觸摸屏的驅動方法

專利名稱：觸摸屏的驅動方法
技術領域：
本發明涉及具有光傳感器的觸摸屏和其驅動方法。本發明特別涉及具有多個分別 設置有光傳感器的像素的觸摸屏和其驅動方法。本發明還涉及具有該觸摸屏的電子設備。
背景技術：
近年來，安裝有觸控傳感器的顯示裝置引人注目。安裝有觸控傳感器的顯示裝置 被稱為觸摸屏或觸控熒幕等(下面簡稱為“觸摸屏”)。觸控傳感器根據其工作原理的不同， 有電阻膜式、靜電容量式、光式等的方式。無論采用上述哪一種方式都可以通過使檢測對象 和顯示裝置接觸或相近，來輸入數據。光式觸控傳感器通過將檢測光的傳感器(也稱為“光傳感器”)設置在觸摸屏，而 將顯示屏幕還用作輸入區域。作為具有這種光式觸控傳感器的裝置的一例，可以舉出通過 配置有進行圖像接收的密接型區域傳感器而具備有圖像接收功能的顯示裝置(例如，參照 專利文獻1)。在具有光式觸控傳感器的觸摸屏中，從觸摸屏發射光。當在觸摸屏的任意位 置存在著檢測對象的情況下，存在著檢測對象的區域的光被檢測對象遮斷，而其中一部分 的光被反射。在觸摸屏內的像素中設置有能夠檢測光的光電傳感器(有時還稱為“光電轉 換元件”)，通過用該光電傳感器檢測被反射的光，能夠知道在光檢測區域中存在著檢測對 象。另外，正在研究開發具有個人識別功能等的移動電話、便攜式信息終端等的電子 設備(例如，參照專利文獻2)。作為個人識別，利用指紋、臉、手形、掌紋和手靜脈的形狀等。 在將個人識別功能提供在與顯示部不同的部分中的情況下，會導致零部件個數的增多、電 子設備的重量及價格的增大。此外，在觸控傳感器的系統中，已知根據外光的亮度選擇檢測指尖位置的圖像處 理方法的技術(例如，參照專利文獻3)。專利文獻1日本專利申請公開2001-292276號公報專利文獻2日本專利申請公開2002-033823號公報專利文獻3日本專利申請公開2007-183706號公報在將觸摸屏用于具有個人識別功能的電子設備的情況下，需要將設置在觸摸屏的 各像素中的光傳感器通過檢測光而生成的電信號收集并進行圖像處理。尤其是，為了實現 具有高分辨率、高速工作能力的個人識別功能的電子設備，需要光傳感器高速工作。

發明內容
本發明的一個方式的目的之一在于提供一種觸摸屏，其中通過獨立控制光傳感器 的復位工作和讀出工作，可以提高拍攝幀頻。此外，本發明的一個方式的目的之一在于提供一種能夠高速攝像的觸摸屏的驅動 方法。本發明的一個方式的觸摸屏包括多個分別具有顯示元件和光傳感器的像素；能
5夠獨立控制光傳感器的復位工作和讀出工作的控制電路，其中，復位工作和讀出工作不會 在時間上重復。此外，本發明的一個方式是一種具有多個像素的觸摸屏的驅動方法，該多個像素 分別設置有具有光電二極管、第一晶體管及第二晶體管的光傳感器，其中，各像素進行第 一工作，即將與光電二極管電連接的光電二極管復位信號線的電位設定得對光電二極管施 加正向偏壓；第二工作，即利用光電二極管的光電流改變第一晶體管的柵極電位；第三工 作，即通過改變第二晶體管的柵極電位，而通過第一晶體管和第二晶體管使電連接到第二 晶體管的源極和漏極中的一方的光傳感器輸出信號線與電連接到第一晶體管的源極和漏 極中的一方的光傳感器基準信號線導通，來根據光電流改變光傳感器輸出信號線的電位。此外，本發明的一個方式是一種具有多個像素的觸摸屏的驅動方法，該多個像素 分別設置有具有光電二極管、第一晶體管及第二晶體管的光傳感器，其中，各像素進行第 一工作，即將與光電二極管電連接的光電二極管復位信號線的電位設定得對光電二極管施 加正向偏壓；第二工作，即利用光電二極管的光電流改變第一晶體管的柵極電位；第三工 作，即通過改變第二晶體管的柵極電位，而通過第一晶體管和第二晶體管使電連接到第一 晶體管的源極和漏極中的一方的光傳感器輸出信號線與電連接到第二晶體管的源極和漏 極中的一方的光傳感器基準信號線導通，來根據光電流改變光傳感器輸出信號線的電位。在上述本發明的一個方式的觸摸屏的驅動方法中，在多個像素中的一個進行第一 工作的同時，在多個像素中的另一個進行第三工作。此外，在上述本發明的一個方式的觸摸屏的驅動方法中，在多個像素中的一個進 行第一工作，并且在沿行方向與該一個像素相鄰的像素進行第一工作期間，多個像素中的 另一個進行第三工作。在此，“行方向，，是指表示柵極信號線的行數的數字增加的方向。此外，在上述本發明的一個方式的觸摸屏的驅動方法中，在多個像素中的一個進 行第三工作，并且在沿行方向與該一個像素相鄰的像素進行第三工作期間，多個像素中的 另一個進行第一工作。本發明的一個方式可以提供一種能夠高速攝像的觸摸屏。此外，本發明的一個方式可以提供一種觸摸屏的驅動方法，其中能夠確保光傳感 器的工作時間，并且可以高速攝像。此外，本發明的一個方式可以提供一種觸摸屏的驅動方法，其中能夠使光傳感器 的工作穩定，并且可以高速攝像。


圖1是說明觸摸屏的結構的一例的圖；圖2是說明像素的電路圖的一例的圖；圖3是說明光傳感器讀出電路的結構的一例的圖；圖4是說明光傳感器讀出工作的一例的時序圖；圖5是說明觸摸屏的截面的一例的圖；圖6是說明觸摸屏的截面的一例的圖；圖7是說明觸摸屏的工作的一例的時序圖；圖8是說明具有觸摸屏的液晶顯示裝置的結構的一例的透視圖9A至9E是說明使用觸摸屏的電子設備的一例的圖；圖10是說明觸摸屏的工作的一例的時序圖；圖11是說明觸摸屏的工作的一例的時序圖；圖12是說明像素的電路圖的一個例子的圖。
