触摸屏的驱动方法

专利名称：触摸屏的驱动方法
技术领域：
本发明涉及具有光传感器的触摸屏和其驱动方法。本发明特别涉及具有多个分别 设置有光传感器的像素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”)，通过用该光电传感器检测被反射的光，能够知道在光检测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尖位置的图像处 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，需要光传感器高速工作。

发明内容
本发明的一个方式的目的之一在于提供一种触摸屏，其中通过独立控制光传感器 的复位工作和读出工作，可以提高拍摄帧频。此外，本发明的一个方式的目的之一在于提供一种能够高速摄像的触摸屏的驱动 方法。本发明的一个方式的触摸屏包括多个分别具有显示元件和光传感器的像素；能
5够独立控制光传感器的复位工作和读出工作的控制电路，其中，复位工作和读出工作不会 在时间上重复。此外，本发明的一个方式是一种具有多个像素的触摸屏的驱动方法，该多个像素 分别设置有具有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光传感器，其中，各像素进行第 一工作，即将与光电二极管电连接的光电二极管复位信号线的电位设定得对光电二极管施 加正向偏压；第二工作，即利用光电二极管的光电流改变第一晶体管的栅极电位；第三工 作，即通过改变第二晶体管的栅极电位，而通过第一晶体管和第二晶体管使电连接到第二 晶体管的源极和漏极中的一方的光传感器输出信号线与电连接到第一晶体管的源极和漏 极中的一方的光传感器基准信号线导通，来根据光电流改变光传感器输出信号线的电位。此外，本发明的一个方式是一种具有多个像素的触摸屏的驱动方法，该多个像素 分别设置有具有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光传感器，其中，各像素进行第 一工作，即将与光电二极管电连接的光电二极管复位信号线的电位设定得对光电二极管施 加正向偏压；第二工作，即利用光电二极管的光电流改变第一晶体管的栅极电位；第三工 作，即通过改变第二晶体管的栅极电位，而通过第一晶体管和第二晶体管使电连接到第一 晶体管的源极和漏极中的一方的光传感器输出信号线与电连接到第二晶体管的源极和漏 极中的一方的光传感器基准信号线导通，来根据光电流改变光传感器输出信号线的电位。在上述本发明的一个方式的触摸屏的驱动方法中，在多个像素中的一个进行第一 工作的同时，在多个像素中的另一个进行第三工作。此外，在上述本发明的一个方式的触摸屏的驱动方法中，在多个像素中的一个进 行第一工作，并且在沿行方向与该一个像素相邻的像素进行第一工作期间，多个像素中的 另一个进行第三工作。在此，“行方向，，是指表示栅极信号线的行数的数字增加的方向。此外，在上述本发明的一个方式的触摸屏的驱动方法中，在多个像素中的一个进 行第三工作，并且在沿行方向与该一个像素相邻的像素进行第三工作期间，多个像素中的 另一个进行第一工作。本发明的一个方式可以提供一种能够高速摄像的触摸屏。此外，本发明的一个方式可以提供一种触摸屏的驱动方法，其中能够确保光传感 器的工作时间，并且可以高速摄像。此外，本发明的一个方式可以提供一种触摸屏的驱动方法，其中能够使光传感器 的工作稳定，并且可以高速摄像。


图1是说明触摸屏的结构的一例的图；图2是说明像素的电路图的一例的图；图3是说明光传感器读出电路的结构的一例的图；图4是说明光传感器读出工作的一例的时序图；图5是说明触摸屏的截面的一例的图；图6是说明触摸屏的截面的一例的图；图7是说明触摸屏的工作的一例的时序图；图8是说明具有触摸屏的液晶显示装置的结构的一例的透视图9A至9E是说明使用触摸屏的电子设备的一例的图；图10是说明触摸屏的工作的一例的时序图；图11是说明触摸屏的工作的一例的时序图；图12是说明像素的电路图的一个例子的图。
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4、图7、图10和图11说明根据本发明的一个方式 的触摸屏的结构及其驱动方法。参照图1说明触摸屏的结构的一个例子。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 晶层的液晶元件等。薄膜晶体管具有控制对保持电容进行电荷的注入或排出的功能。保持 电容具有保持与施加到液晶层的电压相对应的电荷的功能。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(进行灰度显示)，从而实现图 像显示。作为透过液晶层的光，使用从液晶显示装置的背面照射的来自光源(背光灯)的 光。作为进行彩色图像显示的方式，可以举出使用彩色滤光片的方式，S卩，彩色滤光片 方式。在这个方式中，通过使透过液晶层的光经过彩色滤光片，进行特定颜色(例如，红 (R)、绿(G)、蓝(B))的灰度显示。此外，作为进行彩色图像显示的另一方式，可以举出场序制方式(field sequential mode)，即，利用特定颜色(例如，红(R)、绿(G)、蓝(B))的光源构成背光灯，且 依次使各个颜色发光的方式。