(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン入力装置と表示装置を備えたペン入力一体型表示装置において、
前記ペン入力装置におけるペンが光センサーを備え、
前記ペンが、前記表示装置上で移動した移動量を、前記表示装置表面上の位置変化に対応して変化する該表面の光透過率を前記光センサーによって検知することで検出する移動量検出手段を具備していることを特徴とするペン入力一体型表示装置。
【請求項２】
ペン入力装置と表示装置を備えたペン入力一体型表示装置において、
前記ペン入力装置におけるペンが光センサーを備え、
前記ペンが、前記表示装置上で移動した移動量を、前記表示装置に配置された光遮蔽部と開口部の光透過率差を前記光センサーによって検知することで検出する移動量検出手段を具備していることを特徴とするペン入力一体型表示装置。
【請求項３】
前記入力装置におけるペンが、前記ペンの筐体と、緩衝機構を介して前記筐体と連結された受光部を具備し、前記受光部の受光面が前記表示装置表面と平行になるように制御されることを特徴とする請求項１又は２記載のペン入力一体型表示装置。
【請求項４】
前記緩衝機構はバネを具備することを特徴とする請求項３記載のペン入力一体型表示装置。
【請求項５】
前記緩衝機構はゴムを具備することを特徴とする請求項３記載のペン入力一体型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペン入力機能を備えた表示装置に係わり、特にペン入力手段の改良をはかったペン入力表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高度情報化社会の発達にともない、その情報を入力し記憶し表示する装置（情報機器）の高性能化、軽薄短小化、低消費電力化が強く望まれる様になった。このような状況の中、現在多くの種類の情報機器が提案・実用化されている。その中でペン入力機能を装備したペン入力表示装置は、上記の要求を満たす情報機器として注目されている。
【０００３】
手書き文字や図形をコンピュータやワードプロセッサや携帯情報端末機器などに入力する手段として、例えば、抵抗薄膜タブレットを利用したペン入力表示装置（参考文献：東芝レビュー１９９４Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．１２、日経ＢＰ社フラットパネルディスプレイ '９３、日経ＢＰ社ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ９３．８）や電磁誘導タブレットを利用したペン入力表示装置（参考文献：東芝レビュー１９９４Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．１２、日経ＢＰ社フラットパネルディスプレイ '９３、日経ＢＰ社ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ９３．８）や静電結合タブレットを利用したペン入力表示装置（参考文献：東芝レビュー１９９４Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．１２、日経ＢＰ社フラットパネルディスプレイ '９３、日経ＢＰ社ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ９３．８）などがあり、その他のペン入力表示装置として例えば参考文献（特開平４−２８３８１９、特開平４−２９９７２７、特開平５−１２７８２３、特開平５−１５８８８０、特開平４−３４３３８７、特開平５−１８９１２６、特開平５−１９７４８７、特開昭６２−９２０２１、特開昭６３−２９３６２３、日経コンピュータ '９３／６、情報処理学会論文誌１９８８Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．３「手書き編集記号を用いたオンライン文字図形編集法」）などがある。
【０００４】
近年の情報化社会の発展に伴いペン入力表示装置における表示装置の精細度はますます高くなっており、同時に画素サイズも小さくなっている。また、ペン入力表示装置にはより正確で多くの情報を素早く入力できる性能が求められるようになっている。
【０００５】
また、近年では表示装置とペン入力装置（タブレット）が一体になったペン入力表示装置が提案され（特開昭５４−２４５３８、特開平６−２９５２１９、特開平６−３１４１６５、特開平４−３３７８２４）、表示装置の表示能力を損なうことなくペン入力が行えることからペン入力方式の主流となりつつあるとともに、より高品位な表示を行うためこれらの表示装置としてトランジスターやダイオードなどのアクティブ素子を使ったアクティブマトリックス型表示装置が使われる様になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の静電容量方式はペン入力装置と表示装置を一体にすることが可能であるため、情報機器の軽薄短小化及び低コスト化には有利であるが、表示装置からの電磁波ノイズによって検出誤差が発生したり、基本的に表示装置に於ける電極とペン先電極の容量結合を利用しているため、表示装置に於ける電極が微細化される場合（ＴＦＴ−ＬＣＤの様にゲート線と信号線が細い場合や表示装置の高精細化のために電極が微細化される場合）検出誤差が大きくなってしまう。
【０００７】
抵抗膜方式は情報機器の軽量化及び低コスト化には有利であるが、ペン座標の検出精度が余り良くない。
【０００８】
また、電磁誘導方式は高精度なペン入力には有利であるが、表示装置の背後に検出用タブレットを設けなければならず軽薄短小化がむずかしく、また、大画面の表示装置を有する情報機器（４０インチ以上）に適用する場合、表示装置と検出用タブレットの位置合わせ精度の問題から検出精度向上がむずかしい。
【０００９】
また、高精細な表示装置を使ったペン入力表示装置では使用者がペン入力を行う際に生じる手振れやペン入力を行う入力面が紙と違い滑りやすいために生じる誤入力がより顕著に表れるため、表示装置が持っている高精細な表示ができず手振れによる誤入力などが目立ちみすぼらしい筆跡となってしまう。これらを補正する技術として例えば参考文献（特開平６−２９５２１９、特開平５−２７４０８１）や検出ペンのペン先を表示装置の精細度にあわせ細くする方法などがあるが、画素サイズの比較的小さい表示装置を有するペン入力表示装置で手書き入力速度が比較的速い場合には上述した方法では十分ではない。
【００１０】
また、ペン入力表示装置では同一面上で何度も手書き入力を行うため基本的に検出ペンのペン先は入力面を傷つけない丸いものが望ましく、ペン先を画素サイズに合わせ細くしたのではペン入力表示装置の入力面を傷つけてしまい保護シートを幾度となく交換しなくてはならず問題が残る。画素サイズが３００μｍ×３００μｍ以下（特に１５０μｍ×１５０μｍ以下）になるとより高度な補正が必要であり、基本的に上述した方法では１画素毎に高度な補正を施すことが出来ないため細かい筆跡でかつ素早い手書き入力時にはより正確な補正が行えない。
【００１１】
従って本発明の目的は、大画面の表示装置又は高精細な表示装置を有し、ペン入力面と表示面が同一であるペン入力一体型表示装置に対して、高精度な検出座標（高空間分解能）と軽薄短小及び高時間分解能を兼ね備えたペン入力装置を提供することである。
【００１２】
また本発明の目的は、ペン入力表示装置のより正確でしかも細かい筆跡でかつすばやい手書き入力でも見栄えの良い手書き入力ができるペン入力装置を提供することである。
【００１３】
更に本発明の目的は、電磁波ノイズに強く、検出誤差が少ない静電容量方式のペン入力表示装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるペン入力装置と表示装置を備えた第１のペン入力一体型表示装置は、前記ペン入力装置におけるペンが光センサーを備え、前記ペンが、前記表示装置上で移動した移動量を、前記表示装置表面上の位置変化に対応して変化する該表面の光透過率を前記光センサーによって検知することで検出する移動量検出手段を具備していることを特徴とする。従って、ペン入力装置におけるペンが、表示装置上で移動した移動量を、表示装置表面上の位置変化に対応して変化する該表面の光透過率に基づいて検出できる。
【００１６】
本発明に係わるペン入力装置と表示装置を備えた第２のペン入力一体型表示装置は、前記入力装置におけるペンが光センサーを備え、前記ペンが、前記表示装置上で移動した移動量を、前記表示装置に配置された光遮蔽部と開口部の光透過率差を光センサーによって検知することで検出する移動量検出手段を具備していることを特徴とする。従って、ペン入力装置におけるペンが、表示装置上で移動した移動量を、表示装置に配置された光遮蔽部と開口部の光透過率差に基づいて検出できる。
【００１７】
本発明の上記第１乃至第３のペン入力一体型表示装置によれば、表示装置と独立して座標検出用タブレットを、表示装置の表又は裏に設ける必要が無く、表示装置と座標検出用タブレットを同一面に形成できるので、ペン入力一体型表示装置の軽量薄型化及び高画質化可能であり、表示装置が数インチ以上の大画面であればあるほど、ペン入力に必要とする部品点数が基本的に変わらないので、本発明による軽量薄型化の効果は大きい。
【００１８】
例えば、表示装置が対角１２．１インチＸＧＡで画素ピッチが２１０μｍ＊７０μｍのものや、表示装置が対角４０インチで画素ピッチが６３０μｍ＊２１０μｍのものなどに有効であり、表示装置としては透過型でサイズが対角５．５インチ以上のものに特に有効である（対角１０インチ以上にはより有効で、対角２０インチ以上にはもっとより有効である）。
【００１９】
また、表示装置上のペンの移動量を、ペンが有する光センサーによって表示装置から直接瞬間的に検出するので、高時間分解能な座標検出が可能である。よって、手書き入力に於いて表示装置に対して小さい字を早く書く様な場合（表示装置の大きさを１とした場合に於いて、大きさ１０分の１以下の字を書く場合などに本発明は有効であり、また、８０ドット／秒以上の速度で手書き入力する場合に本発明は有効である）、本発明は非常に有効である。
【００２０】
また、表示装置上のペンのＸ方向の移動量と表示装置上のペンのＹ方向の移動量を、表示装置表面の表示装置に本来ある異なる空間光学特性差によって検出することが可能であるため、ペンがＸ方向に移動したのかＹ方向に移動したのかより正確に検出することが可能である。
【００２１】
また、ペンが有する光センサーの受光面が表示装置上のＸ方向とＹ方向とで異なった長さであるため、光センサーが表示装置のどちらか一方向の空間光学特性差の影響を受けやすくなるので、ペンがＸ方向に移動したのかＹ方向に移動したのかより正確に検出することができる。
【００２２】
また、ペンが表示装置上に配置された座標を、表示装置のＣｓ線及び信号線を順次選択駆動する際に画素電極に生じる突き上げ電圧による表示装置の輝度変化を利用して検出するので、表示装置に於けるアレイ基板と独立して座標検出用アレイ基板を設ける必要が無く、表示装置と座標検出用タブレットを同一面に形成できるので、ペン入力一体型表示装置の軽量薄型化が可能であり、容量結合による表示装置の輝度変化を利用して、座標を検出するので、画素電極に瞬時に所望する電圧を印加することが出来、画素電極を駆動するスイッチング素子のばらつきが影響されず、高精度な座標検出が可能である。
【００２３】
また、検出した座標を調整することが可能なため、表示装置の応答速度の温度特性のため発生した検出誤差を調整し、より高精度な座標検出が可能である。
【００２４】
また、表示装置の画素電極毎に配置されたスイッチング素子をオフした後、Ｃｓ線によって突き上げ電圧を発生させるので、座標検出時に画素電極への信号線電圧書き込みによって生じる表示装置の輝度変化の影響を受けないのでより高精度な座標検出が可能である。
【００２５】
また、Ｃｓ線をＣｓ線駆動手段から切り離した後、信号線によって突き上げ電圧を発生させるので、生じた突き上げ電圧がＣｓ線駆動手段の影響を受けず突き上げ電圧を維持することが出来る。
【００２６】
よって、高画質、軽量薄型で高時間分解能、高精度座標検出を実現したペン入力一体型表示装置を得ることが出来る。
【００２７】
更に、本発明に係わるペン入力装置と表示装置を備えた前記第１又は第２のペン入力一体型表示装置は、前記ペン入力装置に於けるペンが、前記ペンの筐体と、緩衝機構を介して前記筐体と連結された受光部を具備し、前記受光部の受光面が前記表示装置表面と平行になるように制御されることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係わるペン入力装置と表示装置を備えた第３のペン入力一体型表示装置では、前記緩衝機構がバネを具備することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係わるペン入力装置と表示装置を備えた第３のペン入力一体型表示装置では、前記緩衝機構がゴムを具備することを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関わる実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は第１実施例に係わるペン入力表示装置の構成を示したものであり、１は駆動電圧ＶON、ＶOFF 、ＶDD、制御信号ＳＴＶ，ＣＰＶを受け出力信号ＶPSR ，ＤX 、ＤY 、ＶYSTOP を出力するペン入力デバイスである。
