JP3715178B2 - リア型のプロジェクター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型液晶電気光学装置を用いた情報入出力装置に関する。
本発明は、表示面上への接触、発光等より指示された表示面上の位置を情報入力可能な情報入出力装置に関する。
また、表示面上に配置された図面等の画像情報を読み取る、または読み取った画像情報を表示する情報入出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、CRTや液晶電気光学装置等の表示装置の表示面に表示した情報に対して、表示面上に、紙に筆記具で文字などを記すのと同じ感覚で外部から情報信号を入力し、入力された情報信号に対応した画像を表示面に表示させる装置が知られている。
【0003】
表示装置への情報信号入力方法は、表示面に表示面上の位置を検出する位置検出手段を設け、表示面上のある点に圧力、磁力、光等の何らかの外力を加えると、外力の加わった位置を検出して情報信号として表示装置に伝達し、表示する画像を変化させる構成となっている。
【0004】
表示面上の位置を検出する手段は、透光性抵抗膜や透明電極マトリクスなどを用いたタッチパネル、或いは赤外線センサー等が用いられている。
【0005】
このような情報入出力装置は、最近では、画像情報を表示する手段として液晶電気光学装置を使用したものが一般的となっている。
【0006】
このような構成とすることで、操作者は表示装置の表示内容をそのまま操作するような感覚で入力を行なえる。あるいは入力された情報をリアルタイムで同じ座標系を設定した表示装置に表示することにより、紙に筆記具で書き込むような感覚で文字、画像を入力することができる。
【0007】
〔従来技術の問題点〕
しかし、液晶電気光学装置を用いて従来の構成を取る場合、様々な問題が発生した。
例えば、液晶電気光学装置の表示面上に対して圧力が加わると、液晶電気光学装置内の液晶材料の配向性が乱れ、表示不能となる場合があった。
さらに、表示面上に位置を指示する際の磁気や静電気等により表示内容が変化したり、液晶電気光学装置に形成した素子が破壊し、以後表示不能となる問題があった。また、情報を入力する方法としてもペンや指などで表示面をなぞる形式のものがほとんどであって、書面や画像などの情報を一括して入力する事は出来なかった。
【0008】
このため、表示面への外力に対し液晶電気光学素子が何ら影響を受けないような構成とる事で解決に結びつくようになる。
このような構成が可能な液晶電気光学装置としては、投射型液晶電気光学装置(液晶プロジェクタ)が知られている。
投射型液晶電気光学装置は、対角40インチ以上の大画面表示が可能でありながら小型、軽量、調整不要であり、CRTにおいて大画面化を行ったときに問題となる地磁気の影響を受けないなどといった利点があり、大画面CRTに変わる表示装置として期待されている。
【0009】
投射型液晶電気光学装置の基本的な構成は、透過型または反射型の液晶電気光学装置を表示し、この液晶電気光学装置に光を照射してその透過光または反射光を光学系を通して拡大し、表示面であるスクリーン上に画像を投影し、表示するものである。
この投射型液晶電気光学装置については、スクリーンの表示面側(表側)に向かって投射して反射光を画像として視認するフロント型と、スクリーンの表示面側とは反対面(スクリーンの裏側)に投射して透過散乱光を画像として視認するリア型に区別することが出来る。
【0010】
しかし、投射型液晶電気光学装置は大画面の表示を行うことは可能でも、画像の表示面であるスクリーン面上から、任意に指定した表示面上の位置を情報信号として表示装置に伝達し、表示内容を変化させる装置は存在しなかった。
【0011】
このため、投射型の液晶電気光学装置は映画、TV等の画像を表示することは可能でも、CADやワークステーション等作業の簡便化のために大画面を要する分野には利用されなかった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、投射型の液晶電気光学装置のスクリーン上をペン、指などで指示して、スクリーン上の位置の情報を入力し、液晶電気光学装置の表示内容を変化させることが可能な情報入出力装置を提供することを目的とする。
【0013】
また、本発明は、多数の人が視認可能な大きさの大面積の画面に画像の表示を行なう表示装置の、表示面上に対して直接入力された情報により、表示装置の表示内容を変化させる情報入出力装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下の構成とした。即ち本発明は、
表示装置と、
該表示装置に表示された画像が拡大されて投影されるスクリーンと、
任意に指示された前記スクリーン上の特定点の位置を検出する位置検出手段と、
を有することを特徴とする情報入出力装置である。
【0015】
また、本発明は、
液晶電気光学装置と、スクリーンと、撮像装置とを有し、
前記スクリーンは、前記該液晶電気光学装置に表示された画像が拡大されて裏側に投影され、
前記撮像装置は、前記スクリーンの裏側に設けられ、前記スクリーンの表側より裏側に向かって入射する光を受光する
ことを特徴とする情報入出力装置である。
【0016】
また、本発明は、
液晶電気光学装置と、スクリーンと、撮像装置とを有し、
前記スクリーンは、前記該液晶電気光学装置に表示された画像が拡大されて裏側に投影され、
前記撮像装置は、前記スクリーンの裏側に設けられ、前記スクリーンの表側に存在する画像を読み取る
ことを特徴とする情報入出力装置である。
【0017】
また、本発明は、
液晶電気光学装置と、スクリーンと、撮像装置と、位置検出手段とを有し、
前記スクリーンは、前記該液晶電気光学装置に表示された画像が拡大されて裏側に投影され、
前記撮像装置は、前記スクリーンの裏側に設けられ、前記スクリーンの表側に存在する画像を読み取り、
前記位置検出手段は、前記スクリーンの表側に設けられ、任意に指示された前記スクリーン上の特定点の位置を検出する
ことを特徴とする情報入出力装置である。
【0018】
本発明は、画像を表示するスクリーンと、該スクリーン上に任意に指示された特定点の位置を検出する手段よりなる情報入出力媒介手段を有する情報入出力装置である。
図1に本発明の情報入出力装置の概念図を示す。図1において、1は情報入出力装置の本体、2は光源、3は液晶電気光学装置、4は光学系、5はスクリーン、6は位置検出手段である。
以下に具体的な構成を説明する。
【0019】
