CN102081481B - 传感器装置、驱动方法、显示装置、电子单元及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供传感器装置、驱动方法、显示装置、电子单元及摄像装置。所述传感器装置包括以二维方式布置的传感器元件以及用于驱动这些传感器元件的传感器驱动部。每个所述传感器元件包括：光电转换元件，它根据所接收到的光的量产生电荷；电荷蓄积部，它连接至所述光电转换元件的一端并蓄积由所述光电转换元件产生的电荷；读出部，它读取根据所述电荷蓄积部中的电荷而得到的电压值或所蓄积的电荷，以输出所读取的电压值或所读取的电荷；以及复位部，它通过向所述电荷蓄积部供应预定复位电压来将所述电荷蓄积部中的电荷复位。所述传感器驱动部控制所述复位部，使得在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向所述电荷蓄积部供应预定复位电压。

Description

传感器装置、驱动方法、显示装置、电子单元及摄像装置
相关申请的交叉参考
本申请所包含的主题与2009年11月27日向日本专利局提交的日本优先权专利申请案JP 2009-270424以及2010年10月5日提交的JP2010-225548中所揭露的主题相关，这两个日本优先权专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于摄取物体的图像并检测邻近物体的位置的传感器装置、用于驱动此种传感器装置中所采用的传感器元件的方法、具有输入功能的显示装置(该显示装置包括传感器功能(输入功能)和显示功能)、以及包括此种显示装置的电子单元。本发明还涉及用于通过对由α射线、β射线、γ射线和X射线所表示的辐射线的波形进行转换从而根据辐射线来读取信息的辐射线摄像装置。
背景技术
先前，已知一种包括传感器面板的光学传感器装置，在该传感器面板中，以矩阵形式排列有多个光电转换元件(日本专利申请公开公报第09-92807号及第2001-345440号)。此外，已开发出这样一种显示装置，在该显示装置中，在显示面板内以矩阵形式排列有多个显示像素及多个光电转换元件，使得该显示面板本身具有光学传感器功能(参见日本专利申请公开公报第2006-276223号及第2008-233257号)。
在上述传感器装置或显示装置中，将根据所接收到的光的量而产生的并从光电转换元件提供的电荷蓄积在蓄积电容中，并且读出与蓄积电容中所蓄积的电荷对应的电压值并将该电压值作为传感器检测信号而输出。进入光电转换元件的光的量会根据接近面板表面的物体的位置、距离、尺寸等而发生变化，并且因此传感器检测信号也会发生变化。因此，通过适当地处理来自以矩阵形式布置的多个光接收元件中每一者的传感器检测信号，就可以检测出接近面板表面的物体的位置等。在此种装置中，利用光电转换元件在预定光接收(曝光)周期之后执行读出操作，然后将预定复位电压施加至蓄积电容，从而将蓄积电容中所蓄积的电荷复位。之后，重复进行例如光接收和读取等传感器操作。
在此种传感器操作中，存在如下的情形：甚至在执行复位操作之后，蓄积电容仍保持复位前状态。当蓄积电容保持复位前状态时，在进行后续的读取操作时会出现所谓的“残像(afterimage)”，从而使得难以获得令人满意的检测结果。作为先前技术，例如，上述日本专利申请公开公报第2001-345440号揭露了一种通过使用复位晶体管来减少残像的发明。然而，在此种先前技术中，未采取足够的措施来处理在使用了具有门极电极的PIN光电二极管作为光电转换元件的情形中出现残像的问题。在PIN光电二极管的情形中，i层处于蓄积状态(饱和状态)、耗尽状态以及反转状态中的任一种状态。具体而言，存在如下的问题：即使当在i层进入蓄积状态之后的短时间段中供应复位电压时，也无法充分地将蓄积电容中所蓄积的电荷复位。因此，期望提供一种解决该问题的补救方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明期望提供如下的一种传感器装置、一种用于驱动传感器元件的方法、一种具有输入功能的显示装置、以及一种电子单元：即使当例如光电转换元件处于蓄积状态(饱和状态)时，上述装置、方法及单元也能通过可靠地将电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位以减少残像从而实现稳定的检测操作；并且本发明还期望提供一种辐射线摄像装置。
根据本发明的实施方案，提供一种传感器装置，其包括以二维方式布置的多个传感器元件以及用于驱动所述多个传感器元件的传感器驱动部。这些传感器元件中的每一者均包括：光电转换元件，它根据所接收到的光的量产生电荷；电荷蓄积部，它连接至光电转换元件的一端，并蓄积由所述光电转换元件产生的电荷；读出部，它读取根据所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷而得到的电压值或读取所述所蓄积的电荷，以将所读取的电压值或所读取的电荷作为传感器检测信号而输出；以及复位部，它通过向所述电荷蓄积部供应预定复位电压来将所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位。所述传感器驱动部控制所述复位部，使得在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
根据本发明的另一实施方案，提供一种用于驱动传感器元件的方法，该方法包括以下步骤：(1)提供以二维方式布置的多个传感器元件，这些传感器元件中的每一者均包括：光电转换元件，它根据所接收到的光的量产生电荷；电荷蓄积部，它连接至所述光电转换元件的一端，并蓄积由所述光电转换元件产生的电荷；读出部，它读取根据所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷而得到的电压值或读取所述所蓄积的电荷，以将所读取的电压值或所读取的电荷作为传感器检测信号而输出；以及复位部，它通过向所述电荷蓄积部供应预定复位电压来将所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位，以及(2)控制所述复位部，使得在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
根据本发明的另一实施方案，提供一种具有输入功能的显示装置，该显示装置包括：显示面板，它设置有以二维方式布置的多个显示像素及多个传感器元件；显示驱动部，它用于驱动所述多个显示像素；以及传感器驱动部，它驱动所述多个传感器元件。在该具有输入功能的显示装置中，这些传感器元件中的每一者均受到与本发明上述实施方案中由所述传感器驱动部执行的控制类似的控制。
根据本发明的另一实施方案，提供一种电子单元，该电子单元包括本发明上述实施方案的具有输入功能的显示装置。
根据本发明的另一实施方案，提供一种辐射线摄像装置，其包括像素部，该像素部设置有以二维方式布置的多个传感器元件并且响应于入射辐射线或响应于通过对所述入射辐射线进行波长转换而获得的光来产生电荷。在该辐射线摄像装置中，这些传感器元件中的每一者均受到与本发明上述实施方案中由所述传感器驱动部所执行的控制类似的控制。
在本发明实施方案的传感器装置、用于驱动传感器元件的方法、具有输入功能的显示装置、电子单元、或辐射线摄像装置中，在光电转换元件中产生与所接收到的光的量对应的电荷。随后，把由光电转换元件转换得到的电荷蓄积在电荷蓄积部中，并且把电荷蓄积部中所蓄积的电荷或将与所蓄积的电荷对应的电压值作为传感器检测信号而输出。通过向电荷蓄积部供应预定复位电压，将电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位。此时，通过在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向电荷蓄积部供应预定复位电压，即使当例如光电转换元件处于饱和状态时，也可以可靠地将电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位以减少残像。
根据本发明实施方案中的传感器装置、用于驱动传感器元件的方法、具有输入功能的显示装置、电子单元、或辐射线摄像装置，预定复位电压是在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地被供应至电荷蓄积部，因此即使当例如光电转换元件处于饱和状态时，也可以通过可靠地将电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位以减少残像从而执行稳定的检测操作(摄像操作)。
根据以下说明，可更全面地理解本发明的其他及进一步的目的、特点以及优点。
附图说明
图1是说明了本发明第一实施方案的具有输入功能的显示装置的配置实例的方框图；
图2是说明了图1所示的输入/输出(I/O)显示面板的配置实例的方框图；
图3是说明了图2所示显示区域(传感器区域)的像素布置的实例的平面图；
图4是说明了传感器元件(摄像像素)与图3所示像素布置中的信号线路之间的连接关系的实例的平面示意图；
图5是说明了图1所示显示装置中的传感器元件的配置实例的电路图；
图6是说明了图5所示传感器元件的主要部分的结构的剖面图；
图7A是说明了光电转换元件处于蓄积状态(饱和状态)的情形的说明图，图7B是说明了光电转换元件处于耗尽状态的情形的说明图；
图8是说明了图5所示传感器元件中的电容性耦合的电路图；
图9是显示了图5所示传感器元件的残像特性的曲线图；
图10是说明了图1所示显示装置中的传感器操作(摄像操作)的实例的时序波形图；
图11在部分(A)中说明了复位控制信号的比较例的时序波形，在部分(B)中说明了复位控制信号的第一实例的时序波形，并且在部分(C)中说明了复位控制信号的第二实例的时序波形；
图12A和图12B分别说明了在图1所示的显示装置中，当存在强烈的外界光时有邻近物体位于传感器区域中的状态和在此种状态下的传感器输出电压的实例；
图13A和图13B分别说明了在图1所示的显示装置中，当存在微弱的外界光时有邻近物体位于传感器区域中的状态和在此种状态下的传感器输出电压的实例；
图14显示出了多个图像，这些图像用于说明一种通过使用差分图像来检测邻近物体的方法；
图15A和图15B分别是：用于说明在图1所示显示装置中通过利用邻近物体检测处理的结果来执行应用程序的第一实例和第二实例的说明图；
图16是用于说明通过利用邻近物体检测处理的结果来执行应用程序的第三实例的说明图；
图17是用于说明通过利用邻近物体检测处理的结果来执行应用程序的第四实例的说明图；
图18是用于说明通过利用邻近物体检测处理的结果来执行应用程序的第五实例的说明图；
图19是图1所示显示装置的第一应用例的立体外观图；
