(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影用の画像を生成・表示する液晶電気光学装置と、
前記投影用の画像を生成・表示する液晶電気光学装置に表示された画像が光学的に拡大されて投影されるスクリーンと、
光信号を用いて任意に指示された前記スクリーン上の特定点の位置を検出する撮像装置と、
前記撮像装置からの前記検出信号を基に、前記検出した特定点の軌跡のデータを前記投影用の画像を生成・表示する液晶電気光学装置へ表示させるコンピュータ回路と、
前記スクリーンの表示面側から非表示面側に向かって光信号を入射して当該スクリーン上の特定点の位置を指示する発光ペンを有し、
前記撮像装置は、前記発光ペンからの光信号を受光することで当該発光ペンが指定した前記スクリーン上の特定点の位置を示す検出信号を生成・出力し、
前記発光ペンは、少なくとも１つ以上の発光色の光信号を生成・出射し、
前記コンピュータ回路は、前記撮像装置からの前記検出信号を基に、前記検出したスクリーン上の特定点の位置及び前記光信号の発光色を求めるとともに、当該求めた特定点の位置及び発光色を基に、当該検出した特定点の軌跡のデータを、当該求めた発光ペンの光信号の発光色と同じ色で、前記投影用の画像を生成・表示する液晶電気光学装置へ表示させ、
前記スクリーンは他の液晶電気光学装置でなり、
前記他の液晶電気光学装置を制御して前記スクリーンを光が透過する状態にしたときに、前記撮像装置によって、前記スクリーンを透過した光が画像データとして読み取られ、
前記読み取られた画像データは前記投影用の画像を生成・表示する液晶電気光学装置に表示され、
前記他の液晶電気光学装置を制御して前記スクリーンを光が散乱する状態にしたとき、前記投影用の画像を生成・表示する液晶電気光学装置に表示された画像が前記スクリーンに投影されることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、投射型液晶電気光学装置を用いた情報入出力装置に関する。
本発明は、表示面上への接触、発光等より指示された表示面上の位置を情報入力可能な情報入出力装置に関する。
また、表示面上に配置された図面等の画像情報を読み取る、または読み取った画像情報を表示する情報入出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＲＴや液晶電気光学装置等の表示装置の表示面に表示した情報に対して、表示面上に、紙に筆記具で文字などを記すのと同じ感覚で外部から情報信号を入力し、入力された情報信号に対応した画像を表示面に表示させる装置が知られている。
【０００３】
表示装置への情報信号入力方法は、表示面に表示面上の位置を検出する位置検出手段を設け、表示面上のある点に圧力、磁力、光等の何らかの外力を加えると、外力の加わった位置を検出して情報信号として表示装置に伝達し、表示する画像を変化させる構成となっている。
【０００４】
表示面上の位置を検出する手段は、透光性抵抗膜や透明電極マトリクスなどを用いたタッチパネル、或いは赤外線センサー等が用いられている。
【０００５】
このような情報入出力装置は、最近では、画像情報を表示する手段として液晶電気光学装置を使用したものが一般的となっている。
【０００６】
このような構成とすることで、操作者は表示装置の表示内容をそのまま操作するような感覚で入力を行なえる。あるいは入力された情報をリアルタイムで同じ座標系を設定した表示装置に表示することにより、紙に筆記具で書き込むような感覚で文字、画像を入力することができる。
【０００７】
【従来技術の問題点】
しかし、液晶電気光学装置を用いて従来の構成を取る場合、様々な問題が発生した。
例えば、液晶電気光学装置の表示面上に対して圧力が加わると、液晶電気光学装置内の液晶材料の配向性が乱れ、表示不能となる場合があった。
さらに、表示面上に位置を指示する際の磁気や静電気等により表示内容が変化したり、液晶電気光学装置に形成した素子が破壊し、以後表示不能となる問題があった。また、情報を入力する方法としてもペンや指などで表示面をなぞる形式のものがほとんどであって、書面や画像などの情報を一括して入力する事は出来なかった。
【０００８】
このため、表示面への外力に対し液晶電気光学素子が何ら影響を受けないような構成とる事で解決に結びつくようになる。
このような構成が可能な液晶電気光学装置としては、投射型液晶電気光学装置（液晶プロジェクタ）が知られている。
投射型液晶電気光学装置は、対角４０インチ以上の大画面表示が可能でありながら小型、軽量、調整不要であり、ＣＲＴにおいて大画面化を行ったときに問題となる地磁気の影響を受けないなどといった利点があり、大画面ＣＲＴに変わる表示装置として期待されている。
【０００９】
投射型液晶電気光学装置の基本的な構成は、透過型または反射型の液晶電気光学装置を表示し、この液晶電気光学装置に光を照射してその透過光または反射光を光学系を通して拡大し、表示面であるスクリーン上に画像を投影し、表示するものである。
この投射型液晶電気光学装置については、スクリーンの表示面側（表側）に向かって投射して反射光を画像として視認するフロント型と、スクリーンの表示面側とは反対面（スクリーンの裏側）に投射して透過散乱光を画像として視認するリア型に区別することが出来る。
【００１０】
しかし、投射型液晶電気光学装置は大画面の表示を行うことは可能でも、画像の表示面であるスクリーン面上から、任意に指定した表示面上の位置を情報信号として表示装置に伝達し、表示内容を変化させる装置は存在しなかった。
【００１１】
