JP5459910B2

JP5459910B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP5459910B2
Application number: JP2010151515A
Authority: JP
Inventors: 義元黒川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: US20110001725A1; TW201533502A; TWI547845B; TWI496042B; KR101703510B1; TW201117074A; KR20110002812A; JP2011028744A; JP2014063521A; JP5771262B2

Description

本発明は、タッチ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、タッチセンサを有する画素がマトリッ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には、フォトセンサの高感度化が要求される。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、カラーでのデータ収集が必要になる。また、安価にタッチパネルを提供する必要がある。

上記の課題に鑑み、開示する発明の一態様は、高感度のフォトセンサを有し、カラーでの撮像機能を有する安価なタッチパネル及びその駆動方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様におけるタッチパネルは、画素に表示素子とフォトセンサとを各々有し、フォトセンサが有するフォトダイオードと、表示素子が有する薄膜トランジスタとは、共通の半導体膜から構成され、バックライトを対向基板側から照射し、ＴＦＴ基板側に被検出物を配置して使用し、バックライトは複数の特定の色の光源を順次点灯することで構成し、当該色の光源が点灯している期間にフォトセンサより被検出物からの反射光を検出して当該色の撮像データとし、全ての色の撮像データからカラーの撮像画像を構成する。また、本発明の一態様におけるタッチパネルは、薄膜トランジスタのゲート電極を構成する導電膜で、フォトダイオードの遮蔽膜を構成する。

本発明により、高分解能でカラーでの撮像が可能な安価なタッチパネルを提供することができる。また、高分解能でカラーでの撮像が可能な安価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。タイミングチャート。タッチパネルの断面図。タッチパネルの断面図。タイミングチャート。タッチパネルの構成を示す図。タッチパネルを用いた電子機器の一例を示す図。

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、タッチパネルについて図１〜図５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（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：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、保持容量への電荷を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（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、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））の階調を作ることができる。ここで、カラーフィルタ方式を用いる際に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色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。

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。

なお、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、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（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等が挙げられる。

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り、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１０７と、走査線（「ゲート信号線」ともいう。）を介して表示素子１０５に信号を入力する表示素子駆動回路１０８を有する。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が有する表示素子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が有する表示素子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表示素子では、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等の信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９と、走査線側のフォトセンサ駆動回路１１０を有する。例えば、走査線側のフォトセンサ駆動回路１１０は、特定の行に配置された画素が有するフォトセンサ１０６を選択する機能を有する。また、信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９は、選択された行の画素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、信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９は、アナログ信号であるフォトセンサの出力を、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や、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が考え得る。

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に電位”Ｈ”（ハイレベルの電位）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、フォトセンサ読み出し回路１０９の構成について、図３を用いて説明する。図３において、画素１列分に対応するフォトセンサ読み出し回路３００は、ｐ型ＴＦＴ３０１、保持容量３０２、を有する。また、当該画素列のフォトセンサ出力信号線２１１、プリチャージ信号線３０３を有する。

フォトセンサ読み出し回路３００では、画素内におけるフォトセンサの動作に先立ち、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”Ｌ”（ローレベルの電位）とすることで、フォトセンサ出力信号線２１１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、特別に設けなくても良い。なお、基準電位を、低電位とする構成も可能である。この場合、ｎ型ＴＦＴを用いることで、プリチャージ信号線３０３の電位を”Ｈ”とすることで、フォトセンサ出力信号線２１１を基準電位である低電位に設定することができる。

次に、本タッチパネルにおけるフォトセンサの読み出し動作について、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、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”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４０３）が”Ｈ”となる。また、プリチャージ信号線３０３の電位（信号４０５）は”Ｌ”とすると、フォトセンサ出力信号線２１１の電位（信号４０４）は”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”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”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。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の電位（信号４０５）は”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しておく。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”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。

図５に、タッチパネルの断面図の一例を示す。図５に示すタッチパネルでは、絶縁表面を有する基板（ＴＦＴ基板）１００１上に、フォトダイオード１００２、トランジスタ１００３、保持容量１００４、液晶素子１００５が設けられている。