具體實施例方式下面，將參照附圖詳細說明實施方式。但是，本發明的實施方式可以通過多種不同 的方式來實施，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式和詳 細內容在不脫離本發明的宗旨及其范圍下可以被變換為各種各樣的形式。因此，不應該被 解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。注意，在用于說明實施方式的所有 附圖中，使用相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重復說 明。實施方式1在本實施方式中，參照圖1至圖4、圖7、圖10和圖11說明根據本發明的一個方式 的觸摸屏的結構及其驅動方法。參照圖1說明觸摸屏的結構的一個例子。觸摸屏100具有像素電路101、顯示元件 控制電路102及光傳感器控制電路103。像素電路101具有在行列方向上配置為矩陣狀的 多個像素104。每個像素104具有顯示元件105和光傳感器106。顯示元件105包括薄膜晶體管(Thin Film Transistor :TFT)、保持電容、具有液 晶層的液晶元件等。薄膜晶體管具有控制對保持電容進行電荷的注入或排出的功能。保持 電容具有保持與施加到液晶層的電壓相對應的電荷的功能。并且利用通過對液晶層施加電 壓而使偏光方向改變的現象來形成透過液晶層的光的明暗(進行灰度顯示)，從而實現圖 像顯示。作為透過液晶層的光，使用從液晶顯示裝置的背面照射的來自光源(背光燈)的 光。作為進行彩色圖像顯示的方式，可以舉出使用彩色濾光片的方式，S卩，彩色濾光片 方式。在這個方式中，通過使透過液晶層的光經過彩色濾光片，進行特定顏色(例如，紅 (R)、綠(G)、藍(B))的灰度顯示。此外，作為進行彩色圖像顯示的另一方式，可以舉出場序制方式(field sequential mode)，即，利用特定顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光源構成背光燈，且 依次使各個顏色發光的方式。在場序制方式中，通過在各個顏色的光源發光的期間中形成 透過液晶層的光的明暗，可以形成該顏色的灰度。以上，說明了顯示元件105具有液晶元件的情況，但是作為顯示元件105也可以具 有發光元件等的其他元件。發光元件是其亮度由電流或電壓控制的元件，具體地可以舉出 發光二極管、OLED (有機發光二極管，Organic Light Emitting Diode)等。光傳感器106包括光電二極管和薄膜晶體管，所述光電二極管是具有通過接受光 來發射電信號的功能的元件。作為光傳感器106所接受的光，利用背光燈的光照射到檢測 對象時的反射光。顯示元件控制電路102是用來控制顯示元件105的電路。顯示元件控制電路102 包括顯示元件驅動電路107和顯示元件驅動電路108。顯示元件驅動電路107通過視頻數據信號線等的信號線(也稱為“源極信號線”)對顯示元件105輸入信號。顯示元件驅動電 路108通過掃描線(也稱為“柵極信號線”)對顯示元件105輸入信號。例如，掃描線一側的顯示元件驅動電路108具有選擇配置在特定的行的像素104 所具有的顯示元件105的功能。此外，信號線一側的顯示元件驅動電路107具有對被選擇 的行的像素104所具有的顯示元件105提供任意電位的功能。另外，在被掃描線一側的顯 示元件驅動電路108施加高電位的像素中，薄膜晶體管成為導通狀態，由信號線一側的顯 示元件驅動電路107提供的電荷供給到顯示元件。光傳感器控制電路103是用來控制光傳感器106的電路，并且它包括與光傳感器 輸出信號線、光傳感器基準信號線等連接的光傳感器讀出電路109以及光傳感器驅動電路 110。光傳感器驅動電路110具有對配置在特定的行的像素104所具有的光傳感器106進 行后述的復位工作及選擇工作的功能。此外，光傳感器讀出電路109具有提取被選擇的行的像素104所具有的光傳感器 106的輸出信號的功能。作為光傳感器讀出電路109，可以采用如下結構通過利用運算放 大器，將模擬信號的光傳感器106的輸出不加改變地提取到觸摸屏外部；或者，通過利用A/ D轉換電路，將所述輸出轉換為數字信號，然后，提取到觸摸屏外部。利用圖2說明像素104的電路圖的一個例子。像素104包括具有晶體管201、保持 電容202和液晶元件203的顯示元件105以及具有光電二極管204、晶體管205和晶體管 206的光傳感器106。晶體管201的柵極與柵極信號線207電連接，其源極和漏極中的一個與視頻數據 信號線210電連接，源極和漏極中的另一個與保持電容202的一個電極以及液晶元件203 的一個電極電連接。保持電容202的另一個電極和液晶元件203的另一個電極保持為恒定 的電位。液晶元件203是包括一對電極和該一對電極之間的液晶層的元件。當對柵極信號線207施加高電平的電位“H”時，晶體管201向保持電容202和液 晶元件203施加視頻數據信號線210的電位。保持電容202保持上述施加的電位。液晶元 件203根據上述施加的電位改變光透過率。光電二極管204的一個電極與光電二極管復位信號線208電連接，另一個電極通 過柵極信號線213與晶體管205的柵極電連接。晶體管205的源極和漏極中的一個與光傳 感器基準信號線212電連接，晶體管205的源極和漏極中的另一個與晶體管206的源極和 漏極中的一個電連接。晶體管206的柵極與柵極信號線209電連接，晶體管206的源極和 漏極中的另一個與光傳感器輸出信號線211電連接。注意，晶體管205和晶體管206的配置不局限于圖2所示的結構。如圖12所示， 也可以采用如下結構晶體管206的源極和漏極中的一個與光傳感器基準信號線212電連 接，晶體管206的源極和漏極中的另一個與晶體管205的源極和漏極中的一個電連接，晶體 管205的柵極與光電二極管復位信號線208電連接，晶體管205的源極和漏極中的另一個 與光傳感器輸出信號線211電連接。接下來，使用圖3說明光傳感器讀出電路109的結構的一個例子。光傳感器讀出 電路109由多個電路300構成。多個電路300的每一個分別與像素電路101所具有的多個 像素104中的一列像素相對應。如圖3所示，光傳感器讀出電路109所具有的與一列像素 相對應的電路300包括ρ型晶體管301和保持電容302。此外，211表示與該像素的一列相對應的光傳感器輸出信號線，303表示預充電信號線。