JP2010204995A - 位置検出機能付き表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出用の受光素子の構成を改良して、小型化および低コスト化を図ることのできる位置検出機能付き表示装置および電子機器を提供すること。
【解決手段】位置検出機能付き表示装置１００では、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを有していることを利用して、光学式位置検出装置１０の受光素子１５として、電気光学パネル２０に形成された受光素子を用いる。このため、受光素子を外付けする必要がない。また、受光素子１５は、電気光学パネル２０の画像表示領域２０Ｒの内側に形成されているため、対象物体Ｏｂで反射した位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを確実に受光することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置、および当該位置検出機能付き表示装置を備えた電子機器に関するものである。

携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている。

かかる位置検出装置での検出方式としては、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、光学式などが知られている。抵抗膜方式は低コストであるが静電容量方式とともに透過率が低く、超音波方式や静電容量方式は高い応答速度を有するが、耐環境性が低い。これに対して、光学式は耐環境性、透過率、応答速度をそれぞれ高くすることができるという特徴がある（特許文献１、２参照）。

特開２００４−２９５６４４号公報 特開２００４−３０３１７２号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の光学式位置検出装置では、電気光学パネルに対して受光素子を外付けした構成になっているため、少なくとも、受光素子を搭載するスペースの分は、厚さ方向あるいは外形において光学式位置検出装置のサイズが大型化してしまうという問題点がある。また、電気光学パネルに対して受光素子を外付けした構成では、コストが増大するという問題点もある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、位置検出用の受光素子の構成を改良して、小型化および低コスト化を図ることのできる位置検出機能付き表示装置、およびかかる位置検出機能付き表示装置を備えた電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、位置検出用赤外光を出射する位置検出用光源、および検出領域内の対象物体によって反射した前記位置検出用赤外光を受光する受光素子を備え、当該受光素子での検出結果に基づいて対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置と、前記検出領域と重なる領域に電気光学パネルの画像表示領域を備えた画像生成装置と、を有し、前記受光素子は、前記電気光学パネルに形成された半導体素子からなることを特徴とする。

本発明では、光学式位置検出装置と画像生成装置とを有していることを利用して、光学式位置検出装置の受光素子として、電気光学パネルに形成された半導体素子を用いる。このため、受光素子を外付けする必要がないので、受光素子を搭載するスペースの分は、位置検出機能付き表示装置および光学式位置検出装置の厚さ方向あるいは外形のサイズを小型化することができる。また、電気光学パネルなどに対して受光素子を外付けする必要がないので、低コスト化を図ることができる。

本発明において、前記受光素子は、前記電気光学パネルにおいて画素電極が形成されている基板上に形成されていることが好ましい。前記電気光学パネルにおいて画素電極が形成されている基板上には、画素スイッチング用のトランジスターなども形成されるため、画素スイッチング用のトランジスターの製造工程の一部を利用して受光素子を形成することができる。従って、電気光学パネルに受光素子を形成する場合でも、製造工程数の増大を最小限に抑えることができる。

本発明において、前記受光素子は、前記電気光学パネルの前記画像表示領域の内側に形成されていることが好ましい。電気光学パネルの画像表示領域と光学式位置検出装置の検出領域とは重なっているため、画像表示領域内に受光素子を形成すれば、対象物体で反射した位置検出用赤外光を確実に受光することができる。

本発明において、前記受光素子は、前記電気光学パネルに１つ形成される場合の他、電気光学パネルに複数形成される場合がある。

本発明において、前記受光素子が前記電気光学パネルに複数形成される場合、前記複数の受光素子によって前記検出領域内の２以上の対象物体の各々によって反射した前記位置検出用赤外光を独立して受光することにより、当該２つ以上の対象物体の各々の位置を検出するように構成することが好ましい。かかる構成によれば、検出領域内の２つ以上の対象物体の各々の位置を検出することができるので、２つ以上の対象物体の相対的な動きを利用した情報入力を行なうことができる。

本発明において、前記電気光学パネルは、異なる複数の色に対応する画素を備え、前記受光素子は、同一の色に対応する画素内に形成されていることが好ましい。かかる構成を採用すれば、例えば、受光素子が形成された画素では、画素開口率（画素内において表示光を出射可能な領域が占める割合）が低くなっている場合でも、該当する色の画素に対する画像信号を補正して輝度を高めるなどの対策を行なうことができるので、品位の高いカラー画像を表示することができる。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の画素が存在する場合、これら３色のうち、視認性が最も高い緑色（Ｇ）の画素に受光素子を形成すれば、緑色（Ｇ）の画素の画素開口率が低くなっても、品位の高いカラー画像を表示することができる。

