CN101995995B - 触摸传感器的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种触摸传感器的方法和设备。第一光电二极管包括第一长度的i区。第二光电二极管包括具有第二长度的i区。包括电容元件的感测组件可操作地连接至第一光电二极管和第二光电二极管。第一光电二极管的i区的第一长度不同于第二光电二极管的i区的第二长度。

Description

触摸传感器的方法和设备

相关申请的交叉参考

本申请要求包含于2009年8月19日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-190109中公开的主题的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及触摸传感器的方法和设备。例如，触摸传感器被用在接近物体等的位置检测、驱动触摸传感器的方法、制造触摸传感器的方法、用于触摸感测或触摸检测的显示装置和电子装置。

背景技术

在现有技术中，已经建立了检测接触或接近显示装置中的显示屏的物体位置等的技术。在这些技术中，广泛普及的典型技术，存在包括触摸面板的显示装置。

存在各种类型的触摸面板，电容检测型触摸面板是典型的触摸面板。在这种类型的触摸面板中，由手指触摸触摸面板，面板表面上电荷变化被捕获，这允许检测物体的位置等。因而，通过使用这种触摸面板，用户可以直观地操作触摸面板。

例如，本受让人(assignee)在日本未审查专利申请公开第2004-127272号和第2006-276223号中提出了包括显示部(显示和图像拾取面板)的显示装置，该显示部具有显示图像的显示功能和拾取物体图像或检测物体的图像拾取功能(检测和传感器功能)。

发明内容

当利用日本未审查专利申请公开第2004-127272号中描述的显示装置时，例如，在诸如手指的物体接近显示和图像拾取面板等的情况下，通过利用从显示和图像拾取面板照射、然后被物体反射的反射光，基于拾取图像，可以检测物体的位置等。因而，通过利用这种显示装置，可以以简单的结构检测物体的位置等，无需在显示和图像拾取面板上单独提供诸如触摸面板的组件。

然而，在利用如上所述的物体反射的反射光的情况下，外部光(环境光)、感光元件中的特性变化等可能成为问题。具体地，接收到的光的亮度根据外部光的亮度而变化，因而可能难以基于拾取图像检测物体的位置等。此外，感光元件中的特性变化引起固定噪声，因而难以基于拾取图像检测物体的位置等。

因此，在日本未审查专利申请公开第2006-276223号中，通过取得开灯状态下获得的图像(利用照射光引起的反射光获得的图像)和关灯状态下获得的图像之间的差，消除了外部光和固定噪声的上述影响。

具体地，例如，如图32的部分(A)中所示，在入射的外部光(环境光)L0强烈的情况下，在背光灯105开启的状态下感光输出电压Von101变成如图32的部分(B)中示出的。即，在显示区域101中除了手指“f”触摸的位置之外的位置，感光输出电压Von101变成对应于环境光L0亮度的电压值Va。在显示区域101中手指“f”触摸的位置，当来自背光灯105的照射光Lon被当时进行触摸的物体(手指“f”)表面反射时，对应于反射率感光输出电压Von101降低到电压值Vb。另一方面，在除手指“f”触摸的位置之外的位置，以与感光输出电压Von101相同的方式，处于背光灯105关闭状态下的感光输出电压Voff101变成对应于环境光L0亮度的电压值Va。然而，在手指“f”触摸的位置，环境光L0被遮断，感光输出电压Voff101变成处于极低水平的电压值Vc。

例如，如图33的部分(A)中所示，在入射环境光L0微弱(基本不存在)的情况下，处于背光灯105开启状态下的感光输出电压Von201变成如图33的部分(B)中所示的。即，在显示区域101中除了手指“f”触摸的位置之外的位置，因为不存在环境光L0，所以感光输出电压Von201变成处于极低水平的电压值Vc。在显示区域101中手指“f”触摸的位置，当来自背光灯105的照射光Lon被当时进行触摸的物体(手指“f”)表面反射时，对应于反射率，感光输出电压Von201增大到电压Vb。另一方面，在手指“f”触摸的位置和除那个触摸位置之外的位置，处于背光灯105关闭的状态下的感光输出电压Voff201不变化，并保持在处于极低水平的电压值Vc。

以这种方式，在显示区域101中未被手指“f”触摸的位置中，在存在环境光L0的情况与不存在环境光L0的情况之间，感光输出电压有很大不同。相反，在显示区域101中手指“f”触摸的位置中，不论环境光L0存在还是不存在，背光灯105开启时的电压Vb和背光灯105关闭时的电压Vc基本处于相同状态。因而，通过检测背光灯105开启时的电压和背光灯105关闭时的电压之间的差，像电压Vb和Vc之间的差，可以将存在某一水平以上差值的位置确定为物体接近等的位置。例如，就像图34中示出的差值图像“C”，可以在不受外部光和固定噪声影响的情况下检测物体的位置等。

然而，例如，在通过使用如图34中所示的这种差异图像“C”来检测物体的方法中，帧存储器等对背光灯关闭时的图像(图像A)和背光灯开启时的图像(图像B)这两幅图像是必需的。因此，增大了组件成本。

以这种方式，在上述技术中，很难在抑制制造成本的同时，在不考虑当时使用状况的情况下稳定地检测接触或接近面板的物体，因而，仍存在进一步改进的余地。

因而，例如，考虑一种方法，其中，提供了包括用于充电的第一光电二极管、用于放电的第二光电二极管和电容元件的传感器元件，控制第一光电二极管和第二光电二极管，使其交替地导通/截止，并且与用于检测的照射光与导通/截止控制同步地分时地照射到接近物体上。在该方法中，当将照射光照射到接近物体上时，根据该照射光引起的反射光和环境光的总光量，充电电荷通过第一光电二极管存储或蓄积在电容元件中。当未照射照射光时，根据环境光的光量，放电电荷通过第二光电二极管从电容元件释放。通过重复这种充电操作和放电操作，仅基于接近物体反射的反射光分量的电荷存储在电容元件中，而环境光分量被扣除。提取根据仅基于反射光分量的电荷的信号作为传感器元件的检测信号。因此，可以在不受环境光影响的情况下获得关于接近物体的物体信息。在该方法的情况下，理论上，因为获得了已消除了环境光影响的检测信号，所以不需要用于两幅图像的上述帧存储器，帧存储器的数目可以是一个。

在使用包括用于充电的第一光电二极管和用于放电的第二光电二极管的传感器元件的情况下，当在充电操作时间和放电操作时间之间二极管响应特性存在差异时，很难充分地扣除环境光分量。因此，存在可能无法执行良好的检测的风险。

为了执行稳定的检测操作，期望执行抑制两个二极管之间的响应特性的差异的控制，或期望将元件结构本身形成为抑制响应特性差异的结构。鉴于上述情况，期望提供一种能够通过在结构上减少该两个二极管元件之间的响应特性差异，以执行稳定的检测操作的传感器元件，一种驱动这种传感器元件的方法，一种触摸传感器装置，一种具有输入功能的显示装置以及电子装置。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备包括：第一光电二极管，第一光电二极管包括第一p型半导体区(“p区”)、第一本征半导体区(“i区”)以及第一n型半导体区(“n区”)，其中第一i区由限定作为第一p区和第一n区之间的第一i区的第一距离的第一长度限定；第二光电二极管，第二光电二极管包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，第二i区由限定作为在第二p区和第二n区之间的第二i区的第二距离的第二长度限定；以及感测组件，可操作地连接至第一光电二极管和第二光电二极管，感测组件包括电容元件；其中第一长度不同于第二长度。

在示例性实施方式中，触摸传感器电容元件通过第一光电二极管充电而通过第二光电二极管放电。

在示例性实施方式中，触摸传感器第一长度大于第二长度。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备的第一i区由第一长度和第一宽度限定，第一长度和第一宽度限定第一面积，第二i区由第二长度和第二宽度限定，第二长度和第二宽度限定第二面积，且第一面积基本上等于第二面积。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一长度大于第二长度。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一宽度小于第二宽度。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一光电二极管和第二光电二极管具有基本相同的时间常数。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一i区由第一长度和第一宽度限定，第二i区由第二长度和第二宽度限定，且第一宽度小于第二宽度。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一光电二极管和第二光电二极管串联连接，感测组件的输入节点连接在第一光电二极管和第二光电二极管之间，电容元件连接在输入节点和电源之间，第一晶体管连接在输入节点和复位电压源之间，第一晶体管的栅极端连接至复位信号线，第二晶体管连接在电源和第三晶体管之间，第二晶体管的栅极连接至输入节点，以及第三晶体管连接在第二晶体管和读出线之间，第三晶体管的栅极连接至读出信号线。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一光电二极管在第一时间段内对电容元件充电，第二光电二极管在第一时间段之后的第二时间段内对电容元件放电。

在示例性实施方式中，在第一时间段和第二时间段内，当物体通过接触或接近触摸传感器设备引起触摸状态时，触摸传感器设备第一光电二极管对电容元件的充电基本上大于第二光电二极管对电容元件的放电。

