(57)【要約】発光素子とセンサ素子を有する可撓性を備えた半導体装置を提供する。センサ装置、プロセッサ、および通信装置を有する半導体装置である。センサ装置は、可撓性を有する基板上に形成される第１の画素と第２の画素とを有する。第１の画素は、発光素子と、第１のトランジスタを有し、第２の画素は、光電変換機能を有するセンサ素子と、第２のトランジスタを有し、発光素子が射出する光は、ピーク波長を有する。センサ素子が検出する波長範囲は、当該ピーク波長を含んでいる。第１のトランジスタの半導体層と、第２のトランジスタの半導体層とは、同じ元素を含み、発光素子の画素電極は、第１のトランジスタと電気的に接続する機能と、センサ素子に対する拡散光を遮光することができる。
2020075009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ装置、プロセッサ、および通信装置を有する半導体装置であって、
前記センサ装置は、基板上に形成される第１の画素と第２の画素とを有し、
前記第１の画素は、発光素子と第１のトランジスタを有し、
前記第２の画素は、光電変換機能を有するセンサ素子と第２のトランジスタを有し、
前記発光素子が射出する光は、ピーク波長を有し、
前記センサ素子が検出する波長範囲は、前記ピーク波長を含み、
前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタの半導体層は、同じ元素を含み、
前記発光素子が有する画素電極は、前記第１のトランジスタと電気的に接続する機能と、前記センサ素子に対する拡散光を遮光する機能を備え、
前記センサ素子で検出される光は、前記プロセッサによって演算され、
前記通信装置は、前記演算された結果を送信する半導体装置。
【請求項２】
基板上に形成される第１の画素と、第２の画素とを有するセンサ装置であって、
前記第１の画素は、発光素子と第１のトランジスタを有し、
前記第２の画素は、光電変換機能を有するセンサ素子と第２のトランジスタを有し、
前記発光素子が射出する光は、ピーク波長を有し、
前記センサ素子が検出する波長範囲は、前記ピーク波長を含み、
前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタの半導体層は、同じ元素を含み、
前記発光素子が有する画素電極は、前記第１のトランジスタと電気的に接続する機能と、前記センサ素子に対する拡散光を遮光する機能を備えるセンサ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記基板は、可撓性を有するセンサ装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記ピーク波長は、７００ｎｍ以上９０００ｎｍ以下であるセンサ装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記発光素子は、第１の有機化合物と、共有層とを有し、
前記センサ素子は、第２の有機化合物と、前記共有層とを有するセンサ装置。
【請求項６】
請求項２において、
第１の画素と、第２の画素の間には、導電層を含まない領域を有するセンサ装置。
【請求項７】
請求項２において、
前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタが半導体層に金属酸化物を有するセンサ装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１のトランジスタまたは前記第２のトランジスタがバックゲートを有するセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の一態様は、センサ装置および半導体装置に関する。【０００２】  なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、通信装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。【０００３】  なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、通信装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００４】  基板上に形成された酸化物半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体を有するオフ電流が極めて低いトランジスタを画素回路に用いる構成の撮像装置が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  撮像装置は、可視光を画像化する手段として用いられるだけでなく、様々な用途に用いられている。例えば、個人認証、不良解析、医療診断、セキュリティ用途などに用いられている。これらの用途では、可視光の他、Ｘ線などの短波長の光、赤外線などの長波長の光などを用途に応じて使い分けている。【０００７】  生活習慣病の予防または管理のための医療診断方法の一つとして、赤外域を含む７００ｎｍ以上のピーク波長をもつ光を用いた生体モニタが提案されている。【０００８】  一例として、糖尿病は、血糖値が高い状態が続くことで様々な合併症が起きやすくなることが知られている。血中のグルコース値をモニタすることで、血糖値を管理する方法が提案されている。血中のグルコース値は、７００ｎｍ以上の波長域に吸収ピークを有するが、当該波長域の光を射出する光源として電球型のランプやＬＥＤなどを用いると装置が大きくなる課題がある。また対象物に照射される光は、対象物の上面および内部で散乱する反射光となるためセンサの検出精度が低下する。したがって、当該反射光を検出するセンサには、受光領域（センサ領域）を大きくすることで検出精度を向上させることが求められている。【０００９】  したがって、本発明の一態様では、新規な半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、新規なセンサ装置を提供することを目的の一つとする。または、薄型の光源、および薄型のセンサを有するセンサ装置を提供することを目的の一つとする。または、薄型の光源と、当該光源から射出され被写体によって反射される光などを検出するセンサと、を有するセンサ装置を提供することを目的の一つとする。または、７００ｎｍ以上にピーク波長をもつ光を射出する発光素子を有するセンサ装置を提供することを目的の一つとする。【００１０】  なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明の一態様は、センサ装置を有する半導体装置に関する。【００１２】  本発明の一態様は、センサ装置、プロセッサ、および通信装置を有する半導体装置である。センサ装置は、基板上に形成される第１の画素と第２の画素とを有する。第１の画素は、発光素子と第１のトランジスタを有する。第２の画素は、光電変換機能を有するセンサ素子と第２のトランジスタを有する。発光素子が射出する光は、ピーク波長を有し、センサ素子が検出する波長範囲は、当該ピーク波長を含んでいる。第１のトランジスタ、および第２のトランジスタの半導体層は、同じ元素を含んでいる。発光素子が有する画素電極は、第１のトランジスタと電気的に接続する機能と、センサ素子に対する拡散光を遮光する機能を備える。センサ素子で検出される光は、プロセッサによって演算される。通信装置は、当該演算された結果を送信する半導体装置である。【００１３】  本発明の一態様の他の一態様は、基板上に形成される第１の画素と、第２の画素とを有するセンサ装置である。第１の画素は、発光素子と第１のトランジスタを有する。第２の画素は、光電変換機能を有するセンサ素子と第２のトランジスタを有する。発光素子が射出する光は、ピーク波長を有し、センサ素子が検出する波長範囲は、当該ピーク波長を含んでいる。第１のトランジスタおよび第２のトランジスタの半導体層は、同じ元素を含んでいる。発光素子が有する画素電極は、第１のトランジスタと電気的に接続する機能と、センサ素子に対する拡散光を遮光する機能を備えるセンサ装置である。【００１４】  基板は、可撓性を有していてもよい。【００１５】  発光素子のピーク波長は、７００ｎｍ以上９０００ｎｍ以下であることが好ましい。【００１６】  発光素子は、第１の有機化合物と、共有層とを有し、センサ素子は、第２の有機化合物と、当該共有層とを有することが好ましい。【００１７】  第１の画素と、第２の画素の間には、導電層を含まない領域を有することが好ましい。【００１８】  第１のトランジスタおよび第２のトランジスタは、半導体層に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有することが好ましい。また、第１のトランジスタまたは第２のトランジスタがバックゲートを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】  本発明の一態様では、新規な半導体装置を提供することができる。または、新規なセンサ装置を提供することができる。または、薄型の光源、および薄型のセンサを有するセンサ装置を提供することができる。または、薄型の光源と、当該光源から射出され被写体によって反射される光を検出するセンサと、を有するセンサ装置を提供することができる。または、７００ｎｍ以上にピーク波長をもつ光を射出する発光素子を有するセンサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】図１は、半導体装置を説明するブロック図である。
図２は、半導体装置を説明するブロック図である。
図３Ａは、画素アレイを説明する回路図である。図３Ｂ１および図３Ｂ２は、画素を説明する回路図である。
図４Ａは画素アレイを説明する回路図である。図４Ｂは、画素を説明する回路図である。図４Ｃ１および図４Ｃ２は、回路４６、および回路４６ａを説明する回路図である。
図５は、センサ装置を説明する図である。
図６は、センサ装置を説明する図である。
図７は、センサ装置を説明する図である。
図８Ａおよび図８Ｂは、センサ装置を説明する図である。
図９Ａ乃至図９Ｃは、センサ装置の一例を示す断面図である。
図１０Ａ乃至図１０Ｃは、センサ装置の一例を示す断面図である。
図１１Ａ乃至図１１Ｃは、センサ装置の一例を示す断面図である。
図１２Ａおよび図１２Ｂは、センサ装置の一例を示す断面図である。
図１３Ａおよび図１３Ｂは、センサ装置の一例を示す断面図である。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、センサ装置の一例を示す断面図である。
図１５は、センサ装置の一例を示す断面図である。
図１６Ａ乃至図１６Ｄは、電子機器を説明する図である。
図１７Ａ乃至図１７Ｃは、電子機器を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
【００２２】  以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。したがって、本発明は、以下の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。
【００２３】  また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
【００２４】  また、本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、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ことを付記する。
【００２５】  また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。したがって、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００２６】  また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域又はソース電極）の間にチャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
【００２７】  また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００２８】  また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や、異なる導電層によって形成される配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【００２９】  また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【００３０】  また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００３１】  また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
【００３２】  トランジスタのオフ電流は、Ｖｇｓに依存する場合がある。したがって、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、トランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のＶｇｓにおけるオフ状態、所定の範囲内のＶｇｓにおけるオフ状態、又は、十分に低減されたオフ電流が得られるＶｇｓにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
【００３３】  一例として、しきい値電圧Ｖｔｈが０．５Ｖであり、Ｖｇｓが０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−９Ａであり、Ｖｇｓが０．１Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−１３Ａであり、Ｖｇｓが−０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−１９Ａであり、Ｖｇｓが−０．８Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−２２Ａであるようなｎチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Ｖｇｓが−０．５Ｖにおいて、又は、Ｖｇｓが−０．５Ｖ乃至−０．８Ｖの範囲において、１×１０−１９Ａ以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は１×１０−１９Ａ以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が１×１０−２２Ａ以下となるＶｇｓが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は１×１０−２２Ａ以下である、と言う場合がある。
【００３４】  また、本明細書等では、チャネル幅Ｗを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Ｗあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅（例えば１μｍ）あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流／長さの次元を持つ単位（例えば、Ａ／μｍ）で表される場合がある。
