JP2014099216A - タッチセンサを有する装置、及び表示装置 - Google Patents

タッチセンサを有する装置、及び表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】A/D変換回路における消費電力を低減した、高精度、高速動作、低消費電力の
タッチパネルを提供することを目的とする。
【解決手段】画素にフォトセンサを搭載し、且つ、画素の一列毎又は複数列毎にA/D変
回路を搭載したタッチパネルにおいて、A/D変換回路の制御信号をADC制御回路に含
まれるシフトレジスタにより順次供給し、複数のA/D変換回路のそれぞれが動作してい
る期間は、互いに重ならないようにすることで、同時に動作するA/D変換回路の数を少
なくし、A/D変換回路における瞬間的な消費電力を低減する。
【選択図】図1

Description

本明細書で開示する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、各画素にタッチセンサ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表示装置や電子機器に関する
近年、タッチセンサを搭載した表示装置、所謂タッチパネルが注目されている。タッチ
センサには、動作原理の違いにより、抵抗膜方式、静電容量方式、光方式などがあり、被
検出物が表示装置に接触することでデータを入力することができる。
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、密着型エリ
アセンサによる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、携帯電話等の携帯情報端末をはじめとする電子機器に、本人認証機能等を付与す
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等が挙げられる。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が増大するおそれがある。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
本人認証機能を有する電子機器にタッチパネルを用いる際には、タッチパネルの各画素
内に設けられたフォトセンサが光を検出して生成した電気信号を収集し、画像処理を施す
必要がある。特に、高精度、高速動作の本人認証機能を有する電子機器を実現するには、
多数のフォトセンサから得られる大量のデータを効率的に収集する必要がある。また、フ
ォトセンサが生成する電気信号はアナログ信号のため、画像処理を施すには、アナログ信
号からデジタル信号への変換(A/D変換)が必要となる。すなわち、高スループットの
A/D変換回路が必要となる。
上記の問題を鑑み、A/D変換回路における消費電力を低減した、高精度、高速動作、
低消費電力のタッチパネルを提供することを目的とする。
本明細書で開示する発明の一態様は、画素にフォトセンサを搭載し、且つ、画素の一列
毎又は複数列毎にA/D変換回路を搭載したタッチパネルにおいて、A/D変換回路の制
御信号をシフトレジスタにより順次供給し、同時に動作するA/D変換回路の数を少なく
し、A/D変換回路における瞬間的な消費電力を低減する。
また、本明細書で開示する発明の一態様は、複数の画素を有し、複数の画素はそれぞれ
フォトセンサを有する画素回路と、フォトセンサ制御回路と、を有するタッチパネルであ
って、フォトセンサ制御回路は、フォトセンサの出力信号を取り出すフォトセンサ信号線
読み出し回路を有し、フォトセンサ信号線読み出し回路は、A/D変換回路制御回路と、
複数のA/D変換回路と、を有し、A/D変換回路制御回路は、シフトレジスタを有し、
複数のA/D変換回路はそれぞれ、複数の画素の一列毎又は複数列毎に設けられ、複数の
A/D変換回路には、A/D変換回路制御回路に含まれるシフトレジスタにより制御信号
が順次供給されることを特徴としている。
また、本明細書で開示する発明の一態様は、複数の画素を有し、複数の画素はそれぞれ
フォトセンサを有する画素回路と、フォトセンサ制御回路と、を有するタッチパネルであ
って、フォトセンサ制御回路は、フォトセンサの出力信号を取り出すフォトセンサ信号線
読み出し回路を有し、フォトセンサ信号線読み出し回路は、A/D変換回路制御回路と、
複数のA/D変換回路と、を有し、複数のA/D変換回路はそれぞれ、複数の画素の一列
毎又は複数列毎に設けられ、複数のA/D変換回路の一が動作している期間は、複数のA
/D変換回路の他の少なくとも一は動作していないことを特徴としている。
また、本明細書で開示する発明の一態様は、複数の画素を有し、複数の画素はそれぞれ
フォトセンサを有する画素回路と、フォトセンサ制御回路と、を有するタッチパネルであ
って、フォトセンサ制御回路は、フォトセンサの出力信号を取り出すフォトセンサ信号線
読み出し回路を有し、フォトセンサ信号線読み出し回路は、A/D変換回路制御回路と、
複数のA/D変換回路と、を有し、複数のA/D変換回路はそれぞれ、複数の画素の一列
毎又は複数列毎に設けられ、複数のA/D変換回路はそれぞれ比較回路を有し、複数の比
較回路の一が動作している期間は、複数の比較回路の他の少なくとも一は動作していない
ことを特徴としている。
また、本明細書で開示する発明の一態様は、複数の画素を有し、複数の画素はそれぞれ
フォトセンサを有する画素回路と、フォトセンサ制御回路と、を有するタッチパネルであ
って、フォトセンサ制御回路は、フォトセンサの出力信号を取り出すフォトセンサ信号線
読み出し回路を有し、フォトセンサ信号線読み出し回路は、A/D変換回路制御回路と、
複数のA/D変換回路と、を有し、複数のA/D変換回路はそれぞれ、複数の画素の一列
毎又は複数列毎に設けられ、複数のA/D変換回路のそれぞれが動作している期間は、互
いに重ならないことを特徴としている。
また、本明細書で開示する発明の一態様は、複数の画素を有し、複数の画素はそれぞれ
フォトセンサを有する画素回路と、フォトセンサ制御回路と、を有するタッチパネルであ
って、フォトセンサ制御回路は、フォトセンサの出力信号を取り出すフォトセンサ信号線
読み出し回路を有し、フォトセンサ信号線読み出し回路は、A/D変換回路制御回路と、
複数のA/D変換回路と、を有し、複数のA/D変換回路はそれぞれ、複数の画素の一列
毎又は複数列毎に設けられ、複数のA/D変換回路はそれぞれ比較回路を有し、それぞれ
の比較回路が動作している期間は互いに重ならないことを特徴としている。
