JP2010026693A - 情報入力装置、画像表示装置およびスタイラスペン - Google Patents

Abstract

【課題】接触だけでなく近接の検出も可能で、パネル表面を傷つけることがなく、かつ、反射効率が高くできるような情報入力を可能とする。
【解決手段】ＩＲ光源３０１ｂと、表示面２００Ａから出力されたＩＲ光が再入射されたときに当該再入射された光を検出する複数の受光素子２１０と、を有する光学パネル２００と、スタイラスペン１と、を有する。スタイラスペン１は、ペン先部３の表面が第１材料で覆われ、第１材料で覆われているペン先部３の内部に、ＩＲ光に対する透過率が第１材料より低く、ＩＲ光に対する反射率が第１材料より高い第２材料からなる反射部４が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定の波長領域の光を外面から出射したときに、外面の外側で発生した反射光を検出することにより情報を入力する情報入力装置と、その情報入力の機能を持つ画像表示装置と、その情報入力時の光の反射に適した構造のスタイラスペンとに関する。

情報入力装置という言葉は、機械的、電気的あるいは光学的に情報を入力する装置一般を指す。しかし、画像の再生や取得その他の機能を実現する場合、操作のために情報の入力は不可欠である。よって、情報入力装置は、操作デバイスとして電子機器に組み込まれる場合が多い。
このうち光学的な情報入力装置は、画像や文字等の情報を表示することが可能なディスプレイ装置と相性がよい。

ユーザの指やスタイラスペン（いわゆるタッチペン等）が表示画面に接触または接近したことを検出するディスプレイ装置が知られている。接触検出はディスプレイの表示内容に応じてユーザがスタイラスペンを操作して行う。このため、表示コンテンツに応じてスタイラスペンの接触に対する意味（操作指令）を自在に変更でき、柔軟性が高い情報入力が可能である。

接触検出は、抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルでも行うことができる。タッチパネルを液晶パネル等の表示パネルの表示面側に付加した表示装置が知られている。
しかしながら、タッチパネルの付加が表示パネルの薄型化に不利であり、コスト増の要因になる。特に抵抗膜方式のタッチパネルは、ある程度の強さで画面を押さないと抵抗値変化が検出できず、そのために表示面を歪ませることになる。また抵抗膜方式のタッチパネルは１点検出が原則であり、用途が限られる。

タッチパネルを必要としない指示位置検出方式として、指示位置検出のための受光素子を表示パネルに内蔵した、光学式の位置検出機能を備える表示装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

光学式の位置検出では、外光の影を受光素子で検出する方式が広く用いられている。
これに対し、特許文献１および２に記載された表示装置は、液晶（または有機ＥＬ）表示パネル内に非可視光（例えば、赤外(ＩＲ)光）に感度をもつ受光素子（以下、光センサという）を有している。液晶表示パネルの場合、液晶表示パネルの一方の主面（背面）側にバックライトが配置されている。バックライトからの光は、可視光成分と非可視光成分（ＩＲ光成分）を含んでおり、液晶表示パネルを透過する際に液晶層で、入力される映像信号に応じた変調を受けて、他の主面（前面または表示面）から出射される。この出射される光（出射光）の可視光成分に対する変調によって、所定の画像表示が行われる。

液晶表示パネルの表示面側に接触または近接した物体（人の指やスタイラスペン等、以下、被検出物という）が存在すると、一部の出射光が被検出物で反射し、反射光となって光センサ側に導かれる。光センサは上記被検出物からの反射光の、特に非可視光成分を検出する。光センサを設けた領域に対応して可視光遮断（非可視光選択）フィルタが設けられ、かつ、この領域では透過光が映像信号に応じた変調を受けないようになっている。このため、表示状態に影響を与えることなく、また周囲の明るさの程度に影響されることなく被検出物の検出が可能である。光センサを多数、規則的（離散的かつ２次元状）に配置することにより被検出物の位置や大きさの検出ができる。

ここで光学式（反射式）の接触検出のためのスタイラスペンは、表示面から出射される非可視光（例えば、ＩＲ光）を反射して受光素子側に戻す役目がある。
よって、スタイラスペンの反射平面によって非可視光を反射するようにした座標検出装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３には、以下のように様々なペン先を有するスタイラスペンが記載されている。
あるスタイラスペンは、弾性変形可能な軟らかい材料のペン先を有し、パネル面との接触に応じてペン先が潰れて変形し、これにより反射面が形成される。
他のスタイラスペンのペン先は、平均的操作角度に応じて予め傾斜した接触面（反射面）を持つ。
他のスタイラスペンは、ボールペンのようにペン先がボール形状を有し、そのボールの一部に平面（反射面）が形成されている。このスタイラスペンをパネル面に接触させると、ボールが回動して平面がパネル面に当接することにより、当該平面が反射面として機能する。
他のスタイラスペンは、球面全体に渡り隣接する６角形の小平面を形成したミラーボール状のペン先を有する。

