触摸传感器及其驱动方法以及显示设备的制作方法

专利名称：触摸传感器及其驱动方法以及显示设备的制作方法
技术领域：
本技术领域涉及触摸传感器。此外，本技术领域涉及其显示部分包括触摸传感器 的触摸面板，以及包括触摸面板的显示设备。
背景技术：
近年来，液晶显示器和电致发光(EL)显示器的市场已经成长起来，而且面板的附 加价值的重要性在不断增加。首先，具有包括触摸传感器的显示部分的触摸面板已经作为 用户接口吸引了注意力，而且已被引入诸如便携式游戏机的移动设备。此外，提出了利用设置在不一定具有显示部分的设备中的诸如指纹认证设备的触 摸传感器来进行个人认证。例如，已经开发出一种通过利用设置在显示部分的像素中的光电传感器来检测到 达显示屏的光以接收信息的触摸面板(例如专利文献1)。在包括此类光电传感器的触摸面板中，提出了以下技术一种利用例如设置在像 素中的作为光电传感器的光电二极管来检测由手指、物体等的影子引起的投影在显示屏上 的光量变化的技术；以及一种利用例如设置在像素中的作为光电传感器的光电二极管来检 测由来自诸如光笔的发光物体的光引起的光量变化的技术。[参考文献][专利文献1]日本专利申请公开No.2004-318819

发明内容
本发明的一个目的是通过正确检测输入来抑制触摸传感器、触摸面板以及使用它 们的设备的误操作。替代地，本发明的一个目的是缩短用于检测输入的时间。触摸传感器的一个实施例具有包括光电传感器的输入部分，且具有通过当物体触 摸输入部分时利用物体色彩的变化来检测对触摸传感器的输入的部件。在该物体是人类手指的情况下，一种检测方法利用手指色彩在手指触摸输入部分 之前与之后之间的变化，即色彩在红色与粉红色或白色之间的变化，尽管该色彩在不同个 体之间不同。具体地，该检测方法如下通过光电传感器形成手指图像，通过图像处理分析该图 像的色彩数据来计算接触部分的面积，并基于该面积数据来检测对触摸传感器的输入。通过包括触摸面板作为该显示设备的输入部分，该触摸传感器可应用于显示设备。本发明的一个实施例是包括触摸面板和图像处理部分的显示设备，在触摸面板中 光电传感器设置在多个像素中。该光电传感器形成触摸面板被物体触摸的一部分的接触图 像。在图像处理部分中，根据接触图像的色彩数据来计算接触部分的面积，且基于该面积检 测对该触摸面板的输入。该接触图像是触摸该触摸面板的物体的图像。
此外，本发明的另一实施例是一种显示设备，该显示设备包括触摸面板，该触摸 面板包括在多个像素中的光电传感器；以及图像处理部分，该图像处理部分包括输入处理 部分和响应处理部分。该光电传感器形成触摸面板被物体触摸的一部分的接触图像。在输 入处理部分中，根据接触图像的色彩数据计算接触部分的面积。响应处理部分基于该面积 来检测对触摸面板的输入。本发明的另一实施例是一种显示设备，该显示设备包括触摸面板，该触摸面板包 括在多个像素中的光电传感器；以及图像处理部分，该图像处理部分包括输入处理部分和 响应处理部分。该光电传感器形成触摸面板被物体触摸的一部分的接触图像。在该输入处 理部分中，通过对接触图像的色彩数据进行以下处理来计算接触部分的面积从RGB值到 HSV值的转换处理、二值化处理、噪声去除处理(也称为噪声滤除处理)以及标记处理。响 应处理部分基于该面积来检测对触摸面板的输入。替代地，可对面积设置阈值，且根据该阈值与面积之间比较的结果来检测对触摸 面板的输入。该面积大于阈值的情况被定义为已执行输入，而该面积等于或小于阈值的情 况被定义为未执行输入。该面积大于阈值的情况被定义为已执行输入，而该面积小于阈值 的情况被定义为未执行输入也是可接受的。替代地，对于该面积设置多个阈值，且通过该面积与阈值之间的比较来多级地检 测对触摸面板的输入。注意，图像处理的另一实施例可如下分析触摸面板被物体触摸之前和之后的图 像色彩数据的变化量，藉此计算接触部分的面积。在触摸传感器中，通过准确检测输入，能抑制触摸面板和包括它们的设备的误操作。 此外，能有效地执行图像处理，且能缩短用于检测输入的时间。



在附图中
图1示出触摸面板的结构； 图2示出触摸面板的结构； 图3示出触摸面板的结构； 图4是时序图； 图5是触摸面板的截面图； 图6是触摸面板的截面图； 图7是触摸面板的截面图； 图8示出图像处理； 图9A和9B示出图像处理； 图10A和10B示出图像处理； 图11A和11B示出图像处理； 图12A到12D分别示出本发明的电子设备；以及 图13示出本发明的电子设备。
具体实施例方式将参照附图描述实施例。应注意本发明不限于以下给出的描述。本领域技术人员 容易理解，能以各种方式修改本文中公开的模式和细节，而不背离本发明的精神和范围。因 此，本发明不应当被解释为受限于以下实施例中的描述。注意，在下文描述的本发明的结构 中，具有相似功能的相同部分或诸部分在不同附图中通过相同附图标记表示，且不重复其 描述。(实施例1)实施例1参照图1示出了一种包括触摸面板的显示设备和一种用于驱动该触摸面 板的方法。图1是包括触摸面板的显示设备的框图的示例。显示设备111包括触摸面板100、包括输入处理部分113和响应处理部分114的图 像处理部分112、以及图像合成部分115。此处所示的该显示设备的结构是示例，且该结构 不限于此。触摸面板100包括以矩阵的方式设置的多个像素104。显示元件105和光电传感 器106设置在每个像素104中。光电传感器106是诸如光电二极管的光接收元件。注意， 光电传感器106能设置在像素104外部。此外，光电传感器106的数量可以与显示元件105 的数量不同。该实施例描述了触摸该触摸面板100的物体是人类手指的情况下的示例；然而， 该实施例不限于此。当手指触摸该触摸面板100时，该触摸面板100被设置在每个像素104中的光电 传感器106扫描，以将接收到的光转换成电信号，藉此形成触摸面板100被该手指触摸的部 分的接触图像。所形成的接触图像被输入至图像处理部分112的输入处理部分113。注意， 光电传感器106接收的光是从显示设备内(诸如背光)发出并由物体反射的光、物体反射 的外部光等、物体本身发出的光、被物体遮挡的外部光等。