JPH08272529A

JPH08272529A - 画像入力表示装置

Info

Publication number: JPH08272529A
Application number: JP7628395A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sato; 肇佐藤; Nozomi Harada; 望原田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】製造コストおよび厚さを低減する。【構成】マトリクス状に配列される複数の画素電極２５
を有するアレイ基板ＳＢ１と、複数の画素電極２５に対
向する対向電極２６を有する対向基板ＳＢ２と、第１お
よび第２電極基板ＳＢ１およびＳＢ２間に保持され、画
像を表示するために対向電極２６の電位を基準にして複
数の画素電極２６に印加される電位の分布に対応した光
透過率分布に設定される液晶セル４とを設け、所定数毎
の画素電極２５に対応してマトリクス状に配列されスポ
ット光の入射をそれぞれ検出する複数の光検出部ＤＴ
と、スポット光の軌跡を入力画像として得るために複数
の光検出部ＤＴの検出結果を読出す読出回路ＲＤとをさ
らにアレイ基板ＳＢ１に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は携帯用の小型情報端末等
において画像表示および画像入力を行なう画像入力表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な小型情報端末は、液晶表示装置
を用いて文字や図形のような画像を表示する。最近で
は、画像を入力することが可能な小型情報端末も開発さ
れている。このような情報端末は、液晶表示装置とその
表示画面を覆う透明なデジタイザタブレットとで構成さ
れる画像入力装置を有する。デジタイザタブレットは画
像入力ペンで描かれる画像を読み取るために用いられ、
入力ペンが接触したかどうかをタブレット平面内のすべ
ての座標についてチェックしデジタイズすることにより
画像の読取りを行なう。例えば「フラットパネル・ディ
スプレイ ’９３」（日経ＢＰ社）の２０４頁から２０
６頁には、（１）抵抗膜方式、（２）静電結合方式
（３）電磁誘導方式が入力ペンの接触を検出する方式と
して紹介される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のデジタ
イザタブレットはいずれの方式であっても液晶表示装置
の表示画面上に形成されるため、デジタイザタブレット
の厚さが液晶表示装置の厚さに加わる。これは、小型情
報端末を薄型化する妨げとなる。また、デジタイザタブ
レットおよび液晶表示装置はそれぞれ独立な製造工程で
形成され、その後に一体化されるため、製造コストを低
く抑えることが難しい。本発明の目的は、上述したよう
な従来の問題点に鑑み、製造コストおよび厚さを低減で
きる画像入力表示装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、マトリ
クス状に配列される複数の画素電極を有する第１電極基
板と、複数の画素電極に対向する対向電極を有する第２
電極基板と、第１および第２電極基板間に保持され、画
像を表示するために対向電極の電位を基準にして複数の
画素電極に印加される電位の分布に対応した光透過率分
布に設定される液晶層とを備え、第１電極基板は所定数
毎の画素電極に対応してマトリクス状に配列され、スポ
ット光の入射をそれぞれ検出する複数の光検出部と、ス
ポット光の軌跡を入力画像として得るために複数の光検
出部の検出結果を読出す読出回路をさらに有する画像入
力表示装置が提供される。

【０００５】

【作用】この画像入力表示装置では、第１電極基板が複
数の光検出部および読出回路を有する。複数の光検出部
は所定数毎の画素電極に対応してマトリクス状に配列さ
れ、スポット光の入射をそれぞれ検出する。読出回路は
スポット光の軌跡を画像として得るために前記複数の光
検出部の検出結果を読出す。すなわち、複数の光検出部
および読出回路が第１電極基板に組み込まれるため、従
来のようなデジタイザタブレットが不要となる。従っ
て、この画像入力装置の厚さを実質的に従来の画像表示
装置と同様な厚さに設定すると共にその製造コストを低
減できる。

【０００６】光検出部は例えば予め一定の電荷量に設定
される蓄積容量とこの蓄積容量に接続される光電変換素
子とにより実現できる。この場合、スポット光が光電変
換素子に入射すると、光リーク電流が光電変換素子に流
れ、蓄積容量の電荷量を変化させる。従って、全ての光
検出部から蓄積容量の端子間電圧を検出結果として順次
読出し、どの位置にある光検出部がスポット光の入射を
検出したかを確認することによりスポット光の軌跡を入
力画像として得ることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の第１実施例に係る液晶パネル
を図面を参照して説明する。この液晶パネルは、例えば
携帯用の小型情報端末においてｍ×ｎ個の画素数で画像
入力および画像表示を行う画像入力表示装置として用い
られる。

【０００８】図１は液晶パネルの等価回路を示し、図２
は液晶パネルの画素部周辺の平面構造を示し、図３は液
晶パネルの画素部周辺の断面構造を示す。この液晶パネ
ルはアレイ基板ＳＢ１、対向基板ＳＢ２、および液晶セ
ル４により構成される。

