专利名称：半导体装置的驱动方法
背景技术：
1.发明领域本发明本发明与半导体装置的驱动方法有关，具体地说，本发明涉及包括在一个半导体基底或者一个绝缘表面上形成的一些晶体管的有源矩阵型半导体装置的驱动方法。
2.相关技术一个具有图像传感器功能的半导体装置配有一个光电传感器和一个或多个控制这个光电变换器的晶体管。通常用PN型光电二极管作为光电传感器。其他光电传感器包括PIN型光电二极管、雪崩二极管、npn植入二极管、肖特基二极管、光电晶体管、X线光敏电阻和红外线传感器。
具有图像传感器功能的半导体装置大致分为CCD型和CMOS型。CMOS型的半导体装置分为没有放大电路的无源型和有放大电路的有源型。由于放大电路具有放大光电传感器读取的对象的图像信号的功能，噪声影响较小，因此通常采用有放大电路的有源型CMOS半导体装置。
在有源型CMOS半导体装置内，具有高输入阻抗的放大电路的输入端接在光电传感器的输出端上。这样，读取对象信息的区域不会破坏，从而可以一次又一次地读取对象信息。这通常称为非破坏性读出。
业已研究了一种利用这种非破坏性读出、输出具有不同存储时间的信号来增大动态范围(明暗比)的方法。例如，在O.Yadid-Pecht等人的报告(Proc.SPIE，vol.2654，pp82-92，1996)中研究了一种方法，将源信号线驱动电路各自配置在像素部分的上面和下面，而且将具有不同存储时间的信号输出给源信号线驱动电路。此外，作为另一个例子，如在“具有超宽动态范围浮点像素电平ADC的640×512 CMOS图像传感器”(“A 640×512 CMOS Image Sensor with Ultra WideDynamic Range Floating-Point Pixel-Level ADC”，ISSCC99，p308)报告中研究了一种方法，使存储时间象T，2T，4T，…，(2k)×T(这里，T为帧周期)那样按2的幂改变后读出。
顺便说一下，存储时间表示一段从初始化配置在一个像素内的光电传感器到从这个像素输出一个信号的时间。也就是说，它表示光电传感器的光接收部分受光照射和信号存储的时间，等于称为曝光时间的时间。
图3作为一个例子示出了配置有一个光电传感器的半导体装置示意图。图3这个半导体装置包括像素部分104和配置在像素部分104外围的源信号线驱动电路101、选通信号线驱动电路102和复位信号线驱动电路103。源信号线驱动电路101包括偏置电路101a、采样保持电路101b、信号输出线驱动电路101c和末级输出放大电路101d。
像素部分104包括排列成矩阵形式的多个像素100。在像素部分104内，有配置成矩阵形式的x列(垂直)×y行(水平)个像素100(x和y都是自然数)。
图4为配置在第i行、第j列的像素100的电路图。每个像素100相应于一个由信号输出线(S1至Sx)中的一条信号输出线、电源线(VB1至VBx)中的一条电源线、选通信号线(G1至Gy)中的一条选通信号线和复位信号线(R1至Ry)中的一条复位信号线包围的区域。此外，每个像素100包括开关晶体管112、放大晶体管113、复位晶体管114和光电传感器111。
配置在每个像素100内的光电传感器111的电位由于光电传感器111受到从一个对象反射的光的照射而改变。
在光电传感器的电位由于光的照射而已经改变的状态下选择了选通信号线(Gi)时，接至选通信号线(Gi)的开关晶体管112就导通，因此与光电传感器111的电位相应的信号通过开关晶体管112输出到信号输出线(Sj)上。于是，输出到信号输出线(Sj)上的信号就输出给源信号线驱动电路101。
下面将结合
图15说明具有上述结构的半导体装置的驱动方法。在图15中，水平轴表示时间。顺便说一下，一个帧周期(F)是一段从复位信号加到一条复位信号线R(任何R1至Ry)上到复位信号再加到这条复位信号线R上的时间，而一个水平扫描周期(P)是一段从复位信号加到一条复位信号线R上到复位信号加到下一行的复位信号线R上的时间。
首先，从复位信号线驱动电路103输入第一行的复位信号线(R1)的复位信号选择复位信号线(R1)。顺便说一下，在本说明中，选择一条复位信号线意味着使接在这条复位信号线上的所有复位晶体管114都导通。也就是说，此时接在复位信号线(R1)上的所有像素(第一行像素)的复位晶体管114都导通。于是，配置在第一行像素内的光电传感器111得到初始化。
然后，在选择复位信号线(R1)结束时选择下一行的复位信号线(R2)。于是，接在复位信号线(R2)上的所有像素的复位晶体管114都导通，配置在第二行像素内的光电传感器111得初始化。
这样，就依次选择了所有复位信号线(R1至Ry)。于是，配置在接在所选复位信号线R上的像素100内的光电传感器111得到初始化。
下面将说明加到选通信号线(G1至Gy)上的信号。在从复位信号输入第一行的复位信号线(R1)后过了6个水平扫描周期(6×P)时，从选通信号线驱动电路输入选通信号线(G1)的选通信号选择选通信号线(G1)。于是，接在选通信号线(G1)上的开关晶体管112都导通，第一行像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。顺便说一下，在这种情况下像素100输出的信号的存储时间(L)为6个水平扫描周期(6×P)。
然后，从选通信号线驱动电路102输入第二行选通信号线(G2)的选通信号选择第二行的选通信号线(G2)。于是，接在选通信号线(G2)上的开关晶体管112都导通，第二行像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。顺便说一下，在这种情况下像素100输出的信号的存储时间(L)为6个水平扫描周期(6×P)。
这样，就依次选择了所有选通信号线(G1至Gy)。于是，接在所选的选通信号线(G1至Gy)上的像素100的信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。从图15可见，在采用这种驱动方法时，像素100输出的信号的存储时间(L)是相同的，都为6个水平扫描周期(6×P)。
下面将结合图16说明输出到选通信号线(G1至Gy)上的选通信号的定时、输出到复位信号线(R1至Ry)上的复位信号的定时和配置在第i行第j列的像素100内的光电传感器111的电位之间的关系。
首先，由从复位信号线驱动电路103输入复位信号线(Ri)的复位信号选择复位信号线(Ri)。于是，接在复位信号线(Ri)上的所有像素100(第i行的像素100)的复位晶体管114都导通。这样，在第i行的像素100内的光电传感器111都得到了初始化。
在光电传感器111初始化后，在光电传感器111受到光照射时，在光电传感器111内就产生与光强度相应的电荷。然后，充在光电传感器111内的电荷由于积分作用逐渐放掉，从而光电传感器111的N沟道侧接线端的电位变低。
如图16所示，在光电传感器111受得强光照射的情况下，由于放电量大，光电传感器111的N沟道侧接线端的电位变低。但是，在光电传感器111受到弱光照射的情况下，放电量小，因此与受到强光照射的情况相比，光电传感器111的N沟道侧接线端的电位变得不是很低。
然后，在从复位信号输入复位信号线(Ri)后过了6个水平扫描周期(6×P)时，从选通信号线驱动电路输入第i行的选通信号线(Gi)的选通信号选择选通信号线(Gi)。于是，接在选通信号线(Gi)上的开关晶体管112导通，光电传感器111的N沟道侧接线端的电位就作为一个信号读出。这个信号与照射到光电传感器111上的光的强度成正比。
顺便说一下，在受到光照射时，光电传感器111的N沟道侧接线端的电位变低，而在受到很强的光照射时，N沟道侧接线端的电位变得低到电源基准线121的电位。在电位变得低到电源基准线121的电位时，N沟道侧接线端的电位就成为恒定的，因此这种状态称为饱和状态。
光电传感器111存储在存储时间内所照射的光产生的电荷。因此，在存储时间改变时，即使照射的是同样强度的光，但由于光产生的总电荷量有不同，信号的值也改变。例如，在光电传感器111受到强光照射时，它在很短的存储时间内就饱和了。即使在光电传感器111受到弱光照射的情况下，如果存储时间长，它迟早也会达到饱和状态。也就是说，信号由光电传感器111受到照射的光的强度与存储时间的乘积确定。
在图16中，在输入选通信号的时刻，虽然受到弱光照射的光电传感器的电位稍低于在复位信号输入的时刻，但它还没有达到饱和状态。
相反，受到强光照射的光电传感器111就已经处在饱和状态。在这种情况下，从像素100输出的信号不能精确读取。因此，最好在读取包括受到强光照射的光电传感器的像素100的信号的情况下存储时间短一些。
在采用上述驱动半导体装置的方法时，所有从像素100输出的信号的存储时间(L)都为6个水平扫描周期(6×P)，也就是说所有从像素100输出的信号都只可以以相同的存储时间输出。
因此，在照射到像素100的光的强度高的情况下，由于光电传感器111的电位达到饱和状态，因此不能精确读取对象的信息。在照射到像素100上的光的强度低的情况下，由于光电传感器111的电位改变不大，因此从像素100输出的信号相互没有多大差别，因此也不能精确读取对象的信息。
