TWI462581B - A sensing device, a driving method of a sensing element, a display device having an input function and an electronic device, and a radiation imaging device - Google Patents

A sensing device, a driving method of a sensing element, a display device having an input function and an electronic device, and a radiation imaging device Download PDF

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Description

感測裝置、感測元件之驅動方法、具輸入功能之顯示裝置及電子機器、以及放射線攝像裝置
本發明係關於一種用以進行物體之攝像或鄰近物體之位置檢測之感測裝置、應用於此種感測裝置之感測元件之驅動方法、具有感測功能(輸入功能)與顯示功能之具輸入功能之顯示裝置、以及包含此種顯示裝置之電子機器。又，本發明係關於一種對由α射線、β射線、γ射線、及X射線所代表之放射線進行波長轉換後讀取基於放射線之資訊之放射線攝像裝置。
先前，眾所周知有一種具有將光電轉換元件配置成矩陣狀之感測面板之光學式感測裝置(參照專利文獻1、2)。又，開發出一種藉由於顯示面板內將光電轉換元件連同顯示像素一併配置成矩陣狀而使顯示面板自身具有光學式感測功能之顯示裝置(參照專利文獻3、4)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平9-92807號公報
[專利文獻2]日本專利特開2001-345440號公報
[專利文獻3]日本專利特開2006-276223號公報
[專利文獻4]日本專利特開2008-233257號公報
於如上述之感測裝置或顯示裝置中，將根據受光量而產生之來自光電轉換元件之電荷累積於累積電容中，讀出與該累積電容之累積電荷相應之電壓值，並作為感測檢測信號而輸出。根據與面板表面鄰近之物體之位置、距離、及大小等，入射至光電轉換元件中之光量會發生變化，感測檢測信號亦會發生變化，因此藉由對來自配置成矩陣狀之複數個受光元件之各感測檢測信號適當地進行信號處理而可檢測出面板上鄰近之物體之位置等。此種裝置中，係於光電轉換元件之特定之受光(曝光)期間後，執行讀出動作，其後，藉由對累積電容提供特定之重置電壓而對累積於累積電容中之累積電荷進行重置。其後，再次反覆執行受光、讀出之感測動作。
於上述感測動作中，儘管已執行重置動作，但有重置前之累積電容之狀態殘留之情形。若重置前之累積電容之狀態殘留，則於下一讀出動作時，會產生所謂殘像而無法獲得良好之檢測結果。先前，例如於上述專利文獻2中，揭示有使用重置用電晶體減少殘像之發明。然而，先前對於將具有閘極電極之PIN型光電二極體用作光電轉換元件之情形時所產生的殘像之問題之對策並不充分。於PIN型光電二極體之情形時，i層成為累積狀態(飽和狀態)、空乏狀態、或反轉狀態中之任一狀態。特別於i層成為累積狀態之後，即便短期內提供重置電壓，亦存在無法對累積於累積電容中之累積電荷充分地進行重置之問題，故需要想出其對策。
本發明係鑒於上述問題點而完成者，其目的在於提供一種即便於例如光電轉換元件已成為累積狀態(飽和狀態)之情形時，可對累積於電荷累積部中之累積電荷確實進行重置以減少殘像從而進行穩定之檢測動作之感測裝置、感測元件之驅動方法、具輸入功能之顯示裝置及電子機器、以及放射線攝像裝置。
本發明之感測裝置包含：二維排列之複數個感測元件、及驅動感測元件之感測驅動機構，且該感測元件包含：光電轉換元件，其產生與受光量相應之電荷；電荷累積部，其連接於光電轉換元件之一端，且累積經光電轉換元件轉換之電荷；讀出機構，其讀出與電荷累積部之累積電荷相應之電壓值或累積電荷，並作為感測檢測信號而輸出；及重置機構，其藉由對電荷累積部提供特定之重置電壓而對累積於電荷累積部中之累積電荷進行重置。而且，感測驅動機構係以跨越超過1水平掃描期間之期間對電荷累積部連續或間斷地提供特定之重置電壓之方式對重置用電晶體進行驅動控制。
本發明之感測元件之驅動方法中，該感測元件包含：光電轉換元件，其產生與受光量相應之電荷；電荷累積部，其連接於光電轉換元件之一端，且累積經光電轉換元件轉換後之電荷；讀出機構，其讀出與電荷累積部之累積電荷相應之電壓值或累積電荷，並作為感測檢測信號而輸出；及重置機構，其藉由對電荷累積部提供特定之重置電壓而對累積於電荷累積部中之累積電荷進行重置；且該感測元件之驅動方法係於對二維排列之複數個感測元件進行驅動時，以跨越超過1水平掃描期間之期間對電荷累積部連續或間斷地提供特定之重置電壓之方式來控制重置機構。
本發明之具輸入功能之顯示裝置包含：二維排列有複數個顯示像素與複數個感測元件之顯示面板；驅動複數個顯示像素之顯示驅動機構；及驅動複數個感測元件之感測驅動機構。而且係對複數個感測元件之各個執行與上述本發明之感測裝置之感測驅動機構相同之控制。
本發明之電子機器係包含本發明之具輸入功能之顯示裝置。
本發明之放射線攝像裝置包含像素部，該像素部二維排列有複數個感測元件，並根據所入射之放射線或將放射線經波長轉換後之光而產生電荷。而且係對複數個感測元件之各個執行與上述本發明之感測裝置之感測驅動機構相同之控制。
本發明之感測裝置、感測元件之驅動方法、具輸入功能之顯示裝置、電子機器或放射線攝像裝置係於感測元件中由光電轉換元件產生與受光量相應之電荷。而且，將經光電轉換元件轉換之電荷累積於電荷累積部中，將電荷累積部之累積電荷或與累積電荷相應之電壓值作為感測檢測信號輸出。累積於電荷累積部中之累積電荷係藉由對電荷累積部提供特定之重置電壓而得以重置。此時，跨越超過1水平掃描期間之期間對累積電容連續或間斷地提供特定之重置電壓，藉此，即便於例如光電轉換元件已成為飽和狀態之情形時，亦可對累積於電荷累積部中之累積電荷確實進行重置以減少殘像。
根據本發明之感測裝置、感測元件之驅動方法、具輸入功能之顯示裝置、電子機器或放射線攝像裝置，跨越超過1水平掃描期間之期間對電荷累積部連續或間斷地提供特定之重置電壓，因此，即便於例如光電轉換元件已成為飽和狀態之情形時，亦可對累積於電荷累積部中之累積電荷確實進行重置以減少殘像，從而進行穩定之檢測動作(攝像動作)。
以下，參照圖式，對用以實施本發明之最佳形態(以下，僅稱為實施形態)進行詳細說明。
<第1實施形態> [具輸入功能之顯示裝置之整體構成]
圖1係表示本發明第1實施形態之具輸入功能之顯示裝置(顯示攝像裝置)之整體構成之一例者。該顯示裝置包含：I/O顯示面板20、背光源15、顯示驅動電路12、受光驅動電路13、圖像處理部14、及應用程式執行部11。
I/O顯示面板20包含例如液晶面板(LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示器))。I/O顯示面板20如下述圖3所示具有將複數個顯示像素31RGB以行列狀矩陣配置並且一面執行線序動作一面顯示基於顯示資料之特定之圖形或文字等圖像之作為顯示面板的功能(顯示功能)。於I/O顯示面板20，亦如下述圖3所示具有將複數個感測元件33作為攝像像素而以行列狀矩陣配置並且對與面板表面接觸或鄰近之物體(鄰近物體)進行檢測、攝像之作為感測面板的功能(檢測功能、攝像功能)。
背光源15為I/O顯示面板20之顯示及檢測用之光源，其係例如配置有複數個發光二極體。背光源15藉由顯示驅動電路12而驅動控制，並如下所述能以與I/O顯示面板20之動作時序同步之特定之時序高速地進行接通、斷開(點亮、熄滅)動作。背光源15會自I/O顯示面板20之背面側朝向面板表面週期性照射照明光Lon。
顯示驅動電路12為如下電路：為了於I/O顯示面板20上顯示基於顯示資料之圖像(為了執行顯示動作)而進行該I/O顯示面板20之顯示像素31RGB之驅動(進行線序顯示動作之驅動)。顯示驅動電路12亦進行背光源15之接通、斷開(點亮、熄滅)控制。
受光驅動電路13為如下電路：為了自I/O顯示面板20之各感測元件(攝像像素)33獲得感測檢測信號(攝像信號)(為了對物體進行檢測、攝像)而進行該I/O顯示面板20之驅動(進行線序攝像動作之驅動)。再者，來自各感測元件33之感測檢測信號(攝像信號)例如以幀為單位累積於幀記憶體13A中，並作為檢測圖像(攝像圖像)輸出至圖像處理部14。
圖像處理部14係根據自受光驅動電路13輸出之攝像圖像進行特定之圖像處理(運算處理)。圖像處理部14檢測、獲取例如關於與I/O顯示面板20鄰近等之物體之物體資訊(位置座標資料、關於物體之形狀或大小之資料等)作為執行圖像處理之結果。
應用程式執行部11係根據圖像處理部14之檢測結果而執行與特定之應用軟體相應之處理。作為該處理，可舉出例如使所檢測之物體之位置座標包含於顯示資料中，並使其顯示於I/O顯示面板20上者等。再者，於該應用程式執行部11中生成之顯示資料係朝向顯示驅動電路12供給。
[I/O顯示面板20之構成例]
圖2表示I/O顯示面板20之構成例。I/O顯示面板20包含：顯示區(感測區)21、顯示用H驅動器22、顯示用V驅動器23、感測讀出用H驅動器25、及感測用V驅動器24。
於圖1及圖2中，受光驅動電路13、感測用V驅動器24及感測讀出用H驅動器25係對應於本發明之「感測驅動機構」之一具體例。顯示驅動電路12、顯示用H驅動器22及顯示用V驅動器23係對應於「顯示驅動機構」之一具體例。I/O顯示面板20係對應於「顯示面板」及「感測面板」之一具體例。受光驅動電路13及圖像處理部14係對應於「信號處理機構」之一具體例。
顯示區(感測區)21為包含對來自背光源15之光進行調變後出射照射光(其係包含顯示光、及例如紅外光源等(未圖示)之檢測用之照射光。以下相同)並且對與該區接觸或鄰近之物體進行檢測(攝像)之區域。於顯示區(感測區)21中，將顯示像素31RGB(例如液晶元件)與下述之感測元件33分別配置成矩陣狀。