【０００９】アレイ基板ＳＢ１は透明ガラスを基材にし
て構成され、マトリクス状に配列されるｍ×ｎ個の画素
部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）、ｍ本の走査線Ｓ１
−Ｓｍ、１本の第１表示信号線Ｄ、ｎ本の第２表示信号
線Ｄ１−Ｄｎ、１本の第１入力信号線Ｒ、ｎ本の第２入
力信号線Ｒ１−Ｒｎ、ｎ本の列制御線Ｃ１−Ｃｎ、ｎ個
の画像表示用列スイッチＳＷＡ１−ＳＷＡｎ、ｎ個の画
像入力用列スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎ、映像入力端子
１１、基準信号端子１２、信号増幅回路１３、Ｘドライ
バ１４、Ｙドライバ１５、放電スイッチ１８、充電スイ
ッチ２０、充電スイッチ制御線１９、および放電スイッ
チ制御線２１を含む。走査線Ｓ１−Ｓｍは画素部ＰＸ
（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の行に沿ってそれぞれ形成
される。第１表示信号線Ｄおよび第１入力信号線Ｒは画
素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の外側領域に形成
され、第２表示信号線Ｄ１−Ｄｎおよび第２入力信号線
Ｒ１−Ｒｎは画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の
列に沿ってそれぞれ形成される。映像入力端子１１は第
１表示信号線Ｄに接続される。第１表示信号線Ｄは列ス
イッチＳＷＡ１−ＳＷＡｎを介して第２表示信号線Ｄ１
−Ｄｎにそれぞれ接続される。基準信号端子１２は第１
入力信号線Ｒに接続される。第１入力信号線Ｒは列スイ
ッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎを介して第２入力信号線Ｒ１−
Ｒｎに接続されると共に放電スイッチ１８、充電スイッ
チ２０、および信号増幅回路１３に接続される。列スイ
ッチＳＷＡ１−ＳＷＡｎおよびＳＷＢ１−ＳＷＢｎはＸ
ドライバ１４に列制御線Ｃ１−Ｃｎを介して接続され
る。充電スイッチ２０は所定電位端子に接続され、放電
スイッチ１８は接地端子に接続される。

【００１０】Ｙドライバ１５は垂直走査期間において行
駆動電圧を走査線Ｓ１−Ｓｍに順次供給することにより
画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の行を選択す
る。走査線Ｓ１−Ｓｍは水平走査期間ずつ行駆動電圧を
受け取る。Ｘドライバ１４は垂直走査期間および垂直ブ
ランキング期間において列駆動電圧を列制御線Ｃ１−Ｃ
ｎに順次供給することにより画素部ＰＸ（１，１）−Ｐ
Ｘ（ｍ，ｎ）の列を選択する。列スイッチＳＷＡ１−Ｓ
ＷＡｎおよびＳＷＢ１−ＳＷＢｎは各水平走査期間毎に
所定期間ずつ列駆動電圧を受け取り、順次導通する。ま
た、Ｘドライバ１４は垂直走査期間の各水平走査期間に
おいて順次導通される列スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎの
各々の導通開始時点を中心とするわずかな期間と垂直ブ
ランキング期間とを除いて充電スイッチ２０を導通させ
ると共に、垂直ブランキング期間だけ放電スイッチ１８
を継続的に導通させる。

【００１１】画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の
各々は、透明導電膜で構成される画素電極２５と、画像
表示のためにこの画素電極２５を介して液晶セル４に印
加される電圧により充電される第１蓄積容量５、表示信
号線Ｄ１−Ｄｎのうちの対応する１本である表示信号線
１と第１蓄積容量５との間に接続される第１スイッチ素
子６、画像入力のために所定電圧に充電される第２の蓄
積容量７、入力信号線Ｒ１−Ｒｎのうちの対応する１本
である入力信号線２と第２蓄積容量７との間に接続され
る第２スイッチ素子８を有する。スイッチ素子６および
８は走査線Ｓ１−Ｓｍのうちの対応する１本である走査
線３に接続され、行駆動電圧が供給される期間だけ導通
する。スイッチ素子６および８の各々は例えばＭＯＳ構
造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成される。スイッ
チ素子８および蓄積容量７は画像入力のために用意され
た画像入力ペン２２から照射されるスポット光の入射を
検出する光検出部ＤＴを構成する。この際、スイッチ素
子８は蓄積容量７に蓄えられた電荷の量をスポット光の
光電変換によって得られる光電流により変化させる光電
変換素子として用いられる。

【００１２】対向基板ＳＢ２は透明ガラスを基材にして
構成され、透明導電膜で構成される対向電極２６、ブラ
ックマトリクス２７、カラーフィルタ３０を有する。対
向電極２６は電極基板ＳＢ１の画素部ＰＸ（１，１）−
ＰＸ（ｍ，ｎ）に対向して形成される。ブラックマトリ
クス２７は画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の外
部領域およびこれら相互間の配線領域を覆い、画像表示
用光源から照射される照明光を遮光する。ブラックマト
リクス２７で覆われた範囲では、光リーク電流が照明光
の入射に伴ってスイッチ素子等に流れることが防止され
る。カラーフィルタ３０は画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ
（ｍ，ｎ）のうちの（３ｋ−２）番目、（３ｋ−１）番
目、３ｋ番目の列を覆う赤、緑、および青のストライプ
で構成される（ｋ＝１，２，……）。

