(57)【要約】【課題】画面の押す力が弱くても接触を検知することのできるタッチセンサをそなえた液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、不可視光線および可視光線を出射するバックライト１０と、第１および第２の主面を有し、前記第２の主面側に前記バックライトが位置するよう配置された液晶表示パネル１１であって、前記不可視光線を検出する第１のセンサ２５をそれぞれ有し、二次元的に配置された複数の画素を含む液晶表示パネル１１とを備え、前記バックライトから出射し、前記液晶表示パネルを透過した不可視光線が前記液晶表示パネルの第１の主面に接触あるいは近接した物体により反射することにより得られる反射光を前記第１のセンサ２５で検出することにより、前記第１の主面上における前記物体の位置情報を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可視光線および可視光線を出射するバックライトと、
第１および第２の主面を有し、前記第２の主面側に前記バックライトが位置するよう配置された液晶表示パネルであって、前記不可視光線を検出する第１のセンサをそれぞれ有し、二次元的に配置された複数の画素を含む液晶表示パネルと、
を備え、前記バックライトから出射し、前記液晶表示パネルを透過した不可視光線が前記液晶表示パネルの第１の主面に接触あるいは近接した物体により反射することにより得られる反射光を前記第１のセンサで検出することにより、前記第１の主面上における前記物体の位置情報を取得する液晶表示装置。
【請求項２】
前記画素は、可視光線を検出する第２のセンサをさらに含む請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記画素は、液晶層と、前記液晶層を挟む一対の偏光板とを含み、前記偏光板は、可視光線を偏光し、不可視光線を偏光しない、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記画素は、画素電極および前記画素電極と向き合う対向電極とを有し、前記第１のセンサは前記対向電極および画素電極が設けられた領域外の領域に設けられている請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶パネルは、異なる波長領域の光を透過するＮ種（Ｎは２以上の整数）以上のフィルタ部が複数設けられたカラーフィルタを含み、隣接するＮ個の画素ごとにそれぞれ前記Ｎ種のフィルタ部を含み、カラー画素を構成している請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記カラーフィルタは赤、青、緑の三種のフィルタ部が複数設けられている請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記フィルタ部は、前記対向電極および画素電極が設けられた領域および前記第２のセンサが設けられた領域を覆っている請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記画素の第１のセンサで検出した信号から前記物体の位置情報を生成する第１の検出部と、
前記物体の位置情報に基づいて、前記物体が位置する領域の画素から前記バックライトの前記可視光線が出射するように、前記液晶表示パネルに表示すべき画像信号を修正する画像合成部と、
前記画像合成部から得られる出力に基づいて前記液晶表示パネルを駆動する駆動部と、
前記各画素の第２のセンサで検出した信号から２次元画像情報を生成する第２の検出部と、
をさらに備える請求項５から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第１の検出部は、前記各カラー画素を構成するＮ個の画素のうち、１つ画素の第１のセンサで検出した信号に基づいて前記カラー画素の他の画素の第１のセンサで検出した信号を生成する請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記バックライトは、可視光線を出射する可視光光源と不可視光線を出射する不可視光光源とを含み、
