JPH05334000A - 入力一体型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一般的な表示装置に見られる欠点、すなわ
ち、消費電力が大きく、重量が重く、磁界の影響を受け
やすく、分解能及び耐久性が悪く、静電気に対して弱
く、検出回路が複雑であって耐環境性に弱く、かつ入力
位置と表示位置とが視差によりずれるという諸問題点を
解消し得る入力一体型表示装置を提供することである。 【構成】 液晶（３２）を表示媒体として用いた表示パ
ネルにおいて、所定の波長の光を表示基板（３０，３
１，７１，７２，８５、８８）面とほぼ平行に導光させ
る光導波路（３６，７３）をマトリクス状に一体形成し
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力一体型表示装置に
係り、詳細にはＯＡ（オフイスオ−トメ−ション）機器
や、ＡＶ（オ−ディオビジュアル）機器における手書き
入力用の入力一体型表示装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】近年、高度情報化社会の進展と相俟っ
て、大型・大表示容量ディスプレイへの要望が高まって
きている。このような要望に答えるため、現在の「ディ
スプレイの王者」とも呼ばれるＣＲＴ（陰極線管）で
は、高精細化への開発が進む一方、大型化に関しても直
視型では40インチクラスのもの、投射型では200 インチ
クラスのものまで開発されている。

【０００３】しかし、ＣＲＴのもつ重量や奥行きの問題
が、大型・大容量表示の実現において一段と深刻化する
ため、抜本的な解決方法が強く望まれている。

【０００４】従来のＣＲＴとは異なる原理で表示を行う
平面型ディスプレイでは、ワ−プロやパソコンといった
用途で知られている現状から脱却し、ハイビジョンや高
性能ＥＷＳ（エンジニアリングワ−クステ−ション）用
デイスプレイに要求される高表示品質化に向かって着実
に研究が進められている。

【０００５】平面型ディスプレイでは、ＥＬＰ（エレク
トロルミネセントパネル）、ＰＤＰ（プラズマディスプ
レイパネル）、ＶＦＤ（蛍光表示管）、ＥＣＤ（エレク
トロミック表示装置）、ＬＣＤ（液晶表示装置）等が存
在する。これらの中では、フルカラ−実現の容易性、Ｌ
ＳＩ（大規模集積回路）との整合性からＬＣＤが最も有
望視されており、その技術進展は最も著しい。

【０００６】ＬＣＤには単純マトリクス駆動型ＬＣＤと
アクティブマトリクス駆動型ＬＣＤとが存在する。単純
マトリクス駆動型ＬＣＤは、それぞれに形成したストラ
イプ状電極が互いに直交するように一対のガラス基板を
対向配置させてなるＸＹマトリクス型パネルに液晶を封
入した構造を持ち、液晶表示特性の急俊性を利用して表
示を行うものである。

【０００７】一方、アクティブマトリクス駆動型ＬＣＤ
は絵素に非線形素子を直接的に付加した構造を持ち、各
素子の非線形特性（スイッチング特性等）を積極的に利
用して表示を行うものである。従って、前者の単純マト
リクス駆動型ＬＣＤに比べ、液晶自身の表示特性への依
存度が少なく、高コントラストで且つ高速応答のデイス
プレイを実現できる。

【０００８】この種の非線形素子には２端子型と３端子
型とがある。２端子型の非線形素子としてはＭＩＭ（金
属−絶縁体−金属）、ダイオ−ド等が存在し、一方、３
端子型の非線形素子としてはＴＦＴ（薄膜トランジス
タ）、Ｓｉ−ＭＯＳ（シリコン金属酸化膜半導体）、Ｓ
ＯＳ（シリコン−オン−サファイア）等が存在する。

【０００９】ところで、ＬＣＤの市場用途からみれば、
今後、前述の単純マトリクス駆動型ＬＣＤやアクティブ
マトリクス駆動型ＬＣＤを搭載したラップトップパソコ
ンやパ−ムトップパソコンが市場の伸長を牽引する商品
として有望視されている。

