JP5202395B2 - タッチパネル、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、タッチセンサを有するタッチパネルに関する。また、当該タッチパネルを搭載した電子機器に関する。

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照射される。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。

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、高解像度での画像取得が要求される。例えば、タッチパネルの各画素内にフォトセンサを設け、各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、画像処理を施すことで、本人認証をする構成が有効である。さらに、高度な本人認証機能を実現するためには、モノクロではなく、カラーで多階調でのデータ収集が必要になる。すなわち、画素内のフォトセンサで、被検出物からの光をＲ、Ｇ、Ｂ毎に精度良く検出する必要がある。ところが、一般的にフォトセンサは、Ｒ、Ｇ、Ｂで感度が異なる。そのため、高解像度のカラーデータを収集することは、容易ではない。

本発明は、上記の問題を鑑みなされたもので、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を検出するフォトセンサから得られる電気信号を、Ｒ、Ｇ、Ｂで異なる電圧分解能に変更できるＡ／Ｄコンバータを用いてＡ／Ｄ変換することで、高階調のデータセンシングが可能なタッチパネルを提供する。

本発明におけるタッチパネルにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素にフォトセンサを各々搭載し、且つ、画素数列毎に逐次変換方式のＡ／Ｄコンバータを搭載したタッチパネルにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素のフォトセンサから得られる電気信号の電圧範囲に応じて、Ａ／Ｄコンバータを構成するＤ／Ａコンバータの電位を変更する。このようにすることで、Ａ／Ｄコンバータで検出できる一階調当たりの電圧を変更する。つまり、Ｒ、Ｇ、Ｂでフォトセンサの感度が異なる場合でも、タッチパネルにおいて高解像度のセンシングが可能となる。

本発明のタッチパネルの一態様は、第１の色の光を検出する第１のフォトセンサ部を含む第１の画素と、第２の色の光を検出する第２のフォトセンサ部を含む第２の画素と、前記第１のフォトセンサ部の出力信号をＡ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄコンバータと、前記第２のフォトセンサ部の出力信号をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄコンバータと、を少なくとも有する。第１のＡ／Ｄコンバータの電圧分解能と、第２のＡ／Ｄコンバータの電圧分解能は異なる。

第１の画素と第２の画素はそれぞれ、表示素子部を有する。また、第１のフォトセンサ部と第２のフォトセンサ部はそれぞれ、フォトダイオードと、トランジスタを有する。また、第１のＡ／Ｄコンバータと第２のＡ／Ｄコンバータはそれぞれ、ＤＡコンバータと、比較回路を有する。

本発明の一態様は、高階調のデータセンシングが可能なタッチパネルを提供することができる。

タッチパネルの構成を説明する図。 タッチパネルの構成を説明する図。 タイミングチャート。 タッチパネルの構成を説明する図。 タッチパネルの構成を説明する図。 タイミングチャート。 タッチパネルの構成を説明する図。 タッチパネルの構成を説明する図。 タッチパネルの構成を説明する図。 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、本発明の趣旨およ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。

（実施の形態１）
本実施の形態では、タッチパネルについて図１〜図７を参照して説明する。

タッチパネルの構成について、図１を参照して説明する。タッチパネル１００は、画素部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。

画素部１０１は、複数の画素１０４を有する。画素１０４は、表示素子部１０５とフォトセンサ部１０６を有する。複数の画素１０４はマトリクス状に配置され、例えば、ｎ列目（ｎは自然数）には第１の色の光を検出する画素１０４が設けられ、（ｎ＋１）列目には第２の色の光を検出する画素１０４が設けられ、（ｎ＋３）列目には第３の色の光を検出する画素１０４が設けられる。第１、第２、第３の色とは、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）である。そして、赤色の光を検出する画素１０４には赤色のカラーフィルタが重なるように設けられ、緑色の光を検出する画素１０４には緑色のカラーフィルタが重なるように設けられ、青色の光を検出する画素１０４には青色のカラーフィルタが重なるように設けられる。

表示素子部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する。タッチパネル１００では、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、液晶層を通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。薄膜トランジスタは、保持容量に電荷を注入もしくは排出する機能を有する。

なお、表示素子部１０５が液晶素子を有する場合について説明したが、発光素子などの他の素子を有していてもよい。その場合、例えば、ｎ列目（ｎは自然数）には第１の色の光を発光する発光素子を含む表示素子部１０５と第１の色の光を検出するフォトセンサ部１０６を含む画素１０４が設けられ、（ｎ＋１）列目には第２の色の光を発光する発光素子を含む表示素子部１０５と第２の色の光を検出するフォトセンサ部１０６を含む画素１０４が設けられ、（ｎ＋３）列目には第３の色の光を発光する発光素子を含む表示素子部１０５と第３の色の光を検出するフォトセンサ部１０６を含む画素１０４が設けられる。また表示素子部１０５が発光素子を含む場合、カラーフィルタは設けられない。