このため、投射型の液晶電気光学装置は映画、ＴＶ等の画像を表示することは可能でも、ＣＡＤやワークステーション等作業の簡便化のために大画面を要する分野には利用されなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、投射型の液晶電気光学装置のスクリーン上をペン、指などで指示して、スクリーン上の位置の情報を入力し、液晶電気光学装置の表示内容を変化させることが可能な情報入出力装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、多数の人が視認可能な大きさの大面積の画面に画像の表示を行なう表示装置の、表示面上に対して直接入力された情報により、表示装置の表示内容を変化させる情報入出力装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下の構成とした。即ち本発明は、
表示装置と、
該表示装置に表示された画像が拡大されて投影されるスクリーンと、
任意に指示された前記スクリーン上の特定点の位置を検出する位置検出手段と、
を有することを特徴とする情報入出力装置である。
【００１５】
また、本発明は、
液晶電気光学装置と、スクリーンと、撮像装置とを有し、
前記スクリーンは、前記該液晶電気光学装置に表示された画像が拡大されて裏側に投影され、
前記撮像装置は、前記スクリーンの裏側に設けられ、前記スクリーンの表側より裏側に向かって入射する光を受光する
ことを特徴とする情報入出力装置である。
【００１６】
また、本発明は、
液晶電気光学装置と、スクリーンと、撮像装置とを有し、
前記スクリーンは、前記該液晶電気光学装置に表示された画像が拡大されて裏側に投影され、
前記撮像装置は、前記スクリーンの裏側に設けられ、前記スクリーンの表側に存在する画像を読み取る
ことを特徴とする情報入出力装置である。
【００１７】
また、本発明は、
液晶電気光学装置と、スクリーンと、撮像装置と、位置検出手段とを有し、
前記スクリーンは、前記該液晶電気光学装置に表示された画像が拡大されて裏側に投影され、
前記撮像装置は、前記スクリーンの裏側に設けられ、前記スクリーンの表側に存在する画像を読み取り、
前記位置検出手段は、前記スクリーンの表側に設けられ、任意に指示された前記スクリーン上の特定点の位置を検出する
ことを特徴とする情報入出力装置である。
【００１８】
本発明は、画像を表示するスクリーンと、該スクリーン上に任意に指示された特定点の位置を検出する手段よりなる情報入出力媒介手段を有する情報入出力装置である。
図１に本発明の情報入出力装置の概念図を示す。図１において、１は情報入出力装置の本体、２は光源、３は液晶電気光学装置、４は光学系、５はスクリーン、６は位置検出手段である。
以下に具体的な構成を説明する。
【００１９】
図１においては光学系はリア型とした。光源２にはキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等がを利用することができるが、高輝度で発光効率が高いこと、ＲＧＢ色成分がバランス良く配分されていること、さらに長寿命であること等の条件を満たすものとして、メタルハライドランプを使用するのが望ましい。
【００２０】
光源から出た光は集光光学系（図示せず）を経て、液晶電気光学装置３へ照射される。液晶電気光学装置３を透過した光は、光学系４により拡大され、スクリーン５に投射され、スクリーン５には液晶電気光学装置３に表示された画像が拡大して投影される。
【００２１】
液晶電気光学装置の動作モードとしては、ＴＮ型、ＳＴＮ型、散乱型等を利用することができる。液晶電気光学装置に使用する液晶材料としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶、強誘電性液晶或いはそれらが高分子樹脂中に含有されたＰＤＬＣ（ポリマー分散型液晶）等が使用できる。
【００２２】
また、駆動方式としては単純マトリクス方式、アクティブマトリクス型を利用することが出来るが、高速かつ高画質であることから基板上の各画素毎にスイッチング素子、特に結晶性薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリックス型が望ましい。
【００２３】
特に結晶性薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶電気光学装置の場合、各画素に連結されているスイッチング用の薄膜トランジスタと、液晶電気光学装置として駆動するための駆動用周辺回路を同一基板上に設ける、いわゆるモノリシック構造とすることができるため、装置の小型化、低価格化等を実現でき、好ましい。
【００２４】
図１においては、光源からの光を液晶電気光学装置の後方から透過させているが、液晶電気光学装置を反射型として表示面側に光を照射し、その反射光を光学系４を通してスクリーンに投影してもよい。
【００２５】
さらにカラー表示を行う場合には、液晶電気光学装置を構成する一対の基板のうち何れか一方に、各画素に対応したＲＧＢ３色のカラーフィルターを設けるか、液晶電気光学装置を３つ用意し、光源からの光を一度ＲＧＢ３色の内いずれか一色のみを反射する、ダイクロイックミラー等で３色に分光し、各色の光をそれぞれ異なる液晶電気光学装置に入射し、液晶電気光学装置を透過した光を再びダイクロイックミラーで合成し、スクリーンに投影してもよい。
【００２６】
この分光する方法の場合、強誘電性液晶電気光学装置であって、透過型で全表示面が１画素で構成される高速なシャッター機能のみ有するものを３つ用意し、画像表示のみを行う強誘電性液晶電気光学装置を１つ用意し、１フレーム内でシャッターにより３色を切り換える形式の表示方法であってもよい。
【００２７】
表示装置としてブラウン管等の自発光型のものを用いることもできる。
【００２８】