図1においては光学系はリア型とした。光源2にはキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等がを利用することができるが、高輝度で発光効率が高いこと、RGB色成分がバランス良く配分されていること、さらに長寿命であること等の条件を満たすものとして、メタルハライドランプを使用するのが望ましい。
【0020】
光源から出た光は集光光学系(図示せず)を経て、液晶電気光学装置3へ照射される。液晶電気光学装置3を透過した光は、光学系4により拡大され、スクリーン5に投射され、スクリーン5には液晶電気光学装置3に表示された画像が拡大して投影される。
【0021】
液晶電気光学装置の動作モードとしては、TN型、STN型、散乱型等を利用することができる。液晶電気光学装置に使用する液晶材料としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶、強誘電性液晶或いはそれらが高分子樹脂中に含有されたPDLC(ポリマー分散型液晶)等が使用できる。
【0022】
また、駆動方式としては単純マトリクス方式、アクティブマトリクス型を利用することが出来るが、高速かつ高画質であることから基板上の各画素毎にスイッチング素子、特に結晶性薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリックス型が望ましい。
【0023】
特に結晶性薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶電気光学装置の場合、各画素に連結されているスイッチング用の薄膜トランジスタと、液晶電気光学装置として駆動するための駆動用周辺回路を同一基板上に設ける、いわゆるモノリシック構造とすることができるため、装置の小型化、低価格化等を実現でき、好ましい。
【0024】
図1においては、光源からの光を液晶電気光学装置の後方から透過させているが、液晶電気光学装置を反射型として表示面側に光を照射し、その反射光を光学系4を通してスクリーンに投影してもよい。
【0025】
さらにカラー表示を行う場合には、液晶電気光学装置を構成する一対の基板のうち何れか一方に、各画素に対応したRGB3色のカラーフィルターを設けるか、液晶電気光学装置を3つ用意し、光源からの光を一度RGB3色の内いずれか一色のみを反射する、ダイクロイックミラー等で3色に分光し、各色の光をそれぞれ異なる液晶電気光学装置に入射し、液晶電気光学装置を透過した光を再びダイクロイックミラーで合成し、スクリーンに投影してもよい。
【0026】
この分光する方法の場合、強誘電性液晶電気光学装置であって、透過型で全表示面が1画素で構成される高速なシャッター機能のみ有するものを3つ用意し、画像表示のみを行う強誘電性液晶電気光学装置を1つ用意し、1フレーム内でシャッターにより3色を切り換える形式の表示方法であってもよい。
【0027】
表示装置としてブラウン管等の自発光型のものを用いることもできる。
【0028】
次にスクリーン5について説明する。スクリーンの基本構成としては、厚さ3.0mmの、光の透過性および散乱性を有する基板を使用した。基板はガラス、プラスチック等が利用できるが、装置の軽量化という点ではプラスチック基板を用いることが望ましい。また、画像の輝度を向上させるには、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズを組み合わせたもの等を使用するとよい。さらに外光によるコントラストの低下が予想される場合には、基板に偏光シートを貼り付ければ良い。
【0029】
また、スクリーン5上において、液晶電気光学装置からの光が回折し、各画素の輪郭がぼやける場合には、表示面の開口率を極端に低減させない程度に、スクリーンの表側または裏側に格子状にブラックマトリクスを形成すればよい。
【0030】
また、図1においては、スクリーン5上に位置検出手段6を設けた。図5に位置検出手段の代表的な構成を示す。
図5(A)は表面にITO(酸化インジューム・スズ)等よりなる帯状の透光性電極を複数設けた弾性を有する透光性基板を電極が直交するようにしてスペーサーを介して重ね合わせたものである。基板面から特定の箇所に圧力を加えると、その点において対向する帯状電極同士が接触し導通する。対向する帯状の透光性電極に対し順次電流を印加して走査を行なうことで導通点の位置を検出する。
【0031】
図5(B)は対向する弾性を有する透光性基板の内側面のほぼ全面に透光性電極を形成し、その透光性電極に対し、一方の基板においては横方向の両端に端子を設け、他方の基板においては縦方向の両端に端子を設け、スペーサーを介して対向させたものである。
【0032】
図5(A)の位置検出手段と同じく、基板面から特定の箇所に圧力を加えると、その点において対向する電極同士が接触し導通する。このとき、双方の基板において両端子間の抵抗値を測定することで、導通点の位置が検出できる。
図5(A)および図5(B)の位置検出手段としての基板にはポリエチレンテレフタレート等が使用できる。一方の基板をガラスやプラスチックの板としてもよい。
【0033】
図5(C)はガラスあるいはプラスチック等のペンなどの先端にコイルを巻いた入力ペンに電界を印加し、この入力ペンによって発生する磁界による、透光性基板上に設けた透明電極との間に発生する電磁誘導作用により入力を行った位置に関する情報を発生させることが可能となる。
【0034】
図5(A)〜(B)の位置検出手段は、スクリーンの表側(視認する側)の面に設ける。スクリーンの材質が柔軟性を有するものであれば、スクリーンの裏側の面に設けてもよい。図5(C)の位置検出手段は入力位置が検出できればスクリーンの裏側でも表側でもかまわない。
【0035】
この他、位置検出手段として、図5(D)に示す、スクリーンの縦横の両辺に赤外光発生源と赤外線センサーを対向させて設けることで、赤外線が何らかの遮蔽物によって遮られた位置を入力位置として検出できる。表示面に対し、指などで入力を行うことが可能となる。
【0036】
いずれにしろ、上記のような位置検出手段より入力されたスクリーン上の位置に関する情報は、液晶電気光学装置の駆動回路やそれに連結しているコンピュータ等に入力され、この情報に対応する画像がスクリーン上に表示される。
【0037】
なお、位置検出手段によって検出されたスクリーン上5の位置と、液晶電気光学装置3により表示される画像を正確に対応させるために、液晶電気光学装置からの画像をスクリーン上の位置検出手段にずれること無く結像させるための方法が求められる。その一例として、液晶電気光学装置の表示面に表示画素とは異なる位置合わせ用の画素を形成し、スクリーン上の対応する位置にも同様の位置合わせ用のマーカーを形成し、実際に画像を表示させる前に位置合わせ用の画素を透過した光が、スクリーン上マーカーに合うように液晶電気光学装置の傾き角、光学系のレンズの焦点等を調整すればよい。液晶電気光学装置の表示部の特定画素(例えば表示部の中心および4隅)にて位置あわせを行なってもよい。