在光傳感器讀出電路109所具有的與一列像素相對應的電路300中，在像素104 內的光傳感器106工作之前將光傳感器輸出信號線211的電位設定為基準電位。在圖3中， 通過使預充電信號線303的電位為低電平電位的“L”，可以將光傳感器輸出信號線211的電 位設定為作為基準電位的高電位。注意，當光傳感器輸出信號線211的寄生電容大時，就不需要設置保持電容302。另外，也可以采用基準電位為低電位的結構。在此情況下，通過利用η型晶體管而 代替P型晶體管301，并使預充電信號線303的電位為電位“H”，可以將光傳感器輸出信號 線211的電位設定為作為基準電位的低電位。接下來，使用圖4的時序圖說明觸摸屏的光傳感器106的讀出工作的一個例子。在 圖4中，信號401至信號404分別相當于圖2的光電二極管復位信號線208的電位、與晶體 管206的柵極連接的柵極信號線209的電位、與晶體管205的柵極連接的柵極信號線213 的電位、光傳感器輸出信號線211的電位。另外，信號405相當于圖3的預充電信號線303 的電位。在時刻A處，當將光電二極管復位信號線208的電位(信號401)設定為電位“H” 時，換言之，當將與光電二極管電連接的光電二極管復位信號線的電位設定得對光電二極 管施加正向偏壓(復位工作)時，光電二極管204導通，從而與晶體管205的柵極連接的柵 極信號線213的電位(信號403)成為電位“H”。另外，當將預充電信號線303的電位(信 號405)設定為電位“L”時，光傳感器輸出信號線211的電位(信號404)被預充電到電位 “H”。在時刻B處，當將光電二極管復位信號線208的電位(信號401)設定為電位 “L” (累積工作)時，由于光電二極管204的光電流，與晶體管205的柵極連接的柵極信號 線213的電位(信號403)開始下降。當照射光時，光電二極管204的光電流增大，因此與 晶體管205的柵極連接的柵極信號線213的電位(信號403)根據照射光量而變化。也就 是說，晶體管205的源極和漏極之間的電流變化。在時刻C處，當將柵極信號線209的電位(信號402)設定為電位“H”(選擇工作) 時，晶體管206導通，并且光傳感器基準信號線212與光傳感器輸出信號線211通過晶體管 205和晶體管206導通。于是，光傳感器輸出信號線211的電位(信號404)下降。注意，在 時刻C之前，將預充電信號線303的電位(信號405)設定為電位“H”，來結束光傳感器輸出 信號線211的預充電。在此，光傳感器輸出信號線211的電位(信號404)的下降速度取決 于晶體管205的源極和漏極之間的電流。也就是說，光傳感器輸出信號線211的電位(信 號704)的下降速度根據照射到光電二極管204的光量而變化。在時刻D處，當將柵極信號線209的電位(信號402)設定為電位“L”時，晶體管 206被截止，從而在時刻D之后，光傳感器輸出信號線211的電位(信號404)成為一定值。 在此，該一定值根據照射到光電二極管204的光量而變化。因此，通過獲得光傳感器輸出信 號線211的電位，可以知道照射到光電二極管204的光量。如上所述，通過反復進行復位工作、累積工作、選擇工作，而實現各個光傳感器的 工作。為了實現觸摸屏的高速拍攝，需要高速進行所有像素的復位工作、累積工作、選擇工 作。
簡單地說，如圖10所示的時序圖那樣，在所有像素的復位工作之后，進行所有像 素的累積工作，然后進行所有像素的選擇工作，來可以實現所希望的拍攝。圖10是說明觸 摸屏的工作的一個例子的時序圖。在圖10中，信號1001、信號1002、信號1003、信號1004、 信號1005、信號1006、信號1007分別是第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第 (n-1)行、第η行的光電二極管復位信號線208的時序圖。此外，信號1011、信號1012、信號 1013、信號1014、信號1015、信號1016、信號1017分別是第1行、第2行、第3行、第m行、 第(m+1)行、第(n-1)行、第η行的柵極信號線209的時序圖。期間1018是第m行光傳感 器工作的期間，期間1019、期間1020、期間1021分別是進行復位工作、累積工作、選擇工作 的期間。此外，期間1022是所有像素的一次拍攝所要的期間。注意，m和η是自然數，且滿 足1 < m < η。在此，圖10所示的期間T表示從某一行的復位工作開始的時序到下一行的 復位工作開始的時序的期間。在此，通過利用圖7所示的時序圖的驅動方法，可以確保每個光傳感器的工作時 間，并且容易進行高速攝像。圖7是說明觸摸屏的工作的一個例子的時序圖。在圖7中，信號701、信號702、信 號703、信號704、信號705、信號706、信號707分別是第1行、第2行、第3行、第m行、第 (m+1)行、第(n-1)行、第η行的光電二極管復位信號線208的時序圖。此外，信號711、信 號712、信號713、信號714、信號715、信號716、信號717分別是第1行、第2行、第3行、第 m行、第(m+1)行、第(n-1)行、第η行的柵極信號線209的時序圖。期間718是第m行光傳 感器工作的期間，期間719、期間720、期間721分別是進行復位工作、累積工作、選擇工作的 期間。此外，期間722是所有像素的一次拍攝所要的期間。注意，m和η是自然數，且滿足 1 < m < η。在此，圖7所示的期間T表示從某一行的復位工作開始的時序到下一行的復位 工作開始的時序的期間。通過利用圖7所示的時序圖的驅動方法，可以在不同行同時進行復位工作、累積 工作和選擇工作。例如，可以在某一行進行復位工作的同時在另一行進行選擇工作。在圖 7中，同時進行第m行的復位工作和第1行的選擇工作。在此，當將圖7所示的時序圖的各行的光傳感器的復位工作及選擇工作的期間設 定為與圖10所示的時序圖相同時，可以使圖7所示的時序圖的所有畫面的一次拍攝所要的 時間(期間722)小于圖10所示的期間(期間1022)。