特開２００５−２７５６４４号公報 特開２００６−３０１８６４号公報 特開２００６−２２７９０７号公報（図２、図４、その説明箇所）

上記した特許文献３に記載された様々なペン先を有するスタイラスペンは、それぞれ以下のような改善点を有する。
弾性変形可能な軟らかい材料のペン先、あるいは、球面の一部が平面となっているボール形状のペン先を有するスタイラスペンは、パネル面と接触しないと反射面が形成されない。このため、スタイラスペンをパネル面に近接させただけではＩＲ光等の検出光を有効に反射できない。
また、軟らかい材料のペン先は、ＩＲ光等の検出光を高い反射率で反射させる材料でありながら、軟らかい材料を選定することが困難である。また、押圧力に応じて反射面の面積が異なるため、認識処理側でマージン設計が難しい。さらに、一般に、軟らかい材料は、ごみが付着しやすく耐久性が低い場合が多い。

これに対し、予め傾斜した接触面を持つペン先、あるいは、ミラーボール状のペン先を有するスタイラスペンは、反射面の面積が異なることがなく、ごみや耐久性の心配はない。
しかし、この場合もパネル面に接触を前提するため、パネル表面を傷つけないようにある程度軟らかい材料とすることと、高反射材料との両立が難しい。また、ミラーボール状のペン先を有するスタイラスペンは、反射光が大きく広がるため、スタイラスペンで指示した、指示しないを単に検出するためには有効であるが、細かな位置座標の指示には向かない。

本発明は、接触だけでなく近接の検出も可能で、パネル表面を傷つけることがなく、かつ、反射効率が高くできるペン先を有するスタイラスペンを提供する。
また、本発明は、そのような利点を持つスタイラスペンを有する情報入力装置と、画像表示装置とを提供するものである。

本発明の第１の観点に関わる情報入力装置は、所定の波長領域の光を発する発光素子と、外面から出力された前記光が当該外面から再入射されたときに当該再入射された光を検出する複数の受光素子と、を有する光学パネルと、前記光学パネルの前記外面に接触または近接したときに前記光を反射し、反射した光を前記光学パネルへ再入射させることによって、情報を入力するスタイラスペンと、を有し、前記スタイラスペンは、ペン先を含む部分の表面が第１材料で覆われ、前記第１材料で覆われている前記ペン先を含む部分の内部に、前記所定の波長領域の光に対する透過率が前記第１材料より低く、前記所定の波長領域の光に対する反射率が前記第１材料より高い第２材料からなる反射部が形成されている。

本発明では好適に、前記スタイラスペンの反射部に、平鏡面、凸状鏡面、微細な凹凸を持つ凸状面、または、凹状鏡面などからなる反射面を有する。
反射面が凹状鏡面の場合、さらに好適に、前記外面に接触した前記スタイラスペンの前記凹状鏡面で反射した前記光が前記複数の受光素子の受光位置に達したときに、当該光が前記受光素子の受光面の面積以下の大きさに絞られるように、前記凹状鏡面の大きさおよび形状と、前記外面から前記受光面までの距離および受光面の大きさとの関係が決められている。

以上の構成を有する情報入力装置において、スタイラスペンは、その反射部の表面は第１材料で覆われ、反射部自身は、所定の波長領域の光に対する反射率が第１材料より高い第２材料からなる。
このため、表面側の第１材料は、パネル表面を傷つけない材料と、所定の波長領域の光を良く透過させる材料であればよく、例えば樹脂などが選定できる。一方、表面よりペン内部に形成される反射部は、「パネル表面を傷つけない」という制約がないため、硬い材料でもよい。よって、所定の波長領域の光を効率よく反射する第２材料の選択範囲が広い。このような第２材料としては、例えば金属材料が選定できる。

このようなペン先のスタイラスペンを、光学パネルの表面に接触または近接させると、光学パネルの発光素子で発生した、所定の波長領域の光が、ペン先の第１材料を透過して内部の第２材料からなる反射部に到達する。このとき、第１材料は透過率が高いため光の損失が殆どない、あるいは、光の損失が、より低減されている。そして、反射率が高い第２材料の反射部で、当該光が反射されて再度、第１材料を透過して光学パネルの外面に戻される。光学パネルの外面に達した反射光は、光学パネル内に再入射され、受光素子で受光され、位置検出や操作指令検出など、所定の目的のための処理に供される。なお、この処理を行う部分は光学パネル内に設ける場合と、設けない場合がある。

なお、反射面を、平鏡面、凸状鏡面、微細な凹凸を持つ凸状面、凹状鏡面の何れとするかは、文字入力や描画等のための位置検出なのか、操作（指令）入力なのか、といった目的に応じて決められる。その目的に応じたスタイラスペンを複数、付属品として備える情報入力装置としてもよい。また、１つのスタイラスペンにおいて、複数色のボールペンのようにペン先を切り替えることで選択して用いることにより、多様な用途や感度の要求に対し１本のスタイラスペンで対応するようにしてもよい。

ここで高い位置検出精度が要求されるような場合、反射面を、受光素子の受光面に集光可能な凹状鏡面とすることも可能である。
このような情報入力装置は、さらに好適に、前記外面に接触した前記スタイラスペンの前記凹状鏡面で反射した前記光が前記複数の受光素子の受光位置に達したときに、当該光が前記受光素子の受光面の面積以下の大きさに絞られるように、前記凹状鏡面の大きさおよび形状と、前記外面から前記受光面までの距離および受光面の大きさとの関係が決められている。

