JP2007171977A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な情報の入力を行うようにする為の、高精細な表示装置を提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタを有する画素を複数有し、薄膜トランジスタの上方に設けられたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極の上方に設けられた有機樹脂からなる絶縁膜と、絶縁膜の上方に設けられた画素電極と、画素電極に対向して設けられた対向電極と、を有する表示装置であって、アレイ状に配列されたＬＥＤをバックライトとして用いる。
【選択図】図８

Description

本発明は、様々な情報を入力できるタッチパネルを有する情報処理装置に関する。

最近、アクティブマトリクス型液晶表示装置が、表示装置の中では最も注目を浴びている。アクティブマトリクス型液晶表示装置が多用されている製品には、ノート型のパーソナルコンピュータがある。パーソナルコンピュータにおいては、複数のソフトウエアを同時に起動したり、デジタルカメラからの映像を取り込んで加工したりと、高精細・多階調の液晶表示装置が要求されている。

さらに、最近では、携帯情報端末、モバイルコンピュータ、カーナビゲイションなどの機器の普及に伴い、小型で、高精細・高解像度・多階調なアクティブマトリクス型液晶表示装置が求められてきている。

携帯情報端末、モバイルコンピュータ、カーナビゲイションのような機器においては、使用者はキーボード以外の入力装置を用いて情報の入力を行うことが多い。特に携帯情報端末やカーナビゲイションのような機器は、そもそもキーボードを備えていないものがほとんどであり、それらの機器の情報入力手段としては従来は数個のスイッチのみであった。

そこで、最近、携帯情報端末やカーナビゲイションのような機器の情報入力手段としてタッチパネルが用いられてきている。

従来のタッチパネルには、パネル全面に感圧式、静電容量式のセンサーが形成されており、パネル面をペンや指先で触れることにより、ペン先又は指先の位置をセンサーで検出していた。しかしながら、このようなタッチパネルでは、パネル全面にセンサーを設けるため、製造が困難であり、また、機械的な強度に問題があった。

そこで、上記の問題点を解消したタッチパネルとして、発光素子と受光素子とをパネル周囲に対向して設けられた光学式（又は光電式）のタッチパネルが知られている。図１３に光学式のタッチパネルの例を簡単に示す。図１３（Ａ）は正面図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ'に沿った断面図である。

図１３に示すように、パネル３０００の１辺に発光素子３１００ａ〜３１００ｅがライン状に配列され、これに対向する辺に受光素子３２００ａ〜３２００ｅがライン状に配列されている。パネル３０００を指で触れると、触れた位置で発光素子３１００ｂからの光が遮断されるため、これと対向している受光素子３２００ｂの出力信号が減少する。即ち、出力信号が減少した受光素子の位置として、指先が触れた位置が検出される。

しかしながら、図１３の光学式タッチパネルでは、光が空気中を伝搬するため、外光の影響を受け易い。また発光素子３１００、受光素子３２００の表面が汚れやすいという欠点を有する。この欠点を改善したタッチパネルの１つが特開平７−２５３８５３号公報に開示されている。

図１４に示すように、特開平７−２５３８５３号公報では、異方性透明結晶よりなる押し変形自在なパネル４０００の側面に発光素子４１００がライン状に配置され、これと対向する側面に受光素子４２００がライン状に配置されている。発光素子４１００、受光素子４２００がパネル４０００側面に密接して設けたため、汚れの影響が受けにくくなっている。

発光素子４１００からの出射光は光路イに沿って進み受光素子４２００に受光される。パネル４０００を指で押すと押された部分が歪むため、発光素子４１００から出射光は光路ロに沿って進むことになり、受光素子４２００に受光されない。これにより、指で押した部分の位置が検出できるというものである。このタッチパネルでは、発光素子の光はパネル内を進むため、外光の影響を受けずに済む。

しかしながら、図１４に示した特開平７−２５３８５３号公報に記載のタッチパネルでは、パネル４０００を変形しているため、例えばパネル４０００を液晶パネル上面に取り付けた場合、パネル４０００の変形の影響が液晶パネルにも及ぶことになり、セルギャップの維持に影響がでる。

また、パネル４０００を変形することで、発光素子４１００の出射光を反射させてパネル外部へ導いているが、パネル４０００の変形加減、即ち変形された部分の曲率半径によっては、光路イを進んでいた光をパネル４０００外部に反射させることができず、パネル４０００内で散乱されるおそれもある。このような散乱光が生ずると、位置が正確に検出できなくなってしまう。

上述のように従来のタッチパネルには種々の問題があり、満足のいくものではなかった。

また、情報入力手段としてタッチパネルが用いられた携帯情報端末やカーナビゲイションの表示手段としては、アクティブマトリクス型液晶表示装置がよく用いられていることは上述した通りである。しかし、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、赤の画素、緑の画素および青の画素を併置することによってそれらの像を合成しカラー表示を行っているので、タッチパネルによって情報の入力を行う場合や、表示画面のポイントを選択する場合などに、入力ミスがおこることがあった。

そこで、本発明は上述の問題を鑑みてなされたものであり、外光や汚染、機械的な衝撃に強く、かつ位置を精度良く検出できるタッチパネルを有し、かつ正確な情報の入力を行うようにする為の高精細な液晶表示装置を有する携帯情報端末等の情報処理装置を提供するものである。

以下に本発明の情報処理装置の構成について説明する。

本発明の一つの構成は、３色の光を供給するバックライトと、前記３色の光に対応した３つのサブフレームを順に時分割表示することによって１フレームの画像を形成する画像表示部と、を有するフィールドシーケンシャル表示装置と、透光性材料でなる導光板と、前記導光板の側面に受光面が対向した光センサーアレイと、前記側面と対向する前記導光板の側面に出射面が対向したレンズシートと、前記レンズシートの入射面を照明する照明手段と、を有するタッチパネルと、を有する情報処理装置であり、この構成により上記課題が達成される。