【００３５】  トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、６０℃、８５℃、９５℃、又は１２５℃におけるオフ電流を表す場合がある。又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、室温、６０℃、８５℃、９５℃、１２５℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
【００３６】  トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、又は２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖ、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓ、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
【００３７】  上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
【００３８】  また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
【００３９】  なお、電圧とは２点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー（電気的な位置エネルギー）のことをいう。ただし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位（例えば接地電位）との電位差のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
【００４０】（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について説明する。
【００４１】  半導体装置は、センサ装置、プロセッサ、メモリ、バッテリ、および通信装置を有する。センサ装置は、基板上に形成される第１の領域と第２の領域を有する。なお、基板は、可撓性を有していてもよい。第１の領域には、複数の第１の画素がマトリックス状に配置され、第２の領域には、複数の第２の画素がマトリックス状に配置される。第１の画素は、発光素子と第１のトランジスタを有する。第２の画素は、光電変換機能を有するセンサ素子と第２のトランジスタを有する。
【００４２】  第１のトランジスタおよび第２のトランジスタの半導体層は、同じ元素を含む。
【００４３】  発光素子が射出する光は、ピーク波長を有し、センサ素子が検出する波長範囲は、当該ピーク波長を含んでいる。発光素子のピーク波長は、７００ｎｍ以上９０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４４】  ここで、本発明の一態様である半導体装置を用いて対象物を検出または検査する場合について説明する。対象物（材料など）が固有の波長範囲で光を吸収する特性を有する場合、発光素子は、当該固有の波長範囲にピーク波長が含まれることが好ましい。対象物は、照射された光を反射もしくは透過するときに当該ピーク波長を有する光を吸収する。対象部からの反射光もしくは透過光をセンサ素子が検出する場合、センサ素子は、当該ピーク波長をもつ光を検出することができる。また、対象物は複数の異なる波長範囲で光を吸収する場合がある。したがって発光素子は、異なる波長範囲にピーク波長をもつ光を射出することが好ましい。さらに、センサ素子は、当該異なる波長範囲にピーク波長をもつ光を検出できることが好ましい。異なる波長範囲にピーク波長をもつ光を検出することで、正確に対象物を検出または検査することができる。
【００４５】  一例として、静脈中のグルコースは、波長１６００ｎｍおよびその近傍の光を吸収しやすい第１の波長範囲と、波長６０００ｎｍ乃至９０００ｎｍの光を吸収しやすい第２の波長範囲を有することが知られている。したがって、静脈に照射する光の反射光をセンサ素子が検出することで、静脈中のグルコースの量を検出することができる。センサ素子が検出する反射光は、プロセッサによって演算され血糖値などに換算される。通信装置は、当該換算された結果をサーバ、パーソナルコンピュータ、もしくはスマートフォンなどの携帯情報端末にネットワークを介して送信することができる。
【００４６】  異なる例として、波長７６０ｎｍおよびその近傍の光は静脈中のヘモグロビンに吸収されやすいため、手のひらや指などからの反射光などを受光して画像化することで静脈の位置を検出することができる。当該作用は生体認証として利用することができる。また、適切な波長の赤外光を利用して食品内の異物検査や工業製品の不良解析などの非破壊検査に利用することもできる。
【００４７】  発光素子は、第１の有機化合物と、共有層とを有することで薄型の光源を実現できる。また、センサ素子は、第２の有機化合物と、当該共有層とを有することで薄型のセンサを実現できる。
【００４８】  なお、発光素子とセンサ素子が同じ基板上に形成されるため、発光素子とセンサ素子の間には遮光する機能を有する領域又は層などを設けることが好ましい。さらに、第１の領域と、第２の領域の間には、導電層による乱反射を低減させるために導電層を含まない領域を設けることが好ましい。
【００４９】  続いて、本発明の一態様である半導体装置について、図面を参照して説明する。
【００５０】  本発明の一態様は、発光素子を有するセンサ装置である。センサ素子は、発光素子が射出する光が被写体によって反射される光などを受光する。発光素子には有機発光素子を用い、センサ素子には有機センサ素子を用いることで、薄型の光源付センサ装置を構成する。なお、センサ素子は、光電変換機能を有する。
【００５１】  図１は、本発明の一態様の半導体装置を説明するブロック図である。当該半導体装置１０は、センサ装置２０、プロセッサ１１、メモリ１２、バッテリ１３、通信装置１４、画像処理回路１５を有する。センサ装置２０は、領域３０、および領域４０を有する。
【００５２】  画像処理回路１５は、センサ装置２０の駆動タイミングを制御することができる。プロセッサ１１は、センサ装置２０で検出した検出データを演算し、当該演算結果を通信装置１４に与えることができる。通信装置１４は、当該演算結果を、ネットワーク９１を介してサーバ９０に送信することができる。なお、通信装置１４は、ネットワーク９１を介してスマートフォンなどの携帯情報端末、またはパーソナルコンピュータなどに送信してもよい。
【００５３】  領域３０は、発光領域３１、回路３２（ゲートドライバ）、および回路３３（ソースドライバ）を有する。発光領域３１は、複数の第１の画素を有し、複数の第１の画素は、マトリクス状に配列されている。なお、第１の画素については、図３Ａ、図３Ｂ１および図３Ｂ２で詳細に説明する。回路３２は、複数の第１の画素を選択することができる。回路３３は、回路３２によって選択される第１の画素の各々に発光素子の発光強度に応じて発光データを与えることができる。
【００５４】  領域４０は、センサ領域４１、回路４２（ロードライバ）、回路４３（アナログデジタル変換）、および回路４４（カラムドライバ）を有する。センサ領域４１は、複数の第２の画素を有し、複数の第２の画素は、マトリクス状に配列されている。なお、第２の画素については、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ１、および図４Ｃ２で詳細に説明する。回路４２は、複数の第２の画素を選択することができる。第２の画素が有するセンサ素子は、光電変換機能によって光からアナログ信号である電圧に変換することができる。回路４３は、第２の画素が検出するアナログ信号を検出データとしてデジタル信号に変換する。回路４４は、検出データを画像処理回路１５に与えることができる。画像処理回路１５は、検出データをプロセッサ１１に与えることができる。
【００５５】  図２は、構成が異なるセンサ装置２０ａを有する半導体装置１０を説明するブロック図である。センサ装置２０ａは、発光領域３１ａ、発光領域３１ｂ、センサ領域４１ａ、センサ領域４１ｂ、およびセンサ領域４１ｃを有する。回路３２および回路３３は、発光領域３１ａ、および発光領域３１ｂを駆動し、回路４２および回路４３は、センサ領域４１ａ、センサ領域４１ｂ、およびセンサ領域４１ｃを駆動することができる。
【００５６】  発光領域３１ａは、発光領域３１ｂと異なるピーク波長を有する光を射出してもよい。または、発光領域３１ａは、発光領域３１ｂと同じピーク波長を有する光を射出してもよい。
【００５７】  センサ領域４１ａは、センサ領域４１ｂまたはセンサ領域４１ｃと異なる波長域に対して検出することができる。例えば、センサ領域４１ａは、発光領域３１ａが射出するピーク波長を有する光を検出することができる。またセンサ領域４１ｃは、発光領域３１ｂが射出するピーク波長を有する光を検出することができる。センサ領域４１ｂは、発光領域３１ａまたは発光領域３１ｂが射出するピーク波長を有する光のうちいずれか一の光を検出することができる。もしくは、センサ領域４１ｂは、発光領域３１ａおよび発光領域３１ｂが射出するピーク波長を有する光の両方の光を検出することができる。
【００５８】  上述したように、複数の異なるピーク波長を有する光を射出する光源と、複数の異なるピーク波長を有する光を検出するセンサ領域を有するセンサ装置は、グルコースのように異なる波長域に吸収帯を有する対象物を適切に検出するのに適している。例えば、検出する対象物がグルコースの場合、波長１６００ｎｍおよびその近傍の光を吸収する第１の波長範囲と、波長６０００ｎｍ乃至９０００ｎｍの光を吸収する第２の波長範囲を有している。ただし、それぞれの波長領域における吸収強度は異なっていることが知られている。つまり、第１の波長範囲で検出する第１の検出データと、第２の波長範囲で検出する第２の検出データと、を比較または演算することにより対象物であるグルコース値または含有比率をより正確に検出することができる。
【００５９】  図３Ａは、領域３０が有する画素アレイを説明する回路図である。領域３０は、発光領域３１、回路３２、および回路３３を有する。発光領域３１は、マトリックス状に配列された画素３５（１，１）乃至画素３５（ｍ，ｎ）、配線Ｇ１（１）乃至配線Ｇ１（ｎ）、配線Ｇ２（１）乃至配線Ｇ２（ｎ）、および配線Ｓ１（１）乃至配線Ｓ１（ｍ）を有する。回路３２は、シフトレジスタ３２ａ、複数のセレクタ回路３２ｂ、配線ＳＲ１（１）乃至配線ＳＲ１（ｎ）、配線ＳＲ２（１）乃至配線ＳＲ２（ｎ）、配線ＳＥＬ、および配線ＥＮを有する。なお、ｍ、ｎは、２以上の整数である。なおシフトレジスタ３２ａはデコーダ回路によって構成されてもよい。
【００６０】  それぞれの画素３５は、配線Ｇ１、配線Ｇ２、および配線Ｓ１と電気的に接続される。
【００６１】  シフトレジスタ３２ａは、配線ＳＲ１を介して配線Ｇ１と電気的に接続される。配線ＳＥＬは、セレクタ回路３２ｂの第１の入力端子と電気的に接続される。シフトレジスタ３２ａは、配線ＳＲ２を介してセレクタ回路３２ｂの第２の入力端子と電気的に接続される。配線ＥＮは、セレクタ回路３２ｂの第３の入力端子と電気的に接続される。セレクタ回路３２ｂの出力端子は、配線Ｇ２と電気的に接続される。
【００６２】  配線ＳＥＬに与えられる信号は、セレクタ回路３２ｂの第２の入力端子に与えられる信号または第３の入力端子に与えられる信号のいずれか一をセレクタ回路３２ｂの出力信号として配線Ｇ２に与えることができる。当該第２の入力端子に与えられる信号は、配線ＳＲ２に与えられるシフトレジスタ３２ａの出力信号である。当該第３の入力端子に与えられる信号は、配線ＥＮに与えられる信号である。一例として、配線ＳＥＬに“Ｌ”の信号を与える場合、セレクタ回路３２ｂは、配線Ｇ２にシフトレジスタ３２ａの出力信号を出力することができる。配線ＳＥＬに“Ｈ”の信号を与える場合、セレクタ回路３２ｂは、配線Ｇ２に配線ＥＮに与えられる信号を出力することができる。
【００６３】  なお、配線ＳＥＬに“Ｈ”の信号を与える場合、配線Ｇ２（１）乃至配線Ｇ２（ｎ）には、配線ＥＮに与えられる信号を同時に出力することができる。したがって、画素３５（１，１）乃至画素３５（ｍ，ｎ）を同時に発光または消灯させることができる。つまりカメラのフラッシュの光のように瞬間的に発光する光を生成することができる。なお、画素３５（１，１）乃至画素３５（ｍ，ｎ）が発光する強度は、配線Ｓ１（１）乃至配線Ｓ１（ｍ）を介してそれぞれの画素３５に与えられる発光データによって決定される。
【００６４】  図３Ｂ１では、画素３５について回路図を用いて説明する。画素３５は、トランジスタ５１乃至トランジスタ５４、容量素子５５、および発光素子５６を有する。配線Ｇ１は、トランジスタ５１のゲート、およびトランジスタ５４のゲートと電気的に接続される。配線Ｇ２は、トランジスタ５２のゲートと電気的に接続される。配線Ｓ１は、トランジスタ５１のソースまたはドレインの一方と接続される。トランジスタ５１のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ５２のソースまたはドレインの一方、および容量素子５５の電極の一方と電気的に接続される。トランジスタ５２のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ５３のゲートと電気的に接続される。トランジスタ５３のソースまたはドレインの一方は、配線６１と電気的に接続される。トランジスタ５３のソースまたはドレインの他方は、発光素子５６の電極の一方、トランジスタ５４の電極の一方、および容量素子５５の電極の他方と接続される。トランジスタ５４のソースまたはドレインの他方は、配線６２と電気的に接続される。発光素子５６の電極の他方は、配線６３と電気的に接続される。
【００６５】  配線Ｇ１に与えられる信号は、トランジスタ５１、およびトランジスタ５４のオンまたはオフを制御することができる。トランジスタ５１は、画素の選択スイッチとして機能する。また、トランジスタ５１がオン状態の期間、トランジスタ５４は、配線６２に与えられる電位を容量素子５５の電極の他方に与えることができる。なお、配線６２に与えられる電位は、発光素子５６を発光させない電位であることが好ましい。また、トランジスタ５３のソースまたはドレインの他方の電位が配線６２に与えられる電位によって固定される期間に、容量素子５５の電極の一方には、配線Ｓ１を介して発光データが与えられる。なお、トランジスタ５４のゲートは、異なる配線Ｇ３と接続されてもよい。配線Ｇ３を設けることで、トランジスタ５１、トランジスタ５４は異なるタイミングでオンまたはオフの制御をすることができる。
【００６６】  配線Ｇ２に与えられる信号は、容量素子５５に保持される発光データをトランジスタ５３のゲートに与えるタイミングを制御することができる。なお、トランジスタ５３のゲートには、容量素子５５に発光データが与えられる前に、トランジスタ５３のソースまたはドレインの他方の電位と同じ電位が与えられることが好ましい。
【００６７】  トランジスタ５１乃至トランジスタ５４には、半導体層に金属酸化物を有するＯＳトランジスタを用いることができる。ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低い特性を有する。トランジスタ５１乃至トランジスタ５４にＯＳトランジスタを用いることによって、容量素子５５で電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。