【００１３】アレイ基板ＳＢ１および対向基板ＳＢ２の
各々は回路コンポーネントの形成された１表面を全体的
に覆って形成される配向膜ＯＲを有する。これら配向膜
ＯＲは液晶分子の配向方向が互いに９０度ずれるようそ
れぞれラビング処理された薄いポリイミド膜で構成され
る。この配向膜ＯＲと反対側の基板表面には、第１およ
び第２偏光板ＰＬが配向方向に合わせて貼り付けられ
る。

【００１４】液晶セル４は液晶２８が配向膜ＯＲに接す
るようにしてアレイ基板ＳＢ１と対向基板ＳＢ２との間
に保持される。この液晶セル４において、液晶分子の配
列は画素電極２５および対向電極２６間の電圧により制
御され、画像を表示するため画素部ＰＸ（１，１）−Ｐ
Ｘ（ｍ，ｎ）画素の全画素電極２５の電位分布に応じた
光透過率分布に設定される。

【００１５】この液晶パネルの後方には、バックライト
ＢＬが上述の画像表示用光源として設けられる。このバ
ックライトＢＬからの照明光はアレイ基板ＳＢ１および
対向基板ＳＢ２の一方、例えば対向基板ＳＢ２全体に照
射される。この場合、アレイ基板ＳＢ１の偏光板側表面
は表示画面として用いられ、情報端末において露出され
る。

【００１６】ここで、画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ
（ｍ，ｎ）に共通な構造をさらに詳しく説明する。図３
において、矢印ＬはバックライトＢＬから照射される照
明光の入射方向を示し、矢印Ｍは画像入力ペン２２から
照射されるスポット光の入射方向を示す。画素電極２５
は隣接する２本の信号線１および２と隣接する２本の走
査線３によって囲まれる。スイッチ素子６および８のＴ
ＦＴの各々はアレイ基板ＳＢ１のベースとなるガラス基
材Ｇ上に形成されるポリシリコン層２４内に形成される
ソースおよびドレインと、これらソースおよびドレイン
間においてポリシリコン層２４上に薄いゲート酸化膜Ｇ
Ｉを介して形成されるゲート電極とで構成される。スイ
ッチ素子６のＴＦＴにおいて、ゲート電極は走査線３か
ら延出された部分で構成され、ソースは表示信号線１に
接続され、ドレインは画素電極２５にコンタクトホール
２９を介して接続される。スイッチ素子８のＴＦＴにお
いて、ゲート電極は走査線３から延出された部分で構成
され、ソースは入力信号線２に接続され、ドレインはフ
ローティング状態にされる。蓄積容量５および７は図２
に示すように走査線３に沿った独立の蓄積容量線２３を
用いて構成される。すなわち、蓄積容量５はスイッチ素
子６のＴＦＴのドレインと蓄積容量線２３とが酸化膜Ｇ
Ｉを介して重なる部分に形成され、蓄積容量７はスイッ
チ素子８のＴＦＴのドレインと蓄積容量線２３とが酸化
膜ＧＩを介して重なる部分に形成される。蓄積容量５お
よび７は、ポリシリコン膜に予め不純物をドープした後
にゲート酸化膜およびゲート電極を形成することによっ
て容量値に印加電圧依存性を持たないＭＩＭ（Metal-In
sulator-Metal ）構造の容量とされている。

【００１７】図４は入力画像を描く画像入力ペン２２の
構造を示す。この画像入力ペン２２は入力モードスイッ
チ６０と、赤外光をスポット光として発射する光源６
１、光源６１を駆動する駆動回路６２、およびこれらを
収容するペンフレーム６３で構成される。ペンフレーム
６３は光源６２からのスポット光を外部に照射するため
の開口ＯＰを先端部に有する。入力モードスイッチ６０
はペンフレーム６３の先端に配置されるアクチュエータ
６０Ａを有する機械式マイクロスイッチであり、このア
クチュエータ６０Ａが液晶パネルの表示画面６４に接触
した状態で入力モード信号ＩＭを発生する。この入力モ
ード信号ＩＭは入力モードを設定するために駆動回路６
２および液晶パネルのＸドライバ１４に供給される。駆
動回路６２はこの入力モード信号が供給される間光源６
１を駆動する。また、駆動回路６２には、放電スイッチ
１８の導通制御信号２１がＸドライバ１４から供給さ
れ、光源６１の駆動が放電スイッチ１８の導通期間を除
いて禁止される。

