JP2006517681A - 対話型表示システム - Google Patents

Abstract

表示システム（１）内のＴＦＴ（１０）は、例えばいわゆるブラック・マトリックス層（３３）にピンホール（３４）を作ることにより、外部光源（１２）からの放射に対して故意に敏感に作られている。ピクセル（８）または関連したキャパシタの両端間にかかる電圧は、照明時に降下する。次のリフレッシュ・サイクル中にピクセル内容をリフレッシュする直ぐ前にこの電圧降下を感知する際に、故意に照明されたピクセル（８）またはピクセル・パターン（３７、３８）と照明されないピクセル（８）とを区別することができる。

Description

本発明は、多数の画素を有しかつ薄膜トランジスタを介して前記画素に駆動電圧を印加する手段を有する少なくとも１つの表示装置を備えた対話型表示システムに関する。本発明は、さらに、そのような対話型表示システム用の表示装置および入力手段に関する。表示装置は、例えば（能動マトリックス）液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）である。

液晶表示装置は、コンピュータ産業で、および、移動電話および値札からパーム・トップ型コンピュータおよびオーガナイザに及ぶ手持ち式デバイスで広く使用されている。タッチ敏感表示装置では、普通、表示装置の前面にタッチ敏感画面が使用される。また、ペンのようなタッチ・デバイスとの組合せは広く応用されているが、表示画面を介して入力を供給する方法の必要性が感じられている。ペンを使用するかわりに、指による直接タッチが当技術分野で提案されている。

タッチ敏感画面を表示装置の前面に使用すると、一般に、そのようなタッチ敏感表示装置のコストが大幅に上がる。さらに、そのような特別の画面では、液晶表示装置の場合、コントラスト、視角、および輝度が減少する。さらに、指紋が画面に残ることがあり、このことで、表示される画像の視認性がさらに低下する。

本発明の１つの目的は、上述の問題を少なくとも部分的に克服することである。このために、本発明に従った対話型表示システムは、さらに、電磁放射を供給することができる入力手段を備え、表示装置は、前記電磁放射を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層に選択的に通過させる層パターンを備える。

ＴＦＴマトリックスの薄膜トランジスタの光感度の不利点を光シールドの採用で克服する通常の実施とは全く反対に、例えば、薄膜トランジスタの領域に開口を設けることによって、または特定の波長範囲に対して不透明なパターンを薄膜トランジスタの領域に作ることによって、今や、制御された方法でこの光感度が使用される。

入力手段例えばレーザ・ポインタにプログラムを書き込むか、または手で動かすかして、異なる種類のパターン、例えば円、十字、矢印その他を生成することができ、これらのパターンは、デバイスにタッチすることなしにデバイスによって行われる特定の機能（ズーミング、リセット、ページング）に対応している。

本発明のいくつかの実施形態は、任意の所定のサイズのＡＭＬＣＤ表示装置または他の能動マトリックス・デバイスで使用することができる。小型サイズの表示装置には、オーガナイザ、移動電話、パーム・トップなどで見られるようなものがある。タッチ画面で光ペンを使用する有利点は、次の通りである。

ＡＭＬＣＤ画面は指紋が無い状態であり、視認性が向上する。
付加タッチ敏感画面が必要でないので、表示装置は、改善されたコントラスト、視角、および輝度特性を有する。さらに、タッチ画面の購入および取付けのコストが節約される。

照明デバイス（バックライト、またはサイドライト）は、より低電力レベルで動作することができ、貴重な電池電力が節約される。

既存ＡＭＬＣＤパネルへの一体化が簡単であり、修正を必要とするのは非能動プレートだけなので、短期市場投入が期待される。

例えばＰＣおよびノートブック機に見出されるような中型サイズの表示装置では、例えば以下のさらに他の有利点がある。

データを入力するために従来の手書きを使用することができるために、１つまたは複数のマウス、タッチパッド、およびキーボードに取って代わる可能性。

所定のアイコン機能を実行するために使用されるよく知られているダブル・クリック機能を使用する可能性が維持される。すなわち、ダブル・クリック機能に類似したダブル・クリック（レーザ）光パルス機能は、（レーザ）光ペンに実装されたスイッチを使用することで簡単に可能にすることができる。