また、前記３色の光は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤから供給されるようにしてもよい。

前記透光性材料は屈折率が１．４〜１．７であってもよい。

前記レンズシートの前記出射面には、プリズム状又は半円柱状の凸部が複数形成されていてもよい。

前記照明手段は、ＬＥＤを有していてもよい。

前記タッチパネルは、前記導光板の表面を接触するための入力ペンを有し、前記入力ペンの前記導光板との接触部分は前記導光板を形成する透光性材料の屈折率と同じ又は大きな屈折率の透光性材料で形成されているようにしてもよい。

前記タッチパネルは、前記導光板の表面を接触するための入力ペンを有し、前記入力ペンのペン先は前記照明手段からの照明光を吸収する材料で形成されているようにしてもよい。

前記表示装置は、液晶表示装置であってもよい。

本実施形態の情報処理装置は、フィールドシーケンシャル駆動方式のＬＣＤパネルを用いているので、高精細な表示を可能としている。よって、使用者がＬＣＤパネルの表示を確認し、タッチパネルによって情報を入力する際に、確実に意図するポイントをタッチすることができるので、入力ミスを防ぐことができる。

以下に本発明の情報処理装置を実施形態を用いて説明する。本発明の情報処理装置は、以下の実施形態に限定されるものではない。

（実施形態１）
本実施形態の情報処理装置の概略構成図を図１に示す。１０２は液晶表示装置であり、本明細書ではＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルと呼ぶ。本実施形態のＬＣＤパネルには、ネマチック液晶を用いたＴＮモード（ツイストネマチックモード）が用いられている。また、本実施形態では、ＬＣＤパネル１０１は８ビットのデジタルドライバを有している。１０２はＬＥＤバックライトであり、複数のＬＥＤ１０２−１および導光板を有している。１０３はタッチパネルであり、使用者が本実施形態の情報処理装置に情報を入力する手段である。また、１０４はコンピュータ部であり、数値演算、データの記憶、種々のコントローラの制御を行う。

本実施形態の情報処理装置に用いられているＬＣＤパネルは、フィールドシーケンシャル駆動方式によって駆動されるＬＣＤパネルである。フィールドシーケンシャル駆動方法とは、画像１フレームを３つのサブフレームに時分割し、各サブフレーム期間（１／３フレーム期間）ずつ、赤色、緑色、および青色のバックライトを点灯させＬＣＤパネルに供給し、同時にそれらの色に対応する画像を表示する。こうすることによって、赤のサブフレーム、緑のサブフレームおよび青のサブフレームを連続的に時分割表示し合成する。本実施形態の情報処理装置の使用者は、これらの３つのサブフレームの合成画像を認識し、カラー表示を認識する。

図２には、本実施形態の情報処理装置の構成をブロック図に示してある。コンピュータ部１０４は中央演算処理装置ＣＰＵである。１０４−２はビデオ信号コントローラであり、ＬＣＤパネルに供給するビデオ信号を制御する。１０４−３はコントローラであり、種々の装置の制御を行う。本実施形態においては、コントローラ１０４−３はタッチパネルコントローラ１０３−１を制御する。タッチパネルコントローラ１０３−１はタッチパネル１０３を制御する。１０４−４はメモリである。

４０３はフィールドシーケンシャルカラービデオ信号生成回路であり、赤のサブフレーム、緑のサブフレーム、および青のサブフレームのビデオ信号を生成する。また、フィールドシーケンシャルカラービデオ信号生成回路４０３は、ＬＥＤバックライトのＬＥＤの点灯タイミングを制御するＬＥＤ点灯タイミング信号をＬＥＤバックライト１０２に供給する。

本実施形態の情報処理装置には、必要に応じてその他の装置が接続される。

ここで図３に、本実施形態の情報処理装置に用いられるＬＣＤパネルのフィールドシーケンシャル駆動方法のタイミングチャートを示す。図３に示すフィールドシーケンシャル駆動方法のタイミングチャートには、画像信号書き込みの開始信号（Ｖsync信号）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）のＬＥＤの点灯タイミング信号（Ｒ、ＧおよびＢ）、ならびにビデオ信号（ＶＩＤＥＯ）が示されている。Ｔfはフレーム期間である。また、ＴR、ＴG、ＴBは、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画像を表示するサブフレーム期間である。

ＬＣＤパネル１０１に供給されるビデオ信号（ＶＩＤＥＯ）は、コンピュータ部１０４のビデオ信号コントローラ１０４−２から供給される元のビデオ信号（ORIGINAL DIGITAL VIDEO）が、時間軸方向に１／３に圧縮されている。例えば、ビデオ信号Ｒ1は、ビデオ信号コントローラ１０４−２から供給される赤に対応する元のビデオ信号（ORIGINAL DIGITAL VIDEO-R）が時間軸方向に１／３に圧縮された信号である。また、ＬＣＤパネル１０１に供給されるビデオ信号、例えばＧ1は、ビデオ信号コントローラ１０４−２から供給される緑に対応する元のビデオ信号（ORIGINAL DIGITAL VIDEO-G）が時間軸方向に１／３に圧縮された信号である。また、ＬＣＤパネル１０１に供給されるビデオ信号、例えばＢ1は、ビデオ信号コントローラ１０４−２から入力される青に対応する元のビデオ信号が時間軸方向に１／３に圧縮された信号である。

図３に示す本実施形態のフィールドシーケンシャル駆動方法においては、ＬＥＤ点灯期間ＴR期間、ＴG期間およびＴB期間に、それぞれＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤが順に点灯する。赤のＬＥＤの点灯期間（ＴR）には、赤に対応したビデオ信号（Ｒ1）が液晶パネルに供給され、液晶パネルに赤の画像１画面分が書き込まれる。また、緑のＬＥＤの点灯期間（ＴG）には、緑に対応したビデオ信号（Ｇ1）が液晶パネルに供給され、液晶パネルに緑の画像１画面分が書き込まれる。また、青のＬＥＤの点灯期間（ＴB）には、青に対応したビデオ信号（Ｂ1）が液晶パネルに供給され、液晶パネルに青の画像１画面分が書き込まれる。これらの３回の画像の書き込みにより、１フレームが形成される。