本発明の第２の観点に関わる画像表示装置は、所定の波長領域の光を発する発光素子と、表示面から出力された前記光が当該外面から再入射されたときに当該再入射された光を検出する複数の受光素子と、を有し、前記表示面に画像を表示することが可能な表示パネルと、前記表示パネルの前記表示面に接触または近接したときに前記光を反射し、反射した光を前記光学パネルへ再入射させることによって、情報を入力するスタイラスペンと、を有し、前記スタイラスペンは、ペン先を含む部分の表面が第１材料で覆われ、前記第１材料で覆われている前記ペン先を含む部分の内部に、前記所定の波長領域の光に対する透過率が前記第１材料より低く、前記所定の波長領域の光に対する反射率が前記第１材料より高い第２材料からなる反射部が形成されている。

本発明の第３の観点に関わるスタイラスペンは、ペン先を含む部分の表面が第１材料で覆われ、前記第１材料で覆われている前記ペン先を含む部分の内部に、所定の波長領域の光に対する透過率が前記第１材料より低く、前記所定の波長領域の光に対する反射率が前記第１材料より高い第２材料からなる反射部が形成され、前記光の入射方向に対して前記反射部を向けるか向けないかにより情報を入力可能なスタイラスペンである。

本発明によれば、接触だけでなく近接の検出も可能で、パネル表面を傷つけることがなく、かつ、反射効率が高いペン先を有するスタイラスペンを提供することができる。
また、本発明によれば、そのような利点を持つスタイラスペンを有する情報入力装置と画像表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を、情報入力の機能を兼ね備える液晶表示装置を例として図面を参照して説明する。

《第１実施形態》
本実施形態は、バックライトを有する透過型液晶表示装置に関する。
図１に、透過型液晶表示装置の概略的な全体構成図を示す。

図１に図解する液晶表示装置１００は、「光学パネル」または「表示パネル」としての液晶パネル２００と、バックライト３００と、スタイラスペン１とを有する。
図１にはデータ処理部４００が図解されているが、データ処理部４００は液晶表示装置１００が有する場合と、液晶表示装置１００の外、例えば、液晶表示装置１００を表示部品とする電子機器のプリント基板に実装される場合とがある。

液晶パネル２００は、図１に示すように、ＴＦＴアレイ基板２０１と、いわゆる「対向基板」としてのカラーフィルタ基板（以下、ＣＦ基板）２０２と、液晶層２０３とを有する。
ＴＦＴアレイ基板２０１とＣＦ基板２０２とが間隔を隔てるように対面している。ＴＦＴアレイ基板２０１とＣＦ基板２０２との間に挟まれるように、液晶層２０３が形成されている。特に図示していないが、液晶層２０３を挟むようにして、液晶層２０３の液晶分子の配列方向を揃えるための配向膜が対で形成される。
ＣＦ基板２０２の液晶層２０３側の面に、カラーフィルタ２０４が形成されている。

第１の偏光板２０６と第２の偏光板２０７とのそれぞれが、液晶パネル２００の両面の側において対面するように設置されている。第１の偏光板２０６がＴＦＴアレイ基板２０１の背面側（バックライト側）に配置され、第２の偏光板２０７がＣＦ基板２０２の前面側（表示面２００Ａ側）に配置されている。

液晶層２０３に対面するＴＦＴアレイ基板２０１の側に、図１に示すように、受光素子２１０が配置されている。受光素子２１０は、「光センサ」としてのフォトダイオードと、その読み出し回路を含む。読み出し回路は、受光に応じてフォトダイオードで発生する信号が微弱な場合に増幅してパネル外部に出力する必要から通常はパネル内に配置されるが、必須ではない。したがって、以下の説明でパネル内配置に関し、「受光素子２１０」というとき、実質的に「フォトダイオード」を意味すると考えてもよい。

受光素子２１０は、いわゆるタッチパネルの機能を液晶パネル２００内に持たせるために形成されたものである。液晶パネル２００を表示面２００Ａ（前面）側から見ると、複数の受光素子２１０が、有効表示領域ＰＡ内に規則的に配置される。

図１は、有効表示領域ＰＡに受光素子２１０がマトリクス状に配置されている液晶パネル２００の一断面を示している。複数（図１では５個のみ表示）の受光素子２１０が規則的に（図１では等間隔に）配置されている。受光素子２１０は、位置検出や操作（指令）入力のためには一方向で５個より十分多い数が必要であるが、図１は図示の便宜上、受光素子２１０の表示数を５個と少なくしている。位置検出の機能を有効表示領域ＰＡの一部に限定する場合は、その限定された表示領域に受光素子２１０が規則的に配置される。

有効表示領域ＰＡを表示面２００Ａの外側から見て、図１に示すように、受光素子２１０が形成されている液晶パネル２００の領域を「センサ領域(ＰＡ２)」、その他の液晶パネル２００の領域を「画素領域(ＰＡ１)」と定義する。なお、これらの領域はパネルの厚み方向も含めた三次元的な領域である。
画素領域(ＰＡ１)は、例えば赤(Ｒ),緑(Ｇ),青(Ｂ)などの複数色が画素ごとに割り当てられた画素の配置領域である。色の割り当ては、画素が対向するカラーフィルタの透過波長特性によって決められる。

