(57)【要約】【課題】液晶ディスプレイ等の表示装置において指示部から発せられる光により使用者の指示を入力できるようにする。【解決手段】光電変換素子を含む受光回路に光が入射すると、受光量に応じた電流が光電変換素子を流れ、キャパシタに蓄えられている電荷が放電または充電される。キャパシタ両端の電圧は論理レベル出力回路によりハイレベルとローレベルのいずれかの論理レベルに変換され、受光回路から出力される。この受光回路が画面上にマトリックス状に配置され、受光回路から出力される論理レベルに基づいて指示部から発せられる光の入射位置が検出される。【選択図】図４
2008083950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の表示画素部を含む画面部と、
位置検出部と
を有し、
上記複数の表示画素部のうち所望の表示画素部はそれぞれ、表示回路と受光回路とを有する表示受光回路を少なくても１個含み、
上記受光回路は、
電荷を蓄えるキャパシタと、
上記キャパシタの一端に接続され、受光量に応じて電流が流れ、上記キャパシタに蓄えられた電荷を放電または充電させる光電変換素子と、
上記キャパシタの電圧に応じてハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルを出力する論理レベル出力回路と
を有し、
上記位置検出部は、上記受光回路から出力される論理レベルに基づいて当該受光回路の位置を検出する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
上記受光回路は、上記キャパシタの一端に接続され、上記キャパシタに蓄えられた電荷を充電または放電させるリセット回路を含み、
同期信号に応じて上記リセット回路を駆動する制御手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
上記リセット回路が、第１型のトランジスタを含み、
上記光電変換素子が、ゲートバイアス電圧が逆バイアス状態のとき、チャネル形成領域に入射した光量に応じて、ソースとドレイン間をリーク電流が流れる第２型のトランジスタを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
上記表示回路が、上記受光回路に含まれる上記第１型および第２型のトランジスタと同一構造の表示素子駆動用トランジスタを含む
ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
第１の波長域の光を発する発光素子を含む指示部を更に有し、
上記所望の表示画素部はそれぞれ、上記表示受光回路を少なくても２個含み、
上記所望の表示画素部に含まれる第１の表示受光回路は、上記指示部から第１の波長域の光を主として受光し、受光量が所定のレベルを超えるときハイレベルを出力し、受光量が所定のレベル以下のときローレベルを出力し、
上記所望の表示画素部に含まれる第２の表示受光回路は、上記第１の波長域以外の第２の波長域の光を主として受光し、受光量が所定のレベルを超えるときハイレベルを出力し、受光量が所定のレベル以下のときローレベルを出力し、
上記位置検出部は、上記第１の表示受光回路よりハイレベルが出力され、かつ上記第２の表示受光回路よりローレベルが出力されるとき、当該第１の表示受光回路と当該第２の表示受光回路を含む上記表示画素部の位置が上記指示部により指定されたことを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
上記指示部が、上記発光素子により発せられる光が入射する上記画面部上の領域において上記発光素子により発せられる光以外の光を遮光する遮光部
を有することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
上記第１の表示受光回路が、上記光電変換素子により主として上記第１の波長域の光から変換された電流値が第１のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第１のしきい電流値より小さいときローレベルを出力し、
上記第２の表示受光回路が、上記光電変換素子により主として上記第２の波長域の光から変換された電流値が第２のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第２のしきい電流値より小さいときローレベルを出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
上記第１の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタのチャネル形成領域の面積と上記第２の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタのチャネル形成領域の面積を異なるものとすることにより、当該第１の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタから出力される電流の値と、上記第２の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタから出力される電流の値を調整し、上記第１のしきい電流値と第２のしきい電流値を同一の値とする
ことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
環境光が上記表示受光回路に直接入射した場合に上記表示受光回路内の上記光電変換素子が出力する第１の電流値より大きな第２の電流値を、上記光電変換素子に出力させる強さの光を発する発光素子を含む指示部を有し、
上記画面部の上記表示受光回路は、上記表示受光回路内の上記光電変換素子から出力される電流値が、上記第１の電流値より大きく、かつ上記第２の電流値以下の所定のしきい電流値以上のとき、ハイレベルを出力し、当該所定のしきい電流値より小さいときローレベルを出力し、
上記位置検出部は、ハイレベルを出力した上記表示受光回路が含まれる領域を検出し、当該検出された領域の中心を上記指示部により指定された位置として選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
環境光が第１の表示受光回路に直接入射した場合に、当該第１の表示受光回路内の上記光電変換素子が環境光の第１の波長域から変換して出力する第１の電流値より大きな第２の電流値を当該第１の光電変換素子に出力させる強さの光を発する第１の発光素子と、
環境光が第２の表示受光回路に直接入射した場合に、当該第２の表示受光回路内の上記光電変換素子が環境光の第２の波長域から変換して出力する第３の電流値より大きな第４の電流値を当該第２の光電変換素子に出力させる強さの光を発する第２の発光素子と
を含む指示部を有し、
上記第１の発光素子と上記第２の発光素子は、上記第１の発光素子から発せられた光と上記第２の発光素子から発せられた光の一部が上記画面部上で重なるように配置され、
上記所望の表示画素部が、上記表示受光回路を少なくても２個含み、
上記所望の表示画素部に含まれる上記第１の表示受光回路は、上記第１の表示受光回路内の光電変換素子から出力される電流の値が、上記第１の電流値より大きく、かつ上記第２の電流値以下の第１のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第１のしきい値より小さいときローレベルを出力し、
上記所望の表示画素部に含まれる上記第２の表示受光回路は上記第２の表示受光回路内の光電変換素子から出力される電流の値が、上記第３の電流値より大きく、かつ上記第４の電流値以下の第２のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第２のしきい値より小さいときローレベルを出力し、
上記位置検出部は、
上記第１の表示受光回路と上記第２の表示受光回路の両方ともハイレベルを出力する表示画素部が含まれる領域を検出し、
当該検出された領域の中心を上記指示部により指定された位置として選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１１】
複数の画素部を有する画面部と、
位置検出部と
を有し、
上記画面部の各画素部は、受光回路を少なくても１個含み、
上記受光回路は、
電荷を蓄えるキャパシタと、
上記キャパシタの一端に接続され、受光量に応じて電流が流れ、上記キャパシタに蓄えられた電荷を放電または充電させる光電変換素子と、
上記キャパシタの電圧に応じてハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルを出力する論理レベル出力回路と