【００６８】  または、トランジスタ５３は、トランジスタ５１と異なる半導体層を有してもよい。例えば、トランジスタ５３は、Ｓｉを半導体層に有するＳｉトランジスタでもよい。Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど）を有するトランジスタなどが挙げられる。トランジスタ５３がＳｉトランジスタの場合、発光素子５６の発光強度を容易に大きくすることができる。さらに、トランジスタ５１がＯＳトランジスタの場合、オフ電流が小さいため、容量素子５５で電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。
【００６９】  さらに異なる例として、トランジスタ５３は、トランジスタ５１と異なる半導体層を有してもよい。トランジスタ５１は、Ｓｉを半導体層に有するＳｉトランジスタでもよい。トランジスタ５１がＳｉトランジスタであることで、選択スイッチ値の応答性が向上する。さらに、トランジスタ５３がＯＳトランジスタの場合、トランジスタのチャネル長を小さくすることができる。トランジスタのチャネル長を小さくすることで、画素の大きさを小さくすることができる。つまり発光領域３１の精細度を高くすることができる。
【００７０】  上述したようなトランジスタ５３がトランジスタ５１と異なる半導体層を有する場合、トランジスタ５２またはトランジスタ５４がＯＳトランジスタであってもよい。トランジスタ５２がＯＳトランジスタの場合、オフ電流が小さいため、容量素子５５に保持される発光データがトランジスタ５３のゲートに対するリーク電流を低減するスイッチとして機能する。よって発光素子５６がリーク電流により発光するのを抑制することができる。また、トランジスタ５４がＯＳトランジスタの場合、オフ電流が小さいため、発光素子５６の発光強度がトランジスタ５４を介するリーク電流により変化することを抑制するスイッチとして機能することができる。
【００７１】  さらに異なる例としてトランジスタ５３がトランジスタ５１と異なる半導体層を有する場合、トランジスタ５２またはトランジスタ５４がＳｉトランジスタであってもよい。Ｓｉトランジスタであることで、スイッチの応答性が向上する。またトランジスタのチャネル長、チャネル幅を小さくすることで、トランジスタの寄生容量を小さくし、発光領域３１の精細度を高くすることができる。
【００７２】  図３Ｂ２は、画素３５ａがトランジスタ５１ａ乃至トランジスタ５４ａがバックゲートを有する例を示している。バックゲートは、それぞれのトランジスタのゲートと電気的に接続されている。ただし、バックゲートの接続先は、限定されない。トランジスタのソースと電気的に接続されてもよいし、複数のトランジスタのバックゲートが他の配線に接続され、複数のトランジスタが当該配線によってまとめて制御されてもよい。
【００７３】  図４Ａでは、領域４０が有する画素アレイについて回路図を用いて説明する。領域４０は、センサ領域４１、回路４２、回路４３、回路４４、および回路４６を有する。センサ領域４１は、マトリックス状に配列された画素４５（１，１）乃至画素４５（ｍ，ｎ）、配線ＳＥ（１）乃至配線ＳＥ（ｎ）、および配線Ｓ２（１）乃至配線Ｓ２（ｍ）を有する。回路４６は、それぞれの配線Ｓ２に対して設けられる。または、回路４６は、複数の配線Ｓ２に対して一つ設けられてもよい。
【００７４】  画素４５は、配線ＳＥ、および配線Ｓ２と電気的に接続される。画素４５は、配線Ｓ２を介して回路４６と電気的に接続される。回路４６は、回路４３と電気的に接続される。回路４３は、回路４４と電気的に接続される。回路４４は、画像処理回路１５と電気的に接続される。
【００７５】  回路４２は、ローデコーダとして機能し、デコーダまたはシフトレジスタのいずれか一を有することが好ましい。回路４２は、配線ＳＥを介して任意の画素４５を選択することができる。それぞれの画素４５は、センサ素子を有している。センサ素子は、入射する光を光電変換してアナログデータである電圧に変換する。つまり画素４５は、光を電圧に変換し、出力データとして回路４６に与えることができる。
【００７６】  回路４６は、画素４５の出力データを回路４３に与えるためのソースフォロワ回路である。回路４３は、ソースフォロワ回路を介して与えられる当該出力データに対して相関二重サンプリング処理を行う。さらに、当該二重サンプリング処理を行った出力データをデジタルデータに変換する機能を有する。回路４４は、デジタルデータを画像処理回路１５に転送することができる。回路４４はカラムデコーダとしての機能を有する。
【００７７】  図４Ｂでは、画素４５について回路図を用いて説明する。なお画素４５は、配線６４乃至配線６７と電気的に接続されている。
【００７８】  画素４５は、トランジスタ７１乃至トランジスタ７５、容量素子７６、容量素子７７、およびセンサ素子７８を有する。配線ＰＲは、トランジスタ７１のゲートと電気的に接続される。配線Ｔｘは、トランジスタ７２のゲートと電気的に接続される。配線Ｗは、トランジスタ７３のゲートと電気的に接続される。配線ＳＥは、トランジスタ７５のゲートと電気的に接続される。トランジスタ７１のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ７２のソースまたはドレインの一方、および容量素子７６の電極の一方と電気的に接続される。トランジスタ７１のソースまたはドレインの他方は、配線６４と電気的に接続される。トランジスタ７２のソースまたはドレインの他方は、センサ素子７８の電極の一方と電気的に接続される。センサ素子７８の電極の他方は、配線６５と電気的に接続される。容量素子７６の電極の他方は、トランジスタ７３のソースまたはドレインの一方、トランジスタ７４のゲート、および容量素子７７の電極の一方と電気的に接続される。配線６６は、トランジスタ７３のソースまたはドレインの他方、および容量素子７７の電極の他方と電気的に接続される。トランジスタ７４のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ７５のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ７４のソースまたはドレインの他方は、配線６７と電気的に接続される。トランジスタ７５のソースまたはドレインの他方は、配線Ｓ２と電気的に接続される。
【００７９】  トランジスタ７１乃至トランジスタ７５は、半導体層に金属酸化物を有するＯＳトランジスタを用いることができる。ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低い特性を有する。トランジスタ７１乃至トランジスタ７５にＯＳトランジスタを用いることによって、容量素子７６および容量素子７７で電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。
【００８０】  なお、トランジスタ７４は、トランジスタ７１乃至トランジスタ７３、およびトランジスタ７５と異なる半導体層を有してもよい。例えば、トランジスタ７４は、Ｓｉを半導体層に有するＳｉトランジスタでもよい。トランジスタ７４がＳｉトランジスタであることで、トランジスタの応答性を向上させることができる。さらに、トランジスタ７５がＯＳトランジスタの場合、オフ電流が小さいため、配線Ｓ２へのリーク電流を抑えることができる。またトランジスタ７１がＯＳトランジスタの場合、容量素子７６へのリーク電流を低減することができる。またトランジスタ７３がＯＳトランジスタの場合、容量素子７７が電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。
【００８１】  さらに異なる例として、トランジスタ７４は、トランジスタ７１乃至トランジスタ７３、およびトランジスタ７５と異なる半導体層を有してもよい。例えば、トランジスタ７４は、ＯＳトランジスタでもよい。トランジスタ７４がＯＳトランジスタの場合、トランジスタのチャネル長を小さくすることができる。また、トランジスタ７１乃至トランジスタ７３、およびトランジスタ７５をＳｉトランジスタとすることで、当該トランジスタのチャネル長を小さくすることができる。つまりセンサ領域４１の精細度を高くすることができる。
【００８２】［ＯＳトランジスタ］
ＯＳトランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶を構成する原子が安定であり、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ−ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。
【００８３】  ＯＳトランジスタは半導体層のエネルギーギャップが大きいため、極めて低いオフ電流特性を示す。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、高耐圧で信頼性の高い回路を形成することができる。また、Ｓｉトランジスタでは問題となる結晶性の不均一性に起因する電気特性のばらつきもＯＳトランジスタでは生じにくい。
【００８４】  ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。
【００８５】  半導体層を構成する酸化物半導体がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝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等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
【００８６】  半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。当該酸化物半導体は欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【００８７】  なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【００８８】  半導体層を構成する酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００８９】  また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【００９０】  また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【００９１】  また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【００９２】  非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
【００９３】  なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
【００９４】  以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【００９５】  ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
【００９６】  なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【００９７】  例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、またはＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
【００９８】  つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【００９９】  なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【０１００】  上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
【０１０１】  一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０１０２】  なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
【０１０３】  なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【０１０４】  なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
【０１０５】  ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【０１０６】  ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折測定から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【０１０７】  また、ＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域（リング領域）と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【０１０８】  また、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【０１０９】  ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
【０１１０】  ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【０１１１】  一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【０１１２】  したがって、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【０１１３】  また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ−ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。
【０１１４】  図４Ｃ１は、回路４６を説明する回路図である。回路４６は、トランジスタ８１、端子８３、および端子８４を有している。トランジスタ８１のゲートは、配線ＢＲと電気的に接続されている。トランジスタ８１のソースまたはドレインの一方は、端子８３、および端子８４と電気的に接続されている。トランジスタ８１のソースまたはドレインの他方は、配線６８と電気的に接続されている。
【０１１５】  図４Ｃ２は、回路４６ａを説明する回路図である。回路４６ａは、トランジスタ８２を有する点が図４Ｃ１と異なっている。配線ＢＲは、トランジスタ８１のゲート、およびトランジスタ８２のゲートと電気的に接続されている。配線６８は、トランジスタ８１のソースまたはドレインの他方、およびトランジスタ８２のソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている。トランジスタ８１のソースまたはドレインの一方は、端子８３、および端子８４と電気的に接続されている。
【０１１６】  図５は、図２で説明したセンサ装置２０ａを詳細に説明する図である。なお、図５では、説明を簡便にするために、発光領域３１ａと、センサ領域４１ａ、センサ領域４１ｂについて説明する。