フォトダイオード１００２と、保持容量１００４とは、トランジスタ１００３を作製するプロセスにおいて、トランジスタ１００３と共に形成することが可能である。フォトダイオード１００２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１００２が有する半導体膜１００６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、本実施の形態では、フォトダイオード１００２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１００２はｐｎダイオードであっても良い。横型接合タイプのｐｉｎダイオードまたはｐｎダイオードは、ｐ型を付与する不純物と、ｎ型を付与する不純物とを、それぞれ半導体膜１００６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、ＴＦＴ基板１００１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１００２の島状の半導体膜と、トランジスタ１００３の島状の半導体膜とを一緒に形成することができ、通常のパネル作製プロセスに追加するプロセスが不要となり、コストを低減できる。

液晶素子１００５は、画素電極１００７と、液晶１００８と、対向電極１００９とを有する。画素電極１００７は基板１００１上に形成されており、トランジスタ１００３及び保持容量１００４と、導電膜１０１０を介して電気的に接続されている。また、対向電極１００９は、基板（対向基板）１０１３上に形成されており、画素電極１００７と対向電極１００９の間に、液晶１００８が挟まれている。なお、図５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１００３を作製するプロセスにおいて、トランジスタ１００３と共に基板（ＴＦＴ基板）１００１上に形成することが可能である。

画素電極１００７と、対向電極１００９の間のセルギャップは、スペーサー１０１６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１０１６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１００７と対向電極１００９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１００８は、基板（ＴＦＴ基板）１００１と基板（対向基板）１０１３の間において、封止材により囲まれている。液晶１００８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１００７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）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、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（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ））、ガリウム（Ｇａ）を含む酸化亜鉛、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、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１００５を例に挙げているので、画素電極１００７と同様に、対向電極１００９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１００７と液晶１００８の間には配向膜１０１１が、対向電極１００９と液晶１００８の間には配向膜１０１２が、それぞれ設けられている。配向膜１０１１、配向膜１０１２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１０１１、配向膜１０１２を直接形成することも可能である。

また、液晶素子１００５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１０１４が、基板（対向基板）１０１３上に形成されている。カラーフィルタ１０１４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１０１３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１０１３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１０１４を形成することもできる。

また、フォトダイオード１００２と重なるように、光を遮蔽することが出来る遮蔽膜１０１５が、基板（対向基板）１０１３上に形成されている。遮蔽膜１０１５を設けることで、基板（対向基板）１０１３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１００２に当たるのを防ぐことができる他、画素間における液晶１００８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１０１５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。または、クロムを用いた膜で、遮蔽膜１０１５を形成することも可能である。

また、基板（ＴＦＴ基板）１００１の画素電極１００７が形成されている面とは反対の面に、偏光板１０１７を設け、基板（対向基板）１０１３の対向電極１００９が形成されている面とは反対の面に、偏光板１０１８を設ける。

液晶素子は、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型の他、ＶＡ（ＶｉｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＯＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型、ＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）型、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）型等であっても良い。なお、本実施の形態では、画素電極１００７と対向電極１００９の間に液晶１００８が挟まれている構造の液晶素子１００５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（ＴＦＴ基板）１００１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１００２、トランジスタ１００３、保持容量１００４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、ＳＯＩ基板などを用いて形成されていても良い。

さて、本実施の形態に示す断面構造では、バックライトからの光は、基板（対向基板）１０１３側から照射する。すなわち、矢印１０２０で示すように液晶素子１００５を通って、基板（ＴＦＴ基板）１００１側にある被検出物１０２１に照射される。そして、被検出物１０２１において反射された矢印１０２２で示す光は、フォトダイオード１００２に入射する。

ここで、特定の色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））の光の検出をフォトダイオード１００２で行うには、バックライトからの矢印１０２０で示す光が、当該色の画素における液晶素子１００５を通過し、基板（ＴＦＴ基板）１００１側にある被検出物１０２１に照射し、反射された矢印１０２２で示す光が、当該画素のフォトダイオード１００２に入射する必要がある。仮に、バックライトからの矢印１０２０で示す光が、当該色以外の画素における液晶素子１００５を通過し、基板（ＴＦＴ基板）１００１側にある被検出物１０２１に照射し、反射された矢印１０２２で示す光が、当該画素のフォトダイオード１００２に入射した場合、異なる色の光が混合してしまう。すなわち、当該画素のフォトダイオード１００２では、混合した光の強度を検出することになり、カラー撮像が困難となる。