【００１０】これらの商品、特にパ−ムトップパソコン
のような携帯用情報端末機においては、情報の入力装置
が重要であり、キ−ボ−ドのスペ−スを省くため、手書
き入力の機能が強く要望されている。

【００１１】この機能として、従来では、主として、タ
ブレットデジタイザを液晶パネルの外部に設置し、ペン
入力された位置をタブレットによって検出するものであ
る。このタブレットには、電磁誘導方式、電磁授受方
式、抵抗感圧方式、静電結合方式、音響方式、光学方式
等がある。

【００１２】電磁誘導方式の一例を図８に示す。

【００１３】この図のように導体パタ−ン１と励磁コイ
ル（カ−ソルコイル）２から構成されている。

【００１４】Ｘ軸リングカウンタ３とＹ軸リングカウン
タ４によって順次ダイオ−ド５をオンすると共通端子Ｍ
にはそれに応じた電圧が出力される。これと同時にカ−
ソルコイル２に交流信号を印加すると、走査線上に誘導
電力が発生する。

【００１５】この結果、共通端子Ｍにはオン電圧と誘導
起電力との合成波が現われる。この合成波をＡ／Ｄ変換
して最大値検出回路に加える。この回路は最大振幅値を
検出する機能と、これに対応する走査線に隣接する左右
の走査線上の起電力の大きい方を選択する機能をもつ。
これによりカ−ソル位置を検出することができる。

【００１６】電磁授受方式の一例を図９に示す。

【００１７】この方式は、タブレット６と、タブレット
６と接続されたアドレス９と、授受セレクタ１０と、そ
れぞれコントロ−ラ１３に連結されておりセレクタ１０
によってアドレス９と選択的に接続されるセンサ１１お
よびドライバ１２とを含む。

【００１８】タブレツト６上のマトリクス線に交流電流
を加え、指示器７内にある共振回路（コイル）８によっ
て誘導起電力を吸収し、次の瞬間にタブレット６のマト
リクス線がセンサとなり、指示器７内の共振回路（コイ
ル）８によって作られる電磁波を検出する。

【００１９】抵抗感圧方式の一例を図１０に示す。

【００２０】連動スイッチ１９が備えられており、電極
１７、１８を夫々備えた２枚の抵抗体を形成したシ−ト
１４、１５を空隙を設けて貼合わせ、シ−ト１４、１５
上から圧力を加えることにより接触させ、発生する電位
より座標を検出する。すなわち、Ｘ軸用の抵抗シ−ト１
５に直流電圧を印加し、圧力によってＹ軸用の抵抗シ−
ト１４に発生した電圧を取り出してＸ座標を検出する。
時分割でＸ軸、Ｙ軸に電圧を印加することにより交互に
Ｘ軸座標、Ｙ軸座標を検出する。

【００２１】静電結合方式の一例を図１１に示す。

【００２２】位相の異なる矩形波を電極２１、２２の両
端に印加し、スイッチ２３で交互にＸ軸、Ｙ軸の位置検
出を行う。アンプ２５、フィルタ２６を介して位相検出
回路２７と結合されたペン２４からＩＴＯ膜２８の位置
によってきまる位相を検出することによりＸ軸、Ｙ軸の
座標を求める。

【００２３】音響方式は、空気中を伝わる音波あるいは
タブレット表面を伝搬する表面波の伝搬時間や、反射波
の到達時間を検出することにより、位置を求めるもので
ある。

【００２４】光学方式はＸ軸、Ｙ軸の各一方に発光素子
を、他方には受光素子を設置し、光を遮った位置を検出
するものである。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】前述の各方式は次のよ
うな欠点を有する。

【００２６】(1) 電磁誘導方式は、比較的高い分解能が
得られるものの、消費電力が大きく、且つ重量も重いこ
とや、磁界の影響を受けやすいという問題点を有する。

【００２７】(2) 電磁授受方式においても比較的高い分
解能が得られる一方、消費電力が大きいというデメリッ
トがある。

【００２８】(3) 抵抗感圧方式は、他の方式に比べてコ
スト的にはメリットがあるが、抵抗値の一様性に課題が
あり、分解能が悪く、かつシ−トにきずがつき易いこと
から耐久性も悪いという問題がある。