なお、本実施形態においては、ＬＣＤパネル１０１は、８ビットのデジタルドライバを搭載しているが、６ビット、１０ビット等のデジタルドライバを搭載するようにしても良い。また、アナログドライバを有するＬＣＤパネルを用いても良い。その場合には、フィールドシーケンシャルカラービデオ信号生成回路からＬＣＤパネルにアナログ信号が供給されるようにする。

上述したように、本実施形態の情報処理装置のフィールドシーケンシャル駆動方法によるＬＣＤパネルは、従来のＬＣＤパネルの３倍の解像度が得られる。

ここで、図４を参照する。図４（Ａ）には、本実施形態の情報処理装置のＬＣＤパネルの画像表示部の部分拡大図が示されている。本実施形態の情報処理装置のＬＣＤパネルの画像表示部は、対角約４．５インチ、ＳＸＧＡ規格（１２４０×１０２４）、画素サイズ７２μｍ×７２μｍである。本実施形態の情報処理装置のＬＣＤパネルと比較して、従来のＬＣＤパネル（図４（Ｂ））は、赤、緑、青の画素がそれぞれ存在し、併置混色することによってカラー表示を行っている。よって、本実施形態の情報処理装置のＬＣＤパネルと同等の対角サイズで画素サイズが４８μｍ×１４４μｍであっても、解像度はＶＧＡ（６４０×４８０）程度となる。

次に図５を参照する。図５には、本実施形態の情報処理装置に用いられるタッチパネル１０３の概略構成図が示されている。図５（Ａ）は正面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘ'に沿った断面図である。本実施形態のタッチパネル１０３のパネル面は、透光性材料でなる導光板１０３−１で形成されている。導光板１０３−１の側面１０３−１ｙｂには、Ｙ軸方向の位置（Ｙ座標）を検知するための光センサーアレイ１０３−１０が密接して設けられている。側面１０３−１ｙｂに対向する側面１０３−１ｙａに沿ってプリズムレンズシート１０３−１１が設けられており、プリズムレンズシート１０３−１１の出射面は側面１０３−１ｙａと対向している。更に、照明装置１０３−１２がプリズムレンズシート１０３−１１の入射面に対向して設けられている。

一点鎖線Ｙ−Ｙ'に沿った断面構造も図５（Ｂ）と同じであり、導光板１０３−１の側面１０３−１ｘｂには、Ｘ軸方向の位置（Ｘ座標）を検知するための光センサーアレイ１０３−２０が密接して設けられている。側面１０３−１ｘｂに対向する側面１０３−１ｘａと対向して、プリズムレンズシート１０３−２１が設けられている。プリズムレンズシート１０３−２１の入射面に対向して、照明装置１０３−１２が設けられている。

本実施形態のタッチパネル１０３において、導光板１０３−１は透光性材料で形成される。本実施形態では、透光性材料の透光性の尺度は、可視光に対する透過率（又は全光線透過率）が８０％以上、好ましくは８５％以上であることを指す。また本実施形態では、導光板１０３−１を形成する透光性材料の屈折率は１．４〜１．７とする。

このような透光性材料としては、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等の無機ガラス（屈折率１．４２〜１．７、透過率９１〜８０％）や、樹脂材料（プラスチック）を用いることができる。プラスチックとしては、メタクリル樹脂（具体的はポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９、透過率９２〜９３％））、ポリカーボネート（屈折率１．５９、透過率８７〜９０％）、ポリスチレン（屈折率１．５９、透過率８８〜９０％）、ポリアリレート（屈折率１．６１、透過率８５％）、ポリ−４−メチルベンテンー１（屈折率１．４６、透過率９０％）、ＡＳ樹脂［アクリロニトリル・スチレン共重合体］（屈折率１．５７、透過率９０％）、ＭＳ樹脂［メチルメタクレート・スチレン共重合体］（屈折率１．５６、透過率９０％）等を用いることができ、またこれら樹脂材料を混合した透光性材料を用いることもできる。

なお、本明細書では、屈折率はＮａのＤ線（５８９．３ｎｍ）を用いた空気中での屈折率とする。特に、プラスチックの屈折率や透過率はＪＩＳＫ７１０５に記載された屈折率測定法及び全光線透過率測定法に基づいて測定された値で定義される。

また、導光板１０３−１の厚さは０．１〜１０ｍｍ、好ましくは３〜７ｍｍとする。これはあまり薄いと導光板側面１０３−１ｘａおよび１０３−１ｙａから光を入射させることが困難になり、照明装置１０３−１２および１０３−２２の光利用効率を低下させてしまう。また、導光板１０３−１の厚さが厚くなると、表面１０３−１ａや背面１０３−１ｂから入射した光が、導光板１０３−１０内を拡散してしまい、位置検出の精度を低下させてしまうおそれがある。

プリズムレンズシート１０３−１１、１０３−２１は、それぞれ、照明装置１０３−１２、１０３−２２からの照明光の指向性を高める手段である。プリズムレンズシート１０３−１１、１０３−２１は上記した導光板と同じ透光性材料で形成することができる。図７（Ａ）に示すように、プリズムレンズシート１０３−１１の出射側には、三角柱状（三角プリズム状）の凸部１０３−１１ａが連続的に形成されている。プリズムレンズシート１０３−２１もプリズムレンズシート１０３−１１と同じ構成を有する。

図５（Ｂ）に示すように、照明装置１０３−１２は光源１０３−１３と、反射シート１０３−１４とを有する。光源１０３−１３からの出射光を有効利用するため、反射シート１０３−１４で光源１０３−１３の出射側以外を覆っている。光源１０３−１３としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。本実施形態では、省電力化のため、光源１０３−１３としてＬＥＤをライン状に配列した光源を用いる。照明装置１０３−２２の構成は照明装置１０３−１２と同じである。また、ＬＣＤパネルのバックライトに用いられている蛍光管を用いることもできる、