在示例性实施方式中，在第一时间段和第二时间段内，当物体在触摸传感器设备的触摸感测范围之外时，触摸传感器设备第一光电二极管对电容元件的充电与第二光电二极管对电容元件的放电基本相同。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一光电二极管在第二时间段之后的第三时间段内对电容元件充电，第二光电二极管在第三时间段之后的第四时间段内对电容元件放电。

在示例性实施方式中，单独地控制触摸传感器设备第一光电二极管和第二光电二极管的导通和截止。

在示例性实施方式中，当第一光电二极管导通而第二光电二极管截止时，第一光电二极管中产生的触摸传感器设备第一电荷蓄积在电容元件中，当第二光电二极管导通而第一光电二极管截止时，第二光电二极管中产生的第二电荷从电容元件放出。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一光电二极管包括第一栅电极、连接至第一p区的第一阳极电极以及连接至第一n区的第一阴极电极，第二光电二极管包括第二栅电极、连接至第二p区的第二阳极电极以及连接至第二n区的第二阴极电极，第二阴极电极连接至第一阳极电极，以便第一二极管元件和第二二极管元件彼此串联连接，通过改变第一阴极电极与第一栅电极之间的第一电位关系来导通和截止第一光电二极管，通过改变第二阳极电极与第二栅电极之间的第二电位关系来导通和截止第二光电二极管。

在示例性实施方式中，将触摸传感器设备第一固定电压施加至第一栅电极，而将第二固定电压施加至第二栅电极，并且将第一脉冲施加至第一阴极电极，而将第二脉冲施加至第二阳极电极。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备第一光电二极管和第二光电二极管的响应特性不同。

在示例性实施方式中，触摸传感器设备进一步包括基板，基板包括以矩阵形式设置在基板上的用于触摸感测的多个像素，每个像素均包括第一光电二极管、第二光电二极管以及感测组件。

在示例性实施方式中，电子装置包括多个像素，多个像素中的每个像素均包括：第一光电二极管，所述第一光电二极管包括第一p型半导体区p区、第一i区以及第一n区，其中，第一i区由限定作为第一p区和第一n区之间的第一i区的第一距离的第一长度限定；第二光电二极管，所述第二光电二极管包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，第二i区由限定作为在第二p区和第二n区之间的第二i区的第二距离的第二长度限定；感测组件，可操作地连接至第一光电二极管和第二光电二极管，感测组件包括电容元件；其中第一长度不同于第二长度。

在示例性实施方式中，电子装置是电视机、数码相机、个人电脑、笔记本电脑、台式电脑、摄像机以及移动电话中的至少一个。

在示例性实施方式中，显示装置包括：多个显示像素；多个第一光电二极管，每个第一光电二极管均包括第一p区、第一i区以及第一n区，其中，第一i区由限定作为第一p区和第一n区之间的第一i区的第一距离的第一长度限定；多个第二光电二极管，每个第二光电二极管均包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，第二i区由限定作为第二p区和第二n区之间的第二i区的第二距离第二长度限定；以及多个感测组件，多个感测组件中的每个感测组件可操作地连接至相应的第一光电二极管和相应的第二光电二极管，并包括电容元件；其中，对于多个第一光电二极管和第二光电二极管中的每个而言，第一长度均不同于第二长度。

在示例性实施方式中，驱动触摸传感器的方法包括：用第一光电二极管在第一时间段内对电容元件充电，第一光电二极管包括第一p型半导体区p区、第一i区以及第一n区，其中，第一i区由限定作为第一p区和第一n区之间的第一i区的第一距离的第一长度限定；用第二光电二极管在第一时间段之后的第二时间段内对电容元件放电，第二光电二极管包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，第二i区由限定作为在第二p区和第二n区之间的第二i区的第二距离的第二长度限定，其中第一长度不同于第二长度；以及在第二段时间之后感测电容元件的充电电荷，从而确定在第一和第二时间段是否存在过触摸状态。

在示例性实施方式中，制造触摸传感器设备的方法包括：用第一光电二极管在第一时间段内对电容元件充电，第一光电二极管包括第一p型半导体区p区、第一i区以及第一n区，其中，第一i区由限定作为第一p区和第一n区之间的第一i区的第一距离第一长度限定；用第二光电二极管在第一时间段之后的第二时间段内对电容元件放电，第二光电二极管包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，第二i区由限定作为在第二p区和第二n区之间的第二i区的第二距离第二长度限定，其中，第一长度不同于第二长度；通过在第一时间段内感测电容元件的第一充电电荷来确定第一光电二极管的第一时间常数，通过在第二时间段内感测电容元件的第一充电电荷来确定第二光电二极管的第二时间常数；以及调整第一长度和第二长度中的至少一个，以使第一时间常数基本上等于第二时间常数。

这里所使用的术语“外部的接近物体”(也简称为“接近物体”不仅指字面意义上的接近的物体，而且也指，例如，在通过以矩阵形式在一个平面内配置多个触摸传感器元件来形成触摸传感器面板的情况下，与触摸传感器面板接触的物体。

在触摸传感器装置、驱动传感器元件的方法、具有输入功能的显示装置以及根据本发明的示例性实施方式的电子装置中，在第一二极管元件的本征半导体区(i区)的第一方向上的长度(所谓的L长度)不同于在第二二极管元件的本征半导体区的第一方向上的长度。因此，实现了这样的元件结构，其中第一二极管元件和第二二极管元件之间响应特性的差异降低了。更具体地，存在这种特性：随着L长度变得越短，二极管元件的响应特性变得越快(当截止状态切换到导通状态时，表示电流响应特性的时间常数变得越小)。通过利用这些特性来优化L长度，可以降低响应特性的差异。

根据触摸传感器元件、驱动触摸传感器元件的方法、触摸传感器装置、具有输入功能的显示装置以及本发明的示例性实施方式的电子装置，使在第一二极管元件本征半导体区的第一方向上的长度不同于在第二二极管元件本征半导体区的第一方向上的长度。这使得可以优化L长度，以便降低第一二极管元件和第二二极管元件之间的响应特性差异。通过适当地设定L长度，第一二极管元件的时间常数和第二二极管元件的时间常数(均表示当截止状态切换到导通状态时的电流响应特性)基本匹配。因此，通过抑制第一二极管元件和第二二极管元件之间响应特性的差异，可以执行稳定的检测操作。

这里描述了从下面的具体实施方式和附图中将变得显而易见的另外的特征和优点。

附图说明

图1是示出根据示例性实施方式的具有输入功能的显示装置的结构实例的框图。

图2是示出图1所示的I/O显示面板的结构实例的框图。

图3是示出图2所示的显示区域(传感器区域)中像素配置实例的平面图。

图4是示出图3所示像素配置中传感器元件(图像拾取元件)与的信号线之间的连接关系的实例的平面示意图。

图5是示出图1所示显示装置中传感器元件的结构实例的电路图。

图6示出图5所示传感器元件的元件结构实例，其中部分(A)是传感器元件中半导体部分的平面图，而部分(B)是整个传感器元件的截面图。

图7A～图7C是说明图5所示的示例性传感器元件中第一二极管元件中的导通操作区和截止操作区的示意图。

图8A～图8C是说明图5所示的示例性传感器元件中第二二极管元件中的导通操作区和截止操作区的示意图。

图9是示出图1所示的显示装置中的接近物体检测处理(图像拾取操作)的实例的时序波形图。

图10是说明图9所示的接近物体检测处理中的充电操作的电路图。

图11是说明图9所示的接近物体检测处理中的放电操作的电路图。

图12A示出当在理想状态下操作两个二极管元件时所得到的存储节点的示例性电压波形，图12B是示出在考虑这两个二极管元件之间响应特性差异的情况下存储节点的实际电压波形的示例性波形图。

图13是由于两个二极管元件之间响应特性差异造成在存储节点中产生示例性电压上升的说明性示图。

图14A和14B是示出由于第一二极管元件中L长度不同造成的示例性频率特性(实测值)的特性图，其中图14A示出由当L＝12μm并且频率为125Hz时由信号电压归一化的特性，图14B示出由当每个L长度中的频率均为125Hz时由信号电压归一化的特性。

图15A是示出二极管元件的典型的电流响应特性的特性图，图15B是示出二极管元件的典型的电压响应特性的特性图。

图16是比较了利用图14A中所示的实测值的示例性频率特性与用计算式对利用实测值的频率特性进行再现获得的频率特性的特生图。

图17是通过使用示例性实测值和计算值示出L长度与电流的时间常数之间的关系的特性图，其中，用L＝12μm归一化。

图18A和18B是示出图5所示传感器元件中的示例性充电/放电波形的特性图，其中图18A示出在第一二极管元件和第二二极管元件中将L长度设定为L＝12μm的情况下的特性，并且图18B示出在第一二极管元件和第二二极管元件中将L长度设定为L＝6μm的情况下的特性。