【００２９】(4) 静電結合方式は、分解能は比較的高い
が、ペン２４をワイヤレスにすることが難かしく、また
消費電力も比較的大きい。さらに静電気に対しても弱い
という問題点がある。

【００３０】(5) 音響方式は、検出回路が複雑になるこ
とや、耐環境性に弱いという課題がある。

【００３１】(6) 光学方式は分解能が悪いという欠点が
有る。

【００３２】以上のようにいずれの方式においても十分
満足できるものではなく、かつ液晶パネルの上部もしく
は下部に併設するため、入力位置と表示位置とが視差に
よりずれるという問題があった。

【００３３】本発明の目的は、前述の一般的な方式に見
られる欠点を解消し得る入力一体型表示装置を提供する
ことにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶を表示媒
体として用いた表示パネルにおいて、所定の波長の光を
表示基板面とほぼ平行に導光させる光導波路をマトリク
ス状に一体形成したことを特徴とする。

【００３５】

【作用】所定の波長の光を表示基板面とほぼ平行に導光
させる光導波路がマトリクス状に一体形成されているの
で、光ペンによる入力により位置検出ができる。またマ
トリクス状光導波路を表示絵素上、絵素間隔に形成で
き、表示の開口率を向上し得るものである。更に、手書
き位置検出回路、文字認識回路等の各種処理回路をガラ
ス基板上もしくはシリコン単結晶基板上に集積すること
により極めてコンパクトな表示装置を実現できる。

【００３６】したがって、従来のような表示パネルにタ
ブレットを積層させる方式における装置の厚さ、重量、
消費電力、視差による表示の位置精度、ペンのノンワイ
ヤレス、磁場、静電場等の環境変化による表示への悪影
響等の問題が本発明により解決することができ、ラップ
トップパソコンやワ−プロ等コンピュ−タを用いる各種
ＯＡ機器に広く適用でき、特に、パ−ムトップコンピュ
−タ、電子手帳等の小型携帯端末機に極めておおきな威
力を発揮するものである。

【００３７】

【実施例】本発明の実施例は、入力器（ペン）のワイヤ
レス化が可能であり、低消費電力で、且つ高分解能、耐
環境性を実現するために、液晶表示素子を構成する基板
上にＸ軸およびＹ軸方向に光導波路を形成する。更に光
導波路の端部には所定の光信号を感知する受光素子を設
け、入力器としてはレ−ザやＬＥＤ等の発光素子で構成
される光ペンを利用する。

【００３８】図５においては、Ｓｉ単結晶基板３０とガ
ラス基板３１とを対向させてその間隙に液晶３２が封入
されている。Ｓｉ単結晶基板３０には、液晶ドライバ部
３３、後述する絵素電極部３８の絵素電極の下に形成さ
れトランジスタを含む回路と電極とで構成された絵素、
すなわちアクティブ素子（図示しない）が形成されてお
り、ガラス基板３１には一様に透明電極３７が形成され
ており、この基板間で液晶にはアクティブマトリクス駆
動が行われる。

【００３９】Ｓｉ単結晶基板３０上には、反射電極と共
用した絵素電極部３８が形成されており、この絵素電極
部３８間（絵素ヌキの部分）にＸ方向もしくはＹ方向に
光導波路３６、Ｘ（Ｙ）センサ部３４、Ｙ（Ｘ）センサ
部３５が形成されている。

【００４０】光導波路の材料としては、無機材料や有機
材料が用いられ、例えば前者ではＳｉＯ₂ 、Ｓｉ
₃ Ｎ₄ 、ＧｅＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等の積層やガラスファイバ
の埋め込み構造、後者ではポリイミド、エポキシ樹脂、
ポリウレタン、ＰＭＭＡ等が使用される。