顯示用H驅動器22係根據自顯示驅動電路12所供給之顯示驅動用之顯示信號及控制時脈，與顯示用V驅動器23一併對顯示區21內之顯示像素31RGB進行線序驅動。
感測讀出用H驅動器25係根據受光驅動電路13之驅動控制，與感測用V驅動器24一併對作為感測區21內之攝像像素之感測元件33進行線序驅動並獲取檢測信號(攝像信號)。於對鄰近物體照射有來自背光源15之照射光時，受光驅動電路13會根據照射光之反射光與環境光(外光)之合計光量進行使感測元件33中累積有充電電荷之驅動控制。又，於未照射來自背光源15之照射光時，受光驅動電路13會根據環境光之光量進行使感測元件33中累積有充電電荷之驅動控制。感測讀出用H驅動器25將藉由該等驅動控制而自感測元件33獲取之於背光源15接通時及斷開時之各感測檢測信號(攝像信號)輸出至受光驅動電路13。
圖3表示顯示區(感測區)21之各像素之詳細構成例。例如圖3所示，顯示區21之像素31係由顯示像素31RGB、作為攝像像素之感測元件33、及形成有感測元件33用之佈線之佈線部32而構成。顯示像素31RGB係由紅色(R)用之顯示像素31R、綠色(G)用之顯示像素31G、及藍色(B)用之顯示像素31B構成。將該等顯示像素31RGB、感測元件33及佈線部32分別於顯示區(感測區)21上以矩陣狀排列而配置。又，將感測元件33及用以驅動該感測元件33之佈線部32以固定週期彼此分離配置。根據此種配置，相對於顯示像素31RGB而極難識別包含感測元件33及佈線部32之感測區，並且最小限度地抑制顯示像素31RGB之開口率降低。又，若將佈線部32配置於無助於顯示像素31RGB之開口之區域(例如，由黑矩陣遮光之區域或反射區域等)，則可不降低顯示品位地配置受光電路。再者，於各感測元件33上，例如圖4所示將重置控制信號線Reset_1~Reset_n及讀取控制信號線Read_1~Read_n沿水平線方向連接。
[感測元件33之構成例]
感測元件33例如圖5所示包含：光電轉換元件PD1；重置用電晶體Tr1；累積節點P1；放大用電晶體Tr2；選擇、讀出用電晶體Tr3；及累積電容C0(電荷累積部)。
光電轉換元件PD1係產生與入射光量相應之電荷，例如藉由PIN型光電二極體構成。PIN型光電二極體如下述圖6所示，係包含p型半導體區域54A、n型半導體區域54B、及形成於p型半導體區域54A與n型半導體區域54B之間之本質半導體區域(i區域)54C。光電轉換元件PD1亦如下述圖6所示，包含陽極電極55、陰極電極56及閘極電極52，於p型半導體區域54A上連接有陽極電極55，於n型半導體區域54B上連接有陰極電極56。光電轉換元件PD1之陰極電極56係連接於供給電源電壓VDD之電源線。光電轉換元件PD1之一端(陽極電極55)係連接於重置用電晶體Tr1之一端(汲極端子)。
累積電容C0之一端經由累積節點P1而連接於光電轉換元件PD1之一端(陽極電極55)、重置用電晶體Tr1之一端(汲 極端子)、及放大用電晶體Tr2之閘極端子。於累積電容C0中，累積有經光電轉換元件PD1轉換之電荷。累積節點P1之電壓值會根據累積電容C0之累積電荷而進行電壓變動。累積電容C0之另一端係與重置用電晶體Tr1之源極端子一併連接於特定之重置電壓Vrst(例如0V)之供給線VSS。
重置用電晶體Tr1、放大用電晶體Tr2及選擇、讀出用電晶體Tr3係分別藉由例如薄膜電晶體(TFT，ThinFilm Transistor)等構成。
重置用電晶體Tr1之閘極端子係連接於供給重置控制信號V(Reset)之重置控制信號線Reset(參照圖4、圖5)，源極端子係連接於特定之重置電壓Vrst(例如0V)之供給線VSS。重置用電晶體Tr1之汲極端子及放大用電晶體Tr2之閘極端子連接於累積電容C0之一端(累積節點P1)。放大用電晶體Tr2之汲極端子連接於供給電源電壓VDD之電源線。放大用電晶體Tr2之源極端子連接於選擇、讀出用電晶體Tr3之汲極端子。選擇、讀出用電晶體Tr3之閘極端子連接於供給讀取控制信號V(Read)之讀取控制信號線Read，源極端子連接於讀出線41。
重置用電晶體Tr1係藉由對累積電容C0提供特定之重置電壓Vrst而用以將累積節點P1之電壓值重置為特定之重置電壓Vrst(使累積電容C0之累積電荷釋放)。於本實施形態中，如下述圖11(B)、(C)所示，受光驅動電路13控制施加至重置用電晶體Tr1之閘極端子上之重置控制信號V(Reset)之脈衝期間，藉此跨越超過1H(水平掃描)期間(例如32 μsec)之期間對累積電容C0連續或間斷地提供特定之重置電壓Vrst。
放大用電晶體Tr2與選擇、讀出用電晶體Tr3形成信號讀出電路，讀出與累積電容C0之累積電荷相應之電壓值並作為感測檢測信號而輸出。感測檢測信號根據施加至閘極端子之讀取控制信號V(Read)而於選擇、讀出用電晶體Tr3接通之時序被輸出至讀出線41。
放大用電晶體Tr2與選擇、讀出用電晶體Tr3對應於本發明之「讀出機構」之一具體例。
[感測元件33及電晶體之元件結構]
圖6表示光電轉換元件PD1之元件結構之一例。圖6中圖示出底閘極型之構成例。感測元件33包含：基板51及形成於該基板51上之閘極電極52、閘極絕緣膜53、PIN型半導體層54、陽極電極55、陰極電極56、絕緣膜(平坦化膜)57以及層間絕緣膜58。PIN型半導體層54包含：p型半導體區域54A、n型半導體區域54B、及形成於p型半導體區域54A與n型半導體區域54B之間之本質半導體區域(i區域)54C。
圖6中亦圖示出電晶體Tr之元件結構之一例。電晶體Tr之半導體層60係於基板51上，與光電轉換元件PD1之PIN型半導體層54形成於同一層。圖6所示之電晶體Tr例如為放大用電晶體Tr2或選擇、讀出用電晶體Tr3。此外，該顯示裝置中，感測驅動機構(受光驅動電路13、感測用V驅動器24及感測讀出用H驅動器25)、以及顯示像素31RGB及顯示驅動機構(顯示驅動電路12、顯示用H驅動器22及顯示用 V驅動器23)分別具有包含半導體層之開關電晶體。對於該等電路部之開關電晶體，亦同樣地較佳為將半導體層於基板51上，與光電轉換元件PD1之PIN型半導體層54形成於同一層。
首先，對光電轉換元件PD1側之元件結構進行說明。基板51例如為塑膠膜基板或玻璃基板等絕緣性基板。閘極電極52例如藉由Al(鋁)或Mo(鉬)而構成。閘極電極52至少形成於與本質半導體區域54C對向之區域上且例如為矩形狀。再者，於圖6中，例示閘極電極52不僅形成於本質半導體區域54C、而且形成於與包含p型半導體區域54A之一部分或n型半導體區域54B之一部分之部分對向之區域之情形。藉此，閘極電極52作為遮斷使自基板51側入射之光入射至本質半導體區域54C之遮光膜而發揮功能。
閘極絕緣膜53例如包含氧化矽(SiO2 )、氮化矽(SiN)等作為主成分而構成。閘極絕緣膜53係於積層方向(圖之Z方向)上與PIN型半導體層54對向配置。閘極絕緣膜53例如至少形成於與包含本質半導體區域54C之部分對向之區域，並且形成為例如覆蓋閘極電極52。再者，於圖6中，例示遍及包含閘極電極52之基板51之整個表面而形成閘極絕緣膜53之情形。
PIN型半導體層54係以橫切與閘極電極52對向之區域之方式形成，且沿陽極電極55及陰極電極56之對向方向(圖之X方向)延伸而形成。PIN型半導體層54之上表面除與陽極電極55及陰極電極56接觸之部分外，係藉由平坦化膜57 及層間絕緣膜58所覆蓋。來自外部之光自平坦化膜57及層間絕緣膜58之上表面側入射至PIN型半導體層54。平坦化膜57及層間絕緣膜58包含相對於入射光為透明之材料，例如包含氧化矽(SiO2 )、氮化矽(SiN)等作為主成分而構成。
p型半導體區域54A及n型半導體區域54B係於積層面內(圖之xy面內)於第1方向(圖之X方向)上彼此對向。p型半導體區域54A及n型半導體區域54B彼此並未直接接觸，而是隔著本質半導體區域54C而配置。因此，於PIN型半導體層54中，於面內方向上形成有PIN結構。PIN型半導體層54為多晶矽等非單晶半導體層。p型半導體區域54A包含例如含有p型雜質(p+ )之矽薄膜，n型半導體區域54B包含例如含有n型雜質(n+ )之矽薄膜。本質半導體區域54C包含例如未摻雜有雜質之矽薄膜。
陽極電極55及陰極電極56例如由Al構成。陽極電極55係與p型半導體區域54A電性連接，陰極電極56係與n型半導體區域54B電性連接。
其次，對電晶體Tr側之元件結構進行說明。再者，對於與光電轉換元件PD1側相同之結構部分省略其說明。電晶體Tr包含：閘極電極59、半導體層60、汲極電極55D、及源極電極56S。半導體層60包含：源極區域60B、汲極區域60A、及通道區域60C。
閘極電極59例如由Al(鋁)或Mo(鉬)構成。閘極電極59至少形成於與通道區域60C對向之區域。半導體層60之上表面除與汲極電極55D及源極電極56S接觸之部分外，係藉由 平坦化膜57及層間絕緣膜58所覆蓋。
源極區域60B及汲極區域60A係於積層面內(圖之XY面內)於第1方向(圖之X方向)上彼此對向。源極區域60B及汲極區域60A彼此並未直接接觸，而是隔著通道區域60C而配置。半導體層60為多晶矽等非單晶半導體層。
汲極電極55D及源極電極56S例如由Al構成。汲極電極55D係與汲極區域60A電性連接，源極電極56S係與源極區域60B電性連接。
於圖6所示之元件結構中，各層之膜厚形成為例如以下之值。
閘極電極52、59：50~100nm
閘極絕緣膜53：50~200nm
PIN型半導體層54：40~200nm
半導體層60：40~200nm
陽極電極55：500~1000nm
陰極電極56：500~1000nm
層間絕緣膜58：500~1000nm
汲極電極55D：500~1000nm
源極電極56S：500~1000nm
[顯示裝置之整體動作]
首先，對該顯示裝置之整體動作進行說明。
該顯示裝置中，根據自應用程式執行部11所供給之顯示資料而於顯示用驅動電路12中生成顯示用之驅動信號。藉由該驅動信號對I/O顯示面板20進行線序顯示驅動，從而顯示圖像。又，此時背光源15亦藉由顯示驅動電路12驅動，執行與I/O顯示面板20同步之週期性點亮、熄滅動作。