を有し、
上記位置検出部は、上記受光回路から出力される論理レベルに基づいて当該受光回路の位置を検出する
ことを特徴とする入力装置。
【請求項１２】
特定の波長域の光を発する発光素子を含む指示部と、少なくても２個の受光回路を含む表示画素部を複数含む画面部と、位置検出部とを有する表示装置における入力方法であって、
上記指示部が、上記指示部により発せられる特定の波長域の光が入射する上記画面部上の領域において、上記指示部により発せられる光以外の光を遮光し、上記指示部により発せられる特定の波長域の光のみを入射させ、
上記表示画素部が、特定の波長域の光のみを受光していることを示す所定の受光信号を出力し、
上記位置検出部が、上記所定の受光信号を出力した表示画素部の位置を検出する
ことを特徴とする入力方法。
【請求項１３】
発光素子を含む指示部と、少なくても１個の受光回路を含む表示画素部を複数含む画面部と、位置検出部とを有する表示装置における入力方法であって、
上記指示部が、上記画面部上の領域に上記指示部により発せられる光を入射させ、
上記表示画素部が、上記指示部により発せられる光以外の光のみを受光したときの光量を超える光量を受光していることを示す所定の受光信号を出力し、
上記位置検出部が、複数の上記表示画素部より上記所定の受光信号を受けると、上記所定の受光信号を出力した複数の上記表示画素部が含まれる領域の中心を上記指示部により指定された位置として検出する
ことを特徴とする入力方法。
【請求項１４】
第１の波長域の光と第２の波長域の光を発する２個の発光素子を含む指示部と、少なくても２個の受光回路を含む表示画素部を複数含む画面部と、位置検出部とを有する表示装置における入力方法であって、
上記指示部が、上記画面部上の領域に上記指示部により発せられる上記第１の波長域の光と上記第２の波長域の光を部分的に重なるようにして入射させ、
上記表示画素部が、上記第１の波長域の光と上記第２の波長域の光を両方とも受光していることを示す所定の受光信号を出力し、
上記位置検出部が、複数の上記表示画素部より上記所定の受光信号を受けると、上記所定の受光信号を出力した複数の上記表示画素部が含まれる領域の中心を上記指示部により指定された位置として検出する
ことを特徴とする入力方法。
【請求項１５】
電荷を蓄えるキャパシタと、
上記キャパシタの一端に接続され、受光量に応じて電流が流れ、上記キャパシタに蓄えられた電荷を放電または充電させる光電変換素子と、
上記キャパシタの電圧に応じてハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルを出力する論理レベル出力回路
を有することを特徴とする受光回路。
【請求項１６】
上記キャパシタの一端に接続され、上記キャパシタに蓄えられた電荷を充電または放電させるリセット回路を含み、
同期信号に応じて上記リセット回路を駆動する制御手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の受光回路。
【請求項１７】
上記リセット回路が第１型のトランジスタを含み、
上記光電変換素子が、ゲートバイアス電圧が逆バイアス状態のとき、チャネル形成領域に入射した光量に応じて、ソースとドレイン間をリーク電流が流れる第２型のトランジスタを含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の受光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、入力装置、入力方法、および受光回路に関する。詳しくは、発光ペン等から発せられる光により使用者の指示を入力できるようにした表示装置、入力装置、入力方法、および受光量に応じてハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルを出力する受光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ペンにより液晶画面上に直接書き込みが可能な液晶ディスプレイが知られており、光電変換素子として、液晶駆動用のＴＦＴ素子と同構造のＴＦＴ素子が用いられた例がある（例えば、特許文献１の段落［００１４］参照）。
【０００３】
また、特定の波長域の光の入力を検出するにはその光のみを透過するカラーフィルタが用いられる。しかし、通常用いられる赤色（以下、Ｒ色という。）、緑色（以下、Ｇ色という。）、青色（以下、Ｂ色という。）のカラーフィルタの分光特性には違いがある。Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色に対応する光電変換素子として同一形状のＭＯＳトランジスタを用いると、これに起因してセンサ感度にばらつきが生じる。この分光特性の違いによるばらつきをＭＯＳトランジスタのチャネル形成領域の面積を調整することによって防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２の段落［０００９］、図２参照）。
【特許文献１】特開平７−３２５３１９号公報
【特許文献２】特開平８−２１３５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光ペン等により画面上に直接書き込みが可能な表示装置を屋内外で使用する際に、環境光が発光ペン等による指示光に重畳することが外乱となって正しく書き込みできないという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、様々な環境の下で指示部を用いて画面上で位置を指定できる表示装置や入力装置を提供できるようにすることを目的とする。また、様々な環境の下で指示部を用いて画面上で位置を指定できる入力方法を提供できるようにすることを目的とする。更に、これらの表示装置や入力装置で用いられる受光回路を提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の表示装置は、複数の表示画素部を含む画面部と、位置検出部とを有し、上記複数の表示画素部のうち所望の表示画素部はそれぞれ、表示回路と受光回路とを有する表示受光回路を少なくても１個含み、上記受光回路は、電荷を蓄えるキャパシタと、上記キャパシタの一端に接続され、受光量に応じて電流が流れ、上記キャパシタに蓄えられた電荷を放電または充電させる光電変換素子と、上記キャパシタの電圧に応じてハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルを出力する論理レベル出力回路とを有し、上記位置検出部は、上記受光回路から出力される論理レベルに基づいて当該受光回路の位置を検出することを特徴とする。
【０００７】
第２発明の表示装置は、上記受光回路は、上記キャパシタの一端に接続され、上記キャパシタに蓄えられた電荷を充電または放電させるリセット回路を含み、同期信号に応じて上記リセット回路を駆動する制御手段を更に有することを特徴とする。
【０００８】
第３発明の表示装置は、上記リセット回路が、第１型のトランジスタを含み、上記光電変換素子が、ゲートバイアス電圧が逆バイアス状態のとき、チャネル形成領域に入射した光量に応じて、ソースとドレイン間をリーク電流が流れる第２型のトランジスタを含むことを特徴とする。
【０００９】
第４発明の表示装置は、上記表示回路が、上記受光回路に含まれる上記第１型および第２型のトランジスタと同一構造の表示素子駆動用トランジスタを含むことを特徴とする。
【００１０】
第５発明の表示装置は、第１の波長域の光を発する発光素子を含む指示部を更に有し、上記所望の表示画素部はそれぞれ、上記表示受光回路を少なくても２個含み、上記所望の表示画素部に含まれる第１の表示受光回路は、上記指示部から第１の波長域の光を主として受光し、受光量が所定のレベルを超えるときハイレベルを出力し、受光量が所定のレベル以下のときローレベルを出力し、上記所望の表示画素部に含まれる第２の表示受光回路は、上記第１の波長域以外の第２の波長域の光を主として受光し、受光量が所定のレベルを超えるときハイレベルを出力し、受光量が所定のレベル以下のときローレベルを出力し、上記位置検出部は、上記第１の表示受光回路よりハイレベルが出力され、かつ上記第２の表示受光回路よりローレベルが出力されるとき、当該第１の表示受光回路と当該第２の表示受光回路を含む上記表示画素部の位置が上記指示部により指定されたことを検出することを特徴とする。
【００１１】
