JPH08314633A

JPH08314633A - 光ペン入力機能付き液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08314633A
Application number: JP14236695A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Shimizu; 耕作清水
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1996-11-29
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JP2872233B2

Abstract

(57)【要約】【目的】表示輝度やコントラストを低下させることな
く、液晶表示装置にペン入力機能を具備せしめることが
できるようにする。【構成】各画素毎に、ＴＦＴ９に重なるように、光ペ
ン１の光を受光する光電変換素子５を形成する。また、
ガラス基板３ａに形成された信号配線（ドレイン配
線）、走査配線（ゲート配線）に重なるように、ガラス
基板上に光電変換素子５の光電流を読み出すための配線
を形成する。即ち、光電変換素子及びそのための読み出
し配線にブラックマトリクスとしての機能を果たさせ
る。カラーフィルタ４間の隙間の内、光電変換素子やそ
のための配線の形成されていない領域にはブラックマト
リクス１３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に、光ペ
ンによる座標、図形等のデータを入力する機能を具備せ
しめた光ペン入力機能付き液晶表示装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ペン入力機能を具備した液晶表示装置に
は、現在電磁誘導方式、静電結合方式（容量結合方
式）、電気抵抗フィルム方式、および光センサ方式があ
る。電磁誘導方式は、ペンの中にあるコイルから発生す
る微弱な磁界によって発生する誘導電流を検出し、タブ
レット上の座標を計算する方式である。

【０００３】容量結合方式は、例えば、特開昭６１−２
９４５７３号公報、特開平３−２９４９１９号公報に記
載のあるように、ＴＦＴ基板を表示面側に置き、導電性
のあるペンをＴＦＴ基板上のＸ駆動線とＹ駆動線に近接
させ、Ｘ駆動線およびＹ駆動線との間の静電結合により
ペンに生じるパルス電圧を検出しそのタイミングから位
置を検出する方式である。電気抵抗フィルム方式は、金
属のペン先を表示装置表面に接触させてタブレット上に
印加してある電圧を読み出し、その電圧値からその座標
を算出する方式である。

【０００４】また、光センサ方式は、液晶パネルの上あ
るいは下面に光センサを配置し、ペンの位置を光センサ
により検出する方式である。例えば、特開平４−２８２
６０９号公報に記載されたものでは、カラーＴＦＴ液晶
ディスプレイ基板の裏面（すなわちバックライト側）に
イメージセンサを配置しておき、バックライト光のペン
での反射光または光ペンの放射光をイメージセンサによ
り検出し、その座標値を算出するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の内
電磁誘導方式では、ペン先から発生する微弱な磁界を検
出する方式であることからペンの傾きによる認識エラー
が発生しやすい欠点があった。また、透過型液晶表示装
置の場合、磁界を検出するタブレットをバックライトか
らの透過光の光路中に配置する必要があり光透過率を低
下させる原因となるほか、バックライトから発生するノ
イズの影響を防止する対策が必要であるという欠点があ
った。

【０００６】上述した電気抵抗フィルム方式や光センサ
方式における場合においても、抵抗膜の形成されたタブ
レットを液晶表示装置上に張り付けたり、液晶パネルと
バックライトとの間にイメージセンサを設けたりする必
要があり、開口率の低下を招くとともに、タブレットや
イメージセンサ基板での光の吸収およびこれらの基板と
液晶パネル間での乱反射によって光透過率が低下し、電
磁誘導方式と同様に、表示画面が暗くなり、コントラス
トが低下する。また、これら電磁誘導方式、電気抵抗フ
ィルム方式、光センサ方式では、液晶パネルの他に基板
が１枚追加されるため、液晶表示装置の重量が増すとと
もに厚みが増加する。

【０００７】容量結合方式および電気抵抗フィルム方式
では、ペンの傾き、および雑音による認識エラーは少な
いものの、ペンを装置上に接触させる必要があるため、
ペン先に付着したゴミ、またはディスプレイ上に付着し
たゴミによって引っかき傷が発生し、ディスプレイを見
にくいものにするなどの問題があった。また、容量結合
方式では、液晶表示のための駆動パルスとペン先の位置
を検出するためのパルスとを時間を異ならせて同一の信
号線に印加することが必要となるため、駆動回路が複雑
化するという問題もあった。

【０００８】さらに、電磁誘導方式においては電磁界を
発生させるための電源を外部から供給する必要があり、
また容量結合型および抵抗フィルム方式においてはペン
内部に検出処理回路を設けその検出信号を外部のＣＰＵ
に信号を送り出す必要があり、いずれの場合にもペンに
コードを接続することが必要となるため、操作性に問題
が生じる。