フォトセンサ部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、該素子を制御するトランジスタ等を有する。なお、フォトセンサ部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）を発色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の光を、各々Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素におけるフォトセンサ部１０６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と表示素子走査線駆動回路１０８を有し、表示素子部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部１０５のみに高電位を与える機能を有する。また、表示素子信号線駆動回路１０７は、特定の列における表示素子部１０５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により高電位を印加された表示素子部１０５では、トランジスタが導通状態となり、保持容量は表示素子信号線駆動回路１０７により与えられる電位を保持する。

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とフォトセンサ走査線駆動回路１１０を有し、フォトセンサ部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部１０６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部１０６の出力信号を取り出す機能を有する。

画素１０４の回路図について、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を有する表示素子部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部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”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、印加された電位を保持する。液晶素子２０３は、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、他方の電極がトランジスタ２０５のゲートに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出力信号線２１１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基準信号線２１２に電気的に接続されている。

次に、画素１０４の動作について、図３のタイミングチャートを用いて説明する。図３において、信号３０１〜信号３０４は、フォトダイオードリセット信号線２０８、トランジスタ２０６のゲートが接続されたゲート信号線２０９、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３、フォトセンサ出力信号線２１１の電位に相当する。

期間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３０１）を”Ｈ”とすると、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３０３）を”Ｈ”となる。

期間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３０１）を”Ｌ”にすると、フォトダイオード２０４のオフ電流により、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３０３）が低下する。フォトダイオード２０４は、光が照射されるとオフ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３０３）は変化する。すなわち、トランジスタ２０５のソース・ドレイン電流が変化する。

期間Ｃにおいて、ゲート信号線２０９の電位（信号３０２）を”Ｈ”にすると、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。あらかじめ、フォトセンサ出力信号線２１１の電位（信号３０４）を”Ｈ”にプリチャージしているため、フォトセンサ出力信号線２１１の電位は、低下していく。ここで、フォトセンサ出力信号線２１１の電位が低下する速さは、トランジスタ２０５のソース・ドレイン電流に依存する。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。

次に、図１に示したフォトセンサ信号線読み出し回路１０９の構成について、図４を用いて説明する。

フォトセンサ信号線読み出し回路１０９は、第１のＡ／Ｄコンバータ（以下第１のＡＤＣと表記）４０１〜第９のＡＤＣ４０９とＡＤＣ制御回路４１０を有し、第１のフォトセンサ信号線４１１〜第９のフォトセンサ信号線４１９、フォトセンサ信号線読み出し回路出力信号線４２０、第１のＡＤＣ出力信号線４２１〜第９のＡＤＣ出力信号線４２９、第１のＡＤＣ制御信号線４３１〜第９のＡＤＣ制御信号線４３９に接続されている。第１のフォトセンサ信号線４１１〜第９のフォトセンサ信号線４１９はそれぞれ、画素１０４が含むフォトダイオード２０４が接続されたフォトセンサ出力信号線２１１に接続されている。具体的には、第１のフォトセンサ信号線４１１〜第９のフォトセンサ信号線４１９はそれぞれ、画素部１０１の一列分の画素１０４が含むフォトダイオード２０４が接続されたフォトセンサ出力信号線２１１に接続されている。

ＡＤＣ制御回路４１０は、第１のＡＤＣ出力信号線４２１〜第９のＡＤＣ出力信号線４２９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４２０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４２１〜第９のＡＤＣ出力信号線４２９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４２０に出力する。また、ＡＤＣ制御回路４１０は、第１のＡＤＣ制御信号線４３１〜第９のＡＤＣ制御信号線４３９の各々に出力する電位を生成する。

次に、第１のＡＤＣ４０１〜第９のＡＤＣ４０９の構成とその動作について詳述する。以下には、代表的に、第１のＡＤＣ４０１の構成とその動作について、図５を用いて説明する。

