JP2010108489A - タッチパネル及びタッチパネルの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出物の読み取り精度が高いタッチパネルを提供する。
【解決手段】画素毎にフォトセンサが設けられたタッチパネルの駆動方法において、タッチパネルの表示部に画像を表示し、画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、検出領域における各画素の単位時間及び単位面積あたりの光の強度を概ね等しくして被検出物の読み取りを行う。ここで、概ね等しくする各画素の単位時間及び単位面積あたりの光の強度は、調整前の検出領域内の最大の光の強度とすることが好ましく、より好ましくは白表示とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、タッチセンサにより構成されるタッチパネルと、その駆動方法に関する。特に、タッチセンサを有する画素がマトリクス状に配置されたタッチパネルと、その駆動方法に関する。更には、当該タッチセンサを有する半導体装置と電子機器に関する。

近年、タッチセンサを搭載した表示装置が注目されている。タッチセンサを搭載した表示装置は、タッチパネルまたはタッチスクリーンなどと呼ばれる（以下、タッチパネルと記載する。）。タッチセンサには、例えば、抵抗膜方式、静電容量方式と呼ばれるものがあり、その違いは動作原理によるものである。いずれの方式であっても被検出物が表示装置の表示部に接触などすることでデータを入力することができる。

このようなタッチセンサの方式の一として光方式が挙げられる。光方式のタッチパネルには光を検出するタッチセンサが設けられ、表示画面が入力領域を兼ねている。このような光方式のタッチセンサを有する装置の一例として、画像取り込みを行う密着型エリアセンサが配置され、画像取り込み機能を備えた表示装置が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。光方式ではタッチパネルから光が照射され、タッチパネルの任意の位置に被検出物が存在する場合には被検出物が存在する領域の光が被検出物によって遮断され、一部の光が反射される。タッチパネル内の画素には光を検出することができるフォトセンサ（光電変換素子と呼ばれることもある。）が設けられており、反射された光を検出することで、当該領域に被検出物が存在することを認識することができる。

また、携帯電話などの携帯情報端末をはじめとする電子機器に本人認証機能などを付与する試みがなされている（例えば、特許文献２を参照）。本人認証には、指紋、顔、手形、掌紋及び手の静脈の形状などが挙げられる。本人認証機能を表示部とは別の部分に設ける場合には、部品点数が増大し、電子機器の重量や価格を増大させるおそれがある。外光の明るさに応じて指先部分の検出を行う技術が特許文献３に開示されている。

特開２００１−２９２２７６号公報 特開２００２−０３３８２３号公報 特開２００７−１８３７０６号公報

従来は、例えばカラー表示が可能なタッチパネルに光方式のタッチセンサ（フォトセンサ）を設けると、被検出物により反射される光の色相に偏りが生じ、被検出物の正確な読み取りが困難であった。このような光の色相の偏りは、表示画像に応じたものとなる。

上記の問題点を解決する手段の一として、タッチセンサの集積度を向上させることが挙げられる。しかし、タッチセンサの集積度を向上させると表示装置の開口率が低下し、表示品質が低下する。すなわち、タッチセンサの集積度と表示装置の開口率はトレードオフの関係にある。

そこで、本発明の一態様は、タッチセンサの集積度を高めることなく（即ち、表示装置の開口率を低下させることなく）、被検出物の読み取りを高精度に行うことができるタッチパネルを提供することを課題とする。

本発明の一態様は、上記課題に鑑み、表示画像に応じた色相の偏りを軽減させ、被検出物の読み取り精度が高いタッチパネルとその駆動方法を提供する。具体的には、タッチパネル上の被検出物の検出領域を確定し、当該領域から照射される光を均一なものとする。本発明の一態様では、画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルにおいて、表示装置に画像を表示し、この画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、この検出領域における画素の階調を等しいものとして被検出物の読み取りを行う。ここで、画素の階調は、検出領域に設けられた画素のうち最も明るい画素と等しくすることが好ましい。最も好ましくは、画素の階調をハイライトとする。すなわち、白表示とする。白表示とすることで被検出物に照射される光の強度を最大にすることができるためである。

このように、各画素の階調を等しくすることで、被検出物に照射される画素からの単位面積及び単位時間あたりの光の強度を概ね等しくすることができる。

ここで、画素の階調を等しいものとするためには、ビデオ信号を制御すればよい。検出領域に設けられた画素のビデオ信号を等しくすることで、画素の階調を等しいものとすることができる。

従って、本発明の一態様は、画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルの駆動方法であって、表示装置に画像を表示し、前記画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、前記検出領域における画素のビデオ信号を概ね等しくして被検出物の読み取りを行うことを特徴とするタッチパネルの駆動方法である。