本発明において、前記光学式位置検出装置は、前記位置検出用光源から出射された前記位置検出用赤外光を内部に採り込む光入射面、および該光入射面から入射した前記位置検出用赤外光を前記検出領域に向けて出射する光出射面を備えた導光板を前記電気光学パネルに対して前記検出領域が位置する側とは反対側に有していることが好ましい。かかる構成によれば、位置検出用赤外光が導光板の光出射面から出射され、これが導光板の出射側に配置された対象物体によって反射されると、この反射光が受光素子によって検出される。ここで、位置検出用赤外光が導光板中で伝播して出射されるまでの減衰率は位置によって相違する。従って、受光素子での検出結果から、対象物体の位置を検出することができる。それ故、検出領域に沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストに位置検出装置を構成することができる。

本発明において、前記位置検出用光源として、前記第１位置検出用赤外光を出射する第１位置検出用光源と、前記第２位置検出用赤外光を出射する第２位置検出用光源と、を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、第１位置検出用光源による検出結果と第２位置検出用赤外光による検出結果との光量比や位相差などから、第１位置検出用光源と第２位置検出用光源とが離間する方向での対象物体の接近位置を正確に検出することができる。

本発明において、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源からなる光源対を２組備え、当該２組の光源対は、出射光軸が交差する方向に向いていることが好ましい。かかる構成によれば、一方の光源対の第１位置検出用光源による検出結果と第２位置検出用赤外光による検出結果との光量比や位相差などから、一方の光源対において第１位置検出用光源と第２位置検出用光源とが離間する方向での対象物体の接近位置を検出することができる。また、他方の光源対の第１位置検出用光源による検出結果と第２位置検出用赤外光による検出結果との光量比や位相差などから、他方の光源対において第１位置検出用光源と第２位置検出用光源とが離間する方向での対象物体の接近位置を検出することができる。

本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器に用いられる。

本発明の第１実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の第１実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を模式的に示す断面図、および導光板内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の電気光学パネルの電気的構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の電気光学パネルの画素構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の電気光学パネルの電気的構成を示す説明図である。 本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の第１実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を模式的に示す断面図、および導光板内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。

図１および図２（ａ）において、本形態の位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、例えば、画像生成装置２００によって表示された画像に基づいて、指などの対象物体Ｏｂを検出領域１０Ｒに接近させた際、対象物体Ｏｂの平面的な位置を検出する。

かかる光学式位置検出装置１０は、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する光入射部１３ａ〜１３ｄを周囲の端面部に備えた導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた受光素子１５とを備えており、導光板１３は、内部を伝播した位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを出射する光出射面１３ｓを一方の表面（図示上面）に備えている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部１３ａ〜１３ｄと対向するように配置され、好ましくは光入射部１３ａ〜１３ｄと密接するように配置されている。

導光板１３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板１３において、光出射面１３ｓ、または光出射面１３ｓの反対側の背面１３ｔには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して内部を伝播する光は、その伝播方向に進むに従って徐々に偏向されて光出射面１３ｓより出射される。導光板１３の背後には反射シートなどで構成される反射板１４が配置され、反射板１４は、導光板１３の背面１３ｔから出射される位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを導光板１３の内部に戻すように機能する。

本形態において、導光板１３は、４つの辺部分１３ｉ〜１３ｌを備えた略四角形の平面形状を備えており、四角形の４つの角部分１３ｅ〜１３ｈが各々、光入射部１３ａ〜１３ｄになっている。ここで、光入射部１３ａ〜１３ｄは、例えば、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈを除去してなる端面（光入射面）により構成されている。

位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する。ここで、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、指やタッチペンなどの対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましい。例えば、対象物体Ｏｂが指などの人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線、例えば波長で８５０ｎｍ付近の近赤外線であることが望ましい。

位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出用赤外光を放出するように構成される。本形態において、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、任意の２つの位置検出用光源は対になって第１光源対を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源対を構成している。本形態では、導光板１３の対角位置に配置された位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂが第１光源対を構成し、他の２つの位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄが第２光源対を構成している。この場合、第１光源対では、２つの位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂの一方が第１位置検出用光源とされ、他方が第２位置検出用光源として用いられる。従って、第１光源対では、位置検出用赤外光Ｌ２ａが第１位置検出用赤外光に相当し、位置検出用赤外光Ｌ２ｂが第２位置検出用赤外光に相当する。また、導光板１３の光入射部１３ａ、１３ｂの一方が第１光入射部に相当し、他方が第２光入射部に相当する。このため、第１源対において、第１の位置検出用光源１２Ａと第２の位置検出用光源１２Ｂは導光板１３を挟んで対向した状態にある。

また、第２光源対では、２つの位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄの一方が第１位置検出用光源とされ、他方が第２位置検出用光源として用いられる。従って、第２光源対では、位置検出用赤外光Ｌ２ｃが第１位置検出用赤外光に相当し、位置検出用赤外光Ｌ２ｄが第２位置検出用赤外光に相当する。また、導光板１３の光入射部１３ｃ、１３ｄの一方が第１光入射部に相当し、他方が第２光入射部に相当する。このため、第２光源対において、第１の位置検出用光源１２Ｃと第２の位置検出用光源１２Ｄは導光板１３を挟んで対向した状態にある。