【0038】
図2に本発明の情報入出力装置の他の概念図を示す。
また、図2に示すように、本体1内に撮像装置8を設け、位置検出手段としてもよい。この場合、スクリーン5の表側から裏側に向かって発光ペン等を用いて光を照射し、その位置を撮像装置8で検出してもよい。このようにすることで、例えスクリーンが大きい場合であっても、その大きさに対応するには光学系を調整するだけでよく、撮像装置8自体の受光面の大きさを変える必要はない。
【0039】
したがって図5(A)〜(C)のような、スクリーンと同程度の大きさの基板を用いる位置検出手段に比較して、大画面への対応が極めて容易となる。さらに撮像装置自体に画面の分解能が高い物を用いることで、容易に高解像度化できる。さらに発光ペンの如き光照射装置の発光色を変化させた場合、撮像装置にカラーフィルターを設けることで発光色の違い(光の波長の違い)を検出することも可能である。
【0040】
したがって、多数の人々が視認できる大きさの大面積の画面に対し、画像表示を行い、かつ画面(スクリーン)上に発光ペン等で直接情報入力を行なって、その情報に対応した表示を行なうといった使用が可能であり、従来の黒板やホワイトボードに代わる、電子式黒板とすることができる。もちろん、コンピュータ等を利用して、入力された情報に基づき、計算や文字認識等を行なってもよい。
【0041】
撮像装置としては、電荷結合素子(CCD)や、光導電素子を用いることができる。
図2においては、光学系4と液晶電気光学装置3との間にハーフミラー7を設け、スクリーンの表側から裏側に向かって入射する光を光学系4を通して撮像装置8に入射させて読み取らせている。もちろん、光学系4とは異なる光学系を用いて撮像装置8にスクリーンの表側から裏側に向かって入射する光を読み取ってもよい。
【0042】
またスクリーン5を光の散乱状態から、高い透光性を有するように可変制御できるようにし、スクリーンの表側に存在する、原稿や物体などを画像として読み取ってもよい。読み取りのための、原稿に向かって照射されるライトを本体1内に設けてもよい。すなわち、撮像装置8をイメージセンサ的に使用する。
読み取った画像情報を、記憶装置に記憶させ、スクリーンに表示させることも可能である。
【0043】
膨大な情報量を有する画像の入出力を瞬時に行う利用方法も可能となる。
スクリーン5を透光状態と散乱状態に可変制御するためには、スクリーン5として、電極を有する一対の透光性基板間に液晶材料を挟持させ、電極間に印加する電界により透過と散乱状態間をスイッチングさせることが可能な素子を使用してもよい。この場合、画像をスクリーンに表示させる場合には散乱状態とし、外部より画像を読み取る場合には透過状態とすればよい。強誘電性液晶電気光学装置やポリマー分散型液晶電気光学装置を用いればよい。
以下に実施例を示す。
【0044】
【実施例】
〔実施例1〕
図1に本実施例の情報入出力装置の構成を示す。本体1内に設けられた、画像を表示した液晶電気光学装置3にハロゲンランプ2からの光が入射し、液晶電気光学装置3を透過した光が光学系4を通して拡大されてスクリーン5に投射し、画像がスクリーン5上に投影される。スクリーン5上に位置検出手段6が設けてあり、スクリーンに入力ペン(図示せず)を接触させると、駆動回路にスクリーンの上の座標に対応した信号が液晶電気光学装置の駆動回路に伝達され、駆動回路より前記入力信号に対応する信号が前記表示装置に出力される。
【0045】
図6に本実施例により作製した液晶電気光学装置の概念図を示した。液晶電気光学装置は各画素毎に結晶性薄膜トランジスタ(TFT)よりなるスイッチング素子が形成された、アクティブマトリクス駆動型である。また、同一基板上にこの液晶電気光学装置を駆動するための周辺駆動回路も設けたモノリシック構成とした。
【0046】
以下、図3および図4に薄膜トランジスタの作製工程を示す。図3は、図4中の一点鎖点線で示された部分の断面である。まず、基板(コーニング7059、対角1.6インチ)201上に下地酸化膜202として厚さ1000〜3000Å、例えば、2000Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、TEOSをプラズマCVD法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
【0047】
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモルファスシリコン膜を300〜5000Å、好ましくは500〜1000Å堆積し、これを、550〜600℃の還元雰囲気に24時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状の活性層領域203および204を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ700〜1500Åの酸化珪素膜205を形成した。
【0048】
その後、厚さ1000Å〜3μm、例えば、6000Åのアルミニウム膜(1wt%のSi、もしくは0.1〜0.3wt%のScを含む)を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そして、フォトレジスト(例えば、東京応化製、OFPR800/30cp)をスピンコート法によって形成した。フォトレジストの形成前に、アルミニウム膜の全表面に陽極酸化法によって厚さ100〜1000Åの酸化アルミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストとの密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することにより、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチングし、配線部206、209、ゲイト電極部207、208、210を形成した。(図3(A))
【0049】
これらの配線、ゲイト電極の上には前記のフォトレジストが残されており、これは後の陽極酸化工程において陽極酸化防止のマスクとして機能する。この状態を上から見た様子を図4に示す。この場合も、実施例1と同様に、ゲイト電極207、208および配線209と、配線206とゲイト電極210とは電気的に独立しており、前者をA系列、後者をB系列と称する。(図4(A))
