触摸屏及其驱动方法

专利名称：触摸屏及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及具有触控传感器的触摸屏和其驱动方法。本发明特别涉及将具有触控 传感器的像素配置为矩阵形状的触摸屏和其驱动方法。本发明还涉及具有该触摸屏的电子 设备。
背景技术：
近年来，安装有触控传感器的显示装置引人注目。安装有触控传感器的显示装置 被称为触摸屏或触控荧幕等(下面简单地称为“触摸屏”)。触控传感器根据其工作原理的 不同，有电阻膜式、静电容量式、光式等的方式。无论采用上述哪一种方式都可以通过使检 测对象和显示装置接触或相近，来输入数据。光式触控传感器通过将检测光的传感器(也称为“光传感器”)设置在触摸屏，而 将显示屏幕还用作输入区域。作为具有这种光式触控传感器的装置的一例，可以举出通过 配置有进行图像接收 的密接型区域传感器而具备有图像接收功能的显示装置(例如，参照 专利文献1)。在具有光式触控传感器的触摸屏中，从触摸屏发射光。当在触摸屏的任意位 置存在着检测对象的情况下，存在着检测对象的区域的光被检测对象遮断，而其中一部分 的光被反射。在触摸屏内的像素中设置有能够检测光的光电传感器(有时还称为“光电转 换元件”)，通过该光电传感器检测被反射的光，能够知道在检测光的区域中存在着检测对 象。另外，正在研究开发具有个人识别功能等的移动电话、便携式信息终端等的电子 设备(例如，参照专利文献2)。作为个人识别，利用指纹、脸、手形、掌纹和手静脉的形状等。 在将个人识别功能提供在与显示部不同的部分中的情况下，会导致零部件个数的增多、电 子设备的重量及价格的增大。此外，在触控传感器的系统中，已知根据外光的亮度选择检测指头位置的图像处 理方法的技术(例如，参照专利文献3)。专利文献1日本专利申请公开2001-292276号公报专利文献2日本专利申请公开2002-033823号公报专利文献3日本专利申请公开2007-183706号公报在将触摸屏用于具有个人识别功能的电子设备的情况下，需要将设置在触摸屏的 各像素中的光传感器通过检测光而生成的电信号收集并进行图像处理。尤其是，为了实现 具有高分辨率、高速工作能力的个人识别功能的电子设备，需要高效地收集多个光传感器 提供的大量的数据。再者，为了实现高水平的个人识别功能，需要进行不是单色而是彩色且 多级灰度的数据收集。此外，光传感器所生成的电信号是模拟信号，所以当进行图像处理时 需要将模拟信号转换为数字信号(A/D转换)。也就是说，需要高处理量的A/D转换电路。然 而，当为了实现高处理量，将A/D转换电路的电路规模增大时，触摸屏的显示区域变小。此 夕卜，当为了实现高处理量，将A/D转换电路的耗电量增大时，触摸屏的耗电量也增大。

发明内容
鉴于上述问 题，所公开的本发明的一个方式的目的之一在于提供抑制电路规模并 具有高分辨率的摄影功能的安装有A/D转换电路的触摸屏和其驱动方法。所公开的本发明 的一个方式的目的之一还在于提供抑制电路规模并具有能够高速工作的摄影功能的安装 有A/D转换电路的触摸屏和其驱动方法。所公开的本发明的一个方式的目的之一还在于提 供抑制电路规模并具有高灰度的摄影功能的安装有A/D转换电路的触摸屏和其驱动方法。 本发明的一个方式的目的之一还在于提供能够抑制耗电量的触摸屏和其驱动方法。本发明的一个方式的触摸屏的第一结构为如下分别在每一个像素中具有显示元 件和光传感器，并且包括分别与多个像素的每一个相对应的A/D转换器以及光传感器的读 出电路，其中该A/D转换器具有根据在读出电路中生成的输出电压改变振荡频率的振荡电 路、将上述振荡电路的输出信号用作时钟信号的计数电路，并且将与上述读出电路的输出 电压相对应的上述计数电路的计数值作为该A/D转换器的输出值。当确定A/D转换器的输 出值时，通过改变上述读出电路的输出电压而停止上述振荡电路的振荡，来使A/D转换器 的输出值稳定。此外，本发明的一个方式的触摸屏还可以采用在上述第一结构的基础上还具有当 上述振荡电路停止振荡时不进行输出信号的切换(toggle)的结构，这样便可以将上述振 荡电路的输出用作A/D转换器的输出值的最下位。本发明的一个方式的触摸屏的第二结构为如下分别在每一个像素中具有显示元 件和光传感器，并且包括分别与多个像素的每一个相对应的A/D转换器，其中该A/D转换器 具有根据在光传感器的读出电路中生成的输出电压改变振荡频率的振荡电路、将上述振荡 电路的输出信号用作时钟信号的计数电路，并且将与上述读出电路的输出电压相对应的上 述计数电路的计数值作为该A/D转换器的输出值。此外，本发明的一个方式中的触摸屏可以在具有上述第二结构的基础上，进一步 具有在上述振荡电路中具有保持输出信号的电位的锁存电路的结构。当确定A/D转换器的 输出值时，通过在上述锁存电路中保持上述振荡电路的输出信号的电位且停止上述计数电 路的时钟信号，来可以使A/D转换器的输出值稳定。此外，本发明的一个方式中的触摸屏还可以通过采用在具有上述第二结构的基础 上，还具有在上述振荡电路中，当在上述锁存电路中保持输出信号时不进行输出信号的切 换的结构，来将上述振荡电路的输出用作A/D转换器的输出值的最下位。通过本发明，可以提供在确保显示区域的同时能够高速、低功耗地进行高分辨率 和高灰度级的图像读取的触摸屏。此外，还可以提供能够高速、低功耗地进行高分辨率和高 灰度的图像读取的触摸屏的驱动方法。此外，还可以提供安装有该触摸屏的高性能电子设 备。


图1是说明触摸屏的结构的图；图2是说明触摸屏的结构的图；图3是说明触摸屏的结构的图；图4是说明触摸屏的结构的图5是说明触摸屏的结构的图；图6是说明触摸屏的结构的图；图7是时序图；
图8是时序图；图9是时序图；图10是说明触摸屏的结构的图；图11是触摸屏的截面图；图12A至12E是使用触摸屏的电子设备的图。