第６発明の表示装置は、上記指示部が、上記発光素子により発せられる光が入射する上記画面部上の領域において上記発光素子により発せられる光以外の光を遮光する遮光部を有することを特徴とする。
【００１２】
第７発明の表示装置は、上記第１の表示受光回路が、上記光電変換素子により主として上記第１の波長域の光から変換された電流値が第１のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第１のしきい電流値より小さいときローレベルを出力し、上記第２の表示受光回路が、上記光電変換素子により主として上記第２の波長域の光から変換された電流値が第２のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第２のしきい電流値より小さいときローレベルを出力することを特徴とする。
【００１３】
第８発明の表示装置は、上記第１の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタのチャネル形成領域の面積と上記第２の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタのチャネル形成領域の面積を異なるものとすることにより、当該第１の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタから出力される電流の値と、上記第２の表示受光回路内の光電変換素子である第２型のトランジスタから出力される電流の値を調整し、上記第１のしきい電流値と第２のしきい電流値を同一の値とすることを特徴とする。
【００１４】
第９発明の表示装置は、環境光が上記表示受光回路に直接入射した場合に上記表示受光回路内の上記光電変換素子が出力する第１の電流値より大きな第２の電流値を、上記光電変換素子に出力させる強さの光を発する発光素子を含む指示部を有し、上記画面部の上記表示受光回路は、上記表示受光回路内の上記光電変換素子から出力される電流値が、上記第１の電流値より大きく、かつ上記第２の電流値以下の所定のしきい電流値以上のとき、ハイレベルを出力し、当該所定のしきい電流値より小さいときローレベルを出力し、上記位置検出部は、ハイレベルを出力した上記表示受光回路が含まれる領域を検出し、当該検出された領域の中心を上記指示部により指定された位置として選択することを特徴とする。
【００１５】
第１０発明の表示装置は、環境光が第１の表示受光回路に直接入射した場合に、当該第１の表示受光回路内の上記光電変換素子が環境光の第１の波長域から変換して出力する第１の電流値より大きな第２の電流値を当該第１の光電変換素子に出力させる強さの光を発する第１の発光素子と、環境光が第２の表示受光回路に直接入射した場合に、当該第２の表示受光回路内の上記光電変換素子が環境光の第２の波長域から変換して出力する第３の電流値より大きな第４の電流値を当該第２の光電変換素子に出力させる強さの光を発する第２の発光素子とを含む指示部を有し、上記第１の発光素子と上記第２の発光素子は、上記第１の発光素子から発せられた光と上記第２の発光素子から発せられた光の一部が上記画面部上で重なるように配置され、上記所望の表示画素部が、上記表示受光回路を少なくても２個含み、上記所望の表示画素部に含まれる上記第１の表示受光回路は、上記第１の表示受光回路内の光電変換素子から出力される電流の値が、上記第１の電流値より大きく、かつ上記第２の電流値以下の第１のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第１のしきい値より小さいときローレベルを出力し、上記所望の表示画素部に含まれる上記第２の表示受光回路は上記第２の表示受光回路内の光電変換素子から出力される電流の値が、上記第３の電流値より大きく、かつ上記第４の電流値以下の第２のしきい電流値以上のときハイレベルを出力し、当該第２のしきい値より小さいときローレベルを出力し、上記位置検出部は、上記第１の表示受光回路と上記第２の表示受光回路の両方ともハイレベルを出力する表示画素部が含まれる領域を検出し、当該検出された領域の中心を上記指示部により指定された位置として選択することを特徴とする。
【００１６】
第１１発明の入力装置は、複数の画素部を有する画面部と、位置検出部とを有し、上記画面部の各画素部は、受光回路を少なくても１個含み、上記受光回路は、電荷を蓄えるキャパシタと、上記キャパシタの一端に接続され、受光量に応じて電流が流れ、上記キャパシタに蓄えられた電荷を放電または充電させる光電変換素子と、上記キャパシタの電圧に応じてハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルを出力する論理レベル出力回路とを有し、上記位置検出部は、上記受光回路から出力される論理レベルに基づいて当該受光回路の位置を検出することを特徴とする。
【００１７】
第１２発明の入力方法は、特定の波長域の光を発する発光素子を含む指示部と、少なくても２個の受光回路を含む表示画素部を複数含む画面部と、位置検出部とを有する表示装置における入力方法であって、上記指示部が、上記指示部により発せられる特定の波長域の光が入射する上記画面部上の領域において、上記指示部により発せられる光以外の光を遮光し、上記指示部により発せられる特定の波長域の光のみを入射させ、上記表示画素部が、特定の波長域の光のみを受光していることを示す所定の受光信号を出力し、上記位置検出部が、上記所定の受光信号を出力した表示画素部の位置を検出することを特徴とする。
【００１８】
第１３発明の入力方法は、発光素子を含む指示部と、少なくても１個の受光回路を含む表示画素部を複数含む画面部と、位置検出部とを有する表示装置における入力方法であって、上記指示部が、上記画面部上の領域に上記指示部により発せられる光を入射させ、上記表示画素部が、上記指示部により発せられる光以外の光のみを受光したときの光量を超える光量を受光していることを示す所定の受光信号を出力し、上記位置検出部が、複数の上記表示画素部より上記所定の受光信号を受けると、上記所定の受光信号を出力した複数の上記表示画素部が含まれる領域の中心を上記指示部により指定された位置として検出することを特徴とする。
【００１９】
第１４発明の入力方法は、第１の波長域の光と第２の波長域の光を発する２個の発光素子を含む指示部と、少なくても２個の受光回路を含む表示画素部を複数含む画面部と、位置検出部とを有する表示装置における入力方法であって、上記指示部が、上記画面部上の領域に上記指示部により発せられる上記第１の波長域の光と上記第２の波長域の光を部分的に重なるようにして入射させ、上記表示画素部が、上記第１の波長域の光と上記第２の波長域の光を両方とも受光していることを示す所定の受光信号を出力し、上記位置検出部が、複数の上記表示画素部より上記所定の受光信号を受けると、上記所定の受光信号を出力した複数の上記表示画素部が含まれる領域の中心を上記指示部により指定された位置として検出することを特徴とする。
【００２０】
第１５発明の受光回路は、電荷を蓄えるキャパシタと、上記キャパシタの一端に接続され、受光量に応じて電流が流れ、上記キャパシタに蓄えられた電荷を放電または充電させる光電変換素子と、上記キャパシタの電圧に応じてハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルを出力する論理レベル出力回路を有することを特徴とする。
【００２１】
第１６発明の受光回路は、上記キャパシタの一端に接続され、上記キャパシタに蓄えられた電荷を充電または放電させるリセット回路を含み、同期信号に応じて上記リセット回路を駆動する制御手段を更に有することを特徴とする。
【００２２】
第１７発明の受光回路は、上記リセット回路が第１型のトランジスタを含み、上記光電変換素子が、ゲートバイアス電圧が逆バイアス状態のとき、チャネル形成領域に入射した光量に応じて、ソースとドレイン間をリーク電流が流れる第２型のトランジスタを含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明の表示装置等には、その画面内に受光回路を含む画素がマトリックス状に配置される。受光回路は光電変換素子を含み、光が入射すると、光電変換素子に電流が流れ、キャパシタに蓄えられている電荷が放電される。キャパシタの両端の電圧は論理レベル出力回路によりハイレベルまたはローレベルのいずれかの論理レベルに変換され、受光回路から出力される。出力された論理レベルに基づいて発光ペン等により指示された画面上の位置が検出される。
【００２４】