【０１１７】  センサ領域４１ａ、およびセンサ領域４１ｂは、回路４２と電気的に接続されている。発光領域３１ａは、回路３２と電気的に接続されている。回路４２は、配線ＳＥａを介してセンサ領域４１ａが有する画素４５、および配線ＳＥｂを介してセンサ領域４１ｂが有する画素４５と電気的に接続されている。回路３２は、配線Ｇ１ａおよび配線Ｇ２ａを介して発光領域３１ａが有する画素３５と電気的に接続されている。
【０１１８】  センサ領域４１ａと、発光領域３１ａとの間には、領域ＣＬ１が形成され、領域ＣＬ１には、配線、または回路などが設けられない。領域ＣＬ１に、配線、または回路などが配置されないことで、センサ領域４１ａと、発光領域３１ａとの間に距離が確保される。よって発光領域３１ａが射出する拡散光が迷光となる場合、領域ＣＬ１が確保されることで当該迷光がセンサ領域４１ａに入射することを抑えることができる。また、センサ装置２０ａが可撓性を有する場合、配線、または回路などが配置されない領域を有することで、領域ＣＬ１に配置される構造物が無くなり曲率半径が小さくなるため可撓性が向上する。
【０１１９】  なお、センサ素子を有する画素４５は、発光素子５６を有する画素３５と同じ大きさの画素でもよいし、異なる大きさの画素でもよい。例えば、画素４５の大きさが、画素３５の大きさと同じ場合は、発光領域３１と、センサ領域４１は、同期した信号を使用することができる。したがって回路構成を簡単にすることができる。また、発光領域３１と、センサ領域４１は、独立してそれぞれを駆動することができる。したがって、センサ領域４１は、発光領域３１に比べ容易に大きくすることができる。
【０１２０】  さらに、画素４５の大きさが、画素３５の大きさと異なる例について説明する。発光領域３１をフラッシュの光のように同時に点灯させる場合、発光素子５６を大きくすることで発光データを画素に与える時間を少なくすることができる。センサ領域４１は、グローバルシャッタ方式、またはローリングシャッタ方式を切替えて対象物からの反射光を検出することができる。例えば、グローバルシャッタ方式によって検出した第３の検出データと第４の検出データの差分データを検出することができる。当該差分データは、対象物が受光することで変化する反射光を検出した第３の検出データと、対象物が時間と共に変化する反射光を検出した第４の検出データと、の変化量を検出するのに適している。
【０１２１】  なお、ローリングシャッタ方式とは、センサ領域が有する複数の画素４５が露光とデータの読み出しを順次行う動作方法であり、ある行の読み出し期間と他の行の露光期間を重ねる方式である。なお、露光とは、センサ素子が受光する光を光電変換機能により電圧に変換することを意味する。露光後すぐに読み出し動作を行うため、検出データの保持期間が比較的短い回路構成であっても撮像を行うことができる。しかしながら、撮像の同時性がない検出データで１フレームの画像が構成されるため、動体の撮像においては画像に歪が生じてしまう。
【０１２２】  一方で、グローバルシャッタ方式は、全画素で同時に露光を行って各画素に検出データを保持し、行毎にデータを読み出す動作方法である。したがって、動体の撮像であっても歪のない画像を得ることができる。
【０１２３】  例えば、画素４５が有するトランジスタ７３およびトランジスタ７５として、半導体層に金属酸化物を用いたトランジスタを用いることで、容量素子７７が保持する電荷の保持期間を極めて長くすることができる。そのため、回路構成や動作方法を複雑にすることなく、全画素で同時に電荷の蓄積動作を行うグローバルシャッタ方式を適用することができる。
【０１２４】  図６は、図５とは異なるセンサ装置２０ａを詳細に説明する図である。発光領域３１ａと、センサ領域４１ａ、センサ領域４１ｂについて説明する。
【０１２５】  センサ領域４１ａ、発光領域３１ａ、およびセンサ領域４１ｂは、それぞれ回路４２ａ、回路３２ｅ、および回路４２ｂと電気的に接続されている。回路４２ａは、配線ＳＥａを介してセンサ領域４１ａが有する画素４５と電気的に接続されている。回路３２ｅは、配線Ｇ１ａおよび配線Ｇ２ａを介して発光領域３１ａが有する画素３５と電気的に接続されている。回路４２ｂは、配線ＳＥｂを介してセンサ領域４１ｂが有する画素４５と電気的に接続されている。
【０１２６】  センサ領域４１ａと、発光領域３１ａとの間には、領域ＣＬ２が形成され、領域ＣＬ２には、回路３２ｅが設けられる。発光領域３１ａが射出する拡散光が迷光となる場合、領域ＣＬ２に配置される回路３２ｅが、当該迷光を遮光することでセンサ領域４１ａに入射することを抑えることができる。
【０１２７】  図７は、図６とは異なるセンサ装置２０ａを詳細に説明する図である。発光領域３１ａと、センサ領域４１ａ、センサ領域４１ｂについて説明する。
【０１２８】  センサ領域４１ａ、およびセンサ領域４１ｂは、回路４２と電気的に接続されている。
発光領域３１ａは、回路３２と電気的に接続されている。回路４２は、配線ＳＥａを介してセンサ領域４１ａ、およびセンサ領域４１ｂが有する画素４５と電気的に接続されている。回路３２は、配線Ｇ１ａおよび配線Ｇ２ａを介して発光領域３１ａが有する画素３５と電気的に接続されている。
【０１２９】  センサ領域４１ａと、発光領域３１ａとの間には、領域ＣＬ３が形成され、領域ＣＬ３には、配線が設けられる。領域ＣＬ３によってセンサ領域４１ａと、発光領域３１ａとの間に距離が確保される。よって発光領域３１ａが射出する拡散光が迷光となった場合、領域ＣＬ３は、当該迷光がセンサ領域４１ａに入射することを抑えることができる。また、センサ装置２０ａが可撓性を有する場合、回路などが配置されない領域を有することで、領域ＣＬ３に配置される構造物が少なくなるため曲率半径が小さくなり可撓性が向上する。
【０１３０】［有機発光素子］
発光素子５６には有機発光素子を用いることができる。当該有機発光素子としては赤外光を発する素子を用いることができる。特に波長７００ｎｍ以上９０００ｎｍ以下にピークを有する赤外光を発する有機発光素子であることが好ましい。
【０１３１】  また、発光素子５６には、有機発光素子を用いることで、薄型の光源付撮像装置を実現することができ、様々な機器へ搭載が容易となり、携帯性も向上させることができる。
【０１３２】  有機発光素子には、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子（ＥＬ素子）を適用することができる。ＥＬ素子は、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層（ＥＬ層）を有する。一対の電極間に、ＥＬ素子のしきい値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、ＥＬ層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層において再結合し、ＥＬ層に含まれる発光物質が発光する。
【０１３３】  また、ＥＬ素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１３４】  有機ＥＬ素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１３５】  ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。
【０１３６】  無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。
【０１３７】  発光素子の構成を説明する。例えばＥＬ層は、第１の層、発光層、第２の層などの複数の層で構成することができる。第１の層は、例えば電子注入性の高い物質を含む層（電子注入層）および電子輸送性の高い物質を含む層（電子輸送層）などを有することができる。発光層は、例えば発光性の化合物を有する。第２の層は、例えば正孔注入性の高い物質を含む層（正孔注入層）および正孔輸送性の高い物質を含む層（正孔輸送層）を有することができる。
【０１３８】  第１の電極および第２の電極の間に設けられたＥＬ層は、単一の発光ユニットとして機能することができる。なお、第１の層と第２の層との間に複数の発光層が設けられていてもよい。なお、第１の電極および第２の電極のいずれか一方に透光性の導電膜を用いることで、光の射出方向が決定される。
【０１３９】  発光素子は、ＥＬ層を構成する材料に応じて様々な波長の光を発することができる。本発明の一態様では、ＥＬ層を構成する材料に赤外光（波長７００乃至９０００ｎｍにピーク波長を有する光）を発する材料を用いる。例えば、７２０ｎｍ、７６０ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍなど、対象とする波長範囲にピーク波長を発する材料を用途に応じて用いればよい。
【０１４０】  なお、本発明の一態様においては、ＥＬ層の発光材料（ゲスト材料、またはドーパント材料ともいう）として、赤外光を呈する有機金属イリジウム錯体を有すると好ましい。当該有機金属イリジウム錯体としては、ジメチルフェニル骨格とキノキサリン骨格とを有すると好適である。また、上記有機金属イリジウム錯体としては、代表的には、ビス｛４，６−ジメチル−２−［３−（３，５−ジメチルフェニル）−２−キノキサリニル−κＮ］フェニル−κＣ｝（２，２’，６，６’−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｍｄｐｑ）２（ｄｐｍ））などを用いることができる。上記有機金属イリジウム錯体を用いることで、量子効率または発光効率の高い撮像素子を提供することができる。
【０１４１】  また、上記有機金属イリジウム錯体を分散状態にするために用いる物質（すなわちホスト材料）としては、例えば、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、ＮＰＢのようなアリールアミン骨格を有する化合物の他、ＣＢＰ、４，４’，４’’−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等のカルバゾール誘導体や、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎｐｐ２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）等の金属錯体が好ましい。また、ＰＶＫのような高分子化合物を用いることもできる。
【０１４２】  なお、上記有機金属イリジウム錯体を分散状態にするために用いる材料（ホスト材料）としては、Ｎ−（１，１’−ビフェニル−４−イル）−Ｎ−［４−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）フェニル］−９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−アミン（略称：ＰＣＢＢｉＦ）を用いると好適である。
【０１４３】  なお、発光層において、上述した有機金属イリジウム錯体（ゲスト材料）と上述したホスト材料とを含んで形成することにより、ＥＬ層からは、発光効率の高い赤外の燐光発光を得ることができる。
【０１４４】  本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１４５】（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様のセンサ装置について図８乃至図１５を用いて説明する。
【０１４６】  以下で例示するセンサ装置は、発光する機能と、撮像する機能と、を有する装置である。以下で例示するセンサ装置は、実施の形態１における発光領域や、センサ領域に適用することができる。
【０１４７】［概要］
本実施の形態のセンサ装置は、可撓性を有する基板上に、センサ素子と発光素子とを有する。具体的には、発光領域に、発光素子がマトリクス状に配置されており、当該発光領域が光源として機能する。また、当該センサ領域には、センサ素子がマトリクス状に配置されており、センサ領域は、受光部として機能する。受光部は、検査用センサ、イメージセンサ、タッチセンサに用いることができる。つまり、受光部で光を検出することで、発光素子の光を受けた対象物からの反射光を検出することや、対象物（指やペンなど）の近接もしくは接触を検出することができる。
【０１４８】  本実施の形態のセンサ装置では、発光領域が有する発光素子の発光を対象物が反射した際、センサ領域のセンサ素子がその反射光を検出できるため、対象物に貼って使用することや、ウェアラブルな電子機器（例えば、時計等）に容易に組み込むことができる。
【０１４９】  発光素子としては、有機発光素子であってもよい。例えば、有機発光素子として、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などのＥＬ素子を用いることができる。ＥＬ素子が有する発光物質としては、蛍光を発する物質（蛍光材料）、燐光を発する物質（燐光材料）、無機化合物（量子ドット材料など）、熱活性化遅延蛍光を示す物質（熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｄｅｌａｙｅｄ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＡＤＦ）材料）などが挙げられる。また、発光素子として、マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などのＬＥＤを画素にボンディングすることで用いることもできる。以降において、発光素子は、有機発光素子（ＥＬ素子）、およびマイクロＬＥＤなどを含むものとして説明する。
【０１５０】  本実施の形態のセンサ装置は、センサ素子を用いて、光を検出する機能を有する。
【０１５１】  センサ素子は、７００ｎｍ以上にピーク波長を有する光を検出できることが好ましい。対象物から反射光として戻る７００ｎｍ以上の光を検出することで、対象物の種類、組成、および画像などを検出すことができる。
【０１５２】  例えば、センサ装置を用いて、血液中のヘモグロビン、グルコースなどを検出することができる。また、果物の糖度、衣服などに紛れている針などの異物などを検出することができる。つまり、本実施の形態のセンサ装置は、生体モニタ、もしくは生体認証用センサを提供することができる。例えば、時計などの電子機器にセンサ装置を内蔵することで、センサ装置とは別に生体モニタを設ける場合に比べて、電子機器の部品点数を少なくでき、電子機器の小型化および軽量化が可能である。
【０１５３】  また、センサ素子をタッチセンサに用いる場合、本実施の形態のセンサ装置は、センサ素子を用いて、静脈認証などの生体認証用センサとして機能することができる。
【０１５４】  センサ素子としては、例えば、ｐｎ型またはｐｉｎ型のフォトダイオードを用いることができる。センサ素子は、センサ素子に入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子として機能する。入射する光量に基づき、発生する電荷量が決まる。
【０１５５】  特に、センサ素子として、有機化合物を含む層を有する有機フォトダイオードを用いることが好ましい。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化、および大面積化が容易であり、また、形状およびデザインの自由度が高いため、様々なセンサ装置に適用できる。