【００３６】
８は信号線（Ｓ１〜Ｓｎ）、ゲート線（Ｇ１〜Ｇｍ）、Ｃｓ線（Ｃ１〜Ｃｌ）、Ｃｓ容量、ゲート線で制御され信号線電圧をＣｓ容量及び画素容量（図示せず）に書き込むＴＦＴなどで構成されたアレイ基板であり、参考文献（電子情報通信学会論文誌Ｃ−II  Ｖｏｌ．Ｊ７６−Ｃ−II  Ｎｏ５  ｐｐ．１７７−１８３「ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ／ＬＣＤの技術動向」塚田俊久、日経ＢＰ社，フラットパネルディスプレイ１９９４〜１９９５、日経ＢＰ社，日経マイクロデバイス１９９１年４月号−１９９４年７月号）などがある。また、アレイ基板８に対向して対向電極が（図示せず）配置されており、対向電極とアレイ基板８の間には液晶（図示せず）が挟まれて画素容量（図示せず）を形成している。これらの参考文献として（日経ＢＰ社：フラットパネルディスプレイ１９９４〜１９９５、日経ＢＰ社：日経マイクロデバイス１９９１年４月号〜１９９４年７月号）がある。
【００３７】
２は駆動電圧ＶDD、ＶCC、制御信号ＣＰＨ、ＳＨＴ、デジタルデータＶＤ、基準電圧ＶＲを受け、信号線に信号線電圧を書き込む信号線駆動部であり、参考文献（Ｈ．Ｏｋａｄａ，ｅｔ  ａｌ．，ＳＩＤ９３  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．１１〜ｐｐ．１４、Ｔ．Ｆｕｒｕｈａｓｈｉ，ｅｔ  ａｌ．，ＳＩＤ９４  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．３５９〜ｐｐ．３６２、東芝集積回路技術資料「東芝ＬＣＤドライバーコントローラＬＳＩ１９９２〜１９９５」）などがある。
【００３８】
３は駆動電圧ＶON，ＶOFF 、制御信号ＣＰＶ、ＳＴＶ、ＶYSTOP を受け、ゲート線にゲート電圧を書き込むゲート線駆動部であり、参考文献（Ｋ．Ｈｙｕｇａｊｉ，ｅｔ  ａｌ．，ＳＩＤ９１  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．５４３−ｐｐ．５４６、東芝集積回路技術資料「東芝ＬＣＤドライバーコントローラＬＳＩ１９９２〜１９９５」）などがある。
【００３９】
９は駆動電圧ＶON，ＶOFF 、制御信号ＣＰＶ，ＳＴＶ，ＶYSTOP ，ＶPSR を受け、Ｃｓ線にＣｓ電圧を書き込むＣｓ線駆動部である。
【００４０】
４は駆動電圧ＶON、制御信号ＶYSTOP ，ＶXSTOP ，ＣＰＶを受け信号線に信号線電圧を書き込むＸ駆動部である。
【００４１】
７は駆動電圧ＶDD、制御信号ＶPSR ，ＩＣＰＨ、デジタルソースデータＳＶＤ、ペン入力に関わる座標データＤX ，ＤY を受け、ＣＰＶ，ＳＴＶ，ＣＰＨ，ＳＴＨ，ＶＤを出力するコントロール部である。コントロール部７はペン入力デバイス１から、ペン入力デバイスの座標を示す座標データＤX ，ＤY を受け、信号線駆動部２及びゲート線駆動部３がそのペン入力デバイスで検出した座標をアレイ基板８に表示出来る様、データ処理をした後、出力信号を信号線駆動部２及びゲート線駆動部３に送る。
【００４２】
ＳＷ１〜ｎは排他的論理和回路１２０で制御されるスイッチであり、１２０の出力がハイレベル時オフ、ローレベル時オンである。
【００４３】
ここでアレイ基板８の左右方向をＸ方向（図１に示されている様に右方向をＸｕｐ、左方向をＸｄｏｗｎとする）、上下方向をＹ方向（図１に示されている様に上方向をＹｕｐ、下方向をＹｄｏｗｎとする）と定める。
【００４４】
図２はペン入力表示装置の外形を示しており、１はペン入力デバイスを、１０は表示装置を、１１はバックライトを、１２は接続コードを示している。なお、本実施例では、１０の表示装置としてアクティブマトリックス型液晶表示装置いわゆるＴＦＴ−ＬＣＤ（参考文献：日経ＢＰ社，フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５、日経ＢＰ社，日経マイクロデバイス１９９１年４月号−１９９４年７月号）を使用した。
【００４５】
ペン入力デバイス１の断面図を図３に示す。図３において、１３は金属Ａ、１４は金属Ｂ、１５はペン先を示しており、ペン先１５はペン先１５に加わる力によって移動することが可能となっており、ペン先１５に力が加わることにより金属Ａ  １３と金属Ｂ  １４が接触する。また、ペン先１５は１６のガラス、１７のフォトダイオードアレイ、１８のキャリアーテープ等で構成されており、ガラスは１７に直接強い力が加わることを防止しており、フォトダイオードアレイ１７はペン先に入ってくる光を電気信号に変換しており、キャリアーテープ１８はフォトダイオードアレイ１７によって得られた電気信号を１９のコネクタを介して、２０の回路基板に送っている。回路基板２０には表示装置上におけるペン先１５の位置を検出するための各種電子部品２１が実装されている。２２はペン入力デバイスのボディーであり、軽くて丈夫なプラスティックなどが使われている。接続コード１２には図１で示した駆動電圧（ＶON，ＶOFF ，ＶDD）、制御信号（ＳＴＶ、ＣＰＶ、ＳＳＴＨ、ＣＣＰＨ）、出力信号（ＶPSR 、ＤX 、ＤY 、ＶYSTOP ）が通っている。
【００４６】
本実施例では、フォトダイオードアレイ１７を使って座標検出を行ったが、実際、１７をディスクリートのフォトダイオードで構成しても良く、または、ディスクリート又はアレイ状のフォトトランジスターなどで構成しても良い。また、ＣＣＤ等の電荷結合素子を使っても良い。
【００４７】
図４はペン入力デバイスの受光の様子を示したものであり、２３のプリズムシートはバックライト１１から放射される光（２７は光の経路を示す）をバックライト１１の垂直方向に集光する役目をしており（表示装置を垂直にながめた時、表示装置の輝度が最も高くなる）、バックライト１１から放射された光は２６の偏光板及びアレイ基板８を通り、２４の液晶層に印加される電圧値に応じた強度の光に変調され、２５の対向基板を通って、フォトダイオードアレイ１７に受光される。
【００４８】
図５は対向基板２５の構造を示したもので、図５（ａ）は断面図を、図５（ｂ）は上面図を示している。なお、図５（ａ）の断面図は、図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。２８はガラスを、２９は光遮光層（ブラックマトリックス）を、３０は赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）にそれぞれ着色された着色層を、３１はオーバーコート層を、３２は対向電極を示している。対向基板２５の参考文献としては（日経ＢＰ社「フラットパネルディスプレイ９１〜９５」）などがある。
【００４９】
また、光遮光層を単に遮光部と呼んでもよく、着色層を単に表示部や開口部と呼んでも良い。
【００５０】
図６はフォトダイオードアレイ１７の構造を示しており、３３のフォトダイオードアレイ基板上にＡ受光面、Ｂ受光面、Ｃ受光面、Ｄ受光面、Ｅ受光面、Ｆ受光面を持ち、それぞれの受光面に入射した光エネルギーをそれぞれの端子間（Ａｋ−Ａａ〜Ｆｋ−Ｆａ）の電気エネルギーに変換して出力する。なお、添字のｋはカソードをａはアノードを示している。
【００５１】
図７、図８はフォトダイオードアレイ１７の他の構造を示しており、また同時に、対向基板２５の着色層３０を点線で重ねこれらのサイズおよび各受光面の位置関係を示す。
【００５２】
図９はフォトダイオードアレイ１７の等価回路を示したものであり、ＤFA〜ＤFFはそれぞれ受光面Ａ〜Ｆに応じたフォトダイオードである。
【００５３】
図１０はペン入力デバイスの構成を示しており、３４は駆動電圧がＶON，ＶOFF 、ＶDDで、表示装置１０からの光エネルギーをＶA 〜ＶF の電気信号に変換して出力する光信号変換部である。したがって、光信号変換部３４に入射する光エネルギー（より正確には、光信号変換部における各フォトダイオードの受光面に入射する光エネルギー）の強さに応じた電気信号が出力される。３４の光信号変換部は、それぞれの出力ＶA 〜ＶF に応じた光信号変換基本回路（図示せず、以後に詳細説明）から構成される。
【００５４】
３５はペン入力表示装置がペン入力状態であるのか否かを判断するペンシステムリセット部であり、ＶPSR ＝Ｈｉｇｈレベル時にペン入力状態を、ＶPSR ＝Ｌｏｗレベル時には非ペン入力状態を示している。ペンシステムリセット部３５によってペン入力表示装置のシステムリセットをしているので、使用者が所望の時のみペン入力状態とすることが可能であるため、誤動作（例：表示装置以外の光エネルギーによる誤動作）を防ぐことが出来る。
【００５５】
３６は初期座標検出部であり、駆動電圧ＶON，ＶOFF ，ＶDD、制御信号ＳＴＶ，ＣＰＶ，ＶPSR ，ＶＢを受け、初期座標データＤX03 〜ＤX00 （Ｘ方向）、ＤY03 〜ＤY00 （Ｙ方向）を出力する。なお、初期座標データとはＶPSR がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化したときの、表示装置１０上のペン先１５の座標データである。また、図１０ではＸ方向Ｙ方向とも簡単のため４Ｂｉｔデータであるが、例えばＶＧＡの表示装置であればＹ方向９Ｂｉｔ、Ｘ方向１０Ｂｉｔの初期座標データとなる。
【００５６】
３７は表示装置１０上でのペン先１５の移動量を検出する移動量検出部であり、駆動電圧ＶON，ＶOFF ，ＶDD、制御信号ＶPSR ，ＶＡ〜ＶＦを受け移動量データＤX13 〜ＤX10 ，ＤY13 〜ＤY10 を出力する。なお、移動量データのＢｉｔ数は初期座標データで説明した通りである。
【００５７】
３８はＸ座標検出部であり、３６と移動量検出部３７で得られたデータからＸ方向の座標データ（Ｘ座標データ）ＤX3〜ＤX0を出力する。
【００５８】
３９はＹ座標検出部であり、３６と移動量検出部３７で得られたデータからＹ方向の座標データ（Ｙ座標データ）ＤY3〜ＤY0を出力する。なお、座標データのＢｉｔ数は初期座標データで説明した通りである。
【００５９】
図１１はペンシステムリセット部の構成と出力波形を示したものである。図１１（ａ）はペンシステムリセット部の構成であり、金属Ａ１３、金属Ｂ１４、４０の抵抗、ＶDDを駆動電圧とする４１のインバーターからなる。図１１（ｂ）は得られるＶPSR の出力波形を示したもので、金属Ａ１３と金属Ｂ１４が接触している時ＶPSR ＝ＶDD、金属Ａ１３と金属Ｂ１４が非接触時ＶPSR ＝ＧＮＤとなる。
【００６０】
図１２は光信号変換部３４における光信号変換基本回路４６の具体例を示したものである。４２は抵抗を、４３はコンデンサーを、４４はオペアンプを、４５は抵抗をそれぞれ示している。４６は、フォトダイオードＤFAのＡ受光面に入射した光信号をＶＡという電気信号に変換して出力している。なお、実際の光信号変換部３４はフォトダイオードアレイ１７の各フォトダイオード（ＤFA〜ＤFF）毎に４６に示したものと同一構成の光信号変換基本回路があり、それぞれＶＡ〜ＶＦの電気信号を出力している。
【００６１】
図１３はフォトダイオードの特性と光信号変換基本回路の関係を示したもので、図１３（ａ）がフォトダイオードの一般的特性を、図１３（ｂ）がその様な特性のフォトダイオードを使った場合の光信号変換基本回路４６の動作を示している（参考文献：浜松フォトエレクトロニクス株式会社「フォトダイオードカタログ」）。オペアンプ４４にはレールトウレール特性のものが良く、ＶOFF まで出力できるものが良い。
【００６２】
図１３（ａ）から明らかな様にフォトダイオードの受光面により高い照度の光（ここでは話を簡略化するためフォトダイオードの分光波長特性は無視している）を入射するとより大きな出力電流が得られ、図１２に示す光信号変換基本回路４６の動作から明らかな様に、フォトダイオードに流れる電流はオペアンプ４４の低バイアス電流特性及びバーチャルショート特性のためそのほとんどが抵抗４５に流れる。また、オペアンプ４４のバーチャルショート特性のためオペアンプ４４の反転入力端子は０ｖであり、その出力電圧は抵抗４５の抵抗値をＲ４４とし、フォトダイオードに流れる電流をＩＤとすると
−Ｒ４４＊ＩＤ［ｖ］
となる。従って、図１３（ｂ）に示される特性が得られる。
【００６３】
図１４は、移動量検出部３７の構成を示している。移動量検出部３７は、Ｙ方向移動量検出部４７とＸ方向移動量検出部４８からなり、Ｙ方向移動量検出部４７は表示装置１０上のペン先１５のＹ方向移動量をＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶPSR から検出し、ＤY13 〜ＤY10 パラレル信号（この例では４ビットとしているが、ビット数については初期座標データで説明した通りである）にして出力する。