本明細書で開示する発明により、高空間分解能、高階調の画像読み取りを高速に低消費
電力で行うことができるタッチパネルを提供することができる。
タッチパネルの一例を示す図。 フォトセンサ信号線読み出し回路の構成の一例を示す図。 A/D変換回路の構成の一例を示す図。 A/D変換回路の動作の一例を示すタイミングチャート。 A/D変換回路の動作の一例を示すタイミングチャート。 シフトレジスタの構成の一例を示す図。 シフトレジスタの動作の一例を示すタイミングチャート。 タッチパネルを有する液晶表示装置の断面の一例を示す図。 タッチパネルを有するEL表示装置の断面の一例を示す図。 タッチパネルを適用した電子機器の一例を示す図。 タッチパネルを適用した携帯電話機の一例を示す図。
以下に、実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様
で実施することが可能であり、開示される発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく
その形態および詳細を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、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、実施の形態を説明するため
の全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り
返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本明細書で開示する発明におけるタッチパネルの一例を図1〜図4に示す。図1は、タ
ッチパネルの一例を示す図である。図2は、タッチパネルが有するフォトセンサ信号線読
み出し回路の構成の一例を示す図である。図3は、フォトセンサ信号線読み出し回路が有
するA/D変換回路の構成の一例を示す図である。図4は、A/D変換回路の動作の一例
を示すタイミングチャートである。
図1において、タッチパネル100は、画素回路101、表示素子制御回路102、フ
ォトセンサ制御回路103、を有する。
画素回路101は、マトリクス状に配置された複数の画素104を有する。各々の画素
104は、表示素子105とフォトセンサ106とを有する。
表示素子105は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:
TFT)、保持容量、液晶層、カラーフィルタなどを有し、液晶層に電圧を印加すること
で偏光方向が変化することを利用して、液晶層を透過する光の明暗(階調)を作ることで
、画像表示が実現される。液晶層を透過する光には、外光もしくは液晶表示装置の裏面か
ら照射される光源(バックライト)を用いる。また、液晶層を透過した光がカラーフィル
タを通過することで、特定の色(例えば、R、G、B)の階調を作ることができ、カラー
画像表示が実現される。保持容量は、液晶層に印加する電圧に相当する電荷を保持する機
能を有する。TFTは、保持容量への電荷の注入もしくは排出を制御する機能を有する。
フォトセンサ106は、フォトダイオードなど、受光することで電気信号を発する機能
を有する素子を有する。なお、フォトセンサ106が受光する光は、被検出物に外光もし
くはバックライトが照射された際の反射光もしくは透過光を利用することができる。ここ
で、カラーフィルタを用いることで、赤(R)、緑(G)、青(B)を発光する機能を有
する画素104を、各々、R画素、G画素、B画素と呼ぶことにする。なお、被検出物に
外光もしくはバックライトが照射された際の反射光もしくは透過光のうち、R、G、Bを
、各々R画素、G画素、B画素における光センサにより、取り出すことができる。
表示素子制御回路102は、表示素子信号線駆動回路107、表示素子走査線駆動回路
108、を有し、表示素子105を制御する。例えば、表示素子走査線駆動回路108は
、特定の行における表示素子を選択する機能を有する。また、表示素子信号線駆動回路1
07は、選択された行の表示素子に任意の電位を与える機能を有する。なお、表示素子走
査線駆動回路108により選択された表示素子では、TFTが導通状態となり、保持容量
に、表示素子信号線駆動回路107により与えられる電荷が供給される。
フォトセンサ制御回路103は、フォトセンサ信号線読み出し回路109、フォトセン
サ走査線駆動回路110、を有し、フォトセンサ106を制御する。例えば、フォトセン
サ走査線駆動回路110は、特定の行におけるフォトセンサのみを動作させる機能を有す
る。また、フォトセンサ信号線読み出し回路109は、特定の列におけるフォトセンサの
出力信号を取り出す機能を有する。
フォトセンサ信号線読み出し回路109の構成の一例を図2に示す。図2において、第
1のA/D変換回路(ADC)201〜第3のADC203、ADC制御回路204、第
1のフォトセンサ信号線205〜第3のフォトセンサ信号線207、フォトセンサ信号線
読み出し回路出力信号線208、第1のADC出力信号線209〜第3のADC出力信号
線211、第1のADCイネーブル信号線212〜第3のADCイネーブル信号線214
、第1のADCリセット1信号線215〜第3のADCリセット1信号線217、第1の
ADCリセット2信号線218〜第3のADCリセット2信号線220、第1のADCセ
ット1信号線221〜第3のADCセット1信号線223、第1のADCセット2信号線
224〜第3のADCセット2信号線226、である。
ADC制御回路204は、第1のADC出力信号線209〜第3のADC出力信号線2
11の各々の電位から、フォトセンサ信号線読み出し回路出力信号線208に出力する電
位を生成する。具体的には、第1のADC出力信号線209〜第3のADC出力信号線2
11のうち一つを選択し、当該信号線の電位を、フォトセンサ信号線読み出し回路出力信
号線208に出力する。また、ADC制御回路204は、第1のADC出力信号線209
〜第3のADC出力信号線211、第1のADCイネーブル信号線212〜第3のADC
イネーブル信号線214、第1のADCリセット1信号線215〜第3のADCリセット
1信号線217、第1のADCリセット2信号線218〜第3のADCリセット2信号線
220、第1のADCセット1信号線221〜第3のADCセット1信号線223、第1
のADCセット2信号線224〜第3のADCセット2信号線226に各々出力する電位
を生成する。ADC制御回路204は、シフトレジスタを有する。シフトレジスタにより
第1のADC201〜第3のADC203の各々に与えられる電位が生成され、第1のA