【０１５６】  本発明の一態様では、発光素子として有機ＥＬ素子を用い、センサ素子として有機フォトダイオードを用いる。有機フォトダイオードは、有機ＥＬ素子と共通の構成にできる層が多い。そのため、作製工程を大幅に増やすことなく、センサ装置にセンサ素子を内蔵することができる。例えば、センサ素子の活性層と発光素子の発光層とを作り分け、それ以外の層は、発光素子とセンサ素子とで同一の構成にすることができる。
【０１５７】  図８Ａおよび図８Ｂに、本発明の一態様のセンサ装置を示す。
【０１５８】  図８Ａに示すセンサ装置１００Ａは、発光領域（３１ａ、３１ｂ）、センサ領域（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）、およびＦＰＣ１７２を有する。センサ装置１００Ａは、ＦＰＣ１７２を介して半導体装置と電気的に接続される。なお、ＦＰＣ１７２上には、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式またはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｆｉｌｍ）方式等により、画像処理回路を含むＩＣ（集積回路）が設けられていてもよい。例えばＩＣ１７３は、タイミング制御回路、信号線駆動回路、ソースフォロワ回路、アナログデジタル変換回路などを有することが好ましい。なお、ＩＣ１７３は、パッケージされたＩＣを異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）によって実装してもよいし、フリップチップ実装方法によってベアチップを実装してもよい。
【０１５９】  図８Ｂに示すセンサ装置は、ＦＰＣ１７２と異なり、基板上に設けられた電極２４４によって、半導体装置と接続することができる。なお、図８Ｂには、一例として、センサ装置１００ＡにＩＣを設けない構成を示している。
【０１６０】  なお、図８Ａまたは図８Ｂは、第１の基板と第２の基板との間に、センサ素子トランジスタを有する層、センサ素子を有する層、および発光素子を有する層とを有する。
【０１６１】  以下では、図９乃至図１１を用いて、本発明の一態様のセンサ装置の、詳細な構成について説明する。
【０１６２】［センサ装置３００Ａ］
図９Ａにセンサ装置３００Ａの断面図を示す。
【０１６３】  センサ装置３００Ａは、センサ素子１１０および発光素子１９０を有する。
【０１６４】  センサ素子１１０は、画素電極１１１、共通層１１２、活性層１１３、共通層１１４、および共通電極１１５を有する。
【０１６５】  発光素子１９０は、画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３、共通層１１４、および共通電極１１５を有する。
【０１６６】  画素電極１１１、画素電極１９１、共通層１１２、活性層１１３、発光層１９３、共通層１１４、および共通電極１１５は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【０１６７】  隔壁２１９は、絶縁層２１４上に位置する。隔壁２１９は、絶縁層である。
【０１６８】  画素電極１１１および画素電極１９１は、絶縁層２１４上に位置する。ただし、画素電極１９１は、絶縁層２１４と隔壁２１９上に位置する。画素電極１１１と画素電極１９１は、同一の材料および同一の工程で形成することができる。
【０１６９】  共通層１１２は、画素電極１１１上および画素電極１９１上に位置する。共通層１１２は、センサ素子１１０と発光素子１９０に共通で用いられる層である。
【０１７０】  活性層１１３は、共通層１１２を介して、画素電極１１１と重なる。発光層１９３は、共通層１１２を介して、画素電極１９１と重なる。活性層１１３は、第１の有機化合物を有し、発光層１９３は、第１の有機化合物とは異なる第２の有機化合物を有する。
【０１７１】  共通層１１４は、共通層１１２上、活性層１１３上、および発光層１９３上に位置する。共通層１１４は、センサ素子１１０と発光素子１９０に共通で用いられる層である。
【０１７２】  共通電極１１５は、共通層１１２、活性層１１３、および共通層１１４を介して、画素電極１１１と重なる部分を有する。また、共通電極１１５は、共通層１１２、発光層１９３、および共通層１１４を介して、画素電極１９１と重なる部分を有する。共通電極１１５は、センサ素子１１０と発光素子１９０に共通で用いられる層である。
【０１７３】  本実施の形態のセンサ装置では、センサ素子１１０の活性層１１３に有機化合物を用いる。センサ素子１１０は、活性層１１３以外の層を、発光素子１９０（ＥＬ素子）と共通の構成にすることができる。そのため、発光素子１９０の作製工程に、活性層１１３を成膜する工程を追加するのみで、発光素子１９０の形成と並行してセンサ素子１１０を形成することができる。また、発光素子１９０とセンサ素子１１０とを同一基板上に形成することができる。したがって、作製工程を大幅に増やすことなく、センサ装置にセンサ素子１１０を内蔵することができる。
【０１７４】  センサ装置３００Ａでは、センサ素子１１０の活性層１１３と、発光素子１９０の発光層１９３と、を作り分ける以外は、センサ素子１１０と発光素子１９０が共通の構成である例を示す。ただし、センサ素子１１０と発光素子１９０の構成はこれに限定されない。センサ素子１１０と発光素子１９０は、活性層１１３と発光層１９３のほかにも、互いに作り分ける層を有していてもよい（後述のセンサ装置３００Ｋ、３００Ｌ、３００Ｍ参照）。センサ素子１１０と発光素子１９０は、共通で用いられる層（共通層）を１層以上有することが好ましい。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、センサ装置にセンサ素子１１０を内蔵することができる。
【０１７５】  センサ装置３００Ａは、一対の基板（基板１５１及び基板１５２）間に、センサ素子１１０、発光素子１９０、トランジスタ４７、およびトランジスタ４８等を有する。
【０１７６】  センサ素子１１０において、それぞれ画素電極１１１および共通電極１１５の間に位置する共通層１１２、活性層１１３、および共通層１１４は、有機層（有機化合物を含む層）ということもできる。画素電極１１１は光を反射する機能を有することが好ましい。隔壁２１６は、隔壁２１９上に位置する。画素電極１１１の端部は隔壁２１６によって覆われている。発光素子１９０が含む画素電極１１１は、隔壁２１９と、隔壁２１６とが接する一点鎖線で示した領域１９１ａを有する。共通電極１１５は光を透過する機能を有する。
【０１７７】  センサ素子１１０は、光を検知する機能を有する。具体的には、センサ素子１１０は、センサ装置３００Ａの外部から入射される光２２を受光し、電気信号に変換する、光電変換素子である。光２２は、発光素子１９０の発光を対象物が反射した光ということもできる。また、光２２は、後述するレンズを介してセンサ素子１１０に入射してもよい。
【０１７８】  基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層ＢＭが設けられている。遮光層ＢＭは、センサ素子１１０と重なる位置および発光素子１９０と重なる位置に開口を有する。遮光層ＢＭを設けることで、センサ素子１１０が光を検出する範囲を制御することができる。
【０１７９】  遮光層ＢＭとしては、発光素子からの発光を遮る材料を用いることができる。遮光層ＢＭは、光を吸収することが好ましい。遮光層ＢＭとして、例えば、金属材料、又は、顔料（カーボンブラックなど）もしくは染料を含む樹脂材料等を用いてブラックマトリクスを形成することができる。遮光層ＢＭは、赤色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタ、又は青色のカラーフィルタの積層構造であってもよい。
【０１８０】  ここで、発光素子１９０の発光が対象物によって反射された光をセンサ素子１１０は検出する。しかし、発光素子１９０の発光が、センサ装置３００Ａ内で反射され、対象物を介さずに、センサ素子１１０に入射されてしまう場合がある。遮光層ＢＭは、このような拡散光の影響を抑制することができる。例えば、遮光層ＢＭが設けられていない場合、発光素子１９０が発した光２３ａは、基板１５２で反射され、反射光２３ｂがセンサ素子１１０に入射することがある。遮光層ＢＭを設けることで、反射光２３ｂがセンサ素子１１０に入射することを抑制できる。さらに、領域１９１ａを有することで、発光素子１９０が発した光２３ｃは、画素電極１９１によって反射され、反射光２３ｄは、発光２１と略同方向に射出される。したがって、本来拡散光としてノイズとなる光を有効に用いることができる。つまり、画素電極１９１は、領域１９１ａを有することで、遮光機能、および集光機能を備えることができる。これにより、ノイズを低減し、センサ素子１１０を用いたセンサの感度を高めることができる。
【０１８１】  発光素子１９０において、それぞれ画素電極１９１および共通電極１１５の間に位置する共通層１１２、発光層１９３、および共通層１１４は、ＥＬ層ということもできる。画素電極１９１は光を反射する機能を有することが好ましい。画素電極１９１の端部は隔壁２１６によって覆われている。画素電極１１１と画素電極１９１とは隔壁２１６によって互いに電気的に絶縁されている。共通電極１１５は光を透過する機能を有する。
【０１８２】  発光素子１９０は、光を発する機能を有する。具体的には、発光素子１９０は、画素電極１９１と共通電極１１５との間に電圧を印加することで、基板１５２側に光を射出する電界発光素子である（発光２１参照）。
【０１８３】  発光層１９３は、センサ素子１１０の受光領域（センサ領域）と重ならないように形成されることが好ましい。これにより、発光層１９３が光２２を吸収することを抑制でき、センサ素子１１０に照射される光量を多くすることができる。
【０１８４】  画素電極１１１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ４７が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。画素電極１１１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。
【０１８５】  画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ４８が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。画素電極１９１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。トランジスタ４８は、発光素子１９０の駆動を制御する機能を有する。
【０１８６】  トランジスタ４７とトランジスタ４８とは、同一の層（図９Ａでは基板１５１）上に接している。
【０１８７】  センサ素子１１０と電気的に接続される回路の少なくとも一部は、発光素子１９０と電気的に接続される回路と同一の材料および同一の工程で形成されることが好ましい。これにより、２つの回路を別々に形成する場合に比べて、センサ装置の厚さを薄くすることができ、また、作製工程を簡略化できる。
【０１８８】  センサ素子１１０および発光素子１９０は、それぞれ、保護層１９５に覆われていることが好ましい。図９Ａでは、保護層１９５が、共通電極１１５上に接して設けられている。保護層１９５を設けることで、センサ素子１１０および発光素子１９０に水などの不純物が入り込むことを抑制し、センサ素子１１０および発光素子１９０の信頼性を高めることができる。また、接着層１４２によって、保護層１９５と基板１５２とが貼り合わされている。
【０１８９】  なお、図１０Ａに示すように、センサ素子１１０上および発光素子１９０上に保護層を有していなくてもよい。図１０Ａでは、接着層１４２によって、共通電極１１５と基板１５２とが貼り合わされている。
【０１９０】［センサ装置３００Ｂ］
図９Ｂにセンサ装置３００Ｂの断面図を示す。なお、以降のセンサ装置の説明において、先に説明したセンサ装置と同様の構成については、説明を省略することがある。
【０１９１】  図９Ｂに示すセンサ装置３００Ｂは、センサ装置３００Ａの構成に加え、レンズ１４９を有する。
【０１９２】  本実施の形態のセンサ装置は、レンズ１４９を有していてもよい。レンズ１４９は、センサ素子１１０と重なる位置に設けられている。センサ装置３００Ｂでは、レンズ１４９が基板１５２に接して設けられている。センサ装置３００Ｂが有するレンズ１４９は、基板１５１側に凸面を有している。または、レンズ１４９は基板１５２側に凸面を有していてもよい。
【０１９３】  基板１５２の同一面上に遮光層ＢＭとレンズ１４９との双方を形成する場合、形成順は問わない。図９Ｂでは、レンズ１４９を先に形成する例を示すが、遮光層ＢＭを先に形成してもよい。図９Ｂでは、レンズ１４９の端部が遮光層ＢＭによって覆われている。
【０１９４】  センサ装置３００Ｂは、光２２がレンズ１４９を介してセンサ素子１１０に入射する構成である。レンズ１４９を有すると、レンズ１４９を有さない場合に比べて、センサ素子１１０の撮像範囲を狭くすることができ、隣接するセンサ素子１１０と撮像範囲が重なることを抑制できる。これにより、ぼやけの少ない、鮮明な画像を撮像できる。また、センサ素子１１０の撮像範囲が同じ場合、レンズ１４９を有すると、レンズ１４９を有さない場合に比べて、ピンホールの大きさ（図９Ｂではセンサ素子１１０と重なるＢＭの開口の大きさに相当する）を大きくすることができる。したがって、レンズ１４９を有することで、センサ素子１１０に入射する光量を増やすことができる。
【０１９５】  図１０Ｂ、図１０Ｃに示すセンサ装置も、それぞれ、図９Ｂに示すセンサ装置３００Ｂと同様に、光２２がレンズ１４９を介してセンサ素子１１０に入射する構成である。
【０１９６】  図１０Ｂでは、レンズ１４９が保護層１９５の上面に接して設けられている。図１０Ｂに示すセンサ装置が有するレンズ１４９は、基板１５２側に凸面を有している。
【０１９７】  図１０Ｃに示すセンサ装置は、基板１５２の表示面側に、レンズアレイ１４６が設けられている。レンズアレイ１４６が有するレンズは、センサ素子１１０と重なる位置に設けられている。基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層ＢＭが設けられていることが好ましい。
【０１９８】  本実施の形態のセンサ装置に用いるレンズの形成方法としては、基板上またはセンサ素子上にマイクロレンズなどのレンズを直接形成してもよいし、別途作製されたマイクロレンズアレイなどのレンズアレイを基板に貼り合わせてもよい。
【０１９９】［センサ装置３００Ｃ］
図９Ｃにセンサ装置３００Ｃの断面図を示す。
【０２００】  図９Ｃに示すセンサ装置３００Ｃは、基板１５１、基板１５２、および隔壁２１６を有さず、基板１５３、基板１５４、接着層１５５、絶縁層２１２、隔壁２１９ａおよび隔壁２１７を有する点で、センサ装置３００Ａと異なる。なお隔壁２１９ａは、有機層で形成されてもよいし、導電層で形成されてもよい。
【０２０１】  基板１５３と絶縁層２１２とは接着層１５５によって貼り合わされている。基板１５４と保護層１９５とは接着層１４２によって貼り合わされている。
【０２０２】  センサ装置３００Ｃは、作製基板上に形成された絶縁層２１２、トランジスタ４７、トランジスタ４８、センサ素子１１０、および発光素子１９０等を、基板１５３上に転置することで作製される構成である。基板１５３および基板１５４は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、センサ装置３００Ｃの可撓性を高めることができる。例えば、基板１５３および基板１５４には、それぞれ、樹脂を用いることが好ましい。