前記不可視光光源は所定の周期で駆動され、前記第１のセンサから得られる検出信号が前記所定の周期と一致する場合に前記物体の位置情報を取得する請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関し、画面に情報入力機能が設けられた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指やペンの接触した位置を検出するタッチセンサあるいはタッチパネルが位置情報入力手段として従来より広く用いられている。特に、画面にタッチパネルを設けたタッチパネル付き液晶表示装置は、多くの機能を備えた機器において、変化する選択可能な操作や機能をリアルタイムで画面に表示して説明するとともに、その操作や機能の選択をタッチパネルによって行うことができる。このため、機器の操作が容易で、ユーザフレンドリーな入力装置として、ビデオカメラやカーナビゲーションシステムなどの情報機器や産業用の製造機器などに用いられている。
【０００３】
タッチパネルの位置検出方式としは、抵抗膜方式や静電容量方式などが一般的である。従来のタッチパネル付き液晶表示装置では、位置検出方法から生じる制限により、２箇所以上において接触している接触物の位置情報を取得することが困難であった。この問題を解決するために、たとえば、特許文献１は、帯状の導電性パターンが複数平行に配列された一対のパネルを導電性パターンが交差するように支持し、導電性パターンを走査して、押圧による接触点を検出する方法を開示している。
【特許文献１】特開２００２−３４２０１４号公報
【特許文献２】特開平９−１９９０８６公報
【特許文献３】特許第３２２４４６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のタッチパネルおよび特許文献１に開示されたタッチパネルでは、位置情報を検出させるために指やペンなどでパネルに圧力をかけて押す必要がある。このため、押す力が弱いと正しく検出されないという問題がある。
【０００５】
また、入力動作が繰り返されると、タッチパネルの特定の領域が繰り返し、指やペンと接触するため、表面が劣化しやすいという問題が生じる。
【０００６】
また、タッチパネルを表示装置の画面に設けることによって、外光反射が生じたり、表示装置の表示光の透過率が低下するなどが生じ、視認性が低下するという問題も生じる。
【０００７】
本発明はこのような従来の課題の少なくとも１つを解決し、複数の位置情報を取得することが可能な表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、不可視光線および可視光線を出射するバックライトと、第１および第２の主面を有し、前記第２の主面側に前記バックライトが位置するよう配置された液晶表示パネルであって、前記不可視光線を検出する第１のセンサをそれぞれ有し、二次元的に配置された複数の画素を含む液晶表示パネルとを備え、前記バックライトから出射し、前記液晶表示パネルを透過した不可視光線が前記液晶表示パネルの第１の主面に接触あるいは近接した物体により反射することにより得られる反射光を前記第１のセンサで検出することにより、前記第１の主面上における前記物体の位置情報を取得する。
【０００９】
ある好ましい実施形態において、前記画素は可視光線を検出する第２のセンサをさらに含む。
【００１０】
ある好ましい実施形態において、前記画素は、液晶層と、前記液晶層を挟む一対の偏光板とを含み、前記偏光板は、可視光線を偏光し、不可視光線を偏光しない。
【００１１】
ある好ましい実施形態において、前記画素は、画素電極および前記画素電極と向き合う対向電極とを有し、前記第１のセンサは前記対向電極および画素電極が設けられた領域外の領域に設けられている。
【００１２】
ある好ましい実施形態において、前記液晶パネルは、異なる波長領域の光を透過するＮ種（Ｎは２以上の整数）以上のフィルタ部が複数設けられたカラーフィルタを含み、隣接するＮ個の画素ごとにそれぞれ前記Ｎ種のフィルタ部を含み、カラー画素を構成している。
【００１３】
