metal oxide具有开关功能(开启/关闭的功能)。通过在cac-os或cac-metal oxide中使各功能分离，可以最大限度地提高各功能。
[0396]
cac-os或cac-metal oxide包括导电性区域及绝缘性区域。导电性区域具有上述导电性的功能，绝缘性区域具有上述绝缘性的功能。此外，在材料中，导电性区域和绝缘性区域有时以纳米粒子级分离。此外，导电性区域和绝缘性区域有时在材料中不均匀地分布。此外，有时观察到其边缘模糊而以云状连接的导电性区域。
[0397]
在cac-os或cac-metal oxide中，导电性区域和绝缘性区域有时以0.5nm以上且10nm以下，优选为0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。
[0398]
cac-os或cac-metal oxide由具有不同带隙的成分构成。例如，cac-os或cac-metal oxide由具有起因于绝缘性区域的宽隙的成分及具有起因于导电性区域的窄隙的成分构成。在该构成中，当使载流子流过时，载流子主要在具有窄隙的成分中流过。此外，具有窄隙的成分通过与具有宽隙的成分的互补作用，与具有窄隙的成分联动而使载流子流过具有宽隙的成分。因此，在将上述cac-os或cac-metal oxide用于晶体管的沟道形成区域时，在晶体管的导通状态中可以得到高电流驱动力，即大通态电流及高场效应迁移率。
[0399]
就是说，也可以将cac-os或cac-metal oxide称为基质复合材料(matrix composite)或金属基质复合材料(metal matrix composite)。
[0400]
氧化物半导体(金属氧化物)被分为单晶氧化物半导体和非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体例如有caac-os(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多晶氧化物半导体、nc-os(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like os(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。
[0401]
caac-os具有c轴取向性，其多个纳米晶在a-b面方向上连结而结晶结构具有畸变。注意，畸变是指在多个纳米晶连结的区域中晶格排列一致的区域与其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。
[0402]
虽然纳米晶基本上是六角形，但是并不局限于正六角形，有不是正六角形的情况。此外，在畸变中有时具有五角形或七角形等晶格排列。此外，在caac-os中，即使在畸变附近也难以观察到明确的晶界(grain boundary)。即，可知由于晶格排列畸变，可抑制晶界的形成。这是由于caac-os因为a-b面方向上的氧原子排列的低密度或因金属元素被取代而使原子间的键合距离产生变化等而能够包容畸变。
[0403]
caac-os有具有层状结晶结构(也称为层状结构)的倾向，在该层状结晶结构中层叠有包含铟及氧的层(下面称为in层)和包含元素m、锌及氧的层(下面称为(m，zn)层)。此外，铟和元素m彼此可以取代，在用铟取代(m，zn)层中的元素m的情况下，也可以将该层表示为(in，m，zn)层。此外，在用元素m取代in层中的铟的情况下，也可以将该层表示为(in，m)层。
[0404]
caac-os是结晶性高的金属氧化物。另一方面，在caac-os中不容易观察明确的晶界，因此不容易发生起因于晶界的电子迁移率的下降。此外，金属氧化物的结晶性有时因杂质的进入或缺陷的生成等而降低，因此可以说caac-os是杂质或缺陷(氧空位(也称为vo：oxygen vacancy)等)少的金属氧化物。因此，包含caac-os的金属氧化物的物理性质稳定。因此，包含caac-os的金属氧化物具有高耐热性及高可靠性。
[0405]
在nc-os中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。此外，nc-os在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-os在某些分析方法中与a-like os或非晶氧化物半导体没有差别。
[0406]
此外，在包含铟、镓和锌的金属氧化物的一种的铟-镓-锌氧化物(以下，igzo)有时在由上述纳米晶构成时具有稳定的结构。尤其是，igzo有在大气中不容易进行晶体生长的倾向，所以有时与在igzo由大结晶(在此，几mm的结晶或者几cm的结晶)形成时相比在igzo由小结晶(例如，上述纳米结晶)形成时在结构上稳定。
[0407]
a-like os是具有介于nc-os与非晶氧化物半导体之间的结构的金属氧化物。a-like os包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like os的结晶性比nc-os及caac-os的结晶性低。
[0408]
氧化物半导体(金属氧化物)具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like os、nc-os、caac-os中的两种以上。