本発明による第１の入力方法では、画面上の位置の指定には一色のみの光を発する発光ペン等が用いられる。この発光ペン等を画面に密着させ、発光ペン等の先端付近の受光回路を周囲の環境光から遮光しながら、発光ペン等からの光のみを受光回路に入射させる。環境光が発光ペン等の先端により遮光される領域では、発光ペン等の発光強度を保った強い光のみが受光回路に入射する。この状況を検出することにより、発光ペンによってどの画素が指定されたかが検出される。
【００２５】
また、本発明による第２の入力方法では、発光ペン等の光の照射を受けた領域の中心付近において、環境光と発光ペン等の光を重畳した光量に応じた電流が光電変換素子を流れる。この電流が所定の値を超えることにより、発光ペン等の光の照射を受けた領域の中心付近のみ受光回路の出力論理がハイレベルとなる。照射領域の外周部の領域や環境光のみ当たっている領域における出力論理はローレベルとなる。そこで、受光回路の出力論理がハイレベルである領域の中心が発光ペン等により指定された位置であると検出される。
【００２６】
更に、本発明による第３の入力方法では、発光ペン等に発光素子が２個搭載される。これらの発光素子から発せられた２色の光の一部が画面上で重なるように２個の発光素子は配置される。そして、画面上において２色の重なる領域の中心が発光ペン等により指定された位置として検出される。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、様々な環境の下で指示部を用いて画面上で位置を指定できる表示装置や入力装置を提供することができる。また、様々な環境の下で指示部を用いて画面上で位置を指定できる入力方法を提供することができる。更に、これらの表示装置や入力装置で用いられる受光回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成の一例を示すブロック図である。この表示装置は、発光ペン１１と表示部２１と位置検出部３を備える。発光ペン１１は本発明の指示部の一例である。また、発光ペン先端１３には平坦な部分が設けられており、この平坦な部分が本発明の遮光部の一例である。表示部２１に含まれる画面部２２は本発明の画面部の一例であり、位置検出部３は本発明の位置検出部の一例である。
【００２９】
発光ペン１１はＬＥＤ（Light-Emitting Diode）１２を内蔵しており、発光ペン１１の先端１３を表示部２１内の画面部２２に密着させると、その先端１３により環境光を遮光し、発光ペンから発せられた光のみを入力することができる。ＬＥＤ１２は本発明の発光素子の一例である。本発明の指示部は、たとえばＬＥＤのような発光素子を有し、発光素子により発せられる光が入射する画面部２２上の領域において発光素子により発せられる光以外の光を遮光する遮光部を有するものであれば、発光ペン以外であっても良い。
【００３０】
位置検出部３は発光ペン１１を用いて指定された座標やアイコン等の位置を検出する。
【００３１】
図２は、表示部２１の構成の一例を示すブロック図である。表示部２１は、画面部２２と、バックライト光源２３と、表示制御部４１と、表示側スキャナ４２と、表示信号ドライバ４３と、受光制御部６１と、受光側スキャナ６２と、受光信号レシーバ６３と、受光信号保持部６４とを備える。
【００３２】
画面部２２には、液晶ディスプレイのように、複数の表示受光回路８１が全面に渡ってマトリクス状に配置されており、たとえば線順次走査をしながら所定の図形や文字などの画像を表示する。なお、液晶ディスプレイに限らず有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイのようなアクティブマトリクス駆動のＴＦＴ構造を有するタイプの表示装置であれば、画面部２２に用いることができる。表示受光回路８１は本発明の表示受光回路の一例である。
【００３３】
また、各表示受光回路８１は、１つの表示回路８２と１つの受光回路８３を有し、後述するように表示受光回路８１ごとに表示動作と共に受光動作も可能となっている。表示回路８２は本発明の表示回路の一例であり、受光回路８３は本発明の受光回路の一例である。
【００３４】
なお、高い位置検出精度を要求されない用途では、画面部２２に含まれる表示受光回路８１の一部を表示回路８２に置き換えることも可能である。この場合、当然ながら受光回路８３とペアになっていない表示回路８２の位置が発光ペン１１の光によって指定されたことを検出することはできない。しかし、受光回路８２の数を減らすことができるため、ハード量や消費電力を削減することができる。
【００３５】
バックライト光源２３は、例えば、ＬＥＤまたは有機若しくは無機のＥＬ素子からなり、発光する。バックライト光源２３から照射された光は、画面部２２に入射し、画面部２２を構成する液晶を透過することにより画像を形成する。
【００３６】
表示信号は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等により生成され、ＣＰＵから供給されたデータに基づいて、例えば、１画面ごと（１フレームごと）に、画像が表示される。表示信号は１画面ごと（１フレームごと）に、例えばSRAM（Static Random Access Memory）などから構成されるフレームメモリに格納して保持される。表示制御部４１は、表示側スキャナ４２と表示信号ドライバ４３に表示タイミング制御信号５１を供給するとともに、表示信号ドライバ４３に表示信号リード信号５２を供給することにより、各表示回路を駆動する表示側スキャナ４２および表示信号ドライバ４３の動作を制御する。
【００３７】
表示信号ドライバ４３は、表示制御部４１から出力される表示信号リード信号５２に応じてフレームメモリから１水平ライン分の表示信号を読み込む。そして、表示信号ドライバ４３は、表示制御部４１から出力される表示タイミング制御信号５１に応じて駆動対象の表示受光回路８１に表示データを供給する。具体的には、表示信号ドライバ４３は、画面部２２の各表示受光回路８１に接続されたデータ供給線を介して、表示側スキャナ４２により選択された表示受光回路８１に表示データに対応する電圧を供給する。
【００３８】
表示側スキャナ４２は、表示制御部４１から出力される表示タイミング制御信号５１に応じて駆動対象の表示受光回路８１を選択する。具体的には、表示側スキャナ４２は、画面部２２の各表示受光回路８１に接続された表示用ゲート線を介して表示用選択信号を供給する。つまり、表示側スキャナ４２から、所定の表示受光回路８１の表示回路に表示用選択信号が供給されると、その表示回路８２において、表示信号ドライバ４３から供給された電圧に対応した表示動作がなされる。
【００３９】
このように、表示側スキャナ４２および表示信号ドライバ４３が連動して１水平ラインごとに順次表示動作することにより、任意の表示データに対応する画像が画面部２２に表示される。
【００４０】
受光制御部６１は、例えば、１フレーム周期で受光側スキャナ６２に１水平ラインごとの受光タイミング制御信号７１を供給する。なお、１フレーム周期は一例であり、１フレーム周期以外であっても良く、画像の表示周期と一致している必要はない。
【００４１】
受光側スキャナ６２は、受光制御部６１から出力される受光タイミング制御信号７１に応じて駆動対象の表示受光回路８１を選択する。受光側スキャナ６２は、画面部２２の各表示受光回路８１に接続されている受光用ゲート線を介して、各表示受光回路８１に受光用選択信号を供給し、各表示受光回路８１内の受光回路８３の選択スイッチを制御する。すなわち、受光側スキャナ６２から、受光回路８３の選択スイッチがオン状態となる電圧の受光用選択信号が所定の受光回路８３に印加されると、１水平ライン分の受光信号が受光信号レシーバ６３に出力される。
【００４２】
また、この受光側スキャナ６２からは、受光信号レシーバ６３および受光信号保持部６４へ受光ブロック制御信号７２が出力され、これにより、受光側スキャナ６２は、受光信号レシーバ６３および受光信号保持部６４を制御する。
【００４３】
なお、本実施の形態の画面部２２においては、前述の表示用ゲート線および受光用ゲート線は各表示受光回路８１に対して別個に接続され、表示側スキャナ４２および受光側スキャナ６２はそれぞれ独立して動作する。
【００４４】
受光信号レシーバ６３は、受光側スキャナ６２から出力される受光ブロック制御信号７２に応じて、各受光回路８３から出力された１水平ライン分の受光信号を取得する。この受光信号レシーバ６３において取得された１水平ライン分の受光信号は、受光信号保持部６４へ出力される。
【００４５】
受光信号保持部６４は、受光信号レシーバ６３から出力される１水平ライン分の受光信号を取得するごとに、順番に位置検出部３へ出力する。または、１水平ライン分の受光信号を例えばSRAMなどから構成されるフレームメモリに格納して保持し、１画面ごとの受光信号に再構成して、位置検出部３へ出力する。