画素の配置領域（画素領域(ＰＡ１)）に、図１では図示を省略しているが、画素電極と共通電極（対向電極ともいう）が形成されている。画素電極と共通電極は透明電極材料で形成される。ＴＦＴアレイ基板２０１の他方面側（液晶層側）で画素電極の反液晶層側に、画素電極と対向して全画素共通の共通電極が形成される場合がある。または、画素電極がＴＦＴアレイ基板２０１の他方面側に形成され、共通電極が液晶層２０３を挟んでＣＦ基板２０２側の位置に全画素共通で形成される場合がある。
画素の配置領域には、図１で図示していないが、画素構成に応じて、画素電極と対向電極間の液晶容量を補助する補助容量、画素電極への印加電位を、入力される映像信号の電位に応じて制御するスイッチング素子等も形成される。

画素電極、対向電極、液晶層２０３、ならびに、補助容量やスイッチング素子を含んで、液晶表示パネルの光変調部が構成される。

複数色が１色ずつ対応した複数画素からなる単位を「画素ユニット」とすると、画素ユニットに対する受光素子２１０の割合は１：１の場合に、受光素子２１０の配置密度が最大となる。本実施形態において受光素子２１０の配置密度は、上記最大の場合でもよいし、これより小さくてよい。
なお、画素ユニットに対する受光素子２１０の割合が１：１の場合、画素ユニットごとに受光素子２１０が配置される。この場合、図１のように画素領域(ＰＡ１)とセンサ領域(ＰＡ２)が分かれて厳密に区分されない。

ＴＦＴアレイ基板２０１の背面側に、バックライト３００が配置されている。バックライト３００は、液晶パネル２００の背面に対面しており、液晶パネル２００の有効表示領域ＰＡに照明光を出射する。
図１に例示するバックライト３００は、光源３０１と、光源３０１から照射された光を拡散することよって面状の光に変換する導光板３０２とを有している。バックライト３００は、導光板３０２に対する光源３０１の配置位置に応じて、サイドライト型、直下型などがあるが、ここではサイドライト型を例示する。

光源３０１は、液晶パネル２００の背面の対向する２辺に対し、その一方または両方と平行なバックライト３００の１辺側または２辺側に配置される。言い換えると、光源３０１は、表示面２００Ａ（前面）から見た液晶パネル２００の１辺、または、対向する２辺に沿って配置される。ただし、光源３０１を液晶パネル２００の３以上の辺に沿って配置しても構わない。
光源３０１は、例えば、冷陰極管ランプにより構成されている。具体的には、光源３０１は、ガラス管内の低圧水銀蒸気中のアーク放電により発生する紫外線を蛍光体で可視光線に変換して放射する。なお、光源３０１は、冷陰極管ランプに限定されず、例えば、ＬＥＤやＥＬ素子によって構成されてもよい。

ここではＬＥＤにより光源３０１が構成されている。図１は、白色ＬＥＤなどの可視光源３０１ａと、「発光素子」としてのＩＲ光源３０１ｂとが対向する２辺に配置されている場合を例示する。

導光板３０２は、例えば、透光性のアクリル板により構成され、光源３０１からの光を全反射させながら面に沿って（液晶パネル２００の背面に沿う方向の一方側から他方側へ）導光する。導光板３０２の背面には、例えば、導光板３０２と一体的に形成された、若しくは、導光板３０２とは別部材により形成された不図示のドットパターン（複数の突部）が設けられており、導光された光はドットパターンにより散乱されて液晶パネル２００に照射される。なお、導光板３０２の背面側には、光を反射する反射シートが設けられてもよいし、導光板３０２の前面側には、拡散シートやプリズムシートが設けられてもよい。

バックライト３００は、以上の構成を有するため、液晶パネル２００の有効表示領域ＰＡの全面にほぼ均一な平面光を照射する。このとき可視光に混じって一定の割合で非可視光、本例ではＩＲ光がバックライトから液晶パネル２００に照射される。

受光素子２１０内の光センサ（フォトダイオード）は、例えばカソードが電源電圧等の正電圧でバイアスされることで逆バイアスされて使用される。逆バイアスによる形成される空乏層内で光が電子と正孔の対を発生し、ドリフトにより空間的に分離されることで光電流が発生する。この光電流量は入射光量にほぼ比例するため、光量検出デバイスとして機能する。

図２に、受光素子２１０内の光センサ（フォトダイオード）の構造例を示す。
フォトダイオードは、図２（Ａ）に示すＰＩＮ構造または図２（Ｂ）に示すＰＤＮ構造を有する。
フォトダイオードの薄膜半導体層３６において、受光感度を有する領域が、ＰＩＮ構造（図２（Ａ））では不純物が導入されていないＩ領域であり、ＰＤＮ構造（図２（Ｂ））ではＮ型不純物が低濃度に導入されたＤ領域（Ｎ⁻領域）である。

