JPH08153179A - 画像表示入力兼用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像入力時における解像度の劣化を防止す
る。 【構成】 バックライト４２は拡散光を放射する。指向
板４３は、バックライト４２から放射されて入射された
光の進行方向を入射面に垂直な方向に変更して出射す
る。画像表示入力兼用パネル４１は、制御回路４４に制
御されて、液晶セルを有する画素内に受光素子が組み込
まれ、画像入力時には、画素を順次オン/オフしてオン
画素から垂直方向に放射される平行光線で原稿４５を走
査する。そして、原稿４５からの反射光を当該オン画素
内に組み込まれている受光素子で受けて、電気信号に変
換する。こうして、画像表示入力兼用パネル４１のオン
画素からの放射されて原稿４５で反射された光を当該オ
ン画素のみで受けることによって、画像入力時に高い解
像度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、画像表示機能と画像
入力機能との２つの機能を備えた画像表示入力兼用装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像表示機能と画像入力機能との
２つの機能を備えた画像表示入力兼用パネルとして、特
公平５−４０９２７号公報「画像入出力装置」（日立マイ
クロコンピュータ)、特開昭６３−１６３８８６号公報
「表示入力兼用液晶パネル」（アルプス電気)、特開平５
−８９２３０号公報「画像読み取り/表示装置」（富士ゼ
ロックス)、特公昭６０−１６４６号公報「表示兼入力装
置」（日本電信電話）に代表されるように、幾つかの提
案がなされている。

【０００３】上記特公平５−４０９２７号公報「画像入
出力装置」では、一対の発光素子と受光素子とを平面上
にマトリクス状に複数対配置して画像入出力パネルを形
成している。そして、上記画像入出力パネルを画像表示
装置として動作させる際には、画像データに基づいて上
記発光素子を駆動する。一方、上記画像入出力パネルを
画像入力装置として動作させる際には、文字等の濃淡情
報が書き込まれた用紙をその情報記載面が画像入出力パ
ネルに対向するように重ねる。そして、その状態で発光
素子を発光させて光を用紙に当て、上記用紙からの反射
光を当該発光素子と対をなす受光素子で受けるのであ
る。

【０００４】また、上記特開昭６３−１６３８８６号公
報「表示入力兼用液晶パネル」では、液晶パネルにおける
画素中に受光素子を作り込んでいる。そして、上記液晶
パネルを画像入力装置として動作させる場合には、用紙
に外部から光を当ててその反射光または透過光を液晶パ
ネルに入射し、上記液晶パネル内の受光素子から得られ
る電気信号を検出する。

【０００５】また、上記特開平５−８９２３０号公報
「画像読み取り/表示装置」では、単純マトリクス液晶パ
ネルに受光素子を組み込んでいる。そして、上述した特
開昭６３−１６３８８６号「表示入力兼用液晶パネル」の
場合と同様にして、画像情報を入力する。

【０００６】また、上記特公昭６０−１６４６号公報
「表示兼入力装置」では、表示用駆動部と受光用駆動部
とをパネルの１画素内に配置している。そして、入力に
際しては、指または他の物体によって上記パネルに入射
する光を遮ることによって、上記受光用駆動部の受光ト
ランジスタをオフさせて入力座標を検知するのである。

【０００７】上述した画像表示入力兼用パネルは、何れ
も画像入力装置として動作する際には表示素子を発光素
子として用いるようにしている。そして、表示素子(発
光素子)から放射されて原稿等によって反射された光
を、上記表示素子と対を成して作り込まれている受光素
子で受けるのである。以下、上記特公平５−４０９２７
号公報「画像入出力装置」を例に、従来技術の基本的な動
作を説明する。

【０００８】図１５は、従来の画像表示入力兼用パネル
としての画像入出力パネルにおける斜視図である。ま
た、図１６は、上記画像入出力パネルの具体的構造を示
す部分拡大斜視図である。また、図１７は、上記画像入
出力パネルが画像表示装置として機能する場合と画像入
力装置として機能する場合との動作説明図である。

【０００９】図１５に示すように、上記画像入出力パネ
ルは、矩形を成す一枚の基板１上に(ｎ×ｍ)のマトリク
ス状に画素２が配置されて形成されている。上記各画素
２の夫々は、図１６に示すように、１つの表示素子２a
と１つの入力素子２bとを対にして構成されている。こ
こで、例えば表示素子２aとしては発光ダイオードのよ
うな発光素子が用いられる一方、入力素子２bとしては
フォトトランジスタのような受光素子が用いられる。上
記表示素子２aと入力素子２bとは、夫々の発光面あるい
は受光面が上向きになるような姿勢で互いに隣接して配
置されている。

【００１０】上述のように構成された画像入出力パネル
は、画像表示装置として動作する際には、図１７(a)に
示すように、各画素２の表示素子２aのみを用いて、例
えばドットマトリクス構成の表示装置と同様に動作し
て、ドットに相当する各画素２の表示素子２aを画像デ
ータに基づいてオンあるいはオフして、二次元の図形や
文字等を表示するのである。

【００１１】また、上記画像入出力パネルを画像入力装
置として動作させる場合には、図１７(b)に示すよう
に、図形や文字が描かれた原稿３をインク４側を画素２
側に対向させて上記画像入出力パネルの上に載置し、各
画素２の表示素子２aを順次駆動して発光させて上記原
稿３からの反射光の強弱を入力素子２bで検出する。そ
うすると、パターンを描くインク４が付着した低い反射
率の原稿表面で反射した弱い反射光、あるいは、インク
４が付着していない高い反射率の原稿表面で反射した強
い反射光が、入力素子２bに入射される。その結果、入
力素子２bで読み取られた電気信号を２値化することに
よって、原稿３上の濃淡パターンを表す画像データを得
ることができるのである。