本実施形態の光源１０３−１３に用いられているＬＥＤは、パルス駆動される。このパルスは、ＬＣＤパネルまたはＬＥＤバックライトのフィールドシーケンシャル駆動に使われる高周波数のクロックパルスを用いることもできる。

光センサーアレイ１０３−１０、１０３−２０は光起電力効果又は光伝導効果を利用した光センサーが、アレイ状（ライン状）に配列されている。フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣｄＳセル、ＣｄＳｅセル等の光センサー素子をアレイ状に配列したものや、一次元のイメージセンサー、例えばＣＣＤ［Charge Coupled Device］、ＢＢＤ［Bucket Bridge Device］、ＣＩＤ［Charge Injection Device］、ＣＰＤ［Charge Priming Device］やＭＯＳ型イメージセンサー等を用いることができる。

また、汚染や外光の影響をなくすため、光センサーアレイ１０３−１０、１０３−２０はそれぞれ、導光板１０３−１の側面１０３−１ｘｂ、１０３−１ｙｂに密着している。また、光センサーアレイ１０３−１０、１０３−２０に光を確実に導くため、導光板１０３−１と光センサーアレイ１０３−１０と、１０３−２０の受光素子又は受光画素の隙間は、導光板１０３−１よりも屈折率の高い透光性樹脂で埋められている。

更に、図６（Ａ）に示すように、本実施形態のタッチパネルは入力ペン４０１を有している。入力ペン４０１の導光板１０３−１と接触する先端部分は透光性材料で形成され、かつその屈折率は導光板１０３−１の屈折率と同じかそれ以上とする。ここでは、製造方法の簡単化のため、入力ペン４０１全体を導光板１０３−１よりも高い屈折率の透光性材料で形成し、ペン全体を導光部とした。

入力ペン４０１の先端を形成する透光性材料としては、上述した導光板１０３−１を形成する材料から適宜に選択することができる。例えば、ポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）で導光板１０３−１を形成し、ポリカーボネート（屈折率１．５９）で入力ペン４０１を形成することができる。

また、入力ペン４０１のペン先が導光板１０３−１の表面１０１ａと密着しやすいように、入力ペン４０１の先端には適当な弾力性があるのが好ましく、ガラスよりも樹脂材料のほうが好ましい。

以下、図７を用いて、本実施形態のタッチパネルの動作を説明する。図７（Ａ）はパネルの部分的な正面図であり、図７（Ｂ）および（Ｃ）は断面図である。なお、図７（Ａ）において、１０３−１０ｙａ〜１０３−１０ｙｃは光センサーアレイ１０３−１０の単位センサーであり、例えば１つのフォトダイオード素子、１次元センサーの１画素に対応する。これら単位センサー１０３−１０ｙａ〜１０３−１０ｙｃの受光光量の変化を電気的に検出することにより、Ｙ軸方向の入力位置が検出される。光センサーアレイ１０３−２０も光センサーアレイ１０３−１０と同じ構造を有する。

照明装置１０３−１２から出射した光７０１はプリズムレンズシート１０３−１１の受光面を照明し、プリズムレンズシート１０３−１１へ入射する。プリズムレンズシート１０３−１１において、凸部１０３−１１ａのプリズムの作用により、入射した光はＹ軸方向に集光され、広がり角が小さい光７０２として出射する。即ち、光７０１のプリズムシート１０３−１１への入射角は不規則であるが、凸部１０３−１１ａの斜面で屈折されることで、光７０２はＹ軸方向に集光され、Ｘ軸方向への指向性が高められる。この結果、導光板１０３−１に入射した光７０３は、導光板１０３−１内でＹ軸方向に広がることなくＸ軸に沿って伝搬することができる。

他方、プリズムレンズシート１０３−１１によって、光７０２はＺ軸方向（導光板の膜厚方向）には集光されていないが、導光板１０３−１の屈折率が１．４〜１．７であるため、導光板１０３−１の側面１０３−１ｙａへの入射光の入射角が９０度に近くとも、光７０２を側面１０３−１ｙｂで屈折させて、内部に導光することができる。

図７（Ｂ）で実線に示すように、導光板１０３−１の屈折率が空気よりも高いため、導光板１０３−１内に入射した光７０３は表面１０３−１ａと背面１０３−１ｂとの間で全反射されながら、側面１０３−１ｙａから側面１０３−１ｙｂへと伝搬する。

上述したように、プリズムレンズシート１０３−１１によって、光７０２はＺ軸方向（導光板の膜厚方向）には集光されていない。これにより、光７０２の導光板１０３−１への入射角が不規則になるので、図７（Ｂ）で実線に示すように、光７０３は不規則な反射角で全反射されることとなり、導光板のあらゆる表面１０３−１ａで反射されることとなる。この構成のために、（後述するが）、光７０３が導光板１０３−１の表面１０３−１ａの特定位置だけで反射されることがないので、位置を確実に検出することができる。

また、本実施形態では、プリズムレンズシート１０３−１１により光７０３をＸ軸方向に指向性の強い光にしたため、ある特定の凸部１０３−１１ａを出射した光７０２を光センサーアレイ１０３−１０の特定の単位センサーに受光させることができる。即ち、その凸部１０３−１１ａと対向している単位センサに殆ど受光されるので、位置を精度良く検出することができる。

また、導光板１０３−１の表面１０３−１ａ（背面１０３−１ｂ）から入射した外光は、背面１０３−１ｂ（表面１０３−１ａ）へ出射して、導光板１０３−１内を拡散することが殆どないので、光センサーアレイ１０３−１０、１０３−２０に影響を与えることがない。

