光传感器电路、光传感器装置及显示装置
阅读说明：本技术 光传感器电路、光传感器装置及显示装置 (Optical sensor circuit, optical sensor device, and display device ) 是由 津吹将志 纲岛贵德 盐川真里奈 于 2019-03-08 设计创作，主要内容包括：本发明的课题在于提供能够进行稳定的动作的、使用了氧化物半导体晶体管的光传感器电路。光传感器电路包含受光晶体管、第1开关晶体管、第2开关晶体管及电容元件。受光晶体管包含：与第1布线连接的栅极；与第2布线连接的源极；以及漏极。第1开关晶体管具有：与第3布线连接的栅极；与第4布线连接的源极；以及与受光晶体管的漏极连接的漏极。电容元件包含：与受光晶体管的漏极连接的第1端子；以及与第1开关晶体管的源极连接的第2端子。第2开关晶体管包含：与栅极线连接的栅极；与信号线连接的源极；以及电容元件的第1端子连接的漏极。受光晶体管、第1开关晶体管及第2开关晶体管分别包含氧化物半导体层来作为沟道层。(The invention provides a photosensor circuit using an oxide semiconductor transistor, which can perform stable operation. The photosensor circuit includes a light receiving transistor, a 1 st switching transistor, a 2 nd switching transistor, and a capacitive element. The light receiving transistor includes: a gate connected to the 1 st wiring; a source electrode connected to the 2 nd wiring; and a drain electrode. The 1 st switching transistor has: a gate connected to the 3 rd wiring; a source connected to the 4 th wiring; and a drain connected to the drain of the light receiving transistor. The capacitor element includes: a 1 st terminal connected to a drain of the light receiving transistor; and a 2 nd terminal connected to a source of the 1 st switching transistor. The 2 nd switching transistor includes: a gate electrode connected to the gate line; a source electrode connected to the signal line; and a drain to which the 1 st terminal of the capacitor is connected. The light receiving transistor, the 1 st switching transistor, and the 2 nd switching transistor each include an oxide semiconductor layer as a channel layer.)
技术领域
本发明涉及光传感器电路，特别是能够应用于使用氧化物半导体晶体管的光传感器电路、光传感器装置及显示装置。
背景技术
作为使用氧化物半导体晶体管的光感测电路、光传感器元件，提出了日本特开2011-243950号公报(专利文献1)、日本特开2009-182194号(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-243950号公报
专利文献2：日本特开2009-182194号公报
发明内容
氧化物半导体晶体管具有当一边进行光照射一边施加负偏压时阈值电压大幅度变化的光负偏压退化的退化模式。另外，在向氧化物半导体晶体管进行光照射的情况下，具有即使光的照射停止，漏极电流的减少也非常慢的特性。因此，存在很难将氧化物半导体晶体管应用于光传感器元件的课题。
本发明的目的在于提供能够进行稳定的动作的、使用了氧化物半导体晶体管的光传感器电路。
其他课题和新的特征基于本说明书的叙述及附图可明确。
简单说明本发明中的代表性方案的概要如下。
