JP5481127B2 - センサ素子およびその駆動方法、センサ装置、ならびに入力機能付き表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、近接する物体の位置などの検出に用いられるセンサ素子、そのようなセンサ素子に適用されるセンサ素子の駆動方法、そのようなセンサ素子を備えたセンサ装置、ならびに、センサ機能（入力機能）と表示機能とを有する入力機能付き表示装置、および、そのような表示装置を備えた電子機器に関する。

従来より、表示装置の表示面に接触あるいは近接する物体の位置などを検出する技術が知られている。その中でも代表的で一般に広く普及している技術として、タッチパネルを備えた表示装置が挙げられる。

このタッチパネルも種々のタイプのものが存在するが、一般に普及しているものとして、静電容量を検知するタイプのものが挙げられる。このタイプのものは、指でタッチパネルに接触することでパネルの表面電荷の変化を捕らえ、物体の位置などを検出するようになっている。したがってこのようなタッチパネルを用いることで、ユーザは直感的に操作することが可能である。

また、本出願人は例えば特許文献１および特許文献２において、画像を表示する表示機能と、物体を撮像（検出）する撮像機能（検出、センサ機能）とを有する表示部（表示撮像パネル）を備えた表示装置を提案している。

特開２００４−１２７２７２号公報 特開２００６−２７６２２３号公報

上記特許文献１に記載されている表示装置を利用すれば、例えば表示撮像パネル上に指などの物体を近接等させた場合、物体で反射された表示撮像パネルからの照射光による反射光を利用することで、撮像した画像に基づいて物体の位置などを検出することも可能である。したがって、この表示装置を利用することで、表示撮像パネル上にタッチパネルなどの部品を別途設けることなく、簡易な構成で物体の位置などを検出することが可能となる。

しかしながら、上記のように物体で反射された反射光を利用する場合、外光（環境光）や、受光素子の特性ばらつきなどが問題となることがあった。具体的には、受光する光の輝度が外光の明るさに応じて変化することから、撮像した画像に基づいて物体の位置などを検出するのが困難となってしまうことがあった。また、受光素子の特性ばらつきなどが固定ノイズとなり、やはり撮像した画像に基づいて物体の位置などを検出するのが困難となってしまうことがあった。

そこで、上記特許文献２では、発光状態で得られた画像（照射光による反射光を利用して得られた画像）と、消灯状態で得られた画像との差分を取ることにより、上記した外光や固定ノイズによる影響が除去されるようにしている。

具体的には、例えば図３２（Ａ）に示したように、入射する外光（環境光）Ｌ０が強い場合には、バックライト１０５を点灯させた状態での受光出力電圧Ｖon101は、図３２（Ｂ）に示したようになる。すなわち、表示エリア１０１のうちの指ｆで触れた個所以外では、環境光Ｌ０の明るさに対応した電圧値Ｖａとなる。また、表示エリア１０１のうちの指ｆで触れた個所では、そのときに触れた物体（指ｆ）の表面で、バックライト１０５からの照射光Ｌｏｎを反射させる反射率に対応した電圧値Ｖｂに低下する。これに対して、バックライト１０５を消灯させた状態での受光出力電圧Ｖoff101は、指ｆで触れた個所以外では、環境光Ｌ０の明るさに対応した電圧値Ｖａとなる点は同じであるが、指ｆで触れた個所では、環境光Ｌ０が遮断された状態であり、非常にレベルの低い電圧値Ｖｃとなる。

また、例えば図３３（Ａ）に示したように、入射する環境光Ｌ０が弱い（ほとんどない）状態では、バックライト１０５を点灯させた状態での受光出力電圧Ｖon201は、図３３（Ｂ）に示したようになる。すなわち、表示エリア１０１のうちの指ｆで触れた個所以外では、環境光Ｌ０がないために非常にレベルの低い電圧値Ｖｃとなる。また、表示エリア１０１のうちの指ｆで触れた個所では、そのときに触れた物体（指ｆ）の表面で、バックライト１０５からの照射光Ｌｏｎを反射させる反射率に対応した電圧値Ｖｂに上昇する。これに対して、バックライト１０５を消灯させた状態での受光出力電圧Ｖoff２は、指ｆで触れた個所とそれ以外の個所のいずれでも、非常にレベルの低い電圧値Ｖｃのままで変化がない。

このようにして、表示エリア１０１のうちの指ｆが接触していない個所では、環境光Ｌ０がある場合とない場合とで、受光出力電圧が大きく異なっている。一方、表示エリア１０１のうちの指ｆが接触している個所では、環境光Ｌ０の有無に関係なく、バックライト１０５の点灯時の電圧Ｖｂと、バックライト１０５の消灯時の電圧Ｖｃとが、ほぼ同じような状態となっている。よって、バックライト１０５の点灯時の電圧と消灯時の電圧との差分を検出することにより、電圧Ｖｂと電圧Ｖｃとの差のように、一定以上の差がある個所が、物体が近接等した個所であると判断することができる。例えば図３４に示した差分画像Ｃのように、外光や固定ノイズの影響を受けずに、物体の位置などを検出することが可能となると考えられる。

ところが、このような差分画像Ｃを用いた物体の検出方法では、例えば図３４に示したように、バックライトオフ時の画像（画像Ａ）とオン時の画像（画像Ｂ）との２枚の画像用のフレームメモリ等が必要となるため、部品コストが増加してしまうことになる。

このように従来の技術では、製造コストを抑えつつ、そのときの使用状況によらずにパネルに接触または近接する物体を安定して検出するのは困難であり、改善の余地があった。

そこで、例えば充電用の第１のフォトダイオードと、放電用の第２のフォトダイオードと、容量素子とを備えたセンサ素子を設け、第１および第２のフォトダイオードを交互にオン・オフ制御し、そのオン・オフ制御に同期して近接物体に検出用の照射光を時分割照射する方法が考えられる。この方法では、近接物体に対して照射光が照射されているときに、この照射光による反射光と環境光との合算光量に応じて、第１のフォトダイオードを介して容量素子に充電電荷が蓄積される。また、照射光が照射されていないときに、環境光の光量に応じて、第２のフォトダイオードを介して容量素子から放電電荷が放出される。このような充電動作と放電動作とを繰り返すことにより、容量素子には、環境光による成分が差し引かれた、近接物体からの反射光のみの成分に基づく電荷が蓄積される。このような反射光のみの成分に基づく電荷に応じた信号をセンサ素子の検出信号として取り出す。これにより、環境光の影響を受けずに、近接物体の物体情報の取得が可能となる。この方法の場合、原理的には、既に環境光が取り除かれた検出信号が得られるので、上記したような２枚の画像用のフレームメモリは不要となり、フレームメモリは１つでも良くなる。

このような充電用の第１のフォトダイオードと放電用の第２のフォトダイオードとを備えたセンサ素子を用いる場合、充電動作時と放電動作時とでダイオードとしての応答特性に違いがあると、環境光による成分を十分に差し引くことができない。結果的に、良好な検出ができなくなるおそれがある。安定した検出動作を行うために、２つのダイオードの応答特性の違いを抑えるような制御を行うか、素子構造自体が応答特性の違いを抑えるような構造とされていることが望ましい。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構造的に２つのダイオード素子の応答特性の違いを少なくし、安定した検出動作を行うことができるようにしたセンサ素子およびその駆動方法、センサ装置、ならびに入力機能付き表示装置および電子機器を提供することにある。

本発明によるセンサ素子は、互いに直列に接続された第１および第２のフォトダイオード素子と、第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子との接続部分に接続された容量素子とを備え、第１および第２のフォトダイオード素子がそれぞれ、基板と、基板上に積層された半導体層とを有し、半導体層が、積層面内において第１の方向に互いに対向するように配置されたｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域と、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とを含むものである。そして、第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子は、基本的に同一の構造であり、第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子とで、時定数が同じになるように、真性半導体領域の第１の方向の長さ（いわゆるＬ長）が互いに異なる大きさで構成されているものである。

具体的には例えば、第１のフォトダイオード素子を入射光量に応じた充電電荷を発生するものとし、第２のフォトダイオード素子を入射光量に応じた放電電荷を発生するものとした場合、第１のフォトダイオード素子における真性半導体領域の第１の方向の長さをＬ１、第２のフォトダイオード素子における真性半導体領域の第１の方向の長さをＬ２とすると、以下の条件（１）を満たすように構成されていることが好ましい。
Ｌ２＜Ｌ１ ……（１）

さらに、第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子とで、真性半導体領域の積層面内における、第１の方向に直交する第２の方向の長さ（いわゆるＷ長）が互いに異なる大きさで構成されていることが好ましい。そして、第１のフォトダイオード素子における真性半導体領域の第２の方向の長さをＷ１、第２のフォトダイオード素子における真性半導体領域の第２の方向の長さをＷ２とすると、以下の条件（２）を満たすように構成されていることが好ましい。
Ｌ２・Ｗ２＝Ｌ１・Ｗ１ ……（２）
なお、条件（２）は、理論的に理想的な条件であり、Ｌ２・Ｗ２の値とＬ１・Ｗ１の値とが必ずしも完全に同一である必要はない。現実的には、センサ素子の検出特性に支障が生じない範囲内で略同一の値であれば良い。また、製造誤差程度の値の違いがあっても構わない。