在输入处理部分113中，确定接触图像的色彩，并根据接触图像的色彩数据计算 接触部分的面积。计算所得的面积被发送至响应处理部分114。因为该面积与输入压力之 间存在比例关系，所以能基于该面积容易地检测输入。可在稍后的处理中使用根据该面积 计算得到的输入压力；在该情况下，可设置用于计算该输入压力的电路。响应处理部分114相对于计算所得的面积来设置预定阈值。该面积大于该预定阈 值的情况被确定为已执行输入，而该面积的值等于或小于该阈值的情况被确定为未执行输 入。注意，响应处理部分114可具有用于自动设置阈值的功能。当确定已执行输入时，响应处理部分114形成响应图像，该响应图像表示已执行 输入，并将该响应图像输出至图像合成部分115。该图像合成部分115使响应图像与触摸面板100中显示的图像彼此交迭以便于形 成合成图像，并将该合成图像输出至触摸面板100。然后，触摸面板100显示该合成图像，并发送输入的完成。并非必须形成响应图像 和合成图像，且输入是否执行可通过语言、灯等来发送。替代地，可向触摸面板100输出响 应图像，而不形成合成图像。在不形成响应图像和合成图像的情况下，不需要图像合成部分 115。
此外，在响应处理部分114中，当确定未执行输入时，可发送未执行输入的事实。以此方式，本实施例中的触摸面板能正确地确定光电传感器和图像处理的输入， 且能防止误操作。此外，本实施例描述了其中执行显示的触摸面板，但其中不执行显示的结构也是 可接受的。在这种情况下，包括光电传感器的触摸传感器被设置在输入部分中，且通过本实 施例中描述的图像处理部分的分析来检测输入。通过按需将该实施例与其他任意实施例组合能实现该实施例。(实施例2)本实施例参照图1、图8、图9A和9B、图IOA和IOB以及图IlA和IlB描述了图像 处理和响应处理的示例。省略了对直到形成物体图像的阶段的描述，因为该描述与实施例1 相同。在本实施例中，处理在作为物体的手指已触摸触摸面板之后的手指的图像。注意该 物体不限于手指。由图1中的输入处理部分113的图像处理部分112处理所形成的图像。图8示出 输入处理部分113的框图的示例。在输入处理部分113中，当从触摸面板100输入图像时，执行HSV转换处理801、二 值化处理802、噪声滤除处理803、标记处理804、面积和位置数据计算处理805、以及特征量 提取处理806，且将该图像输出至响应处理部分114。在此处详细描述各处理。首先，执行HSV转换处理801。从输入图像提取每种色彩(红色(R)、绿色(G)以 及蓝色(B))的分量的亮度值。然后，将提取出的RGB色彩值转换成基于由三个分量色调(H)、饱和度(S)以及亮 度(V)组成的HSV的色彩值。色调(大于等于0且小于360的实数)表示色彩类型。饱和 度(大于等于0且小于等于1的实数)表示色彩鲜艳度。亮度(大于等于0且小于等于1 的实数)表示色彩的亮度。因为通过使用HSV作为标准能检测图像色彩的色调，所以通过 与RGB比较能正确地执行输入的检测。注意，以RGB执行图像处理而不转换成HSV是可接 受的。以除HSV以外的另一种形式执行图像处理也是可接受的。如下所述地将RGB转换成HSV。所提取的RGB的亮度值被表示为(R，G，B)，且具有最大值(MAX)和最小值(MIN) (R、G以及B中的每一个是大于等于0且小于等于1的实际值)。当MAX等于R时，通过公式1计算色调H = 60X (G_B) / (MAX-MIN)+0。此外，当MAX等于G时，通过公式2计算色调H = 60X (B-R) / (MAX-MIN)+120 此外，当MAX等于B时，通过公式3计算色调H = 60X (R-G) / (MAX-MIN)+240。接着，以下公式也成立S = (MAX-MIN)/MAX (公式4)且V = MAX (公式5)。注意当H具有负值时，将值360加至H。作为示例，给出通过(R，G，B) = (1,0,0)表示红色的情况，其中MAX = R = 1且 MIN = 0。根据公式 1，H = 60X (0-0)/(1-0)+0 = 0。此外，根据公式 4，S = (1-0)/1 = 1。 根据公式5，V= 1。S卩，获得(H，S, V) = (0，1，1)。该值表示该色彩是最鲜艳和最明亮的 红色。作为另一示例，给出通过(R，G，B) = (1,1,0)表示黄色的情况，其中MAX = R或G =1且11讯=0。应用公式1或公式2。当应用公式1时，获得H = 60X (1-0)/(1-0)+0 =60。当应用公式2时，获得!1 = 60\(0-1)/(1-0)+120 = 60。在任一情况下，H的值相同。 此外，根据公式4，S = (1-0)/1 = 1。根据公式5，V= 1。即，获得(H，S，V) = (60，1，1)。在本实施例中，执行从RGB到HSV这样的色彩数据转换，且将HSV值用于图像处理。在后续处理中，H可以是从0到359的整数。此外，一经转换，S和V由从0到1的实数表示。然而，为了数据使用方便，可通过 将值范围乘以255来重新确定S和V的值，以使S和V成为从0到255的整数。注意，确定整数时最大值不限于255。此外，可执行处理而无需重新确定。接着，对转换成HSV值的图像执行二值化处理802。该二值化处理802是这样的处理在对HSV值设置阈值条件之后，每个像素的HSV 值按照阈值被划分成两个值。对像素单元中图像的所有像素执行该二值化处理802。具体而言，被划分成两个值的每个像素的HSV值通过一位(0或1)的二进制变量