當存在與I/O顯示面板20接觸或鄰近之物體(手指尖等之鄰近物體)之情形時，藉由受光驅動電路13之線序攝像驅動，於I/O顯示面板20之各感測元件(攝像像素)33中對上述物體進行檢測(攝像)。來自各感測元件33之檢測信號(攝像信號)自I/O顯示面板20供給至受光驅動電路13。受光驅動電路13中，將感測元件33之檢測信號以1幀加以累積並作為攝像圖像輸出至圖像處理部14。此處，輸出至圖像處理部14之圖像為基於使背光源15為接通狀態下獲得之來自感測元件33之感測檢測信號的圖像、及基於使背光源15為斷開狀態下獲得之來自感測元件33之感測檢測信號之圖像的2幀圖像。
於圖像處理部14中，根據該攝像圖像進行特定之圖像處理(運算處理)，藉此獲得關於與I/O顯示面板20接觸或鄰近之物體之物體資訊(位置座標資料、關於物體之形狀或大小之資料等)。例如實施對受光驅動電路13中所生成之差分圖像之重心進行判定之運算處理，進行接觸(鄰近)中心之特定。而且，將鄰近物體之檢測結果自圖像處理部14輸出至應用程式執行部11。於應用程式執行部11中執行如下所述之應用程式。
[鄰近物體之檢測之具體例]
其次，對該顯示裝置之感測動作(攝像動作)之具體例進行說明。
該顯示裝置中，於I/O顯示面板20上，自上線向下線依序實施將感測元件33之累積節點P1之電壓值(累積電容C0之累積電荷)以重置電壓Vrst進行重置之處理(Reset期間)。其次，於背光源15接通之狀態下進行曝光(將經光電轉換元件PD1轉換之電荷累積於累積電容C0中)(曝光期間(明))。繼而，自上線向下線依序進行將感測元件33之與累積電容C0之累積電荷相應之電壓值(累積節點P1之電壓值)作為感測檢測信號而讀出之處理(Read期間)。
然後，再次自上線向下線依序實施將感測元件33之累積節點P1之電壓值(累積電容C0之累積電荷)以重置電壓Vrst進行重置之處理(Reset期間)。其次，於背光源15斷開之狀態下進行曝光(將經光電轉換元件PD1轉換之電荷累積於累積電容C0中)(曝光期間(暗))。繼而，自上線向下線依序進行將感測元件33之與累積電容C0之累積電荷相應之電壓值(累積節點P1之電壓值)作為感測檢測信號而讀出之處理(Read期間)。
如上述，夾著Reset期間進行於背光源15接通之狀態(明狀態)下之曝光及於斷開之狀態(暗狀態)下之曝光，實施讀出各狀態下之感測檢測信號之處理。
圖12(A)表示該顯示裝置中有較強外光L0之情形時於I/O顯示面板20之感測區21中存在鄰近物體(手指f)之狀態，圖12(B)表示該狀態下之感測輸出電壓(受光輸出電壓)之例。例如圖12(A)所示，於入射之外光(環境光)L0較強之情形時，使背光源15點亮之狀態下之受光輸出電壓Von101成為如圖12(B)所示。即，於面板上之感測區21內手指f鄰近之部位以外，受光輸出電壓Von101成為幾乎僅與外光L0之亮度對應之電壓值Va。又，於手指f鄰近之部位，受光輸出電壓Von101降低至與經手指f之表面反射後之來自背光源15之照明光Lon之亮度對應的電壓值Vb。相對於此，關於使背光源15熄滅之狀態下之受光輸出電壓Voff101，於手指f鄰近之部位以外，受光輸出電壓Voff101成為與外光L0之亮度對應之電壓值Va，此點為相同，但於手指f鄰近之部位，為外光L0幾乎被遮斷之狀態，故受光輸出電壓Voff101成為位準非常低之電壓值Vc。
圖13(A)表示該顯示裝置中外光L0較弱之情形時於I/O顯示面板20之感測區21中存在鄰近物體(手指f)之狀態，圖13(B)表示該狀態下之感測輸出電壓(受光輸出電壓)之例。例如圖13(A)所示，於入射之外光L0較弱(幾乎不存在)之狀態下，使背光源105點亮之狀態下之受光輸出電壓Von201成為如圖13(B)所示。即，於感測區21內手指f鄰近之部位以外，受光輸出電壓Von201因外光L0較少而成為位準非常低之電壓值Vc。又，於感測區21內手指f鄰近之部位，受光輸出電壓Von201上升至與經手指f之表面反射後之來自背光源15之照明光Lon之亮度對應的電壓值Vb。相對於此，使背光源15熄滅之狀態下之受光輸出電壓Voff201，於手指f鄰近之部位及其以外之部位之任一處均維持位準非常低之電壓值Vc而無變化。
藉此，於感測區21內之手指f未鄰近之部位，於有外光L0之情形時及無外光L0情形時，受光輸出電壓存在較大不同。另一方面，於顯示區21內之手指f鄰近之部位，與外光L0之有無無關，背光源15點亮時之電壓值Vb與背光源15熄滅時之電壓值Vc成為幾乎相同之狀態。因此，藉由檢測背光源10點亮時之電壓與熄滅時之電壓之差分而可判斷具有如電壓值Vb與電壓值Vc之差之固定值以上之差的部位為物體鄰近等之部位。
於圖像處理部14(圖1)中，求出例如圖14所示之差分圖像C'。圖像B' 表示於照射有背光源15之照明光Lon之狀態下所獲得的基於來自感測元件33之感測檢測信號之圖像之例。圖像A'表示於未照射背光源15之照明光Lon之狀態下所獲得的基於來自感測元件33之感測檢測信號之圖像之例。根據該等圖像A' 與圖像B' 之差分圖像C' 可檢測物體之位置等。
[感測動作時之殘像之說明]
於使用圖5之感測元件33執行如上述之感測動作之情形時，儘管已執行重置動作，但重置前之累積電容C0之狀態有時會殘留。若重置前之累積電容C0之狀態殘留，則於下一讀出動作時，會產生所謂殘像而無法獲得良好之檢測結果。
以下，參照圖7及圖8，對使用PIN型光電二極體作為光電轉換元件PD1之情形時所產生之殘像之原因進行說明。於PIN型光電二極體之情形時，i層因閘極電壓而成為累積狀態(飽和狀態)、空乏狀態、反轉狀態中之任一狀態。於薄膜光電二極體之情形時，為了自於該累積狀態或反轉狀態之閘極電極側界面感應有電荷之狀態(圖7(A))遷移至空乏狀態(圖7(B))而需要數百μsec級之時間。通常，PIN型光電二極體於空乏狀態下感光度成為最大，故於空乏狀態下使用，但若照射有較強外光而成為Vnp<0 V之狀態，則會轉移至累積狀態。再者，Vnp為自p型半導體區域54A(陽極電極55)側觀察之n型半導體區域54B(陰極電極56)之電位。因此，於照射有強外光後，環境會隨即變為暗狀態，且即便回復至執行重置動作之Vnp>0之狀態，亦無法於數百μsec之間自累積狀態遷移至空乏狀態。可知此時於空乏狀態、累積狀態或反轉狀態下，因表面感應之電荷之影響而導致PIN二極體之電容特性不同。即，如圖7(A)、(B)所示，閘極電極52與p型半導體區域54A(陽極電極55)間之電容Cgp於累積狀態下較大，於空乏狀態下較小。
另一方面，累積電容C0因重置用電晶體Tr1接通而瞬間穩定為特定之重置電壓Vrst，但當重置用電晶體Tr1自接通狀態遷移至斷開狀態時，由於各電路元件之電容耦合導致累積電容C0之電位受到影響而自特定之重置電壓Vrst發生微小變動。圖8中，圖示出因電容耦合所產生之電容C10、C20、C30、C40之例。
此處，如上述，當連接於累積電容C0之PIN型光電二極體(光電轉換元件PD1)之電容C10(Cgp)於空乏狀態及累積或反轉常態下不同之情形時，全體之耦合量會根據光電轉換元件PD1之狀態而發生變化。於此影響下，於重置動作後，此前未接受之光之資訊會殘留於累積電容C0中。藉此而產生殘像問題。
如上述為了進行PIN型光電二極體之狀態遷移而要耗費數百μsec之時間。因此，考慮例如藉由以100 μsec左右之時間對累積電容C0連續或間斷地提供重置電壓Vrst從而可改善殘像問題。然而，實際上，若提供重置電壓Vrst之期間如下所述超過1H(水平掃描)期間(例如32 μsec)，則殘像開始大幅減少。
[重置電壓之控制動作之具體例]
圖10(A)~(C)圖示出表示該顯示裝置之感測動作(攝像動作)之一例的時序波形。特別是圖10(A)表示施加至圖5之重置用電晶體Tr1之閘極上之重置控制信號V(Reset)的電壓波形。圖10(B)表示施加至選擇、讀出用電晶體Tr3上之讀取控制信號V(Read)之電壓波形。圖10(C)表示累積電容C0之一端側之累積節點P1之電壓Vs的波形。記於圖10(A)之上部之「明」表示背光源15接通之期間(明期間)，「暗」表示背光源15斷開之期間(暗期間)。
首先，於圖10(C)所示之動作點A處，累積節點P1之電壓Vs因重置用電晶體Tr1成為接通狀態而瞬間穩定為特定之重置電壓Vrst。繼而，於動作點B處，累積節點P1之電壓Vs伴隨重置用電晶體Tr1轉移至斷開狀態，藉由如圖8所示之電容耦合，表示Vcd1=(VH-VL)×C30/(C10+C20+C30+C40)之電壓降。
接著，於動作點C(明期間)處，光藉由光電轉換元件PD1進行光電轉換後電壓上升。其後，使選擇、讀出用電晶體Tr3接通，藉此將上述電壓作為檢測信號而輸出。
以下，與動作點A、B、C同樣地，對於暗期間亦可容易理解成為動作點D、E、F、G、H之動作電壓。繼而，於又一次之明期間，於動作點J處當經光電轉換元件PD1轉換之電位成為
Q>(VDD-Vrst)/(C10+C20+C30+C40)
之狀態時，會成為所謂飽和狀態，動作點J處之累積節點P1之電壓Vs穩定於任意電位。此時，光電轉換元件PD1之耦合電容C10如上述成為較非飽和狀態時更大之電容，故於下一動作點L處受到之電容耦合量Vcd2成為小於Vcd1之電位。
因此，於非飽和後及飽和後即便接受相同光量，輸出之信號電壓亦如動作點F與動作點M般不同，自信號電位觀察時會看見殘像。此時，以跨越超過1H(水平掃描)期間之期間、較佳為100 μsec以上之期間對累積電容C0連續或間斷地提供特定之重置電壓Vrst之方式來驅動控制重置用電晶體Tr1，藉此，光電轉換元件PD1之耦合電容C10之電容量之變化實質上消失，因此成為Vcd1=Vcd2，殘像現象實質上消失。
圖11(B)表示作為用以消除殘像之重置控制信號V(Reset)之較佳的電壓波形之第1例。圖11(C)表示較佳的電壓波形之第2例。圖11(A)表示比較例之電壓波形。
例如圖11(B)所示，對重置用電晶體Tr1之閘極端子施加具有超過1H(水平掃描)期間之期間(例如100 μsec以上)之電壓脈衝寬度的信號作為重置控制信號V(Reset)。藉此，跨越超過1H(水平掃描)期間之期間對累積電容C0連續地提供特定之重置電壓Vrst。因此，即便於光電轉換元件PD1已成為飽和狀態之情形時，亦可對累積於累積電容C0中之累積電荷確實進行重置以使得不會產生殘像。