具体实施例方式下面，将参照附图详细说明实施方式。但是，本发明的实施方式可以通过多种不同 的方式来实施，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详 细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围下可以被变换为各种各样的形式。因此，不应该被 解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在用于说明实施方式的所有 附图中，使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说 明。实施方式1在本实施方式中，参照图1至图10说明触摸屏。参照图1说明触摸屏的结构。触摸屏100具有像素电路101、显示元件控制电路 102及光传感器控制电路103。像素电路101具有在行列方向上配置为矩阵状的多个像素 104。每个像素104具有显示元件105和光传感器106。显示元件105包括薄膜晶体管(Thin Film Transistor :TFT)、保持电容、具有液 晶层的液晶元件、彩色滤光片等。并且利用通过对液晶层施加电压而使偏光方向改变的现 象来形成透过液晶层的光的明暗(灰度)，从而实现图像显示。作为透过液晶层的光，使用 外部光或从液晶显示装置的背面照射的来自光源(背光灯)的光。此外，通过使透过液晶 层的光经过彩色滤光片，可以形成特定颜色(例如，红(R)、绿(G)、蓝(B))的灰度，从而可 以实现彩色图像显示。保持电容具有保持相当于施加到液晶层的电压的电荷的功能。薄膜 晶体管具有控制对保持电容注入电荷或排出电荷的功能。注意，虽然说明了显示元件105具有液晶元件的情况，但是显示元件105也可以具 有发光元件等的其他元件。发光元件是亮度由电流或电压控制的元件，可以具体地举出发 光二极管、OLED (有机发光二极管，Organic Light Emitting Diode)等。光传感器106具有光电二极管和薄膜晶体管，所述光电二极管是具有通过接受光 来发射电信号的功能的元件。另外，作为光传感器106所接受的光，可以利用外部光或来 自背光灯的光照射到检测对象时的反射光或透过光。在此，将具有通过使用彩色滤光片发 射红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)中任一种颜色的光的功能的像素104分别称为R像素、G像 素、B像素。另外，可以利用R像素、G像素、B像素中的光传感器分别检测对检测对象照射 外部光或来自背光灯的光时的反射光或透过光中的红(R)色成分、绿(G)色成分、蓝(B)色 成分。显示元件控制电路102是用来控制显示元件105的电路，并且它包括通过视频数据信号线等的信号线(也称为“源极信号线”)对显示元件105输入信号的显示元件驱动电 路107、通过扫描线(也称为“栅极信号线”)对显示元件105输入信号的显示元件驱动电 路108。例如，扫描线一侧的显示元件驱动电路108具有选择配置在特定的行的像素所具有 的显示元件的功能。此外，信号线一侧的显示元件驱动电路107具有对被选择的行的像素 所具有的显示元件105提供任意电位的功能。另外，在被扫描线一侧的显示元件驱动电路 108施加高电位的显示元件105中，薄膜晶体管成为导通状态，并接收由信号线一侧的显示 元件驱动电路107提供的电荷。
光传感器控制电路103是用来控制光传感器106的电路，并且它包括如光传感器 输出信号线、光传感器基准信号线等的信号线一侧的光传感器读取电路109以及扫描线一 侧的光传感器驱动电路110。例如，扫描线一侧的光传感器驱动电路110具有选择配置在特 定的行的像素所具有的光传感器106的功能。此外，信号线一侧的光传感器读取电路109 具有提取被选择的行的像素所具有的光传感器106的输出信号的功能。利用图2说明像素104的电路图。像素104包括具有晶体管201、保持电容202和 液晶元件203的显示元件105以及具有光电二极管204、晶体管205和晶体管206的光传感 器 106。晶体管201的栅极与栅极信号线207电连接，其源极和漏极中的一个与视频数据 信号线210电连接，源极和漏极中的另一个与保持电容202的一个电极以及液晶元件203 的一个电极电连接。保持电容202的另一个电极和液晶元件203的另一个电极保持为恒定 的电位。液晶元件203是包括一对电极和该一对电极之间的液晶层的元件。当对栅极信号线207施加高电平的电位“H”时，晶体管201向保持电容202和液晶 元件203施加视频数据信号线210的电位。保持电容202保持施加的电位。液晶元件203 根据施加的电位改变光透过率。光电二极管204的一个电极与光电二极管复位信号线208电连接，另一个电极与 晶体管205的栅极电连接。晶体管205的源极和漏极中的一个与光传感器输出信号线211 电连接，晶体管205的源极和漏极中的另一个与晶体管206的源极和漏极中的一个电连接。 晶体管206的栅极与栅极信号线209电连接，晶体管206的源极和漏极中的另一个与光传 感器基准信号线212电连接。接下来，使用图3说明光传感器读出电路109的结构。光传感器读出电路109包括第一 A/D转换器(下面称为第一 ADC) 301至第九 ADC309、ADC控制电路310和第一备用读出电路341至第九备用读出电路349，并且具有第 一光传感器信号线311至第九光传感器信号线319、光传感器读出电路109的输出信号线 320、第一 ADC输出信号线321至第九ADC输出信号线329、第一 ADC控制信号线331至第九 ADC控制信号线339以及第一备用读出电路控制信号线351至第九备用读出电路控制信号 线359。第一光传感器信号线311至第九光传感器信号线319分别连接到像素电路101的 一列的像素104所具有的光传感器输出信号线211。ADC控制电路310利用第一 ADC输出信号线321至第九ADC输出信号线329的每 一个的电位产生输出到光传感器读出电路109的输出信号线320的电位。具体来说，选择 第一 ADC输出信号线321至第九ADC输出信号线329中的一个，将该信号线的电位输出到 输出信号线320。另外，ADC控制电路310产生分别输出到第一 ADC控制信号线331至第九ADC控制信号线339的电位以及分别输出到第一备用读出电路控制信号线351至第九备用 读出电路控制信号线359的电位。接下来，详细说明第一 ADC301至第九ADC309的结构。下面，作为其典型例子，使 用图4说明第一 ADC301的结构。