TWI511002B - 觸控面板之驅動方法 - Google Patents

Description

觸控面板之驅動方法

本發明關於具有光感測器的觸控面板和其驅動方法。本發明特別關於具有多個分別設置有光感測器的像素的觸控面板和其驅動方法。本發明還關於具有該觸控面板的電子裝置。

近年來，安裝有觸控感測器的顯示裝置引人注目。安裝有觸控感測器的顯示裝置被稱為觸控面板或觸控螢幕等(下面簡稱為“觸控面板”)。觸控感測器根據其工作原理的不同，有電阻膜式、靜電容量式、光學等的方式。無論採用上述哪一種方式都可以透過使檢測物件和顯示裝置接觸或相近，來輸入資料。

光學觸控感測器透過將檢測光的感測器(也稱為“光感測器”)設置在觸控面板，而將顯示幕用作輸入區域。作為具有這種光學觸控感測器的裝置的一例，可以舉出透過配置有進行影像接收的密接型區域感測器而具備有影像擷取功能的顯示裝置(例如，參照專利文獻1)。在具有光學觸控感測器的觸控面板中，從觸控面板發射光。當在觸控面板的任意位置存在著檢測物件的情況下，存在著檢測物件的區域的光被檢測物件遮斷，而其中一部分的光被反射。在觸控面板內的像素中設置有能夠檢測光的光電感測器(有時還稱為“光電轉換元件”)，透過用該光電感測器檢測被反射的光，能夠知道在光檢測區域中存在著檢測物件。

另外，正在研究開發具有個人鑑別功能等的行動電話、可攜式資訊終端等的電子裝置(例如，參照專利文獻2)。作為個人鑑別，利用指紋、臉、手形、掌紋和手靜脈的形狀等。在將個人鑑別功能提供在與顯示部不同的部分中的情況下，會導致零部件個數的增多、電子裝置的重量及價格的增大。

此外，在觸控感測器的系統中，已知根據外光的亮度選擇檢測指尖位置的影像處理方法的技術(例如，參照專利文獻3)。

專利文獻1日本專利申請公開2001-292276號公報

專利文獻2日本專利申請公開2002-033823號公報

專利文獻3日本專利申請公開2007-183706號公報

在將觸控面板用於具有個人鑑別功能的電子設備的情況下，需要將設置在觸控面板的各像素中的光感測器透過檢測光而生成的電信號收集並進行影像處理。尤其是，為了實現具有高解析度、高速工作能力的個人鑑別功能的電子裝置，需要光感測器高速工作。

本發明的一個實施例的目的之一在於提供一種觸控面板，其中透過獨立控制光感測器的重置工作和讀出工作，可以提高成像框頻。

此外，本發明的一個實施例的目的之一在於提供一種能夠高速攝像的觸控面板的驅動方法。

本發明的一個實施例的觸控面板包括：多個分別具有顯示元件和光感測器的像素；能夠獨立控制光感測器的重置工作和讀出工作的控制電路，其中，重置重置工作和讀出工作不會在時間上重複。

此外，本發明的一個實施例是一種具有多個像素的觸控面板的驅動方法，該多個像素分別設置有具有光電二極體、第一電晶體及第二電晶體的光感測器，其中，各像素進行：第一工作，即將與光電二極體電連接的光電二極體重置信號線的電位設定使得對光電二極體施加順向偏壓；第二工作，即利用光電二極體的光電流改變第一電晶體的閘極電位；第三工作，即透過改變第二電晶體的閘極電位，而透過第一電晶體和第二電晶體使電連接到第二電晶體的源極和汲極中的其中一者的光感測器輸出信號線與電連接到第一電晶體的源極和汲極中的其中一者的光感測器參考信號線導通，來根據光電流改變光感測器輸出信號線的電位。

此外，本發明的一個實施例是一種具有多個像素的觸控面板的驅動方法，該多個像素分別設置有具有光電二極體、第一電晶體及第二電晶體的光感測器，其中，各像素進行：第一工作，即將與光電二極體電連接的光電二極體重置信號線的電位設定使得對光電二極體施加順向偏壓；第二工作，即利用光電二極體的光電流改變第一電晶體的閘極電位；第三工作，即透過改變第二電晶體的閘極電位，而透過第一電晶體和第二電晶體使電連接到第一電晶體的源極和汲極中的其中一者的光感測器輸出信號線與電連接到第二電晶體的源極和汲極中的其中一者的光感測器參考信號線導通，來根據光電流改變光感測器輸出信號線的電位。

在上述本發明的一個實施例的觸控面板的驅動方法中，在多個像素中的一個進行第一工作的同時，在多個像素中的另一個進行第三工作。

此外，在上述本發明的一個實施例的觸控面板的驅動方法中，在多個像素中的一個進行第一工作，並且在沿列方向與該一個像素相鄰的像素進行第一工作期間，多個像素中的另一個進行第三工作。在此，“列方向”是指表示閘極信號線的列數的數位增加的方向。

此外，在上述本發明的一個實施例的觸控面板的驅動方法中，在多個像素中的一個進行第三工作，並且在沿列方向與該一個像素相鄰的像素進行第三工作期間，多個像素中的另一個進行第一工作。

本發明的一個實施例可以提供一種能夠高速攝像的觸控面板。

此外，本發明的一個實施例可以提供一種觸控面板的驅動方法，其中能夠確保光感測器的工作時間，並且可以高速攝像。

此外，本發明的一個實施例可以提供一種觸控面板的驅動方法，其中能夠使光感測器的工作穩定，並且可以高速攝像。

下面，將參照附圖詳細說明實施例。但是，本發明的實施例可以透過多種不同的模式來實施，所屬發明所屬之技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其模式和詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍下可以被變換為各種各樣的形式。因此，不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施例所記載的內容中。注意，在用於說明實施例的所有附圖中，使用相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重複說明。

(實施例1)