图19A是详细示出图18A所示充电/放电波形中的充电侧(第一二极管元件)的示例性特性的特性图(L＝12μm)，并且图19B是详细示出图18B所示充电/放电波形中充电侧(第一二极管元件)的示例性特性的特性图(L＝6μm)。

图20A是详细示出图18A所示充电/放电波形中的放电侧(第二二极管元件)的示例性特性的特性图(L＝12μm)，并且图20B是详细示出图18B所示充电/放电波形中放电侧(第二二极管元件)的示例性特性的特性图(L＝6μm)。

图21A和21B是示出在将第一二极管元件中L长度和第二二极管元件中L长度配置为充电/放电特性彼此相等的情况下的照度依赖性的特性图，其中图21A示出在外部光照度为1700lx的情况下的充电/放电特性(L1＝10μm，L2＝6μm)，图21B示出在外部光照度为2600lx的情况下的充电/放电特性(L1＝10μm，L2＝6μm)。

图22A和22B是示出在将第一二极管元件中L长度和第二二极管元件中L长度配置为充电/放电特性彼此相等的情况下的照度依赖性的特性图，其中图22A示出在外部光照度为3600lx的情况下的充电/放电特性(L1＝10μm，L2＝6μm)，图22B示出在外部光照度为5600lx的情况下充电/放电特性(L1＝10μm，L2＝6μm)。

图23A示出利用图1所示显示装置中接近物体检测结果的应用程序的第一执行实例，图23B是示出第二执行实例的说明性示图。

图24是示出利用接近物体检测结果的应用程序的第三执行实例的说明性示图。

图25是示出利用接近物体检测结果的应用程序的第四执行实例的说明性示图。

图26是示出利用接近物体检测结果的应用程序的第五执行实例的说明性示图。

图27是示出图1所示显示装置的第一应用实例的外观的透视图。

图28A是示出从第二应用实例的正面看去的外观的透视图，图28B示出从第二应用实例的背面看去的外观。

图29是示出第三应用实例的外观的透视图。

图30是示出第四应用实例的外观的透视图。

图31A是打开的第五应用实例的正视图，图31B是其侧视图，图31C是闭合的第五应用实例的正视图，图31D是其左视图，图31E是其右视图，图31F是其俯视图以及图31G是其仰视图。

图32是示出具有输入功能的现有显示装置中的接近物体检测方法的实例的特性图。

图33是示出具有输入功能的现有显示装置中的接近物体检测方法的另一个实例的特性图。

图34是使用差值图像(difference image)说明接近物体的现有检测方法的示例性摄影图(photographic view)。

具体实施方式

下面将参照附图，详细描述示例性实施方式(下文简称为实施方式)。

图1示出根据示例性实施方式的具有输入功能的显示装置(显示和图像拾取装置)的整体结构的实例。该显示装置包括I/O显示面板20、背光灯15、显示驱动电路12、感光驱动电路(photo-receptiondrive circuit)13、图像处理部14以及应用程序执行部11。

例如，I/O显示面板20由液晶显示器(LCD)形成。在I/O显示面板20中，如后述的图3所示，以矩阵形式配置多个显示像素31RGB，且I/O显示面板20具有在执行行序(line-sequential)操作时，基于显示数据显示预定图形、预定字符等的图像的功能(显示功能)。此外，在I/O显示面板20中，如后述的图3所示，以矩阵形式配置作为图像拾取像素的多个传感器元件33，且I/O显示面板20具有检测和拾取接触或接近面板表面的物体(接近物体，或“外部接近物体”)图像的功能(检测功能和图像拾取功能)。

背光灯15是用于I/O显示面板20的显示和检测的光源，并且，例如，将多个发光二极管设置在背光灯15中。如后所述，背光灯15由显示驱动电路12驱动并控制，并能够与I/O显示面板20的操作时序同步地以预定时序高速地进行开启/关闭(灯开启/灯关闭)操作。

显示驱动电路12是驱动该I/O显示面板20的显示像素31RGB(驱动行序显示操作)的电路，以便在I/O显示面板20上显示基于显示数据的图像(以便执行显示操作)。显示驱动电路12还执行背光灯15的开启/关闭(开灯/关灯)控制。

感光驱动电路13是驱动I/O显示面板20(驱动行序图像拾取操作)的电路，以便从I/O显示面板20的每个传感器元件(图像拾取像素)获得检测信号(图像拾取信号)(以便检测物体并拾取图像)。来自每个传感器元件33的检测信号(图像拾取信号)，例如，以帧为单位存储或蓄积在帧存储器13A中，并作为检测图像(拾取图像)输出到图像处理部14中。

图像处理部14基于来自感光驱动电路13的拾取图像输出，执行预定的图像处理(计算处理)。由于执行图像处理，图像处理部14检测并获得，例如，关于接近等I/O显示部20的物体的物体信息(位置坐标数据、物体的形状和尺寸数据等)。

基于图像处理部14中获得的检测结果，应用程序执行部11响应于预定应用软件执行处理。例如，作为该处理，存在这样的处理，即，其中显示数据包括检测到的物体的位置坐标，且将显示数据显示在I/O显示面板20等上。将该应用程序执行部11中产生的显示数据提供至显示驱动电路12。

图2示出I/O显示面板20的结构实例。I/O显示面板20包括显示区域(传感器区域)21、显示H驱动器22、显示V驱动器23、传感器读出H驱动器25以及传感器V驱动器24。

在图1和图2中，感光驱动电路13、传感器V驱动器24以及传感器读出H驱动器25对应于示例性实施方式的“传感器驱动部”的示出实例。显示驱动电路12、显示H驱动器22以及显示V驱动器23对应于“显示驱动部”的示出实例。I/O显示面板20对应于“显示面板”的示出实例。背光灯15对应于“照射光源”的示出实例。感光驱动电路13和图像处理部14对应于“信号处理部”的示出实例。

显示区域(传感器区域)21是通过调制来自背光灯15的光而发出照射光(包括显示光，以及例如，从红外光源(图中未示出)中获得的用于检测的照射光；下同)并检测(拾取其图像)接触或接近该区域的物体的区域。在该显示区域(传感器区域)21中，例如，以矩阵形式分别配置作为显示像素31RGB的液晶元件和后述的传感器元件33。

基于用于显示驱动的显示信号和显示驱动电路12提供的控制时钟，显示H驱动器22与显示V驱动器23协作，行序地驱动显示区域21中的显示像素31RGB。

响应于感光驱动电路13的驱动控制，传感器读出H驱动器25与传感器V驱动器24协作，行序地驱动作为显示区域21中图像拾取像素的传感器元件33，并获得检测信号(图像拾取信号)。当照射光从背光灯15照射到接近物体上时，感光驱动电路13执行驱动控制，以便根据环境光(外部光)和照射光引起的反射光的总光量(即，外部光量和来自外部接近物体的反射光量之和)，将电荷存储或蓄积在传感器元件33中。当背光灯15未发出照射光时，感光驱动电路13执行驱动控制，以便根据环境光的光量，从传感器33释放放电(电荷)。传感器读出H驱动器25向感光驱动电路13输出通过这些驱动控制获得的来自传感器元件33的检测信号(图像拾取信号)。

图3示出显示区域(传感器区域)21中每个像素的详细结构实例。例如，如图3中所示，显示区域21的像素31由显示像素31RGB、作为图像拾取像素的传感器元件33、以及其中形成传感器元件33的配线的配线部32构成。该显示像素31RGB由红色(R)显示像素31R、绿色(G)显示像素31G以及蓝色(B)显示像素31B构成。在显示区域(传感器区域)上，分别以矩阵形式并排地配置这些显示像素31RGB、传感器元件33以及配线部32。以均匀间隔(regular interval)彼此分开地配置传感器元件33和驱动该传感器元件33的配线部32。通过这种配置，由传感器元件33和配线部32形成的传感器区域相对于显示像素31RGB变得极难识别，且使显示像素31RGB中的开口率降低最小化。当将配线部32配置在对显示像素31RGB的开口没有贡献的区域(例如，被黑底(black matrix)、反射区等遮蔽的区域)中时，可以在不降低显示质量的情况下配置感光电路。例如，如图4所示，复位信号线Reset_1～Reset_n，以及读出信号线Read_1～Read_n沿着水平线方向连接至每个传感器元件33。

例如，如图5所示，传感器元件33由第一二极管元件PD1、第二二极管元件PD2、作为电容元件的电容器C1、第一晶体管Tr1、第二晶体管Tr2以及第三晶体管Tr3构成。