次にスクリーン５について説明する。スクリーンの基本構成としては、厚さ３．０ｍｍの、光の透過性および散乱性を有する基板を使用した。基板はガラス、プラスチック等が利用できるが、装置の軽量化という点ではプラスチック基板を用いることが望ましい。また、画像の輝度を向上させるには、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズを組み合わせたもの等を使用するとよい。さらに外光によるコントラストの低下が予想される場合には、基板に偏光シートを貼り付ければ良い。
【００２９】
また、スクリーン５上において、液晶電気光学装置からの光が回折し、各画素の輪郭がぼやける場合には、表示面の開口率を極端に低減させない程度に、スクリーンの表側または裏側に格子状にブラックマトリクスを形成すればよい。
【００３０】
また、図１においては、スクリーン５上に位置検出手段６を設けた。図５に位置検出手段の代表的な構成を示す。
図５（Ａ）は表面にＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）等よりなる帯状の透光性電極を複数設けた弾性を有する透光性基板を電極が直交するようにしてスペーサーを介して重ね合わせたものである。基板面から特定の箇所に圧力を加えると、その点において対向する帯状電極同士が接触し導通する。対向する帯状の透光性電極に対し順次電流を印加して走査を行なうことで導通点の位置を検出する。
【００３１】
図５（Ｂ）は対向する弾性を有する透光性基板の内側面のほぼ全面に透光性電極を形成し、その透光性電極に対し、一方の基板においては横方向の両端に端子を設け、他方の基板においては縦方向の両端に端子を設け、スペーサーを介して対向させたものである。
【００３２】
図５（Ａ）の位置検出手段と同じく、基板面から特定の箇所に圧力を加えると、その点において対向する電極同士が接触し導通する。このとき、双方の基板において両端子間の抵抗値を測定することで、導通点の位置が検出できる。
図５（Ａ）および図５（Ｂ）の位置検出手段としての基板にはポリエチレンテレフタレート等が使用できる。一方の基板をガラスやプラスチックの板としてもよい。
【００３３】
図５（Ｃ）はガラスあるいはプラスチック等のペンなどの先端にコイルを巻いた入力ペンに電界を印加し、この入力ペンによって発生する磁界による、透光性基板上に設けた透明電極との間に発生する電磁誘導作用により入力を行った位置に関する情報を発生させることが可能となる。
【００３４】
図５（Ａ）〜（Ｂ）の位置検出手段は、スクリーンの表側（視認する側）の面に設ける。スクリーンの材質が柔軟性を有するものであれば、スクリーンの裏側の面に設けてもよい。図５（Ｃ）の位置検出手段は入力位置が検出できればスクリーンの裏側でも表側でもかまわない。
【００３５】
この他、位置検出手段として、図５（Ｄ）に示す、スクリーンの縦横の両辺に赤外光発生源と赤外線センサーを対向させて設けることで、赤外線が何らかの遮蔽物によって遮られた位置を入力位置として検出できる。表示面に対し、指などで入力を行うことが可能となる。
【００３６】
いずれにしろ、上記のような位置検出手段より入力されたスクリーン上の位置に関する情報は、液晶電気光学装置の駆動回路やそれに連結しているコンピュータ等に入力され、この情報に対応する画像がスクリーン上に表示される。
【００３７】
なお、位置検出手段によって検出されたスクリーン上５の位置と、液晶電気光学装置３により表示される画像を正確に対応させるために、液晶電気光学装置からの画像をスクリーン上の位置検出手段にずれること無く結像させるための方法が求められる。その一例として、液晶電気光学装置の表示面に表示画素とは異なる位置合わせ用の画素を形成し、スクリーン上の対応する位置にも同様の位置合わせ用のマーカーを形成し、実際に画像を表示させる前に位置合わせ用の画素を透過した光が、スクリーン上マーカーに合うように液晶電気光学装置の傾き角、光学系のレンズの焦点等を調整すればよい。液晶電気光学装置の表示部の特定画素（例えば表示部の中心および４隅）にて位置あわせを行なってもよい。
【００３８】
図２に本発明の情報入出力装置の他の概念図を示す。
また、図２に示すように、本体１内に撮像装置８を設け、位置検出手段としてもよい。この場合、スクリーン５の表側から裏側に向かって発光ペン等を用いて光を照射し、その位置を撮像装置８で検出してもよい。このようにすることで、例えスクリーンが大きい場合であっても、その大きさに対応するには光学系を調整するだけでよく、撮像装置８自体の受光面の大きさを変える必要はない。
【００３９】
したがって図５（Ａ）〜（Ｃ）のような、スクリーンと同程度の大きさの基板を用いる位置検出手段に比較して、大画面への対応が極めて容易となる。さらに撮像装置自体に画面の分解能が高い物を用いることで、容易に高解像度化できる。さらに発光ペンの如き光照射装置の発光色を変化させた場合、撮像装置にカラーフィルターを設けることで発光色の違い（光の波長の違い）を検出することも可能である。
【００４０】
したがって、多数の人々が視認できる大きさの大面積の画面に対し、画像表示を行い、かつ画面（スクリーン）上に発光ペン等で直接情報入力を行なって、その情報に対応した表示を行なうといった使用が可能であり、従来の黒板やホワイトボードに代わる、電子式黒板とすることができる。もちろん、コンピュータ等を利用して、入力された情報に基づき、計算や文字認識等を行なってもよい。
【００４１】
撮像装置としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）や、光導電素子を用いることができる。
図２においては、光学系４と液晶電気光学装置３との間にハーフミラー７を設け、スクリーンの表側から裏側に向かって入射する光を光学系４を通して撮像装置８に入射させて読み取らせている。もちろん、光学系４とは異なる光学系を用いて撮像装置８にスクリーンの表側から裏側に向かって入射する光を読み取ってもよい。