本発明によるセンサ素子の駆動方法は、入射光量に応じた充電電荷を発生する第１のフォトダイオード素子と、第１のフォトダイオード素子に直列接続されると共に入射光量に応じた放電電荷を発生する第２のフォトダイオード素子と、第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子との接続部分に接続された容量素子とを有する１または複数のセンサ素子を駆動する際に、センサ素子として、上記本発明によるセンサ素子を使用するものである。そして、第１のフォトダイオード素子で発生した充電電荷が、第１のフォトダイオード素子がオン状態となると共に第２のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより容量素子へ蓄積される一方、第２のフォトダイオード素子で発生した放電電荷が、第２のフォトダイオード素子がオン状態となると共に第１のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより容量素子から放出されるように、第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子とを個別にオン・オフ制御するようにしたものである。

本発明によるセンサ装置は、１または複数のセンサ素子と、センサ素子を駆動するセンサ駆動手段とを備え、センサ素子を、上記本発明によるセンサ素子で構成したものである。

本発明によるセンサ装置は、第１のフォトダイオード素子および第２のフォトダイオード素子のオン・オフ状態に同期して点灯・消灯状態が制御され、センサ素子に近接する近接物体に対して検出用の照射光を発する照射光源と、センサ素子から得られる検出信号に基づいて、近接物体の位置、形状または大きさの少なくとも１つを含む物体情報を取得する信号処理手段とをさらに備えていても良い。
なお、「近接物体」とは、文字通り近接する物体だけではなく、例えば複数のセンサ素子を１つの面内にマトリクス状に配置してセンサパネルを形成した場合において、そのセンサパネルに対して接触状態にある物体をも含む意味である。

本発明による入力機能付き表示装置は、複数の表示画素と複数のセンサ素子とが配置された表示パネルと、表示画素を駆動する表示駆動手段と、センサ素子を駆動するセンサ駆動手段とを備えたものである。そして、複数のセンサ素子のそれぞれを、上記本発明によるセンサ素子で構成したものである。また、複数のセンサ素子のそれぞれに対して、上記本発明によるセンサ装置の駆動手段と同様の駆動制御を行うようにしたものである。

本発明による電子機器は、本発明による入力機能付き表示装置を備えたものである。

本発明によるセンサ装置、センサ素子の駆動方法、入力機能付き表示装置または電子機器では、第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子とにおける真性半導体領域（ｉ領域）の第１の方向の長さ（いわゆるＬ長）が、互いに異なっていることにより、２つのフォトダイオード素子の応答特性の違いを少なくするような素子構造が実現される。具体的には、Ｌ長が短いほどフォトダイオード素子の応答特性が速くなる（オフ状態からオン状態にしたときの電流応答特性を示す時定数が小さくなる）特性がある。その特性を利用してＬ長を最適化することで、応答特性の違いを少なくすることが可能となる。

本発明のセンサ素子、センサ素子の駆動方法、センサ装置、入力機能付き表示装置または電子機器によれば、２つのダイオード素子における真性半導体領域のＬ長を互いに異ならせるようにしたので、２つのダイオード素子の応答特性の違いが少なくなるようにＬ長を最適化することができる。Ｌ長を適切に設定することにより、オフ状態からオン状態にしたときの電流応答特性を示す時定数を、第１のダイオード素子と第２のダイオード素子とで互いに略同じにすることができる。これにより、２つのダイオード素子の応答特性の違いを抑え、安定した検出動作を行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る入力機能付き表示装置の構成例を表すブロック図である。 図１に示したＩ／Ｏディスプレイパネルの構成例を表すブロック図である。 図２に示した表示エリア（センサエリア）内の画素配置例を表す平面図である。 図３に示した画素配置におけるセンサ素子（撮像画素）と信号線との接続関係の一例を表す平面模式図である。 図１に示した表示装置におけるセンサ素子の構成例を表す回路図である。 図５に示したセンサ素子の素子構造の一例を表すものであり、（Ａ）はセンサ素子における半導体層部分の平面図、（Ｂ）は全体の断面図である。 図５に示したセンサ素子内の第１のダイオード素子におけるオン動作領域およびオフ動作領域について説明するための図である。 図５に示したセンサ素子内の第２のダイオード素子におけるオン動作領域およびオフ動作領域について説明するための図である。 図１に示した表示装置における近接物体の検出処理（撮像動作）の一例を表すタイミング波形図である。 図９に示した近接物体の検出処理における充電（チャージ）動作について説明するための回路図である。 図９に示した近接物体の検出処理における放電（ディスチャージ）動作について説明するための回路図である。 （Ａ）は理想的な状態で２つのダイオード素子が動作したときに得られる蓄積ノードの電圧波形を示し、（Ｂ）は２つのダイオード素子の応答特性の違いを考慮した場合の実際の蓄積ノードの電圧波形を示す波形図である。 ２つのダイオード素子の応答特性の違いによって蓄積ノードで生ずる電圧上昇についての説明図である。 第１のダイオード素子におけるＬ長の違いによる周波数特性（実測値）を示す特性図であり、（Ａ）はＬ＝１２μｍで周波数１２５Ｈｚのときの信号電圧で規格化した特性を示し、（Ｂ）は各Ｌ長で周波数１２５Ｈｚのときの信号電圧で規格化した特性を示す。 （Ａ）はダイオード素子の一般的な電流応答特性を示す特性図であり、（Ｂ）はダイオード素子の一般的な電圧応答特性を示す特性図である。 図１４（Ａ）に示した実測値による周波数特性と、実測値による周波数特性を計算式によって再現した周波数特性とを比較して示した特性図である。 Ｌ長と電流の時定数との関係を実測値と計算値とについて示した特性図である。 図５に示したセンサ素子における充放電波形を示す特性図であり、（Ａ）は第１および第２のダイオード素子のＬ長を共にＬ＝１２μｍとした場合の特性、（Ｂ）は第１および第２のダイオード素子のＬ長を共にＬ＝６μｍとした場合の特性を示す。 （Ａ）は図１８（Ａ）に示した充放電波形のうち充電側（第１のダイオード素子）の特性を詳しく示した特性図であり、（Ｂ）は図１８（Ｂ）に示した充放電波形のうち充電側（第１のダイオード素子）の特性を詳しく示した特性図である。 （Ａ）は図１８（Ａ）に示した充放電波形のうち放電側（第２のダイオード素子）の特性を詳しく示した特性図であり、（Ｂ）は図１８（Ｂ）に示した充放電波形のうち放電側（第２のダイオード素子）の特性を詳しく示した特性図である。 第１および第２のダイオード素子のＬ長を充放電特性が一致するように構成した場合の照度依存性について示した特性図であり、（Ａ）は外光照度が１７００ｌｘの場合の充放電特性、（Ｂ）は外光照度が２６００ｌｘの場合の充放電特性を示す。 第１および第２のダイオード素子のＬ長を充放電特性が一致するように構成した場合の照度依存性について示した特性図であり、（Ａ）は外光照度が３６００ｌｘの場合の充放電特性、（Ｂ）は外光照度が５６００ｌｘの場合の充放電特性を示す。 （Ａ）は図１に示した表示装置において近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第１の実行例を示し、（Ｂ）は第２の実行例を示す説明図である。 近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第３の実行例を示す説明図である。 近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第４の実行例を示す説明図である。 近接物体の検出処理の結果を利用したアプリケーションプログラムの第５の実行例を示す説明図である。 図１に示した表示装置の第１の適用例の外観を表す斜視図である。 （Ａ）は第２の適用例の表側から見た外観を表す斜視図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。 第３の適用例の外観を表す斜視図である。 第４の適用例の外観を表す斜視図である。 （Ａ）は第５の適用例の開いた状態の正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態の正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。 従来の入力機能付き表示装置による近接物体の検出方法の一例を表す特性図である。 従来の入力機能付き表示装置による近接物体の検出方法の他の例を表す特性図である。 差分画像を用いた従来の近接物体の検出方法について説明するための写真図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という）について、図面を参照して詳細に説明する。

［入力機能付き表示装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る入力機能付き表示装置（表示撮像装置）の全体構成の一例を表すものである。この表示装置は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０と、バックライト１５と、表示ドライブ回路１２と、受光ドライブ回路１３と、画像処理部１４と、アプリケーションプログラム実行部１１とを備えている。

Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０は、例えば液晶パネル（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））からなる。Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０は、後述する図３に示すように複数の表示画素３１ＲＧＢがマトリクス状に配置され、線順次動作をしながら表示データに基づく所定の図形や文字などの画像を表示する機能（表示機能）を有している。Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０にはまた、後述する図３に示すように複数のセンサ素子３３が撮像画素としてマトリクス状に配置され、パネル表面に接触または近接する物体（近接物体）を検出、撮像する機能（検出機能、撮像機能）を有している。

バックライト１５は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０の表示および検出用の光源であり、例えば複数の発光ダイオードが配置されたものである。バックライト１５は、表示ドライブ回路１２によって駆動制御され、後述するようにＩ／Ｏディスプレイパネル２０の動作タイミングに同期した所定のタイミングで、高速にオン・オフ（点灯・消灯）動作が可能となっている。

表示ドライブ回路１２は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０において表示データに基づく画像が表示されるように（表示動作を行うように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０の表示画素３１ＲＧＢの駆動を行う（線順次表示動作の駆動を行う）回路である。表示ドライブ回路１２はまた、バックライト１５のオン・オフ（点灯・消灯）制御を行うようになっている。