【０００９】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであって、その目的は、第１に、表
示画面の輝度、コントラストを低下させることなく液晶
表示装置にペン入力機能を付加することができるように
することであり、第２に、重量や厚みの増加を招くこと
のない、また駆動回路の複雑化を招くことのない光ペン
入力機能付き液晶表示装置を提供しうるようにすること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、２枚のガラス基板間に液晶が注入
されマトリクス状に複数の画素が形成されている液晶表
示装置であって、表示面側のガラス基板の液晶側の面に
は、前記画素を区画する縦方向および横方向のそれぞれ
複数本の金属配線が形成されそれらの金属配線の交点の
近傍には縦方向配線および横方向配線に接続された光電
変換素子が形成されていることを特徴とする光ペン入力
機能付き液晶表示装置、が提供される。

【００１１】

【作用】図１は、本発明の作用を説明するための、光ペ
ン入力機能付きのＴＦＴアクティブマトリクス型液晶表
示装置の断面図である。同図において、１は例えば電池
により駆動される光ペン、２、２ａは偏光板、３、３ａ
はガラス基板、４はカラーフィルタ、５は光電変換素
子、６はオーバーコート、７は共通電極である透明電
極、７ａは画素電極である透明電極、８、８ａは配向
膜、９はＴＦＴ、１０は液晶、１１、１２は光電変換素
子５に形成された一対の電極、１３はブラックマトリク
スである。

【００１２】図１に示されるように、光ペン１の光を検
出する光電変換素子５は、ガラス基板３ａ上に形成され
たＴＦＴ９に重なるように形成される。また、図示され
てはいないが、電極１１、電極１２がそれぞれ接続され
る信号読み出し配線と選択配線は、ガラス基板３ａ上に
形成された信号配線（ドレイン配線）とゲート配線に重
なるように形成されている。すなわち、光電変換素子５
とこれに接続される電極および配線はブラックマトリク
スの機能を果たしている。

【００１３】光電変換素子５は、各ＴＦＴ９に対応して
形成するようにしてもよいが、図示した例では、ＲＧＢ
を１画素として１画素毎に光電変換素子を１個設けてい
る。そのため、カラーフィルタ間で光電変換素子やこれ
に接続された配線の形成されていない領域が生じるがそ
の領域には通常のブラックマトリクス１３が形成され
る。ブラックマトリクス１３は電気的にフローティング
状態としておいてもよいが接地等の電源線に接続しても
よい。あるいは、光電変換素子に接続された信号読み出
し配線や選択配線と接続するようにしてもよい。

【００１４】また、図２は光電流を検出する回路例の概
略回路図である。光ペンには例えば電池駆動のＬＥＤ
（波長４５０〜６５０ｎｍ）を用いる。光ペンから入射
された光は表示パネル面１６にマトリクス状に配置され
た光電変換素子（この例では光伝導型素子）５に照射さ
れる。光電変換素子５は信号読み出し配線１４と選択配
線１５との間に接続されている。選択配線１５は、選択
用シフトレジスタ１８により順次選択されこれにより電
圧が加えられる。信号読み出し配線１４はｎ本ずつｍ個
の群に分割され、ＦＥＴ制御用シフトレジスタ１９によ
ってオン／オフされるスイッチ用ＦＥＴを介して各群ご
とに順次検出ＩＣ２０に接続される。

【００１５】光が照射された光電変換素子５には選択用
シフトレジスタ１８により選択されたとき光電流が発生
し、この光電流は信号読み出し配線１４、スイッチ用Ｆ
ＥＴ１７を介して順次検出ＩＣ２０により読み出され
る。その読み出しのタイミングと信号が読み出された信
号線の位置とから光の照射された光電変換素子５の座標
が認識される。

【００１６】以上のように構成された液晶表示装置にお
いては、光電変換素子５、信号読み出し配線１４および
選択配線１５がブラックマトリクス機能を果たしている
ため、光ペン入力機能を付与したことにより開口率の低
下や光透過率の低下は起こらず、従来例の場合のように
表示輝度の低下やコントラストの低下が起こることはな
い。また、イメージセンサ基板などの別の基板を配置す
る必要がなくなるため、重量や厚さの増加を防止するこ
とができる。さらに、図２に示されるように、比較的簡
単な検出回路を追加することにより座標の認識が可能に
なる。