本発明の一態様は、画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルの駆動方法であって、表示装置に画像を表示し、前記画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、前記検出領域における画素のビデオ信号を前記検出領域に設けられた画素のうち最も明るい画素のビデオ信号と等しくして被検出物の読み取りを行うことを特徴とするタッチパネルの駆動方法である。

本発明の一態様は、画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルの駆動方法であって、表示装置に画像を表示し、前記画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、前記検出領域における画素のビデオ信号をハイライト時の信号（白表示の信号）と等しくして被検出物の読み取りを行うことを特徴とするタッチパネルの駆動方法である。ここで、画素の単位面積及び単位時間あたりの光の強度を最大にすると、一般的には検出領域の表示は白になる。

本発明の一態様は、上記構成の駆動方法により駆動することを特徴とするタッチパネルである。

上記構成のタッチパネルにおいて、画素の色の配列はデルタ配列であることが好ましい。画素をデルタ配列とすることで、色相の偏りを低減することができる。

上記構成のタッチパネルにおいて、前記タッチパネルが有する表示装置は液晶表示装置であることが好ましい。上記構成のタッチパネルを発光装置で構成すると、検出領域内の画素を検出領域に設けられた画素のうち最も明るい画素の階調と等しくする場合に消費電力が増大することになる。しかし、タッチパネルを液晶表示装置により構成すると液晶分子の配向を変えるのみで足り、バックライトの消費電力を増大させることなく検出領域から照射される光の強度を均一なものとすることができるからである。

上記構成のタッチパネルにおいて、前記液晶表示装置のハイライト時に画素から照射される光の強度は概ね均一であることが好ましい。より好ましくは、液晶表示装置のバックライトとして、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ−Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）または白色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いる。液晶表示装置のバックライトに冷陰極管または白色の発光ダイオードを用いると、バックライトの消費電力を増大させることなく検出領域から照射される光の強度を均一なものとすることができるからである。

なお、本発明の一態様であるタッチパネルの表示部には画素がマトリクス状に配置され、各画素には薄膜トランジスタが設けられている。この薄膜トランジスタのゲートには走査線が接続され、ソースには信号線が接続されている。

画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルであっても、高感度な検出を実現することができる。

上記した構成により、高感度な検出が可能なタッチパネルを実現することができ、空間分解能が向上するため、被検出物の読み取り精度が向上する。また、開口率を低下させないため、表示品質を低下させずにタッチパネルの読み取り精度を向上させることができる。

従って、被検出物を詳細に、且つ正確に読み取ることができる。そのため、タッチパネル上で指紋認証などを行うことができ、別途他の機器を設けなくても被検出物の識別が可能になる。

タッチパネルを説明するブロック図。 タッチパネルの各色の配置を説明する図。 タッチパネルの動作を説明する図。 タッチパネルの動作を説明するフローチャート。 液晶素子を有するタッチパネルの断面を説明する図。 タッチパネルを適用した電子機器を説明する図。 タッチパネルを適用した電子機器を説明する図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。

本発明の一態様であるタッチパネルとその駆動方法について以下に説明する。

図１は、本発明の一態様であるタッチパネルの構成の一例を示すブロック図である。図１に示すタッチパネル１００は、表示部１０２と、演算制御回路部１０４と、を有する。

演算制御回路部１０４は、表示素子制御回路１０６と、演算回路１０８と、センサ制御回路１１０と、を有する。

表示部１０２は、画素回路１１２と、表示素子駆動回路１１４と、センサ駆動回路１１６と、を有する。

表示素子制御回路１０６は、演算回路１０８から送信される信号を用いて表示素子駆動回路１１４を制御する信号を生成し、表示素子駆動回路１１４に供給する機能を有する。

演算回路１０８は、表示素子駆動回路１１４に供給する制御信号を生成する機能と、センサ制御回路１１０から取得したデータにより、センサ駆動回路１１６に供給する制御信号を生成する機能と、を有する。具体的には、表示部１０２に表示する画像を表示するための信号を生成する機能と、センサの検出感度が最適なものとなるように検出時間などを決定するための制御信号を生成する機能と、を有する。更には、演算回路１０８は、センサ制御回路１１０から取得したデータにより、表示素子制御回路１０６に供給する画像表示データを生成する機能を有する。なお、演算回路１０８などが用いるメモリ回路は、演算回路１０８中に設けられていてもよいし、異なる回路として設けられていてもよい。ここで、メモリ回路はデータの記憶に用いる回路であり、演算回路１０８が実行するコンピュータプログラム、画像処理用フィルタ及びルックアップテーブルなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、演算回路１０８の演算結果、映像データなどを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有する。