受光ドライブ回路１３は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０の各センサ素子（撮像画素）３３から検出信号（撮像信号）が得られるように（物体を検出、撮像するように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０の駆動を行う（線順次撮像動作の駆動を行う）回路である。なお、各センサ素子３３からの検出信号（撮像信号）は、例えばフレーム単位でフレームメモリ１３Ａに蓄積され、検出画像（撮像画像）として画像処理部１４へ出力されるようになっている。

画像処理部１４は、受光ドライブ回路１３から出力される撮像画像に基づいて所定の画像処理（演算処理）を行うものである。画像処理部１４は、画像処理を行った結果として、例えばＩ／Ｏディスプレイパネル２０に近接等する物体に関する物体情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）を検出し、取得するようになっている。

アプリケーションプログラム実行部１１は、画像処理部１４による検知結果に基づいて所定のアプリケーションソフトに応じた処理を実行するものである。この処理としては例えば、検知した物体の位置座標を表示データに含むようにし、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０上に表示させるものなどが挙げられる。なお、このアプリケーションプログラム実行部１１で生成される表示データは、表示ドライブ回路１２へ供給されるようになっている。

［Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０の構成例］
図２は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０の構成例を示している。Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０は、表示エリア（センサエリア）２１と、表示用Ｈドライバ２２と、表示用Ｖドライバ２３と、センサ読み出し用Ｈドライバ２５と、センサ用Ｖドライバ２４とを有している。

図１および図２において、受光ドライブ回路１３、センサ用Ｖドライバ２４およびセンサ読み出し用Ｈドライバ２５は、本発明における「センサ駆動手段」の一具体例に対応している。表示ドライブ回路１２、表示用Ｈドライバ２２および表示用Ｖドライバ２３は、「表示駆動手段」の一具体例に対応している。Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０は、「表示パネル」の一具体例に対応している。バックライト１５は、「照射光源」の一具体例に対応している。受光ドライブ回路１３および画像処理部１４は、「信号処理手段」の一具体例に対応している。

表示エリア（センサエリア）２１は、バックライト１５からの光を変調して照射光（表示光と、例えば赤外光源等（図示せず）による検出用の照射光とを含むもの。以下同様。）を出射すると共にこのエリアに接触または近接する物体を検出（撮像）する領域である。表示エリア（センサエリア）２１には、表示素子３１ＲＧＢとして例えば液晶素子と、後述するセンサ素子３３とが、それぞれマトリクス状に配置されている。

表示用Ｈドライバ２２は、表示ドライブ回路１２から供給される表示駆動用の表示信号および制御クロックに基づいて、表示用Ｖドライバ２３と共に表示エリア２１内の表示素子３１ＲＧＢを線順次駆動するものである。

センサ読み出し用Ｈドライバ２５は、受光ドライブ回路１３による駆動制御に従って、センサ用Ｖドライバ２４と共にセンサエリア２１内の撮像画素としてのセンサ素子３３を線順次駆動し、検出信号（撮像信号）を取得するものである。受光ドライブ回路１３は、近接物体に対してバックライト１５からの照射光が照射されているときに、照射光による反射光と環境光（外光）との合算光量に応じてセンサ素子３３に充電電荷が蓄積されるような駆動制御を行うようになっている。また、バックライト１５からの照射光が照射されていないときに、環境光の光量に応じてセンサ素子３３から放電電荷が放出されるような駆動制御を行うようになっている。センサ読み出し用Ｈドライバ２５は、これらの駆動制御によりセンサ素子３３から取得された検出信号（撮像信号）を受光ドライブ回路１３に出力するようになっている。

図３は、表示エリア（センサエリア）２１における各画素の詳細構成例を示している。例えば図３に示したように、表示エリア２１の画素３１は、表示画素３１ＲＧＢと、撮像画素としてのセンサ素子３３と、センサ素子３３用の配線が形成された配線部３２とから構成されている。表示画素３１ＲＧＢは、赤（Ｒ）用の表示画素３１Ｒと、緑（Ｇ）用の表示画素３１Ｇと、青（Ｂ）用の表示画素３１Ｂとから構成されている。これら表示画素３１ＲＧＢ、センサ素子３３および配線部３２はそれぞれ、表示エリア（センサエリア）２１上でマトリクス状に並んで配置されている。また、センサ素子３３と、このセンサ素子３３を駆動するための配線部３２とが、一定周期で互いに分離配置されている。このような配置により、センサ素子３２および配線部３３からなるセンサリアを表示画素３１ＲＧＢに対して極めて認識しづらくなると共に、表示画素３１ＲＧＢにおける開口率低減が最小限に抑えられるようになっている。また、配線部３２を、表示画素３１ＲＧＢの開口に寄与しない領域(例えば、ブラックマトリクスで遮光された領域や反射領域など)に配置するようにすれば、表示品位を落とすことなく受光回路を配置することが可能となる。なお、各センサ素子３３には、例えば図４に示したように、リセット信号線Ｒｅｓｅｔ＿１〜Ｒｅｓｅｔ＿ｎおよびリード信号線Ｒｅａｄ＿１〜Ｒｅａｄ＿ｎが、水平ライン方向に沿って接続されるようになっている。

［センサ素子３３の回路構成例］
センサ素子３３は、例えば図５に示したように、第１のダイオード素子ＰＤ１と、第２のダイオード素子ＰＤ２と、容量素子としてのコンデンサＣ１と、第１のトランジスタＴｒ１と、第２のトランジスタＴｒ２と、第３のトランジスタＴｒ３とで構成されている。

第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２はそれぞれ、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子である。特に第１のダイオード素子ＰＤ１は入射光量に応じた充電電荷を発生するものであり、第２のダイオード素子ＰＤ２は入射光量に応じた放電電荷を発生するものである。第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２はそれぞれ、後述するようにＰＩＮ型のフォトダイオードにより構成されている。ＰＩＮ型のフォトダイオードは、ｐ型半導体領域と、ｎ型半導体領域と、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間に形成された真性半導体領域（ｉ領域）とを有するものである。第１のダイオード素子ＰＤ１は、アノード電極、カソード電極およびゲート電極を有している。第２のダイオード素子ＰＤ２も同様に、アノード電極、カソード電極およびゲート電極を有している。第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２とをＰＩＮ型のフォトダイオードで構成する場合、ｐ型半導体領域にアノード電極を接続し、ｎ型半導体領域にカソード電極を接続する。具体的な素子構造の例は後述する。

第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子は、第１のダイオード素子ＰＤ１のアノード電極と第２のダイオード素子ＰＤ２のカソード電極とが互いに接続されることにより、互いに直列的に接続されている。コンデンサＣ１の一端は、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子との接続点Ｐ１に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、電源ＶＤＤに接続されている。

第１ないし第３のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３はそれぞれ、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；ThinFilm Transistor）などにより構成されている。第１のトランジスタＴｒ１のゲートはリセット信号線Ｒｅｓｅｔ（図４参照）に接続され、ソースはリセット電源Ｖｒｓｔに接続されている。第１のトランジスタＴｒ１のドレインおよび第２のトランジスタＴｒ２のゲートは、コンデンサＣ１の一端と共に、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子との接続点Ｐ１に接続されている。第２のトランジスタＴｒ２のソースは、コンデンサＣ１の他端と共に、電源ＶＤＤに接続されている。第２のトランジスタＴｒ２のドレインは、第３のトランジスタＴｒ３のドレインに接続されている。第３のトランジスタＴｒ３のゲートは、リード信号線Ｒｅａｄに接続され、ソースは読み出し線４１に接続されている。リセット電源Ｖｒｓｔは、センサ素子３３においてコンデンサＣ１に蓄積された電荷を全て放出させることができるような電圧（リセット電圧）に設定されている。

このセンサ素子３３は、第１のダイオード素子ＰＤ１で発生した充電電荷が、第１のダイオード素子ＰＤ１がオン状態となると共に第２のダイオード素子ＰＤ２がオフ状態になることによりコンデンサＣ１へ蓄積されるようになっている。また、第２のダイオード素子ＰＤ２で発生した放電電荷が、第２のダイオード素子ＰＤ２がオン状態となると共に第１のダイオード素子ＰＤ１がオフ状態になることによりコンデンサＣ１から放出されるようになっている。受光ドライブ回路１３は、そのような蓄積動作および放電動作が交互に行われるように、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２とを個別にオン・オフ制御するようになっている。

第１のダイオード素子ＰＤ１は、カソード電極とゲート電極との間の電位関係を変化させることにより、オン・オフ制御がなされるようになっている。第２のダイオード素子ＰＤ２は、アノード電極とゲート電極との間の電位関係とをそれぞれ変化させることにより、オン・オフ制御がなされるようになっている。例えば、後述するように、第１のダイオード素子ＰＤ１については、ゲート電圧Ｖｇ１を固定電圧にした状態でカソード電圧ＶｎをＶｎ１とＶｎ２とに変化させることによりオン・オフ状態が制御されるようになっている。第２のダイオード素子ＰＤ２については、例えば、ゲート電圧Ｖｇ２を固定電圧にした状態でアノード電圧ＶｐをＶｐ１とＶｐ２とに変化させることによりオン・オフ状態が制御されるようになっている。