在本實施例中，參照圖1至圖4、圖7、圖10和圖11說明根據本發明的一個實施例的觸控面板的結構及其驅動方法。

參照圖1說明觸控面板的結構的一個例子。觸控面板100具有像素電路101、顯示元件控制電路102及光感測器控制電路103。像素電路101具有在行列方向上配置為矩陣狀的多個像素104。每個像素104具有顯示元件105和光感測器106。

顯示元件105包括薄膜電晶體(Thin Film Transistor：TFT)、儲存電容器、具有液晶層的液晶元件等。薄膜電晶體具有控制對儲存電容器進行電荷的植入或排出的功能。儲存電容器具有保持與施加到液晶層的電壓相對應的電荷的功能。並且利用透過對液晶層施加電壓而使偏光方向改變的現象來形成透過液晶層的光的明暗(進行灰度顯示)，從而實現影像顯示。作為透過液晶層的光，使用從液晶顯示裝置的背面照射的來自光源(背光)的光。

顯示彩色影像的方法，包括使用彩色濾光片的方法，即，彩色濾光片方法。在這個方法中，透過使透過液晶層的光經過彩色濾光片，進行特定顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的灰度顯示。

顯示彩色影像的方法亦包括場序法(field sequential method)，即，利用特定顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光源構成背光，且依次使各個顏色發光的方式。在場序法中，透過在各個顏色的光源發光的期間中形成透過液晶層的光的明暗，可以形成該顏色的灰度。

以上，說明了顯示元件105具有液晶元件的情況，但是作為顯示元件105也可以具有發光元件等的其他元件。發光元件是其亮度由電流或電壓控制的元件，具體地可以舉出發光二極體、OLED(有機發光二極體，Organic Light Emitting Diode)等。

光感測器106包括光電二極體和薄膜電晶體，所述光電二極體是具有透過接受光來發射電信號的功能的元件。作為光感測器106所接受的光，利用背光的光照射到檢測物件時的反射光。

顯示元件控制電路102是用來控制顯示元件105的電路。顯示元件控制電路102包括顯示元件驅動電路107和顯示元件驅動電路108。顯示元件驅動電路107透過視頻資料信號線等的信號線(也稱為“源極信號線”)對顯示元件105輸入信號。顯示元件驅動電路108透過掃描線(也稱為“閘極信號線”)對顯示元件105輸入信號。

例如，掃描線一側的顯示元件驅動電路108具有選擇配置在特定的列的像素104所具有的顯示元件105的功能。此外，信號線一側的顯示元件驅動電路107具有對被選擇的列的像素104所具有的顯示元件105提供任意電位的功能。另外，在被掃描線一側的顯示元件驅動電路108施加高電位的像素中，薄膜電晶體成為導通狀態，由信號線一側的顯示元件驅動電路107提供的電荷供給到顯示元件。

光感測器控制電路103是用來控制光感測器106的電路，並且它包括與光感測器輸出信號線、光感測器參考信號線等連接的光感測器讀出電路109以及光感測器驅動電路110。光感測器驅動電路110具有對配置在特定的列的像素104所具有的光感測器106進行後述的重置工作及選擇工作的功能。

此外，光感測器讀出電路109具有提取被選擇的列的像素104所具有的光感測器106的輸出信號的功能。作為光感測器讀出電路109，可以採用如下結構：透過利用運算放大器，將模擬信號的光感測器106的輸出不加改變地提取到觸控面板外部；或者，透過利用A/D轉換電路，將所述輸出轉換為數位信號，然後，提取到觸控面板外部。

利用圖2說明像素104的電路圖的一個例子。像素104包括具有電晶體201、儲存電容202和液晶元件203的顯示元件105以及具有光電二極體204、電晶體205和電晶體206的光感測器106。

電晶體201的閘極與閘極信號線207電連接，其源極和汲極中的一個與視頻資料信號線210電連接，源極和汲極中的另一個與儲存電容202的一個電極以及液晶元件203的一個電極電連接。儲存電容202的另一個電極和液晶元件203的另一個電極保持為元恒定的電位。液晶元件203是包括一對電極和該一對電極之間的液晶層的元件。

當對閘極信號線207施加高電平的電位“H”時，電晶體201向儲存電容202和液晶元件203施加視頻資料信號線210的電位。儲存電容202保持上述施加的電位。液晶元件203根據上述施加的電位改變光透過率。

光電二極體204的一個電極與光電二極體重置信號線208電連接，另一個電極透過閘極信號線213與電晶體205的閘極電連接。電晶體205的源極和汲極中的一個與光感測器參考信號線212電連接，電晶體205的源極和汲極中的另一個與電晶體206的源極和汲極中的一個電連接。電晶體206的閘極與閘極信號線209電連接，電晶體206的源極和汲極中的另一個與光感測器輸出信號線211電連接。

注意，電晶體205和電晶體206的配置不侷限於圖2所示的結構。如圖12所示，也可以採用如下結構：電晶體206的源極和汲極中的一個與光感測器參考信號線212電連接，電晶體206的源極和汲極中的另一個與電晶體205的源極和汲極中的一個電連接，電晶體205的閘極與光電二極體重置信號線208電連接，電晶體205的源極和汲極中的另一個與光感測器輸出信號線211電連接。

接下來，使用圖3說明光感測器讀出電路109的結構的一個例子。光感測器讀出電路109由多個電路300構成。多個電路300的每一個分別與像素電路101所具有的多個像素104中的一行像素相對應。如圖3所示，光感測器讀出電路109所具有的與一行像素相對應的電路300包括p型電晶體301和儲存電容302。此外，211表示與該像素的一行相對應的光感測器輸出信號線，303表示預充電信號線。

在光感測器讀出電路109所具有的與一行像素相對應的電路300中，在像素104內的光感測器106工作之前將光感測器輸出信號線211的電位設定為參考電位。在圖3中，透過使預充電信號線303的電位為低電平電位的“L”，可以將光感測器輸出信號線211的電位設定為作為參考電位的高電位。