【００１２】上述した従来の画像表示入力兼用パネルの
説明は上記特公平５−４０９２７号公報「画像入出力装
置」を例に説明したが、上記特開昭６３−１６３８８６
号公報「表示入力兼用液晶パネル」や上記特開平５−８９
２３０号公報「画像読み取り/表示装置」の場合には、液
晶パネルの画素内に受光素子を組み込んで、上記特公平
５−４０９２７号公報「画像入出力装置」の場合と同様に
動作させている。

【００１３】このように、上記液晶パネルの画素内に受
光素子を組み込んだ例として、図１８に上記特開昭６３
−１６３８８６号公報「表示入力兼用液晶パネル」におけ
る液晶パネルの概略構成を示す。

【００１４】液晶セルの画素電極５が形成された基板の
内面に、ゲートライン６,ソースライン７および信号ラ
イン８が格子状に配列されている。そして、ゲートライ
ン６とソースライン７との交点の近傍には、スイッチン
グ素子を構成する薄膜トランジスタＡが形成されてい
る。そして、ソースライン７は薄膜トランジスタＡのソ
ース電極に接続され、ゲートライン６は薄膜トランジス
タＡのゲート電極に接続されており、薄膜トランジスタ
Ａのドレイン電極９は画素電極５に接続されている。

【００１５】一方、上記ゲートライン６と信号ライン８
との交点の近傍には、受光素子を構成する薄膜光センサ
Ｂが形成されている。そして、薄膜光センサＢの一端に
はゲートライン６が接続され、薄膜光センサＢの他端に
は信号ライン８が接続されている。

【００１６】上記構成の液晶パネルにおいては、ゲート
ライン６とソースライン７とに画像データに応じた所定
の電圧を印加すると、薄膜トランジスタＡがオンされて
画素電極５に電圧が印加され、液晶セルが駆動されて画
像が表示される。また、ゲートライン６に所定の電圧を
印加すると、光が入射した薄膜光センサＢを介して当該
薄膜光センサＢの上記一端に接続されたゲートライン６
から上記他端に接続された信号ライン８に電流が流れ、
光の強弱が電気信号に変換される。

【００１７】以下、上記薄膜トランジスタＡおよび薄膜
光センサＢの構造と動作について、更に詳細に説明す
る。図１９は、図１８に示す液晶パネルにおける基板付
近の詳細な断面図である。液晶セルの一方の基板１１の
内側には上記スイッチング素子としての薄膜トランジス
タＡと受光素子としての薄膜光センサＢが形成されてい
る。

【００１８】上記薄膜トランジスタＡは以下のように形
成されている。すなわち、上記基板１１上には、ゲート
ライン６から引き込まれたゲート電極１２a,ゲート絶縁
層１３,半導体層１４および高ドーピング層１５が形成
されている。そして、ソースライン７は高ドーピング層
１５を介して半導体層１４に接続される一方、ドレイン
電極９も高ドーピング層１５を介して半導体層１４に接
続されている。上記ソースライン７とドレイン電極９間
はチャンネル部を成しており、このチャンネル部の上方
には遮光膜１６が形成されている。さらに、ドレイン電
極９は、透明な画素電極５に接続されている。

【００１９】また、上記薄膜光センサＢは以下のように
形成されている。すなわち、上記基板１１上には、ゲー
トライン６から引き込まれたゲート電極１２bと信号ラ
イン８が形成されている。そして、このゲート電極１２
bと信号ライン８とは、ダイオード１７および薄膜光セ
ンサＢを介して接続されている。上記ダイオード１７
は、遮光膜１８,絶縁膜１９,半導体層２０,高ドーピン
グ層２１および金属層２２・２３が順次積層されて構成
されている。そして、ゲート電極１２bと半導体層２０
とが金属層２２を介して接続され、金属層２３と半導体
層２０とが高ドーピング層２１を介して接続されてい
る。さらに、半導体層２０の上方には遮光膜２４が形成
されている。

【００２０】一方、上記薄膜光センサＢは、遮光膜２
５,絶縁層２６,光導電性を有する半導体層２７,高ドー
ピング層２８および金属層２３・２９が順次積層されて
形成されている。そして、金属層２３を介してダイオー
ド１７と薄膜光センサＢとが接続され、薄膜光センサＢ
の金属層２９は信号ライン８に接続されている。

【００２１】上記構成の薄膜トランジスタＡおよび薄膜
光センサＢにおいて、ゲートライン６に電圧が印加され
ると、薄膜トランジスタＡのゲート電極１２aに電圧が
印加されて、半導体層１４におけるゲート電極１２aに
接近した上記チャンネル部にキャリアが形成される。こ
の状態で、ソースライン７に電圧が印加されると、半導
体層１４における上記キャリアを介してソースライン７
からドレイン電極９に電流が流れて画素電極５に駆動電
圧が印加される。こうして、電圧を印加するゲートライ
ン６およびソースライン７を選択することによって、所
望の液晶セルが駆動されて画像が表示される。尚、遮光
膜１６は外部光によって半導体層１４が照射されて光導
電性による誤動作を防止するためのものである。