第一 ADC301具有电压控制振荡电路(下面称为VC0) 401和计数电路402。根据第 一光传感器信号线311的电位，VC0401的输出信号所具有的高电位“H”和低电位“L”的切 换(“H”到“L”或者“L”到“H”的变化)周期变化。VC0401的输出信号被输出到输出信号 线403。在此，VC0401的振荡频率为每单位时间的切换数的一半。另外，VC0401可以与第 一光传感器信号线311的电位无关地利用从停止信号线404供给的停止信号来使其输出信 号为一定值。例如，停止信号为“H”时，可以使输出信号为“L”。计数电路402通过将VC0401的输出信号用作时钟信号而工作，并且根据VC0401 的振荡频率，计数电路402的计数值增大。通过利用从复位信号线405供给的复位信号，可 以将计数电路402的计数值设定为起始值。例如，复位信号为“H”时，可以将计数值设定为 起始值“0”。另外，根据从设定信号线406供给的设定信号，计数电路402的计数值作为数 字值被输出到第一 ADC输出信号线321。例如，可以将设定信号从“L”变为“H”时的计数电 路402的计数值作为数字值输出到第一 ADC输出信号线321。停止信号线404、复位信号线405和设定信号线406相当于第一 ADC控制信号线 331。在此，假设在第一光传感器信号线311的电位高(低)时，VC0401的振荡频率低 (高)。由于计数电路402利用低(高)频率的时钟信号而工作，所以在一定时间内的计数 值为低(高)。因此，输出到第一 ADC输出信号线321的数字值为低(高)。就是说，与模 拟值的第一光传感器信号线311的电位相对应的数字值被输出，从而可知进行了 A/D转换。接下来，利用图5说明VC0401和计数电路402的一例。图5的VC0401由或非电 路500、第一 η型TFT501至第六η型TFT506、第一 ρ型TFT507至第十二 ρ型TFT518构成。 图5所示的VC0401具有第一光传感器信号线311的电位越低，振荡频率越增大的结构。另 夕卜，通过将停止信号线404设定为“H”，与第一光传感器信号线311的电位无关地使输出信 号为“L”。第一 η型TFT501、第一 ρ型TFT507和第七ρ型TFT513构成第一电压控制非电 路。通过利用第一光传感器信号线311的电位控制第七ρ型TFT513的栅极电压，改变第 七ρ型TFT513的驱动能力，而改变第一电压控制非电路的延迟时间。与此同样，第二 η型 TFT502至第六η型TFT506、第二 ρ型TFT508至第六ρ型TFT512以及第八ρ型TFT514至 第十二 P型TFT518构成第二电压控制非电路至第六电压控制非电路。 在图5中采用具有或非电路500和第一电压控制非电路至第六电压控制非电路的 七级结构的VC0401，但是只要是奇数级的结构，就可以构成其他级数的VC0。另外，当采用 具有第一光传感器信号线311的电位越高，振荡频率越增大的结构的VCO时，电压控制非电 路采用通过利用第一光传感器信号线311的电位控制η型TFT的栅极电压的结构，即可。再 者，通过将或非电路替换为非与电路，可以构成如下VC0:在停止信号线404为“L”时，与第 一光传感器信号线311的电位无关，输出信号为“H”。 另一方面，图5所示 的计数电路402由第一具有复位功能的触发器519至第四具 有复位功能的触发器522、第一触发器523至第四触发器526以及第一非电路527至第四非电路530构成。第一具有复位功能的触发器519至第四具有复位功能的触发器522以及第一非电路527至第四非电路530构成4位异步计数器。异步计数器的计数值中的第0位至 第3位的数值被输出到信号线531至信号线534。通过使复位信号线405为“H”，异步计数 器的计数值为起始值“0000”。此外，异步计数器利用从输出信号线403供给的VC0401的输 出信号作为时钟信号而工作。在设定信号线406的电位从“L”变为“H”时，异步计数器的计数值存储到第一触 发器523至第四触发器526，且作为数字值输出到第0位信号线535至第3位信号线538。 第0位信号线535至第3位信号线538构成第一 ADC输出信号线321。注意，在图5中采用计数电路402具有4位异步计数器和4位触发器的结构，但是 也可以以任意位数构成计数电路。另外，也可以使用同步计数器而代替异步计数器。异步计 数器可以减少高速工作的触发器的数量，因此适合于低功耗化。另外，为了获取计数器的计 数值，使用设定信号线406的电位从“L”变为“H”，即，在设定信号的上升边工作的触发器， 但是也可以使用在设定信号的下降边工作的触发器。再者，也可以使用在设定信号为“H” 或“L”时工作的电平敏感锁存器。接下来，详细说明第一备用读出电路341至第九备用读出电路349的结构。下面， 作为典型例子，使用图6说明第一备用读出电路341的结构。图6所示的第一备用读出电 路341具有ρ型TFT601和保持电容602。在第一备用读出电路341中，在像素内的光传感器工作之前将光传感器信号线的 电位设定为基准电位。在图6中，通过使第一备用读出电路控制信号线351为“L”，可以将 光传感器信号线311设定为作为基准电位的高电位。注意，当第一光传感器信号线311的 寄生电容大时，就不需要设置保持电容602。另外，也可以采用基准电位为低电位的结构。 在此情况下，通过利用η型TFT而代替ρ型TFT601，并使第一备用读出电路控制信号线351 为“H”，可以将第一光传感器信号线311设定为作为基准电位的低电位。接下来，使用图7的时序图说明本触摸屏的光传感器的读出动作。在图7中，信号 701至信号704相当于图2的光电二极管复位信号线208、与晶体管206的栅极连接的栅极 信号线209、与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213、光传感器输出信号线211的电位。 另外，信号705相当于图6的备用读出电路控制信号线351的电位。而且，信号706至信号 717分别相当于图5的停止信号线404、VC0的输出信号线403、复位信号线405、信号线531 至信号线534、设定信号线406、第0位信号线535至第3位信号线538的电位。