【００４２】
またスクリーン５を光の散乱状態から、高い透光性を有するように可変制御できるようにし、スクリーンの表側に存在する、原稿や物体などを画像として読み取ってもよい。読み取りのための、原稿に向かって照射されるライトを本体１内に設けてもよい。すなわち、撮像装置８をイメージセンサ的に使用する。
読み取った画像情報を、記憶装置に記憶させ、スクリーンに表示させることも可能である。
【００４３】
膨大な情報量を有する画像の入出力を瞬時に行う利用方法も可能となる。
スクリーン５を透光状態と散乱状態に可変制御するためには、スクリーン５として、電極を有する一対の透光性基板間に液晶材料を挟持させ、電極間に印加する電界により透過と散乱状態間をスイッチングさせることが可能な素子を使用してもよい。この場合、画像をスクリーンに表示させる場合には散乱状態とし、外部より画像を読み取る場合には透過状態とすればよい。強誘電性液晶電気光学装置やポリマー分散型液晶電気光学装置を用いればよい。
以下に実施例を示す。
【００４４】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本実施例の情報入出力装置の構成を示す。本体１内に設けられた、画像を表示した液晶電気光学装置３にハロゲンランプ２からの光が入射し、液晶電気光学装置３を透過した光が光学系４を通して拡大されてスクリーン５に投射し、画像がスクリーン５上に投影される。スクリーン５上に位置検出手段６が設けてあり、スクリーンに入力ペン（図示せず）を接触させると、駆動回路にスクリーンの上の座標に対応した信号が液晶電気光学装置の駆動回路に伝達され、駆動回路より前記入力信号に対応する信号が前記表示装置に出力される。
【００４５】
図６に本実施例により作製した液晶電気光学装置の概念図を示した。液晶電気光学装置は各画素毎に結晶性薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）よりなるスイッチング素子が形成された、アクティブマトリクス駆動型である。また、同一基板上にこの液晶電気光学装置を駆動するための周辺駆動回路も設けたモノリシック構成とした。
【００４６】
以下、図３および図４に薄膜トランジスタの作製工程を示す。図３は、図４中の一点鎖点線で示された部分の断面である。まず、基板（コーニング７０５９、対角１．６インチ）２０１上に下地酸化膜２０２として厚さ１０００〜３０００Å、例えば、２０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
【００４７】
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によってアモルファスシリコン膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状の活性層領域２０３および２０４を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜２０５を形成した。
【００４８】
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム膜（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そして、フォトレジスト（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。フォトレジストの形成前に、アルミニウム膜の全表面に陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Åの酸化アルミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストとの密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することにより、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチングし、配線部２０６、２０９、ゲイト電極部２０７、２０８、２１０を形成した。（図３（Ａ））
【００４９】
これらの配線、ゲイト電極の上には前記のフォトレジストが残されており、これは後の陽極酸化工程において陽極酸化防止のマスクとして機能する。この状態を上から見た様子を図４に示す。この場合も、実施例１と同様に、ゲイト電極２０７、２０８および配線２０９と、配線２０６とゲイト電極２１０とは電気的に独立しており、前者をＡ系列、後者をＢ系列と称する。（図４（Ａ））
【００５０】
そして、上記の配線、ゲイト電極のうち、Ｂ系列にのみ電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ３０００Å〜２５μｍ、例えば、厚さ０．５μｍの陽極酸化物２１１、２１２を配線、ゲイト電極の側面に形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、５〜３０Ｖ、例えば、８Ｖの一定電流をゲイト電極に印加しておこなった。このようにして形成された陽極酸化物は多孔質なものであった。本実施例では、シュウ酸溶液（３０〜８０℃）中で電圧を８Ｖとし、２０〜２４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間および温度によって制御した。この際、Ａ系列には電流が流されていないのでゲイト電極２０７、２０８、配線２０９には陽極酸化物は形成されなかった。（図３（Ｂ）、図４（Ｂ））
【００５１】