来表不。例如，其中二进制变量为“ 1 ”的情况表示HSV值满足阈值条件。其中二进制变量 为“0”的情况表示HSV值不满足阈值条件。注意，该二进制变量的表示可在0与1之间切换。具体而言，通过使用色调(H)、饱和度(S)以及亮度(V)中的每一个因子作为条件 值来执行二值化处理。通过对色调(H)、饱和度(S)以及亮度(V)中的每一个设置阈值，来定义需要提取 的区域。每个阈值优选被设置成刚好能提取应当识别的物体的值。首先，色调(H)表示色彩类型。当物体的色彩是特定色彩时，可按照色调(H)的阈 值选择刚好该特定色彩被提取的条件。注意，当该色彩不是特别受限时，不一定要设置色调(H)的阈值。此外，饱和度(S)示出色彩的鲜艳度。当物体的鲜艳度是特定鲜艳度时，可按照饱 和度(S)的阈值选择刚好该特定鲜艳度被提取的条件。注意，当该鲜艳度不是特别受限时，不一定要设置饱和度的阈值。此外，亮度(V)表示色彩的亮度。当物体的亮度是特定亮度时，可按照亮度(V)的 阈值选择刚好该特定亮度被提取的条件。注意，当亮度不是特别受限时，不一定要设置亮度(V)的阈值。手指的色调(H)约为0到30，这包括在红色的范围内；因此，设置用于提取红色的 阈值。手指的饱和度(S)受周围光影响。由光电传感器形成的手指的图像取决于周围光 的亮度而改变。因此，根据周围光的强度设置阈值。相似地，手指的亮度(V)受周围光影响。由光电传感器形成的手指的图像取决于 周围光的亮度而改变。因此，根据周围光的强度设置阈值。可按照直方图的像素值的分布趋势来自动设置各个阈值的范围，该直方图通过利 用整个图像的各个HSV直方图来确定。在以下对二值化处理的描述中，二进制变量“1”表示满足阈值条件的情况，而二进制变量“0”表示不满足阈值条件的情况。例如，图9A和9B示出其中图像的像素值是大于200的色调(H)、大于150的饱和 度(S)以及大于100的亮度(V)的区域保留的情况。图9A是该图像的一部分，且描绘了每个像素的色调(H)、饱和度(S)以及亮度(V) 的值。图9B描绘了在根据以下标准将图9A中所示的图像转换成二进制变量之后获得的 值色调(H)大于200、饱和度⑶大于150、以及亮度(V)大于100。例如，在图9A中，像素901表示(H，S，V) = (250，200，200)，且满足阈值条件色 调(H)大于200、饱和度⑶大于150、以及亮度(V)大于100。因此，处理之后的图9B中的 像素901的二进制变量为“1”。同时，像素902表示(H，S，V) = (250,50,34)且不满足该条件；因此，处理之后的 像素902的二进制变量为“0”。相似地，对所有像素执行二值化处理。这里，对H、S以及V中的每一个设置了阈 值，但对H、S以及V中的两个或两个以下设置阈值也是能接受的。图像处理所需的色彩数据通过如图9A和9B所示的二值化过程被压缩成1位，藉 此数据量能显著减少。此外，数据量的减少允许后续图像处理电路的大小减小。接着，对经过二值化处理的图像执行噪声滤除处理803(图8)。该噪声滤除处理是用于消除图像中所包括的噪声图像的操作，并且对像素单元中 的图像中的所有像素执行该处理。根据作为对象的像素和该像素周围的多个像素的像素值的分布计算中值滤波处
理的结果。这里，执行通常成为中值滤波处理的噪声滤除处理。以下参照图IOA和IOB描述该中值滤波处理。图IOB示出通过对具有图IOA中示出的像素值的图像执行中值滤波处理获得的结^ ο作为中值滤波处理的第一步，输入以像素(该像素成为对象)为中心排列成3行 和3列的像素值。像素不一定排列成3行和3列将像素排列成5行和5列等也是可接受 的。作为中值滤波处理的下一步骤，排列成3行和3列的9个像素的输入值通过排序 处理以升序或降序排列，且经重排的9个输入值的中值作为处理结果被输出。例如，对图IOA中的像素1001进行中值滤波处理。其中像素排列成3行和3列且 像素1001为其中心的区域1002中的像素的数值为{0，1，1，1，1,0,1，1,0}。当这些值以升 序重新排列时，这些数值为{0，0，0，1，1，1，1，1，1}。中值为以升序排列之后导致的“1”，因 此在处理之后，像素1001的数值为“1”，如图IOB所示。接着，对图IOA中的像素1003进行中值滤波处理。其中像素排列成3行和3列且 像素1003为其中心的区域1004中的像素的数值为{0，0，1，1，1，0，0，0，0}。当这些值以升 序重新排列时，这些数值为{0，0，0，0，0，0，1，1，1}。中值为以升序排列之后导致的“0”，因 此在处理之后，像素1003的数值为“0”，如图IOB所示。
以这样的方式，对每个像素执行处理。不一定要输出输入值的中值。输出第四个 值或第六个值且调节滤波处理的准确度也是能接受的。注意，因为图IOA中所示图表的外围中的像素没有像素排列成3行和3列的必需 区域，所以输出该数据而不执行该处理。例如，该图表外围中的像素是第一列、第六列、第一 行以及第六行(二十个像素)中的像素。该中值滤波处理在去除小噪声时特别有效。此外，因为隔离噪声在稍后的标记处理中成为目标，所以有可能通过中值滤波处 理来去除噪声以减少标记处理的数量。在噪声滤除处理中，除中值滤波处理之外还存在多种处理方法，且可采用这些方 法中的任一种方法。接着，对已进行噪声滤除处理的图像执行标记处理。标记处理被用作用于对图像中的区域的一部分进行归组的方法之一。归组允许对 组单元执行稍后的处理。在本实施例中，对像素单元的图像中的所有像素执行标记处理，且该标记处理如 下执行将预定位置中像素的像素值与该像素附近的多个像素的像素值相互进行比较，且 给具有同一像素数据的像素添加相同标记值(区域号)。经过标记处理的图像通过二进制变量“ 0 ”或“ 1，，来表示。二进制变量为“0”的像素的标记值为“0”，因此不执行归组。另一方面，给出整数值“1”或更大值作为二进制变量为“1”的像素的标记值，因此 具有相同标记值的像素被归组。以下是用于对其二进制变量为“1”的像素给予标记值的三种条件。作为第一条件，在毗邻像素不存在、Btt邻像素的标记值为“0”、或毗邻像素的标记 值未给出的情况下，给出新标记值。作为第二条件，在未给予标记值且毗邻像素之一具有“1”或更大值的标记值时，给 出与毗邻像素相同的标记值。作为第三条件，在毗邻像素具有至少两种不同标记值的情况下，给出与最小标记 值相同的值。这里，毗邻像素表示与一个像素接触的八个像素。将参照图1IA和1IB描述标记处理的具体操作。图IlA是在执行标记处理之前的图像，且每个像素通过二进制变量表示。