即，光传感器电路包含受光晶体管、第1开关晶体管、第2开关晶体管及电容元件。所述受光晶体管包含：与第1布线连接的栅极；第2布线连接的源极；以及漏极。所述第1开关晶体管包含：与第3布线连接的栅极；与第4布线连接的源极；以及与所述受光晶体管的所述漏极连接的漏极。所述电容元件包含：与所述受光晶体管的所述漏极连接的第1端子；以及与所述第1开关晶体管的所述源极连接的第2端子。所述第2开关晶体管包含：与栅极线连接的栅极；与信号线连接的源极；以及与所述电容元件的所述第1端子连接的漏极。所述受光晶体管、第1开关晶体管及所述第2开关晶体管分别包含氧化物半导体层来作为沟道层。
另外，光传感器装置包含：多条栅极线；多条信号线；以及多个光传感器电路，其以使1个光传感器电路与1条栅极线及1条信号线连接的方式而与所述多条栅极线及所述多条信号线连接。所述多个光传感器电路各自包含受光晶体管、第1开关晶体管、第2开关晶体管及电容元件。所述受光晶体管包含：与第1布线连接的栅极；与第2布线连接的源极；以及漏极。所述第1开关晶体管包含：与第3布线连接的栅极；与第4布线连接的源极；以及与所述受光晶体管的所述漏极连接的漏极。所述电容元件具有：与所述受光晶体管的所述漏极连接的第1端子；以及与所述第1开关晶体管的所述源极连接的第2端子。所述第2开关晶体管包含：与相应的栅极线连接的栅极；与相应的信号线连接的源极；以及与所述电容元件的所述第1端子连接的漏极。所述受光晶体管、第1开关晶体管及所述第2开关晶体管分别包含氧化物半导体层来作为沟道层。
另外，显示装置具有带有显示区域的显示面板。所述显示区域包含显示像素和光传感器电路。所述光传感器电路包含受光晶体管、第1开关晶体管、第2开关晶体管及电容元件。所述受光晶体管包含：与第1布线连接的栅极；与第2布线连接的源极；以及漏极。所述第1开关晶体管包含：与第3布线连接的栅极；与第4布线连接的源极；以及与所述受光晶体管的所述漏极连接的漏极。所述电容元件包含：与所述受光晶体管的所述漏极连接的第1端子；以及与所述第1开关晶体管的所述源极连接的第2端子。所述第2开关晶体管包含：与栅极线连接的栅极；与信号线连接的源极；以及与所述电容元件的所述第1端子连接的漏极。所述受光晶体管、第1开关晶体管及所述第2开关晶体管分别包含氧化物半导体层来作为沟道层。
附图说明
图1是概略说明实施例的光传感器装置所使用的氧化物半导体晶体管的例示性构造的剖视图。
图2是概略说明图1的受光晶体管的例示性构造的剖视图。
图3是概略说明图1的开关晶体管的例示性构造的剖视图。
图4是示出在无光照射的情况下的受光晶体管的漏极电流的特性的图。
图5是示出在有光照射的情况下的受光晶体管的漏极电流的特性的图。
图6是说明实施例的光传感器电路的例示性构成例的电路图。
图7是示出实施例的光传感器装置的例示性整体构成的框图。
图8是说明实施例的光传感器装置的动作例的时间图。
图9是用于说明比较例的氧化物半导体晶体管的光电流的特性的特性图。
图10是用于说明比较例的氧化物半导体晶体管的光电流的图。
图11是用于说明实施例的氧化物半导体晶体管的光电流的图。
图12是例示性示出图11的复位脉冲施加时的、氧化物半导体晶体管的栅极电极的栅极偏置电位(Vg)的图。
图13是例示性示出图11的复位脉冲施加时的、氧化物半导体晶体管的漏极电极的漏极偏置电位(Vd)的图。
图14是示意性示出应用例1的显示装置的俯视图。
图15是示意性示出应用例2的显示装置的俯视图。
图16是示意性示出变形例的显示装置的俯视图。
图17是示出变形例的显示装置能够采用的显示像素和光传感器电路的构成例的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的各实施方式。
此外，本公开只不过是一例，本领域技术人员保持发明主旨做出的适当变更及容易想到的方案当然包含在本发明的范围内。另外，为了使说明更加明确，附图中各部分的宽度、厚度、形状等存在与实际的情形相比示意性示出的情况，但只不过是一例，并非限定对本发明的解释。
另外，在本说明书和各图中，有时针对与关于已出现附图在前说明的要素相同的要素，标注同一附图标记并适当省略详细的说明。
实施例
(光传感器元件的元件构造)
图1是概略说明实施例的光传感器装置所使用的氧化物半导体晶体管的例示性构造的剖视图。图2是概略说明图1的受光晶体管101的例示性构造的剖视图。图3是概略说明图1的开关晶体管102的例示性构造的剖视图。
实施例的光传感器装置1包含多个光传感器电路SC。在图1中，例示性绘制出各光传感器电路SC所使用的1个受光晶体管101、1个开关晶体管102以及电容元件103。受光晶体管101及开关晶体管102均使用氧化物半导体晶体管构成。
受光晶体管101如图1及图2所示，包含栅极电极12b、氧化物半导体层14b、漏极电极15b及源极电极15c。即，受光晶体管101形成为在氧化物半导体层14b的下部设有栅极电极12b的下部栅极构造、即底栅型的3端子(栅极、源极及漏极)元件，具有底部栅极/顶部接触构造(所谓的反交错构造)。