【００１７】なお、本発明の光ペン入力方式では、正確
な動作を行わせるためには、外光レベルに対してペンか
ら光電変換素子への入力光が十分に大きくなるようにし
ておくことが望ましい。この目的のために、光ペンに光
電変換素子上に集光するレンズを設けておくことが有効
である。また、使用環境上バックグランドの光入射レベ
ルが変化することを考慮して、可変抵抗等による調光手
段を光ペンに具備せしめておけば、誤動作を防止するこ
とができる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。［第１の実施例］図３は、本発明の第１の実施例におけ
る光電変換素子部分での断面図であり、図４は、光電変
換素子を含む領域での光入力側（すなわち、偏光板２
側）からみた平面図である。本実施例においては、光電
変換素子はＴＦＴ型であり、このＴＦＴは、図２に示し
たスイッチ用ＦＥＴ１７と同時に形成されるものであ
る。図３、図４において、図１に示した部分と同等の部
分には同一の参照番号が付されているので、重複する説
明は省略する。

【００１９】本実施例においては、光電変換素子は、ｎ
⁺ 型シリコン層２３が被覆されたドレイン電極２１とソ
ース電極２２、非晶質シリコン層２４、ゲート絶縁膜２
５およびゲート電極２６を有するＴＦＴにより構成され
ている。このＴＦＴは保護絶縁膜２７により被覆されて
いる。図４に示されるように、ドレイン電極とゲート電
極は、それぞれドレイン配線２１ａ、ゲート配線２６ａ
と一体的に形成されている。また、ソース電極２２はコ
ンタクトホール（図示なし）を介して透明電極（対向電
極）７と接続されている。この光電変換用ＴＦＴのチャ
ネル長Ｌおよびチャネル幅Ｗは、それぞれ８、３００μ
ｍである。

【００２０】次に、図５を参照して第１の実施例の光電
変換用ＦＥＴの製造方法について説明する。ガラス基板
３上にスパッタ法にてクロムを１０００Åの膜厚に、続
いてプラズマＣＶＤにより非晶質のｎ⁺ 型シリコン層２
３を５００Åの膜厚に順次堆積し、フォトリソグラフィ
法およびドライエッチング法を用いてｎ⁺ 型シリコン層
２３およびクロム層を同時にエッチングして、ドレイン
電極２１とソース電極２２を形成する〔図５（ａ）〕。

【００２１】その後、プラズマＣＶＤ法により、非晶質
シリコン層２４を膜厚３０００Åに、続いてゲート絶縁
膜２５となる窒化シリコン層を膜厚３０００Åに連続し
て堆積し、次に、スパッタ法によりクロム層を１０００
Åの厚さに形成した。クロム層をパターニングしてゲー
ト電極２６を形成した後、非晶質シリコン層２４および
ゲート絶縁膜２５をパターニングしてＴＦＴを形成す
る。最後に、プラズマＣＶＤ法により保護絶縁膜２７と
なる窒化シリコン膜を３０００Åの膜厚に堆積し、所定
の形状にパターニングする。

【００２２】薄膜形成条件は以下に示すとおりである。
絶縁膜である窒化シリコン膜は、シラン、アンモニアお
よび窒素ガスを用いてそれぞれを１００、２００、２０
００ｓｃｃｍの流量とし、パワー密度：０．０８Ｗ／ｃ
ｍ² 、ガス圧：１２０Ｐａ、基板温度：３００℃の条件
で成膜した。このとき堆積速度は３１６Å／ｍｉｎであ
った。非晶質シリコン層はシランガス（ＳｉＨ₄ ）およ
び水素ガスを用いてそれぞれを９０、２７０ｓｃｃｍの
流量とし、パワー密度：０．０４Ｗ／ｃｍ² 、ガス圧：
１２０Ｐａ、基板温度：２５０℃の条件で成膜した。ｎ
⁺ 型シリコン層の成膜時にはフォスフィンをドープ材と
して成膜した。成膜条件は、シラン、水素希釈０．１％
フォスフィン、水素ガスをそれぞれ３００、４５０、１
５０ｓｃｃｍの流量で供給し、パワー密度：０．０１５
Ｗ／ｃｍ² 、ガス圧：１００Ｐａ、基板温度：２５０℃
であった。

【００２３】また、非晶質シリコン層およびシリコン窒
化膜のエッチングは、ＳＦ₆ 、水素ガスおよび塩素ガス
をそれぞれ３０、３０、１２０ｓｃｃｍの流量にて供給
し、パワー密度：０．４８Ｗ／ｃｍ² 、ガス圧：３０Ｐ
ａ、基板温度：３０℃の条件で行った。このときの非晶
質シリコンのエッチングレートは２０Å／ｓｅｃであっ
た。