图20A和图20B分别是当从前面和后面观看时，第二应用例的立体外观图；
图21是第三应用例的立体外观图；
图22是第四应用例的立体外观图；
图23A至图23G是用于说明第五应用例的图，其中图23A和图23B分别为在打开状态下的前视图和侧视图，并且图23C至图23G分别为在闭合状态下的前视图、左侧视图、右侧视图、俯视图和仰视图；
图24是说明了本发明第二实施方案的光电转换器的配置实例的方框图；
图25是说明了由光电转换器和波长转换器的组合配置而成的辐射线摄像装置的配置图；
图26是说明了应用于图24所示光电转换器的有源像素电路的第一配置实例的电路图；
图27是说明了应用于图24所示光电转换器的有源像素电路的第二配置实例的电路图；
图28是说明了应用于图24所示光电转换器的无源像素电路的第一配置实例的电路图；
图29是说明了应用于图24所示光电转换器的无源像素电路的第二配置实例的电路图；
图30是说明了图24所示光电转换器的主要部分的剖面图；
图31是说明了应用于图26和图27所示有源像素电路的操作时序的第一实例的说明图；
图32是说明了应用于图28和图29所示无源像素电路的操作时序的第一实例的说明图；
图33是与图31所示的操作时序对应的时序图；
图34是与图32所示的操作时序对应的时序图；
图35是说明了应用于图26和图27所示有源像素电路的操作时序的第二实例的说明图；
图36是与图35所示的操作时序对应的时序图；
图37是说明了应用于图26和图27所示有源像素电路的操作时序的第三实例的说明图；
图38是说明了应用于图28和图29所示无源像素电路的操作时序的第二实例的说明图；
图39是说明了应用于有源像素电路的比较例的操作时序的第一示例的说明图；
图40是说明了应用于有源像素电路的比较例的操作时序的第二示例的说明图；
图41是说明了应用于无源像素电路的比较例的操作时序的第一示例的说明图；
图42是说明了用于检验有源像素电路的特性的操作时序的说明图；
图43是说明了用于检验无源像素电路的特性的操作时序的说明图；
图44A是显示了用于检验特性的光辐射线的时序的时序图，图44B是显示了用于检验特性的复位控制信号的施用时序的时序图；
图45是显示了通过直接测量有源像素电路的输出电压而获得的结果的曲线图；
图46A至图46C是显示了在图27所示有源像素电路的第二配置实例中，通过对单一像素电路的经过放大器之后的输出电压进行测量而获得的结果的曲线图；
图47A至图47C是显示了在图26所示有源像素电路的第一配置实例中，通过对单一像素电路的经过放大器之后的输出电压进行测量而获得的结果的曲线图；
图48A和图48B分别是显示了在有源像素电路的第二配置实例中和在有源像素电路的第一配置实例中，通过对单一像素电路的未经过放大器的输出电压进行直接检验而获得的结果的曲线图；
图49是说明了用于检验有源像素电路的特性的操作时序的说明图；
图50是显示了在有源像素电路中改变复位电压的施用时序的情形中，通过测量输出电压而获得的结果的曲线图；以及
图51A和图51B分别是显示了当在一帧周期中间歇地施加复位电压时和当在一帧周期中连续地施加复位电压时，通过测量有源像素电路中的输出电压而获得的结果的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的各实施方案进行详细说明。
第一实施方案
具有输入功能的显示装置的整体结构
图1示出了本发明第一实施方案的具有输入功能的显示装置(显示摄像装置)的整体结构的实例。此显示装置包括I/O显示面板20、背光灯15、显示驱动电路12、光接收驱动电路(光检测驱动电路)13、图像处理部14、以及应用程序执行部11。
I/O显示面板20为例如液晶显示(Liquid Crystal Display；LCD)面板。I/O显示面板20包括如图3(稍后进行说明)所示以矩阵形式排列的多个显示像素31RGB，并具有在执行线序操作的同时根据图像数据而显示出例如图形及字符等预定图像的功能(显示功能)。I/O显示面板20还包括如图3所示(稍后进行说明)被布置为矩阵形式的摄像像素的传感器元件33，并具有用作传感器面板的功能(检测功能、摄像功能)以对与面板表面接触或接近的物体(邻近物体)进行检测并成像。
背光灯15是用于在I/O显示面板20中进行显示及检测的光源，并包括例如被排列起来的多个发光二极管。背光灯15由显示驱动电路12驱动及控制，并能够根据与I/O显示面板20的操作时序(稍后进行说明)相同步的预定时序来高速地执行通断(照明及不照明)操作。背光灯15周期性地从I/O显示面板20的后侧向面板表面发出照明光Lon。
显示驱动电路12为用于驱动I/O显示面板20的显示像素31RGB(即执行线序显示操作的驱动)的电路，使得根据显示数据将图像显示在I/O显示面板20上(即，使得执行显示操作)。显示驱动电路12还执行对背光灯15的通断(照明及不照明)控制。
光接收驱动电路13为用于驱动I/O显示面板20(即执行线序摄像操作的驱动)的电路，使得从I/O显示面板20的每一个传感器元件(摄像像素)33获得传感器检测信号(摄像信号)(即，使得对物体进行检测或成像)。附带而言，来自各个传感器元件33的传感器检测信号(摄像信号)例如按帧存储在帧存储器13A中，并作为所检测到的图像(所摄取图像)而被输出至图像处理部14。
图像处理部14根据从光接收驱动电路13输出的所摄取图像来执行预定图像处理(运算处理)。作为执行该图像处理的结果，图像处理部14检测到并获得例如关于已靠近I/O显示面板20的物体的物体信息(该物体的位置坐标数据、与该物体的形状及尺寸相关的数据，等等)。
基于由图像处理部14获得的检测结果，应用程序执行部11根据预定段的应用软件来执行处理。作为此种处理的实例，有一种处理是把被检测物体的位置坐标包括在将要显示于I/O显示面板20上的显示数据中。附带而言，由应用程序执行部11产生的显示数据被提供至显示驱动电路12。
I/O显示面板20的配置实例
图2示出了I/O显示面板20的配置实例。I/O显示面板20包括显示区域(传感器区域)21、显示用H(水平)驱动器22、显示用V(垂直)驱动器23、传感器读取用H(水平)驱动器25、以及传感器用V(垂直)驱动器24。
图1和图2中的光接收驱动电路13、传感器用V驱动器24以及传感器读取用H驱动器25组合在一起即为本发明实施方案中的“传感器驱动部”的特定实例。显示驱动电路12、显示用H驱动器22以及显示用V驱动器23组合在一起即为本发明实施方案中的“显示驱动部”的特定实例。I/O显示面板20为本发明实施方案中的“显示面板”及“传感器面板”的特定实例。光接收驱动电路13和图像处理部14组合在一起即为本发明实施方案中的“信号处理部”的特定实例。
显示区域(传感器区域)21为这样的区域：其对来自背光灯15的光进行调制并发出该经过调制的光作为辐射光(在下文中所提及的是包括显示光及由例如红外光源(图未示出)发出的用于检测的辐射光的光)。显示区域(传感器区域)21也是对接触或接近此区域的物体进行检测(成像)的区域。在显示区域(传感器区域)21中，稍后要说明的显示像素31RGB(例如液晶显示元件)以及传感器元件33各自被布置成矩阵形式。
根据由显示驱动电路12提供的用于对显示时钟及控制时钟进行驱动的显示信号，显示用H驱动器12与显示用V驱动器23一起以线序方式对显示区域21内的显示像素31RGB进行驱动。
根据由光接收驱动电路13进行的驱动控制，传感器读取用H驱动器25与传感器用V驱动器24一起以线序方式对显示区域21内的用作摄像像素的传感器元件33进行驱动，并获得检测信号(摄像信号)。光接收驱动电路13被配置成：当从背光灯15向邻近物体发出辐射光时，该光接收驱动电路13执行一种驱动控制，以根据由辐射光产生的反射光的量与环境光(外界光)的量的总和来蓄积用于在传感器元件33中进行充电的电荷。此外，光接收驱动电路13被配置成：当未从背光灯15发出辐射光时，该光接收驱动电路13执行一种驱动控制，以根据环境光的量来蓄积用于在传感器元件33中进行充电的电荷。传感器读取用H驱动器25被配置成向光接收驱动电路13输出当背光灯15接通时的传感器检测信号(摄像信号)以及当背光灯15关断时的传感器检测信号(摄像信号)，这些传感器检测信号(摄像信号)是通过上述这些种类的驱动控制而从传感器元件33获得的。
图3示出了显示区域(传感器区域)21中的每一像素的详细配置实例。例如，如图3所示，显示区域21的各像素31包括多个显示像素31RGB、多个用作摄像像素的传感器元件33、以及多个导线部32，在这些导线部32中形成有用于传感器元件33的导线。显示像素31RGB中的每一者均包括用于红色(R)的显示像素31R、用于绿色(G)的显示像素31G以及用于蓝色(B)的显示像素31B。显示像素31RGB、传感器元件33以及导线部32各自都以矩阵形式布置在显示区域(传感器区域)21上。此外，传感器元件33与用于驱动传感器元件33的导线部32被布置成周期性地相互分离。利用此种布置，包括传感器元件33及导线部32的传感器区域相对于显示像素31RGB而言将很难识别，并且显示像素31RGB中的孔径比的减小将被抑制至最小程度。此外，当导线部32被设置在对显示像素31RGB的孔径没有贡献的区域(例如由黑色矩阵形成的对光进行屏蔽的区域、或反射区域)中时，可在不会降低显示质量的情况下设置光接收电路。附带而言，例如，如图4所示，复位控制信号线Reset_1至复位控制信号线Reset_n以及读取控制信号线Read_1至读取控制信号线Read_n沿水平线方向被连接至传感器元件33中的每一者。
传感器元件33的配置实例
例如，如图5所示，传感器元件33包括光电转换元件PD1、复位晶体管Tr1、蓄积节点P1、放大晶体管Tr2、选择/读取晶体管Tr3以及蓄积电容C0(电荷蓄积部)。
光电转换元件PD1根据入射光的量产生电荷，并且是例如PIN光电二极管。如图6(稍后进行说明)所示，该PIN光电二极管具有p型半导体区域54A、n型半导体区域54B、以及形成于p型半导体区域54A与n型半导体区域54B之间的本征性半导体区域(i区域)54C。如图6(稍后进行说明)所示，光电转换元件PD1还具有阳极电极55、阴极电极56以及门极电极52。阳极电极55连接至p型半导体区域54A，并且阴极电极56连接至n型半导体区域54B。光电转换元件PD1的阴极电极56连接至用于供应电源电压VDD的电源线。光电转换元件PD1的一端(阳极电极55)连接至复位晶体管Tr1的一端(漏极端子)。
蓄积电容C0的一端通过蓄积节点P1连接至光电转换元件PD1的上述一端(阳极电极55)、复位晶体管Tr1的上述一端(漏极端子)、以及放大晶体管Tr2的门极端子。在蓄积电容C0中，将会蓄积由光电转换元件PD1转换而得的电荷。根据蓄积电容C0中所蓄积的电荷，蓄积电容C0的电压值会出现电压波动。蓄积电容C0的另一端与复位晶体管Tr1的源极端子一起连接至用于供应预定复位电压Vrst(例如0V)的供电线VSS。