在此考虑如下情况当对第一期间721和第二期间722进行比较时，第二期间722 的对光电二极管照射的光强于第一期间的光。注意，第一期间721和第二期间722的VC0401 的振荡周期分别为TVC01、TVC02。也就是说，第一期间721和第二期间722的振荡频率分 别为 1/TVC01、1/TVC02。此处，TVCOl > TVC02。首先，对第一期间721进行说明。在时刻Al处，当将光电二极管复位信号线208 的电位(信号701)设定为“H”时，光电二极管204导通，并且与晶体管205的栅极连接的 栅极信号线213的电位(信号703)成为“H”。另外，当将备用读出电路控制信号线351的 电位(信号705)的电位设定为“L”时，光传感器输出信号线211的电位(信号704)被预 充电到“H”。在时刻Bl处，当将光电二极管复位信号线208的电位(信号701)设定为“L”时，由于光电二极管204的截止电流，与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信 号703)开始下降。当照射光时，光电二极管204的截止电流增大，因此与晶体管205的栅 极连接的栅极信号线213的电位(信号703)根据照射光量而变化。也就是说，晶体管205 的源极和漏极之间的电流变化。在时刻Cl处，当将栅极信号线209的电位(信号702)设定为“H”时，晶体管206 导通，并且光传感器基准信号线212与光传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管 206导通。于是，光传感器输出信号线211的电位(信号704)下降。注意，在时刻Cl之前， 将备用读出电路控制信号线351的电位(信号705)设定为“H”，来结束光传感器输出信号 线211的预充电。在此，光传感器输出信号线211的电位(信号704)的下降速度取决于 晶体管205的源极和漏极之间的电流。也就是说，光传感器输出信号线211的电位(信号 704)的下降速度根据照射光电二极管204的光量而变化。在时刻Dl处，当将栅极信号线209的电位(信号702)设定为“L”时，晶体管206 截止，并且 在时刻Dl之后，光传感器输出信号线211的电位(信号704)为一定值。在时刻El处，当将停止信号线404的电位(信号706)从“H”改变为“L”时，VC0401 以与光传感器输出信号线211的电位(信号704)相对应的振荡频率开始振荡，其输出信号 为如信号707那样。在时刻Fl处，当将复位信号线405的电位(信号708)从“H”改变为“L”时，异步 计数器开始计数。复位信号线405为“H”时，异步计数器被设定为起始值“0000”，由此信 号线531至信号线534的电位(信号709至信号712)都为“L”。此外，通过使复位信号线 405的电位(信号708)从“H”改变为“L”的时序比停止信号线404的电位(信号706)从 “H”改变为“L”的时序还早或者将两者设定为相同的时刻，可以延长异步计数器的计数期 间，从而可以实现高处理量的ADC，所以是优选的。在时刻Gl处，当将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为“H”时，异步 计数器的计数值，即，信号线531至信号线534的值存储在第一触发器523至第四触发器 526中，并且，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号714至信号717)变化。 此处，第0位信号线535至第三位信号线538的电位为“H”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进 制时相当于7。接下来，对第二期间722进行说明。在时刻A2、B2、C2、D2、E2、F2处的信号与时刻 A1、B1、C1、D1、E1、F1处的信号的不同是由于对光电二极管照射的光的强度不同而发生的。 具体来说，第二期间722的光强度较强，由此，对于与晶体管205的栅极连接的栅极信号线 213的电位(信号703)的下降而言，时刻B2以后的下降快于时刻Bl以后的下降。因此，对 于光传感器输出信号线211的电位(信号704)而言，时刻D2的电位低于时刻Dl的电位。 由此，对于VC0401的输出信号(信号707)的振荡频率而言，时刻E2以后的振荡频率高于 时刻El以后的振荡频率。再者，在时刻G2处，当将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为“H”时， 异步计数器的计数值，即，信号线531至信号线534的值存储在第一触发器523至第四触发 器526中，并且，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信号714至信号717)变 化。此处，第0位信号线535至第三位信号线538的电位为“L”、“L”、“L”、“L”。其转换为 十进制时相当于0。
由此引起了如下矛盾尽管对光电二极管照射的光较强，但是第二期间722的ADC 的输出值比第一期间721的ADC的输出值更小。造成这种错误工作的原因可以说明为如下。 亦即，当利用图5所示的结构时，用于驱动异步计数器的时钟信号，S卩，VC0401的输出信号 (信号707)与从设定信号线406供给的设定信号(信号713)不相同步。因此，有可能当异 步计数器的计数值正在变化时，该计数值存储在第一触发器523至第四触发器526中。在 此情况下，错误的数据输出到第一 ADC输出信号线321。
