JP2008176064A - 表示装置用の２次元入力装置と、表示装置、及び表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置の画面上での操作に関して、直感的で簡潔な操作が可能な２次元入力装置とその方法、及び、２次元入力装置を備えた表示装置を提供する。
【解決手段】透明な基材上に、第１の透明導電膜５および第２の透明導電膜６によって狭持された透明な太陽電池２２が形成されてなる２次元入力装置本体３０と、２次元入力装置本体３０に光を照射することによって発生する光起電力効果による電圧又は電流を２次元的に読み込み、光照射位置を特定する位置検知回路とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置の表示面に接着、もしくは表示装置用の前面板として配置され、表示面上での簡潔な操作を可能とする入力システムを備えた表示装置用の２次元入力装置と、それを備えた表示装置、及びその表示方法に関する。

現在、最も広く用いられている大型の表示装置であるＣＲＴ（陰極線管）、ＬＣＤ（液晶）、プラズマ等を使ったテレビ受像機において、番組の選曲、音量、画面の明るさ、コントラスト等の操作には、赤外線を利用したリモコン（リモートコントロール装置）により、テレビから離れた位置からでも操作できるようになっている。ところが、昨今のテレビの多機能化に伴い、多くの機能を使用者が操作する必要があり、リモコンにおいても限られた小さな面積の中に多数の操作ボタンを配置したり、１つの操作ボタンで複数の機能を操作したりするようになった。このため、操作が複雑で難解であるために、使用者は、リモコン操作を習得するのに時間がかかったり、あるいは、せっかくのテレビの高機能を十分活用できなくなったりしている。

この問題点の解決方法として、小型の表示装置を備えた、携帯電話、電子手帳（ＰＤＡ）、ビデオカメラ（ＶＴＲ）、デジタルビデオカメラ等では、「タッチパネル」と呼ばれる入力装置を採用しているものがある。この「タッチパネル」の入力原理は、抵抗膜方式、静電容量方式、電磁誘導方式などに分かれるが、表示装置の前面、または背面に配置され、画面に表示された機能を示すマークなどを、直接手又はペンで触れることにより、機能を選択、操作するものである。このタッチパネルは、使用者が直感的に操作できるとういう点で、ヒューマンインターフェースとして優れている。
下記の特許文献１には、透明性を確保しながらタッチパネルの滲みを軽減することが出来、さらには、表示装置の強度の向上を図ることができるなどの効果を奏するタッチパネルを有する表示装置について記載されている。このように、タッチパネルを有する表示装置においては、様々な研究がなされている。
特開２００４−１０１８５１号公報 特開平１−２２０３８０号公報 特公昭５０−２８０９２号公報 特公昭５０−２８４４６号公報 特公昭５１−２４３６８号公報 特開昭５２−１１２６９８号公報 特公昭５７−２７３５号公報

上述のような、タッチパネルを用いた操作方法では、使用者が直接手で触れることが出来る距離に表示装置が配置されなければならない。しかしながら、２０インチを超えるような大型の表示装置においては、画像全体を見るという点から、ある程度画面（表示面）から離れる必要があるため、「タッチパネル」を大型の表示装置にそのまま適用することは難しいといった問題を抱えていた。

本発明は、上述の点に鑑み、表示装置の画面上での操作に関して、直感的で簡潔な操作が可能な２次元入力装置とその方法、及び、２次元入力装置を備えた表示装置を提供するものである。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明者は鋭意検討した結果、以下に述べる本発明に到達した。
すなわち、本発明の表示装置用の２次元入力装置は、透明な基材上に、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜によって狭持された透明な太陽電池が形成されてなる２次元入力装置本体と、２次元入力装置本体に光を照射することによって発生する光起電力効果による電圧又は電流を、２次元的に読み込み、光照射位置を特定する位置検知回路とを有することを特徴とする。

本発明の表示装置用の２次元入力装置では、２次元入力装置に照射された光により太陽電池に発生する光起電力効果による電圧又は電流を検出することによって、２次元的に、光位置が検知される。

本発明の表示装置は、透明な基材上に、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜によって狭持された透明な太陽電池が形成されてなる２次元入力装置本体と、２次元入力装置に光照射することによって発生する光起電力効果による電圧又は電流を２次元的に読み込み、光照射位置を特定する電気的検知回路とを有する２次元入力装置を表示面に備えることを特徴とする。

本発明では、光照射することによって発生する光起電力効果による電圧又は電流を検出し、２次元的に光位置を検知できることにより、表示面が光照射によって操作される。

また、本発明の表示方法は、表示面に、光照射することによって透明な太陽電池に発生する光起電力効果による電圧又は電流を、２次元的に読み込み、位置検知回路によって光照射位置を特定するようにした２次元入力装置を備え、光照射位置が特定されることにより、表示装置が駆動され、表示面の画像が操作されることを特徴とする。