ある好ましい実施形態において、前記カラーフィルタには赤、青、緑の三種のフィルタ部が複数設けられている。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、前記フィルタ部は、前記対向電極および画素電極が設けられた領域および前記第２のセンサが設けられた領域を覆っている。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、液晶表示装置は、前記画素の第１のセンサで検出した信号から前記物体の位置情報を生成する第１の検出部と、前記物体の位置情報に基づいて、前記物体が位置する領域の画素から前記バックライトの前記可視光線が出射するように、前記液晶表示パネルに表示すべき画像信号を修正する画像合成部と、前記画像合成部から得られる出力に基づいて前記液晶表示パネルを駆動する駆動部と、前記各画素の第２のセンサで検出した信号から２次元画像情報を生成する第２の検出部とをさらに備える。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記第１の検出部は、前記各カラー画素を構成するＮ個の画素のうち、１つ画素の第１のセンサで検出した信号に基づいて前記カラー画素の他の画素の第１のセンサで検出した信号を生成する。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記バックライトは、可視光線を出射する可視光光源と不可視光線を出射する不可視光光源とを含み、前記不可視光光源は所定の周期で駆動され、前記第１のセンサから得られる検出信号が前記所定の周期と一致する場合に前記物体の位置情報を取得する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、画面に接触する物体を検出するのにバックライトから出射する不可視光線を用いる。このため、物体が画面に強く接触する必要はなく、押す力が弱くても確実に物体の検出を行うことができる。たとえば、写真や絵などの接触も検出することができる。複数の位置を同時に検出することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の液晶表示装置は、バックライトから赤外線などの不可視光線を出射し、画面に接触している指などの物体により反射した不可視光線を画素に設けたセンサで検出する。これにより、物体の画面上での位置情報を取得する。バックライトから出射する不可視光線の反射を利用するため、指やペンを画面に強く接触させることなく、位置情報を取得できる。また、本発明の液晶表示装置は画像の取り込みも行うことができる。以下、図面を参照しながら、本発明の液晶表示装置の実施形態を説明する。
【００２０】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本実施形態による液晶表示装置１００の１画素１０１の断面構造を模式的に示している。図２に示すように、画素１０１の直交する１（ａ）−１（ａ）断面および１（ｂ）−１（ｂ）断面をそれぞれ図１（ａ）および図１（ｂ）は示している。図２に示すように、各画素１０１は領域１０１ａ、１０１ｂ、および１０１ｃに分割される。各画素１０１の領域１０１ａは通常の液晶表示装置と同様、映像を表示する画素領域となる。領域１０１ｂには可視光線を検出する検出センサが設けられており、画面に接触した物体の画像を取り込む。領域１０１ｃには不可視光線を検出する検出センサが設けられており、画面に接触した物体の位置情報を取得する。
【００２１】
液晶表示装置１００は、透過型であり、バックライト１０と、液晶パネル１１とを備えている。バックライト１０は、各画素１０１の領域１０１ａ、１０１ｂおよび１０１ｃに設けられ、可視光線および不可視光線を出射する。液晶表示装置１００により、カラー画像を表示する場合には可視光線は白色光線であることが好ましい。不可視光線は、位置情報を取得するべき物体を透過しない波長領域を含んでいることが好ましい。赤外線は多くの物質の表面で反射し、また、物質にダメージを与えることがないため、不可視光線として好適に用いることができる。
【００２２】
可視光線および不可視光線を出射する光源をバックライト１０としても用いてもよいし、可視光線および不可視光線をそれぞれ出射する異なる光源を組み合わせてバックライト１０として用いてもよい。たとえば、赤外線領域および可視光線領域の光を出射する光源として特許文献２に開示された冷陰極蛍光ランプを用いることができる。この冷陰極蛍光ランプは、クロム付活アルミン酸イットリウムを蛍光体として用いることによって可視光線および赤外線領域の光を放出することができる。