在场序制方式中，通过在各个颜色的光源发光的期间中形成 透过液晶层的光的明暗，可以形成该颜色的灰度。以上，说明了显示元件105具有液晶元件的情况，但是作为显示元件105也可以具 有发光元件等的其他元件。发光元件是其亮度由电流或电压控制的元件，具体地可以举出 发光二极管、OLED (有机发光二极管，Organic Light Emitting Diode)等。光传感器106包括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。作为光传感器106所接受的光，利用背光灯的光照射到检测 对象时的反射光。显示元件控制电路102是用来控制显示元件105的电路。显示元件控制电路102 包括显示元件驱动电路107和显示元件驱动电路108。显示元件驱动电路107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。显示元件驱动电 路108通过扫描线(也称为“栅极信号线”)对显示元件105输入信号。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104 所具有的显示元件105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104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施加高电位的像素中，薄膜晶体管成为导通状态，由信号线一侧的显 示元件驱动电路107提供的电荷供给到显示元件。光传感器控制电路103是用来控制光传感器106的电路，并且它包括与光传感器 输出信号线、光传感器基准信号线等连接的光传感器读出电路109以及光传感器驱动电路 110。光传感器驱动电路110具有对配置在特定的行的像素104所具有的光传感器106进 行后述的复位工作及选择工作的功能。此外，光传感器读出电路109具有提取被选择的行的像素104所具有的光传感器 106的输出信号的功能。作为光传感器读出电路109，可以采用如下结构通过利用运算放 大器，将模拟信号的光传感器106的输出不加改变地提取到触摸屏外部；或者，通过利用A/ D转换电路，将所述输出转换为数字信号，然后，提取到触摸屏外部。利用图2说明像素104的电路图的一个例子。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保持上述施加的电位。液晶元 件203根据上述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，另一个电极通 过栅极信号线213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 感器基准信号线212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输出信号线211电连接。注意，晶体管205和晶体管206的配置不局限于图2所示的结构。如图12所示， 也可以采用如下结构晶体管206的源极和漏极中的一个与光传感器基准信号线212电连 接，晶体管206的源极和漏极中的另一个与晶体管205的源极和漏极中的一个电连接，晶体 管205的栅极与光电二极管复位信号线208电连接，晶体管205的源极和漏极中的另一个 与光传感器输出信号线211电连接。接下来，使用图3说明光传感器读出电路109的结构的一个例子。光传感器读出 电路109由多个电路300构成。多个电路300的每一个分别与像素电路101所具有的多个 像素104中的一列像素相对应。如图3所示，光传感器读出电路109所具有的与一列像素 相对应的电路300包括ρ型晶体管301和保持电容302。此外，211表示与该像素的一列相对应的光传感器输出信号线，303表示预充电信号线。在光传感器读出电路109所具有的与一列像素相对应的电路300中，在像素104 内的光传感器106工作之前将光传感器输出信号线211的电位设定为基准电位。在图3中， 通过使预充电信号线303的电位为低电平电位的“L”，可以将光传感器输出信号线211的电 位设定为作为基准电位的高电位。注意，当光传感器输出信号线211的寄生电容大时，就不需要设置保持电容302。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型晶体管而 代替P型晶体管301，并使预充电信号线303的电位为电位“H”，可以将光传感器输出信号 线211的电位设定为作为基准电位的低电位。接下来，使用图4的时序图说明触摸屏的光传感器106的读出工作的一个例子。在 图4中，信号401至信号404分别相当于图2的光电二极管复位信号线208的电位、与晶体 管206的栅极连接的栅极信号线209的电位、与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213 的电位、光传感器输出信号线211的电位。另外，信号405相当于图3的预充电信号线303 的电位。在时刻A处，当将光电二极管复位信号线208的电位(信号401)设定为电位“H” 时，换言之，当将与光电二极管电连接的光电二极管复位信号线的电位设定得对光电二极 管施加正向偏压(复位工作)时，光电二极管204导通，从而与晶体管205的栅极连接的栅 极信号线213的电位(信号403)成为电位“H”。