【００６４】
４８は表示装置１０上のペン先１５のＸ方向移動量をＶＤ、ＶＥ、ＶＦ、ＶPSR から検出し、ＤX13 〜ＤX10 パラレル信号（この例では４ビットとしているが、ビット数については初期座標データで説明した通りである）にして出力する。例えば、ペン先１５がゲート線３本分移動すると、（ＤY13 ，ＤY12 ，ＤY11 ，ＤY10 ）＝（０，０，１，１）が出力され、ペン先１５が信号線９本分移動すると、（ＤX13 ，ＤX12 ，ＤX11 ，ＤX10 ）＝（０，０，１，１）が出力される（本実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各着色層で１つのＲＧＢ画素を形成するため出力が０、０、１、１となる）。
【００６５】
また、ＴＦＴ−ＬＣＤでは通常、図５に示した各着色層を１ドットと呼び、連続したＲＧＢ各１ドット計３ドットで１画素とするが、本実施例では１ドットを１画素と呼び、１画素をＲＧＢ画素と呼ぶ。
【００６６】
図１５はＹ方向移動量検出部４７の構成を示しており、Ｙ方向移動量検出部４７はレベルシフト部４９、シリアル信号発生部５０、パラレル信号発生部５１からなる。４９はＶＡ、ＶＢ、ＶＣを扱いやすいレベルのデジタルデータＶAO、ＶBO、ＶCOに変換し、シリアル信号発生部５０はＶAO、ＶBO、ＶCOを受けＹｕｐ方向の移動量を示すＶＹｕｐ信号と、Ｙｄｏｗｎ方向の移動量を示すＶＹｄｏｗｎ信号を出力する回路であり、パラレル信号発生部５１はＶＹｕｐ、ＶＹｄｏｗｎ信号を受けＹ方向の移動量を示すパラレル信号ＤY13 、ＤY12 、ＤY11 、ＤY10 を出力する。なお、ＤY13 、ＤY12 、ＤY11 、ＤY10 は補数表示で示されている。
【００６７】
Ｘ方向移動量検出部４８の構成もＹ方向移動量検出部４７と同様である（但し、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶAO、ＶBO、ＶCO、ＶＹｕｐ、ＶＹｄｏｗｎ、ＤY13 、ＤY12 、ＤY11 、ＤY10 をそれぞれＶＤ、ＶＥ、ＶＦ、ＶDO、ＶEO、ＶFO、ＶＸｕｐ、ＶＸｄｏｗｎ、ＤX13 、ＤX12 、ＤX11 、ＤX10 とする）。
【００６８】
図１６はレベルシフト部４９の構成を示しており、５２、５３、５４はコンパレータであり、５５は可変抵抗でＶON、ＶOFF からＶREF1を作っており、５６、５７、５８はＮチャネルＭＯＳトランジスターであり、５９、６０、６１は抵抗であり、６２はインバーターである。
【００６９】
図１７にレベルシフト部４９の動作例を示す。ＶＡ、ＶＢ、ＶＣはＤFA、ＤFB、ＤFCに入射する光エネルギーに応じたアナログ信号でＶOFF 〜ＧＮＤの振幅がある。５２、５３、５４のコンパレーターは、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣとＶREF1を比較してＶＡ、ＶＢ、ＶＣ＞ＶREF1の時ＶONを、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ＜ＶREF1の時ＶOFF を出力する。したがって、図１７のＶＡ、ＶＢ、ＶＣが入力されると図１７に示されるコンパレーター５２、５３、５４の出力が得られ、ＭＯＳトランジスター５６、５７、５８がソースフォロワとして動作しているので図１７のＶAO、ＶBO、ＶCOが得られる。
【００７０】
Ｘ方向移動量検出部４８に於けるレベルシフト部も図１６に示すレベルシフト部４９と同様な構成である（但し、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶAO、ＶBO、ＶCOをそれぞれＶＤ、ＶＥ、ＶＦ、ＶDO、ＶEO、ＶFOとする）。
【００７１】
図１８はＹ方向移動量検出部に於けるシリアル信号発生部５０の構成を示しており、ＳＷ０１、ＳＷ０２は６６の出力信号Ｑによって制御されるスイッチでありＱ＝Ｈｉｇｈレベル時ＳＷ０１、ＳＷ０２ともオフ、Ｑ＝Ｌｏｗレベル時ＳＷ０１、ＳＷ０２ともオンである。６３、６４は抵抗で、６５はＯＲ回路であり、６６はクリアー機能付Ｄフリップフロップである。Ｄフリップフロップ６６の具体例としてはＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰなどがある。
【００７２】
図１９はＸ方向移動量検出部に於けるシリアル信号発生部の構成を示しており、ＳＷ０３、ＳＷ０４は１９３の出力信号Ｑによって制御されるスイッチでありＱ＝Ｈｉｇｈレベル時ＳＷ０３、ＳＷ０４ともオフ、Ｑ＝Ｌｏｗレベル時ＳＷ０３、ＳＷ０４ともオンである。１９０、１９１は抵抗で、１９２はＯＲ回路であり、１９３はクリアー機能付Ｄフリップフロップである。１９３の具体例としてはＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰなどがある。
【００７３】
１９４はパルス３分の１回路であり、図２０で示される様な動作をする回路である。Ｘ方向移動量検出部に於けるシリアル信号発生部の構成及び動作はＹ方向移動量検出部に於けるシリアル信号発生部５０と同様であるが、Ｘ方向移動量検出部に於けるシリアル信号発生部にはパルス３分の１回路１９４がある。
【００７４】
図２０にパルス３分の１回路１９４の動作例を示す。パルス３分の１回路１９４は入力信号ＶＸｕｐ、ＶＸｄｏｗｎを受け、出力信号ＶＸｕｐ３、ＶＸｄｏｗｎ３を出力する回路であり、３つのＶＸｕｐパルス毎にＶＸｕｐ３を１パルス図２０の様に出力する（但し、ＶＸｕｐパルスが３パルスになる前にＶＸｄｏｗｎパルスが入力された場合、そのＶＸｄｏｗｎパルス数をＶＸｕｐパルス数から引く）。また、３つのＶＸｄｏｗｎパルス毎にＶＸｄｏｗｎ３を１パルス図２０の様に出力する（但し、ＶＸｄｏｗｎパルスが３パルスになる前にＶＸｕｐパルスが入力された場合、そのＶＸｕｐパルス数をＶＸｄｏｗｎパルス数から引く）。但し、パルス３分の１回路１９４に於いて、ＶＸｕｐとＶＸｄｏｗｎのパルスのカウント方法として、３パルスになるとリセットされパルス数のカウントは０になるものとする。
【００７５】
図２１はシリアル信号発生回路部５０の動作例を示している。なお、ｔdelay １はＯＲ回路６５の出力がＨｉｇｈレベルになり、Ｄフリップフロップの出力ＱがＨｉｇｈレベルになり、ＳＷ０１、ＳＷ０２がオフし、ＶＹｄｏｗｎ（又はＶＹｕｐ）がＬｏｗレベルになるまでの時間である。
【００７６】
Ｄフリップフロップ６６の出力ＱがＨｉｇｈの時ＳＷ０１、ＳＷ０２はオフしているのでＶＹｕｐ、ＶＹｄｏｗｎには抵抗６３、６４を通しＧＮＤ（この場合Ｌｏｗレベル）が供給される。ＶBOがＬｏｗになるとＤフリップフロップ６６がクリアーされ（参考文献：東芝集積回路技術資料「ハイスピードＣ２ＭＯＳ  ＴＣ７４ＨＣシリーズ１９９２」）ＱがＬｏｗになりＳＷ０１、ＳＷ０２はオンする。次にＶAO、ＶCOどちらか一方にＨｉｇｈが入力されると、ＯＲ回路６５の出力もＨｉｇｈになり、Ｄフリップフロップ６６の出力ＱもＨｉｇｈになり結果としてＳＷ０１、ＳＷ０２がオフするためＶＹｕｐ、ＶＹｄｏｗｎがＬｏｗになる。
【００７７】
図２２はＹ方向移動量検出部に於けるパラレル信号発生部５１の構成を示しており、６７、６８はカウンター（例えばＴＣ７４ＨＣ１６１ＡＰ）で、６９、７０、７１、７２はインバーターで２２０はＡＮＤ回路で、７３、７４、７５、７６はフルアダー回路（参考文献：ＣＱ出版社、猪飼國男／本多中二共著、ディジタル・システムの設計）で、フルアダー回路の構成例とカルノー図を図２４に示す。
【００７８】
図２４の７７は排他的論理和回路で７８、７９、８０はＮＡＮＤ回路で、８１は負論理入力ＯＲ回路である。
【００７９】
図２２はＶＹｄｏｗｎのパルス数からＶＹｕｐのパルス数を補数を用いて引く減算回路の構成となっている。
【００８０】
図２５は、図２２のパラレル信号発生部５１の動作例を示している。パラレル信号発生部５１は、ＶPSR 及びＶXSTOP （後ほど説明）が両方Ｈｉｇｈレベルにならないと２２０の出力がＬｏｗレベルであるため、カウンター６７及び６８の出力は全てＬｏｗレベルである。よって、ＤY13 、ＤY12 、ＤY11 、ＤY10 はＶＹｕｐ及びＶＹｄｏｗｎがどのように変化しようとも全て“Ｌｏｗ”となる。
【００８１】
本実施例ではこの様に、ＶPSR 及びＶXSTOP が両方Ｈｉｇｈレベル時のみ移動量を検出する（つまり、ペン入力状態でしかも初期座標データが検出されている時のみ移動量を検出可能とする）構成としているため、ペン入力装置の誤動作（意図しない情報が入力されてしまったり、初期座標データを検出できない内に移動量だけ意図しない場所に出力されてしまう）を防ぐことが可能である。
【００８２】
ＶPSR 及びＶXSTOP が両方Ｈｉｇｈレベル時は、カウンター６７及び６８からそれぞれＶＹｕｐ及びＶＹｄｏｗｎのパルス数に応じたカウント数が出力され、補数を用いて計算された値がフルアダー７３、７４、７５、７６から出力（ＤY13 、ＤY12 ，ＤY11 ，ＤY10 ）される。
【００８３】
図２３はＸ方向移動量検出部に於けるパラレル信号発生部の構成を示しており、２３１、２３２はカウンター（例えばＴＣ７４ＨＣ１６１ＡＰ）で、２３３、２３４、２３５、２３６はインバーターで２３０はＡＮＤ回路で、２３７、２３８、２３９、２４０はフルアダー回路（参考文献：ＣＱ出版社、猪飼國男／本多中二共著、ディジタル・システムの設計）である。
【００８４】
図２３のＸ方向移動量検出部に於けるパラレル信号発生部はＶＸｕｐ３のパルス数からＶＸｄｏｗｎ３のパルス数を補数を用いて引く減算回路の構成となっており、その構成及び動作はＹ方向移動量検出部に於けるパラレル信号発生部５１と同様である。
【００８５】
図２６は図１０の初期座標検出部３６の構成を示している。初期座標検出部３６はＸ方向の初期座標を検出するＸ方向初期座標検出部８２とＹ方向の初期座標を検出するＹ方向初期座標検出部８３で構成されている。
【００８６】
図２７にＹ方向初期座標検出部８３の構成を示す。
【００８７】
図２７の８４、９２、８５、９３はコンデンサーであり、ＳＷ１２、ＳＷ１３はＶPSR で制御されるスイッチでＶPSR がＨｉｇｈの時オフ、ＶPSR がＬｏｗの時オンである。８６、９４はダイオードであり、８７、９５はオペアンプで８８、９６はコンパレータで８９、９７はＶON、ＶOFF からそれぞれＶREF2、ＶREF3を作る可変抵抗であり、９０、９８はＰチャネルＭＯＳトランジスターで９１、９９はＮチャネルＭＯＳトランジスターで、１００はＯＲ回路で、１１４はクリアー機能付Ｄフリップフロップ（例：ＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰ）である。１０１はインバーターで、１０２はＯＲ回路で、１０３はインバーターで、１０４はカウンター（例：ＴＣ７４ＨＣ１６１）で、１０５、１０６、１０７、１０８は図２４に示されるフルアダー回路である。
【００８８】
図２７の構成要素の動作をそれぞれ簡単に説明すると、コンデンサー８４、８５、ダイオード８６でＶＢの高電圧側電圧変化をカットするクリップ回路を形成しており、ダイオード８６の順電圧がショットキーバリアダイオードのように低ければ（この場合理想的に０Ｖとする）０Ｖ以上の電圧変化をオペアンプ８７に入力させない動作をし、ＶＢからＶＢ−を作る（また、８４のコンデンサーの容量値は８５のコンデンサーの容量値よりも十分大きいことが望ましい）。８７はボルテージフォロワであり入力信号をインピーダンス変換し出力する。８８はコンパレータとして動作しており、ＶＢ−＞ＶREF2の時ＶONをＶＢ−＜ＶREF2の時ＶOFF を出力する。９０、９１はレベルシフト回路として動作しておりコンパレータ８８の出力を０Ｖ〜ＶDDの信号に変換する。
【００８９】
コンデンサー９２、９３、ダイオード９４でＶＢの低電圧側の電圧変化をカットするクリップ回路を形成しており、ダイオード９４の順電圧がショットキーバリアダイオードのように低ければ（この場合理想的に０Ｖとする）０Ｖ以下の電圧変化をオペアンプ９５に入力させない動作をし、ＶＢからＶＢ＋を作る（また、９２のコンデンサーの容量値は９３のコンデンサーの容量値よりも十分大きいことが望ましい）。９５はボルテージフォロワであり入力信号をインピーダンス変換し出力する。９６はコンパレータとして動作しており、ＶＢ＋＞ＶREF3の時ＶOFF をＶＢ＋＜ＶREF3の時ＶONを出力する。９８、９９はレベルシフト回路として動作しておりコンパレータ９６の出力を０Ｖ〜ＶDDの信号に変換する。
【００９０】
Ｄフリップフロップ１１４はＣＬＫの立ち上がり時にＨｉｇｈを出力し、その後ＶPSR がＬｏｗになるまでＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈを維持する。
【００９１】
１０４はカウンターとして動作しており、ＥＮＰ＝Ｌｏｗ時カウンター動作ストップし、クリアー端子にＬｏｗが入力されると出力をＬｏｗにする。カウンター１０４の動作については参考文献（東芝集積回路技術資料「ハイスピードＣ２ＭＯＳ  ＴＣ７４ＨＣシリーズ１９９２」）などがある。