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極・配線に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたＰＨ≒７のエチレングルコール溶液を用い、Ａ系列、Ｂ系列ともに通電した。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極・配線２０６〜２１０の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物２１３〜２１７が形成された。陽極酸化物２１３〜２１７の厚さは印加電圧に比例し、例えば、印加電圧が１００Ｖで１２００Åの陽極酸化物が形成された。本実施例では、電圧は１００Ｖまで上昇させたので、得られた陽極酸化物の厚さが１２００Åであった。バリヤ型の陽極酸化物の厚さは任意であるが、あまり薄いと、後で多孔質陽極酸化物をエッチングする際に、アルミニウムを溶出させてしまう危険があるので、５００Å以上が好ましかった。
【００５２】
注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化物は後の工程で得られるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、多孔質陽極酸化物とゲイト電極の間にバリヤ型の陽極酸化物が形成されることである。（図３（Ｃ））
その後、イオンドーピング法によって、ＴＦＴの活性層２０３、２０４に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、不純物（ソース／ドレイン）領域２１８、２１９、２２０を形成した。ドーピングガスとしてはフォスフィン（ＰＨ3 ）およびジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いた。ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは５０〜９０ｋｅＶとした。領域２１８および２２０はＮ型、領域２１９はＰ型となるように不純物を導入した。領域２１８により、ＮＴＦＴ２２８、領域２１９によりＰＴＦＴ２２９、領域２２０により、ＮＴＦＴ２３０が作られる。
【００５３】
この結果、図の左側の２つのＴＦＴ（これらは相補型ＴＦＴである）２２８、２２９では、ゲイト電極の側面の陽極酸化物２１４、２１５の厚さが約１２００Åであるので、ゲイト電極と不純物領域の重ならない領域（オフセット領域）の幅ｘ1 、ｘ3 は、イオンドーピングの際の回りこみを考慮して約１０００Åであった。一方、右側のＴＦＴ２３０では、陽極酸化物２１２および２１７の厚さが合わせて約６２００Åなので、オフセット幅ｘ2 は約６０００Åであった。
【００５４】
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化物２１１、２１３をエッチングした。このエッチングでは陽極酸化物２１１、２１３のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。バリヤ型陽極酸化物２１３〜２１７や酸化珪素膜２０５はそのまま残存した。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。（図３（Ｅ））
【００５５】
そして、ゲイト電極・配線を分断して、必要とする大きさ、形状とした。（図４（Ｃ）。
さらに、全面に層間絶縁物２２１として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ６０００Å形成した。次いで、厚さ８００ÅのＩＴＯ膜をスパッタ法によって形成し、これをパターニングして、画素電極２２２を形成した。そして、層間絶縁物２２１およびゲイト絶縁膜２０５をエッチングして、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタクトホールを形成し、同時に、層間絶縁物２２１および陽極酸化物２１３〜２１７をエッチングして、ゲイト電極・配線にコンタクトホールを形成した。本実施例では、陽極酸化物はＡ系列、Ｂ系列のいずれもほぼ同じ厚さであるので、これらを同時にエッチングすることができる。最後に、アルミニウム配線・電極２２３〜２２６を形成し、２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。
【００５６】
なお、配線２２３は配線２０６と相補型ＴＦＴのＮチャネル型ＴＦＴのソースを接続し、配線２２５は相補型ＴＦＴのＴＦＴのＰチャネル型ＴＦＴのソースと配線２０９を接続する。また、配線２２４（すなわち２２６）は相補型ＴＦＴの出力端子（すなわち、Ｎチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴのドレイン）と右のＴＦＴのドレインとを接続する。さらに、配線２２７は右のＴＦＴのドレインと画素電極２２２とを接続する。以上によって、ＴＦＴを有する集積回路が完成された。（図３（Ｆ））
【００５７】
また、特にＡ系列において、実施例に示したごとく、ドライバーは大電流駆動となるため、ＰＴＦＴ（高抵抗領域幅をｘ1 とする ）、ＮＴＦＴ（高抵抗領域幅をｘ4 とする）とも劣化が少ない。また、デコーダー、ＣＰＵ、シフトレジスタ、メモリーその他の駆動回路は小消費電力であり、かつ、高周波動作のため、チャネル幅、チャネル長とも小さく、ホットキャリヤによる劣化が発生しやすい。これらの回路に用いられるＮＴＦＴの高抵抗領域の幅ｘ3 は、ＰＴＦＴの高抵抗領域の幅ｘ1 よりも大なることが必要である。また、大電圧の印加されるアクティブマトリクス回路中のＮＴＦＴ（高抵抗領域幅をｘ2 とする）は、必要とされる移動度も小さいため、劣化が非常に発生しやすく、結果として、信頼性向上のためには、ｘ2 ＞ｘ3 ＞ｘ4 ≧ｘ1 であることが求められる。例えば、ｘ2 は０．５〜１μｍ、ｘ3 は０．２〜０．３μｍ、ｘ4 は０〜０．２μｍ、ｘ1 は０〜０．１μｍである。かくすると、シフトレジスタは１〜５０ＭＨｚで動作させることができた。