このように構成した位置検出機能付き表示装置１００において、第１光源対における中心光軸と第２光源対における中心光軸とは互いに交差している。このため、第１の位置検出用赤外光Ｌ２ａと第２の位置検出用赤外光Ｌ２ｂは、導光板１３の内部では、矢印Ｘで示す方向において互いに逆向きに伝播し、それらの伝播方向に沿って徐々に光出射面１３ｓから出射される。これに対して、第１の位置検出用赤外光Ｌ２ｃと第２の位置検出用赤外光Ｌ２ｄは、矢印Ｘで示す方向に対して交差する方向（矢印Ｙで示す方向）において互いに逆向きに伝播し、それらの伝播方向に沿って徐々に光出射面１３ｓから出射される。

本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るための光学シート１６が配置されている。本形態においては、光学シート１６として、導光板１３の光出射面１３ｓに対向する第１プリズムシート１６１と、第１プリズムシート１６１に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する第２プリズムシート１６２と、第２プリズムシート１６２に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する光散乱板１６３とが用いられている。なお、光学シート１６に対して導光板１３が位置する側とは反対側には矩形枠状の遮光シート１７が光学シート１６の周囲に配置されている。かかる遮光シート１７は、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから出射された位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが漏れるのを防止する。

（画像生成装置２００の構成）
画像生成装置２００は、光学シート１６（第１プリズムシート１６１、第２プリズムシート１６２および光散乱板１６３）に対して導光板１３が位置する側とは反対側に電気光学パネル２０を備えている。詳しくは図３および図４を参照して後述するように、電気光学パネル２０は、透過型の液晶パネルであり、素子基板２１と対向基板２２をシール材２３で貼り合わせ、基板間に液晶２４を充填した構造を有している。本形態において、電気光学パネル２０は、アクティブマトリクス型液晶パネルであり、素子基板２１には透光性の画素電極、データ線、走査線、画素スイッチング用のトランジスター（図示せず）が形成され、対向基板２２には透光性の共通電極（図示せず）が形成されている。なお、画素電極および共通電極の双方が素子基板２１に形成されることもある。かかる電気光学パネル２０では、各画素に対して走査線を介して走査信号が出力され、データ線を介して画像信号が出力されると、複数の画素の各々で液晶２４の配向が制御される結果、画像表示領域２０Ｒに画像が形成される。

電気光学パネル２０において、素子基板２１には、対向基板２２の外形より周囲に張り出した基板張出部２１ｔが設けられている。この基板張出部２１ｔの表面上には駆動回路などを構成する電子部品２５が実装されている。また、基板張出部２１ｔには、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）などの配線部材２６が接続されている。なお、素子基板２１自身に駆動回路が構成されている場合、基板張出部２１ｔ上には配線部材２６のみが実装されることになる。なお、必要に応じて素子基板２１および対向基板２２の外面側には偏光板（図示せず）が配置される。

ここで、対象物体Ｏｂの平面位置を検出するためには、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを対象物体Ｏｂによる操作が行われる視認側へ出射させる必要があり、電気光学パネル２０は、導光板１３および光学シート１６よりも視認側（操作側）に配置されている。従って、電気光学パネル２０において、画像表示領域２０Ｒは、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過可能に構成される。

画像生成装置２００は、電気光学パネル２０を照明するための照明装置４０を備えている。本形態において、照明装置４０は、導光板１３に対して電気光学パネル２０が位置する側とは反対側において導光板１３と反射板１４との間に配置されている。

照明装置４０は、照明用光源４１と、この照明用光源４１から放出される照明光を伝播させながら出射する照明用導光板４３とを備えており、照明用導光板４３は、矩形の平面形状を備えている。照明用光源４１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、例えば白色の照明光Ｌ４を放出する。本形態において、照明用光源４１は、照明用導光板４３の辺部分４３ａに沿って複数、配列されている。

図２（ａ）に示すように、照明用導光板４３は、辺部分４３ａに隣接する光出射側の表面部分（光出射面４３ｓの辺部分４３ａ側の外周部）に傾斜面４３ｇが設けられ、照明用導光板４３は、辺部分４３ａに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面４３ｇを有する入光構造によって、光出射面４３ｓが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分４３ａの高さを照明用光源４１の光放出面の高さに対応させてある。

かかる照明装置４０において、照明用光源４１から出射された照明光は、照明用導光板４３の辺部分４３ａから照明用導光板４３の内部に入射した後、照明用導光板４３の内部を反対側の外縁部４３ｂに向けて伝播し、一方の表面である光出射面４３ｓから出射される。ここで、照明用導光板４３は、辺部分４３ａ側から反対側の外縁部４３ｂに向けて内部伝播光に対する光出射面４３ｓからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板４３の光出射面４３ｓ、または背面４３ｔに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度などを上記内部伝播方向に向けて徐々に高めることで実現される。このような導光構造を設けることで、辺部分４３ａから入射した照明光Ｌ４は光出射面４３ｓからほぼ均一に出射される。