因此，與圖10所示的時序圖的驅動 方法相比，圖7所示的時序圖的驅動方法可以通過提高攝像幀頻，而高速攝像。由此，通過利用圖7所示的時序圖的驅動方法，可以在確保每個光傳感器的工作 時間的同時，通過提高拍攝幀頻，高速攝像。另外，為了實現圖7所示的時序圖的驅動方法，光傳感器驅動電路110優選獨立具 有控制復位工作的驅動電路以及控制選擇工作的驅動電路。例如，優選地是，使用第一移位 寄存器構成控制復位工作的驅動電路，而使用第二移位寄存器構成控制選擇工作的驅動電路。此外，通過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以使光傳感器的工作穩定。在圖11中，信號1101、信號1102、信號1103、信號1104、信號1105、信號1106、信 號1107分別是第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第(n_l)行、第η行的光電二極 管復位信號線208的時序圖。此外，信號1111、信號1112、信號1113、信號1114、信號1115、
10信號1116、信號1117分別是第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第(n_l)行、第η 行的柵極信號線209的時序圖。期間1118是第m行光傳感器工作的期間，期間1119、期間 1120、期間1121分別是進行復位工作、累積工作、選擇工作的期間。此外，期間1122是所有 像素的一次拍攝所要的期間。在此，圖11所示的期間T表示從某一行的復位工作開始的時 序到下一行的復位工作開始的時序的期間。在圖10所示的時序圖中，期間T沒有進行選擇 工作的像素，而在圖11所示的時序圖中，期間T有進行選擇工作的像素。通過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以不改變控制復位工作的驅動電路 的工作頻率以及控制選擇工作的驅動電路的工作頻率，而對不同行不同時進行復位工作和 選擇工作。例如，通過在某一行的復位工作和與該行相鄰的行的復位工作之間進行另一行 的選擇工作，可以不同時進行復位工作和選擇工作。在圖11中，在第m行的復位工作和第 (m+1)行的復位工作之間進行第2行的選擇工作。此外，例如，通過在某一行的選擇工作和 與該行相鄰的行的選擇工作之間進行另一行的復位工作，可以不同時進行復位工作和選擇 工作。在圖11中，在第1行的選擇工作和第2行的選擇工作之間進行第m行的復位工作。通過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以顯著地減少因進行選擇工作的行 的光傳感器而導致的光傳感器輸出信號線的電位變化對另一行的光傳感器的復位工作造 成的影響。因此，通過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以使光傳感器的工作穩定。在此，對復位工作造成影響的原因在于，在圖2中，由于晶體管206的關態泄漏電 流，泄漏電流從光傳感器輸出信號線211經過晶體管205流到光傳感器基準信號線212。 對復位工作造成的影響有可能導致發生光傳感器的工作缺陷，例如在復位工作中晶體管 205的柵極電壓達不到所希望的電壓；或者光傳感器輸出信號線211的電位以及光傳感器 基準信號線212的電位因泄漏電流而變得不穩定。由此，通過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以使光傳感器的工作穩定，并 通過提高拍攝幀頻而可以高速攝像。另外，在圖11所示的時序圖的驅動方法中，在復位期間中將光傳感器輸出信號線 的電位設定為與光傳感器基準信號線的電位相等的電位，也是有效的。另外，為了實現圖11所示的時序圖的驅動方法，光傳感器驅動電路110優選獨立 具有控制復位工作的驅動電路以及控制選擇工作的驅動電路。例如，以下結構是有效的，即 使用第一移位寄存器構成控制復位工作的驅動電路，使用第二移位寄存器構成控制選擇工 作的驅動電路，并且，各個行的控制信號由各個移位寄存器的輸出與只在所希望的期間中 設定為電位“H”的信號的邏輯和生成。通過采用上述方式，可以提供具有能夠確保工作時間且能夠高速攝像的光傳感器 的觸摸屏。此外，還可以提供能夠確保光傳感器的工作時間并且能夠高速攝像的觸摸屏的 驅動方法。另外，通過采用上述方式，可以提供具有工作穩定且能夠以高速工作進行拍攝的 光傳感器的觸摸屏。此外，還可以提供使光傳感器的工作穩定，并且能夠高速攝像的觸摸屏 的驅動方法。實施方式2在本實施方式中，參照圖5說明根據本發明的一個方式的觸摸屏的結構。圖5表示觸摸屏的截面的一個例子。圖5所示的觸摸屏在具有絕緣表面的基板501 (TFT基板)上設置有光電二極管502、晶體管503、保持電容504、液晶元件505。光電二極管502和保持電容504可以在制造晶體管503的步驟中與晶體管503 — 起形成。光電二極管502是橫向結型的pin 二極管，其中，光電二極管502所具有的半導體 膜506包括具有ρ型導電性的區域(ρ層)和具有i型導電性的區域(i層)和具有η型導 電性的區域(η層)。注意，在圖5所示的觸摸屏中，示出了光電二極管502為pin 二極管的 情況，但是光電二極管502也可以是ρη 二極管。通過將賦予ρ型的雜質和賦予η型的雜質 分別添加到半導體膜506的特定區域中，可以形成橫向結型的pin結或ρη結。另外，通過利用蝕刻等的方法將形成在基板501上的半導體膜加工(構圖)為所 希望的形狀，可以一起形成光電二極管502的島狀半導體膜和晶體管503的島狀半導體膜。 這時，不需要對其中形成有包括晶體管等的像素的普通面板的制造步驟追加用于形成光電 二極管的一部分的步驟。由此，可以降低成本。液晶元件505包括像素電極507、液晶508和對置電極509。像素電極507被形成 在基板501上，并通過保持電容504及導電膜510電連接到晶體管503。