又，例如圖11(C)所示，亦可對重置用電晶體Tr1之閘極端子於超過1H(水平掃描)期間之期間(例如100 μsec以上)內施加2個以上之間斷的電壓脈衝信號作為重置控制信號V(Reset)。藉此，跨越超過1H期間之期間對累積電容C0間斷地提供特定之重置電壓Vrst。
進行如圖11(B)、(C)之重置控制，藉此，即便於光電轉換元件PD1已成為飽和狀態之情形時，亦可對累積於累積電容C0中之累積電荷確實進行重置以使得不會產生殘像。相對於此，如圖11(A)所示於施加具有1H(水平掃描)期間以下之短期間之電壓脈衝寬度的重置控制信號V(Reset)之情形時，係僅於1H期間以下之短期間提供特定之重置電壓Vrst，因此有時無法對累積於累積電容C0中之累積電荷充分進行重置。
圖9表示藉由實驗而驗證圖5所示之感測元件33之殘像特性之結果。關於該特性，於圖10之明期間將光電轉換元件PD1飽和之光量入射至感測元件33，且於暗期間不存在入射至感測元件33之光之情形時，將暗期間之信號量(殘像信號量)繪於縱軸。橫軸表示提供重置電壓Vrst之期間。又，作為圖9之測定條件，1幀期間為16.6 msec，1H(水平掃描)期間為32 μsec。根據圖9可知，提供重置電壓Vrst之期間越長，則殘像信號變得越少。特別於超過1H期間後，殘像信號開始大幅減少。又，殘像信號大約相對於殘像偽信號最大時為10%以下時則成為看不見之程度。因此，若超過1H期間之期間、於實用上若提供重置電壓Vrst之期間為100 μsec以上則足夠，較佳為殘像信號成為0之140 μsec以上。
如此根據本實施形態之具輸入功能之顯示裝置，跨越超過1H期間之期間對累積電容C0連續或間斷地提供特定之重置電壓Vrst，因此即便於例如光電轉換元件PD1已成為飽和狀態之情形時，亦可對累積於累積電容C0中之累積電荷確實進行重置以減少殘像，從而進行穩定之檢測動作。藉此，例如可對更快速運動之物體執行正確地檢測位置之感測動作。
[應用程式之實施例]
其次，參照圖15~圖18，對利用有藉由上述鄰近物體之檢測處理而檢測之物體之位置資訊等的應用程式執行部11之應用程式實施例進行一些說明。
圖15(A)所示之第1例係用手指尖61接觸I/O顯示面板20之表面並將該接觸之部位之軌跡作為描畫線611顯示於畫面上之例。
圖15(B)所示之第2例係使用有手形之姿勢(gesture)識別者。具體而言，識別與I/O顯示面板20接觸(或鄰近)之手62之形狀，使該所識別之手形作為圖像而顯示，並藉由該顯示物件之移動621進行某些處理。
圖16所示之第3例係自閉合狀態之手63A變化為打開狀態之手63B，於I/O顯示面板20上對各狀態之手之接觸或鄰近進行圖像識別，並實行基於該圖像識別之處理者。由於根據該等識別而進行處理，故可進行例如放大等之指示。又，由於可進行上述指示，例如將I/O顯示面板20連接於個人電腦裝置，能利用該等圖像識別以更自然之狀態輸入於該電腦裝置上切換指令之操作等。
圖17所示之第4例係準備2台I/O顯示面板20並以某些傳送機構連接2台I/O顯示面板20者。於此種構成中，可使其中一台I/O顯示面板20上之檢測到與其接觸或鄰近之圖像傳送至另一台I/O顯示面板20並顯示，以於操作兩顯示面板之使用者間進行通訊。例如圖17所示可進行下述處理：發送於其中一台I/O顯示面板20上經圖像識別之手65之手形之圖像，使同一手形642顯示於另一台I/O顯示面板20上。又，例如可進行將用手64接觸另一台I/O顯示面板20而顯示之軌跡641發送至其中一台I/O顯示面板20而進行顯示等之處理。以此方式動態傳送描畫之狀態，將手寫之文字或圖形等傳送至對方，因而有可能成為新的通訊工具。作為上述例，假定例如將I/O顯示面板20應用於行動電話終端之顯示面板等。再者，圖17中圖示出準備2台I/O顯示面板20之例，但亦能利用傳送機構連接3台以上之I/O顯示面板20並進行相同之處理。
又，如圖18之第5例所示，使用筆66於I/O顯示面板20之表面以書寫文字之方式接觸，將該筆66接觸之部位於I/O顯示面板20上作為圖像661進行顯示，藉此可進行毛筆之手寫之輸入。該情形時，甚至可識別毛筆之精細筆觸而實現。於先前之手寫識別之情形時，例如於一部分數位轉化器(digitizer)中，係對特殊之筆之傾斜進行電場檢測而實現，但本例中，藉由檢測實物毛筆之接觸面自身，能以更現實之感覺進行資訊輸入。
<模組及應用例>
其次，參照圖19~圖23，對以上說明之具輸入功能之顯示裝置之應用例進行說明。該顯示裝置可應用於將自外部輸入之影像信號或於內部生成之影像信號作為圖像或影像而顯示之所有領域之電子機器。例如可應用於以下說明之電視裝置、數位相機、筆記型個人電腦、行動電話等行動終端裝置或攝像機等之電子機器。
(應用例1)
圖19係表示作為電子機器之第1例之電視裝置之外觀。該電視裝置例如具有包含前面板511及濾光玻璃512之影像顯示畫面部510。對於此種電視裝置之影像顯示畫面部510，可應用上述具輸入功能之顯示裝置。
(應用例2)
圖20(A)、(B)係表示作為電子機器之第2例之數位相機之外觀。該數位相機例如具有閃光燈用之發光部521、顯示部522、選單開關523及快門按紐524。對於此種數位相機之顯示部522，可應用上述具輸入功能之顯示裝置。
(應用例3)
圖21係表示作為電子機器之第3例之筆記型個人電腦之外觀。該筆記型個人電腦例如具有本體531、用以進行文字等之輸入操作之鍵盤532、及顯示圖像之顯示部533。對於此種筆記型個人電腦之顯示部533，可應用上述具輸入功能之顯示裝置。
(應用例4)
圖22係表示作為電子機器之第4例之攝像機之外觀。該攝像機例如具有本體部541、設置於該本體部541之前方側面之被攝體攝影用之鏡頭542、攝影時之啟動/停止開關543、及顯示部544。對於此種攝像機之顯示部544，可應用上述具輸入功能之顯示裝置。
(應用例5)
圖23(A)~(G)係表示作為電子機器之第5例之行動電話機之外觀。該行動電話機例如係將上側框體710與下側框體720以連結部(鉸鏈部)730連結而成者，其具有顯示器740、副顯示器器750、圖片燈760、及相機770。對於此種行動電話機之顯示器740或副顯示器器750，可應用上述具輸入功能之顯示裝置。
<第1實施形態之變形例>
本發明並不限定於上述第1實施形態及其應用例，而是可進行種種變形實施。例如，於上述第1實施形態等中，於包含具有背光源15之液晶面板之I/O顯示面板20之情形時進行說明，但可將顯示用之背光源兼作檢測用照明，亦可設置檢測專用之照明。又，於設置檢測用照明之情形時，更佳為使用可見光區域以外之波長區域之光(例如紅外光)。
進而，於上述第1實施形態等中，對具有包含複數個顯示像素31RGB與複數個感測元件33之顯示面板(I/O顯示面板20)之具輸入功能之顯示裝置進行了說明，但本發明亦可應用於顯示裝置以外。例如可僅作為無顯示功能之感測裝置而應用。該情形時，例如可替代I/O顯示面板20而包含感測面板，該感測面板係未設置顯示像素31RGB而僅將複數個感測元件33於1個面內配置成矩陣狀而構成者。
<第2實施形態> [放射線攝像裝置之整體構成]
本實施形態中，對將本發明應用於放射線攝像裝置之構成例進行說明。圖24係表示本實施形態之放射線攝像裝置101中之光電轉換裝置102之系統構成。放射線攝像裝置101係於光電轉換裝置102上如圖25所示設置有波長轉換體140。放射線攝像裝置101會對由α射線、β射線、γ線、X射線所代表之放射線藉由波長轉換體140進行波長轉換後讀取基於放射線之資訊。
波長轉換體140係對如上述之放射線於光電轉換裝置102之感度域內進行波長轉換。波長轉換體140為例如將X射線等放射線轉換成較放射線之波長更長之光(例如可見光)的螢光體(例如閃爍器)。具體而言，其係於有機平坦化膜、包含旋塗玻璃材料等之平坦化膜之上表面形成有CsI、NaI、CaF2 等之螢光體膜者。
光電轉換裝置102中，於基板111上具有像素部112，於該像素部112之周圍，設置有包含例如列掃描部(垂直驅動部)113、水平選擇部114、行掃描部(水平驅動部)115、及系統控制部116之周邊電路部(驅動部)。
於像素部112中，將具有產生與入射光之光量相應之電荷量之光電荷並累積於內部之光電轉換部(下述之光電轉換元件PD11)的複數個單位像素120(以下，有時亦僅記作「像素」)二維配置成行列狀。
像素部112中，進而相對於行列狀之像素排列，將像素驅動線117對應每一像素列而沿列方向(像素列之像素之排列方向)佈線，將垂直信號線(讀出線)118對應每一像素行而沿行方向(像素行之像素之排列方向)佈線。像素驅動線117係傳送用以進行來自像素之信號讀出之驅動信號者。作為像素驅動線117，例如對應每一像素列而設置有連接於下述圖26等之像素電路之讀取控制信號線Read及重置控制信號線Reset。像素驅動線117之一端連接於與列掃描部113之各列對應之輸出端。
列掃描部113係藉由移位暫存器、位址解碼器等構成，其為將像素部112之各像素例如以列為單位進行驅動之像素驅動部。自藉由列掃描部113選擇掃描後之像素列之各單位像素所輸出之信號會經由垂直信號線118之各個而供給至水平選擇部114。水平選擇部114係藉由對應每一條垂直信號線118設置之放大器或水平選擇開關等而構成。
行掃描部115係藉由移位暫存器、位址解碼器等構成，其對水平選擇部114之各水平選擇開關一面進行掃描一面依序驅動。藉由該行掃描部115之選擇掃描將經由垂直信號線118之各個所傳送之各像素之信號依序輸出至水平信號線119，並經由該水平信號線119傳送至基板111之外部。
包含列掃描部113、水平選擇部114、行掃描部115、及水平信號線119之電路部分係由形成於基板111上之電路、或外部控制IC(Integrated Circuit，積體電路)、或者將該兩者併用而構成。或者其等電路部分亦可形成於藉由電纜等連接之其他基板上。
系統控制部116接收自基板111之外部所提供之時脈、或指示動作模式之資料等，且輸出光電轉換裝置102之內部資訊等之資料。系統控制部116進而具有生成各種時序訊號之時序產生器，根據由該時序產生器所生成之各種時序訊號進行列掃描部113、水平選擇部114、及行掃描部115等周邊電路部之驅動控制。