【００１８】次に、上述のように構成された液晶パネル
の動作を図５を参照して説明する。この液晶パネルで
は、Ｙドライバ１５が垂直走査期間において１水平走査
期間ずつ行駆動電圧を走査線Ｓ１−Ｓｍに順次供給する
ことにより画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の行
を選択し、Ｘドライバ１４が垂直走査期間および垂直ブ
ランキング期間の各水平走査期間において所定期間ずつ
列駆動電圧を列制御線Ｃ１−Ｃｎに順次供給することに
より画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の列を選択
する。

【００１９】画像表示動作は次のようにして行われる。
行駆動電圧が例えば走査線Ｓ１に供給されると、第１行
目の全画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（１，ｎ）のスイッ
チ素子６が導通する。この状態で、列スイッチＳＷＡ１
−ＳＷＡｎが映像入力端子１１から入力される映像信号
に同期してＸドライバ１４から供給される列駆動電圧に
より所定期間ずつ順番に導通する。これにより、１走査
線分の映像信号が画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（１，
ｎ）に供給され、各画素電極２５の電位が対応画素の映
像信号に対応する値に設定される。

【００２０】このようにしてＹドライバ１５が全ての走
査線Ｓ１−Ｓｍに対する行駆動電圧の供給を行なうと、
１フレーム分の映像信号が全画素部ＰＸ（１，１）−Ｐ
Ｘ（ｍ，ｎ）の画素電極２５に供給され、各画素電極が
対応画素の映像信号に応じた電位に設定される。画素部
ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の画素電極２５に対向
する対向電極２６の電位は一定の値に固定されており、
液晶セル４の光透過率分布が画素部ＰＸ（１，１）−Ｐ
Ｘ（ｍ，ｎ）の画素電極２５の電位分布に応じて設定さ
れる。これにより、バックライトＢＬからの照明光がこ
の光透過率分布に応じて液晶セル４を透過し、表示画面
６４上に画像を形成する。

【００２１】他方、画像入力動作は上述の画像表示動作
に並行して次のようにして行われる。行駆動電圧が例え
ば走査線Ｓ１に供給されると、第１行目の全画素部ＰＸ
（１，１）−ＰＸ（１，ｎ）のスイッチ素子８が導通す
る。この状態で、列スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎがＸド
ライバ１４から供給される上述の列駆動電圧により所定
期間ずつ順番に導通する。Ｘドライバ１４は列スイッチ
ＳＷＢ１−ＳＷＢｎの各々の導通中に充電スイッチ２０
を導通させる。これにより、第１行目の全画素部ＰＸ
（１，１）−ＰＸ（１，ｎ）の蓄積容量７が第１入力信
号線Ｒ、列スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎ、第２入力信号
線Ｒ１−Ｒｎ、および対応スイッチ素子８を介して基準
電位に充電される。

【００２２】こうしてＹドライバ１５が全ての走査線Ｓ
１−Ｓｍに対する行駆動電圧の供給を行なうと、全画素
部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の蓄積容量７が基準
電位に充電される。

【００２３】垂直ブランキング期間になると、Ｙドライ
バ１５は行駆動電圧による行選択を停止する。これによ
り、全画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）のスイッ
チ素子８が非導通になる。Ｘドライバ１４は列駆動電圧
により列スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎを順次導通させ、
さらに放電スイッチ１８を充電スイッチ２０に代わって
導通させる。これにより、第１入力信号線Ｒおよび第２
入力信号線Ｒ１−Ｒｎの各々が接地電位に放電される。
これにより、一定の電位差が各画素部のスイッチ素子８
のソース−ドレイン間に設定される。

【００２４】画像入力ペン２２からのスポット光がこの
スイッチ素子８に入射すると、このスイッチ素子８が光
電変換素子として機能して入射光に応じた光リーク電流
により蓄積容量７の蓄積電荷量を変化させる。

【００２５】上述の垂直ブランキング期間が経過して再
び垂直走査期間になると、Ｙドライバ１５が１水平走査
期間ずつ行駆動電圧を走査線Ｓ１−Ｓｍに順次供給する
ことにより画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の行
を選択し、Ｘドライバ１４が各水平走査期間において所
定期間ずつ列駆動電圧を列制御線Ｃ１−Ｃｎに順次供給
することにより画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）
の列を選択する。

【００２６】行駆動電圧が例えば走査線Ｓ１に供給され
ると、第１行目の全画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（１，
ｎ）のスイッチ素子８が導通する。このとき、第１行目
の全画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（１，ｎ）の蓄積容量
７はこれらスイッチ素子８により第２入力信号線Ｒ１−
Ｒｎに電気的に接続され、これら第２入力信号線Ｒ１−
Ｒｎの電位がこれら蓄積容量７において変化した蓄積電
荷量に対応する値に設定される。この間第１入力信号線
Ｒは充電スイッチ２０の導通により基準電位に設定され
る。この状態で、列スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎがＸド
ライバ１４から供給される列駆動電圧により所定期間ず
つ順番に導通する。列スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎの各
々について、Ｘドライバ１４はその導通開始直前に充電
スイッチ２０を非導通とし、導通開始直後の期間を除い
て導通中に再び充電スイッチ２０を導通させる。これに
より、第１入力信号線の電位は列スイッチＳＷＢ１−Ｓ
ＷＢｎの導通開始直後に第２入力信号線Ｒ１−Ｒｎの電
位に応じて変化する。この電位変化は順次電圧増幅回路
１３で増幅され、読出信号線１７に出力される。