【００４６】
位置検出部３は、受光信号保持部６４から出力される受光信号に基づいて信号処理を行い、受光回路８３において入射した光の位置を特定する。これにより、受光した位置を検出することが可能となる。
【００４７】
図３は、画面部２２の構成の一例を示す図である。なお、この画面部２２は、水平ライン方向にｍ個、垂直ライン方向にｎ個、合計で（ｍ×ｎ）個からなる表示受光回路８１がマトリクス状に配置された構成になっているものとする。
【００４８】
図３に示したように、この画面部２２は、合計で（ｍ×ｎ）個からなる表示受光回路８１（ＣＷＲ11乃至ＣＷＲmn）と、その表示受光回路８１の数に応じて接続された、ｍ本のデータ供給線ＤＷ（ＤＷ1乃至ＤＷm）およびデータ読出線ＤＲ（ＤＲ1乃至ＤＲm）、ならびにｎ本の表示用ゲート線ＧＷ（ＧＷ1乃至ＧＷn）および受光用ゲート線ＧＲ（ＧＲ1乃至ＧＲn）とを備える。
【００４９】
データ供給線ＤＷ、データ読出線ＤＲ、表示用ゲート線ＧＷおよび受光用ゲート線ＧＲはそれぞれ、前述の表示信号ドライバ４３、受光信号レシーバ６３、表示側スキャナ４２および受光側スキャナ６２に接続され、表示信号、表示用選択信号および受光用選択信号が各表示受光回路８１へ供給され、受光信号が各表示受光回路８１から出力される。また、図３に示したように、各表示受光回路８１に対してそれぞれ１本ずつのデータ供給線ＤＷ、データ読出線ＤＲ、表示用ゲート線ＧＷおよび受光用ゲート線ＧＲが接続されている。さらに、例えば１垂直ラインの表示受光回路ＣＷＲ11，ＣＷＲ12，…，ＣＷＲ1nに対しては１本ずつのデータ供給線ＤＷ1およびデータ読出線ＤＲ1が共通に接続され、例えば１水平ラインの表示受光回路ＣＷＲ11，ＣＷＲ21，…，ＣＷＲm1に対しては１本ずつの表示用ゲート線ＧＷおよび受光用ゲート線ＧＲが共通に接続されている。なお、図３中の矢印Ｘは、表示用ゲート線ＧＷおよび受光用ゲート線ＧＲの走査方向を示している。
【００５０】
図４は、受光回路８３の構成の一例を示す図である。光電変換素子１００はＮＭＯＳトランジスタが用いられる。図５は、光電変換素子１００を構成するＮＭＯＳトランジスタの断面図である。このＮＭＯＳトランジスタは低温ポリシリコンプロセスで製造されたトランジスタであり、ゲート逆バイアス状態において、リーク電流が光感度を有することを利用した光電変換素子である。光電変換素子１００として用いられるＮＭＯＳトランジスタは基板１００８の上に形成され、このＮＭＯＳトランジスタのチャネル形成領域１００４上に透明な層間絶縁膜１００６が積層される。入力情報の光は層間絶縁膜１００６を通してチャネル形成領域１００４に入射する。また、表示用のバックライト光源２３からの光は基盤１００８により遮光される。
【００５１】
リセット回路１０１はＰＭＯＳトランジスタが用いられる。リセット回路１０１は、垂直同期信号に基づいて生成されるリセット信号を受光制御部６１から受信するとオンになり、キャパシタ１０２を電源電圧Ｖｄｄまで充電する。ここで、受光制御部６１は本発明のリセット回路１０１を駆動する制御手段の例であるが、リセット信号はＣＰＵ等別の手段によって生成しても良い。光電変換素子１００は、ゲートバイアス電圧がＮＭＯＳトランジスタのしきい値電圧より小さい電圧（あるいは負電圧）に保持された状態で入射光を受光し、トランジスタのリーク電流の光感度を利用して、入射光の波長と光量に応じてキャパシタ１０２に蓄えられた電荷を放電する。
【００５２】
リセット回路１０１やキャパシタ１０２等を構成するトランジスタも光電変換素子１００と同様に低温ポリシリコンプロセスで製造される。リセット回路１０１を構成するＰＭＯＳトランジスタは本発明における第１型のトランジスタの例であり、光電変換素子１００を構成するＮＭＯＳトランジスタは本発明における第２型のトランジスタの例である。
【００５３】
受光回路８３で用いられる光電変換素子として、アモルファスシリコンからなるフォトトランジスタやＰＩＮ型フォトダイオードを使用することもできる。ただし、低温ポリシリコンプロセスにより、液晶表示装置を高精細化し、さらに画素内に高付加価値回路(光電変換素子のみならず画素内メモリ回路など)を作りこんでいく場合には、液晶駆動用トランジスタと同一構造のトランジスタをそのまま光電変換素子として使用できることは、設計や製造工程においてアモルファスシリコンプロセスと低温ポリシリコンプロセスのプロセス上の不整合や無駄を排除することができるという点で有効である。
【００５４】
図６はリセット回路１０１に与えられるリセット信号とキャパシタ１０２に蓄積される電荷の時間変化を示すタイミングチャートの一例を示す図である。たとえば、リセット回路１０１に１フレームごとに図６（ａ）のリセット信号が与えられると、キャパシタ１０２は電源電圧Ｖｄｄまで充電される。そして、図６（ｂ）に示すように、キャパシタ１０２の電荷は１フレームの間に光電変換素子１００に入射する光量に応じて放電され、キャパシタ１０２両端の電圧（以下、キャパシタ電圧Ｖｏｕｔという。）は徐々に低下する。キャパシタ電圧Ｖｏｕｔは、論理レベル出力回路１０３に入力され、論理レベル出力回路１０３はキャパシタ電圧Ｖｏｕｔに応じて電源電圧Ｖｄｄまたは接地電圧０Ｖを出力する。この出力は、受光用選択信号により選択スイッチ１０４が開閉することにより、１フレーム期間ごとにデータ読出線ＤＲを介して位置検出部３に受光信号として取り出される。なお、リセット信号と受光用選択信号の周期は、画像の表示周期と同一である必要はなく、１フレーム周期に限らない。
【００５５】
論理レベル出力回路１０３として、例えば、ＮＯＴゲートからなるインバータを使用した場合にはキャパシタ電圧Ｖｏｕｔのレベルが反転して出力される。このため、インバータを構成するＰＭＯＳとＮＭＯＳのしきい値電圧によって決まる所定の電圧（以下、所定のしきい電圧という。）よりキャパシタ電圧Ｖｏｕｔが高いときは、受光回路から接地電圧０Ｖが出力され、所定のしきい電圧よりキャパシタ電圧Ｖｏｕｔが低いときは電源電圧Ｖｄｄが出力される。この場合には、論理レベル出力回路１０３から出力される電源電圧Ｖｄｄがハイレベル、接地電圧０Ｖがローレベルとみなされる。
【００５６】
一方、論理レベル出力回路１０３として、例えば、ＮＯＴゲートを２段シリアルに接続したものを使用した場合には、キャパシタ電圧Ｖｏｕｔのレベルがそのまま出力される。すなわち、キャパシタ電圧Ｖｏｕｔが所定のしきい電圧より高いときは受光回路から電源電圧Ｖｄｄが出力され、キャパシタ電圧Ｖｏｕｔが所定のしきい電圧より低いときは接地電圧０Ｖが出力される。この場合、論理レベル出力回路１０３から出力される接地電圧０Ｖがハイレベル、電源電圧Ｖｄｄがローレベルとみなされる。
【００５７】
また、論理レベル出力回路１０３をＮＭＯＳトランジスタのみで構成することも可能である。図７は、ＮＭＯＳトランジスタのみで構成される論理レベル出力回路１０３の構成を示す図である。受光信号レシーバ６３に１水平ライン分の受光信号が出力されるごとに、データ読出線ＤＲは電源電圧Ｖｄｄにプリチャージされる。十分な光量が入射したことにより、キャパシタ１０２の電荷が放電され、キャパシタ電圧ＶｏｕｔがＮＭＯＳのしきい値電圧以下となるときは、論理レベル出力回路１０３のＮＭＯＳトランジスタは閉じており、選択スイッチ１０４がオンとなってもデータ読出線ＤＲの電位は電源電圧Ｖｄｄに保持される。一方、光の入射が少なく、キャパシタ電圧ＶｏｕｔがＮＭＯＳのしきい値電圧以上に保持されるときは、論理レベル出力回路１０３のＮＭＯＳトランジスタが導通し、選択スイッチ１０４がオンとなるとデータ読出線ＤＲの電位は０Ｖとなる。論理レベル出力回路１０３として、ＮＯＴゲートからなるインバータを使用した場合と同様に、キャパシタ電圧Ｖｏｕｔのレベルが反転して出力される。従って、この場合には、電源電圧Ｖｄｄがハイレベル、接地電圧０Ｖがローレベルとみなされる。論理レベル出力回路１０３は本発明の論理レベル出力回路の例である。以下では、場合に応じてハイレベルをＨ、ローレベルをＬと略記する。
【００５８】
