(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、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４のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタと前記第３のトランジスタとは、チャネルが酸化物半導体層に形成され、
前記酸化物半導体層は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、酸素とを有し、表面に垂直な方向に沿うようにｃ軸が配向した領域を有し、
前記光電変換素子は、前記第１のトランジスタを介して前記第２のトランジスタのゲート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一方は、前記第２のトランジスタのゲート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２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、
前記第１のトランジスタのゲートには、前記第１のトランジスタのオン状態又はオフ状態を選択する信号が入力され、
前記第３のトランジスタのゲートには、前記第３のトランジスタのオン状態又はオフ状態を選択する信号が入力され、
前記第４のトランジスタのゲートには、前記第４のトランジスタのオン状態又はオフ状態を選択する信号が入力され、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方、又は、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方から、データ信号を出力する光検出回路であって、
前記光電変換素子に、外光と、外光以外の光とが照射された状態において第１のデータ信号を生成し、
前記光電変換素子に、外光以外の光が照射されない状態において第２のデータ信号を生成し、
前記第１のデータ信号と前記第２のデータ信号とを比較して、差分データ信号を生成することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
光電変換素子と、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４のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタと前記第３のトランジスタとは、チャネルが酸化物半導体層に形成され、
前記酸化物半導体層は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、酸素とを有し、表面に垂直な方向に沿うようにｃ軸が配向した領域を有し、
前記光電変換素子は、前記第１のトランジスタを介して前記第２のトランジスタのゲート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一方は、前記第２のトランジスタのゲート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２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、
前記第１のトランジスタのゲートには、前記第１のトランジスタのオン状態又はオフ状態を選択する信号が入力され、
前記第３のトランジスタのゲートには、前記第３のトランジスタのオン状態又はオフ状態を選択する信号が入力され、
前記第４のトランジスタのゲートには、前記第４のトランジスタのオン状態又はオフ状態を選択する信号が入力され、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方、又は、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方から、データ信号を出力するタッチパネルであって、
前記光電変換素子に、外光と、外光以外の光とが照射された状態において第１のデータ信号を生成し、
前記光電変換素子に、外光以外の光が照射されない状態において第２のデータ信号を生成し、
前記第１のデータ信号と前記第２のデータ信号とを比較して、差分データ信号を生成することを特徴とするタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光の入射により情報を入力する機能を有する装置（光検出装置ともいう）の技術開
発が進められている。
【０００３】
光検出装置としては、例えば光検出回路（光センサともいう）を備えた光検出装置が挙げ
られる（例えば特許文献１）。上記光検出装置は、光検出回路に入射する光の照度を検出
することにより、光の照度に応じたデータ信号を生成する。また、光検出装置に光検出回
路及び表示回路を設けることにより、光検出回路により生成したデータ信号を用いて表示
回路の表示状態を制御することもでき、例えば光検出装置をタッチパネルとして機能させ
ることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０６５２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光検出装置の光検出回路には、外光（光検出回路の置かれる環境下の光を含む）も
入射する。このため、外光の照度が、生成されるデータ信号のノイズとなり、被読み取り
物の反射光の検出精度が低くなってしまう。例えば、指の反射光が光検出回路に入射する
ことにより光検出装置に情報が入力される場合、指以外の手の部分の反射光と指の反射光
が外光により同等の情報として識別されてしまうことがある。
【０００６】
本発明の一態様では、外光の影響を抑制することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、光検出装置が備えるライトユニットの状態を点灯状態及び消灯状態に
切り替え、点灯状態及び消灯状態のそれぞれの期間において、光検出回路により入射する
光の照度に応じたデータ信号を生成し、生成した２つのデータ信号を比較し、比較したデ
ータ信号の差分データである差分データ信号を生成することにより、外光の情報をデータ
信号から除去し、外光の影響の抑制を図るものである。
【０００８】
本発明の一態様は、入射する光の照度に応じてデータ信号を生成する光検出回路と、光源
を備え、光検出回路に光を射出するライトユニットと、を具備する光検出装置であって、
ライトユニットの状態を点灯状態にして光検出回路により第１のデータ信号を生成するこ
とと、ライトユニットの状態を消灯状態にして光検出回路により第２のデータ信号を生成
することと、を含み、第１のデータ信号及び第２のデータ信号を比較することにより、比
較した２つのデータ信号の差分データである差分データ信号を生成することをさらに含む
ことを特徴とする光検出装置の駆動方法である。
【０００９】
本発明の一態様は、入射する光の照度に応じてデータ信号を生成する光検出回路と、光源
を備え、光検出回路に重畳するライトユニットと、を具備する光検出装置であって、ライ
トユニットの状態を第１の点灯状態及び消灯状態の一方にして光検出回路により第１のデ
ータ信号を生成することと、ライトユニットの状態を第１の点灯状態及び消灯状態の他方
にして光検出回路により第２のデータ信号を生成することと、ライトユニットの状態を第
２の点灯状態及び消灯状態の一方にして光検出回路により第３のデータ信号を生成するこ
とと、ライトユニットの状態を第２の点灯状態及び消灯状態の他方にして光検出回路によ
り第４のデータ信号を生成することと、ライトユニットの状態を第３の点灯状態及び消灯
状態の一方にして光検出回路により第５のデータ信号を生成することと、ライトユニット
の状態を第３の点灯状態及び消灯状態の他方にして光検出回路により第６のデータ信号を
生成することと、を含み、第１のデータ信号及び第２のデータ信号を比較することにより
、比較した２つのデータ信号の差分データである第１の差分データ信号を生成することと
、第３のデータ信号及び第４のデータ信号を比較することにより、比較した２つのデータ
信号の差分データである第２の差分データ信号を生成することと、第５のデータ信号及び
第６のデータ信号を比較することにより、比較した２つのデータ信号の差分データである
第３の差分データ信号を生成することと、をさらに含むことを特徴とする光検出装置の駆
動方法である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、入射する光の照度に応じてデータ信号を生成する光検出回路と
、光源を備え、光検出回路に重畳するライトユニットと、を具備する光検出装置であって
、ライトユニットの状態を第１の点灯状態にして光検出回路により第１のデータ信号を生
成することと、ライトユニットの状態を第２の点灯状態にして光検出回路により第２のデ
ータ信号を生成することと、ライトユニットの状態を第３の点灯状態にして光検出回路に
より第３のデータ信号を生成することと、ライトユニットの状態を消灯状態にして光検出
回路により第４のデータ信号を生成することと、を含み、第１のデータ信号及び第４のデ
ータ信号を比較することにより、比較した２つのデータ信号の差分データである第１の差
分データ信号を生成することと、第２のデータ信号及び第４のデータ信号を比較すること
により、比較した２つのデータ信号の差分データである第２の差分データ信号を生成する
ことと、第３のデータ信号及び第４のデータ信号を比較することにより、比較した２つの
データ信号の差分データである第３の差分データ信号を生成することと、をさらに含むこ
とを特徴とする光検出装置の駆動方法である。
【００１１】
また、本発明の一態様は、リセット信号を出力するリセット信号出力回路と、読み出し選
択信号を出力する読み出し選択信号出力回路と、リセット信号及び読み出し選択信号が入
力され、リセット信号に従ってリセット状態になり、その後入射する光の照度に応じてデ
ータ信号を生成し、読み出し選択信号に従ってデータ信号を出力する光検出回路と、光検
出回路に重畳し、光源及び光源の発光を制御する制御回路を備えるライトユニットと、光
検出回路からデータ信号を読み出す読み出し回路と、読み出し回路により読み出された２
つのデータ信号を比較し、比較したデータ信号の差分データである差分データ信号を生成
するデータ処理回路と、を具備する光検出装置である。
【００１２】
また、本発明の一態様は、表示選択信号を出力する表示選択信号出力回路と、表示データ
信号を出力する表示データ信号出力回路と、表示選択信号が入力され、表示選択信号に従
って表示データ信号が入力されることにより、表示データ信号に応じた表示状態になる表
示回路と、リセット信号を出力するリセット信号出力回路と、読み出し選択信号を出力す
る読み出し選択信号出力回路と、リセット信号及び読み出し選択信号が入力され、リセッ
ト信号に従ってリセット状態になり、その後入射する光の照度に応じてデータ信号を生成
し、読み出し選択信号に従ってデータ信号を出力する光検出回路と、表示回路及び光検出
回路に重畳し、光源及び光源の発光を制御する制御回路を備えるライトユニットと、光検
出回路からデータ信号を読み出す読み出し回路と、読み出し回路により読み出された２つ
のデータ信号を比較し、比較したデータ信号の差分データである差分データ信号を生成す
るデータ処理回路と、を具備する光検出装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様により、外光の影響を抑制することができ、光検出回路による被読み取り
物の読み取り精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１における光検出装置の例を説明するための図。
【図２】図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例を説明するための図。
【図３】図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例を説明するための図。
【図４】実施の形態１における光検出装置を説明するための図。
【図５】実施の形態２におけるライトユニットの構成例を示す模式図。
【図６】実施の形態３における光検出回路の例を説明するための図。
【図７】実施の形態４における光検出装置の例を説明するための図。
【図８】実施の形態５におけるトランジスタの構造例を示す断面模式図。
【図９】図８（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を説明するための断面模式図。
【図１０】特性評価回路の構成を示す回路図。
【図１１】図１０に示す特性評価回路を用いたリーク電流測定方法を説明するためのタイミングチャート。
【図１２】条件４、条件５、及び条件６における測定に係る経過時間Ｔｉｍｅと、出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す図。
【図１３】測定に係る経過時間Ｔｉｍｅと、該測定によって算出されたリーク電流との関係を示す図。
【図１４】測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。
【図１５】測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。
【図１６】測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。
【図１７】測定により見積もられたノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す図。
【図１８】実施の形態６におけるアクティブマトリクス基板の構造例を示す図。
【図１９】実施の形態６におけるアクティブマトリクス基板の構造例を示す図。
【図２０】実施の形態６における光検出装置の構造例を示す図。
【図２１】実施の形態７における電子機器の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を説明するための実施の形態の例について、図面を用いて以下に説明する。但し、
本発明は、以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく、
その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って
、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１６】
なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態
の内容を互い置き換えることができる。
【００１７】
また、本明細書にて用いる「第ｚ（ｚは自然数）」という用語は、構成要素の混同を避け
るために付したものであり、数的に限定するものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、入射する光の照度の検出が可能な光検出装置について説明する。
【００１９】
本実施の形態の光検出装置の例について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態
における光検出装置の例を説明するための図である。
【００２０】
まず、本実施の形態の光検出装置の構成例について、図１（Ａ）を用いて説明する。図１
（Ａ）は、本実施の形態における光検出装置の構成例を示すブロック図である。
【００２１】
図１（Ａ）に示す光検出装置は、リセット信号出力回路（ＲＳＴＯＵＴともいう）１０１
ａと、読み出し選択信号出力回路（ＲＳＥＬＯＵＴともいう）１０１ｂと、ライトユニッ
ト（ＬＩＧＨＴともいう）１０２と、光検出回路（ＰＳともいう）１０３ｐと、読み出し
回路（ＲＥＡＤともいう）１０４と、を具備する。
【００２２】
リセット信号出力回路１０１ａは、リセット信号（信号ＲＳＴともいう）を出力する機能
を有する。
【００２３】
リセット信号出力回路１０１ａは、例えばシフトレジスタを備える。上記シフトレジスタ
によりパルス信号を出力させることにより、リセット信号出力回路１０１ａは、リセット
信号を出力することができる。
【００２４】
読み出し選択信号出力回路１０１ｂは、読み出し選択信号（信号ＲＳＥＬともいう）を出
力する機能を有する。
【００２５】
読み出し選択信号出力回路１０１ｂは、例えばシフトレジスタを備える。上記シフトレジ
スタによりパルス信号を出力させることにより、読み出し選択信号出力回路１０１ｂは読
み出し選択信号を出力することができる。
【００２６】
ライトユニット１０２は、光源を備え、該光源が発光することにより点灯する機能を有す
る発光ユニットである。なお、ライトユニット１０２に光制御回路を設け、該光制御回路
により、点灯時のライトユニット１０２の光の輝度又はライトユニット１０２の点灯タイ
ミングを制御してもよい。
【００２７】
光源は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤともいう）を用いて構成することができる。発光
ダイオードとしては、赤外線領域の波長である光（例えば波長が可視光領域以上１０００
ｎｍ以下である光）を発する発光ダイオード（赤外発光ダイオードともいう）又は可視光
領域の波長である光（例えば波長が３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下である光）を発する発
光ダイオード（可視光発光ダイオードともいう）を用いることができる。可視光発光ダイ
オードとしては、例えば白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード
、又は青色発光ダイオードのいずれか一つ又は複数を用いることができる。また、複数色
の発光ダイオードにより光源を構成することもできる。また、赤外発光ダイオードを用い
ることにより、外光の強度の弱い波長領域（例えば９００ｎｍ付近）でも光検出を行うこ
とができる。
【００２８】
光検出回路１０３ｐは、光検出部１０３に設けられる。光検出部１０３は、光を検出する
領域である。なお、本実施の形態の光検出装置では、光検出部１０３に複数の光検出回路
１０３ｐを具備する構成にしてもよい。
【００２９】
光検出回路１０３ｐは、入射する光の照度に応じた電圧であるデータ信号を生成する機能
を有する。
【００３０】
なお、一般的に電圧とは、二点間における電位の差（電位差ともいう）のことをいう。し
かし、電圧と電位の値は、回路図などにおいていずれもボルト（Ｖ）で表されることがあ