【００９２】
１０５、１０６、１０７、１０８はフルアダー回路（具体的回路構成とカルノー図を図２４に示す。参考文献：ＣＱ出版社、猪飼國男／本多中二共著、ディジタル・システムの設計）として動作しており、カウンター１０４の出力にＤYa3 、ＤYa2 、ＤYa1 、ＤYa0 を加える。ＤYa3 、ＤYa2 、ＤYa1 、ＤYa0 はＤY03 、ＤY02 、ＤY01 、ＤY00 の初期状態を決めるためのもので、アレイ基板８やペン入力デバイス１や表示装置１０や液晶層２４の温度特性等のため図２６の８３によるＹ方向初期座標検出に誤差が生じた場合、図１のペン入力装置を使う使用者が任意に設定して調整するための信号であり、スイッチ（図示せず）などでＨｉｇｈ、Ｌｏｗ信号を入力する。また、この信号は製品完成時に調整し入力し固定してもよく、基本的にペン入力装置の座標検出精度を向上させるもので、実際これによりペン入力装置の個体差および温度特性等による誤差をおさえることができる。
【００９３】
２７０は立ち上がりエッジ検出回路であり、図２９に示される様にその出力はＳＴＶの立ち上がりエッジ後直ちにＨｉｇｈになるがその後すぐＬｏｗになる。尚、このＳＴＶはライン同期信号、ＣＰＶは画素同期信号である。
【００９４】
Ｙ方向初期座標検出部８３の動作を図２８に示す。
【００９５】
図１１のシステムリセットＶPSR ＝Ｈｉｇｈの時ＳＷ１２、ＳＷ１３はオフであり、ＶPSR ＝Ｌｏｗの時ＳＷ１２、ＳＷ１３はオンである。ＳＷ１２、ＳＷ１３がオンしている時ＶＢ＋、ＶＢ−はＧＮＤ（８６、９３の順電圧は理想的に０Ｖとする）であり、ＶREF2、ＶREF3を図２８の様に設定するとコンパレータ８８、９６の出力はＶONとなりＯＲ回路１００の出力はＬｏｗとなり、ＶPSR ＝ＬｏｗであるのでＶＹＳＯＴＰはＬｏｗである。この時ＥＮＰ＝Ｈｉｇｈであるのでカウンター１０４はカウントを行う。その後ＶPSR ＝Ｈｉｇｈになり、ＳＷ１２、ＳＷ１３がオフし、ＶＢに電圧変化が生じ図２８に示される様なオペアンプ８７及び９５の出力が得られるとＶＢ−＜ＶREF2となったときＯＲ回路１００の出力がＬｏｗからＨｉｇｈになるのでＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈとなり、ＥＮＰ＝Ｌｏｗとなるのでカウンタ１０４のカウント動作は停止してｔｃｏｕｎｔ時間にカウントされたカウント数を保持し、フルアダー１０５、１０６、１０７、１０８に出力する。フルアダー１０５、１０６、１０７、１０８はカウンタ１０４の出力にＤYa3 、ＤYa2 、ＤYa1 、ＤYa0 を加算しＤY03 、ＤY0２、ＤY0１、ＤY00 として出力する。
【００９６】
また、カウンタ１０４の動作から明らかな様に、ＶYSTOP ＝Ｌｏｗ時にＳＴＶ＝Ｈｉｇｈになるとカウンタ１０４の出力はクリアーされ全てＬｏｗになる。
【００９７】
１ＣＰＶ期間は、図１のＣｓ線駆動部９が動作している時（ＶPSR ＝Ｈｉｇｈ、ＶYSTOP ＝Ｌｏｗ）、隣接するＣｓ線に於いて、Ｃｓ線にＶONが印加されるまでの時間差に相当し、ＳＴＶで１０４がリセットを掛けられることで、図２７に示す回路は、Ｃｓ線駆動部９がＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈになった時何番目のＣｓ線を走査していたのかを、ＣＰＶをカウンタ１０４でカウントすることで検出する。つまり、ＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈになった時（ＤY03 ，ＤY02 ，ＤY01 ，ＤY00 ）＝（０，０，１，１）ならば、ＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈになった時ゲート線駆動部３は３番目のゲート線を駆動していたことになる（但し、ＤYa3 、ＤYa2 、ＤYa1 、ＤYa0 はそれぞれＬｏｗレベル“０”である）。
【００９８】
図３０は図１のＸ駆動部４の構成を示しており、ＳＷＸ１、ＳＷＸ２、ＳＷＸ３はＡＮＤ回路３５０で制御されるスイッチで３５０の出力がＨｉｇｈの時オンで３５０の出力がＬｏｗの時オフである。
【００９９】
ＳＷＸ４、ＳＷＸ５、ＳＷＸ６はクリアー機能付Ｄフリップフロップ（例：ＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰ）１１５で制御されるスイッチでＤフリップフロップ１１５の出力ＱがＨｉｇｈの時オンでＤフリップフロップ１１５の出力ＱがＬｏｗの時オフである。
【０１００】
ＳＷＸ７、ＳＷＸ８（図示せず）、ＳＷＸ９（図示せず）はクリアー機能付Ｄフリップフロップ（例：ＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰ）１１６で制御されるスイッチで１１６の出力ＱがＨｉｇｈの時オンで１１６の出力ＱがＬｏｗの時オフである。
ＳＷＸｎ−２、ＳＷＸｎ−１、ＳＷＸｎはクリアー機能付Ｄフリップフロップ（例：ＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰ）１１７で制御されるスイッチで１１７の出力ＱがＨｉｇｈの時オンでＤフリップフロップ１１７の出力ＱがＬｏｗの時オフである。
【０１０１】
ＳＷＸ７とＳＷＸｎ−２の間にはＤフリップフロップ１１５と同様なクリアー機能付Ｄフリップフロップ（図示せず）で制御されるスイッチＳＷＸ８〜ＳＷＸｎ−３（図示せず）が設けられており、図３０に示したスイッチと同様に制御されている。つまり、３つのスイッチが同じクリアー機能付Ｄフリップフロップで制御されている。従って、ＳＷＸ８〜ＳＷＸｎ−３のスイッチ数を３で割った数のクリアー機能付Ｄフリップフロップがある。１１８及びＡＮＤ回路３５０はＡＮＤ回路であり、１１９はインバーター回路である。
【０１０２】
図３１にＸ駆動部４の動作例を示す。排他的論理和回路１２０（図１参照）、ＡＮＤ回路１１８、インバータ１１９、ＡＮＤ回路３５０の動作から明らかな様にＶＹＳＯＴＰ＝ＶXSTOP の時排他的論理和回路１２０の出力はＬｏｗでＳＷ１〜ＳＷｎはオンするが、ＶＹＳＯＴＰ≠ＶXSTOP の時排他的論理和回路１２０の出力はＨｉｇｈでＳＷ１〜ＳＷｎはオフする。
【０１０３】
ＳＷＸ１〜ＳＷＸｎはＶＹＳＯＴＰ＝Ｈｉｇｈ及びＶXSTOP ＝Ｌｏｗ及びＶPSR ＝Ｈｉｇｈの時選択的にオンするが、ＶXSTOP ＝Ｈｉｇｈ又はＶPSR ＝Ｌｏｗの時全てオフする。従って、ＳＷ１〜ＳＷｎがオンしＳＷＸ１〜ＳＷＸｎがオフしている時信号線（Ｓ１−Ｓｎ）には２の出力に応じた信号線電圧が書き込まれている。
【０１０４】
ＳＷ１〜ＳＷｎがオフしＳＷＸ１〜ＳＷＸｎが選択的にオンしている時、選択された信号線（Ｓ１−Ｓｎ）にはＣＰＶのタイミングに応じてＶONが書き込まれていく。また、信号線は図３１で示されている通り、３つの信号線に同じタイミングでＶONが書き込まれている。（例：Ｓ１とＳ２とＳ３に同じタイミングでＶONが書き込まれている）図３１に於いて、Ｓｎは信号線Ｓｎに印加される信号線電圧を意味する。
【０１０５】
図３２に図２６のＸ方向初期座標検出部８２の構成を示す。図３２において、１２１、１２２、１２３、１２４はコンデンサーで、ＳＷ１４、ＳＷ１５はＶYSTOP で制御されるスイッチでありＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈの時オフでＶYSTOP ＝Ｌｏｗの時オン。１２５、１２６はダイオードであり、１２７、１２８はオペアンプで１２９、１３０はコンパレータで１３１、１３２はＶON、ＶOFF からそれぞれＶREF4、ＶREF5を作る可変抵抗であり、１３３、１３５はＰチャネルＭＯＳトランジスターで１３４、１３６はＮチャネルＭＯＳトランジスターで、１３７はＯＲ回路で、１３８はクリアー機能付Ｄフリップフロップ（例：ＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰ）である。１４０はインバーターで、１３９はＯＲ回路で、１４１はカウンター（例：ＴＣ７４ＨＣ１６１）で、１４２、１４３、１４４、１４５は図２４に示されるフルアダー回路である。
【０１０６】
図３２の構成要素の動作をそれぞれ簡単に説明すると、コンデンサ１２１、１２３、ダイオード１２５でＶＢの高電圧側電圧変化をカットするクリップ回路を形成しており、ダイオード１２５の順電圧がショットキーバリアダイオードのように低ければ（この場合理想的に０Ｖとする）０Ｖ以上の電圧変化をオペアンプ１２７に入力させない動作をし、ＶＢからＶＢＸ−を作る（また、１２１のコンデンサーの容量値は１２３のコンデンサーの容量値よりも十分大きいことが望ましい）。オペアンプ１２７はボルテージフォロワであり入力信号をインピーダンス変換し出力する。
【０１０７】
１２９はコンパレータとして動作しており、ＶＢＸ−＞ＶREF4の時ＶONをＶＢＸ−＜ＶREF4の時ＶOFF を出力する。１３３、１３４はレベルシフト回路として動作しておりコンパレータ１２９の出力を０Ｖ〜ＶDDの信号に変換する。
【０１０８】
コンデンサ１２２、１２４、ダイオード１２６でＶＢの低電圧側の電圧変化をカットするクリップ回路を形成しており、ダイオード１２６の順電圧がショットキーバリアダイオードのように低ければ（この場合理想的に０Ｖとする）０Ｖ以下の電圧変化をオペアンプ１２８に入力させない動作をし、ＶＢからＶＢＸ＋を作る（また、１２２のコンデンサーの容量値は１２４のコンデンサーの容量値よりも十分大きいことが望ましい）。１２８はボルテージフォロワであり入力信号をインピーダンス変換し出力する。
【０１０９】
１３０はコンパレータとして動作しており、ＶＢＸ＋＞ＶREF5の時ＶOFF をＶＢＸ＋＜ＶREF5の時ＶONを出力する。１３５、１３６はレベルシフト回路として動作しておりコンパレータ１３０の出力を０Ｖ〜ＶDDの信号に変換する。Ｄフリップフロップ１３８はＣＬＫの立ち上がり時にＨｉｇｈを出力し、その後ＶPSR がＬｏｗになるまでＶXSTOP ＝Ｈｉｇｈを維持する。
【０１１０】
１４１はカウンター（例：７４ＨＣ１６１）として動作しており、ＥＮＰ＝Ｌｏｗ時カウンター動作ストップし、クリアー端子にＬｏｗが入力されると出力をＬｏｗにする。カウンタ１４１の動作については参考文献（東芝集積回路技術資料「ハイスピードＣ２ＭＯＳ  ＴＣ７４ＨＣシリーズ１９９２」）などがある。１４２、１４３、１４４、１４５はフルアダー回路（加算回路）（図２４参考、参考文献：ＣＱ出版社、猪飼國男／本多中二共著、ディジタル・システムの設計）として動作しており、カウンタ１４１の出力にＤXa3 、ＤXa2 、ＤXa1 、ＤXa0 を加える。ＤXa3 、ＤXa2 、ＤXa1 、ＤXa0 はＤX03 、ＤX02 、ＤX01 、ＤX00 の初期状態を決めるためのもので、アレイ基板８やペン入力デバイス１や表示装置１０や液晶層２４の温度特性等のためＸ方向初期座標検出部８２によるＸ方向初期座標検出に誤差が生じた場合図１のペン入力装置を使う使用者が任意に設定して調整するための信号であり、スイッチ（図示せず）などでＨｉｇｈ、Ｌｏｗ信号を入力する。また、この信号は製品完成時に調整し入力し固定してもよく、基本的にペン入力装置の座標検出精度を向上させるもので、実際これにより個体差および温度特性等による誤差をおさえることができる。
【０１１１】
図３３はＸ方向初期座標検出部８２の動作を示しており、オペアンプ１２７の出力＜ＶREF4となりコンパレータ１２９がＶOFF を出力しＯＲ回路１３７の出力が０Ｖ〜ＶDDに変化しＤフリップフロップ１３８の出力ＶXSTOP がＨｉｇｈになる。すると、カウンタ１４１のＥＮＰ＝Ｌｏｗとなり、カウンタ１４１のカウント動作はストップする。従って、ＶYSTOP ＝ＨｉｇｈになってＶXSTOP ＝Ｈｉｇｈになるまでの期間カウンタ１４１はカウントしその後ＶPSR ＝Ｌｏｗになるまでその値を維持する。Ｘ方向初期座標検出部の基本動作及びその基本構成はＹ方向初期座標検出部と同様である。
【０１１２】
図３４に図１０のＹ座標検出部３９の構成を示す。図３４において、１０９、１１０、１１１、１１２はそれぞれ図２４に示される様なフルアダー回路であり、これらで加算回路を構成し、ＤY03 −ＤY00 にＤY13 −ＤY10 を加算し、ＤY3、ＤY2、ＤY1、ＤY0を出力している。
【０１１３】
ＤY3、ＤY2、ＤY1、ＤY0はペン先１５の表示装置１０上の位置を示しており、（ＤY3，ＤY2，ＤY1，ＤY0）＝（０，０，１，１）ならばＣｓ線Ｃ３で制御される画素電極上（ゲート線Ｇ３で制御されるＴＦＴによって制御される画素電極上）にペン先１５が配置しており、（ＤY3，ＤY2，ＤY1，ＤY0）＝（０，１，１，１）ならばＣｓ線Ｃ７で制御される画素電極上（ゲート線Ｇ７で制御されるＴＦＴによって制御される画素電極上）にペン先１５が配置していることを示している。
【０１１４】