［センサ素子３３の素子構造］
図６（Ａ），（Ｂ）は、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２の素子構造の一例を示している。第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２は、後述するＬ長およびＷ長の大きさが異なる以外は、基本的に同一の構造であり、ＰＩＮ型のフォトダイオードで構成されている。図６（Ａ），（Ｂ）では、ボトムゲート型の構成例を示しており、基板５１と、この基板５１上に形成された、ゲート電極５２、ゲート絶縁膜５３、半導体層５４、アノード電極５５、カソード電極５６、および絶縁膜５７とを備えている。半導体層５４は、ｐ型半導体領域５４Ａと、ｎ型半導体領域５４Ｂと、ｐ型半導体領域５４Ａとｎ型半導体領域５４Ｂとの間に形成された真性半導体領域（ｉ領域）５４Ｃとを有している。

基板５１は、例えば、プラスチックフィルム基板やガラス基板などの絶縁性基板である。ゲート電極５２は、例えば、Ａｌによって構成されている。ゲート電極５２は、少なくとも真性半導体領域５４Ｃとの対向領域に形成されており、例えば矩形状となっている。なお、図６（Ａ），（Ｂ）には、ゲート電極５２が真性半導体領域５４Ｃだけでなく、ｐ型半導体領域５４Ａの一部やｎ型半導体領域５４Ｂの一部を含む部分との対向領域に形成されている場合が例示されている。これにより、ゲート電極５２は、低抵抗の電極となっており、かつ基板５１側から入射した光が真性半導体領域５４Ｃに入射するのを遮断する遮光膜として機能する。

ゲート絶縁膜５３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などを主成分として含んで構成されている。ゲート絶縁膜５３は、積層方向（図のｚ方向）において半導体層５４と対向配置されている。ゲート絶縁膜５３は、例えば、少なくとも真性半導体領域５４Ｃを含む部分との対向領域に形成されており、例えばゲート電極５２を覆うように形成されている。なお、図６（Ａ），（Ｂ）には、ゲート絶縁膜５３が、ゲート電極５２を含む基板５１の表面全体に渡って形成されている場合が例示されている。

半導体層５４は、ゲート電極５２との対向領域を横切るように形成されており、アノード電極５５およびカソード電極５６の対向方向（図のｘ方向）に延在して形成されている。半導体層５４の上面は、アノード電極５５およびカソード電極５６とのコンタクト部分を除いて、絶縁膜５７によって覆われている。外部からの光は、絶縁膜５７の上面側から半導体層５４に入射するようになっている。絶縁膜５７は、入射光に対して透明な材料からなり、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などを主成分として含んで構成されている。

ｐ型半導体領域１４Ａおよびｎ型半導体領域５４Ｂは、積層面内（図のｘｙ面内）において第１の方向（図のｘ方向）に互いに対向している。ｐ型半導体領域５４Ａおよびｎ型半導体領域５４Ｂは互いに直接に接触せず、真性半導体領域５４Ｃを介して配置されることになる。したがって、半導体層５４において、面内方向にＰＩＮ構造が形成されることになる。ｐ型半導体領域５４Ａは、例えば、ｐ型不純物（ｐ⁺）を含有するシリコン薄膜からなり、ｎ型半導体領域５４Ｂは、例えば、ｎ型不純物（ｎ⁺）を含有するシリコン薄膜からなる。真性半導体領域５４Ｃは、例えば、不純物がドープされていないシリコン薄膜からなる。

アノード電極５５およびカソード電極５６は、例えば、Ａｌによって構成されている。アノード電極５５はｐ型半導体領域５４Ａと電気的に接続されており、カソード電極５６はｎ型半導体領域５４Ｂと電気的に接続されている。

このセンサ素子３３は、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２とで、真性半導体領域５４Ｃの第１の方向（図のｘ方向）の長さ（いわゆるＬ長）が互いに異なる大きさで構成されている。具体的には、第１のダイオード素子ＰＤ１におけるＬ長をＬ１、第２のダイオード素子ＰＤ２におけるＬ長をＬ２とすると、以下の条件（１）を満たすように構成されている。これにより、２つのダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２の応答特性（オフ状態からオン状態にしたときの電流応答特性を示す時定数τ）の違いが、構造的に少なくなるようにしている。
Ｌ２＜Ｌ１ ……（１）

さらに、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２とで、真性半導体領域５４Ｃの積層面内における、第１の方向に直交する第２の方向（図のｙ方向）の長さ（いわゆるＷ長）が互いに異なる大きさで構成されていることが好ましい。具体的には、第１のダイオード素子ＰＤ１におけるＷ長をＷ１、第２のダイオード素子ＰＤ２におけるＷ長をＷ２とすると、以下の条件（２）を満たすように構成されていることが好ましい。 Ｌ２・Ｗ２＝Ｌ１・Ｗ１ ……（２）
なお、条件（２）は、理論的に理想的な条件であり、Ｌ２・Ｗ２の値とＬ１・Ｗ１の値とが必ずしも完全に同一である必要はない。現実的には、センサ素子３３の検出特性に支障が生じない範囲内で略同一の値であれば良い。また、製造誤差程度の値の違いがあっても構わない。条件（２）を満足することにより、２つのダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２で真性半導体領域５４Ｃの面積を互いに等しくできるので、条件（１）を満足して２つのダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２の応答特性を揃えつつ、充放電で発生する双方の光電流の大きさを揃えることができる。

なお、真性半導体領域５４Ｃの膜厚（ｚ方向の長さ）は、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２とで互いにほぼ同じであることが好ましい。製造プロセス上、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２とでＬ長およびＷ長の長さを変えることは比較的容易であるが、個別に膜厚を変えるのは現実的ではない。

［表示装置の動作］
まず、この表示装置による画像の表示動作および物体の検出動作（撮像動作）の概要について説明する。

この表示装置では、アプリケーションプログラム実行部１１から供給される表示データに基づいて、表示用ドライブ回路１２において表示用の駆動信号が生成される。この駆動信号により、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０に対して線順次表示駆動がなされ、画像が表示される。また、このときバックライト１５も表示ドライブ回路１２によって駆動され、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０と同期した点灯・消灯動作がなされる。

Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０に接触または近接する物体（指先等の近接物体）がある場合、受光ドライブ回路１３による線順次撮像駆動により、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０における各センサ素子（撮像画素）３３においてその物体が検出（撮像）される。各センサ素子３３からの検出信号（撮像信号）は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０から受光ドライブ回路１３へ供給される。受光ドライブ回路１３では、センサ素子３３の検出信号を１フレーム分、蓄積し、撮像画像として画像処理部１４へ出力する。

画像処理部１４では、この撮像画像に基づいて、所定の画像処理（演算処理）を行うことにより、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０に接触または近接する物体に関する物体情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）を取得する。例えば受光ドライブ回路１３において生成された１フレーム分の撮像画像の重心を判定する演算処理がなされ、接触（近接）中心の特定が行われる。そして、近接物体の検出結果が画像処理部１４からアプリケーションプログラム実行部１１へ出力される。アプリケーションプログラム実行部１１では、後述するようなアプリケーションプログラムを実行する。

次に、図９〜図１１を参照して、この表示装置による検出動作（撮像動作）の詳細について説明する。図９（Ａ）〜（Ｇ）は、この表示装置による検出動作（１つのセンサ素子３３における検出、撮像動作）の一例をタイミング波形図で表したものである。図９（Ｂ）はリセット信号電圧Ｖ（Ｒｅｓｅｔ）のタイミング波形、（Ａ）はリード信号電圧Ｖ（Ｒｅａｄ）のタイミング波形の一例を示している。図９（Ｃ）は、バックライト１５のオン・オフ（点灯・消灯）状態（検出用の照射光の照射・非照射）の状態のタイミング波形の一例を示している。図９（Ｄ）はセンサ素子３３における第１のダイオード素子ＰＤ１のカソード電圧Ｖｎのタイミング波形（実質的に第１のダイオード素子ＰＤ１のオン・オフ状態のタイミング波形）の一例を示している。図９（Ｅ）は第２のダイオード素子ＰＤ２のアノード電圧Ｖｐのタイミング波形（実質的に第２のダイオード素子ＰＤ２のオン・オフ状態のタイミング波形）の一例を示している。図９（Ｆ）は、図９（Ｃ）のようなバックライト１５のオン・オフ制御がなされているときに、センサ素子３３における接続点（蓄積ノード）Ｐ１で生じる電位（蓄積電圧）のタイミング波形の一例を示している。図９（Ｇ）は、バックライト１５が（図９（Ｃ）のようなオン・オフ制御ではなく）全期間でオフ状態とされ、近接物体からの反射光Ｌｏｎが無い場合における蓄積ノードＰ１の蓄積電圧を示している。

図９（Ａ），（Ｂ）に示したリセット信号電圧Ｖ（Ｒｅｓｅｔ）およびリード信号電圧Ｖ（Ｒｅａｄ）はそれぞれ、線順次動作によってＨ（ハイ）状態となる。Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０において、各水平ライン上のセンサ素子３３では、リセット信号電圧Ｖ（Ｒｅｓｅｔ）がＨ状態となってからリード信号電圧Ｖ（Ｒｅａｄ）がＨ状態となるまでの期間が１水平ライン分の露光期間となる。この露光期間内で、図９（Ｃ）および図９（Ｄ），（Ｅ）に示したように、各センサ素子３３における第１のダイオード素子ＰＤ１および第２のダイオード素子ＰＤ２のオン・オフ状態に同期して、バックライト１５のＯＮ状態（点灯）およびＯＦＦ状態（非点灯）が交互に切り替えられる。具体的には、バックライト１５がＯＮ状態のときには、第１のダイオード素子ＰＤ１がオン状態、第２のダイオード素子ＰＤ２がオフ状態となる。また、バックライト１５がＯＦＦ状態のときには、第１のダイオード素子ＰＤ１がオフ状態、第２のダイオード素子ＰＤ２がオン状態となる。