本発明では、光照射することによって発生する光起電力効果による電圧又は電流を検出し、２次元的に光位置を検知できることにより、表示面に表示された画像を２次元的に遠隔地から光照射によって操作できる。

本発明によれば、光照射による太陽電池の光起電力効果を利用し、光照射位置を２次元的に検知できることにより、装置から離れた位置から操作が可能となる。また、本発明の２次元入力装置を適用した表示装置によれば、機能を表示面に表示させ、離れた位置からの光照射によって機能を選択することにより、簡潔で直感的な操作が可能となる。さらに、本発明の表示装置は、簡潔な構造であるため、表示品質を損なうことがない。

本発明の２次元入力装置は、透明な基材の上に、透明な太陽電池を、２つの透明導電膜で挟んだ構造の光入力デバイスが形成され、光照射によって発生する光起電力効果による電圧又は電流を２次元的に読み込み、電気的検知回路により光照射位置が特定される。本発明の２次元入力装置をテレビ等の表示装置に用いることにより、光照射による操作が可能となる。

本発明において、太陽電池とは、光起電力効果を利用したもので、シリコン型太陽電池に代表される半導体ｐｎ接合を持つものや、色素増感型と呼ばれるものがある。
ｐｎ接合型の太陽電池は、例えば、ｎ型材料である酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）などと、ｐ型材料である窒素ドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｎ）、銅アルミ酸化物（ＣｕＡｌＯ２)、銅ガリウム酸化物(ＣｕＧａＯ２)、ＣｕＳｃＯ２、銅クロム酸化物(ＣｕＣｒＯ２)、 銅インジウム酸化物(ＣｕＩｎＯ２)、銅イットリウム酸化物（ＣｕＹＯ２）、銀インジウム酸化物(ＡｇＩｎＯ２)などを積層して得ることが出来る。これらの透明基材上への形成方法としては、ゾル−ゲル法などの溶液法、蒸着やスパッタリングなどのＰＶＤ法(Physical Vapor Deposition)法や、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを利用することが出来る。

色素増感型の透明太陽電池は、太陽光を吸収した色素が励起状態となり電子を放出する作用を利用したもので、例えば、透明な導電ガラス基板上に、二酸化チタン(ＴｉＯ２)や酸化亜鉛(ＺｎＯ)などの微粒子からなる多孔質層を形成し、その上に、クロロフィルやアントシアニンなどの有機色素、あるいは金属錯体色素を吸着させたものを負極として、電解質層を会して、もう一方の透明な導電ガラス基板(正極)で挟むことにより形成できる。色素増感型の太陽電池は、例えば上記特許文献２に開示されている。

本発明の透明導電膜としては、金属、合金、金属窒化物、金属酸窒化物、金属酸化物などのうち電気伝導性のある材料が適用できる。金属・合金膜としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐｄなどの金属及びＦｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｕなどの合金が好ましく適用できる。金属膜を透明導電膜として利用する場合、光透過性を維持するためにその膜厚は１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下にしなければならない。透明で導電性を有する金属窒化物、金属酸窒化物、金属酸化物としては、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide, In₂O₃/SnO₂)、ＡＺＯ（Ａｌ：ＺｎＯ)、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴｉＮｘＯｙなどが好ましく適用できる。
これらの金属、合金、金属窒化物、金属酸化物、金属酸窒化物を形成するには、ゾル−ゲル法などの溶液法、蒸着やスパッタリングなどのＰＶＤ法(Physical Vapor Deposition)法や、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを利用することが出来る。

また、本発明において、透明導電膜や透明太陽電池などの入力デバイスを形成する透明な基材として、ガラス基材やプラスチック基材、プラスチックフィルム基材などが利用できる。これらの基材は、染料や顔料などの色素を用いて着色されていてもよく、また、入力デバイスを形成する面と基材を挟んで反対面には、帯電防止膜、反射防止膜、汚れ防止膜、赤外線カットフィルター等の機能膜が形成されていてもよい。

ガラス基材としては、ソーダガラス、鉛ガラス、硬質ガラス、石英ガラス、液晶化ガラスなどと呼ばれるものがある。液晶表示装置では、無アルカリガラスが好ましく用いられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

また、プラスチック基材の材料としては、特に限定されることはなく、有機高分子からなる基材であればいかなるものを用いても良いが、透明性、屈折率、分散などの光学特性、さらには耐衝撃性、耐熱性、耐久性などの諸特性から見て、特に、三酢酸セルロース(TAC, Tri-acetyl cellulose)、ポリメチルメタアクリレート、メチルメタクリレートと他のアルキル（メタ）アクリレート、スチレンなどといったビニルモノマーとの共重合体などの（メタ）アクリル系樹脂；ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（CR-39）などのポリカーボネート系樹脂；（臭素化）ビスフェノールＡ型のジ（メタ）アクリレートの単独重合体ないし共重合体、（臭素化）ビスフェノールＡモノ（メタ）アクリレートのウレタン変性モノマーの重合体及び共重合体などといった熱硬化性（メタ）アクリル系樹脂；ポリエステル特にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよび不飽和ポリエステル、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが好ましい。また、耐熱性を考慮したアラミド系樹脂の使用も可能である。