而且，對置電極509 被形成在基板513 (對置基板)上，并在像素電極507和對置電極509之間夾有液晶508。 注意，在圖5所示的觸摸屏中，未圖示用于光傳感器的晶體管，但是該晶體管也可以在制造 晶體管503的步驟中與晶體管503 —起形成在基板501上。像素電極507和對置電極509之間的單元間隙可以利用間隔物516而控制。在圖 5中，使用通過光刻法選擇性地形成的柱狀間隔物516來控制單元間隙，但是，也可以通過 將球狀間隔物分散在像素電極507和對置電極509之間來控制單元間隙。另外，液晶508在基板501和基板513之間被密封材料圍繞。作為液晶508的注 入方法，既可以利用分配器法(滴落法)，又可以利用浸漬法(泵浦方式)。作為像素電極507可以使用具有透光性的導電材料。例如，可以使用銦錫氧化物 (ITO)、含有氧化硅的銦錫氧化物(ITSO)、有機銦、有機錫、含有氧化鋅(ZnO)的銦鋅氧化物 (IZOdndium Zinc Oxide))、氧化鋅(ZnO)、含有鎵(Ga)的氧化鋅、氧化錫(SnO2)、含有氧 化鎢的銦氧化物、含有氧化鎢的銦鋅氧化物、含有氧化鈦的銦氧化物、含有氧化鈦的銦錫氧 化物等。另外，在本實施方式中，以透過型的液晶元件505為例子，所以與像素電極507同 樣，對置電極509也可以使用上述具有透光性的導電材料。在像素電極507和液晶508之間設置有取向膜511，并在對置電極509和液晶508 之間設置有取向膜512。取向膜511和取向膜512可以使用聚酰亞胺、聚乙烯醇等的有機樹 脂而形成，并對其表面進行了摩擦(rubbing)等用于使液晶分子向一定的方向配列的取向 處理。通過在對取向膜施加壓力的同時，使纏繞有尼龍等的布的滾筒轉動，而沿一定方向擦 磨上述取向膜的表面，可以進行摩擦處理。注意，也可以不進行取向處理，而使用氧化硅等 的無機材料通過蒸鍍法直接形成具有取向特性的取向膜511和取向膜512。另外，在基板513上與液晶元件505重疊地形成能夠透過特定波長區域的光的彩 色濾光片514。可以將分散有顏料的丙烯酸樹脂等的有機樹脂涂敷到基板513上，然后利用 光刻法選擇性地形成彩色濾光片514。此外，也可以將分散有顏料的聚酰亞胺樹脂涂敷到基 板513上，然后利用蝕刻法選擇性地形成彩色濾光片514。或者，也可以通過利用噴墨法等 的液滴噴射法選擇性地形成彩色濾光片514。
另外，在基板513上與光電二極管502重疊地形成能夠遮擋光的遮擋膜515。 通過設置遮擋膜515，可以防止透過基板513而入射到觸摸屏內的來自背光燈的光直接 照射到光電二極管502，并可以防止由于像素之間的液晶508的取向混亂而導致的旋錯 (disclination)被識別到。作為遮擋膜515可以使用碳黑、其氧化數比二氧化鈦小的低維 氧化鈦等的包含黑色顏料的有機樹脂。此外，也可以利用使用鉻的膜形成遮擋膜515。另外，在基板501的與形成有像素電極507的表面相反的表面上設置偏振片517， 并在基板513的與形成有對置電極509的表面相反的表面上設置偏振片518。來自背光燈的光如箭頭520所示那樣穿過液晶元件505照射到基板501 —側的檢 測對象521。而且，被檢測對象521反射的光如箭頭522所示那樣入射到光電二極管502。作為液晶元件，除了 TN(Twisted Nematic 扭轉向列)型之外，還可以采用 VA(Vertical Alignment 垂直定向)型、OCB(optically compensated Birefringence 光 學補償彎曲)型、IPSdn-Plane Switching:平面內切換)型等。注意，雖然在本實施方式 中以具有在像素電極507和對置電極509之間夾有液晶508的結構的液晶元件505為例子 進行了說明，但是根據本發明的一個方式的觸摸屏不局限于該結構。也可以使用如IPS型 那樣一對電極的雙方都設置在基板501 —側的液晶元件。另外，在本實施方式中示出了將薄膜半導體膜用于光電二極管502、晶體管503、 保持電容504的例子，但是，也可以使用單晶半導體基板、SOI基板等來形成光電二極管 502、晶體管503、保持電容504。根據上述方式，可以提供能夠高速攝像的觸摸屏。此外，可以提供能夠高速攝像的 觸摸屏的驅動方法。實施方式3在本實施方式中，參照圖6說明根據本發明的一個方式的觸摸屏的另一結構。圖6示出與實施方式2不同的觸摸屏的截面例子。在圖6所示的觸摸屏中，光電二 極管602與圖5所示的光電二極管502的不同之處在于，光電二極管602具有利用形成晶 體管503的柵極電極的導電膜而構成的遮擋膜603。由于光電二極管602具有遮擋膜603， 可以防止來自背光燈的光直接入射到具有i型導電性的區域(i層)中，所以可以有效地只 檢測出被檢測對象521反射的光。另外，在將橫向結型的pin 二極管用作光電二極管602的情況下，當形成具有ρ型 導電性的區域(P層)和具有η型導電性的區域(η層)時，通過使用遮擋膜603作為掩模， 可以以自對準的方式形成這些區域。這在形成微小光電二極管的情況下，是特別有效的，并 且這對減小像素尺寸和提高開口率有效。根據上述方式，可以提供能夠高速攝像的觸摸屏。此外，可以提供能夠高速攝像的 觸摸屏的驅動方法。實施方式4在本實施方式中，作為包括根據本發明的一個方式的觸摸屏的顯示裝置的一個例 子，參照圖8說明液晶顯示裝置的結構。圖8是表示液晶顯示裝置的結構的一例的透視圖，該液晶顯示裝置包括根據本發 明的一個方式的觸摸屏。圖8所示的液晶顯示裝置包括在一對基板之間形成有包括液晶 元件、光電二極管、薄膜晶體管等的像素的液晶面板1601 ；第一擴散板1602 ；棱鏡片1603 ；第二擴散板1604 ；導光板1605 ；反射板1606 ；具有多個光源1607的背光燈1608 ；電路基板 1609。將液晶面板1601、第一擴散板1602、棱鏡片1603、第二擴散板1604、導光板1605、 反射板1606按順序層疊。