第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2均为根据入射光量产生电荷的光电转换元件。具体地，第一二极管元件PD1根据入射光量产生充电电荷(charges)，而第二二极管元件PD2根据入射光量产生放电电荷(discharges)。如后所述，第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2均由PIN型光电二极管构成。PIN型光电二极管包括p型半导体区、n型半导体区以及在p型半导体区与n型半导体区之间形成的本征半导体区(i区)。第一二极管元件PD1包括阳极电极、阴极电极以及栅电极。同样地，第二二极管元件PD2包括阳极电极、阴极电极以及栅电极。在第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2均由PIN型光电二极管构成的情况下，阳极电极连接至p型半导体区，阴极电极连接至n型半导体区。稍后将描述元件结构的详细实例。

第一二极管元件PD1的阳极电极和第二二极管元件PD2的阴极电极相互连接，因此第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2彼此串联连接。电容器C1的一端连接至第一二极管元件PD1与第二二极管元件PD2的连接点(即，结点)P1。电容器C1的另一端连接至电源VDD。

例如，第一晶体管Tr1～第三晶体管Tr3均由薄膜晶体管(TFT)等构成。第一晶体管Tr1的栅极端连接至复位信号线Reset(参照图4)，第一晶体管Tr1的源极端连接至复位电源Vrst。第一晶体管Tr1的漏极、第二晶体管Tr2的栅极以及电容器C1的一端连接至第一二极端管元件PD1和第二二极端管元件PD2的连接点P1。第二晶体管Tr2的源极和电容器C1的另一端连接至电源VDD。第二晶体管Tr2的漏极连接至第三晶体管Tr3的漏极。第三晶体管Tr3的栅极连接至读出信号线Read，第三晶体管Tr3的源极连接至读出线41。将复位电源Vrst设定为这样一个电压(复位电压)，即，通过该电压，存储或蓄积在传感器元件33中的电容器C1上的电荷被全部放出。

在该传感器元件33中，第一二极管元件PD1处于导通状态，而第二二极管元件处于截止状态，因此第一二极管元件PD1中产生的充电电荷存储在电容器C1中。第二二极管元件处于导通状态，而第一二极管元件PD1处于截止状态，因此第二二极管元件PD2中产生的放电电荷从电容器C1放出。感光驱动电路13单独地执行第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2的导通/截止控制，以便交替执行这样的存储操作和这样的放电操作。

分别通过改变阴极电极与栅电极之间的电位关系来执行第一二极管PD1的导通/截止控制，通过改变阳极电极与栅电极之间的电位关系来执行第二二极管PD2的导通/截止控制。例如，如后所述，在第一二极管元件PD1中，在栅极电压Vg1是固定电压的状态下，通过将阴极电极电压Vn改变为Vn1和Vn2来执行导通/截止控制。例如，在第二二极管元件PD2中，在栅极电压Vg2是固定电压的状态下，通过将阳极电极电压Vp改变为Vp1和Vp2来执行导通/截止控制。

图6的部分(A)和部分(B)示出第一二极管PD1和第二二极管PD2的元件结构的实例。如后所述，除了第一二极管元件PD1的L长度与第二二极管元件的L长度彼此不同以及第一二极管元件PD1的W长度与第二二极管元件的W长度不同之外，第一二极管PD1和第二二极管PD2基本上具有相同的结构。第一二极管PD1和第二二极管PD2由PIN型光电二极管构成。图6的部分(A)和部分(B)中，示出了底栅型(bottom gate type)的结构实例，第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2均包括栅电极52、栅极绝缘膜53、半导体层54、阳极电极55、阴极电极56以及形成在基板51上的绝缘膜57。半导体层54包括p型半导体区54A、n型半导体区54B以及形成在p型半导体区54A和n型半导体区54B之间的本征半导体区(i区)54C。

例如，基板51是诸如塑料膜基板和玻璃基板的绝缘基板。例如，栅电极52由铝(Al)构成。栅电极52至少在面向或对着本征半导体区54C的区域中形成，并具有例如矩形形状。在图6的部分(A)和部分(B)中，示出了这样的情况，即，不仅在面向或对着本征半导体区54C的区域中，而且在面向或对着包括p型半导体区54A的一部分和n型半导体区54B的一部分的部分的区域中形成栅电极52。因此，栅电极52是具有低电阻的电极，且用作屏蔽从基板51侧入射到本征半导体区54C的光的遮光膜(light shielding film)。

栅极绝缘膜53包含，例如，二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)等作为主要组分。栅极绝缘膜53在层压方向(图中z方向)上对着半导体层54。例如，栅极绝缘膜53至少在面向或对着包括本征半导体区54C的部分的区域中形成，并且例如，被形成以覆盖栅电极52。在图6的部分(A)和部分(B)中，示出这样的情况，即，在包括栅电极52的基板51的整个表面上形成栅极绝缘膜53。

形成半导体层54以便与面向或对着栅电极52的区域相交(intersect)，并且以便在阳极电极55和阴极电极56的面向(对着)方向(图中x方向)上延伸。绝缘膜57覆盖半导体层54的顶面，除了阳极电极55与阴极电极56的接触部。外部光从绝缘膜57的顶面侧入射到半导体层54。绝缘膜57由对入射光透明的材料制成，且含有例如二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)等作为主要组分。基板51例如是诸如塑料膜基板和玻璃基板的绝缘基板。栅电极52例如由铝(Al)构成。栅电极52至少在面向或对着本征半导体区54C的区域中形成，并且具有例如矩形形状。图6的部分(A)和部分(B)中，示出这样的情况，即，不仅在面向或对着本征半导体区54C的区域中，而且在面向或对着包括p型半导体区54A的一部分和n型半导体区54B的一部分的部分的区域中形成栅电极52。因此，栅电极52是具有低电阻的电极，且用作屏蔽从基板51侧入射到本征半导体区54C的光的遮光膜。

P型半导体区54A和n型半导体区54B在层压面(图中的x-y平面)内的第一方向(图中的x方向)上彼此相对。P型半导体区54A和n型半导体区54B彼此未直接接触，而是在其间设置本征半导体区54C。因而，在半导体层54中，例如，在平面方向上形成了PIN结构。P型半导体区54A例如由含有p型杂质(p⁺)的硅薄膜形成，n型半导体区域54B例如由含有n型杂质(n⁺)的硅薄膜形成。本征半导体区54C例如由未掺杂质的硅薄膜形成。

阳极电极55和阴极电极56例如由铝(Al)构成。阳极电极55电连接至p型半导体区54A，而阴极电极56电连接至n型半导体区54B。

在该传感器元件33中，第一二极管元件PD1中本征半导体区54C的第一方向(图中的x方向)上的长度(所谓的L长度)与第二二极管元件PD2中本征半导体区54C的第一方向上的该长度彼此不同。具体地，满足下面的条件(1)，其中第一二极管元件PD1中的L长度为L1，而第二二极管元件PD2中的L长度为L2。因此，两个二极管元件PD1与PD2之间响应特性(当截止状态切换到导通状态时表示电流响应特性的时间常数τ)差异结构性地变小。

L2＜L1    (1)

此外，优选地，第一二极管元件PD1中本征半导体区54C的第二方向(图中的y方向)上的长度(所谓的W长度)与第二二极管元件PD2中本征半导体区54C的第二方向上的长度彼此不同(在层压面内，第二方向与第一方向正交)。具体地，优选地满足下面的条件(2)，其中第一二极管元件PD1中的W长度是W1，而第二二极管元件PD2中的W长度是W2。

L2·W2＝L1·W1    (2)

理论上，条件(2)是理想条件，而且L2·W2的值与L1·W1的值不必总是完全匹配。从实践的观点来看，当L2·W2的值与L1·W1的值在传感器元件33的检测特性不出现问题的范围内基本匹配时是合适的。而且，可以在制造误差的程度内存在值的差异。因为通过满足条件(2)，第一二极管元件PD1中本征半导体区54C的面积和第二二极管元件PD2中本征半导体区54C的面积彼此相等，所以通过满足条件(1)，第一二极管元件PD1与第二二极管元件PD2之间响应特性彼此一致，并且第一二极管元件PD1与第二二极管元件PD2之间充电/放电产生的光电流大小彼此相等。

优选地，第一二极管元件PD1中本征半导体区54C的膜厚度(在z方向上的长度)与第二二极管元件PD2中本征半导体区54C的膜厚度基本上彼此相等。由于制造工艺的原因，尽管改变第一二极管元件PD1以及第二二极管元件PD2的L长度及W长度相对容易，但是单独改变膜厚度是不现实的。

接下来，将概括描述显示装置中图像的显示操作和物体的检测操作(图像拾取操作)。

在该示例性显示装置中，基于应用程序执行部11提供的显示数据，显示驱动电路12中产生显示驱动信号。通过该驱动信号，在I/O显示面板20上执行行序显示驱动，从而图像被显示。此时，显示驱动电路12驱动背光灯15，且与I/O显示面板20的操作同步执行开灯/关灯操作。

在存在接触或接近I/O显示面板20的物体(诸如手指等接近物体)的情况下，通过感光驱动电路13的行序图像拾取驱动，在I/O显示面板20中的每个传感器元件(图像拾取像素)33中检测(图像被拾取)物体。从I/O显示面板20向感光驱动电路13提供来自每个传感器元件33的检测信号(图像拾取信号)。传感器元件33提供的一帧检测信号存储在感光驱动电路13中，并作为拾取图像输出至图像处理部14。