[單位像素120(感測元件)之電路構成]
作為單位像素120之電路構成，有主動型與被動型。以下，參照圖26~圖29說明各種類型之電路構成例。
(主動型像素電路之第1構成例)
圖26表示以主動型像素電路構成單位像素120之第1構成 例。該主動型之第1構成例中，於單位像素120中，設置有：光電轉換元件PD11；累積節點N(電荷累積部)；重置用電晶體Tr11；放大用電晶體Tr12；及選擇、讀出用電晶體Tr13。相對於該單位像素120，例如將2根佈線、具體而言將讀取控制信號線Read及重置控制信號線Reset對應每一像素列而佈線作為像素驅動線117。
光電轉換元件PD11係產生與入射光量相應之電荷，其例如藉由PIN型之光電二極體構成。如下述圖30所示，PIN型之光電二極體係包含p型半導體區域(p型半導體層164)、n型半導體區域(n型半導體層171)、及形成於p型半導體區域與n型半導體區域之間之本質半導體區域(i型半導體層170)者。光電轉換元件PD11中，於p型半導體區域上連接有陽極電極，於n型半導體區域上連接有陰極電極。光電轉換元件PD11之陰極電極係連接於供給電源電壓VDD之電源線SVDD。光電轉換元件PD11之一端(陽極電極)係連接於重置用電晶體Tr11之一端(汲極端子)。
累積節點N係連接於光電轉換元件PD11之一端(陽極電極)、重置用電晶體Tr11之一端(汲極端子)、及放大用電晶體Tr12之閘極端子。於累積節點N中，累積有經光電轉換元件PD11轉換之電荷。累積節點N之電壓值Vs會根據累積電荷進行電壓變動。
重置用電晶體Tr11、放大用電晶體Tr12及選擇、讀出用電晶體Tr13係分別藉由例如薄膜電晶體(TFT，ThinFilm Transistor)等構成。
重置用電晶體Tr11之閘極端子係連接於供給重置控制信號V(Reset)之重置控制信號線Reset，源極端子係連接於特定之電壓(重置電壓Vrst)之供給線SVSS。重置用電晶體Tr11之汲極端子及放大用電晶體Tr12之閘極端子係連接於累積節點N。放大用電晶體Tr12之汲極端子係連接於供給電源電壓VDD之電源線SVDD。放大用電晶體Tr12之源極端子係連接於選擇、讀出用電晶體Tr13之汲極端子。選擇、讀出用電晶體Tr13之閘極端子係連接於供給讀取控制信號V(Read)之讀取控制信號線Read，源極端子係連接於讀出線41。
重置用電晶體Tr11係藉由對累積節點N提供特定之重置電壓Vrst而用以將累積節點N之電壓值Vs重置為特定之重置電壓Vrst(使累積節點N之累積電荷釋放)。於本實施形態中，圖24之列掃描部113及系統控制部116如下述動作時序例(圖31、圖33等)所示，對施加至重置用電晶體Tr11之閘極端子之重置控制信號V(Reset)之脈衝期間進行控制，藉此跨越超過1H(水平掃描)期間之期間對累積節點N連續或間斷地提供特定之重置電壓Vrst。
放大用電晶體Tr12與選擇、讀出用電晶體Tr13形成信號讀出電路，讀出與累積節點N之累積電荷相應之電壓值並作為感測檢測信號而輸出。感測檢測信號會根據施加至閘極端子之讀取控制信號V(Read)而於選擇、讀出用電晶體Tr3接通之時序輸出(讀出)至垂直信號線(讀出線)118。
放大用電晶體Tr12與選擇、讀出用電晶體Tr13對應於本發明之「讀出機構」之一具體例。
於垂直信號線118之一端連接有恆定電流源131。於垂直信號線118上又連接有構成圖24之水平選擇部114之輸入部的放大器133。輸出至垂直信號線118之信號係對應每一像素行而被輸出至放大器133。
(主動型像素電路之第2構成例)
圖27表示以主動型像素電路構成單位像素120之第2構成例。該第2構成例中，相對於主動型之第1構成例(圖26)，光電轉換元件PD11與重置用電晶體Tr11之位置關係不同。第1構成例中，係於光電轉換元件PD11之陽極電極(p型半導體區域)與重置用電晶體Tr11之汲極端子之間形成有累積節點N，但該第2構成例中，係於光電轉換元件PD11之陰極電極(n型半導體區域)與重置用電晶體Tr11之汲極端子之間形成有累積節點N。又，重置用電晶體Tr11之源極端子連接於供給電源電壓VDD之電源線SVDD。光電轉換元件PD11之陽極電極連接於供給特定之電壓之電源線SVSS。
(被動型像素電路之第1構成例)
圖28表示以被動型像素電路構成單位像素120之第1構成例。該被動型之第1構成例中，單位像素120係由光電轉換元件PD11、累積節點N、及選擇、讀出用電晶體Tr13而構成。於垂直信號線118上，連接有構成圖24之水平選擇部114之輸入部之電荷放大器電路。電荷放大器電路包含電容器(反饋電容)191、電荷放大器192、及開關193。
累積節點N係形成於光電轉換元件PD11之陽極電極(p型半導體區域)與選擇、讀出用電晶體Tr13之汲極端子之間。光電轉換元件PD11之陰極電極(n型半導體區域)係連接於供給電源電壓VDD之電源線SVDD。
(被動型像素電路之第2構成例)
圖29表示以被動型像素電路構成單位像素120之第2構成例。該第2構成例中，相對於被動型之第1構成例(圖28)，累積節點N與光電轉換元件PD11之位置關係不同。該第2構成例中，累積節點N係形成於光電轉換元件PD11之陰極電極(n型半導體區域)與選擇、讀出用電晶體Tr13之汲極端子之間。光電轉換元件PD11之陽極電極(p型半導體區域)係連接於供給特定之電壓之電源線SVSS。
圖28及圖29之被動型像素電路中，與圖26及圖27之主動型像素電路不同，未設置重置用電晶體Tr11。又，於重置動作時，未使用重置控制信號V(Reset)。該被動型像素電路中，實質上同時進行感測檢測信號之讀出動作與累積節點N之通常之重置動作。讀出動作係根據施加至閘極端子之讀取控制信號V(Read)而於選擇、讀出用電晶體Tr3接通之時序進行。於選擇、讀出用電晶體Tr3接通後，將累積節點N之累積電荷累積至電荷放大器電路之電容器191中，並將與該累積電荷相應之信號電壓自電荷放大器192輸出(讀出)。伴隨該讀出動作，將累積節點N之累積電荷重置為特定之重置電壓Vrst。電荷放大器電路之開關193於讀出動作前處於接通狀態，於讀出動作時處於斷開狀態。累積於電荷放大器電路之電容器191中之電荷係藉由使開關193為接通狀態而被重置。
如此，於被動型像素電路中，讀出動作兼作通常之重置動作，但於使選擇、讀出用電晶體Tr3與讀出動作時同樣地為接通狀態之狀態下，藉由使電荷放大器電路之開關193為接通狀態而可另外間斷地進行追加之重置動作。本實施形態中，圖24之列掃描部113及系統控制部116以成為如下述動作時序例(圖32、圖34等)所示之動作時序之方式進行控制，藉此，即便為被動型像素電路亦可跨越超過1H(水平掃描)期間之期間對累積節點N間斷地提供特定之重置電壓Vrst。
再者，並不限於上述例，於被動型像素電路中，例如亦可於垂直信號線118另外設置重置用之切換開關，藉由該切換開關之切換動作進行重置動作。
[像素之剖面結構]
圖4係表示光電轉換裝置102之主要部分(單位像素120)之剖面結構。此處，舉例說明單位像素120為主動型之第1構成例(圖26)之情形。
該光電轉換裝置102中，於玻璃基板等絕緣性基板161上形成有包含Ti、Al、Mo、W、Cr等之閘極電極162，於該閘極電極162上形成有包含SiNx、SiO2 等之閘極絕緣膜163。於閘極絕緣膜163上，形成有構成PIN型光電二極體(光電轉換元件PD11)之例如P型半導體層(p+ 區域)164(第1半導體層)。
p型半導體層164兼作用於讀出藉由光電轉換元件PD11進行光電轉換後之信號電荷之下部電極。於閘極絕緣膜163上，進而形成有放大用電晶體Tr12等之像素電晶體之半導體層165。於半導體層165上，為了減少洩漏電流而於通道區域與汲極、源極區域之間設置有LDD(Lightly Doped Drain，輕摻雜汲極)165a、165b。半導體層165例如藉由微晶矽或多晶矽構成。
於p型半導體層164及像素電晶體之半導體層165上設置有包含SiNx 、SiO2 等之第1層間絕緣膜166。於第1層間絕緣膜166之上部，藉由Ti、Al、Mo、W、Cr等形成有包含讀出用之信號線或各種佈線之佈線層167。於佈線層167上設置有包含SiNx 、SiO2 、有機絕緣膜等之第2層間絕緣膜168。
於包含第1、第2層間絕緣膜166、168之絕緣層形成有接觸孔169。於第2層間絕緣膜168上形成有包含p型與n型之間之導電型之第3半導體層(i型半導體層170)。該i型半導體層170之面積大於接觸孔169之上部側之開口面積。i型半導體層170係經由接觸孔169而與p型半導體層164連接。
於i型半導體層170上，積層有與該i型半導體層170大致相同形狀之第2半導體層(例如n型半導體層(n+ 區域)171)。藉由該等p型半導體層164(第1半導體層)、i型半導體層170(第3半導體層)及n型半導體層171(第2半導體層)構成光電轉換元件PD11(PIN型光電二極體)。
如此，上述第1實施形態中舉出於面內方向(水平方向)形成有PIN結構之光電轉換元件PD1(參照圖6)之例，但本實施形態中，光電轉換元件PD11係於積層方向(相對於光之入射方向之垂直方向)上形成有PIN結構。
於該光電轉換元件PD11中，各半導體層164、170、171可藉由非晶矽、微晶矽、多晶矽等形成。亦可向該等矽中導入鍺或碳等材料以改變分光敏度。作為光電轉換元件PD11，為將下部側作為n型、上部側作為p型之反向之構成亦無妨。
於n型半導體層171上，藉由ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)等之透明導電膜形成有用以對光電轉換元件PD11施加規定之電壓之上部電極172。於上部電極172，設置有用以對該上部電極172供給電壓之電源佈線173。電源佈線173藉由較上部電極172之透明導電膜之電阻更低之材料、即Ti、Al、Mo、W、Cr等構成。該電源佈線173例如以包圍單位像素120之方式跨越像素部112之整個面而形成為網狀。於該上部電極172上亦可進而形成有包含SiN等之保護膜(未圖示)。
[讀出動作、重置動作之時序例] (應用於主動型像素電路之動作時序之第1例)