本形態において、照明用導光板４３は、電気光学パネル２０の視認側とは反対側で電気光学パネル２０の画像表示領域２０Ｒと平面的に重なるように配置され、いわゆるバックライトとして機能する。但し、照明用導光板４３を電気光学パネル２０の視認側に配置して、いわゆるフロントライトとして機能するように構成してもよい。また、本形態において、照明用導光板４３は導光板１３と反射板１４との間に配置されているが、照明用導光板４３を光学シート１６と導光板１３との間に配置してもよい。また、照明用導光板４３と導光板１３とは共通の導光板として構成してもよい。また、本形態では、光学シート１６を位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄと照明光Ｌ４との間で共用としている。但し、照明用導光板４３の光出射側に、上記の光学シート１６とは別の専用の光学シートを配置してもよい。これは、照明用導光板４３においては光出射面４３ｓから出射される照明光Ｌ４の平面輝度を均―化することを目的に、十分な光散乱作用を呈する光散乱板を用いることが多いが、位置検出用の導光板１３においては光出射面１３ｓから出射される位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを大きく散乱させてしまうと位置検出の妨げとなる。このため、光散乱板を設けないか、あるいは比較的軽度の光散乱作用を呈する光散乱板を用いる必要があることから、光散乱板については照明用導光板４３の専用品とすることが好ましい。但し、プリズムシート（第１プリズムシート１６１や第２プリズムシート１６２）などの集光作用のある光学シートについては共用としても構わない。

（検出領域の構成）
図２（ａ）に示すように、電気光学パネル２０の視認側（操作側）には光透過性を有する表装板３０が配置され、表装板３０に対してさらに視認側（操作側）には、位置検出機能付き表示装置１００を保持固定するための枠体や、位置検出機能付き表示装置１００を搭載する電子機器の筐体などで構成される表面板３１（図２（ａ）に二点鎖線で示す。）が配置されている。表面板３１には、表装板３０のうちの光学式位置検出装置１０の検出領域１０Ｒ、および電気光学パネル２０の画像表示領域２０Ｒを露出させる開口部３１ａが形成されている。

検出領域１０Ｒは、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面範囲であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる平面範囲である。本形態において、検出領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分を備えている。隣接する各辺の角部分の内角は９０度となっており、かかる内角は、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度とされている。但し、角部分の内角は、表面板３１の開口部３１ａの角部分により規定されているので、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角とは独立して設定することができる。

本形態において、検出領域１０Ｒは、表面板３１の開口部３１ａによって規定されているが、導光板１３の光出射面１３ｓ自身によって規定された構成、電気光学パネル２０の位置検出用赤外光の透過領域によって規定された構成、その他の遮光部材によって規定された構成など、結果として位置検出用赤外光が視認側（操作側）に出射される範囲であれば、その態様は特に問わない。また、表装板３０や表面板３１は設けられていなくても構わない。例えば、表装板３０が設けられずに電気光学パネル２０が直接、露出した構造としてもよい。

本形態において、電気光学パネル２０の画像表示領域２０Ｒは、電気光学パネル２０において表示画像が表示される平面範囲である。本形態において、画像表示領域２０Ｒは四つの辺を備えた矩形状であり、検出領域１０Ｒと合同形状を有し、その位置は検出領域１０Ｒと平面的に完全に一致している。但し、検出領域１０Ｒと画像表示領域２０Ｒとは少なくとも一部が平面的に重なっていればよい。

（電気光学パネル２０の構成）
図３は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き表示装置１００の電気光学パネル２０の電気的構成を示す説明図である。

図１および図２（ａ）を参照して説明した画像生成装置２００において、電気光学パネル２０は、透過型の液晶パネルであり、図３に示すように、その中央領域は、複数の画素２０ａがマトリクス状に配列された画像表示領域２０Ｒになっている。かかる電気光学パネル２０において、素子基板２１には、複数本のデータ線６ａおよび複数本の走査線３ａが縦横に延びており、それらの交点に対応する位置に画素２０ａが構成されている。複数の画素２０ａの各々には、画素スイッチング素子としての薄膜トランジスター２０ｔおよび画素電極９ａが形成されている。薄膜トランジスター２０ｔのソースにはデータ線６ａが電気的に接続され、薄膜トランジスター２０ｔのゲートには走査線３ａが電気的に接続され、薄膜トランジスター２０ｔのドレインには画素電極９ａが電気的に接続されている。

かかる素子基板２１において、データ線６ａにはデータ線駆動回路１０１が接続し、走査線３ａには走査線駆動回路１０４が接続されている。ここで、データ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４は、薄膜トランジスター２０ｔと同時形成されたトランジスターによって構成される場合の他、図１に示す電子部品２５に内蔵されている場合がある。