光源1607設置在導光板1605的端部，并且擴散到導光板1605 的內部的來自光源1607的光穿過第一擴散板1602、棱鏡片1603以及第二擴散板1604從 對置基板一側(液晶面板1601的設置有導光板1605等的一側)均勻性地照射到液晶面板 1601。注意，雖然在本實施方式中使用了第一擴散板1602和第二擴散板1604，但是擴散 板的數量不局限于此，還可以是單數或者三個以上。并且，只要將擴散板設置在導光板1605 和液晶面板1601之間，即可。因此，既可以只在比棱鏡片1603接近于液晶面板1601的一 側設置擴散板，又可以只在比棱鏡片1603接近于導光板1605的一側設置擴散板。此外，棱鏡片1603不局限于圖8所示的其截面是鋸齒狀的形狀，只要是具有能夠 將來自光導板1605的光聚焦到液晶面板1601 —側的形狀，即可。在電路基板1609中設置有生成輸入到液晶面板1601的各種信號的電路、或者對 這些信號進行處理的電路、對從液晶面板1601輸出的各種信號進行處理的電路等。并且， 在圖8中，電路基板1609與液晶面板1601通過FPC(柔性印刷電路)1611連接。注意，上 述電路可以利用COG (玻璃上芯片安裝)法連接到液晶面板1601，或者也可以利用COF (薄 膜上芯片安裝)法將上述電路的一部分連接到FPC1611。圖8表示在電路基板1609上設置有用于控制光源1607的驅動的控制類電路，并 且該控制類電路與光源1607通過FPC1610連接的例子。但是，上述控制類電路也可以形成 在液晶面板1601上，并且在此情況下，液晶面板1601與光源1607通過FPC等連接。注意，圖8例示在液晶面板1601的端部配置光源1607的邊緣照光型的光源，但是 根據本發明的一個方式的觸摸屏也可以是在液晶面板1601的正下方配置光源1607的正下 型。例如，當檢測對象的手指1612從TFT基板一側(夾持液晶面板1601與背光燈1608 相反一側)接近液晶面板1601時，來自背光燈1608的光穿過液晶面板1601，并且該光的一 部分被手指1612反射，而再次入射到液晶面板1601。按順序使對應于各個顏色的光源1607 發光，并獲得每個顏色的拍攝數據，來可以獲得檢測對象的手指1612的彩色拍攝數據。本實施方式可以與上述實施方式適當地組合而實施。實施方式5根據本發明的一個方式的觸摸屏具有能夠確保光傳感器的工作時間并且能夠高 速攝像的特征。此外，根據本發明的一個方式的觸摸屏具有能夠使光傳感器的工作穩定，并 且能夠高速攝像的特征。因此，對使用根據本發明的一個方式的觸摸屏的電子設備而言，通 過在電子設備的結構中追加觸摸屏，可以使其具有更高性能的應用。根據本發明的一個方式的觸摸屏可以適用于顯示裝置、筆記本式個人計算機、具 備記錄媒體的圖像再現裝置(典型地是，能夠再現記錄媒體如數字通用磁盤(DVD)等并具 有可以顯示其圖像的顯示器的裝置)中。此外，作為可以使用根據本發明的一個方式的觸 摸屏的電子設備，可以舉出移動電話、便攜式游戲機、便攜式信息終端、電子圖書、攝像機、 數碼相機、護目鏡型顯示器(頭盔顯示器)、導航系統、音頻再現裝置(車載音響、數字音頻播放器等)、復印機、傳真機、打印機、復合式打印機、自動取款機(ATM)、自動售貨機等。在本實施方式中，參照圖9A至9E說明使用根據本發明的一個方式的觸摸屏的電 子設備的一個例子。圖9A是顯示裝置，其包括框體5001、顯示部5002、支撐臺5003等。根據本發明的 一個方式的觸摸屏可以用于顯示部5002。通過將根據本發明的一個方式的觸摸屏用于顯 示部5002，可以獲得高分辨率的拍攝數據，從而可以提供具有更高性能的應用的顯示裝置。 另外，顯示裝置包括用于個人計算機、TV播放接收、廣告顯示等的所有用于信息顯示的顯示
裝置ο圖9B是便攜式信息終端，其包括框體5101、顯示部5102、開關5103、操作鍵5104、 紅外線端口 5105等。根據本發明的一個方式的觸摸屏可以用于顯示部5102。通過將根據 本發明的一個方式的觸摸屏用于顯示部5102，可以獲得高分辨率的拍攝數據，從而可以提 供具有更高性能的應用的便攜式信息終端。圖9C是自動取款機，其包括框體5201、顯示部5202、硬幣投入口 5203、紙幣投入口 5204、卡片放入口 5205、存款簿放入口 5206等。根據本發明的一個方式的觸摸屏可以用于 顯示部5202。通過將根據本發明的一個方式的觸摸屏用于顯示部5202，可以獲得高分辨率 的拍攝數據，從而可以提供具有更高性能的應用的自動取款機。而且，使用根據本發明的一 個方式的觸摸屏的自動取款機能夠以更高精度讀出用于生物認證的生物信息，諸如指紋、 臉、手形、掌紋和手靜脈的形狀、虹膜等。因此，可以減小在生物認證時本人被誤認為非本人 的本人拒絕率和別人被誤認為本人的別人接納率。圖9D是便攜式游戲機，其包括框體5301、框體5302、顯示部5303、顯示部5304、 麥克風5305、揚聲器5306、操作鍵5307、觸屏筆5308等。根據本發明的一個方式的觸摸屏 可以用于顯示部5303或顯示部5304。通過將根據本發明的一個方式的觸摸屏用于顯示部 5303或顯示部5304，可以獲得高分辨率的拍攝數據，從而可以提供具有更高性能的應用的 便攜式游戲機。另外，圖9D所示的便攜式游戲機具有顯示部5303和顯示部5304的兩個顯 示部，但是便攜式游戲機所具有的顯示部的數目不局限于此。圖9E是電子黑板，其包括框體5401、描畫部5402等。在電子黑板中，可以通過 觸屏筆5403或使用油性油墨的筆等，將文字或圖畫等的信息寫入描畫部5402。而且，電 子黑板可以通過利用光傳感器對寫入描畫部5402的信息進行電子數據化。當使用觸屏筆 5403時，寫入描畫部5402的信息被光傳感器電子數據化，然后，通過顯示元件顯示在描畫 部5402中。根據本發明的一個方式的觸摸屏可以用于描畫部5402。通過將根據本發明的 一個方式的觸摸屏用于描畫部5402，可以提取高分辨率的圖像數據，從而可以提供具有更 高性能的應用的電子黑板。本實施方式可以與上述實施方式適當地組合而實施。附圖標記100觸摸屏101像素電路102顯示元件控制電路103光傳感器控制電路104 像素