【0050】
そして、上記の配線、ゲイト電極のうち、B系列にのみ電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ3000Å〜25μm、例えば、厚さ0.5μmの陽極酸化物211、212を配線、ゲイト電極の側面に形成した。陽極酸化は、3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、5〜30V、例えば、8Vの一定電流をゲイト電極に印加しておこなった。このようにして形成された陽極酸化物は多孔質なものであった。本実施例では、シュウ酸溶液(30〜80℃)中で電圧を8Vとし、20〜240分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間および温度によって制御した。この際、A系列には電流が流されていないのでゲイト電極207、208、配線209には陽極酸化物は形成されなかった。(図3(B)、図4(B))
【0051】
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極・配線に電流を印加した。今回は、3〜10%の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたPH≒7のエチレングルコール溶液を用い、A系列、B系列ともに通電した。溶液の温度は10℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極・配線206〜210の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物213〜217が形成された。陽極酸化物213〜217の厚さは印加電圧に比例し、例えば、印加電圧が100Vで1200Åの陽極酸化物が形成された。本実施例では、電圧は100Vまで上昇させたので、得られた陽極酸化物の厚さが1200Åであった。バリヤ型の陽極酸化物の厚さは任意であるが、あまり薄いと、後で多孔質陽極酸化物をエッチングする際に、アルミニウムを溶出させてしまう危険があるので、500Å以上が好ましかった。
【0052】
注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化物は後の工程で得られるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、多孔質陽極酸化物とゲイト電極の間にバリヤ型の陽極酸化物が形成されることである。(図3(C))
その後、イオンドーピング法によって、TFTの活性層203、204に、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜)およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、不純物(ソース/ドレイン)領域218、219、220を形成した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(PH3 )およびジボラン(B2 H6 )を用いた。ドーズ量は5×1014〜5×1015cm-2、加速エネルギーは50〜90keVとした。領域218および220はN型、領域219はP型となるように不純物を導入した。領域218により、NTFT228、領域219によりPTFT229、領域220により、NTFT230が作られる。
【0053】
この結果、図の左側の2つのTFT(これらは相補型TFTである)228、229では、ゲイト電極の側面の陽極酸化物214、215の厚さが約1200Åであるので、ゲイト電極と不純物領域の重ならない領域(オフセット領域)の幅x1 、x3 は、イオンドーピングの際の回りこみを考慮して約1000Åであった。一方、右側のTFT230では、陽極酸化物212および217の厚さが合わせて約6200Åなので、オフセット幅x2 は約6000Åであった。
【0054】
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化物211、213をエッチングした。このエッチングでは陽極酸化物211、213のみがエッチングされ、エッチングレートは約600Å/分であった。バリヤ型陽極酸化物213〜217や酸化珪素膜205はそのまま残存した。その後、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。(図3(E))
【0055】
そして、ゲイト電極・配線を分断して、必要とする大きさ、形状とした。(図4(C)。
さらに、全面に層間絶縁物221として、CVD法によって酸化珪素膜を厚さ6000Å形成した。次いで、厚さ800ÅのITO膜をスパッタ法によって形成し、これをパターニングして、画素電極222を形成した。そして、層間絶縁物221およびゲイト絶縁膜205をエッチングして、TFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形成し、同時に、層間絶縁物221および陽極酸化物213〜217をエッチングして、ゲイト電極・配線にコンタクトホールを形成した。本実施例では、陽極酸化物はA系列、B系列のいずれもほぼ同じ厚さであるので、これらを同時にエッチングすることができる。最後に、アルミニウム配線・電極223〜226を形成し、200〜400℃で水素アニールをおこなった。
【0056】
なお、配線223は配線206と相補型TFTのNチャネル型TFTのソースを接続し、配線225は相補型TFTのTFTのPチャネル型TFTのソースと配線209を接続する。また、配線224(すなわち226)は相補型TFTの出力端子(すなわち、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTのドレイン)と右のTFTのドレインとを接続する。さらに、配線227は右のTFTのドレインと画素電極222とを接続する。以上によって、TFTを有する集積回路が完成された。(図3(F))
【0057】