本実施例では、画素電極の制御をおこなうＴＦＴ（右のＴＦＴ）のオフセットの幅が十分に大きいでのリーク電流を抑える効果が大である。
【００５８】
次いで、図６において、対向する基板３０１上には全面にＩＴＯよりなる透明電極３０２を形成した。
次に基板２０１、３０１上に配向膜としてポリイミドからなる配向膜３０３形成した。
次に配向膜を通常の方法によりラビングした。この時ラビングの方向は上下の基板で９０°の角度をなすような方向で行なった。
次に直径５μｍの酸化珪素より成るスペーサーを基板の配向膜を塗布した基板上に散布した（図示せず）。
次に、基板２０１上にシール剤（図示せず）を印刷し、基板２０１、３０１を重ね合わせ、固定した。
次に液晶材料３０４を上記セルに真空注入法で注入した。使用した液晶材料はメルク社製ネマチック液晶ＺＬＩ−４７９２（商品名）であった。
こうして、図１の液晶電気光学装置３が形成された。画素数は６４０×４８０個形成された。画素数を１２８０×１０２４個としてもよい。
【００５９】
光源２にはメタルハライドランプを使用した。光源の出力は２５０Ｗ、液晶電気光学装置の周辺温度は５０℃であった。
スクリーン５は８００×６００ｍｍの物を用いた。またレンズ、ミラー等よりなる光学系を設けた。
次に、スクリーンとほぼ同じ大きさの厚さ０．５ｍｍのポリエチレンテレフタレート基板２枚においてその上面にＩＴＯより成る透明電極を通常のプロセスで形成し、２枚の基板を重ねて透明電極は図５（Ｃ）に示すパターニングとした。また電極面上にポリエチレンテレフタレートよりなる保護膜を形成した。位置検出手段６が完成した。透明電極のマトリックス規模は液晶表示装置と同じ６４０×４８０であった。
この様にして図１に示す情報入出力装置が完成した。
【００６０】
図５（Ｃ）下側に入力ペンを示した。入力ペンはアクリル、硝子等よりなり一方の先端にはコイルが巻いてある。
スクリーン上に形成した電極に電界を印加しておき、更に入力ペンにも電界を印加しておく。スクリーン上の任意の位置に入力ペンを接触させると、入力ペンのコイルから発生する磁界とスクリーン上の透明電極に印加された電界との相互作用で、入力ペンが接触している部分と其以外の部分とで電流値が異なるので、各行列毎に形成した電流検出回路からペンが接触している部分を検出する。次に、電流検出回路より駆動回路にスクリーンのペンが接触している座標に関する信号を入力し、駆動回路より前記座標に関する信号を、液晶電気光学装置の前記座標と同座標のマトリクス上に表示信号を出力する。この結果、スクリーン上の入力ペンを接触させた位置に画像が表示される。
【００６１】
入力ペンにより文字を描く場合には、ペンが接触してから変化させた表示内容を保持させるような駆動を液晶表示装置に対して行なえばよい。
また、スクリーンにブラックマトリクスを形成した。これにより回折のためにドットの輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【００６２】
〔実施例２〕
実施例２では実施例１で作製した情報入出力装置の位置検出手段６を赤外線センサーを用いたものに変えた情報入出力装置を作製した。
スクリーン５の縦横周縁には図５（Ｄ）に示すように赤外線発生源５０１と赤外線センサー５０２を配置した。赤外線センサー５０２は開口部が底辺３ｍｍ、高さ５ｍｍの三角形状になっており、縦横各辺に１ｃｍ間隔で形成した。また、他方の辺には赤外線センサー５０１に対応して赤外線発生源を設けた。
【００６３】
スクリーン上の任意の位置に指、若しくはペンなどを接触させると、その座標に対応する赤外線が遮られ、センサーに光が届かなくなる。本実施例のように縦横に赤外線発生源及びセンサーを配置しておけば、指などを置いた位置を、縦横の座標として検出することが出来た。この様にして検出された座標信号を液晶表示装置の駆動回路に入力し、液晶表示装置のマトリクスの同じ座標に表示状態を変化させる信号を入力させれば、スクリーン上に情報が入力されたことを示すことが可能となる。
【００６４】
また、スクリーンに各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成した。これにより回折のために画素の輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【００６５】
〔実施例３〕
実施例３では実施例１で作製した情報入出力装置の位置検出手段６を図５（Ａ）に示すタッチパネルに変えた情報入出力装置を作製した。
タッチパネルは弾性を有する８００×６００ｍｍのポリエチレンテレフタレート基板上に複数のストライプ状のＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）よりなる透明電極を成膜し、この基板上に直径４０μｍのゴム製スペーサーを縦横３００μｍピッチで設け、さらに複数のストライプ状のＩＴＯよりなる透明電極が形成されたポリエチレンテレフタレート基板を電極が直交するように重ね合わせたものを使用した。このタッチパネルを指あるいはペンなどで押すと、上下の基板が接触し、ストライプ電極が構成するマトリクス上の押した部分に対応した位置に入力信号を発生することが出来た。
【００６６】