【００２４】［第２の実施例］図６は、本発明の第２の
実施例における光電変換素子部分での断面図であり、図
７は光電変換素子近傍でのガラス基板側から見た平面図
である。本実施例の光電変換素子は、光伝導型でプレー
ナ型２端子素子として構成されている。この素子の電極
間距離Ｌと電極幅Ｗは、それぞれ５μｍ、３０μｍであ
る。本実施例の光電変換素子の光電流の読み出しは図２
に示した回路によって行なうことができる。

【００２５】本実施例の光電変換素子は以下の方法によ
って作製される。ガラス基板３上に非晶質シリコン層２
４を４０００Åの厚さに、ｎ⁺ 型シリコン層２３を５０
０Åの厚さに堆積し、フォトリソグラフィ法およびドラ
イエッチング法を用いてアイランド状に加工する。その
後、スパッタ法によりクロムを１５００Åの膜厚に堆積
し、これをパターニングして第１電極２８と第２の電極
２９を形成する。このとき、同時に信号読み出し配線２
８ａと選択配線２９ａ（図７参照）も形成される。その
後、電極２８、２９間のｎ⁺ 型シリコン層２３をドライ
エッチング法にて除去する。

【００２６】次に、ポリピロールを主成分とした不透明
絶縁膜をスピンコータにて５０００Åの厚さに塗布し、
乾燥後フォトエッチング法によりパターニングして遮光
膜３０を形成する。このとき、同時に信号読み出し配線
２８ａと選択配線２９ａとの交差部にコンタクトホール
３１を開孔する（図７参照）。次いで、スパッタ法にて
クロムを１５００Åの膜厚に成膜し、これをパターニン
グしてクロスオーバー配線３２をを形成する。なお、非
晶質シリコン層およびｎ⁺ 型シリコン層の成膜条件は先
の第１の実施例の場合と同じである。クロスオーバー部
の配線構造を図８に示す。

【００２７】本実施例においては、光電変換素子、信号
読み出し配線２８ａおよび選択配線２９ａがすべて遮光
膜３０により被覆されているため、画素電極に接続され
たスイッチ用ＴＦＴへの漏れ光をより少なくすることが
できる。また、バックライト光の光電変換素子への入射
によって生じるノイズを低減化することができる。な
お、本実施例においては、信号読み出し配線と選択配線
を同時に形成する方法を示したが、個別に配線を形成す
ることも可能である。

【００２８】［第３の実施例］図９は、本発明の第３の
実施例における光電変換素子部分での断面図であり、図
１０は光電変換素子近傍でのガラス基板側から見た平面
図である。本実施例においては、光電変換素子として光
起電力型素子であるフォトダイオードが用いられてい
る。

【００２９】本実施例の光電変換素子は以下の方法によ
って作製される。ガラス基板３上に透明導電膜であるＩ
ＴＯを膜厚１０００Åに、クロムを膜厚１０００Åにそ
れぞれスパッタ法にて堆積し、フォトリソグラフィ法お
よびウェットエッチング法にてパターニングする。この
時クロム層は配線部分のみを残し、さらにＩＴＯはダイ
オード素子の電極部分および配線部分を残すようにエッ
チングを行い、透明電極３３と信号読み出し配線３６
（図１０参照）とを形成する。

【００３０】この後、プラズマＣＶＤ法により非晶質シ
リコン層２４を８０００Åの膜厚に、ｐ⁺ 型シリコン層
３４を膜厚３００Åにそれぞれ堆積する。これら非晶質
シリコン層の成膜条件は第１の実施例の場合と同様であ
る。但し、ｐ⁺ 型シリコン層の成膜時には、ドープ材と
して水素希釈０．５％ボロンを添加する。次に、スパッ
タ法により、クロムを１０００Åの膜厚に堆積し、これ
をパターニングして金属電極３５とこれに連なる選択配
線３５ａを形成する。その後、非晶質シリコン層２４お
よびｐ⁺ 型シリコン層をパターニングし、最後に、保護
絶縁膜２７となる窒化シリコン膜を３０００Åの膜厚に
堆積しこれをパターニングする。

【００３１】以上により信号読み出し配線部分および選
択配線部分は約１．３μｍの厚さに形成される。この
後、カラーフィルタを形成するがカラーフィルタの厚さ
は１．３〜１．５μｍの厚さに形成される。したがっ
て、これまで問題となっていたカラーフィルタとブラッ
クマトリクスの段差を原因として発生していた液晶の異
常配向（ディスクリネーション）を抑制することができ
る。またこれを防止するために行われていた平坦化材を
用いる必要もなくなる。