注意，當光感測器輸出信號線211的寄生電容大時，就不需要設置儲存電容302。

另外，也可以採用參考電位為低電位的結構。在此情況下，透過利用n型電晶體而代替p型電晶體301，並使預充電信號線303的電位為電位“H”，可以將光感測器輸出信號線211的電位設定為作為參考電位的低電位。

接下來，使用圖4的時序圖說明觸控面板的光感測器106的讀出工作的一個例子。在圖4中，信號401至信號404分別相當於圖2的光電二極體重置信號線208的電位、與電晶體206的閘極連接的閘極信號線209的電位、與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位、光感測器輸出信號線211的電位。另外，信號405相當於圖3的預充電信號線303的電位。

在時刻A處，當將光電二極體重置信號線208的電位(信號401)設定為電位“H”時，換言之，當將與光電二極體電連接的光電二極體重置信號線的電位設定使得對光電二極體施加順向偏壓(重置工作)時，光電二極體204導通，從而與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號403)成為電位“H”。另外，當將預充電信號線303的電位(信號405)設定為電位“L”時，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)被預充電到電位“H”。

在時刻B處，當將光電二極體重置信號線208的電位(信號401)設定為電位“L”(累積工作)時，由於光電二極體204的光電流，與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號403)開始下降。當照射光時，光電二極體204的光電流增大，因此與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號403)根據照射光量而變化。也就是說，電晶體205的源極和汲極之間的電流變化。

在時刻C處，當將閘極信號線209的電位(信號402)設定為電位“H”(選擇工作)時，電晶體206導通，並且光感測器參考信號線212與光感測器輸出信號線211透過電晶體205和電晶體206導通。於是，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)下降。注意，在時刻C之前，將預充電信號線303的電位(信號405)設定為電位“H”，來結束光感測器輸出信號線211的預充電。在此，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)的下降速度取決於電晶體205的源極和汲極之間的電流。也就是說，光感測器輸出信號線211的電位(信號704)的下降速度根據照射到光電二極體204的光量而變化。

在時刻D處，當將閘極信號線209的電位(信號402)設定為電位“L”時，電晶體206被截止，從而在時刻D之後，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)成為一定值。在此，該一定值根據照射到光電二極體204的光量而變化。因此，透過獲得光感測器輸出信號線211的電位，可以知道照射到光電二極體204的光量。

如上所述，透過反復進行重置工作、累積工作、選擇工作，而實現各個光感測器的工作。為了實現觸控面板的高速成像，需要高速進行所有像素的重置工作、累積工作、選擇工作。

簡單地說，如圖10所示的時序圖那樣，在所有像素的重置工作之後，進行所有像素的累積工作，然後進行所有像素的選擇工作，來可以實現所希望的成像。圖10是說明觸控面板的工作的一個例子的時序圖。在圖10中，信號1001、信號1002、信號1003、信號1004、信號1005、信號1006、信號1007分別是第1列、第2列、第3列、第m列、第(m+1)列、第(n-1)列、第n列的光電二極體重置信號線208的時序圖。此外，信號1011、信號1012、信號1013、信號1014、信號1015、信號1016、信號1017分別是第1列、第2列、第3列、第m列、第(m+1)列、第(n-1)列、第n列的閘極信號線209的時序圖。期間1018是第m列光感測器工作的期間，期間1019、期間1020、期間1021分別是進行重置工作、累積工作、選擇工作的期間。此外，期間1022是所有像素的一次成像所要的期間。注意，m和n是自然數，且滿足1<m<n。在此，圖10所示的期間T表示從某一列的重置工作開始的時序到下一列的重置工作開始的時序的期間。

在此，透過利用圖7所示的時序圖的驅動方法，可以確保每個光感測器的工作時間，並且容易進行高速攝像。

圖7是說明觸控面板的工作的一個例子的時序圖。在圖7中，信號701、信號702、信號703、信號704、信號705、信號706、信號707分別是第1列、第2列、第3列、第m列、第(m+1)列、第(n-1)列、第n列的光電二極體重置信號線208的時序圖。此外，信號711、信號712、信號713、信號714、信號715、信號716、信號717分別是第1列、第2列、第3列、第m列、第(m+1)列、第(n-1)列、第n列的閘極信號線209的時序圖。期間718是第m列光感測器工作的期間，期間719、期間720、期間721分別是進行重置工作、累積工作、選擇工作的期間。此外，期間722是所有像素的一次成像所要的期間。注意，m和n是自然數，且滿足1<m<n。在此，圖7所示的期間T表示從某一列的重置工作開始的時序到下一列的重置工作開始的時序的期間。

透過利用圖7所示的時序圖的驅動方法，可以在不同列同時進行重置工作、累積工作和選擇工作。例如，可以在某一列進行重置工作的同時在另一列進行選擇工作。在圖7中，同時進行第m列的重置工作和第1列的選擇工作。

在此，當將圖7所示的時序圖的各列的光感測器的重置工作及選擇工作的期間設定為與圖10所示的時序圖相同時，可以使圖7所示的時序圖的所有畫面的一次成像所要的時間(期間722)小於圖10所示的期間(期間1022)。因此，與圖10所示的時序圖的驅動方法相比，圖7所示的時序圖的驅動方法可以透過提高攝像框頻，而高速攝像。

由此，透過利用圖7所示的時序圖的驅動方法，可以在確保每個光感測器的工作時間的同時，透過提高成像框頻，高速攝像。

另外，為了實現圖7所示的時序圖的驅動方法，光感測器驅動電路110最好獨立具有控制重置工作的驅動電路以及控制選擇工作的驅動電路。例如，較佳地是，使用第一移位暫存器構成控制重置工作的驅動電路，而使用第二移位暫存器構成控制選擇工作的驅動電路。