在采用O.Yadid-Pecht等人的报告(Proc.SPIE，vol.2654，pp82-92，1996)中所提出的方法时，从像素输出的信号的存储时间只有两种。此外，由于驱动电路各自地配置在像素部分上面和下面，因此还有驱动电路部分大的缺点。
在采用“具有超宽动态范围浮点像素电平ADC的640×512 CMOS图像传感器”(“A640×512 CMOS Image Sensor with Ultra Wide DynamicRange Floating-Point Pixel-Level ADC”，ISSCC99，p308)中所提出的方法时，从像素输出的信号的存储时间可以象T，2T，4T，…，(2k)T那样改变。这样就有在k增大时读出时间变得很长的缺点。例如，在k＝3(动态范围增大8倍)的情况下，读出时间就需要为正常读出时间的8倍。
发明概要因此，本发明的目的是提供一种半导体装置的驱动方法，可以输出一个适合照射到像素上的光的强度的信号。
本发明的另一个目的是提供一种可以输出一个适合照射到像素上的光的强度的信号而并不增大驱动电路而且不增长读出时间的半导体装置的驱动方法。
本发明的又一个目的是提供一种可以精确读取对象的信息的半导体装置的驱动方法。
本发明是为了达到上述目标而提出的。下面将结合图17说明本发明的半导体装置的驱动方法。
在图17中，水平轴表示时间。图17示出了用传统的驱动方法加到选通信号线Ga和G(a+1)上的信号的定时图以及用本发明的驱动方法加到选通信号线(Ga至G(a+2))、选通信号线(Gb至G(b+2))和选通信号线(Gc至G(c+2))上的信号的定时图。顺便说一下，a、b和c都是自然数，而这里假设a＜b＜c。
如图17所示，在传统的驱动方法中，任何一个选通信号线(G1至Gy)都按水平扫描周期(P)选择。也就是说，在一个帧周期内执行y次水平扫描(次数与选通信号线(G1至Gy)数相同)。
相反，在本发明的驱动方法中，在水平扫描周期(P)内选择选通信号线(G1至Gy)中的三条选通信号线，而垂直扫描在一个帧周期内执行(3×y)次。顺便说一下，如果在一个水平扫描周期(P)内同时选择其中三条选通信号线(G1至Gy)，从接在相同信号输出线(S1至Sx)上的像素中的三个像素输出的信号将输出到相同的信号输出线(S1至Sx)上，从而这些信号将混合在一起。因此，在本发明中，将水平扫描周期(P)分成三个部分。这些部分分别称为第一子水平扫描周期、第二子水平扫描周期和第三子水平扫描周期。然后，在各个子水平扫描周期内各选择这些选通信号线(G1至Gy)中任何一条选通信号线。于是，从像素输出到信号输出线(S1至Sx)上的信号不会混合在一起，从而可以在一个水平扫描周期(P)内最多选择三条选通信号线(G1至Gy)。
顺便说一下，虽然这里给出的是将水平扫描周期(P)分成三个部分的例子，但本发明并不局限于此，可以将水平扫描周期(P)分成任意个部分。
顺便说一下，在第一子水平扫描周期内，使一个从选通信号线驱动电路加到选通信号线G(G1至Gy中任何一条)上的信号成为一个第一子选通信号，而在第二子水平扫描周期内，使一个从选通信号线驱动电路加到选通信号线G上的信号成为一个第二子选通信号。此外，在第三子水平扫描周期内，使一个从选通信号线驱动电路加到选通信号线G上的信号成为一个第三子选通信号。
在本发明的半导体装置的驱动方法中，如图17所示，在一个水平扫描周期(P)的第一子水平扫描周期内，选择一条第a行的选通信号线(Ga)，在第二子水平扫描周期内，选择一条第b行的选通信号线(Gb)，而在第三子水平扫描周期内，选择一条第c行的选通信号线(Gc)。
然后，在下一个水平扫描周期(P)中，在第一子水平扫描周期内，选择一条第(a+1)行的选通信号线(Ga)，在第二子水平扫描周期内，选择一条第(b+1)行的选通信号线(Gb)，而在第三子水平扫描周期，选择一条第(c+1)行的选通信号线(Gc)。
用这种方式，在第一子水平扫描周期、第二子水平扫描周期和第三子水平扫描周期的各个周期内相继选择了所有选通信号线(G1至Gy)。也就是说，第一子选通信号、第二子选通信号和第三子选通信号依次加到所有选通信号线(G1至Gy)上。在本发明中，通过改变在第一子选通信号、第二子选通信号和第三子选通信号加到所有选通信号线(G1至Gy)上的定时，可以从包括光电传感器的像素输出多个具有不同存储时间的信号。
在本发明中，水平扫描周期(P)分成n个部分(n为一个自然数)，因此水平扫描在一个帧周期内可以执行(n×y)次。也就是说，在本发明中，从每个像素可以输出n个信号，而这n个信号的存储时间是互不相同的。这样，由于可以选择其中一个适合于照射到像素上的光的强度的信号，因此可以精确地读取对象的信息。
附图简要说明图1为说明本发明的半导体装置的工作情况的示意图；图2为说明一个光电传感器的电位与时间之间的关系的示意图；图3为可以应用本发明的半导体装置的示意图；图4为示出可以应用本发明的半导体装置的一个像素的示意图；图5为说明可以应用本发明的半导体装置的一个源信号线驱动电路的示意图；图6为说明可以应用本发明的半导体装置的源信号线驱动电路的工作情况的示意图；图7为说明可以应用本发明的半导体装置的一个源信号线驱动电路的示意图；图8为说明可以应用本发明的半导体装置的源信号线驱动电路的工作情况的示意图；图9为说明可以应用本发明的半导体装置的一个源信号线驱动电路的示意图；图10为说明可以应用本发明的半导体装置的源信号线驱动电路的工作情况的示意图11A和11B为说明可以应用本发明的一些半导体装置的源信号线驱动电路的示意图；图12为示出可以应用本发明的一个半导体装置的部分结构的示意图；图13A和13B为可以应用本发明的一个半导体装置的顶视图和剖视图；图14A至14G为示出采用可以应用本发明的半导体装置的电子设备的示意图；图15为说明传统的半导体装置的工作情况的示意图；图16为说明一个光电传感器的电位与时间之间的关系的示意图；以及图17为说明本发明的一个半导体装置的工作情况的示意图。
优选实施例详细说明顺便说一下，由于图3所示的半导体装置的结构和图4所示的像素上面已经作了简要说明，因此不再重复。
在图4所示的像素100内，光电传感器111包括N沟道接线端、P沟道接线端和配置在N沟道接线端与P沟道接线端之间的光电变换层。P沟道接线端和N沟道接线端中的一个接在电源基准线121上，而另一个与放大晶体管113的栅极连接。
开关晶体管112的栅极接到选通信号线(Gi)上。开关晶体管112的源极区和漏极区中的一个区与放大晶体管113的源极区连接，而另一个区接到信号输出线(Sj)上。开关晶体管112是一个在输出光电传感器111的信号时起开关元件作用的晶体管。
放大晶体管113的漏极区接到电源线(VBj)上。放大晶体管113的源极区与开关晶体管112的源极区或漏极区连接。放大晶体管113与配置在像素部分104下部的一个偏置晶体管(未示出)一起形成一个源极跟随电路。因此，最好放大晶体管113的极性与偏置晶体管的极性相同。
复位晶体管114的栅极接到复位信号线(Ri)上。复位晶体管114的源极区和漏极区中的一个区接到电源线(VBj)上，而另一个区与光电传感器111和放大晶体管113的栅极连接。复位晶体管114是一个起着使光电传感器111初始化(复位)的元件(开关元件)的作用的晶体管。
顺便说一下，图4所示的像素100的结构只是一个例子，本发明并不局限于此。例如，可以在图4所示的像素100内再添加一个晶体管(传送晶体管)，本发明也可以用于具有这种结构的半导体装置。此外，作为光电传感器111，也可以用光电二极管或光电门(photo gate)。也就是说，像素100可以具有任何结构，对像素100内的晶体管和电容器的数量和它们的连接也没有特别限制。此外，诸如选通信号线驱动电路102和复位信号线驱动电路103之类的驱动电路的数量可以按照像素100的结构改变，配置在半导体装置内的驱动电路的数量没有特别限制。
下面将结合图1和2说明本发明用于上述结构的半导体装置的驱动方法。
在图1中，水平轴表示时间，示出了加到复位信号线(R1至Ry)和选通信号线(G1至Gy)上的信号的定时图。顺便说一下，在这个实施例中，虽然y为14，但本发明并不局限于此，复位信号线(R1至Ry)和选通信号线(G1至Gy)的数量可以任意设定。
首先，一个从复位信号线驱动电路103输入第一行的复位信号线(R1)的复位信号选择复位信号线(R1)。于是，接在复位信号线(R1)上的所有像素(第一行像素)的复位晶体管114都导通，第一行像素100内的各光电传感器111得到初始化。
在选择复位信号线(R1)结束时，选择第二行的复位信号线(R2)。于是，接在复位信号线(R2)上的所有像素的复位晶体管114都导通，第二行像素100内的各光电传感器111得到初始化。
以这种方式依次选择所有复位信号线(R1至Ry)。于是，接在所选的复位信号线R上的像素100内的光电传感器111得到初始化。
下面将说明加到选通信号线(G1至Gy)上的信号的定时图。
