CN101937291B - 触摸屏及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的之一在于提供具有高分辨率、高速工作、高灰度级的摄影功能的安装有A/D转换电路的触摸屏。一种触摸屏，包括：分别设置有显示元件和光传感器的多个像素；接收来自光传感器的第一电位的A/D转换器；以及读出电路，其中，所述A/D转换器包括振荡电路和计数电路，所述振荡电路根据所述第一电位改变要生成的第一信号的振荡频率，并且当从读出电路接收第二电位时停止振荡，所述计数电路生成具有根据所述振荡频率而决定的计数值的第二信号。

Description

触摸屏及其驱动方法

技术领域

本发明涉及具有触控传感器的触摸屏和其驱动方法。本发明特别涉及将具有触控传感器的像素配置为矩阵形状的触摸屏和其驱动方法。本发明还涉及具有该触摸屏的电子设备。

背景技术

近年来，安装有触控传感器的显示装置引人注目。安装有触控传感器的显示装置被称为触摸屏或触控荧幕等(下面简单地称为“触摸屏”)。触控传感器根据其工作原理的不同，有电阻膜式、静电容量式、光式等的方式。无论采用上述哪一种方式都可以通过使检测对象和显示装置接触或相近，来输入数据。

光式触控传感器通过将检测光的传感器(也称为“光传感器”)设置在触摸屏，而将显示屏幕还用作输入区域。作为具有这种光式触控传感器的装置的一例，可以举出通过配置有进行图像接收的密接型区域传感器而具备有图像接收功能的显示装置(例如，参照专利文献1)。在具有光式触控传感器的触摸屏中，从触摸屏发射光。当在触摸屏的任意位置存在着检测对象的情况下，存在着检测对象的区域的光被检测对象遮断，而其中一部分的光被反射。在触摸屏内的像素中设置有能够检测光的光电传感器(有时还称为“光电转换元件”)，通过该光电传感器检测被反射的光，能够知道在检测光的区域中存在着检测对象。

另外，正在研究开发具有个人识别功能等的移动电话、便携式信息终端等的电子设备(例如，参照专利文献2)。作为个人识别，利用指纹、脸、手形、掌纹和手静脉的形状等。在将个人识别功能提供在与显示部不同的部分中的情况下，会导致零部件个数的增多、电子设备的重量及价格的增大。

此外，在触控传感器的系统中，已知根据外光的亮度选择检测指头位置的图像处理方法的技术(例如，参照专利文献3)。

专利文献1日本专利申请公开2001-292276号公报

专利文献2日本专利申请公开2002-033823号公报

专利文献3日本专利申请公开2007-183706号公报

在将触摸屏用于具有个人识别功能的电子设备的情况下，需要将设置在触摸屏的各像素中的光传感器通过检测光而生成的电信号收集并进行图像处理。尤其是，为了实现具有高分辨率、高速工作能力的个人识别功能的电子设备，需要高效地收集多个光传感器提供的大量的数据。再者，为了实现高水平的个人识别功能，需要进行不是单色而是彩色且多级灰度的数据收集。此外，光传感器所生成的电信号是模拟信号，所以当进行图像处理时需要将模拟信号转换为数字信号(A/D转换)。也就是说，需要高处理量的A/D转换电路。然而，当为了实现高处理量，将A/D转换电路的电路规模增大时，触摸屏的显示区域变小。此外，当为了实现高处理量，将A/D转换电路的耗电量增大时，触摸屏的耗电量也增大。

发明内容

鉴于上述问题，所公开的本发明的一个方式的目的之一在于提供抑制电路规模并具有高分辨率的摄影功能的安装有A/D转换电路的触摸屏和其驱动方法。所公开的本发明的一个方式的目的之一还在于提供抑制电路规模并具有能够高速工作的摄影功能的安装有A/D转换电路的触摸屏和其驱动方法。所公开的本发明的一个方式的目的之一还在于提供抑制电路规模并具有高灰度的摄影功能的安装有A/D转换电路的触摸屏和其驱动方法。本发明的一个方式的目的之一还在于提供能够抑制耗电量的触摸屏和其驱动方法。

本发明的一个方式的触摸屏的第一结构为如下：分别在每一个像素中具有显示元件和光传感器，并且包括分别与多个像素的每一个相对应的A/D转换器以及光传感器的读出电路，其中该A/D转换器具有根据在读出电路中生成的输出电压改变振荡频率的振荡电路、将上述振荡电路的输出信号用作时钟信号的计数电路，并且将与上述读出电路的输出电压相对应的上述计数电路的计数值作为该A/D转换器的输出值。当确定A/D转换器的输出值时，通过改变上述读出电路的输出电压而停止上述振荡电路的振荡，来使A/D转换器的输出值稳定。

此外，本发明的一个方式的触摸屏还可以采用在上述第一结构的基础上还具有当上述振荡电路停止振荡时不进行输出信号的切换(toggle)的结构，这样便可以将上述振荡电路的输出用作A/D转换器的输出值的最下位。

本发明的一个方式的触摸屏的第二结构为如下：分别在每一个像素中具有显示元件和光传感器，并且包括分别与多个像素的每一个相对应的A/D转换器，其中该A/D转换器具有根据在光传感器的读出电路中生成的输出电压改变振荡频率的振荡电路、将上述振荡电路的输出信号用作时钟信号的计数电路，并且将与上述读出电路的输出电压相对应的上述计数电路的计数值作为该A/D转换器的输出值。

此外，本发明的一个方式中的触摸屏可以在具有上述第二结构的基础上，进一步具有在上述振荡电路中具有保持输出信号的电位的锁存电路的结构。当确定A/D转换器的输出值时，通过在上述锁存电路中保持上述振荡电路的输出信号的电位且停止上述计数电路的时钟信号，来可以使A/D转换器的输出值稳定。

此外，本发明的一个方式中的触摸屏还可以通过采用在具有上述第二结构的基础上，还具有在上述振荡电路中，当在上述锁存电路中保持输出信号时不进行输出信号的切换的结构，来将上述振荡电路的输出用作A/D转换器的输出值的最下位。

通过本发明，可以提供在确保显示区域的同时能够高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取的触摸屏。此外，还可以提供能够高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度的图像读取的触摸屏的驱动方法。此外，还可以提供安装有该触摸屏的高性能电子设备。

附图说明

图1是说明触摸屏的结构的图；

图2是说明触摸屏的结构的图；

图3是说明触摸屏的结构的图；

图4是说明触摸屏的结构的图；

图5是说明触摸屏的结构的图；

图6是说明触摸屏的结构的图；

图7是时序图；

图8是时序图；

图9是时序图；

图10是说明触摸屏的结构的图；

图11是触摸屏的截面图；

图12A至12E是使用触摸屏的电子设备的图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细说明实施方式。但是，本发明的实施方式可以通过多种不同的方式来实施，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围下可以被变换为各种各样的形式。因此，不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在用于说明实施方式的所有附图中，使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。

实施方式1

在本实施方式中，参照图1至图10说明触摸屏。

参照图1说明触摸屏的结构。触摸屏100具有像素电路101、显示元件控制电路102及光传感器控制电路103。像素电路101具有在行列方向上配置为矩阵状的多个像素104。每个像素104具有显示元件105和光传感器106。

显示元件105包括薄膜晶体管(Thin Film Transistor：TFT)、保持电容、具有液晶层的液晶元件、彩色滤光片等。并且利用通过对液晶层施加电压而使偏光方向改变的现象来形成透过液晶层的光的明暗(灰度)，从而实现图像显示。作为透过液晶层的光，使用外部光或从液晶显示装置的背面照射的来自光源(背光灯)的光。此外，通过使透过液晶层的光经过彩色滤光片，可以形成特定颜色(例如，红(R)、绿(G)、蓝(B))的灰度，从而可以实现彩色图像显示。保持电容具有保持相当于施加到液晶层的电压的电荷的功能。薄膜晶体管具有控制对保持电容注入电荷或排出电荷的功能。

注意，虽然说明了显示元件105具有液晶元件的情况，但是显示元件105也可以具有发光元件等的其他元件。发光元件是亮度由电流或电压控制的元件，可以具体地举出发光二极管、OLED(有机发光二极管，Organic Light Emitting Diode)等。

光传感器106具有光电二极管和薄膜晶体管，所述光电二极管是具有通过接受光来发射电信号的功能的元件。另外，作为光传感器106所接受的光，可以利用外部光或来自背光灯的光照射到检测对象时的反射光或透过光。在此，将具有通过使用彩色滤光片发射红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)中任一种颜色的光的功能的像素104分别称为R像素、G像素、B像素。另外，可以利用R像素、G像素、B像素中的光传感器分别检测对检测对象照射外部光或来自背光灯的光时的反射光或透过光中的红(R)色成分、绿(G)色成分、蓝(B)色成分。

显示元件控制电路102是用来控制显示元件105的电路，并且它包括通过视频数据信号线等的信号线(也称为“源极信号线”)对显示元件105输入信号的显示元件驱动电路107、通过扫描线(也称为“栅极信号线”)对显示元件105输入信号的显示元件驱动电路108。例如，扫描线一侧的显示元件驱动电路108具有选择配置在特定的行的像素所具有的显示元件的功能。此外，信号线一侧的显示元件驱动电路107具有对被选择的行的像素所具有的显示元件105提供任意电位的功能。另外，在被扫描线一侧的显示元件驱动电路108施加高电位的显示元件105中，薄膜晶体管成为导通状态，并接收由信号线一侧的显示元件驱动电路107提供的电荷。

光传感器控制电路103是用来控制光传感器106的电路，并且它包括如光传感器输出信号线、光传感器基准信号线等的信号线一侧的光传感器读取电路109以及扫描线一侧的光传感器驱动电路110。例如，扫描线一侧的光传感器驱动电路110具有选择配置在特定的行的像素所具有的光传感器106的功能。此外，信号线一侧的光传感器读取电路109具有提取被选择的行的像素所具有的光传感器106的输出信号的功能。

利用图2说明像素104的电路图。像素104包括具有晶体管201、保持电容202和液晶元件203的显示元件105以及具有光电二极管204、晶体管205和晶体管206的光传感器106。

晶体管201的栅极与栅极信号线207电连接，其源极和漏极中的一个与视频数据信号线210电连接，源极和漏极中的另一个与保持电容202的一个电极以及液晶元件203的一个电极电连接。保持电容202的另一个电极和液晶元件203的另一个电极保持为恒定的电位。液晶元件203是包括一对电极和该一对电极之间的液晶层的元件。

当对栅极信号线207施加高电平的电位“H”时，晶体管201向保持电容202和液晶元件203施加视频数据信号线210的电位。保持电容202保持施加的电位。液晶元件203根据施加的电位改变光透过率。

光电二极管204的一个电极与光电二极管复位信号线208电连接，另一个电极与晶体管205的栅极电连接。晶体管205的源极和漏极中的一个与光传感器输出信号线211电连接，晶体管205的源极和漏极中的另一个与晶体管206的源极和漏极中的一个电连接。晶体管206的栅极与栅极信号线209电连接，晶体管206的源极和漏极中的另一个与光传感器基准信号线212电连接。

接下来，使用图3说明光传感器读出电路109的结构。

光传感器读出电路109包括第一A/D转换器(下面称为第一ADC)301至第九ADC309、ADC控制电路310和第一备用读出电路341至第九备用读出电路349，并且具有第一光传感器信号线311至第九光传感器信号线319、光传感器读出电路109的输出信号线320、第一ADC输出信号线321至第九ADC输出信号线329、第一ADC控制信号线331至第九ADC控制信号线339以及第一备用读出电路控制信号线351至第九备用读出电路控制信号线359。第一光传感器信号线311至第九光传感器信号线319分别连接到像素电路101的一列的像素104所具有的光传感器输出信号线211。

ADC控制电路310利用第一ADC输出信号线321至第九ADC输出信号线329的每一个的电位产生输出到光传感器读出电路109的输出信号线320的电位。具体来说，选择第一ADC输出信号线321至第九ADC输出信号线329中的一个，将该信号线的电位输出到输出信号线320。另外，ADC控制电路310产生分别输出到第一ADC控制信号线331至第九ADC控制信号线339的电位以及分别输出到第一备用读出电路控制信号线351至第九备用读出电路控制信号线359的电位。

接下来，详细说明第一ADC301至第九ADC309的结构。下面，作为其典型例子，使用图4说明第一ADC301的结构。

第一ADC301具有电压控制振荡电路(下面称为VCO)401和计数电路402。根据第一光传感器信号线311的电位，VCO401的输出信号所具有的高电位“H”和低电位“L”的切换(“H”到“L”或者“L”到“H”的变化)周期变化。VCO401的输出信号被输出到输出信号线403。在此，VCO401的振荡频率为每单位时间的切换数的一半。另外，VCO401可以与第一光传感器信号线311的电位无关地利用从停止信号线404供给的停止信号来使其输出信号为一定值。例如，停止信号为“H”时，可以使输出信号为“L”。

计数电路402通过将VCO401的输出信号用作时钟信号而工作，并且根据VCO401的振荡频率，计数电路402的计数值增大。通过利用从复位信号线405供给的复位信号，可以将计数电路402的计数值设定为起始值。例如，复位信号为“H”时，可以将计数值设定为起始值“0”。另外，根据从设定信号线406供给的设定信号，计数电路402的计数值作为数字值被输出到第一ADC输出信号线321。例如，可以将设定信号从“L”变为“H”时的计数电路402的计数值作为数字值输出到第一ADC输出信号线321。

停止信号线404、复位信号线405和设定信号线406相当于第一ADC控制信号线331。

在此，假设在第一光传感器信号线311的电位高(低)时，VCO401的振荡频率低(高)。由于计数电路402利用低(高)频率的时钟信号而工作，所以在一定时间内的计数值为低(高)。因此，输出到第一ADC输出信号线321的数字值为低(高)。就是说，与模拟值的第一光传感器信号线311的电位相对应的数字值被输出，从而可知进行了A/D转换。

接下来，利用图5说明VCO401和计数电路402的一例。图5的VCO401由或非电路500、第一n型TFT501至第六n型TFT506、第一p型TFT507至第十二p型TFT518构成。图5所示的VCO401具有第一光传感器信号线311的电位越低，振荡频率越增大的结构。另外，通过将停止信号线404设定为“H”，与第一光传感器信号线311的电位无关地使输出信号为“L”。第一n型TFT501、第一p型TFT507和第七p型TFT513构成第一电压控制非电路。通过利用第一光传感器信号线311的电位控制第七p型TFT513的栅极电压，改变第七p型TFT513的驱动能力，而改变第一电压控制非电路的延迟时间。与此同样，第二n型TFT502至第六n型TFT506、第二p型TFT508至第六p型TFT512以及第八p型TFT514至第十二p型TFT518构成第二电压控制非电路至第六电压控制非电路。

在图5中采用具有或非电路500和第一电压控制非电路至第六电压控制非电路的七级结构的VCO401，但是只要是奇数级的结构，就可以构成其他级数的VCO。另外，当采用具有第一光传感器信号线311的电位越高，振荡频率越增大的结构的VCO时，电压控制非电路采用通过利用第一光传感器信号线311的电位控制n型TFT的栅极电压的结构，即可。再者，通过将或非电路替换为非与电路，可以构成如下VCO：在停止信号线404为“L”时，与第一光传感器信号线311的电位无关，输出信号为“H”。

另一方面，图5所示的计数电路402由第一具有复位功能的触发器519至第四具有复位功能的触发器522、第一触发器523至第四触发器526以及第一非电路527至第四非电路530构成。第一具有复位功能的触发器519至第四具有复位功能的触发器522以及第一非电路527至第四非电路530构成4位异步计数器。异步计数器的计数值中的第0位至第3位的数值被输出到信号线531至信号线534。通过使复位信号线405为“H”，异步计数器的计数值为起始值“0000”。此外，异步计数器利用从输出信号线403供给的VCO401的输出信号作为时钟信号而工作。

在设定信号线406的电位从“L”变为“H”时，异步计数器的计数值存储到第一触发器523至第四触发器526，且作为数字值输出到第0位信号线535至第3位信号线538。第0位信号线535至第3位信号线538构成第一ADC输出信号线321。

注意，在图5中采用计数电路402具有4位异步计数器和4位触发器的结构，但是也可以以任意位数构成计数电路。另外，也可以使用同步计数器而代替异步计数器。异步计数器可以减少高速工作的触发器的数量，因此适合于低功耗化。另外，为了获取计数器的计数值，使用设定信号线406的电位从“L”变为“H”，即，在设定信号的上升边工作的触发器，但是也可以使用在设定信号的下降边工作的触发器。再者，也可以使用在设定信号为“H”或“L”时工作的电平敏感锁存器。

接下来，详细说明第一备用读出电路341至第九备用读出电路349的结构。下面，作为典型例子，使用图6说明第一备用读出电路341的结构。图6所示的第一备用读出电路341具有p型TFT601和保持电容602。

在第一备用读出电路341中，在像素内的光传感器工作之前将光传感器信号线的电位设定为基准电位。在图6中，通过使第一备用读出电路控制信号线351为“L”，可以将光传感器信号线311设定为作为基准电位的高电位。注意，当第一光传感器信号线311的寄生电容大时，就不需要设置保持电容602。另外，也可以采用基准电位为低电位的结构。在此情况下，通过利用n型TFT而代替p型TFT601，并使第一备用读出电路控制信号线351为“H”，可以将第一光传感器信号线311设定为作为基准电位的低电位。

接下来，使用图7的时序图说明本触摸屏的光传感器的读出动作。在图7中，信号701至信号704相当于图2的光电二极管复位信号线208、与晶体管206的栅极连接的栅极信号线209、与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213、光传感器输出信号线211的电位。另外，信号705相当于图6的备用读出电路控制信号线351的电位。而且，信号706至信号717分别相当于图5的停止信号线404、VCO的输出信号线403、复位信号线405、信号线531至信号线534、设定信号线406、第0位信号线535至第3位信号线538的电位。

在此考虑如下情况：当对第一期间721和第二期间722进行比较时，第二期间722的对光电二极管照射的光强于第一期间的光。注意，第一期间721和第二期间722的VCO401的振荡周期分别为TVCO1、TVCO2。也就是说，第一期间721和第二期间722的振荡频率分别为1/TVCO1、1/TVCO2。此处，TVCO1＞TVCO2。

首先，对第一期间721进行说明。在时刻A1处，当将光电二极管复位信号线208的电位(信号701)设定为“H”时，光电二极管204导通，并且与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号703)成为“H”。另外，当将备用读出电路控制信号线351的电位(信号705)的电位设定为“L”时，光传感器输出信号线211的电位(信号704)被预充电到“H”。

在时刻B1处，当将光电二极管复位信号线208的电位(信号701)设定为“L”时，由于光电二极管204的截止电流，与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号703)开始下降。当照射光时，光电二极管204的截止电流增大，因此与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号703)根据照射光量而变化。也就是说，晶体管205的源极和漏极之间的电流变化。

在时刻C1处，当将栅极信号线209的电位(信号702)设定为“H”时，晶体管206导通，并且光传感器基准信号线212与光传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206导通。于是，光传感器输出信号线211的电位(信号704)下降。注意，在时刻C1之前，将备用读出电路控制信号线351的电位(信号705)设定为“H”，来结束光传感器输出信号线211的预充电。在此，光传感器输出信号线211的电位(信号704)的下降速度取决于晶体管205的源极和漏极之间的电流。也就是说，光传感器输出信号线211的电位(信号704)的下降速度根据照射光电二极管204的光量而变化。

在时刻D1处，当将栅极信号线209的电位(信号702)设定为“L”时，晶体管206截止，并且在时刻D1之后，光传感器输出信号线211的电位(信号704)为一定值。

在时刻E1处，当将停止信号线404的电位(信号706)从“H”改变为“L”时，VCO401以与光传感器输出信号线211的电位(信号704)相对应的振荡频率开始振荡，其输出信号为如信号707那样。

在时刻F1处，当将复位信号线405的电位(信号708)从“H”改变为“L”时，异步计数器开始计数。复位信号线405为“H”时，异步计数器被设定为起始值“0000”，由此信号线531至信号线534的电位(信号709至信号712)都为“L”。此外，通过使复位信号线405的电位(信号708)从“H”改变为“L”的时序比停止信号线404的电位(信号706)从“H”改变为“L”的时序还早或者将两者设定为相同的时刻，可以延长异步计数器的计数期间，从而可以实现高处理量的ADC，所以是优选的。

在时刻G1处，当将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为“H”时，异步计数器的计数值，即，信号线531至信号线534的值存储在第一触发器523至第四触发器526中，并且，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号714至信号717)变化。此处，第0位信号线535至第三位信号线538的电位为“H”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相当于7。

接下来，对第二期间722进行说明。在时刻A2、B2、C2、D2、E2、F2处的信号与时刻A1、B1、C1、D1、E1、F1处的信号的不同是由于对光电二极管照射的光的强度不同而发生的。具体来说，第二期间722的光强度较强，由此，对于与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号703)的下降而言，时刻B2以后的下降快于时刻B1以后的下降。因此，对于光传感器输出信号线211的电位(信号704)而言，时刻D2的电位低于时刻D1的电位。由此，对于VCO401的输出信号(信号707)的振荡频率而言，时刻E2以后的振荡频率高于时刻E1以后的振荡频率。

再者，在时刻G2处，当将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为“H”时，异步计数器的计数值，即，信号线531至信号线534的值存储在第一触发器523至第四触发器526中，并且，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号714至信号717)变化。此处，第0位信号线535至第三位信号线538的电位为“L”、“L”、“L”、“L”。其转换为十进制时相当于0。

由此引起了如下矛盾：尽管对光电二极管照射的光较强，但是第二期间722的ADC的输出值比第一期间721的ADC的输出值更小。造成这种错误工作的原因可以说明为如下。亦即，当利用图5所示的结构时，用于驱动异步计数器的时钟信号，即，VCO401的输出信号(信号707)与从设定信号线406供给的设定信号(信号713)不相同步。因此，有可能当异步计数器的计数值正在变化时，该计数值存储在第一触发器523至第四触发器526中。在此情况下，错误的数据输出到第一ADC输出信号线321。

于是，作为根据本发明的一个方式的第一结构，公开下面所述那样的驱动方法。就是说，在即将在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值之前，进行光传感器输出信号线211的预充电。使用图8说明本驱动方法。

图8与图7的不同之处在于：在时刻H1及H2处，将备用读出电路控制信号线351的电位(信号805)的电位设定为“L”，来进行光传感器输出信号线211的预充电。此时，光传感器输出信号线211的电位成为如信号804那样。当进行光传感器输出信号线211的预充电时，VCO401的振荡停止，并且，输出信号线403的电位如信号807那样继续保持为一定即时刻H1和时刻H2近前的值。

接下来，在时刻G1和G2处，将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为“H”，来在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值，即，信号线531至信号线534的电位(信号809至信号812)。在第一期间721中，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号814至信号817)为“L”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相当于6。另一方面，在第二期间722中，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号814至信号817)为“H”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相当于7。也就是说，可知可以获得如下正确的结果：对光电二极管照射的光较强的第二期间722的ADC的输出值小于第一期间721的ADC的输出值。

或者，作为根据本发明的一个方式的第二结构，公开如图10所示那样的驱动方法。就是说，对ADC301追加锁存信号线900。注意，锁存信号线900、停止信号线404、复位信号线405和设定信号线406相当于第一ADC控制信号线331。另外，对VCO401追加锁存电路901。此处，表示由模拟开关902、时钟反相器903、反相器904、反相器905构成锁存电路901的例子。

当锁存信号线900的电位为“H”时，锁存电路901输出信号线906的电位作为输出信号线403的电位。另外，当锁存信号线900的电位为“L”时，锁存电路901输出从“H”变为“L”时的信号线906的电位作为输出信号线403的电位。

在此，在即将在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值之前，将锁存信号线900的电位设定为“L”。使用图9说明本驱动方法。在图9中，使用与图7的信号701至信号705相同的信号，在此省略描述。而且，在图9中，对图7的结构追加有锁存信号线900的电位(信号800)和信号线906的电位(信号801)。

在图9中，首先，在时刻E1和时刻E2之前，即，在将停止信号线404的电位(信号706)从“H”改变为“L”来使VCO401振荡之前，将锁存信号线的电位(信号800)设定为“H”。

接着，在时刻H1和H2处，通过将锁存信号线900的电位(信号800)设定为“L”，输出信号线403的电位(信号807)继续保持为一定即时刻H1和时刻H2近前的信号线906的电位(信号801)。

接下来，在时刻G1和G2处，将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为“H”，来在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值，即，信号线531至信号线534的电位(信号809至信号812)。在第一期间721中，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号814至信号817)为“L”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相当于6。另一方面，在第二期间722中，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号814至信号817)为“H”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相当于7。也就是说，可知可以获得如下正确的结果：对光电二极管照射的光较强的第二期间722的ADC的输出值小于第一期间721的ADC的输出值。

另外，通过利用图8或图9所示的时序图的驱动方法，可以使用VCO401的输出信号作为异步计数器的最下位。在此情况下，可以增加位数而无需安装追加的电路，从而可以实现高精度、低功耗的ADC，所以该结构是优选的。再者，通过使复位信号线405的电位(图8或图9的信号708)从“H”改变为“L”的时序比停止信号线404的电位(图8或图9的信号706)从“H”改变为“L”的时序还早或者将两者设定为相同的时刻，对于最下位即VCO401的输出信号而言，起始值为“L”，并大约半个周期(TVCO/2)之后变为“H”，从而可以提高ADC的精度。

在本发明的一个方式中，使用具有VCO和计数电路的A/D转换器，由此，例如与使用具有比较电路、寄存器电路和D/A转换电路的逐次比较型A/D转换器的情况相比，可以抑制电路规模。也就是说，可以确保触摸屏的显示区域。另外，当将VCO的输出用作计数器的最下位时，可以在抑制功耗的同时实现高处理量的A/D转换器。从而，可以提供在能够确保显示区域的同时能够高速且低功耗地进行高分辨率、高灰度级的图像读取的触摸屏。另外，可以提供高性能的触摸屏的驱动方法。

实施方式2

在本实施方式中说明根据本发明的一个方式的触摸屏的截面结构。

作为一个实例，图11表示触摸屏的截面图。图11所示的触摸屏在具有绝缘表面的基板1001上设置有光电二极管1002、晶体管1003、保持电容1004、液晶元件1005。

光电二极管1002和保持电容1004可以在制造晶体管1003的步骤中与晶体管1003一起形成。光电二极管1002是横向结型的pin二极管，其中，光电二极管1002所具有的半导体膜1006包括具有p型导电性的区域(p层)和具有i型导电性的区域(i层)和具有n型导电性的区域(n层)。注意，在本实施方式中，示出了光电二极管1002为pin二极管的情况，但是光电二极管也可以是pn二极管。通过将赋予p型的杂质和赋予n型的杂质分别添加到半导体膜1006的特定区域中，可以形成横向结型的pin结或pn结。

另外，在本实施方式中示出了光电二极管1002为在不同的区域中形成有p层和n层的横向结型的情况，但是，光电二极管1002也可以为p层和n层沿与基板1001垂直的方向重叠的纵向结型。纵向结型的pin结可以通过层叠具有p型导电性的半导体膜、具有i型导电性的半导体膜和具有n型导电性的半导体膜而形成。与此同样，纵向结型pn结可以通过层叠具有p型导电性的半导体膜和具有n型导电性的半导体膜而形成。

液晶元件1005包括像素电极1007、液晶1008和对置电极1009。像素电极1007被形成在基板1001上，并通过导电膜1010电连接到晶体管1003及保持电容1004。而且，对置电极1009被形成在基板1013上，并在像素电极1007和对置电极1009之间夹有液晶1008。注意，在本实施方式中，未图示用于光传感器的晶体管，但是该晶体管也可以在制造晶体管1003的步骤中与晶体管1003一起形成在基板1001上。

像素电极1007和对置电极1009之间的单元间隙可以利用间隔物1016而控制。在图11中，使用通过光刻法选择性地形成的柱状间隔物1016来控制单元间隙，但是，也可以通过将球状间隔物分散在像素电极1007和对置电极1009之间来控制单元间隙。

另外，液晶1008在基板1001和基板1013之间被密封材料围绕。作为液晶1008的注入方法，既可以利用分配器法(滴落法)，又可以利用浸渍法(泵浦方式)。

作为像素电极1007可以使用具有透光性的导电材料。例如，可以使用铟锡氧化物(ITO)、含有氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)、有机铟、有机锡、氧化锌、含有氧化锌(ZnO)的铟锌氧化物(IZO(Indium ZincOxide))、含有镓(Ga)的氧化锌、氧化锡(SnO₂)、含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物等。

另外，在本实施方式中，以透过型的液晶元件1005为例子，所以与像素电极1007同样，对置电极1009可以使用上述具有透光性的导电材料。

在像素电极1007和液晶1008之间设置有取向膜1011，并在对置电极1009和液晶1008之间设置有取向膜1012。取向膜1011和取向膜1012可以使用聚酰亚胺、聚乙烯醇等的有机树脂而形成，并对其表面进行了摩擦(rubbing)等用于使液晶分子向一定的方向配列的取向处理。通过在对取向膜施加压力的同时，使缠绕有尼龙等的布的滚筒转动，而沿一定方向擦磨上述取向膜的表面，可以进行摩擦处理。注意，也可以不进行取向处理，而使用氧化硅等的无机材料通过蒸镀法直接形成具有取向特性的取向膜1011和取向膜1012。

另外，在基板1013上与液晶元件1005重叠地形成能够透过特定波长区域的光的彩色滤光片1014。可以将分散有颜料的丙烯酸树脂等的有机树脂涂敷到基板1013上，然后利用光刻法选择性地形成彩色滤光片1014。此外，也可以将分散有颜料的聚酰亚胺树脂涂敷到基板1013上，然后利用蚀刻法选择性地形成彩色滤光片1014。或者，也可以通过利用喷墨法等的液滴喷射法选择性地形成彩色滤光片1014。

另外，在基板1013上与光电二极管1002重叠地形成能够遮挡光的遮挡膜1015。通过设置遮挡膜1015，可以防止透过基板1013而入射到触摸屏内的来自背光灯的光直接照射到光电二极管1002，并可以防止由于像素之间的液晶1008的取向混乱而导致的旋错(disclination)被识别到。作为遮挡膜1015可以使用碳黑、低维氧化钛等的包含黑色颜料的有机树脂。此外，也可以利用使用铬的膜形成遮挡膜1015。

另外，在基板1001的与形成有像素电极1007的表面相反的表面上设置偏振片1017，并在基板1013的与形成有对置电极1009的表面相反的表面上设置偏振片1018。

来自背光灯的光如箭头1020所示那样通过液晶元件1005照射到基板1001一侧的检测对象1021。而且，在检测对象1021上反射的光如箭头1022所示那样入射到光电二极管1002。

作为液晶元件，除了TN(Twisted Nematic：扭转向列)型之外，还可以采用VA(Virtical Alignment：垂直定向)型、OCB(opticallycompensated Birefringence：光学补偿弯曲)型、IPS(In-PlaneSwitching：平面内切换)型等。注意，虽然在本实施方式中以具有在像素电极1007和对置电极1009之间夹有液晶1008的结构的液晶元件1005为例子进行了说明，但是根据本发明的一个方式的触摸屏不局限于该结构。也可以使用如IPS型那样一对电极的双方都设置在基板1001一侧的液晶元件。

另外，在本实施方式中示出了使用薄膜半导体膜形成光电二极管1002、晶体管1003、保持电容1004的例子，但是，也可以使用单晶半导体基板、SOI基板等来形成光电二极管1002、晶体管1003、保持电容1004。

实施例1

根据本发明的一个方式的触摸屏具有能够高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取的特征。因此，通过对使用根据本发明的一个方式的触摸屏的电子设备的结构中追加触摸屏，可以使其具有更高性能的应用。尤其是，在难以一直接受电力的供给的便携型电子设备的情况下，通过对其结构中追加触摸屏，除了上述优点，即，可以使其具有更高性能的应用之外，还可以获得连续使用时间延长的优点。本发明的触摸屏可以适用于显示装置、笔记本式个人计算机、具备记录媒体的图像再现装置(典型地是，能够再现记录媒体如数字通用磁盘(DVD)等并具有可以显示其图像的显示器的装置)中。此外，作为可以使用根据本发明的一个方式的触摸屏的电子设备，可以举出移动电话、便携式游戏机、便携式信息终端、电子图书、摄像机、数码相机、护目镜型显示器(头盔显示器)、导航系统、音频再现装置(车载音响、数字音频播放器等)、复印机、传真机、打印机、复合式打印机、自动取款机(ATM)、自动售货机等。图12A至12E示出这些电子设备的具体例子。

图12A是显示装置，其包括框体5001、显示部5002、支撑台5003等。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用于显示部5002。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于显示部5002，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以提供具有更高性能的应用的显示装置。另外，显示装置包括用于个人计算机、TV播放接收、广告显示等的所有用于信息显示的显示装置。

图12B是便携式信息终端，其包括框体5101、显示部5102、开关5103、操作键5104、红外线端口5105等。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用于显示部5102。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于显示部5102，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以提供具有更高性能的应用的便携式信息终端。

图12C是自动取款机，其包括框体5201、显示部5202、硬币投入口5203、纸币投入口5204、卡片放入口5205、存款簿放入口5206等。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用于显示部5202。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于显示部5202，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以提供具有更高性能的应用的自动取款机。而且，使用根据本发明的一个方式的触摸屏的自动取款机能够以更高精度读出用于生物认证的生物信息，诸如指纹、脸、手形、掌纹和手静脉的形状、虹膜等。因此，可以减小在生物认证时本人被误认为非本人的本人拒绝率和别人被误认为本人的别人接纳率。

图12D是便携式游戏机，其包括框体5301、框体5302、显示部5303、显示部5304、麦克风5305、扬声器5306、操作键5307、触屏笔5308等。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用于显示部5303或显示部5304。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于显示部5303或显示部5304，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以提供具有更高性能的应用的便携式游戏机。另外，图12D所示的便携式游戏机具有显示部5303和显示部5304的两个显示部，但是便携式游戏机所具有的显示部的数目不局限于此。

图12E是電子黑板，其包括框体5401、描画部5402等。在电子黑板中，可以通过触屏笔5403或使用油性油墨的笔等，将文字或图画等的信息写入描画部5402。而且，电子黑板可以通过利用光传感器对写入描画部5402的信息进行电子数据化。当使用触屏笔5403时，写入描画部5402的信息被光传感器电子数据化，然后，通过显示元件显示在描画部5402中。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用于描画部5402。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于描画部5402，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以提供具有更高性能的应用的电子黑板。

本实施例可以与上述实施方式或上述实施例适当地组合而实施。

附图标记

100触摸屏

101像素电路

102显示元件控制电路

103光传感器控制电路

104像素

105显示元件

106光传感器

107显示元件驱动电路

108显示元件驱动电路

109电路

110光传感器驱动电路

201晶体管

202保持电容

203液晶元件

204光电二极管

205晶体管

206晶体管

207栅极信号线

208光电二极管复位信号线

209栅极信号线

210视频数据信号线

211光传感器输出信号线

212光传感器基准信号线

213栅极信号线

301ADC

309ADC

310ADC控制电路

311光传感器信号线

319光传感器信号线

320输出信号线

321ADC输出信号线

329ADC输出信号线

331ADC控制信号线

339ADC控制信号线

341备用读出电路

349备用读出电路

351备用读出电路控制信号线

359备用读出电路控制信号线

401VCO

402计数电路

403输出信号线

404停止信号线

405复位信号线

406设定信号线

500或非电路

501n型TFT

502n型TFT

506n型TFT

507p型TFT

508p型TFT

512p型TFT

513p型TFT

514p型TFT

518p型TFT

519触发器

522触发器

523触发器

526触发器

527非电路

530非电路

531信号线

534信号线

535位信号线

538位信号线

601p型TFT

602保持电容

701信号

702信号

703信号

704信号

705信号

706信号

707信号

708信号

709信号

712信号

713信号

714信号

717信号

721期间

722期间

800信号

801信号

804信号

805信号

807信号

809信号

812信号

814信号

817信号

900锁存信号线

901锁存电路

902模拟开关

903时钟反相器

904反相器

905反相器

906信号线

1001基板

1002光电二极管

1003晶体管

1004保持电容

1005液晶元件

1006半导体膜

1007像素电极

1008液晶

1009对置电极

1010导电膜

1011取向膜

1012取向膜

1013基板

1014彩色滤光片

1015遮挡膜

1016间隔物

1017偏振片

1018偏振片

1020箭头

1021检测对象

1022箭头

5001框体

5002显示部

5003支撑台

5101框体

5102显示部

5103开关

5104操作键

5105红外线端口

5201框体

5202显示部

5203硬币投入口

5204纸币投入口

5205卡片放入口

5206存款簿放入口

5301框体

5302框体

5303显示部

5304显示部

5305麦克风

5306扬声器

5307操作键

5308触屏笔

5401框体

5402描画部

5403触屏笔

本说明书根据2009年6月25日在日本专利局受理的日本专利申请编号2009-150601及2009-150602而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims (24)

1.一种触摸屏，包括：

分别包括显示元件和光传感器的多个像素；以及

接收来自所述光传感器的第一电位的A/D转换器，该A/D转换器包括振荡电路和计数电路，

其中，所述振荡电路生成具有根据所述第一电位而决定的振荡频率的第一信号，

并且，所述计数电路生成具有根据所述振荡频率而决定的计数值的第二信号。

2.根据权利要求1所述的触摸屏，

其中，所述振荡电路当接收第二电位时开始振荡，

并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半，

并且，将所述第一信号用作所述A/D转换器的最下位。

3.根据权利要求1所述的触摸屏，

其中，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件，

并且，所述光传感器包括光电二极管，

并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。

4.一种触摸屏，包括：

分别包括显示元件和光传感器的多个像素；以及

接收来自所述光传感器的第一电位的A/D转换器，该A/D转换器包括振荡电路和计数电路，

其中，所述振荡电路包括锁存电路，

所述振荡电路生成具有根据所述第一电位而决定的振荡频率的第一信号，并且通过向所述锁存电路供给第二电位来保持所述第一信号的电位，

并且，所述计数电路生成具有根据所述振荡频率而决定的计数值的第二信号。

5.根据权利要求4所述的触摸屏，

其中，所述振荡电路当接收第三电位时开始振荡，

并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半，

并且，通过向所述锁存电路供给所述第二电位来保持所述第一信号的电位，并且将所保持的电位用作所述A/D转换器的最下位。

6.根据权利要求4所述的触摸屏，

其中，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件，

并且，所述光传感器包括光电二极管，

并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。

7.一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括根据权利要求4所述的触摸屏。

8.一种触摸屏的驱动方法，包括如下步骤：

将来自多个像素的每一个所具有的光传感器的第一电位供给到A/D转换器，

通过所述A/D转换器所具有的振荡电路生成第一信号，该第一信号具有根据所述第一电位而决定的振荡频率，以及

通过所述A/D转换器所具有的计数电路生成第二信号，该第二信号具有根据所述振荡频率而决定的计数值。

9.根据权利要求8所述的触摸屏的驱动方法，

其中，所述振荡电路当接收第二电位时开始振荡，

并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半，

并且，将所述第一信号用作所述A/D转换器的最下位。

10.根据权利要求8所述的触摸屏的驱动方法，

其中，所述多个像素的每一个包括显示元件和所述光传感器，

并且，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件，

并且，所述光传感器包括光电二极管，

并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。

11.根据权利要求8所述的触摸屏的驱动方法，

其中，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半。

12.一种触摸屏的驱动方法，包括如下步骤：

将来自多个像素的每一个所具有的光传感器的第一电位供给到A/D转换器，

通过所述A/D转换器所具有的振荡电路生成第一信号，该第一信号具有根据所述第一电位而决定的振荡频率，

通过向锁存电路供给第二电位来保持所述第一信号的电位，以及

在通过向所述锁存电路供给所述第二电位来保持所述第一信号的电位之后，通过所述A/D转换器所具有的计数电路生成第二信号，该第二信号具有根据所述振荡频率而决定的计数值。

13.根据权利要求12所述的触摸屏的驱动方法，

其中，所述振荡电路当接收第三电位时开始振荡，

并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半，

并且，通过向所述锁存电路供给所述第二电位来保持所述第一信号的电位，

并且，将所保持的电位用作所述A/D转换器的最下位。

14.根据权利要求12所述的触摸屏的驱动方法，

其中，所述多个像素的每一个包括显示元件和所述光传感器，

并且，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件，

并且，所述光传感器包括光电二极管，

并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。

15.根据权利要求12所述的触摸屏的驱动方法，

其中，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半。

16.根据权利要求12所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述触摸屏包括在液晶显示装置中。

17.一种半导体装置，包括：

分别包括显示元件和光传感器的多个像素；以及

接收来自所述光传感器的第一电位的A/D转换器，该A/D转换器包括振荡电路和计数电路，

其中，所述振荡电路包括锁存电路，

所述振荡电路生成具有根据所述第一电位而决定的振荡频率的第一信号，并且通过向所述锁存电路供给第二电位来在所述振荡电路中保持所述第一信号的电位，所述第一信号的保持电位被用作所述A/D转换器的最下位，

并且，所述计数电路生成具有根据所述振荡频率而决定的计数值的第二信号。

18.根据权利要求17所述的半导体装置，

其中，所述振荡电路当接收第三电位时开始振荡，

并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半。

19.根据权利要求17所述的半导体装置，

其中，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件，

并且，所述光传感器包括光电二极管，

并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。

20.一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括根据权利要求17所述的半导体装置。

21.一种半导体装置的驱动方法，包括如下步骤：

将来自多个像素的每一个所具有的光传感器的第一电位供给到A/D转换器，

通过所述A/D转换器所具有的振荡电路生成第一信号，该第一信号具有根据所述第一电位而决定的振荡频率，

通过向锁存电路供给第二电位来在所述振荡电路中保持所述第一信号的电位，所述第一信号的保持电位被用作所述A/D转换器的最下位，以及

在通过向所述锁存电路供给所述第二电位来保持所述第一信号的电位之后，通过所述A/D转换器所具有的计数电路生成第二信号，该第二信号具有根据所述振荡频率而决定的计数值。

22.根据权利要求21所述的半导体装置的驱动方法，

其中，所述振荡电路当接收第三电位时开始振荡，

并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的振荡周期的一半。

23.根据权利要求21所述的半导体装置的驱动方法，

其中，所述多个像素的每一个包括显示元件和所述光传感器，

并且，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件，

并且，所述光传感器包括光电二极管，

并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。

24.根据权利要求21所述的半导体装置的驱动方法，其中所述半导体装置包括在液晶显示装置中。