于是，作为根据本发明的一个方式的第一结构，公开下面所述那样的驱动方法。就 是说，在即将在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值之前，进行光 传感器输出信号线211的预充电。使用图8说明本驱动方法。图8与图7的不同之处在于在时刻Hl及H2处，将备用读出电路控制信号线351 的电位(信号805)的电位设定为“L”，来进行光传感器输出信号线211的预充电。此时，光 传感器输出信号线211的电位成为如信号804那样。当进行光传感器输出信号线211的预 充电时，VC0401的振荡停止，并且，输出信号线403的电位如信号807那样继续保持为一定 即时刻Hl和时刻H2近前的值。接下来，在时刻Gl和G2处，将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为 “H”，来在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值，即，信号线531至 信号线534的电位(信号809至信号812)。在第一期间721中，第0位信号线535至第三 位信号线538的电位(信号814至信号817)为“L”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相 当于6。另一方面，在第二期间722中，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信 号814至信号817)为“H”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相当于7。也就是说，可知可 以获得如下正确的结果对光电二极管照射的光较强的第二期间722的ADC的输出值小于 第一期间721的ADC的输出值。或者，作为根据本发明的一个方式的第二结构，公开如图10所示那样的驱动方 法。就是说，对ADC301追加锁存信号线900。注意，锁存信号线900、停止信号线404、复位 信号线405和设定信号线406相当于第一 ADC控制信号线331。另外，对VC0401追加锁存 电路901。此处，表示由模拟开关902、时钟反相器903、反相器904、反相器905构成锁存电 路901的例子。当锁存信号线900的电位为“H”时，锁存电路901输出信号线906的电位作为输 出信号线403的电位。另外，当锁存信号线900的电位为“L”时，锁存电路901输出从“H” 变为“L”时的信号线906的电位作为输出信号线403的电位。在此，在即将在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值之 前，将锁存信号线900的电位设定为“L”。使用图9说明本驱动方法。在图9中，使用与图 7的信号701至信号705相同的信号，在此省略描述。而且，在图9中，对图7的结构追加有 锁存信号线900的电位(信号800)和信号线906的电位(信号801)。在图9中，首先，在时刻El和时刻E2之前，即，在将停止信号线404的电位(信 号706)从“H”改变为“L”来使VC0401振荡之前，将锁存信号线的电位(信号800)设定为 “H”。接着，在时刻Hl和H2处，通过将锁存信号线900的电位(信号800)设定为“L”， 输出信号线403的电位(信号807)继续保持为一定即时刻Hl和时刻H2近前的信号线906的电位(信号801)。
接下来，在时刻Gl和G2处，将设定信号线406的电位(信号713)从“L”改变为 “H”，来在第一触发器523至第四触发器526中存储异步计数器的计数值，即，信号线531至 信号线534的电位(信号809至信号812)。在第一期间721中，第0位信号线535至第三 位信号线538的电位(信号814至信号817)为“L”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相 当于6。另一方面，在第二期间722中，第0位信号线535至第三位信号线538的电位(信 号814至信号817)为“H”、“H”、“H”、“L”。其转换为十进制时相当于7。也就是说，可知可 以获得如下正确的结果对光电二极管照射的光较强的第二期间722的ADC的输出值小于 第一期间721的ADC的输出值。另外，通过利用图8或图9所示的时序图的驱动方法，可以使用VC0401的输出信 号作为异步计数器的最下位。在此情况下，可以增加位数而无需安装追加的电路，从而可以 实现高精度、低功耗的ADC，所以该结构是优选的。再者，通过使复位信号线405的电位(图 8或图9的信号708)从“H”改变为“L”的时序比停止信号线404的电位(图8或图9的信 号706)从“H”改变为“L”的时序还早或者将两者设定为相同的时刻，对于最下位即VC0401 的输出信号而言，起始值为“L”，并大约半个周期(TVC0/2)之后变为“H”，从而可以提高ADC 的精度。在本发明的一个方式中，使用具有VCO和计数电路的A/D转换器，由此，例如与使 用具有比较电路、寄存器电路和D/A转换电路的逐次比较型A/D转换器的情况相比，可以抑 制电路规模。也就是说，可以确保触摸屏的显示区域。另外，当将VCO的输出用作计数器的 最下位时，可以在抑制功耗的同时实现高处理量的A/D转换器。从而，可以提供在能够确保 显示区域的同时能够高速且低功耗地进行高分辨率、高灰度级的图像读取的触摸屏。另外， 可以提供高性能的触摸屏的驱动方法。实施方式2 在本实施方式中说明根据本发明的一个方式的触摸屏的截面结构。作为一个实例，图11表示触摸屏的截面图。图11所示的触摸屏在具有绝缘表面 的基板1001上设置有光电二极管1002、晶体管1003、保持电容1004、液晶元件1005。光电二极管1002和保持电容1004可以在制造晶体管1003的步骤中与晶体管 1003—起形成。光电二极管1002是横向结型的pin 二极管，其中，光电二极管1002所具有 的半导体膜1006包括具有ρ型导电性的区域(ρ层)和具有i型导电性的区域(i层)和 具有η型导电性的区域(η层)。注意，在本实施方式中，示出了光电二极管1002为pin 二 极管的情况，但是光电二极管也可以是Pn 二极管。通过将赋予ρ型的杂质和赋予η型的杂 质分别添加到半导体膜1006的特定区域中，可以形成横向结型的pin结或ρη结。另外，在本实施方式中示出了光电二极管1002为在不同的区域中形成有ρ层和η 层的横向结型的情况，但是，光电二极管1002也可以为ρ层和η层沿与基板1001垂直的方 向重叠的纵向结型。纵向结型的Pin结可以通过层叠具有P型导电性的半导体膜、具有i 型导电性的半导体膜和具有η型导电性的半导体膜而形成。与此同样，纵向结型ρη结可以 通过层叠具有P型导电性的半导体膜和具有η型导电性的半导体膜而形成。