在从复位信号输入第一行的复位信号线(R1)后过了三个个水平扫描周期(3×P)时，从选通信号线驱动电路102输入第一行的选通信号线(G1)的第一子选通信号选择选通信号线(G1)。于是，接在选通信号线(G1)上的开关晶体管112都导通，第一行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。顺便说一下，像素100输出的信号的存储时间(L)在这种情况下为三个水平扫描周期(3×P)。
然后，从选通信号线驱动电路102输入第十二行的选通信号线(G12)的第二子选通信号选择选通信号线(G12)。于是，接在选通信号线(G12)上的开关晶体管112都导通，第十二行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。
此外，从选通信号线驱动电路102输入第b行(b为一个自然数)的选通信号线(Gb)的第三子选通信号选择选通信号线(Gb)。于是，接在选通信号线(Gb)上的开关晶体管112都导通，第b行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。
这样，在第一子水平扫描周期内第一子选通信号输出到第一行的选通信号线(G1)上，在第二子水平扫描周期内第二子选通信号输出到第十二行的选通信号线(G12)上，而在第三子水平扫描周期内第三子选通信号输出到第b行的选通信号线(Gb)上。于是，第一至第三子水平扫描周期的总和就成为一个水平扫描周期(P)。
接着，在从复位信号输入复位信号线(R1)后过了四个水平扫描周期(4×P)时，从选通信号线驱动电路输入第二行的选通信号线(G2)的第一子选通信号选择选通信号线(G2)。于是，接在选通信号线(G2)上的开关晶体管112都导通，第二行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。顺便说一下，第二行的像素100输出的信号的存储时间(L)在这种情况下为三个水平扫描周期(3×P)。
然后，从选通信号线驱动电路102输入第十三行的选通信号线(G13)的第二子选通信号选择选通信号线(G13)。于是，接在选通信号线(G13)上的开关晶体管112都导通，第十三行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。
此外，从选通信号线驱动电路102输入第七行的选通信号线(G7)的第三子选通信号选择选通信号线(G7)。于是，接在选通信号线(G7)上的开关晶体管112都导通，第七行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。
这样，在第一子水平扫描周期内第一子选通信号输出到第二行的选通信号线(G2)上，在第二子水平扫描周期内第二子选通信号输出到第十三行的选通信号线(G13)上，而在第三子水平扫描周期内第三子选通信号输出到第第七行的选通信号线(G7)上。
接着，在从复位信号输入复位信号线(R1)后过了六个水平扫描周期(6×P)时，从选通信号线驱动电路102输入选通信号线(G1)的第二子选通信号选择选通信号线(G1)。于是，接在选通信号线(G1)上的开关晶体管112都导通，第一行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。在这种情况下，像素100输出的信号的存储时间(L)为六个水平扫描周期(6×P)。
接着，从选通信号线驱动电路102输入第九行的选通信号线(G9)的第三子选通信号选择选通信号线(G9)。于是，接在选通信号线(G9)上的开关晶体管112都导通，第九行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。
然后，在从复位信号输入复位信号线(R1)后过了十二个水平扫描周期(12×P)时，从选通信号线驱动电路102输入选通信号线(G1)的第三子选通信号选择选通信号线(G1)。于是，接在选通信号线(G1)上的开关晶体管112都导通，第一行的像素100就将信号输出到信号输出线(S1至Sx)上。在这种情况下，像素100输出的信号的存储时间(L)为十二个水平扫描周期(12×P)。
以这种方式重复这操作，使得第一子选通信号在第一子水平扫描周期内输入选通信号线(G1至Gy)之一，第二子选通信号在第二子水平扫描周期内输入选通信号线(G1至Gy)之一，而第三子选通信号在第三子水平扫描周期内输入选通信号线(G1至Gy)之一。此时，在某一水平扫描周期内，输入第一子选通信号的选通信号线G(G1至Gy之一)、输入第二子选通信号的选通信号线G和输入第三子选通信号的选通信号线G是互不相同的。
用这种方式，在第一子水平扫描周期、第二子水平扫描周期和第三子水平扫描周期内分别选择了所有选通信号线(G1至Gy)。结果，第一子选通信号、第二子选通信号和第三子选通信号分别加到所有选通信号线(G1至Gy)上。
然后，在过了一个帧周期(F)时，从复位信号线驱动电路103输入复位信号线(R1)的复位信号再选择复位信号线(R1)。然后，重复图1所示的上述操作。
在本发明中，从复位信号输入复位信号线(R1至Ry)到第一子选通信号输入选通信号线(G1至Gy)的这段时间(在这个实施例中为3×P)、到第二子选通信号输入的时间(在这个实施例中为6×P)和到第三子选通信号输入的时间(在这个实施例中为12×P)是互不相同的。结果从像素100可以输出三个具有不同的存储时间的信号。
顺便说一下，第一子选通信号只在第一子水平扫描周期这段时间内从选通信号线驱动电路102输出，第二子选通信号只在第二子水平扫描周期这段时间内输出，而第三子选通信号只在第三子水平扫描周期这段时间内输出。因此，例如，像素100在从复位信号输入复位信号线(R1)后过了六个水平扫描周期(6×P)时输出的信号的存储时间(L)精确地为六个水平扫描周期(6×P)加上一个子水平扫描周期的时间。然而，由于子水平扫描周期与存储时间(L)相比是十分小的，因此在本说明中，将在如上所述的情况下的存储时间(L)认为是六个水平扫描周期(6×P)。
此外，在这个实施例中，虽然水平扫描周期(P)相等地分成三个部分，但本发明并不局限于此。水平扫描周期(P)可以分成任意个部分。
此外，在这个实施例中，虽然这些信号输出成使存储时间(L)象3×P、6×P和12×P那样按2的幂增大，但本发明并不局限于此。例如，这些信号可以输出成使存储时间(L)按2的倍数增大，或者这些信号可以输出成使存储时间按10的倍数增大。
在本发明中，水平扫描周期(P)分成n个部分(n为一个自然数)，因此水平扫描在一个帧周期内可以执行(n×y)次。于是，按照本发明，从每个像素可以输出n个信号，而这n个信号的存储时间是互不相同的。这样，由于可以选择其中一个适合于照射到像素上的光的强度的信号，因此可以精确地读取对象的信息。此外，可以增大所读对象的动态范围。
首先，从复位信号线驱动电路103输入第i行的复位信号线(Ri)的复位信号选择复位信号线(Ri)。于是，接在复位信号线(Ri)上的所有像素100(第i行的像素100)的复位晶体管114都导通。这样，在第i行的像素100内的光电传感器111都得到了初始化。
然后，在从复位信号输入复位信号线(Ri)后过了三个水平扫描周期(3×P)时，从选通信号线驱动电路102输入第i行的选通信号线(Gi)的第一子选通信号选择选通信号线(Gi)。于是，接在选通信号线(Gi)上的开关晶体管112都导通，光电传感器111的N沟道接线端的电位就作为一个信号读出。这个信号与照射到光电传感器111上的光的强度成正比。
接着，在从复位信号输入复位信号线(Ri)后过了六个水平扫描周期(6×P)时，从选通信号线驱动电路102输入第i行的选通信号线(Gi)的第二子选通信号选择选通信号线(Gi)。于是，接在选通信号线(Gi)上的开关晶体管112都导通，光电传感器111的N沟道接线端的电位就作为一个信号读出。
接着，在从复位信号输入复位信号线(Ri)后过了十二个水平扫描周期(12×P)时，从选通信号线驱动电路102输入第i行的选通信号线(Gi)的第三子选通信号选择选通信号线(Gi)。于是，接在选通信号线(Gi)上的开关晶体管112都导通，光电传感器111的N沟道接线端的电位就作为一个信号读出。
然后，在过了一个帧周期(F)时，从复位信号线驱动电路103输入第(i+1)行的复位信号线(R(i+1))选择复位信号线(R(i+1))。于是，复位晶体管114再导通，光电传感器111复位，从而重复上述操作。
如上所述，按照本发明，在一个帧周期内从像素100输出多个具有不同的存储时间的信号。在图2中，实线表示的光电传感器111的电位表示了在受到弱光照射时的情况，而虚线表示的光电传感器111的电位表示了在受到强光照射时的情况。
在图2中，在第一子选通信号输入的时刻，受到强光照射的光电传感器111的电位与受到弱光照射的光电传感器111的电位差别不很大。
然而，在第二子选通信号输入的时刻，受到强光照射的光电传感器111已经接近饱和状态。但是，受到弱光照射的光电传感器111的电位虽然比在第一子选通信号输入的时刻的电位稍低，但未达到饱和状态。