在图IlA中的图像中，从左上角起扫描像素，并分别给予它们标记值。图IlB是标 记处理之后的图像。省略了示出标记处理的过程的示图。首先，像素1101的二进制变量为“0”。因此，像素1101的标记值为“0”。在对二 进制变量为“0”的像素的稍后处理中，标记值相似地为“0”。接着，像素1102的二进制变量为“1”。当像素1102被处理时，Btt邻像素的标记值 为“0”，或未给出。因此，根据第一条件，给出新的标记值“ 1 ”。接着，Btt邻像素1102右侧的像素1103的二进制变量为“1”。当像素1103被处理 时，像素1102的标记值为“1”，且其他毗邻像素的标记值为“0”，或未给出。即，像素1103 毗邻标记值为“1”或更大值的像素1102。因此，根据第二条件，给出与像素1102的标记值相同的标记值“1”。相似地，为像素组1104中的每个像素分配标记值“1”。此外，在图1IA中，其二进制变量为“ 1 ”的像素1105具有标记值为“0，，或未给出 的毗邻像素。因此，根据第一条件，给出新的标记值。这里，像素组1104中的每个像素已经 具有标记值“1”。因此，对像素1105给予标记值“2”。相似地，对像素组1106中的每个像素给予标记值“2”。此外，以相似方式对像素组1107中的每个像素给予标记值“3”。由此如所描述地，通过给予标记值能对具有相同标记值的像素归组。执行归组，藉 此在稍后处理中，能通过指派标记值来选择区域，而且处理图像，诸如图像分离和图像部分 合成，是非常容易的。接着，对给予了标记值的图像进行面积和位置数据计算处理805(图8)。通过对具有相同标记值的像素进行计数，能获得面积信息。此外，因为位置信息示 出了该区域的重心，所以根据具有相同标记值的像素的坐标位置和具有相同标记值的像素 面积能计算位置信息。此外，面积信息有效地用于确定是应当识别图像还是不必识别图像。作为不必要 的图像，给出在图像处理中成为噪声的图像的一部分或全部。噪声具有面积小于应当识别 的图像的面积的特征。因此，设置面积阈值，并选择面积超过该阈值的图像，从而能消除噪声。接着，可对具有标记值的图像执行特征量提取处理。特征量是图像的一个特征，其可通过数值来表示，诸如圆形度。此外，圆形度表示图像与圆形的接近程度。例如，当面板的表面被手指按压时，手指所触摸的部分呈现接近圆形的形状。给出圆形度作为图像的阈值，从而能更准确地检测手指。该面积的阈值和特征量的阈值二者均被设置，从而能增强检测准确度。注意，不一定要执行特征量提取处理。在该情况下，输出面积信息和位置信息。输入处理部分113向响应处理部分114(图1和图8)输出所获得的图像的面积信 息和位置信息。响应处理部分114基于该面积信息和位置信息确定是否执行了输入，并将与该结 果有关的反馈给予触摸面板100。将误输入防止功能作为响应处理的一个示例进行描述。误输入防止功能是用于在用户无意中触摸了触摸面板时确定未执行输入的功能。当用户无意中触摸了触摸面板时手指未按压在触摸面板上，而是轻轻地触摸，因 此所检测到的手指的面积小。因此，设置该面积的阈值。通过将该面积与阈值进行比较，能确定手指是否按压或 无意中触摸了该触摸面板。例如，将描述图IlB中按照面积信息确定输入的情况。在图IlB中，手指按压在像素组1104的位置，且手指无意中触摸了像素组1106和 1107的位置。像素组1104的面积为12，像素组1106的面积为4，且像素组1107的面积为9。因此，例如该面积的阈值被设置为10，并将每个面积与阈值进行比较。当像素组1104的面积超过阈值时，确定手指按压在触摸面板上。当像素组1106 和1107各自的面积均等于或小于阈值时，能确定手指无意中触摸了触摸面板。因此，有可能确定当手指按压时执行了输入，而当手指无意中触摸了触摸面板时 未执行输入。此外，在图IlB中，当阈值为8时，确定对像素组1104和1107执行了输入，而未对 像素组1106执行输入。在应用该系统的情况下，即使在存在多个输入部分时也能检测输 入，这导致触摸板功能的改进。此外，对于这些面积设置多个阈值，且通过将面积与阈值进行比较，可执行对触摸 面板的输入的多级检测。例如，当设置了第一和第二阈值时，确定在该面积等于或小于第一阈值的情况 下，未执行输入；在该面积超过第一阈值且等于或小于第二阈值的情况下，执行了弱输入； 在该面积超过第二阈值的情况下，执行了强输入。以此方式，设置了多个阈值并执行多级检测，因此能执行对输入的更准确检测。该多级检测应用于图IlB的面积信息。当第一阈值为8且第二阈值为10时，不仅 检测了组1104和1107的两个位置的输入，而且能检测输入的强度，因此能进一步改善触摸 面板的功能。响应处理部分114基于来自输入处理部分113的信息形成响应图像，以便于使该 响应图像可显示在面板上。例如，能给出用于基于位置信息将圆形显示在手指触摸位置的处理。此外，显示开关图像，且当能在开关图像位置处获得手指的位置信息时认为开关 被按压。能在触摸面板100中执行开关操作。图像合成部分115具有形成显示在触摸面板100上的图像与形成于响应处理部分 114中的响应图像的合成图像的功能。从图像合成部分115输出的合成图像被输入并显示在触摸面板100上。注意，不一定要形成响应图像。语音、灯等可发送是否执行了输入。当不形成响应 图像时，不需要设置图像合成部分115。通过将该实施例与其他任意实施例组合能实现该实施例。(实施例3)接着，将参照图1到图4描述触摸面板的详细电路结构的示例。在图1中，触摸面板100包括像素电路101、显示元件控制电路102以及光电传感 器控制电路103。像素电路101包括以多行多列的矩阵排列的多个像素104。每个像素104 都包括显示元件105和光电传感器106。每个显示元件105包括薄膜晶体管(TFT)、储能电容器、包括液晶层的液晶元件 等。薄膜晶体管具有用于控制电荷向储能电容器的注入或从储能电容器排出的功能。储能 电容器具有用于保持与施加于液晶层的电压相对应的电荷的功能。