复位晶体管Tr1、放大晶体管Tr2以及选择/读取晶体管Tr3中的每一者均包括薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)等。
复位晶体管Tr1的门极端子连接至用于供应复位控制信号V(Reset)的复位控制信号线Reset(参见图4和图5)，并且复位晶体管Tr1的源极端子连接至用于供应复位电压Vrst(例如0V)的供电线VSS。复位晶体管Tr1的漏极端子以及放大晶体管Tr2的门极端子连接至蓄积电容C0的所述一端(蓄积节点P1)。放大晶体管Tr2的漏极端子连接至用于供应电源电压VDD的电源线。放大晶体管Tr2的源极端子连接至选择/读取晶体管Tr3的漏极端子。选择/读取晶体管Tr3的门极端子连接至用于提供读取控制信号V(Read)的读取控制信号线Read，并且选择/读取晶体管Tr3的源极端子连接至读出线41。
设置复位晶体管Tr1是为了向蓄积电容C0供应预定复位电压Vrst，从而将蓄积节点P1的电压值复位至预定复位电压Vrst(以释放蓄积电容C0中所蓄积的电荷)。在本实施方案中，如图11的部分(B)及部分(C)(稍后进行说明)所示，光接收驱动电路13控制施加至复位晶体管Tr1的门极端子的复位控制信号V(Reset)的脉冲周期，使得在超过1H(一个水平扫描)周期(例如32微秒)的周期中连续地或间歇地向蓄积电容C0供应预定复位电压Vrst。
放大晶体管Tr2以及选择/读取晶体管Tr3形成信号读出电路，以根据蓄积电容C0中所蓄积的电荷来读取电压值并将所读取的电压值作为传感器检测信号而输出。当选择/读取晶体管Tr3响应于施加至门极端子的读取控制信号V(Read)而接通时，传感器检测信号被输出至读出线41。放大晶体管Tr2及选择/读取晶体管Tr3组合在一起即为本发明实施方案中的“读出部”的特定实例。
传感器元件33及晶体管的元件结构
图6示出了光电转换元件PD1的元件结构的实例。图6描绘了底部门极型(bottom gate type)的配置实例。传感器元件33包括：基板51；以及形成于基板51上的门极电极52、门极介电膜53、PIN半导体层54、阳极电极55、阴极电极56、介电膜(平整化膜)57以及层间介电膜58。PIN半导体层54包括p型半导体区域54A、n型半导体区域54B以及形成于p型半导体区域54A与n型半导体区域54B之间的本征性半导体区域(i区域)54C。
图6还示出了晶体管Tr的元件结构的实例。晶体管Tr的半导体层60与光电转换元件PD1的PIN半导体层54以共同的层水平高度形成于基板51上方。图6所示的晶体管Tr为例如放大晶体管Tr2或选择/读取晶体管Tr3。另外，在此显示装置中，传感器驱动部(传感器用V驱动器24和传感器读取用H驱动器25中的每一者、光接收驱动电路13)以及显示像素31RGB和显示驱动部(显示驱动电路12、显示用H驱动器22、以及显示用V驱动器23)中的每一者均具有包括半导体层的开关晶体管。在这些电路部每一者的开关晶体管中，也优选将半导体层与光电转换元件PD1的PIN半导体层54以共同的层水平高度形成于基板51上方。
首先，将对光电转换元件PD1侧的元件结构进行说明。基板51为例如绝缘基板，其例如是塑料膜基板或玻璃基板。门极电极52含有例如Al(铝)或Mo(钼)。门极电极52至少形成于面对本征性半导体区域54C的区域中，并且是例如矩形状。附带而言，作为实例，图6示出了门极电极52形成于面对如下部分的区域中的情形：该部分不仅包括本征性半导体区域54C，而且包括p型半导体区域54A的一部分以及n型半导体区域54B的一部分。因此，门极电极52用作屏蔽膜，以防止来自基板51侧的光进入本征性半导体区域54C中。
门极介电膜53含有氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)等作为主要成分。门极介电膜53在层叠方向(图6中的Z方向)上与PIN半导体层54相对地设置。例如，门极介电膜53设置于与至少包括本征性半导体区域54C的部分相面对的区域中，以覆盖例如门极电极52。附带而言，作为实例，图6示出了门极介电膜53形成于包括门极电极52在内的基板51的整个表面上的情形。
PIN半导体层54被形成得横穿面对着门极电极52的区域，并在面对阳极电极55及阴极电极56的方向(图6中的X方向)上延伸。除与阳极电极55及阴极电极56相接触的部分之外，PIN半导体层54的顶面被平整化膜57及层间介电膜58覆盖。外界光从平整化膜57及层间介电膜58的顶面侧入射到PIN半导体层54上。平整化膜57及层间介电膜58是由对入射光透明的材料制成，并含有氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)等作为主要成分。
p型半导体区域54A及n型半导体区域54B在层叠平面(图6中的XY平面)中的第一方向(图6中的X方向)上彼此面对。p型半导体区域54A与n型半导体区域54B不直接相互接触，而是被设置成有本征性半导体区域54C介于其间。因此，在PIN半导体层54中，在面内方向上形成了PIN结构。PIN半导体层54为非单晶半导体层，例如为多晶硅。p型半导体区域54A由例如包含p型杂质(p+)的硅薄膜形成，并且n型半导体区域54B由例如包含n型杂质(n+)的硅薄膜形成。本征性半导体区域54C则由例如未掺杂杂质的硅薄膜形成。
阳极电极55及阴极电极56含有例如Al。阳极电极55电连接至p型半导体区域54A，而阴极电极56则电连接至n型半导体区域54B。
接着，将对晶体管Tr侧的元件结构进行说明。附带而言，对于与光电转换元件PD1侧的结构部件类似的结构部件，将不再予以赘述。晶体管Tr包括门极电极59、半导体层60、漏极电极55D以及源极电极56S。半导体层60包括源极区域60B、漏极区域60A以及沟道区域60C。
门极电极59含有例如Al(铝)或Mo(钼)。门极电极59至少形成于面对沟道区域60C的区域中。除与漏极电极55D及源极电极56S相接触的部分之外，半导体层60的顶面被平整化膜57及层间介电膜58覆盖。源极区域60B及漏极区域60A在层叠平面(图6中的XY平面)中的第一方向(图6中的X方向)上彼此面对。源极区域60B及漏极区域60A不直接相互接触，而是被设置成有沟道区域60C介于其间。半导体层60为非单晶半导体层，例如为多晶硅。
漏极电极55D及源极电极56S含有例如Al。漏极电极55D电连接至漏极区域60A，而源极电极56S则电连接至源极区域60B。
在图6所示的元件结构中，将各个层形成为具有例如以下厚度值。
门极电极52及门极电极59：50nm～100nm
门极介电膜53：50nm～200nm
PIN半导体层54：40nm～200nm
半导体层60：40nm～200nm
阳极电极55：500nm～1000nm
阴极电极56：500nm～1000nm
层间介电膜58：500nm～1000nm
漏极电极55D：500nm～1000nm
源极电极56S：500nm～1000nm
显示装置的整体操作
首先，将对此显示装置的整体操作进行概要说明。
在此显示装置中，根据由应用程序执行部11提供的显示数据，显示驱动电路12产生用于显示的驱动信号。根据此驱动信号，I/O显示面板20受到线序显示驱动，并且对图像进行显示。此时，显示驱动电路12还驱动背光灯15，从而与I/O显示面板20同步地执行周期性的接通及关断操作。
当有物体(例如指尖等邻近物体)接触或接近I/O显示面板20时，通过由光接收驱动电路13进行的线序摄像驱动，I/O显示面板20中的传感器元件(摄像像素)33对该物体进行检测(成像)。从I/O显示面板20向光接收驱动电路13提供来自传感器元件33中每一者的检测信号(摄像信号)。光接收驱动电路13在一帧内累积传感器元件33的检测信号，会将所累积的检测信号作为所摄取图像而输出至图像处理部14。此处，两幅帧图像被输出至图像处理部14，即：其中一幅图像基于当背光灯15处于ON(接通)状态时所获得的来自传感器元件33的传感器检测信号；另一幅图像基于当背光灯15处于OFF(关断)状态时所获得的来自传感器元件33的传感器检测信号。
图像处理部14通过基于这个所摄取图像执行预定图像处理(运算处理)，来获得关于接触或接近I/O显示面板20的物体的物体信息(例如该物体的位置坐标数据、以及与该物体的形状及尺寸相关的数据)。例如，执行用于确定在光接收驱动电路13中所产生的差分图像的重心(barycenter)的运算处理，并且对接触(靠近)中心进行识别。随后，从图像处理部14向应用程序执行部11输出对该邻近物体的检测结果。应用程序执行部11执行如稍后所述的应用程序。
对邻近物体进行检测的特定实例
接着，将对此显示装置中的传感器操作(摄像操作)的特定实例进行说明。在此显示装置中，在I/O显示面板20中，从上部线到下部线依序执行处理，以利用复位电压Vrst将传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值(蓄积电容C0中所蓄积的电荷)复位(复位周期)。随后，在背光灯15处于接通的状态中，执行曝光(将由光电转换元件PD1转换而得的电荷蓄积到蓄积电容C0中)(曝光周期(明亮))。接着，从上部线到下部线依序执行处理，以读取与传感器元件33的蓄积电容C0中所蓄积的电荷对应的电压值(蓄积节点P1的电压值)作为传感器检测信号(读取周期)。
接着，再次，从上部线到下部线依序执行处理，以利用复位电压Vrst将传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值(蓄积电容C0中所蓄积的电荷)复位(复位周期)。随后，在背光灯15处于关断的状态中，执行曝光(将由光电转换元件PD1转换而得的电荷蓄积到蓄积电容C0中)(曝光周期(黑暗))。随后，从上部线到下部线依序执行处理，以读取与传感器元件33的蓄积电容C0中所蓄积的电荷对应的电压值(蓄积节点P1的电压值)作为传感器检测信号(读取周期)。
如上所述，执行了在背光灯15处于接通的状态(明亮状态)下的曝光以及在背光灯15处于关断的状态(黑暗状态)下的曝光，且在这两次曝光之间提供了复位周期，然后执行用于对每一状态中的传感器检测信号进行读取的处理。