【００２２】次に、上記ゲートライン６に電圧が印加さ
れると、ダイオード１７におけるゲート電極１２bに電
圧が印加される。この状態で薄膜光センサＢに外部から
光が照射されると、半導体層２７が導電性を有してゲー
ト電極１２bから、金属層２２,半導体層２０,高ドーピ
ング層２１,金属層２３,高ドーピング層２８,半導体層
２７および金属層２９を通って信号ライン８に電流が流
れる。したがって、電圧が印加されたゲートライン６に
接続された何れの薄膜光センサＢに光が照射されたかを
電流が流れた信号ライン８によって検知し、出力として
取り出すことができる。こうして、各ゲートライン６に
順次電圧を印加して、信号ライン８に現れる電流を検出
することによって、２次元的な光学情報を電気信号に変
換することができるのである。尚、ダイオード１７は、
選択されていない(すなわち、電圧が印加されていない)
ゲートライン６に信号ライン８から電流が流れるのを防
止するためのものである。

【００２３】すなわち、先に記載した特公平５−４０９
２７号公報「画像入出力装置」(以下、第１の従来例と
言う)では表示素子２aを構成する発光素子として発光ダ
イオードを用いている。これに対して、後に記載した特
開昭６３−１６３８８６号公報「表示入力兼用液晶パネ
ル」(以下、第２の従来例と言う)では、液晶パネル自身
あるいは液晶パネルとバックライトとのペアを各画素毎
にオン/オフの制御を行って発光素子として代用するの
である。この第２の従来例の場合も、第１の従来例の場
合と同様に液晶パネルとバックライトのペアを各画素毎
に順次オン/オフして原稿を照射し、原稿からの反射光
を薄膜光センサＢで受光して光電変換することによって
原稿上の濃淡パターンを読み取るのである。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来例では、画像入力装置として動作する際には表
示素子を発光素子として用い、発光素子(表示素子)から
放射されて原稿等の表面で反射した光を当該発光素子と
対を成して形成された受光素子で受けるので、発光素子
からの光の指向特性に起因して、画像入力時に十分な解
像度が得られないという問題がある。また、液晶パネル
とバックライトとのペアを発光素子として代用する上記
第２の従来例では、液晶セルから放射される光の発光指
向特性が非常に特徴的な特性であるために特有の問題が
生ずる。

【００２５】以下、上記問題が発生する理由について説
明する。 (１) 第１の従来例における解像度に関連する問題につ
いて 図２０は、上記第１の従来例において実際に原稿３に描
かれたパターンを入力している状態を示す。画素２を構
成する発光素子(表示素子)２aから放射されて原稿３の
裏面におけるｄ点で反射された光が当該発光素子２aと
対を成して当該画素２を構成する受光素子２bに入射し
て光電変換される。その際に、ある受光素子２bに入射
する光の光路が対を成す発光素子２aからの光路ａのみ
であれば、原稿３のｄ点のみの濃淡に応じた強度の反射
光が当該受光素子２bに入力されるので、第１の従来例
における画像入出力パネルは良好に動作することにな
る。

【００２６】しかしながら、一般に、発光素子２aの発
光指向特性は光路ａの方向にのみ光を放射するようには
なっていない。例えば、図２１に示すように、発光素子
２aにおける発光面の垂線に対してブロードに広がるよ
うな発光指向特性を有している。したがって、図２０に
示すように、当該受光素子２bへの光路は、光路ａのみ
ならず、当該画素２に隣接する画素を構成する発光素子
からの光路ｂや光路ｃ等も同時に存在することになる。
その結果、当該受光素子２bには、対を成す発光素子２a
から放射されて原稿３上の点ｄで反射された光(光路ａ
による光)のみならず、発光素子２a'や発光素子２a"か
ら放射されて原稿３上の点ｅや点ｆで反射された光(光
路ｂや光路ｃによる光)も同時に入射する。したがっ
て、原稿３上の複数の点で反射された光が１つの受光素
子２bに同時に到達することになる。

【００２７】このように、上記原稿３上の複数の点で反
射された光が１つの受光素子２bに同時に到達すると、
原稿３上のある１点における濃淡情報が近傍に位置する
複数の受光素子２bで検知されることになり、画像表示
入力兼用パネルによって光電変換された電気信号から得
られる原稿３上におけるある１点の濃淡情報はぼやけて
しまう。つまり、画像入力時の解像度が十分にとれない
という問題が生ずるのである。

【００２８】このような問題は、液晶パネルとそのバッ
クライトとを用いて、液晶パネル上の各画素を順次オン
/オフして上記第１の従来例における発光素子２aの代用
を行う第２の従来例の場合にも、全く同様に生ずるので
ある。

【００２９】(２) 第２の従来例における特有の問題に
ついて 上記液晶パネルとそのバックライトとを用いて、液晶パ
ネル上の各画素を順次オン/オフして第１の従来例にお
ける発光素子の代用を行う場合には、液晶セルから放射
される光の光放射指向特性が非常に特異な特性であるの
で、新たに特有の問題が発生する。以下に、このことを
説明する。

【００３０】図２２は、上記画素から放射される光の光
放射指向特性の一例を示す。液晶パネル３１における特
定の画素３２をオンにした状態では、実線で示すよう
に、その画素３２に対して垂直方向のみならず大略水平
に近い方向へも強い光の放射がある。また、画素３２を
オフにした状態でも、点線で示すように、大略水平に近
い方向に強い光の放射が残る。つまり、液晶パネル上の
画素のオン/オフに拘わらず、大略水平に近い方向には
常に強い光の放射が存在するのである。

【００３１】このことは、第２の従来例においては、画
素３２のオン/オフに拘わりなく、図２１に示した第１
の従来例における発光素子２aの発光指向特性と同様、
１つの画素３２は原稿上の複数の点を照射し、１つの受
光素子へは原稿上の複数の点からの反射光が同時に到達
することを意味する。つまり、上記液晶パネル３１とそ
のバックライト３３とを用いて各画素３２を順次オン/
オフする場合には、オンになった画素３２のみによって
原稿を照射するという動作原理自体が満足されなくな
る。したがって、発光素子の発光指向特性に起因して画
像入力時の解像度が劣化するという問題のみならず、画
像入力動作自体が行なえなくなるという特有の問題が生
ずるのである。