开关晶体管102如图1及图3所示，包含栅极电极12a、氧化物半导体14a、源极电极15a及漏极电极15b、以及背栅电极17。即，开关晶体管102形成为底栅型的4端子(栅极、源极、漏极及背栅)元件，具有在反交错构造中设有背栅电极17的构成。例如，开关晶体管102也可以设为对栅极电极12a和背栅电极17进行驱动的双栅极驱动。另外，开关晶体管102也可以是将背栅电极17与源极电极15a连接的构成。开关晶体管102不限定于底栅型的构成，也可以是顶栅型构造的构成。此外，所谓顶栅型构造，是在氧化物半导体14a的上方设有栅极电极12a的构成。
电容元件103由栅极电极12c、源极或漏极电极15d、以及栅极绝缘膜13构成。电容元件103不限于该构成，可以由栅极电极12c、与氧化物半导体层14a、14b同时设置的氧化物半导体层、以及栅极绝缘膜13构成。另外，电容元件103可以由源极或漏极电极15d、与背栅电极17同时设置的金属层以及绝缘层16构成。
氧化物半导体层14a、14b构成氧化物半导体晶体管(101、102)的沟道层(活性层)，其材料可以含有ZnO类材料等氧化物半导体材料。ZnO类的材料例如可以含有ZnO，或者也可以含有使从Hf、Y、Ta、Zr、Ti、Cu、Ni、Cr、In、Ga、Al、Sn及Mg中选择的至少一种材料包含在ZnO中的混合物或化合物。例如，该ZnO类材料可以包含ZnO、TaZnO、InZnO(IZO)、GaInZnO(Gallium Indium Zinc Oxide：氧化铟镓锌；GIZO)。
这样的氧化物半导体晶体管具有阈值电压及漏极电流根据入射光LIG的光量而变化的特性，因此能够作为受光晶体管101来使用。此外，在开关晶体管102中，由于不需要阈值电压及漏极电流根据入射光LIG的光量而变化的特性，因此如图1及图3所示，在氧化物半导体层14a的下方设置栅极电极12a，并在氧化物半导体层14a的上方设置背栅电极17。由此，形成为不向开关晶体管102的氧化物半导体层14a照射入射光LIG的构成。也就是说，背栅电极17具有遮挡及阻止朝向氧化物半导体层14a的入射光LIG的功能。
参照图1，光传感器装置1具有：衬底10；整体地设置在衬底10上的绝缘层11；局部设置在绝缘层11上的栅极电极12a、12b、12c；以及以覆盖栅极电极12a、12b、12c的侧面及上表面的方式设置在绝缘层11及栅极电极12a、12b、12c上的栅极绝缘膜13。光传感器装置1还具有：局部设置在栅极绝缘膜13上的氧化物半导体层14a、14b；以覆盖氧化物半导体层14a、14b的两侧的方式设置的源极电极及漏极电极15a、15b、15c、15d；以及以整体覆盖源极电极及漏极电极15a、15b、15c、15d以及氧化物半导体层14a、14b的方式设置的透明绝缘层16。光传感器装置1还具有：在透明绝缘层16上以覆盖氧化物半导体层14a的方式局部设置的背栅电极17；以整体覆盖在背栅电极17上和透明绝缘层16上的方式设置的作为平坦化膜的透明绝缘层18；局部设置在透明绝缘层18上的布线层19a、19b；以及以整体覆盖在布线层19a、19b上和透明绝缘层18上的方式设置的作为保护膜的透明绝缘层20。此外，布线层19a经由过孔电极与背栅电极17连接，布线层19b经由过孔电极与源极电极15c连接。
衬底10能够使用玻璃、硅、树脂衬底等通常的衬底材料。绝缘层11、栅极绝缘膜13、透明绝缘层16、透明绝缘层18、透明绝缘层20能够使用氧化硅膜材料。绝缘层11、栅极绝缘膜13、透明绝缘层16、透明绝缘层18、透明绝缘层20能够通过CVD法成膜。栅极电极12a、12b、12c、源极电极及漏极电极15a、15b、15c、15d、背栅电极17、布线层19a、19b能够使用导电性金属或导电性金属氧化物。氧化物半导体层14a、14b能够通过溅射法成膜。
例如，在光传感器装置1被用于附着在显示器面板上的光触摸面板或指纹传感器的情况下，栅极电极12a、12b、12c、源极电极及漏极电极15a、15b、15c、15d可以由ITO等透明导电性材料构成。但是，如图1所示，在从光传感器装置1的上表面照射入射光LIG这种上表面照射方式的情况下，由于背栅电极17具有遮挡或阻止向氧化物半导体层14a照射的入射光LIG的作用，因此优选背栅电极17由不透明的导电性材料构成。另一方面，在从光传感器装置1的背面、即衬底10侧照射入射光LIG这种背面照射方式的情况下，由于栅极电极12c具有遮挡或阻止向氧化物半导体层14a照射入射光LIG的作用，因此优选栅极电极12c由不透明的导电性材料构成。