ここでは、第１のＡＤＣ４０１は、２ビットの逐次変換方式のＡ／Ｄコンバータとする。第１のＡＤＣ４０１は、比較回路（以下ＣＭＰと表記）５０１、逐次変換レジスタ（以下ＳＡＲと表記）５０２、Ｄ／Ａコンバータ（以下ＤＡＣと表記）５０３、ＣＭＰ出力信号線５０４、第１のＳＡＲ出力信号線５０５、第２のＳＡＲ出力信号線５０６、ＤＡＣ出力信号線５０７、第１の保持回路５０８、第２の保持回路５０９、ＡＤＣイネーブル信号線５１０、リセット１信号線５１１、リセット２信号線５１２、ＡＤＣセット１信号線５１３、ＡＤＣセット２信号線５１４を有する。ＡＤＣイネーブル信号線５１０、リセット１信号線５１１、リセット２信号線５１２、ＡＤＣセット１信号線５１３、ＡＤＣセット２信号線５１４、をまとめて、第１のＡＤＣ制御信号線４３１とよぶ。第１のＳＡＲ出力信号線５０５と、第２のＳＡＲ出力信号線５０６は、第１のＡＤＣ出力信号線４２１を構成する。すなわち、第１のＡＤＣ出力信号線４２１は、２ビットの信号線である。

ＣＭＰ５０１は、第１のフォトセンサ信号線４１１と、ＤＡＣ出力信号線５０７を入力信号線とし、両信号線の電位の比較を行う。そして、比較結果に伴い、ＣＭＰ出力信号線５０４に、”Ｈ”もしくは”Ｌ”を出力する。ここでは、第１のフォトセンサ信号線４１１の電位の方が、ＤＡＣ出力信号線５０７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、ＣＭＰ５０１は、ＡＤＣイネーブル信号線５１０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。ＣＭＰ５０１が停止中は、ＣＭＰ５０１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、ＣＭＰ５０１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５１０の電位が”Ｈ”または”Ｌ”の場合に、ＣＭＰ５０１が動作または停止するものとする。

ＳＡＲ５０２は、第１の保持回路５０８と第２の保持回路５０９を有する。ＡＤＣセット１信号線５１３の電位を制御することで、第１の保持回路５０８に、ＣＭＰ出力信号線５０４の電位に応じた電位が保持される。ＡＤＣセット２信号線５１４の電位を制御することで、第２の保持回路５０９に、ＣＭＰ出力信号線５０４の電位に応じた電位が保持される。リセット１信号線５１１の電位を制御することで、第１の保持回路５０８及び第２の保持回路５０９に保持された電位がリセットされる。リセット２信号線５１２の電位を制御することで、第２の保持回路５０９に保持された電位がリセットされる。

第１の保持回路５０８と第２の保持回路５０９はそれぞれ、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５０８、第２の保持回路５０９をレベルセンシティブラッチで構成する。ＡＤＣセット１信号線５１３（ＡＤＣセット２信号線５１４）の電位が”Ｈ”の際に、ＣＭＰ出力信号線５０４の電位が”Ｈ”ならば、第１の保持回路５０８（第２の保持回路５０９）に”Ｈ”が保持され、ＣＭＰ出力信号線５０４の電位が”Ｌ”ならば、第１の保持回路５０８（第２の保持回路５０９）に”Ｌ”が保持されるものとする。また、リセット１信号線５１１の電位を”Ｈ”とすることで、第１の保持回路５０８に”Ｈ”、第２の保持回路５０９に”Ｌ”が保持され、リセット２信号線５１２の電位を”Ｈ”とすることで、第２の保持回路５０９に”Ｈ”が保持されるものとする。

ＳＡＲ５０２において、第１の保持回路５０８と第２の保持回路５０９に保持された電位は、第１のＳＡＲ出力信号線５０５と、第２のＳＡＲ出力信号線５０６と、に各々出力される。

ＤＡＣ５０３は、第１のＳＡＲ出力信号線５０５の電位と、第２のＳＡＲ出力信号線５０６の電位と、で一意に決まる電位を、ＤＡＣ出力信号線５０７に出力する。ここでは、第１のＳＡＲ出力信号線５０５の電位と、第２のＳＡＲ出力信号線５０６の電位と、が各々（”Ｌ”、”Ｌ”）、（”Ｈ”，”Ｌ”）、（”Ｌ”、”Ｈ”）、（”Ｈ”、”Ｈ”）の場合、ＤＡＣ出力信号線５０７に、０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖを各々出力するものとする。このような、ＤＡＣ５０３は、抵抗方式、容量方式、などで実現することができる。