液晶元件1005包括像素电极1007、液晶1008和对置电极1009。像素电极1007 被形成在基板1001上，并通过导电膜1010电连接到晶体管1003及保持电容1004。而且，对置电极1009被形成在基板1013上，并在像素电极1007和对置电极1009之间夹有液晶 1008。注意，在本实施方式中，未图示用于光传感器的晶体管，但是该晶体管也可以在制造 晶体管1003的步骤中与晶体管1003 —起形成在基板1001上。像素电极1007和对置电极1009之间的单元间隙可以利用间隔物1016而控制。在 图11中，使用通过光刻法选择性地形成的柱状间隔物1016来控制单元间隙，但是，也可以 通过将球状间隔物分散在像素电极1007和对置电极1009之间来控制单元间隙。另外，液晶1008在基板1001和基板1013之间被密封材料围绕。作为液晶1008 的注入方法，既可以利用分配器法(滴落法)，又可以利用浸渍法(泵浦方式)。作为像素电极1007可以使用具有透光性的导电材料。例如，可以使用铟锡氧化 物(ITO)、含有氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)、有机铟、有机锡、氧化锌、含有氧化锌(ZnO)的 铟锌氧化物(IZOandium ZincOxide))、含有镓(Ga)的氧化锌、氧化锡(SnO2)、含有氧化钨 的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物寸。另外，在本实施方式中，以透过型的液晶元件1005为例子，所以与像素电极1007 同样，对置电极1009可以使用上述具有透光性的导电材料。在像素电极1007和液晶1008之间设置有取向膜1011，并在对置电极1009和液晶 1008之间设置有取向膜1012。取向膜1011和取向膜1012可以使用聚酰亚胺、聚乙烯醇等 的有机树脂而形成，并对其表面进行了摩擦(rubbing)等用于使液晶分子向一定的方向配 列的取向处理。通过在对取向膜施加压力的同时，使缠绕有尼龙等的布的滚筒转动，而沿一 定方向擦磨上述取向膜的表面，可以进行摩擦处理。注意，也可以不进行取向处理，而使用 氧化硅等的无机材料通过蒸镀法直接形成具有取向特性的取向膜1011和取向膜1012。另外，在基板1013上与液晶元件1005重叠地形成能够透过特定波长区域的光的 彩色滤光片1014。可以将分散有颜料的丙烯酸树脂等的有机树脂涂敷到基板1013上，然后 利用光刻法选择性地形成彩色滤光片1014。此外，也可以将分散有颜料的聚酰亚胺树脂涂 敷到基板1013上，然后利用蚀刻法选择性地形成彩色滤光片1014。或者，也可以通过利用 喷墨法等的液滴喷射法选择性地形成彩色滤光片1014。另外，在基板1013上与光电二极管1002重叠地形成能够遮挡光的遮挡膜1015。 通过设置遮挡膜1015，可以防止透过基板1013而入射到触摸屏内的来自背光灯的光直接 照射到光电二极管1002，并可以防止由于像素之间的液晶1008的取向混乱而导致的旋错 (disclination)被识别到。作为遮挡膜1015可以使用碳黑、低维氧化钛等的包含黑色颜料 的有机树脂。此外，也可以利用使用铬的膜形成遮挡膜1015。另外，在基板1001的与形成有像素电极1007的表面相反的表面上设置偏振片 1017，并在基板1013的与形成有对置电极1009的表面相反的表面上设置偏振片1018。来自背光灯的光如箭头1020所示那样通过液晶元件1005照射到基板1001 —侧 的检测对象1021。而且，在检测对象1021上反射的光如箭头1022所示那样入射到光电二 极管1002。作为液晶元件，除了 TN(Twisted Nematic 扭转向列)型之外，还可以采用 VA(Virtical Alignment 垂直定向)型、OCB(optically compensated Birefringence 光 学补偿弯曲)型、IPSdn-Plane Switching:平面内切换)型等。注意，虽然在本实施方式中以具有在像素电极1007和对置电极1009之间夹有液晶1008的结构的液晶元件1005为 例子进行了说明，但是根据本发明的一个方式的触摸屏不局限于该结构。也可以使用如IPS 型那样一对电极的双方都设置在基板1001 —侧的液晶元件。另外，在本实施方式中示出了使用薄膜半导体膜形成光电二极管1002、晶体管 1003、保持电容1004的例子，但是，也可以使用单晶半导体基板、SOI基板等来形成光电二 极管1002、晶体管1003、保持电容1004。实施例1根据本发明的一个方式的触摸屏具有能够高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度 级的图像读取的特征。因此，通过对使用根据本发明的一个方式的触摸屏的电子设备的结 构中追加触摸屏，可以使其具有更高性能的应用。尤其是，在难以一直接受电力的供给的便 携型电子设备的情况下，通过对其结构中追加触摸屏，除了上述优点，即，可以使其具有更 高性能的应用之外，还可以获得连续使用时间延长的优点。本发明的触摸屏可以适用于显 示装置、笔记本式个人计算机、具备记录媒体的图像再现装置(典型地是，能够再现记录媒 体如数字通用磁盘(DVD)等并具有可以显示其图像的显示器的装置)中。此外，作为可以 使用根据本发明的一个方式的触摸屏的电子设备，可以举出移动电话、便携式游戏机、便携 式信息终端、电子图书、摄像机、数码相机、护目镜型显示器(头盔显示器)、导航系统、音频 再现装置(车载音响、数字音频播放器等)、复印机、传真机、打印机、复合式打印机、自动取 款机(ATM)、自动售货机等。图12A至12E示出这些电子设备的具体例子。图12A是显示装置，其包括框体5001、显示部5002、支撑台5003等。根据本发明 的一个方式的触摸屏可以用于显示部5002。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于显 示部5002，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以提供具有更 高性能的应用的显示装置。