【００２７】こうしてＹドライバ１５が全ての走査線Ｓ
１−Ｓｍに対する行駆動電圧の供給を行なうと、全画素
部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の蓄積容量７の蓄積
電荷の変化が、上述のようにして全て読出信号線１７に
出力される。

【００２８】ちなみに、第１入力信号線Ｒおよび第２入
力信号線Ｒ１−Ｒｎの配線容量は一定だと考えられるた
め、各画素に対応して時系列的に読出信号線１７から得
られる信号は、各画素部に入射した光量に比例する値と
なる。蓄積容量７を充電する基準電位に設定する充電電
圧を１０Ｖ、水平ブランキング期間の保持電圧を０Ｖ、
第１入力信号線Ｒの配線容量、第２入力信号線Ｒ１−Ｒ
ｎの各配線容量、および蓄積容量７との容量比を３０：
３０：１とすると、第１入力信号線Ｒの電位変化は最大
で約１６０ｍＶとなり、十分なＳ／Ｎを取ることができ
る。

【００２９】実際に画像入力を行なう場合、画像入力ペ
ン２２がスポット光を照射する開口ＯＰを持つ先端部を
表示画面６４に接触させて動かされる。このスポット光
は画像入力ペン２２の動きに応じた軌跡を描いて画素部
ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）のいずれかに入射す
る。画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）では、蓄積
容量７を予め基準電位に充電してスイッチ素子８の両端
に電位差を設けた状態にあるため、スポット光の入射が
蓄積容量７およびスイッチ素子８で構成される光検出部
ＤＴにより検出され、この光検出結果が第２入力信号線
Ｒ１−Ｒｎ、第１入力信号線Ｒ、電圧増幅回路１３を介
して読み出される。

【００３０】画像入力ペン２２には、放電スイッチ１８
の導通制御信号２１が供給され、垂直走査期間において
スポット光の発射を禁止する。もしスポット光が放電ス
イッチ１８が導通する垂直ブランキング期間だけでなく
垂直走査期間にも発射されると、スイッチ素子８の両端
に電位差がある場合に、光リーク電流が発生し、光検出
結果に誤差が発生する可能性がある。このため、本実施
例のようにスポット光の発射は、放電スイッチ１８の動
作に同期させることが望ましい。

【００３１】上述の実施例では、アレイ基板ＳＢ１が複
数の光検出部ＤＴ（スイッチ素子８，蓄積容量７）およ
び読出回路ＲＤ（Ｘドライバ１４、Ｙドライバ１５、列
スイッチＳＷＢ１−ＳＷＢｎ、充電スイッチ２０、放電
スイッチ１８、電圧増幅回路１３）を有する。複数の光
検出部ＤＴは画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の
画素電極に対応してマトリクス状に配列され、スポット
光の入射をそれぞれ検出する。読出回路ＲＤはスポット
光の軌跡を画像として得るために複数の光検出部ＤＴの
検出結果を読出す。すなわち、複数の光検出部ＤＴおよ
び読出回路ＲＤが第１電極基板に組み込まれるため、従
来のようなデジタイザタブレットが不要となる。従っ
て、この液晶パネルの厚さを実質的に従来の画像表示装
置と同様な厚さに設定すると共にその製造コストを低減
できる。

【００３２】また、画像入力ペン２２を用いて文字ある
いは図形の画像を描くと、光リーク電流が画像入力ペン
２２からのスポット光の入射するスイッチ素子８に流れ
蓄積容量７の電位を変化させる。この変化は上述したよ
うに読み出される。他方、スイッチ素子６にも同様に光
リーク電流が流れ、これが画素電極電位を変化させる。
画素の光透過率はこの画素電極電位に応じて設定される
ため、入力画像を表示画面６４でモニタすることができ
る。

【００３３】尚、画像入力ペン２２の光源６２は赤外光
をスポット光として発射するが、これに限られない。例
えば出力波長が赤から赤外領域である発光ダイオード
（ＬＥＤ）および半導体レーザは小型、低消費電力、高
出力、かつ安価である点で光源６２として適している。
これらを用いる場合、光電変換素子はこの領域で光電変
換効率の良いものを用いる必要がある。光電変換素子材
料として一般的なアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜
は、緑付近で高い感度を有するものの、赤から赤外領域
にかけて感度が急減する。一方ポリシリコン膜は緑付近
の波長についてａ−Ｓｉ膜のような高い感度が得られな
いが、赤から赤外領域にかけて感度の低下がａ−Ｓｉ膜
よりも小さい。このため、本実施例では、ポリシリコン
膜が光電変換素子の材料として用いられている。