また、図４において、ＰＭＯＳトランジスタを光電変換素子とし、ＮＭＯＳトランジスタをリセット回路とすることも可能である。この場合には、ＮＭＯＳトランジスタに１フレームごとにリセット信号が与えられると、キャパシタ１０２は放電され、キャパシタ電圧Ｖｏｕｔは接地電圧０Ｖとなる。そして、キャパシタ１０２の電荷は１フレームの間に光電変換素子であるＰＭＯＳトランジスタに入射する光量に応じて充電される。キャパシタ電圧Ｖｏｕｔは論理レベル出力回路１０３に入力され、論理レベル出力回路１０３はキャパシタ電圧Ｖｏｕｔに応じて電源電圧Ｖｄｄまたは接地電圧０Ｖを出力する。論理レベル出力回路１０３として、例えば、ＮＯＴゲートからなるインバータを使用した場合には所定のしきい電圧よりキャパシタ電圧Ｖｏｕｔが高いときは、受光回路から接地電圧０Ｖが出力され、所定のしきい電圧よりキャパシタ電圧Ｖｏｕｔが低いときは電源電圧Ｖｄｄが出力される。この場合には、接地電圧０Ｖがハイレベル、電源電圧Ｖｄｄがローレベルとみなされる。この場合、リセット回路を構成するＮＭＯＳトランジスタは本発明における第１型のトランジスタの例であり、光電変換素子を構成するＰＭＯＳトランジスタは本発明における第２型のトランジスタの例である。
【００５９】
上記のように、受光回路８３からはハイレベルまたはローレベルが出力される。このため、光電変換素子から出力される電流をデジタル信号に変換するためのアナログ／デジタル変換回路は不要である。また、受光回路８３の出力は論理レベル出力回路１０３で増幅されるため、レイアウトの都合によりデータ読出線ＤＲの配線長が長くなる場合でも位置検出部３は受光信号を安定して受け取ることができる。
【００６０】
図７は、位置検出部３の構成の一例を示すブロック図である。位置検出部３は、位置算出回路３１、論理レベル判定回路３２、および中心位置選択回路３３で構成される。位置算出回路３１は、受光信号を出力した表示受光回路８１の画面部２２上における水平位置と垂直位置を算出する。論理レベル判定回路３２は、後述する規則に従い、個々の受光信号に含まれる１つまたは２つの論理レベルに基づいて表示受光回路８１が発光ペン等の光によって指定されたか否かを判定する。中心位置選択回路３３は、後述する方法で、論理レベル判定回路３２により指定されたと判定された複数の表示受光回路８１が含まれる領域の中心を選択する。
【００６１】
図９は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色によりカラー表示し、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色の光を受光する表示受光回路８１の構成の一例を示す図である。１個の画素は隣接する３個の表示受光回路８１と、Ｒフィルタ２０１、Ｇフィルタ２０２、Ｂフィルタ２０３からなるカラーフィルタ２００により構成される。１個の画素に含まれる個々の表示受光回路８１から出力される光はそれぞれＲフィルタ２０１、Ｇフィルタ２０２、Ｂフィルタ２０３を透過することによってＲ色、Ｇ色、Ｂ色のいずれか一色を表示する。外部から入射する光はカラーフィルタ２００を透過し、個々の表示受光回路８１はＲ色，Ｇ色，Ｂ色のいずれか一色の光を受光する。図９に示すＲフィルタ２０１、Ｇフィルタ２０２、Ｂフィルタ２０３からなるカラーフィルタ２００と、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色の光を受光する表示受光回路８１で構成される回路は、本発明における表示画素部の例である。上記図３のように、表示受光回路８１が水平ライン方向にｍ個、垂直ライン方向にｎ個ある場合には、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色に対し各１個の表示受光回路８１が割り当てられるため、表示画素部の数は｛（ｍ／３）×ｎ｝個となる。
【００６２】
本発明の表示装置には、発光ペン１１等から発せられた光と一緒に環境光も入射する。環境光としては、たとえば、強のときは屋外の直射太陽光、中のときは赤色がかった夕日の光、弱のときは窓際の太陽光や蛍光灯の光がある。これらの環境光のうち、発光ペン１１等からの光にとってもっとも大きな外乱となるのは、光強度の大きな直射太陽光である。屋外の直射太陽光は直射状態では１０万ルクス程度の照度を有する。一方、窓際の太陽光は２０００ルクス程度、蛍光灯は１５００ルクス程度の照度を有する。これらの照度は、上述の直射太陽光に比べると、２％程度に過ぎない。エネルギー的には、いずれも直射太陽光が相当に減衰した状態として捉えれば足りる。
【００６３】
図１０は環境光の下で発光ペンの光により画面部２２上の位置を指定する第１の入力方法の一例を示す図である。発光ペン入力が無い場合には、図１０(ａ)に示すように、表示装置に入射した環境光は、Ｒフィルタ２０１とＧフィルタ２０２により、Ｒ色の波長帯域とＧ色の波長帯域に分光されたあと、各受光回路８３に入射する。図１０(ａ)においては、Ｒフィルタ２０１とＧフィルタ２０２によりＲ色波長帯域とＧ色波長帯域が同程度透過する様子を矢印の太さにより示している。この場合の出力論理は(Ｒ、Ｇ)＝(Ｈ，Ｈ)である。なお、この例においては、Ｂフィルタ２０３に対応する受光回路８３は使用しない。このため、青色光を受光するための受光回路８３は不要であり、青色光用には表示回路８２を用いても良い。図１０では、簡単のためＢフィルタ２０３に対応する部分は図示していない。また、表示受光回路８１または表示回路８２についても、簡単のため図示していない。
【００６４】
次に、発光ペン１１を用いて入力する場合には、発光ペンの先端形状に若干の平坦部を設けることにより、図１０(ｂ)に示すように、環境光を発光ペン先端１３により遮蔽することができる。液晶表示装置のＲ色、Ｇ色、Ｂ色に対応する表示受光回路８１は数十μｍピッチで接近しているため、発光ペン先端１３付近のＲ色、Ｇ色、Ｂ色に対応する表示受光回路８１に、発光ペン先端１３の平坦部により直射太陽光を遮光しながら、発光ペン１１からの光のみを入射することができる。環境光は発光ペン先端１３により遮蔽されるため、図１０(ｂ)に示すように、Ｒフィルタ２０１とＧフィルタ２０２を透過した後、極めて弱い赤色光と、発光ペンの発光強度を保った強い緑色光が、それぞれ赤色光と緑色光に対応する表示受光回路８１に入射することとなる。この状況を検出することにより、発光ペン１１によってこの画素が指定されたことが分かる。
【００６５】
位置検出部３において発光ペン１１からの光を検出する論理を表１に示す。発光ペン１１は緑色ＬＥＤ１２を内蔵しており、環境光は発光ペン先端１３において遮光されるものとする。この条件の下で、赤色光を受光する表示受光回路８１および緑色光を受光する表示受光回路８１から出力される受光信号の論理が(Ｒ、Ｇ)＝(Ｌ，Ｈ)となるのは、発光ペンからの光が入射する場合のみである。環境光が入射し、その強度が強、中、弱(暗闇含む)と変化した場合には、赤色光を受光する表示受光回路８１および緑色光を受光する表示受光回路８１から出力される受光信号の論理は、(Ｒ、Ｇ)＝(Ｈ，Ｈ)、(Ｈ，Ｌ)、(Ｌ，Ｌ)のいずれかとなる。従って、図８に示した論理レベル判定回路３２で(Ｒ、Ｇ)＝(Ｌ，Ｈ)が検出されたとき、対応する位置の画素が発光ペン１１により指定されたと判定される。この第１の入力方法では中心位置選択回路３３は用いなくても良いし、または論理レベル判定回路３２で複数の画素が選択されたと判定された場合には、それらの画素が含まれる領域の中心を中心位置選択回路３３で選択する構成としても良い。
【００６６】
【表１】
2008083950.tif 000003
【００６７】
ここで、図１１は、カラーフィルタ２００の分光透過率の一例を示す図である。曲線ＣＶ−Ｂ１、ＣＶ−Ｇ１、ＣＶ−Ｒ１はそれぞれＢフィルタ２０３、Ｇフィルタ２０２、Ｒフィルタ２０１の分光透過率の例を表す。３種類のフィルタの分光透過率の最大値はほぼ同じである。光電変換素子１００には、直射太陽光の分光放射照度とカラーフィルタ２００の分光透過率の積として求められるカラーフィルタ透過後の分光放射照度の光が入射する。直射太陽光の分光放射照度は全波長域においてわずかな変動しかないため、３種類のカラーフィルタを透過した後の分光放射照度の最大値もほぼ同じになる。
【００６８】
一方、図１２は光電変換素子１００の光感度特性の一例を示す図である。全波長域において光感度は一定ではなく、短い波長側の光（Ｂ色）の感度が高く、長い波長側の光（Ｒ色）の感度が低いという特徴がある。すなわち、光感度はＢ色側が高く、Ｇ色、Ｒ色となるにつれて悪くなる。これはトランジスタの活性層をなすポリシリコンのバンドギャップ値および膜厚の薄さ(〜５０ｎｍ)に起因すると考えられる。
【００６９】
図１３は、直射太陽光が入射した場合の光電変換素子１００の出力特性を示す図である。光電変換素子１００の出力特性は、光電変換素子１００の光感度特性と光電変換素子１００に入射する光の分光放射照度の積として求められる。曲線ＣＶ−Ｂ２、ＣＶ−Ｇ２、ＣＶ−Ｒ２はそれぞれ青色光、緑色光、赤色光の出力特性を表す。このように、光電変換素子１００の光感度は波長が短い側の色（Ｂ色）が高く、波長が長い側の色（Ｒ色）が低い。すなわち、光電変換素子１００の出力特性は青色光の出力が大きく、緑色光、赤色光となるにつれて出力が小さくなる。