【００３２】そこで、この発明の目的は、原稿上の特定
の狭い部位をオンした画素のみで照射することによっ
て、液晶パネルによる画像入力を可能にすると共に、画
像入力時の解像度の劣化を防止できる画像表示入力兼用
装置を提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の画像表示入力兼用装置は、平板状を成し
て一面から光を放射するバックライトと,上記バックラ
イトからの光を入射面に受けて出射面から上記入射面に
垂直な方向に出射する指向板と,液晶表示パネルの各画
素内に受光素子が組み込まれて成る画像表示入力兼用パ
ネルとを順次積層すると共に,画像表示時には,画像デー
タに応じて上記画像表示入力兼用パネルにおける各画素
のオン/オフを制御して画像データに応じた画像を表示
させる一方,画像入力時には,上記画像表示入力兼用パネ
ルの画素を順次オン/オフして原稿を走査させる制御回
路を有する画像表示入力兼用装置であって、上記指向板
は,上記バックライトからの光が入射される平面とプリ
ズム状の凹凸を有して上記平面に対向する凹凸面とを有
する２枚のプリズムシートを互いの凹凸の延在方向を直
交させて積層して形成され、上記プリズムシートの凹凸
面における凸部の頂角θを９０度から１２０度の範囲内
としたことを特徴としている。

【００３４】

【作用】画像表示時には、バックライトから放射されて
平面を成す入射面から指向板へ入射した光は、この指向
板を通過する際にプリズム状の凹凸面における頂角θが
９０度〜１２０度の凸部によって屈折されてその進行方
向が上記入射面に垂直な方向に変更されて画像表示入力
兼用パネルに至る。そして、制御回路によって、上記画
像表示入力兼用パネルにおける各画素のオン/オフが画
像データに応じて制御されて画像表示入力兼用パネルに
画像データに応じた画像が表示される。一方、画像入力
時には、上記画像表示時の場合と同様に、バックライト
から放射されて上記指向板によって進行方向が上記入射
面に垂直な方向に変更された光が画像表示入力兼用パネ
ルに至る。そして、上記制御回路によって、上記画像表
示入力兼用パネルにおける各画素が順次オン/オフされ
て、上記画像表示入力兼用パネル上の原稿が走査され
る。

【００３５】その結果、上記画像入力時の際には、上記
画像表示入力兼用パネルにおけるオン画素によって集光
されて垂直方向に放射された光は、上記原稿で反射され
て当該オン画素内に組み込まれた受光素子のみによって
受光される。こうして、高い解像度で画像入力が行われ
る。

【００３６】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は、本実施例の画像表示入力兼用装置に
おける概略構成を示す。

【００３７】図１において、４１は画像表示入力兼用パ
ネルであり、図１８,図１９に例示するように、液晶表
示素子と受光素子とで１つの画素を形成して、画像表示
機能と画像入力機能との両機能を有している。４２はバ
ックライトであり、画像表示入力兼用パネル４１の各画
素と共に発光素子として機能する。４３は本実施例の重
要な構成要素である指向板である。４４は制御回路であ
り、画像表示入力兼用パネル４１を制御して、画像表示
動作や画像入力動作を実行する。尚、上記構成の画像表
示入力兼用装置を画像入力装置として動作させる場合に
は、画像表示入力兼用パネル４１上に画像入力の対象と
なる原稿４５をその印刷面を画像表示入力兼用パネル４
１側に向けて画像表示入力兼用パネル４１上に載置され
る。

【００３８】上記バックライト４２は、図２に示すよう
に、蛍光灯４６,導光板４７,反射板４８,拡散板４９か
ら構成される。蛍光灯４６から放射された光は、反射板
４８で導光板４７側に反射され、導光板４７内を伝搬
し、導光板４７の放射面Ｃから拡散板４９に向かって放
射される。こうして、放射面Ｃから放射された光は拡散
板４９で拡散され、拡散光となって空間へ放出される。
このとき、放射光は拡散光となっているので、その発光
指向特性は図３に示すような特性を有している。

【００３９】図３は、上記構成を有するバックライト４
２の微少面積当たりの発光指向特性を示す。本実施例に
おけるバックライト４２では、拡散板４９から大略半球
方向に向かう均一な放射特性が得られる。バックライト
４２の放射面はこのような発光指向特性を有する微少面
積の集合であるから、放射面全体としては拡散された大
略散乱状の光線を放射することになる。

【００４０】尚、後に、図１２,図１３に示す光放射指
向特性図や図１４に示す光透過指向特性図は、総て対象
とする物体の微小面積当たりの特性を表している。した
がって、この微小面積当たりの指向特性が集まって、対
象とする物体全体の指向特性を呈するのである。

【００４１】上記指向板４３は、図５に示すように、２
枚のプリズムシート５５,５６を積層して構成される。
各プリズムシート５５,５６は、図４に示すように(プリ
ズムシート５５で代表)、その一面は滑らかな平面５１
であり、他面は棒状の多数のプリズムが平行に配列され
たような凹部５２と凸部５３とが形成された凹凸面５４
である。そして、両プリズムシート５５,５６を積層す
る際には、互いの凹部５２および凸部５３の延在方向が
直交するように配置される。