【００４１】一方、該基板の対向となるガラス基板には
Ｓｉ単結晶基板の光導波路と交叉し、且つ絵素ヌキの部
分に位置するように、すなわち、Ｙ方向もしくはＸ方向
への光導波路を形成する。

【００４２】光導波路の形成方法としては、ＣＶＤ法
（化学気相蒸着法）や火炎たい積法、スパッタ法が無機
材料に用いられ、更に基板がガラスであれば熱や電界印
加によるイオン交換法も適用できる。この一般的な作製
法はＫ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｓ等のド−プ用イオンを含む無
機塩を溶融し、ガラス基板の中の例えば、Ｎａ、Ｆイオ
ンと交換させて高屈折率部を形成するものである。

【００４３】この他には基板に機械的にあるいは光学的
に溝を形成した後、光ファイバを埋め込む構造も適用可
能である。

【００４４】有機材料の場合には、スピンコ−ト法やデ
ィッピング法、ゾルゲル法等が適用できる。更に光導波
を行うためにコアとクラッドの形成は電場配向を行な
い、極性分子や側鎖極性基の中心対称性を崩して光非線
形性を発現させたり、配向の違いによる屈折率変化も利
用できる。その他の方法としてはＬＢ膜を形成したり、
溶媒蒸発法や溶融法を用いた有機結晶も適用可能であ
る。

【００４５】Ｓｉ基板上におけるＸおよびＹ各導波路の
端部にはホトセンサが形成されている。また、ガラス基
板上に形成されたＹ方向もしくはＸ方向の端部は光をＳ
ｉ基板上へ漏洩させるために凹部もしくは凸部の加工が
施されており、Ｓｉ基板上のホトセンサはこの漏れた光
を受光する位置に形成されている。

【００４６】この作用は次のようになる。

【００４７】レ−ザやＬＥＤ等の発光素子を内蔵させた
光ペンを上部基板上に当てると、接触部より入射した光
のうち、導光条件にみあう入射角の光成分がガラス基板
上に形成した光導波路とこれに直交するようＳｉ基板上
に形成された光導波路で導光され、端部のＸ位置、Ｙ位
置にあるホトセンサにより、接触部のＸ座標、Ｙ座標が
決定される。

【００４８】ここで問題となるのは周囲光の影響を考慮
し、光ペンにより光出力の信号と周囲光との分離であ
る。

【００４９】この対策としては、光ペンの光波長を周囲
光の主波長より分離したり、光ペンの光出力を特定の周
波数や強度で点滅させること、またホトセンサの感度を
十分に上げ、周囲光の影響を除去することにより前記分
離は可能となる。

【００５０】光ペンの基本構造の１例（レ−ザ使用）を
図６に示す。

【００５１】構成は、レンズ５０、レ−ザ５１、電圧制
御部５２、電源部５３、スイッチ５４を含む。

【００５２】光ペンが液晶パネルに触れたときにスイッ
チ５４がオンとなりレ−ザ５１より光が出射し、液晶パ
ネルの液晶層部に焦点を結ぶように光が入射する。つま
り細かい点状の光がパネルに入るため、Ｘ−Ｙ方向へ導
光される導波路の数は少ない。これに付加機能として更
に強くペンを押すと焦点がぼけ、太い光スポットをパネ
ルへ入射させることも機構上可能である。この場合はＸ
−Ｙ方向へ導光される導波路の数は上記の場合よりも多
い。

【００５３】したがって、本入力器は従来困難であった
筆圧により文字の太さの制御が可能となる。

【００５４】位置の検出が可能となればコンピュ−タと
組み合わせることにより、手書き文字を認識することの
できる手書き文字認識装置を実現することができる。

【００５５】図７はこの手書き文字認識装置の構成の実
施例を示すブロック図である。

【００５６】図７に示すように、この手書き文字認識装
置は表示パネル６０を備えており、コンピュ−タ６２に
は文字認識部６４、ストロ−クデ−タ発生部６３を含
む。光ペン位置検出部６１は光ペンからの光に応じて表
示パネル６０から送出される信号に基づいて、表示パネ
ル６０上の位置を検出し、コンピュ−タ６２は検出され
たデ−タに基づいて文字、図形、記号等を認識し、表示
制御部６５を介して表示パネル６０に認識した文字等を
表示する。尚、光ペン位置検出部６１、コンピュ−タ６
２、ストロ−クデ−タ発生部６３、文字認識部６４はＬ
ＣＤとして一体化できるが特に基板としてＳｉ単結晶を
用いれば集積高密度実装できる点で望ましい。