在第三子选通信号输入的时刻，受到强光照射的光电传感器111已经处在饱和状态。但是，受到弱光照射的光电传感器111的电位接近饱和状态。
如上面所述，从像素100输出的信号由照射到像素100内的光电传感器111的光的强度(光电传感器111的电位)与存储时间的乘积确定。也就是说，含有受到弱光照射的光电传感器111的像素100的信号最好由光电传感器111在第三子选通信号输入的时刻的电位与存储时间(12×P)的乘积确定。这是因为这电位在第一和第二子选通信号输入的时刻还没有达到饱和状态。
此外，含有受到强光照射的光电传感器111的像素100的信号最好由光电传感器111在第二子选通信号输入的时刻的电位与存储时间(6×P)的乘积确定。这是因为这电位在第一子选通信号输入的时刻没有达到饱和状态，而在第三子选通信号输入的时刻已经处在饱和状态。
在本发明中，从每个像素可以输出n个信号(n是一个自然数)，这n个信号的存储时间是互不相同的。这样，由于可以选择其中一个适合于照射到像素上的光的强度的信号，因此可以精确地读取对象的信息。此外，可以增大所读对象的动态范围。
下面，将通过一些例子对本发明进行详细说明。例子1在这个例子中，将结合图3、5和6详细说明本发明的用于半导体装置的一个源信号线驱动电路101的结构和工作情况。
在图3中，源信号线驱动电路101包含偏置电路101a、采样保持电路101b、信号输出驱动电路101c和末级输出放大电路101d。顺便说一下，本发明并不局限于此，在源信号线驱动电路101内还可以配置一个模拟-数字信号转换电路或者降噪电路。
偏置电路101a与每个像素内的一个放大晶体管配成一个源极跟随电路。采样保持电路101b包括一个暂时存储信号、执行模数转换和减小噪声的电路。信号输出驱动电路101c具有将暂时存储的信号相继输出给末级输出放大电路101d的功能。末级输出放大电路101d包括一个对采样保持电路101b和信号输出驱动电路101c输出的信号进行放大的电路。顺便说一下，在不需要放大信号的情况下可以不配置末级输出放大电路101d。
下面，将结合图5说明具有偏置电路101a、采样保持电路101b和信号输出驱动电路101c的第j列的外围部分101e的详细结构。顺便说一下，在图5所示的电路图中，所有的晶体管都是N沟道晶体管，然而本发明并不局限于此，晶体管可以是N沟道型和P沟道型的。
在图5中，偏置电路101a含有一个偏置晶体管210a。偏置晶体管210a具有与每个像素的放大晶体管相同的极性，形成一个源极跟随电路。偏置晶体管210a的栅极接到一条偏置信号线200上。偏置晶体管210a的源极区和漏极区中的一个区接到一条信号输出线(Sj)上，而另一个区接到一条电源基准线210b上。顺便说一下，在这个例子中，虽然所示出的情况是偏置晶体管210a采用N沟道晶体管，但本发明并不局限于此。例如，偏置晶体管210a和放大晶体管也可以用P沟道晶体管。然而，在这种情况下，偏置晶体管210a接到电源线上而不是接到电源基准线上。
采样保持电路101b包括传送晶体管211、212和213，放电晶体管214a、215a和216a，以及输出晶体管217、218和219。传送晶体管211、212和213的栅极分别接到传送信号线201、202和203上。
每个传送晶体管211、212和213的源极区和漏极区中的一个区接到信号线(Sj)上，而另一个区与放电晶体管214a、215a和216a中一个相应放电晶体管的源极区和漏极区中的一个区连接。在传送晶体管211、212和213导通时，信号输出线(Sj)的电位由电容器214b、215b和216b保持。
顺便说一下，在这个例子中，虽然所示出的情况是传送晶体管211212和213采用N沟道晶体管，但本发明并不局限于此。例如，传送晶体管可以采用一个P沟道晶体管与一个N沟道晶体管并联的形式。
电容器214b与放电晶体管214a的源极区和漏极区连接，一端还接到电源基准线214c上。放电晶体管214a的栅极接到放电信号线204上。
电容器215b与放电晶体管215a的源极区和漏极区连接，一端还接到电源基准线215c上。放电晶体管215a的栅极接到放电信号线205上。
电容器216b与放电晶体管216a的源极区和漏极区连接，一端还接到电源基准线216c上。放电晶体管216a的栅极接到放电信号线206上。
顺便说一下，从信号输出线(Sj)输出的信号(Sj)暂时保存在电容器214b、215b和216b内。此外，在放电晶体管214a、215a和216a导通时，电容器214b、215b和216b的电荷向电源基准线214c放电，进行初始化。
在这个例子中，假设从配置在第j行的这些像素100中的第一子选通信号所输入的像素100输出的信号暂时保存在电容器214b内。此外，假设从第二子选通信号所输入的像素100输出的信号暂时保存在电容器215b内，而从第三子选通信号所输入的像素100输出的信号暂时保存在电容器216b内。
此外，标注数字217、218和219所标的为输出晶体管。输出晶体管217的源极区和漏极区中的一个区与电容器214b连接，而另一个区与一个末级输出晶体管220的源极区和漏极区中的一个区连接。此外，输出晶体管217的栅极接到输出信号线207上。
输出晶体管218的源极区和漏极区中的一个区与电容器215b连接，而另一个区与末级输出晶体管220的源极区和漏极区中的一个区连接。此外，输出晶体管218的栅极接到输出信号线208上。
输出晶体管219的源极区和漏极区中的一个区与电容器216b连接，而另一个区与末级输出晶体管220的源极区和漏极区中的一个区连接。此外，输出晶体管219的栅极接到输出信号线209上。
末级输出晶体管220的源极区和漏极区中的另一个区接到一条末级输出线222上。末级输出晶体管220的栅极接到末级选择线(SSj)上。
标注数字221a所标的是一个末级复位晶体管，而221b为一条电源基准线。末级复位晶体管221a的源极区和漏极区中的一个区接到电源基准线221b上，而另一个区接到末级输出线222上。此外，末级复位晶体管221a的栅极接到末级复位线SRj上。在末级复位晶体管221a导通时，可以使末级输出线222的电位初始化为电源基准线221b的电位。
下面将结合图6说明图5所示的源信号线驱动电路101的工作情况。
在图6所示的这个定时图中，在第一子水平扫描周期内，选择传送信号线201，于是接在传送信号线201上的传送晶体管211导通。从第一子选通信号所输入的像素100输出的信号因此就暂时保存在电容器214b内。类似，在选择输出信号线209时，接在输出信号线209上的输出晶体管219导通。于是，保存在电容器216b内的信号输出到末级输出线222上。
接着，在第二子水平扫描周期内，选择传送信号线202，于是接在传送信号线202上的传送晶体管212导通。从第二子选通信号所输入的像素100输出的信号因此就暂时保存在电容器215b内。类似，在选择输出信号线207时，接在输出信号线207上的输出晶体管217导通。于是，保存在电容器内的信号输出到末级输出线222上。
接着，在第三子水平扫描周期内，选择传送信号线203，于是接在传送信号线203上的传送晶体管213导通。从第三子选通信号所输入的像素100输出的信号因此就暂时保存在电容器216b内。类似，在选择输出信号线208时，接在输出信号线208上的输出晶体管218导通。于是，保存在电容器215b内的信号输出到末级输出线222上。
顺便说一下，在各个子水平扫描周期内，交替选择末级复位线(SR1至SRx)和末级输出线(SS1至SSx)。在这个例子中，保存在电容器216b内的信号在第一子水平扫描周期输出到末级输出线222上，保存在电容器214b的信号在第二子水平扫描周期输出到末级输出线222上，而保存在电容器215b内的信号在第三子水平扫描周期输出到末级输出线222上。
下面将结合图6说明在这些子水平扫描周期加到末级复位线(SR1至SRx)和末级输出线(SS1至SSx)上的信号的定时图。在这个例子中，将以第二子水平扫描周期为例。
如上所述，在第二子水平扫描周期，选择传送信号线202和输出信号线207。首先，选择第一列的末级复位线(SR1)，于是末级复位晶体管221a导通，使末级输出线222初始化为某个电位值。然后，选择第一列的末级选择线(SS1)，从而末级选择晶体管220导通。于是，暂时保存在第一列的电容器214b内的信号输出到末级输出线222上。
接着，在选择第二列的末级复位线(SR2)时，末级复位晶体管221a导通，使末级输出线222初始化为某个电位值。然后，在选择第二列的末级选择线(SS2)时，末级选择晶体管220导通。于是，暂时保存在第二列的电容器214b内的信号输出到末级输出线222上。
然后，输出到末级输出线222的信号由末级输出放大电路101d放大，再向外界输出。
这样，依次交替地选择所有的末级复位线(SR1至SRx)和末级输出线(SS1至SSx)。于是，暂时保存在所有的列的电容器214b内的信号输出到末级输出线222上。