此外，透過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以使光感測器的工作穩定。

在圖11中，信號1101、信號1102、信號1103、信號1104、信號1105、信號1106、信號1107分別是第1列、第2列、第3列、第m列、第(m+1)列、第(n-1)列、第n列的光電二極體重置信號線208的時序圖。此外，信號1111、信號1112、信號1113、信號1114、信號1115、信號1116、信號1117分別是第1列、第2列、第3列、第m列、第(m+1)列、第(n-1)列、第n列的閘極信號線209的時序圖。期間1118是第m列光感測器工作的期間，期間1119、期間1120、期間1121分別是進行重置工作、累積工作、選擇工作的期間。此外，期間1122是所有像素的一次成像所要的期間。在此，圖11所示的期間T表示從某一列的重置工作開始的時序到下一列的重置工作開始的時序的期間。在圖10所示的時序圖中，期間T沒有進行選擇工作的像素，而在圖11所示的時序圖中，期間T有進行選擇工作的像素。

透過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以不改變控制重置工作的驅動電路的工作頻率以及控制選擇工作的驅動電路的工作頻率，而對不同列不同時進行重置工作和選擇工作。例如，透過在某一列的重置工作和與該列相鄰的列的重置工作之間進行另一列的選擇工作，可以不同時進行重置工作和選擇工作。在圖11中，在第m列的重置工作和第(m+1)列的重置工作之間進行第2列的選擇工作。此外，例如，透過在某一列的選擇工作和與該列相鄰的列的選擇工作之間進行另一列的重置工作，可以不同時進行重置工作和選擇工作。在圖11中，在第1列的選擇工作和第2列的選擇工作之間進行第m列的重置工作。

透過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以顯著地減少因進行選擇工作的列的光感測器而導致的光感測器輸出信號線的電位變化對另一列的光感測器的重置工作造成的影響。因此，透過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以使光感測器的工作穩定。

在此，對重置工作造成影響的原因在於，在圖2中，由於電晶體206的關態洩汲電流，洩汲電流從光感測器輸出信號線211經過電晶體205流到光感測器參考信號線212。對重置工作造成的影響有可能導致發生光感測器的工作缺陷，例如：在重置工作中電晶體205的閘極電壓達不到所希望的電壓；或者光感測器輸出信號線211的電位以及光感測器參考信號線212的電位因洩汲電流而變得不穩定。

由此，透過利用圖11所示的時序圖的驅動方法，可以使光感測器的工作穩定，並透過提高成像框頻而可以高速攝像。

另外，在圖11所示的時序圖的驅動方法中，在重置期間中將光感測器輸出信號線的電位設定為與光感測器參考信號線的電位相等的電位，也是有效的。

另外，為了實現圖11所示的時序圖的驅動方法，光感測器驅動電路110最好獨立具有控制重置工作的驅動電路以及控制選擇工作的驅動電路。例如，以下結構是有效的，即使用第一移位暫存器構成控制重置工作的驅動電路，使用第二移位暫存器構成控制選擇工作的驅動電路，並且，各個列的控制信號由各個移位暫存器的輸出與只在所希望的期間中設定為電位“H”的信號的邏輯和生成。

透過採用上述架構，可以提供具有能夠確保工作時間且能夠高速攝像的光感測器的觸控面板。此外，還可以提供能夠確保光感測器的工作時間並且能夠高速攝像的觸控面板的驅動方法。

另外，透過採用上述組態，可以提供具有工作穩定且能夠以高速工作進行成像的光感測器的觸控面板。此外，還可以提供使光感測器的工作穩定，並且能夠高速攝像的觸控面板的驅動方法。

(實施例2)

在本實施例中，參照圖5說明根據本發明的一個實施例的觸控面板的結構。

圖5表示觸控面板的截面的一個例子。圖5所示的觸控面板在具有絕緣表面的基板501(TFT基板)上設置有光電二極體502、電晶體503、儲存電容504、液晶元件505。

光電二極體502和儲存電容504可以在製造電晶體503的步驟中與電晶體503一起形成。光電二極體502是橫向結型的pin二極體，其中，光電二極體502所具有的半導體膜506包括具有p型導電性的區域(p層)和具有i型導電性的區域(i層)和具有n型導電性的區域(n層)。注意，在圖5所示的觸控面板中，示出了光電二極體502為pin二極體的情況，但是光電二極體502也可以是pn二極體。透過將賦予p型的雜質和賦予n型的雜質分別添加到半導體膜506的特定區域中，可以形成橫向結型的pin結或pn結。

另外，透過利用蝕刻等的方法將形成在基板501上的半導體膜加工(構圖)為所希望的形狀，可以一起形成光電二極體502的島狀半導體膜和電晶體503的島狀半導體膜。這時，不需要對其中形成有包括電晶體等的像素的普通面板的製造步驟追加用於形成光電二極體的一部分的步驟。由此，可以降低成本。

液晶元件505包括像素電極507、液晶508和對置電極509。像素電極507被形成在基板501上，並透過儲存電容504及導電膜510電連接到電晶體503。而且，對置電極509被形成在基板513(對置基板)上，並在像素電極507和對置電極509之間夾有液晶508。注意，在圖5所示的觸控面板中，未圖示用於光感測器的電晶體，但是該電晶體也可以在製造電晶體503的步驟中與電晶體503一起形成在基板501上。

像素電極507和對置電極509之間的單元間隙可以利用間隔物516而控制。在圖5中，使用透過光刻法選擇性地形成的柱狀間隔物516來控制單元間隙，但是，也可以透過將球狀間隔物分散在像素電極507和對置電極509之間來控制單元間隙。

另外，液晶508在基板501和基板513之間被密封材料圍繞。作為液晶508的植入方法，既可以利用分配器法(滴落法)，又可以利用浸漬法(泵浦法)。

作為像素電極507可以使用具有透光性的導電材料。例如，可以使用銦錫氧化物(ITO)、含有氧化矽的銦錫氧化物(ITSO)、有機銦、有機錫、含有氧化鋅(ZnO)的銦鋅氧化物(IZO(Indium Zinc Oxide))、氧化鋅(ZnO)、含有鎵(Ga)的氧化鋅、氧化錫(SnO2)、含有氧化鎢的銦氧化物、含有氧化鎢的銦鋅氧化物、含有氧化鈦的銦氧化物、含有氧化鈦的銦錫氧化物等。