利用由向液晶层施加电 压引起的偏振方向的改变，通过液晶层的光的对比度(灰度)得以建立，从而实现图像显 示。光源(背光)从液晶显示设备的后侧发出的光用作通过液晶层的光。注意，例如，可使用利用滤色器的方法即滤色法来显示彩色图像。该方法使得特定色彩(例如红色(R)、绿色(G)或蓝色(B))的灰度有可能在已通过液晶层的光通过滤色器 时产生。这里，当采用该滤色法时，具有用于发出红(R)光的功能的像素104、具有用于发 出绿(G)光的功能的像素104、以及具有用于发出蓝⑶光的功能的像素104分别被称为R 像素、G像素以及B像素。注意，以上描述了每个显示元件105包括液晶元件的情况；然而，也可替代地包括 诸如发光元件之类的其他元件。发光元件是其辉度受电流或电压控制的元件；具体而言，能 给出发光二极管、OLED (有机发光二极管)等。光电传感器106包括薄膜晶体管和诸如光电二极管之类的具有用于通过接收光 来产生电信号的功能的元件。注意，当光从背光到达诸如手指之类的物体时，光电传感器 106接收反射光，并形成该物体的图像。显示元件控制电路102是用于控制显示元件105的电路，且包括显示元件驱动电 路107，该显示元件驱动电路107通过诸如视频数据信号线之类的信号线(也称为源信号 线)向显示元件105输入信号；以及显示元件驱动电路108，该显示元件驱动电路108通过 扫描线(也称为栅极信号线)向显示元件105输入信号。例如，用于驱动扫描线的显示元 件驱动电路108具有用于选择放置于特定行中的像素中所包括的显示元件的功能。用于驱 动信号线的显示元件驱动电路107具有用于向放置于选定行中的像素中所包括的显示元 件施加预定电压的功能。注意，在用于驱动扫描线的显示元件驱动电路108向其施加高电 压的显示元件中，薄膜晶体管导通，从而向该显示元件提供来自用于驱动信号线的显示元 件驱动电路107的电荷。光电传感器控制电路103是用于控制光电传感器106的电路，且包括用于驱动诸 如光电传感器输出信号线或光电传感器基准信号线之类的信号线的光电传感器读出电路 109 ；以及用于驱动扫描线的光电传感器驱动电路110。例如，用于驱动扫描线的光电传感 器驱动电路110具有用于选择放置于预定行中的像素中所包括的光电传感器106的功能。 此外，用于驱动信号线的光电传感器读出电路109具有取出选定行中的像素中所包括的光 电传感器106的输出信号的功能。注意，用于驱动信号线的光电传感器读出电路109可具有 其中光电传感器的输出(模拟信号)作为模拟信号被运算放大器提取到触摸面板外部的系 统，或其中该输出被模数转换器电路转换成数字信号、然后被提取到触摸面板外部的系统。将参照图2描述像素104的电路图。像素104包括显示元件105，该显示元件 105包括晶体管201、储能电容器202以及液晶元件203 ；以及光电传感器106，该光电传感 器106包括光电二极管204、晶体管205以及晶体管206。晶体管201的栅极被电连接至栅极信号线207，晶体管201的源极和漏极之一被电 连接至视频数据信号线210，而晶体管201的源极和漏极中的另一个被电连接至储能电容 器202的一个电极和液晶元件203的一个电极。储能电容器202的另一个电极和液晶元件 203的另一个电极分别被保持于特定电压。液晶元件203包括一对电极和夹在该对电极之 间的液晶层。在晶体管201中，当“高”(处于高电平的电压)被施加于栅极信号线207时，视频 数据信号线210的电压被施加至储能电容器202和液晶元件203。储能电容器202保持所 施加的电压。液晶元件203根据所施加的电压改变光透射率。光电二极管204的一个电极被电连接至光电二极管重置信号线208，而光电二极管204的另一个电极被电连接至晶体管205的栅极。晶体管205的源极和漏极之一被电连 接至光电传感器基准信号线212，而晶体管205的源极和漏极中的另一个被电连接至晶体 管206的源极和漏极之一。晶体管206的栅极被电连接至栅极信号线209，且晶体管206的 源极和漏极中的另一个被电连接至光电传感器输出信号线211。接着，将参照图3描述光电传感器读出电路109的结构。在图3中，用于一列像素 的光电传感器读出电路300包括ρ型TFT 301和储能电容器302。此外，光电传感器读出电 路300包括光电传感器输出信号线211和用于该一列像素的预充电信号线303。在光电传感器读出电路300中，在像素中的光电传感器工作之前，光电传感器信 号线211的电压被设定于基准电压。在图3中，预充电信号线303的电压被设定于电压 “低”(处于低电平的电压)，藉此光电传感器输出信号线211的电压可被设置于作为基准电 压的高电压。注意，如果光电传感器输出信号线211具有大寄生电容，则不一定设置储能电 容器302。注意，基准电压可以是低电压。在该情况下，使用η型TFT使预充电信号线303 的电压“高”，藉此光电传感器输出信号线211的电压可被设置于作为基准电压的低电压。接着，将参照图4中的时序图描述触摸面板的光电传感器的读取操作。在图4中， 信号401与图2中的光电二极管重置信号线208的电压相对应，信号402与晶体管206的 栅极所连接的图2中的栅极信号线209的电压相对应，信号403与晶体管205的栅极所连 接的图2中的栅极信号线213的电压相对应，以及信号404与图2中的光电传感器输出信 号线211的电压相对应。此外，信号405与图3中的预充电信号线303的电压相对应。在时刻Α，当光电二极管重置信号线208的电压(信号401)被设置为“高”时，光 电二极管204导通，且晶体管205的栅极所连接的栅极信号线213的电压(信号403)变为 “高”。此外，当预充电信号线303的电压(信号405)被设置为“低”时，光电传感器输出信 号线211的电压(信号404)被预充电至“高”。在时刻B，当光电二极管重置信号线208的电压(信号401)被设置为“低”时，晶 体管205的栅极所连接的栅极信号线213的电压(信号403)因为光电二极管204的截止 电流而开始降低。