接着，选择放电信号线204。于是，接在放电信号线204上的所有放电晶体管214a都导通，使与各放电晶体管214a连接的所有电容器214b都初始化为电源基准线214c的电位。
顺便说一下，在这个例子中，虽然所说明的情况是在保存在电容器214b内的信号读出后立即选择放电信号线204使电容器214b初始化，但本发明并不局限于此。对选择放电信号线204的定时没有特别限制，可以任意设定。
此外，在使电容器214b初始化的情况下选择放电信号线204，在使电容器215b初始化的情况下选择放电信号线205，而在使电容器216b初始化的情况下选择放电信号线206。于是，分别接在放电信号线204、205和206上的放电晶体管214a、215a和216a相应导通，使相应电容器初始化为电源基准线214c、215c和216c的电位。
顺便说一下，由于在实施例中说明的是水平扫描周期(P)分成三个部分的情况，因此在这个例子中示出了在一个列中配置三个电容器的情况。然而，本发明并不局限于此。配置在一个列内的电容器的个数可以任意设定。然而，在一个水平扫描周期分成多个子水平扫描周期的情况下，在一个水平扫描周期内输出多个行的信号。因此，最好在每个列内配置多个(个数等于子水平扫描周期数)保存这些信号的电容器。
这个例子可以自由地与实施例1和2相结合。例子2在这个例子中，将结合图7和8详细说明一个不同于例子1的源信号线驱动电路101的结构和工作情况。
下面，将结合图7说明具有偏置电路101a、采样保持电路101b和信号输出线驱动电路101c的第j列的外围部分101e的详细结构。顺便说一下，在图7所示的电路图中，所有的晶体管都是N沟道晶体管，然而本发明并不局限于此，晶体管可以是N沟道型或P沟道型的。
在图7中，偏置电路101a含有一个偏置晶体管310a。偏置晶体管310a具有与每个像素的放大晶体管相同的极性，形成一个源极跟随电路。偏置晶体管310a的栅极接到偏置信号线300上。偏置晶体管310a的源极区和漏极区中的一个区接到信号输出线(Sj)上，而另一个区接到电源基准线310b上。
顺便说一下，在这个例子中，虽然示出的是偏置晶体管310a采用N沟道晶体管的情况，但本发明并不局限于此。例如，偏置晶体管310a和放大晶体管也可以用P沟道晶体管，在这种情况下，偏置晶体管310a接到电源线上，而不是接到电源基准线上。
采样保持电路101b包括传送晶体管311、312和313，放电晶体管314a、315a和316a，末级选择晶体管317、318和319，以及末级复位晶体管321a、322a和323a。
传送晶体管311、312和313的栅极分别接到传送信号线301、302和303上。
每个传送晶体管311、312和313的源极区和漏极区中的一个区接到信号输出线(Sj)上，而另一个区与电容器314b、315b和316b之一和放电晶体管314a、315a和316a中一个相应放电晶体管的源极区和漏极区中的一个区连接。在传送晶体管311、312和313导通时，信号输出线(Sj)的电位传送给电容器314b、315b和316b。
顺便说一下，在这个例子中，虽然示出的是传送晶体管311、312和313采用N沟道晶体管的情况，但本发明并不局限于此。例如，传送晶体管还可以采用一个P沟道晶体管与一个N沟道晶体管并联的形式。
电容器314b与放电晶体管314a的源极区和漏极区连接，一端还接到电源基准线314c上。放电晶体管314a的栅极接到放电信号线305上。
电容器315b与放电晶体管315a的源极区和漏极区连接，一端还接到电源基准线315c上。放电晶体管315a的栅极接到放电信号线305上。
电容器316b与放电晶体管316a的源极区和漏极区连接，一端还接到电源基准线316c上。放电晶体管316a的栅极接到放电信号线305上。
顺便说一下，电容器314b、315b和316b暂时保存从信号输出线(Sj)输出的信号。放电晶体管314a、315a和316a放掉电容器314b、315b和316b的电荷，使它们初始化为电源基准线314c、315c和316c的电位。
在这个例子，假设从第一子选通信号所输入的像素100输出的信号暂时保存在电容器314b内。此外，假设从第二子选通信号所输入的像素100输出的信号暂时保存在电容器315b内，而从第三子选通信号所输入的像素100输出的信号暂时保存在电容器316b内。
标注数字317、318和319所标的为末级选择晶体管。末级选择晶体管317 318和319的栅极接到末级选择线(SSj)上。
末级选择晶体管317的源极区和漏极区中的一个区与电容器314b连接，而另一个区接到末级输出线307上。末级选择晶体管318的源极区和漏极区中的一个区与电容器315b连接，而另一个区接到末级输出线308上。末级选择晶体管319的源极区和漏极区中的一个区与电容器316b连接，而另一个区接到末级输出线309上。
标注数字321a、322a和323a所标的为末级复位晶体管；而321b、322b和323b为电源基准线。末级复位晶体管321a、322a和323a的栅极接到末级复位线(SRj)上。末级复位晶体管321a的源极区和漏极区中的一个区接到电源基准线321b上，而另一个区接到末级输出线307上。
末级复位晶体管322a的源极区和漏极区中的一个区接到电源基准线322b上，而另一个区接到末级输出线308上。此外，末级复位晶体管323a的源极区和漏极区中的一个区接到电源基准线323b上，而另一个区接到末级输出线309上。
顺便说一下，末级复位线(SR1至SRX)用来使末级输出线307、308和309初始化。在选择了任何一条末级复位线(SR1至SRx)而使末级复位晶体管321a、322a和323a导通时，使相应的末级输出线307、308和309的电位初始化为电源基准线321b、322b和323b的电位。
下面将结合图8说明图7所示的源信号线驱动电路101的工作情况。
顺便说一下，在图7所示的源信号线驱动电路101的工作情况中，一个水平扫描周期(P)分成一个采样周期和一个移位寄存器操作周期。而采样周期分成第一采样周期、第二采样周期和第三采样周期三个部分。
在第一采样周期内，选择传送信号线301。在选择传送信号线301时，接在传送信号线301上的传送晶体管311导通。从第一子选通信号所输入的像素100输出的信号因此就暂时保存在电容器314b内。
接着，在第二采样周期内，选择传送信号线302，于是接在传送信号线302上的传送晶体管312导通。从第二子选通信号所输入的像素100输出的信号因此就暂时保存在电容器315b内。
接着，在第三采样周期内，选择传送信号线303，于是接在传送信号线303上的传送晶体管313导通。从第三子选通信号所输入的像素100输出的信号因此就暂时保存在电容器316b内。
在移位寄存器操作周期内，分别保存在电容器314b、315b和316b的信号输出到末级输出线307、308和309上。
在移位寄存器操作周期内，首先选择第一列的末级复位线(SR1)。在选择末级复位线(SR1)时，接在第一列的末级复位线(SR1)上的末级复位晶体管321a、322a和323a导通，使末级输出线307、308和309初始化为电源基准线321b、322b和323b的电位。
接着，选择第一列的末级选择线(SS1)。在选择末级选择线(SS1)时，接在第一列的末级选择线(SS1)上的末级选择晶体管317、318和319导通。于是，暂时保存在第一列的电容器314b、315b和316b的信号输出到末级输出线307、308和309上。
接着，选择第二列的末级复位线(SR2)。在选择末级复位线(SR1)时，接在第二列的末级复位线(SR2)上的末级复位晶体管321a、322a和323a导通，使末级输出线307、308和309初始化为电源基准线321b、322b和323b的电位。
接着，选择第二列的末级选择线(SS1)。在选择末级选择线(SS2)时，接在第二列的末级选择线(SS2)上的末级选择晶体管317、318和319导通。于是，暂时保存在第二列的电容器314b、315b和316b的信号输出到末级输出线307、308和309上。
这样，依次交替地选择所有的末级复位线(SR1至SRx)和末级输出线(SS1至SSx)。于是，暂时保存在所有的列的电容器314b、315b和316b的信号输出到末级输出线307、308和309上。
最后，选择放电信号线305，接在放电信号线305上的所有放电晶体管314a、315a和316a都导通，从而使与放电晶体管314a、315a和316a连接的所有这些列的电容器314b、315b和316b初始化为电源基准线314c、315c和316c的电位。
顺便说一下，输出到末级输出线307、308和309上的信号由末级输出放大电路101d放大后输出给外界。
顺便说一下，由于在实施例中给出的是水平扫描周期(P)分成三个部分的情况，因此在这个例子中示出了在一个列内配置三个电容器(314b，315b和316b)的情况，但本发明并不局限于此。配置在一个列内的电容器的个数可以任意设定。然而，在一个水平扫描周期分成多个子水平扫描周期的情况下，在一个水平扫描周期内输出多个行的信号。因此，最好在每个列内配置多个(个数等于子水平扫描周期数)保存信号的电容器。