另外，当将预充电信号线303的电位(信 号405)设定为电位“L”时，光传感器输出信号线211的电位(信号404)被预充电到电位 “H”。在时刻B处，当将光电二极管复位信号线208的电位(信号401)设定为电位 “L” (累积工作)时，由于光电二极管204的光电流，与晶体管205的栅极连接的栅极信号 线213的电位(信号403)开始下降。当照射光时，光电二极管204的光电流增大，因此与 晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号403)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C处，当将栅极信号线209的电位(信号402)设定为电位“H”(选择工作) 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404)下降。注意，在 时刻C之前，将预充电信号线303的电位(信号405)设定为电位“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404)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到光电二极管204的光量而变化。在时刻D处，当将栅极信号线209的电位(信号402)设定为电位“L”时，晶体管 206被截止，从而在时刻D之后，光传感器输出信号线211的电位(信号404)成为一定值。 在此，该一定值根据照射到光电二极管204的光量而变化。因此，通过获得光传感器输出信 号线211的电位，可以知道照射到光电二极管204的光量。如上所述，通过反复进行复位工作、累积工作、选择工作，而实现各个光传感器的 工作。为了实现触摸屏的高速拍摄，需要高速进行所有像素的复位工作、累积工作、选择工 作。
简单地说，如图10所示的时序图那样，在所有像素的复位工作之后，进行所有像 素的累积工作，然后进行所有像素的选择工作，来可以实现所希望的拍摄。图10是说明触 摸屏的工作的一个例子的时序图。在图10中，信号1001、信号1002、信号1003、信号1004、 信号1005、信号1006、信号1007分别是第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第 (n-1)行、第η行的光电二极管复位信号线208的时序图。此外，信号1011、信号1012、信号 1013、信号1014、信号1015、信号1016、信号1017分别是第1行、第2行、第3行、第m行、 第(m+1)行、第(n-1)行、第η行的栅极信号线209的时序图。期间1018是第m行光传感 器工作的期间，期间1019、期间1020、期间1021分别是进行复位工作、累积工作、选择工作 的期间。此外，期间1022是所有像素的一次拍摄所要的期间。注意，m和η是自然数，且满 足1 < m < η。在此，图10所示的期间T表示从某一行的复位工作开始的时序到下一行的 复位工作开始的时序的期间。在此，通过利用图7所示的时序图的驱动方法，可以确保每个光传感器的工作时 间，并且容易进行高速摄像。图7是说明触摸屏的工作的一个例子的时序图。在图7中，信号701、信号702、信 号703、信号704、信号705、信号706、信号707分别是第1行、第2行、第3行、第m行、第 (m+1)行、第(n-1)行、第η行的光电二极管复位信号线208的时序图。此外，信号711、信 号712、信号713、信号714、信号715、信号716、信号717分别是第1行、第2行、第3行、第 m行、第(m+1)行、第(n-1)行、第η行的栅极信号线209的时序图。期间718是第m行光传 感器工作的期间，期间719、期间720、期间721分别是进行复位工作、累积工作、选择工作的 期间。此外，期间722是所有像素的一次拍摄所要的期间。注意，m和η是自然数，且满足 1 < m < η。在此，图7所示的期间T表示从某一行的复位工作开始的时序到下一行的复位 工作开始的时序的期间。通过利用图7所示的时序图的驱动方法，可以在不同行同时进行复位工作、累积 工作和选择工作。例如，可以在某一行进行复位工作的同时在另一行进行选择工作。在图 7中，同时进行第m行的复位工作和第1行的选择工作。在此，当将图7所示的时序图的各行的光传感器的复位工作及选择工作的期间设 定为与图10所示的时序图相同时，可以使图7所示的时序图的所有画面的一次拍摄所要的 时间(期间722)小于图10所示的期间(期间1022)。因此，与图10所示的时序图的驱动 方法相比，图7所示的时序图的驱动方法可以通过提高摄像帧频，而高速摄像。由此，通过利用图7所示的时序图的驱动方法，可以在确保每个光传感器的工作 时间的同时，通过提高拍摄帧频，高速摄像。另外，为了实现图7所示的时序图的驱动方法，光传感器驱动电路110优选独立具 有控制复位工作的驱动电路以及控制选择工作的驱动电路。例如，优选地是，使用第一移位 寄存器构成控制复位工作的驱动电路，而使用第二移位寄存器构成控制选择工作的驱动电路。此外，通过利用图11所示的时序图的驱动方法，可以使光传感器的工作稳定。在图11中，信号1101、信号1102、信号1103、信号1104、信号1105、信号1106、信 号1107分别是第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第(n_l)行、第η行的光电二极 管复位信号线208的时序图。此外，信号1111、信号1112、信号1113、信号1114、信号1115、