るため、区別が困難である。そこで、本明細書では、特に指定する場合を除き、ある一点
の電位と基準となる電位（基準電位ともいう）との電位差を、該一点の電圧として用いる
場合がある。
【００３１】
光検出回路１０３ｐには、リセット信号及び読み出し選択信号が入力される。
【００３２】
光検出回路１０３ｐは、入力されたリセット信号に従ってリセット状態になる機能を有す
る。なお、光検出回路１０３ｐがリセット状態のとき、データ信号は基準値となる。
【００３３】
また、光検出回路１０３ｐは、入力された読み出し選択信号に従って生成したデータ信号
を出力する機能を有する。
【００３４】
光検出回路１０３ｐは、例えば、光電変換素子（ＰＣＥともいう）及び増幅用トランジス
タを用いて構成される。
【００３５】
光電変換素子は、光が入射することにより、入射した光の照度に応じて電流（光電流とも
いう）が流れる機能を有する。
【００３６】
増幅用トランジスタは、２つの端子と、該２つの端子間の導通状態を制御するための制御
端子と、を有する。増幅用トランジスタは、入射した光の照度に応じた光電流に従って上
記制御端子の電圧が変化することにより、光検出回路１０３ｐのデータ信号の値を設定す
る機能を有する。よって、光検出回路１０３ｐから出力されるデータ信号は、光検出回路
１０３ｐに入射した光の照度に応じた値となる。
【００３７】
さらに、読み出し選択用トランジスタを光検出回路１０３ｐに設け、読み出し選択信号に
従って読み出し選択用トランジスタがオン状態になることにより、光検出回路１０３ｐか
らデータ信号を出力する構成にすることもできる。
【００３８】
読み出し回路１０４は、光検出回路１０３ｐを選択し、選択した光検出回路１０３ｐから
データ信号を読み出す機能を有する。なお、光検出回路１０３ｐが複数である場合、一度
に複数の光検出回路１０３ｐを選択してデータ信号を読み出すこともできる。
【００３９】
読み出し回路１０４は、例えば選択回路（例えばセレクタ）を用いて構成される。
【００４０】
読み出し回路１０４により読み出されたデータ信号は、例えば図１（Ａ）に示すデータ処
理回路（ＤａｔａＰともいう）１０５により処理される。
【００４１】
データ処理回路１０５は、入力されたデータ信号の演算処理を行う回路である。データ処
理回路１０５は、記憶回路（例えばフレームメモリなど）及び演算回路を備える。記憶回
路は、データ信号のデータを記憶する機能を有し、演算回路は、複数のデータ信号の比較
を行う機能を有する。
【００４２】
なお、データ処理回路１０５は、光検出装置に備えられてもよく、また、別途設けられた
データ処理回路と同等の機能を有するデータ処理手段（パーソナルコンピュータなど）に
光検出装置が電気的に接続された構成としてもよい。データ処理回路１０５を光検出装置
に設けることにより、データ処理回路１０５と読み出し回路１０４の接続部における配線
数などを低減することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態の光検出装置の駆動方法例として、図１（Ａ）に示す光検出装置の駆
動方法例について、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）を用いて説明する。図１（Ｂ）は、図１（
Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例を説明するためのフローチャートであり、図１（Ｃ）
は、図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例を説明するためのタイミングチャートであ
る。なお、ここでは、ライトユニット１０２の光源が白色発光ダイオードであるとして説
明する。
【００４４】
図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例では、図１（Ｂ）に示すように、ステップＳ１
１としてデータ信号ＤＳ１１の生成動作（データ信号ＤＳ１１生成ともいう）を行う。
【００４５】
このとき、図１（Ｃ）の期間Ｔ１１に示すように、ライトユニット１０２の状態を点灯状
態及び消灯状態の一方（状態ＳＴ１１ともいう）にする。
【００４６】
また、光検出回路１０３ｐは、リセット信号に従ってリセット状態になり、その後、デー
タ信号ＤＳ１１を生成し、読み出し選択信号に従って、データ信号ＤＳ１１を出力する。
【００４７】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ１１を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ１１のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００４８】
次に、図１（Ｂ）に示すように、ステップＳ１２としてデータ信号ＤＳ１２の生成動作（
データ信号ＤＳ１２生成ともいう）を行う。
【００４９】
このとき、図１（Ｃ）の期間Ｔ１２に示すように、ライトユニット１０２の状態を点灯状
態及び消灯状態の他方（状態ＳＴ１２ともいう）にする。
【００５０】
また、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ１１の生成と同様に、データ信号ＤＳ１２
を生成して出力する。
【００５１】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ１２を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ１２のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００５２】
次に、図１（Ｂ）に示すように、ステップＳ１３として、複数のデータ信号の比較動作（
データ信号比較ともいう）を行う。
【００５３】
このとき、データ処理回路１０５は、記憶回路に記憶されたデータ信号ＤＳ１１のデータ
及びデータ信号ＤＳ１２のデータを演算回路により比較し、データ信号ＤＳ１１及びデー
タ信号ＤＳ１２の差分のデータである差分データ信号ＤＤＳ１１を生成する。差分データ
信号ＤＤＳ１１は、所定の処理を実行するためのデータ信号として用いられる。
【００５４】
また、ライトユニット１０２の光源が複数の色の発光ダイオードを備える場合における、
光検出装置の駆動方法例について、図２を用いて説明する。図２は、図１（Ａ）に示す光
検出装置の駆動方法例を説明するための図であり、図２（Ａ）は、フローチャートであり
、図２（Ｂ）は、タイミングチャートである。なお、ここでは、一例として光源が３色の
発光ダイオードを備える場合について説明する。
【００５５】
ライトユニット１０２の光源が複数の色の発光ダイオードを備える場合における光検出装
置の駆動方法例では、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２１として、データ信号ＤＳ
２１の生成動作（データ信号ＤＳ２１生成ともいう）を行う。
【００５６】
このとき、図２（Ｂ）の期間Ｔ２１に示すように、ライトユニット１０２の状態を第１の
点灯状態及び消灯状態の一方（状態ＳＴ２１ともいう）にする。なお、第１の点灯状態で
は、第１の色の発光ダイオードが発光する。
【００５７】
また、光検出回路１０３ｐは、リセット信号に従ってリセット状態になり、その後、デー
タ信号ＤＳ２１を生成し、読み出し選択信号に従って、データ信号ＤＳ２１を出力する。
【００５８】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ２１を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ２１のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００５９】
次に、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２２として、データ信号ＤＳ２２の生成動作
（データ信号ＤＳ２２生成ともいう）を行う。
【００６０】
このとき、図２（Ｂ）の期間Ｔ２２に示すように、ライトユニット１０２の状態を第１の
点灯状態及び消灯状態の他方（状態ＳＴ２２ともいう）にする。
【００６１】
また、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ２１の生成と同様に、データ信号ＤＳ２２
を生成して出力する。
【００６２】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ２２を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ２２のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００６３】
次に、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２３＿１として、複数のデータ信号の比較動
作を行う。
【００６４】
このとき、データ処理回路１０５は、記憶回路に記憶されたデータ信号ＤＳ２１のデータ
及びデータ信号ＤＳ２２のデータを演算回路により比較し、データ信号ＤＳ２１及びデー
タ信号ＤＳ２２の差分のデータである差分データ信号ＤＤＳ２１を生成する。
【００６５】
また、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２３＿２として、データ信号ＤＳ２３の生成
動作（データ信号ＤＳ２３生成ともいう）を行う。
【００６６】
このとき、図２（Ｂ）の期間Ｔ２３に示すように、ライトユニット１０２の状態を第２の
点灯状態及び消灯状態の一方（状態ＳＴ２３ともいう）にする。なお、第２の点灯状態で
は、第２の色の発光ダイオードが発光する。
【００６７】
さらに、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ２１の生成と同様に、データ信号ＤＳ２
３を生成して出力する。
【００６８】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ２３を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ２３のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００６９】
次に、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２４として、データ信号ＤＳ２４の生成動作
（データ信号ＤＳ２４生成ともいう）を行う。
【００７０】
このとき、図２（Ｂ）の期間Ｔ２４に示すように、ライトユニット１０２の状態を第２の
点灯状態及び消灯状態の他方（状態ＳＴ２４ともいう）にする。
【００７１】
また、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ２１の生成と同様に、データ信号ＤＳ２４
を生成して出力する。
【００７２】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ２４を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ２４のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００７３】
次に、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２５＿１として、複数のデータ信号の比較動
作を行う。
【００７４】
このとき、データ処理回路１０５は、記憶回路に記憶されたデータ信号ＤＳ２３のデータ
及びデータ信号ＤＳ２４のデータを演算回路により比較し、データ信号ＤＳ２３及びデー
タ信号ＤＳ２４の差分のデータである差分データ信号ＤＤＳ２２を生成する。
【００７５】
また、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２５＿２として、データ信号ＤＳ２５の生成
動作（データ信号ＤＳ２５生成ともいう）を行う。
【００７６】
このとき、図２（Ｂ）の期間Ｔ２５に示すように、ライトユニット１０２の状態を第３の
点灯状態及び消灯状態の一方（状態ＳＴ２５ともいう）にする。なお、第３の点灯状態で
は、第３の色の発光ダイオードが発光する。
【００７７】
また、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ２１の生成と同様に、データ信号ＤＳ２５
を生成して出力する。
【００７８】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ２５を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ２５のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００７９】
次に、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２６として、データ信号ＤＳ２６の生成動作
（データ信号ＤＳ２６生成ともいう）を行う。
【００８０】
このとき、図２（Ｂ）の期間Ｔ２６に示すように、ライトユニット１０２の状態を、第３
の点灯状態及び消灯状態の他方（状態ＳＴ２６ともいう）にする。
【００８１】
また、光検出回路１０３ｐは、信号ＤＳ２１の生成と同様に、データ信号ＤＳ２６を生成
して出力する。
【００８２】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ２６を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ２６のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００８３】
次に、図２（Ａ）に示すように、ステップＳ２７として、複数のデータ信号の比較動作を
行う。
【００８４】
このとき、データ処理回路１０５は、記憶回路に記憶されたデータ信号ＤＳ２５のデータ
及びデータ信号ＤＳ２６のデータを演算回路により比較し、データ信号ＤＳ２５及びデー
タ信号ＤＳ２６の差分のデータである差分データ信号ＤＤＳ２３を生成する。
【００８５】
なお、差分データ信号ＤＤＳ２１乃至差分データ信号ＤＤＳ２３は、所定の処理を実行す
るためのデータ信号として用いられる。
【００８６】
なお、期間Ｔ２１乃至期間Ｔ２６は、必ずしも連続しなくてもよく、それぞれの期間の間
にライトユニット１０２が消灯状態となる期間を設けてもよい。また、発光ダイオードの
種類は３個に限定されず、複数であればよい。
【００８７】
また、ライトユニット１０２の光源が複数の色の発光ダイオードを備える場合における、
光検出装置の駆動方法の他の例について、図３を用いて説明する。図３は、図１（Ａ）に
示す光検出装置の駆動方法例を説明するための図であり、図３（Ａ）は、フローチャート
であり、図３（Ｂ）は、タイミングチャートである。なお、ここでは、一例として光源が
３色の発光ダイオードを備える場合について説明する。
【００８８】
図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法の他の例では、図３（Ａ）に示すように、ステッ
プＳ３１として、データ信号ＤＳ３１の生成動作（データ信号ＤＳ３１生成ともいう）を
行う。
【００８９】
このとき、図３（Ｂ）の期間Ｔ３１に示すように、ライトユニット１０２の状態を第１の
点灯状態（状態ＳＴ３１ともいう）にする。なお、第１の点灯状態では、第１の色の発光
ダイオードが発光する。
【００９０】
また、光検出回路１０３ｐは、リセット信号に従ってリセット状態になり、その後、デー
タ信号ＤＳ３１を生成し、読み出し選択信号に従って、データ信号ＤＳ３１を出力する。
【００９１】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ３１を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ３１のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００９２】
次に、図３（Ａ）に示すように、ステップＳ３２として、データ信号ＤＳ３２の生成動作
（データ信号ＤＳ３２生成ともいう）を行う。
【００９３】
このとき、図３（Ｂ）の期間Ｔ３２に示すように、ライトユニット１０２の状態を第２の
点灯状態（状態ＳＴ３２ともいう）にする。なお、第２の点灯状態では、第２の色の発光
ダイオードが発光する。
【００９４】
また、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ３１の生成と同様に、データ信号ＤＳ３２
を生成して出力する。
【００９５】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ３２を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ３２のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【００９６】
次に、図３（Ａ）に示すように、ステップＳ３３として、データ信号ＤＳ３３の生成動作
（データ信号ＤＳ３３生成ともいう）を行う。
【００９７】
このとき、図３（Ｂ）の期間Ｔ３３に示すように、ライトユニット１０２の状態を第３の
点灯状態（状態ＳＴ３３ともいう）にする。なお、第３の点灯状態では、第３の色の発光
ダイオードが発光する。
【００９８】
また、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ３１の生成と同様に、データ信号ＤＳ３３
を生成して出力する。
【００９９】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ３３を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ３３のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【０１００】
また、図３（Ａ）に示すように、ステップＳ４１として、データ信号ＤＳ４１の生成動作
（データ信号ＤＳ４１生成ともいう）を行う。なお、データ信号ＤＳ３１の生成動作の前
又はデータ信号ＤＳ３３の生成動作の後にデータ信号ＤＳ４１の生成動作を行う。
【０１０１】
このとき、ライトユニット１０２の状態を消灯状態にする。
【０１０２】