这个例子可以自由地与实施例1和2相结合。例子3在这个例子中，将结合图9和10详细说明一个不同于例子1和2的源信号线驱动电路101的结构和工作情况。
首先，将结合图9说明具有偏置电路101a、采样保持电路101b和信号输出线驱动电路101c的第j列的外围部分101e的详细结构。顺便说一下，在图9所示的电路图中，所有的晶体管都是N沟道晶体管，然而本发明并不局限于此，晶体管可以是N沟道型或P沟道型的。
在图9中，偏置电路101a含有一个偏置晶体管5510a。偏置晶体管5510a具有与每个像素的放大晶体管相同的极性，形成一个源极跟随电路。偏置晶体管5510a的栅极接到偏置信号线5511上。偏置晶体管5510a的源极区和漏极区中的一个区接到信号输出线(Sj)上，而另一个区接到电源基准线5510b上。
顺便说一下，在这个例子中，虽然示出的是偏置晶体管5510a采用N沟道晶体管的情况，但本发明并不局限于此。例如，偏置晶体管5510a也可以采用P沟道晶体管，在这种情况下，偏置晶体管5510a接到电源线上，而不是接到电源基准线上。
传送晶体管5512的栅极接到传送信号线5513上。传送晶体管5512的源极区和漏极区中的一个区接到信号输出线(Sj)上，而另一个区与各电容选择晶体管5514d、5530d和5531d的源极区和漏极区中的一个区连接。在传送晶体管5512导通时，信号输出线(Sj)的电位通过电容选择晶体管5514d、5530d和5531d保存在电容器5514b、5530b和5531b内。
顺便说一下，在这个例子中，虽然示出的是传送晶体管5512采用N沟道晶体管的情况，但本发明并不局限于此。例如，传送晶体管可以采用一个P沟道晶体管与一个N沟道晶体管并联的形式。
电容器5514b与电容选择晶体管5514d的源极区和漏极区中的一个区连接，而一端接到电源基准线5514c上。电容选择晶体管5514d的栅极接到存储电容器控制线5534上。电容选择晶体管5514d的源极区和漏极区中的另一个区接到信号输出线(Sj)上。
此外，放电晶体管5514a的栅极接到放电信号线5515上。放电晶体管5514a的源极区和漏极区中的一个区与电容器5514b连接，而另一个区接到电源基准线5514c上。在放电晶体管5514a导通时，使电容器5514b初始化为电源基准线5514c的电位。此外，电容器5514b暂时存储一个从信号输出线(Sj)输出的信号。在这个例子中，暂时保存的是配置在第j列的多个像素100中第一子选通信号所输入的那个像素100的信号。
电容器5530b与电容选择晶体管5530d的源极区和漏极区中的一个区连接，而一端接到电源基准线5530c上。电容选择晶体管5530d的栅极接到存储电容器控制线5535上。电容选择晶体管5530d的源极区和漏极区中的另一个区接到信号输出线(Sj)上。
放电晶体管5530a的栅极接到放电信号线5532上。放电晶体管5530a的源极区和漏极区中的一个区与电容器5530b连接，而另一个区接到电源基准线5530c上。在放电晶体管5530a导通时，使电容器5530b初始化为电源基准线5530c的电位。电容器5530b暂时保存一个从信号输出线(Sj)输出的信号。在这个例子中，暂时保存的是配置在第j列的多个像素100中第二子选通信号所输入的那个像素100的信号。
电容器5531b与电容选择晶体管5531d的源极区和漏极区中的一个区连接，而一端接到电源基准线5531c上。电容选择晶体管5531d的栅极接到存储电容器控制线5536上。电容选择晶体管5531d的源极区和漏极区中的另一个区接到信号输出线(Sj)上。
放电晶体管5531a的栅极接到放电信号线5533上。放电晶体管5531a的源极区和漏极区中的一个区与电容器5531b连接，而另一个区接到电源基准线5531c上。在放电晶体管5531a导通时，使电容器5531b初始化为电源基准线5531c的电位。电容器5531b暂时保存一个从信号输出线(Sj)输出的信号。在这个例子中，暂时保存的是配置在第j列的多个像素100中第三子选通信号所输入的那个像素100的信号。
末级选择晶体管5516的源极区和漏极区中的一个区与各电容选择晶体管5514d、5530d和5531d的源极区和漏极区中的一个区连接。末级选择晶体管5516的源极区和漏极区中的另一个区接到末级输出线5518上。末级选择晶体管5516的栅极接到第j列的末级选择线SSj上。
末级选择线(SS1至SSx)和末级复位线(SR1至SRx)以矩阵形式配置在采样保持电路101b内，从第一列到第x列交替地选择这些末级选择线和末级复位线。例如，选择末级选择线SSj，使末级选择晶体管5516导通。然后选择存储电容器控制线5534、5535和5536中的一条存储电容器控制线，使电容选择晶体管5514d、5530d和5531d中的一个相应电容选择晶体管导通。于是，保存在电容器5514b、5530b和5531b中与电容选择晶体管5514d、5530d和5531d中的导通的那个电容选择晶体管连接的电容器内的信号就输出到末级输出线5518上。
顺便说一下，有这样一种情况，在信号输出到末级输出线5518上前，末级输出线5518已经存有电荷。在这种情况下，这电荷将影响在信号输出到末级输出线5518上时的电位。因此，有必要在信号输出到末级输出线5518上前将末级输出线5518的电位初始化为某个电位值。这样，在选择末级选择线SSJ前选择末级复位线SRj，使末级复位晶体管5517a导通。于是，末级输出线5518的电位就初始化为电源基准线5517b的电位。
下面将结合图10说明图9所示的源信号线驱动电路101的工作情况。
顺便说一下，在这个例子中，将以选择第j行的选通信号线(Gj)时的工作情况为例。此外，在这个例子中，将说明在例子1中所说明的子水平扫描周期内的工作情况。此外，在这个例子中，将说明在图9所示的源信号线驱动电路101内在暂时存储在电容器5514b内的信号输出到末级输出线5518上时的工作情况。
首先，选择第j行的选通信号线(Gj)，再选择放电信号线5515。于是，放电晶体管5514a导通。此外，与选通信号线(Gj)相同，还选择存储电容器控制线5534。
接着，选择传送信号线5513，在传送晶体管5512导通时，从每个像素的光电传感器输出的信号输出给每个列的电容器5514b。
然后，将存储在各列的电容器5514b内的信号依次输出给末级输出线5518。首先，在选择第一列的末级复位线SR1时，末级复位晶体管5517a导通。于是，第一列的末级输出线SS1初始化为电源基准线5517b的电位，然后选择第一列的末级选择线SS1。于是，末级选择晶体管5516导通，第一列的电容器5514b的信号就输出到末级输出线5518上。
接着，选择第二列的末级复位线SR2，使末级复位晶体管5517a导通，从而第二列的末级输出线SS2就初始化为电源基准线5517b的电位。然后，选择第二列的末级选择线SS2，使末级选择晶体管5516导通，从而第二列的电容器5514b的信号就输出到末级输出线5518上。
这样，依次选择从第一列到第x列的所有末级复位线(SR1至SRx)，再重复同样的操作。于是，所有的列的信号输出到末级输出线5518上，经末级输出放大电路101d放大后输出给外界。
顺便说一下，在这个例子中，由于在实施例中所示的是水平扫描周期(P)分成三个部分的情况，因此在这个例子中示出的是在一个列内配置三个电容器(5514b，5530b，5531b)的情况，但本发明并不局限于此。配置在一个列内的电容器的个数可以任意设定。然而，在一个水平扫描周期分成多个子水平扫描周期的情况下，在一个水平扫描周期内输出多个行的信号。因此，最好在每个列内配置多个(个数等于子水平扫描周期数)保存这些信号的电容器。
这个例子可以自由地与这些实施例和例子1和2相结合。例子4在这个例子中，将结合图11A和11B说明图3所示末级输出放大电路101d的详细结构。顺便说一下，可以为外界照原样提取输出到末级输出线上的信号而不加放大。然而，在要输出的信号微弱的情况下，最好将信号放大后再提取给外界。此外，在这个例子中，虽然将源极跟随电路示为一个具有简单结构的信号放大电路，但本发明并不局限于此。末级输出放大电路101d可以采用诸如运算放大器之类的众所周知的放大电路。
图11A示出了包括一个N沟道源极跟随电路的末级放大电路101d。通过末级选择晶体管5516将信号输入末级输出放大电路101d。末级选择晶体管5516的栅极所接的末级选择线(SSj)以矩阵形式配置在采样保持电路101b内，从第一列到第x列相继选择这些末级选择线。
从末级输出线5518输出的信号由末级输出放大电路101d放大后输出给外界。末级输出线5518接到放大晶体管5521的栅极上。放大晶体管5521的漏极区接到电源线5520上，而源极区是一个输出端。
但是，偏置晶体管5522的栅极接到末级输出放大偏置信号线5523上。偏置晶体管5522的源极区和漏极区中的一个区接到电源基准线5524上，而另一个区与放大晶体管5521的源极区连接。