10信号1116、信号1117分别是第1行、第2行、第3行、第m行、第(m+1)行、第(n_l)行、第η 行的栅极信号线209的时序图。期间1118是第m行光传感器工作的期间，期间1119、期间 1120、期间1121分别是进行复位工作、累积工作、选择工作的期间。此外，期间1122是所有 像素的一次拍摄所要的期间。在此，图11所示的期间T表示从某一行的复位工作开始的时 序到下一行的复位工作开始的时序的期间。在图10所示的时序图中，期间T没有进行选择 工作的像素，而在图11所示的时序图中，期间T有进行选择工作的像素。通过利用图11所示的时序图的驱动方法，可以不改变控制复位工作的驱动电路 的工作频率以及控制选择工作的驱动电路的工作频率，而对不同行不同时进行复位工作和 选择工作。例如，通过在某一行的复位工作和与该行相邻的行的复位工作之间进行另一行 的选择工作，可以不同时进行复位工作和选择工作。在图11中，在第m行的复位工作和第 (m+1)行的复位工作之间进行第2行的选择工作。此外，例如，通过在某一行的选择工作和 与该行相邻的行的选择工作之间进行另一行的复位工作，可以不同时进行复位工作和选择 工作。在图11中，在第1行的选择工作和第2行的选择工作之间进行第m行的复位工作。通过利用图11所示的时序图的驱动方法，可以显著地减少因进行选择工作的行 的光传感器而导致的光传感器输出信号线的电位变化对另一行的光传感器的复位工作造 成的影响。因此，通过利用图11所示的时序图的驱动方法，可以使光传感器的工作稳定。在此，对复位工作造成影响的原因在于，在图2中，由于晶体管206的关态泄漏电 流，泄漏电流从光传感器输出信号线211经过晶体管205流到光传感器基准信号线212。 对复位工作造成的影响有可能导致发生光传感器的工作缺陷，例如在复位工作中晶体管 205的栅极电压达不到所希望的电压；或者光传感器输出信号线211的电位以及光传感器 基准信号线212的电位因泄漏电流而变得不稳定。由此，通过利用图11所示的时序图的驱动方法，可以使光传感器的工作稳定，并 通过提高拍摄帧频而可以高速摄像。另外，在图11所示的时序图的驱动方法中，在复位期间中将光传感器输出信号线 的电位设定为与光传感器基准信号线的电位相等的电位，也是有效的。另外，为了实现图11所示的时序图的驱动方法，光传感器驱动电路110优选独立 具有控制复位工作的驱动电路以及控制选择工作的驱动电路。例如，以下结构是有效的，即 使用第一移位寄存器构成控制复位工作的驱动电路，使用第二移位寄存器构成控制选择工 作的驱动电路，并且，各个行的控制信号由各个移位寄存器的输出与只在所希望的期间中 设定为电位“H”的信号的逻辑和生成。通过采用上述方式，可以提供具有能够确保工作时间且能够高速摄像的光传感器 的触摸屏。此外，还可以提供能够确保光传感器的工作时间并且能够高速摄像的触摸屏的 驱动方法。另外，通过采用上述方式，可以提供具有工作稳定且能够以高速工作进行拍摄的 光传感器的触摸屏。此外，还可以提供使光传感器的工作稳定，并且能够高速摄像的触摸屏 的驱动方法。实施方式2在本实施方式中，参照图5说明根据本发明的一个方式的触摸屏的结构。图5表示触摸屏的截面的一个例子。图5所示的触摸屏在具有绝缘表面的基板501 (TFT基板)上设置有光电二极管502、晶体管503、保持电容504、液晶元件505。光电二极管502和保持电容504可以在制造晶体管503的步骤中与晶体管503 — 起形成。光电二极管502是横向结型的pin 二极管，其中，光电二极管502所具有的半导体 膜506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，在图5所示的触摸屏中，示出了光电二极管502为pin 二极管的 情况，但是光电二极管502也可以是ρη 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506的特定区域中，可以形成横向结型的pin结或ρη结。另外，通过利用蚀刻等的方法将形成在基板501上的半导体膜加工(构图)为所 希望的形状，可以一起形成光电二极管502的岛状半导体膜和晶体管503的岛状半导体膜。 这时，不需要对其中形成有包括晶体管等的像素的普通面板的制造步骤追加用于形成光电 二极管的一部分的步骤。由此，可以降低成本。液晶元件505包括像素电极507、液晶508和对置电极509。像素电极507被形成 在基板501上，并通过保持电容504及导电膜510电连接到晶体管503。而且，对置电极509 被形成在基板513 (对置基板)上，并在像素电极507和对置电极509之间夹有液晶508。 注意，在图5所示的触摸屏中，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503的步骤中与晶体管503 —起形成在基板501上。像素电极507和对置电极509之间的单元间隙可以利用间隔物516而控制。