[0409]
用作半导体层的金属氧化物膜可以使用非活性气体和氧气体中的任一个或两个形成。注意，对形成金属氧化物膜时的氧流量比(氧分压)没有特别的限制。但是，在要获得场效应迁移率高的晶体管的情况下，形成金属氧化物膜时的氧流量比(氧分压)优选为0％以上且30％以下，更优选为5％以上且30％以下，进一步优选为7％以上且15％以下。
[0410]
金属氧化物的能隙优选为2ev以上，更优选为2.5ev以上，进一步优选为3ev以上。如此，通过使用能隙宽的金属氧化物，可以减少晶体管的关态电流。
[0411]
形成金属氧化物膜时的衬底温度优选为350℃以下，更优选为室温以上且200℃以
下，进一步优选为室温以上且130℃以下。形成金属氧化物膜时的衬底温度优选为室温，由此可以提高生产率。
[0412]
金属氧化物膜可以通过溅射法形成。除此之外，例如还可以利用pld法、pecvd法、热cvd法、ald法、真空蒸镀法等。
[0413]
受光元件的活性层以外的至少一个层可以与发光元件(el元件)相同。此外，受光元件的活性层以外的所有层也可以与发光元件(el元件)相同。例如，只要对发光元件的制造工序追加形成活性层的工序，就可以在同一衬底上形成发光元件及受光元件。此外，受光元件及发光元件可以使用同一材料及同一工序形成像素电极及公共电极。此外，通过使用同一材料及同一工序制造电连接于受光元件的电路及电连接于发光元件的电路，可以简化半导体装置的制造工序。由此，可以在不经复杂的工序的情况下制造内置有受光元件的方便性高的半导体装置。
[0414]
此外，本实施方式的半导体装置在受光元件与发光元件之间包括着色层。该着色层也可以兼作电绝缘着受光元件和发光元件的分隔壁。因为着色层能够吸收半导体装置内的杂散光，所以可以提高使用受光元件的传感器的灵敏度。
[0415]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0416]
(实施方式3)
[0417]
在本实施方式中，对本发明的一个方式的电子设备进行说明。
[0418]
本实施方式的电子设备包括本发明的一个方式的半导体装置。例如，可以将本发明的一个方式的半导体装置用于电子设备的显示部。因为本发明的一个方式的半导体装置具有检测光的功能，所以无论是以接触方式还是以非接触方式都可以进行输入工作。此外，通过利用显示部的摄像功能可以进行生物识别。由此，可以提高电子设备的功能性及方便性等。
[0419]
作为电子设备，例如除了电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌、弹珠机等大型游戏机等具有较大的屏幕的电子设备以外，还可以举出数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置等。
[0420]
本实施方式的电子设备也可以包括传感器(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)。
[0421]
本实施方式的电子设备可以具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；执行各种软件(程序)的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据的功能；等。
[0422]
图23a所示的电子设备6500是可以用作智能手机的便携式信息终端设备。
[0423]
电子设备6500包括框体6501、显示部6502、电源按钮6503、按钮6504、扬声器6505、麦克风6506、照相机6507及光源6508等。显示部6502具有触摸面板功能。
[0424]
显示部6502可以使用本发明的一个方式的半导体装置。
[0425]
图23b是包括框体6501的麦克风6506一侧的端部的截面示意图。
[0426]
框体6501的显示面一侧设置有具有透光性的保护构件6510，被框体6501及保护构件6510包围的空间内设置有显示面板6511、光学构件6512、触摸传感器面板6513、印刷电路板6517、电池6518等。
[0427]
显示面板6511、光学构件6512及触摸传感器面板6513使用粘合层(未图示)固定到保护构件6510。可以将本发明的一个方式的半导体装置用于显示面板6511，在只使用该显示装置的传感器功能的情况下，也可以省略触摸传感器面板6513。
[0428]
在显示部6502的外侧的区域中，显示面板6511的一部分叠回，且该叠回部分连接有fpc6515。fpc6515安装有ic6516。fpc6515与设置于印刷电路板6517的端子连接。
[0429]
显示面板6511可以使用本发明的一个方式的具有柔性的显示装置。由此，可以实现极轻量的电子设备。此外，由于显示面板6511极薄，所以可以在抑制电子设备的厚度的情况下安装大容量的电池6518。此外，通过折叠显示面板6511的一部分以在像素部的背面设置与fpc6515的连接部，可以实现窄边框的电子设备。
[0430]
图24a示出电视装置的一个例子。在电视装置7100中，框体7101中组装有显示部7000。在此示出利用支架7103支撑框体7101的结构。
[0431]
可以对显示部7000适用本发明的一个方式的半导体装置。
[0432]