在图像处理部14中，通过基于该拾取图像执行预定的图像处理(计算处理)，获得关于接触或接近I/O显示面板20的物体的物体信息(位置坐标数据、关于物体形状和尺寸的数据等)。例如，执行计算处理，以确定感光电路13中产生的一帧拾取图像的重心，从而指定接触(或接近)的中心。然后，从图像处理部14向应用程序执行部11输出接近物体的检测结果。在应用程序执行部11中，执行后述的应用程序。

接下来，参照图9～图11，详细描述该显示装置中的检测操作(图像拾取操作)。图9的部分(A)～部分(G)以时序波形图形式示出显示装置中的检测操作的实例(在一个传感器元件33中的检测和图像拾取操作)。图9的部分(A)示出复位信号电压V(Reset)的时序波形的实例，图9的部分(B)示出读出信号电压V(Read)的时序波形的实例。图9的部分(C)示出背光灯15处于开启/关闭(开灯/关灯)(用于检测的照射光的照射/非照射)状态的时序波形的实例。图9的部分(D)示出传感器元件33中第一二极管元件PD1的阴极电压Vn的时序波形(实质上，第一二极管元件PD1处于导通/截止状态下的时序波形)的实例。图9的部分(E)示出第二二极管元件PD2的阳极电压Vp的时序波形(实质上，第二二极管元件PD2处于导通/截止状态下的时序波形)的实例。图9的部分(F)示出当按照图9的部分(C)执行背光灯15的开启/关闭控制时，在传感器元件33中的连接点(存储节点或蓄积节点)P1中产生的电位(存储电压)的时序波形的实例。图9的部分(G)示出在背光灯15在所有周期均处于关闭状态下(不同于图9的部分(C)中的开启-关闭控制)且不存在来自接近物体的反射Lon的情况下，存储节点P1的存储电压。

通过行序操作，图9的部分(A)和部分(B)中所示复位信号电压V(Reset)和读出信号电压V(Read)分别变成H(高)状态。在I/O显示面板20中，在每条水平线上的传感器元件33中，从复位信号电压V(Reset)变成H状态时到读出信号电压V(Read)变成H状态时的时间段是一条水平线的曝光时间段。在该曝光时间段内，如图9的部分(C)～部分(E)所示，在每个传感器元件33中，与第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2的导通/截止状态同步地，交替地切换背光灯15的开启状态(开灯)和关闭状态(关灯)。具体地，当背光灯15处于开启状态时，第一二极管元件PD1处于导通状态，而第二二极管元件PD2处于截止状态。当背光灯15处于关闭状态时，第一二极管元件PD1处于截止状态，而第二二极管元件PD2处于导通状态。

例如，当复位信号电压V(Reset)变成H状态时，传感器元件33中第一晶体管Tr1变成导通状态，因此连接点P1的电位复位至复位电压Vrst，可任意设置该复位电压Vrst。

在复位电压Vrst的复位操作之后，背光灯15变成开启状态。此时，第一二极管元件PD1处于导通状态，而第二二极管元件PD2处于截止状态，并且从而执行将充电电荷存储到电容器C1中的存储操作(充电操作)。因此，根据从背光灯15照射的并然后被接近物体反射的反射光Lon和外部光(环境光)L0的总光量，充电电荷通过图10中所示电流I11的路径存储在电容器C1中，如图9的部分(F)中所示，存储电压增大。

接下来，背光灯15变成关闭状态。此时，第一二极管元件PD1处于截止状态，而第二二极管元件PD2处于导通状态，并从而执行从电容器C1放出放电电荷的放出操作(放电操作)。因此，根据外部光(环境光)L0的光量，放电电荷通过图11中所示电流I12的路径从电容器C1放出，如图9的部分(F)中所示，存储电压降低。

在预定曝光时间段内，在多次切换充电电荷的这种存储操作和放电电荷的这种放出操作之后，读取在该时间段内存储在电容器C1中的电荷作为检测信号(图像拾取信号)。具体地，当读出信号电压V(Read)变成H状态时，传感器元件33中的第三晶体管Tr3因此变成导通状态，从读出线41读出图9的部分(F)中所示的读出电压V41。用这种方式，在多次切换充电电荷的存储操作和放电电荷的放出操作之后，读取检测信号。因此，曝光时间段变长，且如图9的部分(F)中所示，检测信号的信号分量(存储电压)增大。因为这里获得的图像拾取信号是模拟值，所以在感光驱动电路13中执行A/D(模拟/数字)转换。之后，复位信号电压V(Reset)再次变成H状态，以下重复相同的操作。

用这种方式，该示例性实施方式中的接近物体的检测处理中，当来自背光灯15的照射光照射至接近物体时，根据照射光引起的反射光Lon和环境光(外部光)L0的总光量，充电电荷存储在每个传感器元件33中。当未照射照射光时，根据环境光L0的光量，放电电荷从每个传感器元件33放出。因此，从每个传感器元件33获得检测信号(图像拾取信号)。通过使用基于从每个传感器元件33获得的图像拾取信号的拾取图像，在图像处理部14中获得物体信息(包括接近物体的位置、形状、以及尺寸中的至少一个)。因此，从每个传感器元件33中获得的图像拾取信号中扣除环境光L0的分量，可以获得接近物体的物体信息而不受这种环境光L0影响。

此外，因为基于充电电荷的存储操作和放电电荷的放出操作，得到了每个传感器元件33的图像拾取信号，所以在感光驱动电路13中，所以与现有技术相比，可以减少从图像拾取信号产生拾取图像所需帧存储器13A的数目。例如，在图34中所示现有技术的实例中，多个帧存储器对背光灯处于关闭状态时的图像(图像A)和背光灯处于开启状态时的图像(图像B)这两幅图像来说是必要的。另一个方面，在本实施方式的显示装置中，一帧的图像存储器就够了。因而，可以稳定地检测物体而不考虑使用状况同时降低制造成本。

此外，因为基于多次切换充电电荷的存储操作和放电电荷的放出操作之后获得的图像拾取信号来获得物体信息，所以可以使得曝光时间很长。因此，由于通过增大图像拾取信号的信号分量(存储电位VP1)来提高检测灵敏度，并且自由设定曝光时间，因此可以增大S/N比。

在本实施方式中的接近物体的检测过程中，不仅获得关于一个接近物体的物体信息，而且类似地获得关于同时配置在I/O显示面板20的显示区域21上的多个接近物体中的每个的物体信息。

参照图7A～图7C和图8A～图8C，将详细描述传感器元件33中第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2的导通/截止状态的控制。如图7A和图8A所示，在第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2中，阳极电压是Vp，阴极电压是Vn，栅极电压是Vg，从阴极流向阳极的光电流是Inp。

在第一二极管元件PD1中，在将栅极电压Vg设定为固定电压Vg1的状态下，施加矩形波作为阴极电压Vn来控制导通/截止状态，如图7B中所示，该阴极电压Vn在Vn1和Vn2之间交替变化。图7C示出在阴极电压Vn在Vn1和Vn2之间变化的情况下(参照图7C中箭头P51；Vn2＜Vn1)，在Vn1和Vn2二者下第一二极管元件PD1中的I-V特性。在图7C中，α1和α2是第一二极管元件PD1变成导通状态的导通操作区。β2、β21和β11是第一二极管元件PD1变成截止状态的截止操作区。如图7C中所示，当Vn＝Vn1时导通操作区的电压范围与当Vn＝Vn2时导通操作区的电压范围彼此不同，且当Vn＝Vn1时截止操作区的电压范围与当Vn＝Vn2时截止操作区的电压范围彼此不同。在图7C中，当Vn＝Vn1时，α1的电压范围是导通操作区，当Vn＝Vn2时，α2的电压范围是导通操作区。在图7C中，当Vn＝Vn1时，β2和β11的电压范围是截止操作区，且当Vn＝Vn2时，β2和β21的电压范围是截止操作区。由于这种特性，当栅极电压Vg等于Vg1且阴极电压Vn等于Vn1时，第一二极管元件PD1变成导通状态(图7C中操作点PD1on)。当栅极电压Vg等于Vg1且阴极电压Vn等于Vn2时第一二极管元件PD1变成截止状态(图7C中操作点PD1off)。