さて、一般的に、液晶パネル及び有機ＥＬパネルなどでは、基板（ＴＦＴ基板）１００１には、ガラス基板が用いられることが多い。現在量産されている、液晶パネル及び有機ＥＬパネルなどでは、ガラス基板の厚みは０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ程度のものが多い。一方、画素サイズは、高精細なパネルの場合には、１００μｍ未満である。カラーフィルタ方式を用いる場合には、例えば、ストライプ配置の場合、各色は、画素サイズの３分の１、すなわち、数十μｍの間隔で配置されることになる。

バックライトからの矢印１０２０で示す光が、当該色の画素における液晶素子１００５を通過し、基板（ＴＦＴ基板）１００１側にある被検出物１０２１に照射し、反射された矢印１０２２で示す光が、当該画素のフォトダイオード１００２に入射するためには、光は、基板（ＴＦＴ基板）１００１を往復する１．０ｍｍ〜１．４ｍｍの距離を進む間に、数十μｍの広がりしか許されないことになる。即ち、アスペクト比が３０〜５０以上となり、非常に厳しい直進性が要求されることになる。

そこで、本実施の形態では、フィールドシーケンシャル方式を用い、バックライトが特定の色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））の光を発している際に、被検出物１０２１から反射された矢印１０２２で示す光をフォトダイオード１００２で検出する。そして、各色での検出が終わった後、それらを１つの画像に構成することで、カラー階調の画像取得を行う。このようにすることで、カラー階調の取得が容易になる。

フィールドシーケンシャル方式における、フォトセンサの読み出し動作と、バックライトが有する各色の光源の動作について、図７に示すタイミングチャートを用いて説明する。例えば、バックライトが、赤（Ｒ）の光を画素に供給する光源と、緑（Ｇ）の光を画素に供給する光源と、青（Ｂ）の光を画素に供給する光源とを有している場合、フィールドシーケンシャル方式では、図７に示すように、１フレーム期間において上記光源を順に点灯させる。

そして、各色の光が画素に供給されている期間において、図４に示したタイミングチャートに従って、各行の画素が順に動作を行い、色ごとに撮像データの取得を行う。図７では、各行の画素における、フォトダイオードリセット信号線２０８の信号４０１と、トランジスタ２０６のゲートが接続されたゲート信号線２０９の信号４０２のタイミングチャートを示している。

画像を表示する場合は、赤（Ｒ）の光を画素に供給する光源と、緑（Ｇ）の光を画素に供給する光源と、青（Ｂ）の光を画素に供給する光源とを並行して点灯させることで、白色光をパネルに供給することが出来る。

なお、本実施の形態における画像撮像方法を用いる場合、画像表示もフィールドシーケンシャル方式で行う際には、カラーフィルタを設ける必要は無い。また、画素を特定の色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））に分ける必要が無いので、画像表示の精細度が向上する。

一方、画像表示のフレーム周波数に比べて、画像撮像のフレーム周波数の方が同程度もしくは早い場合には、画像表示はカラーフィルタ方式を用いることが有効である。なぜならば、画像撮像用に、バックライトの特定の色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））の光を順次点灯しても、点灯速度が速ければ画像表示上は白色光として視認することができる。この場合は、表示素子制御回路の動作周波数を低減することができるので、低消費電力化に有効である。

また、バックライトが有する光源が白色であっても、各画素にカラーフィルタを設け、各色に対応する画素ごとに液晶素子の透過率を制御することで、光源の切り替えを行わずにフィールドシーケンシャル方式で撮像データの取得を行うことが可能である。このようにすることで、表示領域の一部の領域のみを撮像領域とする構成も容易に実現できる。

以上のような形態とすることで、高分解能且つ高速でカラーでの撮像が可能な安価なタッチパネルを提供することができる。また、高分解能且つ高速でカラーでの撮像が可能な安価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２）
図６に、実施の形態１とは異なるタッチパネルの断面図の一例を示す。図６に示すタッチパネルでは、フォトダイオード１００２は、トランジスタ１００３のゲート電極を構成する導電膜で、遮蔽膜を構成している点が、図５と異なる。フォトダイオード１００２に遮蔽膜を構成することで、バックライトの光が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、被検出物からの反射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１００２を横型接合タイプのｐｉｎダイオードとする際には、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。