图4是示出在无光照射的情况下的受光晶体管101的漏极电流的特性的图。图5是示出在有光照射的情况下的受光晶体管101的漏极电流的特性的图。在图4及图5中，纵轴表示受光晶体管101的漏极电流的值，横轴表示受光晶体管101的栅极电压。另外，以虚线表示的特性示出漏极电压为1V的情况，以实线表示的特性示出漏极电压为10V的情况。
根据图4可知，在无光照射的情况下，在受光晶体管101的栅极电位为阈值以下的区域、即受光晶体管101成为关断状态(非导通)的关断区域，漏极电流测定成为下限以下的那种非常小的值。与之相对地，根据图5可知，在有光照射的情况下，在受光晶体管101的栅极电位为阈值以下的区域、即受光晶体管101成为关断状态(非导通)的关断区域中，漏极电流与图4相比而大幅度上升。
本发明的受光晶体管101由于如前所述为3端子构造，因此如图4及图5所示，能够将受光晶体管101的关断状态的漏极电流(在此也称为关断电流)的值用于判定光照射的有无。由此，通过利用在光照射有无时的受光晶体管101的关断电流的信号比很大这一点，能够以稳定的动作进行光照射有无的检测。
如前所述，氧化物半导体晶体管具有当一边进行光照射一边施加负偏压时阈值电压大幅度变化的光负偏压退化这样的退化模式。特别是若提高光灵敏度则光退化加速的权衡成为问题。另一方面，氧化物半导体晶体管关断电流非常低，因此通过将受光晶体管101设为3端子构造并使受光晶体管101在关断区域中动作，能够充分地获取光照射有无时的关断电流的信号比。
另外，通过改变受光晶体管101与开关晶体管102的栅极位置及背栅电极，能够控制两个元件101、102间的光照射量。由此，能够以稳定的动作进行光照射有无的检测。
另外，由于氧化物半导体晶体管的光退化使阈值向负方向移动，所以通过增大在氧化物半导体晶体管关断时向栅极电极施加的负电位，能够实现对于阈值的负向变化也不易受到影响。
接下来，说明使用基于图1至图3说明的受光晶体管101、开关晶体管102及电容元件103的传感器电路的例示性电路构成例。
(光传感器电路的电路构成)
图6是说明实施例的光传感器电路的例示性构成例的电路图。
光传感器电路SC包含作为受光元件的受光晶体管101、开关晶体管102、开关晶体管104及电容元件103。另外，在图6中绘制出与光传感器电路SC连接的复位电路RS。复位电路RS包含开关晶体管105。
在此，开关晶体管104、105各自与基于图1、图3说明的开关晶体管102同样地，由具有背栅电极17的氧化物半导体晶体管构成。在图6中，开关晶体管102、104、105各自具有其背栅电极17与其源极电极连接的结构。有时将开关晶体管102称为第1开关晶体管、将开关晶体管104称为第2开关晶体管、将开关晶体管105称为第3开关晶体管。
受光晶体管101具有：与被供给第1栅极控制信号SVG的布线(第1布线)L1连接的栅极；与被供给第1源极控制信号SVS的布线(第2布线)L2连接的源极；以及漏极。开关晶体管102具有：与被供给第2栅极控制信号DCH的布线(第3布线)L3连接的栅极；与被供给第2源极控制信号VR1的布线(第4布线)L4连接的源极；以及与受光晶体管101的漏极连接的漏极。电容元件103具有：与受光晶体管101的漏极连接的第1端子；以及与开关晶体管102的源极连接的第2端子。开关晶体管104具有：与栅极线G1连接的栅极；与信号线Sig1连接的源极；以及与电容元件103的第1端子连接的漏极。
电容元件103具有在向受光晶体管101照射入射光LIG时蓄积与所照射的光量对应的电荷的功能。通过使得栅极线G1成为选择电平，从而将在电容元件103中蓄积的电荷经由成为导通状态的开关晶体管104的源极-漏极路径向信号线Sig1读取。
复位电路RS具有开关晶体管105。开关晶体管105具有：与被供给复位信号RST的布线(第5布线)L5连接的栅极；与被供给第2源极控制信号VR1的布线L4连接的源极；以及与信号线Sig1连接的漏极。此外，供给第2源极控制信号VR1的布线L4在设有多个光传感器电路SC的情况下与各光传感器电路SC的电容元件103的第2端子连接。
接下来，说明包含多个使用图6说明的光传感器电路SC及复位电路RS的光传感器装置1的例示性整体构成。
(光传感器装置的整体构成)
图7是示出实施例的光传感器装置的例示性整体构成的框图。此外，为了避免附图复杂，在图7中未示出图6所示的受光晶体管101、开关晶体管102、104、电容元件103及栅极线G、信号线S、和其他多条布线(L1至L4)。
光传感器装置1设置在例如矩形形状的光传感器面板LPNL之上。在光传感器面板LPNL上设有阵列部ARR，在阵列部ARR设有例如m行n列的以矩阵状配置的多个光传感器电路(SC11、SC12、……、SCmn)。
对应于m行设有m条栅极线G(G1、G2、G3、……、Gm)，对应于n列设有n条信号线S(Sig1、Sig2、Sig3、……、Sign)。