105顯示元件106光傳感器107顯示元件驅動電路
108顯示元件驅動電路109光傳感器讀出電路110光傳感器驅動電路201晶體管202保持電容203液晶元件204光電二極管205晶體管206晶體管207柵極信號線208光電二極管復位信號線209柵極信號線210視頻數據信號線211光傳感器輸出信號線212光傳感器基準信號線213柵極信號線300 電路30 Ip型晶體管302保持電容303預充電信號線401 信號402 信號403 信號404 信號405 信號501 基板502光電二極管503晶體管504保持電容505液晶元件506半導體膜507像素電極508 液晶509對置電極510導電膜511取向膜
512取向膜
513基板
514彩色濾光片
515遮擋膜
516間隔物
517偏振片
518偏振片
520箭頭
521檢測對象
522箭頭
602光電二極管
603遮擋膜
701信號
702信號
703信號
704信號
705信號
706信號
707信號
711信號
712信號
713信號
714信號
715信號
716信號
717信號
718期間
719期間
720期間
721期間
722期間
1001信號
1002信號
1003信號
1004信號
1005信號
1006信號
1007信號
1011信號
1012信號
1013信號
1014信號
1015信號
1016信號
1017信號

1018期間
1019期間
1020期間
1021期間
1022期間
1101信號
1102信號
1103信號
1104信號
1105信號
1106信號
1107信號
1111信號 1112信號
1113信號
1114信號
1115信號
1116信號
1117信號
1118期間

1119期間
1120期間
1121期間

1122期間
1601液晶面板
1602擴散板

1603棱鏡片 1604擴散板 1605導光板 1606反射板 1607光源
1608背光燈
1609電路基板
1610FPC
1611FPC
1612手指
5001框體
5002顯示部
5003支撐臺
5101框體
5102顯示部
5103開關
5104操作鍵
5105紅外線端口
5201框體
5202顯示部
5203硬幣投入口
5204紙幣投入口
5205卡片放入口
5206存款簿放入口
5301框體
5302框體
5303顯示部
5304顯示部
5305麥克風
5306揚聲器
5307操作鍵
5308觸屏筆
5401框體
5402描畫部
5403觸屏筆
本說明書根據2009年8月24日在日本專利局受理的日本專利申請編號2009-193216而制作，所述申請內容包括在本說明書中。
權利要求
1.一種觸摸屏的驅動方法，該觸摸屏至少包括第一像素和第二像素，每個像素包括具 有光電二極管、第一晶體管及第二晶體管的光傳感器，該驅動方法包括如下步驟將與所述第一像素中的所述光電二極管電連接的第一光電二極管復位信號線的電位 設定得對所述第一像素中的所述光電二極管施加正向偏壓；改變所述第二像素中的所述第二晶體管的柵極電位，以通過所述第二像素中的所述第 一晶體管和所述第二像素中的所述第二晶體管使光傳感器輸出信號線與光傳感器基準信 號線導通，來根據所述第二像素中的所述光電二極管的光電流改變所述光傳感器輸出信號 線的電位，其中所述第二像素中的所述光電二極管電連接到所述第二像素中的所述第一晶 體管的柵極，其中，用于所述設定步驟的期間和用于所述改變步驟的期間彼此不重疊。
2.根據權利要求1所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第二像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第二像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方。
3.根據權利要求1所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第二像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第二像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方。
4.根據權利要求1所述的觸摸屏的驅動方法，其中，利用所述第二像素中的所述光電二極管的光電流改變所述第二像素中的所述第 一晶體管的柵極電位。
5.一種觸摸屏的驅動方法，該觸摸屏至少包括第一像素、第二像素和第三像素，每個 像素包括具有光電二極管、第一晶體管及第二晶體管的光傳感器，該驅動方法包括如下步 驟將與所述第一像素中的所述光電二極管電連接的第一光電二極管復位信號線的電位 設定得對所述第一像素中的所述光電二極管施加正向偏壓；在所述設定所述第一光電二極管復位信號線的電位的步驟之后，改變所述第二像素中 的所述第二晶體管的柵極電位，以通過所述第二像素中的所述第一晶體管和所述第二像素 中的所述第二晶體管使光傳感器輸出信號線與光傳感器基準信號線導通，來根據所述第二 像素中的所述光電二極管的光電流改變所述光傳感器輸出信號線的電位，其中所述第二像 素中的所述光電二極管電連接到所述第二像素中的所述第一晶體管的柵極，在所述改變步驟之后，將與所述第三像素中的所述光電二極管電連接的第二光電二極 管復位信號線的電位設定得對所述第三像素中的所述光電二極管施加正向偏壓，其中所述 第三像素是沿行方向與所述第一像素相鄰的像素，其中，用于所述設定所述第一光電二極管復位信號線的電位的步驟的期間和用于所述 改變步驟的期間彼此不重疊。