なお、レンズシートはプリズムレンズシート１０３−１１、１０３−２１のように、入射角の異なる光を所定の１方向に集光する作用があればよく、凸部の形状が半円柱状のレンチキュラーレンズシートを用いても同様の効果を得ることができる。

なお、図７（Ａ）および（Ｂ）を用いて、照明装置１０３−１２からの照明光７０１が光センサーアレイ１０３−１０に受光される過程を説明したが、照明装置１０３−２２からの照明光が光センサーアレイ１０３−２０に受光される過程も同様であり、光の伝搬方向がＹ軸方向である点が異なる。

照明装置１０３−２２からの照明光はプリズムレンズシート１０３−２１によりＸ軸方向に集光され、Ｚ軸方向には集光されていないＹ軸方向に直進する指向性の高い光にされて、プリズムレンズシート１０３−２１から出射する。出射した光は導光板１０３−１の側面ｘａに入射し、全反射しながら導光板１０３−１内を伝搬して側面ｘｂから出射し、光センサーアレイ１０３−２０で受光される。

位置を入力する場合には、図７（Ｃ）に示すように、入力ペン４０１で導光板１０３−１の表面１０３−１ａを触れる。入力ペン４０１は導光板１０３−１よりも屈折率が高いため、ペン４０１が触れている箇所では光７０３の殆どが屈折される。屈折された光２０３は入力ペン４０１内に入射するため、光センサーアレイ１０３−１０の単位センサー１０３−１０ｙｂの受光光量が減少する。この単位センサー１０３−１０ｙｂの位置が、入力ペン４０１のペン先のＹ軸方向の位置（Ｙ座標）として検出される。同様な原理で、Ｘ軸方向の位置も光センサーアレイ１０３−２０で検出される。以上により、入力ペン４０１の接触位置の２次元的な位置（Ｘ座標、Ｙ座標）が検出される。

上述したように、本実施形態では、プリズムレンズシート１０３−１１により、光７０２はＺ軸方向では集光されていないので、導光板１０３−１に入射した光７０３は導光板の表面１０３−１ａのあらゆる位置で反射されるため、位置を確実に検出することができる。

このことは、導光板の表面１０３−１ａの特定の位置だけで光７０３が反射されていた場合を想定すると理解できる。Ｚ軸方向に集光されていると、側面１０３−１ｙａ、１０３−１ｘａへの入射角が一定になって、導光板の表面１０３−１ａ及び背面１０３−１ｂでの反射角が一定になるので、導光板の表面１０３−１ａの特定の位置だけで光７０３が反射されることになる。よって、光７０３が反射されていない位置を入力ペン４０１で触れても、光センサーアレイの受光光量には変化がないので、入力位置が検出されない。

本実施形態では、プリズムレンズシートから出射した光７０２、Ｚ軸方向に集光していないため、導光板側面１０３−１ｙａへの入射角もランダムになるので、光７０３を導光板表面１０３−１ａ、背面１０３−１ｂのあらゆる位置で反射させることができるので、入力位置を確実に検出することができる。

光センサーアレイ１０３−１１、１０３−２１の単位センサー１０３−１０での受光光量の変動をより大きくするには、入力ペン４０１内に導光された光２０４を再び導光板１０３−１入射させないようにすることが好ましい。そのため、屈折の効果だけでなく吸収の効果を利用して、光７０３を導光板１０３−１外部に導くようにすることもできる。

この場合には、図６（Ｂ）に示すように、入力ペン６０１の導光部６０１−１を透光性材料で形成し、ペン尻に着色樹脂などで光吸収部６０１−２を形成すればよい。また、光吸収部６０１−２入力ペンの装飾も兼ねる。図６（Ｂ）の構成は入力ペン６０１の導光部の屈折率が導光板１０３−１と同じ場合でも、光７０３を入力ペン６０１の導光部６０１−１に導き易くなる。

本実施形態において、入力ペンはペン先を含むペン軸が透光性材料で形成されていれば、光を入力ペン内へ導くことができる。これを妨げない限り、入力ペンに適宜に装飾を施すことができる。

また、透光性材料でなる入力ペンだけでなく、指先や、ペン先が着色されたもので位置入力をすることもできる。この場合には、指先等が接触した部分で、光７０３が吸収されるため、光センサーアレイへ到達する拡散光の強度が小さくなる。なお、ペン先を着色する色は照明光７０１の波長によって、最も吸収効率が高くなるようにするのが望ましい。

本実施形態の情報処理装置は、フィールドシーケンシャル駆動方式のＬＣＤパネルを用いているので、高精細な表示を可能としている。よって、使用者がＬＣＤパネルの表示を確認し、タッチパネルによって情報を入力する際に、確実に意図するポイントをタッチすることができるので、入力ミスを防ぐことができる。

（実施形態２）
本実施形態の情報処理装置の概略構成図を図８に示す。８０１はＬＣＤパネルである。８０２はＬＥＤバックライトであり、複数のＬＥＤ８０２−３がアレイ状に配置されたＬＥＤアレイ８０２−２および導光板を有している。８０３はタッチパネルであり、実施形態１のタッチパネルとは少し構成が異なる。また、８０４はコンピュータ部であり、本実施形態の情報処理装置の数値演算、データの記憶、種々のコントローラの制御を行う。

なお、他の構成は実施形態１と同じなので、ここでは省略する。

ここで、図９を用いて、本実施形態のタッチパネル８０３を説明する。図９（Ａ）は正面図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘ'に沿った断面図である。本実施形態のタッチパネル８０３は実施形態1のタッチパネル１０３の変形例である。図９においては、実施形態１のタッチパネル１０３と同じ構成要素には、同じ符号が付けられている。

本実施形態では、導光板１０３−１へ導光された光を光センサーアレイ１０３−１０、１０３−２０で効率良く受光されるようしたものである。導光板１０３−０１と光センサーアレイ１０３−１０の間に、１対のプリズムレンズシート９０１と９０２とが挿入され、導光板１０３−１と光センサーアレイ１０３−２０の間に１対のプリズムレンズシート９０３と９０４とが挿入されている。