例えば、リセット信号電圧Ｖ（Ｒｅｓｅｔ）がＨ状態となると、センサ素子３３における第１のトランジスタＴｒ１がオン状態となることにより、接続点Ｐ１の電位が、任意に設定されたリセット電圧Ｖｒｓｔにリセットされる。

リセット電圧Ｖｒｓｔでリセットされた後、バックライト１５がＯＮ状態となる。このとき、第１のダイオード素子ＰＤ１がオン状態、第２のダイオード素子ＰＤ２がオフ状態となることにより、コンデンサＣ１への充電電荷の蓄積動作（チャージ動作）がなされる。これにより、バックライト１５からの照射光による近接物体での反射光Ｌｏｎと外光（環境光）Ｌ０との合算光量に応じて、図１０に示した充電電流Ｉ１１の経路によってコンデンサＣ１へ充電電荷が蓄積され、図９（Ｆ）に示したように蓄積電圧が上昇する。

次にバックライト１５がＯＦＦ状態となる。このとき、第１のダイオード素子ＰＤ１がオフ状態、第２のダイオード素子ＰＤ２がオン状態となることにより、コンデンサＣ１からの放電電荷の放出動作（ディスチャージ動作）がなされる。これにより、外光（環境光）Ｌ０の光量に応じて、図１１に示した放電電流Ｉ１２の経路によってコンデンサＣ１から放電電荷が放出され、図９（Ｆ）に示したように蓄積電圧が下降する。

そして、このような充電電荷の蓄積動作と放電電荷の放出動作とが、所定の露光期間の間、複数回切り換えられ、その後、その間にコンデンサＣ１に蓄積された電荷が、検出信号（撮像信号）として読み出される。具体的には、リード信号電圧Ｖ（Ｒｅａｄ）がＨ状態となることにより、センサ素子３３における第３のトランジスタＴｒ３がオン状態となり、図９（Ｆ）に示した読み出し電圧Ｖ４１が読み出し線４１から読み出される。このようにして、充電電荷の蓄積動作と放電電荷の放出動作とが複数回切り換えられた後に検出信号が読み出されることにより、露光期間が長くなるため、図９（Ｆ）に示したように、検出信号の信号成分（蓄積電圧）が増大するようになっている。また、ここで得られた撮像信号はアナログ値であるため、受光ドライブ回路１３においてＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換がなされる。なお、その後はまたリセット信号電圧Ｖ（Ｒｅｓｅｔ）がＨ状態となることにより、以降は同様の動作が繰り返されることになる。

このようにして、本実施の形態における近接物体の検出処理では、近接物体に対してバックライト１５からの照射光が照射されているときに、照射光による反射光Ｌｏｎと環境光（外光）Ｌ０との合算光量に応じて、各センサ素子３３に充電電荷が蓄積される。また、上記照射光が照射されていないときに、環境光Ｌ０の光量に応じて、各センサ素子３３から放電電荷が放出される。これらにより、各センサ素子３３から検出信号（撮像信号）が得られる。そして、各センサ素子３３から得られる撮像信号に基づく撮像画像を用いて、画像処理部１４において、近接物体の位置、形状または大きさの少なくとも１つを含む物体情報が得られる。これにより、各センサ素子３３から得られる撮像信号では、環境光Ｌ０による成分が差し引かれるため、そのような環境光Ｌ０の影響を受けずに、近接物体の物体情報の取得が可能となる。

また、充電電荷の蓄積動作と放電電荷の放出動作とに基づいて、センサ素子３３ごとに撮像信号が得られるため、受光ドライブ回路１３において、撮像信号から撮像画像を生成する際に必要なフレームメモリ１３Ａが、従来よりも少なくて済むようになる。例えば図３４に示した従来例では、バックライトＯＦＦ時の画像（画像Ａ）と、バックライトＯＮ時の画像（画像Ｂ）との２枚の画像用のフレームメモリが必要となる。これに対して本実施の形態の表示装置では、１フレーム分の画像メモリで済むようになる。よって、製造コストを抑えつつ、使用状況によらずに物体を安定して検出することが可能となる。

また、充電電荷の蓄積動作と放電電荷の放出動作とが複数回切り換えられた後に得られた撮像信号に基づいて物体情報を取得するようにしたので、露光期間を長くすることができる。これにより、撮像信号の信号成分（蓄積電位ＶＰ１）を増大させて検出感度を向上させることが可能となると共に、露光時間を自由に設定できるため、Ｓ／Ｎ比を高くすることが可能となる。

なお、本実施の形態における近接物体の検出処理では、１つの近接物体だけでなく、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０の表示エリア２１上に同時に配置された複数の近接物体についても同様に、それぞれの物体情報を取得可能である。

［ダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２のオン・オフ状態の制御の詳細］
図７（Ａ）〜（Ｃ）および図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、センサ素子３３における第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２のオン・オフ状態の制御の詳細について説明する。図７（Ａ）、図８（Ａ）に示したように、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２のアノード電圧をＶｐ、カソード電圧をＶｎ、ゲート電圧をＶｇ、カソードからアノードに流れる光電流をＩｎｐとする。

第１のダイオード素子ＰＤ１については、ゲート電圧ＶｇをＶｇ１の固定電圧にした状態で、カソード電圧Ｖｎとして図７（Ｂ）に示したようにＶｎ１とＶｎ２とに交互に変化する矩形波を印加することによりオン・オフ状態を制御する。図７（Ｃ）には、カソード電圧ＶｎをＶｎ１とＶｎ２とに変化させた場合（図７（Ｃ）中の矢印Ｐ５１参照；Ｖｎ２＜Ｖｎ１）の双方における第１のダイオード素子ＰＤ１でのＩ−Ｖ特性を示している。図７（Ｃ）において、α１，α２は第１のダイオード素子ＰＤ１がオン状態となるオン動作領域である。β２，β２１，β１１は第１のダイオード素子ＰＤ１がオフ状態となるオフ動作領域である。図７（Ｃ）に示したように、Ｖｎ＝Ｖｎ１のときとＶｎ＝Ｖｎ２のときとでは、オン動作領域とオフ動作領域との電圧範囲が互いに異なる。図７（Ｃ）において、Ｖｎ＝Ｖｎ１のときにはα１の電圧範囲がオン動作領域であり、Ｖｎ＝Ｖｎ２のときにはα２の電圧範囲がオン動作領域となっている。また、図７（Ｃ）において、Ｖｎ＝Ｖｎ１のときにはβ２，β１１の電圧範囲がオフ動作領域であり、Ｖｎ＝Ｖｎ２のときにはβ２，β２１の電圧範囲がオフ動作領域となっている。このような特性があることにより、ゲート電圧Ｖｇ＝Ｖｇ１で、かつカソード電圧Ｖｎ＝Ｖｎ１のときには、第１のダイオード素子ＰＤ１がオン状態となる（図７（Ｃ）の動作点ＰＤ１on）。また、ゲート電圧Ｖｇ＝Ｖｇ１で、かつカソード電圧Ｖｎ＝Ｖｎ２のときには、第１のダイオード素子ＰＤ１がオフ状態となる（図７（Ｃ）の動作点ＰＤ１off）。

第２のダイオード素子ＰＤ２については、ゲート電圧ＶｇをＶｇ２の固定電圧にした状態で、アノード電圧Ｖｐとして図８（Ｂ）に示したようにＶｐ１とＶｐ２とに交互に変化する矩形波を印加することによりオン・オフ状態を制御する。図８（Ｃ）には、アノード電圧ＶｐをＶｐ１とＶｐ２とに変化させた場合（図８（Ｃ）中の矢印Ｐ５２参照；Ｖｐ２＜Ｖｐ１）の双方における第２のダイオード素子ＰＤ２でのＩ−Ｖ特性を示している。図８（Ｃ）において、α１，α２は第２のダイオード素子ＰＤ２がオン状態となるオン動作領域である。β１，β１２，β２２は第２のダイオード素子ＰＤ２がオフ状態となるオフ動作領域である。図８（Ｃ）に示したように、Ｖｐ＝Ｖｐ１のときとＶｐ＝Ｖｐ２のときとでは、オン動作領域とオフ動作領域との電圧範囲が互いに異なる。図８（Ｃ）において、Ｖｐ＝Ｖｐ１のときにはα１の電圧範囲がオン動作領域であり、Ｖｐ＝Ｖｐ２のときにはα２の電圧範囲がオン動作領域となっている。また、図８（Ｃ）において、Ｖｐ＝Ｖｐ１のときにはβ１，β１２の電圧範囲がオフ動作領域であり、Ｖｐ＝Ｖｐ２のときにはβ１，β２２の電圧範囲がオフ動作領域となっている。このような特性があることにより、ゲート電圧Ｖｇ＝Ｖｇ２で、かつカソード電圧Ｖｐ＝Ｖｐ２のときには、第２のダイオード素子ＰＤ２がオン状態となる（図８（Ｃ）の動作点ＰＤ２on）。また、ゲート電圧Ｖｇ＝Ｖｇ１で、かつカソード電圧Ｖｐ＝Ｖｐ１のときには、第２のダイオード素子ＰＤ２がオフ状態となる（図７（Ｃ）の動作点ＰＤ２off）。

［ダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２の応答特性］
以上で説明したように、本実施の形態ではセンサ素子３３において、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２を別々の制御電圧でオン・オフ制御し、充電動作と放電動作とを交互に繰り返すことで、近接物体の検出を行う。この場合において、以下で説明するように第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２の応答特性（過渡特性）に違いがあると、良好な検出動作を行うことができなくなる。本実施の形態では、これを改善するために、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２における真性半導体領域５４ＣのＬ長およびＷ長（図６参照）を最適化している。

まず、図１２（Ａ），（Ｂ）および図１３を参照して応答特性に違いがある場合に生ずる問題点について説明する。図１２（Ａ）は、センサ素子３３において、応答特性に違いが無く、理想的な状態で第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２が動作したときに得られる蓄積ノード（図５の接続点Ｐ１）の電圧波形を示している。なお、図１２（Ａ）では、図９（Ｇ）と同様、バックライト１５が全期間でオフ状態とされ、近接物体からの反射光Ｌｏｎが無い場合（外光成分のみの場合）の電圧波形を示している。本実施の形態における近接物体の検出処理では、図１０に示したように近接物体に対してバックライト１５からの照射光が照射されているときに、照射光による反射光Ｌｏｎと環境光（外光）Ｌ０との合算光量に応じて、センサ素子３３に充電電荷が蓄積される。また、図１１に示したように照射光が照射されていないときに、環境光Ｌ０の光量に応じて、センサ素子３３から放電電荷が放出される。これにより、充電動作と放電動作とを経た状態では、環境光Ｌ０による成分が差し引かれるため、差分として、近接物体からの反射光Ｌｏｎに応じた電圧のみが検出される。したがって、反射光Ｌｏｎが存在しない場合には、１回の充電動作と放電動作とを経た状態で、原理的には、差分として得られる電圧はゼロである。この場合、原理的、理想的には蓄積ノードの電圧は図１２（Ａ）に示したように、充電動作による電荷の充電量と放電動作による電荷の放電量とが同じとなるような波形となる。

これに対し、図１２（Ｂ）は第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２に応答特性の違いがある場合の蓄積ノードの電圧波形を示している。図１２（Ｂ）では図１２（Ａ）と同様に、近接物体からの反射光Ｌｏｎが無い場合の電圧波形を示している。反射光Ｌｏｎが無い場合であるにも関わらず、充電動作と放電動作とを繰り返したときに蓄積ノードで充電がなされ、電圧が徐々に上がってしまっている。これは、第２のダイオード素子ＰＤ２による放電能力よりも、第１のダイオード素子ＰＤ１による充電能力の方が高く、全体として蓄積ノードで充電がなされていることを意味する。このような状態は、センサ素子３３として誤動作の原因となり好ましくない。

図１２（Ｂ）のような電圧波形は例えば、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２が構造的に全く同じ場合、特に、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２で真性半導体領域５４ＣのＬ長およびＷ長が同じ場合に観測される。後述するように、Ｌ長が同じ場合、充電動作時の第１のダイオード素子ＰＤ１と放電動作時の第２のダイオード素子ＰＤ２とで、光電流が飽和する速度（電流時定数τ）が異なり、第１のダイオード素子ＰＤ１の方が電流時定数τが小さい特性がある。これにより、第１のダイオード素子ＰＤ１による充電量が、第２のダイオード素子ＰＤ２による放電量に勝ることとなる。この場合、図１３に示したように、充電電圧ｄＶｃと放電電圧ｄＶｄとの差が残電圧ｄＶｒとして蓄積され、これが検出処理時に外光ノイズ成分となってしまう。

次に、Ｌ長と応答特性（電流時定数τ）との関係について説明する。

図１４（Ａ），（Ｂ）は、第１のダイオード素子ＰＤ１におけるＬ長の違い（Ｌ＝６μｍ，８μｍ，１０μｍ，１２μｍ）による周波数特性（実測値）を示している。横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は任意単位（ａ．ｕ．）の信号電圧（充電時の電圧）となっている。なお、ここでいう周波数とは、第１のダイオード素子ＰＤ１の駆動周波数（オン・オフ周波数）のことをいう。図１４（Ａ）は周波数特性を、Ｌ長がＬ＝１２μｍで周波数が１２５Ｈｚのときの信号電圧を１として規格化した状態で示している。図１４（Ｂ）は各Ｌ長で周波数１２５Ｈｚのときの信号電圧を１として規格化した状態で示している。図１４（Ａ）から分かるように、駆動周波数が低いときにはＬ長が長いほど、信号電圧が大きい。また、駆動周波数が高いときにはＬ長が短いほど、信号電圧が大きい。Ｌ長が短いほど、高周波での信号低下が小さい。

ここで、図１４（Ａ）に示した実測値の周波数特性を計算式により再現することを考える。図１５（Ａ）のように、飽和電流Ｉ０になるまでに電流ｉが時間ｔの経過に従って時定数τで立ち上がるものと仮定する。この図１５（Ａ）は指数関数によって式（Ａ）で表される。時間ｔ経過後の電荷量（ｉｄｔ）は式（Ｂ）で表される。

従って、蓄積ノードＰ１（図５参照）の電圧波形は、上記式（Ｂ）から、以下の式（１１）で表される。式（１１）において、Ｃは蓄積ノードＰ１での寄生容量を示す。ｆは駆動周波数を示す。これをグラフで表すと図１５（Ｂ）になる。

図１６は、図１４（Ａ）に示した実測値による周波数特性と、その実測値による周波数特性を上記式（１１）を用いた計算式の関数によってフィッティングして再現した周波数特性とを示している。このように、上記式（１１）によって周波数特性を再現できる。従って、実測値による周波数特性を上記式（１１）によってフィッティングさせることで、電流時定数τを求めることができる。

図１７は、第１のダイオード素子ＰＤ１のＬ長と電流時定数τとの関係を実測値に基づいて近似曲線で示したものである。図１７から分かるように、電流時定数τは、Ｌ長が長いほど大きくなる。τとＬ長との関係は以下の式で表される。ａは定数を示す。
τ＝ａ・Ｌ^2.3

図１８（Ａ），（Ｂ）は、図５に示したセンサ素子３３における充放電波形（実測値）を示している。図１８（Ａ）は第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２のＬ長を共にＬ＝１２μｍとした場合の特性を示している。図１８（Ｂ）は第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２のＬ長を共にＬ＝６μｍとした場合の特性を示している。なお、図１８（Ａ），（Ｂ）では、図９（Ｇ）と同様、バックライト１５が全期間でオフ状態とされ、近接物体からの反射光Ｌｏｎが無い場合（外光成分のみの場合）の電圧波形を示している。

図１９（Ａ）は、図１８（Ａ）に示した充放電波形のうち充電側（第１のダイオード素子ＰＤ１）の特性を詳しく示したものである。図１９（Ｂ）は図１８（Ｂ）に示した充放電波形のうち充電側（第１のダイオード素子ＰＤ１）の特性を詳しく示したものである。図１９（Ａ），（Ｂ）には、実測値による充放電波形を上記式（１１）を用いた計算式の関数によってフィッティングして再現した波形を同時に示している。

図２０（Ａ）は、図１８（Ａ）に示した充放電波形のうち放電側（第２のダイオード素子ＰＤ２）の特性を詳しく示したものである。図２０（Ｂ）は図１８（Ｂ）に示した充放電波形のうち放電側（第２のダイオード素子ＰＤ２）の特性を詳しく示したものである。図２０（Ａ），（Ｂ）には、実測値による充放電波形を上記式（１１）を用いた計算式の関数によってフィッティングして再現した波形を同時に示している。

図１８〜図２０に示したように、Ｌ長が同じ場合、充電動作時の第１のダイオード素子ＰＤ１と放電動作時の第２のダイオード素子ＰＤ２とで、光電流が飽和する速度（電流時定数τ）が異なる。第１のダイオード素子ＰＤ１の電流時定数をτ１、第２のダイオード素子ＰＤ２の電流時定数をτ２とすると、Ｌ長が同じ場合、τ１＜τ２の関係がある。一方、Ｌ長が短いほど電流時定数τは小さくなる特性がある。

これらのことから、第１のダイオード素子ＰＤ１におけるＬ長をＬ１、第２のダイオード素子ＰＤ２におけるＬ長をＬ２とすると、以下の条件（１）を満足し、第２のダイオード素子ＰＤ２のＬ長を短くすることで、電流時定数τを揃えることができる。
Ｌ２＜Ｌ１ ……（１）

図２１〜図２２は、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２のＬ長を充放電特性が一致するように構成した場合の照度依存性について示したものである（実測値）。図２１（Ａ）は外光照度が１７００ｌｘ（ルクス）の場合の充放電特性を示す。図２１（Ｂ）は外光照度が２６００ｌｘの場合の充放電特性を示す。図２２（Ａ）は外光照度が３６００ｌｘの場合の充放電特性、図２２（Ｂ）は外光照度が５６００ｌｘの場合の充放電特性を示す。