この座標信号は液晶表示装置の駆動回路またはコンピューター回路に入力されるようにタッチパネルと接続されており、スクリーン５上にペン等で圧力を加えた位置に点を表示することができた。また圧力を加える位置を移動すると線を描くことができた。スクリーン上にボタンを表示させ、該ボタン上に圧力を加えると、そのボタンの有する機能、例えば、表示内容の全てを消去するといったことが可能となった。
このように、画面上でタブレットを構成することもできた。
【００６７】
また、スクリーンに各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成した。これにより回折のために画素の輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【００６８】
〔実施例４〕
実施例４では実施例３で作製した情報入出力装置において、液晶電気光学装置３を、強誘電性液晶を用いたシャッター用液晶電気光学装置３つと、強誘電性液晶を用いたアクティブマトリクス型の画像表示用液晶電気光学装置により構成した。
【００６９】
シャッター用液晶電気光学装置に使用した液晶材料について説明する。液晶材料はフェニルピリミジン系の強誘電性液晶で、その相系列はＩｓｏ−ＳｍＡ−ＳｍＣ* であって、その相転移温度はＩｓｏ−ＳｍＡが８５℃、ＳｍＡ−ＳｍＣ* が５５℃であった。また自発分極の大きさは２０ｎＣ／ｃｍ2 であった。
【００７０】
透光性電極が全面に形成された透光性基板をスペーサ、シール材を介して対向させてセルを形成し、このセルにＩｓｏ相を示す温度で前記液晶を注入した。さらに、良好な配向状態とするためこの温度から５℃／ｈｒのレートで室温までパネルを徐冷した。室温でのパネルのコントラストは電圧±２０Ｖ、５Ｈｚの矩形波で駆動して測定したところ、８０であった。
上記シャッター用液晶電気光学装置は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応して、３つ作製した。
【００７１】
また、画像表示用の液晶電気光学装置は、図６に示す構造を有するアクティブ駆動型液晶電気光学装置であり、両基板において反平行ラビングが施され、直径１．６μｍのスペーサにより基板間隔を維持した液晶セル内に、シャッター用液晶電気光学装置に用いたものと同じ強誘電性液晶材料を、同じ工程で基板間に注入して作製した。
【００７２】
次に本実施例の液晶電気光学装置部を図７に示す。光源からの光はハーフミラーにより３通りに分光され赤、緑、青色を表示するシャッターへ入射される。外部よりシャッターを所望の表示色を示すように駆動し、シャッターを透過した光はハーフミラーにより混ぜられ画像表示用パネルへ入射される。画像表示用パネルを透過した透過光７００は光学系を通ってスクリーンを照射しスクリーン上にカラー表示を行なう。
【００７３】
シャッターは、第一の期間には赤色用をＯＮにし、第二の期間には緑色用をＯＮにし、第三の期間には青色用をＯＮにして、光の三原色に従い、時系列的に第一の装置に供給する色を変化させた。
これによって、３色８段階の階調表示つまり、５１２色の表示を可能にした。実施例３に示すのと同様な、マトリクス配置した透光性電極を用いた位置検出装置６を用いた。
【００７４】
また、スクリーンに各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成した。これにより回折のために画素の輪郭がぼやけずに表示することが可能となった。
【００７５】
〔実施例５〕
図２に本実施例の情報入出力装置を示した。
本実施例においては、本体１内部、すなわちスクリーン５の裏側に、スクリーン５の表側から裏側に向かって入射する光を受光する撮像装置８を設けたものを示す。またスクリーンの大きさは、１０００×７５０ｍｍとした。
【００７６】
ここでは撮像装置８として、カラー読み取りが可能な電荷結合素子（ＣＣＤ）を設けた。図示していないが、光学系４とは別の光学系を用い、スクリーン５よりの入射光を受光できる構成とした。光学系４とハーフミラー７を用いてもよい。
この光学系において、ある程度以上の明るさを有する光のみを透過するフィルターを設けてもよい。
【００７７】
撮像装置で読み取った入射光の信号は、図示していないコンピュータ回路に入力されるように接続させている。
コンピュータ回路からの出力映像が液晶電気光学装置３に表示され、光源２、光学系４より拡大されてスクリーン５上に投影されている。
【００７８】
発光ペンはスクリーンに接するとスイッチが入り、特定の色の光をスクリーン裏側（本体内部）に向けて照射する。ここでは発光色は赤、青、緑の３色のうちの何れか１色を、スクリーン５の裏側に向かって発光できるペンを用いた。
【００７９】
赤色光を発光するように設定した発光ペンを用いてスクリーン５上（表側）の特定箇所を指示すると、スクリーン５の裏側に向かって赤色光が発光された。
発光した赤色光は、光学系を通って撮像装置８に入射し、撮像装置８においてスクリーン上の位置と、発光色を検出し、その情報信号をコンピュータ回路また液晶電気光学装置３の駆動回路に対し伝達された。
【００８０】
スクリーン５上には、発光ペンの発光色と同じく赤色で点が表示された。スクリーン５上で発光ペンを移動すると、その軌跡にしたがって赤色で線が表示された。おなじようにして、発光ペンの発光色を緑色にすると、緑色で、青色にすると青色で点または線が表示された。当然のことながら、ここでは入射光の色と、表示される色が同じとなるような駆動方法、プログラミングがなされている。
表示画面の一部にボタン状の領域を単数または複数表示させ、その領域を発光ペンで指示すると、表示状態を大きく変化させるような設定も可能である。
また点や線のみならず、例えばスクリーン上の二点を指示すると、それを対角線とする長方形が表示されたり、その領域内が特定の色で塗り潰されるようにしてもよい。