また、特にA系列において、実施例に示したごとく、ドライバーは大電流駆動となるため、PTFT(高抵抗領域幅をx1 とする )、NTFT(高抵抗領域幅をx4 とする)とも劣化が少ない。また、デコーダー、CPU、シフトレジスタ、メモリーその他の駆動回路は小消費電力であり、かつ、高周波動作のため、チャネル幅、チャネル長とも小さく、ホットキャリヤによる劣化が発生しやすい。これらの回路に用いられるNTFTの高抵抗領域の幅x3 は、PTFTの高抵抗領域の幅x1 よりも大なることが必要である。また、大電圧の印加されるアクティブマトリクス回路中のNTFT(高抵抗領域幅をx2 とする)は、必要とされる移動度も小さいため、劣化が非常に発生しやすく、結果として、信頼性向上のためには、x2 >x3 >x4 ≧x1 であることが求められる。例えば、x2 は0.5〜1μm、x3 は0.2〜0.3μm、x4 は0〜0.2μm、x1 は0〜0.1μmである。かくすると、シフトレジスタは1〜50MHzで動作させることができた。
本実施例では、画素電極の制御をおこなうTFT(右のTFT)のオフセットの幅が十分に大きいでのリーク電流を抑える効果が大である。
【0058】
次いで、図6において、対向する基板301上には全面にITOよりなる透明電極302を形成した。
次に基板201、301上に配向膜としてポリイミドからなる配向膜303形成した。
次に配向膜を通常の方法によりラビングした。この時ラビングの方向は上下の基板で90°の角度をなすような方向で行なった。
次に直径5μmの酸化珪素より成るスペーサーを基板の配向膜を塗布した基板上に散布した(図示せず)。
次に、基板201上にシール剤(図示せず)を印刷し、基板201、301を重ね合わせ、固定した。
次に液晶材料304を上記セルに真空注入法で注入した。使用した液晶材料はメルク社製ネマチック液晶ZLI−4792(商品名)であった。
こうして、図1の液晶電気光学装置3が形成された。画素数は640×480個形成された。画素数を1280×1024個としてもよい。
【0059】
光源2にはメタルハライドランプを使用した。光源の出力は250W、液晶電気光学装置の周辺温度は50℃であった。
スクリーン5は800×600mmの物を用いた。またレンズ、ミラー等よりなる光学系を設けた。
次に、スクリーンとほぼ同じ大きさの厚さ0.5mmのポリエチレンテレフタレート基板2枚においてその上面にITOより成る透明電極を通常のプロセスで形成し、2枚の基板を重ねて透明電極は図5(C)に示すパターニングとした。また電極面上にポリエチレンテレフタレートよりなる保護膜を形成した。位置検出手段6が完成した。透明電極のマトリックス規模は液晶表示装置と同じ640×480であった。
この様にして図1に示す情報入出力装置が完成した。
【0060】
図5(C)下側に入力ペンを示した。入力ペンはアクリル、硝子等よりなり一方の先端にはコイルが巻いてある。
スクリーン上に形成した電極に電界を印加しておき、更に入力ペンにも電界を印加しておく。スクリーン上の任意の位置に入力ペンを接触させると、入力ペンのコイルから発生する磁界とスクリーン上の透明電極に印加された電界との相互作用で、入力ペンが接触している部分と其以外の部分とで電流値が異なるので、各行列毎に形成した電流検出回路からペンが接触している部分を検出する。次に、電流検出回路より駆動回路にスクリーンのペンが接触している座標に関する信号を入力し、駆動回路より前記座標に関する信号を、液晶電気光学装置の前記座標と同座標のマトリクス上に表示信号を出力する。この結果、スクリーン上の入力ペンを接触させた位置に画像が表示される。
【0061】
入力ペンにより文字を描く場合には、ペンが接触してから変化させた表示内容を保持させるような駆動を液晶表示装置に対して行なえばよい。
また、スクリーンにブラックマトリクスを形成した。これにより回折のためにドットの輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【0062】
〔実施例2〕
実施例2では実施例1で作製した情報入出力装置の位置検出手段6を赤外線センサーを用いたものに変えた情報入出力装置を作製した。
スクリーン5の縦横周縁には図5(D)に示すように赤外線発生源501と赤外線センサー502を配置した。赤外線センサー502は開口部が底辺3mm、高さ5mmの三角形状になっており、縦横各辺に1cm間隔で形成した。また、他方の辺には赤外線センサー501に対応して赤外線発生源を設けた。
【0063】
スクリーン上の任意の位置に指、若しくはペンなどを接触させると、その座標に対応する赤外線が遮られ、センサーに光が届かなくなる。本実施例のように縦横に赤外線発生源及びセンサーを配置しておけば、指などを置いた位置を、縦横の座標として検出することが出来た。この様にして検出された座標信号を液晶表示装置の駆動回路に入力し、液晶表示装置のマトリクスの同じ座標に表示状態を変化させる信号を入力させれば、スクリーン上に情報が入力されたことを示すことが可能となる。
【0064】
また、スクリーンに各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成した。これにより回折のために画素の輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【0065】
〔実施例3〕
実施例3では実施例1で作製した情報入出力装置の位置検出手段6を図5(A)に示すタッチパネルに変えた情報入出力装置を作製した。
タッチパネルは弾性を有する800×600mmのポリエチレンテレフタレート基板上に複数のストライプ状のITO(酸化インジウム・スズ)よりなる透明電極を成膜し、この基板上に直径40μmのゴム製スペーサーを縦横300μmピッチで設け、さらに複数のストライプ状のITOよりなる透明電極が形成されたポリエチレンテレフタレート基板を電極が直交するように重ね合わせたものを使用した。このタッチパネルを指あるいはペンなどで押すと、上下の基板が接触し、ストライプ電極が構成するマトリクス上の押した部分に対応した位置に入力信号を発生することが出来た。
【0066】
この座標信号は液晶表示装置の駆動回路またはコンピューター回路に入力されるようにタッチパネルと接続されており、スクリーン5上にペン等で圧力を加えた位置に点を表示することができた。また圧力を加える位置を移動すると線を描くことができた。スクリーン上にボタンを表示させ、該ボタン上に圧力を加えると、そのボタンの有する機能、例えば、表示内容の全てを消去するといったことが可能となった。
このように、画面上でタブレットを構成することもできた。
【0067】
また、スクリーンに各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成した。これにより回折のために画素の輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【0068】
〔実施例4〕