另外，显示装置包括用于个人计算机、TV播放接收、广告显示等 的所有用于信息显示的显示装置。图12B是便携式信息终端，其包括框体5101、显示部5102、开关5103、操作键 5104、红外线端口 5105等。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用于显示部5102。通过将 根据本发明的一个方式的触摸屏用于显示部5102，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高 灰度级的图像读取，从而可以提供具有更高性能的应用的便携式信息终端。图12C是自动取款机，其包括框体5201、显示部5202、硬币投入口 5203、纸币投入 口 5204、卡片放入口 5205、存款簿放入口 5206等。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用 于显示部5202。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于显示部5202，可以高速、低功 耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以提供具有更高性能的应用的自动取款 机。而且，使用根据本发明的一个方式的触摸屏的自动取款机能够以更高精度读出用于生 物认证的生物信息，诸如指纹、脸、手形、掌纹和手静脉的形状、虹膜等。因此，可以减小在生 物认证时本人被误认为非本人的本人拒绝率和别人被误认为本人的别人接纳率。图12D是便携式游戏机，其包括框体5301、框体5302、显示部5303、显示部5304、 麦克风5305、扬声器5306、操作键5307、触屏笔5308等。根据本发明的一个方式的触摸屏 可以用于显示部5303或显示部5304。通过将根据本发明的一个方式的触摸屏用于显示部 5303或显示部5304，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像读取，从而可以 提供具有更高性能的应用的便携式游戏机。另外，图12D所示的便携式游戏机具有显示部
145303和显示部5304的两个显示部，但是便携式游戏机所具有的显示部的数目不局限于此。图12E是電子黑板，其包括框体5401、描画部5402等。在电子黑板中，可以通过 触屏笔5403或使用油性油墨的笔等，将文字或图画等的信息写入描画部5402。而且，电 子黑板可以通过利用光传感器对写入描画部5402的信息进行电子数据化。当使用触屏笔 5403时，写入描画部5402的信息被光传感器电子数据化，然后，通过显示元件显示在描画 部5402中。根据本发明的一个方式的触摸屏可以用于描画部5402。通过将根据本发明的 一个方式的触摸屏用于描画部5402，可以高速、低功耗地进行高分辨率和高灰度级的图像 读取，从而可以提供具有更高性能的应用的电子黑板。本实施例可以与上述实施方式或上述实施例适当地组合而实施。附图标记100触摸屏101像素电路102显示元件控制电路103光传感器控制电路104 像素105显示元件106光传感器107显示元件驱动电路108显示元件驱动电路109 电路110光传感器驱动电路201晶体管202保持电容203液晶元件204光电二极管205晶体管206晶体管207栅极信号线208光电二极管复位信号线209栅极信号线210视频数据信号线211光传感器输出信号线212光传感器基准信号线213栅极信号线30IADC309ADC310ADC控制电路311光传感器信号线319光传感器信号线[0135 [0136 [0137 [0138 [0139 [0140 [0141 [0142 [0143 [0144 [0145 [0146 [0147 [0148 [0149 [0150 [0151 [0152 [0153 [0154 [0155 [0156 [0157 [0158 [0159 [0160 [0161 [0162 [0163 [0164 [0165 [0166 [0167 [0168 [0169 [0170 [0171 [0172 [0173
320输出信号线
321ADC输出信号线
329ADC输出信号线
33IADC控制信号线
339ADC控制信号线
341备用读出电路
349备用读出电路
351备用读出电路控制信号线
359备用读出电路控制信号线
40IVCO
402计数电路
403输出信号线
404停止信号线
405复位信号线
406设定信号线
500或非电路
501η 型 TFT
502η 型 TFT
506η 型 TFT
507ρ 型 TFT
508ρ 型 TFT
512ρ 型 TFT
513ρ 型 TFT
514ρ 型 TFT
518ρ 型 TFT
519触发器
522触发器
523触发器
526触发器
527非电路
530非电路
531信号线
534信号线
535位信号线
538位信号线
60 Ip 型 TFT
602保持电容
701信号
702信号703信号 704信号 705信号 706信号 707信号 708信号 709信号 712信号 713信号 714信号 717信号 721期间 722期间 800信号 801信号 804信号 805信号 807信号 809信号 812信号 814信号 817信号 900锁存信号线 901锁存电路 902模拟开关 903时钟反相器 904反相器 905反相器 906信号线 1001基板 1002光电二极管 1003晶体管 1004保持电容 1005液晶元件 1006半导体膜 1007像素电极 1008液晶 1009对置电极 1010导电膜[02131011取向膜[02141012取向膜[02151013基板[02161014彩色滤光片[02171015遮挡膜[02181016间隔物[02191017偏振片[02201018偏振片[02211020箭头[02221021检测对象[02231022箭头[02245001框体[02255002显示部[02265003支撑台[02275101框体[02285102显示部[02295103开关[02305104操作键[02315105红外线端口[02325201框体[02335202显示部[02345203硬币投入口[02355204纸币投入口[02365205卡片放入口[02375206存款簿放入口[02385301框体[02395302框体[02405303显示部[02415304显示部[02425305麦克风[02435306扬声器[02445307操作键[02455308触屏笔[02465401框体[02475402描画部[02485403触屏笔[0249本说明书根据2009年6月25日在日本专利局受理的日本专利申请编号