また、光検出回路１０３ｐは、データ信号ＤＳ３１の生成と同様に、データ信号ＤＳ４１
を生成して出力する。
【０１０３】
さらに、読み出し回路１０４は、データ信号ＤＳ４１を読み出す。読み出したデータ信号
ＤＳ４１のデータは、データ処理回路１０５における記憶回路に記憶される。
【０１０４】
次に、図３（Ａ）に示すように、ステップＳ５１として、複数のデータ信号の比較動作を
行う。
【０１０５】
このとき、データ処理回路１０５は、記憶回路に記憶されたデータ信号ＤＳ３１乃至デー
タ信号ＤＳ３３のデータのそれぞれと、データ信号ＤＳ４１のデータを演算回路により比
較し、データ信号ＤＳ３１及びデータ信号ＤＳ４１の差分のデータである差分データ信号
ＤＤＳ３１を生成し、データ信号ＤＳ３２及びデータ信号ＤＳ４１の差分のデータである
差分データ信号ＤＤＳ３２を生成し、データ信号ＤＳ３３及びデータ信号ＤＳ４１の差分
のデータである差分データ信号ＤＤＳ３３を生成する。生成した３つの差分データ信号は
、所定の処理を実行するためのデータ信号として用いられる。
【０１０６】
なお、期間Ｔ３１乃至期間Ｔ３３は、必ずしも連続しなくてもよく、それぞれの期間の間
にライトユニット１０２が消灯状態となる期間を設けてもよい。
【０１０７】
ここで、差分データ信号を生成することの利点について、図４を用いて説明する。図４は
、本実施の形態の光検出装置を説明するための図である。
【０１０８】
図４（Ａ）は、本実施の形態の光検出装置を説明するための模式図である。ここでは、一
例として図４（Ａ）に示すように、複数の光検出回路が設けられた光検出部１０３の一部
の領域１５２に指１５１を接触させた場合について考える。また、ここでは、ライトユニ
ット１０２の光源は、白色発光ダイオードとする。
【０１０９】
まず、光検出装置のライトユニット１０２が点灯状態のときの、光検出部１０３の線分Ａ
−Ｂにおける光の強度の分布例を図４（Ｂ）に示す。なお、図４（Ｂ）において、横軸は
、線分Ａ−Ｂ上の位置を表し、縦軸は、入射する光の相対強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙとも
いう）を表す。図４（Ｂ）に示すように、ライトユニット１０２が点灯状態のとき、領域
１５２に入射する光の強度と、領域１５２以外の領域に入射する光の強度の差は小さく、
指１５１の反射光を外光と識別することが難しい。
【０１１０】
また、ライトユニット１０２が消灯状態のときの、線分Ａ−Ｂにおける光の強度の分布例
を図４（Ｃ）に示す。なお、図４（Ｃ）において、横軸は、線分Ａ−Ｂ上の位置を表し、
縦軸は、入射する光の相対強度を表す。図４（Ｃ）に示すように、ライトユニット１０２
が消灯状態のとき、領域１５２に入射する光の強度は、領域１５２以外の領域に入射する
光の強度よりさらに低く、指１５１の反射光を検出することが難しい。
【０１１１】
さらに、線分Ａ−Ｂにおける、ライトユニット１０２が点灯状態のときのデータ信号及び
ライトユニット１０２が消灯状態のときのデータ信号の差である光の強度の分布例を図４
（Ｄ）に示す。なお、図４（Ｄ）において、横軸は、線分Ａ−Ｂ上の位置を表し、縦軸は
、入射する光の相対強度を表す。図４（Ｄ）に示すように、データ信号の外光の情報が除
去され、領域１５２に入射する光の強度は、領域１５２以外の領域に入射する光の強度よ
り大きくなり、且つ領域１５２に入射する光の強度と、領域１５２以外の領域に入射する
光の強度の差が図４（Ｂ）と比較して大きい。よって、指１５１の反射光を外光と識別す
ることができる。
【０１１２】
図１乃至図４を用いて説明したように、本実施の形態の光検出装置の一例は、ライトユニ
ット及び光検出回路を具備する構成であって、ライトユニットを点灯状態及び消灯状態に
切り替え、それぞれの状態のときに光検出回路により生成したデータ信号を比較して差分
データ信号を生成するものである。差分データ信号を生成することにより、光の照度に応
じた電圧であるデータ信号から外光の情報を除去することができるため、外光による影響
を低減することができる。
【０１１３】
また、本実施の形態の光検出装置の一例では、ライトユニットの光源が複数の色の発光ダ
イオードである場合であっても、それぞれの発光ダイオードが発光する点灯状態及び消灯
状態を切り替え、それぞれの発光ダイオードの発光状態と消灯状態を比較して差分データ
信号を生成することができる。上記構成とすることにより、例えば、期間毎に異なる色の
発光ダイオードを発光させる方式（フィールドシーケンシャル方式ともいう）により、被
読み取り物をフルカラーで検出することもでき、且つ外光による影響を低減することもで
きる。
【０１１４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態１における光検出装置のライトユニットの例について
説明する。
【０１１５】
本実施の形態におけるライトユニットの構成例について、図５を用いて説明する。図５は
、本実施の形態におけるライトユニットの構成例を示す模式図である。
【０１１６】
図５に示すライトユニットは、光源２０１と、導光板２０２と、固定材２０３と、を備え
る。また、図５に示すライトユニットは、光検出部（ＰＤＴＰともいう）２０５の光検出
回路に重畳する。
【０１１７】
光源２０１としては、上記実施の形態１に示すように、例えば発光ダイオードなどを用い
ることができる。
【０１１８】
固定材２０３は、光源２０１と導光板２０２を固定する機能を有する。固定材２０３とし
ては、遮光性を有する材料を用いることが好ましい。固定材２０３として遮光性を有する
材料を用いることにより、光源２０１から射出する光が外部へ漏れることを抑制すること
ができる。なお、固定材２０３は、必ずしも設けなくてもよい。
【０１１９】
図５に示すライトユニットは、光源２０１からの光を導光板２０２の中で反射させる。こ
のとき、例えば導光板２０２に指２０４などの被読み取り物が接することにより、光源２
０１からの光が指２０４に反射して光検出部２０５の光検出回路に入射する。
【０１２０】
また、図５に示すライトユニットは、例えば外部から制御信号が入力される又は制御回路
を備えることにより光源２０１の状態を切り替えることができる。
【０１２１】
図５を用いて説明したように、本実施の形態のライトユニットの一例は、導光板を用いて
光源の光を反射させ、被読み取り物が導光板に接触したときに、被読み取り物の反射光が
光検出回路に入射する構成である。上記構成とすることにより、外光の影響を抑制するこ
とができる。
【０１２２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態の光検出装置における光検出回路の例について説明す
る。
【０１２３】
本実施の形態における光検出回路の例について、図６を用いて説明する。図６は、本実施
の形態における光検出回路の例を説明するための図である。
【０１２４】
まず、本実施の形態の光検出回路の構成例について、図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）を用いて
説明する。図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）は、本実施の形態における光検出回路の構成例を示
す図である。
【０１２５】
図６（Ａ）に示す光検出回路は、光電変換素子１３１ａと、トランジスタ１３２ａと、ト
ランジスタ１３３ａと、を有する。
【０１２６】
なお、光検出回路において、トランジスタは、電界効果トランジスタであり、特に指定す
る場合を除き、ソース、ドレイン、及びゲートを少なくとも有する。
【０１２７】
光電変換素子１３１ａは、第１端子及び第２端子を有し、光電変換素子１３１ａの第１端
子には、リセット信号が入力される。
【０１２８】
トランジスタ１３２ａのゲートは、光電変換素子１３１ａの第２端子に電気的に接続され
る。
【０１２９】
トランジスタ１３３ａのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１３２ａのソース及
びドレインの一方に電気的に接続され、トランジスタ１３３ａのゲートには、読み出し選
択信号が入力される。
【０１３０】
なお、トランジスタ１３２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ａ
のソース及びドレインの他方のいずれか一方には、電圧Ｖａが入力される。
【０１３１】
さらに、図６（Ａ）に示す光検出回路は、トランジスタ１３２ａのソース及びドレインの
他方の電圧、並びにトランジスタ１３３ａのソース及びドレインの他方の電圧のいずれか
他方をデータ信号として出力する。
【０１３２】
図６（Ｂ）に示す光検出回路は、光電変換素子１３１ｂと、トランジスタ１３２ｂと、ト
ランジスタ１３３ｂと、トランジスタ１３４と、トランジスタ１３５と、を有する。
【０１３３】
光電変換素子１３１ｂは、第１端子及び第２端子を有し、光電変換素子１３１ｂの第１端
子には、電圧Ｖｂが入力される。
【０１３４】
なお、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの一方は、高電源電圧Ｖｄｄであり、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂ
の他方は、低電源電圧Ｖｓｓである。高電源電圧Ｖｄｄは、相対的に低電源電圧Ｖｓｓよ
り高い値の電圧であり、低電源電圧Ｖｓｓは、相対的に高電源電圧Ｖｄｄより低い値の電
圧である。電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの値は、例えばトランジスタの極性などにより互いに入
れ替わる場合がある。また、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの差が電源電圧となる。
【０１３５】
トランジスタ１３４のゲートには、蓄積制御信号（信号ＴＸともいう）が入力され、トラ
ンジスタ１３４のソース及びドレインの一方は、光電変換素子１３１ｂの第２端子に電気
的に接続される。
【０１３６】
トランジスタ１３２ｂのゲートは、トランジスタ１３４のソース及びドレインの他方に電
気的に接続される。
【０１３７】
トランジスタ１３５のゲートには、リセット信号が入力され、トランジスタ１３５のソー
ス及びドレインの一方には、電圧Ｖａが入力され、トランジスタ１３５のソース及びドレ
インの他方は、トランジスタ１３４のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１３８】
トランジスタ１３３ｂのゲートには、読み出し選択信号が入力され、トランジスタ１３３
ｂのソース及びドレインの一方は、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの一方に
電気的に接続される。
【０１３９】
なお、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ｂ
のソース及びドレインの他方のいずれか一方には、電圧Ｖａが入力される。
【０１４０】
また、図６（Ｂ）に示す光検出回路は、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレインの他
方の電圧、並びにトランジスタ１３３ｂのソース及びドレインの他方の電圧のいずれか他
方をデータ信号として出力する。
【０１４１】
図６（Ｃ）に示す光検出回路は、光電変換素子１３１ｃと、トランジスタ１３２ｃと、容
量素子１３６と、を有する。
【０１４２】
光電変換素子１３１ｃは、第１端子及び第２端子を有し、光電変換素子１３１ｃの第１端
子は、リセット信号が入力される。
【０１４３】
容量素子１３６は、第１端子及び第２端子を有し、容量素子１３６の第１端子は、読み出
し選択信号が入力され、容量素子１３６の第２端子は、光電変換素子１３１ｃの第２端子
に電気的に接続される。
【０１４４】
トランジスタ１３２ｃのゲートは、光電変換素子１３１ｃの第２端子に電気的に接続され
、トランジスタ１３２ｃのソース及びドレインの一方には、電圧Ｖａが入力される。
【０１４５】
なお、図６（Ｃ）に示す光検出回路は、トランジスタ１３２ｃのソース及びドレインの他
方の電圧をデータ信号として出力する。
【０１４６】
さらに、図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）に示す光検出回路の各構成要素について説明する。
【０１４７】
光電変換素子１３１ａ乃至光電変換素子１３１ｃは、光が入射することにより、入射した
光の照度に応じた電流を生成する機能を有する。光電変換素子１３１ａ乃至光電変換素子
１３１ｃとしては、例えばフォトダイオード又はフォトトランジスタなどを用いることが
できる。フォトダイオードの場合、フォトダイオードのアノード及びカソードの一方が光
電変換素子の第１端子に相当し、フォトダイオードのアノード及びカソードの他方が光電
変換素子の第２端子に相当し、フォトトランジスタの場合、フォトトランジスタのソース
及びドレインの一方が光電変換素子の第１端子に相当し、フォトトランジスタのソース及
びドレインの他方が光電変換素子の第２端子に相当する。
【０１４８】
トランジスタ１３２ａ乃至トランジスタ１３２ｃは、光検出回路のデータ信号の値を設定
する増幅用トランジスタとしての機能を有する。
【０１４９】
トランジスタ１３２ａ乃至トランジスタ１３２ｃとしては、例えばチャネルが形成され、
元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を含有する半導体層又は酸化物半
導体層を含むトランジスタを用いることができる。なお、チャネルが形成される層をチャ
ネル形成層ともいう。
【０１５０】
上記酸化物半導体層は、真性（Ｉ型ともいう）、又は実質的に真性である半導体層であり
、キャリアの数が極めて少なく、キャリア濃度は、１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましく
は１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満である。
【０１５１】
また、チャネル形成層としての機能を有する上記酸化物半導体層を含むトランジスタのオ
フ電流は、チャネル幅１μｍあたり１０ａＡ（１×１０−１７Ａ）以下、好ましくは１ａ
Ａ（１×１０−１８Ａ）以下、さらには好ましくは１０ｚＡ（１×１０−２０Ａ）以下、
さらに好ましくは１ｚＡ（１×１０−２１Ａ）以下、さらに好ましくは１００ｙＡ（１×
１０−２２Ａ）以下である。
【０１５２】
トランジスタ１３４は、蓄積制御信号に従ってオン状態又はオフ状態になることにより、
トランジスタ１３２ｂのゲートの電圧を光電変換素子１３１ｂにより生成される光電流に
応じた電圧にするか否かを制御する蓄積制御トランジスタとしての機能を有する。蓄積制
御信号は、例えばシフトレジスタを用いて生成することができる。なお、本実施の形態の
光検出回路では、トランジスタ１３４を必ずしも設けなくてもよいが、トランジスタ１３
４を設けることにより、トランジスタ１３２ｂのゲートが浮遊状態のときに、一定期間ト
ランジスタ１３２ｂのゲートの電圧の値を維持することができる。
【０１５３】
トランジスタ１３５は、リセット信号に従ってオン状態又はオフ状態になることにより、
トランジスタ１３２ｂのゲートの電圧を電圧Ｖａにリセットするか否かを制御するリセッ
ト用トランジスタとしての機能を有する。なお、本実施の形態の光検出回路では、トラン
ジスタ１３５を必ずしも設けなくてもよいが、トランジスタ１３５を設けることにより、
トランジスタ１３２ｂのゲートの電圧を所望の電圧にリセットすることができる。
【０１５４】
なお、トランジスタ１３４及びトランジスタ１３５としては、例えばトランジスタ１３２
ａ乃至トランジスタ１３２ｃに適用可能な酸化物半導体層を含むトランジスタを用いるこ
とができる。上記酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることにより、トランジスタ
１３４又はトランジスタ１３５のリーク電流によるトランジスタ１３２ｂのゲートの電圧
の変動を抑制することができる。
【０１５５】
トランジスタ１３３ａ及びトランジスタ１３３ｂは、読み出し選択信号に従ってオン状態
又はオフ状態になることにより、光検出回路からデータ信号を出力するか否かを制御する
読み出し選択用トランジスタとしての機能を有する。トランジスタ１３３ａ及びトランジ
スタ１３３ｂとしては、例えばトランジスタ１３２ａ乃至トランジスタ１３２ｃに適用可
能なトランジスタを用いることができる。
【０１５６】
次に、図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例について説明する。
【０１５７】
まず、図６（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図６（Ｄ）を用いて説明する
。図６（Ｄ）は、図６（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法の一例を説明するための図であ
り、リセット信号、読み出し選択信号、光電変換素子１３１ａ、及びトランジスタ１３３
ａのそれぞれの状態を示す。なお、ここでは、一例として光電変換素子１３１ａがフォト
ダイオードである場合について説明する。
【０１５８】
図６（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法の一例では、まず期間Ｔ４１において、リセット
信号のパルスが入力される。
【０１５９】
このとき、光電変換素子１３１ａは、順方向に電流が流れる状態（状態ＳＴ５１ともいう
）になり、トランジスタ１３３ａがオフ状態になる。
【０１６０】
さらに、このとき、トランジスタ１３２ａのゲートの電圧は、一定の値にリセットされる
。
【０１６１】
次に、リセット信号のパルスが入力された後の期間Ｔ４２において、光電変換素子１３１
ａは、逆方向に電圧が印加された状態（状態ＳＴ５２ともいう）になり、トランジスタ１
３３ａはオフ状態のままである。
【０１６２】
このとき、光電変換素子１３１ａに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１３１ａの
第１端子及び第２端子の間に光電流が流れる。さらに光電流に応じてトランジスタ１３２
ａのゲートの電圧の値が変化する。
【０１６３】
次に、期間Ｔ４３において、読み出し選択信号のパルスが入力される。
【０１６４】
このとき、光電変換素子１３１ａは状態ＳＴ５２のままであり、トランジスタ１３３ａが