【００３２】また、ｐ⁺ 型シリコン層に代えてｐ⁺ 非晶
質シリコンカーバイド膜を用いてフォトダイオードを形
成することができる。ｐ⁺ 非晶質シリコンカーバイド膜
は、シラン、メタン、水素希釈０．５％ボロンおよび水
素ガスをそれぞれ３０、１００、１５０および５０ｓｃ
ｃｍの流量で供給し、パワー密度：０．０２Ｗ／ｃｍ
² 、ガス圧：５０Ｐａ、基板温度：２５０℃の条件のプ
ラズマＣＶＤ法にて成膜することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光電変
換素子およびそのための配線を液晶パネルのブラックマ
トリクスとして機能させるものであるので、表示輝度や
コントラストの低下を招くことのない光ペン入力機能付
きの液晶表示装置を提供することができる。また、イメ
ージセンサ基板等の他の基板を用いる必要がないので、
表示装置の重量や厚さの増加を防止することができる。
さらに、光電流の読み出しのために複雑な回路を必要と
せず、また、ペンにコードを使用しなくても済むように
なるので、操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するための光入力機能付き
液晶表示装置の断面図。

【図２】本発明の作用を説明するための、光電変換素子
に光伝導型素子を用いた場合の座標検出回路の回路図。

【図３】本発明の第１の実施例の要部断面図。

【図４】本発明の第１の実施例の要部平面図。

【図５】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図。

【図６】本発明の第２の実施例の要部断面図。

【図７】本発明の第２の実施例の要部平面図。

【図８】本発明の第２の実施例におけるクロスオーバー
配線部の断面図。

【図９】本発明の第３の実施例の要部断面図。

【図１０】本発明の第３の実施例の要部平面図。

【符号の説明】

１光ペン２、２ａ偏光板３、３ａガラス基板４カラーフィルタ５光電変換素子６オーバーコート７、７ａ透明電極８、８ａ配向膜９ＴＦＴ１０液晶１１、１２電極１３ブラックマトリクス１４信号読み出し配線１５選択配線１６表示パネル面１７スイッチ用ＦＥＴ１８選択用シフトレジスタ１９ＦＥＴ制御用シフトレジスタ２０検出ＩＣ２１ドレイン電極２１ａドレイン配線２２ソース電極２３ｎ⁺ 型シリコン層２４非晶質シリコン層２５ゲート絶縁膜２６ゲート電極２６ａゲート配線２７保護絶縁膜２８第１電極２８ａ信号読み出し配線２９第２電極２９ａ選択配線３０遮光膜３１コンタクトホール３２クロスオーバー配線３３透明電極３４ｐ⁺ 型シリコン層３５金属電極３５ａ選択配線３６信号読み出し配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚のガラス基板間に液晶が注入されマ
トリクス状に複数の画素が形成されている液晶表示装置
であって、表示面側のガラス基板の液晶側の面には、前
記画素を区画する縦方向および横方向のそれぞれ複数本
の金属配線が形成されそれらの金属配線の交点の近傍に
は縦方向配線および横方向配線に接続された光電変換素
子が形成されていることを特徴とする光ペン入力機能付
き液晶表示装置。
【請求項２】裏面側のガラス基板上には縦方向および
横方向の信号配線が形成され、それらの配線に囲まれた
領域内には表示電極と、該表示電極と前記縦方向および
横方向の信号配線に接続されたスイッチング素子とが形
成されており、表示面側のガラス基板には共通電極が形
成されており、かつ、裏面側のガラス基板上の縦方向信
号配線、横方向信号配線およびスイッチング素子が、そ
れぞれ表示面側のガラス基板上に形成された前記縦方向
配線、横方向配線および光電変換素子と重なりあってい
ることを特徴とする請求項１記載の光ペン入力機能付き
液晶表示装置。
【請求項３】前記光電変換素子が、非晶質シリコン層
を光電変換領域として形成されていることを特徴とする
請求項１記載の光ペン入力機能付き液晶表示装置。
【請求項４】前記光電変換素子が、２端子型の光伝導
型素子若しくは光起電力型素子またはソースが接地され
た薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１記
載の光ペン入力機能付き液晶表示装置。
【請求項５】前記光電変換素子および前記金属配線が
遮光膜によって被覆されていることを特徴とする請求項
１記載の光ペン入力機能付き液晶表示装置。