デスク・トップ型コンピュータでは、（レーザ）光ペンは、ＲＳＩを防止するのに役に立つことができる。

例えばＬＣＤＴＶまたは他の大画面で使用されるような大型サイズの表示装置では、本発明の有利点は次の通りである。

望ましくない画面へのタッチを非常に大きなサイズで回避することができる。（レーザ）光ペンによって、光による画面への「タッチ」が可能になる。

光書込みパターンのソフトウェア駆動型認識を使用すると、光ペンを遠隔制御として作用することができる。

コンピュータ制御のような特徴（ズーム機能および機能ボタン一般のような）の実施を、通常ただ表示機能だけを有する画面に追加することができる。

好ましいことには、個人専用の（レーザ）光ペンを使用することができる。このことは、本発明に従った表示装置のどのような可能な用途にも機密保護を追加するだけでなく、画面上に表される情報への第三者による望ましくない外乱／干渉が起こらないようにする。その上、追加の暗号化コードを（レーザ）光ペンに書き入れて、個人化／機密保護一般を強化することができる。

本発明のこれらおよび他の態様は、例として以下で説明するような制限しない実施形態から明らかであり、また、これらの実施形態を参照して説明する。

図は概略であり、一定の比率に応じて描かれていない。対応する要素は一般に同じ参照数字で示す。

図１は、本発明を応用することができる（表示）装置１の一部の電気等価回路図である。１つの可能な実施形態において、この回路図は、行すなわち選択電極７と列すなわちデータ電極６との交差領域にある画素すなわちピクセル８のマトリックスを備える。行駆動装置４によって行電極が連続して選択され、一方で、列電極はデータ・レジスタ５を介してデータを供給される。このために、入力データ２は最初に、必要であれば、プロセッサ３で処理される。行駆動装置４とデータ・レジスタ５との間の相互同期は駆動線９を介して行われる。

行駆動装置４からの信号が、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０を介して画電極を選択する。この薄膜トランジスタ１０のゲート電極は行電極７に電気的に接続され、そのソース電極は列電極に電気的に接続されている。列電極６に存在する信号は、ＴＦＴを介して、ドレイン電極に結合されたピクセル８の画電極に移される。他方の画電極は、例えば、１つ（または複数）の反対電極に接続されている。図１において、５個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０だけが、単に例として示されている。データ・レジスタ５は、また、スイッチ１１を含み、このスイッチによって、入力データを列電極６に移すことができるか（位置１１ａ）、または感知段階中に後で説明するように、ＴＦＴ１０の状態を感知することができるか（スイッチ１１の位置１１ｂ）のどちらかになる。

図２は、下部基板２０および上部基板３０を有する液晶デバイスの一部の断面を示す。タッチ敏感液晶デバイスは、下部基板２０の側に画電極２１を、また他方の基板３０の側に画電極３１を有する。ＴＦＴ１０は、下部基板２０の上に実現され、そして、（この例では）一般に知られている方法で、非晶質シリコン層２２、絶縁層（ゲート誘電体）２７でシリコン層２２から分離されたゲート電極２３、ソース電極２４、およびドレイン電極２５を備える。このソースおよびドレイン電極は、ゲート電圧に依存して列電極を画電極２１に相互接続する。

上部基板３０は、さらに、色フィルタ層３２およびいわゆるブラック・マトリックス層３３を備える。（表示）装置１は、さらに続けて述べる入力デバイス１２をさらに備える。

ＴＦＴ１０は、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極から成る３端子デバイスである。図３（ａ）を参照されたい。ＴＦＴのゲート電極２３に適切な電圧を加えた場合、図３（ａ）に電流源４０で模式的に示すように、電荷坦体流を刺激することができる。