図２１〜図２２から分かるように、照度に関わらず、充電時の特性と放電時の特性とがほぼ一致している（応答特性が一致している）。なお、図２１〜図２２では、Ｌ１＝１０μｍ、Ｌ２＝６μｍとしている。また、第１のダイオード素子ＰＤ１におけるＷ長をＷ１、第２のダイオード素子ＰＤ２におけるＷ長をＷ２とすると、以下の条件（２）をほぼ満たすように構成されている。具体的にはＷ２＝１．５５×Ｗ１としている。
Ｌ２・Ｗ２＝Ｌ１・Ｗ１ ……（２）

以上の考察から、第１および第２のダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２による充放電動作による蓄積ノードＰ１の電圧Ｖsigは、式（１１）に基づいて以下の式（１２）のように表せる。式（１２）において、Ｉpin１onは第１のダイオード素子ＰＤ１のオン時の電流、Ｉpin１offは第１のダイオード素子ＰＤ１のオフ時の電流を示す。Ｉpin２onは第２のダイオード素子ＰＤ２のオン時の電流、Ｉpin２offは第２のダイオード素子ＰＤ２のオフ時の電流を示す。式（１２）の充電項において、Ｉpin１onとＩpin２offは、外光Ｌ０とバックライト１５の照射光による近接物体からの反射光Ｌｏｎとに応じた関数となっている。ＩＲonは反射光Ｌｏｎによる成分、ａｍｂは外光Ｌ０による成分を表している。式（１２）の放電項において、Ｉpin２onとＩpin１offは、外光Ｌ０成分のみに応じた関数となっている。
ｄｔは、１回の充放電期間を示す。Ｃｓｔは蓄積ノード容量、ｆは充放電の回数を示す。αは、第１のダイオード素子ＰＤ１の時定数をτ１、第２のダイオード素子ＰＤ２の時定数をτ２とすると、α＝τ２／τ１を示す。τは電流時定数を示す。

このように本実施の形態に係る入力機能付き表示装置によれば、２つのダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２における真性半導体領域５４ＣのＬ長を互いに異ならせるようにしたので、２つのダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２の応答特性の違いが少なくなるようにＬ長を最適化することができる。Ｌ長を適切に設定することにより、オフ状態からオン状態にしたときの電流応答特性を示す時定数τを、第１のダイオード素子ＰＤ１と第２のダイオード素子ＰＤ２とで互いに略同じにすることができる。これにより、２つのダイオード素子ＰＤ１，ＰＤ２の応答特性の違いを抑え、安定した検出動作を行うことができる。

［アプリケーションプログラムの実行例］
次に、図２３〜図２６を参照して、上述した近接物体の検出処理によって検出された物体の位置情報等を利用した、アプリケーションプログラム実行部１１によるアプリケーションプログラム実行例について、いくつか説明する。

図２３（Ａ）に示した第１の例は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０の表面を指先６１で触れて、その触れた個所の軌跡を描画ライン６１１として画面に表示させるようにした例である。

図２３（Ｂ）に示した第２の例は、手の形を用いたジェスチャ認識のものである。具体的には、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０に触れた（または近接した）手６２の形状を認識して、その認識した手の形を画像として表示させ、その表示オブジェクトの移動６２１で、何らかの処理を行うようにしたものである。

図２４に示した第３の例は、閉じた状態の手６３Ａから、開いた状態の手６３Ｂに変化させて、それぞれの状態の手の接触または近接をＩ／Ｏディスプレイパネル２０で画像認識させて、その画像認識に基づいた処理を実行させるようにしたものである。これらの認識に基づいて処理を行うことで、例えばズームインなどの指示を行うことができる。また、このような指示ができることで、例えばＩ／Ｏディスプレイパネル２０をパーソナルコンピュータ装置に接続して、そのコンピュータ装置上でコマンドを切り替えている操作などを、これらの画像認識で、より自然な形で入力することができる。

図２５に示した第４の例は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０を２台用意して、２台のＩ／Ｏディスプレイパネル２０を何らかの伝送手段で接続するようにしたものである。このような構成で、一方のＩ／Ｏディスプレイパネル２０において接触または近接を検出した画像を、他方のＩ／Ｏディスプレイパネル２０に伝送して表示させて、両ディスプレイパネルを操作するユーザ間でコミュニケーションをとるようにしてもよい。例えば図２５に示したように、一方のＩ／Ｏディスプレイパネル２０で画像認識した手６５の手形の画像を送信して、他方のＩ／Ｏディスプレイパネル２０に同一の手形６４２を表示させる処理が可能になる。また例えば、他方のＩ／Ｏディスプレイパネル２０を手６４で触れて表示された軌跡６４１を、一方のＩ／Ｏディスプレイパネル２０に送って表示させる等の処理が可能になる。このようにして、描画している状態を動画で伝達し、手書きの文字や図形などを相手に送ることで、新しいコミュニケーションツールとなる可能性がある。このような例としては、例えば、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０を携帯電話端末の表示パネルに適用すること等が想定される。なお、図２５ではＩ／Ｏディスプレイパネル２０を２台用意した例を示したが、３台以上のＩ／Ｏディスプレイパネル２０を伝送手段で接続して同様の処理を行うことも可能である。

また、図２６の第５の例に示したように、筆６６を使用してＩ／Ｏディスプレイパネル２０の表面で文字を書くように触れさせて、その筆６６が触れた個所をＩ／Ｏディスプレイパネル２０に画像６６１として表示させることで、毛筆による手書きの入力が可能になる。この場合には、毛筆の細かいタッチまで認識して実現することが可能である。従来の手書き認識の場合には、例えば一部のデジタイザにおいて、特殊なペンの傾きを電界検出で実現していたが、本例では、本物の毛筆の接触面そのものを検知することにより、より現実的な感覚で情報入力を行える。

＜モジュールおよび適用例＞
次に、図２７〜図３１を参照して、以上で説明した入力機能付き表示装置の適用例について説明する。この表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。例えば以下で説明するようなテレビジョン装置，デジタルカメラ，ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどの電子機器に適用することが可能である。

（適用例１）
図２７は、電子機器の第１の例としてのテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル５１１およびフィルターガラス５１２を含む映像表示画面部５１０を有している。このようなテレビジョン装置における映像表示画面部５１０に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。

（適用例２）
図２８（Ａ），（Ｂ）は、電子機器の第２の例としてのデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部５２１、表示部５２２、メニュースイッチ５２３およびシャッターボタン５２４を有している。このようなデジタルカメラにおける表示部５２２に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。

（適用例３）
図２９は、電子機器の第３の例としてのノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５３１，文字等の入力操作のためのキーボード５３２および画像を表示する表示部５３３を有している。このようなノート型パーソナルコンピュータにおける表示部５３３に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。

（適用例４）
図３０は、電子機器の第４の例としてのビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部５４１，この本体部５４１の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ５４２，撮影時のスタート／ストップスイッチ５４３および表示部５４４を有している。このようなビデオカメラにおける表示部５４４に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。

（適用例５）
図３１（Ａ）〜（Ｇ）は、電子機器の第５の例としての携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０，サブディスプレイ７５０，ピクチャーライト７６０およびカメラ７７０を有している。このような携帯電話機におけるディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。

＜他の実施の形態＞
本発明は、上記実施の形態、およびその適用例に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記実施の形態等では、バックライト１５を備えた液晶パネルからなるＩ／Ｏディスプレイパネル２０の場合で説明したが、表示用のバックライトが検出用照明を兼ねてもよいし、検出専用の照明を設けてもよい。また、検出用照明に設ける場合には、可視光領域以外の波長領域の光（例えば、赤外光）を用いるのがより好ましい。

また、上記実施の形態等では、バックライト１５における１回のＯＮ期間またはＯＦＦ期間において、１ライン分のセンサ素子３３に対してリセット動作あるいは読み出し動作を行う場合（高周波のバックライトの明滅動作を行う場合）について説明したが、この場合には限られない。すなわち、例えば、バックライト１５における１回のＯＮ期間またはＯＦＦ期間において、複数ライン分のセンサ素子３３に対してリセット動作あるいは読み出し動作を行う（低周波のバックライトの明滅動作を行う）ようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態等では、複数の表示画素３１ＲＧＢと複数のセンサ素子３３とを含む表示パネル（Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０）を有する入力機能付き表示装置について説明したが、本発明は表示装置以外にも適用可能である。例えば表示機能のない単なるセンサ装置としても適用可能である。この場合、例えばＩ／Ｏディスプレイパネル２０に代えて、表示画素３１ＲＧＢを設けずに複数のセンサ素子３３のみを１つの面内にマトリクス状に配置することにより構成されたセンサパネルを備えるようにすれば良い。

