JPH05297403A - ペン入力可能な液晶ディスプレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コンピューターのディスプレーに沿って移動す
る光ペンで紙上のペン描き線を模する、線描き可能なコ
ンピューターディスプレーを与える。 【構成】液晶ディスプレーＬＣＤにおいて各ピクセルＰ
１１-Ｐ３１は光ペン４４から投射される入射光を検出
するセンサに関連する。この光の検出に応答してセンサ
はその関連のピクセルを暗くする信号を発生する。従っ
てユーザーが光ペンをディスプレーに沿って移動する
と、光ペンは紙上にインクで軌跡を残すペンに類似して
暗いピクセルの軌跡を残す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピューターのディ
スプレーに沿って移動する光ペンを追って線を描くこと
により、紙上のペン描き線を模する、線描き可能なコン
ピューターディスプレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレー（ＬＣＤ）は二つの透
明シート間に挟まれた液晶を含む。液晶は図１に示すよ
うに、長い、棒状の分極性分子から成る。電界が印加さ
れないときは分子は図２（ａ）に示すように相互に整列
する傾向を有する。図２（ｂ）に示すように、Ｅ₀を超
える電界が印加されると、分子は電気的に分極され、電
界方向に整列する傾向を持つ。電界が増大すると、図２
（ｃ）に示すように分子はさらに並ぶようになる。

【０００３】電界方向に整列しようとするこの傾向は光
を変調するのに使用することができる。これについては
後で図３、図４を参照して説明する。図３（ａ）は「捩
れたネマティックセル」を示す。（「ネマティック」と
は液晶の一形態である。他に「コレステリック」および
「スメクティック」がある）分子は二つの型、すなわち
「ボデー」分子（すなわち液晶の表面から離れて体積内
に位置するもの）と「表面」分子すなわち体積の表面か
つセルの面付近にあるもの）とに分けることができる。

【０００４】表面分子は例えば面３および面６のような
セル面に隣接して存在する。これらの面は表面分子が特
定の方向に整列するように公知方法で特別処理される。
すなわち図３（ａ）の面３の処理によって表面分子９は
鉛直方向に整列するようになる。面６の処理では分子１
２は水平方向に整列される。

【０００５】電界のない（Ｅ＝０）ときは、すべての分
子（体積中および表面の分子）はそれらの近隣の分子と
整列しようとする。しかしなから、表面の分子（面３お
よび６）は既に処理済みの面により強制される配列を有
するので、これらの分子は体積中の分子を表面分子と整
列させ（または配列し）ようとする。さらに面３の表面
分子は面６の分子と垂直なので、体積中の分子は鉛直方
向の配列（面３における配列）から（面６における）水
平方向の配列に遷移しなければならない。この遷移は図
に示す「捩れた」配列を形成することにより行われる。

【０００６】臨界電界を超える電界（すなわち図示した
ように Ｅ＞＞Ｅ_c）が印加されると、体積分子は整列
状態を変える。すなわちそれらは図３（ｂ）に示すよう
に表面分子とではなく電界に対し整列する。

【０００７】図３の装置はある型の液晶、すなわち図４
に示す「反射」型の液晶を構成するのに使用することが
できる。室内灯のような未だ偏光されていない入射光線
は偏光フィルタ１５を通過して偏光される。偏光の方向
はセルの面３の分子に平行であり、従って偏光した光は
セルに入ることを許される。偏光した光はセル中を進行
するにつれて「捩れた」分子の方向に追従しながら偏光
方向が徐々に変化する。。すなわち「捩れた」分子は光
の偏光ベクトルを回転させる。偏光した光が面６に到達
したとき、光は９０度回転しており、その偏光ベクトル
は今や第二の面６にある分子と平行である。光は第二の
面６を出て、第一の偏光フィルタに垂直な第二の偏光フ
ィルタ１８を通過し、鏡２１によって反射される。

【０００８】反射後、光はその行路を戻る。光は再びセ
ルを通過する際に９０度回転し、第一偏光フィルタを出
るこのようにしたフィルタおよびセル内の減衰を無視す
れば、光は鏡２１により反射されたように見え、セルは
光ってみえる。