在配置于第1行的光传感器电路SC11、SC12、SC13、……、SC1n连接栅极线G1，在配置于第2行的光传感器电路SC21、SC22、SC23、……、SC2n连接有栅极线G2，在配置于第3行的光传感器电路SC31、SC32、SC33、……、SC3n连接有栅极线G3。同样地，在其他栅极线连接有配置于相应的行的多个光传感器电路。
另一方面，在配置于第1列的光传感器电路SC11、SC21、SC31、……、SCm1连接有信号线Sig1，在配置于第2列的光传感器电路SC12、SC22、SC32、……、SCm2连接有信号线Sig2，在配置于第3列的光传感器电路SC13、SC23、SC33、……、SCm3连接有信号线Sig3。同样地，在其他信号线连接有配置于相应的列的多个光传感器电路。
按照以上方式，多个光传感器电路以使得1个光传感器电路与1条栅极线及1条信号线连接的方式与多条栅极线及多条信号线连接。
在光传感器面板LPNL上，在设有阵列部ARR的区域的周边的区域中设有多个复位电路RS1、RS2、RS3、……、RSn、复位控制电路RSTL、栅极线驱动电路GD及读取电路RA。
多个复位电路(RS1、RS2、RS3、……、RSn)对应于各列设置。复位电路RS1与信号线Sig1连接，复位电路RS2与信号线Sig2连接，复位电路RS3与信号线Sig3连接。同样地，其他复位电路与相应的信号线连接。另外，从复位控制电路RSTL输出的复位信号RST经由布线向多个复位电路(RS1、RS2、RS3、……、RSn)输入。
栅极线驱动电路GD与m条栅极线G(G1、G2、G3、……、Gm)连接，具有例如将m条栅极线G(G1、G2、G3、……、Gm)内的希望的1条栅极线设为选择电平的功能。
读取电路RA与n条信号线S(Sig1、Sig2、Sig3、……、Sign)连接。例如，在读取动作中，在栅极线驱动电路GD将1条栅极线设为选择电平的情况下，选择与被设为选择电平的栅极线连接的多个光传感器电路。并且，在所选择的多个光传感器电路内的电容元件中蓄积的电荷作为读取数据而经由n条信号线被向读取电路RA输入。读取电路RA能够具有例如将模拟信号向数字信号转换的模数转换电路功能。由此，能够将从光传感器电路的电容元件读取的电荷的量这样的模拟信号转换为数字信号，并向例如主机装置发送。
在光传感器面板LPNL上，在设有阵列部ARR的区域的周边的区域另外设有：生成第1栅极控制信号SVG的控制电路SVGL；生成第1源极控制信号SVS的控制电路SVSL；生成第2栅极控制信号DCH的控制电路DCHL；以及生成第2源极控制信号VR1的控制电路VR1L。
接下来，说明使用图7说明的光传感器装置1的动作。
(光传感器装置的驱动方法)
图8是说明实施例的光传感器装置1的动作例的时间图。图8的时间图示出1次传感器时序。1次传感器时序包含传感器复位期间SRP、电容复位期间CRP、曝光期间EXP及读取期间RAP。这样的传感器时序例如连续地或在希望的期间内进行规定次数，进行触摸检测或指纹检测。
传感器复位期间SRP为通过开关晶体管105向受光晶体管101通入复位电流，从而消除受光晶体管101的光响应而恢复为初始状态的期间。在传感器复位期间SRP中，通过将受光晶体管101的栅极电极的偏压设为正，从而瞬间使光电流复位。
电容复位期间CRP为在曝光期间EXP前通过开关晶体管102使电容元件103中蓄积的电荷变化成一定电位的期间。
曝光期间EXP为使受光晶体管101作为受光元件发挥功能，并对应于通过入射光LIG照射的光量在电容元件103中蓄积电荷的期间。通过在曝光期间EXP将受光晶体管101的栅极电极的偏压设为负，从而确保充分的信号强度。
读取期间RAP为通过在曝光期间EXP后将开关晶体管104设为导通状态，从而根据在电容元件103中新蓄积的电荷读取与通过入射光LIG照射的光量成正比例的信号读取的期间。
通过以上方式，能够定量检测针对受光晶体管101的入射光LIG的光照射的光强度。
参照图8说明1次传感器时序。
期间t1表示在传感器复位期间SRP前进行的准备期间。在期间t1中，第1栅极控制信号SVG被设为10V的高电平，复位信号RST被设为10V的高电平。另外，第2栅极控制信号DCH被设为-5V的低电平，第1源极控制信号SVS被设为-1V的低电平，第2源极控制信号VR1被设为0V的高电平，全部栅极电极G1至Gm被设为-5V的低电平(非选择电平)。在该状态下，受光晶体管101和开关晶体管105成为导通状态。
在期间t1后，传感器复位期间SRP开始。传感器复位期间SRP具有多个期间t2。期间t2示出栅极电极(G1至Gm)各自依次从-5V的非选择电平变为10V的选择电平，之后变为非选择电平的期间。若栅极电极G1成为选择电平，则与栅极电极G1连接的第1行的各光传感器电路(SC11、SC12、……、SC1n)内的受光晶体管101的光响应被取消而返回初始状态。若栅极电极G2被设为选择电平，则与栅极电极G2连接的第2行的各光传感器电路(SC21、SC22、……、SC2n)内的受光晶体管101的光响应被取消而返回初始状态。通过同样的动作将其他栅极电极(G3至Gm)依次设为选择电平而使得传感器阵列ARR的全部光传感器电路内的受光晶体管101返回初始状态。具体来说，开关晶体管105、开关晶体管104及受光晶体管101形成为导通状态。因此，复位电流从被供给第2源极控制信号VR1的布线，经由开关晶体管105的源极-漏极路径、信号线(Sig1到Sign)、开关晶体管104的源极-漏极路径及受光晶体管101的源极-漏极路径而流向被供给第1源极控制信号SVS的布线。