本実施例では、本発明のタッチパネルにおける、パネルと光源の配置について説明する。

図８は、本発明のタッチパネルの構造を示す斜視図の一例である。図８に示すタッチパネルは、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、複数の光源１６０７を有するバックライト１６０８と、回路基板１６０９とを有している。

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、対向基板側から均一にパネル１６０１に照射される。

なお、本実施例では、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、パネル１６０１に入力される各種信号を生成もしくは処理する回路、パネル１６０１から出力される各種信号を処理する回路などが設けられている。そして図８では、回路基板１６０９とパネル１６０１とが、ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）１６１１を介して接続されている。なお、上記回路は、ＣＯＧ（ＣｈｉｐＯＮＧｌａｓｓ）法を用いてパネル１６０１に接続されていても良いし、上記回路の一部がＦＰＣ１６１１にＣＯＦ（ＣｈｉｐＯＮＦｉｌｍ）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パネル１６０１に形成されていても良く、この場合はパネル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、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、本発明のタッチパネルは光源１６０７がパネル１６０１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基板側からパネル１６０１に近づけると、バックライト１６０８からの光が、パネル１６０１を通過し、その一部が指１６１２において反射し、再びパネル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。

本実施例は、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。

本発明の一態様に係るタッチパネルは、高分解能である撮像データの取得を行うこと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：ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ等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等のカメラ、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等）、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。これら電子機器の具体例を図９に示す。

図９（Ａ）は表示装置であり、筐体５００１、表示部５００２、支持台５００３等を有する。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等を有する。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等を有する。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、虹彩等の、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等を有する。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５４０３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。

本実施例は、上記実施の形態または上記実施例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フォトセンサ読み出し回路
３０１ｐ型ＴＦＴ
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
１００１基板
１００２フォトダイオード
１００３トランジスタ
１００４保持容量
１００５液晶素子
１００６半導体膜
１００７画素電極
１００８液晶
１００９対向電極
１０１０導電膜
１０１１配向膜
１０１２配向膜
１０１３基板
１０１４カラーフィルタ
１０１５遮蔽膜
１０１６スペーサー
１０１７偏光板
１０１８偏光板
１０２０矢印
１０２１被検出物
１０２２矢印
１６０１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
１６１０ＦＰＣ
１６１１ＦＰＣ
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

反射板と、
前記反射板上の、導光板と、
前記導光板上の、第１の拡散板と、
前記第１の拡散板上の、プリズムシートと、
前記プリズムシート上の、第２の拡散板と、
前記第２の拡散板上の、タッチセンサを有するパネルと、
前記導光板の端部側の、光源とを有し、
前記タッチセンサを有するパネルは、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板側の、第１のトランジスタ、及び前記第１のトランジスタと電気的に接続された画素電極と、
前記第１の基板側の、第２のトランジスタ、及び前記第２のトランジスタと電気的に接続されたフォトダイオードと、
前記第２の基板側の、遮光膜、及びカラーフィルタとを有し、
前記第１のトランジスタと前記画素電極とを有する第１の領域は、前記カラーフィルタと重なる領域を有し、
前記第２のトランジスタと前記フォトダイオードとを有する第２の領域は、前記遮光膜と重なる領域を有することを特徴とする表示装置。
反射板と、
前記反射板上の、導光板と、
前記導光板上の、第１の拡散板と、
前記第１の拡散板上の、プリズムシートと、
前記プリズムシート上の、第２の拡散板と、
前記第２の拡散板上の、タッチセンサを有するパネルと、
前記導光板の端部側の、光源とを有し、
前記タッチセンサを有するパネルは、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板側の、第１のトランジスタ、及び前記第１のトランジスタと電気的に接続された画素電極と、
前記第１の基板側の、第２のトランジスタ、及び前記第２のトランジスタと電気的に接続されたフォトダイオードと、
前記第２の基板側の、遮光膜、及びカラーフィルタとを有し、
前記カラーフィルタは、前記画素電極と重なる領域を有し、
前記遮光膜は、前記フォトダイオードと重なる領域を有することを特徴とする表示装置。
請求項１又は請求項２において、
前記第１の基板と、前記第２の基板との間にスペーサを有し、
前記スペーサは、前記遮光膜と重なる領域を有することを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記プリズムシートは、鋸歯の形状を有することを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記光源は、白色光を呈することを特徴とする表示装置。