また、Ｘ座標検出部の構成も図３４に示したＹ座標検出部の構成と同様である（但し、ＤY03 −ＤY00 、ＤY13 −ＤY10 、ＤY3、ＤY2、ＤY1、ＤY0をＤX03 −ＤX00 、ＤX13 −ＤX10 、ＤX3、ＤX2、ＤX2、ＤX0とする）。
【０１１５】
図３５に図１のＣｓ線駆動部９の構成を示す。図３５の１４６はＶYSTOP の信号をｔｃｓディレイさせて出力するディレイ回路であり、ＳＷＺ１〜ＳＷＺｌはＶYSTOP で制御されるスイッチでＶYSTOP ＝Ｌｏｗの時オンしＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈの時オフするがディレイ回路１４６があるためＶYSTOP がＬｏｗ〜Ｈｉｇｈに変化してもすぐにはオフせず、ｔｃｓ後オフする。
【０１１６】
１４７は排他的論理和回路であり、１４８はパルス幅変調回路であり図３７の様にＳＴＶのパルス幅を任意の幅に変調し、パルス幅を何倍にするかは任意に設定可能である。１４９、１５０、１５１、１５２はクリアー機能付Ｄフリップフロップ（例：ＴＣ７４ＨＣ７４ＡＰの様な動作をする）であり全て図示していないが実際はこれがＣｓ線の数だけある。レベルシフト回路はそれぞれのクリアー機能付フリップフロップからＨｉｇｈが入力された時ＶONを出力し、Ｌｏｗが入力された時ＶOFF を出力する。
【０１１７】
図３６に、図３５で示したＣｓ線駆動部の動作を示す。ＶYSTOP ＝ＬｏｗでＶPSR ＝Ｈｉｇｈになると排他的論理和１４７の出力がＨｉｇｈになるため、１４９、１５０、１５１、１５２は（図示していない他のクリアー機能付Ｄフリップフロップも同様）ＣＰＶの立ち上がりエッジに同期して入力データを出力し再度ＣＰＶの立ち上がりエッジが入力されるまでその出力を保持する。従って、図３６のＣＰＶ、ＳＴＶが入力されると図３６のＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３を出力する（ＶＣ１はＣｓ駆動部が出力しＣ１に印加する電圧を意味する他のＶＣ２〜ＶＣｌについても同様である）。なお、１４８はパルス幅を２倍に変調しており、ＶPSR ＝Ｈｉｇｈ時にＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈになると、排他的論理和１４７の出力がＬｏｗになるためＣｓ駆動部の出力（ＶＣ１〜ＶＣｌ）が一端全てＶOFF になり、その後ｔｃｓ遅れでＳＷＺ１〜ＳＷＺｌがオフし出力をハイインピーダンス状態にする。従って、Ｃｓ線（Ｃｓ１〜Ｃｓｌ）には電圧が直接供給されない。なお、１４８によるパルス幅変調は液晶層２４の応答速度（電圧が印加されてから光学特性が変化するまでの時間で通常輝度変化の１０％〜９０％までの時間を指す）に応じて変更すべきであり、応答時間の長い場合パルス幅を長くして、応答時間の短い場合パルス幅を短くするのが望ましい。
【０１１８】
図３８に図１のゲート線駆動部３の動作を示す。ゲート線駆動部３はＶPSR ＝ＨｉｇｈでＶXSTOP ＝Ｌｏｗの時、アレイ基板８上のＴＦＴが全てオフするようにＶOFF をゲート線（Ｇ１−Ｇｍ）にいったん書込む。その他の期間は正常動作しており、図３８に示す様ＣＰＶ、ＳＴＶのタイミングによりＧ１、Ｇ２、Ｇ３…（ここではゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…に書き込まれる電圧を意味する）を出力する。
【０１１９】
図３９に図１の信号線駆動部２の動作例を示す。本実施例において、対向電極３２に印加されている対向電極電圧はＧＮＤ（表示特性に応じて調整可能であるが対向電極３２には直流電圧を印加する）であり、信号線の信号線電圧がＧＮＤよりも高電位側のとき正極性とし、信号線の信号線電圧がＧＮＤよりも低電位側のとき負極性とし、２はｎ−１フレームとｎ＋１フレーム時（又はｎ−１ラインとｎ＋１ライン時）に奇数番目の信号線（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、…Ｓｎ−１）に負極性の信号線電圧を書込み、偶数番目の信号線（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、…Ｓｎ）に正極性の信号線電圧を書込む。また、ｎフレーム時（又はｎライン時）に奇数番目の信号線（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、…Ｓｎ−１）に正極性の信号線電圧を書込み、偶数番目の信号線（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、…Ｓｎ）に負極性の信号線電圧を書込む。
【０１２０】
上述した極性の切り替えがフレーム毎の時を信号線反転駆動又は電源レベルシフト駆動（参考文献：土田他、ＩＴＥ  ’９４「５ＶドライバＩＣによる信号線反転駆動の実現」）と呼び、ライン毎の時をドット反転駆動と呼ぶ。これらの駆動法の参考文献として（日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９４〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９２年６月号、Ｉｋｅｄａ、Ｎ他、１９９２、Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  １９９２  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、講演番号５．６、Ｍａｙ１９９２）などがある。
【０１２１】
以下に本発明にかかわるペン入力表示装置の実際の動作を説明していく。以下の説明に於いて、特に断りがない場合、ＶDD＝５Ｖ、ＶCC＝−５Ｖである。
【０１２２】
図４０にｔ＝ｔ１におけるペン先１５の表示装置１０上での位置を示す。
【０１２３】
図４０に於いて、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆはそれぞれフォトダイオードアレイ１７のＡ受光面、Ｂ受光面、Ｃ受光面、Ｄ受光面、Ｅ受光面、Ｆ受光面であり、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…は信号線であり、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…はゲート線である。信号線及びゲート線上には図５のブラックマトリックス２９が配置されている（図４０では図が複雑になるのを避けるため、ブラックマトリックス２９と信号線またはゲート線を同じ線として表している。また、ゲート線がブラックマトリックスの役割をする場合（参考文献：Ｔ．Ｕｅｄａ  ｅｔ  ａｌ．ＳＩＤ９３Ｄｉｇｅｓｔ  ７３９−７４２）やブラックマトリックス２９がアレイ基板８上に存在する場合（参考文献：日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９１年４月号−１９９４年７月号）も同様に取り扱うことが可能である。このブラックマトリックス２９の詳細については参考文献（日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９４〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９１年４月号−１９９４年７月号）などがある。
【０１２４】
図４０のＧ１Ｓ１はＧ１とＳ１で制御されるＴＦＴにつながっている画素電極面（画素電極）を示しており、画素電極上には図４、図５で示された通り液晶層２４と着色層３０が配置されている（参考文献：日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９４〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９１年４月号−１９９４年７月号）。Ｇ１Ｓ２、Ｇ２Ｓ１もＧ１Ｓ１と同様であり、他の画素電極面も同様である（例えば、Ｄの下にあるＧ３Ｓ４など）。
【０１２５】
また、着色層３０にはＲ着色層、Ｇ着色層、Ｂ着色層の三種類があり、Ｓ１、Ｓ４、Ｓ７…で制御されるＴＦＴに繋がっている画素電極面上にはＲ着色層が、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ８…で制御されるＴＦＴに繋がっている画素電極面上にはＧ着色層が、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ９…で制御されるＴＦＴに繋がっている画素電極面上にはＢ着色層がそれぞれ配置されており、他の画素電極面上にもこのような順番で各着色層が配置されている。
【０１２６】
図４１に、ＶPSR がＨｉｇｈになり、ゲート線駆動部３の出力が全てＶOFF になり、Ｃｓ線駆動部９が動作している時の画素電極電圧のタイミングを示す。ＣＰＶとＶＣ３のタイミングについては図３６で示した通りである。
【０１２７】
ＶPG3S4 はＧ３Ｓ４に書き込まれている電圧であり、ＶPG3S6 はＧ３Ｓ６に書き込まれている電圧であり、ＶPG3S5 はＧ３Ｓ５に書き込まれている電圧である。
【０１２８】
ｔ＝ｔ１時、Ｇ３Ｓ４にはＶDDがＧ３Ｓ６にはＧＮＤがＧ３Ｓ５にはＶCCが印加されており、対向電極電圧がＧＮＤのため図４２に示した表示特性のＶ−Ｔ特性より（参考文献：日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９２年６月号）、Ｇ３Ｓ４には黒がＧ３Ｓ５には黒がＧ３Ｓ６にはブルーが表示されている（表示装置はノーマリーホワイト）。ｔ＝ｔ２時各画素電圧には突き上げ電圧が生じているが、これを以下に説明する。
【０１２９】
図４３に、本実施例に於けるアレイ基板８に於ける画素容量モデルを示す（参考文献：鈴木他、テレビジョン学会誌  Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．５、ｐｐ６４９−６５５、富田他、ＥＩＤ９１−１２０ｐｐ２９−ｐｐ３４、日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５）。
【０１３０】
図４３に於いて、Ｇ３は図４０のゲート線をＳ６は図４０の信号線をＣ３は図４０のＣｓ線を示し、Ｃｓｉｇ，ｇは１画素における信号線とゲート線のカップリング容量を、ＣｇｓはＴＦＴのゲートと画素電極のカップリング容量を、ＣＬＣは１画素における対向電極２５と画素電極間の液晶容量を、Ｃｓは画素電極とＣｓ線とのカップリング容量（補助容量）を、Ｃｇ，ｃｏｍは１画素におけるゲート線と対向電極２５のカップリング容量を、Ｃｐ，ｓｉｇは１画素における信号線と画素電極Ｇ３Ｓ６のカップリング容量を、Ｃｓｉｇ，ｃｓは１画素における信号線とＣｓ線のカップリング容量をそれぞれ示す。
【０１３１】
本実施例に関わる表示装置１０の画素容量は、図４３に示した画素容量モデルで表現することが可能である。
【０１３２】
この様な画素容量モデルにおいて、ｔ＝ｔ１時にＧ３＝ＶOFF 、ＶPG3S6 ＝０Ｖ、Ｓ６＝０Ｖ、Ｃ３＝ＶOFF であるとするとＧ３Ｓ６に蓄えられている電荷ＱG3S6(t1)はＣｐ、ｓｉｇの影響を無視すると
ＱG3S6(t1)  ＝−ＶOFF ＊（Ｃs ＋Ｃgs）［Ｃ］              …（１）となり、ｔ＝ｔ２時にＧ３＝ＶOFF 、Ｃ３＝ＶON、ＶPG3S6 ＝ＶPG3S6 （ｔ２）、Ｓ６＝０ＶであるとするとＴＦＴがオフしているのでＧ３Ｓ６に蓄えられている電荷ＱG3S6(t2)は
0003866336.tif 000002
但し、ＶPG3S6 （ｔ２）はｔ＝ｔ２時のＧ３Ｓ６の電位である。また、ＴＦＴがオフしているので
ＱG3S6(t1)= ＱG3S6(t2)                                    …（３）となり、（１）、（２）、（３）式を計算すると、
0003866336.tif 000003
となり、（４）式で表されるＶPG3S6 （ｔ２）が得られる。ここで具体的数値として、ＶON＝２５Ｖ、ＶOFF ＝−１０Ｖ、Ｃｓ＝０．５ＰＦ、Ｃｇｓ＝０．０２ＰＦ、ＣＬＣ＝０．３ＰＦとすると、
ＶPG3S6(t2) ＝ 21.34Ｖ                                    …（５）
となる。但し、小数点３桁以下は四捨五入した。
【０１３３】
よって、ＶPG3S6 が０Ｖ〜２１．３４Ｖに変化することが示された（ＶPG3S4 は５Ｖ〜２６．３４Ｖ、ＶPG3S5 は−５〜１６．３４Ｖに変化）。このＶPG3S6 の変化分を、突き上げ電圧と呼び（ここではＣｓ線による突き上げ電圧である）、ここではＣ３がＶOFF 〜ＶONに変化した際生じる突き上げ電圧は２１．３４Ｖとなる。
【０１３４】
図４４に、本実施例にかかわるバックライト１１の相対出力及び各着色層３０の透過率特性及びフォトダイオードアレイ１７のフォトダイオード（ＤFA、ＤFB、ＤFC、ＤFD、ＤFE、ＤFF）の受光感度特性を示す。
【０１３５】
図４４（ａ）はバックライト１１の相対出力を示しており横軸は波長を縦軸は最大出力を１００％と正規化した相対出力を示しており、波長４３０ｎｍ〜４４０ｎｍ、５４０ｎｍ〜５５０ｎｍ、６１０ｎｍ〜６２０ｎｍに於いて同等に最大相対出力１００％が出力されているが他の帯域では、相対出力０％で出力されていない。