DC201〜第3のADC203に順次供給される。第1のADC201〜第3のADC
203各々に与えられる電位は、第1のADC201〜第3のADC203の制御信号と
して用いることができる。ADC制御回路204は、例えば第1乃至第5のシフトレジス
タを有することができる。すなわち、ADC制御回路204は、第1のADCイネーブル
信号線212〜第3のADCイネーブル信号線214の各々に信号を与える第1のシフト
レジスタと、第1のADCリセット1信号線215〜第3のADCリセット1信号線21
7の各々に信号を与える第2のシフトレジスタと、第1のADCリセット2信号線218
〜第3のADCリセット2信号線220の各々に信号を与える第3のシフトレジスタと、
第1のADCセット1信号線221〜第3のADCセット1信号線223の各々に信号を
与える第4のシフトレジスタと、第1のADCセット2信号線224〜第3のADCセッ
ト2信号線226の各々に信号を与える第5のシフトレジスタとを有することができる。
また、第1乃至第5のシフトレジスタのうち、任意の2つ以上のシフトレジスタを一つの
シフトレジスタに統合することができる。
ここで、ADC制御回路204の動作を説明する前に、理解を容易にするため、ADC
201の動作について詳述しておく。
ADC201の構成の一例を図3に示す。ここで、ADC201は、逐次変換方式のA
/D変換回路とする。図3において、比較回路(CMP)301、逐次変換レジスタ(S
AR)302、D/A変換回路(DAC)303、CMP出力信号線304、第1のSA
R出力信号線305、第2のSAR出力信号線306、DAC出力信号線307、である
。第1のSAR出力信号線305と、第2のSAR出力信号線306と、はADC出力信
号線209を構成する。すなわち、ADC出力信号線209は、図3においては、2ビッ
トの信号線の例を示している。
CMP301は、フォトセンサ信号線205と、DAC出力信号線307と、を入力信
号線とし、両信号線の電位の比較を行い、比較結果に伴い、CMP出力信号線304に、
”H”もしくは”L”を出力する。ここでは、フォトセンサ信号線205の電位の方が、
DAC出力信号線307の電位より高い場合に”H”、低い場合に”L”、を出力するも
のとする。また、CMP301は、ADCイネーブル信号線212の電位を制御すること
で、動作もしくは停止とすることができる。CMP301が停止中は、CMP301にお
ける消費電力を著しく低減することができる。これは、例えば、CMP301に供給する
電源電圧を停止することで実現できる。ここでは、ADCイネーブル信号線212の電位
が”H”の場合にCMP301が動作し、”L”の場合にCMP301が停止するものと
する。
SAR302において、ADCセット1信号線221の電位を制御することで、第1の
保持回路308にCMP出力信号線304の電位に応じた電位を保持する。ADCセット
2信号線224の電位を制御することで、第2の保持回路309に、CMP出力信号線3
04の電位に応じた電位を保持する。リセット1信号線215の電位を制御することで、
第1の保持回路308及び第2の保持回路309に保持された電位をリセットすることが
できる。リセット2信号線218の電位を制御することで、第2の保持回路309に保持
された電位をリセットすることができる。
このような、第1の保持回路308、第2の保持回路309は、レベルセンシティブラ
ッチ、エッジセンシティブラッチ、などで構成することができる。ここでは、第1の保持
回路308、第2の保持回路309をエッジセンシティブラッチで構成するものとし、A
DCセット1信号線221(又はADCセット2信号線224)の電位が”L”から”H
”に変化した際に、CMP出力信号線304の電位が”H”ならば、第1の保持回路30
8(又は第2の保持回路309)に”H”を保持し、CMP出力信号線304の電位が”
L”ならば、第1の保持回路308(又は第2の保持回路309)に”L”を保持するも
のとする。また、リセット1信号線215の電位を”H”とすることで、第1の保持回路
308に”H”、第2の保持回路309に”L”を保持し、リセット2信号線218の電
位を”H”とすることで、第2の保持回路309に”H”が保持されるものとする。
また、SAR302において、第1の保持回路308と、第2の保持回路309と、に
保持された電位は、第1のSAR出力信号線305と、第2のSAR出力信号線306と
、に各々出力される。
DAC303は、第1のSAR出力信号線305の電位と、第2のSAR出力信号線3
06の電位と、で一意に決まる電位を、DAC出力信号線307に出力する。ここでは、
第1のSAR出力信号線305の電位と、第2のSAR出力信号線306の電位と、が各
々(”L”、”L”)、(”L”、”H”)、(”H”,”L”)、(”H”、”H”)
の場合、DAC出力信号線307に、0V、1V、2V、3Vを各々出力するものとする
。このような、DAC303は、抵抗方式、容量方式、などで実現することができる。
次に、ADC201の動作の一例を、図4に示すタイミングチャートを用いて説明する
。図4において、信号401〜信号410は、各々、フォトセンサ信号線205、ADC
イネーブル信号線212、ADCリセット1信号線215、ADCリセット2信号線21
8、ADCセット1信号線221、ADCセット2信号線224、CMP出力信号線30
4、第1のSAR出力信号線305、第2のSAR出力信号線306、DAC出力信号線
307、の電位に対応する。なお、フォトセンサ信号線205の電位(信号401)の電
位は、1.5Vとする。
ADC201の動作は、まず、ADCリセット1信号線215(信号403)の電位を
”H”とすると、第1の保持回路308と、第2の保持回路309と、に保持された電位
がリセットされ、第1のSAR出力信号線305(信号408)の電位が”H”、第2の
SAR出力信号線306(信号409)の電位が”L”となる。また、DAC出力信号線
307(信号410)の電位は2Vとなる。
次に、ADCイネーブル信号線212(信号402)の電位を”H”とすると、CMP
301が動作し、フォトセンサ信号線205(信号401)の電位(1.5V)と、DA
C出力信号線307(信号410)の電位(2V)と、を比較し、DAC出力信号線30
7(信号410)の電位の方が高いので、CMP出力信号線304(信号407)の電位
は”L”となる。
次に、ADCセット1信号線221(信号405)の電位を”H”とすると、第1の保