另外，在本實施例中，以透明的液晶元件505為例子，所以與像素電極507同樣，對置電極509也可以使用上述具有透光性的導電材料。

在像素電極507和液晶508之間設置有配向膜511，並在對置電極509和液晶508之間設置有配向膜512。配向膜511和配向膜512可以使用聚醯亞胺、聚乙烯醇等的有機樹脂而形成，並對其表面進行了摩擦(rubbing)等用於使液晶分子向一定的方向排列的配向處理。透過在對配向膜施加壓力的同時，使纏繞有尼龍等的布的滾筒轉動，而沿一定方向擦磨上述配向膜的表面，可以進行摩擦處理。注意，也可以不進行配向處理，而使用氧化矽等的無機材料透過蒸鍍法直接形成具有配向特性的配向膜511和配向膜512。

另外，在基板513上與液晶元件505重疊地形成能夠透過特定波長區域的光的彩色濾光片514。可以將分散有顏料的丙烯酸樹脂等的有機樹脂塗敷到基板513上，然後利用光刻法選擇性地形成彩色濾光片514。此外，也可以將分散有顏料的聚醯亞胺樹脂塗敷到基板513上，然後利用蝕刻法選擇性地形成彩色濾光片514。或者，也可以透過利用噴墨法等的液滴噴射法選擇性地形成彩色濾光片514。

另外，在基板513上與光電二極體502重疊地形成能夠遮擋光的遮擋膜515。透過設置遮擋膜515，可以防止透過基板513而入射到觸控面板內的來自背光的光直接照射到光電二極體502，並可以防止由於像素之間的液晶508的配向混亂而導致的旋錯(disclination)被識別到。作為遮擋膜515可以使用碳黑、其氧化數比二氧化鈦小的低維氧化鈦等的包含黑色顏料的有機樹脂。此外，也可以利用使用鉻的膜形成遮擋膜515。

另外，在基板501的與形成有像素電極507的表面相反的表面上設置偏光板517，並在基板513的與形成有對置電極509的表面相反的表面上設置偏光板518。

來自背光的光如箭頭520所示那樣穿過液晶元件505照射到基板501一側的檢測對象521。而且，被檢測物件521反射的光如箭頭522所示那樣入射到光電二極體502。

作為液晶元件，除了TN(Twisted Nematic：扭轉向列)型之外，還可以採用VA(Vertical Alignment：垂直定向)型、OCB(optically compensated Birefringence：光學補償彎曲)型、IPS(In-Plane Switching：平面內切換)型等。注意，雖然在本實施例中以具有在像素電極507和對置電極509之間夾有液晶508的結構的液晶元件505為例子進行了說明，但是根據本發明的一個實施例的觸控面板不侷限於該結構。也可以使用如IPS型那樣一對電極的兩者都設置在基板501一側的液晶元件。

另外，在本實施例中示出了將薄膜半導體膜用於光電二極體502、電晶體503、儲存電容504的例子，但是，也可以使用單晶半導體基板、SOI基板等來形成光電二極體502、電晶體503、儲存電容504。

根據上述架構，可以提供能夠高速攝像的觸控面板。此外，可以提供能夠高速攝像的觸控面板的驅動方法。

實施例3

在本實施例中，參照圖6說明根據本發明的一個實施例的觸控面板的另一結構。

圖6示出與實施例2不同的觸控面板的截面例子。在圖6所示的觸控面板中，光電二極體602與圖5所示的光電二極體502的不同之處在於，光電二極體602具有利用形成電晶體503的閘極電極的導電膜而構成的遮擋膜603。由於光電二極體602具有遮擋膜603,可以防止來自背光的光直接入射到具有i型導電性的區域(i層)中，所以可以有效地只檢測出被檢測物件521反射的光。

另外，在將橫向結型的pin二極體用作光電二極體602的情況下，當形成具有p型導電性的區域(p層)和具有n型導電性的區域(n層)時，透過使用遮擋膜603作為掩模，可以以自對準的方式形成這些區域。這在形成微小光電二極體的情況下，是特別有效的，並且這對減小像素尺寸和提高孔徑比有效。

根據上述架構，可以提供能夠高速攝像的觸控面板。此外，可以提供能夠高速攝像的觸控面板的驅動方法。

(實施例4)

在本實施例中，作為包括根據本發明的一個實施例的觸控面板的顯示裝置的一個例子，參照圖8說明液晶顯示裝置的結構。

圖8是表示液晶顯示裝置的結構的一例的透視圖，該液晶顯示裝置包括根據本發明的一個實施例的觸控面板。圖8所示的液晶顯示裝置包括：在一對基板之間形成有包括液晶元件、光電二極體、薄膜電晶體等的像素的液晶面板1601；第一擴散板1602；稜鏡片1603；第二擴散板1604；導光板1605；反射板1606；具有多個光源1607的背光1608；電路基板1609。

將液晶面板1601、第一擴散板1602、稜鏡片1603、第二擴散板1604、導光板1605、反射板1606按順序層疊。光源1607設置在導光板1605的端部，並且據散到導光板1605的內部的來自光源1607的光穿過第一擴散板1602、稜鏡片1603以及第二擴散板1604從對置基板一側(液晶面板1601的設置有導光板1605等的一側)均勻性地照射到液晶面板1601。

注意，雖然在本實施例中使用了第一擴散板1602和第二擴散板1604，但是擴散板的數量不侷限於此，還可以是單數或者三個以上。並且，只要將擴散板設置在導光板1605和液晶面板1601之間，即可。因此，既可以只在比稜鏡片1603接近於液晶面板1601的一側設置擴散板，又可以只在比稜鏡片1603接近於導光板1605的一側設置擴散板。