【００４２】図６〜図１０は、上記指向板４３の動作説
明図である。先ず、図６および図７によって、１枚のプ
リズムシート５５の動作について説明する。図６に示す
ように、平行に配列された多数の凹部５２および凸部５
３の延在方向に直交する平面Ｍに沿って平面５１側から
プリズムシート５５に垂直に入射した光ｇと平面Ｍに沿
って斜めに入射した光ｈとは、反対側のプリズム状の凹
凸面５４(図４参照)における凹部５２あるいは凸部５３
で屈折されて、共に平面５１に大略垂直な光となって出
射される。また、図７に示すように、凹部５２および凸
部５３の延在方向に平行する平面Ｌに沿って平面５１側
から垂直に入射した光ｉと平面Ｌに沿って斜めに入射し
た光ｊとは、反対側の凹部５２あるいは凸部５３の影響
を受けず、共に平面５１への入射方向を保って出射され
る。

【００４３】このことを図８および図９によって更に詳
細に説明する。尚、上述のように、プリズムシート５
５,５６はバックライト４２の拡散板４９の上に積層し
て使用されるので、図８および図９においては、上記プ
リズムシート５５における平面５１は拡散板４９に密着
していると仮定して、図３に示す発光指向特性に従って
拡散板４９の微小面積の点Ｄから放射状に光が放射され
た場合の光の経路に付いて示している。

【００４４】図８は、図６において平面Ｍに沿って平面
５１側からプリズムシート４５に光が入射する場合の断
面を示す。この場合には、拡散板４９上の微小面積の点
Ｄから放射された光は、平面５１側からプリズムシート
５５に入射されて、凹部５２あるいは凸部５３で屈折さ
れて平面５１に大略垂直で大略平行な光となって凹部５
２および凸部５３から放射される。

【００４５】このような動作は、図１１に示すような平
凸レンズ５８において、焦点を発光源とした場合の動作
に大略一致する。したがって、プリズムシート５５に対
するどのような入射光線が平面５１に大略垂直な光とな
って出射されるかは、プリズムシート５５の凹部５２お
よび凸部５３の角度θに依存することになる。尚、この
角度θの算出方法に付いての詳細な説明は省略するが、
例えば、後述するようにプリズムシート５５の凹凸のピ
ッチを３００ミクロン程度とし、プリズムシート５５の
厚みを１mm程度とし、プリズムシート５５自体の材質を
ポリ塩化ビニールとすると、平面５１の垂線に対して±
１０度以内の光を出射させる場合には、θ＝１１５度程
度とすればよい。

【００４６】尚、上記角度θは、プリズムシート５５の
材料をポリカーボネート等の高密度材料でアクリル樹
脂,ガラスまたは空気より屈折率が高い材料とし、プリ
ズムシート５５の厚みを１５０ミクロン〜１ミリメート
ルとし、画素ピッチが２００ミクロン〜３５０ミクロン
の画像表示入力兼用パネル４１を用い、平面５１の垂線
に対して±５度〜±１５度以内の光を出射させることを
考慮して、９０度〜１２０度に設定することが好まし
い。

【００４７】また、図９は、図７において平面Ｌに沿っ
て平面５１側からプリズムシート５５に光が入射する場
合の断面を示す。この場合には、拡散板４９上の点Ｄか
ら放射されて平面５１側からプリズムシート５５に入射
された光は、凹部５２あるいは凸部５３の延在方向に大
略平行に入射されるために、プリズムシート５５への入
射角を保って凹凸面５４側から出射される。このような
動作は、単なるガラス板に光が入射した場合と同様の動
作であり、光は単に２回屈折して通過して行くだけであ
る。

【００４８】以上、上記プリズムシート５５における凹
部５２と凸部５３との延在方向に直交した面Ｍに沿って
光が入射した場合と平行な面Ｌに沿って光が入射した場
合とについて述べたが、本実施例においては、図１０に
示すように、２枚のプリズムシート５５,５６を互いの
凹部５２および凸部５３の延在方向が直交するように積
層して使用する。その際に、上記拡散板３９側に位置す
るプリズムシート５６に平面５７側から平面５７に垂直
に入射する光ｋは、プリズムシート５６に対しては図６
における光ｇと同じ関係であるために、プリズムシート
５６の平面５７に大略垂直な光となって出射してプリズ
ムシート５５の平面５１に至る。この光は、プリズムシ
ート５５に対しても図６における光ｇと同じ関係である
ために、プリズムシート５５の平面５１に大略垂直な光
となって出射する。つまり、プリズムシート５６に平面
５７側から平面５７に垂直に入射する光ｋは、そのまま
プリズムシート５６,５５を通過して出射するのであ
る。

【００４９】また、上記プリズムシート５６に凹部５２
および凸部５３の延在方向に直交する面Ｍに沿って斜め
に入射する光ｌは、プリズムシート５６に対しては図６
における光ｈと同じ関係であるために、プリズムシート
５６の平面５７に大略垂直な光となって出射してプリズ
ムシート５５の平面５１に至る。そうすると、この光
は、プリズムシート５５に対しては図６における光ｇと
同じ関係であるために、プリズムシート５５の平面５１
に大略垂直な光となって出射する。つまり、プリズムシ
ート５６に平面５７側から上記平面Ｍに沿って斜めに入
射する光ｌも、プリズムシート５５から光ｋに大略平行
に出射するのである。

【００５０】これに対して、上記プリズムシート５６に
凹部５２および凸部５３の延在方向に平行する面Ｌに沿
って斜めに入射する光ｍは、プリズムシート５６に対し
ては図７における光ｊと同じ関係であるために、プリズ
ムシート５６をそのまま透過してプリズムシート４５の
平面５１に至る。そうすると、この光は、プリズムシー
ト５５に対しては図６における光ｈと同じ関係であるた
めに、プリズムシート５５の平面５１に大略垂直な光と
なって出射する。つまり、プリズムシート５６に平面５
７側から上記平面Ｌに沿って入射する光ｍも、プリズム
シート５５から光ｋに大略平行に出射するのである。