【０２０３】  基板１５３および基板１５４としては、それぞれ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン、アラミド等）、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。基板１５３および基板１５４の一方または双方に、可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いてもよい。
【０２０４】  本実施の形態のセンサ装置が有する基板には、光学等方性が高いフィルムを用いてもよい。光学等方性が高いフィルムとしては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ、セルローストリアセテートともいう）フィルム、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）フィルム、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）フィルム、およびアクリルフィルム等が挙げられる。
【０２０５】  隔壁２１７は、発光素子が発した光を吸収することが好ましい。隔壁２１７として、例えば、顔料もしくは染料を含む樹脂材料等を用いてブラックマトリクスを形成することができる。また、茶色レジスト材料を用いることで、着色された絶縁層で隔壁２１７を構成することができる。
【０２０６】  発光素子１９０が発した光２３ｅは、隔壁２１７の一部が表面で反射することで反射光２３ｇとなる。反射光２３ｇは、基板１５４で一部が反射され、当該反射された光２３ｈがセンサ素子１１０に入射することがある。また、光２３ｅが隔壁２１７を透過し、トランジスタまたは配線等で反射されることで、反射光がセンサ素子１１０に入射することがある。また、一部の光２３ｆが隔壁２１７によって吸収されることで、反射光２３ｇの光量を減らし、センサ素子１１０に入射する光量を抑制できる。これにより、ノイズを低減し、センサ素子１１０を用いたセンサの感度を高めることができる。
【０２０７】  したがって、隔壁２１７は、少なくとも、センサ素子１１０が検知する光の波長の光を吸収することが好ましい。例えば、発光素子１９０が発する緑色の光をセンサ素子１１０が検知する場合、隔壁２１７は、少なくとも緑色の光を吸収することが好ましい。例えば、隔壁２１７が、赤色のカラーフィルタを有すると、緑色の光２３ｅを吸収することができ、反射光２３ｈがセンサ素子１１０に入射する光量を抑制できる。
【０２０８】［センサ装置３００Ｋ、３００Ｌ、３００Ｍ］
図１１Ａにセンサ装置３００Ｋの断面図を示し、図１１Ｂにセンサ装置３００Ｌの断面図を示し、図１１Ｃにセンサ装置３００Ｍの断面図を示す。
【０２０９】  センサ装置３００Ｋは、共通層１１４を有さず、バッファ層１８４およびバッファ層１９４を有する点で、センサ装置３００Ａと異なる。バッファ層１８４およびバッファ層１９４は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【０２１０】  センサ装置３００Ｋにおいて、センサ素子１１０は、画素電極１１１、共通層１１２、活性層１１３、バッファ層１８４、および共通電極１１５を有する。また、センサ装置３００Ｋにおいて、発光素子１９０は、画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３、バッファ層１９４、および共通電極１１５を有する。
【０２１１】  センサ装置３００Ｌは、共通層１１２を有さず、バッファ層１８２およびバッファ層１９２を有する点で、センサ装置３００Ａと異なる。バッファ層１８２およびバッファ層１９２は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【０２１２】  センサ装置３００Ｌにおいて、センサ素子１１０は、画素電極１１１、バッファ層１８２、活性層１１３、共通層１１４、および共通電極１１５を有する。また、センサ装置３００Ｌにおいて、発光素子１９０は、画素電極１９１、バッファ層１９２、発光層１９３、共通層１１４、および共通電極１１５を有する。
【０２１３】  センサ装置３００Ｍは、共通層１１２および共通層１１４を有さず、バッファ層１８２、バッファ層１８４、バッファ層１９２、およびバッファ層１９４を有する点で、センサ装置３００Ｋまたはセンサ装置３００Ｌと異なる。
【０２１４】  センサ装置３００Ｍにおいて、センサ素子１１０は、画素電極１１１、バッファ層１８２、活性層１１３、バッファ層１８４、および共通電極１１５を有する。また、センサ装置３００Ｍにおいて、発光素子１９０は、画素電極１９１、バッファ層１９２、発光層１９３、バッファ層１９４、および共通電極１１５を有する。
【０２１５】  センサ素子１１０と発光素子１９０の作製において、活性層１１３と発光層１９３を作り分けるだけでなく、他の層も作り分けることができる。
【０２１６】  センサ装置３００Ｋでは、共通電極１１５と活性層１１３との間のバッファ層１８４と、共通電極１１５と発光層１９３との間のバッファ層１９４とを作り分ける例を示す。バッファ層１９４としては、例えば、電子注入層および電子輸送層の一方または双方を形成することができる。
【０２１７】  センサ装置３００Ｌでは、画素電極１１１と活性層１１３との間のバッファ層１８２と、画素電極１９１と発光層１９３との間のバッファ層１９２とを作り分ける例を示す。バッファ層１９２としては、例えば、正孔注入層および正孔輸送層の一方または双方を形成することができる。
【０２１８】  センサ装置３００Ｍでは、センサ素子１１０と発光素子１９０とで、一対の電極（画素電極１１１または画素電極１９１と共通電極１１５）間に、共通の層を有さない例を示す。センサ装置３００Ｍが有するセンサ素子１１０および発光素子１９０は、絶縁層２１４上に画素電極１１１と画素電極１９１とを同一の材料および同一の工程で形成し、画素電極１１１上にバッファ層１８２、活性層１１３、およびバッファ層１８４を形成し、画素電極１９１上にバッファ層１９２、発光層１９３、およびバッファ層１９４を形成した後、画素電極１１１、バッファ層１８２、活性層１１３、バッファ層１８４、画素電極１９１、バッファ層１９２、発光層１９３、およびバッファ層１９４を覆うように共通電極１１５を形成することで作製できる。なお、バッファ層１８２、活性層１１３、およびバッファ層１８４の積層構造と、バッファ層１９２、発光層１９３、およびバッファ層１９４の積層構造の作製順は特に限定されない。例えば、バッファ層１８２、活性層１１３、およびバッファ層１８４を成膜した後に、バッファ層１９２、発光層１９３、およびバッファ層１９４を作製してもよい。逆に、バッファ層１８２、活性層１１３、およびバッファ層１８４を成膜する前に、バッファ層１９２、発光層１９３、およびバッファ層１９４を作製してもよい。また、バッファ層１８２、バッファ層１９２、活性層１１３、発光層１９３、などの順に交互に成膜してもよい。
【０２１９】  以下では、図１２乃至図１５を用いて、本発明の一態様のセンサ装置の、より詳細な構成について説明する。
【０２２０】［センサ装置１００Ａ］
図１２Ａに、センサ装置１００Ａの断面図を示す。
【０２２１】  センサ装置１００Ａは、基板１５１と基板１５２とが貼り合わされた構成を有する。図８Ａでは、基板１５１を破線で明示している。
【０２２２】  センサ装置１００Ａは、発光領域３１ａ、センサ領域４１ａ、回路４２ａ、配線１６５等を有する。図１２Ａではセンサ装置１００ＡにＦＰＣ１７２が実装されている例を示している。なお、図１２Ａでは描かれていないが図８Ａで示したＩＣ１７３も実装されている。そのため、図１２Ａに示す構成は、センサ装置１００Ａ、ＩＣ、およびＦＰＣを有するセンサモジュールということもできる。
【０２２３】  回路４２ａは、例えば走査線駆動回路である。
【０２２４】  配線１６５は、発光領域３１ａ、センサ領域４１ａ、および回路４２ａに信号および電力を供給する機能を有する。当該信号および電力は、ＦＰＣ１７２を介して外部から配線１６５に入力されるか、または図８Ａで示したＩＣ１７３から配線１６５に入力される。
【０２２５】  図１２に、図８Ａで示したセンサ装置１００Ａの、ＦＰＣ１７２を含む領域の一部、回路４２ａを含む領域の一部、センサ領域４１ａを含む領域の一部、発光領域３１ａを含む領域の一部、領域ＣＬ１を含む領域の一部、および、端部を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
【０２２６】  図１２Ａに示すセンサ装置１００Ａは、基板１５１と基板１５２の間に、トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、トランジスタ２０６、発光素子１９０、センサ素子１１０等を有する。
【０２２７】  基板１５２と絶縁層２１４は接着層１４２を介して接着されている。発光素子１９０およびセンサ素子１１０の封止には、固体封止構造または中空封止構造などが適用できる。図１２Ａでは、基板１５２、接着層１４２、および絶縁層２１４に囲まれた空間１４３が、不活性ガス（窒素やアルゴンなど）で充填されており、中空封止構造が適用されている。接着層１４２は、発光素子１９０と重ねて設けられていてもよい。また、基板１５２、接着層１４２、および絶縁層２１４に囲まれた空間１４３を、接着層１４２とは異なる樹脂で充填してもよい。
【０２２８】  発光素子１９０は、絶縁層２１４側から画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３、共通層１１４、および共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。隔壁２１９は、絶縁層２１４上に位置し、画素電極１９１は、絶縁層２１４および隔壁２１６上に接する領域１９１ａを有する。画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２０６が有する導電層２２２ｂと接続されている。トランジスタ２０６は、発光素子１９０の駆動を制御する機能を有する。画素電極１９１の端部（領域１９１ａ）は、隔壁２１６によって覆われている。画素電極１９１は光を反射する材料を含み、共通電極１１５は光を透過する材料を含む。
【０２２９】  センサ素子１１０は、絶縁層２１４側から画素電極１１１、共通層１１２、活性層１１３、共通層１１４、および共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１１１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２０５が有する導電層２２２ｂと電気的に接続されている。画素電極１１１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。画素電極１１１は光を反射する材料を含み、共通電極１１５は光を透過する材料を含む。
【０２３０】  発光素子１９０が射出する光は、基板１５２側に射出される。また、センサ素子１１０には、基板１５２および空間１４３を介して、光が入射する。基板１５２には、光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。
【０２３１】  画素電極１１１および画素電極１９１は同一の材料および同一の工程で作製することができる。共通層１１２、共通層１１４、および共通電極１１５は、センサ素子１１０と発光素子１９０との双方に用いられる。センサ素子１１０と発光素子１９０とは、活性層１１３と発光層１９３の構成が異なる以外は全て共通の構成とすることができる。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、センサ装置１００Ａにセンサ素子１１０を内蔵することができる。
【０２３２】  画素電極１９１が有する領域１９１ａは、発光素子１９０が射出する光を反射し、センサ素子に入射する拡散光を遮光する機能を有する。さらに、発光素子１９０が射出する光を反射し、発光素子が光を射出する略方向に集光する機能を有する。さらに、基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層ＢＭが設けられている。遮光層ＢＭは、センサ素子１１０と重なる位置および発光素子１９０と重なる位置に開口を有する。遮光層ＢＭを設けることで、センサ素子１１０が光を検出する範囲を制御することができる。また、遮光層ＢＭを有することで、対象物を介さずに、発光素子１９０からセンサ素子１１０に光が直接入射することを抑制できる。したがって、ノイズが少なく感度の高いセンサを実現できる。
【０２３３】  トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、およびトランジスタ２０６は、いずれも基板１５１上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の材料および同一の工程により作製することができる。
【０２３４】  基板１５１上には、絶縁層２１１、絶縁層２１３、絶縁層２１５、および絶縁層２１４がこの順で設けられている。絶縁層２１１は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１３は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１５は、トランジスタを覆って設けられる。絶縁層２１４は、トランジスタを覆って設けられ、平坦化層としての機能を有する。なお、ゲート絶縁層の数およびトランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、それぞれ単層であっても２層以上であってもよい。
【０２３５】  トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア層として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制でき、センサ装置の信頼性を高めることができる。
【０２３６】  絶縁層２１１、絶縁層２１３、および絶縁層２１５としては、それぞれ、無機絶縁膜を用いることが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、および酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を２以上積層して用いてもよい。
【０２３７】  ここで、有機絶縁膜は、無機絶縁膜に比べてバリア性が低いことが多い。そのため、有機絶縁膜は、センサ装置１００Ａの端部近傍に開口を有することが好ましい。これにより、センサ装置１００Ａの端部から有機絶縁膜を介して不純物が入り込むことを抑制することができる。または、有機絶縁膜の端部がセンサ装置１００Ａの端部よりも内側にくるように有機絶縁膜を形成し、センサ装置１００Ａの端部に有機絶縁膜が露出しないようにしてもよい。
【０２３８】  平坦化層として機能する絶縁層２１４には、有機絶縁膜が好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、およびこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