此外，稜鏡片1603不侷限於圖8所示的其截面是鋸齒狀的形狀，只要是具有能夠將來自光導板1605的光聚焦到液晶面板1601一側的形狀，即可。

在電路基板1609中設置有生成輸入到液晶面板1601的各種信號的電路、或者對這些信號進行處理的電路、對從液晶面板1601輸出的各種信號進行處理的電路等。並且，在圖8中，電路基板1609與液晶面板1601透過FPC(撓性印刷電路)1611連接。注意，上述電路可以利用COG(玻璃上晶片安裝)法連接到液晶面板1601，或者也可以利用COF(薄膜上晶片安裝)法將上述電路的一部分連接到FPC1611。

圖8表示在電路基板1609上設置有用於控制光源1607的驅動的控制類電路，並且該控制類電路與光源1607透過FPC1610連接的例子。但是，上述控制類電路也可以形成在液晶面板1601上，並且在此情況下，液晶面板1601與光源1607透過FPC等連接。

注意，圖8例示在液晶面板1601的端部配置光源1607的邊緣照光型的光源，但是根據本發明的一個實施例的觸控面板也可以是在液晶面板1601的正下方配置光源1607的正下型。

例如，當檢測對象的手指1612從TFT基板一側(夾持液晶面板1601與背光1608相反一側)接近液晶面板1601時，來自背光1608的光穿過液晶面板1601，並且該光的一部分被手指1612反射，而再次入射到液晶面板1601。按順序使對應於各個顏色的光源1607發光，並獲得每個顏色的影像資料，來可以獲得檢測物件的手指1612的彩色影像資料。

本實施例可以與上述實施例適當地組合而實施。

(實施例5)

根據本發明的一個實施例的觸控面板具有能夠確保光感測器的工作時間並且能夠高速攝像的特徵。此外，根據本發明的一個實施例的觸控面板具有能夠使光感測器的工作穩定，並且能夠高速攝像的特徵。因此，對使用根據本發明的一個實施例的觸控面板的電子設備而言，透過在電子設備的結構中追加觸控面板，可以使其具有更高性能的應用。

根據本發明的一個實施例的觸控面板可以適用於顯示裝置、筆記本式個人電腦、具備記錄媒體的影像再生裝置(典型地是，能夠再生記錄媒體如數位通用磁片(DVD)等並具有可以顯示其影像的顯示器的裝置)中。此外，作為可以使用根據本發明的一個實施例的觸控面板的電子設備，可以舉出行動電話、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、電子圖書、攝像機、數位相機、護目鏡型顯示器(頭盔顯示器)、導航系統、音頻再生裝置(車載音響、數位音頻播放器等)、影印機、傳真機、印表機、複合式印表機、自動取款機(ATM)、自動售貨機等。

在本實施例中，參照圖9A至9E說明使用根據本發明的一個實施例的觸控面板的電子設備的一個例子。

圖9A是顯示裝置，其包括外殼5001、顯示部5002、支撐台5003等。根據本發明的一個實施例的觸控面板可以用於顯示部5002。透過將根據本發明的一個實施例的觸控面板用於顯示部5002，可以獲得高解析度的影像資料，從而可以提供具有更高性能的應用的顯示裝置。另外，顯示裝置包括用於個人電腦、TV播放接收、廣告顯示等的所有用於資訊顯示的顯示裝置。

圖9B是可攜式資訊終端，其包括外殼5101、顯示部5102、開關5103、操作鍵5104、紅外線埠5105等。根據本發明的一個實施例的觸控面板可以用於顯示部5102。透過將根據本發明的一個實施例的觸控面板用於顯示部5102，可以獲得高解析度的影像資料，從而可以提供具有更高性能的應用的可攜式資訊終端。

圖9C是自動取款機，其包括外殼5201、顯示部5202、硬幣投入口5203、紙幣投入口5204、卡片放入口5205、存款簿放入口5206等。根據本發明的一個實施例的觸控面板可以用於顯示部5202。透過將根據本發明的一個實施例的觸控面板用於顯示部5202，可以獲得高解析度的影像資料，從而可以提供具有更高性能的應用的自動取款機。而且，使用根據本發明的一個實施例的觸控面板的自動取款機能夠以更高精度讀出用於生物認證的生物資訊，諸如指紋、臉、手形、掌紋和手靜脈的形狀、虹膜等。因此，可以減小在生物認證時本人被誤認為非本人的本人拒絕率和別人被誤認為本人的別人接納率。

圖9D是可攜式遊戲機，其包括外殼5301、外殼5302、顯示部5303、顯示部5304、麥克風5305、揚聲器5306、操作鍵5307、觸控筆5308等。根據本發明的一個實施例的觸控面板可以用於顯示部5303或顯示部5304。透過將根據本發明的一個實施例的觸控面板用於顯示部5303或顯示部5304，可以獲得高解析度的影像資料，從而可以提供具有更高性能的應用的可攜式遊戲機。另外，圖9D所示的可攜式遊戲機具有顯示部5303和顯示部5304的兩個顯示部，但是可攜式遊戲機所具有的顯示部的數目不侷限於此。

圖9E是電子黑板，其包括外殼5401、繪圖部5402等。在電子黑板中，可以透過觸控筆5403或使用油性油墨的筆等，將文字或圖畫等的資訊寫入繪圖部5402。而且，電子黑板可以透過利用光感測器對寫入繪圖部5402的資訊進行電子資料化。當使用觸控筆5403時，寫入繪圖部5402的資訊被光感測器電子資料化，然後，透過顯示元件顯示在繪圖部5402中。根據本發明的一個實施例的觸控面板可以用於繪圖部5402。透過將根據本發明的一個實施例的觸控面板用於繪圖部5402，可以提取高解析度的影像資料，從而可以提供具有更高性能的應用的電子黑板。