【００５１】結局、図１０に示すように２枚のプリズム
シート５５,５６を互いの凹部５２および凸部５３の延
在方向が直交するように積層して構成される指向板４３
は、どのような方向から光が入射されても平面５７に大
略垂直な光のみを出射するフィルタとして動作するので
ある。

【００５２】さて、このような一種のフィルタとしての
機能を考えると、図８と図１１とから明らかなように、
図１１に示すような平凸レンズ５８を用いた際には、焦
点を光源とすることによって焦点から放射された光は総
て平行光線に変換されるために、不要な斜め方向への光
の放射を完全に防止できるのである。これに対して、図
８に示すようなプリズムシート５５,５６は、その断面
が円弧や双曲線を成してはおらず直線を成してレンズを
近似しているのであるから、プリズムシート５５,５６
を用いた場合には上述のような平凸レンズ５８を用いた
場合の動作を近似しているに過ぎない。したがって、微
少面積の点からの放射光を入射面に垂直な平行光線に変
換して、不要な斜め方向の光線の放射を防止する点にお
いては平凸レンズ５８に比較すると不十分である。

【００５３】それにも拘わらず本実施例においてプリズ
ムシート５５,５６を用いるのは次の理由による。先
ず、第１点は、上記平凸レンズを２次元アレイ状に配列
したものとしてマイクロレンズアレイなるものが市販さ
れているが、曲面を形成するのに高い曲率精度が要求さ
れるので極めて高価となる。したがって、対角１０イン
チクラスの画像表示入力兼用パネル４１に適用するよう
な大形のマイクロレンズアレイは非常に高価となり、事
実上一般商品に搭載不可能である。これに対して、上記
プリズムシートは断面が直線であるために容易に高精度
で形成でき、価格が安いという利点を有している。

【００５４】第２点は、焦点から放射状に放射された光
線をどの程度の精度で垂直方向への光線に変換する必要
があるかを検討すると、プリズムシートを用いた近似レ
ベルで十分であることが分かる。以下、この点について
説明する。図１において、上記画像表示入力兼用パネル
４１は通常の液晶パネルと大略同様の外観を呈してい
る。したがって、その厚みは２mm程度であり、指向板４
３から放射された光線は厚さ２mm程の画像表示入力兼用
パネル４１を通過して原稿４５を照射することになる。
そこで、指向板４３によって完全に光の進行方向が変更
されず、指向板４３から放射される光線が僅かに入射面
に垂直な方向からずれたとする。その場合、上記垂直方
向からずれた光で２mm先の原稿４５が照射される。

【００５５】そこで、上記バックライト４２から放射さ
れて上記垂直方向からずれた光が２mm先の原稿４５を照
射した際における影響の程度を検討する。例えば、厚さ
２mmの指向板４３に入射した光が垂直方向から３度ずれ
て放射されるとする。そうすると、上記入射光は、指向
板４３を通過する間に、 ２mm×tan(３度)＝１００ミクロン だけ位置ずれを起こすことになる。このことは、画像表
示入力兼用パネル４１の画素ピッチが３００ミクロン程
度であるとすると、隣接画素に対応する原稿の位置が約
１/３画素ピッチ程度ずれ込んで同時に照射されること
を意味している。このように、上記垂直方向から３度ず
れた光によって原稿４５が照射されることで、隣接画素
に対応する位置も約１/３だけ照射されるのであるが、
この３度の立体角内に入る光の強度は(１/３)³＝１/２
７であることから、照射対象位置の照明強度と比較する
と無視できるレベルなのである。

【００５６】尚、上記指向板４３は、上記画像表示入力
兼用パネル４１と積層して使用するので、指向板４３を
構成するプリズムシート５５,５６の凹部および凸部の
配列間隔ｘ,ｙによっては、画像表示入力兼用パネル４
１における画素ピッチｚとの関係で画像表示入力兼用パ
ネル４１とモワレを起こす場合がある。そのために、上
記配列間隔ｘ,ｙは、少なくとも画像表示入力兼用パネ
ル４１の画素ピッチｚとまったく同一間隔であるか又は
無視できる間隔でなければならない。つまり、ｘ,ｙ＝
ｚまたはｘ,ｙ≪ｚである必要がある。

【００５７】一般に、画像表示入力兼用パネル４１の画
素ピッチｚは２００ミクロン〜３００ミクロン程度であ
るから、上記配列間隔ｘ,ｙの値としては、数十ミクロ
ンの値かあるいは２００ミクロン〜３００ミクロンで画
素のピッチｚに正確に一致した値が望ましい。

【００５８】本実施例においては、上記構成の指向板４
３は図３に示す発光指向特性を呈するバックライト４２
に積層されて使用される。このように、指向板４３をバ
ックライト４２に積層させた場合の発光指向特性は、図
１２に示すようになる。尚、点線はバックライト４２の
発光指向特性である。このような発光指向特性を得るこ
とによって、図１２に示すように、バックライト４２か
らあらゆる方向に放射された光は、指向板４３(θ＝１
１５度)によって平面５１の垂線から±１０度以内の方
向性を有する光に収束されて出射される。したがって、
指向板４３から出射される光の指向特性は大略垂直方向
のみとなるのである。