【０００９】もしも電界がセルに印加されると、分子は
図３（ｂ）に示すように整列する。「捩れ」が消え、セ
ル内の光の９０度の回転が無くなる。この回転がなけれ
ば、第二偏光フィルタ１８は光の通過を阻止する。なぜ
ならば第二偏光フィルタ１８に到達した光はこれを通過
するには偏光が不適切であるからである。鏡２１による
反射は起こらず、セルは暗くなる。

【００１０】ＬＣＤの別の型は上記の原理を使用するが
鏡を省いているものがある。これらのセルは周囲光の代
わりに光源を使用する。これらの型は「バックリット型
（back-lit type, 背面照明型）と呼ばれている。

【００１１】実際のＬＣＤは図５のマトリックスに示す
ように、マトリックスに配列したそのようなセルを数十
万個含んでいる。線２４に高電圧が印加され、線２７に
低電圧が印加されると、図２に示す電界に類似した電界
がセル２１にかかり、セルは図３（ｂ）に示すように振
る舞う。この電界はセルを暗くさせる。

【００１２】図６（ａ）には電界を印加するための一装
置が示されている。一つ（あるいはそれ以上）のＭＯＳ
トランジスタのゲートに電荷が加えられると、トランジ
スタおよびキャパシタを通る電流が流れる。このキャパ
シタの両極板３０（図６（ｂ））間には液晶が挟まれて
いる。帯電された極板はこの液晶に電界を印加する。ゲ
ート上の電荷はやがて散逸するが、公知のリフレッシュ
回路が周期的にゲート電荷を補給する。通常、このリフ
レッシュ率は５０ないし１００Ｈｚの範囲にある。

【００１３】図７には別の電界印加装置が示されてい
る。直列の、但し極性が反対の、一対のダイオード（以
下、二連ダイオードという）ＢＰ１１等が各キャパシタ
ＣＰ１１等を帯電させる。線３４が高電圧にあり、線３
６が低電圧であると、ダイオードＢＰ１１は導通し、キ
ャパシタＣＰ１１を充電する。（単一のダイオードでな
く一対のダイオードを使用したのは、キャパシタの電圧
極性を周期的に反転しなければならないからである。そ
うしないと、キャパシタの一方の極板は常にゼロからあ
る正電圧に充電されることになり、永久に負極端の分子
を固定した方向に配列させるようになる。これら分子は
従って「記憶」を持つことになり、好ましくないのであ
る。電界の極性の周期的反転はこの永久的指向を防止
し、上記の二連ダイオードはこの反転を可能にする。）

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は改良型液晶デ
ィスプレーを与えることを課題とする。

【００１５】本発明の別の課題はデータを表示すること
に加えてデータを受信する液晶ディスプレーを与えるこ
とである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】一般に液晶ディスプレー
ではキャパシタが液晶内のそれぞれのピクセルに電界を
印加する。本発明の一形態ではダイオードのようなスイ
ッチング素子がキャパシタに充電電流を与えると共にさ
らに別の機能を有する。これらのスイッチング素子はフ
ォトダイオードとしても働く。これらのスイッチング素
子は外部的光ペンにより加えられた光を受信する。この
光はキャパシタ中に充電電流を誘起する。感知回路がこ
の充電電流を検出し、データをビデオメモリ中に格納す
る。このメモリはいずれのピクセルが暗くされるべきか
を指示する。このようにして光ペンはディスプレー上に
「書き込み」を行うことができる。

【００１７】

【実施例】図８ないし図１２に図示する本発明の第一形
態について述べる。列スイッチＣ１、Ｃ２、Ｃ３等によ
り制御される列アドレス線と、行アドレススイッチＲ
１、Ｒ２、Ｒ３等により制御される行アドレス線とを硝
子シート４０が担持する。フォトダイオードＤ１１、Ｄ
１２等が各行-列間の交差点に接続される。このガラス
シートは、フォトダイオードと液晶のピクセルとが記録
関係（registration）をもつように配置すべく、液晶と
記録関係を持つように配置される。

【００１８】使用に際しては、公知の制御装置４５が単
一の行スイッチＲ１等を閉じ、これにより第一行の線を
高電圧に保持する。その後、この制御装置はＣ１に始ま
る列スイッチを順次に閉じることにより各列の線を一つ
づつ順次に低電圧にする。このようにして制御装置は当
該行の各ダイオードに電圧を次々に印加する。すなわ
ち、制御装置はこれらダイオードを走査する。