【００５７】本発明によれば、表示パネル内に光導波路
を形成することにより、光ペンの位置検出が可能とな
り、コンピュ−タと組み合わせることにより、手書き文
字等を認識することができる。従来の表示パネルにタブ
レットパネルを積層させる方式では、装置の厚さが厚く
なると、重量が重くなること、消費電力が大きいこと、
又、視差より位置精度に誤差が大きいこと等の問題点が
あったが、本発明では、このような問題がない。更に入
力用のペンもワイヤレスに構成できるため、入力操作も
簡便にすることができる上、筆圧により文字の大きさも
選択することができる。

【００５８】なお、本実施例では光導波路をＳｉ単結晶
基板とガラス基板上に形成したが、ＸＹ導波路をすべて
Ｓｉ単結晶基板上に形成すること、すべてガラス基板上
に形成すること、また、液晶パネルとして１対のガラス
基板で構成した表示素子についても本実施例を適用でき
ることは言うまでもない。図３(a)(b)および図４(a)(b)
にこれらの具体的な構造を示す。７０は基板、７１は
Ｓｉ基板、７２はガラス基板、７３は光導波路を示す。

【００５９】図３(a) では基板（Ｓｉ基板又はガラス基
板）７０上に光導波路７３（Ｘ，Ｙ）が交差するように
配置され該光導波路７３上にガラス基板７２が配設され
ている。

【００６０】図３(b) ではＳｉ基板上のガラス基板７２
に光導波路７３（Ｘ，Ｙ）が交差するように配置されて
いる。

【００６１】図４(a) では基板（Ｓｉ基板又はガラス基
板）７０上に配設されたガラス基板７２の基板（Ｓｉ基
板又はガラス基板）７０側に一つの光導波路７３が他の
側に一つの光導波路７３と交差するように他の光導波路
７３が配置されている。

【００６２】図４(b) では２つの対向するガラス基板７
２の夫々に光導波路７３がｂ４ｘするように配設されて
いる。

【００６３】表示駆動法の観点では、本実施例を前記の
単純マトリクス駆動法やアクティブマトリクス駆動法に
適用できるが、特に、表示品質の点より後者の方式に適
用するのが好ましい。

【００６４】更に、液晶ドライバや各種メモリ回路、ホ
トセンサ等の各種機能回路が表示絵素のトランジスタと
ともに一体形成でき、その上ＣＰＵ等の他のＬＳＩも容
易に高密度実装できる点で、Ｓｉ単結晶基板を用いるア
クテイブマトリクス型ＬＣＤに適用することが特に望ま
しい。

【００６５】シリコン単結晶基板にＭＯＳ半導体プロセ
スを適用することにより反射型電極構造のスイッチング
素子を形成することができ、図２にその構造を示す。

【００６６】この構造においては、書き込みから次の書
き込み期間までの間、絵素に注入された電化の保持を助
ける手段としてのストレ−ジキャパシタを絶縁膜を介し
たシリコン基板８０とｐ−Ｓｉ４１との間に形成してい
る。

【００６７】又、反射膜でもある絵素電極４２はアルミ
ニウム(Al)を用いており、その凹凸はアルミニウム下の
絶縁層（ＳｉＮｘ）４３上にレジストを塗布し、その表
面をホトリンによって凹凸を形成することで実現してい
る。

【００６８】更に４４はフィ−ルド酸化膜、４５はソ−
スライン、４６は共通電極、８１はガラス基板、８２は
液晶を夫々示している。絵素数は２４０ｘ３８０、画面
サイズは３インチである。