本實施例可以與上述實施例適當地組合而實施。

本說明書根據2009年8月24日在日本專利局受理的日本專利申請編號2009-193216而製作，所述申請內容包括在本說明書中。

100．．．觸控面板

101．．．像素電路

102．．．顯示元件控制電路

103．．．光感測器控制電路

104．．．像素

105．．．顯示元件

106．．．光感測器

107．．．顯示元件驅動電路

108．．．顯示元件驅動電路

109．．．光感測器讀出電路

110．．．光感測器驅動電路

201．．．電晶體

202．．．儲存電容

203．．．液晶元件

204．．．光電二極體

205．．．電晶體

206．．．電晶體

207．．．閘極信號線

208．．．光電二極體重置信號線

209．．．閘極信號線

210．．．視頻資料信號線

211．．．光感測器輸出信號線

212．．．光感測器參考信號線

213．．．閘極信號線

300．．．電路

301．．．p型電晶體

302．．．儲存電容

303．．．預充電信號線

401．．．信號

402．．．信號

403．．．信號

404．．．信號

405．．．信號

501．．．基板

502．．．光電二極體

503．．．電晶體

504．．．儲存電容

505．．．液晶元件

506．．．半導體膜

507．．．像素電極

508．．．液晶

509．．．對置電極

510．．．導電膜

511．．．配向膜

512．．．配向膜

513．．．基板

514．．．彩色濾光片

515．．．遮擋膜

516．．．間隔物

517．．．偏光板

518．．．偏光板

520．．．箭頭

521．．．檢測對象

522．．．箭頭

602．．．光電二極體

603．．．遮擋膜

701．．．信號

702．．．信號

703．．．信號

704．．．信號

705．．．信號

706．．．信號

707．．．信號

711．．．信號

712．．．信號

713．．．信號

714．．．信號

715．．．信號

716．．．信號

717．．．信號

718．．．期間

719．．．期間

720．．．期間

721．．．期間

722．．．期間

1001．．．信號

1002．．．信號

1003．．．信號

1004．．．信號

1005．．．信號

1006．．．信號

1007．．．信號

1011．．．信號

1012．．．信號

1013．．．信號

1014．．．信號

1015．．．信號

1016．．．信號

1017．．．信號

1018．．．期間

1019．．．期間

1020．．．期間

1021．．．期間

1022．．．期間

1101．．．信號

1102．．．信號

1103．．．信號

1104．．．信號

1105．．．信號

1106．．．信號

1107．．．信號

1111．．．信號

1112．．．信號

1113．．．信號

1114．．．信號

1115．．．信號

1116．．．信號

1117．．．信號

1118．．．期間

1119．．．期間

1120．．．期間

1121．．．期間

1122．．．期間

1601．．．液晶面板

1602．．．擴散板

1603．．．稜鏡片

1604．．．擴散板

1605．．．導光板

1606．．．反射板

1607．．．光源

1608．．．背光

1609．．．電路基板

1610．．．FPC

1611．．．FPC

1612．．．手指

5001．．．外殼

5002．．．顯示部

5003．．．支撐台

5101．．．外殼

5102．．．顯示部

5103．．．開關

5104．．．操作鍵

5105‧‧‧紅外線埠

5201‧‧‧外殼

5202‧‧‧顯示部

5203‧‧‧硬幣投入口

5204‧‧‧紙幣投入口

5205‧‧‧卡片放入口

5206‧‧‧存款簿放入口

5301‧‧‧外殼

5302‧‧‧外殼

5303‧‧‧顯示部

5304‧‧‧顯示部

5305‧‧‧麥克風

5306‧‧‧揚聲器

5307‧‧‧操作鍵

5308‧‧‧觸控筆

5401‧‧‧外殼

5402‧‧‧繪圖部

5403‧‧‧觸控筆

在附圖中：

圖1是說明觸控面板的結構的一例的圖；

圖2是說明像素的電路圖的一例的圖；

圖3是說明光感測器讀出電路的結構的一例的圖；

圖4是說明光感測器讀出工作的一例的時序圖；

圖5是說明觸控面板的截面的一例的圖；

圖6是說明觸控面板的截面的一例的圖；

圖7是說明觸控面板的工作的一例的時序圖；

圖8是說明具有觸控面板的液晶顯示裝置的結構的一例的透視圖；

圖9A至9E是說明使用觸控面板的電子設備的一例的圖；

圖10是說明觸控面板的工作的一例的時序圖；

圖11是說明觸控面板的工作的一例的時序圖；

圖12是說明像素的電路圖的一個例子的圖。

701．．．信號

702．．．信號

703．．．信號

704．．．信號

705．．．信號

706．．．信號

707．．．信號

711．．．信號

712．．．信號

713．．．信號

714．．．信號

715．．．信號

716．．．信號

717．．．信號

718．．．期間

719．．．期間

720．．．期間

721．．．期間

722．．．期間

Claims (16)