【００３４】ポリシリコンＴＦＴ（光電変換素子）の光
リーク電流はドレイン接合近傍での少数キャリアによる
拡散電流であり、ドレイン接合から拡散長程度の距離内
で発生する。そのため、スポット光はＴＦＴのドレイン
近傍拡散長程度の範囲に照射すれば良い。この拡散長
は、ポリシリコン膜の膜質に依存するが、ドレイン接合
から１から数μｍの範囲にスポット光を照射することで
十分な光リーク電流を発生させることができた。

【００３５】また、上述の実施例では、光検出部ＤＴ
（スイッチ素子８および蓄積容量７）が画素電極数に等
しい数だけ設けられたが、外部装置の処理速度の問題に
より液晶パネルから得られる入力画像をリアルタイムに
処理できないような場合には、画像入力の解像度を落と
すこともできる。この場合、所定数の画素電極で構成さ
れる画素電極グループ毎に光検出部ＤＴを設ければ良
い。

【００３６】例えばカラー表示用の液晶パネルでは、１
ドット分の表示が通常、赤、緑、青のカラーフィルタに
それぞれ割り付けられた３つの画素電極を用いて行われ
る。この場合には、各光検出部ＤＴがこれら３つの画素
電極のグループ毎に設けられれば十分であると考えられ
る。

【００３７】従って、例えば図６に示すように赤画素７
３Ｒ、緑画素７３Ｇ、青画素７３Ｂ、および光検出部Ｄ
Ｔが走査線７２に沿ってこの順序で繰り返される並びに
設定され、信号線７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ、７１Ｐが赤
画素７３Ｒ、緑画素７３Ｇ、青画素７３Ｂ、および光検
出部ＤＴに対応して配置される。このような構成にする
と、光検出部ＤＴが各画素毎に設けられる場合に比べて
光検出部ＤＴの占有面積を１／３にすることができるた
め、独立した光検出部ＤＴを加えることによる開口率の
低下を十分小さな値に抑えることができる。

【００３８】また、上述の実施例では、理解を容易にす
るために１相の表示信号線Ｄおよび入力信号線Ｒが用い
られたが、動作速度が速い場合あるいは色毎の信号を分
離したい場合等には、それぞれ複数本の表示信号線およ
び入力信号線を用いてもよい。

【００３９】尚、上述の実施例では、画像入力ペン２２
の入力モードスイッチ６０が機械式のマイクロスイッチ
であったが、これは光学式あるいは静電式のスイッチ等
に変更することもできる。

【００４０】図７は光学式スイッチを用いた画像入力ペ
ンの例を示す。この画像入力ペン２２では、ペンフレー
ム６３が図４に示すものと同様にスポット光を発射する
光源６１、およびこの光源６１を駆動する駆動回路６２
を収容する。この画像入力ペン２２のペンフレーム６３
には、さらに反射板６５および光センサ６６が設けられ
る。反射板６５は光源６１から発射されるスポット光の
一部を液晶パネルの表示画面６４に向けて反射する。光
センサ６６は入力モードスイッチ６０として液晶パネル
の表示画面６４からの反射光を検出する。このペンフレ
ーム６３の先端部は透明材料で構成され、反射板６５で
反射され表示画面６４に向かうスポット光および表示画
面から光センサ６６に向かう反射光を透過させる。

【００４１】このような構成では、入力ペン２２の先端
部が液晶パネルの表示画面６４にほぼ接触する程度に近
づいたとき表示画面６４で反射したスポット光が一定値
以上の光量で光センサに入射する。光センサはこの一定
値以上の光量の入射光に応答して入力モード信号を発生
する。

【００４２】反射板６５は液晶パネルの表示画面６４に
対してある程度変化する画像入力ペン２２の傾きに対処
するため広がりのある反射特性を持つ。このため、表示
画面６４からの反射光は画像入力ペン２２の傾きの変化
に影響されずに確実に光センサ６６に入射する。表示画
面６４からの反射光の強度は一般に反射位置によって異
なるが、光源６１として赤外光源を用いた場合には比較
的均一な反射特性の分布が得られる。

【００４３】また、静電式スイッチを用いた画像入力ペ
ンの場合には、この画像入力ペンの先端部に電極を付
け、入力ペンの先端部が液晶パネルの表示画面にほぼ接
触する程度に近づいたとき液晶パネルの共通電極とこの
ペンの電極との間の静電結合量が一定値以上であること
を検出することによって、入力モードが設定される。

【００４４】図８はバックライトをスポット光の光源と
して用いた画像入力ペンの例を示す。この画像入力ペン
２２では、ペンフレーム６３が反射層となる先端部を有
する。この反射層はブラックマトリクス２７で覆われな
い液晶パネルの領域を透過して表示画面６４側に出射さ
れたバックライト光を反射し、スポット光として光検出
部ＤＴに入射させる。