图12A示出了当显示装置中存在强烈的外界光L0时有邻近物体(手指f)位于I/O显示面板20的传感器区域21中的状态，图12B则示出了在此种状态下的传感器输出电压(所接收光的输出电压)的实例。例如，如图12A所示当入射的外界光(环境光)L0较强时，在背光灯15处于接通的状态下所接收光的输出电压Von101如图12B所示。换句话说，所接收光的输出电压Von101是这样的电压值Va：该电压值Va几乎仅对应于外界光L0在面板上的传感器区域21内除了有手指f靠近的部分之外的任何部分中的强度。此外，在有手指f靠近的部分处，所接收光的输出电压Von101减小至电压值Vb，该电压值Vb对应于从背光灯15发出的并被手指f的表面反射的照明光Lon的强度。相比之下，在背光灯15处于关断的状态下，所接收光的输出电压Von101类似地为这样的电压值Va：该电压值Va对应于外界光L0在除了有手指f靠近的部分之外的其他部分中的强度，但在有手指f靠近的部分处，外界光L0几乎被阻挡并且因此所接收光的输出电压Voff101为处于极低电平的电压值Vc。
图13A示出了当显示装置中的外界光L0较弱时有邻近物体(手指f)位于I/O显示面板20的传感器区域21中的状态，图13B则示出了在此种状态下的传感器输出电压(所接收光的输出电压)的实例。例如，如图13A所示在入射的外界光L0较弱(几乎不存在)的状态中，在背光灯15处于接通的状态下所接收光的输出电压Von201为如图13B所示。换句话说，在传感器区域21内除有手指f靠近的部分之外的任何部分中，由于外界光L0较弱，因而所接收光的输出电压Von201为处于极低电平的电压值Vc。另一方面，在传感器区域21内有手指f靠近的部分处，所接收光的输出电压Von201增大至电压值Vb，该电压值Vb对应于从背光灯15发出的并被手指f的表面反射的照明光Lon的强度。相比之下，在背光灯15处于关断的状态下，在有手指f靠近的部分处以及在其他部分处，所接收光的输出电压Voff201均保持不变地处于极低电平的电压值Vc。
因此，在传感器区域21中手指f未靠近的部分处，所接收光的输出电压根据外界光L0是否存在而差别极大。相比之下，在传感器区域21中有手指f靠近的部分处，无论存在还是不存在外界光L0，当背光灯15接通时的电压值Vb以及当背光灯15关断时的电压值Vc均保持近似恒定。因此，通过检测当背光灯15接通时的电压与当背光灯15关断时的电压之间的差别，就可确定其中存在着不低于某一水平(例如电压值Vb与电压值Vc之差)的差别的部分是有物体靠近或接近的部分。
在图像处理部14(图1)中，例如，获得了如图14所示的差分图像C′。图像B′是基于在背光灯15发出照明光Lon的状态中所获得的来自传感器元件33的传感器检测信号的图像的实例。图像A′是基于在背光灯15未发出照明光Lon的状态中所获得的来自传感器元件33的传感器检测信号的图像的实例。根据图像A′与图像B′之间的差分图像C′，就可检测出物体的位置等。
关于传感器操作中的残像的说明
当上述传感器操作是通过使用图5中的传感器元件33来执行时，存在如下一种情形，即：甚至在执行了复位操作之后蓄积电容C0仍保持复位前状态。当蓄积电容C0保持复位前状态时，在进行随后的读取操作时会出现所谓的“残像”，从而使得难以获得令人满意的检测结果。
参照图7A、图7B和图8，以下将对当使用PIN光电二极管作为光电转换元件PD1时出现残像的原因进行说明。在PIN光电二极管的情形中，i层会根据门极电压而处于蓄积状态(饱和状态)、耗尽状态以及反转状态中的任一状态。在薄膜光电二极管的情形中，从在蓄积状态或反转状态下在门极电极侧的界面中感应有电荷的状态(图7A)变换至耗尽状态(图7B)需要约几百微秒这个数量级的时间。通常，在耗尽状态中使用PIN光电二极管，因为在耗尽状态中其光敏性最大，但当被强烈的外界光照射并因此进入Vnp＜0V的状态时，PIN光电二极管变换至蓄积状态。附带而言，当从p型半导体区域54A(阳极电极55)侧看时，Vnp为n型半导体区域54B(阴极电极56)的电势。因此，甚至当在强烈的外界光进行照射之后环境立即变换至黑暗状态、并且还执行了复位操作以便返回至Vnp＞0V的状态时，也难以在几百微秒内从蓄积状态变换至耗尽状态。已发现，此时，由于在表面上所感应的电荷的影响，在耗尽状态与蓄积状态之间或在耗尽状态与反转状态之间存在PIN二极管电容特性的差别。换句话说，如图7A和图7B所示，门极电极52与p型半导体区域54A(阳极电极55)之间的电容Cgp在蓄积状态中较大而在耗尽状态中则较小。
另一方面，关于蓄积电容C0，复位晶体管Tr1被接通，并且因此蓄积电容C0即刻地稳定在预定复位电压Vrst。然而，当复位晶体管Tr1从ON(接通)状态变换至OFF(关断)状态时，蓄积电容C0的电势会受到每一电路元件中的电容性耦合的影响并会轻微地偏离预定复位电压Vrst。图8示出了由电容性耦合造成的电容C10、C20、C30以及C40作为实例。
此处，如上所述，当连接至蓄积电容C0的PIN光电二极管(光电转换元件PD1)在耗尽状态中的电容C10(Cgp)不同于在蓄积状态或反转状态中的电容时，整个耦合量会随光电转换元件PD1的状态而变化。由于此种情形的影响，甚至在执行复位操作之后，与之前刚刚接收到的光有关的信息也仍保持在蓄积电容C0中。结果，会出现残像的问题。
如上所述，PIN光电二极管中的状态变换需要几百微秒。因此，可以构想出：可通过例如在约100微秒内连续地或间歇地向蓄积电容C0供应复位电压Vrst来改善残像的问题。但是实际上，如果供应复位电压Vrst的周期超过1H(水平扫描)周期(例如32微秒)(稍后进行说明)，残像就会开始显著地减小。
用于控制复位电压的控制操作的特定实例
图10在部分(A)至部分(C)中图示了时序波形，这些时序波形表示此显示装置中的传感器操作(摄像操作)的实例。具体而言，图10的部分(A)显示了施加至图5所示复位晶体管Tr1的门极的复位控制信号V(Reset)的电压波形。图10的部分(B)显示了施加至选择/读取晶体管Tr3的读取控制信号V(Read)的电压波形。图10的部分(C)显示了在蓄积电容C0一端上的蓄积节点P1中的电压Vs的波形。在图10的部分(A)的上部所显示的“BRIGHT(明亮)”以及“DARK(黑暗)”分别表示其中背光灯15处于接通的周期(明亮周期)以及其中背光灯15处于关断的周期(黑暗周期)。
首先，在图10的部分(C)所示的操作点A处，复位晶体管Tr1进入ON状态，并且因此蓄积节点P1的电压Vs即刻稳定在预定复位电压Vrst。随后，在操作点B处，伴随复位晶体管Tr1变换至OFF状态，蓄积节点P1的电压Vs由于如图8所示的电容性耦合而显示出Vcd1＝(VH-VL)×C30/(C10+C20+C30+C40)的电压降。随后，在操作点C(明亮周期)处，通过光电转换元件PD1对光进行光电转换，从而造成电压升高。然后，接通选择/读取晶体管Tr3，并且因此该电压被输出作为检测信号。
之后，类似于操作点A、B以及C，可容易理解的是，在黑暗周期中也会产生在操作点D、E、F、G以及H处的操作电压。随后，在下一明亮周期中，在操作点J处，当由于光电转换元件PD1进行光电转换而导致电势Q＞(VDD-Vrst)/(C10+C20+C30+C40)的状态时，会获得所谓的饱和状态，且蓄积节点P1的电压Vs在操作点J处被稳定在任意电势。此时，如上所述，光电转换元件PD1的耦合电容C10大于在非饱和状态中的耦合电容，并且因此在下一操作点L处所接收到的电容性耦合量Vcd2是小于Vcd1的电势。于是，如操作点F以及操作点M所示，甚至当接收到相同量的光时，在非饱和之后所输出的信号电压也不同于在饱和之后所输出的信号电压，因此从信号电势的观点看，图像看上去仿佛是残像。此时，通过让复位晶体管Tr1受到驱动控制以使得在超过1H(水平扫描)周期的周期中、优选在100微秒或更长的周期中连续地或间歇地向蓄积电容C0供应预定复位电压Vrst，来实质上消除光电转换元件PD1的耦合电容C10的变化，从而实现Vcd1＝Vcd2并实质上消除残像现象。
图11的部分(B)及部分(C)分别示出了适合于用于消除残像的复位控制信号V(Reset)的电压波形的第一实例及第二实例。图11的部分(A)示出了比较例的电压波形。
例如，如图11的部分(B)所示，将电压脉冲宽度与超过1H(水平扫描)周期的周期(例如100微秒或更长)对应的信号施加至复位晶体管Tr1的门极端子作为复位控制信号V(Reset)。于是，在超过1H(水平扫描)周期的周期中连续地向蓄积电容C0供应预定复位电压Vrst。因此，甚至当光电转换元件PD1处于饱和状态时，也可以可靠地将蓄积电容C0中所蓄积的电荷复位以防止出现残像。
此外，如图11的部分(C)所示，在超过1H(水平扫描)周期的周期(例如100微秒或更长)中，可将电压脉冲信号作为复位控制信号V(Reset)而间歇地施加至复位晶体管Tr1的门极端子两次以上。于是，在超过1H周期的周期中，将预定复位电压Vrst间歇地供应至蓄积电容C0。
通过执行如图11的部分(B)以及部分(C)所示的复位控制，甚至当光电转换元件PD1处于饱和状态时，也可以可靠地将蓄积电容C0中所蓄积的电荷复位以防止出现残像。相比之下，如图11的部分(A)所示，当施加的复位控制信号V(Reset)的电压脉冲宽度等于或小于1H(水平扫描)周期时，仅在等于或小于1H周期的较短周期中施加了预定复位电压Vrst，因此存在着难以将蓄积电容C0中所蓄积的电荷充分地复位的情形。
图9示出了通过实验来检验图5所示传感器元件33的残像特性的结果。此特性基于如下的假设：纵轴是在黑暗周期中当会使光电转换元件PD1在图10的明亮周期中饱和的光量入射到传感器元件33上时以及在黑暗周期中没有光入射到传感器元件33上时的信号的量(残像信号的量)；而横轴表示施加复位电压Vrst的周期。作为图9的测量条件，一帧周期为16.6毫秒(msec)并且1H(水平扫描)周期为32微秒。从图9显而易见的是，施加复位电压Vrst的周期越长，残像信号的量就越小。具体而言，如果施加复位电压Vrst的周期超过1H周期，则残像信号的量开始显著减小。当残像信号的量是最大值的大约10％或更少时，残像信号便达到不可见的水平。因此，超过1H周期的周期，即实际上为100微秒或更长的周期，足以作为复位电压Vrst的施加周期，并且优选在140微秒或更长的周期中施加复位电压Vrst，此时残像信号会减小至零。
这样，根据本实施方案的具有输入功能的显示装置，预定复位电压Vrst是在超过1H周期的周期中连续地或间歇地被供应至蓄积电容C0。因此，甚至当例如光电转换元件PD1处于饱和状态时，也可以通过可靠地将蓄积电容C0中所蓄积的电荷复位以减小残像来执行稳定的检测操作。结果，例如，就可执行传感器操作以精确地检测出更快速地移动的物体的位置。
执行应用程序的实例
接下来，参见图15A至图18，对由应用程序执行部11执行应用程序的某些实例进行说明，该执行过程中使用了通过上述邻近物体检测处理而检测到的物体的位置信息等。
在图15A所示的第一实例中，指尖61接触I/O显示面板20的表面，并且如所画出的线611所示在屏幕上显示了接触点的轨迹。
在图15B所示的第二实例中，利用手的形状来识别手势。具体而言，对接触(或靠近)I/O显示面板20的手62的形状进行识别，将所识别的手的形状作为被显示物体进行显示，并且利用该被显示物体的移动621来执行某些处理。