【０１３６】
図４４（ｂ）は各着色層の透過率特性を示しており、横軸に波長を縦軸に最大透過率を１００％と正規化した相対透過率を示している。Ｂ着色層では波長４００ｎｍ〜５００ｎｍに於いて透過率１００％で他の帯域では０％である。Ｇ着色層では波長５００ｎｍ〜６００ｎｍに於いて透過率１００％で他の帯域では０％である。Ｒ着色層では波長６００ｎｍ〜７００ｎｍに於いて透過率１００％で他の帯域では０％である。
【０１３７】
図４４（ｃ）はフォトダイオードの受光感度特性を示しており、横軸には波長を縦軸には最高感度波長での感度を１００％と正規化した相対感度（％）を示している。この様にフォトダイオードの受光感度特性は波長に対して均一ではない。従って、放射束が同じでも波長成分が著しく異なっていると得られるフォトダイオードの出力電流も異なってしまうのである。
【０１３８】
図４５にフォトダイオードＤFBの受光面に入射する入射光の様子を示す。図４５（ａ）はｔ＝ｔ１に於ける受光成分を示しており、ｔ＝ｔ１時図４１で示されている通りＶPG3S5 ＝ＶCC、ＶPG3S6 ＝ＧＮＤ、ＶPG3S4 ＝ＶDDであるため図４２より、Ｇ３Ｓ５とＧ３Ｓ６とＧ３Ｓ４を合わせ青色が表示されている。図４５（ｂ）はｔ＝ｔ２に於けるフォトダイオードＤFBの受光成分を示しており、前述の通りの電圧設定になっているため図４２より、Ｇ３Ｓ５とＧ３Ｓ６とＧ３Ｓ４を合わせ黒色が表示されている。なお、図４５（ａ）、（ｂ）の横軸は波長を、縦軸は最大入力を１００％と正規化したフォトダイオードＤFBの受光面に入射する放射束の相対入力を示す。
【０１３９】
なお、液晶層２４には電圧が印加されてから光学特性が変化するまでの時間が存在する。これを一般に応答速度（参考文献：工業調査会「液晶ディスプレイのすべて」佐々木／苗村著、講談社サイエンティフィク「液晶材料」くさ林編）と呼び、ＴＮ液晶で２０ｍｓｅｃ程である。図３６に示したＣｓ線駆動部の出力電圧（ＶＣ１、ＶＣ２、…、ＶＣｌ）のパルス幅（ＶONを出力している時間）は２ＣＰＶ分であるが、このパルス幅は液晶層の応答速度に応じて変えるのが望ましく、ＶＧＡクラスでは１ＣＰＶ期間（１走査期間）約４０μｓｅｃであるので、ＴＮ液晶では２ＣＰＶ分以上とるのが望ましく（より望ましくは５ＣＰＶ〜４００ＣＰＶの間で、もっとより望ましくは１０ＣＰＶ〜３００ＣＰＶの間である）、応答速度が２００μｓｅｃ程の反強誘電性液晶や強誘電性液晶では１ＣＰＶ分以上とるのが望ましい（より望ましくは１ＣＰＶ〜２００ＣＰＶの間で、もっとより望ましくは２ＣＰＶ〜１００ＣＰＶの間である）。また、ＳＶＧＡクラスでは、１ＣＰＶ期間が約３２μｓｅｃであるので、それぞれの液晶材料に於いて、ＶＧＡクラスの１．２５倍のパルス幅をとるのが望ましく、ＸＧＡクラスでは１ＣＰＶ期間が約２５μｓｅｃであるので、それぞれの液晶材料に於いて、ＶＧＡクラスの１．６倍のパルス幅をとるのが望ましい。つまり、ＴＮ液晶ではパルス幅を８０μｓｅｃ以上とるのが望ましく（より望ましくは２００μｓｅｃ〜１６０００μｓｅｃの間で、もっとより望ましくは４００μｓｅｃ〜１２０００μｓｅｃの間である）、応答速度が２００μｓｅｃ程の反強誘電性液晶や強誘電性液晶ではパルス幅を４０μｓｅｃ以上とるのが望ましい（より望ましくは４０μｓｅｃ〜８０００μｓｅｃの間で、もっとより望ましくは８０μｓｅｃ〜４０００μｓｅｃの間である）。
【０１４０】
なぜなら、図４６（ａ）〜（ｃ）に示した様に各液晶材料によって、応答速度は著しくことなり、Ｃｓ線駆動部の出力電圧（ＶＣ１、ＶＣ２、…、ＶＣｌ）のパルス幅が十分長くないと、液晶相２４の透過率変化が十分生じず、光信号変換部３４のフォトダイオードで表示装置１０の光透過率変化を正確に検出できず、初期座標検出の誤検出が生じてしまう。例えば応答速度が２０ｍｓｅｃのＴＮ液晶で１ＣＰＶが２０μｓｅｃで表示装置１０の最大輝度が１００［ｃｄ／ｍｍ2 ］の場合、Ｃｓ線駆動部の出力電圧（ＶＣ１、ＶＣ２、…、ＶＣｌ）のパルス幅が１ＣＰＶ期間であれば、表示装置１０の光透過率変化として約０．１％程しか生じず（輝度変化としては約０．１［ｃｄ／ｍｍ2 ］である）、これを高性能なフォトダイオードで検出できたとしてもこの程度の変化は外部光及びバックライトの輝度変化として生じる可能性があり、その都度誤動作してしまう。Ｃｓ線駆動部の出力電圧（ＶＣ１、ＶＣ２、…、ＶＣｌ）のパルス幅を２ＣＰＶ期間とすれば、表示装置１０の光透過率変化として約０．２％程生じ（輝度変化としては約０．２［ｃｄ／ｍｍ2 ］である）、雑音に対して強くなるため、誤動作を少なくすることが可能である。なお、図４６の（ａ）〜（ｃ）に於いて、縦軸は液晶印加電圧及び透過率を示し、横軸は時間を示す。
【０１４１】
説明をもとに戻すと、図４５の（ａ）と（ｂ）に示されるフォトダイオードＤFBの受光面に入射する放射束変化及びフォトダイオードＤFBの受光感度特性のため（表示が青色から緑色に変化した場合等）、フォトダイオードＤFBに出力変化が生じる。図４５の（ｃ）と（ｄ）はそれぞれフォトダイオードの受光感度特性を考慮した場合の受光成分を示しており横軸に波長を、縦軸にフォトダイオードの受光感度特性を考慮した場合の最大入力を１．０と正規化したフォトダイオードの受光面に入射する放射束の相対入力を示す。（ｃ）と（ｄ）からｔ＝ｔ１〜ｔ＝ｔ２に於いてフォトダイオードの受光感度特性を考慮した場合フォトダイオードの受光面に入射する放射束の相対入力が変化し、結果として図１３からフォトダイオードの出力電流が変化する。
【０１４２】
以上を考慮し、本実施例に関わる初期座標検出方法を具体的に説明する。
【０１４３】
以下に、表示装置１０上に於けるペン先１５のＹ方向初期座標検出の詳細を説明する。
【０１４４】
使用者がペン先１５を図４０に示す表示装置の位置に配置したとするとＶPSR がＨｉｇｈになり、ゲート線駆動部３の出力が全てＶOFF になり、Ｃｓ駆動部９が動作し始め、図２７のＳＷ１２、ＳＷ１３がオフし、その時バックライト１１からＧ３Ｓ４、Ｇ３Ｓ６、Ｇ３Ｓ５を通してくる放射束に応じた出力電流がＤFBに流れ、図１２の光信号変換部３４によって図１２のようにＤFBの出力電流に応じたＶＢが得られ、コンデンサ８４と９２にＶＢが保持される（但し、ＳＷ１２、ＳＷ１３はコンデンサ８４、９２にＶＢが書き込まれた後オフする）。その後図４１に示すタイミングで突き上げ電圧が生じ、液晶層２４の光学的変化によりフォトダイオードの出力電流が減少しＶＢが上昇すると図２７のコンデンサ９２、９３、ダイオード９４の動作から明らかな様に図４７に示す様にオペアンプ９５の出力も上昇し、オペアンプ９５の出力がＶREF3以上になるとコンパレータ９６はＶOFF を出力し、ＯＲ回路１００の出力はＨｉｇｈになる。ペン先１５が表示装置として接触しているのでＶPSR ＝Ｈｉｇｈであり、結果として図４７に示すタイミングでＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈになる。
【０１４５】
ＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈになるタイミングは、ペン先１５が表示装置のＹ方向のどの位置にあるかによって左右される。なぜなら、生じる突き上げ電圧はＣｓ線電圧が立ち上がることによって生じ、各Ｃｓ線のＶONが立ち上がるタイミングは図３６で明らかな様にＳＴＶ、ＣＰＶのタイミングによって決まっており、Ｃ１ならばＳＴＶがＨｉｇｈになった後１ＣＰＶでＶONが立ち上がり、Ｃ２ならば２ＣＰＶでＶONが立ち上がり、Ｃ３ならば３ＣＰＶでＶONが立ち上がり、ＣｍならばｍＣＰＶ（ここではＣＰＶの立ち上がりエッジをＳＴＶの立ち上がりから数えｍ個目にＶＣｍ＝ＶONになるが、その時間を意味する）でＶONが立ち上がる。
【０１４６】
図２７に示したＹ方向初期座標検出部８３は、図２８に示す通り、ｔcount 期間カウントされたＣＰＶの値を検出保持することができるので、ここでは１０４によって３ＣＰＶ（ＱＡ＝Ｈｉｇｈ、ＱＢ＝Ｈｉｇｈ、ＱＣ＝Ｌｏｗ、ＱＤ＝Ｌｏｗ）がカウントされ、補正値をＤYa3 ＝Ｌｏｗ、ＤYa2 ＝Ｌｏｗ、ＤYa1 ＝Ｌｏｗ、ＤYa0 ＝Ｌｏｗとすれば、ＤY03 ＝Ｌｏｗ、ＤY0２＝Ｌｏｗ、ＤY0１＝Ｈｉｇｈ、ＤY0０＝Ｈｉｇｈ（十進数では３を意味する）となり、ペン先１５の表示装置１０上のＹ方向の座標が検出された。なお、本実施例で使用した液晶層２４の応答速度は約５０μｓｅｃ程度と十分速いものであるとしている。
【０１４７】
仮に液晶層２４の応答速度が遅く１０４によって１０ＣＰＶ（ＱＡ＝Ｌｏｗ、ＱＢ＝Ｈｉｇｈ、ＱＣ＝Ｌｏｗ、ＱＤ＝Ｈｉｇｈ）がカウントされても補正値をＤYa3 ＝Ｈｉｇｈ、ＤYa2 ＝Ｌｏｗ、ＤYa1 ＝Ｌｏｗ、ＤYa0 ＝Ｈｉｇｈ（Ｃｓ線数を１５本としている）とすればＤY03 ＝Ｌｏｗ、ＤY02 ＝Ｌｏｗ、ＤY01 ＝Ｈｉｇｈ、ＤY00 ＝Ｈｉｇｈ（十進数では３を意味する）となり、液晶層２４の応答速度を補正する事が可能である。
【０１４８】
以上によって、Ｙ方向の初期座標（ＤY03 ＝Ｌｏｗ、ＤY02 ＝Ｌｏｗ、ＤY01 ＝Ｈｉｇｈ、ＤY00 ＝Ｈｉｇｈ）が検出された。なお、本実施例ではＴＦＴがオフした後、Ｃｓ線駆動部９により突き上げ電圧が生じるため画素電極に信号線電圧を書き込む際生じる表示装置１０の輝度変化によって初期座標検出部が誤動作することなく、突き上げ電圧によって生じる表示装置１０上の輝度変化のみを初期座標検出部が検出するので高精度な初期座標検出が実現されている。ＴＦＴがオフしてからＣｓ線駆動部９が動作するまでの期間は、ＴＮ液晶で１００μｓｅｃ以上（より望ましくは１ｍｓｅｃ以上）、強誘電液晶や反強誘電液晶では５μｓｅｃ以上（より望ましくは２０μｓｅｃ以上）とるのが望ましい。
【０１４９】
ＤY3、ＤY2、ＤY1、ＤY0の値はペン先１５がアレイ基板８の上から何番目のＣｓ線で制御される画素電極（ＴＦＴを介して、アレイ基板８の上から何番目のゲート線で制御される画素電極）上にあるのかを示しており、ここではアレイ基板８の上から３番目（Ｃ３）のＣｓ線で制御される画素電極上に位置していることを示している。ＤY3、ＤY2、ＤY1、ＤY0の値はペン先１５がアレイ基板８の上から何番目のＣｓ線で制御される画素電極上にあるのかを２進数で示しており、（ＤY3＝Ｌｏｗ、ＤY2＝Ｌｏｗ、ＤY1＝Ｌｏｗ、ＤY0＝Ｈｉｇｈ）はペン先１５がアレイ基板８の上から１番目のＣｓ線で制御される画素電極上に位置していることを示し、（ＤX3＝Ｌｏｗ、ＤX2＝Ｌｏｗ、ＤX1＝Ｈｉｇｈ、ＤX0＝Ｌｏｗ）はペン先１５がアレイ基板８の上から２番目のＣｓ線で制御される画素電極上に位置していることを示し、（ＤX3＝Ｌｏｗ、ＤX2＝Ｌｏｗ、ＤX1＝Ｈｉｇｈ、ＤX0＝Ｈｉｇｈ）はペン先１５がアレイ基板８の上から３番目のＣｓ線で制御される画素電極上に位置していることを示している。
【０１５０】
この様にＣｓ駆動部９の動作とＹ方向初期座標検出部８３の検出のタイミング（図４７）からＹ方向の初期座標を検出することが可能である。
【０１５１】
液晶層２４の光学特性変化によって初期座標を検出する際（本実施例では突き上げ電圧によって液晶層２４の光学特性変化を生じさせている）、正極性の信号線によって書き込まれ画素電極電圧がＶDDである画素電極に突き上げ電圧が生じても図４２に示す様な液晶層２４の光学特性のため、初期座標検出用光センサーの受光面がその画素電極上からの光を支配的に受光したのでは、その画素電極上の光学特性変化が生じないため、初期座標検出が行えない。
【０１５２】
本実施例では、初期座標検出用光センサーの受光面をＸ方向が最も長くなる様に配置した場合の受光面のＸ方向の長さが、図４０に示した様に、１画素電極のＸ方向の長さよりも長く、画素電極図３９に示した様に信号線駆動部２が隣合う信号線が常に逆極性になる様動作するため、Ｘ方向の隣合う画素電極も同様に常に逆極性であり、初期座標検出用光センサーの受光面が、隣合う２つ以上の画素電極からの光を受光し、１つの画素電極からの光を支配的に受光することがないので（１つの画素電極からの光成分は９９％以下で、最高でも８０％以下が望ましい）、図４１〜４９に示した様に初期座標検出用光センサーの受光状態に変化が生じ、安定した初期座標が可能である。
【０１５３】
また、信号線駆動部２が液晶層２４を駆動する電圧をＶDD＝４Ｖ〜−４Ｖとし（図４２で分かる通り透過率特性が飽和しない状態を維持する）、液晶層２４の実力以下の低コントラスト状態で動作させていれば、画素電極電圧が何Ｖであっても突き上げ電圧より画素電極上の光学特性変化が生じる。
【０１５４】
次に、表示装置１０上に於けるペン先１５のＸ方向初期座標検出について説明する。
【０１５５】
ＶPSR ＝Ｈｉｇｈ、ＶYSTOP ＝Ｈｉｇｈになり、Ｙ方向の初期座標（ＤY03 ＝Ｌｏｗ、ＤY02 ＝Ｌｏｗ、ＤY01 ＝Ｈｉｇｈ、ＤY00 ＝Ｈｉｇｈ）が検出されると、図３６に示される様にＣｓ線駆動部９の出力は一端ＶOFF になりその後ハイインピーダンス状態になり、Ｃｓ線には直接電圧が供給されず図４３に示す各画素容量（Ｃｓｉｇ，ｃｓ、Ｃｓ等）によって電位が保たれる。