各画素２０ａにおいて、画素電極９ａは、図１に示す対向基板２２に形成された共通電極と液晶を介して対向し、液晶容量２０ｃを構成している。また、各画素２０ａには、液晶容量２０ｃで保持される画像信号がリークするのを防ぐために、液晶容量２０ｃと並列に保持容量２０ｅが付加されている。本形態では、保持容量２０ｅを構成するために、走査線３ａと並列するように容量線３ｂが形成されており、かかる容量線３ｂは共通電位線（図示せず）に接続され、所定の電位に保持されている。なお、保持容量２０ｅは前段の走査線３ａとの間に形成される場合もある。

（画素構成）
図４は、本発明の第１実施形態に係る位置検出機能付き表示装置１００の電気光学パネル２０の画素構成を示す断面図である。図４に示すように、素子基板２１では、ガラスなどの透光性基板２１ｄの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜２１ｅが形成されているとともに、その表面側において、画素電極９ａと重なる位置にＮチャネル型の薄膜トランジスター２０ｔが形成されている。薄膜トランジスター２０ｔにおいて、島状の半導体膜１ａには、ソース領域１ｄおよびドレイン領域１ｅが形成されている。半導体膜１ａの上層にはシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜２１ｆが形成され、ゲート絶縁膜２１ｆの上層に走査線３ａが形成されている。走査線３ａの一部は、ゲート電極としてゲート絶縁膜２１ｆを介してチャネル形成領域１ｂに対向している。

薄膜トランジスター２０ｔの上層側には、層間絶縁膜２１ｇ、２１ｈが形成されている。層間絶縁膜２１ｈの表面にはデータ線６ａおよびドレイン電極６ｂが形成され、データ線６ａは、層間絶縁膜２１ｈに形成されたコンタクトホールを介してソース領域１ｄに電気的に接続している。層間絶縁膜２１ｇの表面にはＩＴＯ膜からなる画素電極９ａが形成されている。画素電極９ａは、層間絶縁膜２１ｇに形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極６ｂに電気的に接続し、このドレイン電極６ｂは、層間絶縁膜２１ｇおよびゲート絶縁膜２１ｆに形成されたコンタクトホールを介してドレイン領域１ｅに電気的に接続している。ドレイン領域１ｅからの延設部分１ｆ（下電極）に対しては、ゲート絶縁膜２１ｆと同時形成された絶縁膜（誘電体膜）を介して、走査線３ａと同層の容量線３ｂが上電極として対向することにより、保持容量２０ｅが構成されている。

対向基板２２には、ガラスなどの透光性基板２２ｄにおいて、画素電極９ａの間と対向する位置にブラックマトリクスなどと称せられる遮光膜２２ａが形成され、かかる遮光膜２２ａで囲まれた領域にカラーフィルター２２ｅが形成されている。対向基板２２において、遮光膜２２ａおよびカラーフィルター２２ｅの上層側にはＩＴＯ膜からなる共通電極２２ｆが形成されている。かかる対向基板２２と素子基板２１との間には液晶２４が保持されている。

このように構成した電気光学パネル２０において、複数の画素２０ａは、カラーフィルター２２ｅによって、図３に示すように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対向するサブ画素として機能する。

（受光素子１５の構成）
図１、図２（ａ）、図３および図４において、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０の受光素子１５は、電気光学パネル２０に形成されたフォトダイオードからなる。本形態において、受光素子１５は、素子基板２１において、画像表示領域２０Ｒの内側のうち、複数の画素２０ａのうちの１つの画素２０ａ内に形成されている。このため、本形態の位置検出機能付き表示装置１００および光学式位置検出装置１０には、外付けの受光素子が用いられていない。

かかる受光素子１５を構成するにあたって、本形態では、図４に示すように、素子基板２１において下地保護膜２１ｅとゲート絶縁膜２１ｆとの層間にＰＩＮ接合型フォトダイオード（半導体素子）が形成されている。受光素子１５において、半導体膜１ｗにはＮ型領域１ｘ、真性領域１ｙおよびＰ型領域１ｚが順に並んでいる。また、受光素子１５に対しては、層間絶縁膜２１ｇの上層に形成された配線６ｈ、６ｉが各々、コンタクトホールを介してＮ型領域１ｘおよびＰ型領域１ｚに電気的に接続している。半導体膜１ｗに対して透光性基板２１ｄが位置する側、本形態では、透光性基板２１ｄと下地保護膜２１ｅとの層間には、受光素子１５と重なるように、モリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングステン膜、タンタル膜、クロム膜などの単層膜あるいは積層膜などからなる遮光膜２１ｉが形成されている。このため、導光板１３から出射された位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが直接、真性領域１ｙに入射することはない。