プリズムレンズシート９０１、９０３は導光板１０３−１の側面１０３−１ｙｂ、１０３−１ｘｂに密着されている。プリズムレンズシート９０１と９０２と、プリズムレンズシート９０３と９０４とは互いにプリズム面が直交している。

上記の構成により、導光板１０３−１の側面１０３−１ｙｂから出射した光は、プリズムレンズシート９０１でＺ軸方向に集光され、次いでＹ軸方向に集光されるため、光センサーアレイ１０３−１０に効率良く受光される。

他方、側面１０３−１ｘｂから出射した光はプリズムレンズシート９０３でＺ軸方向に集光され、更にプリズムレンズシート９０４によりＸ軸方向に集光され、光センサーアレイ１０３−２０に受光される。

なお、導光板１０３−１の側面１０３−１ｙｂ、１０３−１ｘｂから出射される光は、それぞれプリズムレンズシート１０３−１１、１０３−２１によりＹ軸方向、Ｘ軸方向に集光されているため、光センサーアレイ１０３−１０、１０３−２０の前面に設けるプリズムレンズシートはＺ軸方向に集光作用のあるレンズシート９０１、９０３だけとすることもできる。

また、プリズムレンズシート９０１〜９０４の代わりに、レンチキュラーレンズシートを設けることもできる。

（実施形態３）
本実施形態においては、上記実施形態１または実施形態２の情報処理装置に用いられるＬＣＤパネルの作製方法例について説明する。なお、本実施形態では、絶縁表面を有する基板上に複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成し、画像表示部であるアクティブマトリクス回路、駆動回路、およびロジック回路等をモノリシックに一体形成する例を示す。なお、本実施形態では、アクティブマトリクス回路の１つの画素と、他の回路（駆動回路、ロジック回路等）の基本回路であるＣＭＯＳ回路とが同時に形成される様子を示す。なお、上記実施形態で説明した、フィールドシーケンシャルカラー信号生成回路等もＬＣＤパネルと一体形成するようにしても良い。また、本実施形態では、ＣＭＯＳ回路においてはＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）とがそれぞれ１つのゲイト電極を備えている場合について説明するが、ダブルゲイト型やトリプルゲイト型のような複数のゲイト電極を備えたＴＦＴによるＣＭＯＳ回路をも同様に作製することができる。

図１０および図１１を参照する。まず基板７００１には、例えばコーニング社の１７３７ガラス基板に代表される無アルカリガラス基板を用いた。そして、基板７００１のＴＦＴが形成される表面に、酸化珪素で成る下地膜７００２を２００ｎｍの厚さに形成した。下地膜７００２は、さらに窒化珪素膜を積層させても良いし、窒化珪素膜のみであっても良い。

次に、この下地膜７００２の上に５０ｎｍの厚さで、非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成した。非晶質珪素膜の含有水素量にもよるが、好ましくは４００〜５００℃に加熱して脱水素処理を行い、非晶質珪素膜の含有水素量を５atm％以下として、結晶化の工程を行って結晶性珪素膜とした。

この結晶化の工程は、公知のレーザー結晶化技術または熱結晶化の技術を用いれば良い。本実施形態では、パルス発振型のＫｒＦエキシマレーザー光を線状に集光して非晶質シリコン膜に照射して、結晶性シリコン膜とした。

尚、本実施形態では初期膜を非晶質シリコン膜として用いたが、初期膜として微結晶シリコン膜を用いても構わないし、直接結晶性シリコン膜を成膜しても良い。

こうして形成された結晶性シリコン膜をパターニングして、島状の半導体活性層７００３、７００４、７００５を形成した。

次に、半導体活性層７００３、７００４、７００５を覆って、酸化珪素または窒化珪素を主成分とするゲート絶縁膜７００６を形成した。ここではプラズマＣＶＤ法で窒化酸化珪素膜を１００ｎｍの厚さに形成した。そして、図１０では説明しないが、ゲート絶縁膜７００６の表面に第１のゲート電極を構成する、第１の導電膜としてタンタル（Ｔａ）を１０〜２００ｎｍ、例えば５０ｎｍさらに第２の導電膜としてアルミニウム（Ａｌ）を１００〜１０００ｎｍ、例えば２００ｎｍの厚さでスパッタ法で形成した。そして、公知のパターニング技術により、第１のゲート電極を構成する第１の導電膜７００７、７００８、７００９、７０１０と、第２の導電膜の７０１２、７０１３、７０１４、７０１５が形成された。

第１のゲート電極を構成する第２の導電膜として、アルミニウムを用いる場合には、純アルミニウムを用いても良いし、チタン、珪素、スカンジウムから選ばれた元素が０．１〜５atm％添加されたアルミニウム合金を用いても良い。また銅を用いる場合には、図示しないが、ゲート絶縁膜７００６の表面に窒化珪素膜を設けておくと好ましい。

また、図１０では画素マトリクス回路を構成するｎチャネル型ＴＦＴのドレイン側に保持容量部を設ける構造となっている。このとき、第１のゲート電極と同じ材料で保持容量部の配線電極７０１１、７０１６が形成される。

こうして図１０（Ａ）に示す構造が形成されたら、１回目のｎ型不純物を添加する工程を行った。結晶性半導体材料に対してｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などが知られているが、ここでは、リンを用い、フォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行った。この工程では、ゲート絶縁膜７００６を通してその下の半導体層にリンを添加するために、加速電圧は８０ｋｅＶと高めに設定した。また、こうして形成された不純物領域は、後に示すｎチャネル型ＴＦＴの第１の不純物領域７０３４、７０４２を形成するもので、ＬＤＤ領域として機能するものである。従ってこの領域のリンの濃度は、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹atms/cm³の範囲にするのが好ましく、ここでは１×１０¹⁸atms/cm³とした。