期间t3表示全部栅极电极(G3至Gm)的选择动作结束的期间。
期间t4设置在期间t3后，表示在电容复位期间CRP前进行的准备期间。在期间t4中，第1栅极控制信号SVG从10V的高电平成为-5V的低电平。
期间t5表示设置在期间t4后的电容复位期间CRP。在期间t5中，第2栅极控制信号DCH从-5V的低电平成为10V的高电平，第2源极控制信号VR1从0V的高电平成为-1V的低电平。另外，第1源极控制信号SVS从-1V的低电平成为5V的高电平。由此，在各光传感器电路(SC11、SC12、……、SCnm)中，开关晶体管102成为导通状态，电容元件103中蓄积的电荷被放电或充电而变化为一定电位。
曝光期间EXP设在期间t5后。曝光期间EXP通过使第2栅极控制信号DCH从10V的高电平向-5V的低电平变化，另外，使第2源极控制信号VR1从-1V的低电平向0V的高电平变化而开始。此时，全部光传感器电路(SC11、SC12、……、SCnm)内的受光晶体管101、开关晶体管102、开关晶体管104成为关断状态。在该状态下向阵列部ARR照射入射光LIG，则光传感器电路(SC11、SC12、……、SCnm)内的各受光晶体管101作为受光元件发挥功能，对应于通过入射光LIG照射的光量，在各电容元件103中蓄积电荷。曝光期间EXP的结束通过使复位信号RST从10V的高电平向-5V的低电平变化来确定。即，曝光期间EXP能够由第2栅极控制信号DCH向低电平变化与复位信号RST向低电平变化之间的时间确定。因此，对于曝光期间EXP而言，能够通过控制该时间而使曝光期间EXP的期间可变。
期间t6为读取期间RAP前的准备期间。在期间t6中，复位信号RST成为低电平。
在期间t6后，读取期间RAP开始。读取期间RAP具有多个期间t7。期间t7表示栅极电极(G1至Gm)各自依次从-5V的非选择电平向10V的选择电平变化，之后向非选择电平变化的期间。在栅极电极G1成为选择电平时，通过将开关晶体管104设为导通状态，使在与栅极电极G1连接的第1行的各光传感器电路(SC11、SC12、……、SC1n)内的各电容元件103中新蓄积的电荷被信号线Sig1到Sign读取，并向读取电路RA输入。全部栅极电极(G2至Gm)依次被设为选择电平，从而阵列部ARR内的全部光传感器电路(SC11、SC12、……、SCmn)的全部电容元件103的电荷被向读取电路RA输入。
期间t8设置在读取期间RAP结束后。在期间t8后，通过使复位信号RST从低电平向高电平变化，将各信号的状态设定为期间t1开始前的状态。
图9是用于说明比较例的氧化物半导体晶体管的光电流的特性的特性图。在图9中，纵轴表示漏极电流，横轴表示时间(秒：S)。图9示出在横轴的10秒到30秒期间向简单的2个端子、或未施加复位偏压的氧化物半导体晶体管照射光的情况下的漏极电流(光电流)的变化。根据图9可知，具有下述特性：若照射光(光照射ON)，则氧化物半导体晶体管的漏极电流增加，若光的照射停止(非光照射OFF)，则氧化物半导体晶体管的漏极电流减少，但即使光的照射停止(非光照射OFF)，漏极电流的减少也非常慢。此外，因光照射而上升的漏极电流(光电流)具有即使在光照射停止后也基本不下降，持续1小时以上高于光照射前的初始电流值的状态的特征。
图10是用于说明比较例的氧化物半导体晶体管的光电流的图。在图10中，纵轴表示漏极电流，横轴表示时间(秒：S)。另外，在图10的上侧示出向作为发光元件使用的LED元件的施加电压。即，图10示出一边使LED元件的发光量变化一边向简单的2个端子或未施加复位偏压的氧化物半导体晶体管照射光的情况下的氧化物半导体晶体管的漏极电流(光电流)的变化。根据图10可知，简单的2个端子或未施加复位偏压的氧化物半导体晶体管由于光缓和非常慢，因此无法获得稳定的信号强度，很难由氧化物半导体晶体管形成定量的光传感器元件。
图11是用于说明实施例的氧化物半导体晶体管的光电流的图。在图11中，纵轴表示漏极电流，横轴表示时间(秒：S)。另外，与图10同样地，在图11的上侧示出针对LED元件的施加电压。图11示出作为氧化物半导体晶体管采用3端子的氧化物半导体晶体管101，并在感测开始时或感测结束时向氧化物半导体晶体管101的栅极端子G1施加正的电压作为复位脉冲的情况下的氧化物半导体晶体管101的漏极电流(光电流)的变化。根据图11可知，若在感测开始时或感测结束时向栅极端子施加正的电压，则能够瞬间消除其光电流。由此，能够将刷新期间大幅度减少至例如100msec以下。因此，能够获得稳定的信号强度，能够由氧化物半导体晶体管形成定量的光传感器元件。