実施例4では実施例3で作製した情報入出力装置において、液晶電気光学装置3を、強誘電性液晶を用いたシャッター用液晶電気光学装置3つと、強誘電性液晶を用いたアクティブマトリクス型の画像表示用液晶電気光学装置により構成した。
【0069】
シャッター用液晶電気光学装置に使用した液晶材料について説明する。液晶材料はフェニルピリミジン系の強誘電性液晶で、その相系列はIso−SmA−SmC* であって、その相転移温度はIso−SmAが85℃、SmA−SmC* が55℃であった。また自発分極の大きさは20nC/cm2 であった。
【0070】
透光性電極が全面に形成された透光性基板をスペーサ、シール材を介して対向させてセルを形成し、このセルにIso相を示す温度で前記液晶を注入した。さらに、良好な配向状態とするためこの温度から5℃/hrのレートで室温までパネルを徐冷した。室温でのパネルのコントラストは電圧±20V、5Hzの矩形波で駆動して測定したところ、80であった。
上記シャッター用液晶電気光学装置は赤(R)、緑(G)、青(B)に対応して、3つ作製した。
【0071】
また、画像表示用の液晶電気光学装置は、図6に示す構造を有するアクティブ駆動型液晶電気光学装置であり、両基板において反平行ラビングが施され、直径1.6μmのスペーサにより基板間隔を維持した液晶セル内に、シャッター用液晶電気光学装置に用いたものと同じ強誘電性液晶材料を、同じ工程で基板間に注入して作製した。
【0072】
次に本実施例の液晶電気光学装置部を図7に示す。光源からの光はハーフミラーにより3通りに分光され赤、緑、青色を表示するシャッターへ入射される。外部よりシャッターを所望の表示色を示すように駆動し、シャッターを透過した光はハーフミラーにより混ぜられ画像表示用パネルへ入射される。画像表示用パネルを透過した透過光700は光学系を通ってスクリーンを照射しスクリーン上にカラー表示を行なう。
【0073】
シャッターは、第一の期間には赤色用をONにし、第二の期間には緑色用をONにし、第三の期間には青色用をONにして、光の三原色に従い、時系列的に第一の装置に供給する色を変化させた。
これによって、3色8段階の階調表示つまり、512色の表示を可能にした。実施例3に示すのと同様な、マトリクス配置した透光性電極を用いた位置検出装置6を用いた。
【0074】
また、スクリーンに各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成した。これにより回折のために画素の輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【0075】
〔実施例5〕
図2に本実施例の情報入出力装置を示した。
本実施例においては、本体1内部、すなわちスクリーン5の裏側に、スクリーン5の表側から裏側に向かって入射する光を受光する撮像装置8を設けたものを示す。またスクリーンの大きさは、1000×750mmとした。
【0076】
ここでは撮像装置8として、カラー読み取りが可能な電荷結合素子(CCD)を設けた。図示していないが、光学系4とは別の光学系を用い、スクリーン5よりの入射光を受光できる構成とした。光学系4とハーフミラー7を用いてもよい。
この光学系において、ある程度以上の明るさを有する光のみを透過するフィルターを設けてもよい。
【0077】
撮像装置で読み取った入射光の信号は、図示していないコンピュータ回路に入力されるように接続させている。
コンピュータ回路からの出力映像が液晶電気光学装置3に表示され、光源2、光学系4より拡大されてスクリーン5上に投影されている。
【0078】
発光ペンはスクリーンに接するとスイッチが入り、特定の色の光をスクリーン裏側(本体内部)に向けて照射する。ここでは発光色は赤、青、緑の3色のうちの何れか1色を、スクリーン5の裏側に向かって発光できるペンを用いた。
【0079】
赤色光を発光するように設定した発光ペンを用いてスクリーン5上(表側)の特定箇所を指示すると、スクリーン5の裏側に向かって赤色光が発光された。
発光した赤色光は、光学系を通って撮像装置8に入射し、撮像装置8においてスクリーン上の位置と、発光色を検出し、その情報信号をコンピュータ回路また液晶電気光学装置3の駆動回路に対し伝達された。
【0080】
スクリーン5上には、発光ペンの発光色と同じく赤色で点が表示された。スクリーン5上で発光ペンを移動すると、その軌跡にしたがって赤色で線が表示された。おなじようにして、発光ペンの発光色を緑色にすると、緑色で、青色にすると青色で点または線が表示された。当然のことながら、ここでは入射光の色と、表示される色が同じとなるような駆動方法、プログラミングがなされている。
表示画面の一部にボタン状の領域を単数または複数表示させ、その領域を発光ペンで指示すると、表示状態を大きく変化させるような設定も可能である。
また点や線のみならず、例えばスクリーン上の二点を指示すると、それを対角線とする長方形が表示されたり、その領域内が特定の色で塗り潰されるようにしてもよい。
さらに、文字を入力する際に、入力された文字を認識し、その文字に対応するコンピューター回路内に内蔵されている、形の整った文字を表示するようにしてもよい。
その他、表計算、グラフィック描画等、様々な応用が可能である。
【0081】
また本実施例の情報入出力装置は、スクリーンが充分大きいため、発光ぺンを用いてスクリーン5上に描いた文字や図形を、数十〜数百人という数多くの人が視認することができ、電子式の黒板の如くに使用することができた。
【0082】
また、スクリーン5上に各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成してもよい。
【0083】
〔実施例6〕
本実施例においては、図2に示す情報入出力装置において、スクリーン5の表側に存在する原稿や物体を、撮像装置8により画像データとして読み込む構成を示す。液晶電気光学装置、光学系、光源は実施例1と同じ物を用いた。
スクリーン5の表側にある原稿や物体を画像データとして読み込むためには、スクリーン5が光を透過する状態と、散乱する状態を可変制御できる必要がある。それに適したスクリーン5の構成として、散乱モードの強誘電性液晶電気光学装置または、ポリマー分散型液晶電気光学装置を用いることができる。
【0084】
散乱モードの強誘電液晶電気光学装置は、偏光板を用いず、かつ透過率を90パーセント程度に高めることができ、また散乱状態に、電界印加により可変できる。ポリマー分散型液晶電気光学装置においても、80パーセント以上の透過率を有し、同様の効果が得られる。
ここではスクリーン5として、散乱モードの強誘電性液晶電気光学装置を用いた。
【0085】