かかる受光素子１５において、半導体膜１ｗは、薄膜トランジスター２０ｔを構成する半導体膜１ａと同時形成されたポリシリコン膜である。Ｎ型領域１ｘは、薄膜トランジスター２０ｔの高濃度Ｎ型領域を形成する際に同時形成された高濃度Ｎ型領域である。Ｐ型領域１ｚは高濃度Ｐ型領域である。素子基板２１上に相補型薄膜トランジスターを形成する場合、Ｐ型領域１ｚは、相補型薄膜トランジスターの高濃度Ｐ型領域を形成する際に同時形成される。配線６ｈ、６ｉは、データ線６ａおよびドレイン電極６ｂと同時形成された金属膜である。

このように構成した受光素子１５は、対向基板２２の側から入射してくる位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを検出可能である。ここで、受光素子１５が赤外光のみに感応し、可視光に感応しないようにするには、例えば、真性領域１ｙにおいて対向基板２２側に位置する受光部１５ａに対して、対向基板２２側で重なる領域に波長選択用のフィルター１ｕを設ければよい。

（検出原理）
図１および図２（ａ）、（ｂ）を参照して、受光素子１５での検出に基づいて対象物体Ｏｂの位置情報の取得方法について説明する。この位置情報の取得方法は種々のものが考えられるが、例えば、そのー例として、二つの位置検出用赤外光の検出光量の比率に基づいてそれらの減衰係数の比率を求め、この減衰係数の比率から両位置検出用赤外光の伝播距離を求めることにより、対応する二つの光源を結ぶ方向の位置座標を求める方法が挙げられる。

以下、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂを各々、第１位置検出用光源および第２位置検出用光源として用い、位置検出用赤外光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを各々、第１位置検出用赤外光および第２位置検出用赤外光として用いた場合を中心に説明する。

本形態の位置検出機能付き表示装置１００においては、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから放出された位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは各々、光入射部１３ａ〜１３ｄから導光板１３の内部に入射し、導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから出射される。その結果、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、光出射面１３ｓから面状に放出される。

例えば、位置検出用赤外光Ｌ２ａは光入射部１３ａから光入射部１３ｂに向けて導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。また、位置検出用赤外光Ｌ２ｂは光入射部１３ｂから光入射部１３ａに向けて導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。

そして、位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、光学シート１６および電気光学パネル２０を透過して表装板３０の視認側（操作側）に検出領域１０Ｒ全体から出射される。従って、表装板３０の視認側（操作側）に指などの対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより上記位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが反射され、その反射光の一部が上記受光素子１５により検出される。

その際、図２（ｂ）に示すように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂから出射された位置検出用赤外光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは各々、導光板１３の光出射面１３ｓから出射されながら進行する。このため、検出領域１０Ｒに出射される位置検出用赤外光Ｌ２ａの光量は、図２（ｂ）に実線で示すように、位置検出用光源１２Ａからの距離に減衰し、検出領域１０Ｒに出射される位置検出用赤外光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｂ）に点線で示すように、位置検出用光源１２Ｂからの距離に正の相関関係をもって減衰する。

ここで、第１の位置検出用光源１２Ａの制御量（例えば電流量）、変換係数、および放出光量をＩａ、ｋ、およびＥａ、第２の位置検出用光源１２Ｂの制御量（電流量）、変換係数、および放出光量をＩｂ、ｋ、およびＥｂとすれば、
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ
となる。また、第１の位置検出用赤外光Ｌ２ａの減衰係数、および検出光量をｆａ、およびＧａ、第２の位置検出用赤外光Ｌ２ｂの減衰係数、および検出光量をｆｂ、およびＧｂとすれば、
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ
となる。

従って、受光素子１５において両位置検出用赤外光の検出光量の比であるＧａ／Ｇｂが検出できるとすれば、
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ・Ｅａ）／（ｆｂ・Ｅｂ）＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
となるから、放出光量の比Ｅａ／Ｅｂ、および制御量の比Ｉａ／Ｉｂに相当する値が分かれば、減衰係数の比ｆａ／ｆｂが分る。この減衰係数の比と両位置検出用赤外光の伝播距離の比との間には正の相関があるので、この相関関係を予め設定しておくことで、対象物体Ｏｂの位置情報（第１位置検出用光源から第２位置検出用光源へ向かう方向の位置座標）を得ることができる。

上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求める方法としては、例えば、第１の位置検出用光源１２Ａと第２の位置検出用光源１２Ｂを逆相で点滅（例えば、矩形波状若しくは正弦波状の駆動信号を伝播距離の差に起因する位相差が無視できる周波数で相互に１８０度の位相差を持つように動作）させた上で、検出光量の波形を解析する。より現実的には、例えば、一方の制御量Ｉａを固定し（Ｉａ＝Ｉｍ）、検出波形が観測できなくなるように、すなわち、検出光量の比Ｇａ／Ｇｂが１となるように他方の制御量ｌｂを制御し、このときの制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを導出する。