圖31表示應用圖26及圖27所示之主動型像素電路之光電轉換裝置102之攝像動作之時序的第1例。又，圖33表示與圖31所示之動作時序對應之時序圖。圖31之上部所示之自上方朝下方延伸之箭頭係模式性表示光電轉換裝置102之動作時序。橫方向相當於時間，縱方向相當於像素部112(圖24)之掃描線。圖31中圖示自上側之水平線向下側之水平線依線序執行讀出動作(掃描)之例。圖31中，「Read」表示執行讀出動作，「Reset」表示執行通常(第1次)之重置動作。「Ex-Reset」表示於1幀期間內執行追加(第2次)之重置動作。「X-ray」表示對像素部112照射放射線(例如X射線)之攝像期間(曝光期間)。
如圖31所示，一面自上線至下線依序執行讀出動作，一面空開特定期間而自上線至下線依序執行通常(第1次)之重置動作。繼而，空開特定期間而自上線至下線依序執行追加(第2次)之重置動作。於1幀期間內執行該等動作。讀出動作係於對選擇、讀出用電晶體Tr13之閘極端子施加讀取控制信號V(Read)之時序執行。重置動作係於對重置用電晶體Tr11之閘極端子施加重置控制信號V(Reset)之時序執行。
圖33中，分別以6條水平線表示施加至重置用電晶體Tr11之閘極端子之重置控制信號V(Reset)之施加時序、及施加至選擇、讀出用電晶體Tr13之閘極端子之讀取控制信號V(Read)之施加時序。例如將施加至最上側之第1水平線上之重置用電晶體Tr11之閘極端子的重置控制信號V(Reset)設為V(Reset1)，將施加至其下側之第2水平線上之重置用電晶體Tr11之閘極端子的重置控制信號V(Reset)設為V(Reset2)。於圖31及圖33之動作時序例中，於1幀期間內，於讀出動作後執行2次重置動作。由此，對重置用電晶體Tr11之閘極端子於超過1H(水平掃描)期間之期間內施加2個間斷的電壓脈衝信號作為重置控制信號V(Reset)。藉此，跨越超過1H期間之期間對累積節點N間斷地提供特定之重置電壓Vrst。
再者，於圖31中，乃圖示於1幀期間內執行2次重置動作之例，但於讀出動作後，於1幀期間內亦可執行3次以上之重置動作。
(應用於被動型像素電路之動作時序之第1例)
圖32表示應用圖28及圖29所示之被動型像素電路之光電轉換裝置102之攝像動作之時序的第1例。又，圖34表示與圖32所示之動作時序對應之時序圖。圖32之例中，與圖31之例同樣地表示自上側之水平線向下側之水平線依線序執行讀出動作(掃描)之例。與圖31之例同樣地，於圖32中，「Read」表示執行讀出動作，「Reset」表示執行通常(第1次)之重置動作。「Ex-Reset」表示於1幀期間內執行追加(第2次)之重置動作。「X-ray」表示對像素部112照射放射線(例如X射線)之攝像期間(曝光期間)。再者，如上述於被動型像素電路中，讀出動作兼作通常之重置動作，因此將讀出動作與第1次之重置動作作為相同時序而表示。
如圖32所示，自上線至下線依序執行讀出動作。此時，同時自上線至下線依序執行通常(第1次)之重置動作。繼而，空開特定期間而自上線至下線依序執行追加(第2次)之重置動作。於1幀期間內執行該等動作。讀出動作如上述例如係藉由使讀取控制信號V(Read)為接通狀態、且電荷放大器電路之開關193為斷開狀態而對選擇、讀出用電晶體Tr13之閘極端子執行。追加之重置動作例如係於使選擇、讀出用電晶體Tr3與讀出動作時同樣地為接通狀態之狀態下，藉由使電荷放大器電路之開關193為接通狀態而執行。
圖34中，以6條水平線表示施加至選擇、讀出用電晶體Tr13之閘極端子之讀取控制信號V(Read)之施加時序。於圖32及圖34之動作時序例中，於1幀期間內，於讀出動作後執行2次重置動作。藉此，跨越超過1H期間之期間對累積節點N間斷地提供特定之重置電壓Vrst。
再者，於圖32中，圖示出於1幀期間內執行2次重置動作之例，但於讀出動作後，於1幀期間內亦可執行3次以上之重置動作。
(應用於主動型像素電路之動作時序之第2例)
圖35表示應用有圖26及圖27所示之主動型像素電路之光電轉換裝置102之攝像動作之時序的第2例。又，圖36表示與圖35所示之動作時序對應之時序圖。於圖35之例中，與圖31之例同樣地表示自上側之水平線向下側之水平線依線序執行讀出動作(掃描)之例。與圖31之例同樣地，於圖32中，「Read」表示執行讀出動作，「Reset」表示執行重置動作。「X-ray」表示對像素部112照射放射線(例如X射線)之攝像期間(曝光期間)。
如圖35所示，一面自上線至下線依序執行讀出動作，一面空開特定期間而自上線至下線依序執行重置動作。於圖36中，與圖33之例同樣地分別以6條水平線表示施加至重置用電晶體Tr11之閘極端子上之重置控制信號V(Reset)之施加時序、及施加至選擇、讀出用電晶體Tr13之閘極端子之讀取控制信號V(Read)之施加時序。於圖35及圖36之動作時序例中，於1幀期間內，於讀出動作後僅執行1次重置動作。而且，藉由該1次重置動作對重置用電晶體Tr11之閘極端子施加超過1H(水平掃描)期間之連續的電壓脈衝信號作為重置控制信號V(Reset)。藉此，跨越超過1H期間之期間對累積節點N連續地提供特定之重置電壓Vrst。
(應用於主動型像素電路之動作時序之第3例)
圖37表示應用有圖26及圖27所示之主動型像素電路之光電轉換裝置102之攝像動作之時序的第3例。於圖36之例中，與圖31之例同樣地表示自上側之水平線向下側之水平線依線序執行讀出動作(掃描)之例。與圖31之例同樣地，於圖32中，「Read」表示執行讀出動作，「Reset」表示執行通常(第1次)之重置動作。「Ex-Reset」表示於1幀期間內執行追加(第2次)之重置動作。「X-ray」表示對像素部112照射放射線(例如X射線)之攝像期間(曝光期間)。藉此，與圖31及圖33之動作時序例同樣地，於1幀期間內，於讀出動作後執行2次重置動作。由此，對重置用電晶體Tr11之閘極端子於超過1H(水平掃描)期間之期間內施加2個間斷的電壓脈衝信號作為重置控制信號V(Reset)。藉此，跨越超過1H期間之期間對累積節點N間斷地提供特定之重置電壓Vrst。
如圖37所示，一面自上線至下線依序執行讀出動作，一面空開特定期間而自上線至下線執行通常(第1次)之重置動作。繼而，空開特定期間執行追加(第2次)之重置動作。此處，於圖31之例中，係自上線至下線依線序執行第2次之重置動作，但於圖37之例中，係對所有像素總括地執行重置動作。此時之重置動作係藉由對所有像素之重置用電晶體Tr11之閘極端子施加重置控制信號V(Reset)而執行。
(應用於被動型像素電路之動作時序之第2例)
圖38表示應用有圖28及圖29所示之被動型像素電路之光電轉換裝置102之攝像動作之時序的第2例。於圖38之例中，與圖31之例同樣地表示自上側之水平線向下側之水平線依線序執行讀出動作(掃描)之例。與圖31之例同樣地，於圖38中，「Read」表示執行讀出動作，「Reset」表示執行通常(第1次)之重置動作。「Ex-Reset」表示於1幀期間內執行追加(第2次)之重置動作。「X-ray」表示對像素部112照射放射線(例如X射線)之攝像期間(曝光期間)。再者，如上述於被動型像素電路中，讀出動作兼作通常之重置動作，因此將讀出動作與第1次之重置動作作為相同時序而表示。
如圖38所示，自上線至下線依序執行讀出動作。此時，同時自上線至下線依序執行通常(第1次)之重置動作。繼而，空開特定期間執行追加(第2次)之重置動作。此處，於圖32之例中，係自上線至下線依線序執行第2次之重置動作，但於圖38之例中，係對所有像素總括地執行重置動作。此時之重置動作係對所有像素例如於使選擇、讀出用電晶體Tr3與讀出動作時同樣地為接通狀態之狀態下，藉由使電荷放大器電路之開關193為接通狀態而執行。
[重置期間之長度與殘像(殘電壓)之關係]
其次，對放射線攝像裝置之重置期間之長度(對累積節點N提供特定之重置電壓Vrst之期間)與殘像(殘電壓)之關係進行研究。
圖39表示應用於主動型像素電路之動作時序之第1比較例。該第1比較例係相對於圖31所示之動作時序例而省略第2次重置動作。圖40表示應用於主動型像素電路之動作時序之第2比較例。於該第2比較例中，表示相對於圖39之第1比較例而於讀出動作自上線至下線全部結束之後執行重置動作之例。
圖41表示應用於被動型像素電路之動作時序之第1比較例。應用於該被動型像素電路之第1比較例係相對於圖32所示之動作時序例省略第2次重置動作。
(於比較例之動作時序之殘電壓之測定結果)
於該等比較例之動作時序使放射線攝像裝置動作之情形時，即便於重置動作執行之後，亦會於來自各像素之輸出電壓中產生殘像(殘電壓)。圖45~圖48表示測定該殘電壓之結果。
圖42及圖44表示該殘電壓之測定中所使用之動作時序。圖42表示主動型像素電路之特性驗證用之動作時序。基本之動作時序係與圖39之比較例相同，但為了測定殘電壓，如圖42及圖44(A)所示對10幀中之僅最初之幀執行來自測定用光源(LED)之光照射(發光、曝光動作)，而使其餘之幀成為未被執行光照射之非發光狀態。重置動作如圖42及圖44(B)所示係對每一幀執行。再者，於圖45~圖48中表示主動型像素電路之測定結果，但對於被動型像素電路亦可獲得同樣之測定結果。圖43表示被動型像素電路之特性驗證用之動作時序。
圖45表示直接測定主動型像素電路之輸出電壓之結果。該測定結果不包含構成放射線攝像裝置之周邊電路，為對像素電路之輸出電壓進行直接測定之結果。縱軸表示殘電壓之比例。橫軸表示與幀數對應之經過時間，將已執行光照射之幀作為基準，將下一幀作為第1幀。圖45中，改變為4階段而對測定用光源之發光量(光強度)進行測定。所謂4階段，係表示光電轉換元件PD11成為飽和狀態之較強光強度之情形、中間光強度之情形、光強度較弱之情形、及光強度更弱之情形(很弱)。該測定中，係測定因雜訊之影響而造成之紊亂，但實質上幾乎未觀測到因光強度之不同而導致的殘電壓之依存性。