【００２３】
２つ以上の光源を組み合わせてバックライト１０を構成する例としては、たとえば、白色ＬＥＤと赤外線ＬＥＤとの組み合わせを好適に用いることができる。この場合には、白色ＬＥＤと赤外線ＬＥＤとを異なるタイミングで点灯させることができ、以下で詳細に説明するように、画像表示と独立して物体の位置検出を行うことができる。
【００２４】
液晶パネル１１は、第１の主面１１ａおよび第２の主面１１ｂを有し、第２の主面側にバックライト１０が位置するよう配置されている。液晶パネル１１は、二次元に配列された複数の画素１０１によって構成され、各画素１０１は、液晶層１７と、液晶層１７を挟むように配置された対向電極１５および画素電極１９と、対向電極１５および画素電極１９をさらに挟むように配置された偏光板１３および２０とを含む。また、液晶層１７と対向電極１５および画素電極１９との間には、液晶層１７を構成する液晶分子の配向を制御するための配向膜１６および１７がそれぞれ設けられている。対向電極１５および画素電極１９は領域１０１ａにのみ設けられる。液晶層１７も領域１０１ａにのみあればよいが、領域１０１ｂおよび１０１ｃに存在していてもよい。
【００２５】
画素電極１９には図示しないＴＦＴなどのスイッチング素子が接続されている。スイッチング素子によるスイッチング動作に応じて対向電極１５と画素電極１９との間に電圧を印加し、液晶の配向を変化させる。これによりバックライト１０から可視光線が出射し、偏光板２０を透過した直線偏光が変調され、偏光板１３により可視化される。
【００２６】
本実施形態では、偏光板１３および２０と、対向電極１５と、画素電極１９と、液晶層１７と、配向膜１６および１８とは、可視光線および不可視光線を透過する。偏光板１３および２０は可視光線を偏光し、不可視光線は偏光しないで透過させる特性を備えている。このような偏光板はたとえば、特許文献３に開示されている。偏光板１３および２０は、領域１０１ａ、１０１ｂおよび１０１ｃに設けられる。
【００２７】
液晶層１７の厚さはスペーサ２１および２４によって規定される。各画素１０１において、画素電極１９は領域１０１ａに配置され、スペーサ２１およびスペーサ２４はそれぞれ領域１０１ｂおよび１０１ｃに設けられる。領域１０１ｂおよび１０１ｃの全体にスペーサ２１およびスペーサ２４が設けてもよいし、これらの領域の一部分にのみスペーサ２１およびスペーサ２４が設けられてもよい。スペーサ２１および２４は、可視光線および不可視光線を透過する。
【００２８】
図に示すように、各画素１０１は、さらに第１のセンサ２５および第２のセンサ２２とを備える。第１のセンサ２５は不可視光線を検出し、第２のセンサ２２は可視光線を検出する。第１のセンサ２５および第２のセンサ２２は、領域１０１ｃおよび１０１ｂ内の偏光板１３と偏光板２０との間に設けられる。偏光板２０とスペーサ２４との間および偏光板２０とスペーサ２１との間にそれぞれ設けられていてもよい。
【００２９】
液晶パネル１１は、各画素１０１の対向電極１５と偏光板１３との間に位置するようにカラーフィルタ１４を備えている。カラーフィルタ１４は、透過する光の波長領域が異なるＮ種（２以上の整数）のフィルタ部を複数有している。これらのフィルタ部は領域１０１ａおよび領域１０１ｂに配置され、隣接する画素はそれぞれ異なる種類のフィルタ部で覆われる。Ｎ種のフィルタ部のうち、少なくとも１つは不可視光線を透過する必要がある。Ｎ種のフィルタ部は透過光が加法混色によって白色となるように選択されていることが好ましい。典型的には赤、青、緑のフィルタ部が選ばれるが、バックライト１０の特性や実際に液晶表示装置に表示される画像の色彩や明度に応じて他の色のフィルタや白色フィルタなどを追加したり、赤、青、緑に換えて他の色のフィルタを用いてもよい。
【００３０】
液晶パネル１１は、さらに各画素１０１の領域１０１ｃに設けられる不可視光線用フィルタ２７および領域１０１ｂに設けられるＢＭ層２３を備える。不可視光線用フィルタ２７は、不可視光線のみを透過し、可視光線は透過しない。不可視光線用フィルタ２７は、カラーフィルタ１４の一部として設けられてもよい。ＢＭ層２３は、第２の光センサ２２と偏光板２０との間に設けられ、少なくとも可視光線を遮断する。不可視光線をさらに遮断してもよい。ＢＭ層２３は、バックライト１０の光が領域１０１ｂから漏れるのを防ぎ、また、第２のセンサ２１が裏面側から照射される可視光線を検出するのを防止する機能も果たす。同様に、バックライト１０から出射する不可視光線を検出するのを防止するため、領域１０１ｃの第１の光センサ２５と偏光板２０との間に不可視光線を遮断するフィルタやＢＭ層２６を設けてもよい。
【００３１】
液晶パネル１１において、カラー画素２０１は図５に示すように、２次元的に配置される。カラー画素２０１の各色の配置が均一となるよう、図４に示すカラー画素２０１’を一行ごとに交互に配置することが好ましい。カラー画素２０１’では、赤のフィルタ部を含む画素１０１Ｒの青および緑のフィルタ部を含む画素１０１Ｂ、１０１Ｇに対する配置が、カラー画素２０１とは反対になっている。また、各画素における領域１０１ｃの配置がカラー画素２０１とは反転している。
【００３２】
次に、図１（ａ）および（ｂ）を参照して、画素１０１の各部の機能を説明する。バックライト１０は上述したように可視光線および不可視光線を含む光Ｌ１を出射する。バックライト１０から出射する光Ｌ１は、不可視光線用フィルタ２７およびＢＭ膜２３によって遮られるため、領域１０１ａにおいてのみ第１の主面１１ａ側から外部へ出射する。領域１０１ａでは、画像信号に対応して液晶層１７に印加される電圧が切り替えられ、通常の透過型液晶表示装置と同様、映像を表示する画素領域となる。
【００３３】
一方、領域１０１ｃに設けられた第１のセンサ２５は不可視光線を検知する。具体的には、液晶パネル１１の第１の主面１１ａに物体が接触あるいは近接すると、バックライト１０から出射する光Ｌ１は物体により反射され、第１の主面１１ａから液晶パネル１１内へ戻る。このとき、光Ｌ１の反射光中に含まれる不可視光線が第１のセンサ２５に入射し検知される。
【００３４】
また、領域１０１ｂに設けられた第２のセンサ２２は可視光線を検出する。領域１０１ｂにはカラーフィルタ１４のフィルタ部が設けられているため、それぞれのフィルタ部を介して入射する可視光線を第２のセンサ２２は検出する。このため、第２のセンサ２２はフィルタ部の種類ごとの光強度を検出することができ、カラー画像を液晶パネル１１全体として取り込むことができる。
【００３５】
図６は、液晶表示装置１００全体の構造を示すブロック図である。各画素のこれらの機能を制御して、接触する物体の位置検出を行ったり、画像を取り込んだりするために、液晶表示装置１００は、ＬＣＤ駆動部１５１と、画像合成部１５２と、第１の検出部１５３と、第２の検出部１５４と、バックライト駆動部１５５とをさらに備える。
【００３６】
第１の検出部１５３は、二次元に配列された各画素の第１の光センサ２５を順次走査し、液晶パネル１１の第１の主面１１ａに接触した物体により反射した不可視光線を所定の時間間隔で検出する。検出した信号に基づき、画面上における物体の位置情報を生成し、画像合成部１５２へ出力する。
【００３７】
画像合成部１５２は、液晶表示装置１００に表示すべき画像信号と、物体の位置情報とを受け取る。そして、物体の位置情報に基づき、物体の位置する領域の画素からバックライト１０の可視光線が出射するように、画像信号を修正し、ＬＣＤ駆動部１５１へ出力する。物体の位置情報が第１の検出部１５３から得られない場合には、入力された画像信号をそのまま出力する。
【００３８】
ＬＣＤ駆動部１５１は画像合成部１５２から受け取った画像信号に基づいて、液晶パネル１１を駆動し、画像を表示する。第１の主面１１ａに物体が接触していない場合には、画像合成部１５２に入力された画像信号に基づく映像を液晶表示パネル１１が表示する。物体が第１の主面１１ａに接触している場合には、カラー画素２０１を構成するＮ種のフィルタ部のすべてから可視光が出射するため、物体が接触している領域内が白色で示され、その他の部分は画像合成部１５２に入力された画像信号に基づく映像が表示される。
【００３９】