当入射到光电二极管204上时，光电二极管204的截止电流增大；因此， 晶体管205的栅极所连接的栅极信号线213的电压(信号403)根据入射到光电二极管204 上的光量而改变，即晶体管205的源-漏电流改变。在时刻C，当栅极信号线209的电压(信号402)被设置于“高”时，晶体管206导 通，且光电传感器基准信号线212与光电传感器输出信号线211之间的电连续性通过晶体 管205和晶体管206建立。然后，光电传感器输出信号线211的电压(信号404)降低。注 意，在时刻C之前，预充电信号线303的电压(信号405)被设置为“低”，且光电传感器输出 信号线211的预充电完成。这里，光电传感器输出信号线211的电压(信号404)降低的速 度取决于晶体管205的源-漏电流。即，光电传感器输出信号线211的电压根据入射到光 电二极管204上的光量变化的速度。在时刻D，当栅极信号线209的电压(信号402)被设置为“低”时，晶体管206截 止，且光电传感器输出信号线211的电压(信号404)从时刻D起具有恒定值。这里，该恒 定值根据入射到光电二极管204上的光量而改变。因此，通过获得光电传感器输出信号线 211的电压，能确定入射到光电二极管204上的光量。通过将该实施例与其他任意实施例酌情组合能实现该实施例。
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(实施例4)在本实施例中，参照图5和图6描述在实施例1到3中描述的触摸板的结构。在 本实施例中，该触摸板包括光电传感器和显示元件。该显示元件包括液晶元件或发光元件。图5示出在实施例1到3中描述的触摸板中的液晶显示设备的截面图的示例，其 中显示元件包括液晶元件。示出了来自背光的光被作为物体的手指2035反射、然后光到达 光电传感器2003的状态。该物体不限于手指。作为衬底2000，使用了诸如玻璃衬底或石英衬底之类的透光衬底。薄膜晶体管 2001、薄膜晶体管2002以及光电传感器2003设置在衬底2000上。通过按顺序堆叠η型半 导体层2010、i型半导体层2011以及ρ型半导体层2012形成光电传感器2003。该η型半 导体层2010包含赋予一种导电类型的杂质元素(例如磷)。该i型半导体层2011是本征 半导体。该P型半导体层2012包含赋予另一种导电类型的杂质元素(例如硼)。在图5中，使用了顶栅薄膜晶体管作为薄膜晶体管2001和2002 ；然而，本实施例 不限于此。作为薄膜晶体管2001和2002，也可使用底栅薄膜晶体管。此外，光电传感器 2003具有其中设置了 η型半导体层2010、i型半导体层2011以及ρ型半导体层2012的结 构；然而，本实施例不限于此。在本实施例中，可将晶体半导体层用作薄膜晶体管2001和2002中所包括的每个 半导体层。例如，可使用多晶硅；然而，本发明不限于此。可使用非晶硅、微晶硅以及单晶硅、 诸如并五苯之类的有机半导体、氧化物半导体等作为薄膜晶体管2001和2002中所包括的 半导体层。为了在衬底2000上形成单晶硅的半导体层，将衬底2000接合至受损区设置在 离表面预定深度的单晶硅衬底，且使该单晶硅衬底在受损区处分离以设置在衬底2000上。 作为该氧化物半导体，可使用从铟、镓、铝、锌、锡等选择的元素的复合氧化物。绝缘层2004被设置成覆盖薄膜晶体管2001和2002。绝缘层2005设置在绝缘层 2004上，且绝缘层2006设置在绝缘层2005上。像素电极2007设置在绝缘层2006上，且光 电传感器2003和下电极2008设置在绝缘层2005上。通过下电极2008，光电传感器2003 和薄膜晶体管2001通过设置在绝缘层2005中的开口部分彼此电连接。此外，对衬底2020设置有对电极2021、滤色器层2022以及保护涂层2023。对衬 底2020和衬底2000利用密封剂彼此固定，且这些衬底通过隔离件2025保持基本或完全恒 定的距离。液晶层2024夹在像素电极2007与对电极2021之间，藉此形成液晶元件。滤色器层2022可设置成与光电传感器2003和像素电极2007交迭，如图5所示。光电传感器2003如图5所示地与薄膜晶体管2003的栅电极2013交迭，且优选设 置成也与薄膜晶体管2002的信号线2014交迭。在本实施例中，对液晶显示设备设置背光。在图5中，背光设置在衬底2000侧，且 光按照箭头2036所示方向发出。作为背光，可使用冷阴极荧光灯(CCFL)或白色发光二极 管。因为白色发光二极管的亮度的可调节范围比冷阴极荧光灯的亮度的可调节范围宽，所 以白色发光二极管是优选的。除此之外，通过在例如驱动电路部分中设置光电传感器2003以便检测环境光，能 调节背光的亮度(辉度)，以便于实现适于使用该触摸板的环境的显示器。此外，背光不限于上述结构。例如，可使用RGB的发光二极管(LED)来形成背光， 或可利用RGB的LED背光的顺序照明以场序模式实现彩色显示。在该情况下，滤色器层不是必需的。在此，简要描述用于制造图5中所示的液晶显示设备的方法的示例。首先，形成分别包括晶体半导体层作为有源层的顶栅薄膜晶体管。在这里，在同一 衬底上形成包括栅电极2013的薄膜晶体管2002和电连接至光电传感器2003的薄膜晶体 管2001。可使用η型薄膜晶体管或ρ型薄膜晶体管作为每个晶体管。此外，可通过与这些 晶体管相似的步骤形成储能电容器。注意，储能电容器可使用半导体层作为下电极，电容器 布线作为上电极，以及在与薄膜晶体管2001和薄膜晶体管2002的栅绝缘膜相同的步骤中 形成的绝缘膜作为电介质。此外，在作为薄膜晶体管的层间绝缘层之一的绝缘层2004中形成了接触孔，且形 成电连接至每个薄膜晶体管的半导体层的源电极和漏电极、或电连接至上布线的连接电 极。而且，以相似步骤形成电连接至光电传感器2003的薄膜晶体管2001的信号线。此外， 也以相似步骤形成薄膜晶体管2002的信号线2014。接着，形成覆盖信号线2014的绝缘层2005。注意，在本实施例中，因为示出透射型 液晶显示设备作为示例，所以绝缘层2005由可见光能透过的绝缘材料形成。