持回路308に”L”が保持され、第1のSAR出力信号線305(信号408)の電位
が”L”となる。また、DAC出力信号線307(信号410)の電位は0Vとなる。な
お、フォトセンサ信号線205(信号401)の電位(1.5V)と、DAC出力信号線
307(信号410)の電位(0V)と、を比較し、DAC出力信号線307(信号41
0)の電位の方が低いので、CMP出力信号線304(信号407)の電位は”H”とな
る。
次に、ADCイネーブル信号線212(信号402)の電位を”L”とすると、CMP
301が停止する。
次に、ADCリセット2信号線218(信号404)の電位を”H”とすると、第2の
保持回路309に保持された電位がリセットされ、第2のSAR出力信号線306(信号
409)の電位が”H”となる。また、DAC出力信号線307(信号410)の電位は
1Vとなる。
次に、ADCイネーブル信号線212(信号402)の電位を”H”とすると、CMP
301が動作し、フォトセンサ信号線205(信号401)の電位(1.5V)と、DA
C出力信号線307(信号410)の電位(1V)と、を比較し、DAC出力信号線30
7(信号410)の電位の方が低いので、CMP出力信号線304(信号407)の電位
は”H”となる。
次に、ADCセット2信号線224(信号406)の電位を”H”とすると、第2の保
持回路309に”H”が保持される。ここでは、もともと第2の保持回路309には”H
”が保持されているため、第2のSAR出力信号線306(信号409)の電位は変わら
ず”H”のままである。また、DAC出力信号線307(信号410)の電位も1Vのま
まである。
以上の結果、ADC出力信号線209より、A/D変換データとして、”L”、”H”
が出力される。
以上のように、逐次変換方式のA/D変換回路では、SARにおける保持回路に保持す
る電位を変更することで、DAC出力を逐次変更し、被測定電位と比較していくことで、
被測定電位を決定していく。ここでは、2ビットのA/D変換回路の場合について説明し
たが、より多数のビットにおけるA/D変換回路についても、同様な方式により、動作が
行える。
さて、図2において、ADC制御回路では、第1のADC201〜第3のADC203
でA/D変換により得られたデータをフォトセンサ信号線読み出し回路出力信号線208
から出力するが、これを、同時ではなく、時系列で順番に出力することが望ましい。なぜ
ならば、同時に出力する場合、フォトセンサ信号線読み出し回路出力信号線208の数が
増え、信号線をタッチパネルから取り出す際に、信号線を設けることが非常に煩雑となる
からである。この場合、第1のADC201〜第3のADC203でA/D変換したデー
タが、実際にフォトセンサ信号線読み出し回路出力信号線208から出力されるまでには
、時間差ができる。
言い換えると、第1のADC201〜第3のADC203におけるA/D変換は、一斉
に実行しなくても良い。即ち、当該ADCでA/D変換したデータが、フォトセンサ信号
線読み出し回路出力信号線208から出力されるまでに、A/D変換が実行されていれば
いい。すなわち、第1のADC201〜第3のADC203におけるA/D変換を、同時
ではなく、時系列で順番に実行することも可能である。第1のADC201〜第3のAD
C203において、A/D変換を時系列で順番に実行する手段として例えばシフトレジス
タを用いることができる。このシフトレジスタは、ADC制御回路204が有する構成と
することができる。シフトレジスタを用いることにより、第1のADC201〜第3のA
DC203に制御信号を順次供給することができる。なおここではADCの数が3つの場
合を示したが、ADCの数はこれに制限されるものではない。ADCの数は画素の列数等
に応じて増減させることができる。
このようにすることで、ADCにおける瞬間的な消費電力を、低減することができる。
また、一般に、ADCにおける消費電力は、A/D変換精度(電圧分解能、階調)及びA
/D変換速度とトレードオフの関係にある。したがって、より高精度で高速のADCを用
いることができる。また、個々のADCにおけるA/D変換とデータ出力とを流れ作業(
パイプライン処理)で実行することになるため、個々のADCにおけるA/D変換に費や
す時間を長くすることができる。すなわち、相対的に、A/D変換の速度が向上したこと
になる。
このように、画素の一列毎又は複数列毎にA/D変換回路を設けることにより高スルー
プットのA/D変換回路を形成することができる。ただし画素の一列毎又は複数列毎に設
けられた複数のA/D変換回路を一斉に動作させると、多数のA/D変換回路が動作する
タイミングで消費電力が瞬間的に上昇する。消費電力が瞬間的に上昇すると、電源線の電
圧降下が生じ、誤動作の原因となる。また、発熱のおそれもある。上記のとおり、A/D
変換回路を一斉に動作させるのではなく、時系列で順次実行することにより、全てのA/
D変換回路が同時には動作しないので、瞬間的な消費電力の上昇を防止することができる
。複数のA/D変換回路の一を動作させている期間は、複数のA/D変換回路の他の少な
くとも一は動作させないようにすることができ、これにより瞬間的な消費電力の上昇を防
止することができる。その結果、A/D変換回路における消費電力を低減した、高精度、
高速動作、低消費電力のタッチパネルを提供することができる。
(実施の形態2)
実施の形態1で示したようなタッチパネルにおいて、A/D変換回路の動作の一例を示
すタイミングチャートを図5に示す。具体的には、ADCにおいて、A/D変換を一斉に
実行するのではなく、時系列で順次実行する動作の一例を示すタイミングチャートを図5
に示す。
図5において、信号501〜信号515は、各々、図2における第1のADCイネーブ
ル信号線212〜第3のADCイネーブル信号線214、第1のADCリセット1信号線
215〜第3のADCリセット1信号線217、第1のADCリセット2信号線218〜
第3のADCリセット2信号線220、第1のADCセット1信号線221〜第3のAD
Cセット1信号線223、第1のADCセット2信号線224〜第3のADCセット2信
号線226、の電位に対応する。
図4で説明したように、信号501、504、507、510、513を用いることで
、第1のADC201を動作することができる。同様に、信号502、505、508、
511、514を用いることで、第2のADC202を動作することができる。さらに、
信号503、506、509、512、515を用いることで、第3のADC203を動
作することができる。
ここで、第1のADCイネーブル信号線212(信号501)〜第3のADCイネーブ
ル信号線214(信号503)は、”H”になる期間、すなわち、ADC201〜ADC
203におけるCMPが動作している期間が、互いに重ならない点が特徴である。同時に
動作するCMPを少なくすることで、瞬間的な消費電力を低減することができる。ADC
201〜ADC203におけるCMPが動作している期間、すなわち第1のADCイネー
ブル信号線212(信号501)〜第3のADCイネーブル信号線214(信号503)
が”H”になる期間が、互いに重ならないように制御する手段として例えばシフトレジス
タを用いることができる。このシフトレジスタは、図2におけるADC制御回路204が
有する構成とすることができる。シフトレジスタを用いることにより、第1のADC20
1〜第3のADC203に制御信号を順次供給することができる。なおここではADCの
数が3つの場合を示したが、ADCの数はこれに制限されるものではない。ADCの数は
画素の列数等に応じて増減させることができる。
このように、A/D変換回路を一斉に動作させるのではなく、時系列で順次実行するこ
とにより、全てのA/D変換回路が同時には動作しないので、瞬間的な消費電力の上昇を
防止することができる。複数のA/D変換回路の一を動作させている期間は、複数のA/
D変換回路の他の少なくとも一は動作させないようにすることができ、これにより瞬間的
な消費電力の上昇を防止することができる。複数のA/D変換回路のそれぞれが動作して
いる期間は、互いに重ならないようにすることができ、これにより瞬間的な消費電力の上
昇を防止することができる。その結果、A/D変換回路における消費電力を低減した、高
精度、高速動作、低消費電力のタッチパネルを提供することができる。
(実施の形態3)
図5に示すようなタイミングチャートを実現するシフトレジスタの一例を図6、図7に
示す。図6は、シフトレジスタの構成の一例を示す図である。図7は、シフトレジスタの
動作の一例を示すタイミングチャートである。
図5に示すようなタイミングチャートを実現するには、図5に示した全ての信号線の電
位を外部回路から供給する形態も可能である。しかしながら、タッチパネルの空間分解能
を向上する場合には、ADCの数が増大する。また、階調数を向上するためには、ADC
のビット数が増大する。タッチパネルの性能向上に際して、空間分解能及び階調数は増大
する。したがって、外部回路から供給する形態では、特にタッチパネルの性能向上に際し
て、信号線の数は膨大になる。したがって、仮に、外部回路で全ての信号を生成すること
ができても、実際にタッチパネルに供給することは、現実的ではない。
そこで、図6に示すようなシフトレジスタを考える。ここでは、第1のADCイネーブ
ル信号線212〜第3のADCイネーブル信号線214の電位を生成するシフトレジスタ
のみを示すが、同様に、第1のADCリセット1信号線215〜第3のADCリセット1
信号線217、第1のADCリセット2信号線218〜第3のADCリセット2信号線2
20、第1のADCセット1信号線221〜第3のADCセット1信号線223、第1の
ADCセット2信号線224〜第3のADCセット2信号線226、の電位を各々生成す
るシフトレジスタも構成できる。
図6において、シフトレジスタ600は、第1のエッジセンシティブラッチ601〜第
9のエッジセンシティブラッチ609、クロック信号線610、スタート信号線611、
第1の出力信号線612〜第9の出力信号線620、を有する。エッジセンシティブラッ
チは、保持された電位がQ端子から出力され、CK端子に”L”→”H”の信号が入力し
た時に、D端子の電位に保持内容が書き換えられる。なお、ここではラッチとしてエッジ
センシティブラッチを用いたが、これに限定されない。ラッチとしてレベルセンシティブ
ラッチを用いてもよい。
図7に、シフトレジスタ600のタイミングチャートを示す。図7において、信号70
1〜信号711は、各々、クロック信号線610、スタート信号線611、第1の出力信
号線612〜第9の出力信号線620の電位に対応する。クロック信号線610(信号7
01)が”L”→”H”に変化する際に、第1のエッジセンシティブラッチ601が、ス
タート信号線611(信号702)の電位を取り込んで、第1の出力信号線612(信号
703)の電位を変化させる。以下、第2のエッジセンシティブラッチ602〜第9のエ
ッジセンシティブラッチ609は、1クロックずつ遅れながら、各々第2の出力信号線6
13(信号704)〜第9の出力信号線620(信号711)の電位を変化させる。ここ
で、第1の出力信号線612、第5の出力信号線616、第9の出力信号線620を、各
々第1のADCイネーブル信号線212、第2のADCイネーブル信号線213、第3の
ADCイネーブル信号線214とすれば、図5に示すタイミングチャートを実現できるこ
とがわかる。
ここで、タッチパネルの空間分解能を向上する場合には、ADCが列方向に増大するが
、シフトレジスタの段数を同様に増大させればよい。したがって、外部から入力する信号
線数は変わらない。また、階調数を向上するためには、ADCのビット数を増大させるた
め、信号線の数もそれに伴い増大する。したがって、各々の信号線を制御するために、回
路規模が増大してしまう。しかし、シフトレジスタ方式にすることで、1ビットの増大に
つき、ADCの数に関わらず、シフトレジスタを数系統増やすだけで済む。例えば、上記
の構成の場合、1ビットの増大につき、セット信号を生成するシフトレジスタと、リセッ
ト信号を生成するシフトレジスタと、の2系統のシフトレジスタを増やせば良い。また、
信号線の本数について考えると、例えばセット信号線、リセット信号線がADCの数だけ
増加する。すなわち、1ビットの増加につきADCの数の2倍が増える。しかしながら、
セット信号とリセット信号とは、タッチパネル上で配線が行えるため、外部回路から供給
する場合に比べて、設置は容易である。したがって、ビット数の増大も容易に行える。す
なわち、高空間分解能、高諧調の画像読み取りを容易に実現することができる。なお、こ
れらのシフトレジスタは、図2におけるADC制御回路204が有する構成とすることが
できる。
このように、A/D変換回路を一斉に動作させるのではなく、時系列で順次実行するこ
とにより、全てのA/D変換回路が同時には動作しないので、瞬間的な消費電力の上昇を
防止することができる。複数のA/D変換回路の一を動作させている期間は、複数のA/
D変換回路の他の少なくとも一は動作させないようにすることができ、これにより瞬間的
な消費電力の上昇を防止することができる。複数のA/D変換回路のそれぞれが動作して
いる期間は、互いに重ならないようにすることができ、これにより瞬間的な消費電力の上
昇を防止することができる。
以上のようにすることで、高空間分解能、高諧調の画像読み取りを高速に行うことがで
き、消費電力を低減したタッチパネルを提供することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1〜3で説明したタッチパネルを有する表示装置につい
て、図8、9を参照して説明する。本実施の形態において、タッチパネルはフォトセンサ
と表示素子を有している。表示素子として液晶素子や発光素子を用いることができる。
図8は、実施の形態1〜3で説明したタッチパネルを有する表示装置において、表示素
子として液晶素子を用いた液晶表示装置の断面の一例を示す図である。バックライトから
の光が被検出物である指835で反射し、フォトセンサ803に照射される状態を示して
いる。
基板800としてはガラス基板又は石英基板等の透光性基板を用いる。基板800上に
は、薄膜トランジスタ801、薄膜トランジスタ802、及びフォトセンサ803が設け
られている。フォトセンサ803は、n型半導体層810、i型半導体層811、及びp
型半導体層812が順に積層されて設けられている。n型半導体層810は、一導電型を
付与する不純物元素(例えばリン)を含む。i型半導体層811は、真性半導体である。
p型半導体層812は、一導電型を付与する不純物元素(例えばボロン)を含む。
図8では、薄膜トランジスタ801及び薄膜トランジスタ802としてトップゲート型
の薄膜トランジスタを用いたが、これに限定されない。薄膜トランジスタ801及び薄膜
トランジスタ802としてボトムゲート型の薄膜トランジスタを用いてもよい。また、フ
ォトセンサ803は、n型半導体層810、i型半導体層811、及びp型半導体層81
2の構成となっているが、これに限定されない。
本実施の形態では、薄膜トランジスタ801及び薄膜トランジスタ802の半導体層に
結晶性半導体層を用いることができる。例えば、多結晶シリコンを用いることができる。
しかしこれに限定されず、薄膜トランジスタ801及び薄膜トランジスタ802の半導体
層に、非晶質シリコン、単結晶シリコン、ペンタセン等の有機半導体、または酸化物半導
体等を用いてもよい。なお、基板800上に単結晶シリコンを用いた半導体層を形成する
場合は、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800と
を接合し、当該損傷領域で単結晶シリコン基板を分離することによって形成することがで
きる。また、酸化物半導体としては、インジウム、ガリウム、アルミニウム、亜鉛及びス
ズから選んだ元素の複合酸化物を用いることができる。
絶縁層804は、薄膜トランジスタ801及び薄膜トランジスタ802上を覆って設け
られている。絶縁層804上には絶縁層805が設けられ、絶縁層805上には絶縁層8
06が設けられている。画素電極807は絶縁層806上に設けられ、フォトセンサ80
3と下部電極808は絶縁層805上に設けられている。下部電極808によって、絶縁
層805に設けられた開口部を介して、フォトセンサ803と薄膜トランジスタ801と
が電気的に接続される。
また、対向基板820には、対向電極821、カラーフィルタ層822、及びオーバー
コート層823が設けられている。対向基板820と基板800はシール材によって固定
され、スペーサ825によって基板間隔が概ね一定の距離に保たれている。画素電極80
7と対向電極821が液晶層824を挟持することで、液晶素子を構成している。
カラーフィルタ層822は、図8に示すようにフォトセンサ803と画素電極807の
両方と重なるように設けるとよい。
また、フォトセンサ803は、図8に示すように薄膜トランジスタ802のゲート電極
813と重なっており、薄膜トランジスタ802の信号線814とも重なるように設けて
もよい。
本実施の形態の液晶表示装置には、バックライトが設けられている。図8では、バック
ライトは基板800側に設けられ、破線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(Cold−Cathode Fluorescent La
mp:CCFL)又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。
また、フォトセンサ803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。
また、バックライトは上記構成に限定されない。例えば、RGBの発光ダイオード(L
ED)を用いてバックライトを構成してもよいし、RGBのLEDバックライトを順次点
灯させてフィールドシーケンシャル方式でカラー表示してもよい。この場合にはカラーフ
ィルタ層は不要である。
ここで、図8に示す液晶表示装置の作製方法の一例について簡単に説明する。
まず、活性層として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813を有する薄膜トランジスタ802と、フォトセンサ8
03と電気的に接続される薄膜トランジスタ801を同一基板上に形成する。それぞれの
トランジスタとして、n型薄膜トランジスタ又はp型薄膜トランジスタを用いることがで
きる。また、これらのトランジスタと同一の工程で保持容量を形成することができる。な
お、保持容量は、半導体層を下部電極とし、容量配線を上部電極とし、薄膜トランジスタ
801及び薄膜トランジスタ802のゲート絶縁膜と同一の工程で形成される絶縁膜を誘
電体とすればよい。
また、層間絶縁層の一つである絶縁層804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又はドレイン電極、若しくは、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803と電気的に接続される薄膜
トランジスタ801の信号線も同一の工程で形成される。薄膜トランジスタ802の信号
線814も同一の工程で形成される。
次に、信号線814を覆う絶縁層805を形成する。なお、本実施の形態では、透過型
の液晶表示装置を例として示しているので、絶縁層805には可視光を透過することので
きる絶縁性材料を用いる。次に、絶縁層805にコンタクトホールを形成し、絶縁層80
5上に下部電極808を形成する。
そして、下部電極808の少なくとも一部と重なるようにフォトセンサ803を形成す
る。下部電極808は、フォトセンサ803と、薄膜トランジスタ801とを電気的に接
続させる電極である。フォトセンサ803は、n型半導体層810、i型半導体層811
及びp型半導体層812が順に積層されて形成される。本実施の形態では、プラズマCV
D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810を形成し、非
晶質シリコンによりi型半導体層811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812を形成する。
次に、フォトセンサ803を覆う絶縁層806を形成する。透過型の液晶表示装置の場
合は、絶縁層806に可視光を透過することのできる絶縁性材料を用いる。その後、絶縁
層806にコンタクトホールを形成し、絶縁層806上に画素電極807を形成する。画
素電極807と同一の層によりフォトセンサ803の上部電極であるp型半導体層812
と電気的に接続される配線も形成する。
次に、絶縁層806上にスペーサ825を形成する。図8では、スペーサ825として
柱状スペーサ(ポストスペーサ)を設けたが、球状スペーサ(ビーズスペーサ)を用いて
もよい。
次に、液晶層824としてTN液晶等を用いる場合には、画素電極807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820上にはカラーフィルタ層822、オーバーコート層823、対
向電極821を形成し、対向電極821上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。
その後、基板800の配向膜が塗布された面と、対向基板820の配向膜が塗布された
面とを、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又は液晶注入法に
より液晶を配置し、液晶層824を形成する。
なお、液晶層824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一つであり、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、液晶層824に適用するには、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。
次に、実施の形態1〜3で説明したタッチパネルを有する表示装置において、表示素子
として発光素子を用いたエレクトロルミネセンス表示装置(以下、「EL表示装置」とい
う。)について説明する。
図9は、上記タッチパネルを有する表示装置において、発光素子としてEL素子(例え
ば、有機EL素子、無機EL素子、又は有機物及び無機物を含むEL素子)を用いたEL
表示素子の断面の一例を示す図である。EL素子927から発せられた光が被検出物であ
る指935で反射し、フォトセンサ903に照射される状態を示している。
図9において、基板900上には、薄膜トランジスタ901、薄膜トランジスタ902
、及びフォトセンサ903が設けられている。フォトセンサ903は、n型半導体層91
0、i型半導体層911、及びp型半導体層912が積層されて設けられている。基板9
00は、シール材によって対向基板920に固定されている。
絶縁層904は、薄膜トランジスタ901及び薄膜トランジスタ902上を覆って設け
られている。絶縁層904上には絶縁層905が設けられ、絶縁層905上には絶縁層9
06が設けられている。EL素子927は絶縁層906上に設けられ、フォトセンサ90
3は絶縁層905上に設けられている。フォトセンサ903のn型半導体層910によっ
て、絶縁層905に設けられた開口部を介して、フォトセンサ903と薄膜トランジスタ
901とが電気的に接続されている。
また、センサ用配線909によって、p型半導体層912と他の配線とが電気的に接続
されている。
EL素子927は、画素電極923、発光層924、対向電極925が積層されて設け
られている。なお、バンク926によって隣り合う画素同士の発光層が区切られている。
薄膜トランジスタ901及び薄膜トランジスタ902として、n型薄膜トランジスタ又
はp型薄膜トランジスタを用いることができる。画素電極923が陰極として機能する場
合は、電流の向きを考慮して、画素電極923と電気的に接続する薄膜トランジスタ90
2をn型薄膜トランジスタとすることが好ましい。また、画素電極923が陽極として機
能する場合は、薄膜トランジスタ902をp型薄膜トランジスタとすることが好ましい。
なお本実施の形態は、実施の形態1〜3と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態1〜4で説明したタッチパネル或いはタッチパネルを有
する表示装置を表示部に適用した電子機器の一例について、図10(A)(B)、図11
(A)(B)を用いて説明する。
図10(A)に、上記実施の形態で説明したタッチパネルを適用したモニタ型タッチパ
ネルを示す。図10(A)に示すモニタ型タッチパネルは、筐体1011、表示部101
2、支持台1013を有する。筐体1011に上記実施の形態で説明したタッチパネルが
内蔵され、表示部1012の各画素にはフォトセンサが設けられており、表示部1012
は表示機能と情報入力機能を有する。上記実施の形態で説明した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モニタ型タッチパネルを得る
ことができる。
図10(B)に、上記実施の形態で説明したタッチパネルを適用した携帯型遊技機を示
す。図10(B)に示す携帯型遊技機は、筐体1021、第1の表示部1022、第2の
表示部1023、スピーカ部1024、操作キー1025、記録媒体挿入部1026、外
部接続ポート1027、LEDランプ1028、マイクロフォン1029を有する。図1
0(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又はデータを読み
出して第1の表示部1022及び第2の表示部1023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1022及び第2の表示部1023の一方又は双方に上記実施の形態で説明したタ
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。そのため、読み取り精度が高く
、セキュリティ性の向上を図ることができ、従来よりも複雑で高度なゲームを提供するこ
とができるゲーム機器を得ることができる。
図11(A)(B)に、上記実施の形態で説明した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)の一例を示す。図11(A)に示す携帯電話機は、筐体110
0、表示部1101、操作ボタン1102、外部接続ポート1103、スピーカ1104
及びマイク1105を有する。表示部1101を指等で触れることで、携帯電話機に情報
を入力することができる。
表示部1101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、主に文字等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11(B)は、入力モード時の携帯電話機の正面図を示す。図11(B)に示すよう
に、表示部1101には、キーボード1106が表示され、また、画面1107には、キ
ーボード1106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1101の画面のほぼ全体にキーボード1106が表示される。キー
ボード1106のキー配列は使用する言語によって、変更される。
なお、図11(A)(B)に示す携帯電話機の内部に、加速度センサ等の傾きを検出す
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1101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1101への接触(タッチ操作)、または操作
ボタン1102の操作により行われる。また、表示部1101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1101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1101内に設けられたフォトセンサで検知される
信号を判定し、表示部1101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1101には、上記実施の形態で説明したタッチパネルを適用することができる
。例えば、表示部1101に掌又は指等を触れることで、掌紋又は指紋等を撮像し、本人
認証を行うことができる。また、表示部1101に近赤外光を発光するバックライト又は
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、掌静脈等を撮像することもで
きる。上記実施の形態で説明した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。
以上のように、上記実施の形態で説明したタッチパネルを適用することにより、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。
なお本実施の形態は、実施の形態1〜4と自由に組み合わせることができる。
100 タッチパネル
101 画素回路
102 表示素子制御回路
103 フォトセンサ制御回路
104 画素
105 表示素子
106 フォトセンサ
107 表示素子信号線駆動回路
108 表示素子走査線駆動回路
109 フォトセンサ信号線読み出し回路
110 フォトセンサ走査線駆動回路
201 A/D変換回路
202 A/D変換回路
203 A/D変換回路

Claims (5)

  1. 被検出物が接触したか否かを読み取る機能を有する複数のセンサと、前記センサを制御する機能を有する第1の回路と、を有し、
    前記第1の回路は、前記センサの出力信号を読み出す機能を有する第2の回路を有し、
    前記第2の回路は、複数のA/D変換回路と、前記A/D変換回路を制御する機能を有する第3の回路と、を有し、
    前記第3の回路は、シフトレジスタを有し、
    前記複数のA/D変換回路はそれぞれ、前記複数のセンサの一列毎又は複数列毎に設けられ、
    前記シフトレジスタは、前記複数のA/D変換回路に制御信号を順次供給する機能を有することを特徴とするタッチセンサを有する装置。
  2. 被検出物が接触したか否かを読み取る機能を有する複数のセンサと、前記センサを制御する機能を有する第1の回路と、を有し、
    前記第1の回路は、前記センサの出力信号を読み出す機能を有する第2の回路を有し、
    前記第2の回路は、複数のA/D変換回路と、前記A/D変換回路を制御する機能を有する第3の回路と、を有し、
    前記第3の回路は、シフトレジスタを有し、
    前記複数のA/D変換回路はそれぞれ、前記複数のセンサの一列毎又は複数列毎に設けられ、
    前記シフトレジスタは、前記複数のA/D変換回路のいずれか一を動作させる信号を供給する機能を有することを特徴とするタッチセンサを有する装置。
  3. 被検出物が接触したか否かを読み取る機能を有する複数のセンサと、複数の表示素子と、複数のトランジスタと、前記センサを制御する機能を有する第1の回路と、を有し、
    前記第1の回路は、前記センサの出力信号を読み出す機能を有する第2の回路を有し、
    前記第2の回路は、複数のA/D変換回路と、前記A/D変換回路を制御する機能を有する第3の回路と、を有し、
    前記第3の回路は、シフトレジスタを有し、
    前記複数のA/D変換回路はそれぞれ、前記複数のセンサの一列毎又は複数列毎に設けられ、
    前記シフトレジスタは、前記複数のA/D変換回路に制御信号を順次供給する機能を有することを特徴とする表示装置。
  4. 被検出物が接触したか否かを読み取る機能を有する複数のセンサと、複数の表示素子と、複数のトランジスタと、前記センサを制御する機能を有する第1の回路と、を有し、
    前記第1の回路は、前記センサの出力信号を読み出す機能を有する第2の回路を有し、
    前記第2の回路は、複数のA/D変換回路と、前記A/D変換回路を制御する機能を有する第3の回路と、を有し、
    前記第3の回路は、シフトレジスタを有し、
    前記複数のA/D変換回路はそれぞれ、前記複数のセンサの一列毎又は複数列毎に設けられ、
    前記シフトレジスタは、前記複数のA/D変換回路のいずれか一を動作させる信号を供給する機能を有することを特徴とする表示装置。
  5. 請求項3又は請求項4において、
    前記トランジスタは、酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。
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