在图 5中，使用通过光刻法选择性地形成的柱状间隔物516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507和对置电极509之间来控制单元间隙。另外，液晶508在基板501和基板513之间被密封材料围绕。作为液晶508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507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、含有氧化锌(ZnO)的铟锌氧化物 (IZOdndium Zinc Oxide))、氧化锌(ZnO)、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 化物等。另外，在本实施方式中，以透过型的液晶元件505为例子，所以与像素电极507同 样，对置电极509也可以使用上述具有透光性的导电材料。在像素电极507和液晶508之间设置有取向膜511，并在对置电极509和液晶508 之间设置有取向膜512。取向膜511和取向膜512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511和取向膜512。另外，在基板513上与液晶元件505重叠地形成能够透过特定波长区域的光的彩 色滤光片514。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513上，然后利用 光刻法选择性地形成彩色滤光片514。此外，也可以将分散有颜料的聚酰亚胺树脂涂敷到基 板513上，然后利用蚀刻法选择性地形成彩色滤光片514。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514。
另外，在基板513上与光电二极管502重叠地形成能够遮挡光的遮挡膜515。 通过设置遮挡膜515，可以防止透过基板513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502，并可以防止由于像素之间的液晶508的取向混乱而导致的旋错 (disclination)被识别到。作为遮挡膜515可以使用碳黑、其氧化数比二氧化钛小的低维 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515。另外，在基板501的与形成有像素电极507的表面相反的表面上设置偏振片517， 并在基板513的与形成有对置电极509的表面相反的表面上设置偏振片518。来自背光灯的光如箭头520所示那样穿过液晶元件505照射到基板501 —侧的检 测对象521。而且，被检测对象521反射的光如箭头522所示那样入射到光电二极管502。作为液晶元件，除了 TN(Twisted Nematic 扭转向列)型之外，还可以采用 VA(Vertical 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507和对置电极509之间夹有液晶508的结构的液晶元件505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501 —侧的液晶元件。另外，在本实施方式中示出了将薄膜半导体膜用于光电二极管502、晶体管503、 保持电容504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 502、晶体管503、保持电容504。根据上述方式，可以提供能够高速摄像的触摸屏。此外，可以提供能够高速摄像的 触摸屏的驱动方法。实施方式3在本实施方式中，参照图6说明根据本发明的一个方式的触摸屏的另一结构。图6示出与实施方式2不同的触摸屏的截面例子。在图6所示的触摸屏中，光电二 极管602与图5所示的光电二极管502的不同之处在于，光电二极管602具有利用形成晶 体管503的栅极电极的导电膜而构成的遮挡膜603。由于光电二极管602具有遮挡膜603， 可以防止来自背光灯的光直接入射到具有i型导电性的区域(i层)中，所以可以有效地只 检测出被检测对象521反射的光。另外，在将横向结型的pin 二极管用作光电二极管602的情况下，当形成具有ρ型 导电性的区域(P层)和具有η型导电性的区域(η层)时，通过使用遮挡膜603作为掩模， 可以以自对准的方式形成这些区域。这在形成微小光电二极管的情况下，是特别有效的，并 且这对减小像素尺寸和提高开口率有效。根据上述方式，可以提供能够高速摄像的触摸屏。此外，可以提供能够高速摄像的 触摸屏的驱动方法。实施方式4在本实施方式中，作为包括根据本发明的一个方式的触摸屏的显示装置的一个例 子，参照图8说明液晶显示装置的结构。图8是表示液晶显示装置的结构的一例的透视图，该液晶显示装置包括根据本发 明的一个方式的触摸屏。图8所示的液晶显示装置包括在一对基板之间形成有包括液晶 元件、光电二极管、薄膜晶体管等的像素的液晶面板1601 ；第一扩散板1602 ；棱镜片1603 ；第二扩散板1604 ；导光板1605 ；反射板1606 ；具有多个光源1607的背光灯1608 ；电路基板 1609。将液晶面板1601、第一扩散板1602、棱镜片1603、第二扩散板1604、导光板1605、 反射板1606按顺序层叠。