在第二二极管元件PD2中，在将栅极电压Vg设定为固定电压Vg2的状态下，施加矩形波作为阳极电压Vp来控制导通/截止状态，如图8B中所示，阳极电压Vp在Vp1和Vp2之间交替变化。图8C示出在阳极电压Vp在Vp1和Vp2之间变化的情况下(参照图8C中箭头P52；Vp2＜Vp1)，在Vp1和Vp2二者下第二二极管元件PD2中的I-V特性。在图8C中，α1和α2是第二二极管元件PD2变成导通状态的导通操作区。β1、β12和β22是第二二极管元件PD2变成截止状态的截止操作区。如图8C中所示，当Vp＝Vp1时导通操作区的电压范围与当Vp＝Vp2时导通操作区的电压范围彼此不同，且当Vp＝Vp1时截止操作区的电压范围与当Vp＝Vp2时截止操作区的电压范围彼此不同。在图8C中，当Vp＝Vp1时，α1的电压范围是导通操作区，而当Vp＝Vp2时，α2的电压范围是导通操作区。在图8C中，当Vp＝Vp1时，β1和β12的电压范围是截止操作区，而当Vp＝Vp2时，β1和β22的电压范围是截止操作区。由于这种特性，当栅极电压Vg等于Vg2且阳极电压Vp等于Vp2时，第二二极管元件PD2变成导通状态(图8C中操作点PD2on)。当栅极电压Vg等于Vg2且阳极电压Vp等于Vp1时，第二二极管元件PD2变成截止状态(图8C中操作点PD2off)。

如上所述，在该示例性实施方式的传感器元件33中，通过单独的控制电压来执行第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2的导通/截止控制，且交替地重复充电操作和放电操作。从而，执行接近物体的检测。在这种情况下，如下所述，当第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2之间存在响应特性(瞬时特性)差异时，很难执行很好的检测操作。在该实施方式中，为了改进这点，优化了第一二极管元件PD1中本征半导体区54的L长度和W长度(参照图6)以及第二二极管元件PD2中本征半导体区54的L长度和W长度。

首先，将参照图12A、图12B和图13，描述在存在响应特性差异的情况下产生的问题。图12A示出当不存在响应特性差异，且以理想状态操作传感器元件33中的第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2时，存储节点(图5的连接点P1)的电压波形。在图12A中，类似于图9的部分(G)，示出了在背光灯15在所有时间段内都处于关闭状态且不存在来自接近物体的反射光L0的情况(只存在外部光分量的情况)下的电压波形。在本实施方式的接近物体的检测过程中，如图10所示，当来自背光灯15的照射光照射至接近物体时，根据由照射光引起的反射光Lon和环境光(外部光)L0的总光量，充电电荷存储在传感器元件33中。如图11所示，当未照射照射光时，根据环境光L0的光量，放电电荷从传感器元件33放出。因此，当执行充电操作和放电操作时，因为扣除了环境光L0的分量，所以仅检测到根据来自接近物体的反射光Lon的电压作为差值。因而，在不存在反射光Lon的情况下，理论上，当执行一次充电操作和一次放电操作时，获得的作为差值的电压为0。在这种情况下，如图12A所示，存储节点电压理论上且理想地具有这样的波形，其中充电操作所获得的电荷的充电量和放电操作所获得的电荷的放电量彼此相等。

图12B示出在第一二极管元件PD1与第二二极管元件PD2之间存在响应特性差异的情况下存储节点的电压波形。在图12B中，类似于图12A，示出在不存在来自接近物体的反射光L0的情况下的电压波形。尽管不存在反射光L0，但是当重复充电操作和放电操作时，在存储节点中执行充电，并且电压逐渐增大。这意味着第一二极管元件PD1的充电能力高于第二二极管元件PD2的放电能力，存储节点中总体上执行充电。这种状态可能引起传感器元件33中的故障，因此是不期望的。

如图12B中的电压波形是在这种情况下进行观测的，即，第一二极管元件PD1和第二二极管元件PD2具彼此有完全相同的结构，具体地，第一二极管元件PD1中本征半导体区54C的L长度和W长度与第二二极管元件PD2中本征半导体区54C的L长度和W长度彼此相等。如后所述，在第一二极管元件PD1中的L长度与第二二极管元件PD2中的L长度彼此相等的情况下，充电操作时第一二极管元件PD1与放电操作时第二二极管元件PD2之间光电流的饱和速率(电流时间常数τ)彼此不同，且存在第一二极管元件PD1的电流时间常数τ比第二二极管元件PD2的电流时间常数τ小的特性。因此，第一二极管元件PD1的充电量超过第二二极管元件PD2的放电量。在这种情况下，如图13所示，充电电压dVc和放电电压dVd之间的差值dVr被存储或蓄积为剩余电压，在检测处理时这引起外部光噪声分量。

接下来，将描述L长度与响应特性(电流时间常数τ)之间的关系。

图14A和图14B示出由于第一二极管元件PD1的L长度不同(L＝6μm、8μm、10μm以及12μm)产生的频率特性(实测值)。横轴表示频率(Hz)，纵轴表示任意单位的信号电压(a.u.)(在充电操作时的电压)。这里描述的频率表示第一二极管元件PD1的驱动频率(导通/截止频率)。图14A示出由当L长度为L＝12μm且频率为125Hz时的1(一)的信号电压归一化的频率特性。图14B示出由在每个L长度中频率为125Hz时的1(一)的信号电压归一化的频率特性。从图14A看出，当驱动频率低时，L长度越长，信号电压越高。当驱动频率高时，L长度越短，信号电压越高。L长度越短，高频率的信号降低越小。

这里，考虑了用计算式对利用图14A中所示实测值的频率特性进行再现。如图15A中，假定当经过时间“t”时，电流时间常数为τ的电流“i”升高至到达饱和电流I0。利用指数函数的式(A)表示图15A。经过时间“t”之后的电荷量(idt)由式(B)表示。

$i=I_0\·\left({1-e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}\right)\·\·\·\·\·\left(A\right)$

$i=I_0\·(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})$

$\mathrm{idt}=I_0\·{\∫}_0^t\left({1-e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}\right)\mathrm{dt}$

$=I_0\·{[t+\mathrm{\τ}\·e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}]}_0^t$

$=I_0\·(t+\mathrm{\τ}\·e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}-\mathrm{\τ})\·\·\·\·\·\left(B\right)$

因此，从上式(B)，存储节点P1(参照图5)的电压波形由下式(11)表示。在式(11)中，“C”表示存储节点P1中的寄生电容。“f”表示驱动频率。这由图15B的曲线图示出。

$V=\frac{I_0}{C}\·(t+\mathrm{\τ}\·e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}-\mathrm{\τ})\·f\·\·\·\·\·\left(11\right)$

图16示出利用图14A中所示实测值的频率特性，以及利用上式(11)用计算式的函数对利用实测值的频率特性进行拟合(fit)和再现所获得的频率特性。用这种方式，通过上式(11)再现频率特性。因此，通过用上式(11)对利用实测值的频率特性进行拟合，可获得电流时间常数τ。

图17基于实测值用近似曲线示出第一二极管元件PD1的L长度和电流时间常数τ之间的关系。从图17来看，L长度越长，电流时间常数τ越增大。τ和L长度之间的关系由下式表示。“a”表示常数。

τ＝a·L^2.3

图18A和图18B示出图5中所示传感器元件33中的充电/放电波形(实测值)。图18A示出在将第一二极管元件PD1中的L长度和第二二极管元件PD2中的L长度设定为L＝12μm的情况下的特性。图18B示出在将第一二极管元件PD1中的L长度和第二二极管元件PD2中的L长度设定为L＝6μm的情况下的特性。在图18A和图18B中，类似于图9的部分(G)，示出在背光灯15在所有时间段都处于关闭状态且不存在来自接近物体的反射光Lon的情况(只存在外部光分量的情况)下的电压波形。

图19A详细示出图18A中示出的充电/放电波形中充电侧(第一二极管元件PD1)的特性。图19B详细示出图18B中示出的充电/放电波形中充电侧(第一二极管元件PD1)的特性。同时，图19A和图19B示出利用实测值的充电/放电波形以及通过利用上式(11)用计算式的函数对利用实测值的充电/放电波形进行拟合和再现所获得的充电/放电波形。

图20A详细示出图18A中示出的充电/放电波形中放电侧(第二二极管元件)的特性。图20B详细示出图18B中示出的充电/放电波形中放电侧(第二二极管元件)的特性。同时，图20A和图20B示出利用实测值的充电/放电波形以及通过利用上式(11)用计算式的函数对利用实测值的充电/放电波形进行拟合和再现所获得的充电/放电波形。

如图18A～图20B所示，在第一二极管元件PD1的L长度与第二二极管元件PD2的L长度彼此相等的情况下，充电操作时第一二极管元件PD1中光电流的饱和速度(电流时间常数τ)，与放电操作时第二二极管元件PD2中光电流的饱和速度彼此不同。在第一二极管元件PD1的L长度与第二二极管元件PD2的L长度彼此相等的情况下，确立了τ1＜τ2的关系，其中第一二极管元件PD1的电流时间常数是τ1，第二二极管元件PD2的电流时间常数是τ2。同时，存在L长度越短电流时间常数τ越小的特性。