次に、第１のＡＤＣ４０１の動作について、図６に示すタイミングチャートを用いて説明する。

図６において、信号６０１〜信号６１０は、各々、第１のフォトセンサ信号線４１１、ＡＤＣイネーブル信号線５１０、ＡＤＣリセット１信号線５１１、ＡＤＣリセット２信号線５１２、ＡＤＣセット１信号線５１３、ＡＤＣセット２信号線５１４、ＣＭＰ出力信号線５０４、第１のＳＡＲ出力信号線５０５、第２のＳＡＲ出力信号線５０６、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位に対応する。なお、第１のフォトセンサ信号線４１１の電位（信号６０１）の電位は、一例として、１．５Ｖとする。

期間Ａにおいて、ＡＤＣリセット１信号線５１１の電位（信号６０３）を”Ｈ”とすると、第１の保持回路５０８と、第２の保持回路５０９と、に保持された電位がリセットされる。また、第１のＳＡＲ出力信号線５０５の電位（信号６０８）が”Ｈ”、第２のＳＡＲ出力信号線５０６（信号６０９）の電位が”Ｌ”となる。また、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６１０）は２Ｖとなる。以上、期間Ａでは、ＤＡＣ電位の第１の設定操作を行う。

期間Ｂにおいて、ＡＤＣイネーブル信号線５１０の電位（信号６０２）を”Ｈ”とすると、ＣＭＰ５０１が動作する。ＣＭＰ５０１は、第１のフォトセンサ信号線４１１の電位（信号６０１、１．５Ｖ）と、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６１０、２Ｖ）と、を比較する。比較の結果、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６１０）の方が高いので、ＣＭＰ出力信号線５０４（信号６０７）の電位は”Ｌ”となる。以上、期間Ｂでは、ＤＡＣ電位と被測定電位との第１の比較操作を行う。本比較操作により、被測定電位の電位は、０〜２Ｖの範囲内と判定されたことになる。

期間Ｃにおいて、ＡＤＣセット１信号線５１３の電位（信号６０５）を”Ｈ”とすると、第１の保持回路５０８に”Ｌ”が保持され、第１のＳＡＲ出力信号線５０５の電位（信号６０８）が”Ｌ”となる。また、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６１０）は０Ｖとなる。

期間Ｄにおいて、ＡＤＣリセット２信号線５１２の電位（信号６０４）を”Ｈ”とすると、第２の保持回路５０９に保持された電位がリセットされ、第２のＳＡＲ出力信号線５０６の電位（信号６０９）が”Ｈ”となる。また、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６１０）は１Ｖとなる。以上、期間Ｃと期間Ｄとでは、ＤＡＣ電位の第２の設定操作を行う。

期間Ｅにおいて、ＡＤＣイネーブル信号線５１０の電位（信号６０２）を”Ｈ”とすると、ＣＭＰ５０１が動作し、第１のフォトセンサ信号線４１１の電位（信号６０１、１．５Ｖ）と、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６０１、１Ｖ）と、を比較し、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６１０）の方が低いので、ＣＭＰ出力信号線５０４の電位（信号６０７）は”Ｈ”となる。以上、期間Ｅでは、ＤＡＣ電位と被測定電位との第２の比較操作を行う。本比較操作により、被測定電位の電位は、１〜２Ｖの範囲内と判定されたことになる。

期間Ｆにおいて、ＡＤＣセット２信号線５１４の電位（信号６０６）を”Ｈ”とすると、第２の保持回路５０９に”Ｈ”が保持される。ここでは、もともと第２の保持回路５０９には”Ｈ”が保持されているため、第２のＳＡＲ出力信号線５０６の電位（信号６０９）は変わらず”Ｈ”のままである。また、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位（信号６１０）も１Ｖのままである。以上、期間Ｆでは、ＤＡＣ電位の第３の設定操作を行う。

以上の結果、ＤＡＣ電位の設定操作を３回、ＤＡＣ電位と被測定電位との比較操作を２回、行うことで、被測定電位は１〜２Ｖの範囲内と判定でき、第１のＡＤＣ出力信号線４２１より、Ａ／Ｄ変換データとして、”Ｌ”、”Ｈ”が出力される。

このように、逐次変換方式のＡ／Ｄコンバータでは、ＳＡＲ５０２に含まれる第１の保持回路５０８と第２の保持回路５０９とに保持される電位を変更することでＤＡＣ出力を逐次変更する操作、すなわち、ＤＡＣ電位の設定操作と、当該ＤＡＣ出力と被測定電位とを比較する操作と、を繰り返すことで、被測定電位の範囲を逐次絞り込んで、被測定電位を決定していく。ここでは、２ビットのＡ／Ｄコンバータ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コンバータについても、同様な方式により、動作が行える。一般的に、ｎビットのＡ／Ｄコンバータを用いると、ＤＡＣの設定操作を（ｎ＋１）回、ＤＡＣ電位と被測定電位との比較操作をｎ回行うことで、ｎビットの精度で被測定電位を判定することができる。