一方の面全面に透光性電極が設けられている、大きさ800×600mmの基板二枚を、電極面を内側にして、直径50μmのスペーサ、およびシール材を介して相対向て設けてセルを構成し、このセル内に強誘電性液晶を注入し、スクリーン5となる液晶電気光学装置を構成した。
【0086】
このスクリーンを用いて情報入出力装置を構成し、スクリーン5の表側にある画像を読み込んだ。
また、読み取った画像の質を向上させるため、原稿等の被写体に向かって照射されるライトを本体1内に設けた。
【0087】
まず、スクリーン5の表側に、図面が描かれた原稿を張りつけ、スクリーン5を構成する液晶電気光学装置の両基板の電極間に直流電圧を印加すると、90パーセントの透過率を有してスクリーン5が透明になった。
ライトにより原稿に向かって光を照射し、その反射光を撮像装置8で読み取って、記憶装置に画像データを記憶させた。
【0088】
つづいて、スクリーン5を構成する液晶電気光学装置に、交流電圧を印加してスクリーン5を散乱状態にし、液晶電気光学装置3に表示されている、先程読み取った画像データスクリーンに表示させた。
本実施例の装置において、撮像装置8で読み取る対象は、スクリーン5上の原稿のみならず、光学系を工夫することで、スクリーン5の表側に存在する被写体、例えばスクリーンに表示されている画像を眺めている人自身の顔を読み取り、次の瞬間にスクリーンに表示する、といったこともも可能である。
【0089】
また、スクリーン5上に位置検出手段6を設けてもよい。
また、スクリーン5上に各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成してもよい。
【0090】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明により、投射型の液晶電気光学装置のスクリーン上をペン、指などで指示して、スクリーン上の位置の情報を入力し、液晶電気光学装置の表示内容を変化させることが可能な情報入出力装置を提供することができた。
【0091】
また、本発明は、多数の人が視認可能な大きさの大面積の画面に画像の表示を行なう表示装置の、表示面上に対して直接入力された情報により、表示装置の表示内容を変化させる情報入出力装置を提供することができた。
【0092】
また、スクリーンに投影される画像の品質を何ら損ねることも無く、スクリーン上にペン等で指示した位置を検出、およびそれに対応する表示を行なう情報入出力装置とすることができた。
【0093】
さらに、スクリーンの表側に存在する原稿や、被写体を画像データとして読み取ることも可能となった。
【0094】
このように、本発明により、スクリーン上において、紙に文字や絵を書くのと同じ感覚で情報を入力することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の情報入出力装置の概念図の一例を示す。
【図2】 本発明の情報入出力装置の他の概念図の一例を示す。
【図3】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図4】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図5】 位置検出手段の代表的な構成を示す
【図6】 実施例で作製した液晶電気光学装置の概念図のを示す。
【図7】 実施例における液晶電気光学装置部の構成を示す。
【符号の説明】
1 本体
2 光源
3 液晶電気光学装置
4 光学系
5 スクリーン
6 位置検出手段
7 ハーフミラー
8 撮像装置
201 基板
222 画素電極
230 薄膜トランジスタ
301 基板
302 対向電極
303 配向膜
304 液晶材料
501 赤外線発生源
502 赤外線センサー
700 透過光
Claims (10)
- 光源と、前記光源から光が照射される画像表示用の液晶電気光学装置と、前記液晶電気光学装置を透過した光が照射されるスクリーンとを有し、前記光源と前記画像表示用の液晶電気光学装置の間には、前記光源からの光を3色に分光するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーにおいて分光された互いに異なる光が照射される3つのシャッター用の液晶電気光学装置と、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置を透過した3色の光を1つに合成する他のダイクロイックミラーとが配置され、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置には強誘電性液晶が用いられ、前記他のダイクロイックミラーで合成された光が前記画像表示用の液晶電気光学装置に照射されるリア型のプロジェクターであって、
前記画像表示用の液晶電気光学装置は結晶性の薄膜トランジスタを複数有し、前記複数の結晶性の薄膜トランジスタには同一基板上に形成されたスイッチング用の薄膜トランジスタと駆動回路用の薄膜トランジスタとが含まれ、
前記リア型のプロジェクターはさらに前記スクリーンにオペレーターが指示した位置を検出する位置検出手段を有し、
前記位置検出手段は、発光ペンからの光信号を受光することで前記発光ペンが指定した前記スクリーン上の特定点の位置を示す検出信号を生成・出力し、
前記発光ペンは、少なくとも1つ以上の発光色の光信号を生成・出射し、
前記位置検出手段からの前記検出信号を基に、前記検出したスクリーン上の特定点の位置及び前記光信号の発光色が検出され、前記検出された特定点の位置及び発光色を基に、前記検出された特定点の軌跡のデータを、前記発光ペンの光信号の発光色と同じ色で、前記液晶電気光学装置へ表示させ、
前記スクリーンの表側又は裏側には格子状にブラックマトリクスが設けられていることを特徴とするリア型のプロジェクター。 - 光源と、前記光源から光が照射される画像表示用の液晶電気光学装置と、前記液晶電気光学装置を透過した光が照射されるスクリーンとを有し、前記光源と前記画像表示用の液晶電気光学装置の間には、前記光源からの光を3色に分光するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーにおいて分光された互いに異なる光が照射される3つのシャッター用の液晶電気光学装置と、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置を透過した3色の光を1つに合成する他のダイクロイックミラーとが配置され、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置には強誘電性液晶が用いられ、前記他のダイクロイックミラーで合成された光が前記画像表示用の液晶電気光学装置に照射されるリア型のプロジェクターであって、