接着，在绝缘 层2005中形成接触孔，且在绝缘层2005上形成下电极2008。然后，形成光电传感器2003以使其与下电极2008的至少一部分交迭。下电极2008 是用于电连接光电传感器2003和薄膜晶体管2001的电极。通过按顺序堆叠η型半导体层 2010、i形半导体层2011以及ρ型半导体层2012形成光电传感器2003。在本实施例中，通 过等离子体CVD方法堆叠含磷的微晶硅、非晶硅以及含硼的微晶硅分别作为η型半导体层 2010、i型半导体层2011以及ρ型半导体层2012。接着，形成覆盖光电传感器2003的绝缘层2006。在透射型液晶显示设备的情况 下，绝缘层2006由可见光能透过的绝缘材料形成。接着，在绝缘层2006中形成接触孔，且 在绝缘层2006上形成像素电极2007。使用与像素电极2007相同的层形成布线。该布线电 连接至作为光电传感器2003的上电极的ρ型半导体层2012。接着，在绝缘层2006上形成隔离件2025。虽然在图5中设置了柱形隔离件(柱隔 离件)作为隔离件2025，但可替代地使用球形隔离件(珠隔离件)。然后，当使用TN液晶或类似物作为液晶层2024时，通过涂敷在像素电极2007上 形成取向膜，并在该取向膜上执行打磨处理。同时，在对衬底2020上形成滤色器层2022、保护涂层2023以及对电极2021。然 后，通过涂敷在对电极2021上形成取向膜，并在该取向膜上执行打磨处理。在此之后，利用密封剂使衬底2000的表面和对衬底2020的表面彼此附连，其中在 衬底2000的表面上通过涂敷形成了取向膜，且在对衬底2020的表面上通过涂敷形成了取 向膜。通过液晶滴落法或液晶注入法在这些衬底之间放置液晶，藉此形成液晶层2024。注意，可将不需要取向膜的呈现蓝相的液晶用于液晶层2024。蓝相是液晶相之一， 当胆留相液晶的温度升高时蓝相刚好在胆留相变成各向同性相之前产生。因为蓝相仅在窄 温度范围中出现，所以为了在液晶层2024中使用蓝相液晶，向蓝相液晶组合物中混入5重 量百分比或更多的手性材料以展宽该温度范围。至于包含呈现蓝相的液晶和手性材料的的 液晶组合物，响应速度高达IOy s到100μ s，由于光学各向同性而无须取向处理，且视角依 赖性低。
接着，在实施例1和2中描述的触摸面板中，将描述具有包括发光元件的显示元件 的电致发光显示设备(以下称为“EL显示设备”)。图6示出在触摸面板中使用EL元件(例如有机EL元件、无机EL元件或包括有机 物质和无机物质的EL元件)作为发光元件的EL显示元件的截面图的示例。示出了从EL 元件2127发出的光被作为物体的手指2135反射、然后光到达光电传感器2103的状态。该 物体不限于手指。在图6中，薄膜晶体管2101、薄膜晶体管2102以及光电传感器2103设置在衬底 2100上。通过按顺序堆叠η型半导体层2110、i形半导体层2111以及ρ型半导体层2112 形成光电传感器2103。通过密封剂将衬底2100固定至对衬底2120。绝缘层2104被设置成覆盖薄膜晶体管2101和2102。绝缘层2105设置在绝缘层 2104上，且绝缘层2106设置在绝缘层2105上。EL元件2127设置在绝缘层2106上，而光 电传感器2103设置在绝缘层2105上。光电传感器2103和薄膜晶体管2101通过设置于绝 缘层2105中的开口使用光电传感器2103的η型半导体层2110彼此电连接。此外，传感器布线2109电连接ρ型半导体层2112和另一布线。通过按顺序堆叠像素电极2123、发光层2124以及对电极2125形成EL元件2127。 注意，毗邻像素的发光层通过提部2126分开。N型薄膜晶体管或ρ型薄膜晶体管均可用作薄膜晶体管2101和薄膜晶体管2102 中的每一个。在像素电极2123起阴极作用的情况下，考虑电流方向，电连接至像素电极 2123的薄膜晶体管2102优选是η型薄膜晶体管。此外，在像素电极2123起阳极作用的情 况下，薄膜晶体管2102优选是ρ型薄膜晶体管。通过将该实施例与其他任意实施例酌情组合能实现该实施例。(实施例5)在本实施例中，将参照图7描述结构与实施例4中所示结构不同的触摸面板。在图7中，光电传感器2201、薄膜晶体管2202以及包括液晶元件或发光元件的层 2224设置在衬底2200与对衬底2220之间。光电传感器2201包括含有η型区2210、i型 区2211以及ρ型区2212的半导体层。光电传感器2201设置在与薄膜晶体管2202相同的层中，这与实施例4不同。此 外，光电传感器2201具有η型区2210、i型区2211以及ρ型区2212形成于一个半导体层 中的结构。通过采用图7中的结构，光电传感器2201和薄膜晶体管2202的半导体层能在同 一步骤中形成，因此能减少步骤数量。可将晶体半导体层用于光电传感器2201和薄膜晶体管2202的每个半导体层。例 如，可使用多晶硅，但本发明不限于此。可使用非晶硅、微晶硅、单晶硅、诸如并五苯之类的 有机半导体、氧化物半导体等作为光电传感器2201和薄膜晶体管2202中所包括的半导体层。注意，为在衬底2200上形成单晶硅的半导体层，将衬底2200接合至受损区设置在 离表面预定深度的单晶硅衬底，且使该单晶硅衬底在受损区处分离以设置在衬底2200上。 在使用单晶硅的情况下，光电传感器2201具有极高电荷积累能力，光电传感器2201的大小 减小，藉此像素的孔径比可以大。