图12是例示性示出在图11的施加复位脉冲时的、氧化物半导体晶体管101的栅极电极的栅极偏置电位(Vg)的图。能够在例如100msec的期间向氧化物半导体晶体管101的栅极电极施加成为高电平(10V)的正的电位作为复位脉冲。复位脉冲的间隔在图12中例示为900msec。此外，图12的复位脉冲的高电平的期间能够视为图8所示的传感器复位期间SRP中的1个期间t2。
图13是例示性示出在图11的施加复位脉冲时的、氧化物半导体晶体管101的漏极电极的漏极偏置电位(Vd)的图。使氧化物半导体晶体管101的漏极电极在例如500msec的期间成为高电平(0V)，然后在500msec的期间成为低电平(-1V)。此外，图13的偏置电位(Vd)成为低电平(-1V)的期间能够视为图8所示的电容复位期间CRP(期间t5)。
根据实施例，能够获得以下的1个或多个效果。
1)受光晶体管101为将氧化物半导体层14b作为沟道层(活性层)使用的具有3个端子(栅极、源极及漏极)的氧化物半导体元件。受光晶体管101为3端子构造，因此如图4及图5所示，能够将受光晶体管101的关断状态的漏极电流(关断电流)的值用于光照射有无的判定。通过利用光照射有无时的受光晶体管101的关断电流的信号比很大这一点，能够以稳定的动作进行光照射有无的检测。
2)开关晶体管102(104、105)设为将氧化物半导体层14a作为沟道层(活性层)使用的具有4个端子(栅极、源极、漏极及背栅)的氧化物半导体元件。由此，形成为不向开关晶体管102的氧化物半导体层14a照射入射光LIG的构成。背栅电极17具有遮挡或阻止针对氧化物半导体层14a的入射光LIG的功能。
3)在上述2)中，开关晶体管102(104、105)也可以设为对栅极电极12a和背栅电极17进行驱动的双栅极驱动。另外，开关晶体管102(104、105)也可以是将背栅电极17与源极电极15a连接的构成。开关晶体管102(104、105)不限定于底栅型的构成，也可以是顶栅型构造的构成。
4)光传感器电路包含受光晶体管101、开关晶体管102、104及电容元件103。受光晶体管101具有：与被供给第1栅极控制信号SVG的布线连接的栅极；与被供给第1源极控制信号SVS的布线连接的源极；以及漏极。开关晶体管102具有：与被供给第2栅极控制信号DCH的布线连接的栅极；与被供给第2源极控制信号VR1的布线连接的源极；以及与受光晶体管101的漏极连接的漏极。电容元件103具有：与受光晶体管101的漏极连接的第1端子；以及与开关晶体管102的源极连接的第2端子。开关晶体管104具有：与栅极线G1连接的栅极；与信号线Sig1连接的源极；以及与电容元件103的第1端子连接的漏极。通过该栅极线G1成为选择电平，从而电容元件103中蓄积的电荷经由成为导通状态的开关晶体管104的源极-漏极路径而被向信号线Sig1读取。
5)在上述4)中，在光传感器电路连接复位电路RS。复位电路RS具有开关晶体管105。开关晶体管105具有：与被供给复位信号RST的布线连接的栅极；与被供给第2源极控制信号VR1的布线连接的源极；以及与信号线Sig1连接的漏极。
6)在包含光传感器电路及复位电路RST的光传感器装置1的动作中，1次传感器时序包含传感器复位期间SRP、电容复位期间CRP、曝光期间EXP及读取期间RAP。传感器复位期间SRP为通过开关晶体管105向受光晶体管101流通复位电流，以取消受光晶体管101的光响应而恢复为初始状态的期间。电容复位期间CRP为在曝光期间EXP前，通过开关晶体管102使电容元件103中蓄积的电荷变化(初始化)为一定电位的期间。曝光期间EXP是使受光晶体管101作为受光元件发挥功能并对应于通过入射光LIG照射的光量在电容元件103中蓄积电荷的期间。读取期间RAP为在曝光期间EXP后将开关晶体管104设为导通状态，从而根据电容元件103中新蓄积的电荷读取与通过入射光LIG照射的光量成正比例的信号的期间。
通过设置传感器复位期间SRP，能够在短时间内消除由受光晶体管101的光响应产生的光电流。另外，通过设置电容复位期间CRP，能够在曝光期间EXP前使电容元件103中蓄积的电荷变化(初始化)为固定电位。由此，能够获得稳定的信号强度，因此能够提供能够进行稳定的动作的光传感器装置1。
(应用例)
接下来，使用附图说明应用例。
(应用例1)
图14是示意性示出应用例1的显示装置的俯视图。应用例1的显示装置DSP示出将实施例的光传感器装置1作为指纹传感器使用的情况的构成例。在该例中，光传感器装置1粘贴在显示装置DSP的显示面板PNL上的希望的区域中。该区域为显示面板PNL上例如被分配为指纹检测区域的区域。显示面板PNL具有显示区域DA，显示区域DA具有以矩阵状配置的多个显示像素PX。显示面板PNL例如能够设为液晶显示面板。在该情况下，多个显示像素PX各自能够使用液晶显示像素。