可以通过利用框体7101所具备的操作开关或另外提供的遥控操作机7111进行图24a所示的电视装置7100的操作。或者，也可以使包括在显示部7000中的接触传感器或非触摸传感器起到作用，通过用手指等触摸显示部7000或者让手指等接近显示部7000进行电视装置7100的操作。此外，也可以在遥控操作机7111中具备显示从遥控操作机7111输出的信息的显示部。通过利用遥控操作机7111所具备的操作键或触摸面板，可以进行频道及音量的操作，并可以对显示在显示部7000上的影像进行操作。
[0433]
此外，电视装置7100具备接收机及调制解调器等。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而进行单向(从发送者到接收者)或双向(发送者和接收者之间或接收者之间等)的信息通信。
[0434]
图24b示出笔记型个人计算机的一个例子。笔记型个人计算机7200包括框体7211、键盘7212、指向装置7213、外部连接端口7214等。在框体7211中组装有显示部7000。
[0435]
可以对显示部7000适用本发明的一个方式的半导体装置。
[0436]
图24c和图24d示出数字标牌的一个例子。
[0437]
图24c所示的数字标牌7300包括框体7301、显示部7000及扬声器7303等。此外，还可以包括led灯、操作键(包括电源开关或操作开关)、连接端子、各种传感器、麦克风等。
[0438]
图24d示出设置于圆柱状柱子7401上的数字标牌7400。数字标牌7400包括沿着柱子7401的曲面设置的显示部7000。
[0439]
在图24c和图24d中，可以对显示部7000适用本发明的一个方式的半导体装置。
[0440]
显示部7000越大，一次能够提供的信息量越多。显示部7000越大，越容易吸引人的注意，例如可以提高广告宣传效果。
[0441]
通过使包括在显示部7000中的接触传感器或非触摸传感器起到作用，不仅可以在显示部7000上显示静态图像或动态图像，使用者还能够直觉性地进行操作。此外，在用于取得线路信息或交通信息等信息的用途时，可以通过直觉性的操作提高易用性。
[0442]
如图24c和图24d所示，数字标牌7300或数字标牌7400优选可以通过无线通信与使
用者所携带的智能手机等信息终端设备7311或信息终端设备7411联动。例如，显示在显示部7000上的广告信息可以显示在信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕上。此外，通过操作信息终端设备7311或信息终端设备7411，可以切换显示部7000的显示。
[0443]
此外，可以在数字标牌7300或数字标牌7400上以信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕为操作单元(控制器)执行游戏。由此，不特定多个使用者可以同时参加游戏，享受游戏的乐趣。
[0444]
图25a至图25f所示的电子设备包括框体9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006、传感器9007(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)、麦克风9008等。
[0445]
图25a至图25f所示的电子设备具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像及文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；通过利用各种软件(程序)控制处理的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据并进行处理的功能；等。注意，电子设备可具有的功能不局限于上述功能，而可以具有各种功能。电子设备可以包括多个显示部。此外，也可以在电子设备中设置照相机等而使其具有如下功能：拍摄静态图像或动态图像，且将所拍摄的图像储存在存储介质(外部存储介质或内置于照相机的存储介质)中的功能；将所拍摄的图像显示在显示部上的功能；等。
[0446]
以下，详细说明图25a至图25f所示的电子设备。通过将本发明的一个方式的半导体装置用于图25a至图25f所示的电子设备，可以实现非接触式输入工作。此外，通过利用显示部的摄像功能可以进行生物识别。由此，可以提高电子设备的功能性及方便性。
[0447]
图25a是示出便携式信息终端9101的立体图。可以将便携式信息终端9101例如用作智能手机。注意，在便携式信息终端9101中，也可以设置扬声器9003、连接端子9006、传感器9007等。此外，便携式信息终端9101中可以将文字或图像信息显示在其多个面上。在图25a中示出显示三个图标9050的例子。此外，可以将以虚线的矩形示出的信息9051显示在显示部9001的其他面上。作为信息9051的一个例子，可以举出提示收到电子邮件、sns或电话等的信息；电子邮件或sns等的标题；电子邮件或sns等的发送者姓名；日期；时间；电池余量；以及天线接收信号强度的显示等。或者，可以在显示有信息9051的位置上显示图标9050等。
[0448]
图25b是示出便携式信息终端9102的立体图。便携式信息终端9102具有将信息显示在显示部9001的三个以上的面上的功能。在此，示出信息9052、信息9053、信息9054分别显示于不同的面上的例子。例如，在将便携式信息终端9102放在上衣口袋里的状态下，使用者能够确认显示在从便携式信息终端9102的上方看到的位置上的信息9053。使用者可以确认到该显示而无需从口袋里拿出便携式信息终端9102，由此例如能够判断是否接电话。