ＴＦＴのゲートに正電圧を加えた場合、ゲートの直ぐ下の半導体材料に電子が蓄積される。蓄積電子は、半導体を横切る伝導チャネルを形成する。一方の側で、半導体をソースに接続することができ、このソースを例えば列に接続することができる。他方の側で、半導体をドレインに接続することができる。ドレインがピクセルと直列で共通接地の方に接続され、そして伝導チャネルが半導体層に存在している場合には、電荷はソースからドレインに流れることができる。したがって、個々のピクセルを駆動させることができる。オフの場合には、負電圧がゲートに加えられる。したがって、ソースに存在する電荷は、ドレインに存在する電荷から分離され、ピクセルの情報は保たれる。ＴＦＴ１０のこの通常機能は、連続した線ａとして図３（ｂ）のＩ_Ｄ−Ｖ_ＧＤ曲線で表される。

多結晶シリコン、非晶質シリコンまたは有機半導体のような半導体材料の他の１つの特性は光電気である。この光電気は、光にさらされたとき材料内に電子−正孔対が生成されることを意味する。これによって、ＴＦＴ中に光誘起漏れ電流が起こり、この漏れ電流は、オフの場合、はっきり目に見える。これを図３（ｂ）に破線ｂとして表す。したがって、従来液晶デバイスのＴＦＴ１０は、例えばブラック・マトリックス層３３、３４（図２）によって、どのような入射光（周囲の光か、液晶デバイスのバックライトまたはフロントライトで故意に放射された光かのどちらか）からも遮蔽されている。また、ＴＦＴを誤動作させることがある、望ましくない光誘起電流の生成を最小限にするために、通常、ＴＦＴの半導体層はできるだけ薄くなるように選ばれる。

本発明に従って、前に説明した半導体材料の光電気特性をＴＦＴパネルの用途に故意に使用して、ＴＦＴ１０を（特定の）外部光に対して敏感にする。これは、例えばブラック・マトリックス層３３（図２）に開口３４（ピンホール）を作ることによって、または、ブラック・マトリックス材料を、所定の波長に対して不透明にされた他の材料に取り換えることよって、行うことができる。ブラック・マトリックス材料として、金属を使用することができるが、ＰＥＤＯＴ材料も使用することができる。

ブラック・マトリックス層の開口３４（ピンホール）の場合、レーザ・ポインタ１２からの（集束された）（レーザ）光ビームが、所定のＴＦＴを局部的に照明することができる。このようにして、前記ＴＦＴに関係した表示セルと関係するキャパシタに蓄えられた電荷は、ソースおよび、またはゲートに向かって漏れる。同時に、照明時に電子−正孔対が生成される。キャパシタに蓄えられた電荷のために、電子と正孔とは分離されて、キャパシタ極板に蓄えられた反対符号の電荷を消滅させる。したがって、照明時にキャパシタにかかる電圧は落ちる。次の書込みサイクル中に新しい情報を書き込む前に、この電圧降下を感知することで（スイッチ１１の位置１１ｂ）、故意に照明されたピクセルと照明されないピクセルとを区別することができる。

感知された情報をプロセッサ３に蓄え、そして、専用ソフトウェアを使用して、検出された照明されたピクセルのパターンに機能を割り当てることができる。検出は、感知増幅器をデータ・レジスタ５に、または前記プロセッサ３に一体化することにより、可能である。専用ソフトウェアを使用することで、検出されたパターンに機能を割り当てることができる。例えば、図４を参照して、照明された画素（ピクセル）の（塗りつぶされた）円３７は、（レーザ）照明された円内の内容のサイズを拡大しなければならいこととして解釈することができる。すなわち、無接触遠隔ズーム機能が導入される。他方で、表示装置がレーザ・ポインタと組み合わさって初めて機能して特定のパターンを実現するようなやり方で、レーザ・ポインタ１２からのパターンを暗号化することができる。

他のパターンは十字３８であるかもしれない。十字はリセット命令として解釈することができる。すなわち、ズーム機能または他の割当て機能は非活動化される。使用される多くの他のパターンおよび多くの他の機能をこのように実現できることは明らかであろう。