前記画像表示用の液晶電気光学装置は結晶性の薄膜トランジスタを複数有し、前記複数の結晶性の薄膜トランジスタには同一基板上に形成されたスイッチング用の薄膜トランジスタと駆動回路用の薄膜トランジスタとが含まれ、
前記リア型のプロジェクターはさらに前記スクリーンにオペレーターが指示した位置を検出する位置検出手段を有し、
前記位置検出手段は、発光ペンからの光信号を受光することで前記発光ペンが指定した前記スクリーン上の特定点の位置を示す検出信号を生成・出力し、
前記発光ペンは、少なくとも1つ以上の発光色の光信号を生成・出射し、
前記位置検出手段からの前記検出信号を基に、前記検出したスクリーン上の特定点の位置及び前記光信号の発光色が検出され、前記検出された特定点の位置及び発光色を基に、前記検出された特定点の軌跡のデータを、前記発光ペンの光信号の発光色と同じ色で、前記液晶電気光学装置へ表示させ、
前記スクリーンの表側又は裏側には格子状にブラックマトリクスが設けられ、
前記スクリーンにはフレネルレンズとレンチキュラーレンズとを組み合わせたものが設けられていることを特徴とするリア型のプロジェクター。 - 光源と、前記光源から光が照射される画像表示用の液晶電気光学装置と、前記液晶電気光学装置を透過した光が照射されるスクリーンとを有し、前記光源と前記画像表示用の液晶電気光学装置の間には、前記光源からの光を3色に分光するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーにおいて分光された互いに異なる光が照射される3つのシャッター用の液晶電気光学装置と、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置を透過した3色の光を1つに合成する他のダイクロイックミラーとが配置され、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置には強誘電性液晶が用いられ、前記他のダイクロイックミラーで合成された光が前記画像表示用の液晶電気光学装置に照射されるリア型のプロジェクターであって、
前記画像表示用の液晶電気光学装置は結晶性の薄膜トランジスタを複数有し、前記複数の結晶性の薄膜トランジスタには同一基板上に形成されたスイッチング用の薄膜トランジスタと駆動回路用の薄膜トランジスタとが含まれ、
前記リア型のプロジェクターはさらに前記スクリーンにオペレーターが指示した位置を検出する位置検出手段を有し、
前記位置検出手段は、発光ペンからの光信号を受光することで前記発光ペンが指定した前記スクリーン上の特定点の位置を示す検出信号を生成・出力し、
前記発光ペンは、少なくとも1つ以上の発光色の光信号を生成・出射し、
前記位置検出手段からの前記検出信号を基に、前記検出したスクリーン上の特定点の位置及び前記光信号の発光色が検出され、前記検出された特定点の位置及び発光色を基に、前記検出された特定点の軌跡のデータを、前記発光ペンの光信号の発光色と同じ色で、前記液晶電気光学装置へ表示させ、
前記スクリーンの表側又は裏側には格子状にブラックマトリクスが設けられ、
前記駆動回路にはシフトレジスタが含まれ、前記シフトレジスタは1MHz以上で動作させることができることを特徴とするリア型のプロジェクター。 - 光源と、前記光源から光が照射される画像表示用の液晶電気光学装置と、前記液晶電気光学装置を透過した光が照射されるスクリーンとを有し、前記光源と前記画像表示用の液晶電気光学装置の間には、前記光源からの光を3色に分光するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーにおいて分光された互いに異なる光が照射される3つのシャッター用の液晶電気光学装置と、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置を透過した3色の光を1つに合成する他のダイクロイックミラーとが配置され、前記3つのシャッター用の液晶電気光学装置には強誘電性液晶が用いられ、前記他のダイクロイックミラーで合成された光が前記画像表示用の液晶電気光学装置に照射されるリア型のプロジェクターであって、
前記画像表示用の液晶電気光学装置は結晶性の薄膜トランジスタを複数有し、前記複数の結晶性の薄膜トランジスタには同一基板上に形成されたスイッチング用の薄膜トランジスタと駆動回路用の薄膜トランジスタとが含まれ、
前記リア型のプロジェクターはさらに前記スクリーンにオペレーターが指示した位置を検出する位置検出手段を有し、
前記位置検出手段は、発光ペンからの光信号を受光することで前記発光ペンが指定した前記スクリーン上の特定点の位置を示す検出信号を生成・出力し、
前記発光ペンは、少なくとも1つ以上の発光色の光信号を生成・出射し、
前記位置検出手段からの前記検出信号を基に、前記検出したスクリーン上の特定点の位置及び前記光信号の発光色が検出され、前記検出された特定点の位置及び発光色を基に、前記検出された特定点の軌跡のデータを、前記発光ペンの光信号の発光色と同じ色で、前記液晶電気光学装置へ表示させ、
前記駆動回路にはシフトレジスタが含まれ、前記シフトレジスタは1MHz以上で動作させることができ、
前記スクリーンの表側又は裏側には格子状にブラックマトリクスが設けられ、
前記スクリーンにはフレネルレンズとレンチキュラーレンズとを組み合わせたものが設けられていることを特徴とするリア型のプロジェクター。 - 請求項3又は請求項4において、前記シフトレジスタは1〜50MHzで動作させることができることを特徴とするリア型のプロジェクター。
- 請求項1乃至5のいずれか一において、前記駆動回路用の薄膜トランジスタは相補型であることを特徴とするリア型のプロジェクター。
- 請求項1乃至6のいずれか一において、前記駆動回路は少なくともデコーダー、CPU、シフトレジスタ及びメモリーを有することを特徴とするリア型のプロジェクター。
- 請求項1乃至7のいずれか一において、前記液晶電気光学装置の画素数は640×480個又は1280×1024個であることを特徴とするリア型のプロジェクター。
- 請求項1乃至8のいずれか一において、前記スクリーンはガラス又はプラスチックからなることを特徴とするリア型のプロジェクター。
- 請求項1乃至9のいずれか一において、前記スクリーンには偏光シートが設けられていることを特徴とするリア型のプロジェクター。
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