图11B示出了含有一个P沟道源极跟随电路的末级放大电路。末级输出线5518接到放大晶体管5521的栅极上。放大晶体管5521的漏极区接到电源基准线5524上，而源极区成为一个输出端。
但是，偏置晶体管5522的栅极接到末级输出放大偏置信号线5523上。偏置晶体管5522的源极区和漏极区中的一个区接到电源线5520上，而另一个区与放大晶体管5521的源极区连接。顺便说一下，图11B中所示的P沟道源极跟随电路的末级输出放大偏置信号线5523的电位不同于图11A中所示的N沟道源极跟随电路的末级输出放大偏置信号线523的电位。
这个例子可以自由地与实施例1和2以及例子1至3相结合。例子5在这个例子中，将结合图12说明本发明的在一个像素内配置一个光电传感器和多个晶体管的半导体装置的剖视结构。
在图12中，标注数字6000所标的为一个具有一个绝缘表面的基底，而6001为一个底层薄膜。在这个底层薄膜6001上形成了一个光电传感器111、一个放大晶体管113、一个开关晶体管112和一个复位晶体管114。作为一个驱动电路部分例示了一个N沟道晶体管和一个P沟道晶体管。顺便说一下，每个晶体管都可以采用具有任何众所周知的结构的晶体管。
下面将说明在具有绝缘表面的基底6000上形成的每个晶体管的结构。放大晶体管113包括栅极6023、栅极绝缘薄膜6008、由p型掺杂区构成的源极区和漏极区6037、源极引线6042和漏极引线6043。
开关晶体管112包括栅极6024、栅极绝缘薄膜6008、由p型掺杂区构成的源极区和漏极区6038、源极引线6044和漏极引线6045。
复位晶体管114包括栅极6025、栅极绝缘薄膜6008、由N型掺杂区构成的源极区和漏极区6019、LDD区(轻掺杂漏极区)6030、源极引线6046和漏极引线6047。
光电传感器111包括由P型掺杂区构成的P型半导体层6036、由N型掺杂区构成的N型半导体层6020b和由非晶态半导体薄膜构成的光电变换层(i层)6054。
驱动电路部分的N沟道晶体管包括栅极6026、栅极绝缘薄膜6008、由N型掺杂区构成的源极区和漏极区6021、LDD(轻掺杂漏极区)6031、源极引线6050和漏极引线6051。
此外，驱动电路部分的P沟道晶体管包括栅极6027、栅极绝缘薄膜6008、由P型掺杂区构成的源极区和漏极区、漏极引线6052和源极引线6053。
然后，配置第一隔层绝缘薄膜6041和第二隔层绝缘薄膜6059来覆盖放大晶体管113、开关晶体管112、复位晶体管114、N沟道晶体管和P沟道晶体管。
这个例子可以自由地与实施例1和2以及例子1至4相结合。例子6在这个例子中，将说明一个应用本发明的驱动方法的半导体装置在密封和加接FPC状态下的外观。
图13A为一个半导体装置的顶视图，而图13B为沿图13A的剖面X-X′切剖的剖视图。在图13A中，标注数字4001所标的为基底，4002为像素部分，4003为源信号线驱动电路，而4004为选通信号线驱动电路。各驱动电路通过引线4005、4006和4007连接到FPC 4008上，再接到外部设备上。
此时，再加上封面件4009、密封胶4010和密封件4011(示于图13B)，以便将至少像素部分，最好是驱动电路和像素部分，包围起来。
在图13B中，在基底4001和底层薄膜4012上形成了一个驱动电路部分4013(在这里示出的是一个将一个N沟道TFT和一个P沟道TFT合并在一起的CMOS电路)和像素部分4014(在这里示出的只是一个光电传感器和一个开关晶体管)。
在用众所周知的制造方法完成了驱动电路部分4013和像素部分4014后，形成一个由树脂材料构成的第一隔层绝缘薄膜(平整薄膜)4015。
接着，形成一个由树脂材料构成的第二隔层绝缘薄膜4017，再形成钝化薄膜4022，加上垫料4023和封面件4009，覆盖住第二隔层绝缘薄膜4017。
将密封件4011配置在封面件4009和基底4001之间，再在密封件4011外加上密封胶4010。
此时，垫料4023还起着粘接封面件4009的粘合剂作用。作为垫料4023，可以用PVC(聚氯乙烯)、环氧树脂、硅酮树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)。最好垫料4023内含有干燥剂，从而可以有吸湿作用。
此外，在垫料4023内可以含有一个调节垫。此时，调节垫做成一个由BaO之类构成的颗粒物，可以将调节垫本身做成具有收湿性的。在配置有调节垫的情况下，钝化膜4022可以解除调节垫压力。此外，除了钝化膜4022，还可以配置一层解除调节垫压力的树脂薄膜。
此外，作为封面件4009可以用玻璃片、铝片、不锈钢片、FRP(玻璃纤维增强塑料)片、PYF(聚氟乙烯)薄膜、玛拉Mylar)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸薄膜。顺便说一下，在垫料4023用PVB或EVA的情况下，最好用一个具有在PVF薄膜或玛拉薄膜之间夹有一层几十μm的铝箔的结构的片。
引线4007接至驱动电路4013内的晶体管，还通过密封件4011、密封胶4010和基底4001之间的间隙与FPC 4008电连接。顺便说一下，虽然在这里说明的是引线4007的情况，但其他引线4005和4006也以同样的方式通过密封件4011和密封胶4010下的间隙与FPC 4008电连接。
顺便说一下，在这个例子中，在加了垫料4023后，粘接封面件4009，再配上密封件4011，覆盖垫料4023的侧面(暴露表面)。然而，也可以在加上封面件4009和密封件4011后再加垫料4023。在这种情况下，需要形成一个使填料可以填入由基底4001、封面件4009和密封件4011形成的间隙的通入口。需使这个间隙具有真空状态，使得在将这个通入口浸在含有填料的槽内后间隙外的气压高于间隙内的气压，从而使填料填入间隙。
这个例子可以自由地与实施例1和2以及例子1至5相结合。例子7在这个例子中，将结合图14A至14F说明采用应用本发明的半导体装置的电子设备。
图14A示出了一个使用一个行传感器的人工扫描器。在一个CCD型(CMOS型)图像传感器1001上配置了一个诸如棒形透镜阵列之类的光学系统1002。用这个光学系统1002使对象1004的图像投射到图像传感器1001上。诸如LED或荧光灯之类的光源1003配置在它可以用光照射对象1004的位置上。在对象1004的下面配置了一块玻璃1005。
从光源1003发出的光通过玻璃1005投射到对象1004上。对象1004反射的光通过玻璃1005投射到光学系统1002上。投射到光学系统1002上的光投射到图像传感器1001上，在那里受到光电变换。图像传感器1001可以采用应用本发明的半导体装置。
在图14B中，标注数字1801所标的为基底，1802为像素部分，1803为接触面板，而1804为触笔。接触面板1803是透明的，可以传送从像素部分1802发出的光和将入射光传送给像素部分1802，从而可以通过接触面板1803读取对象的图像。而且，在像素部分1802上显示图像的情况下，可以通过接触面板1803看到在像素部分1802上的图像。
在触笔1804接触接触面板1803时，可以得到触笔1804接触接触面板1803的部分的位置的信息，作为一个电信号输入一个半导体设备。对于在这个例子中所用的接触面板1803和触笔1804，可以采用众所周知的，只要接触面板1803是半透明的，可以得到触笔1804接触接触面板1803的部分的位置的信息，作为一个电信号输入半导体设备。像素部分1801可以采用应用本发明的半导体装置。
图14C示出了一个与图14A的不同的便携式人工扫描器，它由主体1901、像素部分1902、上机盖1903、外部连接端口1904和操作开关1905构成。图14D为图14C的便携式人工扫描器的上盖1903在合上时的示意图。
可以将在像素部分1902读取的图像信号从外部连接端口1904发送给一个便携式人工扫描器的外接电子设备，以便用个人计算机对图像进行校正、合成和编辑。像素部分1902可以采用应用本发明的半导体装置。
此外，采用应用本发明的半导体装置的电子设备包括摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式信息终端(移动计算机，移动电话机，便携式游戏机，电子图书等等)之类。
图14E示出了数字摄像机，它包括主体2601、显示部分2602、机壳2603、外部连接端口2604、远程控制接收部分2605、图像接收部分2606、电池2607、语音输入部分2608、操作键2609等。显示部分2102可以采用应用本发明的半导体装置。
图14F示出了一个移动计算机，它包括主体2301、显示部分2302、开关2303、操作键2304、红外端口2305等。显示部分2302可以采用应用本发明的半导体装置。
图14G示出了一个移动电话机，它包括主体2701、机壳2702、显示部分2703、语音输入部分2704、语音输出部分2705、操作键2706、外部连接部分2707、天线2708等。显示部分2703可以采用应用本发明的半导体装置。
如上所述，本发明具有很宽的应用范围，可以用于任何技术领域的电子设备。