光源1607设置在导光板1605的端部，并且扩散到导光板1605 的内部的来自光源1607的光穿过第一扩散板1602、棱镜片1603以及第二扩散板1604从 对置基板一侧(液晶面板1601的设置有导光板1605等的一侧)均勻性地照射到液晶面板 1601。注意，虽然在本实施方式中使用了第一扩散板1602和第二扩散板1604，但是扩散 板的数量不局限于此，还可以是单数或者三个以上。并且，只要将扩散板设置在导光板1605 和液晶面板1601之间，即可。因此，既可以只在比棱镜片1603接近于液晶面板1601的一 侧设置扩散板，又可以只在比棱镜片1603接近于导光板1605的一侧设置扩散板。此外，棱镜片1603不局限于图8所示的其截面是锯齿状的形状，只要是具有能够 将来自光导板1605的光聚焦到液晶面板1601 —侧的形状，即可。在电路基板1609中设置有生成输入到液晶面板1601的各种信号的电路、或者对 这些信号进行处理的电路、对从液晶面板1601输出的各种信号进行处理的电路等。并且， 在图8中，电路基板1609与液晶面板1601通过FPC(柔性印刷电路)1611连接。注意，上 述电路可以利用COG (玻璃上芯片安装)法连接到液晶面板1601，或者也可以利用COF (薄 膜上芯片安装)法将上述电路的一部分连接到FPC1611。图8表示在电路基板1609上设置有用于控制光源1607的驱动的控制类电路，并 且该控制类电路与光源1607通过FPC1610连接的例子。但是，上述控制类电路也可以形成 在液晶面板1601上，并且在此情况下，液晶面板1601与光源1607通过FPC等连接。注意，图8例示在液晶面板1601的端部配置光源1607的边缘照光型的光源，但是 根据本发明的一个方式的触摸屏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，当检测对象的手指1612从TFT基板一侧(夹持液晶面板1601与背光灯1608 相反一侧)接近液晶面板1601时，来自背光灯1608的光穿过液晶面板1601，并且该光的一 部分被手指1612反射，而再次入射到液晶面板1601。按顺序使对应于各个颜色的光源1607 发光，并获得每个颜色的拍摄数据，来可以获得检测对象的手指1612的彩色拍摄数据。本实施方式可以与上述实施方式适当地组合而实施。实施方式5根据本发明的一个方式的触摸屏具有能够确保光传感器的工作时间并且能够高 速摄像的特征。此外，根据本发明的一个方式的触摸屏具有能够使光传感器的工作稳定，并 且能够高速摄像的特征。因此，对使用根据本发明的一个方式的触摸屏的电子设备而言，通 过在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。根据本发明的一个方式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。在本实施方式中，参照图9A至9E说明使用根据本发明的一个方式的触摸屏的电 子设备的一个例子。图9A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，可以获得高分辨率的拍摄数据，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ο图9B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，可以获得高分辨率的拍摄数据，从而可以提 供具有更高性能的应用的便携式信息终端。图9C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，可以获得高分辨率 的拍摄数据，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9D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，可以获得高分辨率的拍摄数据，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9D所示的便携式游戏机具有显示部5303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9E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，可以提取高分辨率的图像数据，从而可以提供具有更 高性能的应用的电子黑板。本实施方式可以与上述实施方式适当地组合而实施。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光传感器读出电路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300 电路30 Ip型晶体管302保持电容303预充电信号线401 信号402 信号403 信号404 信号405 信号501 基板502光电二极管503晶体管504保持电容505液晶元件506半导体膜507像素电极508 液晶509对置电极510导电膜511取向膜
512取向膜
513基板
514彩色滤光片
515遮挡膜
516间隔物
517偏振片
518偏振片
520箭头
521检测对象
522箭头
602光电二极管
603遮挡膜
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期间