2009-150601及2009-150602而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
18
权利要求
一种触摸屏，包括分别包括显示元件和光传感器的多个像素；以及接收来自所述光传感器的第一电位的A/D转换器，该A/D转换器包括振荡电路和计数电路，其中，所述振荡电路生成具有根据所述第一电位而决定的振荡频率的第一信号，并且，所述计数电路生成具有根据所述振荡频率而决定的计数值的第二信号。
2.根据权利要求1所述的触摸屏，其中，所述振荡电路当接收第二电位时开始振荡，并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的 振荡周期的大约一半，并且，将所述第一信号用作所述A/D转换器的最下位。
3.根据权利要求1所述的触摸屏，其中，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件， 并且，所述光传感器包括光电二极管，并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。
4.一种触摸屏，包括分别包括显示元件和光传感器的多个像素；以及接收来自所述光传感器的第一电位的A/D转换器，该A/D转换器包括振荡电路和计数 电路，其中，所述振荡电路包括锁存电路，所述振荡电路生成具有根据所述第一电位而决定的振荡频率的第一信号，并且通过向 所述锁存电路供给第二电位来保持所述第一信号的电位，并且，所述计数电路生成具有根据所述振荡频率而决定的计数值的第二信号。
5.根据权利要求4所述的触摸屏，其中，所述振荡电路当接收第三电位时开始振荡，并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的 振荡周期的大约一半，并且，通过向所述锁存电路供给所述第二电位来保持所述第一信号的电位，并且将所 保持的电位用作所述A/D转换器的最下位。
6.根据权利要求4所述的触摸屏，其中，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件， 并且，所述光传感器包括光电二极管，并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。
7.一种触摸屏的驱动方法，包括如下步骤将来自多个像素的每一个所具有的光传感器的第一电位供给到A/D转换器， 通过所述A/D转换器所具有的振荡电路生成第一信号，该第一信号具有根据所述第一 电位而决定的振荡频率，以及通过所述A/D转换器所具有的计数电路生成第二信号，该第二信号具有根据所述振荡 频率而决定的计数值。
8.根据权利要求7所述的触摸屏的驱动方法， 其中，所述振荡电路当接收第二电位时开始振荡，并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的 振荡周期的大约一半，并且，将所述第一信号用作所述A/D转换器的最下位。
9.根据权利要求7所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述多个像素的每一个包括显示元件和所述光传感器， 并且，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件， 并且，所述光传感器包括光电二极管，并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。
10.一种触摸屏的驱动方法，包括如下步骤将来自多个像素的每一个所具有的光传感器的第一电位供给到A/D转换器， 通过所述A/D转换器所具有的振荡电路生成第一信号，该第一信号具有根据所述第一 电位而决定的振荡频率，通过向锁存电路供给第二电位来保持所述第一信号的电位，以及 在通过向所述锁存电路供给所述第二电位来保持所述第一信号的电位之后，通过所述 A/D转换器所具有的计数电路生成第二信号，该第二信号具有根据所述振荡频率而决定的 计数值。
11.根据权利要求10所述的触摸屏的驱动方法， 其中，所述振荡电路当接收第三电位时开始振荡，并且，从所述振荡电路开始振荡到所述第一信号被切换的期间相当于所述振荡电路的 振荡周期的大约一半，并且，通过向所述锁存电路供给所述第二电位来保持所述第一信号的电位， 并且，将所保持的电位用作所述A/D转换器的最下位。
12.根据权利要求10所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述多个像素的每一个包括显示元件和所述光传感器， 并且，所述显示元件包括晶体管、保持电容和液晶元件， 并且，所述光传感器包括光电二极管，并且，所述晶体管、保持电容、液晶元件和光电二极管形成在相同衬底上。
全文摘要
本发明的目的之一在于提供具有高分辨率、高速工作、高灰度级的摄影功能的安装有A/D转换电路的触摸屏。一种触摸屏，包括分别设置有显示元件和光传感器的多个像素；接收来自光传感器的第一电位的A/D转换器；以及读出电路，其中，所述A/D转换器包括振荡电路和计数电路，所述振荡电路根据所述第一电位改变要生成的第一信号的振荡频率，并且当从读出电路接收第二电位时停止振荡，所述计数电路生成具有根据所述振荡频率而决定的计数值的第二信号。
文档编号G09G3/36GK101937291SQ20101021713
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年6月25日
发明者黑川义元 申请人:株式会社半导体能源研究所