(应用例2)
图15是示意性示出应用例2的显示装置的俯视图。应用例2的显示装置DSP1示出将实施例的光传感器装置1作为触摸传感器使用的情况的构成例。在该例中，光传感器装置1粘贴在显示装置DSP的显示面板PNL的显示区域DA之上。与应用例1同样地，显示面板PNL具有显示区域DA，显示区域DA具有以矩阵状配置的多个显示像素PX。应用例2的光传感器装置1不限定于触摸传感器，也能够作为指纹传感器来使用。
(变形例)
图16是示意性示出变形例的显示装置的俯视图。在图14及图15中，示出实施例的光传感器装置1粘贴在显示面板PNL的显示区域DA之上的构成例。在变形例的显示装置DSP2中，是在显示面板PNL的显示区域DA设有显示像素PX和光传感器电路SC双方的例子。
图17是示出变形例的显示装置能够采用的显示像素PX和光传感器电路SC的构成例的电路图。图17例示性示出由图6的光传感器电路SC和显示像素PX组合而成的构成。光传感器电路SC的构成与图6相同，因此省略说明。
显示像素PX包含作为开关元件的1个薄膜晶体管(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)TFT。在薄膜晶体管TFT中，栅极与作为扫描线的像素栅极线PXG1连接，源极/漏极中的一方与作为信号线的像素源极线S1连接，源极/漏极中的另一方与像素电极PE连接。另外，在显示像素PX中设置有向全部显示像素PX赋予公共电位Vcom的公共电极Vcom，在像素电极PE与公共电极Vcom之间设置有液晶层LC。构成为下述结构：基于经由像素栅极线PXG1供给的驱动信号使薄膜晶体管TFT进行导通/关断动作，在导通状态时基于从像素源极线S1供给的显示信号对像素电极PE施加像素电压，通过像素电极PE与公共电极Vcom之间的电场驱动液晶层LC。
在图17中，示出在1个显示像素PX设有1个光传感器电路SC的构成，但并非限定于此。也可以针对多个显示像素PX设置1个光传感器电路SC。例如，也可以针对5个显示像素PX设置1个光传感器电路SC。
在应用例及变形例中，作为显示装置的一例公开了一种液晶显示装置。该液晶显示装置例如能够应用于智能手机、平板电脑终端、移动电话终端、个人计算机、电视接收器、车载装置、游戏设备、数字相机、摄像机等多种装置。此外，在应用例及变形例中公开的主要构成也能够应用于具有有机电致发光显示元件等的自发光型的显示装置(OLED)、具有电泳元件等的电子纸型显示装置、应用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)的显示装置或应用电致变色的显示装置等。
使用氧化物半导体层的受光晶体管101如图4所示，由于关断电流非常低，因此只要没有光照射就能够保持非常低的关断电流。因此，也可以根据目的、照射光而自由改变曝光时间(曝光期间EXP)、读取时间(读取期间RAP)(全局快门)。例如，在组合使用OLED、液晶的显示装置的情况下，也可以在OLED、液晶的显示装置的显示动作的空闲时间使光传感器装置1驱动或使光传感器装置1独立运行。另外，在缩短读取时间(读取期间RAP)的情况下，也可以在读取晶体管104、复位晶体管105中使用多晶的低温多晶硅(LTPS)的薄膜晶体管(TFT)。
作为本发明的实施方式，在上述光传感器装置及显示装置的基础上，本领域技术人员能够进行适当设计变更而实施的全部光传感器装置及显示装置只要包含本发明的要旨，均属于本发明的范围。
在本发明的思想范畴中，本领域技术人员能够想到各种的变更例及修正例，这些变更例及修正例也应认为属于本发明的范围。例如，本领域技术人员针对上述各实施方式适当进行构成要素的追加、删除或设计变更的方案、或进行工序的追加、省略或者条件变更得到的方案，只要具备本发明的要旨，则包含在本发明的范围内。
另外，对于本实施方式中说明的方案所带来的其他作用效果，根据本说明书的记载可知或本领域技术人员能够适当想到的效果当然应视为本发明所具有的效果。
通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适当组合能够形成多种发明。例如，也可以从实施方式示出的全部构成要素中删除几个构成要素。此外，也可以将不同实施方式涉及的构成要素适当组合。
附图标记说明
1：光传感器装置、SC：光传感器电路、LIG：入射光、101：受光晶体管、102、104、105：开关晶体管、103：电容元件、14a，14b：氧化物半导体层(沟道层)、12a、12b：栅极电极、15c、15b、15c：漏极电极-源极电极、17：背栅电极、RS：复位电路、DSP：显示装置。