根据这些，通过满足下面的条件(1)并使第二二极管元件PD2的长度较短，电流时间常数τ1和电流时间常数τ2变得彼此相等，其中第一二极管元件PD1中的L长度为L1，第二二极管元件PD2中的L长度为L2。

L2＜L1    (1)

图21A～图22B示出在设定第一二极管元件的L长度与第二二极管元件的L长度，以便第一二极管元件与第二二极管元件之间充电/放电特性彼此一致的情况下的照度依赖性。图21A示出在在外部光照度为1700lx的情况下的充电/放电特性。图21B示出在外部光照度为2600lx的情况下的充电/放电特性。图22A示出在外部光照度为3600lx的情况下的充电/放电特性。图22B示出在外部光照度为5600lx的情况下的充电/放电特性。

从图21A～图22B可以看出，不论照度如何，充电时的特性与放电时的特性彼此基本彼此一致(响应特性彼此一致)。在图21A～图22B中，L1等于10μm，L2等于6μm。而且，基本满足下面的条件2，其中第一二极管元件PD1中的W长度是W1，第二二极管元件PD2中的W长度是W2。具体地，W2等于1.55×W1。

L2·W2＝L1·W1    (2)

根据以上考虑，通过第一二极管元件PD1与第二二极管元件PD2的充电/放电操作，存储节点P1的电压Vsig通过基于式(11)的下式(12)表示。在下式(12)中，Ipin1on表示当第一二极管元件PD1处于导通状态时的电流，Ipin1off表示当第一二极管元件PD1处于截止状态时的电流。Ipin2on表示当第二二极管元件PD2处于导通状态时的电流，Ipin2off表示当第二二极管元件PD2处于截止状态时的电流。在式(12)的充电项中，Ipin1on和Ipin2off是根据外部光L0和从背光灯15照射然后被接近物体反射的反射光Lon的函数。IRon表示反射光Lon的分量，“amb”表示外部光L0的分量。在式(12)的放电项中，Ipin2on和Ipin1off是仅根据外部光L0分量的函数。“dt”表示一个充电/放电时间段。Cst表示存储节点电容，“f”表示充电/放电的次数。将α表示为α＝τ2/τ1，其中第一二极管元件PD1的时间常数是τ1，且第二二极管元件PD2的时间常数是τ2。τ表示电流时间常数。

用这种方式，按照具有根据该示例性实施方式的输入功能的显示装置，因为第一二极管元件PD1中本征半导体区54C的L长度与第二二极管元件PD2中本征半导体区54C的L长度彼此不同，所以可以优化第一二极管元件PD1中的L长度和第二二极管元件PD2中的L长度，以减少第一二极管元件PD1与第二二极管元件PD2之间响应特性的差异。通过适当地设定第一二极管元件PD1中的L长度与第二二极管元件PD2中的L长度，可以将第一二极管元件PD1中的时间常数τ和第二二极管元件PD2中的时间常数τ设定成基本上彼此相等(时间常数τ表示当截止状态切换至导通状态时的电流响应特性)。因此，可以通过抑制第一二极管元件PD1与第二二极管元件PD2之间响应特性的差异来执行稳定的检测操作。

接下来，参照图23A～图26，将描述应用程序执行部11的一些应用程序执行实例，该应用程序执行部11利用通过接近物体的上述检测过程检测到的物体的位置信息等。

图23A中示出的第一实例是这样的实例，即，手指61触摸I/O显示面板20，触摸位置的轨迹在屏幕上显示为绘制线(draw line)611。

图23B中示出的第二实例是使用手的形状的手势识别的实例。具体地，识别接触(或接近)I/O显示面板20的手62的形状，且将识别的手的形状显示为图像。基于该显示物体的转移或移动(用参考标号621表示)来执行某种处理。

在图24中示出的第三实例中，蜷起状态的手63A变成张开状态的63B手。在I/O显示面板20的图像中识别处于各状态的手的接触或接近，且基于该图像识别进行处理。通过基于识别进行处理，可以发出诸如放大(zoom-in)等指令。因为可以发出这种指令，例如，I/O显示面板20可连接至个人计算机，通过使用该图像识别，可以更自然地(naturally)输入在该计算机装置上执行的命令的切换操作等。

在图25中示出的第四实例中，准备了两块I/O显示面板20，且两块I/O显示面板20通过某种传输装置彼此连接。在这种结构中，将在一块I/O显示面板20中检测接触或接近所获得的图像，传送到另一块待显示的I/O显示面板20，以便操作这些显示面板的用户可以互相通信。例如，如图25中所示，传送在一块I/O显示面板20的图像中识别的手65的手的形状图像，而可以在另一块I/O显示面板20上显示与手65的手的形状相同的手的形状642的图像。例如，通过手64的触摸显示在另一块I/O显示面板20上的轨迹641可以被传送到一块待显示的I/O显示面板20。用这种方式，通过运动图像传送绘制状态，将手写字符、数字等传送到另一侧(即，搭档(partner))。因此，I/O显示面板20可以是新的通信工具。这种实例包括将I/O显示面板应用于移动电话终端的显示面板的情况。在图25中，尽管示出使用两块I/O显示面板的情况，但可以用传输装置连接三块或以上I/O显示面板20并执行相同的处理。

如图26的第五实例所示，就像用毛笔(brush)66写字一样触摸I/O显示面板20的表面，且在I/O显示面板20上将毛笔66触摸的位置显示为图像661。因此，可以通过书写毛笔来输入手写体。在这种情况下，可以识别并实现毛笔的细微接触(fine touch)。在现有手写识别的情况下，例如，一些数字转换器是通过利用电场检测以检测特殊钢笔(special pen)的倾斜度(inclination)来实现相同功能。然而，在该实例中，可以用更具有实际意义的方式通过检测真实毛笔自身的接触表面来执行信息输入。

接下来，将参照图27～图31G描述具有输入功能的上述显示装置的实例。该显示装置可应用在各种领域的电子装置中，在该电子装置中，将从外部输入的视频信号或装置内部产生的视频信号显示为图像或视频。例如，可以将显示装置应用在如后述的电视装置、数码相机、笔记本个人电脑、诸如移动电话的移动终端装置或摄像机的电子单元中。

图27示出作为电子设备第一实例的电视装置的外观。例如，该电视装置包括视频显示屏510，视频显示屏510包括正面板511和滤光玻璃512。可以将具有输入功能的上述显示装置应用于这种电视装置中的视频显示屏510。

图28A和图28B示出作为电子设备第二实例的数码相机的外观。例如，该数码相机包括用于闪光的发光部521、显示部522、菜单开关523以及快门释放按钮524。可以将具有输入功能的上述显示装置应用于这种数码相机中的显示部522。

图29示出作为电子设备第三实例的笔记本个人电脑的外观。例如，笔记本个人电脑包括主体531、用于字符等输入操作的键盘532以及用于显示图像的显示部533。可以将具有输入功能的上述显示装置应用于这种笔记本个人电脑中的显示部533。

图30示出作为电子设备第四实例的摄像机的外观。例如，摄像机包括主体541、设置在主体541的正侧面上的用于拍摄物体的镜头542、拍摄中的开始/停止开关543以及显示部544。可以将具有输入功能的上述显示装置应用于这种摄像机中的显示部544。

图31A～图31G示出作为电子设备第五实例的移动电话的外观。例如，在该移动电话中，上部本体710和下部本体720通过连接部(铰链部)730连接。移动电话包括显示屏740、副显示屏750、背景灯760和摄像头770。可以将具有输入功能的上述显示装置应用于这种移动电话中的显示屏740或副显示屏750。

本发明不限于上述示例性实施方式及其应用实例，可以进行各种修改。例如，在上述实施方式等中，尽管描述了由包括背光灯15的液晶面板形成的I/O显示面板20的情况，但用于显示的背光灯还可以作为用于检测的照明，或者可以设置专门用于检测的照明。在设置用于检测的照明的情况下，优选使用除可见光区域以外的波长区域的光(例如，红外光)。

在上述示例性实施方式等中，尽管描述了在背光灯15的一个开启时间段或一个关闭时间段对一条线的传感器元件33执行复位操作或读出操作的情况(可以在高频率下执行背光灯的闪烁操作的情况)，但不限于这种情况。即，例如，可在背光灯15的一个开启时间段或一个关闭时间段对多条线的传感器元件33执行复位操作或读出操作(可以在低频率下执行背光灯的闪烁操作)。

此外，在上述示例性实施方式等中，尽管描述了具有显示面板(该显示面板包括多个显示像素31RGB和多个传感器元件33)(I/O显示面板20)的带有输入功能的显示装置，但是本发明还可以应用于除显示装置之外的装置。例如，本发明可用作没有显示功能的传感器装置。在这种情况下，例如，代替I/O显示面板20，没有显示功能且未提供显示像素31RGB的传感器装置中可以包括由仅在一个平面内以矩阵形式布置的多个传感器元件33构成的传感器面板。