1. 一種觸控面板之驅動方法，該觸控面板至少包括第一像素和第二像素，每個像素包括具有光電二極體、第一電晶體及第二電晶體的光感測器，該驅動方法包括如下步驟：將與該第一像素中的該光電二極體電連接的第一光電二極體重置信號線的電位設定使得對該第一像素中的該光電二極體施加順向偏壓；以及改變該第二像素中的該第二電晶體的閘極的電位，以透過該第二像素中的該第一電晶體和該第二像素中的該第二電晶體使光感測器輸出信號線與光感測器參考信號線導通，從而根據該第二像素中的該光電二極體的光電流改變該光感測器輸出信號線的電位，其中該第二像素中的該光電二極體電連接到該第二像素中的該第一電晶體的閘極，其中，用於該設定步驟的期間和用於該改變步驟的期間彼此不重疊，其中，在該第一像素中的該第一電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器參考信號線的其中一者，其中，在該第一像素中的該第二電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器參考信號線的其中另一者，以及其中，在該第一像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極的其中另一者電連接至在該第一像素中的該第二電晶 體的該源極和該汲極的其中另一者。
2. 如申請專利範圍第1項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第二像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第二像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
3. 如申請專利範圍第1項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第二像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第二像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
4. 如申請專利範圍第1項的觸控面板之驅動方法，其中，該第二像素中的該光電二極體的該光電流改變該第二像素中的該第一電晶體的該閘極的電位。
5. 一種觸控面板之驅動方法，該觸控面板至少包括第一像素、第二像素和第三像素，每個像素包括具有光電二極體、第一電晶體及第二電晶體的光感測器，該驅動方法包括如下步驟：將與該第一像素中的該光電二極體電連接的第一光電二極體重置信號線的電位設定使得對該第一像素中的該光電二極體施加順向偏壓；在該設定該第一光電二極體重置信號線的該電位的步驟之後，改變該第二像素中的該第二電晶體的閘極的電位，以透過該第二像素中的該第一電晶體和該第二像素中的 該第二電晶體使光感測器輸出信號線與光感測器參考信號線導通，從而根據該第二像素中的該光電二極體的光電流改變該光感測器輸出信號線的電位，其中該第二像素中的該光電二極體電連接到該第二像素中的該第一電晶體的閘極；以及在該改變步驟之後，將與該第三像素中的該光電二極體電連接的第二光電二極體重置信號線的電位設定使得對該第三像素中的該光電二極體施加順向偏壓，其中該第三像素是沿列方向與該第一像素相鄰的像素，其中，用於該設定該第一光電二極體重置信號線的電位的步驟的期間和用於該改變步驟的期間彼此不重疊，其中，在該第一像素中的該第一電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器參考信號線的其中一者，其中，在該第一像素中的該第二電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器參考信號線的其中另一者，以及其中，在該第一像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極的其中另一者電連接至在該第一像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極的其中另一者。
6. 如申請專利範圍第5項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第二像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第二像素中 的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
7. 如申請專利範圍第5項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第二像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第二像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
8. 如申請專利範圍第5項的觸控面板之驅動方法，其中，利用該第二像素中的該光電二極體的該光電流改變該第二像素中的該第一電晶體的該閘極的電位。
9. 一種觸控面板之驅動方法，該觸控面板至少包括第一像素、第二像素和第三像素，每個像素包括具有光電二極體、第一電晶體及第二電晶體的光感測器，該驅動方法包括如下步驟：改變該第一像素中的該第二電晶體的閘極的電位，以透過該第一像素中的該第一電晶體和該第一像素中的該第二電晶體使光感測器輸出信號線與光感測器參考信號線導通，從而根據該第一像素中的該光電二極體的光電流改變該光感測器輸出信號線的電位，其中該第一像素中的該光電二極體電連接到該第一像素中的該第一電晶體的閘極；在該改變該第一像素中的該第二電晶體的該閘極的該電位的步驟之後，將與該第二像素中的該光電二極體電連接的光電二極體重置信號線的電位設定使得對該第二像素中的該光電二極體施加順向偏壓；以及在該設定步驟之後，改變該第三像素中的該第二電晶 體的閘極的電位，以透過該第三像素中的該第一電晶體和該第三像素中的該第二電晶體使該光感測器輸出信號線與該光感測器參考信號線導通，從而根據該第三像素中的該光電二極體的光電流改變該光感測器輸出信號線的該電位，其中該第三像素中的該光電二極體電連接到該第三像素中的該第一電晶體的閘極，並且該第三像素是沿列方向與該第一像素相鄰的像素，其中，用於該設定步驟的期間和用於該改變該第一像素中的該第二電晶體的該閘極的該電位的步驟的期間彼此不重疊，其中，在該第一像素中的該第一電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器參考信號線的其中一者，其中，在該第一像素中的該第二電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器參考信號線的其中另一者，以及其中，在該第一像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極的其中另一者電連接至在該第一像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極的其中另一者。
10. 如申請專利範圍第9項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第一像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第一像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
11. 如申請專利範圍第9項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第一像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第一像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
12. 如申請專利範圍第9項的觸控面板之驅動方法，其中，該第一像素中的該光電二極體的該光電流改變該第一像素中的該第一電晶體的該閘極的電位。
13. 一種觸控面板之驅動方法，該觸控面板至少包括第一像素和第二像素，每個像素包括具有光電二極體、第一電晶體及第二電晶體的光感測器，該驅動方法包括如下步驟：將與該第一像素中的該光電二極體電連接的光電二極體重置信號線的電位設定使得對該第一像素中的該光電二極體施加順向偏壓；以及在該設定步驟的同時，改變該第二像素中的該第二電晶體的閘極的電位，以透過該第二像素中的該第一電晶體和該第二像素中的該第二電晶體使光感測器輸出信號線與光感測器參考信號線導通，來根據該第二像素中的該光電二極體的光電流改變該光感測器輸出信號線的電位，其中該第二像素中的該光電二極體電連接到該第二像素中的該第一電晶體的閘極，其中，在該第一像素中的該第一電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器 參考信號線的其中一者，其中，在該第一像素中的該第二電晶體的源極和汲極的其中一者電連接至該光感測器輸出信號線和該光感測器參考信號線的其中另一者，以及其中，在該第一像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極的其中另一者電連接至在該第一像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極的其中另一者。
14. 如申請專利範圍第13項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第二像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第二像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
15. 如申請專利範圍第13項的觸控面板之驅動方法，其中，該光感測器輸出信號線電連接到該第二像素中的該第一電晶體的該源極和該汲極中的其中一者，以及其中，該光感測器參考信號線電連接到該第二像素中的該第二電晶體的該源極和該汲極中的其中一者。
16. 如申請專利範圍第13項的觸控面板之驅動方法，其中，該第二像素中的該光電二極體的該光電流改變該第二像素中的該第一電晶體的該閘極的電位。