また、両制御量の和が常に一定、すなわち、下式
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ
を満たすように制御してもよい。この場合には、下式
Ｉｂ＝Ｉｍ・ｆｂ／（ｆａ十ｆｂ）
となるので、
ｆｂ／（ｆａ十ｆｂ）＝α
とすると、下式
ｆａ／ｆｂ＝（１−α）／α
により、減衰係数の比が求まる。

本実施形態では、対象物体Ｏｂの矢印Ｘ方向の位置情報は、第１の位置検出用光源１２Ａと第２の位置検出用光源１２Ｂを相互に逆相で駆動することで取得する。また、対象物体Ｏｂの矢印Ｙ方向の位置情報は、第１の位置検出用光源１２Ｃと第２の位置検出用光源１２Ｄを相互に逆相で駆動することで取得する。従って、制御系において上記Ａ向とＢ方向の検出動作を順次行って対象物体Ｏｂの平面上の位置座標を取得できる。

また、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを第１の位置検出用光源として同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを第２の位置検出用光源として同相で駆動して、第１の位置検出用光源と第２の位置検出用光源とを相互に逆相で駆動して検出する場合と、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを第１の位置検出用光源として同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを第２の位置検出用光源として同相で駆動して、第１の位置検出用光源と第２の位置検出用光源とを相互に逆相で駆動して検出する場合とを切り換えて順次に座標を求めることでも、対象物体Ｏｂの平面上の位置座標を取得できる。このような位置検出用光源を複数同時に点灯する構成によれば、例えば、第１の位置検出用光源から、対向する第２の位置検出用光源に向かう方向、あるいはその逆方向の出射光量分布（位置検出用赤外光の明暗傾斜分布）が、１つの位置検出用光源を点灯する構成よりも広い範囲で好適に得られるため、より正確な位置検出が可能である。

上記のように、受光素子１５により検出される第１位置検出用赤外光と第２位置検出用赤外光の光量比に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の平面位置情報を取得するにあたって、例えば、信号処理部としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。かかる信号処理部は、位置検出機能付き表示装置１００の一部として組み込まれていても良く、位置検出機能付き表示装置１００が搭載される電子機器の内部において構成されていてもよい。

なお、位置情報の取得方法としては、上記のように導光板１３の内部の伝播距離に対応する第１の位置検出用赤外光と第２の位置検出用赤外光の光量比に基づく方法の他に、たとえば、上記伝播距離に対応する第１の位置検出用赤外光と第２の位置検出用赤外光の位相差に基づく方法も考えられる。この場合には、当該位相差の大小と上記伝播距離の差との関係に応じて対象物体Ｏｂの平面位置情報を算出する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを有していることを利用して、光学式位置検出装置１０の受光素子１５として、電気光学パネル２０に形成された受光素子（フォトダイオード）を用いる。このため、受光素子を外付けする必要がないので、受光素子を搭載するスペースの分は、位置検出機能付き表示装置１００および光学式位置検出装置１０の厚さ方向あるいは外形のサイズを小型化することができる。また、電気光学パネル２０などに対して受光素子を外付けする必要がないので、低コスト化を図ることができる。

また、受光素子１５は、電気光学パネル２０において画素電極９ａが形成されている素子基板２１上に形成されている。このため、画素スイッチング用の薄膜トランジスター２０ｔの製造工程の一部を利用して受光素子を形成することができる。従って、電気光学パネル２０に受光素子１５を形成する場合でも、製造工程数の増大を最小限に抑えることができる。

さらに、受光素子１５は、電気光学パネル２０の画像表示領域２０Ｒの内側に形成され、かかる画像表示領域２０Ｒと検出領域１０Ｒとは重なっている。このため、画像表示領域２０Ｒ内に受光素子１５を形成すれば、対象物体Ｏｂで反射した位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを確実に受光することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。図６は、本発明の第２実施形態に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を模式的に示す断面図である。なお、図６には、複数の受光素子１５に対する配線６ｈ，ｉを１本の線で簡略化して示してある。また、本形態の基本的な構成は、第１実施形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図５および図６に示すように、本形態の位置検出機能付き表示装置１００も、実施の形態１と同様、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、例えば、画像生成装置２００によって表示された画像に基づいて、指などの対象物体Ｏｂを検出領域１０Ｒに接近させた際、対象物体Ｏｂの平面的な位置を検出する。また、光学式位置検出装置１０の受光素子１５は、第１実施形態と同様、電気光学パネル２０に形成された受光素子（フォトダイオード）からなる。

本形態において、受光素子１５は、電気光学パネル２０の素子基板２１上に複数形成されており、各々が検出領域１０Ｒを分割した複数の領域１０Ｒａでの対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、図６に模式的に示すように、２つの領域１０Ｒａの各々に対象物体Ｏｂが接近した際、受光素子１５は、自身が属する領域１０Ｒａの対象物体Ｏｂで反射した位置検出用赤外光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを独立して受光することができる。それ故、本形態によれば、検出領域１０Ｒ内での２つ以上の対象物体Ｏｂの相対的な動きを利用した情報入力を行なうことができる。この場合、複数の受光素子１５の領域１０Ｒａが互いに重ならないように受光素子１５を配置することが好ましい。