【００４５】この場合、画像入力ペン２２はそれ自体が
上述の入力モードスイッチ６１として機能する。すなわ
ち、画像入力ペン２２を液晶パネルの表示画面６４から
離すと、反射層からの反射光の強度が落ちるために、光
検出部ＤＴによる入射光の検出が自動的にできなくな
る。

【００４６】図８に示す画像入力ペンは、液晶パネルの
表示画面に照射されるスポット光を発生するために独立
に設けられる光源を必要としないという利点を有する。
しかし、光検出部ＤＴへの入射光量が独立な光源を用い
る場合に比べて低下するため、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。Ｓ
／Ｎ比の低下による読取り画像品質の劣化は、例えば画
像読取信号を微分回路等の輪郭補正回路に通したり、自
動利得制御（ＡＧＣ）回路を用いて２値化レベルを適正
レベルに保つことにより防止することが可能である。

【００４７】次に本発明の第２実施例に係る液晶パネル
を説明する。図９はこの液晶パネルの等価回路を示す。
この液晶パネルは、画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，
ｎ）の回路構成を除いて図１に示す液晶パネルと実質的
に同様である。

【００４８】画素部ＰＸ（１，１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の
各々では、第２スイッチ素子８がスポット光を遮光する
遮光膜等で覆われる。この場合、スポット光が遮光膜を
介して第２スイッチ素子８に入射できないため、光リー
ク電流が第２スイッチ素子８に流れない。その代わり、
整流素子４０が第２スイッチ素子および第２蓄積容量７
間の接続点と次段の走査線３との間に光電変換素子とし
て接続される。この整流素子４０は上述の遮光膜によっ
て覆われないＭＯＳ−ＴＦＴで構成される。行駆動電圧
が走査線３に供給されない状態では、走査線３が低レベ
ルの電位に維持され、整流素子４０を逆バイアスする。
スポット光がこのように逆バイアスされた整流素子４０
の接合部に照射されると、光リーク電流がこの整流素子
４０に流れ、第２蓄積容量７に蓄積されている電荷量を
変化させる。また、走査線３の電位が行駆動電圧の供給
に伴って立ち上がり、整流素子４０を順バイアスする
と、第２蓄積容量７が整流素子４０を介して基準電位に
充電される。従って、図１に示す放電スイッチ１８は不
要である。

【００４９】第２実施例では、第１実施例のようにスポ
ット光の検出が垂直ブランキング期間のみに制約されな
い。すなわち、光検出結果を読出すための期間を確保す
れば垂直ブランキング期間に加えて垂直走査期間におい
ても光検出を行える。従って、画像入力ペン２２の速い
動きも確実に追従し、スポット光の入射を検出すること
が可能となる。

【００５０】尚、整流素子４０の接続先は次段の走査線
３に限られず、さらにもう１段先の走査線に変更されて
もよい。この構成であれば、走査線３の立ち上がり時間
が比較的長い場合あるいは行駆動電圧が２本１組の隣接
する走査線３に同時に供給される場合でも、各蓄積容量
７の充電動作を支障なく行なうことができる。

【００５１】第１および第２実施例の液晶パネルはバッ
クライト光を選択的に透過させることにより画像表示を
行なう透過型構造となっているが、これを表示画面側か
ら入射する照明光を選択的に反射させることにより画像
表示を行なう反射型構造に変更しても同様の効果を得る
ことができる。

【００５２】次に、本発明の第３実施例に係る液晶パネ
ルを説明する。図１０はこの液晶パネルの画素部周辺の
断面構造を示す。この液晶パネルは、画素部ＰＸ（１，
１）−ＰＸ（ｍ，ｎ）の断面構造を除いて図１に示す液
晶パネルと実質的に同様である。

【００５３】各画素部は反射型構造を有する。液晶パネ
ルはＮ方向から表示画面６４側の透明な対向電極２６を
介して射する照明光を液晶２８で光変調し、透明でない
金属膜による画素電極２５Ａで反射させて画像表示を行
う反射型構造を有する。

【００５４】一方、ブラックマトリクス２７はスイッチ
素子（光電変換素子）８に対応して開口され、画像入力
のためにＮ方向から照射されるスポット光をこのスイッ
チ素子８に入射させる。光電変換素子８がブラックマト
リクス２７に形成された開口により実質的に露出される
と、スポット光以外の照明光もこの開口を介してスイッ
チ素子８に入射し、光電変換のＳ／Ｎ比を悪くするおそ
れがある。このため、本実施例では、赤外光透過フィル
タ５１がブラックマトリクス２７の開口を覆って形成さ
れ、赤外レーザ（図示せず）がスポット光の光源として
用いられる。

【００５５】この構成では、スポット光がほとんど光量
の減衰を伴わずに光電変換素子８に達することができ
る。これに対し、照明光は赤外光透過フィルタ５１で吸
収されてその光量が大幅に減衰する。従って、良好なＳ
／Ｎ比を得ることができる。尚、赤外光透過フィルタ５
１は赤色のカラーフィルタに変更してもよい。赤色のカ
ラーフィルタは、照明光のうち光電変換素子８に達する
光量は１／３以下にに低下させるため、Ｓ／Ｎ比を十分
改善することができる。また、赤外透過フィルタ５１
は、透過型の場合に使用しても、外光によるＳ／Ｎ比の
低下を抑えることができる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、画像表
示と画像入力とが共通のパネルユニットにおいて行なわ
れる薄型、低コストの画像入力表示装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る液晶パネルの等価回
路図である。

【図２】図１に示す液晶パネルの画素部周辺の上面図で
ある。

【図３】図２に示すＡ−Ａ’線に沿った画素部周辺の断
面図である。

【図４】入力画像を描く画像入力ペンの構造を示す図で
ある。

【図５】図１に示す液晶パネルの動作を説明するための
タイムチャートである。

【図６】カラー表示用に組み合わされる３個の画素電極
のグループ毎に設けられる光検出部を示す平面図であ
る。

【図７】光学式スイッチを用いた画像入力ペンの例を示
す図である。

【図８】バックライトをスポット光の光源として用いた
画像入力ペンの例を示す図である。

【図９】本発明の第２実施例に係る液晶パネルの等価回
路図である。

【図１０】本発明の第３実施例に係る液晶パネルの画素
部周辺の断面構造を示す図である。

【符号の説明】

ＳＢ１…アレイ基板、ＳＢ２…対向基板、４…液晶セ
ル、２５…画素電極、２６…対向電極、ＤＴ…光検出
部、ＲＤ…読出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配列される複数の画素電
極を有する第１電極基板と、前記複数の画素電極に対向
する対向電極を有する第２電極基板と、前記第１および
第２電極基板間に保持され、画像を表示するために前記
対向電極の電位を基準にして前記複数の画素電極に印加
される電位の分布に対応した光透過率分布に設定される
液晶層とを備え、前記第１電極基板は所定数毎の画素電
極に対応してマトリクス状に配列され、スポット光の入
射をそれぞれ検出する複数の光検出部と、前記スポット
光の軌跡を入力画像として得るために前記複数の光検出
部の検出結果を読出す読出回路をさらに有することを特
徴とする画像入力表示装置。
【請求項２】前記第１電極基板は前記複数の画素電極
の行および前記複数の光検出部の行をそれぞれ選択する
複数の走査線と、前記複数の走査線のいずれかによって
選択された行の画素電極に電気的に接続される複数の表
示信号線と、前記複数の走査線のいずれかによって選択
された行の光検出部にそれぞれ電気的に接続される複数
の入力信号線とをさらに有することを特徴とする請求項
１に記載の画像入力表示装置。
【請求項３】前記光検出部は前記スポット光を光電変
換する光電変換素子および前記光電変換素子から得られ
る電荷を蓄える蓄積容量とを含み、前記読出回路は前記
蓄積容量に一定量の電荷を供給する供給手段と、この電
荷供給から一定時間経過後に前記蓄積容量の電荷量の変
化を検出する検出手段とを有することを特徴とする請求
項１に記載の画像入力表示装置。
【請求項４】前記検出手段は、予め一定電位に充電さ
れる容量素子と、この容量素子を前記蓄積容量に電気的
に接続するスイッチ素子と、前記容量素子の端子間電圧
を検出する電圧検出回路とを含むことを特徴とする請求
項３に記載の画像入力表示装置。
【請求項５】前記光電変換素子は、薄膜トランジスタ
であることを特徴とする請求項３に記載の画像入力表示
装置。
【請求項６】前記光電変換素子は前記検出手段のスイ
ッチ素子により構成されることを特徴とする請求項５に
記載の画像入力表示装置。
【請求項７】前記光電変換素子の材料は多結晶シリコ
ンであり、前記スポット光の光源は赤または赤外光源で
あることを特徴とする請求項１に記載の画像入力表示装
置。
【請求項８】前記光検出部は赤または赤外光を選択的
に透過させるフィルタ手段を含むことを特徴とする請求
項７に記載の画像入力表示装置。
【請求項９】前記読出回路は前記スポット光の照射に
同期して動作するよう構成されることを特徴とする請求
項１に記載の画像入力表示装置。
【請求項１０】前記複数の画素電極は赤、緑、青のカ
ラーフィルタでそれぞれ覆われる３個の画素電極を各々
含む複数の画素電極グループを構成し、前記光検出部は
この画素電極グループ単位に設けられることを特徴とす
る請求項１に記載の画像入力表示装置。
【請求項１１】さらに前記スポット光を前記複数の光
検出部に選択的に照射する画像入力ペンを備え、この画
像入力ペンは前記読出回路を制御する制御手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像入力表示装置。
【請求項１２】前記制御手段は前記第１および第２電
極基板のうちの一方に設けられる表示画面から得られる
光に応答して作動するよう構成されることを特徴とする
請求項１１に記載の画像入力表示装置。
【請求項１３】前記スポット光の光源は画像表示用に
設けられるバックライトであることを特徴とする請求項
１に記載の画像入力表示装置。