【０２３９】  図１２Ａに示す領域２２８では、絶縁層２１４に開口が形成されている。これにより、絶縁層２１４に有機絶縁膜を用いる場合であっても、絶縁層２１４を介して外部から発光領域３１ａ、センサ領域４１ａに不純物が入り込むことを抑制できる。したがって、センサ装置１００Ａの信頼性を高めることができる。
【０２４０】  トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、およびトランジスタ２０６は、ゲートとして機能する導電層２２１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１１、ソースおよびドレインとして機能する導電層２２２ａおよび導電層２２２ｂ、半導体層２３１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１３、並びに、ゲートとして機能する導電層２２３を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。絶縁層２１１は、導電層２２１と半導体層２３１との間に位置する。絶縁層２１３は、導電層２２３と半導体層２３１との間に位置する。
【０２４１】  本実施の形態のセンサ装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタ、スタガ型のトランジスタ、逆スタガ型のトランジスタ等を用いることができる。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルが形成される半導体層の上下にゲートが設けられていてもよい。
【０２４２】  トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、およびトランジスタ２０６には、チャネルが形成される半導体層を２つのゲートで挟持する構成が適用されている。２つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。または、２つのゲートのうち、一方に閾値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタの閾値電圧を制御してもよい。
【０２４３】  トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【０２４４】  トランジスタの半導体層は、金属酸化物（酸化物半導体ともいう）を有することが好ましい。または、トランジスタの半導体層は、シリコンを有していてもよい。シリコンとしては、アモルファスシリコン、結晶性のシリコン（低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど）などが挙げられる。
【０２４５】  半導体層は、例えば、インジウムと、Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、およびマグネシウムから選ばれた一種または複数種）と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、およびスズから選ばれた一種または複数種であることが好ましい。
【０２４６】  特に、半導体層として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物（ＩＧＺＯとも記す）を用いることが好ましい。
【０２４７】  半導体層がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットは、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上であることが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５等が挙げられる。
【０２４８】  スパッタリングターゲットとしては、多結晶の酸化物を含むターゲットを用いると、結晶性を有する半導体層を形成しやすくなるため好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。例えば、半導体層に用いるスパッタリングターゲットの組成がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の場合、成膜される半導体層の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］の近傍となる場合がある。
【０２４９】  なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍と記載する場合、Ｉｎの原子数比を４としたとき、Ｇａの原子数比が１以上３以下であり、Ｚｎの原子数比が２以上４以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎの原子数比を５としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が５以上７以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎの原子数比を１としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が０．１より大きく２以下である場合を含む。
【０２５０】  回路４２ａが有するトランジスタ、センサ領域４１ａが有するトランジスタ、および発光領域３１ａが有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路４２ａが有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、２種類以上あってもよい。同様に、発光領域３１ａが有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、２種類以上あってもよい。同様に、センサ領域４１ａが有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、２種類以上あってもよい。
【０２５１】  基板１５１の、基板１５２が重ならない領域には、接続部２０４が設けられている。接続部２０４では、配線１６５が導電層１６６および接続層２４２を介してＦＰＣ１７２と電気的に接続されている。接続部２０４の上面は、画素電極１９１と同一の導電膜を加工して得られた導電層１６６が露出している。これにより、接続部２０４とＦＰＣ１７２とを接続層２４２を介して電気的に接続することができる。なお、配線１６５は、導電層２２２と同時に形成されてもよいし、導電層２２３と同時に形成されてもよい。
【０２５２】  基板１５２の外側には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層（拡散フィルムなど）、反射防止層、および集光フィルム等が挙げられる。また、基板１５２の外側には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜、衝撃吸収層等を配置してもよい。
【０２５３】  基板１５１および基板１５２には、それぞれ、ガラス、石英、セラミック、サファイア、樹脂などを用いることができる。基板１５１および基板１５２に可撓性を有する材料を用いると、センサ装置の可撓性を高めることができる。
【０２５４】  接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【０２５５】  接続層２４２としては、異方性導電フィルム、異方性導電ペーストなどを用いることができる。
【０２５６】  発光素子１９０は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型などがある。光を取り出す側の電極には、光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
【０２５７】  発光素子１９０は少なくとも発光層１９３を有する。発光素子１９０は、発光層１９３以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していてもよい。例えば、共通層１１２は、正孔注入層および正孔輸送層の一方または双方を有することが好ましい。例えば、共通層１１４は、電子輸送層および電子注入層の一方または双方を有することが好ましい。
【０２５８】  共通層１１２、発光層１９３、および共通層１１４には低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。共通層１１２、発光層１９３、および共通層１１４を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
【０２５９】  発光層１９３は、発光材料として、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。
【０２６０】  センサ素子１１０の活性層１１３は、半導体を含む。当該半導体としては、シリコンなどの無機半導体、および、有機化合物を含む有機半導体が挙げられる。本実施の形態では、活性層が有する半導体として、有機半導体を用いる例を示す。有機半導体を用いることで、発光素子１９０の発光層１９３と、センサ素子１１０の活性層１１３と、を同じ方法（例えば、真空蒸着法）で形成することができ、製造装置を共通化できるため好ましい。
【０２６１】  活性層１１３が有するｎ型半導体の材料としては、フラーレン（例えばＣ６０、Ｃ７０等）またはその誘導体等の電子受容性の有機半導体材料が挙げられる。また、活性層１１３が有するｐ型半導体の材料としては、銅（ＩＩ）フタロシアニン（Ｃｏｐｐｅｒ（ＩＩ）  ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＣｕＰｃ）やテトラフェニルジベンゾペリフランテン（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｄｉｂｅｎｚｏｐｅｒｉｆｌａｎｔｈｅｎｅ；ＤＢＰ）等の電子供与性の有機半導体材料が挙げられる。
【０２６２】  例えば、活性層１１３は、ｎ型半導体とｐ型半導体と共蒸着して形成することが好ましい。
【０２６３】  トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、センサ装置を構成する各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金などが挙げられる。これらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。
【０２６４】  また、透光性を有する導電材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（またはそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすることが好ましい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、センサ装置を構成する各種配線および電極などの導電層や、表示素子が有する導電層（画素電極や共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
【０２６５】  各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料が挙げられる。
【０２６６】  図１２Ｂに、図１２Ａとは異なる接続部２０４ａが設けられている。接続部２０４ａでは、配線１６５が導電層１６６および接続層２４３を介して電極２４４と電気的に接続されている。接続部２０４ａの上面は、画素電極１９１と同一の導電膜を加工して得られた導電層１６６が露出している。これにより、接続部２０４ａと電極２４４とを接続層２４３を介して電気的に接続することができる。電極２４４は、銅、ニッケル、金、銀、又は錫等のいずれか一もしくは、複数を含むことが好ましい。
【０２６７】［センサ装置１００Ｂ］
図１３Ａに、センサ装置１００Ｂの断面図を示す。
【０２６８】  センサ装置１００Ｂは、領域ＣＬ２、レンズ１４９、および保護層１９５を有する点で、主にセンサ装置１００Ａと異なる。領域ＣＬ２には、回路３２ｅが配置される。回路３２ｅは、少なくともトランジスタ２０３を有する
【０２６９】  センサ素子１１０および発光素子１９０を覆う保護層１９５を設けることで、センサ素子１１０および発光素子１９０に水などの不純物が入り込むことを抑制し、センサ素子１１０および発光素子１９０の信頼性を高めることができる。
【０２７０】  センサ装置１００Ｂの端部近傍の領域２２８において、絶縁層２１４の開口を介して、絶縁層２１５と保護層１９５とが互いに接することが好ましい。特に、絶縁層２１５が有する無機絶縁膜と保護層１９５が有する無機絶縁膜とが互いに接することが好ましい。これにより、有機絶縁膜を介して外部から発光領域３１ａに不純物が入り込むことを抑制することができる。したがって、センサ装置１００Ｂの信頼性を高めることができる。
【０２７１】  図１３Ｂに、保護層１９５が３層構造である例を示す。図１３Ｂにおいて、保護層１９５は、共通電極１１５上の無機絶縁層１９５ａと、無機絶縁層１９５ａ上の有機絶縁層１９５ｂと、有機絶縁層１９５ｂ上の無機絶縁層１９５ｃと、を有する。
【０２７２】  無機絶縁層１９５ａの端部と無機絶縁層１９５ｃの端部は、有機絶縁層１９５ｂの端部よりも外側に延在し、互いに接している。そして、無機絶縁層１９５ａは、絶縁層２１４（有機絶縁層）の開口を介して、絶縁層２１５（無機絶縁層）と接する。これにより、絶縁層２１５と保護層１９５とで、センサ素子１１０および発光素子１９０を囲うことができるため、センサ素子１１０および発光素子１９０の信頼性を高めることができる。
【０２７３】  このように、保護層１９５は、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造であってもよい。このとき、有機絶縁膜の端部よりも無機絶縁膜の端部を外側に延在させることが好ましい。
【０２７４】  基板１５２の基板１５１側の面に、レンズ１４９が設けられている。レンズ１４９は、基板１５１側に凸面を有する。センサ素子１１０の受光領域（センサ領域）は、レンズ１４９と重なり、かつ、発光層１９３と重ならないことが好ましい。これにより、センサ素子１１０を用いたセンサの感度および精度を高めることができる。
【０２７５】  レンズ１４９は、１．３以上２．５以下の屈折率を有することが好ましい。レンズ１４９は、無機材料または有機材料を用いて形成することができる。例えば、樹脂を含む材料をレンズ１４９に用いることができる。また、酸化物または硫化物を含む材料をレンズ１４９に用いることができる。
【０２７６】  具体的には、塩素、臭素、またはヨウ素を含む樹脂、重金属原子を含む樹脂、芳香環を含む樹脂、硫黄を含む樹脂などをレンズ１４９に用いることができる。または、樹脂と当該樹脂より屈折率の高い材料のナノ粒子を含む材料をレンズ１４９に用いることができる。酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどをナノ粒子に用いることができる。
【０２７７】  また、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化亜鉛、インジウムとスズを含む酸化物、またはインジウムとガリウムと亜鉛を含む酸化物などを、レンズ１４９に用いることができる。または、硫化亜鉛などを、レンズ１４９に用いることができる。