半導体活性層中に添加された前記不純物元素は、レーザーアニール法や、熱処理により活性化させる必要があった。この工程は、ソース・ドレイン領域を形成する不純物添加の工程のあと実施しても良いが、この段階でレーザーアニール法により活性化させることは効果的であった。

この工程で、第１のゲート電極を構成する第１の導電膜７００７、７００８、７００９、７０１０と第２の導電膜７０１２、７０１３、７０１４、７０１５はリンの添加に対してマスクとして機能した。その結果ゲート絶縁膜を介して存在する半導体層の第１のゲート電極の真下の領域には、まったく、あるいは殆どリンが添加されなかった。そして、図１０（Ｂ）に示すように、リンが添加された低濃度不純物領域７０１７、７０１８、７０１９、７０２０、７０２１、７０２２、７０２３が形成された。

次にフォトレジスト膜をマスクとして、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する領域をレジストマスク７０２４、７０２５で覆って、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域のみに、ｐ型を付与する不純物添加の工程を行った。ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、が知られているが、ここではボロンをその不純物元素として、イオンドープ法でジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いて添加した。ここでも加速電圧を８０ｋｅＶとして、２×１０²⁰atms/cm³の濃度にボロンを添加した。そして、図１０（Ｃ）に示すようにボロンが高濃度に添加された領域７０２６、７０２７が形成された。この領域は後にｐチャネル型ＴＦＴのソース・ドレイン領域となる。

そして、レジストマスク７０２４、７０２５を除去した後、第２のゲート電極を形成する工程を行った。ここでは、第２のゲート電極の材料にタンタル（Ｔａ）を用い、１００〜１０００ｎｍ、例えば２００ｎｍの厚さに形成した。そして、公知の技術によりパターニングを行い、第２のゲート電極７０２８、７０２９、７０３０、７０３１が形成された。この時、第２のゲート電極の長さは５μｍとなるようにパターニングした。結果として、第２のゲート電極は、第１のゲート電極の両側にそれぞれ１．５μｍの長さでゲート絶縁膜と接する領域が形成された。

また、画素マトリクス回路を構成するｎチャネル型ＴＦＴのドレイン側に保持容量部が設けられるが、この保持容量部の電極７０２８は第２のゲート電極と同時に形成された。

そして、第２のゲート電極７０２８、７０２９、７０３０、７０３１をマスクとして、２回目のｎ型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。ここでは同様に、フォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行った。この工程でも、ゲート絶縁膜７００６を通してその下の半導体層にリンを添加するために、加速電圧は８０ｋｅＶと高めに設定した。そして、ここでリンが添加される領域は、ｎチャネル型ＴＦＴでソース領域７０３５、７０４３、及びドレイン領域７０３６、７０４７として機能させるため、この領域のリンの濃度は、１×１０¹⁹〜１×１０²¹atms/cm³とするのが好ましく、ここでは１×１０²⁰atms/cm³とした。

また、ここで図示はしないが、ソース領域７０３５、７０４３、及びドレイン領域７０３６、７０４７を覆うゲート絶縁膜を除去して、その領域の半導体層を露出させ、直接リンを添加しても良い。この工程を加えると、イオンドープ法の加速電圧を１０ｋｅＶまで下げることができ、また、効率良くリンを添加することができた。

また、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域７０３９とドレイン領域７０４０にも同じ濃度でリンが添加されるが、前の工程でその２倍の濃度でボロンが添加されているため、導電型は反転せず、ｐチャネル型ＴＦＴの動作上何ら問題はなかった。

それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素は、このままでは活性化せず有効に作用しないので、活性化の工程を行う必要があった。この工程は、電気加熱炉を用いた熱アニール法や、前述のエキシマレーザーを用いたレーザーアニール法や、ハロゲンランプを用いたラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行うことができた。

熱アニール法では、窒素雰囲気中において５５０℃、２時間の加熱処理をして活性化を行った。本実施形態では、第１のゲート電極を構成する第２の導電膜にアルミニウムを用いたが、タンタルで形成された第１の導電膜と第２のゲート電極がアルミニウムを覆って形成されているため、タンタルがブロッキング層として機能して、アルミニウム原子が他の領域に拡散することを防ぐことができた。また、レーザーアニール法では、パルス発振型のＫｒＦエキシマレーザー光を線状に集光して照射することにより活性化が行われた。また、レーザーアニール法を実施した後に熱アニール法を実施すると、さらに良い結果が得られた。またこの工程は、イオンドーピングによって結晶性が破壊された領域をアニールする効果も兼ね備えていて、その領域の結晶性を改善することもできた。

以上までの工程で、ゲート電極を第１のゲート電極と、その第１のゲート電極を覆って第２のゲート電極を設けられ、ｎチャネル型ＴＦＴでは、第２のゲート電極の両側にソース領域とドレイン領域が形成された。また、ゲート絶縁膜を介して半導体層に設けられた第１の不純物領域と、第２のゲート電極がゲート絶縁膜に接している領域とが、重なって設けられた構造が自己整合的に形成された。一方、ｐチャネル型ＴＦＴでは、ソース領域とドレイン領域の一部が第２のゲート電極とオーバーラップして形成されているが、実使用上何ら問題はなかった。

図１０（Ｄ）の状態が得られたら、第１の層間絶縁膜７０４９を１０００ｎｍの厚さに形成した。第１の層間絶縁膜７０４９としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機樹脂膜、およびそれらの積層膜をもちいることができる。本実施形態では、図示しないが、最初に窒化珪素膜を５０ｎｍ形成し、さらに酸化珪素膜を９５０ｎｍ形成した２層構造とした。

第１の層間絶縁膜７０４９はその後、パターニングでそれぞれのＴＦＴのソース領域と、ドレイン領域にコンタクトホールが形成された。そして、ソース電極７０５０、７０５２、７０５３とドレイン電極７０５１、７０５４が形成した。図示していないが、本実施形態ではこの電極を、チタン膜を１００ｎｍ、チタンを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、チタン膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の膜を、パターニングして形成した。