此外，作为该氧化物半导体，可使用从铟、镓、铝、锌、锡等选择的元素的复合氧化 物。此外，光电传感器2201的半导体层被形成为厚度大于薄膜晶体管2202，因此光电 传感器2201的电荷储存能力可被增强，这在使用单晶硅的情况下特别有效。注意，用于形成光电传感器2201的半导体层的材料与用于形成薄膜晶体管2202 的半导体层的材料不同。通过将该实施例与其他任意实施例酌情组合能实现该实施例。(实施例6)在本实施例中，将参照图12A到12D描述使用触摸传感器或触摸面板的电子设备 的示例。图12A示出显示设备。该显示设备可以是用于显示信息的所有显示设备，诸如用 于个人计算机、电视广播接收以及广告的那些显示设备。图12B示出便携式信息终端。图 12C示出自动柜员机。图12D示出便携式游戏机。涉及本发明的实施例的触摸面板可用于 图12A到12D中的电子设备的显示部分5001到5004中的每一个。此外，涉及本发明的实 施例的触摸传感器可用于图12A到12D中的电子设备的认证器部分5005到5008中的每一 个。通过将该实施例与其他任意实施例酌情组合能实现该实施例。(实施例7)将参照图13描述使用触摸传感器或触摸面板的电子设备的示例。图13示出书写板(例如黑板和白板)。涉及本发明的实施例的触摸面板(或触摸 传感器)可设置在主体9001的书写部分9101中。在此，有可能使用标记笔等在书写部分9101的表面上自由书写。注意，当使用了不包括固定剂的标记笔时，能容易地擦除字母。此外，为了使标记笔的墨水容易被擦除，优选书写部分9101具有足够光滑的表例如，当书写部分9101的表面是玻璃衬底或类似物时，光滑度足够。此外，透明合成树脂薄板或类似物附连至书写部分9101的表面。优选将丙烯酸或类似物用作合成树脂。在这种情况下，优选该合成树脂薄板具有 光滑表面。此外，当书写部分9101执行特定显示时，用户能在该表面上写或画。而且，书写部 分9101能将显示的图像与该绘画或字母叠加。此外，因为使用了光电传感器，所以即使在执行绘画或书写之后已经过去一段时 间，也可进行感测。当使用电阻性触摸传感器、电容触摸传感器等时，仅能在执行书写的同 时执行感测。通过将该实施例与其他任意实施例酌情组合能实现该实施例。本申请基于2009年8月24日向日本专利局提交的日本专利申请S/ N. 2009-193248，该申请的全部内容通过引用结合于此。
权利要求
一种触摸传感器，包括包括多个光电传感器的输入部分；以及图像处理部分，其中所述光电传感器被配置成形成触摸所述输入部分的物体的一部分的接触图像，其中所述图像处理部分被配置成根据所述接触图像的色彩数据计算接触部分的面积，以及其中所述图像处理部分被配置成基于所述面积检测对所述输入部分的输入。
2.如权利要求1所述的触摸传感器，其特征在于，对面积设置阈值，且根据所述阈值与 所述面积之间比较的结果来检测对触摸面板的输入。
3.如权利要求1所述的触摸传感器，其特征在于，对面积设置多个阈值，且根据所述阈 值与所述面积之间比较的结果来多级地检测对触摸面板的输入。
4.一种显示设备，包括触摸面板，所述触摸面板包括具有光电传感器的多个像素；以及 图像处理部分，其中所述光电传感器被配置成形成触摸面板被物体触摸的部分的接触图像， 其中所述图像处理部分被配置成根据所述接触图像的色彩数据计算接触部分的面积，以及其中所述图像处理部分被配置成基于所述面积检测对所述触摸面板的输入。
5.如权利要求4所述的显示设备，其特征在于，对面积设置阈值，且根据所述阈值与所 述面积之间比较的结果来检测对所述触摸面板的输入。
6.如权利要求4所述的显示设备，其特征在于，对面积设置多个阈值，且根据所述面积 与所述阈值之间比较的结果来多级地检测对所述触摸面板的输入。
7.一种显示设备，包括触摸面板，所述触摸面板包括具有光电传感器的多个像素；以及 图像处理部分，所述图像处理部分包括输入处理部分和响应处理部分， 其中所述光电传感器被配置成形成触摸面板被物体触摸的部分的接触图像， 其中所述输入处理部分被配置成根据所述接触图像的色彩数据计算接触部分的面积，以及其中所述响应处理部分被配置成基于所述面积检测对所述触摸面板的输入。
8.如权利要求7所述的显示设备，其特征在于，对面积设置阈值，且根据所述阈值与所 述面积之间比较的结果来检测对所述触摸面板的输入。
9.如权利要求7所述的显示设备，其特征在于，对面积设置多个阈值，且根据所述面积 与所述阈值之间比较的结果来多级地检测对所述触摸面板的输入。
10.一种显示设备，包括触摸面板，所述触摸面板包括具有光电传感器的多个像素；以及 图像处理部分，所述图像处理部分包括输入处理部分和响应处理部分， 其中所述光电传感器被配置成形成触摸面板被物体触摸的部分的接触图像， 其中所述输入处理部分被配置成通过对所述接触图像的色彩数据进行从RGB值到HSV 值的转换处理、二值化处理、噪声滤除去除处理以及标记处理来计算接触部分的面积，以及其中所述响应处理部分被配置成基于所述面积检测对所述触摸面板的输入。
11.如权利要求10所述的显示设备，其特征在于，对面积设置阈值，且根据所述阈值与 所述面积之间比较的结果来检测对所述触摸面板的输入。
12.如权利要求10所述的显示设备，其特征在于，对面积设置多个阈值，且根据所述面 积与所述阈值之间比较的结果来多级地检测对所述触摸面板的输入。
13.一种用于驱动触摸传感器的方法，包括形成触摸输入部分的物体的一部分的接触图像，所述输入部分包括多个光电传感器； 通过图像处理部分根据所述接触图像的色彩数据计算接触部分的面积；以及 通过所述图像处理部分基于所述面积检测对所述输入部分的输入。
14.如权利要求13所述的用于驱动触摸传感器的方法，其特征在于，对面积设置阈值， 且根据所述阈值与所述面积之间比较的结果来检测对触摸面板的输入。
15.如权利要求13所述的用于驱动触摸传感器的方法，其特征在于，对面积设置多个 阈值，且根据所述阈值与所述面积之间比较的结果来多级地检测对触摸面板的输入。
全文摘要
本发明的目的是通过准确确定输入是否执行来抑制触摸传感器、触摸面板以及使用它们的设备的误操作。此外，另一目的是增强确定的响应速度。包括了一种包括具有光电传感器的多个像素和图像处理部分的触摸面板。该光电传感器形成触摸该触摸面板的物体的一部分的接触图像。该图像处理部分根据接触图像的色彩数据计算接触部分的面积，并基于该面积确定是否执行对触摸面板的输入。
文档编号G06F3/042GK101996006SQ20101026700
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月23日 优先权日2009年8月24日
发明者上妻宗广 申请人:株式会社半导体能源研究所