【００６９】光導波路４７は次のように作成した。

【００７０】スパッタでＳｉＯ₂ 層を形成して後、Ｓｉ
Ｏ₂ −Ｔａ₂ Ｏ₅ 層を成膜し、パタ−ン化したのち、再
度ＳｉＯ₂ 膜をスパッタで形成およびパタ−ン化する。

【００７１】上記の方法により絵素ヌキの場所にＳｉ基
板にはＸ方向、ガラス基板にはＹ方向に形成する。又、
光導波路の端部にはＳｉ基板上にホトセンサを形成して
おりＳｉ基板上のＸ方向の導波路と光もれ部分を介して
結合している。

【００７２】一方ガラス基板上のＹ方向の導波路の端部
にもエッチングにより光もれ部分が形成されており、そ
の下にＳｉ基板上のホトセンサと対向している。全体の
構成を図１に示す。

【００７３】なお、ここで使用した液晶はメルク社製Ｚ
ＬＩ−２３２７であり、黒色の色素を含んだゲスト・ホ
スト型液晶である。また、カイラル物質を添加させ、d/
p=４（p:螺旋ピッチ、d:セル厚さ）に調整し、壁面配向
を垂直配向させたホワイトテイラ−型表示モ−ドを使用
している。

【００７４】周辺装置として図７の構成のコンピュ−タ
を介してレ−ザを組み入れた光ペンで手書きを行ったと
ころ良好に機能が動作することを確認した。

【００７５】

【発明の効果】所定の波長の光を表示基板面とほぼ平行
に導光させる光導波路がマトリクス状に一体形成されて
いるので、光ペンによる入力により位置検出ができる。
またマトリクス状光導波路を表示絵素上、絵素間隔に形
成でき、表示の開口率を向上し得るものである。更に、
手書き位置検出回路、文字認識回路等の各種処理回路を
ガラス基板上もしくはシリコン単結晶基板上に集積する
ことにより極めてコンパクトな表示装置を実現しでき
る。

【００７６】したがって、従来のような表示パネルにタ
ブレットを積層させる方式における装置の厚さ、重量、
消費電力、視差による表示の位置精度、ペンのノンワイ
ヤレス、磁場、静電場等の環境変化による表示への悪影
響等の問題が本発明により解決することができ、ラップ
トップパソコンやワ−プロ等コンピュ−タを用いる各種
ＯＡ機器に広く適用でき、特に、パ−ムトップコンピュ
−タ、電子手帳等の小型携帯端末機に極めておおきな威
力を発揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の入力一体型表示装置の実施例を示す斜
視図である。

【図２】スイッチング素子を説明する図である。

【図３】液晶パネルを示す図である。

【図４】他の液晶パネルを示す図である。

【図５】本発明の入力一体型表示装置の他の実施例を示
す斜視図である。

【図６】ペンの基本構造の１例を示す図である。

【図７】手書き文字認識装置の１例を示す図である。

【図８】電磁誘導方式のタブレットを示す図である。

【図９】電磁授受方式のタブレットを示す図である。

【図１０】抵抗感圧方式のタブレットを示す図である。

【図１１】静電結合方式のタブレットを示す図である。

【符号の説明】

３０、７１、８５ シリコン基板 ３１、７２、８８ ガラス基板 ３２ 液晶 ３６、７３ 光導波路 ６０ 表示パネル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶を表示媒体として用いた表示パネル
   において、所定の波長の光を表示基板面とほぼ平行に導
   光させる光導波路をマトリクス状に一体形成したことを
   特徴とする入力一体型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の表示パネルにおいて、
   光導波路が表示絵素間に形成されていることを特徴とす
   る入力一体型表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の表示パネルにお
   いて、１対の表示基板のうち、１枚がシリコン単結晶基
   板で構成されていることを特徴とする入力一体型表示装
   置。
4. 【請求項４】 発光ダイオ−ド及びレ−ザのいずれか一
   方を組み入れた光入力器を具備したことを特徴とする請
   求項１から３のいずれか一項に記載の入力一体型表示装
   置。