こうして図１０（Ｅ）に示すように、基板７００１上にＣＭＯＳ回路と、アクティブマトリクス回路が形成された。また、アクティブマトリクス回路のｎチャネル型ＴＦＴのドレイン側には、保持容量部が同時に形成された。以上のようにして、アクティブマトリクス基板が作製された。

次に、図１１を用いて、以上の工程によって同一の基板に作製されたＣＭＯＳ回路と、アクティブマトリクス回路をもとに、ＬＣＤパネルを作製する工程を説明する。最初に、図１１（Ｅ）の状態の基板に対して、ソース電極７０５０、７０５２、７０５３とドレイン電極７０５１、７０５４と、第１の層間絶縁膜７０４５を覆ってパッシベーション膜７０５５を形成した。パッシベーション膜７０５５は、窒化珪素膜で５０ｎｍの厚さで形成した。さらに、有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜７０５６を約１０００ｎｍの厚さに形成した。有機樹脂膜としては、ポリイミド、アクリル、ポリイミドアミド等を使用することができる。有機性樹脂膜を用いることの利点は、成膜方法が簡単である点や、比誘電率が低いので、寄生容量を低減できる点、平坦性に優れる点などが上げられる。なお上述した以外の有機性樹脂膜を用いることもできる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形成した。

次に、第２の層間絶縁膜７０５６の画素領域の一部に、遮光層７０５７を形成した。遮光層７０５７は金属膜や顔料を含ませた有機樹脂膜で形成すれば良いものである。ここでは、チタンをスパッタ法で形成した。

遮光膜７０５７を形成したら、第３の層間絶縁膜７０５８を形成する。この第３の層間絶縁膜７０５８は、第２の層間絶縁膜７０５６と同様に、有機樹脂膜を用いて形成すると良い。そして、第２の層間絶縁膜７０５６と第３の層間絶縁膜７０５８とにドレイン電極７０５４に達するコンタクトホールを形成し、画素電極７０５９を形成した。画素電極７０５９は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用い、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。ここでは透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成し、画素電極７０５９を形成した。

図１１（Ａ）の状態が形成されたら、配向膜７０６０を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の基板７０７１には、対向電極７０７２と、配向膜７０７３とを形成した。配向膜は形成された後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って平行配向するようにした。

上記の工程を経て、アクティブマトリクス回路と、ＣＭＯＳ回路が形成された基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶材料７０７４を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止した。よって図１１（Ｂ）に示すＬＣＤパネルが完成した。

（実施形態４）
図１２を用いて、本発明の実施形態を説明する。本実施形態は実施形態１または実施形態２の情報処理装置を備えたキーボードレスの情報端末機器を示す。

図１２（Ａ）は、ｗｗｗブラウズ機能や、電子メール等の通信機能等備えた情報端末機器２０００であり、デジタルカメラ２００１を搭載し、本発明の情報処理装置を用いている。

図１２（Ｂ）は、通信機能を備えた電子手帳２１００であり、本発明の情報処理装置を用いている。

本発明の情報処理装置のタッチパネルの入力面は導光板でなり、きわめて単純な構造なため、物理的な衝撃に強いので、図１２に示すような携帯型の情報端末機器には好適である。

また、本発明の情報処理装置は図１２に示す情報端末機器だけでなく、従来タッチパネルが用いられていたあらゆる電子機器に応用できる。例えば、券売機、現金自動支払機（ＡＴＭ）、ファクシミリやコピー機等のＯＡ機器等にも利用できる。

（実施形態５）
上記実施形態１〜４の情報処理装置には、ネマチック液晶を用いたＬＣＤパネルが表示装置として用いられているが、印加電圧に応じて光学的特性が変化するいかなる表示媒体をもちいた表示装置をも用いることができる。例えば、液晶の中でも、強誘電性液晶、反強誘電性液晶を用いることもできる。また、有機ＥＬパネル等も用いることもできる。

本発明の情報処理装置のある実施形態の概略構成図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態の構成をブロック図に示したものである。 フィールドシーケンシャル駆動方法のタイミングチャートである。 フィールドシーケンシャル駆動方法のＬＣＤパネルの画像表示部の拡大図と、従来のＬＣＤパネルの画像表示部の拡大図とを示した図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態のタッチパネルの概略構成図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態の入力ペンの図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態のタッチパネルの動作を示す図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態の概略構成図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態のタッチパネルの概略構成図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態のＬＣＤパネルの作製方法を示す図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態のＬＣＤパネルの作製方法を示す図である。 本発明の情報処理装置のある実施形態を示す図である。 従来のタッチパネルを示す図である。 従来のタッチパネルを示す図である。

符号の説明

１０１ ＬＣＤパネル
１０２ ＬＥＤバックライト
１０２−１ ＬＥＤ
１０３ タッチパネル
１０４ コンピュータ部

Claims (5)

1. 薄膜トランジスタを有する画素を複数有し、
   前記薄膜トランジスタの上方に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極及びドレイン電極の上方に設けられた有機樹脂からなる絶縁膜と、
   前記絶縁膜の上方に設けられた画素電極と、
   前記画素電極に対向して設けられた対向電極と、を有し、
   アレイ状に配列されたＬＥＤをバックライトとして用いる表示装置。
2. 薄膜トランジスタを有する画素を複数有し、
   前記薄膜トランジスタの上方に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極及びドレイン電極の上方に設けられた有機樹脂からなる絶縁膜と、
   前記絶縁膜の上方に設けられた画素電極と、
   前記画素電極に対向して設けられた対向電極と、を有し、
   アレイ状に配列されたＬＥＤをバックライトとして用いており、
   フィールドシーケンシャル駆動を行う表示装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   入力する信号に応じて、前記ＬＥＤの点灯を制御する回路を有する表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記有機樹脂として、ポリイミド、アクリル、またはポリイミドアミドを用いる表示装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記ＬＥＤとして、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤを用いる表示装置。

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