圖46係表示於圖27所示之主動型像素電路之第2構成例(累積節點N為光電轉換元件PD11之陰極電極(n型半導體區域)側之構成例)中使像素電路單體中之輸出電壓通過放大器133後測定之結果的特性圖。又，圖47係表示於圖26所示之主動型像素電路之第1構成例(累積節點N為光電轉換元件PD11之陽極電極(p型半導體區域)側之構成例)中使像素電路單體中之輸出電壓通過放大器133後測定之結果的特性圖。圖45之測定結果為將像素電路併入至放射線攝像裝置中之狀態下之測定結果，但圖46及圖47之測定結果為未併入至放射線攝像裝置之像素電路單體(感測元件單體)中之測定結果。圖46(A)、圖47(A)中，同時表示測定用光源之發光時序、重置控制信號V(Reset)之施加時序、及輸出電壓。圖46(B)、圖47(B)係對圖46(A)、圖47(A)之輸出電壓之波形部分進行放大而成者。圖46(C)、圖47(C)係進而對圖46(B)、圖47(B)之輸出電壓之波形部分進行局部放大而成者。根據圖46、圖47之測定結果，於光照射之後，於執行第1次之重置動作之時序將輸出電壓暫時重置為特定之重置電壓。然而，其後，並未維持特定之重置電壓，而跨越複數幀產生波形劣化(Decay，衰變)。該傾向無論累積節點N存在於光電轉換元件PD11之陰極電極(n型半導體區域)側抑或存在於陽極電極(p型半導體區域)側皆會產生。
圖48(A)表示於主動型像素電路之第2構成例中使像素電路單體中之輸出電壓未通過放大器133而直接驗證之結果。圖48(B)表示於主動型像素電路之第1構成例中使像素電路單體中之輸出電壓未通過放大器133而直接驗證之結果。於圖48(A)、(B)中，縱軸表示殘電壓之比例。橫軸表示與幀數對應之經過時間，將已進行光照射之幀作為基準，將下一幀作為第1幀。圖48(A)、(B)中，與圖46及圖47之測定結果同樣地表示未併入至放射線攝像裝置之像素電路單體(感測元件單體)中之測定結果。圖48(A)、(B)中，分別同時表示複數個測定結果，但其等之元件製造條件不同。根據圖48(A)、(B)之測定結果，於進行光照射之後直至約2幀期間後，觀測到較多的殘電壓之比例。該傾向無論累積節點N存在於光電轉換元件PD11之陰極電極(n型半導體區域)側(圖48(A))抑或存在於陽極電極(p型半導體區域)側(圖48(B))皆會產生。
(改變重置動作之情形時之殘電壓之測定結果)
以上之測定結果係使來自測定用光源(LED)之光照射之發光時序與重置動作之時序(重置控制信號V(Reset)之施加時序)以圖49(A)、(B)(圖44(A)、(B))所示之時序而執行者，但相對於此，如圖49(C)所示，測定了將執行重置動作之時序(重置間隔)改變之情形時之殘電壓。將其結果示於圖50。1次重置動作之期間自身係與圖49(B)同樣為(4 μsec)。於圖50中，橫軸表示以放射線攝像裝置之攝像動作之H(水平掃描)期間為單位之重置間隔的時間。此處，1H(水平掃描)期間=6 μsec。又，於圖50中，表示圖27所示之主動型像素電路之第2構成例(累積節點N存在於光電轉換元件PD11之陰極電極(n型半導體區域)側之情形時的構成例)中之測定結果。根據圖50之結果可知，僅改變重置間隔，殘電壓之特性未呈現較大之變化。
又，如圖49(D)所示，測定了於1幀期間內間斷地執行2次重置動作之情形時之殘電壓。將其結果示於圖51(A)。1次重置動作之期間自身係與圖49(B)同樣為(4 μsec)。於圖51(A)中，橫軸表示以放射線攝像裝置之攝像動作之H(水平掃描)期間為單位執行2次間斷的重置動作之間隔。此處，1H(水平掃描)期間=6 μsec。又，於圖51(A)中，同時表示圖27所示之主動型像素電路之第2構成例、及圖26所示之主動型像素電路之第1構成例(累積節點N為光電轉換元件PD11之陽極電極(p型半導體區域)側之構成例)的測定結果。根據圖51(A)之結果可知，藉由間斷地執行2次重置動作可減少殘電壓。減少殘電壓之效果可藉由跨越超過1H期間之期間間斷地執行重置動作而獲得。特別是藉由以10H期間(60 μsec)左右之間隔間斷地執行2次重置動作，殘電壓幾乎減半。
又，如圖49(E)所示，測定於1幀期間內執行連續的重置動作之情形時(連續地施加重置電壓之情形時)之殘電壓。將其結果示於圖51(B)。於圖51(B)中，橫軸表示以放射線攝像裝置之攝像動作之H(水平掃描)期間為單位執行1次連續的重置動作之時間。此處，1H(水平掃描)期間=6 μsec。又，於圖51(B)中，同時表示圖27所示之主動型像素電路之第2構成例、及圖26所示之主動型像素電路之第1構成例之測定結果。根據圖51(B)之結果可知，藉由連續地施加重置電壓可減少殘電壓。減少殘電壓之效果可藉由跨越超過1H期間之期間連續地提供重置電壓而獲得。特別是藉由以10H期間(60 μsec)左右之期間連續地執行重置動作，殘電壓大致減半。
如以上所說明，根據本實施形態之放射線攝像裝置，跨越超過1H期間之期間對累積節點N連續或間斷地提供特定之重置電壓，因此可對累積於累積節點N中之累積電荷確實進行重置，從而可進行殘像較少之良好之檢測動作(攝像動作)。
<第2實施形態之變形例>
於上述第2實施形態中，舉出將放射線藉由波長轉換體140(圖25)進行波長轉換後之光於像素部112中進行光電轉換之間接轉換型之放射線攝像裝置之例，亦可為將放射線於像素部112中直接轉換為電荷之直接轉換型之放射線攝像裝置。
11．．．應用程式執行部
12．．．顯示驅動電路
13．．．受光驅動電路
13A．．．幀記憶體
14．．．圖像處理部
15．．．背光源
20．．．I/O顯示面板
21．．．顯示區(感測區)
22．．．顯示用H驅動器
23．．．顯示用V驅動器
24．．．感測用V驅動器
25．．．感測讀出用H驅動器
31．．．像素
31R、31G、31B、31RGB．．．顯示像素
32．．．佈線部
33．．．感測元件(攝像像素)
41．．．讀出線
51．．．基板
52．．．閘極電極
53．．．閘極絕緣膜
54．．．PIN型半導體層
54A．．．p型半導體區域
54B‧‧‧n型半導體區域
54C‧‧‧本質半導體區域(i區域)
55‧‧‧陽極電極
55D‧‧‧汲極電極
56‧‧‧陰極電極
56S‧‧‧源極電極
57‧‧‧絕緣膜(平坦化膜)
58‧‧‧層間絕緣膜
59‧‧‧閘極電極
60‧‧‧半導體層
60A‧‧‧汲極區域
60B‧‧‧源極區域
60C‧‧‧通道區域
61‧‧‧手指尖
62、63A、63B、64、65‧‧‧手
66‧‧‧筆
101‧‧‧放射線攝像裝置
102‧‧‧光電轉換裝置
111‧‧‧基板
112‧‧‧像素部
113‧‧‧列掃描部
114‧‧‧水平選擇部
115‧‧‧列掃描部
116‧‧‧系統控制部
117‧‧‧像素驅動線
118‧‧‧垂直信號線(讀出線)
119‧‧‧信號線
120‧‧‧單位像素
131‧‧‧恆定電流源
133‧‧‧放大器
140‧‧‧波長轉換體
161‧‧‧基板
162‧‧‧閘極電極
163‧‧‧閘極絕緣膜
164‧‧‧p型半導體層
165‧‧‧半導體層
165a、165b‧‧‧LDD
166‧‧‧第1層間絕緣膜
167‧‧‧佈線層
168‧‧‧第2層間絕緣膜
169‧‧‧接觸孔
170‧‧‧i型半導體層
171‧‧‧n型半導體層
172‧‧‧上部電極
173‧‧‧電源佈線
191‧‧‧電容器
192‧‧‧電荷放大器
193‧‧‧開關
510．．．影像顯示畫面部
511．．．前面板
512．．．濾光玻璃
521．．．發光部
522．．．顯示部
523．．．選單開關
524．．．快門按紐
531．．．本體
532．．．鍵盤
533．．．顯示部
541．．．本體部
542．．．鏡頭
543．．．啟動/停止開關
544．．．顯示部
611．．．描畫線
621．．．物件之移動(手掌工具)
641．．．軌跡
642．．．手形
661．．．圖像
710．．．上部框體
720．．．下部框體
730．．．連結部
740．．．顯示器
750．．．副顯示器
760．．．圖片燈
770．．．相機
C0．．．累積電容
f．．．物體(手指)
L0．．．外光(環境光)
Lon．．．背光源之照明光
ob1．．．物體(筆)
P1、N．．．累積節點
PD1、PD11．．．光電轉換元件
Reset、Reset_1~Reset_n．．．重置控制信號線
Read、Read_1~Read_n．．．讀取控制信號線
SVDD．．．電源線
SVSS．．．供給特定之電壓之電源線
Tr1、Tr11．．．重置用電晶體
Tr2、Tr12．．．放大用電晶體
Tr3、Tr13．．．選擇、讀出用電晶體
Va、Vb、Vc．．．電壓值
VDD．．．電源電壓
Vrst．．．重置電壓
V(Reset)．．．重置控制信號
V(Read)．．．讀取控制信號
Vs．．．累積節點之電壓
VSS．．．重置電壓之供給線
Von101、Voff101、Von201、Voff201．．．受光輸出電壓
圖1係表示本發明第1實施形態之具輸入功能之顯示裝置之構成例的方塊圖。
圖2係表示圖1所示之I/O顯示面板之構成例之方塊圖。
圖3係表示圖2所示之顯示區(感測區)內之像素配置例之平面圖。
圖4係表示圖3所示之像素配置之感測元件(攝像像素)與信號線之連接關係之一例的平面模式圖。
圖5係表示圖1所示之顯示裝置之感測元件之構成例的電路圖。
圖6係表示圖5所示之感測元件之主要部分之結構之剖面圖。
圖7(A)係表示光電轉換元件處於累積狀態(飽和狀態)之情形之說明圖，圖7(B)係表示光電轉換元件處於空乏狀態之情形之說明圖。
圖8係用以說明圖5所示之感測元件之電容耦合之電路圖。
圖9係表示圖5所示之感測元件之殘像特性之特性圖。
圖10(A)~(C)係表示圖1所示之顯示裝置之感測動作(攝像動作)之一例的時序波形圖。
圖11(A)係表示重置控制信號之比較例之波形圖，圖11(B)係表示重置控制信號之第1例之波形圖，圖11(C)係表示重置控制信號之第2例之波形圖。
圖12(A)係表示於圖1所示之顯示裝置中，具有較強外光之情形時於感測區存在鄰近物體之狀態之說明圖，圖12(B)係表示該狀態下之感測輸出電壓之例之說明圖。
圖13(A)係表示於圖1所示之顯示裝置中，外光較弱情形時於感測區存在鄰近物體之狀態之說明圖，圖13(B)係表示該狀態下之感測輸出電壓之例之說明圖。
圖14係用以說明使用有差分圖像之鄰近物體之檢測方法之照片圖。
圖15(A)係表示於圖1所示之顯示裝置中利用有鄰近物體之檢測處理之結果的應用程式之第1實施例之說明圖，圖15(B)係表示第2實施例之說明圖。
圖16係表示利用有鄰近物體之檢測處理之結果的應用程式之第3實施例之說明圖。