按照本发明的半导体装置的驱动方法，一个水平扫描周期(P)被分成n个部分(n为一个自然数)，使得水平扫描在一个帧周期内可以执行(n×y)次。按照本发明，从每个像素可以输出n个信号，而这n个信号的存储时间是互不相同的。这样，由于可以选择其中一个适合于照射到像素上的光的强度的信号，因此可以精确地读取对象的信息。此外，还可以增大所读对象的动态范围。
权利要求
1.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内选择一条选通信号线。
2.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内选择最多一条选通信号线；以及在水平扫描周期选择最多n条选通信号线。
3.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内选择最多一条选通信号线；在水平扫描周期内最多选择n条选通信号线；以及在一个帧周期内最多n次选择一条选通信号线。
4.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内从多个像素中的一个所选像素输出一个信号。
5.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在水平扫描周期内从多个像素中的n个所选像素输出信号，其中所述n个像素接在同一条信号输出线上。
6.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内输出每条信号输出线最多一个信号。
7.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，每个水平扫描周期包括一个采样周期和一个移位寄存器操作周期，而这个采样周期包括n个子采样周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子采样周期内输出每条信号输出线最多一个信号。
8.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内从多个像素中的一个所选像素输出一个信号。以及在水平扫描周期内从多个像素中的n个所选像素输出信号，其中所述n个像素接在同一条信号输出线上，以及其中在一个帧周期内输出每个像素最多n个信号。
9.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内输出每条信号输出线最多一个信号。以及在水平扫描周期内输出每条信号输出线最多n个信号。
10.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括n个子水平扫描周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子水平扫描周期内输出每条信号输出线最多一个信号。以及在水平扫描周期内输出每条信号输出线最多n个信号，其中水平扫描在一个帧周期内最多执行n次。
11.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，而每个水平扫描周期包括一个采样周期和一个移位寄存器操作周期，而这个采样周期包括n个子采样周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子采样周期内输出每条信号输出线最多一个信号；以及在采样周期内输出每条信号输出线最多n个信号。
12.一种驱动一个包括一个具有多个排列成矩阵形式的像素的半导体装置的驱动方法，其中一个帧周期包括多个水平扫描周期，每个水平扫描周期包括一个采样周期和一个移位寄存器操作周期，而这个采样周期包括n个子采样周期(n为一个自然数)，所述方法包括下列步骤在子采样周期内输出每条信号输出线最多一个信号；以及在采样周期内输出每条信号输出线最多n个信号，其中水平扫描在一个帧周期内最多执行n次。
13.一种按照权利要求8所述的半导体装置的驱动方法，其中所述n个信号的存储时间互不相同。
14.一种按照权利要求9所述的半导体装置的驱动方法，其中所述n个信号的存储时间互不相同。
15.一种按照权利要求10所述的半导体装置的驱动方法，其中所述n个信号的存储时间互不相同。
16.一种按照权利要求11所述的半导体装置的驱动方法，其中所述n个信号的存储时间互不相同。
17.一种按照权利要求12所述的半导体装置的驱动方法，其中所述n个信号的存储时间互不相同。
18.一种按照权利要求1所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
19.一种按照权利要求2所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
20.一种按照权利要求3所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
21.一种按照权利要求4所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
22.一种按照权利要求5所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
23.一种按照权利要求6所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
24.一种按照权利要求7所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
25.一种按照权利要求8所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
26.一种按照权利要求9所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
27.一种按照权利要求10所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
28.一种按照权利要求11所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
29.一种按照权利要求12所述的半导体装置的驱动方法，其中所述像素包括一个光电传感器。
30.一种按照权利要求1所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
31.一种按照权利要求2所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
32.一种按照权利要求3所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
33.一种按照权利要求4所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
34.一种按照权利要求5所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
35.一种按照权利要求6所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
36.一种按照权利要求7所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
37.一种按照权利要求8所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
38.一种按照权利要求9所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
39.一种按照权利要求10所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
40.一种按照权利要求11所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
41.一种按照权利要求12所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置用于从包括人工扫描器、便携式人工扫描器、数字摄像机、移动计算机、移动电话机、摄像机、数字静态摄像机、笔记本式个人计算机、便携式游戏机和电子图书的组中选出的一个电子设备。
全文摘要
本将一个水平扫描周期分成n个部分(n为一个自然数)，使得水平扫描可以在一个帧周期内执行(n×y)次。也就是说，从每个像素可以输出n个信号，而这n个信号的存储时间是互不相同的。这样，由于可以选择其中一个适合于照射到每个像素上的光的强度的信号，因此可以精确地读取对象的信息。
文档编号H04N5/335GK1400563SQ02127220
公开日2003年3月5日 申请日期2002年7月30日 优先权日2001年7月30日
发明者木村肇 申请人:株式会社半导体能源研究所