プラスチックフィルム基材は、上述したプラスチック基材の材料である樹脂を伸延あるいは溶剤に希釈後フィルム状に成膜して乾燥するなどの方法で得ることができ、厚さは通常２５ミクロン〜５００ミクロン程度である。
また、上記のようなプラスチック基材表面は、ハードコートなどの被膜材科で被覆された物であっても良く、この被服材料によって、付着性、硬度、耐薬品性、耐久性、染色性などの諸物性を向上させることが可能である。ハードコートの膜厚は、通常１〜２０μｍ程度である。ハードコート処理に関しては、上記特許文献３〜７に開示されている処理を用いることができる。

本発明における２次元入力装置に対する光照射手段としては、人工光源である、電球、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ光などが利用できる。また、本発明の２次元入力装置を表示装置に用いる場合、光照射手段として用いられる光は、画像表示光、外光（窓を通して入る太陽光）、部屋の照明光等と明確な区別が必要なため、発光波長帯域が狭く、かつ急峻な発光強度分布をもち、波長が４２０ｎｍ以下である発光ダイオードやレーザ光がより好ましい。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１に本発明の第１の実施形態に係る２次元入力装置の概略構成を示し、図２には、図１の２次元入力装置の概略断面構成を示す。本実施の形態に係る２次元入力装置は、後述するように２次元入力装置本体と、位置検知回路とから構成されるものである。図１及び図２に示す２次元入力装置は、ここでは２次元入力装置本体のみを示す。本実施の形態に係る２次元入力装置１、すなわち２次元入力装置本体３０は、ガラス等から成る第１の透明基材２上に複数の短冊状に形成された第１の透明導電膜５と第２の透明導電膜６が、互いに直交するように（マトリクス状に）透明な太陽電池２２を挟んで配置され、その上面にはさらにガラス等からなる第２の透明基材９が配置されてなる。

本実施の形態においては、第１の透明導電膜５側をｐ型透明半導体３、第２の透明導電膜６側をｎ型透明半導体４とするｐｎ接合型の太陽電池２２が用いられる。太陽電池２２としては、ｐｎ接合型の透明太陽電池２２を用いたが、上述した色素増感型の透明太陽電池を用いてもよい。また透明導電膜、５及び６としては、上述した材料で形成された透明導電膜が用いられる。
第１及び第２の透明導電膜５及び６を複数の短冊状に形成するには、あらかじめ、基材上の膜を形成したい部分に開口を有する所要のパターンのマスクを被せて成膜する方法や、全面に成膜した後に混酸を用いたウェットエッチング法や、レーザ光を用いたレーザエッチング法などで不要部分を除去する方法などが利用できる。

また、短冊状の第１の透明導電膜５と第２の透明導電膜６の片端部には、電力取り出し用の電極７，８が形成される。電極材料としては、上述の、金属、合金、金属窒化物、金属酸化物、金属酸窒化物、に加え、銀、ニッケル、銅、カーボン、などの微粒子を樹脂中に分散させた、金属ペーストが利用できる。これらの金属ペーストは、適量を滴下、塗布、スクリーン印刷法などによって、所定の形状に形成することができる。本実施の形態において、第１の透明導電膜５の電極７が配列される方向をｘ方向、第２の透明導電膜６の電極８が配列される方向をｙ方向とする。それぞれの電極７，８からは、電極取り出し配線１０、１１が接続されている。図１及び図２においては、模式的に、ｘ方向、ｙ方向において、それぞれ４つの電極を示したが、本実施の形態においては、それぞれｎ個の電極を有するものとする。上述のような２次元入力装置において、照射された光が位置検知される。

次に、本実施の形態の２次元入力装置における位置検出方法を説明する。
図３に、本実施の形態の２次元入力装置本体３０と位置検知回路３１とからなる２次元入力装置１の模式図を示す。図３の２次元入力装置本体３０において、第１の透明導電膜５の電極からの端子がｘ方向にｘ_ｎ個、第２の透明導電膜６の電極からの端子がｙ方向にｙ_ｎ個設けられている。そして、本実施形態の位置検出回路３１では、端子ｘ_１〜ｘ_ｎと端子ｙ_１〜ｙ_ｎとを順次接続される回路が構成されており、端子ｘ_１〜ｘ_ｎと端子ｙ_１〜ｙ_ｎとの端子間には、基準抵抗Ｒｓが設けられている。基準抵抗Ｒｓは、その両端に可動子３２，３３が接続され、一方の可動子３２が端子ｙ_１〜ｙ_ｎに順次接続され、他方の可動子３３が端子ｘ_１〜ｘ_ｎに順次接続されるように構成される。このような短冊状の透明導電膜５、６により構成される２次元入力装置本体３０において、第２の透明基材９表面に照射された光の位置が検知される。光照射された位置１２（光照射位置）においては、起電力が発生するため、端子ｘ_１〜ｘ_ｎと端子ｙ_１〜ｙ_ｎ間に生じる起電力（電圧）を、順次または、同時に測定することで、光照射位置１２を検知できる。本実施形態においては、起電力は、端子ｘ_ｎと端子ｙ_ｎ間の基準抵抗Ｒｓに電流を流すことで、基準抵抗両端の電圧として測定される。

例えば、図３に示すように、端子ｘ_７、ｘ_８、ｘ_９、ｘ_１０に接続される第１の透明導電膜５と、端子ｙ_７、ｙ_８、ｙ_９、ｙ_１０に接続される第２の透明導電膜６が交差する部分に光照射がなされたとする。このとき、端子ｘ_１〜ｘ_ｎと端子ｙ_１〜ｙ_ｎ間に生じる起電力（電圧）を、順次または、同時に測定していくと、図４に示すような、分布曲線Ｉを得ることが出来る。図４は、端子ｘ_ｎに対応する起電力の分布曲線である。このような分布曲線Ｉによって、頂点位置を算出することにより、ｘ方向の光照射位置１２を検出することができる。ｙ方向の光照射位置の検出についても同様である。
以上のように、端子が密接しており、光照射位置１２が複数の端子を跨ぐ場合には、光照射範囲のすべての端子に発生する起電力の分布曲線をとり、その頂点を算出することにより、二次元的に光照射位置１２を検出できる。

次に、第１の実施形態の一実施例に係る２次元入力装置を図１、及び図２を用いて説明する。
第１の透明基材２として、厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス板を用いた。まず、第１の透明基材２を真空中で３００℃に加熱し、スパッタリング法により厚さ２００ｎｍの第１の透明導電膜５となるＩＴＯ膜を、第１の透明基材２の片面に形成した。このＩＴＯ膜を、フォトリソグラフィー法によって、レジストでマスキングし、エッチング液としてＨＣｌ（５％）とＨ２ＳＯ４（３％）の混合液を用い、ウェットエッチング法により、複数の短冊状の第１の透明導電膜５を得た。

続いて、形成された第１の透明導電膜５上に、ｐ型半導体３として、銅アルミ酸化物（ＣｕＡｌＯ２）を、厚さ１μｍとなるように真空中でレーザ蒸着法により形成し、続いてｎ型半導体４として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を、同様に真空中でレーザ蒸着法により、厚み１μｍに形成した。このように、ｐ型半導体３とｎ型半導体４の積層構造により、ｐｎ接合型の透明太陽電池２２が形成された。

次に、以上により形成された太陽電池２２の上部に、第２の透明導電膜６を形成する。３００℃に加熱された真空中で、スパッタリング法により厚さ２００ｎｍの第２の透明導電膜となるＩＴＯ膜を形成し、今度は第１の透明導電膜５（短冊状）と直交する方向に、同様の方法により複数の短冊状の第２の透明導電膜６を形成した。

短冊状に形成された第１及び第２の透明導電膜５、６のそれぞれの片端部には、導電性ペースト(東洋紡績ＤＷ−１１４Ｌ−１)をスクリーン印刷法により塗布し、１３０℃で２０分硬化させ、電力取り出し用の電極７，８を形成した。
そして、第２の透明導電膜６上部に、 第１の透明基材２に用いたガラス基板より一回り小さいサイズとなる、第２の透明基材９である無アルカリガラスをエポキシ接着剤で接着して、２次元入力装置１、すなわち２次元入力装置本体３０を完成させた。

以上の構成における２次元入力装置１において、光を照射して、位置検出を行った。光源として、発光波長３８０ｎｍにピークを持つ紫外線ＬＥＤ(豊田合成製Ｅ１Ｌ５Ｍ−４Ｐ０Ｃ２)を用いて、第２の透明基材の表面のある一点に光を照射したところ、照射位置に近い電極間のみに、数ｍＶの光起電圧が発生し、その他の電極間には殆ど光起電圧が発生しなかった。
このように、各透明導電膜のｘ方向、ｙ方向それぞれのラインを順次切り替えていき、光起電圧の発生量を検出することにより、光照射した部分の２次元位置情報を得ることが出来る。

次に、図５及び図６に本発明の第２の実施形態に係る２次元入力装置の概略構成を示す。
図５は本実施の形態における２次元入力装置１３、すなわちその２次元入力装置本体３４の概略構成であり、図６は図５の概略断面構成である。図５及び図６において、図１に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
本実施の形態においては、透明太陽電池２２を挟んで形成される第１の透明導電膜１４及び第２の透明導電膜１５は全面に一様に形成され、それぞれ一対の辺に、棒状の第１の電極１６ａ，１７ａ及び第２の電極１６ｂ，１７ｂが形成される。第１の透明導電膜１４においては、ｘ方向の一対の辺に第１及び第２の電極１６ａ，１６ｂが形成され、第２の透明導電膜１５においては、ｙ方向の一対の辺に第１及び第２の電極１７ａ，１７ｂが形成される。それぞれの電極には電極取り出し配線１８，１９が接続されており、その配線１８，１９に位置検知回路３５（図７参照）が接続される。本実施の形態においても、第１の実施形態と同様、第１の透明基材表面に照射された光が位置検知される。

図７及び８を用いて、本実施の形態の２次元入力装置における位置検出方法を説明する。
図７は、本実施の形態の２次元入力装置本体３４と位置検知回路３５とからなる２次元入力装置１３の模式図であり、図８は、その等価回路を示した図である。本実施の形態では、ｘ方向の位置を検出ための位置検知回路３５を示す。例えば光照射位置２０が、第１の透過導電膜１４の第１及び第２の電極１６ａ，１６ｂ間の距離をｘ１：ｘ２、第２の透過導電膜１５の第１及び第２の電極１７ａ，１７ｂ間の距離をｙ１：ｙ２に分ける位置にあるとする。太陽電池２２によって、光照射位置２０には、起電力Ｖｅが発生し、このとき、透明導電膜１４，１５は、一種の抵抗膜として作用する。第１の透明導電膜１４において、光照射位置２０が電極１６ａ,１６ｂ間をｘ１：ｘ２に分ける位置に来たときの、光照射位置２０とそれぞれの電極１６ａ,１６ｂ間との抵抗値を、その光照射位置２０と電極１６ａ,１６ｂとの間の距離に対応してＲｘ_１，Ｒｘ_２とする。同様に、第２の透明導電膜１５においても、光照射位置２０が電極１７ａ,１７ｂ間をｙ１：ｙ２に分ける位置に来たときの、光照射位置２０とそれぞれの電極１７ａ,１７ｂ間との抵抗値を、その光照射位置２０と電極１７ａ，１７ｂとの間の距離に対応してＲｙ_１、Ｒｙ_２とする。また、第１の透明導電膜１４と第２の透明導電膜１５間には、基準抵抗Ｒｓをもうける。基準抵抗Ｒｓは、図８の例ではその一方端に可動子３６が構成され、この可動子３６が第１の透明導電膜１４の電極１６ａと１６ｂとに選択的に接続される。また、基準抵抗Ｒｓの他方端は、第２の透明導電膜１５の電極１７ａ，１７ｂ共通接続される。図８に示すのは、ｘ方向の位置を検出する等価回路２１であるので、第１の透明導電体１４におけるｘ方向の第１及び第２の電極１６ａ,１６ｂに、基準抵抗Ｒｓ側の可動子３６を順次接続して、電圧比を算出し、光照射位置２０のｘ位置を検出する。電圧比に基づくｘ方向の位置は、以下の式で求められる。

Ｒｙは、抵抗Ｒｙ_１とＲｙ_２の合成抵抗である。Ｉ_１は、基準抵抗Ｒｓ側の可動子３６を第１の電極１６ａに接続したときの抵抗Ｒｘ_１を通して回路全体に流れる電流であり、Ｖｘ_１は、そのときの基準抵抗Ｒｓ両端に発生する電圧である。また、Ｉ_２は、可動子３６を第２の電極１６ｂに接続したときの抵抗Ｒｘ_２を通して回路全体に流れる電流であり、Ｖｘ_２は、そのときの基準抵抗Ｒｓ両端に発生する電圧である。Ｖｘ_１とＶｘ_２との電圧比により、第１の透明導電膜１４の光照射位置２０と第１及び第２の電極１６ａ,１６ｂ間の距離ｄ１、ｄ２が求められる。ここでは、Ｒｙ_１とＲｙ_２を並列に接続して、その一方端を基準抵抗Ｒｓの他端に接続したが、Ｒｙ_１又はＲｙ_２のどちらか一方を基準抵抗Ｒｓの他端につないでＶｘ_１とＶｘ_２の電圧比をとってもよい。

同様に、上述の等価回路において、ｘをｙ、ｙをｘと読み替えることで、ｙ方向の光照射位置２０も検出することができる。本実施の形態においては、ｎ型半導体４上に第２の透明導電膜１５を形成したが、ｎ型半導体４が第２の透明導電膜１５を兼ねた構成とすることもできる。

次に、第２の実施形態の一実施例に係る２次元入力装置を図４を用いて説明する。
第１の透明基材２として、厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス板を用いた。まず、第１の透明基材２を真空中で３００℃に加熱し、スパッタリング法により厚さ２００ｍｍの第１の透明導電膜１４となるＩＴＯ膜を、第１の透明基材２の片面に形成した。

続いて、形成された第１の透明導電膜１４上に、ｐ型半導体３として、銅アルミ酸化物（ＣｕＡｌＯ２）を、厚さ１μｍとなるように真空中でレーザ蒸着法により形成し、続いてｎ型半導体４として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を、同様に真空中でレーザ蒸着法により、厚み１μｍに形成した。このように、ｐ型半導体３とｎ型半導体４の積層構造により、ｐｎ接合型の透明太陽電池２２が形成された。

次に、以上により形成された太陽電池２２の上部に、第２の透明導電膜１５を一様に形成する。３００℃に加熱された真空中で、スパッタリング法により厚さ２００ｎｍの第２の透明導電膜１５となるＩＴＯ膜を形成した。

そして、第１の透明導電膜１４上のｘ端の一対の辺と、第２の透明導電膜１５上のｙ端の一対の辺に棒状の電極を形成した。電極取り出し用である棒状の電極は、導電性ペースト(東洋紡績ＤＷ−１１４Ｌ−１)をスクリーン印刷法により塗布し、１３０℃で２０分硬化させることにより、形成した。
第２の透明導電膜１５上部には、 第１の透明基材２に用いたガラス基板より一回り小さいサイズとなる、第２の透明基材９である無アルカリガラスをエポキシ接着剤で接着して、２次元入力装置１３を完成させた。

以上の構成における２次元入力装置において、光を照射して、位置検出を行った。光源として、発光波長３８０ｎｍにピークを持つ紫外線ＬＥＤ(豊田合成製Ｅ１Ｌ５Ｍ−４Ｐ０Ｃ２)を用いて、第２の透明基材の表面のある一点に光を照射し、第１の透明導電膜１４における第１の電極１６ａと、第２の透明導電膜１５における第１及び第２の電極１７ａ、１７ｂに基準抵抗Ｒｓを接続したところ、第１の透明導電膜１４における第１の電極１６ａと光照射位置２０の距離に応じた抵抗値Ｒｘ_１を反映した電流Ｉ_１が流れ、基準抵抗Ｒｓの両端の電圧Ｖｘ_１を得た。
次に、上記の接続を切り替えて、第１の透明導電膜１４の第２の電極１６ｂと第２の透明導電膜１５における第１及び第２の電極１７ａ，１７ｂに、基準抵抗Ｒｓを接続したところ、第１の透明導電膜１４における第２の電極１６ａと光照射位置２０の距離に応じた抵抗値Ｒｘ_２を反映した電流Ｉ_２が流れ、基準抵抗Ｒｓの両端の電圧Ｖｘ_２を得た。
このＶｘ_１とＶｘ_２の比を取ることにより、光照射量の大小に関わらず、光照射した部分のｘ方向の位置情報を得ることが出来る。
ｙ方向においても、上述のｘをｙ、ｙをｘと読み替えることで、同様にＶｙ_１とＶｙ_２の電圧比を取ることにより、ｙ方向の位置情報が得ることができる。

このように、透明導電膜を抵抗膜として用い、光照射位置から電極までの距離に応じた抵抗値を反映した電流・電圧を、ｘ方向、ｙ方向それぞれ、順次、もしくは同時に抽出することにより、二次元平面における光照射位置を検知することが出来る。

次に、図９及び図１０に本発明の第３実施の形態に係る２次元入力装置の概略構成を示す。本実施の形態の２次元入力装置４０は、２次元入力装置本体３４と位置検知回路４１とからなる。また、本実施の形態における２次元入力装置４０は、前述の第２実施の形態に係る２次元入力装置１３における透明太陽電池２２が、ｐｎ接合を持つ太陽電池で構成され、かつ、位置検出方法として逆方向バイアス回路を用いるものである。図９において、図７に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。

図９及び図１０を用いて、本実施の形態の２次元入力装置４０における位置検出方法を説明する。本例の２次元入力装置４０における位置検出回路４１は、ｘ方向の光照射位置を検出する為の位置検知回路である。このとき、位置検知回路４１では、第１の透明導電膜１４と第２の透明導電膜１５間に、直流電圧印加手段４３を介して逆方向電圧が印加されており、第１の透明導電膜とグラウンド（ＧＮＤ、アース）間には、基準抵抗Ｒｓが設けられている。この等価回路４４を図１０に示す。本例における逆方向電圧を供給する直流電圧印加手段４３の電圧はＶｅであり、ｐｎ接合を持つ太陽電池２２の内部抵抗をＲｐｎとする。このような２次元入力装置４０において、光照射された光位置が検出される。

例えば、前述の第２実施の形態と同様、光照射位置２０が、第１の透過導電膜１４の第１及び第２の電極１６ａ，１６ｂ間の距離をｘ１：ｘ２、第２の透過導電膜１５の第１及び第２の電極１７ａ，１７ｂ間の距離をｙ１：ｙ２に分ける位置にあるとする。ｐｎ接合を持つ太陽電池２２によって、光照射位置２０には、光起電力効果により逆方向電流Ｉが流れる。このとき、透明導電膜１４，１５は、一種の抵抗膜として作用する。第１の透明導電膜１４において、光照射位置２０が電極１６ａ，１６ｂ間をｘ１：ｘ２に分ける位置に来たときの、光照射位置２０とそれぞれの電極１６ａ，１６ｂ間との抵抗値を、その光照射位置２０と電極１６ａ,１６ｂとの間の距離に対応してＲｘ_１、Ｒｘ_２とする。同様に、第２の透明導電膜１５においても、光照射位置２０が電極１７ａ，１７ｂ間をｙ１：ｙ２に分ける位置に来たときの、光照射位置２０とそれぞれの電極１７ａ，１７ｂ間との抵抗値を、その光照射位置２０と電極１７ａ，１７ｂとの間の距離に対応してＲｙ_１、Ｒｙ_２とする。また、第２の透明導電膜１５とグラウンド（ＧＮＤ、アース）との間には、直流電圧印加手段４３によって逆方向電圧が印加されており、第１の透明導電膜１４とグラウンド間には、基準抵抗Ｒｓを設けられているが、基準抵抗Ｒｓは、図９の例ではその一方端に可動子４２が構成され、この可動子４２が第１の透明導電膜１４の電極１６ａと１６ｂとに選択的に接続される。また、基準抵抗Ｒｓの他方端は、第２の透明導電膜１５の電極１７ａ，１７ｂに共通接続される。
図１０の、ｘ方向の位置を検出する等価回路４４に示すように、第１の透明導電体１４におけるｘ方向の第１及び第２の電極１６ａ，１６ｂに、基準抵抗Ｒｓ側の可動子４２を順次接続して、電圧比を算出し、光照射位置２０のｘ位置を検出する。電圧比に基づくｘ方向の位置は、以下の式で求められる。

Ｒｙは、抵抗Ｒｙ_１とＲｙ_２の合成抵抗である。Ｉ_１は、基準抵抗Ｒｓ側の可動子４２を第１の電極１６ａに接続したときの抵抗Ｒｘ_１を通して回路全体に流れる電流であり、Ｖｘ_１は、そのときの基準抵抗Ｒｓ両端に発生する電圧である。また、Ｉ_２は、可動子４２を第２の電極１６ｂに接続したときの抵抗Ｒｘ_２を通して回路全体に流れる電流であり、Ｖｘ_２は、そのときの基準抵抗Ｒｓ両端に発生する電圧である。Ｖｘ_１とＶｘ_２との電圧比により、第１の透明導電膜１４の光照射位置２０と第１及び第２の電極１６ａ,１６ｂ間の距離ｄ１、ｄ２が求められる。ここでは、Ｒｙ_１とＲｙ_２を並列に接続して、その一方端を基準抵抗Ｒｓの他端に接続したが、Ｒｙ_１又はＲｙ_２のどちらか一方を基準抵抗Ｒｓの他端につないでＶｘ_１とＶｘ_２の電圧比をとってもよい。

同様に、上述の等価回路において、ｘをｙ、ｙをｘと読み替えることで、ｙ方向の光照射位置２０も検出することができる。本実施の形態においては、ｎ型半導体４上に第２の透明導電膜１５を形成したが、ｎ型半導体４が第２の透明導電膜１５を兼ねた構成とすることもできる。このように、逆バイアス回路を有する２次元入力装置においても、光照射位置を特定することが出来る。

なお、上述の各実施の形態においては、可動子は、具体的にはスイッチング素子より形成され、このスイッチング素子によって、自動的に各端子あるいは電極に対する切り替わりが行われるように構成をされている。

次に、第４の実施形態として、上述した、第１、第２又は第３の実施形態における２次元入力装置を、表示装置に適用した場合について説明する。
図１１は、本発明の第４実施の形態に係る表示装置２５の概略構成図であり、画像表示面２７の前面に第１、第２又は第３の実施形態で用いられた２次元入力装置２６を配置して構成されている。本実施の形態における２次元入力装置２６は透明であるため、画像表示面２７の画像は、２次元入力装置２６を透過する。また、２次元入力装置２６は、画像表示面２７を全面覆うように形成される。このような構成の表示装置２５においては、２次元入力装置２６側にある光源２９から出射された光が、画像表示面２７の前面に配置された２次元入力装置２６に照射され、その光照射により２次元入力装置２６内の図示しない太陽電池において、光起電力効果による電圧又は電流が発生することにより光照射位置２８が検出される。光照射位置２８が検出されると、その検出信号により、表示装置２５が駆動され、画像表示面２７に表示される画像が操作される。本実施形態における光源は、画像表示光、外光（窓を通して入る太陽光）、部屋の照明光等と明確な区別が必要なため、発光波長帯域が狭く、かつ急峻な発光強度分布をもち、波長が４２０ｎｍ以下である発光ダイオードやレーザ光がより好ましい。

上述のように、本実施の形態によれば、表示装置２５から離れたところから、光照射して表示装置２５を操作することができるうえ、２次元入力が可能となるので、例えば、画像表示面２７に表示された機能を示すマークなどを光照射により選択することで、直感的に操作することができる。このような２次元入力装置２６を備えた表示装置２５では、表示装置２５から離れたところからでも操作できるため、大型の表示装置にも適用できる。また、本実施の形態における２次元入力装置２６を備えた表示装置２５は、簡潔な構造であるため、表示品質を損なうことがない。

本発明の第１の実施形態に係る２次元入力装置本体の概略構成図を示す。 図１の２次元入力装置の概略断面構成図を示す。 本発明の第１の実施形態に係る２次元入力装置の模式図を示す。 本発明の第１の実施形態に係る２次元入力装置において、端子ｘｎに生じる起電力の分布曲線を示す。 本発明の第２の実施形態に係る２次元入力装置本体の概略構成図を示す。 図５の２次元入力装置本体の概略断面構成図を示す。 本発明の第２の実施形態に係る２次元入力装置の模式図を示す。 本発明の第２の実施形態に係る２次元入力装置における等価回路を示す。 本発明の第３の実施形態に係る２次元入力装置の模式図を示す。 本発明の第３の実施形態に係る２次元入力装置における等価回路を示す。 本発明の第４の実施形態に係る表示装置を示す。

符号の説明

１，１３，２６，４０・・２次元入力装置、２・・第１の透明基材、３・・ｐ型半導体、４・・ｎ型半導体、５，１４・・第１の透明導電膜、６，１５・・第２の透明導電膜、７，８・・電極、９・・第２の透明基材、１０，１１，１８，１９・・電極取り出し配線、１２，２０・・光照射位置、２２・・太陽電池、１６ａ，１７ａ・・第１の電極、１６ａ，１７ｂ・・第２の電極、１２，２０，２８・・光照射位置、２７・・画像表示面、２９・・光源、３０，３４・・２次元表示装置本体、３１，３５，４１・・位置検知回路、３２，３３，３６，４２・・可動子

Claims (9)

1. 透明な基材上に、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜によって狭持された透明な太陽電池が形成されてなる２次元入力装置本体と、
   前記２次元入力装置本体に光を照射することによって発生する光起電力効果による電圧又は電流を２次元的に読み込み、光照射位置を特定する位置検知回路とを有する
   ことを特徴とする表示用の２次元入力装置。
2. 前記第１及び第２の透明導電膜が、それぞれ複数に分割されて、互いに直交するように配置され、
   前記光照射位置の特定は、前記第１及び第２の透明導電膜を順次、又は同時に読み取り、最大の起電力を発生する前記第１及び第２の透明導電膜を検出することによってなされる
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示用の２次元入力装置。
3. 前記第１及び第２の透明導電膜が、前記透明な太陽電池の上下面のｘｙ平面上に一様に形成され、
   前記第１の透明導電膜のｘ方向の一対の辺部分に電極が形成され、前記第２の透明導電膜のｙ方向の一対の辺部分に電極が形成されており、
   前記透明導電膜上での前記電極から前記光照射位置までの距離によって決まる抵抗値によって分圧される電圧を、ｘ方向及びｙ方向で順次、又は同時に読み取り、その電圧比から前記光照射位置を特定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の２次元入力装置。
4. 前記透明な太陽電池は、ｐ型半導体とｎ型半導体の積層構造からなり、
   前記ｎ型半導体は前記第２の透明導電膜を兼ねた構成である
   ことを特徴とする請求項１に記載の２次元入力装置。
5. 前記透明な太陽電池は、波長４２０ｎｍ以下の光に感度特性を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の２次元入力装置。
6. 透明な基材上に、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜によって狭持された透明な太陽電池が形成されてなる２次元入力装置本体と、
   前記２次元入力装置に光照射することによって発生する光起電力効果による電圧又は電流を、２次元的に読み込み、光照射位置を特定する電気的検知回路とを有する２次元入力装置を表示面に備える
   ことを特徴とする表示装置。
7. 前記２次元入力装置が、前記表示面の前面板となっている
   ことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記光照射は、波長４２０ｎｍ以下の光を出射することのできる光照射手段によってなされる
   ことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 表示面に、光照射することによって透明な太陽電池に発生する光起電力効果による電圧又は電流を、２次元的に読み込み、位置検知回路によって光照射位置を特定するようにした２次元入力装置を備え、
   前記光照射位置が特定されることにより、表示装置が駆動され、表示面の画像が操作される
   ことを特徴とする表示方法。

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