【００１９】この走査の期間、ユーザーは点を描きたい
箇所に公知の光ペン４４を置く。その位置にあるフォト
ダイオードＤ１１等が制御装置により走査されると、フ
ォトダイオードは導通し、図１２に示すように電流Ｉを
流し、抵抗器ＲＳ１にまたがる電圧を発生させる。微分
増幅器ＳＡ１がこの電圧を感知し、このダイオードを含
む列について図１０に示す列レジスタ４７内に「１」を
格納する。

【００２０】現在行１ですべての列が走査された後の列
レジスタは、光ペンで照明されたすべての列を同定する
データを含んでいる。このデータはビデオメモリに転送
され、ビデオメモリはこの行内のそれぞれのピクセルを
照明する（または暗くする）。その後、当該技術分野で
知られている通り、この列レジスタは払拭（clear,クリ
ア）され、次の行に対して走査プロセスが反復される。
すなわち、制御装置４５はＲ１を開き、Ｒ２を閉じ、上
記のようにすべての列が走査され、行２に対するビデオ
データを得る。このプロセスはすべての行が走査される
まで反復される。

【００２１】この走査はダイオードのマトリックス全体
が約１０ないし２０ミリ秒毎に（すなわち５０ないし１
００Ｈｚ）走査されるように行われる。この走査速度は
十分に高速であり、ユーザーが光ペンを走査期間中に運
動させても光ペンは暗いピクセルの軌跡を残すことがで
きる。すなわちビデオ回路は光ペンに追随する可視的な
線を描く。このシステムは紙の上のペン描きに類似して
いる。

【００２２】本発明の第二形態について述べる。本発明
のもっと複雑な形態が図１３に示してある。この形態で
は図７に示すと共に前述したように、液晶のダイオード
マトリックス自体が光ペンからのデータを受信するため
に使用される。例えば光ペンが二連ダイオードＢＰ１１
を照明したとすると、このダイオードは導通し、キャパ
シタＣＰ１１を充電し、ＲＳ１を通る電流を与える。微
分増幅器がこのＲＳ１にまたがる電圧を感知し、列１に
対する列レジスタ中に「１」を負荷する。この行全体が
走査された後、この列レジスタ内のデータはビデオメモ
リに転送され、本発明の簡単な形態例ではＣＰ１１によ
り制御されるピクセルが暗くされる。

【００２３】データがビデオメモリに格納された後、キ
ャパシタはリフレッシュされなければならない。その理
由はキャパシタはその電荷を散逸するからである。リフ
レッシングは、ＢＰ１１を駆動しＣＰ１１を充電すべく
導通させるに十分な高電圧をＣＰ１１およびＢＰ１１の
直列接続に印加することにより行われる。（前述の光ペ
ンがＢＰ１１を導通させる。）

【００２４】このように本発明の第二の形態ではダイオ
ードに対して二つの型の走査サイクルが行われる。この
場合、サイクルの一つはデータ取得サイクルで、データ
は光ペン４４から取得される。各照明されたダイオード
（例えばＢＰ１１）はそれぞれの感知抵抗（例えばＲＳ
１）に信号を生起させて究極的にはデータをビデオメモ
リ内に格納させる。

【００２５】第二のサイクルは通常のリフレッシュサイ
クルで、これはビデオメモリ内のデータに基づいてピク
セルをリフレッシュする。第二サイクルの期間中、行お
よび列間の電位差は第一の場合よりも大きくされ、上に
議論した理由から反対の極性にされることが多い。

【００２６】以下の節で明らかになるように、二つの別
個の走査ステップを使用することが当然に必要なわけで
はない。リフレッシュおよび光ペンからのデータ収集を
単一の走査ステップ行うこともできる。

【００２７】ビデオメモリのデータにしたがってある指
定されたピクセルを暗くすべき場合を考えよう。このと
き、リフレッシュ期間中にそのピクセルのキャパシタ
（例えば図８または図９のＣＰ１１）を充電しなければ
ならない。この充電でキャパシタの感知抵抗（例えばＲ
Ｓ１）に電流が流れる。ピクセルを暗くすることを要求
しているのは光ペンでなくビデオメモリであるにもかか
わらず、感知増幅器は光ペンが当該ピクセルを暗くする
ことを要求していると思い込む。