在图16所示的第三实例中，将合拢的手63A变为张开的手63B，由I/O显示面板20对每只手的接触或靠近执行图像识别，并且进行基于该图像识别的处理。通过基于该图像识别进行的处理，可以发出例如放大等指示。另外，由于可以发出此种指示，因而当例如I/O显示面板20连接至个人计算机时，在个人计算机上通过操纵切换命令而进行的输入便可以被通过图像识别而进行的输入代替，因此可更自然地输入指示。
在图17所示的第四实施方案中，准备了两个I/O显示面板20并通过某种传输手段将这两个I/O显示面板20相互连接。在此种结构中，通过检测对其中一个I/O显示面板20的接触或靠近而获得的图像可以被传送至另一个I/O显示面板20并然后由该另一个I/O显示面板20显示出来，并且操作各个I/O显示面板20的用户们可相互交流。例如，如图17所示，可执行如下的处理：使其中一个I/O显示面板20通过图像识别而获得手65的形状的图像并将所获得的图像传送至另一个I/O显示面板20，然后使该另一个I/O显示面板20显示出与手65的形状一致的手形状642。还可执行例如以下的处理：使得作为手64接触上述另一个I/O显示面板20的结果而显示的轨迹641被传送至上述其中一个I/O显示面板20并由上述其中一个I/O显示面板20显示出来。这样，绘画状态作为移动图像而被传送并且手写的字符或图形被发送至对方(counterpart)，从而创造了使I/O显示面板20可能变为新的通信工具的可能性。例如，假定I/O显示面板20被应用于便携式电话终端机的显示面板。附带而言，虽然图17示出了准备有两个I/O显示面板20的实例，然而也可通过利用传输手段将三个或更多个I/O显示面板20相互连接来执行类似的处理。
此外，如图18的第五实例所示，通过使毛笔66接触I/O显示面板20的表面而使用毛笔66在I/O显示面板20的表面上书写字符，并且将毛笔66所接触的点作为图像661显示在I/O显示面板20上，因此可实现通过毛笔进行的手写输入。在此种情形中，可识别并实现甚至毛笔的微弱接触。在过去的对手写进行识别的情形中，则是例如通过在某一数字转换器中进行电场检测来实现专用笔的倾斜。然而，在本实例中，则对真实毛笔所接触的表面进行检测，因此能以更逼真的感觉来输入信息。
模块及应用例
接着，参见图19至图23G，对上述具有输入功能的显示装置的应用例进行说明。此显示装置可应用于用来将从外部输入的视频信号或在内部产生的视频信号作为静止图像或动态图像进行显示的所有领域中的电子单元。例如，该显示装置可应用于诸如电视接收机、数字照相机、膝上型电脑、便携式终端装置(例如便携式电话)、以及摄影机等电子单元。
应用例1
图19示出了用作电子单元的第一实例的电视接收机的外观图。此电视接收机具有例如视频显示屏部510，该视频显示屏部510包括前面板511以及滤光玻璃512。上述具有输入功能的显示装置可应用于此电视接收机的视频显示屏部510。
应用例2
图20A和图20B为作为电子单元的第二实例的数字照相机的外观图。此数字照相机包括例如闪光用发光部521、显示部522、菜单开关523、以及快门按钮524。上述具有输入功能的显示装置可应用于此数字照相机的显示部522。
应用例3
图21为用作电子单元的第三实例的膝上型电脑的外观图。此膝上型电脑包括例如主体531、用于输入字符等的键盘532、以及用于显示图像的显示部533。上述具有输入功能的显示装置可应用于此膝上型电脑的显示部533。
应用例4
图22为用作电子单元的第四实例的摄影机的外观图。此摄影机包括例如主单元541、设置于主单元541的前面上以拍摄物体的影像的镜头542、拍摄时所用的开始/停止开关543、以及显示部544。上述具有输入功能的显示装置可应用于此摄影机的显示部544。
应用例5
图23A至图23G为用作电子单元的第五实例的便携式电话的外观图。此便携式电话包括例如上部壳体710、下部壳体720、使上部壳体710与下部壳体720相互接合的接合部(铰链部)730、显示器740、副显示器750、图片灯760、以及照相机770。上述具有输入功能的显示装置可应用于此便携式电话的显示器740或副显示器750。
第一实施方案的修改形式
本发明可以按照各种方式加以修改和予以实施，而不限于上述第一实施方案及各应用例。例如，在上文中，已经以具有设置有背光灯15的液晶显示面板的I/O显示面板20的情形为例对第一实施方案等进行了说明，然而用于显示的背光灯可兼作用于检测的光源，或者可设置有专用于检测的光源。此外，当设置有用于检测的光源时，优选使用处于除可见光范围之外的其他波长范围中的光(例如红外线)。
此外，在上文中，已采用具有输入功能的显示装置对第一实施方案等进行了说明，该具有输入功能的显示装置具有包括显示像素31RGB以及传感器元件33的显示面板(I/O显示面板20)，然而本发明也可应用于除该显示装置之外的任何装置。例如，本发明可应用于无显示功能的单纯传感器装置。在此种情形中，例如，可设有如下的传感器面板来代替I/O显示面板20：在该传感器面板中，仅传感器元件33以矩阵形式布置在单一平面内，而并未设置有显示像素31RGB。
第二实施方案
辐射线摄像装置的整体结构
在第二实施方案中，将对本发明应用于辐射线摄像装置的配置实例进行说明。图24示出了本实施方案的辐射线摄像装置101中所包含的光电转换器102的系统配置。如图25所示，辐射线摄像装置101在光电转换器102上设置有波长转换器140。辐射线摄像装置101通过用波长转换器140对由α射线、β射线、γ射线以及X射线所表示的辐射线的波长进行转换而根据辐射线读取信息。
波长转换器140将上述辐射线的波长转换成在光电转换器102的敏感范围中的波长。波长转换器140为磷光体(例如闪烁体(scintillator))，其用于将例如X射线等辐射线转换成波长长于该辐射线的波长的光(例如可见光)。具体而言，通过在由有机平整化膜或旋涂玻璃(spin-on-glass)材料等构成的平整化膜的顶面上形成例如CsI、NaI和CaF2等磷光体膜来获得波长转换器140。
光电转换器102包括基板111上的像素部112，并且设有环绕像素部112的周边电路部(驱动部)。周边电路部包括例如行扫描部(垂直驱动部)113、水平选择部114、列扫描部(水平驱动部)115以及系统控制部116。
在像素部112中，多个单元像素120(以下在某些情形中简称为“像素”)以二维方式布置成矩阵形式。这些单元像素120中的每一者均具有光电转换部(稍后所要说明的光电转换元件PD11)，该光电转换部用于根据入射光的量而产生对应量的光电荷并将光电荷蓄积在其中。
在像素部112中，对于矩阵像素布局中的每一像素行在行方向(像素行中的像素布置方向)上设置有像素驱动线117，并且对于每一像素列在列方向(像素列中的像素布置方向)上设置有垂直信号线(读取线)118。像素驱动线路117传送用于从像素读取信号的驱动信号。作为像素驱动线117，例如，为每一像素行提供了如图26等(稍后进行说明)中那样的连接至像素电路的读取控制信号线Read以及复位控制信号线Reset。像素驱动线117的一端连接至与行扫描部113的每一行相对应的输出端。
行扫描部113包括移位电阻器或地址解码器等，并且用作例如以行为单位来驱动像素部112的每一像素的像素驱动部。从被行扫描部113选择性地扫描的像素行中的每一单元像素输出的信号通过对应的垂直信号线118而被提供至水平选择部114。水平选择部114包括为每一垂直信号线118设置的放大器或水平选择开关等。
列扫描部115包括移位电阻器或地址解码器等，并且扫描和依序驱动水平选择部114的每一个水平选择开关。通过列扫描部115的选择性扫描，经由每一垂直信号线118而传送的每一像素的信号被依序输出至水平信号线119，并接着经由水平信号线119被传送至基板111的外部。
由行扫描部113、水平选择部114、列扫描部115以及水平信号线119构成的电路部与形成于基板111上的电路和外部控制IC中的一者或两者配置在一起。作为另外一种可替代方案，该电路部可形成于通过电缆等连接起来的另一个基板上。
系统控制部116接收例如从基板111的外部提供的时钟或接收用于指示操作模式的数据，并输出例如光电转换器102的内部信息等数据。系统控制部116还具有用于产生各种时序信号的时序产生器，并且根据由时序产生器产生的各种时序信号来控制周边电路部(该周边电路部包括行扫描部113、水平选择部114以及列扫描部115)的驱动。
单元像素120(传感器元件)的电路配置
单元像素120的电路配置分为有源型以及无源型。将参照图26至图29对每一类型的电路配置的实例进行说明。
有源像素电路的第一配置实例
图26示出了其中单元像素120由有源像素电路配置而成的第一配置实例。在该有源像素电路的第一配置实例中，单元像素120设置有光电转换元件PD11、蓄积节点N(电荷蓄积部)、复位晶体管Tr11、放大晶体管Tr12以及选择/读取晶体管Tr13。作为像素驱动线117，为单元像素120的每一像素行提供了例如两根导线，它们具体而言是读取控制信号线Read以及复位控制信号线Reset。
光电转换元件PD11根据入射光的量产生电荷，并且为例如PIN光电二极管。如图30(稍后进行说明)所示，该PIN光电二极管具有p型半导体区域(p型半导体层164)、n型半导体区域(n型半导体层171)、以及形成于p型半导体区域与n型半导体区域之间的本征性半导体区域(i型半导体层170)。光电转换元件PD11的阳极电极连接至p型半导体区域，并且阴极电极连接至n型半导体区域。光电转换元件PD11的阴极电极连接至用于供应电源电压VDD的电源线SVD。光电转换元件PD11的一端(阳极电极)连接至复位晶体管Tr11的一端(漏极端子)。
蓄积节点N连接至光电转换元件PD11的一端(阳极电极)、复位晶体管Tr11的一端(漏极端子)以及放大晶体管Tr12的门极端子。蓄积节点N蓄积由光电转换元件PD11转换而得的电荷。根据蓄积节点N中所蓄积的电荷，蓄积节点N的电压值Vs会出现电压波动。
复位晶体管Tr11、放大晶体管Tr12以及选择/读取晶体管Tr13中的每一者均包括薄膜晶体管(TFT)等。
复位晶体管Tr11的门极端子连接至用于提供复位控制信号V(Reset)的复位控制信号线Reset，并且复位晶体管Tr11的源极端子连接至用于供应预定电压(复位电压Vrst)的电源线SVSS。复位晶体管Tr11的漏极端子以及放大晶体管Tr12的门极端子连接至蓄积节点N。放大晶体管Tr12的漏极端子连接至用于供应电源电压VDD的电源线SVDD。放大晶体管Tr12的源极端子连接至选择/读取晶体管Tr13的漏极端子。选择/读取晶体管Tr13的门极端子连接至用于提供读取控制信号V(Read)的读取控制信号线Read，选择/读取晶体管Tr13的源极端子则连接至读出线41。
设置有复位晶体管Tr11是为了向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst，从而将蓄积节点N的电压值Vs复位至预定复位电压Vrst(以释放蓄积节点N中所蓄积的电荷)。在本实施方案中，如稍后所要说明的操作时序实例(图31和图33等)中所示，图24中的行扫描部113以及系统控制部116对施加至复位晶体管Tr11的门极端子的复位控制信号V(Reset)的脉冲周期进行控制，使得在超过1H(水平扫描)周期的周期中连续地或间歇地向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst。
放大晶体管Tr12以及选择/读取晶体管Tr13形成信号读出电路，以读取与蓄积节点N中所蓄积的电荷对应的电压值并将所读取的电压值作为传感器检测信号而输出。当选择/读取晶体管Tr13响应于施加至门极端子的读取控制信号V(Read)而接通时，传感器检测信号被输出至垂直信号线(读出线)118。放大晶体管Tr12与选择/读取晶体管Tr13组合在一起即为本发明实施方案中的“读出部”的特定实例。
恒定电流源131连接至垂直信号线118的一端。放大器133构成了图24中的水平选择部114的输入部，其也连接至垂直信号线118。对于每一像素列，输出至垂直信号线118的信号被输入至放大器133。
有源像素电路的第二配置实例
图27示出了其中单元像素120由有源像素电路配置而成的第二配置实例。在第二配置实例中，光电转换元件PD11与复位晶体管Tr11之间的位置关系不同于具有有源像素电路的第一配置实例(图26)的位置关系。在第一配置实例中，蓄积节点N是形成于光电转换元件PD11的阳极电极(p型半导体区域)与复位晶体管Tr11的漏极端子之间。相比之下，在第二配置实例中，蓄积节点N是形成于光端转换元件PD11的阴极电极(n型半导体区域)与复位晶体管Tr11的漏极端子之间。另外，复位晶体管Tr11的源极端子连接至用于供应电源电压VDD的电源线SVDD。光电转换元件PD11的阳极电极连接至用于供应预定电压的电源线SVSS。
无源像素电路的第一配置实例
图28是其中单元像素120由无源像素电路配置而成的第一配置实例。在无源像素电路的第一配置实例中，单元像素120设置有光电转换元件PD11、蓄积节点N以及选择/读取晶体管Tr13。电荷放大电路构成了图24中的水平选择部114的输入部，其连接至垂直信号线118。该电荷放大电路由电容器(反馈电容)191、电荷放大器192以及开关193构成。
蓄积节点N形成于光电转换元件PD11的阳极电极(p型半导体区域)与选择/读取晶体管Tr13的漏极端子之间。光电转换元件PD11的阴极电极(n型半导体区域)连接至用于供应电源电压VDD的电源线SVDD。
无源像素电路的第二配置实例
图29示出了其中单元像素120由无源像素电路配置而成的第二配置实例。在第二配置实例中，蓄积节点N与光电转换元件PD11之间的位置关系不同于具有无源像素电路的第一配置实例(图28)的位置关系。在第二配置实例中，蓄积节点N形成于光电转换元件PD11的阴极电极(n型半导体区域)与选择/读取晶体管Tr13的漏极端子之间。光电转换元件PD11的阳极电极(p型半导体区域)连接至用于供应预定电压的电源线SVSS。
图28和图29中的无源像素电路不同于图26和图27中的有源像素电路，未设置有复位晶体管Tr11。此外，在复位操作期间，不使用复位控制信号V(Reset)。在无源像素电路中，传感器检测信号的读出操作与蓄积节点N的正常复位操作是实质上同时进行的。当选择/读取晶体管Tr13响应于施加至门极端子的读取控制信号V(Read)而接通时，进行上述读出操作。当选择/读取晶体管Tr13接通时，就将蓄积节点N中所蓄积的电荷蓄积到电荷放大电路的电容器191中，并且从电荷放大器192输出(读取)与所蓄积的电荷对应的信号电压。随着该读出操作，将蓄积节点N中所蓄积的电荷复位至预定复位电压Vrst。电荷放大电路的开关193在该读出操作之前处于ON(接通)状态，而在进行该读出操作时处于OFF(关断)状态。当开关193处于ON状态时，电荷放大电路的电容器191中所蓄积的电荷被复位。
如上所述，在该无源像素电路中，读出操作兼作正常复位操作。然而，可通过在选择/读取晶体管Tr13与读出操作时相类似地处于ON状态的状态下接通电荷放大电路的开关193，来间歇地执行额外的复位操作。在本实施方案中，图24中的行扫描部113以及系统控制部116对操作时序进行控制，使得类似于稍后所要说明的操作时序的实例(图32和图34等)，并且因此甚至在采用该无源像素电路的情形中，也能在超过1H(水平扫描)周期的周期中间歇地向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst。
在该无源像素电路中，例如，将复位开关单独地设置于垂直信号线118上，并且可通过该复位开关的切换操作来执行复位操作。
像素的剖面结构
图30示出了光电转换器102的主要部分(单元像素120)的剖面结构。此处，作为实例，说明了其中单元像素120所具有的配置类似于有源像素电路的第一配置实例的配置(图26)的情况。
在光电转换器102中，由Ti、Al、Mo、W或Cr等构成的门极电极162形成于诸如玻璃基板等绝缘基板161上。由SiNX或SiO2等构成的门极介电膜163形成于门极电极162上。在门极介电膜163上，例如，形成有用于形成PIN光电二极管(光电转换元件PD11)的p型半导体层(p+区域)164(第一半导体层)。
p型半导体层164还用作下部电极，用于读取由光电转换元件PD11进行光电转换而得到的信号电荷。在门极介电膜163上，还形成有像素晶体管(例如放大晶体管Tr12)的半导体层165。轻掺杂漏极(lightly dopeddrain；LDD)165a及LDD 165b分别形成于半导体层165中的沟道区域与漏极/源极区域之间，以用于减小泄漏电流。半导体层165是由例如微晶硅或多晶硅形成的。
由SiNX或SiO2等形成的第一层间介电膜166设置于像素晶体管的p型半导体层164以及半导体层165上。包括读出信号线以及各种布线的布线层167是在第一层间介电膜166的顶部上由Ti、Al、Mo、W或Cr等形成。在布线层167上，设置有由SiNX、SiO2或有机介电膜等形成的第二层间介电膜168。
由第一层间介电膜166以及第二层间介电膜168构成的绝缘层设置有接触孔169。导电类型介于p型与n型之间的第三半导体层(i层半导体层170)形成于第二层间介电膜168上。i型半导体层170的面积大于在接触孔169上侧处的孔面积。i型半导体层170穿过接触孔169而与p型半导体层164相接触。
在i型半导体层170上，堆叠有形状几乎与i型半导体层170的形状相同的第二半导体层(例如n型半导体层(n+区域)171)。利用p型半导体层164(第一半导体层)、i型半导体层170(第三半导体层)以及n型半导体层171(第二半导体层)，构造成了光电转换元件PD11(PIN光电二极管)。如上所述，在第一实施方案中作为实例已经说明了其中将PIN结构形成于面内方向(水平方向)上的光电转换元件PD1(参见图6)。在本实施方案中，光电转换元件PD11的PIN结构形成于堆叠方向(与光的入射方向平行的方向)上。
光电转换元件PD11的半导体层164、半导体层170以及半导体层171中的每一者均是由非晶硅、微晶硅或多晶硅等形成的。可通过将例如锗或碳等材料引入这些硅中来改变光谱灵敏度。光电转换元件PD1可具有其中让n型半导体层设置于下侧而让p型半导体层设置于上侧的反转结构。
用于对光电转换元件PD11施加预定电压的上部电极172是在n型半导体层171上由例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)等透明导电膜形成。在上部电极172上，设置有用于向上部电极172供应电压的电源线173。电源线173是由电阻低于上部电极172的透明导电膜的电阻的材料(即Ti、Al、Mo、W或Cr等)形成。电源线173以网状形式设置于像素部112的表面上，例如环绕着单元像素120。上部电极172上还可设置有由例如SiN等形成的保护膜(图未示出)。
读出操作以及复位操作的时序实例
应用于有源像素电路的操作时序的第一实例
图31示出了具有图26和图27所示有源像素电路的光电转换器102的摄像操作时序的第一实例。图33示出了与图31所示的操作时序对应的时序图。图31的上部所示的从上部至下部延伸的那些箭头示意性地示出了光电转换器102的操作时序。水平方向对应于时间，并且垂直方向对应于像素部112(图24)的扫描线。图31示出了从上部水平线至下部水平线以线序方式执行读出操作(扫描)的实例。在图31中，“Read”表示执行读出操作，并且“Reset”表示执行正常(第一次)复位操作。“Ex-Reset”表示在一帧周期的期间内执行额外(第二次)复位操作。“X-ray”表示其中有辐射线(例如X射线)照射至像素部112上的摄像周期(曝光周期)。
如图31所示，当从上部线至下部线依序执行读出操作时，从上部线至下部线以预定时间间隔依序执行正常(第一次)复位操作。随后，在一预定时间间隔之后，从上部线至下部线依序执行额外(第二次)复位操作。这些操作是在一帧周期的期间内予以执行的。读出操作是在读出控制信号V(Read)被施加至选择/读取晶体管Tr13的门极端子时予以执行。复位操作则是在复位控制信号V(Reset)被施加至复位晶体管Tr11的门极端子时予以执行。
在图33中，分别在六条水平线中图示了将要施加至复位晶体管Tr11的门极端子的复位控制信号V(Reset)的施用时序以及将要施加至选择/读取晶体管Tr13的门极端子的读取控制信号V(Read)的施用时序。例如，位于最上侧的第一水平线上的将要施加至复位晶体管Tr11的门极端子的复位控制信号V(Reset)被假定为V(Reset1)，并且紧靠最上侧那条线的第二水平线上的将要施加至复位晶体管Tr11的门极端子的复位控制信号V(Reset)被假定为V(Reset2)。在图31和图33的操作时序实例中，在一帧周期的期间内，在读出操作之后执行两次复位操作。因此，在超过1H(水平扫描)周期的周期中，间歇地将电压脉冲信号作为复位控制信号V(Reset)施加至复位晶体管Tr11的门极端子两次。结果，在超过1H周期的周期中，间歇地向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst。
图31示出了在一帧周期的期间内执行两次复位操作的实例。作为另外一种选择，在一帧周期的期间内，可在读出操作之后执行三次以上复位操作。
应用于无源像素电路的操作时序的第一实例