【００５９】このように、上記指向板４３を用いること
によって、バックライト４２からあらゆる角度で入射し
た光が平面５７の垂線から±１０度以内に収束されて出
射される。したがって、バックライト４２単体で入射面
の垂線から±１０度以内で測定した輝度よりも、バック
ライト４２に指向板４３を積層して上記垂線から±１０
度以内で測定した輝度の方が高くなるのである。すなわ
ち、上記指向板４３を用いることによって、バックライ
ト４２からの光の進行方向が一方向に変更されるのみな
らず、原稿４５を照射して画像を読み込む際の輝度を高
めてより強い反射光を受光素子に入射させることができ
るのである。上述のようなバックライト４２と指向板４
３は、画像表示入力兼用パネル４１の下面にセットされ
る。

【００６０】上記構成を有する画像表示出力兼用装置に
よって画像を表示する際には、上述した第２の従来例の
場合と全く同様に、画像表示入力兼用パネル４１の各画
素の画素電極に画像データに応じた電圧を印加してオン
/オフすることによって、画像表示入力兼用パネル４１
に画像が表示される。これに対して、画像を入力する際
には、原稿４５上における入力の対象となる点に対向す
る画素の画素電極だけに電圧を印加してオンさせ、他の
画素の画素電極には電圧を印加せずにオフする。こうし
て、画像表示入力兼用パネル４１のオン画素からの光に
よって原稿４５上の特定の１点を照射し、その点での反
射光を当該画素に組み込まれた受光素子(図示せず)で光
電変換するのである。

【００６１】その際に、本実施例においては、先に述べ
たように、指向板４３は、集光作用を有するので原稿４
５上における入力したい点の位置をより明るく照らすこ
とができ、強い反射光を上記受光素子に入射することが
可能となるのである。

【００６２】ここで、従来は、図３に示すような発光指
向特性を有するバックライトを、水平面に近い方向では
画素のオン/オフに拘わらず光透過率が高く、垂直方向
では画素のオン時に光透過率が高くオフ時には低い光透
過指向特性を呈する(図１４参照)画像表示入力兼用パネ
ルと積層しているので、図２２に示すような発光指向特
性を呈することになる。

【００６３】これに対して、本実施例においては、上記
バックライト４２と指向板４３とを積層し、更にその上
に画像表示入力兼用パネル４１を積層して画像表示入力
兼用装置を形成している。このように、バックライト４
２に指向板４３を積層することによって、光放射指向特
性が図１２に示すように改善されて、水平面へ近い方向
への光放射が殆どなくなる。その結果、更にその上に図
１４に示す光透過指向特性を呈する上記画像表示入力兼
用パネル４１を積層しても、図１３に示すように、画像
表示入力兼用パネル４１の画素のオン/オフに拘わらず
水平面に近い方向への光放射は無くなり、画素がオンし
た際には、垂直方向へのみ光放射が行われることにな
る。したがって、液晶パネルと同じ光透過指向特性を有
する画像表示入力兼用パネル４１を用いた画像入力を可
能にするのである。さらに、上記画像入力時に、画像表
示入力兼用パネル４１のオンした画素に組み込まれてい
る受光素子に隣接する画素から放射されて反射した光が
入射されることを防止して、画像入力時の解像度を高め
ることができるのである。

【００６４】尚、上記制御回路４４は、上記画像表示時
には、画像データに応じて画像表示入力兼用パネル４１
を駆動して画像表示入力兼用パネル４１に画像データに
応じた画像を表示する。また、画像入力時には、画像表
示入力兼用パネル４１の画素を順次オン/オフして原稿
４５を走査し、原稿４５からの反射光に基づいてオン画
素に組み込まれた受光素子で検知された原稿４５の濃淡
に応じた出力電流を処理して画像データとして取り出
す。

【００６５】以上のように、本実施例においては、画像
表示入力兼用パネル４１とバックライト４２との間に指
向板４３を配置している。そして、一面が平面であって
他面がプリズム状の凹凸(θ＝９０度〜１２０度)が形成
された凹凸面である２枚のプリズムシート５５,５６を
互いの凹部および凸部の延在方向が直交するように積層
して指向板４３を構成し、この指向板４３に入射される
光の進行方向を指向板４３の入射面５７の垂線に対して
±１０度以内に変更するようにしている。したがって、
画像入力時には、オンした画素の垂直方向に位置する原
稿の１点のみが照射されて、その点からの反射光の強弱
に応じて原稿上の当該点の濃淡を検知できるのである。

【００６６】また、上記画像表示入力兼用パネル４１に
おけるオフ画素からの水平面に近い方向への光放射を無
くして、オン画素からの光放射のみによって原稿を走査
できる。したがって、液晶パネルを用いた画像入力が可
能になる。さらに、上記指向板４３は、バックライト４
２からあらゆる方向に放射される光を入射面５７の垂線
に対して±１０度以内に収束して出射するので、画像入
力時における原稿照射光の明るさを増強してＳ/Ｎ比を
向上できる。

【００６７】尚、上記実施例においては省略している
が、画像表示入力兼用パネル４１は、通常の液晶表示モ
ジュールの場合と同様に上下に偏光板を配置して用いら
れることは言うまでもない。

【００６８】以上の説明では、指向板４３としてプリズ
ムシート５５,５６を互いの凹部５２および凸部５３の
延在方向を直交させて積層して形成したもののみについ
て述べた。これは、この発明の意図するところが、発明
が解決しようとする課題で述べたように、原稿照明光の
あらゆる方向への発散による画像入力解像度の低下を防
止することにあるためであり、そのために用いられるプ
リズムシート５５,５６による集光の原理等について説
明するためである。