719期间
720期间
721期间
722期间
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期间
1019期间
1020期间
1021期间
1022期间
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期间

1119期间
1120期间
1121期间

1122期间
1601液晶面板
1602扩散板

1603棱镜片 1604扩散板 1605导光板 1606反射板 1607光源
1608背光灯
1609电路基板
1610FPC
1611FPC
1612手指
5001框体
5002显示部
5003支撑台
5101框体
5102显示部
5103开关
5104操作键
5105红外线端口
5201框体
5202显示部
5203硬币投入口
5204纸币投入口
5205卡片放入口
5206存款簿放入口
5301框体
5302框体
5303显示部
5304显示部
5305麦克风
5306扬声器
5307操作键
5308触屏笔
5401框体
5402描画部
5403触屏笔
本说明书根据2009年8月24日在日本专利局受理的日本专利申请编号2009-193216而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种触摸屏的驱动方法，该触摸屏至少包括第一像素和第二像素，每个像素包括具 有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光传感器，该驱动方法包括如下步骤将与所述第一像素中的所述光电二极管电连接的第一光电二极管复位信号线的电位 设定得对所述第一像素中的所述光电二极管施加正向偏压；改变所述第二像素中的所述第二晶体管的栅极电位，以通过所述第二像素中的所述第 一晶体管和所述第二像素中的所述第二晶体管使光传感器输出信号线与光传感器基准信 号线导通，来根据所述第二像素中的所述光电二极管的光电流改变所述光传感器输出信号 线的电位，其中所述第二像素中的所述光电二极管电连接到所述第二像素中的所述第一晶 体管的栅极，其中，用于所述设定步骤的期间和用于所述改变步骤的期间彼此不重叠。
2.根据权利要求1所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第二像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第二像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方。
3.根据权利要求1所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第二像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第二像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方。
4.根据权利要求1所述的触摸屏的驱动方法，其中，利用所述第二像素中的所述光电二极管的光电流改变所述第二像素中的所述第 一晶体管的栅极电位。
5.一种触摸屏的驱动方法，该触摸屏至少包括第一像素、第二像素和第三像素，每个 像素包括具有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光传感器，该驱动方法包括如下步 骤将与所述第一像素中的所述光电二极管电连接的第一光电二极管复位信号线的电位 设定得对所述第一像素中的所述光电二极管施加正向偏压；在所述设定所述第一光电二极管复位信号线的电位的步骤之后，改变所述第二像素中 的所述第二晶体管的栅极电位，以通过所述第二像素中的所述第一晶体管和所述第二像素 中的所述第二晶体管使光传感器输出信号线与光传感器基准信号线导通，来根据所述第二 像素中的所述光电二极管的光电流改变所述光传感器输出信号线的电位，其中所述第二像 素中的所述光电二极管电连接到所述第二像素中的所述第一晶体管的栅极，在所述改变步骤之后，将与所述第三像素中的所述光电二极管电连接的第二光电二极 管复位信号线的电位设定得对所述第三像素中的所述光电二极管施加正向偏压，其中所述 第三像素是沿行方向与所述第一像素相邻的像素，其中，用于所述设定所述第一光电二极管复位信号线的电位的步骤的期间和用于所述 改变步骤的期间彼此不重叠。
6.根据权利要求5所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第二像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第二像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方。
7.根据权利要求5所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第二像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第二像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方。