オン状態になり、トランジスタ１３２ａのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１３
３ａのソース及びドレインを介して電流が流れ、図６（Ａ）に示す光検出回路は、トラン
ジスタ１３２ａのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ａのソース及び
ドレインの他方のいずれか他方の電圧をデータ信号として出力する。以上が図６（Ａ）に
示す光検出回路の駆動方法例である。
【０１６５】
次に、図６（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図６（Ｅ）を用いて説明する
。図６（Ｅ）は、図６（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例を説明するための図である。
【０１６６】
図６（Ｂ）に示す光検出回路の駆動方法例では、まず期間Ｔ５１において、リセット信号
のパルスが入力され、また、期間Ｔ５１から期間Ｔ５２にかけて蓄積制御信号のパルスが
入力される。なお、期間Ｔ５１において、リセット信号のパルスの入力開始のタイミング
は、蓄積制御信号のパルスの入力開始のタイミングより早くてもよい。
【０１６７】
このとき、期間Ｔ５１において、光電変換素子１３１ｂが状態ＳＴ５１になり、トランジ
スタ１３４がオン状態になることにより、トランジスタ１３２ｂのゲートの電圧は、電圧
Ｖａと同等の値にリセットされる。
【０１６８】
さらに、リセット信号のパルスが入力された後の期間Ｔ５２において、光電変換素子１３
１ｂが状態ＳＴ５２になり、トランジスタ１３４がオン状態のままであり、トランジスタ
１３５がオフ状態になる。
【０１６９】
このとき、光電変換素子１３１ｂに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１３１ｂの
第１端子及び第２端子の間に光電流が流れる。さらに光電流に応じてトランジスタ１３２
ｂのゲートの電圧の値が変化する。
【０１７０】
さらに、蓄積制御信号のパルスが入力された後の期間Ｔ５３において、トランジスタ１３
４がオフ状態になる。
【０１７１】
このとき、トランジスタ１３２ｂのゲートの電圧は、期間Ｔ５２における光電変換素子１
３１ｂの光電流に応じた値に保持される。なお、期間Ｔ５３は必ずしも設けなくてもよい
が、期間Ｔ５３を設けることにより、光検出回路において、データ信号を出力するタイミ
ングを適宜設定することができ、例えば複数の光検出回路において、それぞれデータ信号
を出力するタイミングを適宜設定することができる。
【０１７２】
さらに、期間Ｔ５４において、読み出し選択信号のパルスが入力される。
【０１７３】
このとき、光電変換素子１３１ｂが状態ＳＴ５２のままであり、トランジスタ１３３ｂが
オン状態になる。
【０１７４】
さらに、このとき、トランジスタ１３２ｂのソース及びドレイン、並びにトランジスタ１
３３ｂのソース及びドレインを介して電流が流れ、図６（Ｂ）に示す光検出回路は、トラ
ンジスタ１３２ｂのソース及びドレインの他方、並びにトランジスタ１３３ｂのソース及
びドレインの他方のいずれか他方の電圧をデータ信号として出力する。以上が図６（Ｂ）
に示す光検出回路の駆動方法例である。
【０１７５】
次に、図６（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図６（Ｆ）を用いて説明する
。図６（Ｆ）は、図６（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例を説明するための図である。
【０１７６】
図６（Ｃ）に示す光検出回路の駆動方法例では、まず、期間Ｔ６１において、リセット信
号のパルスが入力される。
【０１７７】
このとき、光電変換素子１３１ｃが状態ＳＴ５１になり、トランジスタ１３２ｃのゲート
の電圧は、一定の値にリセットされる。
【０１７８】
次に、リセット信号のパルスが入力された後の期間Ｔ６２において、光電変換素子１３１
ｃが状態ＳＴ５２になる。
【０１７９】
このとき、光電変換素子１３１ｃに入射した光の照度に応じて、光電変換素子１３１ｃの
第１端子及び第２端子の間に光電流が流れる。さらに光電流に応じてトランジスタ１３２
ｃのゲートの電圧が変化する。
【０１８０】
次に、期間Ｔ６３において、読み出し選択信号のパルスが入力される。
【０１８１】
このとき、光電変換素子１３１ｃは状態ＳＴ５２のままであり、トランジスタ１３２ｃの
ソース及びドレインの間に電流が流れ、図６（Ｃ）に示す光検出回路は、トランジスタ１
３２ｃのソース及びドレインの他方の電圧をデータ信号として出力する。以上が図６（Ｃ
）に示す光検出回路の駆動方法例である。
【０１８２】
図６（Ａ）乃至図６（Ｆ）を用いて説明したように、本実施の形態の光検出回路は、光電
変換素子及び増幅用トランジスタを有し、読み出し選択信号に応じてデータ信号を出力す
る光検出回路を有する構成である。上記構成にすることにより、期間毎にデータ信号を生
成することができる。
【０１８３】
（実施の形態４）
本実施の形態では、情報の出力が可能であり、且つ光が入射することにより情報の入力が
可能な光検出装置について説明する。なお、情報の出力が可能であり、且つ光が入射する
ことにより情報の入力が可能な光検出装置を入出力装置ともいう。
【０１８４】
本実施の形態における光検出装置の例について、図７を用いて説明する。図７は、本実施
の形態における光検出装置の例を説明するための図である。
【０１８５】
まず、本実施の形態における光検出装置の構成例について、図７（Ａ）を用いて説明する
。図７（Ａ）は、本実施の形態における光検出装置の構成例を示すブロック図である。
【０１８６】
図７（Ａ）に示す光検出装置は、表示選択信号出力回路（ＤＳＥＬＯＵＴともいう）３０
１と、表示データ信号出力回路（ＤＤＯＵＴともいう）３０２と、リセット信号出力回路
（ＲＳＴＯＵＴともいう）３０３ａと、読み出し選択信号出力回路（ＲＳＥＬＯＵＴとも
いう）３０３ｂと、ライトユニット３０４と、Ｘ個（Ｘは自然数）の表示回路（ＤＩＳＰ
ともいう）３０５ｋと、Ｙ個（Ｙは自然数）の光検出回路３０５ｐと、読み出し回路３０
６と、を具備する。
【０１８７】
表示選択信号出力回路３０１は、複数の表示選択信号（信号ＤＳＥＬともいう）を出力す
る機能を有する。
【０１８８】
表示選択信号出力回路３０１は、例えばシフトレジスタを備える。上記シフトレジスタに
よりパルス信号を出力させることにより、表示選択信号出力回路３０１は、表示選択信号
を出力することができる。
【０１８９】
表示データ信号出力回路３０２には、画像信号が入力される。表示データ信号出力回路３
０２は、入力された画像信号を元に表示データ信号（信号ＤＤともいう）を生成し、生成
した表示データ信号を出力する機能を有する。
【０１９０】
表示データ信号出力回路３０２は、例えばシフトレジスタ、記憶回路、及びアナログスイ
ッチを備える。シフトレジスタによりパルス信号を出力させ、パルス信号に従って画像信
号（信号ＩＭＧともいう）のデータを記憶回路に記憶し、アナログスイッチをオン状態に
することにより、表示データ信号出力回路３０２は、記憶した画像信号のデータを表示デ
ータ信号として出力することができる。
【０１９１】
リセット信号出力回路３０３ａは、リセット信号を出力する機能を有する。
【０１９２】
リセット信号出力回路３０３ａは、例えば上記実施の形態１に示すリセット信号出力回路
と同じ構成にすることができる。
【０１９３】
読み出し選択信号出力回路３０３ｂは、読み出し選択信号を出力する機能を有する。
【０１９４】
読み出し選択信号出力回路３０３ｂは、例えば上記実施の形態１に示す読み出し選択信号
出力回路と同じ構成にすることができる。
【０１９５】
ライトユニット３０４は、光源を備え、光源が発光することにより点灯する機能を有する
。
【０１９６】
ライトユニット３０４は、例えば上記実施の形態１又は実施の形態２に示すライトユニッ
トと同じ構成にすることができる。
【０１９７】
また、ライトユニット３０４とは別に上記実施の形態２に示す構成のライトユニットを設
けてもよい。例えばライトユニット３０４の光源が複数色の発光ダイオードを備える構成
とし、別のライトユニットの光源が赤外発光ダイオードを備える構成とすることによりフ
ルカラーで表示を行い、且つ高い検出精度で光検出を行うことができる。
【０１９８】
表示回路３０５ｋには、表示選択信号が入力され、入力された表示選択信号に従って表示
データ信号が入力される。表示回路３０５ｋは、入力された表示データ信号に応じた表示
状態になる機能を有する。
【０１９９】
表示回路３０５ｋは、例えば選択用トランジスタ及び表示素子を備える。上記選択用トラ
ンジスタは、表示選択信号に応じてオン状態又はオフ状態になることにより、表示素子に
表示データ信号を出力するか否かを制御する機能を有し、表示素子は、入力された表示デ
ータ信号に応じた表示状態になる機能を有する。
【０２００】
表示素子としては、例えば液晶素子又は発光素子などを用いることができる。液晶素子は
、電圧が印加されることにより光の透過率が変化する素子であり、発光素子は、電流又は
電圧によって輝度が制御される素子である。発光素子としては、エレクトロルミネセンス
素子（ＥＬ素子又は電界発光素子ともいう）などを用いることができる。
【０２０１】
ここで、表示回路３０５ｋの回路構成例について、図７（Ｂ）を用いて説明する。図７（
Ｂ）は、図７（Ａ）に示す光検出装置における表示回路の回路構成例を示す回路図である
。
【０２０２】
図７（Ｂ）に示す表示回路は、トランジスタ３４１と、液晶素子３４２と、を備える。
【０２０３】
トランジスタ３４１のソース及びドレインの一方には、表示データ信号が入力され、トラ
ンジスタ３４１のゲートには、表示選択信号が入力される。
【０２０４】
液晶素子３４２は、第１端子及び第２端子を有し、液晶素子３４２の第１端子は、トラン
ジスタ３４１のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、液晶素子３４２の第２端
子には、共通電圧が入力される。液晶素子３４２は、第１端子としての機能を有する画素
電極、第２端子としての機能を有する共通電極、及び液晶により構成される。
【０２０５】
また、液晶としては、例えば電気制御複屈折型液晶（ＥＣＢ型液晶ともいう）、二色性色
素を添加した液晶（ＧＨ液晶ともいう）、高分子分散型液晶、又はディスコチック液晶な
どを用いることができる。また、液晶としては、ブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブ
ルー相を示す液晶は、例えばブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物により
構成される。ブルー相を示す液晶は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性で
あるため、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。よって、ブルー相を示す液晶
を用いることにより、動作速度を向上させることができる。
【０２０６】
なお、表示回路に容量素子を設けてもよい。容量素子は、第１端子及び第２端子を有し、
容量素子の第１端子は、トランジスタ３４１のソース及びドレインの他方に電気的に接続
され、容量素子の第２端子には、共通電圧が入力される。
【０２０７】
容量素子は、保持容量としての機能を有し、第１端子の一部又は全部としての機能を有す
る第１の電極と、第２端子の一部又は全部としての機能を有する第２の電極と、誘電体と
、を含む。容量素子の容量は、トランジスタ３４１のオフ電流などを考慮して設定すれば
よい。
【０２０８】
また、表示回路３０５ｋが図７（Ｂ）の構成である場合の光検出装置の表示方式を透過型
、半透過型、又は反射型とすることができる。また、表示回路３０５ｋが図７（Ｂ）の構
成である場合の光検出装置の表示方式としては、例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａ
ｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＳＴＮ（Ｓ
ｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉ
ｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
ｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉ
ｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  
Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔ
ｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａ
ｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）
モード、又はＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどを用
いてもよい。
【０２０９】
光検出回路３０５ｐは、画素部３０５に設けられる。光検出回路３０５ｐは、入射する光
の照度に応じた電圧を生成する機能を有する。また、光検出回路３０５ｐには、リセット
信号及び読み出し選択信号が入力される。また、光検出回路３０５ｐは、リセット信号に
従ってリセット状態になる機能を有する。また、光検出回路３０５ｐは、読み出し選択信
号に従ってデータ信号を出力する機能を有する。
【０２１０】
光検出回路３０５ｐは、例えば上記実施の形態１の光検出装置における光検出回路（例え
ば図１（Ａ）における光検出回路１０３ｐ）と同じ構成にすることができ、光検出回路３
０５ｐとしては、例えば上記実施の形態３に示す光検出回路を用いることができる。
【０２１１】
なお、１個以上の表示回路３０５ｋにより画素が形成される。また、１個以上の表示回路
３０５ｋ及び１個以上の光検出回路３０５ｐにより画素を構成してもよい。
【０２１２】
読み出し回路３０６は、光検出回路３０５ｐを選択し、選択した光検出回路３０５ｐから
データ信号を読み出す機能を有する。
【０２１３】
読み出し回路３０６は、例えば上記実施の形態１の光検出装置における読み出し回路と同
じ構成にすることができる。
【０２１４】
読み出し回路３０６により読み出されたデータ信号は、例えば図７（Ａ）に示すように、
データ処理回路３０７により処理される。
【０２１５】
データ処理回路３０７は、入力されたデータ信号の演算処理を行う回路である。データ処
理回路３０７は、上記実施の形態１に示すデータ処理回路と同じ構成にすることができる
。
【０２１６】
次に、本実施の形態における光検出装置の駆動方法例として、図７（Ａ）に示す光検出装
置の駆動方法例について説明する。なお、ここでは一例として表示回路３０５ｋの構成を
、図７（Ｂ）に示す構成とし、ライトユニット３０４の光源が赤、緑、青の三色の発光ダ
イオードを備える場合について説明する。
【０２１７】
例えば、図７（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法は、読み取り動作及び表示動作に分けら
れる。
【０２１８】
読み取り動作では、上記実施の形態１に示す光検出装置と同様にライトユニット３０４の
状態が第１の点灯状態乃至第３の点灯状態及び消灯状態になり、それぞれの状態のときに
光検出回路３０５ｐによりデータ信号を生成して読み出し回路３０６によりデータ信号を
読み出し、データ処理回路３０７において第１の点灯状態乃至第３の点灯状態のデータ信
号と、消灯状態のデータ信号との比較を行う。詳細については、上記実施の形態１の説明
を援用する。
【０２１９】
また、表示動作では、ライトユニット３０４の状態が第１の点灯状態、第２の点灯状態、
第３の点灯状態と順次切り替わり、各点灯状態において、表示選択信号に従ってトランジ
スタ３４１がオン状態になる。このとき、液晶素子３４２に表示データ信号に応じた電圧
が印加され、液晶素子３４２は、印加される電圧に応じた表示状態になる。その後、表示
選択信号に従ってトランジスタ３４１がオフ状態になる。なお、１つ前の読み取り期間に
おいて生成したデータ信号を表示データ信号に反映させて、表示期間において表示動作を
行ってもよい。
【０２２０】
図７を用いて説明したように、本実施の形態の光検出装置は、表示回路及び光検出回路を
備える構成である。上記構成とすることにより、光検出回路によって生成したデータ信号
に応じて表示回路の表示状態を設定することができるため、例えばタッチパネルとして機
能させることもできる。
【０２２１】
また、本実施の形態の光検出装置は、光源が複数色の発光ダイオードを備える構成にする
ことにより、例えばフィールドシーケンシャル方式で表示動作及び読み取り動作を行うこ
ともできる。これにより、カラーフィルタを用いなくともフルカラーで表示動作及び読み
取り動作を行うことができ、画素の表示回路の数を低減することができる。
【０２２２】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態に示す酸化物半導体層を含むトランジスタに適用可能
なトランジスタについて説明する。
【０２２３】
本実施の形態に示す酸化物半導体層を含むトランジスタは、高純度化することにより、真
性（Ｉ型ともいう）、又は実質的に真性にさせた酸化物半導体層を有するトランジスタで
ある。高純度化とは、酸化物半導体層中の水素を極力排除すること、及び酸化物半導体層
に酸素を供給して酸化物半導体層中の酸素欠乏に起因する欠陥を低減することを含む概念
である。
【０２２４】
本実施の形態のトランジスタの構造例について、図８を用いて説明する。図８は、本実施
の形態におけるトランジスタの構造例を示す断面模式図である。
【０２２５】
図８（Ａ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり、逆ス
タガ型トランジスタともいう。
【０２２６】
図８（Ａ）に示すトランジスタは、導電層４０１ａと、絶縁層４０２ａと、酸化物半導体
層４０３ａと、導電層４０５ａと、導電層４０６ａと、を含む。
【０２２７】
導電層４０１ａは、基板４００ａの上に設けられ、絶縁層４０２ａは、導電層４０１ａの
上に設けられ、酸化物半導体層４０３ａは、絶縁層４０２ａを介して導電層４０１ａの上