【００２８】この錯覚は重大ではない。なぜならばビデ
オメモリあるいは光ペンのいずれが暗いピクセルを要求
しているかは問題ではないからである。ビデオメモリ
は、光ペンが先刻、ピクセルを暗くすることを要求した
場合のみその要求を行うに過ぎない。いずれにしても
「１」が当該ピクセルに対してビデオメモリに保持され
る。

【００２９】図１３に想像線４９で示すように、列線内
にではなく行線内に感知抵抗が配置できことに注意され
たい。この型の接続の方がキャパシタからの良好な孤立
状態が得られる。すなわち、ＣＰ１１およびＣＰ２１の
ような多重キャパシタにＲＳ１のような抵抗を同時接続
することは好ましくないことがある。

【００３０】図１３はＢＰ１１のような二連ダイオード
の形になった二つのダイオードを示す。実際上、これら
のダイオードはベース線を除去したフォトトランジスタ
でよい。エミッタ-ベース ジャンクションが一つのダイ
オードを構成し、コレクタ-ベースジャンクションがも
う一つのダイオードを構成する。ベースに光が当たると
キャリヤが発生し、これがベース電流のように働き、ト
ランジスタを駆動しこれを飽和させる。

【００３１】代わりの実施例を説明する。図９ないし１
１に示す場合のように第三シート上にペン位置走査機構
が配置されるなら充電用のキャパシタは必ずしも必要で
ない。光感知性ダイオード自体で十分である。しかしな
がら、この場合は行および列の線は少なくとも交差点で
相互に隔絶されなければならない。両者を隔絶させ、か
つ製造上の見地から好ましい一つの方法が図１４に示し
てある。光感知性ダイオードＤが「行線」および「列
線」の交差点に正確に、かつ「行線」および「列線」に
垂直に（すなわち電流経路から見て垂直に）配置され
る。このダイオードは非作動時は絶縁体として働き、作
動時はコネクタとして働く。

【００３２】

【効果】以上に説明したように本発明はデータを表示す
ることに加えてデータを受信することができる液晶ディ
スプレーを与える。すなわち本発明のディスプレーはそ
の上に光ペンで「書き込み」を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶内の分子の棒状性質を例示する図である。

【図２】印加された電界がどのように液晶分子を配列さ
せるかを示す図である。

【図３】「捩れた」液晶セルを示す図（ａ）、および電
界が存在する場合に「捩れた」液晶セル内の分子がどの
ように再配向するかを示す図（ｂ）である。

【図４】液晶内の単一セルを示す図である。

【図５】液晶セルのマトリックスの一部を示す図であ
る。

【図６】図５のマトリックスの各セルに印加される電界
を制御する装置（図６（ａ））および図６（ａ）のＭＯ
Ｓトランジスタが、極板３０が液晶セルを挟むキャパシ
タにどのように電荷を与えるかを示す図（図６（ｂ））
である。

【図７】キャパシタに電荷を与える別の方法を示す図で
ある。

【図８】本発明の一形態を示す図である。

【図９】図８の拡大図の一部である。

【図１０】図９に続く拡大図の一部である。

【図１１】図１０に続く拡大図の一部である。

【図１２】ディスプレーへの書き込みを説明する図であ
る。

【図１３】本発明の第二の形態を示す図である。

【図１４】別の実施例を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のピクセルを有する液晶ディスプレー
   において ａ）各々に （ｉ）相応のピクセルに関連され、 （ｉｉ）到来する光に応答して信号を発生することがで
   きる複数のセンサと ｂ）当該ピクセルに対する該信号に応答して各ピクセル
   の輝度を変更する手段とを具えたことを特徴とする液晶
   ディスプレー。
2. 【請求項２】液晶ディスプレーを動作させる方法であっ
   て、該液晶の選択された領域にキャパシタが電界を印加
   するようにされ、 ａ）該キャパシタに電荷を負荷することを感知するステ
   ップと、これに応答して ｂ）帯電された該キャパシタを同定するデータを格納す
   るステップとを含むことを特徴とする液晶作動方法。