第２の検出部１５４は、二次元に配列された各画素の第２の光センサ２２を順次走査し、液晶パネル１１の第１の主面１１ａに接触した物体により反射した不可視光線を所定の時間間隔で検出する。バックライトから出射した可視光線はそれぞれのフィルタ部を透過して物体に到達し、反射した後、再び同じ色のフィルタ部を透過して第２のセンサ２２に入射する。このため、第２のセンサ２２により検出した信号は物体の色情報を正しく反映している。第２の検出部１５４は検出した信号に基づき、二次元画像情報を生成する。
【００４０】
次に、図６、図７、図８、および図９を参照して、液晶表示装置１００の画面に接触する物体の検出動作を詳細に説明する。物体の検出には不可視光線を用いる。図７に示すように、バックライト１０から出射した不可視光線は偏光板２０および１３に偏光されることがない。このため、画像表示によって生じる液晶層１７の配向状態の変化にかかわらず、一定量の不可視光線Ｌ２が液晶表示パネル１１の第１の主面１１ａから出射する。画像表示を行っているため、可視光線が第１の主面１１ａから出射していてもかまわない。
【００４１】
第１の主面１１ａに物体３００が接触していると、不可視光線Ｌ２は物体３００で反射し、反射光Ｒ１が液晶表示パネル１１内へ戻る。そして第１のセンサ２５に到達し、検出される。たとえば、第１のセンサ２５が検出する不可視光線の信号強度を一定間隔（たとえば１/６０秒間隔）で監視し、所定の値を超えた場合に物体が接触したと判断する。第１の検出部１５３を用いて各画素の第１のセンサ２５を順次走査して検出を行うことにより、実質的に同時に複数の位置における接触を検出できる。これにより、物体３００の位置情報を含む信号を第１の検出部１５３は生成する。
【００４２】
第１のセンサ２２による不可視光線の検出は、不可視光線が出射した画素の第１のセンサ２２に限られない。図８に示すように、画素１０１Ｒから出射した不可視光線Ｌ３は、画素１０１Ｒ内の第２のセンサ２５により、検出することが可能であり、画素１０１Ｒから出射した不可視光線Ｌ４は、隣接する画素１０１Ｂ内の第２のセンサ２５により、検出することも可能である。さらに図９に示すように、画素１０１Ｒから出射した不可視光線Ｌ５は、画素１０１Ｒに隣接した画素１０１Ｇの第２のセンサ２５によっても検出し得る。このため、フィルタ部の透過光の波長領域によって出射する不可視光線の強度が弱い場合でも他の画素から出射した強度の強い不可視光線を利用してその画素において物体の検出が可能となる。
【００４３】
なお、本発明の液晶表示装置を使用する環境によっては、外部から液晶パネル１１の画面に不可視光線が入射し、画面に接触した物体の位置情報を正しく検出できない場合も考えられる。この場合には、外部から入射する不可視光線の周期とは異なる周期でバックライトから不可視光線を出射し、その周期に一致する検出信号が得られた場合に物体の位置情報を取得すればよい。図６に示すように、たとえば、バックライト１０として可視光線を出射するＬＥＤおよび不可視光線を出射するＬＥＤを用いる。バックライト駆動部１５５は、たとえば、１／３０秒の周期で点灯および消灯を繰り返すように不可視光線を出射するＬＥＤを駆動する。第１の検出部１５３は第１のセンサ２５から得られる信号がこの１／３０の周期に一致している場合に、物体の位置情報が得られているとして、位置情報を示す信号を生成する。第１のセンサ２５から得られる信号が連続していたり、この周期と異なる周期である場合には、外部から入射する不可視光線を検出していると判断し、位置情報を示す信号を生成しない。このような検知をおこなうことによって、外部の影響を遮断し、正しく物体の検知を行うことができる。
【００４４】
このように、本発明によれば、画面に接触する物体を検出するのにバックライトから出射する不可視光線を用いる。このため、物体が画面に強く接触する必要はなく、押す力が弱くても確実に物体の検出を行うことができる。たとえは、写真や絵などの接触も検出することができる。複数の位置を同時に検出することもできる。
【００４５】
また、画面を強く押す必要がないため、指やペンの強い接触による液晶パネル表面の劣化も生じない。また、液晶パネル表面には物体を検出するためのタッチパネルなどの付加構造物を設けないため、液晶表示パネルの視認性が低下することもない。
【００４６】