【０２７８】  また、センサ装置１００Ｂでは、保護層１９５と基板１５２とが接着層１４２によって貼り合わされている。接着層１４２は、センサ素子１１０および発光素子１９０とそれぞれ重ねて設けられており、センサ装置１００Ｂには、固体封止構造が適用されている。
【０２７９】［センサ装置１００Ｃ］
図１４Ａに、センサ装置１００Ｃの断面図を示す。
【０２８０】  センサ装置１００Ｃは、トランジスタの構造が、センサ装置１００Ｂと異なる。また領域ＣＬ３を有する。領域ＣＬ３には、配線１６５が配置される。なお、センサ装置１００Ｃでは、配線１６５が導電層２２２と同時に形成される例を示している。
【０２８１】  センサ装置１００Ｃは、基板１５１上に、トランジスタ２０８、トランジスタ２０９、およびトランジスタ２１０を有する。
【０２８２】  トランジスタ２０８、トランジスタ２０９、およびトランジスタ２１０は、ゲートとして機能する導電層２２１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１１、チャネル形成領域２３１ｉおよび一対の低抵抗領域２３１ｎを有する半導体層、一対の低抵抗領域２３１ｎの一方と接続する導電層２２２ａ、一対の低抵抗領域２３１ｎの他方と接続する導電層２２２ｂ、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１３、ゲートとして機能する導電層２２３、並びに、導電層２２３を覆う絶縁層２１５を有する。絶縁層２１１は、導電層２２１とチャネル形成領域２３１ｉとの間に位置する。絶縁層２１３は、導電層２２３とチャネル形成領域２３１ｉとの間に位置する。
【０２８３】  導電層２２２ａおよび導電層２２２ｂは、それぞれ、絶縁層２１３および絶縁層２１５に設けられた開口を介して低抵抗領域２３１ｎと接続される。導電層２２２ａおよび導電層２２２ｂのうち、一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。
【０２８４】  発光素子１９０の画素電極１９１は、導電層２２２ｂを介してトランジスタ２０８の一対の低抵抗領域２３１ｎの一方と電気的に接続される。
【０２８５】  センサ素子１１０の画素電極１１１は、導電層２２２ｂを介してトランジスタ２０９の一対の低抵抗領域２３１ｎの他方と電気的に接続される。
【０２８６】  図１４Ａでは、絶縁層２１３が半導体層の上面および側面を覆う例を示す。一方、図１４Ｂでは、絶縁層２２５は、半導体層２３１のチャネル形成領域２３１ｉと重なり、低抵抗領域２３１ｎとは重ならない。例えば、導電層２２３をマスクに絶縁層２２５を加工することで、図１４Ｂに示す構造を作製できる。図１４Ｂで示すトランジスタ２０２は、トランジスタ２０８乃至トランジスタ２１０と置き換えることができる。図１４Ｂでは、絶縁層２２５および導電層２２３を覆って絶縁層２１５が設けられ、絶縁層２１５の開口を介して、導電層２２２ａおよび導電層２２２ｂがそれぞれ低抵抗領域２３１ｎと接続されている。さらに、トランジスタを覆う絶縁層２１８を設けてもよい。
【０２８７】［センサ装置１００Ｄ］
図１５に、センサ装置１００Ｄの断面図を示す。
【０２８８】  センサ装置１００Ｄは、基板１５１および基板１５２を有さず、基板１５３、基板１５４、接着層１５５、絶縁層２１２、およびレンズ１４９を有する点で、主にセンサ装置１００Ｃと異なる。
【０２８９】  基板１５３と絶縁層２１２とは接着層１５５によって貼り合わされている。基板１５４と保護層１９５とは接着層１４２によって貼り合わされている。
【０２９０】  センサ装置１００Ｄは、作製基板上で形成された絶縁層２１２、トランジスタ２０８、トランジスタ２０９、センサ素子１１０、および発光素子１９０等を、基板１５３上に転置することで作製される構成である。基板１５３および基板１５４は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、センサ装置１００Ｄの可撓性を高めることができる。
【０２９１】  絶縁層２１２には、絶縁層２１１、絶縁層２１３、および絶縁層２１５に用いることができる無機絶縁膜を用いることができる。
【０２９２】  また、センサ装置１００Ｃでは、レンズ１４９を有さない例を示し、センサ装置１００Ｄでは、レンズ１４９を有する例を示す。レンズ１４９はセンサの用途等に応じて適宜設けることができる。
【０２９３】  以上のように、本実施の形態のセンサ装置は、発光領域に発光素子およびセンサ領域にセンサ素子を有し、発光領域は光を射出する機能を有し、センサ領域は、発光領域が射出する光が有するピーク波長を含む波長範囲の光を検出する機能との双方を有する。これにより、発光領域の外部またはセンサ装置の外部にセンサを設ける場合に比べて、電子機器の小型化および軽量化を図ることができる。また、発光領域の外部またはセンサ装置の外部に設けるセンサと組み合わせて、より多機能の電子機器を実現することもできる。
【０２９４】  センサ素子は、活性層以外の少なくとも一層を、発光素子と共通の構成にすることができる。さらには、センサ素子は、活性層以外の全ての層を、発光素子と共通の構成にすることもできる。例えば、発光素子の作製工程に、活性層を成膜する工程を追加するのみで、発光素子とセンサ素子とを同一基板上に形成することができる。また、センサ素子と発光素子は、画素電極と共通電極とを、それぞれ、同一の材料および同一の工程で形成することができる。また、センサ素子と電気的に接続される回路と、発光素子と電気的に接続される回路と、を、同一の材料および同一の工程で作製することで、センサ装置の作製工程を簡略化できる。このように、複雑な工程を有さなくとも、センサ素子を内蔵し、利便性の高いセンサ装置を作製することができる。
【０２９５】  また、本実施の形態のセンサ装置は、発光素子の有する画素電極が、遮光機能と集光機能を備え、センサ素子と発光素子との間に、有色層を有する。当該有色層は、センサ素子と発光素子とを電気的に絶縁する隔壁を兼ねていてもよい。有色層は、センサ装置内の拡散光を吸収することができるため、センサ素子を用いたセンサの感度を高めることができる。
【０２９６】  本実施の形態で例示した構成例、およびそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２９７】  本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２９８】（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るセンサ装置を用いることができる電子機器の一例を説明する。
【０２９９】  図１６Ａは、実施の形態１または実施の形態２で説明した電子機器５００について説明する。電子機器５００は、半導体装置１０と、センサ装置２０を有する。半導体装置１０は、プロセッサ、メモリ、バッテリ、画像処理回路、または通信モジュールなどを有する。なお、半導体装置１０は、さらに、ソケット部１０ａを有し、可撓性を有するセンサ装置２０がソケット部１０ａに挿入される構成を有する。
【０３００】  センサ装置２０は、発光領域（３１ａ、３１ｂ）、センサ領域（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）、複数の電極２４４によって構成される端子を有する。発光領域（３１ａ、３１ｂ）は、それぞれ異なるピーク波長を有する光を射出することができる。センサ領域（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）は、それぞれの発光領域が射出する光のピーク波長を検出範囲に含むため異なるピーク波長を同時に検出できる。
【０３０１】  図１６Ｂは、電子機器５００Ａについて説明する。電子機器５００Ａは、筐体５０１を有する。筐体５０１は、開口部５０１ａを有し、挿入部５０１ｂを有する。半導体装置１０は、筐体５０１内に収納されていることが好ましい。センサ装置２０は、挿入部５０１ｂから挿入され、筐体５０１内部でソケット部１０ａを介して半導体装置１０と電気的に接続される。開口部５０１ａには、発光領域（３１ａ、３１ｂ）、センサ領域（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）が位置することが好ましい。
【０３０２】  図１６Ｃは、電子機器５００Ｂについて説明する。電子機器５００Ｂは、電子機器５００を内蔵する携帯端末である。携帯端末は、表示部５０２を有し、表示部５０２を介して、時計５０２ａ、メールの送受信５０２ｂ、通信機能５０２ｃ、バッテリ管理５０２ｄ、カレンダ５０２ｅ、通話機能などを操作することができる。表示部５０２は、電子機器５００Ｂの外向きに配置され、センサ装置２０は、電子機器５００Ｂの内向きに配置される。
【０３０３】  図１６Ｄは、一例として電子機器５００Ｂを手首に装着した図である。センサ装置２０が内側に向いて配置されることで、センサ装置は、生体モニタとして機能する。例えば、血中のグルコースの量を検出することで血糖値を管理することができる。検出されたグルコースの量はデータとして携帯端末のメモリに記憶され、一日の血中のグルコースの変化を管理することができる。また、血中のグルコースの変化を管理することで、電子機器５００Ｂは、糖尿病患者が投与するインスリンなどの投与タイミングを、バイブレーション、表示内容、点灯などにより通知することができる。また通信機能５０２ｃにより、当該データをサーバなどに送信することができる。
【０３０４】  図１７Ａは生体認証機器であり、薄型の筐体９１１、操作ボタン９１２、センサ装置９１３等を有する。センサ装置９１３上に手や指をかざす、または密着することにより静脈の形状を認識することができる。取得したデータは無線通信ユニット９１４でサーバに送信してデータベースと照合し、個人を特定することができる。また、操作ボタンにより暗証番号などを入力することもできる。本発明の一態様のセンサ装置９１３は、発光領域およびセンサ領域を有する薄型の認証機器を形成することができる。薄型であることで、様々な機器に組み込みやすくなる。また、携帯性も向上する。
【０３０５】  図１７Ｂは非破壊検査機器であり、筐体９２１、操作パネル９２２、搬送機構９２３、モニタ９２４、検知ユニット９２５等を有する。検知ユニット９２５はセンサ装置を有する。被検査部材９２６は搬送機構９２３で検知ユニット９２５の直下に運搬される。被検査部材９２６は、検知ユニット９２５内に設けられた本発明の一態様のセンサ装置９２７で撮像が行われ、撮像された画像がモニタ９２４に映し出される。その後、筐体９２１の出口まで運搬され、不良品が分別されて回収される。赤外線を用いた撮像により、非検査部材内部の欠陥や異物などの不良要素を非破壊で高速に検出することができる。本発明の一態様のセンサ装置９２７は、発光領域およびセンサ領域を同時に形成できるため、検知ユニット９２５を安価に形成することができる。
【０３０６】  図１７Ｃは食品選別機器であり、筐体９３１、操作ボタン９３２、表示部９３３、遮光フード９３４等を有する。果物などの被検査食材に受光部の周囲に設けられた遮光フード９３４を密着させて撮像することにより、食材内に混入した異物、虫、食材内部の空洞や腐敗などを検出することができる。また、検出した赤外光の強度から食材の糖度や水分量なども検出することができる。食品選別機器では、不良品やグレードの選別や収穫期の判断を行うことができる。受光部に設けられた本発明の一態様のセンサ装置９３５は、発光領域およびセンサ領域を有するため、薄型、軽量で携帯性の良い食品選別機器を安価に形成することができる。なお、図１７Ｂに示す構成を食品選別機器として用いてもよい。または、図１７Ｃに示す構成を非破壊検査機器として用いてもよい。
【０３０７】  本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０３０８】：Ｇ１：配線、Ｇ１ａ：配線、Ｇ２：配線、Ｇ２ａ：配線、Ｇ３：配線、Ｓ１：配線、Ｓ２：配線、ＳＲ１：配線、ＳＲ２：配線、１０：半導体装置、１０ａ：ソケット部、１１：プロセッサ、１２：メモリ、１３：バッテリ、１４：通信装置、１５：画像処理回路、２０：センサ装置、２０ａ：センサ装置、２１：発光、２２：光、２３ａ：光、２３ｂ：反射光、２３ｃ：光、２３ｄ：反射光、３０：領域、３１：発光領域、３１ａ：発光領域、３１ｂ：発光領域、３２：回路、３２ａ：シフトレジスタ、３２ｂ：セレクタ回路、３２ｅ：回路、３３：回路、３５：画素、４０：領域、４１：センサ領域、４１ａ：センサ領域、４１ｂ：センサ領域、４１ｃ：センサ領域、４２：回路、４２ａ：回路、４２ｂ：回路、４３：回路、４４：回路、４５：画素、４６：回路、４６ａ：回路、４７：トランジスタ、４８：トランジスタ、５１：トランジスタ、５２：トランジスタ、５３：トランジスタ、５４：トランジスタ、５５：容量素子、５６：発光素子、６１：配線、６２：配線、６３：配線、６４：配線、６５：配線、６６：配線、６７：配線、６８：配線、７１：トランジスタ、７２：トランジスタ、７３：トランジスタ、７４：トランジスタ、７５：トランジスタ、７６：容量素子、７７：容量素子、７８：センサ素子、８１：トランジスタ、８２：トランジスタ、８３：端子、８４：端子、９０：サーバ、９１：ネットワーク、１００Ａ：センサ装置、１００Ｂ：センサ装置、１００Ｃ：センサ装置、１００Ｄ：センサ装置、１１０：センサ素子、１１１：画素電極、１１２：共通層、１１３：活性層、１１４：共通層、１１５：共通電極、１４２：接着層、１４３：空間、１４６：レンズアレイ、１４９：レンズ、１５１：基板、１５２：基板、１５３：基板、１５４：基板、１５５：接着層、１６５：配線、１６６：導電層、１７２：ＦＰＣ、１７３：ＩＣ、１８２：バッファ層、１８４：バッファ層、１９０：発光素子、１９１：画素電極、１９１ａ：領域、１９２：バッファ層、１９３：発光層、１９４：バッファ層、１９５：保護層、１９５ａ：無機絶縁、１９５ｂ：有機絶縁層、１９５ｃ：無機絶縁層、２０１：トランジスタ、２０３：トランジスタ、２０４：接続部、２０４ａ：接続部、２０５：トランジスタ、２０６：トランジスタ、２０８：トランジスタ、２０９：トランジスタ、２１０：トランジスタ、２１１：絶縁層、２１２：絶縁層、２１３：絶縁層、２１４：絶縁層、２１５：絶縁層、２１６：隔壁、２１７：隔壁、２１８：絶縁層、２１９：隔壁、２１９ａ：隔壁、２２１：導電層、２２２：導電層、２２２ａ：導電層、２２２ｂ：導電層、２２３：導電層、２２５：絶縁層、２２８：領域、２３１：半導体層、２３１ｉ：チャネル形成領域、２３１ｎ：低抵抗領域、２４２：接続層、２４３：接続層、２４４：電極、３００Ａ：センサ装置、３００Ｂ：センサ装置、３００Ｃ：センサ装置、３００Ｋ：センサ装置、３００Ｌ：センサ装置、３００Ｍ：センサ装置
【図１】
2020075009.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ１】
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【図３Ｂ２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ１】
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【図４Ｃ２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【国際調査報告】
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