【０１５６】
また、図１の排他的論理和回路１２０の出力はＨｉｇｈになり、ＳＷ１〜ＳＷｎは全てオフする。さらに、図３０に示すＸ駆動部４の動作から明らかな様に図３１に示される様な信号線電圧がＳ１〜Ｓｎに書き込まれていく。
【０１５７】
ここで、以上の場合の画素電極電圧ＶPG3S6 の変化を説明する。図４８はＣｓ線駆動部９の出力がハイインピーダンス状態で、ＴＦＴが全てオフしている時の画素容量モデルを示しており（但し、Ｃｇ，ｃｏｍの影響は少ないと考えられるので以下では無視する）、図４８のＧ３Ｓ６とＳ６間の容量（ＣG3S6−Ｓ６）を計算すると以下の様になる。
【０１５８】
0003866336.tif 000004
従って、Ｓ６の電圧変化ΔＶＳ６によって生じるＶPG3S6 の電圧変化ΔＶPG3S6 は以下の様になる。
【０１５９】
ΔＶPG3S6 ＝ＣG3S6- Ｓ６／（ＣG3S6- Ｓ６＋ＣLC）＊ΔＶS6
となる。具体的数値として、Ｃｐ，ｓｉｇ＝０．０１ＰＦ、Ｃｇｓ＝０．０２ＰＦ、Ｃｓｉｇ，ｇ＝０．０５ＰＦ、Ｃｓ＝０．５ＰＦ、ＣＬＣ＝０．４ＰＦ、ΔＶＳ６＝２５Ｖ、Ｃｓｉｇ，ｃｓ＝０．２ＰＦとすると、
ＣG3S6−Ｓ６＝０．１ＰＦ
ΔＶPG3S6 ＝５．０Ｖ
となる。
【０１６０】
以上の結果より、図４９（図４９に於ける、Ｓ６は信号線Ｓ６に印加される信号線電圧を示している）に示すＶPG3S6 が得られるのは明らかであり（ＶPG3S6 のｔ＝ｔ４〜ｔ＝ｔ６の電圧変化分をＸ駆動部による突き上げ電圧と呼ぶ）、図４１〜図４５で説明したフォトダイオードの出力電流変化が生じ、図３２のＸ方向初期座標検出部８２の動作から明らかなように、図４９に示すオペアンプ１２７の出力及びＶXSTOP が得られる（但し、ｔ＝ｔ４時のＶPG3S4 、ＶPG3S6 、ＶPG3S5 及びフォトダイオードの受光面に入射する入射光の受光成分はｔ＝ｔ１時のそれと同等であり、ｔ＝ｔ６時のフォトダイオードの受光面に入射する入射光の受光成分はｔ＝ｔ２時のそれと同等である）。また、カウンタ１４１の動作から図４９に示す１４１の出力ＱＡ＝Ｈｉｇｈ、ＱＢ＝Ｌｏｗ、ＱＣ＝Ｌｏｗ、ＱＤ＝Ｌｏｗが得られ、補正ＤXa3 ＝Ｌｏｗ、ＤXa2 ＝Ｌｏｗ、ＤXa1 ＝Ｌｏｗ、ＤXa0 ＝Ｌｏｗ（この補正値もＹ方向初期座標検出部８３のそれと同様な使い方が可能である）とすれば、ＤX03 ＝Ｌｏｗ、ＤX02 ＝Ｌｏｗ、ＤX01 ＝Ｌｏｗ、ＤX ００＝Ｈｉｇｈが得られる。
【０１６１】
但し、本実施例では、Ｘ駆動部４によって突き上げ電圧を発生させる前に図３６のようにＣｓ線をＣｓ線駆動部から切り放しているため、突き上げ電圧が画素電極に生じ、生じた突き上げ電圧を維持しておくことが可能である。仮にＣｓ線がＣｓ線駆動部から切り放されていなければ、Ｃｓ線電位はＣｓ線駆動部から供給される電位を維持しているため突き上げ電圧は画素電極に生じない。仮にＣｓのシート抵抗が高く、突き上げ電圧が生じてもＣｓ線電位はいずれＣｓ線駆動部から供給される電位に変化するため、生じた突き上げ電圧もその後Ｃｓ線電位に引っ張られてしまい所望する突き上げ電圧は生じない。
【０１６２】
以上によって、Ｘ方向の初期座標（ＤX03 ＝Ｌｏｗ、ＤX02 ＝Ｌｏｗ、ＤX01 ＝Ｌｏｗ、ＤX00 ＝Ｈｉｇｈ）が検出された。
【０１６３】
ＤX3、ＤX2、ＤX1、ＤX0の値はペン先１５がアレイ基板８の左から何番目の信号線で制御される画素電極（ＴＦＴを介して制御される）上にあるのかを示しており、本実施例に於ける図４０から図４９ではアレイ基板８の左から４〜６番目（Ｓ４〜Ｓ６）の信号線で制御される画素電極上に位置していることを示している。
【０１６４】
ＤX3、ＤX2、ＤX1、ＤX0の値はペン先１５がアレイ基板８の左から何番目の信号線で制御される画素電極（ＴＦＴを介して制御される）上にあるのかを２進数で示しており、図３０に示すＸ駆動部４の動作から明かな様にＳ１〜Ｓ３、Ｓ４〜Ｓ６…を同時に駆動しているので、（ＤX3＝Ｌｏｗ、ＤX2＝Ｌｏｗ、ＤX1＝Ｌｏｗ、ＤX0＝Ｌｏｗ）はペン先１５がアレイ基板８の左から１〜３番目の信号線で制御される画素電極（ＴＦＴを介して制御される）上に位置していることを示し、（ＤX3＝Ｌｏｗ、ＤX2＝Ｌｏｗ、ＤX1＝Ｌｏｗ、ＤX0＝Ｈｉｇｈ）はペン先１５がアレイ基板８の左から４〜６番目の信号線で制御される画素電極（ＴＦＴを介して制御される）上に位置していることを示し、（ＤX3＝Ｌｏｗ、ＤX2＝Ｌｏｗ、ＤX1＝Ｈｉｇｈ、ＤX0＝Ｌｏｗ）はペン先１５がアレイ基板８の左から７〜９番目の信号線で制御される画素電極（ＴＦＴを介して制御される）上に位置していることを示している。
【０１６５】
この様にＸ駆動部４の動作とＸ方向初期座標検出部８２の検出のタイミング（図４９）からＸ方向の初期座標を検出することが可能である。
【０１６６】
Ｘ駆動部による突き上げ電圧は、Ｃｓ線電圧による突き上げ電圧と比較すると低く４分の１程度である。液晶層２４の応答速度は印加電圧が高い方が早い。従って、本実施例の様にＸ駆動部で信号線にＶONを順次供給する際ＶONを信号線に一端書き込むとＶXSTOP ＝ＨｉｇｈになるまでＶONを信号線に印加するのが望ましくこれによって液晶層２４の応答速度が遅くとも確実に液晶層２４は応答する。
【０１６７】
本実施例では、以上説明した様に表示装置のスイッチング素子（アレイ基板８のＴＦＴ）を全てオフした状態に於いて、Ｃｓ線と画素電極間のカップリング容量及び信号線と画素電極間のカップリング容量によって画素電極に生じる突き上げ電圧を利用し、その突き上げ電圧によって生じる表示装置の光学特性変化（輝度変化）を検出することによって、表示装置上のペンの座標を検出する。よって、ＴＦＴを介して画素電極に電圧を印加しその印加電圧によって生じる表示装置の光学特性変化を検出しないので、ペンの座標検出精度がＴＦＴの製造ばらつきやＴＦＴのオン抵抗ばらつき（温度や製造や設計ルール等によるばらつきをさす）に影響されず高精度な座標検出が可能であると同時に、ＴＦＴのオン抵抗による書き込み時間に影響されないのでより高速な座標検出も可能である。
【０１６８】
ＴＦＴにはオン抵抗（Ｒオン）が存在し、そのため画素電極にＴＦＴを介して電圧を印加する場合、
τ＝Ｒオン＊Ｃ画素
の時定数が存在し、一般にこれを書き込み時間と呼ぶ。但し、Ｃ画素は画素電極に存在する容量である。ＲオンはＴＦＴのサイズに影響されるため当然製造ばらつきにも影響される（参考文献：辻他、ＩＤY ９３−６５「ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ−ＬＣＤにおける書き込み時の簡易設計法の検討」、Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄＤｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ａｎａｌｏｇ  Ｉｎｔｅｒａｔｅｄ  ＣｉｒｃｕｉｔｓＳｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｐａｕｌ  Ｒ．Ｇｒａｙ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｇ．Ｍｅｙｅｒ）。当然、Ｃ画素の大きさにも製造ばらつきが存在しており、結果として、τには大きなばらつきが存在してしまう。
【０１６９】
本実施例では、表示装置１０に存在する容量間の電荷再結合によって生じる突き上げ電圧によって、液晶層２４に電圧を印加し、その際生じる液晶層２４の光学特性変化からペン先１５の表示装置１０上の座標を検出することで、液晶層２４に電圧を印加する際抵抗成分が限りなくゼロになるので、電圧をＣ画素に書き込む際、印加電圧の時定数を考慮する必要がなく、高速で高精度な座標検出が可能である。
【０１７０】
また、本実施例では、ＶREF2、ＶREF3、ＶREF4、ＶREF5を任意に設定することが出来るため、突き上げ電圧によって生じる表示装置１０の各画素電極上の輝度変化が白（透過率１００％）から黒（透過率０％）又は黒から白に変化しなくても、ＶREF2、ＶREF3、ＶREF4、ＶREF5を適宜設定することで、表示装置１０の各画素電極上の僅かな輝度変化が透過率１００％から透過率９８％の場合や透過率０％から透過率２％の様な場合で十分座標検出可能である。本実施例では、透過率が約１０％変化すると座標検出できる様ＶREF2、ＶREF3、ＶREF4、ＶREF5を設定しているので、初期座標を検出する際、表示装置１０の画質劣化が生じない。
また、本実施例ではＸ駆動部４及びＣｓ線駆動部９及びＳＷ１−ｎをアレイ基板８と同一基板上に形成しているため（参考文献：井上他、ＥＩＤ９１−１２５ｐ５９−ｐ６４、大島他、電子情報通信学会論文誌、Ｃ−  Ｖｏｌ．Ｊ７６−Ｃ−  Ｎｏ．５  ｐｐ２７−ｐｐ２３４）、ペン入力一体型表示装置のより狭額縁化を実現している。
【０１７１】
以上によって、ペン先１５が表示装置１０に接触した時のペン先１５の１０上での座標（Ｙ方向初期座標とＸ方向初期座標）が検出された。
【０１７２】
表示装置１０が表示しているアイコンの座標を検出する場合など上述した座標検出方法のみで十分であるが、ペン入力装置には手書き文字入力（かたかな、ひらがな、漢字、ローマ字等）などを検出する要求なども強い。が、手書き文字入力の検出にはアイコンの座標を検出する場合と違って、ペン先１５が表示装置１０上で高速に移動するため、ペン入力装置がペン先１５の座標を１秒間に検出する回数（検出周波数）を多く（高く）する必要がある。また、手書き文字入力の座標検出をする場合、検出される座標の画素電極上ではほとんどの場合、白が表示されている（本実施例の１０は加法混色を使っているので、厳密には画素電極上では赤または青または緑が表示されている）（参考文献：日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９２年６月号）。これは、ノートに鉛筆で字を書くときや、印刷物を考えるとわかるが、通常、白字に黒の文字を書き込んでいる。
【０１７３】
図５０にブラックマトリックス２９の透過率特性とブラックマトリックス２９上のフォトダイオードの受光感度特性を考慮した受光成分を示す。
【０１７４】
図５０（ａ）はブラックマトリックス２９の透過率特性を示しており、横軸に波長を縦軸に最大透過率を１００％と正規化した相対透過率を示している。図５０（ａ）に示される様にブラックマトリックスは可視光線にたいし透過率０％である（参考文献：日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９０年１月号〜１９９５年９月号）。したがって、図５０（ｂ）が示す様にブラックマトリックス２９上にフォトダイオードがある場合相対入力は０である。なお、図５０（ｂ）の横軸は波長を縦軸にフォトダイオードの受光感度特性を考慮した場合の最大入力を１００％と正規化したフォトダイオードの受光面に入射する放射束の相対入力を示す。
【０１７５】
本実施例では図５０に示したブラックマトリックス２９の透過率特性と各着色層３０の透過率特性（図４４）の違いをフォトダイオードで検出することで、ペン先１５が表示装置１０上で移動した移動量を検出する。が、実際移動量を検出するだけでは不十分で、それがＸ方向の移動量なのかＹ方向の移動量なのかを識別できなければならない。より、厳密に言うなら、Ｘｕｐ方向の移動量なのかＸｄｏｗｎ方向の移動量なのか、Ｙｕｐ方向の移動量なのかＹｄｏｗｎ方向の移動量なのかを識別できなければならない。本実施例では、移動量及び移動方向を同時に検出する方式を発明したので以下に説明する。
【０１７６】
図５１は、本実施例に於いて、フォトダイオードが表示装置１０から受光する様子とペン先１５の移動量及び移動方向を同時に検出できる方式の基本概念を示すための図で、最初フォトダイオードアレイ１７が図５１（ａ）の様に配置しており、その後図５１（ｂ）の様にペン先１５が移動したものとし、各着色層からは光が液晶層２４の光透過率１００％で光がくるものとする（つまり、表示装置１０はラスター白を表示している）。
【０１７７】
また、図５１に於いてブラックマトリックス下（上）には図示していないが、信号線、Ｃｓ線、ゲート線が配置されている。
【０１７８】
図５２（ａ）〜（ｆ）に、図５１（ａ）に於ける各受光面の受光状態を示しており、横軸は各受光面の左端を０μｍとし左端から右方向への距離を示し縦軸は最大照度を１００％と正規化しブラックマトリックス２９の照度を０％とし各着色層の最大照度を等しいとした場合の単位長さ当たりの相対照度を示している。
図５２（ａ）はＡ受光面の受光状態を示しており、ブラックマトリックス２９上の相対照度が０％で各着色層上の相対照度が１００％である。図５２（ｂ）、（ｃ）はそれぞれＢ受光面の受光状態とＣ受光面の受光状態を示しており、受光状態は図５２（ａ）と同様である。
【０１７９】