なお、本実施形態では、カラー画素２０１を構成する３つの画素すべてにおいて不可視光線の検出を行っているが、いずれか１つの画素の第１のセンサ２５のみを用いて検出を行い、その検出結果をカラー画素２０１全体の検出結果としてもよい。
【００４７】
次に、図６、図７、および図１０を参照して、液晶表示装置１００の画面に接触する物体の画像を取り込む動作を説明する。
【００４８】
まず、図７に示すように、液晶表示パネル１１の画面に物体３００を接触させ、上述したように第１の検出部１５３によって物体３００の位置情報を取得する。この際、カラー画素２０１を構成する画素１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂのそれぞれの第１のセンサ２５で不可視光線を検出し、位置情報を得てもよい。あるいは、画素１０１Ｒの第１のセンサ２５のみを用いて不可視光線を検出し、得られた結果に基づき、他の画素１０１Ｇ、１０１Ｂにおいても同様の検出結果が得られたものとして位置情報を生成してもよい。言い換えれば、カラー画素２０１における不可視光線の検出を画素１０１Ｒにて代表しておこなってもよい。このように、画素ごとに物体を検知したかどうかを判断し、位置情報を生成してもよいし、カラー画素２０１を構成するＮ種のフィルタ部をそれぞれ有する画素のうち、１つの画素の第１のセンサで検知した信号に基づいて、他の画素の第１のセンサで検知した信号を生成してもよい。
【００４９】
得られた位置情報を含む信号は画像合成部１５２へ出力される。画像構成部１５２は、物体３００の位置情報に基づいて、物体３００が位置する領域の画素からバックライト１０の可視光線が出射するように、画像信号を生成する。画面に他の画像を表示する場合には、物体３００の位置する領域の画素からバックライト１０の可視光線が出射するように画像信号を修正する。上述したように物体３００の位置する領域では、カラー画素を構成するすべての画素が点灯するよう駆動されるので、白色で表示されることとなる。
【００５０】
修正された画像信号はＬＣＤ駆動部１５１に出力され、ＬＣＤ駆動部は画像信号に基づいて、液晶パネル１１を駆動する。
【００５１】
この駆動により、不可視光線によって物体３００の接触が第１の光センサ２５により検知された画素１０１あるいは物体３００の接触が第１の光センサ２５により検知された画素１０１含むカラー画素２０１において、液晶層１７の配向を変化させ、バックライト１０の可視光が第１の主面１１ａから出射する。つまり、赤、青、緑のフィルタ部を有する画素１０１Ｒ、１０１Ｂ、１０１Ｇから光が出射し、図１０に示すように可視光線Ｌ４が物体３００の第１の主面１１ａと接する面に照射される。可視光線Ｌ６が物体の表面で反射する際、表面の画像に応じて、可視光線Ｌ６が吸収される。したがって、反射光Ｒ４は、物体の画像情報を含んでいる。
【００５２】
反射光Ｒ４は、それぞれ可視光線Ｌ６が出射した画素に設けられたフィルタ部を透過して第２のセンサ２２によって検知される。第２の検出部１５４は検出した信号に基づき、二次元画像情報を生成する。これにより、物体の画像情報を取得することができる。
【００５３】
図１１（ａ）から図１１（ｃ）を参照して、液晶表示パネル１１の画面に接触する物体の画像を取り込む動作をより具体的に説明する。
【００５４】
図１１（ａ）に示すように、たとえば人物が写っているサンプル画像３５０ｂがフレームの画像３５０ａに挿入された画像が、液晶表示装置１００の画面３５０に表示されており、液晶表示装置１００を用いて、ユーザの写真を画像データとして取り込み、取り込んだ画像をサンプル画像３５０ｂと置き換え、フレームの画像３５０ａと合成する操作を行う。
【００５５】
このために、まず図１１（ｂ）に示すように、ユーザの写真３００をその画像面が画面３５０のサンプル画像３５０ｂと対向するように配置する。
【００５６】
液晶表示装置１００は、不可視光線を用いて写真３００の位置情報をまず取得する。そして、写真３００の位置情報に基づき、写真３００が接している領域を白色で表示する。写真３００以外の領域では最初に表示した画像、つまり、フレームの画像３５０ａが示される。このときサンプル画像３５０ｂの位置に対して配置したユーザの写真３００の位置が多少ずれていても、写真３００の位置情報に基づき、白色で表示する領域を決定しているため、写真の位置と白色で表示する領域とは一致している。