センサ制御回路１１０は、センサ駆動回路１１６を制御する信号を生成してセンサ駆動回路１１６に供給する機能、及びセンサから得られた信号を処理する機能を有する。具体的には、演算回路１０８から送信された信号を用いてタイミング信号及びパルス幅制御信号などを生成し、センサ駆動回路１１６に供給する機能を有する。また、センサ駆動回路１１６から得られた信号を符号化（ＡＤ変換）して演算回路１０８に送信するデータを生成する機能を有する。

表示素子駆動回路１１４は、走査線側表示素子駆動回路１１８と、信号線側表示素子駆動回路１２０と、を有し、画素回路１１２が有する表示素子を制御する。

走査線側表示素子駆動回路１１８は、特定の行における表示素子のゲート電極にのみ高電位を与える機能を有する。ここで、高電位とは、表示素子に設けられた薄膜トランジスタがオンするのに十分な程度以上の電位をいう。

信号線側表示素子駆動回路１２０は、特定の列における表示素子のソース配線に接続された電極にのみ任意の電位を与える機能を有する。ここで、任意の電位とは、表示素子に所望の表示をさせるのに必要な程度の電位をいう。

なお、走査線側表示素子駆動回路１１８によりゲート電極が高電位になった薄膜トランジスタを有する表示素子では、薄膜トランジスタがオンし、信号線側表示素子駆動回路１２０の電位に応じた電流が流れ、または電圧が印加されることにより所望の表示を行うことになる。

センサ駆動回路１１６は、走査線側センサ駆動回路１２２と、センサ出力信号取得回路１２４と、を有する。

走査線側センサ駆動回路１２２は、特定の行におけるセンサに接続された薄膜トランジスタのゲート電極にのみ高電位を与える機能を有する。ここで、高電位とは、センサに設けられた薄膜トランジスタがオンするのに十分な程度以上の電位をいう。

センサ出力信号取得回路１２４は、特定の列におけるセンサの出力信号を取得する機能を有する。

画素回路１１２は、複数の画素が集合して形成されたものであり、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のいずれかの色を発光するよう、各画素にはカラーフィルタ層または発光層などが設けられている。

表示部１０２が、液晶素子により設けられる場合には、カラーフィルタ層は対向する基板側に設けられていることが一般的であるが、これに限定されず、適切な位置にカラーフィルタ層が設けられていればよい。すなわち、カラーフィルターオンアレイ（ＣＯＡ）法によりカラーフィルタ層が設けられていてもよい。また、各色の発光ダイオードによりバックライトを設ける場合（すなわち、フィールドシーケンシャル方式の場合）にはカラーフィルタ層は必ずしも必要ではない。

表示部１０２が発光素子により設けられる場合には、各色に対応した発光層が設けられている。

本発明の一態様であるタッチパネルが例えば液晶素子により構成される場合において、被検出物が赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のいずれかに近い色であって、且つ被検出物にストライプ状の模様を有する場合、同じ色のカラーフィルタが一直線上に配置されていると、検出感度が著しく低くなってしまうという問題がある。この問題を解決するために、同じ色のカラーフィルタは一直線上に配置せず、互いにずれた位置に配置するとよい。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一態様であるタッチパネルに設けられるカラーフィルタの色の配置例を示す。図２（Ａ）はモザイク配列と呼ばれる配列である。図２（Ｂ）は同じ色のカラーフィルタが斜めに１つずつずれながら配置され、ある一定の間隔で折り返すことで形成される配列である。図２（Ｃ）はデルタ配列と呼ばれる配列である。ここでは、図２（Ｃ）に示すように、デルタ配列とすることが各色の配置のむらが小さいため、最も好ましい。ただし、カラーフィルタの配置は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示したものに限定されない。なお、発光層の配置についても同様のことがいえる。

本発明の一態様であるタッチパネルにおいて、図３に示すようにタッチパネルの表示部に円が表示された状態で、被検出物を円の左下部に接近または接触させる場合の動作について説明する。

図３（Ａ）は、表示部１３０に円１３１が表示されており、被検出物１３２が表示部１３０に接近または接触していない状態を示している。なお、図３（Ａ）に示す表示部１３０は表示部１０２に相当し、図１に示す画素回路１１２が設けられている。

図３（Ｂ）は、被検出物１３２が表示部１３０の真上に配されているが、表示部１３０に接近または接触していない状態を示している。表示部１３０と被検出物１３２との間には被検出物１３２が検出されない程度に十分な間隔が保持されている。

図３（Ｃ）は、表示部１３０に表示された円１３１の左下部に被検出物１３２を接近または接触させた状態を示している。被検出物１３２を検出することにより検出領域が決定され、検出領域では単位面積及び単位時間あたりの光の強度が概ね一定となるように階調が制御される。この動作について図４を参照して説明する。

図３（Ｃ）のように被検出物１３２が接近または接触すると、これが検出される。タッチパネルは、被検出物１３２がタッチパネルの表示部１３０に接近または接触したか否かの判定を行う（ステップ１４０）。この判定動作は一定の周期で行えばよく、例えば１／６０秒に一度、この判定動作を行うように設定すればよい。この判定動作は、走査線側センサ駆動回路１２２から画素回路１１２内のフォトセンサに接続されたすべての薄膜トランジスタのゲートに順次信号を供給し、行毎（各走査線毎）に各列の信号線の電流値をセンサ出力信号取得回路１２４で検出して行えばよい。

被検出物１３２がタッチパネルの表示部１３０に接近または接触すると、画素回路１１２内に設けられたフォトセンサがこれを検出し、被検出物１３２が接近または接触した領域（検出領域１３３）を確定する（ステップ１４１）。すなわち、被検出物１３２がタッチパネルの表示部１３０に接近または接触すると、検出領域１３３のフォトセンサに反射光（被検出物１３２によりバックライトなどから照射された光が反射されたもの）が照射される。このフォトセンサに閾値以上の（または閾値より高い）強度の反射光が照射されると被検出物１３２が接近または接触したと検出され、反射光の強度が閾値以上の（または閾値より大きい）領域を検出領域１３３として確定する。ここで、画素回路１１２内のフォトセンサに接続された薄膜トランジスタは行毎に順次オンしていくため、この薄膜トランジスタに接続された信号線の電流値を測定して、これがフォトセンサに閾値以上の強度の反射光が照射された時に得られる電流値以上であるか否かを判定することにより、反射光の強度が閾値以上か否かを判定することができる。

なお、被検出物１３２がタッチパネルの表示部１３０の表面に接触した場合のみ検出を行う場合には、被検出物１３２がタッチパネルの表示部１３０の表面に接触したのか、または接近したのかを検出することは、バックライトなどからの光の反射光のみでは困難な場合がある。そこで、被検出物１３２がタッチパネルの表示部１３０の表面に接触した場合のみ検出を行う場合には、表示部１３０のフォトセンサと表示部１３０の表面との間に導光板を設けて全反射するように該表面と概略平行な方向から光を照射して、被検出物１３２が接触した領域を検出する構成としてもよい。

そして、検出領域１３３を確定した直後に、該領域内における単位面積及び単位時間あたりの光の強度が概ね一定となるように階調を制御する（ステップ１４２）。このとき、検出領域１３３内の画素の階調は一定とする。また、検出領域１３３内のフォトセンサに接続されたすべての薄膜トランジスタのゲートを高電位にし、薄膜トランジスタをオンする。このとき、表示部１３０内であって、検出領域１３３外に設けられた、フォトセンサに接続された薄膜トランジスタはすべてオフする（ステップ１４３）。

なお、検出領域１３３の階調の制御（検出領域１３３から発する光の単位面積及び単位時間あたりの光の強度の制御）は、液晶素子では画素の透過率またはバックライトの明るさ（輝度）を制御することにより行えばよい。なお、画素の透過率の制御は、画素電極と対向電極の間の電圧を制御することにより行えばよい。発光表示装置でも同様に、発光素子を挟む二の電極の間に印加する電圧を制御することにより行えばよい。検出領域１３３の階調が一定となるように制御するには、ビデオ信号を一定にすればよい。または、発光表示装置が時間階調方式を採用している場合には、発光時間を制御することにより単位面積及び単位時間あたりの光の強度の制御を行ってもよい。

ここで、一定に調整される検出領域内の画素のビデオ信号は、この領域のステップ１４１以前における単位面積及び単位時間あたりの光の強度が最大となるビデオ信号に等しくするとよく、より好ましくは、この領域を白表示とする。画素の単位面積及び単位時間あたりの光の強度を可能な限り大きくすることで、被検出物に強度の高い光が照射されて被検出物からの反射光の強度も高くなり、検出される光の最大値が向上し、分解能が向上するからである。特に、空間分解能が向上する。なお、検出領域内の画素の単位面積及び単位時間あたりの光の強度をステップ１４１以前の最大とする場合には、バックライトの消費電力を増大させることなく、検出領域から照射される光の強度を均一なものとすることができる。

そして、検出領域１３３内から被検出物１３２に対して階調が等しくなるように調整された光が照射される。照射された光の一部は被検出物１３２の表面で反射され、反射された光は画素に設けられたフォトセンサに検出される。具体的には、フォトセンサに反射光が照射されることで光起電力効果が生じ、フォトセンサに接続されてオンしている薄膜トランジスタのソースからドレインに電流が流れ、各信号線を介してセンサ出力信号取得回路１２４により出力信号が取得される（ステップ１４４）。

センサ出力信号取得回路１２４により取得された出力信号は、センサ制御回路１１０により符号化（ＡＤ変換）され（ステップ１４５）、演算回路１０８に送信される。演算回路１０８は、センサ制御回路１１０から供給された信号を処理し、画像データを生成する（ステップ１４６）。その後、被検出物１３２がタッチパネルの表示部１３０に接近または接触したか否かの判定を再び行う（ステップ１４０）。または、ステップ１４１乃至ステップ１４６の動作中にもステップ１４０の動作を並行して行ってもよい。

上記のように検出領域１３３内の階調が調整されたタッチパネルからは、一様な色相の光が被検出物１３２に照射され、照射された光の一部は被検出物１３２で反射され、該反射光は表示部１３０に設けられたフォトセンサに入射する。これにより検出される反射光の強度は、被検出物の３次元形状を反映したものとなる。すなわち、該反射光を用いることで、空間分解能が向上する。

ここで、検出領域から照射される光の強度を均一なものとせずにフォトセンサが反射光を検出した場合を考える。検出に用いる反射光は反射後に液晶層を通過しているため、該反射光は表示画像に依存したものとなる。従って、検出領域から照射される光の強度を均一なものとせずに反射光を検出すると、フォトセンサが検出する信号は表示画像に依存したものとなり、被検出物の正確な読み取りが困難である。本発明の一態様は、このような問題を解決することができる。

なお、上記説明したように、本発明の一態様であるタッチパネルは、非接触型タッチパネルであってもよい。本発明の一態様であるタッチパネルは、検出領域の単位面積及び単位時間あたりの光の強度を大きくするため、非接触型タッチパネルにも有効である。

本実施例では、タッチパネルの好ましい形態の一として、液晶素子を有するタッチパネルの一例について図５を参照して説明する。図５では、被検出物として指１３５がタッチパネルの表示部に接触した状態の断面図を示す。

基板１５０としては、ガラス基板または石英基板などの透光性基板を用いる。基板１５０上には、少なくとも薄膜トランジスタ１５１、薄膜トランジスタ１５２、及びフォトセンサ１５３が設けられている。薄膜トランジスタ１５１は、フォトセンサ１５３に接続されており、薄膜トランジスタ１５２は液晶素子に接続されている。フォトセンサ１５３は、ｎ型半導体層１６０、ｉ型半導体層１６１及びｐ型半導体層１６２が積層されて設けられている。ｎ型半導体層１６０は、ｎ型の導電性を付与する不純物元素（例えばリン）を含む。ｉ型半導体層１６１は、真性半導体である。ｐ型半導体層１６２は、ｐ型の導電性を付与する不純物元素（例えばボロン）を含む。

図５では、薄膜トランジスタ１５１及び薄膜トランジスタ１５２としてトップゲート型の薄膜トランジスタを用いたが、これに限定されず、ボトムゲート型であってもよい。また、薄膜トランジスタ１５１及び薄膜トランジスタ１５２の半導体層には多結晶シリコンを用いたが、これに限定されず、薄膜トランジスタ１５１及び薄膜トランジスタ１５２の半導体層は、非晶質シリコン、単結晶シリコン、ペンタセンなどの有機半導体、または透明アモルファス酸化物半導体（ＴＡＯＳ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などで形成してもよい。なお、基板１５０上に単結晶シリコンを形成するには、表面から所定の深さに損傷領域が設けられた単結晶シリコン基板と基板１５０を接合し、該損傷領域から単結晶シリコン基板を剥離することで形成することができる。

絶縁層１５４は、薄膜トランジスタ１５１及び薄膜トランジスタ１５２上を覆って設けられている。絶縁層１５４上には、絶縁層１５５が設けられ、絶縁層１５５上には絶縁層１５６が設けられている。画素電極１５７は絶縁層１５６上に設けられ、フォトセンサ１５３は絶縁層１５５上に設けられている。フォトセンサ１５３は下部電極１５８により絶縁層１５５に設けられた開口部を介して、薄膜トランジスタ１５１と電気的に接続される。

また、対向基板１７０には、対向電極１７１、カラーフィルタ層１７２、及びオーバーコート層１７３が設けられている。対向基板１７０と基板１５０はシール材によって固定され、スペーサ１７５によって基板間隔が概ね一定に保たれている。画素電極１５７と対向電極１７１が液晶層１７４を挟持することで、液晶素子を構成している。

ここで、カラーフィルタ層１７２は、上記実施の形態にて説明したように、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す配置で設けることが好ましい。最も好ましくは、図２（Ｃ）に示すようにデルタ配列とする。カラーフィルタの配列をデルタ配列とすることで色の偏りを小さくすることができるためである。

また、カラーフィルタ層１７２は、図５に示すようにフォトセンサ１５３と画素電極１５７の両方と重なるように設けるとよい。

また、フォトセンサ１５３は、図５に示すように薄膜トランジスタ１５２のゲート電極１６３と重なっており、薄膜トランジスタ１５２の信号線１６４とも重なるように設けるとよい。

液晶表示装置には、バックライトが設けられる。図５では、バックライトは基板１５０側に設けられ、白抜きの矢印で示す方向に光が照射されている。バックライトとしては、冷陰極管または白色の発光ダイオードを用いることができる。白色の発光ダイオードは、冷陰極管よりも明るさの調整範囲が広いため好ましい。

なお、フォトセンサ１５３を例えば駆動回路部にも設けて外光を検出し、使用環境に応じた表示が可能となるようにバックライトの明るさ（輝度）を調節することもできる。

なお、本実施例では最も好ましい一形態として、液晶表示装置のバックライトに冷陰極管または白色の発光ダイオードを用いる場合について説明した。液晶表示装置のバックライトとして冷陰極管または白色の発光ダイオードを用いると、バックライトにおける消費電力を増大させることなく検出領域から照射される光の強度を均一なものとすることができるからである。

ただし、これに限定されず、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類の発光ダイオードを用いてバックライトを構成し、フィールドシーケンシャル方式としてもよい。この場合にはカラーフィルタ層は不要である。

ここで、図５に示す液晶素子を有するタッチパネルの作製方法の一例について簡単に説明する。

まず、結晶性半導体層を有するトップゲート構造の薄膜トランジスタを作製する。ここではゲート電極１６３を有する薄膜トランジスタ１５２と、フォトセンサ１５３と電気的に接続される薄膜トランジスタ１５１と、を同一基板上に形成する。それぞれのＴＦＴには、ｎ型薄膜トランジスタまたはｐ型薄膜トランジスタを用いることができ、実施者が用いる回路に合わせて設計する。また、半導体層を下部電極とする保持容量もこれらのＴＦＴと同一の工程で形成する。なお、保持容量は、容量配線を上部電極とし、薄膜トランジスタ１５１及び薄膜トランジスタ１５２のゲート絶縁層を誘電体として形成される。

また、薄膜トランジスタの層間絶縁層の１つである絶縁層１５４にはコンタクトホールが形成され、それぞれの半導体層と電気的に接続されるソース電極及びドレイン電極、または上方の配線と接続される接続電極を形成する。また、フォトセンサと電気的に接続される薄膜トランジスタ１５１の信号線も同一の工程で形成される。薄膜トランジスタ１５２の信号線も同一の工程で形成される。

次に、信号線１６４を覆う絶縁層１５５を形成する。なお、本実施例において液晶表示装置は透過型の例を示しているので、絶縁層１５５は、可視光を透過することのできる絶縁性材料を用いて形成する。次に、絶縁層１５５にコンタクトホールを形成し、絶縁層１５５上に下部電極１５８を形成する。

そして、下部電極１５８の少なくとも一部と重なるようにフォトセンサ１５３を形成する。下部電極１５８は、フォトセンサ１５３と、薄膜トランジスタ１５１とを電気的に接続させる電極である。フォトセンサ１５３は、ｎ型半導体層１６０、ｉ型半導体層１６１及びｐ型半導体層１６２が積層されて形成される。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いることで、リンを含む微結晶シリコンによりｎ型半導体層１６０を形成し、非晶質シリコンによりｉ型半導体層１６１を形成し、ボロンを含む微結晶シリコンによりｐ型半導体層１６２を形成する。

次に、フォトセンサ１５３を覆う絶縁層１５６を形成する。絶縁層１５６も、可視光を透過することのできる絶縁性材料を用いて形成する。その後、絶縁層１５６にコンタクトホールを形成し、絶縁層１５６上に画素電極１５７を形成する。画素電極１５７と同一の層によりフォトセンサ１５３の上部電極も形成するとよい。

次に、絶縁層１５６上にポストスペーサ（柱状スペーサ）を形成する。なお、柱状スペーサに代えて、ビーズスペーサ（球状スペーサ）を用いてもよい。

次に、ＴＮ液晶などを用いる場合には、画素電極１５７上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。

一方で、対向基板１７０上にはカラーフィルタ層１７２、オーバーコート層１７３、対向電極１７１を形成し、対向電極１７１上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。

その後、基板１５０の配向膜が塗布された面と、対向基板１７０の配向膜が塗布された面をシール材により貼り合わせる。これらの基板間には液晶滴下法または液晶注入法により液晶を配置し、液晶層１７４を形成する。

なお、液晶層１７４は、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いて形成してもよい。ブルー相は、液晶相の１つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は、狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために、５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層１７４に適用する。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１０μｓ〜１００μｓと短く、光学的に等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。

液晶表示装置の場合には、センシングデータの処理周期を１フレーム期間とすると、約１／６０秒内に１つのタッチ位置を検出する、または指紋データを検出する。なお、１画面の表示期間を１フレーム期間と呼び、１つの時間軸に対応する１フレーム期間をに分割して複数のサブフレーム期間を形成する。１フレーム期間を２のサブフレーム期間に分割すると、サブフレーム期間は、１フレーム期間の半分（即ち、１／１２０秒）となる。液晶表示装置の場合には、例えば、２のサブフレーム期間のうち、一方のサブフレーム期間で画素へ映像信号を１回入力して表示をし、もう一方のサブフレーム期間でリセット信号を印加し、瞬間的に全面を白表示とすればよい。この場合、人間の目は、１のサブフレーム期間中の階調変化を認識することができず、結果的に人間の目には、映像信号による階調表示と全面の白表示が複合されて、１フレーム期間の階調表示が映像信号による階調よりも高くなってしまう。従って、映像信号による階調表示と全面の白表示とが複合されても所望の階調を得るように映像信号を補正することが好ましい。

また、アナログ信号をデジタル信号に変換するための回路をセンサ制御回路内に設けて、低照度のときに出力電圧が飽和する方式となるセンサ制御回路とすることが好ましい。低照度のときに出力電圧が飽和する方式は、特に低照度領域における分解能を高め、出力電圧を高くすることができるとともに、ダイナミックレンジを広くとることができる。

なお、本発明の一態様であるタッチパネルには、液晶表示装置のみならず、ＥＬ表示装置に代表される発光装置を用いることも可能である。

本実施例では、上記実施の形態及び実施例で説明したタッチパネルを適用した電子機器、及びそれを利用したアプリケーションについて説明する。

図６（Ａ）は、本発明の一態様であるモニタ型タッチパネルを示している。図６（Ａ）に示すモニタ型タッチパネルは、筐体１７６、表示部１７７、支持台１７８などを有する。筐体１７６に本発明の一態様であるタッチパネルが内蔵され、表示部１７７の画素にはフォトセンサが設けられており、表示部１７７は表示機能と情報入力機能を有する。本発明の一態様であるタッチパネルを用いることで高感度な検出が可能になるため、読み取り精度の高いモニタ型タッチパネルを得ることができる。

図６（Ｂ）は、本発明の一態様であるタッチパネルを適用した携帯型遊技機を示している。図６（Ｂ）に示す携帯型遊技機は、筐体１８１、第１の表示部１８２、第２の表示部１８３、スピーカ部１８４、操作キー１８５、記録媒体挿入部１８６、入力手段１８７、ＬＥＤランプ１８８、マイクロフォン１８９を有する。図６（Ｂ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して第１の表示部１８２及び第２の表示部１８３に画像を表示する機能を有する。更には、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有することも可能である。第１の表示部１８２及び第２の表示部１８３の一方または双方に本発明の一態様であるタッチパネルを用いることで高感度な検出が可能になる。そのため、読み取り精度の高いタッチパネルを有するゲーム機器を得ることができ、セキュリティ性の向上を図ることができるのみならず、従来よりも複雑で高度なゲームを提供することができる。

図７は、本発明の一態様であるタッチパネルを適用した携帯電話機（所謂、スマートフォン）を示している。図７に示す携帯電話機の筐体１９０は、表示部１９１、操作ボタン１９２、外部接続ポート１９３、スピーカ１９４及びマイク１９５を有する。表示部１９１を指などで触れることで、携帯電話機に情報を入力することができる。

表示部１９１の画面は主として３つのモードがある。第１は、主に画像の表示を行う表示モードであり、第２は、主に文字などの情報を入力する入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示／入力モードである。