应当理解，对这里描述的当前优选实施方式的各种变化和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。可以在不背离本发明主题的精神和范围、不降低其预期优势的情况下进行这种变化和修改。因此，旨在通过所附权利要求覆盖这种变化和修改。

Claims (23)

1.一种触摸传感器设备，包括：

第一光电二极管，包括第一p型半导体区“p区”、第一本征半导体区“i区”以及第一n型半导体区“n区”，其中所述第一i区由被限定为所述第一p区和所述第一n区之间的所述第一i区的第一距离的第一长度限定；

第二光电二极管，包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中所述第二i区由被限定为所述第二p区和所述第二n区之间的所述第二i区的第二距离的第二长度限定；以及

感测组件，可操作地连接至所述第一光电二极管和所述第二光电二极管，所述感测组件包括电容元件；

其中，所述第一长度不同于所述第二长度，

其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管串联连接，

所述感测组件的输入节点连接在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管之间，

所述电容元件连接在所述输入节点和电源之间，

第一晶体管连接在所述输入节点和复位电压源之间，所述第一晶体管的栅极连接至复位信号线，

第二晶体管连接在所述电源和第三晶体管之间，所述第二晶体管的栅极连接至所述输入节点，以及

所述第三晶体管连接在所述第二晶体管和读出线之间，所述第三晶体管的栅极连接至所述读出信号线。

2.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，所述电容元件通过所述第一光电二极管充电并通过所述第二光电二极管放电。

3.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，所述第一长度大于所述第二长度。

4.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，所述第一i区由所述第一长度和第一宽度限定，所述第一长度和所述第一宽度限定第一面积，所述第二i区由所述第二长度和第二宽度限定，所述第二长度和所述第二宽度限定第二面积，且所述第一面积基本上等于所述第二面积。

5.根据权利要求4所述的触摸传感器设备，其中，所述第一长度大于所述第二长度。

6.根据权利要求4所述的触摸传感器设备，其中，所述第一宽度小于所述第二宽度。

7.根据权利要求4所述的触摸传感器设备，其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管具有基本相同的时间常数。

8.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，所述第一i区由所述第一长度和第一宽度限定，所述第二i区由所述第二长度和第二宽度限定，且所述第一宽度小于所述第二宽度。

9.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，所述第一光电二极管在第一时间段内对电容元件充电，所述第二光电二极管在所述第一时间段之后的第二时间段内对所述电容元件放电。

10.根据权利要求9所述的触摸传感器设备，其中，在所述第一时间段和所述第二时间段内，当物体通过接触或接近所述触摸传感器设备引起触摸状态时，所述第一光电二极管对所述电容元件的充电基本上大于所述第二光电二极管对所述电容元件的放电。

11.根据权利要求9所述的触摸传感器设备，其中，在所述第一时间段和所述第二时间段内，当物体在所述触摸传感器设备的触摸感测范围之外时，所述第一光电二极管对所述电容元件的充电与所述第二光电二极管对所述电容元件的放电基本相同。

12.根据权利要求9所述的触摸传感器设备，其中，所述第一光电二极管在所述第二时间段之后的第三时间段内对所述电容元件充电，所述第二光电二极管在所述第三时间段之后的第四时间段内对所述电容元件放电。

13.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，单独地控制所述第一光电二极管和所述第二光电二极管的导通和截止。

14.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，当所述第一光电二极管导通而所述第二光电二极管截止时，所述第一光电二极管中产生的第一电荷蓄积在所述电容元件中，当所述第二光电二极管导通而所述第一光电二极管截止时，所述第二光电二极管中产生的第二电荷从所述电容元件放出。

15.根据权利要求14所述的触摸传感器设备，其中：

所述第一光电二极管包括第一栅电极、连接至所述第一p区的第一阳极电极以及连接至所述第一n区的第一阴极电极，所述第二光电二极管包括第二栅电极、连接至所述第二p区的第二阳极电极以及连接至所述第二n区的第二阴极电极，

所述第二阴极连接至所述第一阳极电极，以便所述第一二极管元件和所述第二二极管元件彼此串联连接，

通过改变所述第一阴极电极与所述第一栅电极之间的第一电位关系来导通和截止所述第一光电二极管，以及

通过改变所述第二阳极电极与所述第二栅电极之间的第二电位关系来导通和截止所述第二光电二极管。

16.根据权利要求15所述的触摸传感器设备，其中：

将第一固定电压施加至所述第一栅电极，并且将第二固定电压施加至所述第二栅极，以及

将第一脉冲施加至所述第一阴极电极，并且将第二脉冲施加至所述第二阳极电极。

17.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管的响应特性不同。

18.根据权利要求1所述的触摸传感器设备，进一步包括基板，所述基板包括以矩阵形式配置在所述基板上的用于触摸感测的多个像素，每个像素均包括第一光电二极管、第二光电二极管以及感测组件。

19.一种电子装置，包括：

多个像素，多个像素中的每个均包括：

第一光电二极管，包括第一p型半导体区p区、第一i区以及第一n区，其中，所述第一i区由被限定为所述第一p区和所述第一n区之间的所述第一i区的第一距离的第一长度限定；

第二光电二极管，包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，所述第二i区由被限定为所述第二p区和所述第二n区之间的所述第二i区的第二距离的第二长度限定；以及

感测组件，可操作地连接至所述第一光电二极管和所述第二光电二极管，所述感测组件包括电容元件；

其中，所述第一长度不同于所述第二长度，

其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管串联连接，

所述感测组件的输入节点连接在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管之间，

所述电容元件连接在所述输入节点和电源之间，

第一晶体管连接在所述输入节点和复位电压源之间，所述第一晶体管的栅极连接至复位信号线，

第二晶体管连接在所述电源和第三晶体管之间，所述第二晶体管的栅极连接至所述输入节点，以及

所述第三晶体管连接在所述第二晶体管和读出线之间，所述第三晶体管的栅极连接至所述读出信号线。

20.根据权利要求19所述的电子装置，其中，所述电子装置是电视机、数码相机、个人电脑、笔记本电脑、台式电脑、摄像机以及移动电话中的至少一个。

21.一种显示装置，包括：

多个显示像素；

多个第一光电二极管，每个第一光电二极管均包括第一p区、第一i区以及第一n区，其中，所述第一i区由被限定为所述第一p区和所述第一n区之间的所述第一i区的第一距离的第一长度限定；

多个第二光电二极管，每个第二光电二极管均包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，所述第二i区由被限定为所述第二p区和所述第二n区之间的所述第二i区的第二距离的第二长度限定；以及

多个感测组件，多个感测组件中的每个感测组件均可操作地连接至相应的第一光电二极管和相应的第二光电二极管，并包括电容元件；

其中，对于多个第一光电二极管和第二光电二极管中的每个，所述第一长度均不同于所述第二长度，

其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管串联连接，

所述感测组件的输入节点连接在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管之间，

所述电容元件连接在所述输入节点和电源之间，

第一晶体管连接在所述输入节点和复位电压源之间，所述第一晶体管的栅极连接至复位信号线，

第二晶体管连接在所述电源和第三晶体管之间，所述第二晶体管的栅极连接至所述输入节点，以及

所述第三晶体管连接在所述第二晶体管和读出线之间，所述第三晶体管的栅极连接至所述读出信号线。

22.一种驱动触摸传感器的方法，包括：

用第一光电二极管在第一时间段内对电容元件充电，所述第一光电二极管包括第一p型半导体区p区、第一i区以及第一n区，其中，所述第一i区由被限定为所述第一p区和所述第一n区之间的所述第一i区的第一距离的第一长度限定；

用第二光电二极管在所述第一时间段之后的第二时间段内对所述电容元件放电，所述第二光电二极管包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，所述第二i区由被限定为所述第二p区和所述第二n区之间的所述第二i区的第二距离的第二长度限定；以及

在所述第二时间段之后感测所述电容元件的充电电荷，从而确定所述第一和第二时间段内是否发生过触摸状态，

其中，所述第一长度不同于所述第二长度。

23.一种制造触摸传感器设备的方法，包括：

用第一光电二极管在第一时间段内对电容元件充电，所述第一光电二极管包括第一p型半导体区p区、第一i区以及第一n区，其中，所述第一i区由被限定为所述第一p区和所述第一n区之间的所述第一i区的第一距离的第一长度限定；

用第二光电二极管在所述第一时间段之后的第二时间段内对所述电容元件放电，所述第二光电二极管包括第二p区、第二i区以及第二n区，其中，所述第二i区由被限定为所述第二p区和所述第二n区之间的所述第二i区的第二距离的第二长度限定；

通过在所述第一时间段内感测所述电容元件的第一充电电荷，确定所述第一光电二极管的第一时间常数；

通过在所述第二时间段内感测所述电容元件的第一充电电荷，确定所述第二光电二极管的第二时间常数；以及

调整所述第一长度和所述第二长度中的至少一个，以使所述第一时间常数基本上等于所述第二时间常数；

其中，所述第一长度不同于所述第二长度。

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