α…オン動作領域、β１…第１のオフ動作領域、β２…第２のオフ動作領域、１１…アプリケーションプログラム実行部、１２…表示ドライブ回路、１３…受光ドライブ回路、１３Ａ…フレームメモリ、１４…画像処理部、１５…バックライト、２０…Ｉ／Ｏディスプレイパネル、２１…表示エリア（センサエリア）、２２…表示用Ｈドライバ、２３…表示用Ｖドライバ、２４…センサ用Ｖドライバ、２５…センサ読み出し用Ｈドライバ、３１…画素、３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ，３１ＲＧＢ…表示画素、３２…配線部、３３…センサ素子（撮像画素）、４１…読み出し線、５１…基板、５２…ゲート電極、５３…ゲート絶縁膜、５４…半導体層、５４Ａ…ｐ型半導体領域、５４Ｂ…ｎ型半導体領域、５４Ｃ…真性半導体領域（ｉ領域）、５５…アノード電極、５６…カソード電極、５７…絶縁膜、５１０…映像表示画面部、５１１…フロントパネル、５１２…フィルターガラス、５２１…発光部、５２２…表示部、５２３…メニュースイッチ、５２４…シャッターボタン、５３１…本体、５３２…キーボード、５３３…表示部、５４１…本体部、５４２…レンズ、５４３…スタート／ストップスイッチ、５４４…表示部、７１０…上部筐体、７２０…下部筐体、７３０…連結部、７４０…ディスプレイ、７５０…サブディスプレイ、７６０…ピクチャーライト、７７０…カメラ、６１…指先、６１１…描画ライン、６２…手、６２１…オブジェクトの移動（手のひらツール）、６３Ａ，６３Ｂ，６４，６５…手、６４１…軌跡、６４２…手形、６６…筆、６６１…画像、Ｒｅｓｅｔ…リセット信号線、Ｒｅａｄ…リード信号線、ＰＤ１…第１のダイオード素子、ＰＤ２…第２のダイオード素子、Ｔｒ１…第１のトランジスタ、Ｔｒ２…第２のトランジスタ、Ｔｒ３…第３のトランジスタ、Ｃ１…コンデンサ、Ｐ１…接続点（蓄積ノード）、ＶＤＤ…電源（電源ライン、電源電圧）、Ｖｒｓｔ…リセット電圧（リセット電圧ライン）、Ｖ（Ｒｅｓｅｔ）…リセット信号電圧、Ｖ（Ｒｅａｄ）…リード信号電圧、Ｖｐ１，Ｖｐ２…アノード電圧、Ｖｎ１，Ｖｎ２…カソード電圧、Ｖｇ１，Ｖｇ２…ゲート電圧、Ｉ１１…電流（チャージ電流）、Ｉ１２…電流（ディスチャージ電流）、Ｌ０…外光（環境光）、Ｌｏｎ…反射光（バックライトＯＮ時の反射光）、ｆ…物体（指）、ｏｂ１…物体（ペン）。

Claims (11)

1. 互いに直列に接続された第１および第２のフォトダイオード素子と、
   前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子との接続部分に接続された容量素子と
   を備え、
   前記第１および第２のフォトダイオード素子はそれぞれ、
   基板と、前記基板上に積層された半導体層とを有し、
   前記半導体層は、積層面内において第１の方向に互いに対向するように配置されたｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域と、前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とを含み、
   前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子は、基本的に同一の構造であり、
   前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子とで、時定数が同じになるように、前記真性半導体領域の前記第１の方向の長さが互いに異なる大きさで構成されている
   センサ素子。
2. 前記第１のフォトダイオード素子は、入射光量に応じた充電電荷を発生するものであり、
   前記第２のフォトダイオード素子は、入射光量に応じた放電電荷を発生するものであり、
   前記第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子は、前記第１のフォトダイオード素子で発生した充電電荷が、前記第１のフォトダイオード素子がオン状態となると共に前記第２のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子へ蓄積される一方、前記第２のフォトダイオード素子で発生した放電電荷が、前記第２のフォトダイオード素子がオン状態となると共に前記第１のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子から放出されるように、それぞれ個別にオン・オフ制御がなされるものである
   請求項１に記載のセンサ素子。
3. 前記第１および第２のフォトダイオード素子はそれぞれ、ゲート電極と、前記ｐ型半導体領域に接続されたアノード電極と、前記ｎ型半導体領域に接続されたカソード電極とをさらに有し、
   前記第１のフォトダイオード素子のアノード電極に前記第２のフォトダイオード素子のカソード電極が接続されることにより、前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子とが互いに直列接続され、
   前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子は、前記第１のフォトダイオード素子におけるカソード電極とゲート電極との間の電位関係と、前記第２のフォトダイオード素子におけるアノード電極とゲート電極との間の電位関係とをそれぞれ変化させることにより、それぞれ個別にオン・オフ制御がなされるものである
   請求項２に記載のセンサ素子。
4. 前記第１のフォトダイオード素子における前記真性半導体領域の前記第１の方向の長さをＬ１、前記第２のフォトダイオード素子における前記真性半導体領域の前記第１の方向の長さをＬ２とすると、以下の条件（１）を満たすように構成されている
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセンサ素子。
   Ｌ２＜Ｌ１ ……（１）
5. さらに、前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子とで、前記真性半導体領域の積層面内における、前記第１の方向に直交する第２の方向の長さが互いに異なる大きさで構成されており、
   前記第１のフォトダイオード素子における前記真性半導体領域の前記第２の方向の長さをＷ１、前記第２のフォトダイオード素子における前記真性半導体領域の前記第２の方向の長さをＷ２とすると、以下の条件（２）を満たすように構成されている
   請求項４に記載のセンサ素子。
   Ｌ２・Ｗ２＝Ｌ１・Ｗ１ ……（２）
6. 入射光量に応じた充電電荷を発生する第１のフォトダイオード素子と、前記第１のフォトダイオード素子に直列接続されると共に入射光量に応じた放電電荷を発生する第２のフォトダイオード素子と、前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子との接続部分に接続された容量素子とを有する１または複数のセンサ素子を駆動する際に、
   前記センサ素子として、前記第１および第２のフォトダイオード素子がそれぞれ、基板と、前記基板上に積層された半導体層とを有し、前記半導体層が、積層面内において第１の方向に互いに対向するように配置されたｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域と、前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とを含み、前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子は、基本的に同一の構造であり、前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子とで、時定数が同じになるように、前記真性半導体領域の前記第１の方向の長さが互いに異なる大きさで構成されているものを使用し、
   前記第１のフォトダイオード素子で発生した充電電荷が、前記第１のフォトダイオード素子がオン状態となると共に前記第２のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子へ蓄積される一方、前記第２のフォトダイオード素子で発生した放電電荷が、前記第２のフォトダイオード素子がオン状態となると共に前記第１のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子から放出されるように、前記第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子とを個別にオン・オフ制御する
   ようにしたセンサ素子の駆動方法。
7. １または複数のセンサ素子と、
   前記センサ素子を駆動するセンサ駆動手段と
   を備え、
   前記センサ素子は、
   互いに直列に接続された第１および第２のフォトダイオード素子と、
   前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子との接続部分に接続された容量素子と
   を有し、
   前記第１および第２のフォトダイオード素子はそれぞれ、
   基板と、前記基板上に積層された半導体層とを有し、
   前記半導体層は、積層面内において第１の方向に互いに対向するように配置されたｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域と、前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とを含み、
   前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子は、基本的に同一の構造であり、
   前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子とで、時定数が同じになるように、前記真性半導体領域の前記第１の方向の長さが互いに異なる大きさで構成されている
   センサ装置。
8. 前記第１のフォトダイオード素子は、入射光量に応じた充電電荷を発生するものであり、
   前記第２のフォトダイオード素子は、入射光量に応じた放電電荷を発生するものであり、
   前記センサ駆動手段は、前記第１のフォトダイオード素子で発生した充電電荷が、前記第１のフォトダイオード素子がオン状態となると共に前記第２のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子へ蓄積される一方、前記第２のフォトダイオード素子で発生した放電電荷が、前記第２のフォトダイオード素子がオン状態となると共に前記第１のフォトダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子から放出されるように、前記第１のフォトダイオード素子と第２のフォトダイオード素子とを個別にオン・オフ制御する
   ようになされている請求項７に記載のセンサ装置。
9. 前記第１のフォトダイオード素子および前記第２のフォトダイオード素子のオン・オフ状態に同期して点灯・消灯状態が制御され、前記センサ素子に近接する近接物体に対して検出用の照射光を発する照射光源と、
   前記センサ素子から得られる検出信号に基づいて、前記近接物体の位置、形状または大きさの少なくとも１つを含む物体情報を取得する信号処理手段と
   をさらに備え、
   前記センサ駆動手段は、前記照射光源から照射光が照射されているときに、この照射光による反射光と外光との合算光量に応じて前記容量素子に充電電荷が蓄積されると共に、前記照射光源から照射光が照射されていないときに、外光の光量に応じて前記容量素子から放電電荷が放出されるように前記第１のフォトダイオード素子および前記第２のフォトダイオード素子のオン・オフ状態を制御する
   ようになされている請求項８に記載のセンサ装置。
10. 複数の表示画素と複数のセンサ素子とが配置された表示パネルと、
    前記表示画素を駆動する表示駆動手段と、
    前記センサ素子を駆動するセンサ駆動手段と
    を備え、
    前記複数のセンサ素子はそれぞれ、
    互いに直列に接続された第１および第２のフォトダイオード素子と、
    前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子との接続部分に接続された容量素子と
    を有し、
    前記第１および第２のフォトダイオード素子はそれぞれ、
    基板と、前記基板上に積層された半導体層とを有し、
    前記半導体層は、積層面内において第１の方向に互いに対向するように配置されたｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域と、前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とを含み、
    前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子は、基本的に同一の構造であり、
    前記第１のフォトダイオード素子と前記第２のフォトダイオード素子とで、時定数が同じになるように、前記真性半導体領域の前記第１の方向の長さが互いに異なる大きさで構成されている
    入力機能付き表示装置。
11. 請求項１０に記載の入力機能付き表示装置を備えた電子機器。

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