例えば図示のように薄膜半導体層３６に逆バイアスを印加すると、Ｉ領域またはＤ領域の内部に空乏層が拡がる。この空乏化を促進するためにバックゲート制御（コントロールゲートＣＧによる電界制御）を行う。ただし、ＰＩＮ構造ではＰ^＋領域からせいぜい１０[μm]程度の空乏化であるが、ＰＤＮ構造ではＤ領域のほぼ全域が空乏化され、それだけ受光感度を有する面積が広いという利点がある。
コントロールゲートＣＧは、(intrinsic)領域（ＰＩＮ構造の真性半導体領域）またはＤ(doped)領域（ＰＤＮ構造のＮ⁻領域）に対し絶縁膜を介して電界を及ぼす。フォトダイオードは、逆バイアスされて使用され、そのときの空乏化の程度をコントロールゲートＣＧで制御することにより、感度を最適化（通常、最大化）できる構造を有する。
本実施形態では、ＰＩＮ構造、ＰＤＮ構造のいずれも採用可能である。

かかる構造の位置センサとしてのフォトダイオードは、非可視光、例えば赤外光に感度を持つように設計されている。フォトダイオードは赤外光感度が大きいと望ましいが、可視光や近紫外光に感度が大きい場合は、赤外光を選択的に透過させるＩＲフィルタと組み合わせて用いるとよい。

非可視光は、例えば、赤外光または紫外光を含む。なお、国際照明委員会（CIE：Commission International de 1' Eclairage）では、紫外光（これも非可視光の一例である。）と可視光との波長の境界は360［nm］〜400［nm］、可視光と赤外光との波長の境界は760［nm］〜830［nm］としている。ただし、実用的には、350［nm］以下の波長を紫外光、700［nm］以上の波長を赤外光としてもよい。ここでは非可視光の波長範囲を350［nm］以下、700［nm］以上とする。ただし、本実施形態において、非可視光の波長の境界は、上記360［nm］〜400［nm］、760［nm］〜830［nm］の範囲内で任意に規定してよい。

非可視光として赤外光（ＩＲ光）を用いる場合、ＩＲ光に感度ピークをもつフォトダイオードの薄膜半導体層３６（図７）は、価電子帯と伝導帯間のエネルギーバンドギャップが1.1[eV]と、可視光の受光素子のエネルギーバンドギャップ（例えば1.6[eV]）より小さい値をもつ多結晶シリコン、もしくは、結晶シリコンから形成することが好ましい。エネルギーバンドギャップEｇは、Ｅｇ＝ｈν（ｈはプランク定数、ν＝１／λ（λは光の波長））より最適な値が算出される。

一方、アモルファスシリコン、または、微結晶シリコンから薄膜半導体層３６（図７）を形成すると、それらの半導体材料はエネルギーバンドギャップ準位に分布を持つため、赤外線、紫外線に対しても、その受光能力（感度）をもつ。したがって、これらの半導体材料から形成したフォトダイオードは、可視光のみならず、赤外線、紫外線の非可視光においても受光能力を有し、これにより、可視光と非可視光の受光素子として利用可能となる。

以上から、本実施形態に好適に利用できるフォトダイオードは、その薄膜半導体層３６が、多結晶シリコン、結晶シリコン、アモルファスシリコン、または、微結晶シリコンから形成される。いずれにしても、本実施形態におけるフォトダイオードは、可視光の受光のために設計されたフォトダイオードより赤外線の吸収係数が大きくなるように半導体材料が選択され、設計するとよい。そのような設計が難しい場合、フォトダイオードをＩＲ選択フィルタと組み合わせて用いるとよい。

本実施形態では、図１に示すスタイラスペン１に大きな特徴がある。
図３は、図１で詳細に示す液晶パネル２００の構造を簡略化し、代わりに、スタイラスペン１をより詳細に示す図である。
図３に図解するスタイラスペン１は、概観上は、ペン先部３と胴体５とからなる。
ペン先部３は、その内部に胴体５の端面からペンの中心軸に沿って棒状に延びる反射部４を有する。

ペン先部３の外側は、例えば樹脂等の第１材料に覆われている。胴体５は、この第１材料から形成してもよいし、他の材料から形成してもよい。また、胴体５の外側は滑らないようなカバーで覆ってもよい。
ここで第１材料としては、ＩＲ光の透過率が高いプラスチック樹脂、例えばアクリル樹脂、スチロール樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル(Acrylonitrile)とスチレン(Stylene)のコポリマー（共重合化合物)）、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＤＣ樹脂（アリルカーボネイト樹脂）が例示できる。

反射部４は、上記第１材料に比べＩＲ光に対し反射率が高い第２材料、例えば金属材料から形成されている。
第２材料として用いることができる金属材料としては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ)、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ)、マグネシウム（Ｍｇ）、白金（Ｐｔ）、または、これらを多く含む合金、例えば（ＡｇＰｄＣｕ、ＭｇＡｇ等）を例示できる。

反射部４の先端部分に斜めの反射面が形成されている。
反射面は、反射部４の軸（ペンの中心軸）から斜めの所定の向きに、入射光（パネルの出射光）を反射可能に形成されている。

図４は、この反射面が平面、望ましくは平鏡面である場合の光の反射を説明するための図である。また、図５（Ａ）はスタイラスペンの上面図、図５（Ｂ）は正面図、図５（Ｃ）は側面図である。
図５に示すように、反射面４Ａを平鏡面とすると、図４のように液晶パネル２００からの光（出射光）が反射面４Ａ（平鏡面）で反射し、その反射光が平鏡面の傾きに応じた角度で液晶パネル２００内に再入射される。反射面４Ａを鏡面とすると反射率が高くでき、また、乱反射が抑制され不必要に反射光が広がらない。このため検出位置周囲の受光素子２１０におおいてノイズ成分が低減する。また、一旦広がった光は液晶パネル２００内で乱反射して受光素子２１０に到達するため、検出位置周囲に限らず検出位置でも受光素子２１０のノイズレベルが低減する。このため、検出時に受光素子２１０から出力される検出信号のＳ／Ｎ比が向上する。