図７（Ｂ）は、入力モード時の携帯電話機の正面図を示す。図７（Ｂ）に示すように、表示部１９１には、キーボード１９６が表示され、また、画面１９７には、キーボード１９６から入力された文字を表示する。入力モードでは、文字の入力操作を優先するため、表示部１９１の画面のほぼ全体にキーボード１９６が表示される。キーボード１９６のキー配列は使用する言語によって、変更される。

なお、図７に示す携帯電話機の内部に、加速度センサなどの傾きを検出するセンサを設けることで、携帯電話機の向き（縦か横か）を判断し、表示部１９１の画面表示を自動的に切り替えることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部１９１への接近または接触（タッチ操作）、または操作ボタン１９２の操作により行われる。また、表示部１９１に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部１９１に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替えるといった構成にすることも可能である。

また、入力モードにおいて、表示部１９１内に設けられたフォトセンサで検出される信号を判定し、表示部１９１へのタッチ操作による入力が一定期間行われない場合には、画面を入力モードから表示モードに切り替える構成としてもよい。

表示部１９１は、上記実施の形態にて説明したようにタッチパネルの表示部である。例えば、表示部１９１に掌または指などを触れるなどして、掌紋または指紋などを撮像し、本人認証を行うことができる。または、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。本発明の一態様であるタッチパネルを適用することで高感度な検出が可能になるため、読み取り精度の高いタッチパネルを有する携帯電話機を得ることができる。そのため、例えば利用者の指紋を登録しておくことで、登録済みの利用者のみが使用可能な、セキュリティ性が高い携帯電話機を得ることができる。

以上説明したように、上記効果を有する表示部を有する電子機器を得ることができる。

１００ タッチパネル
１０２ 表示部
１０４ 演算制御回路部
１０６ 表示素子制御回路
１０８ 演算回路
１１０ センサ制御回路
１１２ 画素回路
１１４ 表示素子駆動回路
１１６ センサ駆動回路
１１８ 走査線側表示素子駆動回路
１２０ 信号線側表示素子駆動回路
１２２ 走査線側センサ駆動回路
１２４ センサ出力信号取得回路
１３０ 表示部
１３１ 円
１３２ 被検出物
１３３ 検出領域
１３５ 指
１４０ ステップ
１４１ ステップ
１４２ ステップ
１４３ ステップ
１４４ ステップ
１４５ ステップ
１４６ ステップ
１５０ 基板
１５１ 薄膜トランジスタ
１５２ 薄膜トランジスタ
１５３ フォトセンサ
１５４ 絶縁層
１５５ 絶縁層
１５６ 絶縁層
１５７ 画素電極
１５８ 下部電極
１６０ ｎ型半導体層
１６１ ｉ型半導体層
１６２ ｐ型半導体層
１６３ ゲート電極
１６４ 信号線
１７０ 対向基板
１７１ 対向電極
１７２ カラーフィルタ層
１７３ オーバーコート層
１７４ 液晶層
１７５ スペーサ
１７６ 筐体
１７７ 表示部
１７８ 支持台
１８１ 筐体
１８２ 第１の表示部
１８３ 第２の表示部
１８４ スピーカ部
１８５ 操作キー
１８６ 記録媒体挿入部
１８７ 入力手段
１８８ ＬＥＤランプ
１８９ マイクロフォン
１９０ 筐体
１９１ 表示部
１９２ 操作ボタン
１９３ 接続ポート
１９４ スピーカ
１９５ マイク
１９６ キーボード
１９７ 画面

Claims (7)

1. 画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルの駆動方法であって、
   表示装置に画像を表示し、
   前記画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、
   前記検出領域における各画素の階調を等しくして前記被検出物の読み取りを行うことを特徴とするタッチパネルの駆動方法。
2. 画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルの駆動方法であって、
   表示装置に画像を表示し、
   前記画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、
   前記検出領域における各画素の階調を前記検出領域に設けられた画素のうち最も明るい画素の階調と等しくして前記被検出物の読み取りを行うことを特徴とするタッチパネルの駆動方法。
3. 画素にフォトセンサが設けられたタッチパネルの駆動方法であって、
   表示装置に画像を表示し、
   前記画像が表示された状態で被検出物の接近または接触を検出して検出領域を決定し、
   前記検出領域を白表示として前記被検出物の読み取りを行うことを特徴とするタッチパネルの駆動方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記読み取りを行う時の前記検出領域における各画素に供給されるビデオ信号は等しいものであることを特徴とするタッチパネルの駆動方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の駆動方法により動作することを特徴とするタッチパネル。
6. 請求項５において、
   前記画素はデルタ配列で配置されていることを特徴とするタッチパネル。
7. 請求項５または請求項６において、
   前記表示装置は液晶表示装置であることを特徴とするタッチパネル。

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