图32示出了具有图28和图29所示无源像素电路的光电转换器102的摄像操作的第一实例。图34示出了与图32所示的操作时序对应的时序图。类似于图31的实例，图32示出了从上部水平线至下部水平线以线序方式执行读出操作(扫描)的实例。类似于图31的实例，在图32中，“Read”表示执行读出操作，并且“Reset”表示执行正常(第一次)复位操作。“Ex-Reset”表示在一帧周期的期间内执行额外(第二次)复位操作。“X-ray”表示其中有辐射线(例如X射线)照射至像素部112的摄像周期(曝光周期)。附带而言，在如上所述的无源像素电路中，由于读出操作兼作正常复位操作，因而以同一时序表示读出操作和第一次复位操作。
如图32所示，从上部线至下部线依序执行读出操作。同时，从上部线至下部线依序执行正常(第一次)复位操作。随后，在一预定时间间隔之后，从上部线至下部线依序执行额外(第二次)复位操作。这些操作是在一帧周期的期间内予以执行的。如上所述，当读取控制信号V(Read)被施加至选择/读取晶体管Tr13的门极端子并且电荷放大电路的开关193要处于关断(OFF)时，执行读出操作。当选择/读取晶体管Tr13与读出操作时相类似地要处于接通(ON)并且电荷放大电路的开关193要处于接通(ON)时，执行额外复位操作。
图34在六条水平线中图示了将要施加至选择/读取晶体管Tr13的门极端子的读取控制信号V(Read)的施用时序。在图32和图34的操作时序实例中，在一帧周期的期间内，在读出操作之后执行两次复位操作。因此，在超过1H周期的周期中间歇地向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst。
图32示出了在一帧周期的期间内执行两次复位操作的实例。作为另外一种选择，在一帧周期的期间内，可在读出操作之后执行三次以上复位操作。
应用于有源像素电路的操作时序的第二实例
图35示出了具有图26和图27所示有源像素电路的光电转换器102的摄像操作时序的第二实例。图36示出了与图35所示的操作时序对应的时序图。类似于图31的实例，图35示出了从上部水平线至下部水平线以线序方式执行读出操作(扫描)的实例。类似于图31的实例，在图35中，“Read”表示执行读出操作，并且“Reset”表示执行复位操作。“X-ray”表示其中有辐射线(例如X射线)照射至像素部112的摄像周期(曝光周期)。
如图35所示，当从上部线至下部线依序执行读出操作时，从上部线至下部线以预定时间间隔依序执行复位操作。类似于图33的实例，图36分别在六条水平线中图示了将要施加至复位晶体管Tr11的门极端子的复位控制信号V(Reset)的施用时序以及将要施加至选择/读取晶体管Tr13的门极端子的读取控制信号V(Read)的施用时序。在图35和图36的操作时序实例中，在一帧周期的期间内，在读出操作之后仅执行一次复位操作。通过该复位操作，在超过1H(水平扫描)周期的周期中将连续的电压脉冲信号作为复位控制信号V(Reset)而施加至复位晶体管Tr11的门极端子。结果，在超过1H周期的周期中，连续地向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst。
应用于有源像素电路的操作时序的第三实例
图37示出了具有图26和图27所示有源像素电路的光电转换器102的摄像操作时序的第三实例。类似于图31的实例，图37示出了从上部水平线至下部水平线以线序方式执行读出操作(扫描)的实例。类似于图31的实例，在图37中，“Read”表示执行读出操作，并且“Reset”表示执行正常(第一次)复位操作。“Ex-Reset”表示在一帧周期的期间内执行额外(第二次)复位操作。“X-ray”表示其中有辐射线(例如X射线)照射至像素部112的摄像周期(曝光周期)。结果，类似于图31和图33的操作时序实例，在一帧周期的期间内，在读出操作之后执行两次复位操作。因此，在超过1H(水平扫描)周期的周期中间歇地将电压脉冲信号作为复位控制信号V(Reset)而施加至复位晶体管Tr11的门极端子两次。结果，在超过1H周期的周期中间歇地向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst。
如图37所示，当从上部线至下部线依序执行读出操作时，从上部线至下部线以预定时间间隔依序执行正常(第一次)复位操作。随后，在一预定时间间隔之后，执行额外(第二次)复位操作。在图31的实例中，第二次复位操作是以线序方式从上部线至下部线予以执行，而在图37的实例中，复位操作是对所有像素共同地执行。此时，复位操作是通过将复位控制信号V(Reset)施加至所有像素的复位晶体管Tr11的门极端子而予以执行的。
应用于无源像素电路的操作时序的第二实例
图38示出了具有图28和图29所示无源像素电路的光电转换器102的摄像操作时序的第二实例。类似于图31的实例，图38示出了从上部水平线至下部水平线以线序方式执行读出操作(扫描)的实例。类似于图31的实例，在图38中，“Read”表示执行读出操作，并且“Reset”表示执行正常(第一次)复位操作。“Ex-Reset”表示在一帧周期的期间内执行额外(第二次)复位操作。“X-ray”表示其中有辐射线(例如X射线)照射至像素部112的摄像周期(曝光周期)。附带而言，在如上所述的无源像素电路中，由于读出操作兼作正常复位操作，因而以同一时序表示读出操作与第一次复位操作。
如图38所示，从上部线至下部线依序执行读出操作。同时，从上部线至下部线依序执行正常(第一次)复位操作。随后，在一预定时间间隔之后，执行额外(第二次)复位操作。在图32的实例中，第二次复位操作是从上部线至下部线以线序方式予以执行的，而在图38的实例中，复位操作是对所有像素共同地执行。此时，当选择/读取晶体管Tr13与读出操作相类似地将要处于接通并且电荷放大电路的开关193将要处于接通时，执行复位操作。
复位周期的长度与残像(残余电压)之间的关系
以下，将对辐射线摄像装置中复位周期(向蓄积节点N供应预定复位电压Vrst的周期)的长度与残像(残余电压)之间的关系进行论述。
图39示出了应用于有源像素电路的操作时序的第一比较例。在第一比较例中，从图31所示的操作时序实例中省去了第二次复位操作。图40示出了应用于有源像素电路的操作时序的第二比较例。在第二比较例中，与图39的第一比较例相比，复位操作是在从上部线至下部线的读出操作全部完成之后予以执行。
图41示出了应用于无源像素电路的操作时序的第一比较例。在应用于无源像素电路的第一比较例中，从图32所示的操作实例中省去了第二次复位操作。
在比较例中在操作时序下对残余电压的测量结果
当在这些比较例中在操作时序下对辐射线摄像装置进行操作时，即使完成了复位操作，在来自每一像素的输出电压中也会出现残像(残余电压)。图45至图48B示出了通过测量残余电压而获得的结果。
图42和图44A及图44B示出了在测量残余电压时所用的操作时序。图42示出了用于检验有源像素电路的特性的操作时序。尽管基本操作时序类似于图39的比较例中的操作时序，然而为了测量残余电压，如图42和图44A所示在10帧中的仅第一帧的期间内执行来自于测量用光源(LED)的光辐射，而在其余帧中不执行光辐射。如图42和图44B所示对每一帧都执行复位操作。附带而言，尽管图45至图48B中示出了有源像素电路的测量结果，然而对于无源像素电路也可获得类似的测量结果。图43示出了用于检验无源像素电路的特性的操作时序。
图45示出了通过直接测量有源像素电路的输出电压而获得的结果。这些测量结果是通过直接测量像素电路(不包括构成辐射线摄像装置的周边电路)的输出电压而获得的。纵轴表示残余电压的比率。横轴表示与帧数对应的已经过时间。此处，以对光进行辐射时的帧为基准，将后续的帧假定为第一帧。在图45中，在四个水平处测量了从测量用光源发出的光的量(光强度)。这四个水平包括：光强度大因而使得光电转换元件PD11处于饱和状态的情形、光强度为中等大小的情形、光强度弱的情形、以及光强度更弱(很弱)的情形。尽管在此种测量过程中测量了由于噪声的影响而产生的干扰，然而实质上难以观察到残余电压对光强度的依赖性。
图46A至图46C是显示了在图27所示的有源像素电路的第二配置实例(其中蓄积节点N位于光电转换元件PD11的阴极电极(n型半导体区域)侧的配置实例)中通过测量单一像素电路的在经过放大器133之后的输出电压而获得的结果的曲线图。图47A至图47C是显示了在图26所示的有源像素电路的第一配置实例(其中蓄积节点N位于光电转换元件PD11的阳极电极(p型半导体区域)侧的配置实例)中通过测量单一像素电路的在经过放大器133之后的输出电压而获得的结果的曲线图。图45是包含于辐射线摄像装置中的像素电路的测量结果，而图46A至图46C和图47A至图47C则是未包含于辐射线摄像装置中的单一像素电路(单一传感器元件)的测量结果。图46A以及图47A各自都在同一幅图中示出了测量用光源的发光时序、复位控制信号V(Reset)的施用时序、以及输出电压。图46B以及图47B每一者分别是图46A以及图47A每一者中的输出电压的波状部分的放大图。图46C以及图47C每一者分别是图46B以及图47B每一者中的输出电压的波状部分的放大图。根据图46A至图46C和图47A至图47C的测量结果，应理解，输出电压是在执行光辐射之后当执行第一次复位操作时被临时复位至预定复位电压。然而，之后，输出电压并未保持在预定复位电压处并且波形在多帧中出现衰减。无论蓄积节点N是位于光电转换元件PD11的阴极电极(n型半导体区域)侧还是阳极电极(p型半导体区域)侧，均会出现此种趋势。
图48A示出了在有源像素电路的第二配置实例中通过直接检验单一像素电路的未经过放大器133的输出电压而获得的结果。图48B示出了在有源像素电路的第一配置实例中通过直接检验单一像素电路的未经过放大器133的输出电压而获得的结果。在图48A和图48B中，纵轴表示残余电压的比率。横轴表示与帧数对应的已经过时间。此处，以对光进行辐射时的帧为基准，将后续的帧假定为第一帧。类似于图46A至图46C和图47A至图47C的测量结果，图48A和图48B示出了未包含于辐射线摄像装置中的单一像素电路(单一传感器元件)的测量结果。在图48A和图48B中，同时示出了多个测量结果，这些测量结果依赖于元件的制造条件。在图48A和图48B的测量结果中，在光辐射之后的大约两帧周期中观察到相对较大的残余电压。无论蓄积节点N是位于光电转换元件PD11的阴极电极(n型半导体区域)侧(图48A)还是阳极电极(p型半导体区域)侧(图48B)，均会出现此种趋势。
当复位操作被改变时对残余电压的测量结果