に設けられ、導電層４０５ａ及び導電層４０６ａは、酸化物半導体層４０３ａの一部の上
にそれぞれ設けられる。
【０２２８】
さらに、図８（Ａ）において、トランジスタの酸化物半導体層４０３ａの上面の一部（上
面に導電層４０５ａ及び導電層４０６ａが設けられていない部分）は、酸化物絶縁層４０
７ａに接する。
【０２２９】
図８（Ｂ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造の一つであるチャネル保護型（チャ
ネルストップ型ともいう）トランジスタであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
【０２３０】
図８（Ｂ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｂと、絶縁層４０２ｂと、酸化物半導体
層４０３ｂと、絶縁層４２７と、導電層４０５ｂと、導電層４０６ｂと、を含む。
【０２３１】
導電層４０１ｂは、基板４００ｂの上に設けられ、絶縁層４０２ｂは、導電層４０１ｂの
上に設けられ、酸化物半導体層４０３ｂは、絶縁層４０２ｂを介して導電層４０１ｂの上
に設けられ、絶縁層４２７は、絶縁層４０２ｂ及び酸化物半導体層４０３ｂを介して導電
層４０１ｂの上に設けられ、導電層４０５ｂ及び導電層４０６ｂは、絶縁層４２７を介し
て酸化物半導体層４０３ｂの一部の上にそれぞれ設けられる。また、導電層４０１ｂを酸
化物半導体層４０３ｂの全てと重なる構造にすることもできる。導電層４０１ｂを酸化物
半導体層４０３ｂの全てと重なる構造にすることにより、酸化物半導体層４０３ｂへの光
の入射を抑制することができる。また、これに限定されず、導電層４０１ｂを酸化物半導
体層４０３ｂの一部と重なる構造にすることもできる。
【０２３２】
図８（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造のトランジスタの一つである。
【０２３３】
図８（Ｃ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｃと、絶縁層４０２ｃと、酸化物半導体
層４０３ｃと、導電層４０５ｃと、導電層４０６ｃと、を含む。
【０２３４】
導電層４０１ｃは、基板４００ｃの上に設けられ、絶縁層４０２ｃは、導電層４０１ｃの
上に設けられ、導電層４０５ｃ及び導電層４０６ｃは、絶縁層４０２ｃの一部の上に設け
られ、酸化物半導体層４０３ｃは、絶縁層４０２ｃ、導電層４０５ｃ、及び導電層４０６
ｃを介して導電層４０１ｃの上に設けられる。また、導電層４０１ｃを酸化物半導体層４
０３ｃの全てと重なる構造にすることもできる。導電層４０１ｃを酸化物半導体層４０３
ｃの全てと重なる構造にすることにより、酸化物半導体層４０３ｃへの光の入射を抑制す
ることができる。また、これに限定されず、導電層４０１ｃを酸化物半導体層４０３ｃの
一部と重なる構造にすることもできる。
【０２３５】
さらに、図８（Ｃ）において、トランジスタにおける酸化物半導体層４０３ｃの上面及び
側面は、酸化物絶縁層４０７ｃに接する。
【０２３６】
なお、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）において、酸化物絶縁層の上に保護絶縁層が設けてもよ
い。
【０２３７】
図８（Ｄ）に示すトランジスタは、トップゲート構造のトランジスタの一つである。
【０２３８】
図８（Ｄ）に示すトランジスタは、導電層４０１ｄと、絶縁層４０２ｄと、酸化物半導体
層４０３ｄと、導電層４０５ｄ及び導電層４０６ｄと、を含む。
【０２３９】
酸化物半導体層４０３ｄは、絶縁層４４７を介して基板４００ｄの上に設けられ、導電層
４０５ｄ及び導電層４０６ｄは、それぞれ酸化物半導体層４０３ｄの一部の上に設けられ
、絶縁層４０２ｄは、酸化物半導体層４０３ｄ、導電層４０５ｄ、及び導電層４０６ｄの
上に設けられ、導電層４０１ｄは、絶縁層４０２ｄを介して酸化物半導体層４０３ｄの上
に設けられる。
【０２４０】
さらに、図８（Ａ）乃至図８（Ｄ）に示す各構成要素について説明する。
【０２４１】
基板４００ａ乃至基板４００ｄとしては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホ
ウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
【０２４２】
また、基板４００ａ乃至基板４００ｄとして、結晶化ガラスを用いることもできる。また
、基板４００ａ乃至基板４００ｄとして、プラスチック基板を用いることもできる。
【０２４３】
絶縁層４４７は、基板４００ｄからの不純物元素の拡散を防止する下地層としての機能を
有する。絶縁層４４７としては、例えば窒化シリコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリ
コン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、又は酸化窒化アルミニウム層を用い
ることができる。また、絶縁層４４７に適用可能な材料の層の積層により絶縁層４４７を
構成することもできる。また、絶縁層４４７として、遮光性を有する材料の層と、上記絶
縁層４４７に適用可能な材料の層との積層を用いることもできる。また、遮光性を有する
材料の層を用いて絶縁層４４７を構成することにより、酸化物半導体層４０３ｄへの光の
入射を抑制することができる。
【０２４４】
なお、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）に示すトランジスタにおいて、図８（Ｄ）に示すトラン
ジスタと同様に、基板とゲート電極としての機能を含む導電層の間に絶縁層を設けてもよ
い。
【０２４５】
導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｄのそれぞれは、トランジスタのゲート電極としての機
能を有する。導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｄとしては、例えばモリブデン、チタン、
クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、若しくはスカンジウム
などの金属材料、又はこれらを主成分とする合金材料の層を用いることができる。また、
導電層４０１ａ乃至導電層４０１ｄの形成に適用可能な材料の層の積層により、導電層４
０１ａ乃至導電層４０１ｄを構成することもできる。
【０２４６】
絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｄのそれぞれは、トランジスタのゲート絶縁層としての
機能を有する。絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃとしては、例えば酸化シリコン層、窒
化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化ア
ルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム
層を用いることができる。また、絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃに適用可能な材料の
層の積層により絶縁層４０２ａ乃至絶縁層４０２ｃを構成することもできる。また、絶縁
層４０２ｄとしては、酸化物絶縁層を用いることができ、例えば酸化シリコン層などを用
いることができる。
【０２４７】
酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｄのそれぞれは、トランジスタのチャ
ネル形成層としての機能を有する。酸化物半導体層４０３ａ乃至酸化物半導体層４０３ｄ
に適用可能な酸化物半導体としては、例えば四元系金属酸化物、三元系金属酸化物、又は
二元系金属酸化物などを用いることができる。四元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−
Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などを用いることができる。三元系金属酸化物として
は、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉ
ｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系金属酸化物、又はＳｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などを用いることができる
。二元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金
属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ
系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、又はＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物などを用
いることができる。また、酸化物半導体としては、例えばＩｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−
Ｏ系金属酸化物、又はＺｎ−Ｏ系金属酸化物などを用いることもできる。また、酸化物半
導体としては、上記酸化物半導体として適用可能な金属酸化物にＳｉＯ２を含む酸化物を
用いることもできる。
【０２４８】
Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物を用いる場合、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１乃至Ｉｎ：Ｚ
ｎ＝１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１乃至Ｉｎ２Ｏ３：Ｚｎ
Ｏ＝１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１（モル数比に換
算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１乃至Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：２）、さらに好ま
しくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１乃至Ｉｎ：Ｚｎ＝１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ２
Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２乃至Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３：４）の組成比である酸化物ターゲ
ットを用いてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物の半導体層を形成することができる。例えば、
Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ
＝Ｐ：Ｑ：Ｒのとき、Ｒ＞１．５Ｐ＋Ｑとする。Ｉｎの量を多くすることにより、トラン
ジスタの移動度を向上させることができる。
【０２４９】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０より大きい数）で表記され
る材料を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれた
一つ又は複数の金属元素を示す。例えばＭとしては、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ
、又はＧａ及びＣｏなどが挙げられる。
【０２５０】
導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄのそれぞれは
、トランジスタのソース電極又はトランジスタのドレイン電極としての機能を有する。導
電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄとしては、例え
ばアルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくはタングステンな
どの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いることができる
。また、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ、及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄに
適用可能な材料の層の積層により導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ、及び導電層４０６
ａ乃至導電層４０６ｄのそれぞれを構成することができる。
【０２５１】
例えば、アルミニウム又は銅の金属層と、チタン、モリブデン、又はタングステンなどの
高融点金属層との積層により導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至
導電層４０６ｄを構成することができる。また、複数の高融点金属層の間にアルミニウム
又は銅の金属層が設けられた積層により導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ、及び導電層
４０６ａ乃至導電層４０６ｄを構成することもできる。また、ヒロックやウィスカーの発
生を防止する元素（Ｓｉ、Ｎｄ、Ｓｃなど）が添加されているアルミニウム層を用いて導
電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ、及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄを構成するこ
とにより、耐熱性を向上させることができる。
【０２５２】
また、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄとして
、導電性の金属酸化物を含む層を用いることもできる。導電性の金属酸化物としては、例
えば酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化
インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、若しくは酸化イ
ンジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）、又はこれらの金属酸化物に酸化シリコン
を含むものを用いることができる。
【０２５３】
さらに、導電層４０５ａ乃至導電層４０５ｄ及び導電層４０６ａ乃至導電層４０６ｄの形
成に用いられる材料を用いて他の配線を形成してもよい。
【０２５４】
絶縁層４２７は、トランジスタのチャネル形成層を保護する層（チャネル保護層ともいう
）としての機能を有し、絶縁層４２７としては、例えば絶縁層４４７に適用可能な材料の
層を用いることができる。また、絶縁層４２７に適用可能な材料の層の積層により絶縁層
４２７を構成することもできる。
【０２５５】
酸化物絶縁層４０７ａ及び酸化物絶縁層４０７ｃとしては、酸化物絶縁層を用いることが
でき、例えば酸化シリコン層などを用いることができる。また、酸化物絶縁層４０７ａ及
び酸化物絶縁層４０７ｃに適用可能な材料の層の積層により酸化物絶縁層４０７ａ及び酸
化物絶縁層４０７ｃを構成することもできる。
【０２５６】
さらに、本実施の形態のトランジスタの作製方法の例として、図８（Ａ）に示すトランジ
スタの作製方法例について、図９（Ａ）乃至図９（Ｄ）を用いて説明する。図９（Ａ）乃
至図９（Ｄ）は、図８（Ａ）に示すトランジスタの作製方法例を説明するための断面模式
図である。
【０２５７】
まず、基板４００ａを準備し、基板４００ａの上に第１の導電膜を形成し、第１の導電膜
を選択的にエッチングすることにより導電層４０１ａを形成する（図９（Ａ）参照）。
【０２５８】
例えば、第１のフォトリソグラフィ工程により第１の導電膜の一部の上に第１のレジスト
マスクを形成し、第１のレジストマスクを用いて第１の導電膜をエッチングすることによ
り導電層４０１ａを形成することができる。なお、この場合、導電層４０１ａの形成後に
第１のレジストマスクを除去する。
【０２５９】
例えば、導電層４０１ａに適用可能な材料の膜を用いて第１の導電膜を形成することがで
きる。また、第１の導電膜に適用可能な材料の膜を積層させ、第１の導電膜を形成するこ
ともできる。
【０２６０】
なお、インクジェット法を用いてレジストマスクを形成してもよい。インクジェット法を
用いることにより、フォトマスクが不要になるため、製造コストを低減することができる
。また、多階調マスクを用いてレジストマスクを形成してもよい。多階調マスクは、透過
した光が複数の強度となる露光マスクである。多階調マスクを用いることにより、膜厚の
異なる部分を有するレジストマスクを形成することができるため、一つのレジストマスク
を用いて複数種のエッチングを行うことができるため、製造コストを低減することができ
る。
【０２６１】
次に、導電層４０１ａの上に第１の絶縁膜を形成することにより絶縁層４０２ａを形成し
、絶縁層４０２ａの上に酸化物半導体膜を形成し、その後酸化物半導体膜のエッチング及
び第１の加熱処理を行うことにより酸化物半導体層４０３ａを形成する（図９（Ｂ）参照
）。
【０２６２】
例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法などを用いて第１の絶縁膜を形成すること
ができる。例えば、高密度プラズマＣＶＤ法（例えばμ波（例えば、周波数２．４５ＧＨ
ｚのμ波）を用いた高密度プラズマＣＶＤ法）を用いて第１の絶縁膜を形成することによ
り、絶縁層４０２ａを緻密にすることができ、絶縁層４０２ａの絶縁耐圧を向上させるこ
とができる。
【０２６３】
また、絶縁層４０２ａに適用可能な材料の膜を用いて第１の絶縁膜を形成することができ
る。また、第１の絶縁膜に適用可能な材料の膜を積層させ、第１の絶縁膜を形成すること
もできる。
【０２６４】
また、スパッタリング法を用いて酸化物半導体膜を形成することができる。なお、このと
き、希ガス雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下で酸化物半導体膜
を形成してもよい。
【０２６５】