【００７０】
光電変換素子１００を流れる電流値は、図１３に示される光電変換素子１００の出力を波長について積分し、この積分結果と光電変換素子１００の受光面積、すなわち、低温ポリシリコントランジスタのチャネル形成領域の面積との積として求められる。この光電変換素子１００からの出力電流が１フレーム期間（例えば、３３ｍｓｅｃ）の入射光量に応じてキャパシタ１０２の電荷を放電し、キャパシタ電圧Ｖｏｕｔが論理レベルに変換され、表示受光回路８１から位置検出部３に受光信号として取り出される。直射太陽光が入射すると、キャパシタ１０２の電荷の放電は１フレーム期間に対して十分短い時間で完了する。また、環境光が徐々に弱くなるにつれて、光電変換素子１００を流れる電流は小さくなり、キャパシタ１０２両端の電圧低下は小さくなっていく。そして、１フレーム期間経過後に表示受光回路８１から入射光量に応じた論理レベルが出力される。
【００７１】
しかし、上述したように、入射光に含まれる赤色成分の光量と緑色成分の光量が等しくても、赤色光と緑色光を受光する光電変換素子１００の受光面積が同じとき、緑色光を受光する光電変換素子１００を流れる電流は、赤色光の光を受光する光電変換素子１００を流れる電流より大きい。このため、図４に示す受光回路８３の構造では、入射光に含まれる赤色成分の光量と緑色成分の光量が等しくても同じ論理レベルとならない場合がある。更に、入射光に含まれる赤色成分の光量が緑色成分の光量より多いときでも、受光回路８３から出力される論理レベルの組み合わせは(Ｒ、Ｇ)＝(Ｌ，Ｈ)となる場合さえ有り得る。このため、誤って発光ペン１１からの光の入力であると検出される場合があり得る。キャパシタ電圧Ｖｏｕｔを抵抗等によって分割し、論理レベル出力回路１０３に入力することも考えられるが、受光回路８３が複雑、かつ大きくなるため、好ましくない。
【００７２】
そこで、緑色光を受光する光電変換素子１００の受光面積と赤色光を受光する光電変換素子１００の受光面積を異なるものとすることにより、光電変換素子１００を流れる電流量を制御する。適切な受光面積とすることにより、入射光に含まれる赤色成分の光量と緑色成分の光量が同一ならば同じ論理レベルを出力するようにすることができる。
【００７３】
表２は、緑色光受光用の光電変換素子１００の受光面積を赤色光受光用の光電変換素子１００の受光面積の２／５として各々を流れる電流をシミュレーションした結果の一例である。緑色光を受光する光電変換素子１００の受光面積を調整した後、強い光である直射太陽光と緑色ＬＥＤの照射光に対してそれぞれ１９４ｐＡと２４３ｐＡが緑色光を受光する光電変換素子１００を流れ、弱い光である窓際太陽光と蛍光灯に対してそれぞれ４ｐＡと２ｐＡが流れる。また、赤色光を受光する光電変換素子１００については、強い光である直射太陽光に対して２４２ｐＡが流れ、弱い光である窓際太陽光、蛍光灯、緑色ＬＥＤ照射光に対してそれぞれ５ｐＡ、２ｐＡ、１２ｐＡが流れる。
【００７４】
【表２】
2008083950.tif 000004
【００７５】
従って、例えば、緑色光受光用の光電変換素子１００の受光面積を赤色光受光用の光電変換素子１００の受光面積の２／５とし、例えば１００ｐＡ程度を超える電流が光電変換素子１００を１フレーム期間流れたとき、論理レベル出力回路１０３の出力がローレベルからハイレベルに変わるようにキャパシタ１０２と論理レベル出力回路１０３を製造することによって、入射光に含まれる赤色成分の光量と緑色成分の光量が同一ならば、緑色光受光用の受光回路８３と赤色光受光用の受光回路８３から同じ論理レベルが出力されるようにすることができる。
【００７６】
なお、キャパシタ１０２の容量を大きくすると、受光回路８３からハイレベルを出力させるために必要な入射光量を多くすることができる。そこで、光電変換素子１００の受光面積ではなく、キャパシタ１０２の大きさを調節することによって、入射光に含まれる赤色成分の光量と緑色成分の光量が同一のとき、緑色光受光用の受光回路８３と赤色光受光用の受光回路８３から同じ論理レベルが出力されるようにすることもできる。ただし、トランジスタの寄生容量などの浮遊容量は必ず存在する。このため、キャパシタ１０２には浮遊容量を用い、論理レベル出力回路１０３の出力がローレベルからハイレベルに変わる入射光量は光電変換素子１００の受光面積により調整する方が受光回路８３を小さくすることができる。
【００７７】
このとき、窓際太陽光、蛍光灯、緑色ＬＥＤ光の赤色成分といった弱い光に対する出力論理はいずれもローレベルとなる。一方、直射太陽光の赤色、緑色成分や緑色ＬＥＤの緑色成分といった強い光に対する出力論理はいずれもハイレベルとなる。よって、表１の出力論理を得ることとなり、環境光の強度が変わっても、緑色の光を発する発光ペン１１に対してのみ、特異な出力論理を得ることになるので、発光ペン１１による入力の識別が可能となる。以下では、１フレーム期間流れることによって、出力論理をローレベルからハイレベルに変えることができる最小の電流値をしきい電流値という。
【００７８】
なお、発光ペン１１の緑色ＬＥＤ１２は、その照射光により緑色光を受光する受光回路８３の出力論理をハイレベルにすることができる光量が必要であり、これは発光ペン１１に内蔵するＬＥＤ１２の電流値の設定により確保できるものとする。
【００７９】
図１４は、赤色光を発する発光ペンを用いる場合の第１の入力方法の別の例を示す図である。青色光受光用の光電変換素子１００の受光面積と赤色光受光用の光電変換素子１００の受光面積を調節し、夕日のように赤色がかった光が入射するときでも、中程度の強度の光であれば出力論理が(Ｂ、Ｒ)＝(Ｈ，Ｌ)となるようにする。このとき、発光ペン入力が無い場合には、図１４(ａ)に示すように、表示装置に入射した環境光は、Ｂフィルタ２０３とＲフィルタ２０１により青色の波長帯域と赤色の波長帯域に分光されたあと、各受光回路８３に入射する。図１４(ａ)においては、Ｂフィルタ２０３とＲフィルタ２０１により青色波長帯域、赤色波長帯域が同程度透過する様子を矢印の太さにより示している。この場合の出力論理は(Ｂ、Ｒ)＝(Ｈ，Ｈ)である。なお、この例においては、Ｇフィルタ２０２に対応する受光回路８３は使用しない。このため、緑色光を受光するための受光回路８３は不要であり、緑色光用には表示回路８２を用いても良い。図１４では、簡単のためＧフィルタ２０２に対応する部分は図示していない。また、表示受光回路８１または表示回路８２についても、簡単のため図示していない。
【００８０】
発光ペン１１を用いて入力する場合、環境光は発光ペン先端１３により遮蔽されるため、図１４(ｂ)に示すように、Ｂフィルタ２０３とＲフィルタ２０１を透過した後、極めて弱い青色光と、発光ペンの発光強度を保った強い赤色光が、それぞれ青色光と赤色光に対応する表示受光回路８１に入射することとなる。この状況を検出することにより、発光ペン１１によってこの画素が指定されたことが分かる。
【００８１】
位置検出部３において発光ペンからの光を検出する論理を表３に示す。青色光を受光する受光回路８３および赤色光を受光する受光回路８３から出力される受光信号の論理が(Ｂ、Ｒ)＝(Ｌ，Ｈ)となるのは、発光ペン１１からの光が入射する場合のみである。環境光が入射し、その強度が強、中、弱(暗闇含む)と変化した場合には、青色光を受光する受光回路８３および赤色光を受光する受光回路８３から出力される受光信号の論理は、(Ｂ、Ｒ)＝(Ｈ，Ｈ)、(Ｈ，Ｌ)、(Ｌ，Ｌ)のいずれかとなる。従って、(Ｂ、Ｒ)＝(Ｌ，Ｈ)を検出することにより、発光ペン１１による入力の有無を識別することができる。
【００８２】
【表３】
2008083950.tif 000005
【００８３】
図１５は、異なる２領域間で入射する光の状況を検出する第２の入力方法の一例を示す図である。画面部２２上の広い領域を使用し、その中の異なる２領域間で入射する光の状況を検出することによって、発光ペンの有無を識別し、その位置を求める。この入力方法では、画面部２２のカラーフィルタ２００のうちの１色、たとえばＧフィルタ２０２に対応する表示受光回路８１の出力だけを用いる場合を想定する。あるいはカラーフィルタ２００を有しないモノクロ表示装置を想定する。
【００８４】