【００５７】
次に、液晶表示装置１００は、画面から出射した白色光の写真３００による反射光を検出し、これにより、ユーザの写真３００の二次元画像情報を取得する。得られた二次元画像情報は、たとえば図１１（ｃ）に示すように、そのまま、フレーム画像３５０ａと合成し、フレーム画像３５０ａとユーザの写真を取り込んだ画像３５０ｄを一緒に表示することができる。
【００５８】
このように本実施によれば写真の位置を検出して画像を取り込む領域を決定するため、画像の取り込みに際してトリミングが不要となる。また、液晶表示装置の画面上において、画像を取り込む領域以外の領域には、画像を取り込む際にも任意の画像を表示しておくことが可能である。
【００５９】
また、物体の位置を検出するために用いる不可視光線および画像の取り込みに用いる可視光線を液晶表示装置のバックライトから出射させることができるため、省スペースかつ低コストで画面に接触した複数の物体の位置情報を取得し、画像の取り込みも可能な液晶表示装置が実現する。
【００６０】
上述の例では、静止した画像を取り込んでいるが、物体は移動していてもよいし、物体の画面に接する部分が時間とともに変化してもよい。たとえば、青や赤など任意の彩色の毛を有する毛筆を用いて、本発明の液晶表示装置の画面に文字を書くと、画面に接触した毛の一本ごとの位置および毛の色を動画として取り込むことができる。取得した動画をその画面あるいは他の画像表示装置の画面にリアルタイムで表示させることによって、「色付きの毛筆文字」を表示することができる。
【００６１】
また、ペン先に２次元バーコードを記したペンを用いて、本発明の液晶表示装置の画面で線画を描くと、バーコードを画像として取り込むことができる。このバーコードの持つ情報を処理し、得られた情報に、たとえば、所定の画像を対応させておけば、バーコードを検出した位置に所定の画像を表示させることができる。つまり、取り込んだ画像を表示させるだけではなく、画像から得られる情報に基づき、他の画像をリアルタイムで表示させることもできる。
【００６２】
なお、上記実施形態において、液晶表示装置はカラー液晶表示パネルを備えていたが、液晶表示パネルは白黒表示を行うものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、画面に情報入力機能が設けられた液晶表示装置を備えた種々の機器に用いることができる。特に、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステムなどのＡＶ機器や、多機能な産業用の製造機器へ好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明による液晶表示装置の液晶パネルを構成する画素の断面構造をそれぞれ模式的に示している。
【図２】図１に示す画素の平面構造を模式的に示している。
【図３】１カラー画素の平面構造を模式的に示している。
【図４】１カラー画素の他の平面構造を模式的に示している。
【図５】カラー画素の配置を説明する平面図である。
【図６】液晶表示装置の構造を示すブロック図である。
【図７】画面に接触した物体の位置検知を説明する断面図である。
【図８】画面に接触した物体の位置検知を説明する他の断面図である。
【図９】画面に接触した物体の位置検知を説明する平面図である。
【図１０】画面に接触した物体の画像情報の取得を説明する断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、画像取り込み動作の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  バックライト
１１  液晶表示パネル
１３、２０  偏光板
１４  カラーフィルタ
１５  対向電極
１９  画素電極
１６、１８  配向膜
１７  液晶層
２１、２４  スペーサ
２２  第２のセンサ
２３、２６  BM膜
２５  第１のセンサ
１００  液晶表示装置
１０１画素
２０１カラー画素
【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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