第１のＡＤＣ４０１〜第９のＡＤＣ４０９に接続されたＡＤＣ制御回路４１０（図４参照）は、以上で説明した第１のＡＤＣ制御信号線４３１と同様に、第２のＡＤＣ制御信号線４３２〜第９のＡＤＣ制御信号線４３９に制御信号を与え、第１のＡＤＣ出力信号線４２１と同様に第２のＡＤＣ出力信号線４２２〜第９のＡＤＣ出力信号線４２９から出力信号を得る。

さて、図２及び図３で説明したように、フォトダイオード２０４に照射する光の量に応じて、フォトセンサ出力信号線２１１の電位は変化する。したがって、フォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化をＡＤＣで計測することで、光の量を求めることができる。なお、フォトダイオードに照射した光の量に対して、どの程度電流が流れるか、すなわちフォトダイオードの感度は、光の波長によって異なることが知られている。すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂの光に応じて、フォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化の程度は異なることになる。一般的なフォトダイオードでは、Ｇの光に対する感度と、Ｒ、Ｂの光に対する感度とは、１０倍程度異なる。つまり、フォトダイオードがＧの光を検出した場合のフォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化に対して、Ｒ、Ｂの光を検出した場合のフォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化はわずかになる。したがって、Ｒ、Ｂの光を検出する場合には、ＡＤＣの電圧分解能を向上させ、より小さな電圧変化を検出できるようにする必要がある。

そこで、本発明の一態様では、第１のＡＤＣ４０１〜第９のＡＤＣ４０９の電圧分解能を、フォトダイオードが検出する光の色に応じて、変化させることを特徴とする。具体的には、第１のＡＤＣ４０１〜第９のＡＤＣ４０９のそれぞれに含まれるＤＡＣ５０３に与えられる電位を変化させることを特徴とする。以下には、ＤＡＣ５０３の構成とその動作について、図７を用いて説明する。

ＤＡＣ５０３は、ここでは、Ｒ−２Ｒラダー方式と呼ばれる構成としている。ＤＡＣ５０３は、第１の抵抗７０１、第２の抵抗７０２、第３の抵抗７０３、第４の抵抗７０４、第１のスイッチ７０５、第２のスイッチ７０６を有する。第１の抵抗７０１、第２の抵抗７０２、第３の抵抗７０３、第４の抵抗７０４の抵抗比は、２：２：２：１である。

第１のスイッチ７０５、第２のスイッチ７０６において、第１のＳＡＲ出力信号線５０５、第２のＳＡＲ出力信号線５０６が各々”Ｈ”の時、高電位線７０７（電位ＶＨ）が選択され、”Ｌ”の時、低電位線７０８（電位ＶＬ）が選択される。したがって、第１のＳＡＲ出力信号線５０５、第２のＳＡＲ出力信号線５０６の電位が、各々（”Ｌ”、”Ｌ”）、（”Ｈ”、”Ｌ”）、（”Ｌ”、”Ｈ”）、（”Ｈ”、”Ｈ”）の場合に、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位は（４ＶＬ＋０ＶＨ）／４、（３ＶＬ＋ＶＨ）／４、（２ＶＬ＋２ＶＨ）／４、（ＶＬ＋３ＶＨ）／４が得られる。すなわち、ＤＡＣ５０３では、ＶＬ〜ＶＨの範囲で、（ＶＨ−ＶＬ）／４の電圧分解能で、出力を得ることができる。

例えば、低電位線７０８の電位ＶＬが０Ｖ、高電位線７０７の電位ＶＨが４Ｖであるとき、第１のＳＡＲ出力信号線５０５、第２のＳＡＲ出力信号線５０６の電位が、各々（”Ｌ”、”Ｌ”）、（”Ｈ”、”Ｌ”）、（”Ｌ”、”Ｈ”）、（”Ｈ”、”Ｈ”）の場合に、ＤＡＣ出力信号線５０７の電位は、０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖが得られる。