8.根据权利要求5所述的触摸屏的驱动方法，其中，利用所述第二像素中的所述光电二极管的光电流改变所述第二像素中的所述第 一晶体管的栅极电位。
9.一种触摸屏的驱动方法，该触摸屏至少包括第一像素、第二像素和第三像素，每个 像素包括具有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光传感器，该驱动方法包括如下步 骤改变所述第一像素中的所述第二晶体管的栅极电位，以通过所述第一像素中的所述第 一晶体管和所述第一像素中的所述第二晶体管使光传感器输出信号线与光传感器基准信 号线导通，来根据所述第一像素中的所述光电二极管的光电流改变所述光传感器输出信号 线的电位，其中所述第一像素中的所述光电二极管电连接到所述第一像素中的所述第一晶 体管的栅极；在所述改变所述第一像素中的所述第二晶体管的栅极电位的步骤之后，将与所述第二 像素中的所述光电二极管电连接的光电二极管复位信号线的电位设定得对所述第二像素 中的所述光电二极管施加正向偏压；在所述设定步骤之后，改变所述第三像素中的所述第二晶体管的栅极电位，以通过所 述第三像素中的所述第一晶体管和所述第三像素中的所述第二晶体管使光传感器输出信 号线与光传感器基准信号线导通，来根据所述第三像素中的所述光电二极管的光电流改变 所述光传感器输出信号线的电位，其中所述第三像素中的所述光电二极管电连接到所述第 三像素中的所述第一晶体管的栅极，并且所述第三像素是沿行方向与所述第一像素相邻的 像素，其中，用于所述设定步骤的期间和用于所述改变所述第一像素中的所述第二晶体管的 栅极电位的步骤的期间彼此不重叠。
10.根据权利要求9所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第一像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第一像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方。
11.根据权利要求9所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第一像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第一像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方。
12.根据权利要求9所述的触摸屏的驱动方法，其中，利用所述第一像素中的所述光电二极管的光电流改变所述第一像素中的所述第 一晶体管的栅极电位。
13.一种触摸屏的驱动方法，该触摸屏至少包括第一像素和第二像素，每个像素包括具 有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光传感器，该驱动方法包括如下步骤将与所述第一像素中的所述光电二极管电连接的光电二极管复位信号线的电位设定 得对所述第一像素中的所述光电二极管施加正向偏压；在所述设定步骤的同时，改变所述第二像素中的所述第二晶体管的栅极电位，以通过 所述第二像素中的所述第一晶体管和所述第二像素中的所述第二晶体管使光传感器输出 信号线与光传感器基准信号线导通，来根据所述第二像素中的所述光电二极管的光电流改 变所述光传感器输出信号线的电位，其中所述第二像素中的所述光电二极管电连接到所述 第二像素中的所述第一晶体管的栅极。
14.根据权利要求13所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第二像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第二像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方。
15.根据权利要求13所述的触摸屏的驱动方法，其中，所述光传感器输出信号线电连接到所述第二像素中的所述第一晶体管的源极和 漏极中的一方，并且，所述光传感器基准信号线电连接到所述第二像素中的所述第二晶体管的源极和 漏极中的一方。
16.根据权利要求13所述的触摸屏的驱动方法，其中，利用所述第二像素中的所述光电二极管的光电流改变所述第二像素中的所述第 一晶体管的栅极电位。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种能够高速摄像的触摸屏的驱动方法。本发明的触摸屏包括多个像素，每个像素设置有具有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光传感器。各像素进行第一工作，即将与光电二极管电连接的光电二极管复位信号线的电位设定得对光电二极管施加正向偏压；第二工作，即利用光电二极管的光电流改变第一晶体管的栅极电位；第三工作，即通过改变第二晶体管的栅极电位，而通过第一晶体管和第二晶体管使光传感器输出信号线与光传感器基准信号线导通，来根据光电流改变光传感器输出信号线的电位。
文档编号G06F3/042GK101996005SQ201010254428
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年8月24日
发明者池田隆之, 黑川义元 申请人:株式会社半导体能源研究所