図１５(ａ)に示すように、発光ペン１１からの光の照射を受けると、画面部２２においては、光照射領域の中心部の領域Ａで光強度が強く、外に向かうに連れて光強度が徐々に弱くなる。そして、図１５(ｂ)に示すように発光ペンの照射を受けた領域の中心付近の領域Ａにおいてのみ、環境光と発光ペン１１の光を重畳した光量に対して光電変換素子１００を流れる電流は所定のしきい電流値を超え、表示受光回路８１の出力論理はハイレベルとなる。一方、照射領域の外周部の領域Ｂや環境光のみ当たっている領域における出力論理はローレベルとなる。そこで、図８の論理レベル判定回路３２によりハイレベルを出力する複数の表示受光回路８１が検出される。そして、ハイレベルが検出された複数の表示受光回路８１が含まれる領域の中心が図８の中心位置選択回路３３によって発光ペン１１により指定される位置として選択される。
【００８５】
図１６は、領域Ａの中心を決める方法の一例を示す図である。出力論理がハイレベルの領域Ａを完全に含む最小の長方形を求め、その対角線が交差する点を中心座標とする。ただし、中心位置選択回路３３は他の方法で中心を求めても良い。
【００８６】
第２の入力方法では、重畳される環境光の影響および暗闇での発光ペン入力位置認識可能性を考慮しなければならない。所定のしきい電流値は、最も強度の大きな直射太陽光が入射したとき光電変換素子１００を流れる電流よりも大きな値を設定する必要がある。例えば、表２に示される受光面積調整後の緑色光に対応する光電変換素子１００を用いるときは、所定のしきい電流値が３００ｐＡ程度となるようにキャパシタ１０２と論理レベル出力回路１０３を製造すれば、発光ペンからの光が入射しない限り、表示受光回路８１の出力論理は常にローレベルのままである。
【００８７】
なお、直射太陽光に対して光電変換素子１００の出力が飽和しなければ、照射領域の中心部において、直射太陽光にＬＥＤ光が重畳した結果、光電変換素子１００を流れる電流が飽和しても構わない。
【００８８】
また、暗闇で発光ペン１１の入力を検出するためには、発光ペン１１の光量のみによって照射領域の中心部の領域Ａで出力論理がハイレベルとなることが必要である。このためには、例えば、所定のしきい電流値を３００ｐＡ程度としたときは、発光ペン１１の光量のみによって光電変換素子１００を流れる電流が３００ｐＡ程度を超えるようにすることが必要である。
【００８９】
第２の入力方法によれば、発光ペン先端１３での遮光を不要とすることができ、発光ペン先端１３と画面部２２を密接させる必要が無くなる。
【００９０】
図１７は、発光ペン１１から２色を発する第３の入力方法の一例を示す図である。この入力方法では、２色の光の一部が画面部２２上で重なるよう２個のＬＥＤ１２が配置されており、２色の重なる領域Ａが発光ペン１１による入力位置として認識される。
【００９１】
最も強度の大きな直射太陽光が入射したときでも、所定のしきい電流値は光電変換素子１００を流れる電流よりも大きな値となるように、キャパシタ１０２と論理レベル出力回路１０３は製造され、また、２個のＬＥＤ１２の光量は２色が重なる領域Ａにおいてそれらの光量のみによって光電変換素子１００を流れる電流が所定のしきい電流値を超えるように設定される。
【００９２】
そして、図８の論理レベル判定回路３２により２色の光を受光する表示受光回路８１の出力論理が両方ともハイレベルとなる複数の画素が検出され、図８の中心位置選択回路３３によって両方ともハイレベルが検出された複数の画素が含まれる領域の中心が発光ペン１１により指定される位置として選択される。中心位置の座標は、例えば、図１６に示したように領域Ａを完全に含む最小の長方形を求め、その対角線が交差する点を中心座標とすることにより求められる。
【００９３】
第３の入力方法でも、発光ペン先端１３での遮光を不要とすることができ、発光ペン先端１３と画面部２２を密接させる必要が無くなる。
【００９４】
本発明は受光回路８３のみが画面上にマトリクス状に配置されている入力装置にも適用することができる。入力装置は、発光ペン１１と入力部と位置検出部３を備える。図１８は、本発明の第２の実施形態に係る入力装置の入力部の構成の一例を示す図である。ここにおいて、受光制御部６１、受光側スキャナ６２、受光信号レシーバ６３、受光信号保持部６４、および受光回路８３は、第１の実施形態と共通する。しかし、表示制御部４１、表示側スキャナ４２、および表示信号ドライバ４３が存在せず、画面部３００には受光回路８３のみがマトリクス状に配置されている点で相違する。また、第１の実施形態は液晶ディスプレイ等の表示装置の画面上で発光ペン等の光による位置入力を行うものであるため、表示回路８２と受光回路８３を含む表示受光回路８３が必要である。このため、例えば、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色の光を受光するために表示受光回路８１を含む表示画素部を用いた。しかし、第２の実施形態では、表示回路８２は不要である。このため、受光回路８３のみ含む画素部を用いる。画素部は、例えば、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色の光を受光する場合には３個の受光回路８３で構成される。
【００９５】
第２の実施形態に係る入力装置は、第１の実施形態に係る表示装置と同様に、一色のみの光を発する発光ペン等を画面に密着させ、発光ペン等の先端付近の受光回路を周囲の環境光から遮光しながら、発光ペン等からの光のみを受光回路８３に入射させる第１の入力方法により発光ペン１１によって指定された画面部３００上の位置を検出することができる。また、第２の実施形態に係る入力装置は、発光ペン等の光の照射を受けた領域の中心付近においてのみ、環境光と発光ペン等の光を重畳した光量に対して光電変換素子を流れる電流が所定の値を超え、受光回路の出力論理がハイレベルとなる状況を検出する第２の入力方法により発光ペン１１によって指定された画面部３００上の位置を検出することができる。更に、第２の実施形態に係る入力装置は、発光ペン等に発光素子を２個搭載し、画面上において２色の重なる領域の中心を発光ペン等により指定された位置として検出する第３の入力方法により発光ペン１１によって指定された画面部３００上の位置を検出することができる。
【００９６】
なお、上記では第１〜第３の入力方法について説明したが、本発明にかかる表示装置と入力装置に対して別な入力方法を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】表示部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】画面部の構成の一例を示す図である。
【図４】受光回路の構成の一例を示す図である。
【図５】光電変換素子を構成するＮＭＯＳトランジスタの断面図である。
【図６】リセット回路に与えられるリセット信号とキャパシタに蓄積される電荷の時間変化を示すタイミングチャートの一例を示す図である。
【図７】ＮＭＯＳトランジスタのみで構成される論理レベル出力回路の構成を示す図である。
【図８】位置検出部の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色によりカラー表示し、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色の光を受光する表示受光回路の構成の一例を示す図である。
【図１０】環境光の下で発光ペンの光により画面部上の位置を指定する第１の入力方法の一例を示す図である。
【図１１】カラーフィルタの分光透過率の一例を示す図である。
【図１２】光電変換素子１００の光感度特性の一例を示す図である。
【図１３】直射太陽光が入射した場合の低ポリＴｒ光電変換素子の出力特性を示す図である。
【図１４】赤色光を発する発光ペンを用いる場合の第１の入力方法の別の例を示す図である。
【図１５】異なる２領域間で入射する光の状況を検出する第２の入力方法の一例を示す図である。
【図１６】領域Ａの中心を決める方法の一例を示す図である。
【図１７】発光ペンから２色を発する第３の入力方法の一例を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る入力装置の入力部の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１１…発光ペン、１２…ＬＥＤ、１３…発光ペン先端、３…位置検出部、２２…画面部、６１…受光制御部、８１…表示受光回路、８２…表示回路、８３…受光回路、１００…光電変換素子、１０１…リセット回路、１０２…キャパシタ、１０３…論理レベル出力回路、３００…画面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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