また、酸化物半導体層４０３ａに適用可能な酸化物半導体材料を用いて酸化物半導体膜を
形成することができる。
【０２６６】
例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の組成比である酸
化物ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成することができる。また、例えば、Ｉｎ２
Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比である酸化物ターゲット
を用いて酸化物半導体膜を形成してもよい。なお、用いられる酸化物ターゲットにおける
、全体の体積に対して全体の体積から空隙などが占める空間を除いた部分の体積の割合（
充填率ともいう）は、９０％以上１００％以下、さらには９５％以上９９．９％以下であ
ることが好ましい。充填率の高いターゲットを用いることにより、緻密な酸化物半導体膜
を形成することができる。
【０２６７】
また、スパッタリングガスとして、例えば水素、水、水酸基、又は水素化物などの不純物
が除去された高純度ガスを用いて酸化物半導体膜を形成することが好ましい。
【０２６８】
また、酸化物半導体膜を形成する前に、予備加熱を行ってもよい。上記予備加熱を行うこ
とにより、絶縁層４０２ａ及び酸化物半導体膜の水素、水分などの不純物を脱離すること
ができる。また、予備加熱室にて上記予備加熱を行う場合、予備加熱室に設ける排気手段
として例えばクライオポンプを用いることが好ましい。
【０２６９】
また、基板４００ａを減圧状態にし、基板４００ａの温度を１００℃以上６００℃以下、
好ましくは２００℃以上４００℃以下として酸化物半導体膜を形成してもよい。基板４０
０ａを加熱することにより、酸化物半導体膜の不純物濃度を低減することができ、また、
スパッタリング法による酸化物半導体膜の損傷を軽減することができる。
【０２７０】
また、例えば吸着型の真空ポンプなどを用いて酸化物半導体膜を形成する成膜室内の残留
水分を除去することができる。吸着型の真空ポンプとしては、例えばクライオポンプ、イ
オンポンプ、又はチタンサブリメーションポンプなどを用いることができる。また、ター
ボポンプにコールドトラップを加えたものを用いて成膜室内の残留水分を除去することも
できる。
【０２７１】
また、酸化物半導体膜を形成する前に、逆スパッタを行うことにより、絶縁層４０２ａの
表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい
。逆スパッタとは、アルゴン、窒素、ヘリウム、又は酸素雰囲気下で、ターゲット側に電
圧を印加せずに、基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加し、プラズマを形成して基板の表
面を改質する方法である。
【０２７２】
また、例えば、第２のフォトリソグラフィ工程により酸化物半導体膜の一部の上に第２の
レジストマスクを形成し、第２のレジストマスクを用いて酸化物半導体膜をエッチングす
ることができる。なお、この場合酸化物半導体膜のエッチング後に第２のレジストマスク
を除去する。
【０２７３】
このとき、例えばドライエッチング、ウェットエッチング、又はドライエッチング及びウ
ェットエッチングの両方を用いて酸化物半導体膜をエッチングすることができる。また、
例えば燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などをエッチング液として用いることにより酸化物
半導体膜をエッチングすることができる。また、エッチング液としてＩＴＯ０７Ｎ（関東
化学社製）を用いて酸化物半導体膜をエッチングしてもよい。
【０２７４】
また、例えば４００℃以上７５０℃以下、又は４００℃以上基板の歪み点未満の温度で第
１の加熱処理を行う。第１の加熱処理により脱水化又は脱水素化を行うことができる。
【０２７５】
なお、加熱処理を行う加熱処理装置としては、電気炉、又は抵抗発熱体などの発熱体から
の熱伝導又は熱輻射により被処理物を加熱する装置を用いることができ、例えばＧＲＴＡ
（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置又はＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  
Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒ
ｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、例えばハロゲンラ
ンプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナト
リウムランプ、又は高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、
被処理物を加熱する装置である。また、ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を
行う装置である。高温のガスとしては、例えば希ガス、又は加熱処理によって被処理物と
反応しない不活性気体（例えば窒素）を用いることができる。
【０２７６】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃に加熱した不活性ガス中で数分間加
熱する方式のＧＲＴＡを行ってもよい。
【０２７７】
なお、第１の加熱処理に用いるガスに水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば
ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）
以上、すなわち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下とすることが好
ましい。
【０２７８】
また、第１の加熱処理で酸化物半導体層を加熱した後、その加熱温度を維持しながら又は
その加熱温度から降温する過程で、第１の加熱処理を行った炉と同じ炉に高純度の酸素ガ
ス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以
下の雰囲気）を導入してもよい。このとき、酸素ガス又はＮ２Ｏガスは、水、水素などを
含まないことが好ましい。また、加熱処理装置に導入する酸素ガス又はＮ２Ｏガスの純度
を、６Ｎ以上、好ましくは７Ｎ以上、すなわち、酸素ガス又はＮ２Ｏガス中の不純物濃度
を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下とすることが好ましい。酸素ガス又はＮ２
Ｏガスの作用により、酸化物半導体層４０３ａに酸素が供給され、酸化物半導体層４０３
ａを高純度化させることができる。
【０２７９】
なお、酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜のエッチングを行った後に第１の加熱処
理を行ってもよい。また、酸化物半導体膜を形成し、第１の加熱処理を行った後に酸化物
半導体膜のエッチングを行ってもよい。
【０２８０】
また、上記以外にも、酸化物半導体層形成後であれば、酸化物半導体層４０３ａの上に導
電層４０５ａ及び導電層４０６ａを形成した後、又は導電層４０５ａ及び導電層４０６ａ
の上に酸化物絶縁層４０７ａを形成した後に第１の加熱処理を行ってもよい。
【０２８１】
また、酸化物半導体膜を２回に分けて成膜し、それぞれの酸化物半導体膜を成膜した後に
加熱処理を行うことにより、膜表面に対して垂直にｃ軸配向した結晶領域を有する酸化物
半導体膜を形成してもよい。例えば、膜厚が３ｎｍ以上１５ｎｍ以下の第１の酸化物半導
体膜を成膜し、さらに第１の加熱処理として、窒素、酸素、希ガス、又は乾燥エアの雰囲
気下で４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは５５０℃以上７５０℃以下の加熱処理を行
い、表面を含む領域に結晶領域（板状結晶を含む）を有する第１の酸化物半導体膜を形成
する。そして、第１の酸化物半導体膜よりも厚い第２の酸化物半導体膜を形成する。さら
に第２の加熱処理として、４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは６００℃以上７００℃
以下の加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶成長の種として、第１の酸化物半導
体膜から第２の酸化物半導体膜にかけて上方に向かって結晶成長させ、第２の酸化物半導
体膜の全体を結晶化させることにより、膜表面に対して垂直にｃ軸配向した結晶領域を有
する酸化物半導体膜を形成することができる。上記酸化物半導体膜は、１層のみの酸化物
半導体膜を形成する場合と比較して膜厚が厚い。
【０２８２】
次に、絶縁層４０２ａ及び酸化物半導体層４０３ａの上に第２の導電膜を形成し、第２の
導電膜を選択的にエッチングすることにより導電層４０５ａ及び導電層４０６ａを形成す
る（図９（Ｃ）参照）。
【０２８３】
例えば、第３のフォトリソグラフィ工程により第２の導電膜の一部の上に第３のレジスト
マスクを形成し、第３のレジストマスクを用いて第２の導電膜をエッチングすることによ
り導電層４０５ａ及び導電層４０６ａを形成することができる。なお、この場合導電層４
０５ａ及び導電層４０６ａの形成後に第３のレジストマスクを除去する。
【０２８４】
例えば、導電層４０５ａ及び導電層４０６ａに適用可能な材料の膜を用いて第２の導電膜
を形成することができる。また、第２の導電膜に適用可能な材料の膜を積層させ、第２の
導電膜を形成することもできる。
【０２８５】
第２の導電膜としては、例えばアルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデ
ン、若しくはタングステンなどの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金材
料の膜を用いることができる。また、第２の導電膜に適用可能な膜の積層膜により第２の
導電膜を形成することができる。
【０２８６】
なお、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いた露光処理により第３のレジスト
マスクを形成することが好ましい。酸化物半導体層４０３ａの上で隣り合う導電層４０５
ａの下端部と導電層４０６ａの下端部との間隔幅により、後に形成されるトランジスタの
チャネル長Ｌが決定される。なお、第３のレジストマスクの形成の際、チャネル長Ｌ＝２
５ｎｍ未満となるように露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超
紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて露光を行うとよい。超紫外
線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタ
のチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。
【０２８７】
また、導電層４０５ａ及び導電層４０６ａを形成した後に予備加熱を行ってもよい。上記
予備加熱は、上記予備加熱と同様に行うことができる。
【０２８８】
次に、酸化物半導体層４０３ａに接するように酸化物絶縁層４０７ａを形成する。
【０２８９】
例えば、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混
合雰囲気下で、水又は水素などの不純物が混入しない方法（例えばスパッタリング法など
）を用いて酸化物半導体層４０３ａ、導電層４０５ａ、及び導電層４０６ａの上に第２の
絶縁膜を形成することにより酸化物絶縁層４０７ａを形成することができる。水又は水素
などの不純物が混入しない方法を用いて酸化物絶縁層４０７ａを形成することにより、酸
化物半導体層のバックチャネルの抵抗の低下を抑制することができる。また、酸化物絶縁
層４０７ａ形成時の基板温度は、室温以上３００℃以下であることが好ましい。
【０２９０】
また、例えば酸化シリコンターゲット又はシリコンターゲットなどを用いて第２の絶縁膜
を形成することができる。例えば、シリコンターゲットを用い、酸素を含む雰囲気下でス
パッタリング法により、第２の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成することができる。
【０２９１】
また、スパッタリングガスとして、例えば水素、水、水酸基、又は水素化物などの不純物
が除去された高純度ガスを用いて第２の絶縁膜を形成することが好ましい。
【０２９２】
また、酸化物絶縁層４０７ａを形成する前にＮ２Ｏ、Ｎ２、又はＡｒなどのガスを用いた
プラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層４０３ａの表面に付着した吸着水など
を除去してもよい。プラズマ処理を行った場合、その後、大気に触れることなく、酸化物
絶縁層４０７ａを形成することが好ましい。
【０２９３】
さらに、不活性ガス雰囲気下、又は酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２０
０℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行ってもよい。例えば、第
２の加熱処理として、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の加熱処理を行う。第２の加熱処
理を行うと、酸化物半導体層４０３ａの上面の一部が酸化物絶縁層４０７ａと接した状態
で加熱される。
【０２９４】
以上の工程を経ることによって、水素、水分、水酸基、又は水素化物（水素化合物ともい
う）などの不純物を酸化物半導体層から意図的に排除し、且つ酸素を酸化物半導体層に供
給することができる。よって、酸化物半導体層は高純度化する。
【０２９５】
以上の工程でトランジスタが作製される（図９（Ｄ）参照）。
【０２９６】
また、酸化物絶縁層４０７ａとして欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、酸化物半
導体層４０３ａ中に含まれる水素、水分、水酸基、又は水素化物などの不純物を酸化物絶
縁層４０７ａに拡散させ、酸化物半導体層４０３ａ中に含まれる該不純物をより低減させ
ることができる。
【０２９７】
酸化物絶縁層４０７ａの上にさらに保護絶縁層を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ
リング法を用いて絶縁膜を形成することにより保護絶縁層を形成する。ＲＦスパッタリン
グ法は、量産性がよいため、保護絶縁層の成膜方法として好ましい。以上が図８（Ａ）に
示すトランジスタの作製方法の一例である。
【０２９８】
なお、本実施の形態のトランジスタの作製方法では、酸素プラズマによる酸素ドーピング
処理を行ってもよい。例えば２．４５ＧＨｚの高密度プラズマにより酸素ドーピング処理
を行ってもよい。なお、ゲート絶縁層形成後、酸化物半導体膜成膜後、第１の加熱処理後
、ソース電極又はドレイン電極となる導電層形成後、又は酸化物絶縁層形成後に酸素ドー
ピング処理を行うことができる。酸素ドーピング処理を行うことにより作製されるトラン
ジスタの電気特性のばらつきを低減することができる。
【０２９９】
なお、図８（Ａ）に示すトランジスタの作製方法の一例を示したが、これに限定されず、
例えば図８（Ｂ）乃至図８（Ｄ）に示す各構成要素において、名称が図８（Ａ）に示す各
構成要素と同じであり且つ機能の少なくとも一部が図８（Ａ）に示す各構成要素と同じで
あれば、図８（Ａ）に示すトランジスタの作製方法の一例の説明を適宜援用することがで
きる。
【０３００】
図８及び図９を用いて説明したように、本実施の形態のトランジスタは、ゲート電極とし
ての機能を有する第１の導電層と、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と、絶縁層
を介して第１の導電層に重畳し、チャネルが形成される酸化物半導体層と、酸化物半導体
層に電気的に接続され、ソース電極及びドレイン電極の一方としての機能を有する第２の
導電層と、酸化物半導体層に電気的に接続され、ソース電極及びドレイン電極の他方とし
ての機能を有する第３の導電層と、を含み、該酸化物半導体層は、酸化物絶縁層に接する
構造である。
【０３０１】
また、チャネルが形成される酸化物半導体層は、高純度化させることによりＩ型又は実質
的にＩ型となった酸化物半導体層である。酸化物半導体層を高純度化させることにより、
酸化物半導体層のキャリア濃度を１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／
ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満にすることができ、温度変化に
よる特性変化を抑制することができる。また、上記構造にすることにより、チャネル幅１
μｍあたりのオフ電流を１０ａＡ（１×１０−１７Ａ）以下にすること、さらにはチャネ
ル幅１μｍあたりのオフ電流を１ａＡ（１×１０−１８Ａ）以下、さらにはチャネル幅１
μｍあたりのオフ電流を１０ｚＡ（１×１０−２０Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍ
あたりのオフ電流を１ｚＡ（１×１０−２１Ａ）以下、さらにはチャネル幅１μｍあたり
のオフ電流を１００ｙＡ（１×１０−２２Ａ）以下にすることができる。トランジスタの
オフ電流は、低ければ低いほどよいが、本実施の形態のトランジスタのオフ電流の下限値
は、約１０−３０Ａ／μｍであると見積もられる。
【０３０２】
さらに、特性評価用回路によるリーク電流測定を用いた、本実施の形態のトランジスタの
一例のオフ電流の値の算出例について以下に説明する。
【０３０３】
まず、特性評価用回路の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、特性評価用
回路の構成を示す回路図である。
【０３０４】
図１０に示す特性評価用回路は、複数の測定系８０１を備える。複数の測定系８０１は、
互いに並列に接続される。ここでは、一例として８個の測定系８０１が並列に接続される
構成とする。
【０３０５】
測定系８０１は、トランジスタ８１１と、トランジスタ８１２と、容量素子８１３と、ト
ランジスタ８１４と、トランジスタ８１５と、を含む。
【０３０６】
トランジスタ８１１のソース及びドレインの一方には、電圧Ｖ１が入力され、トランジス
タ８１１のゲートには、電圧Ｖｅｘｔ＿ａが入力される。トランジスタ８１１は、電荷注
入用のトランジスタである。
【０３０７】
トランジスタ８１２のソース及びドレインの一方は、トランジスタ８１１のソース及びド
レインの他方に接続され、トランジスタ８１２のソース及びドレインの他方には、電圧Ｖ
２が入力され、トランジスタ８１２のゲートには、電圧Ｖｅｘｔ＿ｂが入力される。トラ
ンジスタ８１２は、リーク電流評価用のトランジスタである。なお、ここでのリーク電流
とは、トランジスタのオフ電流を含むリーク電流である。
【０３０８】
容量素子８１３の第１の電極は、トランジスタ８１１のソース及びドレインの他方に接続
され、容量素子８１３の第２の電極には、電圧Ｖ２が入力される。なお、ここでは、電圧
Ｖ２は、０Ｖである。
【０３０９】
トランジスタ８１４のソース及びドレインの一方には、電圧Ｖ３が入力され、トランジス
タ８１４のゲートは、トランジスタ８１１のソース及びドレインの他方に接続される。な
お、トランジスタ８１４のゲートと、トランジスタ８１１のソース及びドレインの他方、
トランジスタ８１２のソース及びドレインの一方、並びに容量素子８１３の第１の電極と
の接続箇所をノードＡともいう。なお、ここでは、電圧Ｖ３は、５Ｖである。
【０３１０】
トランジスタ８１５のソース及びドレインの一方は、トランジスタ８１４のソース及びド
レインの他方に接続され、トランジスタ８１５のソース及びドレインの他方には、電圧Ｖ
４が入力され、トランジスタ８１５のゲートには、電圧Ｖｅｘｔ＿ｃが入力される。なお
、ここでは、電圧Ｖｅｘｔ＿ｃは、０．５Ｖである。
【０３１１】
さらに、測定系８０１は、トランジスタ８１４のソース及びドレインの他方と、トランジ
スタ８１５のソース及びドレインの一方との接続箇所の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出
力する。
【０３１２】
ここでは、トランジスタ８１１の一例として、酸化物半導体層を含み、チャネル長Ｌ＝１
０μｍ、チャネル幅Ｗ＝１０μｍのトランジスタを用いる。また、トランジスタ８１４及
びトランジスタ８１５の一例として、酸化物半導体層を含み、チャネル長Ｌ＝３μｍ、チ
ャネル幅Ｗ＝１００μｍのトランジスタを用いる。また、トランジスタ８１２の一例とし
て、酸化物半導体層を含み、酸化物半導体層の上部にソース電極及びドレイン電極が接し
、ソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極とのオーバーラップ領域を設けず、幅１μ
ｍのオフセット領域を有するボトムゲート構造のトランジスタを用いる。オフセット領域
を設けることにより、寄生容量を低減することができる。さらにトランジスタ８１２とし
ては、チャネル長Ｌ及びチャネル幅Ｗの異なる６条件のトランジスタを用いる（表１参照
）。
【０３１３】
【表１】
0005957572.tif 000002
【０３１４】
図１０に示すように、電荷注入用のトランジスタと、リーク電流評価用のトランジスタと
を別々に設けることにより、電荷注入の際に、リーク電流評価用のトランジスタを常にオ
フ状態に保つことができる。電荷注入用のトランジスタを設けない場合には、電荷注入の
際に、リーク電流評価用トランジスタを一度オン状態にする必要があるが、オン状態から
オフ状態の定常状態に到るまでに時間を要するような素子では、測定に時間を要してしま
う。
【０３１５】
また、電荷注入用のトランジスタと、リーク電流評価用のトランジスタとを別々に設ける
ことにより、それぞれのトランジスタを適切なサイズとすることができる。また、リーク
電流評価用トランジスタのチャネル幅Ｗを、電荷注入用のトランジスタのチャネル幅Ｗよ
りも大きくすることにより、リーク電流評価用トランジスタのリーク電流以外の特性評価
回路のリーク電流成分を相対的に小さくすることができる。その結果、リーク電流評価用
トランジスタのリーク電流を高い精度で測定することができる。同時に、電荷注入の際に
、リーク電流評価用トランジスタを一度オン状態とする必要がないため、チャネル形成領
域の電荷の一部がノードＡに流れ込むことによるノードＡの電圧変動の影響もない。
【０３１６】
一方、電荷注入用トランジスタのチャネル幅Ｗを、リーク電流評価用トランジスタのチャ
ネル幅Ｗよりも小さくすることにより、電荷注入用トランジスタのリーク電流を相対的に
小さくすることができる。また、電荷注入の際に、チャネル形成領域の電荷の一部がノー
ドＡに流れ込むことによるノードＡの電圧変動の影響も小さい。
【０３１７】
また、図１０に示すように、複数の測定系を並列接続させた構造にすることにより、より
正確に特性評価回路のリーク電流を算出することができる。
【０３１８】
次に、図１０に示す特性評価回路を用いた、本実施の形態のトランジスタの一例のオフ電
流の値の算出方法について説明する。
【０３１９】
まず、図１０に示す特性評価回路のリーク電流測定方法について、図１１を用いて説明す
る。図１１は、図１０に示す特性評価回路を用いたリーク電流測定方法を説明するための
タイミングチャートである。
【０３２０】
図１０に示す特性評価回路を用いたリーク電流測定方法は、書き込み期間及び保持期間に
分けられる。それぞれの期間における動作について、以下に説明する。
【０３２１】
まず、書き込み期間において、電圧Ｖｅｘｔ＿ｂとして、トランジスタ８１２がオフ状態
となるような電圧ＶＬ（−３Ｖ）を入力する。また、電圧Ｖ１として、書き込み電圧Ｖｗ
を入力した後、電圧Ｖｅｘｔ＿ａとして、一定期間トランジスタ８１１がオン状態となる
ような電圧ＶＨ（５Ｖ）を入力する。これによって、ノードＡに電荷が蓄積され、ノード
Ａの電圧は、書き込み電圧Ｖｗと同等の値になる。その後、電圧Ｖｅｘｔ＿ａとして、ト
ランジスタ８１１がオフ状態となるような電圧ＶＬを入力する。その後、電圧Ｖ１として
、電圧ＶＳＳ（０Ｖ）を入力する。
【０３２２】
その後、保持期間において、ノードＡが保持する電荷量の変化に起因して生じるノードＡ
の電圧の変化量の測定を行う。電圧の変化量から、トランジスタ８１２のソース電極とド
レイン電極との間を流れる電流値を算出することができる。以上により、ノードＡの電荷
の蓄積とノードＡの電圧の変化量の測定とを行うことができる。
【０３２３】
このとき、ノードＡの電荷の蓄積及びノードＡの電圧の変化量の測定（蓄積及び測定動作
ともいう）を繰り返し行う。まず、第１の蓄積及び測定動作を１５回繰り返し行う。第１
の蓄積及び測定動作では、書き込み期間に書き込み電圧Ｖｗとして５Ｖの電圧を入力し、
保持期間に１時間の保持を行う。次に、第２の蓄積及び測定動作を２回繰り返し行う。第
２の蓄積及び測定動作では、書き込み期間に書き込み電圧Ｖｗとして３．５Ｖの電圧を入
力し、保持期間に５０時間の保持を行う。次に、第３の蓄積及び測定動作を１回行う。第
３の蓄積及び測定動作では、書き込み期間に書き込み電圧Ｖｗとして４．５Ｖの電圧を入
力し、保持期間に１０時間の保持を行う。蓄積及び測定動作を繰り返し行うことにより、
測定した電流値が、定常状態における値であることを確認することができる。言い換える
と、ノードＡを流れる電流ＩＡのうち、過渡電流（測定開始後から時間経過とともに減少
していく電流成分）を除くことができる。その結果、より高い精度でリーク電流を測定す
ることができる。
【０３２４】
一般に、ノードＡの電圧ＶＡは、出力電圧Ｖｏｕｔの関数として式（１）のように表され
る。
【０３２５】
【数１】
0005957572.tif 000003
【０３２６】
また、ノードＡの電荷ＱＡは、ノードＡの電圧ＶＡ、ノードＡに接続される容量ＣＡ、定
数（ｃｏｎｓｔ）を用いて、式（２）のように表される。ここで、ノードＡに接続される
容量ＣＡは、容量素子８１３の容量と容量素子８１３以外の容量成分の和である。
【０３２７】
【数２】
0005957572.tif 000004
【０３２８】
ノードＡの電流ＩＡは、ノードＡに流れ込む電荷（またはノードＡから流れ出る電荷）の
時間微分であるから、ノードＡの電流ＩＡは、式（３）のように表される。
【０３２９】
【数３】
0005957572.tif 000005
【０３３０】
なお、ここでは、一例として、Δｔを約５４０００ｓｅｃとする。このように、ノードＡ
に接続される容量ＣＡと、出力電圧Ｖｏｕｔから、リーク電流であるノードＡの電流ＩＡ
を求めることができるため、特性評価回路のリーク電流を求めることができる。
【０３３１】
次に、上記特性評価回路を用いた測定方法による出力電圧の測定結果及び該測定結果より
算出した特性評価回路のリーク電流の値を示す。
【０３３２】
図１２に、一例として、条件４、条件５、及び条件６における上記測定（第１の蓄積及び
測定動作）に係る経過時間Ｔｉｍｅと、出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す。図１３に、上
記測定に係る経過時間Ｔｉｍｅと、該測定によって算出された電流ＩＡとの関係を示す。
測定開始後から出力電圧Ｖｏｕｔが変動しており、定常状態に到るためには１０時間以上
必要であることがわかる。
【０３３３】
また、図１４に、上記測定により得られた値から見積もられた条件１乃至条件６における
ノードＡの電圧とリーク電流の関係を示す。図１４では、例えば条件４において、ノード
Ａの電圧が３．０Ｖの場合、リーク電流は２８ｙＡ／μｍである。リーク電流にはトラン
ジスタ８１２のオフ電流も含まれるため、トランジスタ８１２のオフ電流も２８ｙＡ／μ
ｍ以下とみなすことができる。
【０３３４】
また、図１５、図１６、及び図１７に、８５℃、１２５℃、及び１５０℃における上記測
定により見積もられた条件１乃至条件６におけるノードＡの電圧とリーク電流の関係を示
す。図１５乃至図１７に示すように、１５０℃の場合であっても、リーク電流は、１００
ｚＡ／μｍ以下であることがわかる。
【０３３５】
以上のように、チャネル形成層としての機能を有し、高純度化された酸化物半導体層を含
むトランジスタを用いた特性評価用回路において、リーク電流が十分に低いため、該トラ
ンジスタのオフ電流が十分に小さいことがわかる。また、上記トランジスタのオフ電流は
、温度が上昇した場合であっても十分に低いことがわかる。
【０３３６】
（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態における表示回路を備える光検出装置の構造例につい
て説明する。
【０３３７】
本実施の形態における光検出装置は、例えばトランジスタなどの半導体素子が設けられた
第１の基板（アクティブマトリクス基板）と、第２の基板と、を含む。
【０３３８】
まず、本実施の形態におけるアクティブマトリクス基板の構造例について、図１８及び図
１９を用いて説明する。図１８及び図１９は、本実施の形態における光検出装置における
アクティブマトリクス基板の構造例を示す図であり、図１８（Ａ）は、平面模式図であり
、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）における線分Ａ−Ｂの断面模式図であり、図１９（Ａ）
は、平面模式図であり、図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）における線分Ｃ−Ｄの断面模式図
である。なお、図１９では、光検出回路の一例として、図６（Ａ）に示す構成に図６（Ｂ
）に示すトランジスタ１３４を加えた構成の光検出回路を用いる場合を示す。また、図１
８及び図１９では、酸化物半導体層を含むトランジスタの一例として、上記実施の形態に
おける、図８（Ａ）を用いて説明した構造のトランジスタを用いる場合を示す。
【０３３９】
図１８及び図１９に示すアクティブマトリクス基板は、基板５００と、導電層５０１ａ乃
至導電層５０１ｈと、絶縁層５０２と、半導体層５０３ａ乃至半導体層５０３ｄと、導電
層５０４ａ乃至導電層５０４ｋと、絶縁層５０５と、半導体層５０６と、半導体層５０７
と、半導体層５０８と、絶縁層５０９と、導電層５１１ａ乃至導電層５１１ｃと、を含む
。
【０３４０】
導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈのそれぞれは、基板５００の一平面に設けられる。
【０３４１】
導電層５０１ａは、表示回路における表示選択用トランジスタのゲート電極としての機能
を有する。
【０３４２】
導電層５０１ｂは、表示回路における保持容量の第１の電極としての機能を有する。
【０３４３】
導電層５０１ｃは、光検出回路における読み出し選択用トランジスタのゲート電極として
の機能を有する。
【０３４４】
導電層５０１ｄは、光検出回路における増幅用トランジスタのゲート電極としての機能を
有する。
【０３４５】
導電層５０１ｆは、光検出回路における蓄積制御用トランジスタのゲート電極としての機
能を有する。
【０３４６】
導電層５０１ｇは、光検出回路における光電変換素子の第１端子及び第２端子の一方に電
圧Ｖｂを入力する電圧供給線としての機能を有する。
【０３４７】
導電層５０１ｈは、光検出回路における蓄積制御トランジスタのゲートに蓄積制御信号を
入力する信号線としての機能を有する。
【０３４８】
絶縁層５０２は、導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈを介して基板５００の一平面に設け
られる。
【０３４９】
絶縁層５０２は、表示回路における表示選択用トランジスタのゲート絶縁層、表示回路に
おける保持容量の誘電体層、光検出回路における蓄積制御用トランジスタのゲート絶縁層
、光検出回路における増幅用トランジスタのゲート絶縁層、及び光検出回路における読み
出し選択用トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。
【０３５０】
半導体層５０３ａは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ａに重畳する。半導体層５０３
ａは、表示回路における表示選択用トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する
。
【０３５１】
半導体層５０３ｂは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｃに重畳する。半導体層５０３
ｂは、光検出回路における読み出し選択用トランジスタのチャネル形成層としての機能を
有する。
【０３５２】
半導体層５０３ｃは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｄに重畳する。半導体層５０３
ｃは、光検出回路における増幅用トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。
【０３５３】
半導体層５０３ｄは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｆに重畳する。半導体層５０３
ｄは、光検出回路における蓄積制御用トランジスタのチャネル形成層としての機能を有す
る。
【０３５４】
導電層５０４ａは、半導体層５０３ａに電気的に接続される。導電層５０４ａは、表示回
路における表示選択用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方としての機能を
有する。
【０３５５】
導電層５０４ｂは、導電層５０１ｂ及び半導体層５０３ａに電気的に接続される。導電層
５０４ｂは、表示回路における表示選択用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の
一方としての機能を有する。
【０３５６】
導電層５０４ｃは、絶縁層５０２を介して導電層５０１ｂに重畳する。導電層５０４ｃは
、表示回路における保持容量の第２の電極としての機能を有する。
【０３５７】
導電層５０４ｄは、半導体層５０３ｂに電気的に接続される。導電層５０４ｄは、光検出
回路における読み出し選択用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方としての
機能を有する。
【０３５８】
導電層５０４ｆは、導電層５０１ｅ及び半導体層５０３ｃに電気的に接続される。導電層
５０４ｆは、光検出回路における増幅用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一
方としての機能を有する。
【０３５９】
導電層５０４ｇは、導電層５０１ｅに電気的に接続される。導電層５０４ｇは、光検出回
路における増幅用トランジスタのソース電極及びドレイン電極に一方に電圧を入力する電
圧供給線としての機能を有する。
【０３６０】
導電層５０４ｅは、半導体層５０３ｂに電気的に接続される。導電層５０４ｅは、光検出
回路における増幅用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方、並びに光検出回
路における読み出し選択用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方としての機
能を有する。
【０３６１】
導電層５０４ｉは、半導体層５０３ｄに電気的に接続される。導電層５０４ｉは、光検出
回路における蓄積制御用トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方としての機能
を有する。
【０３６２】
導電層５０４ｈは、導電層５０１ｄ及び半導体層５０３ｄに電気的に接続される。導電層
５０４ｈは、光検出回路における蓄積制御用トランジスタのソース電極及びドレイン電極
の他方としての機能を有する。
【０３６３】
導電層５０４ｊは、導電層５０１ｆに電気的に接続される。導電層５０４ｊは、光検出回
路における蓄積制御用トランジスタのゲートに蓄積制御信号を入力する信号線としての機
能を有する。
【０３６４】
導電層５０４ｋは、導電層５０１ｇに電気的に接続される。導電層５０４ｋは、光検出回
路における光電変換素子の第１端子及び第２端子の一方としての機能を有する。
【０３６５】
絶縁層５０５は、導電層５０４ａ乃至導電層５０４ｋを介して半導体層５０３ａ及び半導
体層５０３ｄに接する。
【０３６６】
半導体層５０６は、導電層５０４ｋに電気的に接続される。
【０３６７】
半導体層５０７は、半導体層５０６に接する。
【０３６８】
半導体層５０８は、半導体層５０７に接する。
【０３６９】
絶縁層５０９は、絶縁層５０５、半導体層５０６、半導体層５０７、及び半導体層５０８
に重畳する。絶縁層５０９は、表示回路及び光検出回路における平坦化絶縁層としての機