圖17係表示利用有鄰近物體之檢測處理之結果的應用程式之第4實施例之說明圖。
圖18係表示利用有鄰近物體之檢測處理之結果的應用程式之第5實施例之說明圖。
圖19係表示圖1所示之顯示裝置之第1應用例之外觀之立體圖。
圖20(A)係表示第2應用例之自表側觀察之外觀之立體圖，圖20(B)係自背側觀察之外觀之立體圖。
圖21係表示第3應用例之外觀之立體圖。
圖22係表示第4應用例之外觀之立體圖。
圖23(A)係第5應用例之打開之狀態之前視圖，圖23(B)係其側視圖，圖23(C)係關閉之狀態之前視圖，圖23(D)係左側視圖，圖23(E)係右側視圖，圖23(F)係俯視圖，圖23(G)係仰視圖。
圖24係表示本發明第2實施形態之光電轉換裝置之一構成例之方塊圖。
圖25係表示包含光電轉換裝置與波長轉換體之組合之放射線攝像裝置之構成圖。
圖26係應用於圖24所示之光電轉換裝置之主動型像素電路之第1構成例的電路圖。
圖27係應用於圖24所示之光電轉換裝置之主動型像素電路之第2構成例的電路圖。
圖28係應用於圖24所示之光電轉換裝置之被動型像素電路之第1構成例的電路圖。
圖29係應用於圖24所示之光電轉換裝置之被動型像素電路之第2構成例的電路圖。
圖30係表示圖24所示之光電轉換裝置之主要部分之剖面圖。
圖31係表示應用於圖26及圖27所示之主動型像素電路之動作時序之第1例的說明圖。
圖32係表示應用於圖28及圖29所示之被動型像素電路之動作時序之第1例的說明圖。
圖33(A)~(L)係與圖31所示之動作時序對應之時序圖。
圖34係與圖32所示之動作時序對應之時序圖。
圖35係表示應用於圖26及圖27所示之主動型像素電路之動作時序之第2例的說明圖。
圖36(A)~(L)係與圖35所示之動作時序對應之時序圖。
圖37係表示應用於圖26及圖27所示之主動型像素電路之動作時序之第3例的說明圖。
圖38係表示應用於圖28及圖29所示之被動型像素電路之動作時序之第2例的說明圖。
圖39係表示應用於主動型像素電路之比較例之動作時序之第1例的說明圖。
圖40係表示應用於主動型像素電路之比較例之動作時序之第2例的說明圖。
圖41係表示應用於被動型像素電路之比較例之動作時序之第1例的說明圖。
圖42係表示主動型像素電路之特性驗證用之動作時序的說明圖。
圖43係被動型像素電路之特性驗證用之動作時序的說明圖。
圖44(A)係表示特性驗證用之光照射之時序之時序圖，圖44(B)係表示特性驗證用之重置控制信號之施加時序之時序圖。
圖45係表示直接測定主動型像素電路之輸出電壓之結果的特性圖。
圖46(A)~(C)係表示於圖27所示之主動型像素電路之第2構成例中將像素電路單體中之輸出電壓經放大後測定之結果的特性圖。
圖47(A)~(C)係表示於圖26所示之主動型像素電路之第1構成例中將像素電路單體中之輸出電壓經放大後測定之結果的特性圖。
圖48(A)係表示於主動型像素電路之第2構成例中將像素電路單體中之輸出電壓未經放大而直接驗證之結果的特性圖，圖48(B)係表示於主動型像素電路之第1構成例中將像素電路單體中之輸出電壓未經放大而直接驗證之結果的特性圖。
圖49(A)~(E)係表示主動型像素電路之特性驗證用之動作時序的說明圖。
圖50係表示對主動型像素電路中使施加重置電壓之時序變化之情形時之輸出電壓進行測定之結果的特性圖。
圖51(A)係表示對主動型像素電路中於1幀期間內間接施加有重置電壓之情形時之輸出電壓進行測定之結果的特性圖，圖51(B)係表示對主動型像素電路中於1幀期間內連續施加有重置電壓之情形時之輸出電壓進行測定之結果的特性圖。
33．．．感測元件(攝像像素)
41．．．讀出線
C0．．．累積電容
L0．．．外光
Lon．．．背光源之照明光
P1．．．累積節點
PD1．．．光電轉換元件
Read．．．讀取控制信號線
Reset．．．重置控制信號線
Tr1．．．重置用電晶體
Tr2．．．放大用電晶體
Tr3．．．選擇、讀出用電晶體
V(Read)．．．讀取控制信號
V(Reset)．．．重置控制信號
VDD．．．電源電壓
Vrst．．．重置電壓
Vs．．．累積節點之電壓
VSS．．．重置電壓之供給線

Claims (13)

  1. 一種感測裝置，其包含：二維排列之複數個感測元件；及驅動上述感測元件之感測驅動機構；且上述感測元件包含：光電轉換元件，其產生與受光量相應之電荷；電荷累積部，其連接於上述光電轉換元件之一端，且累積經上述光電轉換元件轉換之電荷；讀出機構，其讀出與上述電荷累積部之累積電荷相應之電壓值或累積電荷，並作為感測檢測信號而輸出；及重置機構，其藉由對上述電荷累積部提供特定之重置電壓而對累積於上述電荷累積部中之累積電荷進行重置；其中上述光電轉換元件包含PIN二極體，作為重置機構之電晶體係連接於上述PIN二極體之陽極；上述感測驅動機構係對上述電晶體之閘極端子，在超過1水平掃描期間之期間中，連續或間斷地持續施加接通(ON)電壓。
  2. 如請求項1之感測裝置，其中上述光電轉換元件具備形成於絕緣性基板上之非單晶半導體層，上述非單晶半導體層係PIN二極體，該PIN二極體包含p型半導體區域、n型半導體區域、及形成於上述p型半導體區域與上述n型半導體區域之間之本質半導體區域。
  3. 如請求項2之感測裝置，其中上述光電轉換元件更包含閘極電極，該閘極電極係於上述絕緣性基板上隔著閘極絕緣膜而相對於上述本質半導體區域對向配置；施加至上述閘極電極之電壓處於施加至上述p型半導體區域之電壓、施加至上述n型半導體區域之電壓、或提供給上述p型半導體區域與上述n型半導體區域之電壓之間。
  4. 如請求項2之感測裝置，其中上述讀出機構及上述感測驅動機構分別具備包含半導體層之電晶體；上述讀出機構及上述感測驅動機構之各電晶體之半導體層，於上述絕緣性基板上與上述光電轉換元件之上述非單晶半導體層形成於同一層。
  5. 如請求項1之感測裝置，其中更包含：感測面板，其於特定之感測區矩陣狀地配置有複數個上述感測元件；背光源，其自上述感測面板之背面側朝向上述感測面板表面週期性地照射照明光；及信號處理機構，其根據於照射上述背光源之照明光之狀態下所獲得之來自上述感測元件之感測檢測信號、及於未照射上述背光源之照明光之狀態下所獲得之來自上述感測元件之感測檢測信號的差分，進行與上述感測面板表面鄰近之物體之檢測。
  6. 一種感測元件之驅動方法，其係驅動二維排列之複數個感測元件，該感測元件包含：光電轉換元件，其產生與受光量相應之電荷；電荷累積部，其連接於上述光電轉換元件之一端，且累積經上述光電轉換元件轉換之電荷；讀出機構，其讀出與上述電荷累積部之累積電荷相應之電壓值或累積電荷，並作為感測檢測信號而輸出；及重置機構，其藉由對上述電荷累積部提供特定之重置電壓而對累積於上述電荷累積部中之累積電荷進行重置；且上述光電轉換元件包含PIN二極體，於上述PIN二極體之陽極，連接有作為重置機構之電晶體；該驅動方法係包含：藉由上述感測驅動機構，對上述電晶體之閘極端子，在超過1水平掃描期間之期間中，連續或間斷地持續施加接通電壓。
  7. 一種具輸入功能之顯示裝置，其包含：顯示面板，其二維排列有複數個顯示像素與複數個感測元件；顯示驅動機構，其驅動複數個上述顯示像素；及感測驅動機構，其驅動複數個上述感測元件；上述複數個感測元件分別包含：光電轉換元件，其產生與受光量相應之電荷；電荷累積部，其連接於上述光電轉換元件之一端，且 累積經上述光電轉換元件轉換之電荷；讀出機構，其讀出與上述電荷累積部之累積電荷相應之電壓值或累積電荷，並作為感測檢測信號而輸出；及重置機構，其藉由對上述電荷累積部提供特定之重置電壓而對累積於上述電荷累積部中之累積電荷進行重置；其中上述光電轉換元件包含PIN二極體，作為重置機構之電晶體係連接於上述PIN二極體之陽極；上述感測驅動機構係對上述電晶體之閘極端子，在超過1水平掃描期間之期間中，連續或間斷地持續施加接通電壓。
  8. 如請求項7之具輸入功能之顯示裝置，其中上述光電轉換元件具備形成於絕緣性基板上之非單晶半導體層，上述非單晶半導體層為PIN二極體，該PIN二極體包含p型半導體區域、n型半導體區域、及形成於上述p型半導體區域與上述n型半導體區域之間之本質半導體區域；上述讀出機構及上述感測驅動機構、以及上述顯示像素及顯示驅動機構分別具備包含半導體層之電晶體；上述讀出機構及上述感測驅動機構、以及上述顯示像素及顯示驅動機構之各電晶體之半導體層，於上述絕緣性基板上與上述光電轉換元件之上述非單晶半導體層形成於同一層。
  9. 如請求項7之具輸入功能之顯示裝置，其中 上述感測驅動機構係以跨越100μsec以上之期間對上述電荷累積部連續或間斷地提供上述特定之重置電壓之方式來控制上述重置機構。
  10. 一種電子機器，其包含如請求項7至9中任一項之具輸入功能之顯示裝置。
  11. 一種放射線攝像裝置，其包含：像素部，其二維排列有複數個感測元件，且根據所入射之放射線或將放射線經波長轉換後之光而產生電荷；及感測驅動機構，其驅動複數個上述感測元件；上述複數個感測元件分別包含：光電轉換元件，其產生與受光量相應之電荷；電荷累積部，其連接於上述光電轉換元件之一端，且累積經上述光電轉換元件轉換之電荷；讀出機構，其讀出與上述電荷累積部之累積電荷相應之電壓值或累積電荷，並作為感測檢測信號而輸出；及重置機構，其藉由對上述電荷累積部提供特定之重置電壓而對累積於上述電荷累積部中之累積電荷進行重置；其中上述光電轉換元件包含PIN二極體，作為重置機構之電晶體係連接於上述PIN二極體之陽極；上述感測驅動機構係對上述電晶體之閘極端子，在超過1水平掃描期間之期間中，連續或間斷地持續施加接通電壓。
  12. 如請求項11之放射線攝像裝置，其中 上述光電轉換元件為PIN二極體，該PIN二極體係於垂直方向上積層配置有p型半導體區域、n型半導體區域、及形成於上述p型半導體區域與上述n型半導體區域之間之本質半導體區域。
  13. 如請求項11之放射線攝像裝置，其中更包含波長轉換機構，其將所入射之放射線轉換成較放射線之波長更長之光；上述像素部係根據經上述波長轉換機構予以波長轉換後之光而產生電荷。
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