さらに、文字を入力する際に、入力された文字を認識し、その文字に対応するコンピューター回路内に内蔵されている、形の整った文字を表示するようにしてもよい。
その他、表計算、グラフィック描画等、様々な応用が可能である。
【００８１】
また本実施例の情報入出力装置は、スクリーンが充分大きいため、発光ぺンを用いてスクリーン５上に描いた文字や図形を、数十〜数百人という数多くの人が視認することができ、電子式の黒板の如くに使用することができた。
【００８２】
また、スクリーン５上に各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成してもよい。
【００８３】
〔実施例６〕
本実施例においては、図２に示す情報入出力装置において、スクリーン５の表側に存在する原稿や物体を、撮像装置８により画像データとして読み込む構成を示す。液晶電気光学装置、光学系、光源は実施例１と同じ物を用いた。
スクリーン５の表側にある原稿や物体を画像データとして読み込むためには、スクリーン５が光を透過する状態と、散乱する状態を可変制御できる必要がある。それに適したスクリーン５の構成として、散乱モードの強誘電性液晶電気光学装置または、ポリマー分散型液晶電気光学装置を用いることができる。
【００８４】
散乱モードの強誘電液晶電気光学装置は、偏光板を用いず、かつ透過率を９０パーセント程度に高めることができ、また散乱状態に、電界印加により可変できる。ポリマー分散型液晶電気光学装置においても、８０パーセント以上の透過率を有し、同様の効果が得られる。
ここではスクリーン５として、散乱モードの強誘電性液晶電気光学装置を用いた。
【００８５】
一方の面全面に透光性電極が設けられている、大きさ８００×６００ｍｍの基板二枚を、電極面を内側にして、直径５０μｍのスペーサ、およびシール材を介して相対向て設けてセルを構成し、このセル内に強誘電性液晶を注入し、スクリーン５となる液晶電気光学装置を構成した。
【００８６】
このスクリーンを用いて情報入出力装置を構成し、スクリーン５の表側にある画像を読み込んだ。
また、読み取った画像の質を向上させるため、原稿等の被写体に向かって照射されるライトを本体１内に設けた。
【００８７】
まず、スクリーン５の表側に、図面が描かれた原稿を張りつけ、スクリーン５を構成する液晶電気光学装置の両基板の電極間に直流電圧を印加すると、９０パーセントの透過率を有してスクリーン５が透明になった。
ライトにより原稿に向かって光を照射し、その反射光を撮像装置８で読み取って、記憶装置に画像データを記憶させた。
【００８８】
つづいて、スクリーン５を構成する液晶電気光学装置に、交流電圧を印加してスクリーン５を散乱状態にし、液晶電気光学装置３に表示されている、先程読み取った画像データスクリーンに表示させた。
本実施例の装置において、撮像装置８で読み取る対象は、スクリーン５上の原稿のみならず、光学系を工夫することで、スクリーン５の表側に存在する被写体、例えばスクリーンに表示されている画像を眺めている人自身の顔を読み取り、次の瞬間にスクリーンに表示する、といったこともも可能である。
【００８９】
また、スクリーン５上に位置検出手段６を設けてもよい。
また、スクリーン５上に各画素の周囲を囲うブラックマトリクスを形成してもよい。
【００９０】
〔発明の効果〕
以上、詳述したように、本発明により、投射型の液晶電気光学装置のスクリーン上をペン、指などで指示して、スクリーン上の位置の情報を入力し、液晶電気光学装置の表示内容を変化させることが可能な情報入出力装置を提供することができた。
【００９１】
また、本発明は、多数の人が視認可能な大きさの大面積の画面に画像の表示を行なう表示装置の、表示面上に対して直接入力された情報により、表示装置の表示内容を変化させる情報入出力装置を提供することができた。
【００９２】
また、スクリーンに投影される画像の品質を何ら損ねることも無く、スクリーン上にペン等で指示した位置を検出、およびそれに対応する表示を行なう情報入出力装置とすることができた。
【００９３】
さらに、スクリーンの表側に存在する原稿や、被写体を画像データとして読み取ることも可能となった。
【００９４】
このように、本発明により、スクリーン上において、紙に文字や絵を書くのと同じ感覚で情報を入力することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の情報入出力装置の概念図を示す。
【図２】  本発明の情報入出力装置の他の概念図を示す。
【図３】  薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図４】  薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図５】  位置検出手段の代表的な構成を示す
【図６】  実施例で作製した液晶電気光学装置の概念図を示す。
【図７】  実施例における液晶電気光学装置部の構成を示す。
【符号の説明】
１  本体
２  光源
３  液晶電気光学装置
４  光学系
５  スクリーン
６  位置検出手段
７  ハーフミラー
８  撮像装置
２０１  基板
２２２  画素電極
２３０  薄膜トランジスタ
３０１  基板
３０２  対向電極
３０３  配向膜
３０４  液晶材料
５０１  赤外線発生源
５０２  赤外線センサー
７００  透過光
【図１】
0003652498.tif 000002
【図２】
0003652498.tif 000003
【図３】
0003652498.tif 000004
【図４】
0003652498.tif 000005
【図５】
0003652498.tif 000006
【図６】
0003652498.tif 000007
【図７】
0003652498.tif 000008