能を有する。なお、必ずしも絶縁層５０９を設けなくてもよい。
【０３７０】
導電層５１１ａは、導電層５０４ｂに電気的に接続される。導電層５１１ａは、表示回路
における表示素子の画素電極としての機能を有する。
【０３７１】
導電層５１１ｂは、導電層５０４ｃに電気的に接続される。導電層５１１ｂは、表示回路
における保持容量の第２の電極に電圧を供給するための配線としての機能を有する。
【０３７２】
導電層５１１ｃは、導電層５０４ｉ及び半導体層５０８に電気的に接続される。
【０３７３】
さらに、本実施の形態の光検出装置の構造例について、図２０を用いて説明する。図２０
は、本実施の形態の光検出装置における表示回路の構造例を示す断面模式図であり、図２
０（Ａ）は、表示回路の断面模式図であり、図２０（Ｂ）は、光検出回路の断面模式図で
ある。なお、一例として表示素子を液晶素子とする。
【０３７４】
図２０に示す光検出装置は、図１８及び図１９に示すアクティブマトリクス基板に加え、
基板５１２と、導電層５１３と、液晶層５１４と、を含む。
【０３７５】
導電層５１３は、基板５１２の一平面に設けられる。導電層５１３は、表示回路における
共通電極としての機能を有する。
【０３７６】
液晶層５１４は、導電層５１１ａ及び導電層５１３の間に設けられ、絶縁層５０９を介し
て半導体層５０８に重畳する。液晶層５１４は、表示回路における表示素子の液晶として
の機能を有する。
【０３７７】
なお、表示回路において、液晶層５１４と重畳するようにカラーフィルタを設けてもよい
。カラーフィルタを設けることにより、ライトユニットの光源が白色発光ダイオードの場
合であってもフルカラー表示を行うことができる。
【０３７８】
基板５００及び基板５１２としては、図８（Ａ）における基板４００ａに適用可能な基板
を用いることができる。
【０３７９】
導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈとしては、図８（Ａ）における導電層４０１ａに適用
可能な材料の層を用いることができる。また、導電層４０１ａに適用可能な材料の層を積
層して導電層５０１ａ乃至導電層５０１ｈを構成してもよい。
【０３８０】
絶縁層５０２としては、図８（Ａ）における絶縁層４０２ａに適用可能な材料の層を用い
ることができる。また、絶縁層４０２ａに適用可能な材料の層を積層して絶縁層５０２を
構成してもよい。
【０３８１】
半導体層５０３ａ乃至半導体層５０３ｄとしては、図８（Ａ）に示す酸化物半導体層４０
３ａに適用可能な材料の層を用いることができる。なお、半導体層５０３ａ乃至半導体層
５０３ｄとして、元素周期表における第１４族の半導体（シリコンなど）を用いた半導体
層を用いてもよい。
【０３８２】
導電層５０４ａ乃至導電層５０４ｋとしては、図８（Ａ）における導電層４０５ａ又は導
電層４０６ａに適用可能な材料の層を用いることができる。また、導電層４０５ａ又は導
電層４０６ａに適用可能な材料の層を積層して導電層５０４ａ乃至導電層５０４ｋを構成
してもよい。
【０３８３】
絶縁層５０５としては、図８（Ａ）における酸化物絶縁層４０７ａに適用可能な材料の層
を用いることができる。また、酸化物絶縁層４０７ａに適用可能な層を積層して絶縁層５
０５を構成してもよい。
【０３８４】
半導体層５０６は、一導電型（Ｐ型及びＮ型の一方）の半導体層である。半導体層５０６
としては、例えばシリコンを含有する半導体層を用いることができる。
【０３８５】
半導体層５０７は、半導体層５０６より抵抗の高い半導体層である。半導体層５０７とし
ては、例えば真性のシリコンを含有する半導体層を用いることができる。
【０３８６】
半導体層５０８は、半導体層５０６とは異なる導電型（Ｐ型及びＮ型の他方）の半導体層
である。半導体層５０８としては、例えばシリコンを含有する半導体層を用いることがで
きる。
【０３８７】
絶縁層５０９としては、例えばポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、などの有機
材料の層を用いることができる。また絶縁層５０９としては、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ
材料ともいう）の層を用いることもできる。
【０３８８】
導電層５１１ａ乃至導電層５１１ｃ及び導電層５１３としては、例えば透光性を有する導
電材料の層を用いることができ、透光性を有する導電材料としては、例えばインジウム錫
酸化物、酸化インジウムに酸化亜鉛を混合した金属酸化物（ＩＺＯ：ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉ
ｎｃ  ｏｘｉｄｅともいう）、酸化インジウムに酸化珪素（ＳｉＯ２）を混合した導電材
料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タング
ステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、又は酸化チタ
ンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。
【０３８９】
また、導電層５１１ａ乃至導電層５１１ｃ及び導電層５１３は、導電性高分子（導電性ポ
リマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することもできる。導電性組成物を用
いて形成した導電層は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透
光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の
抵抗率は、０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０３９０】
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。π電
子共役系導電性高分子としては、例えばポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール
若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、又はアニリン、ピロール及び
チオフェンの２種以上の共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
【０３９１】
液晶層５１４としては、例えばＴＮ液晶、ＯＣＢ液晶、ＳＴＮ液晶、ＶＡ液晶、ＥＣＢ型
液晶、ＧＨ液晶、高分子分散型液晶、又はディスコチック液晶などを含む層を用いること
ができる。
【０３９２】
図１８乃至図２０を用いて説明したように、本実施の形態の光検出装置の構造例は、トラ
ンジスタ、画素電極、及び光電変換素子を含むアクティブマトリクス基板と、対向基板と
、アクティブマトリクス基板及び対向基板の間に液晶を有する液晶層と、を含む構造であ
る。上記構造にすることにより、同一工程により光検出回路及び表示回路を作製すること
ができるため、製造コストを低減することができる。
【０３９３】
（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態４における光検出装置を備えた電子機器について説明
する。
【０３９４】
本実施の形態の電子機器の構成例について、図２１（Ａ）乃至図２１（Ｆ）を用いて説明
する。図２１（Ａ）乃至図２１（Ｆ）は、本実施の形態の電子機器の構成例を示す図であ
る。
【０３９５】
図２１（Ａ）に示す電子機器は、携帯型情報通信端末である。図２１（Ａ）に示す携帯型
情報通信端末は、少なくとも入出力部１００１を具備する。また、図２１（Ａ）に示す携
帯型情報通信端末は、例えば入出力部１００１に操作部１００２を設けることができる。
例えば、上記実施の形態の表示回路を備える光検出装置を入出力部１００１に用いること
により、例えば指又はペンにより携帯型情報通信端末の操作又は携帯型情報通信端末への
情報の入力を行うことができる。
【０３９６】
図２１（Ｂ）に示す電子機器は、例えばカーナビゲーションを含む情報案内端末である。
図２１（Ｂ）に示す情報案内端末は、入出力部１１０１、操作ボタン１１０２、及び外部
入力端子１１０３を具備する。例えば、上記実施の形態の表示回路を備える光検出装置を
入出力部１１０１に用いることにより、例えば指又はペンにより情報案内端末の操作又は
情報案内端末への情報の入力を行うことができる。
【０３９７】
図２１（Ｃ）に示す電子機器は、ノート型パーソナルコンピュータである。図２１（Ｃ）
に示すノート型パーソナルコンピュータは、筐体１２０１と、入出力部１２０２と、スピ
ーカ１２０３と、ＬＥＤランプ１２０４と、ポインティングデバイス１２０５と、接続端
子１２０６と、キーボード１２０７と、を具備する。例えば、上記実施の形態の表示回路
を備える光検出装置を、入出力部１２０２に用いることにより、例えば指又はペンにより
ノート型パーソナルコンピュータの操作又はノート型パーソナルコンピュータへの情報の
入力を行うことができる。また、上記実施の形態の光検出装置をポインティングデバイス
１２０５に用いてもよい。
【０３９８】
図２１（Ｄ）に示す電子機器は、携帯型遊技機である。図２１（Ｄ）に示す携帯型遊技機
は、入出力部１３０１と、入出力部１３０２と、スピーカ１３０３と、接続端子１３０４
と、ＬＥＤランプ１３０５と、マイクロフォン１３０６と、記録媒体読込部１３０７と、
操作ボタン１３０８と、センサ１３０９と、を有する。例えば、上記実施の形態の表示回
路を備える光検出装置を、入出力部１３０１及び入出力部１３０２、又は入出力部１３０
１若しくは入出力部１３０２に用いることにより、例えば指又はペンにより携帯型遊技機
の操作又は携帯型遊技機への情報の入力を行うことができる。
【０３９９】
図２１（Ｅ）に示す電子機器は、電子書籍である。図２１（Ｅ）に示す電子書籍は、少な
くとも筐体１４０１と、筐体１４０３と、入出力部１４０５と、入出力部１４０７と、軸
部１４１１と、を有する。
【０４００】
筐体１４０１及び筐体１４０３は、軸部１４１１により接続され、図２１（Ｅ）に示す電
子書籍は、該軸部１４１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成によ
り、紙の書籍のような動作を行うことができる。また、入出力部１４０５は、筐体１４０
１に組み込まれ、入出力部１４０７は、筐体１４０３に組み込まれる。また、入出力部１
４０５及び入出力部１４０７の構成を互いに異なる画像を入出力する構成としてもよく、
例えば両方の入出力部で一続きの画像を表示する構成としてもよい。入出力部１４０５及
び入出力部１４０７を異なる画像を表示する構成にすることにより、例えば右側の入出力
部（図２１（Ｅ）では入出力部１４０５）に文章画像を表示し、左側の入出力部（図２１
（Ｅ）では入出力部１４０７）に画像を表示することができる。
【０４０１】
また、図２１（Ｅ）に示す電子書籍は、筐体１４０１又は筐体１４０３に操作部などを備
えてもよい。例えば、図２１（Ｅ）に示す電子書籍の構成を電源ボタン１４２１と、操作
キー１４２３と、スピーカ１４２５と、を有する構成にすることもできる。図２１（Ｅ）
に示す電子書籍は、操作キー１４２３を用いることにより、複数の頁がある画像の頁を送
ることができる。また、図２１（Ｅ）に示す電子書籍の入出力部１４０５及び入出力部１
４０７、又は入出力部１４０５又は入出力部１４０７にキーボードやポインティングデバ
イスなどを設けた構成としてもよい。また、図２１（Ｅ）に示す電子書籍の筐体１４０１
及び筐体１４０３の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、又はＡ
Ｃアダプタ又はＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿
入部などを設けてもよい。さらに、図２１（Ｅ）に示す電子書籍に電子辞書としての機能
を持たせてもよい。
【０４０２】
例えば、上記実施の形態の表示回路を備える光検出装置を入出力部１４０５及び入出力部
１４０７、又は入出力部１４０５若しくは入出力部１４０７に用いることにより、例えば
指又はペンにより電子書籍の操作又は電子書籍への情報の入力を行うことができる。
【０４０３】
また、図２１（Ｅ）に示す電子書籍を無線通信でデータを送受信できる構成としてもよい
。これにより、電子書籍サーバから所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする機
能を付加させることができる。
【０４０４】
図２１（Ｆ）に示す電子機器は、ディスプレイである。図２１（Ｆ）に示すディスプレイ
は、筐体１５０１と、入出力部１５０２と、スピーカ１５０３と、ＬＥＤランプ１５０４
と、操作ボタン１５０５と、接続端子１５０６と、センサ１５０７と、マイクロフォン１
５０８と、支持台１５０９と、を有する。例えば、上記実施の形態の表示回路を備える光
検出装置を入出力部１５０２に用いることにより、例えば指又はペンによりディスプレイ
の操作又はディスプレイへの情報の入力を行うことができる。
【０４０５】
図２１を用いて説明したように、本実施の形態の電子機器は、上記実施の形態の表示回路
を備える光検出装置を用いた入出力部を具備する構成である。上記構成にすることにより
、外光の影響を抑制することができ、入出力部の検出精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０４０６】
１０１ａ    リセット信号出力回路
１０１ｂ    読み出し選択信号出力回路
１０２    ライトユニット
１０３    光検出部
１０３ｐ    光検出回路
１０４    読み出し回路
１０５    データ処理回路
１３１ａ    光電変換素子
１３１ｂ    光電変換素子
１３１ｃ    光電変換素子
１３２ａ    トランジスタ
１３２ｂ    トランジスタ
１３２ｃ    トランジスタ
１３３ａ    トランジスタ
１３３ｂ    トランジスタ
１３３ｃ    トランジスタ
１３４    トランジスタ
１３５    トランジスタ
１３６    容量素子
１５１    指
１５２    領域
２０１    光源
２０２    導光板
２０３    固定材
２０４    指
２０５    光検出部
３０１    表示選択信号出力回路
３０２    表示データ信号出力回路
３０３ａ    リセット信号出力回路
３０３ｂ    読み出し選択信号出力回路
３０４    ライトユニット
３０５    画素部
３０５ｋ    表示回路
３０５ｐ    光検出回路
３０６    読み出し回路
３０７    データ処理回路
３４１    トランジスタ
３４２    液晶素子
４００ａ    基板
４００ｂ    基板
４００ｃ    基板
４００ｄ    基板
４０１ａ    導電層
４０１ｂ    導電層
４０１ｃ    導電層
４０１ｄ    導電層
４０２ａ    絶縁層
４０２ｂ    絶縁層
４０２ｃ    絶縁層
４０２ｄ    絶縁層
４０３ａ    酸化物半導体層
４０３ｂ    酸化物半導体層
４０３ｃ    酸化物半導体層
４０３ｄ    酸化物半導体層
４０５ａ    導電層
４０５ｂ    導電層
４０５ｃ    導電層
４０５ｄ    導電層
４０６ａ    導電層
４０６ｂ    導電層
４０６ｃ    導電層
４０６ｄ    導電層
４０７ａ    酸化物絶縁層
４０７ｃ    酸化物絶縁層
４２７    絶縁層
４４７    絶縁層
５００    基板
５０１ａ    導電層
５０１ｂ    導電層
５０１ｃ    導電層
５０１ｄ    導電層
５０１ｅ    導電層
５０１ｆ    導電層
５０１ｇ    導電層
５０１ｈ    導電層
５０２    絶縁層
５０３ａ    半導体層
５０３ｂ    半導体層
５０３ｃ    半導体層
５０３ｄ    半導体層
５０４ａ    導電層
５０４ｂ    導電層
５０４ｃ    導電層
５０４ｄ    導電層
５０４ｅ    導電層
５０４ｆ    導電層
５０４ｇ    導電層
５０４ｈ    導電層
５０４ｉ    導電層
５０４ｊ    導電層
５０４ｋ    導電層
５０５    絶縁層
５０６    半導体層
５０７    半導体層
５０８    半導体層
５０９    絶縁層
５１１ａ    導電層
５１１ｂ    導電層
５１１ｃ    導電層
５１２    基板
５１３    導電層
５１４    液晶層
８０１    測定系
８１１    トランジスタ
８１２    トランジスタ
８１３    容量素子
８１４    トランジスタ
８１５    トランジスタ
１００１    入出力部
１００２    操作部
１１０１    入出力部
１１０２    操作ボタン
１１０３    外部入力端子
１２０１    筐体
１２０２    入出力部
１２０３    スピーカ
１２０４    ＬＥＤランプ
１２０５    ポインティングデバイス
１２０６    接続端子
１２０７    キーボード
１３０１    入出力部
１３０２    入出力部
１３０３    スピーカ
１３０４    接続端子
１３０５    ＬＥＤランプ
１３０６    マイクロフォン
１３０７    記録媒体読込部
１３０８    操作ボタン
１３０９    センサ
１４０１    筐体
１４０３    筐体
１４０５    入出力部
１４０７    入出力部
１４１１    軸部
１４２１    電源ボタン
１４２３    操作キー
１４２５    スピーカ
１５０１    筐体
１５０２    入出力部
１５０３    スピーカ
１５０４    ＬＥＤランプ
１５０５    操作ボタン
１５０６    接続端子
１５０７    センサ
１５０８    マイクロフォン
１５０９    支持台
【図１】
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【図２】
0005957572.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0005957572.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005957572.tif 000020
【図１６】
0005957572.tif 000021
【図１７】
0005957572.tif 000022
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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