かかる位置検出機能付き表示装置１００を構成するにあたって、本形態では、図６から分るように、複数の受光素子１５はいずれも、緑色（Ｇ）の画素２０ａに形成されている。このため、緑色（Ｇ）に対応する画素２０ａでは、画素開口率（画素内において表示光を出射可能な領域が占める割合）が低くなっているが、本形態では、画素開口率の低下に起因する輝度低下を補正するように、緑色（Ｇ）に対応する画素２０ａに供給する画像信号を補正してある。また、本形態では、視認性が最も高い緑色（Ｇ）の画素２０ａに受光素子１５を形成したため、緑色（Ｇ）の画素２０ａの画素開口率が低くなっても、画像信号の補正によって、緑色（Ｇ）の光についても十分な輝度を確保することができる。それ故、本形態によれば、品位の高いカラー画像を表示することができる。

［他の実施形態］
本発明の光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置１００は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、電気光学パネル２０の画素２０ａ内に受光素子１５を形成したが、電気光学パネル２０において画素表示領域２０Ｒから外れた領域に受光素子１５を形成してもよい。また、上記実施形態では、電気光学パネル２０の素子基板２１に受光素子１５を形成したが、対向基板２２に受光素子１５を形成してもよい。さらに、上記実施形態では、対向基板２２が素子基板２１に対して表示光の出射側に配置されていたが、素子基板２１が対向基板２２に対して表示光の出射側に配置されている場合に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、電気光学パネル２０として液晶パネルを用いたが、有機エレクトロルミネッセンスパネルなどといった他の種類の電気光学パネルを用いてもよい。かかる有機エレクトロルミネッセンスパネルでも、素子基板上に画素スイッチング用の薄膜トランジスターや画素電極が形成されることから、それらの製造工程の一部を利用して受光素子１５を形成することができる。

［電子機器への搭載例］
次に、上述した実施形態に係る位置検出機能付き表示装置１００を適用した電子機器について説明する。図８（ａ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター２０００は、表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１、およびキーボード２００２が設けられている。図８（ｂ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１、およびスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、位置検出機能付き表示装置１００に表示される画面がスクロールされる。図８（ｃ）に、位置検出機能付き表示装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１、および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置１００に表示される。

なお、位置検出機能付き表示装置１００が適用される電子機器としては、図８に示すものの他、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＢ端末、銀行端末などの電子機器などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した位置検出機能付き表示装置１００が適用可能である。

１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１１・・照明用光源、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用光源、１３・・導光板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・光入射部、１３ｓ・・光出射面、１５・・受光素子、１５ａ・・受光部、２０・・電気光学パネル、２０ａ・・画素、２０Ｒ・・画像表示領域、２１・・素子基板、２２・・対向基板、４１・・照明用光源、４３・・照明用導光板、２００・・画像生成装置、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出用赤外光、Ｌ４・・照明光

Claims (10)

1. 位置検出用赤外光を出射する位置検出用光源、および検出領域内の対象物体によって反射した前記位置検出用赤外光を受光する受光素子を備え、当該受光素子での検出結果に基づいて対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置と、
   前記検出領域と重なる領域に電気光学パネルの画像表示領域を備えた画像生成装置と、を有し、
   前記受光素子は、前記電気光学パネルに形成された半導体素子からなることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。
2. 前記受光素子は、前記電気光学パネルにおいて画素電極が形成されている基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能付き表示装置。
3. 前記受光素子は、前記電気光学パネルの前記画像表示領域の内側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出機能付き表示装置。
4. 前記受光素子は、前記電気光学パネルに複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の位置検出機能付き表示装置。
5. 前記複数の受光素子によって前記検出領域内の２以上の対象物体の各々によって反射した前記位置検出用赤外光を独立して受光することにより、当該２つ以上の対象物体の各々の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の位置検出機能付き表示装置。
6. 前記電気光学パネルは、異なる複数の色に対応する画素を備え、
   前記受光素子は、同一の色に対応する画素内に形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の位置検出機能付き表示装置。
7. 前記光学式位置検出装置は、前記位置検出用光源から出射された前記位置検出用赤外光を内部に採り込む光入射面、および該光入射面から入射した前記位置検出用赤外光を前記検出領域に向けて出射する光出射面を備えた導光板を前記電気光学パネルに対して前記検出領域が位置する側とは反対側に有していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の位置検出機能付き表示装置。
8. 前記位置検出用光源として、前記第１位置検出用赤外光を出射する第１位置検出用光源と、前記第２位置検出用赤外光を出射する第２位置検出用光源と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の位置検出機能付き表示装置。
9. 前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源からなる光源対を２組備え、
   当該２組の光源対は、出射光軸が交差する方向に向いていることを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能付き表示装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の位置検出機能付き表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。

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