図５２（ｄ）はＤ受光面の受光状態を示しており、Ｄ受光面がＹ方向（Ｃｓ線方向）に細長い形であるため、Ｄ受光面はブラックマトリックス２９の相対照度の影響より各着色層３０の相対照度の影響の方を強く受けており、よって、相対照度は１００％付近である。Ｄ受光面をよりＣｓ線方向に細長くすれば相対照度はより１００％に近ずく。図５２（ｅ）（ｆ）はそれぞれ受光面Ｅの受光状態とＦ受光面の受光状態を示しており、図５２（ｄ）と同様である。
【０１８０】
図５３（ａ）〜（ｆ）は、図５１（ｂ）に於ける各受光面の受光状態を示しており、横軸は各受光面の左端を０μｍとし左端から右方向への距離を示し縦軸は最大照度を１００％と正規化しブラックマトリックス２９の照度を０％（実際ブラックマトリックス２９から各受光面が受ける照度は０％である）とし各着色層の最大照度を等しいとした場合の単位長さ当たりの相対照度を示している。
【０１８１】
この様に、表示装置１０の表面には、表示装置１０が本来持っている空間光学特性差が存在している。
【０１８２】
図５３（ａ）はＡ受光面の受光状態を示しており、図５１（ｂ）から明かな様にＡ受光面がＸ方向（信号線方向）に細長い形であるためＸ方向のブラックマトリックス２９（信号線上のブラックマトリックス２９）の相対照度の影響を受け安くなっているため、Ａ受光面の相対照度はブラックマトリックス２９の相対照度０％付近になっている。
【０１８３】
Ｂ受光面及びＣ受光面が受ける相対照度は図５１から明かな様に図５２のそれとほぼ等しくなっている。
【０１８４】
図５３（Ｄ）はＤ受光面の受光状態を示しており、図５１（ｂ）から明かな様にＤ受光面がＹ方向（Ｃｓ線方向）に細長い形であるためＹ方向のブラックマトリックス２９（Ｃｓ線上のブラックマトリックス２９）の相対照度の影響を受け安くなっているため、Ｄ受光面の相対照度はブラックマトリックス２９の相対照度０％付近になっている。Ｅ受光面及びＦ受光面は完全に着色層上に配置されているのでこれらの相対照度は１００％である。
【０１８５】
以上のことから次の結論が得られる。Ａ受光面を有するフォトダイオード、Ｂ受光面を有するフォトダイオード、Ｃ受光面を有するフォトダイオードはＸ方向に細長い構造であるためＹ方向（Ｃｓ線方向）のブラックマトリックス２９の影響は受けにくいがＸ方向（信号線方向）のブラックマトリックス２９の影響は受け易い。Ｄ受光面を有するフォトダイオード、Ｅ受光面を有するフォトダイオード、Ｆ受光面を有するフォトダイオードはＹ方向に細長い構造であるためＹ方向（Ｃｓ線方向）のブラックマトリックス２９の影響は受け易いがＸ方向（信号線方向）のブラックマトリックス２９の影響は受け難い。よって、各フォトダイオードはＸ方向のブラックマトリックス２９とＹ方向のブラックマトリックス２９を区別することが可能である。
【０１８６】
また、Ｘ方向検出用の光センサーの受光面は、各受光面を各受光面のＹ方向が最も長くなる様に配置した時の各受光面のＸ方向の長さが図５に示す２９のＸ方向長（２９Ｘ）の２倍以下の長さになる様設計するのが望ましくより望ましくは２９Ｘ以下の長さにするのが望ましい。
【０１８７】
なぜなら、本実施例で使用したフォトダイオードや他のＣＣＤなどの光センサーは受光面に入射する光エネルギーに応じて出力信号を発生する。したがって、受光面の面積に応じた出力信号が得られるため、検出しようとするブラックマトリックス２９の２９Ｘが上述したＸ方向の長さよりも短すぎると、マトリクスを横切るときの出力変化が少なく光センサーがブラックマトリックス２９を検出出来なくなってしまう。本実施例では上述したＸ方向の長さが２９Ｘの長さと同等以下になる様設計し、正常動作を確認した。
【０１８８】
また、Ｙ方向検出用の光センサーの受光面も同様に、各受光面を各受光面のＸ方向が最も長くなる様に配置した時の各受光面のＹ方向の長さが図５に示す２９のＹ方向長（２９Ｙ）の２倍以下の長さになる様設計するのが望ましくより望ましくは２９Ｙ以下の長さにするのが望ましい。本実施例では上述したＹ方向の長さが２９Ｙの長さと同等以下になる様設計し、正常動作を確認した。
【０１８９】
図５４（ａ）に本発明に於けるアレイ基板８の構造とブラックマトリックス２９の配置を示す。
【０１９０】
図５４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に於いて点線はブラックマトリックス２９を示している。ここで重要なことは図５４（ａ）、（ｃ）の様に、Ｃｓ線と画素電極の重なり部分をゲート線近傍に配置することである。なぜなら、Ｃｓ線はブラックマトリックス２９と同様に一般に光を透過しないので、例えば図５４（ｂ）の様にＣｓ線と画素電極の重なり部分とゲート線を離して配置したのではフォトダイオードがゲート線上にあるブラックマトリックス２９によってその出力電流が変化したのか、Ｃｓ線によってその出力電流が変化したのか判別できず、ペン入力表示装置の誤動作を引き起こしてしまう。また、フォトダイオードの受光面はブラックマトリックス２９より著しく大きくすることはできない。なぜなら、フォトダイオードの受光面はブラックマトリックス２９に大きく影響されなければならないからである。したがって、図５４（ｂ）においてフォトダイオードの受光面の大きさはゲート線幅上のブラックマトリックス２９の幅（又は、ゲート線幅）によって制限されることになり、つまりはゲート線幅によって制限されることになる。フォトダイオードの受光面を広くするためゲート線上のブラックマトリックス２９の幅をただ大きくしたのでは、表示装置１０の開口率低下を生じ消費電力増大を招く。本発明の様に図５４（ａ）、（ｃ）のアレイ基板構造にすることで、ゲート線及びＣｓ線上のブラックマトリックス２９の幅を広くすることが出来てしかも表示装置１０の開口率を損なわず（なぜなら、Ｃｓ線の位置がただ単に画素電極上でずれただけである）、フォトダイオードの受光面を広くすることが可能である。フォトダイオードの出力電流はその受光面の面積に比例しており、受光面積が大きいほどより多くの出力電流を流すことが出来るため、その出力電流変化を電圧変化に変換する図１２の光信号変換部３４がオペアンプ４４のオフセット電流の影響及びバイアス電流の影響を受け誤動作しにくくなる。しかも４２、４５の抵抗値をより小さくすることが出来るため（オームの法則より、小さい抵抗値でもより大きい電流を流すことでより大きい電圧を得る）、光信号変換部３４をより高速に動作させることが可能になり、より、高速なペン入力が可能になる。
【０１９１】
以上まとめると、本実施例に於いて、図５４（ａ）、（ｃ）に示す様にゲート線近傍にＣｓ線を配置してゲート線とＣｓ線間に表示装置１０の開口部がない（つまり、あるＣｓ線とそのＣｓ線に最も近いゲート線との間に開口部がない）様にブラックマトリックス２９をゲート線及びＣｓ線上に配置する様なアレイ構造にすることで、表示装置１０の開口率を損なわず、ゲート線及びＣｓ線上のブラックマトリックス２９の幅を広くすることが出来るとともに、フォトダイオードがゲート線上にあるブラックマトリックス２９によってその出力電流が変化したのか、Ｃｓ線によってその出力電流が変化したのか判別する必要もないので、より高精度でより低消費電力なペン入力装置を提供することが出来る。
【０１９２】
以上のことを考慮し、本実施例に於いて、ペン先１５が図５５、図５６、図５７に示す様に移動した場合のその移動量の検出方法（移動量検出方法）を説明する。
【０１９３】
ｔ＝ｔ８に於いて、ペン先は図５５に示される様に配置している。その後ｔ＝ｔ９になり、図５６に示される様な位置に移動し、その後ｔ＝ｔ１０になり、図５７に示される様な位置に移動する（ただし、その間の移動は最短距離で移動したものとする）。
【０１９４】
図５８に、上述した様にペン先が移動した時の各受光面が受ける相対照度を示す。
【０１９５】
図５８（ａ）〜（ｆ）の横軸は時間軸で、縦軸は表示装置の光透過率が１００％で（図４２参考）各フォトダイオードの受光面が図５５の様に配置している時の各受光面が受ける照度を１００％と正規化し各受光面全面がブラックマトリックス２９上にある時の照度を０％とした相対照度である。
【０１９６】
図５５に於ける各フォトダイオードの配置から、全てのフォトダイオード受光面に最大照度（１００％）が入射されているのが解る。
【０１９７】
その後ペン先１５は、図５６に示される位置に移動するため各フォトダイオード受光面はゲート線Ｇ４上（厳密にはＧ４及びＣ４上）のブラックマトリックス２９を横切る。その際Ａ、Ｂ、Ｃ各受光面はＸ方向に細長い構造をしているため、ゲート線Ｇ４上のブラックマトリックス２９の影響を大きく受けるため図５８に示す様に、ｔ＝ｔ８〜ｔ＝ｔ９に於いて各相対照度が大きく低下している。一方、Ｄ、Ｅ、Ｆ各受光面はＹ方向に細長い構造をしているため、ゲート線Ｇ４上のブラックマトリックス２９の影響を受けにくく図５８に示す様に、ｔ＝ｔ８〜ｔ＝ｔ９に於いて各相対照度が僅かに低下している。
【０１９８】
その後ペン先１５は図５７に示される位置に移動するため各フォトダイオード受光面は信号線Ｓ４、Ｓ３、Ｓ２上のブラックマトリックス２９を横切る。その際Ｄ、Ｅ、Ｆ各受光面はＹ方向に細長い構造をしているため、信号線Ｓ４、Ｓ３、Ｓ２上のブラックマトリックス２９の影響を大きく受けるため図５８に示す様に、ｔ＝ｔ９〜ｔ＝ｔ１０に於いて各相対照度が大きく低下している。一方、Ａ、Ｂ、Ｃ各受光面はＸ方向に細長い構造をしているため、信号線Ｓ４、Ｓ３、Ｓ２上のブラックマトリックス２９の影響を受けにくく図５８に示す様に、ｔ＝ｔ９〜ｔ＝ｔ１０に於いて各相対照度が僅かに低下している。図５５と図５６と図５７から図５８が得られるのは明らかである。
【０１９９】
また、ｔ＝ｔ８〜ｔ＝ｔ９に於ける相対照度の変化において、Ｂ受光面の相対照度変化の次にＡ受光面、Ｃ受光面どちらの相対照度が変化するかは、ペン先１５が表示装置１０上でＹｕｐ方向に移動しているかＹｄｏｗｎ方向に移動しているかによる。なぜなら図５５に於いて、ゲート線Ｇ４上のブラックマトリックス２９からＣ受光面が最も近くその次にＢ受光面が近くその次にＡ受光面が近いからであり、ゲート線Ｇ３上のブラックマトリックス２９からＡ受光面が最も近くその次にＢ受光面が近くその次にＣ受光面が近いからである。よって、Ｂ受光面の相対照度変化の次にＡ受光面の相対照度が変化する場合は、ペン先１５がＹｄｏｗｎ方向に移動している時であり、Ｂ受光面の相対照度変化の次にＣ受光面の相対照度が変化する場合は、ペン先１５がＹｕｐ方向に移動している時である。一方、ｔ＝ｔ９〜ｔ＝ｔ１０に於ける相対照度の変化において、Ｅ受光面の相対照度変化の次にＤ受光面、Ｆ受光面どちらの相対照度が変化するかは、ペン先１５が表示装置１０上でＸｕｐ方向に移動しているかＸｄｏｗｎ方向に移動しているかによる。なぜなら図５６に於いて、ペン先１５がＸｄｏｗｎ方向に移動する場合、Ｄ、Ｅ、Ｆ各受光面とＤ、Ｅ、Ｆ各受光面からＸｄｏｗｎ方向の最も近い各信号線までの距離は、各受光面毎に異なっており、Ｆ受光面が最も近く次にＥ受光面であり次にＤ受光面である。また同様に、ペン先１５がＸｕｐ方向に移動する場合、Ｄ、Ｅ、Ｆ各受光面とＤ、Ｅ、Ｆ各受光面からＸｕｐ方向の最も近い各信号線までの距離は、各受光面毎に異なっており、Ｄ受光面が最も近く次にＥ受光面であり次にＦ受光面である。従って、図５６に於いて、ペン先がＸｄｏｗｎ方向に移動する場合まずＦ受光面の相対照度変化が起こり次にＥ受光面の相対照度変化が起こり次にＤ受光面の相対照度変化が起こるのである。同様に、ペン先がＸｕｐ方向に移動する場合まずＤ受光面の相対照度変化が起こり次にＥ受光面の相対照度変化が起こり次にＦ受光面の相対照度変化が起こるのである。
【０２００】
この様に本実施例では、各フォトダイオードが表示装置１０上に配置された時の各受光面の位置関係を次の様にしている。
【０２０１】
上下方向（Ｙｕｐ、Ｙｄｏｗｎ方向）を検出する各フォトダイオードの各受光面の位置関係を、各受光面と各受光面からＹｄｏｗｎ方向の最も近い各ゲート線までの距離を、各受光面毎に異なる様に配置し、同様に各受光面と各受光面からＹｕｐ方向の最も近い各ゲート線までの距離を、各受光面毎に異なる様に配置する。
【０２０２】
よって、本実施例では、各フォトダイオードからの電気信号のみでペン先１５がＸｕｐ方向とＸｄｏｗｎ方向（Ｙｕｐ方向とＹｄｏｗｎ方向）のどちらに移動しているかを検出することが出来るとともに、同一のフォトダイオード構成及び同一回路構成で（図１８と図１９参考）ペン先１５がＸｕｐ方向とＸｄｏｗｎ方向（Ｙｕｐ方向とＹｄｏｗｎ方向）のどちらに移動しているかを検出することが出来る。よって、本実施例により、ペン入力表示装置の部品点数削減が可能になり、ペン入力表示装置の軽薄短小化が実現出来る。
【０２０３】
図５９（ａ）〜（ｆ）に、図５８に示される様な各受光面の相対照度時間変化が生じた時の光信号変換部３４の出力（ＶＡ〜ＶＦ）の時間変化を示す。なお、図５９（ａ）〜（ｆ）の横軸は時間軸であり縦軸は出力の最大値を１００％、最小値を０％とした時の相対出力を示している。また、図５９（ａ）〜（ｆ）に示される様にＶREF1を設定すると、レベルシフト部４９の動作から明らかな様に図６０（ａ）〜（ｆ）に示すＶＡ０、ＶＢ０、ＶＣ０、ＶＤ０、ＶＥ０、ＶＦ０が得られる。図６０（ａ）〜（ｆ）に於いて横軸は時間軸であり、縦軸は電圧を示す。
【０２０４】
図６１に図６０に示される様なＶＡ０、ＶＢ０、ＶