JP2014146362A - タッチパネル - Google Patents

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Abstract

【課題】高速動作による撮像が可能なタッチパネルの駆動方法を提供する。
【解決手段】タッチパネルは、フォトダイオードと第1及び第2のトランジスタとを有するフォトセンサが各々設けられた複数の画素を有する。各画素は、フォトダイオードに順方向バイアスが加わるようにフォトダイオードと電気的に接続されたフォトダイオードリセット信号線の電位を設定する第1の動作と、フォトダイオードの光電流により第1のトランジスタのゲートの電位を変化させる第2の動作と、第2のトランジスタのゲートの電位を変化させて、第1及び第2のトランジスタを介して、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続されたフォトセンサ出力信号線と第1のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続されたフォトセンサ基準信号線とを導通させてフォトセンサ出力信号線の電位を光電流に応じて変化させる第3の動作と、を行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、フォトセンサを有するタッチパネルと、その駆動方法に関する。特に、フォ
トセンサが各々設けられた複数の画素を有するタッチパネルと、その駆動方法に関する。
更には、当該タッチパネルを有する電子機器に関する。
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、タッチパネル又はタッチスクリーンなどと呼ばれている(以下、これを単に「
タッチパネル」と呼ぶ。)。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、光方式などがある。いずれの方式においても、被検出物が表示装置に接触も
しくは近接することでデータを入力することができる。
光方式のタッチセンサとして光を検出するセンサ(「フォトセンサ」ともいう。)をタ
ッチパネルに設けることにより、表示画面が入力領域を兼ねる。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を配置する
ことによって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)。光方式のタッチセンサを有するタッチパネルでは、タッチパネルから光が発せられ
る。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、光が検出された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、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用いられる。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。
また、タッチセンサのシステムにおいて、外光の明るさに応じて指先の位置を検出する
ための画像処理方法を選択する技術が知られている(例えば、特許文献3を参照)。
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
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、高分解能、高速動作の本人認証機能を有する電子機器を実現するために
は、フォトセンサの高速動作が要求される。
本発明の一態様は、フォトセンサのリセット動作と読み出し動作とを独立に制御するこ
とで、撮像のフレーム周波数を向上することができるタッチパネルを提供することを課題
の一つとする。
また、本発明の一態様は、高速動作による撮像が可能なタッチパネルの駆動方法を提供
することを課題の一つとする。
本発明の一態様におけるタッチパネルは、表示素子とフォトセンサとを各々有する複数
の画素と、フォトセンサのリセット動作と読み出し動作とを独立に制御し得る制御回路と
を有し、リセット動作と読み出し動作とを、時間的に重複することなく実行することを特
徴としている。
また、本発明の一態様は、フォトダイオードと第1のトランジスタと第2のトランジス
タとを有するフォトセンサが各々設けられた複数の画素を有するタッチパネルの駆動方法
であって、各画素は、フォトダイオードに順方向バイアスが加わるように、フォトダイオ
ードと電気的に接続されたフォトダイオードリセット信号線の電位を設定する第1の動作
と、フォトダイオードの光電流により、第1のトランジスタのゲートの電位を変化させる
第2の動作と、第2のトランジスタのゲートの電位を変化させて、第1のトランジスタと
第2のトランジスタを介して、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的
に接続されたフォトセンサ出力信号線と、第1のトランジスタのソース又はドレインの一
方に電気的に接続されたフォトセンサ基準信号線とを導通させることによって、フォトセ
ンサ出力信号線の電位を光電流に応じて変化させる第3の動作と、を行う。
また、本発明の一態様は、フォトダイオードと第1のトランジスタと第2のトランジス
タとを有するフォトセンサが各々設けられた複数の画素を有するタッチパネルの駆動方法
であって、各画素は、フォトダイオードに順方向バイアスが加わるように、フォトダイオ
ードと電気的に接続されたフォトダイオードリセット信号線の電位を設定する第1の動作
と、フォトダイオードの光電流により、第1のトランジスタのゲートの電位を変化させる
第2の動作と、第2のトランジスタのゲートの電位を変化させて、第1のトランジスタと
第2のトランジスタを介して、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的
に接続されたフォトセンサ出力信号線と、第2のトランジスタのソース又はドレインの一
方に電気的に接続されたフォトセンサ基準信号線とを導通させることによって、フォトセ
ンサ出力信号線の電位を光電流に応じて変化させる第3の動作と、を行う。
上記本発明の一態様におけるタッチパネルの駆動方法おいて、複数の画素の一つが第1
の動作を行うのと同時に、複数の画素の他の一つが第3の動作を行うことを特徴としてい
る。
また上記本発明の一態様におけるタッチパネルの駆動方法において、複数の画素の一つ
が第1の動作を行い、一つの画素と行方向に隣り合う画素が第1の動作を行う間に、複数
の画素の他の一つが第3の動作を行うことを特徴としている。ここで「行方向」とは、一
例として、ゲート信号線の行を示す数字が増加する方向を指す。
また上記本発明の一態様におけるタッチパネルの駆動方法において、複数の画素の一つ
が第3の動作を行い、一つの画素と行方向に隣り合う画素が第3の動作を行う間に、複数
の画素の他の一つが第1の動作を行うことを特徴としている。
本発明の一態様では、高速動作による撮像が可能なタッチパネルを提供することができ
る。
また、本発明の一態様では、フォトセンサの動作時間を確保しながら、高速動作による
撮像が可能なタッチパネルの駆動方法を提供することができる。
また、本発明の一態様では、フォトセンサの動作を安定させつつ、高速動作による撮像
が可能なタッチパネルの駆動方法を提供することができる。
タッチパネルの構成の一例を説明する図。 画素の回路図の一例を説明する図。 フォトセンサ読み出し回路の構成の一例を説明する図。 フォトセンサの読み出し動作の一例を説明するタイミングチャート。 タッチパネルの断面の一例を説明する図。 タッチパネルの断面の一例を説明する図。 タッチパネルの動作の一例を説明する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構成の一例を説明する斜視図。 タッチパネルを用いた電子機器の一例を説明する図。 タッチパネルの動作の一例を説明するタイミングチャート。 タッチパネルの動作の一例を説明するタイミングチャート。 画素の回路図の一例を説明する図。
以下に、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の実施の形態
は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。従っ
て、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、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)
本実施の形態では、本発明の一態様に係るタッチパネルの構成及びその駆動方法につい
て図1〜図4、図7、図10、図11を参照して説明する。
タッチパネルの構成の一例について、図1を参照して説明する。タッチパネル100は
、画素回路101、表示素子制御回路102及びフォトセンサ制御回路103を有する。
画素回路101は、行列方向に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、液晶層を有する液晶素子などを有する。薄膜トランジスタは、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。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。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を作る(階調表示を行う)ことで
、画像表示が実現される。液晶層を透過する光には、光源(バックライト)によって液晶
表示装置の裏面から照射される光を用いる。
なお、カラー画像表示を行う方式として、カラーフィルタを用いる方式、所謂、カラー
フィルタ方式がある。これは、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、赤(R)、緑(G)、青(B))の階調表示を行う方式である。
また、カラー画像表示を行う別の方式として、バックライトを特定の色(例えば、赤(
R)、緑(G)、青(B))の光源で構成して各色を順次点灯する方式、所謂、フィール
ドシーケンシャル方式がある。フィールドシーケンシャル方式では、各色の光源が点灯し
ている期間に、液晶層を透過する光の明暗を作ることで、当該色の階調を作ることができ
る。
以上、表示素子105が液晶素子を有する場合について説明したが、表示素子105と
して発光素子などの他の素子を有していてもよい。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子であり、具体的には発光ダイオード、OLED(Organic
Light Emitting Diode)などが挙げられる。
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
を有する素子と、薄膜トランジスタとを有する。なお、フォトセンサ106が受光する光
は、バックライトからの光が、被検出物に照射された際の反射光を利用する。
表示素子制御回路102は、表示素子105を制御するための回路である。表示素子制
御回路102は、表示素子駆動回路107と表示素子駆動回路108とを有する。表示素
子駆動回路107は、ビデオデータ信号線などの信号線(「ソース信号線」ともいう。)
を介して表示素子105に信号を入力する。表示素子駆動回路108は、走査線(「ゲー
ト信号線」ともいう。)を介して表示素子105に信号を入力する。
例えば、走査線側の表示素子駆動回路108は、特定の行に配置された画素104が有
する表示素子105を選択する機能を有する。また、信号線側の表示素子駆動回路107
は、選択された行の画素104が有する表示素子105に任意の電位を与える機能を有す
る。なお、走査線側の表示素子駆動回路108により高電位を印加された画素では、薄膜
トランジスタが導通状態となり、信号線側の表示素子駆動回路107により与えられる電
荷が表示素子に供給される。
フォトセンサ制御回路103は、フォトセンサ106を制御するための回路であり、フ
ォトセンサ出力信号線、フォトセンサ基準信号線などと接続されたフォトセンサ読み出し
回路109と、フォトセンサ駆動回路110を有する。フォトセンサ駆動回路110は、
特定の行に配置された画素104が有するフォトセンサ106に対して、後述するリセッ
ト動作と選択動作とを行う機能を有する。
また、フォトセンサ読み出し回路109は、選択された行の画素104が有するフォト
センサ106の出力信号を取り出す機能を有する。なお、フォトセンサ読み出し回路10
9には、アナログ信号であるフォトセンサ106の出力を、OPアンプを用いてアナログ
信号のままタッチパネル外部に取り出す構成、あるいは、A/D変換回路を用いてデジタ
ル信号に変換してからタッチパネル外部に取り出す構成を適用することができる。
画素104の回路図の一例について、図2を用いて説明する。画素104は、トランジ
スタ201、保持容量202及び液晶素子203を有する表示素子105と、フォトダイ
オード204、トランジスタ205及びトランジスタ206を有するフォトセンサ106
とを有する。
トランジスタ201は、ゲートがゲート信号線207に、ソース又はドレインの一方が
ビデオデータ信号線210に、ソース又はドレインの他方が保持容量202の一方の電極
と液晶素子203の一方の電極に、それぞれ電気的に接続されている。保持容量202の
他方の電極と液晶素子203の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子203
は、一対の電極と、該一対の電極の間に液晶層を含む素子である。
トランジスタ201は、ゲート信号線207にハイレベルの電位”H”が印加されると
、ビデオデータ信号線210の電位を保持容量202と液晶素子203に印加する。保持
容量202は、当該印加された電位を保持する。液晶素子203は、当該印加された電位
により、光の透過率を変更する。
フォトダイオード204は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線208に、
他方の電極がゲート信号線213を介してトランジスタ205のゲートに、それぞれ電気
的に接続されている。トランジスタ205は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ
基準信号線212に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ206のソース又はドレ
インの一方に、それぞれ電気的に接続されている。トランジスタ206は、ゲートがゲー
ト信号線209に、ソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線211に、それ
ぞれ電気的に接続されている。
なお、トランジスタ205とトランジスタ206の配置は、図2の構成に限定されない
。図12に示すように、トランジスタ206のソース又はドレインの一方がフォトセンサ
基準信号線212に、他方がトランジスタ205のソース又はドレインの一方に、トラン
ジスタ206のゲートがゲート信号線209に、それぞれ電気的に接続され、トランジス
タ205のゲートがゲート信号線213に、トランジスタ205のソース又はドレインの
他方がフォトセンサ出力信号線211に、それぞれ電気的に接続され、フォトダイオード
204は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線208に、他方の電極がゲート
信号線213を介してトランジスタ205のゲートに、それぞれ電気的に接続される構成
としてもよい。
次に、フォトセンサ読み出し回路109の構成の一例について、図3を用いて説明する
。フォトセンサ読み出し回路109は、複数の回路300で構成されている。複数の回路
300のそれぞれは、画素回路101が有する複数の画素104のうちの、1列の画素に
それぞれ対応している。図3に示すように、フォトセンサ読み出し回路109が有する画
素の1列に対応する回路300は、p型トランジスタ301と保持容量302を有する。
また、211は当該画素の1列に対応するフォトセンサ出力信号線、303はプリチャー
ジ信号線である。
フォトセンサ読み出し回路109が有する画素の1列に対応する回路300では、画素
104内におけるフォトセンサ106の動作に先立ち、フォトセンサ出力信号線211の
電位を基準電位に設定する。図3では、プリチャージ信号線303の電位をローレベルの
電位”L”とすることで、フォトセンサ出力信号線211の電位を基準電位である高電位
に設定することができる。
なお、保持容量302は、フォトセンサ出力信号線211の寄生容量が大きい場合には
、設けなくても良い。
また、基準電位を低電位とする構成も可能である。この場合、p型トランジスタ301
に換えてn型トランジスタを用い、プリチャージ信号線303の電位を電位”H”とする
ことで、フォトセンサ出力信号線211の電位を基準電位である低電位に設定することが
できる。
次に、タッチパネルにおけるフォトセンサ106の読み出し動作の一例について、図4
の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404は、図
2におけるフォトダイオードリセット信号線208の電位、トランジスタ206のゲート
が接続されたゲート信号線209の電位、トランジスタ205のゲートが接続されたゲー
ト信号線213の電位、フォトセンサ出力信号線211の電位にそれぞれ相当する。また
、信号405は、図3におけるプリチャージ信号線303の電位に相当する。
時刻Aにおいて、フォトダイオードリセット信号線208の電位(信号401)を電位
”H”とする、換言すると、フォトダイオードに順方向バイアスが加わるように、フォト
ダイオードと電気的に接続されたフォトダイオードリセット信号線の電位を設定する(リ
セット動作)と、フォトダイオード204が導通し、トランジスタ205のゲートが接続
されたゲート信号線213の電位(信号403)が電位”H”となる。また、プリチャー
ジ信号線303の電位(信号405)を電位”L”とすると、フォトセンサ出力信号線2
11の電位(信号404)は電位”H”にプリチャージされる。
時刻Bにおいて、フォトダイオードリセット信号線208の電位(信号401)を電位
”L”にする(累積動作)と、フォトダイオード204の光電流により、トランジスタ2
05のゲートが接続されたゲート信号線213の電位(信号403)が低下し始める。フ
ォトダイオード204は、光が照射されると光電流が増大するので、照射される光の量に
応じてトランジスタ205のゲートが接続されたゲート信号線213の電位(信号403
)は変化する。すなわち、トランジスタ205のソースとドレイン間の電流が変化する。
時刻Cにおいて、ゲート信号線209の電位(信号402)を電位”H”にする(選択
動作)と、トランジスタ206が導通し、フォトセンサ基準信号線212とフォトセンサ
出力信号線211とが、トランジスタ205とトランジスタ206とを介して導通する。
すると、フォトセンサ出力信号線211の電位(信号404)は、低下していく。なお、
時刻C以前に、プリチャージ信号線303(信号405)の電位を電位”H”とし、フォ
トセンサ出力信号線211のプリチャージを終了させておく。ここで、フォトセンサ出力
信号線211の電位(信号404)が低下する速さは、トランジスタ205のソースとド
レイン間の電流に依存する。すなわち、フォトダイオード204に照射されている光の量
に応じて変化する。
時刻Dにおいて、ゲート信号線209の電位(信号402)を電位”L”にすると、ト
ランジスタ206が遮断され、フォトセンサ出力信号線211の電位(信号404)は、
時刻D以後、一定値となる。ここで、一定値となる値は、フォトダイオード204に照射
されている光の量に応じて変化する。したがって、フォトセンサ出力信号線211の電位
を取得することで、フォトダイオード204に照射されている光の量を知ることができる
上記のように、個々のフォトセンサの動作は、リセット動作、累積動作、選択動作を繰
り返すことで実現される。タッチパネルにおいて高速撮像を実現するためには、全画素の
リセット動作、累積動作、選択動作を高速に実行することが必要である。
単純には、図10に示すタイミングチャートのように、全画素のリセット動作後に、全
画素の累積動作、引き続いて、全画素の選択動作、を行うことで、所望の撮像を実現でき
る。図10は、タッチパネルの動作の一例を説明するタイミングチャートである。図10
において、信号1001、信号1002、信号1003、信号1004、信号1005、
信号1006、信号1007は、各々第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行
、第(n−1)行、第n行のフォトダイオードリセット信号線208のタイミングチャー
トである。また、信号1011、信号1012、信号1013、信号1014、信号10
15、信号1016、信号1017は、各々第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+
1)行、第(n−1)行、第n行のゲート信号線209のタイミングチャートである。期
間1018は、第m行のフォトセンサが動作している期間で、期間1019、期間102
0、期間1021は、各々リセット動作、累積動作、選択動作を行っている期間である。
さらに、期間1022は、全画素における1回の撮像に要する期間である。なお、m、n
は自然数であり、1<m<nを満たす。ここで、図10に示す期間Tは、ある行のリセッ
ト動作の開始から次の行のリセット動作の開始までの期間を示す。
ここで、図7に示すタイミングチャートの駆動方法を用いることで、個々のフォトセン
サの動作時間を確保しながら、高速動作による撮像を容易に行うことができる。
図7は、タッチパネルの動作の一例を説明するタイミングチャートである。図7におい
て、信号701、信号702、信号703、信号704、信号705、信号706、信号
707は、各々第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第(n−1)行、第
n行のフォトダイオードリセット信号線208のタイミングチャートである。また、信号
711、信号712、信号713、信号714、信号715、信号716、信号717は
、各々第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第(n−1)行、第n行のゲ
ート信号線209のタイミングチャートである。期間718は、第m行のフォトセンサが
動作している期間で、期間719、期間720、期間721は、各々リセット動作、累積
動作、選択動作を行っている期間である。さらに、期間722は、全画素における1回の
撮像に要する期間である。なお、m、nは自然数であり、1<m<nを満たす。ここで図
7に示す期間Tはある行のリセット動作が開始されるタイミングから次の行のリセット動
作が開始されるタイミングまでの期間を示す。
図7に示すタイミングチャートの駆動方法を用いると、リセット動作と累積動作と選択
動作とを、異なる行において同時に行うことができる。例えば、ある行がリセット動作を
行うのと同時に、他の行において選択動作を行うことができる。図7においては、第m行
のリセット動作と第1行の選択動作とが同時に行われる。
ここで、図7に示すタイミングチャートの各行のフォトセンサにおけるリセット動作及
び選択動作の期間を、図10に示すタイミングチャートと同じに設定した場合、図7で示
すタイミングチャートの方が、全画面における1回の撮像に要する期間(期間722)を
、図10に示す期間(期間1022)よりも短くすることができる。よって、図7で示す
タイミングチャートの駆動方法は、図10の場合と比べて、撮像のフレーム周波数を向上
させることによって高速動作による撮像が可能である。
よって、図7に示すタイミングチャートの駆動方法を用いることで、個々のフォトセン
サの動作時間を確保しながら、撮像のフレーム周波数を向上させることによって高速動作
による撮像が可能である。
なお、図7に示すタイミングチャートの駆動方法を実現するために、フォトセンサ駆動
回路110は、リセット動作を制御する駆動回路と選択動作を制御する駆動回路とを独立
して有することが望ましい。例えば、リセット動作を制御する駆動回路を第1のシフトレ
ジスタを用いて構成し、選択動作を制御する駆動回路を第2のシフトレジスタを用いて構
成するとよい。
さらに、図11に示すタイミングチャートの駆動方法を用いることで、フォトセンサの
動作を安定させることができる。
図11において、信号1101、信号1102、信号1103、信号1104、信号1
105、信号1106、信号1107は、各々第1行、第2行、第3行、第m行、第(m
+1)行、第(n−1)行、第n行のフォトダイオードリセット信号線208のタイミン
グチャートである。また、信号1111、信号1112、信号1113、信号1114、
信号1115、信号1116、信号1117は、各々第1行、第2行、第3行、第m行、
第(m+1)行、第(n−1)行、第n行のゲート信号線209のタイミングチャートで
ある。期間1118は、第m行のフォトセンサが動作している期間で、期間1119、期
間1120、期間1121は、各々リセット動作、累積動作、選択動作を行っている期間
である。さらに、期間1122は、全画素における1回の撮像に要する期間である。ここ
で、図11に示す期間Tは、ある行のリセット動作の開始から次の行のリセット動作の開
始までの期間を示す。図10に示すタイミングチャートの期間Tでは、全ての行で選択動
作を行っていないが、図11に示すタイミングチャートの期間Tでは、ある行では選択動
作を行っている。
図11に示すタイミングチャートの駆動方法を用いると、リセット動作を制御する駆動
回路と選択動作を制御する駆動回路の動作周波数を変えずに、リセット動作と選択動作と
が、異なる行に対して、同時に行わないことができる。例えば、ある行のリセット動作と
、当該行と隣り合う行のリセット動作との間に、他の行の選択動作を行うことによって、
リセット動作と選択動作とを同時に行わないことができる。図11においては、第m行の
リセット動作と第(m+1)行のリセット動作との間に、第2行の選択動作が行われる。
また、例えば、ある行の選択動作と、当該行と隣り合う行の選択動作との間に、他の行の
リセット動作を行うことによって、リセット動作と選択動作とを同時に行わないことがで
きる。図11においては、第1行の選択動作と第2行の選択動作との間に、第m行のリセ
ット動作が行われる。
図11に示すタイミングチャートの駆動方法を用いることで、選択動作を行っている行
におけるフォトセンサによるフォトセンサ出力信号線の電位の変化が、別の行におけるフ
ォトセンサのリセット動作に及ぼす影響を著しく低減できる。よって、図11に示すタイ
ミングチャートの駆動方法を用いることで、フォトセンサの動作を安定させることができ
る。
ここで、リセット動作に及ぼす影響とは、図2において、トランジスタ206のオフリ
ーク電流により、トランジスタ205を介して、フォトセンサ出力信号線211から、フ
ォトセンサ基準信号線212へリーク電流が流れることに起因する。リセット動作に及ぼ
す影響により、リセット動作中にトランジスタ205のゲート電圧が所望の電圧に達しな
い、リーク電流によりフォトセンサ出力信号線211の電位及びフォトセンサ基準信号線
212の電位が不安定になる、などのフォトセンサ動作の不具合が生じる恐れがある。
よって、図11に示すタイミングチャートの駆動方法を用いることで、フォトセンサの
動作を安定させつつ、撮像のフレーム周波数を向上させることによって高速動作による撮
像が可能である。
なお、図11に示すタイミングチャートの駆動方法で、リセット期間中にフォトセンサ
出力信号線の電位をフォトセンサ基準信号線の電位と等電位にすることも有効である。
なお、図11に示すタイミングチャートの駆動方法を実現するために、フォトセンサ駆
動回路110は、リセット動作を制御する駆動回路と選択動作を制御する駆動回路とを独
立して有することが望ましい。例えば、リセット動作を制御する駆動回路を第1のシフト
レジスタを用いて構成し、選択動作を制御する駆動回路を第2のシフトレジスタを用いて
構成し、さらに、各々のシフトレジスタの出力に対して、所望の期間だけ電位”H”とす
る信号との論理和により、各行の制御信号を生成することが有効である。
以上のような形態とすることで、動作時間が確保され、高速動作による撮像が可能なフ
ォトセンサを有するタッチパネルを提供することができる。また、フォトセンサの動作時
間を確保しながら、高速動作による撮像が可能なタッチパネルの駆動方法を提供すること
ができる。
また、以上のような形態とすることで、動作が安定であり、高速動作による撮像ができ
るフォトセンサを有するタッチパネルを提供することができる。また、フォトセンサの動
作を安定させつつ、高速動作による撮像ができるタッチパネルの駆動方法を提供すること
ができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様に係るタッチパネルの構成について、図5を参照し
て説明する。
図5に、タッチパネルの断面の一例を示す。図5に示すタッチパネルでは、絶縁表面を
有する基板501(TFT基板)上に、フォトダイオード502、トランジスタ503、
保持容量504、液晶素子505が設けられている。
フォトダイオード502と、保持容量504とは、トランジスタ503を作製するプロ
セスにおいて、トランジスタ503と共に形成することが可能である。フォトダイオード
502は横型接合タイプのpinダイオードであり、フォトダイオード502が有する半
導体膜506は、p型の導電性を有する領域(p層)と、i型の導電性を有する領域(i
層)と、n型の導電性を有する領域(n層)とを有している。なお、図5に示すタッチパ
ネルでは、フォトダイオード502がpinダイオードである場合を例示しているが、フ
ォトダイオード502はpnダイオードであっても良い。横型接合タイプのpin接合ま
たはpn接合は、p型を付与する不純物元素と、n型を付与する不純物元素とを、それぞ
れ半導体膜506の特定の領域に添加することで、形成することが出来る。
また、基板501上に成膜した一の半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工
(パターニング)することで、フォトダイオード502の島状の半導体膜と、トランジス
タ503の島状の半導体膜とを一緒に形成することができ、トランジスタなどを含む画素
が形成された通常のパネルを作製するプロセスに対し、フォトダイオードの一部を形成す
るためのプロセスを追加する必要がないため、コストを低減できる。
液晶素子505は、画素電極507と、液晶508と、対向電極509とを有する。画
素電極507は、基板501上に形成されており、トランジスタ503とは、保持容量5
04と導電膜510とを介して電気的に接続されている。また、対向電極509は、基板
513(対向基板)上に形成されており、画素電極507と対向電極509の間に、液晶
508が挟まれている。なお、図5に示すタッチパネルでは、フォトセンサに用いられて
いるトランジスタについては図示していないが、当該トランジスタも、トランジスタ50
3を作製するプロセスにおいて、トランジスタ503と共に基板501上に形成すること
が可能である。
画素電極507と対向電極509の間のセルギャップは、スペーサー516を用いて制
御することが出来る。図5では、フォトリソグラフィーで選択的に形成された柱状のスペ
ーサー516を用いてセルギャップを制御しているが、球状のスペーサーを画素電極50
7と対向電極509の間に分散させることで、セルギャップを制御することも出来る。
また液晶508は、基板501と基板513の間において、封止材により囲まれている
。液晶508の注入は、ディスペンサ式(滴下式)を用いても良いし、ディップ式(汲み
上げ式)を用いていても良い。
画素電極507には、透光性を有する導電性材料、例えばインジウム錫酸化物(ITO
)、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)、有機インジウム、有機スズ、酸化
亜鉛(ZnO)を含むインジウム亜鉛酸化物(IZO(Indium Zinc Oxi
de))、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウム(Ga)を含む酸化亜鉛、酸化スズ(SnO
)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛
酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物など
を用いることが出来る。
また、本実施の形態では、透過型の液晶素子505を例に挙げているので、画素電極5
07と同様に、対向電極509にも上述した透光性を有する導電性材料を用いることが出
来る。
画素電極507と液晶508の間には配向膜511が、対向電極509と液晶508の
間には配向膜512が、それぞれ設けられている。配向膜511、配向膜512はポリイ
ミド、ポリビニルアルコールなどの有機樹脂を用いて形成することができ、その表面には
、ラビングなどの、液晶分子を一定方向に配列させるための配向処理が施されている。ラ
ビングは、配向膜に圧力をかけながら、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて
、上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで、行うことが出来る。なお、酸化珪素などの
無機材料を用い、配向処理を施すことなく、蒸着法で配向特性を有する配向膜511、配
向膜512を直接形成することも可能である。
また、液晶素子505と重なるように、特定の波長領域の光を通すことができるカラー
フィルタ514が、基板513上に形成されている。カラーフィルタ514は、顔料を分
散させたアクリル系樹脂などの有機樹脂を基板513上に塗布した後、フォトリソグラフ
ィーを用いて選択的に形成することができる。また、顔料を分散させたポリイミド系樹脂
を基板513上に塗布した後、エッチングを用いて選択的に形成することもできる。或い
は、インクジェットなどの液滴吐出法を用いることで、選択的にカラーフィルタ514を
形成することもできる。
また、フォトダイオード502と重なるように、光を遮蔽することが出来る遮蔽膜51
5が、基板513上に形成されている。遮蔽膜515を設けることで、基板513を透過
してタッチパネル内に入射したバックライトからの光が、直接フォトダイオード502に
当たるのを防ぐことができる他、画素間における液晶508の配向の乱れに起因するディ
スクリネーションが視認されるのを防ぐことができる。遮蔽膜515には、カーボンブラ
ック、二酸化チタンよりも酸化数が小さい低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂
を用いることができる。また、クロムを用いた膜で、遮蔽膜515を形成することも可能
である。
また、基板501の画素電極507が形成されている面とは反対の面に、偏光板517
を設け、基板513の対向電極509が形成されている面とは反対の面に、偏光板518
を設ける。
バックライトからの光は、矢印520で示すように液晶素子505を通って、基板50
1側にある被検出物521に照射される。そして、被検出物521において反射された光
は、矢印522で示すように、フォトダイオード502に入射する。
液晶素子は、TN(Twisted Nematic)型の他、VA(Vertica
l Alignment)型、OCB(Optically Compensated
Birefringence)型、IPS(In−Plane Switching)型
などであっても良い。なお、本実施の形態では、画素電極507と対向電極509の間に
液晶508が挟まれている構造を有する液晶素子505を例に挙げて説明したが、本発明
の一態様に係るタッチパネルはこの構成に限定されない。IPS型のように、一対の電極
が、共に基板501側に形成されている液晶素子であっても良い。
また、本実施の形態では、フォトダイオード502、トランジスタ503、保持容量5
04に、薄膜の半導体膜を用いている場合を例に挙げているが、単結晶半導体基板、SO
I基板などを用いて形成されていても良い。
以上のような形態とすることで、高速動作による撮像が可能なタッチパネルを提供する
ことができる。また、高速動作による撮像が可能なタッチパネルの駆動方法を提供するこ
とができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様に係るタッチパネルの別の構成について、図6を参
照して説明する。
図6に、実施の形態2とは異なるタッチパネルの断面の一例を示す。図6に示すタッチ
パネルでは、フォトダイオード602が、トランジスタ503のゲート電極を構成する導
電膜で構成した遮蔽膜603を有している点が、図5のフォトダイオード502と異なる
。フォトダイオード602が遮蔽膜603を有することで、バックライトからの光がi型
の導電性を有する領域(i層)に直接入射することを回避することができ、被検出物52
1において反射された光のみを効率良く検出することができる。
また、フォトダイオード602を横型接合タイプのpinダイオードとする場合は、p
型の導電性を有する領域(p層)とn型の導電性を有する領域(n層)とを形成する際に
、遮蔽膜603をマスクとして用いることで、セルフアラインで形成することができる。
これは、微細なフォトダイオードを作製する際に有効であり、画素サイズの縮小や開口率
の向上に有効である。
以上のような形態とすることで、高速動作による撮像が可能なタッチパネルを提供する
ことができる。また、高速動作による撮像が可能なタッチパネルの駆動方法を提供するこ
とができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様に係るタッチパネルを有する表示装置の例として、
液晶表示装置の構成について、図8を参照して説明する。
図8は、本発明の一態様に係るタッチパネルを有する液晶表示装置の構成の一例を示す
斜視図である。図8に示す液晶表示装置は、一対の基板間に液晶素子、フォトダイオード
、薄膜トランジスタなどを含む画素が形成された液晶パネル1601と、第1の拡散板1
602と、プリズムシート1603と、第2の拡散板1604と、導光板1605と、反
射板1606と、複数の光源1607を有するバックライト1608と、回路基板160
9とを有している。
液晶パネル1601と、第1の拡散板1602と、プリズムシート1603と、第2の
拡散板1604と、導光板1605と、反射板1606とは、順に積層されている。光源
1607は導光板1605の端部に設けられており、導光板1605内部に拡散された光
源1607からの光は、第1の拡散板1602、プリズムシート1603及び第2の拡散
板1604によって、対向基板側(液晶パネル1601に対し導光板1605などが設け
られている側)から均一に液晶パネル1601に照射される。
なお、本実施の形態では、第1の拡散板1602と第2の拡散板1604とを用いてい
るが、拡散板の数はこれに限定されず、単数であっても3以上であっても良い。そして、
拡散板は導光板1605と液晶パネル1601の間に設けられていれば良い。よって、プ
リズムシート1603よりも液晶パネル1601に近い側にのみ拡散板が設けられていて
も良いし、プリズムシート1603よりも導光板1605に近い側にのみ拡散板が設けら
れていても良い。
またプリズムシート1603は、図8に示した断面が鋸歯状の形状に限定されず、導光
板1605からの光を液晶パネル1601側に集光できる形状を有していれば良い。
回路基板1609には、液晶パネル1601に入力される各種信号を生成する回路又は
これら信号に処理を施す回路、液晶パネル1601から出力される各種信号に処理を施す
回路などが設けられている。そして図8では、回路基板1609と液晶パネル1601と
が、FPC1611(Flexible Printed Circuit)を介して接
続されている。なお、上記回路は、COG(Chip ON Glass)法を用いて液
晶パネル1601に接続されていても良いし、上記回路の一部がFPC1611にCOF
(Chip On Film)法を用いて接続されていても良い。
図8では、光源1607の駆動を制御する、制御系の回路が回路基板1609に設けら
れており、該制御系の回路と光源1607とがFPC1610を介して接続されている例
を示している。ただし、上記制御系の回路は液晶パネル1601に形成されていても良く
、この場合は液晶パネル1601と光源1607とがFPCなどにより接続されるように
する。
なお、図8は、液晶パネル1601の端に光源1607を配置するエッジライト型の光
源を例示しているが、本発明の一態様に係るタッチパネルは光源1607が液晶パネル1
601の直下に配置される直下型であっても良い。
例えば、被検出物である指1612をTFT基板側(液晶パネル1601を挟んでバッ
クライト1608とは反対側)から液晶パネル1601に近づけると、バックライト16
08からの光が、液晶パネル1601を通過し、その一部が指1612において反射し、
再び液晶パネル1601に入射する。各色に対応する光源1607を順に点灯させ、色ご
とに撮像データの取得を行うことで、被検出物である指1612のカラーの撮像データを
得ることが出来る。
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態5)
本発明の一態様に係るタッチパネルは、フォトセンサの動作時間を確保しながら、高速
動作による撮像ができるという特徴を有している。また、本発明の一形態に係るタッチパ
ネルは、フォトセンサの動作を安定させつつ、高速動作による撮像ができるという特徴を
有している。よって、本発明の一態様に係るタッチパネルを用いた電子機器は、タッチパ
ネルをその構成要素に追加することにより、より高機能のアプリケーションを搭載するこ
とができるようになる。
本発明の一態様に係るタッチパネルは、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、
記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatil
e Discなどの記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置
)に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係るタッチパネルを用いることが
できる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカ
メラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)
、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイ
ヤーなど)、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ
払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係るタッチパネルを用いた電子機器の一例を、図
9を参照して説明する。
図9(A)は表示装置であり、筐体5001、表示部5002、支持台5003などを
有する。本発明の一態様に係るタッチパネルは、表示部5002に用いることができる。
表示部5002に本発明の一態様に係るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮
像データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された表示装置
を提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、TV放送受
信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
図9(B)は携帯情報端末であり、筐体5101、表示部5102、スイッチ5103
、操作キー5104、赤外線ポート5105などを有する。本発明の一態様に係るタッチ
パネルは、表示部5102に用いることができる。表示部5102に本発明の一態様に係
るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うことができ、よ
り高機能のアプリケーションが搭載された携帯情報端末を提供することができる。
図9(C)は現金自動預け入れ払い機であり、筐体5201、表示部5202、硬貨投
入口5203、紙幣投入口5204、カード投入口5205、通帳投入口5206などを
有する。本発明の一態様に係るタッチパネルは、表示部5202に用いることができる。
表示部5202に本発明の一態様に係るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮
像データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された現金自動
預け入れ払い機を提供することができる。そして、本発明の一態様に係るタッチパネルを
用いた現金自動預け入れ払い機は、指紋、顔、手形、掌紋及び手の静脈の形状、虹彩など
の、生体認証に用いられる生体情報の読み取りを、より高精度で行うことが出来る。よっ
て、生体認証における、本人であるにもかかわらず本人ではないと誤認識してしまう本人
拒否率と、他人であるにもかかわらず本人と誤認識してしまう他人受入率とを、低く抑え
ることができる。
図9(D)は携帯型ゲーム機であり、筐体5301、筐体5302、表示部5303、
表示部5304、マイクロホン5305、スピーカー5306、操作キー5307、スタ
イラス5308などを有する。本発明の一態様に係るタッチパネルは、表示部5303ま
たは表示部5304に用いることができる。表示部5303または表示部5304に本発
明の一態様に係るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮像データの取得を行う
ことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯型ゲーム機を提供すること
ができる。なお、図9(D)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部5303と表示部
5304とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない
図9(E)は電子黒板であり、筐体5401、描画部5402等を有する。電子黒板で
は、スタイラス5403または油性インクを用いたマーカーなどを用いて描画部5402
に字または絵などの情報を書き込むことができる。さらに、電子黒板は、描画部5402
に書き込まれた情報をフォトセンサにより電子データ化することができる。スタイラス5
403を用いる場合、描画部5402に書き込まれた情報は、フォトセンサにより電子デ
ータ化された後、表示素子により描画部5402において表示される。本発明の一態様に
係るタッチパネルは、描画部5402に用いることができる。描画部5402に本発明の
一態様に係るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うこと
ができ、より高機能のアプリケーションが搭載された電子黒板を提供することができる。
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
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 表示素子駆動回路
108 表示素子駆動回路
109 フォトセンサ読み出し回路
110 フォトセンサ駆動回路
201 トランジスタ
202 保持容量
203 液晶素子
204 フォトダイオード
205 トランジスタ
206 トランジスタ
207 ゲート信号線
208 フォトダイオードリセット信号線
209 ゲート信号線
210 ビデオデータ信号線
211 フォトセンサ出力信号線
212 フォトセンサ基準信号線
213 ゲート信号線
300 回路
301 p型トランジスタ
302 保持容量
303 プリチャージ信号線
401 信号
402 信号
403 信号
404 信号
405 信号
501 基板
502 フォトダイオード
503 トランジスタ
504 保持容量
505 液晶素子
506 半導体膜
507 画素電極
508 液晶
509 対向電極
510 導電膜
511 配向膜
512 配向膜
513 基板
514 カラーフィルタ
515 遮蔽膜
516 スペーサー
517 偏光板
518 偏光板
520 矢印
521 被検出物
522 矢印
602 フォトダイオード
603 遮蔽膜
701 信号
702 信号
703 信号
704 信号
705 信号
706 信号
707 信号
711 信号
712 信号
713 信号
714 信号
715 信号
716 信号
717 信号
718 期間
719 期間
720 期間
721 期間
722 期間
1001 信号
1002 信号
1003 信号
1004 信号
1005 信号
1006 信号
1007 信号
1011 信号
1012 信号
1013 信号
1014 信号
1015 信号
1016 信号
1017 信号
1018 期間
1019 期間
1020 期間
1021 期間
1022 期間
1101 信号
1102 信号
1103 信号
1104 信号
1105 信号
1106 信号
1107 信号
1111 信号
1112 信号
1113 信号
1114 信号
1115 信号
1116 信号
1117 信号
1118 期間
1119 期間
1120 期間
1121 期間
1122 期間
1601 液晶パネル
1602 拡散板
1603 プリズムシート
1604 拡散板
1605 導光板
1606 反射板
1607 光源
1608 バックライト
1609 回路基板
1610 FPC
1611 FPC
1612 指
5001 筐体
5002 表示部
5003 支持台
5101 筐体
5102 表示部
5103 スイッチ
5104 操作キー
5105 赤外線ポート
5201 筐体
5202 表示部
5203 硬貨投入口
5204 紙幣投入口
5205 カード投入口
5206 通帳投入口
5301 筐体
5302 筐体
5303 表示部
5304 表示部
5305 マイクロホン
5306 スピーカー
5307 操作キー
5308 スタイラス
5401 筐体
5402 描画部
5403 スタイラス

Claims (1)

  1. タッチパネルの駆動方法であって、
    前記タッチパネルは、表示素子とフォトセンサが各々設けられた複数の画素を有し、
    前記フォトセンサは、フォトダイオードと、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、
    前記複数の画素の各々は、
    前記フォトダイオードに順方向バイアスが加わるように、当該フォトダイオードと電気的に接続されたフォトダイオードリセット信号線の電位を設定する第1の動作と、
    前記フォトダイオードの光電流により、前記第1のトランジスタのゲートの電位を変化させる第2の動作と、
    前記第2のトランジスタのゲートの電位を変化させて、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタを介して、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続されたフォトセンサ出力信号線と、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続されたフォトセンサ基準信号線とを導通させることによって、前記フォトセンサ出力信号線の電位を前記光電流に応じて変化させる第3の動作と、を行い、
    前記複数の画素の一つが前記第1の動作を行うのと同時に、前記複数の画素の他の一つが前記第3の動作を行うことを特徴とするタッチパネルの駆動方法。
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