さて、前述の通り、第１のＡＤＣ４０１では、ＤＡＣ５０３の出力と被測定電圧（第１のフォトセンサ信号線４１１の電位）とを逐次比較してＡ／Ｄ変換を行う。したがって、図７の構成のＤＡＣ５０３を用いた場合、第１のＡＤＣ４０１では、ＶＬ〜ＶＨの電圧範囲の被測定電圧に対し、電圧分解能が（ＶＨ−ＶＬ）／４で、Ａ／Ｄ変換を行うことができる。したがって、高電位線７０７の電位ＶＨと低電位線７０８の電位ＶＬとを調整することで、任意の電圧範囲に対して、任意の電圧分解能で、Ａ／Ｄ変換を行うことができる。

ここで、前述の一般的なフォトダイオード、すなわち、Ｇの光に対する感度が、Ｒ、Ｂの光に対する感度より１０倍程度優れるフォトダイオードを用いた場合を考える。図２及び図３を用いて説明したように、フォトダイオードがＧの光を検出した場合のフォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化に対して、Ｒ、Ｂの光を検出した場合のフォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化はわずかになる。したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の光を検出する際に、フォトセンサ出力信号線２１１の電位が変化する電圧範囲の上限と下限とを高電位線７０７の電位ＶＨと低電位線７０８の電位ＶＬとに設定することで、フォトダイオードに入射した光の量を精密に検出することができる。例えば、図２に示した回路構成では、フォトダイオードに入射する光の量が増大すると、フォトセンサ出力信号線２１１の電位がより低下する。そのため、光に対する感度が劣るＲ、Ｂの光を検出する場合には、光に対する感度に優れるＧの光を検出する場合よりも、低電位線７０８の電位ＶＬが高く設定される。

以下には、フォトセンサ部１０６がＧの光を検出した場合と、Ｒ、Ｂの光を検出した場合と分けて、具体的な数値を挙げて、表１を用いて説明する。

表１において、「フォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化し得る範囲」とは、Ｇの光またはＲ、Ｂの光を検出するフォトセンサ部１０６が接続されたフォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化である。「高電位線７０７の電位ＶＨ」、「低電位線７０８の電位ＶＬ」とは、フォトセンサ出力信号線２１１の電位の変化の電位の変化に対応して、設定された電位である。「ＤＡＣ出力信号線５０７から出力され得る電位」は、上述した通り、高電位線７０７の電位ＶＨと低電位線７０８の電位ＶＬにより決定されるものであり、（４ＶＬ＋０ＶＨ）／４、（３ＶＬ＋ＶＨ）／４、（２ＶＬ＋２ＶＨ）／４、（ＶＬ＋３ＶＨ）／４で決定される。「ＡＤＣ４０１の電圧分解能」は（ＶＨ−ＶＬ）／４で決定される値である。
５Ｖとなる。

以上より、フォトダイオードが検出する光の色に応じて、ＡＤＣの電圧分解能を向上させることができる。また、ＡＤＣの電圧分解能を向上させることにより、フォトセンサ信号出力線２１１の小さな電圧変化を検出できる。

ここでは、一般的なフォトダイオードとして、Ｇの光に対する感度が、Ｒ、Ｂの光に対する感度より優れる場合について説明したが、異なる特性のフォトダイオードを用いる場合についても同様に適用できる。すなわち、Ｒの光に対する感度が、Ｇ、Ｂの光に対する感度より優れる場合、もしくは、Ｂの光に対する感度が、Ｒ、Ｇの光に対する感度より優れる場合、についても同様に適用できる。さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂの光に対する感度が各々異なる場合についても、上述の方法を容易に適用することができる。

なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を検出するフォトダイオードの出力電位を、各々異なるＡＤＣで検出する場合には、各々のＡＤＣの高電位線及び低電位線に供給する電位ＶＨ及びＶＬを、上述した方法で決定し、個別に設定する構成が有効である。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を検出するフォトダイオードの出力電位を、同一のＡＤＣで、時間分割して検出する場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂ、各々の出力電位を検出する際に、ＡＤＣの高電位線及び低電位線に供給する電位ＶＨ及びＶＬを、上述した方法で決定し、該当する時間毎に変更する構成が有効である。

以上のようにすることで、高階調のデータセンシングが可能なタッチパネル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、実施の形態１〜４で説明したタッチパネルについて、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。表示素子は液晶素子や発光素子を有する。

図８は、実施の形態１〜４で説明したタッチパネルにおいて、表示素子が液晶素子を有する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１０３５で反射し、フォトセンサ１００３に照射される状態を示している。