ここで、液晶パネル２００から真っ直ぐ上に向かう光は、その光路上を戻って液晶パネル２００に再入射させることが望ましい。このためには、反射面４Ａを表示面２００Ａと平行にする必要がある。しかし、人が手で持つスタイラスペン１の角度を正確に保つことはむしろ稀であり、大まかに反射面４Ａを表示面２００Ａと平行にできればよい。スタイラスペン１を持ったときに、そのペン先が透視できて反射部４が外から見えるように構成されていても、人の目から反射面４Ａは見えない。このため、大まかに反射面４Ａを表示面２００Ａと平行にすることすら難しい場合がある。
そこで、本実施形態では、胴体５の外側にマーク６が貼られている。マークが真上のとき反射面４Ａが真下に向かうように、マーク６と反射面４Ａの相対的な位置関係が予め決められている。
これによりユーザは、比較的容易に反射面４Ａと表示面２００Ａをほぼ平行にすることができる。

図解するスタイラスペン１は、金属棒の先端部を所望の角度で斜めに切り、この加工された金属棒を射出成型金型内に入れ、金属棒の周りに樹脂を流して一体成型し、冷却したのち仕上げ加工を行う。その後、マーク６を所定の位置に貼ることで、スタイラスペン１が完成する。

以上のように、本実施形態では、スタイラスペン１のペン先を含む部分の内部に、発光素子としてのＩＲ光源３０１ｂから出力する所定の波長領域の光（本例ではＩＲ光）に対する透過率が第１材料より低く、所定の波長領域の光に対する反射率が第１材料より高い第２材料からなる反射部４が設けられている。
この実施形態では、パネル表面に接触する第１材料と、ＩＲ光を主として反射する第２材料とが役割として分けられる。このため、材料選択の自由度が高く、結果として、パネル表面を傷つけることがなく、高反射率のスタイラスペン１が実現できる。したがって、ＩＲ光源３０１ｂの光量をより低減して低消費電力とする、あるいは、受光素子２１０のＳ／Ｎ比を大きくできる。また、増幅回路なども場合によっては省略できる。
さらに、金属等の反射部４はプラスチック樹脂等のペン先部３に完全に内包されて表面露出しないことによって錆の発生を抑えられる。また、金属が露出させないことで、硬い金属が他部品を傷つける恐れを低減できる。

ペン先部３は透明あるいは半透明の場合、反射部４が見えるので望ましい。しかし、ペン先は小さく見えにくいこともあるためマーク６を貼ると、反射面４Ａを真下にすることが容易となる。
なお、マーク６はシールのように貼ることを前提として説明するが、胴体５の一部を他の部分と異なる形や表面状態とすることで形成してもよい。また、色が付いている場合、色分けによってマーク６を形成してもよい。

以下の実施形態は、反射面に関する形態、マークの変わりとなる窪みをつける形態などに関する。このため、液晶表示装置全体、液晶パネルの構成等、また、スタイラスペンの上記反射面や窪みを除く部分の説明は、上記第１実施形態と共通する。
以下、第１実施形態と異なる箇所に限定して他の実施形態を説明する。

《第２実施形態》
図６は、第２実施形態に関わるスタイラスペンのペン先部分を中心とした構成図である。
図６に図解するスタイラスペン１Ｂは、その反射面４Ｂが、第１実施形態の平鏡面（反射面４Ａ）と異なり凸状の曲面から形成されている。より望ましくは、反射面４Ｂを凸状鏡面とするとよい。鏡面とする効果は、第１実施形態で反射面４Ａを平鏡面とすることと共通する。
平鏡面とするか凸状鏡面とするかは、単に、ペン接触（またはペン近接）による操作が行われたか否かを検出する操作（命令）入力を検出するか、細かな位置検出を、文字入力や描画などのために行うかといった目的に応じて、適した反射面形状がある。
一般的には、凸状鏡面は、操作（命令）入力を検出する目的で採用されることが多い。あるいは、受光素子２１０の配置ピッチが大きいため、ある程度広がった反射光が望ましいという理由から凸状鏡面が、平鏡面に比べて好ましい場合がある。
さらに、単に操作（命令）入力を検出する目的で用いる場合、凸状曲面の表面を鏡面でなく細かな凹凸を形成して（例えばシボ加工して）光を乱反射させるようにしてもよい。光を乱反射させると、入力できるペン軸の角度許容値が大きくでき、使用勝手がよくなるという利点がある。

《第３実施形態》
図７は、第３実施形態に関わるスタイラスペンのペン先部分を中心とした構成図である。
図７に図解するスタイラスペン１Ｃは、その反射面４Ｃが、第１実施形態の平鏡面（反射面４Ａ）、第２実施形態の凸状鏡面（反射面４Ｂ）と異なり凹状の曲面から形成されている。より望ましくは、反射面４Ｃを凹状鏡面とするとよい。鏡面とする効果は、第１実施形態で反射面４Ａを平鏡面とすることと共通する。
反射面を凹状鏡面とする目的は、平鏡面とするか凸状鏡面とする場合と逆に、反射光をより絞った光にするためである。この場合、図７に示すように、反射光は絞られて受光素子２１０に到達するため、ペン先は比較的大きくして、より多くのパネル出射光を反射できるようにできる。