上述测量结果是在如下情形中被测得的：该情形中，在图49的部分(A)及部分(B)所示的时序下执行由测量用光源(LED)进行的光辐射以及复位操作(复位控制信号V(Reset)的施用)(图44A和图44B)。相比之下，如图49的部分(C)所示，测量了当用于执行复位操作的时序发生改变时的残余电压。该结果表示于图50中。一次复位操作的周期与图49的部分(B)所示的周期相同(4微秒)。在图50中，横轴表示在辐射线摄像装置的摄像操作中以H(水平扫描)周期为单位的复位间隔的时间。此处，1H(水平扫描)周期等于6微秒。图50示出了有源像素电路的第二配置实例(在蓄积节点N位于光电转换元件PD11的阴极电极(n型半导体区域)侧的情形中的配置实例)中的测量结果。根据图50的结果可理解，仅通过改变复位间隔，不会出现残余电压特性的显著变化。
如图49的部分(D)所示，该残余电压是在一帧周期的期间内间歇地执行两次复位操作时而测得的。该结果表示于图51A中。一次复位操作的周期与图49的部分(B)所示的周期相同(4微秒)。在图51A中，横轴表示在辐射线摄像装置的摄取操作中以H(水平扫描)周期为单位的复位间隔的时间。此处，1H(水平扫描)周期等于6微秒。图51A在同一幅图中示出了图27所示的有源像素电路的第二配置实例中的测量结果以及图26所示的有源像素电路的第一配置实例中的测量结果(其中蓄积节点N位于光电转换元件PD11的阳极电极(p型半导体区域)侧的配置实例)。根据图51A的结果可理解，通过间歇地执行两次复位操作，可减小残余电压。减小残余电压的效果是通过在超过1H周期的周期中间歇地执行复位操作而获得的。具体而言，通过以大约10H周期(60微秒)的间隔间歇地执行两次复位操作，将残余电压减小至几乎一半。
如图49的部分(E)所示，该残余电压是在一帧周期的期间内连续地执行复位操作时(当连续地施加复位电压时)而测得的。结果表示于图51B中。在图51B中，横轴表示在辐射线摄像装置的摄像操作中以H(水平扫描)周期为单位的用于执行连续复位操作的时间。此处，1H(水平扫描)周期等于6微秒。图51B在同一幅图中示出了图27所示有源像素电路的第二配置实例中的测量结果以及图26所示有源像素电路的第一配置实例中的测量结果。根据图51B的结果可理解，通过连续地施加复位电压，可减小残余电压。减小残余电压的效果是通过在超过1H周期的周期中连续地施加复位电压来获得的。具体而言，通过在大约10H周期(60微秒)中连续地执行复位操作，将残余电压减小至几乎一半。
如上所述，根据本实施方案的辐射线摄像装置，在超过1H周期的周期中连续地或间歇地向蓄积节点N供应预定复位电压。因此，可通过可靠地将蓄积节点N中所蓄积的电荷复位以减少残像来执行稳定的检测操作(摄像操作)。
第二实施方案的修改形式
在第二实施方案中，已经举例说明了如下的间接型辐射线摄像装置：其利用像素部112来对通过由波长转换器140对辐射线进行波长转换而获得的光进行光电转换(图25中)。然而也可提供如下的直接型辐射线摄像装置：其利用像素部112将辐射线直接转换成电荷。
所属领域的技术人员应理解，可根据设计要求以及其他因素而作出各种修改、组合、子组合以及改动，只要它们处于所附权利要求书或其等同物的范围内即可。

Claims (15)

1.一种传感器装置，其包括以二维方式布置的多个传感器元件以及用于驱动所述多个传感器元件的传感器驱动部，所述多个传感器元件中的每一者均包括：
光电转换元件，它根据所接收到的光的量产生电荷；
电荷蓄积部，它连接至所述光电转换元件的一端，并蓄积由所述光电转换元件产生的电荷；
读出部，它读取根据所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷而得到的电压值或者读取所述所蓄积的电荷，以将所读取的电压值或所读取的电荷作为传感器检测信号而输出；以及
复位部，它通过向所述电荷蓄积部供应预定复位电压来将所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位，
其中所述传感器驱动部控制所述复位部，使得在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
2.如权利要求1所述的传感器装置，其中
所述复位部为复位晶体管，
所述复位晶体管包括门极端子，用于对所述复位晶体管进行通断控制的复位控制信号被施加至所述门极端子，并且
所述传感器驱动部将脉冲宽度超过一个水平扫描周期的信号作为所述复位控制信号而施加至所述复位晶体管的所述门极端子，从而在所述超过一个水平扫描周期的周期中连续地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
3.如权利要求1所述的传感器装置，其中
所述复位部为复位晶体管，
所述复位晶体管包括门极端子，用于对所述复位晶体管进行通断控制的复位控制信号被施加至所述门极端子，并且
所述传感器驱动部在所述超过一个水平扫描周期的周期中两次以上地将脉冲信号作为所述复位控制信号而间歇地施加至所述复位晶体管的所述门极端子，从而在所述超过一个水平扫描周期的周期中间歇地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
4.如权利要求1所述的传感器装置，其中所述光电转换元件包括形成于绝缘基板上的非单晶半导体层，所述非单晶半导体层具有PIN结构，所述PIN结构是由p型半导体区域、n型半导体区域以及形成于所述p型半导体区域与所述n型半导体区域之间的本征性半导体区域构成。
5.如权利要求4所述的传感器装置，其中所述光电转换元件还包括门极电极，所述门极电极设置于所述绝缘基板上且面对所述本征性半导体区域，在所述门极电极与所述本征性半导体区域之间具有门极介电膜，并且
施加至所述门极电极的电压处于从施加至所述p型半导体区域的电压到施加至所述n型半导体区域的电压并且包括这两个电压的范围内。
6.如权利要求4所述的传感器装置，其中所述读出部和所述传感器驱动部每一者均包括具有半导体层的晶体管，并且
所述半导体层和所述非单晶半导体层以共同的层水平高度形成于所述绝缘基板上。
7.如权利要求1所述的传感器装置，还包括：
背光灯，它周期性地从传感器面板的后侧向所述传感器面板的表面发出照明光，所述传感器面板设置有所述多个传感器元件，所述多个传感器元件以矩阵形式布置在预定传感器区域中；以及
信号处理部，它根据当以来自所述背光灯的所述照明光照射所述传感器元件时从所述传感器元件获得的所述传感器检测信号与当未以所述照明光照射所述传感器元件时从所述传感器元件获得的所述传感器检测信号之间的差别，来检测与所述传感器面板的所述表面邻近的物体。
8.一种用于驱动传感器元件的方法，其包括以下步骤：
提供以二维方式布置的多个传感器元件，所述多个传感器元件中的每一者均包括：光电转换元件，它根据所接收到的光的量产生电荷；电荷蓄积部，它连接至所述光电转换元件的一端，并蓄积由所述光电转换元件产生的电荷；读出部，它读取根据所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷而得到的电压值或读取所述所蓄积的电荷，以将所读取的电压值或所读取的电荷作为传感器检测信号而输出；以及复位部，它通过向所述电荷蓄积部供应预定复位电压来将所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位，
并且控制所述复位部，使得在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
9.一种具有输入功能的显示装置，所述显示装置包括显示面板、显示驱动部及传感器驱动部，所述显示面板设置有以二维方式布置的多个显示像素及多个传感器元件，所述显示驱动部用于驱动所述多个显示像素，所述传感器驱动部用于驱动所述多个传感器元件，所述多个传感器元件中的每一者均包括：
光电转换元件，它根据所接收到的光的量产生电荷；
电荷蓄积部，它连接至所述光电转换元件的一端，并蓄积由所述光电转换元件产生的电荷；
读出部，它读取根据所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷而得到的电压值或读取所述所蓄积的电荷，以将所读取的电压值或所读取的电荷作为传感器检测信号而输出；以及
复位部，它通过向所述电荷蓄积部供应预定复位电压来将所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位，
其中所述传感器驱动部控制所述复位部，使得在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
10.如权利要求9所述的具有输入功能的显示装置，其中
所述光电转换元件包括形成于绝缘基板上的非单晶半导体层，所述非单晶半导体层具有PIN结构，所述PIN结构是由p型半导体区域、n型半导体区域以及形成于所述p型半导体区域与所述n型半导体区域之间的本征性半导体区域构成，
所述读出部和所述传感器驱动部每一者以及所述多个显示像素和所述显示驱动部每一者均包括具有半导体层的晶体管，并且
所述半导体层和所述非单晶半导体层以共同的层水平高度形成于所述绝缘基板上。
11.如权利要求9所述的具有输入功能的显示装置，其中
所述传感器驱动部控制所述复位部，使得在100微秒或更长的周期中连续地或间歇地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
12.一种电子单元，其包括如权利要求9所述的具有输入功能的显示装置。
13.一种辐射线摄像装置，其包括像素部和传感器驱动部，所述像素部设置有以二维方式布置的多个传感器元件并且响应于入射辐射线或响应于通过对所述入射辐射线进行波长转换而获得的光来产生电荷，所述传感器驱动部用于驱动所述多个传感器元件，所述多个传感器元件中的每一者均包括：
光电转换元件，它根据所接收到的光的量产生电荷；
电荷蓄积部，它连接至所述光电转换元件的一端，并蓄积由所述光电转换元件产生的电荷；
读出部，它读取根据所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷而得到的电压值或读取所述所蓄积的电荷，以将所读取的电压值或所读取的电荷作为传感器检测信号而输出；以及
复位部，它通过向所述电荷蓄积部供应预定复位电压来将所述电荷蓄积部中所蓄积的电荷复位，
其中所述传感器驱动部控制所述复位部，使得在超过一个水平扫描周期的周期中连续地或间歇地向所述电荷蓄积部供应所述预定复位电压。
14.如权利要求13所述的辐射线摄像装置，其中所述光电转换元件具有PIN结构，在所述PIN结构中，沿着与基板垂直的方向堆叠有p型半导体区域、n型半导体区域以及本征性半导体区域，所述本征性半导体区域形成于所述p型半导体区域与所述n型半导体区域之间。
15.如权利要求13所述的辐射线摄像装置，还包括波长转换部，所述波长转换部用于将所述入射辐射线转换成波长长于所述辐射线的波长的光，
其中所述像素部响应于由所述波长转换部产生的所述光而产生电荷。
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