基板１０００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１０００上には、薄膜トランジスタ１００１、薄膜トランジスタ１００２、及びフォトセンサ１００３が設けられている。フォトセンサ１００３は、ｎ型半導体層１０１０、ｉ型半導体層１０１１、及びｐ型半導体層１０１２が順に積層されて設けられている。ｎ型半導体層１０１０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１０１１は、真性半導体である。ｐ型半導体層１０１２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１００１及び薄膜トランジスタ１００２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１００１及び薄膜トランジスタ１００２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１００３は、ｎ型半導体層１０１０、ｉ型半導体層１０１１、及びｐ型半導体層１０１２を有する構成としているが、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１００１及び薄膜トランジスタ１００２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１００１及び薄膜トランジスタ１００２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１０００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１０００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１００４は、薄膜トランジスタ１００１及び薄膜トランジスタ１００２上を覆って設けられている。絶縁層１００４上には絶縁層１００５が設けられ、絶縁層１００５上には絶縁層１００６が設けられている。画素電極１００７は絶縁層１００６上に設けられ、フォトセンサ１００３と下部電極１００８は絶縁層１００５上に設けられている。下部電極１００８によって、絶縁層１００５に設けられた開口部を介して、フォトセンサ１００３と薄膜トランジスタ１００１とが電気的に接続される。

また、対向基板１０２０には、対向電極１０２１、カラーフィルタ層１０２２、及びオーバーコート層１０２３が設けられている。対向基板１０２０と基板１０００はシール材によって固定され、スペーサ１０２５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１００７と対向電極１０２１が液晶層１０２４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１０２２は、図８に示すようにフォトセンサ１００３と画素電極１００７の両方と重なるように設けてもよい。

また、フォトセンサ１００３は、図８に示すように薄膜トランジスタ１００２のゲート電極１０１３と重なっており、薄膜トランジスタ１００２の信号線１０１４とも重なるように設けるとよい。

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１０００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 Ｌａｍｐ：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１００３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（ＬＥＤ）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１０１３を有する薄膜トランジスタ１００２と、フォトセンサ１００３と電気的に接続される薄膜トランジスタ１００１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１００１及び薄膜トランジスタ１００２のゲート絶縁膜と同一の工程で形成される絶縁膜を誘導体とすればよい。

また、薄膜トランジスタの層間絶縁層の一つである絶縁層１００４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１００３と電気的に接続される薄膜トランジスタ１００１の信号線も同一の工程で形成される。薄膜トランジスタ１００２の信号線１０１４も同一の工程で形成される。

次に、信号線１０１４を覆う絶縁層１００５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１００５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１００５にコンタクトホールを形成し、絶縁層１００５上に下部電極１００８を形成する。

そして、下部電極１００８の少なくとも一部と重なるようにフォトセンサ１００３を形成する。下部電極１００８は、フォトセンサ１００３と、薄膜トランジスタ１００１とを電気的に接続させる電極である。フォトセンサ１００３は、ｎ型半導体層１０１０、ｉ型半導体層１０１１及びｐ型半導体層１０１２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１０１０を形成し、非晶質シリコンによりｉ型半導体層１０１１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１０１２を形成する。

次に、フォトセンサ１００３を覆う絶縁層１００６を形成する。透過型の液晶表示装置の場合は、絶縁層１００６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１００６にコンタクトホールを形成し、絶縁層１００６上に画素電極１００７を形成する。画素電極１００７と同一の層によりフォトセンサ１００３の上部電極であるｐ型半導体層１０１２と電気的に接続される配線も形成する。

次に、絶縁層１００６上にスペーサ１０２５を形成する。図８では、スペーサ１０２５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１０２４としてＴＮ液晶等を用いる場合には、画素電極１００７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１０２０上にはカラーフィルタ層１０２２、オーバーコート層１０２３、対向電極１０２１を形成し、対向電極１０２１上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。

その後、基板１０００の配向膜が塗布された面と、対向基板１０２０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１０２４を形成する。

なお、液晶層１０２４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１０２４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１〜４で説明したタッチパネルにおいて、表示素子が発光素子を有する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１１２７から発せられた光が被検出物である指１１３５で反射し、フォトセンサ１１０３に照射される状態を示している。

図９において、基板１１００上には、薄膜トランジスタ１１０１、薄膜トランジスタ１１０２、及びフォトセンサ１１０３が設けられている。フォトセンサ１１０３は、ｎ型半導体層１１１０、ｉ型半導体層１１１１、及びｐ型半導体層１１１２が積層されて設けられている。基板１１００は、シール材によって対向基板１１２０に固定されている。