さらに他の実施形態では、ブラック・マトリックス層３３は、所定の範囲の波長例えば１３００〜１５００ｎｍの放射に対してだけ不透明な材料で作られる。好ましくは、デバイスに存在することが多い色マスクの赤または緑部分用の材料が使用される。そのような不透明層の有利点は、ＴＦＴの光敏感領域が拡大されることであるが、一方で、ＴＦＴは、非垂直入射光に対していっそう敏感になる。このことは、より大きなサイズの表示装置にとって重要であることがある。

本発明の保護範囲は、説明した実施形態に限定されないが、一方で、本発明はまた他の表示装置、例えば（Ｏ）ＬＥＤ表示装置にも応用可能である。

人の目に見えない放射の光源がＴＦＴ照明に使用される場合（不透明膜）、目の案内（可視光源による）として第２の光源を追加することがさらに有用であることがある。これは、１３００〜１５００ｎｍの範囲で動作するレーザの場合、周波数二倍器であってもよい。

図３の例で、いわゆる下部ゲート構成のＴＦＴ１０を示したが、本発明は上部ゲート構成にも応用できることは明らかであろう。例えば、図２のゲート電極２３（今や、実際は、半導体層の上に位置している）に開口部３６を設けることによって、または完全ＩＴＯゲート電極を使用することによって光敏感になるように、ＴＦＴ構造を適応させることで、今や、放射感度が得られる。

本発明は、新規な特性の１つ１つ、および特性の組合せの１つ１つに存在する。特許請求の範囲の参照数字は、その保護範囲を制限しない。動詞「備える」およびその活用形の使用は、請求の範囲に述べられている要素以外の要素の存在を除外しない。要素に先行する冠詞「（ある）１つの」の使用は、複数のそのような要素の存在を除外しない。

本発明に従った（液晶）表示装置を模式的に示す図である。 （液晶）表示装置の一部の断面を示す図である。 図１に従った表示装置で使用されるトランジスタの特性を示す図である。 本発明に従った表示装置を示す平面図である。

Claims (11)

1. 多数の画素を有しかつ薄膜トランジスタを介して前記画素に駆動電圧を印加する手段を有する少なくとも１つの表示装置を備えた対話型表示システムであって、電磁放射を供給することができる入力手段をさらに備え、前記表示装置が前記電磁放射を薄膜トランジスタの半導体層に選択的に通過させる層パターンを備える対話型表示システム。
2. 前記層パターンが、前記薄膜トランジスタの領域に開口を備える、請求項１に記載の対話型表示システム。
3. 前記層パターンが、前記薄膜トランジスタの領域で所定範囲の波長に対して不透明であり、前記入力手段が、前記波長範囲内の電磁放射を実質的に供給することができる、請求項１に記載の対話型表示システム。
4. 前記層パターンが、前記薄膜トランジスタのゲート電極またはブラック・マトリックスを備える、請求項２または３に記載の対話型表示システム。
5. 照射された薄膜トランジスタのパターンを検出する手段をさらに備える、請求項２または３に記載の対話型表示システム。
6. 多数の画素を有しかつ薄膜トランジスタを介して前記画素に駆動電圧を印加する手段を有する表示装置であって、薄膜トランジスタの半導体層に選択的に電磁放射を通過させる層パターンを備える表示装置。
7. 前記層パターンが前記薄膜トランジスタの領域に開口を備える、請求項６に記載の表示装置。
8. 前記層パターンが、前記薄膜トランジスタの領域で所定範囲の波長に対して不透明であり、前記入力手段が、前記波長範囲内の電磁放射を実質的に供給することができる、請求項６に記載の表示装置。
9. 前記層パターンが、前記薄膜トランジスタのゲート電極またはブラック・マトリックスを備える、請求項７または８に記載の表示装置。
10. 集束された電磁放射のパターンを供給することができる、請求項１に記載の対話型表示システムの入力手段。
11. 暗号化機能を有する請求項１２に記載の入力手段。

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