さらに望ましくは、『表示面２００Ａに接触したスタイラスペン１Ｃの凹状鏡面（反射面４Ｃ）で反射した光が複数の受光素子２１０の受光位置に達したときに、当該光が受光素子２１０の受光面の面積以下の大きさに絞られるように、凹状鏡面の大きさおよび形状と、表示面２００Ａから受光面までの距離および受光面の大きさとの関係が決められている』。
このような設計が行われている場合、反射光はほぼ１００[%]に近い割合で、受光素子２１０に入射するため、検出感度やＳ／Ｎ比を最大限にすることが可能となる。
凹状鏡面の採用は、一般に、細かな位置座標の検出が必要な文字入力や描画の目的に適している。

なお、この場合でも、ペン軸の角度許容値が大きくして使用勝手をよくするという目的で、凹状曲面の表面を鏡面でなく細かな凹凸を形成して（例えばシボ加工して）ＩＲ光を乱反射させるようにしてもよい。

《第４実施形態》
図８は、第４実施形態に関わるスタイラスペンのペン先部分を中心とした構成図である。
図８（Ａ）のように手で持つスタイラスペン１は、図８（Ｂ）のように、各指が当たる場所に窪み７Ａ〜７Ｃを予め形成していある。よって、この複数の窪み７Ａ〜７Ｃに正しく指が当たるようにスタイラスペン１を人が持つ、そのとき反射面（４Ａ〜４Ｃ）が真下に向かうように、反射面と窪みの相対的な位置関係が決められている。
これにより、マーク６の意味を知らないユーザであっても的確に反射面をパネル面に対向させることができる。なお、マーク６と併用してもよいし、マーク６の代わりに窪み７Ａ〜７Ｃを形成してもよい。

以上の実施形態は、液晶表示装置を例としたが、有機ＥＬディスプレイ、その他のディスプレイ、例えば電気遊動法を用いた電子ペーパー型のディスプレイにも適用できる。また、表示装置を持つ電子製品は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルスチールカメラ、ＰＣモニタ、テレビなど任意である。

本実施形態によれば、反射面を的確に光学パネルに向かわせると、表示面２００Ａまたはパネル外面に接触する場合だけでなく、近接する場合でもスタイラスペンによる情報入力が可能である。ペン先の材料選択の自由度が高いため、検出精度やＳ／Ｎ比の向上に寄与し、また、スタイラス先端部を細くできるため、デザイン上の自由度も上がり、製品の意匠性が上がる。

また、第１〜第３実施形態のように、反射面を使用目的や反射面の許容角度などの観点から、平鏡面、凸状鏡面、凹状鏡面の何れかを採用できる。また、このような異なる反射面を、１本のスタイラスペンで切り替えるような構成も可能で、その場合、さらに、汎用性、利便性が高まる。

光学パネルに対して反射面を正しく向けるためにマーク６、窪み７Ａ〜７Ｃの一方または両方を形成しておくと、光の利用効率や検出感度やＳ／Ｎ比向上が高い状態での利用ができ、望ましい。

なお、図９のように、スタイラスペンの先端近傍に空洞部分を設け、其の周囲に赤外光を反射する金属膜９を作製してもよい。金属膜９は、使用時にスタイラスペンの先端を押し付けることによって空洞部分が変形し、赤外光の反射光分布が変化する。此の変化を読み取ることにより、スタイラスペンの押し付け力、即ち筆圧を感知する事が可能となり、筆圧に応じて線の太さを変える事が可能となり、多彩な入力が可能となる。

本実施形態に関わる透過型液晶表示装置の概略的な全体構成図である。 受光素子内の光センサ（フォトダイオード）の構造図である。 スタイラスペンをより詳細に示す全体構成図である。 反射面が平面、望ましくは平鏡面である場合の光の反射を説明するための図である。 スタイラスペンの上面図、正面図および側面図である。 第２実施形態に関わるスタイラスペンのペン先部分を中心とした構成図である。 第３実施形態に関わるスタイラスペンのペン先部分を中心とした構成図である。 第４実施形態に関わるスタイラスペンのペン先部分を中心とした構成図である。 変形例の構成図である。

符号の説明

１,１Ｂ,１Ｃ…スタイラスペン、３…ペン先部、４…反射部、４Ａ,４Ｂ,４Ｃ…反射面、５…胴体、６…マーク、７Ａ〜７Ｃ…窪み、１００…液晶表示装置、２００…液晶パネル、２００Ａ…表示面、２０１…ＴＦＴアレイ基板、２０２…ＣＦ基板、２０３…液晶層、３００…バックライト、３０１ｂ…ＩＲ光源、ＰＡ…有効表示領域、ＰＡ１…画素領域、ＰＡ２…センサ領域、ＣＡ…周辺領域

Claims (20)