6.根據權利要求5所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第二像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第二像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方。
7.根據權利要求5所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第二像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第二像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方。
8.根據權利要求5所述的觸摸屏的驅動方法，其中，利用所述第二像素中的所述光電二極管的光電流改變所述第二像素中的所述第 一晶體管的柵極電位。
9.一種觸摸屏的驅動方法，該觸摸屏至少包括第一像素、第二像素和第三像素，每個 像素包括具有光電二極管、第一晶體管及第二晶體管的光傳感器，該驅動方法包括如下步 驟改變所述第一像素中的所述第二晶體管的柵極電位，以通過所述第一像素中的所述第 一晶體管和所述第一像素中的所述第二晶體管使光傳感器輸出信號線與光傳感器基準信 號線導通，來根據所述第一像素中的所述光電二極管的光電流改變所述光傳感器輸出信號 線的電位，其中所述第一像素中的所述光電二極管電連接到所述第一像素中的所述第一晶 體管的柵極；在所述改變所述第一像素中的所述第二晶體管的柵極電位的步驟之后，將與所述第二 像素中的所述光電二極管電連接的光電二極管復位信號線的電位設定得對所述第二像素 中的所述光電二極管施加正向偏壓；在所述設定步驟之后，改變所述第三像素中的所述第二晶體管的柵極電位，以通過所 述第三像素中的所述第一晶體管和所述第三像素中的所述第二晶體管使光傳感器輸出信 號線與光傳感器基準信號線導通，來根據所述第三像素中的所述光電二極管的光電流改變 所述光傳感器輸出信號線的電位，其中所述第三像素中的所述光電二極管電連接到所述第 三像素中的所述第一晶體管的柵極，并且所述第三像素是沿行方向與所述第一像素相鄰的 像素，其中，用于所述設定步驟的期間和用于所述改變所述第一像素中的所述第二晶體管的 柵極電位的步驟的期間彼此不重疊。
10.根據權利要求9所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第一像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第一像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方。
11.根據權利要求9所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第一像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第一像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方。
12.根據權利要求9所述的觸摸屏的驅動方法，其中，利用所述第一像素中的所述光電二極管的光電流改變所述第一像素中的所述第 一晶體管的柵極電位。
13.一種觸摸屏的驅動方法，該觸摸屏至少包括第一像素和第二像素，每個像素包括具 有光電二極管、第一晶體管及第二晶體管的光傳感器，該驅動方法包括如下步驟將與所述第一像素中的所述光電二極管電連接的光電二極管復位信號線的電位設定 得對所述第一像素中的所述光電二極管施加正向偏壓；在所述設定步驟的同時，改變所述第二像素中的所述第二晶體管的柵極電位，以通過 所述第二像素中的所述第一晶體管和所述第二像素中的所述第二晶體管使光傳感器輸出 信號線與光傳感器基準信號線導通，來根據所述第二像素中的所述光電二極管的光電流改 變所述光傳感器輸出信號線的電位，其中所述第二像素中的所述光電二極管電連接到所述 第二像素中的所述第一晶體管的柵極。
14.根據權利要求13所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第二像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第二像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方。
15.根據權利要求13所述的觸摸屏的驅動方法，其中，所述光傳感器輸出信號線電連接到所述第二像素中的所述第一晶體管的源極和 漏極中的一方，并且，所述光傳感器基準信號線電連接到所述第二像素中的所述第二晶體管的源極和 漏極中的一方。
16.根據權利要求13所述的觸摸屏的驅動方法，其中，利用所述第二像素中的所述光電二極管的光電流改變所述第二像素中的所述第 一晶體管的柵極電位。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種能夠高速攝像的觸摸屏的驅動方法。本發明的觸摸屏包括多個像素，每個像素設置有具有光電二極管、第一晶體管及第二晶體管的光傳感器。各像素進行第一工作，即將與光電二極管電連接的光電二極管復位信號線的電位設定得對光電二極管施加正向偏壓；第二工作，即利用光電二極管的光電流改變第一晶體管的柵極電位；第三工作，即通過改變第二晶體管的柵極電位，而通過第一晶體管和第二晶體管使光傳感器輸出信號線與光傳感器基準信號線導通，來根據光電流改變光傳感器輸出信號線的電位。
文檔編號G06F3/042GK101996005SQ201010254428
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月13日 優先權日2009年8月24日
發明者池田隆之, 黑川義元 申請人:株式會社半導體能源研究所