【００６９】ところで、原稿照明光が特定方向にのみ発
散するような画像表示入力兼用パネルが開発された場合
には、上記特定方向へのみの発散を防止すれば目的を達
しうるから、そのような場合には、一方向に集光するプ
リズムシートを１枚用いればよいことがわかる。例え
ば、横方向には大きな光の発散が無く、縦方向にのみ光
の発散があるような画像表示入力兼用パネルが開発され
た場合には、プリズムシートの凹部および凸部の延在方
向が横方向になるように１枚のプリズムシートのみを配
置すればよい。逆に、縦方向には大きな光の発散が無
く、横方向にのみ光の発散があるような画像表示入力兼
用パネルが開発された場合には、プリズムシートの凹部
および凸部の延在方向が縦方向になるように、１枚のプ
リズムシートのみを配置すればよい。こうすることによ
って、上記指向板４３のコストダウンを図ることができ
る。

【００７０】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の画
像表示入力兼用装置は、バックライトに積層された指向
板によって上記バックライトからの光を入射面に垂直な
方向に出射し、画像入力時には、制御回路によって画像
表示入力兼用パネルを制御して原稿を走査する一方、原
稿からの反射光を上記画像表示入力兼用パネルのオン画
素内に組み込まれている受光素子で受光するので、上記
原稿上の特定の狭い部位を上記画像表示入力兼用パネル
における特定画素のみで照射することができる。したが
って、上記画像入力時には、上記画像表示入力兼用パネ
ルにおける１つの画素内の受光素子に上記原稿上におけ
る唯一つの部位からの反射光のみを入射でき、解像度の
劣化を防止できる。

【００７１】さらに、上記画像表示入力兼用パネルには
垂直方向の平行光線のみが入射されるので、オフ状態の
画素から水平方向へ光が放射されるという液晶パネル特
有の光透過指向特性を改善できる。したがって、オン画
素から放射された光のみによって原稿を走査することが
できる。すなわち、この発明によれば、液晶パネルとバ
ックライトとを発光素子として用いた画像入力が可能と
なるのである。

【００７２】さらに、上記指向板は、上記バックライト
からの光が入射される平面とプリズム状の凹凸を有して
上記平面に対向する凹凸面とを有する２枚のプリズムシ
ートを互いの凹凸の延在方向が直交するように積層して
形成し、且つ、凸部の頂角θを９０度〜１２０度とする
ので、上記指向板に入射された光の進行方向を上記平面
に垂直な方向に変更できる。したがって、上記指向板を
使用すれば、上記バックライトからの光を上記平面に垂
直な方向に収束でき、上記画像入力時における原稿照射
輝度を向上してＳ/Ｎ比の向上を図ることができる。さ
らに、上記指向板を上記プリズムシートで構成すること
によって、上記指向板をレンズで構成するのに比較して
安価に構成でき、且つ、容易に大量生産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の画像表示入力兼用装置の一実施例に
おける概略構成図である。

【図２】図１におけるバックライトの断面図である。

【図３】図２に示すバックライトの発光指向特性を示す
図である。

【図４】図１における指向板を構成するプリズムシート
の斜視図である。

【図５】図４に示すプリズムシートによって構成された
指向板の斜視図である。

【図６】図４に示すプリズムシートの一動作の説明図で
ある。

【図７】図４に示すプリズムシート他の動作の説明図で
ある。

【図８】図６におけるプリズムシートの断面図である。

【図９】図７におけるプリズムシートの断面図である。

【図１０】図５における指向板の動作の説明図である。

【図１１】平凸レンズの動作の説明図である。

【図１２】図１に示す積層されたバックライトと指向板
とによる光放射指向特性を示す図である。

【図１３】図１に示す積層されたバックライトと指向板
と画像表示入力兼用パネルとによる光放射指向特性を示
す図である。

【図１４】図１における画像表示入力兼用パネルの光透
過指向特性を示す図である。

【図１５】従来の画像表示入力兼用パネルの斜視図であ
る。

【図１６】図１５に示す画像表示入力兼用パネルの具体
的構造を示す部分拡大図である。

【図１７】図１５に示す画像表示入力兼用パネルの動作
説明図である。

【図１８】画素内に受光素子が組み込まれた液晶パネル
の構成を示す図である。

【図１９】図１８に示す液晶パネルにおける基板付近の
断面図である。

【図２０】図１５に示す画像表示入力兼用パネルの問題
点の説明図である。

【図２１】図１６における発光素子の発光指向特性図で
ある。

【図２２】図１８に示す液晶パネルの光放射指向特性図
である。

【符号の説明】

４１…画像表示入力兼用パネル、 ４２…バックライ
ト、４３…指向板、 ４４…制御回
路、４９…拡散板、 ５１,５７…
平面、５２…凹部、 ５３…凸
部、５４…凹凸面、 ５５,５６…
プリズムシート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｆ 3/033 ３５０ Ａ 7208−5Ｅ Ｇ０９Ｇ 3/36 (72)発明者 山本 義宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状を成して一面から光を放射するバ
   ックライトと、上記バックライトからの光を入射面に受
   けて出射面から上記入射面に垂直な方向に出射する指向
   板と、液晶表示パネルの各画素内に受光素子が組み込ま
   れて成る画像表示入力兼用パネルとを順次積層すると共
   に、画像表示時には、画像データに応じて上記画像表示
   入力兼用パネルにおける各画素のオン/オフを制御して
   画像データに応じた画像を表示させる一方、画像入力時
   には、上記画像表示入力兼用パネルの画素を順次オン/
   オフして原稿を走査させる制御回路を有する画像表示入
   力兼用装置であって、 上記指向板は、上記バックライトからの光が入射される
   平面とプリズム状の凹凸を有して上記平面に対向する凹
   凸面とを有する２枚のプリズムシートを互いの凹凸の延
   在方向を直交させて積層して形成され、 上記プリズムシートの凹凸面における凸部の頂角θを９
   ０度から１２０度の範囲内としたことを特徴とする画像
   表示入力兼用装置。