1. 所定の波長領域の光を発する発光素子と、外面から出力された前記光が当該外面から再入射されたときに当該再入射された光を検出する複数の受光素子と、を有する光学パネルと、
   前記光学パネルの前記外面に接触または近接したときに前記光を反射し、反射した光を前記光学パネルへ再入射させることによって、情報を入力するスタイラスペンと、
   を有し、
   前記スタイラスペンは、
   ペン先を含む部分の表面が第１材料で覆われ、
   前記第１材料で覆われている前記ペン先を含む部分の内部に、前記所定の波長領域の光に対する透過率が前記第１材料より低く、前記所定の波長領域の光に対する反射率が前記第１材料より高い第２材料からなる反射部が形成されている
   情報入力装置。
2. 前記反射部の一部に反射面が形成されている
   請求項１に記載の情報入力装置。
3. 前記反射面は平鏡面である
   請求項２に記載の情報入力装置。
4. 前記反射面は凸状鏡面である
   請求項２に記載の情報入力装置。
5. 前記反射面は微細な凹凸を持つ凸状面である
   請求項２に記載の情報入力装置。
6. 前記反射面は凹状鏡面である
   請求項２に記載の情報入力装置。
7. 前記外面に接触した前記スタイラスペンの前記凹状鏡面で反射した前記光が前記複数の受光素子の受光位置に達したときに、当該光が前記受光素子の受光面の面積以下の大きさに絞られるように、前記凹状鏡面の大きさおよび形状と、前記外面から前記受光面までの距離および受光面の大きさとの関係が決められている
   請求項６に記載の情報入力装置。
8. 前記反射面は、前記スタイラスペンの中心軸から斜めの所定の向きに前記光を反射可能に形成されており、
   前記中心軸の周回方向で前記反射面と反対側の、前記スタイラスペンの外面部分に、前記反射面と反対側であることを示すマークが付されている
   請求項２に記載の情報入力装置。
9. 前記スタイラスペンは、
   筆記ペンと同様にして手で握ったときに複数の指が当たる位置に、各指に応じた形状の複数の窪みを有し、
   前記反射面は、前記スタイラスペンの中心軸から斜めの所定の向きに前記光を反射可能に形成されており、
   前記複数の窪みと前記複数の指との対応が正しくなるように前記スタイラスペンを握ってペン先を前記光学パネルの前記外面に接触させたときに、前記反射面が前記光学パネルの外面側に向くように、前記反射面に対する前記複数の窪みの相対位置関係が決められている
   請求項２に記載の情報入力装置。
10. 前記第１材料が樹脂であり、前記第２材料が金属である
    請求項１に記載の情報入力装置。
11. 所定の波長領域の光を発する発光素子と、表示面から出力された前記光が当該外面から再入射されたときに当該再入射された光を検出する複数の受光素子と、を有し、前記表示面に画像を表示することが可能な表示パネルと、
    前記表示パネルの前記表示面に接触または近接したときに前記光を反射し、反射した光を前記光学パネルへ再入射させることによって、情報を入力するスタイラスペンと、
    を有し、
    前記スタイラスペンは、
    ペン先を含む部分の表面が第１材料で覆われ、
    前記第１材料で覆われている前記ペン先を含む部分の内部に、前記所定の波長領域の光に対する透過率が前記第１材料より低く、前記所定の波長領域の光に対する反射率が前記第１材料より高い第２材料からなる反射部が形成されている
    画像表示装置。
12. ペン先を含む部分の表面が第１材料で覆われ、
    前記第１材料で覆われている前記ペン先を含む部分の内部に、所定の波長領域の光に対する透過率が前記第１材料より低く、前記所定の波長領域の光に対する反射率が前記第１材料より高い第２材料からなる反射部が形成され、
    前記光の入射方向に対して前記反射部を向けるか向けないかにより情報を入力可能な、
    スタイラスペン。
13. 前記反射部の一部に反射面が形成されている
    請求項１２に記載のスタイラスペン。
14. 前記反射面は平鏡面である
    請求項１３に記載のスタイラスペン。
15. 前記反射面は凸状鏡面である
    請求項１３に記載のスタイラスペン。
16. 前記反射面は微細な凹凸を持つ凸状面である
    請求項１３に記載のスタイラスペン。
17. 前記反射面は凹状鏡面である
    請求項１３に記載のスタイラスペン。
18. 前記反射面は、前記スタイラスペンの中心軸から斜めの所定の向きに前記光を反射可能に形成されており、
    前記中心軸の周回方向で前記反射面と反対側の、前記スタイラスペンの外面部分に、前記反射面と反対側であることを示すマークが付されている
    請求項１３に記載のスタイラスペン。
19. 前記スタイラスペンは、
    筆記ペンと同様にして手で握ったときに複数の指が当たる位置に、各指に応じた形状の複数の窪みを有し、
    前記反射面は、前記スタイラスペンの中心軸から斜めの所定の向きに前記光を反射可能に形成されており、
    前記複数の窪みと前記複数の指との対応が正しくなるように前記スタイラスペンを握ったときに前記反射面が真下を向くように、前記反射面に対する前記複数の窪みの相対位置関係が決められている
    請求項１３に記載のスタイラスペン。
20. 前記第１材料が樹脂であり、前記第２材料が金属である
    請求項１２に記載のスタイラスペン。

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