[0449]
图25c是示出手表型便携式信息终端9200的立体图。便携式信息终端9200例如可以用作智能手表。此外，显示部9001的显示面弯曲，可沿着其弯曲的显示面进行显示。此外，便携式信息终端9200例如通过与可进行无线通信的耳麦相互通信可以进行免提通话。此外，通过利用连接端子9006，便携式信息终端9200可以与其他信息终端进行数据传输或进
行充电。充电也可以通过无线供电进行。
[0450]
图25d至图25f是示出可以折叠的便携式信息终端9201的立体图。图25d是将便携式信息终端9201展开的状态的立体图，图25f是折叠的状态的立体图，图25e是从图25d的状态和图25f的状态中的一个转换成另一个时中途的状态的立体图。便携式信息终端9201在折叠状态下可携带性好，而在展开状态下因为具有无缝拼接较大的显示区域所以显示的浏览性强。便携式信息终端9201所包括的显示部9001被由铰链9055连结的三个框体9000支撑。显示部9001例如可以在曲率半径0.1mm以上且150mm以下的范围弯曲。
[0451]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0452]
[符号说明]
[0453]
10：摄像装置、10a：摄像装置、11：像素、12：像素部、13：栅极驱动器电路、13a：栅极驱动器电路、13b：栅极驱动器电路、13c：栅极驱动器电路、14：电路、15：a/d转换电路、16：布线、16a：布线、16b：布线、16c：布线、17：布线、17a：布线、17b：布线、17c：布线、18：布线、19：布线、21：负载电路、22：cds电路、23：信号输出电路、24：移位寄存器电路、25：布线、26：布线、27：布线、28：布线、30：光电转换元件、31：晶体管、32：晶体管、33：晶体管、34：晶体管、35：电容器、36：晶体管、37：晶体管、38：电容器、40：布线、41：布线、42：布线、44：布线、45：布线、46：布线、47：布线、52：电流、52a：电流、52b：电流、54：电流、61a：电容器、61b：电容器、62：晶体管、63：晶体管、64：晶体管、65：晶体管、66：晶体管、71：布线、72：布线、73：布线、74：布线、75：布线、76：布线、77：布线、81：期间、82：期间、83：期间、84：期间、85a：期间、85b：期间、86a：期间、86b：期间、90：半导体装置、90a：半导体装置、91：衬底、92：衬底、93：发光装置、94：光、95：光、97：指、99：指纹、100a：半导体装置、100b：半导体装置、100c：半导体装置、101：晶体管、102：晶体管、103：晶体管、104：晶体管、105：晶体管、106：晶体管、107：晶体管、108：晶体管、109：晶体管、111：电容器、112：电容器、120：晶体管、123a：光、123b：反射光、123c：光、123d：反射光、130：发光元件、131：晶体管、142：粘合层、143：空间、150：粘合层、151：衬底、152：衬底、153：衬底、154：衬底、155：粘合层、164：电路、171：像素电极、172：公共层、173：活性层、174：公共层、175：公共电极、182：缓冲层、184：缓冲层、191：像素电极、192：缓冲层、193：发光层、194：缓冲层、195：保护层、201：晶体管、205：晶体管、206：晶体管、208：晶体管、209：晶体管、210：晶体管、211：绝缘层、212：绝缘层、213：绝缘层、214：绝缘层、215：绝缘层、216：分隔壁、217：分隔壁、218：绝缘层、221：导电层、222a：导电层、222b：导电层、223：导电层、225：绝缘层、228：区域、231：半导体层、231i：沟道形成区域、231n：低电阻区域、802a：框体、802b：框体、802c：框体、803a：铰链、803b：铰链、900a：半导体装置、900b：半导体装置、900c：半导体装置、900d：半导体装置、900e：半导体装置、900f：半导体装置、6500：电子设备、6501：框体、6502：显示部、6503：电源按钮、6504：按钮、6505：扬声器、6506：麦克风、6507：照相机、6508：光源、6510：保护构件、6511：显示面板、6512：光学构件、6513：触摸传感器面板、6515：fpc、6516：ic、6517：印刷电路板、6518：电池、7000：显示部、7100：电视装置、7101：框体、7103：支架、7111：遥控操作机、7200：笔记本型个人计算机、7211：框体、7212：键盘、7213：指向装置、7214：外部连接端口、7300：数字标牌、7301：框体、7303：扬声器、7311：信息终端设备、7400：数字标牌、7401：柱子、7411：信息终端设备、9000：框体、9001：显示部、9003：扬声器、9005：操作键、9006：连接端子、9007：传感器、9008：麦克风、
9050：图标、9051：信息、9052：信息、9053：信息、9054：信息、9055：铰链、9101：便携式信息终端、9102：便携式信息终端、9200：便携式信息终端、9201：便携式信息终端