絶縁層１１０４は、薄膜トランジスタ１１０１及び薄膜トランジスタ１１０２上を覆って設けられている。絶縁層１１０４上には絶縁層１１０５が設けられ、絶縁層１１０５上には絶縁層１１０６が設けられている。ＥＬ素子１１２７は絶縁層１１０６上に設けられ、フォトセンサ１１０３は絶縁層１１０５上に設けられている。フォトセンサ１１０３のｎ型半導体層１１１０によって、絶縁層１１０５に設けられた開口部を介して、フォトセンサ１１０３と薄膜トランジスタ１１０１とが電気的に接続されている。

また、センサ用配線１１０９によって、ｐ型半導体層１１１２と他の配線とが電気的に接続されている。

ＥＬ素子１１２７は、画素電極１１２３、発光層１１２４、対向電極１１２５が積層されて設けられている。なお、バンク１１２６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１１０１及び薄膜トランジスタ１１０２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１１２３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１１２３と電気的に接続する薄膜トランジスタ１１０２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１１２３が陽極として機能する場合は、薄膜トランジスタ１１０２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、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、タッチパネルを用いた電子機器の一例について、図１０を用いて説明する。

図１０（Ａ）に示す携帯電話機は、表示部９１０１を含む。図１０（Ｂ）に示す携帯情報端末は、表示部９２０１、入力ペン９２０２等を含む。図１０（Ｃ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９３０１、９３０２等を含む。図１０（Ｄ）に示す携帯型ゲーム機は、表示部９４０１等を含む。図１０（Ｅ）に示す携帯情報端末は、表示部９５０１等を含む。図１０（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、表示部９６０１、入力ペン９６０２等を含む。本発明の一態様であるタッチパネルは、図８（Ａ）−（Ｆ）の電子機器に用いることができる。本発明の一態様であるタッチパネルを用いることにより、高階調のデータセンシングが可能なタッチパネルを提供することができる。

Claims (6)

1. 第１の色の光を検出する第１のフォトセンサ部を含む第１の画素と、
   第２の色の光を検出する第２のフォトセンサ部を含む第２の画素と、
   前記第１のフォトセンサ部の出力信号をＡ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄコンバータと、
   前記第２のフォトセンサ部の出力信号をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄコンバータと、を少なくとも有し、
   前記第１のフォトセンサ部の前記出力信号は、第１の配線を介して、前記第１のＡ／Ｄコンバータに入力され、
   前記第２のフォトセンサ部の前記出力信号は、第２の配線を介して、前記第２のＡ／Ｄコンバータに入力され、
   前記第１のＡ／Ｄコンバータと前記第２のＡ／Ｄコンバータはそれぞれ、Ｄ／Ａコンバータと、比較回路を有し、
   前記比較回路は、前記Ｄ／Ａコンバータと、前記第１のフォトセンサ部又は前記第２のフォトセンサ部とに電気的に接続されることを特徴とするタッチパネル。
2. 請求項１において、
   前記第１の画素と前記第２の画素はそれぞれ、表示素子部を有することを特徴とするタッチパネル。
3. 請求項１又は２において、
   前記第１のフォトセンサ部と前記第２のフォトセンサ部はそれぞれ、フォトダイオードと、トランジスタを有することを特徴とするタッチパネル。
4. 請求項３において、
   前記Ｄ／Ａコンバータは、第１乃至第４の抵抗と、第１及び第２のスイッチと、を有し、
   前記第１の抵抗は、第３の配線に電気的に接続され、
   前記第２の抵抗は、前記第１のスイッチを介して、前記第３の配線又は第４の配線に電気的に接続され、
   前記第３の抵抗は、前記第２のスイッチを介して、前記第３の配線又は前記第４の配線に電気的に接続され、
   前記第４の抵抗は、出力信号線及び前記第１乃至前記第３の抵抗に電気的に接続され、
   前記第３の配線に与えられる電位は、前記第４の配線に与えられる電位よりも低いことを特徴とするタッチパネル。
5. 請求項４において、
   前記第１のＡ／Ｄコンバータが有する前記Ｄ／Ａコンバータにおいて、前記第３の配線に与えられる電位は、前記第１の配線の電位が変化する第１の電圧範囲の下限の値に等しく、前記第４の配線に与えられる電位は、前記第１の電圧範囲の上限の値に等しく、
   前記第２のＡ／Ｄコンバータが有する前記Ｄ／Ａコンバータにおいて、前記第３の配線に与えられる電位は、前記第２の配線の電位が変化する第２の電圧範囲の下限の値に等しく、前記第４の配線に与えられる電位は、前記第２の電圧範囲の上限の値に等しいことを特徴とするタッチパネル。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の前記タッチパネルを用いた電子機器。

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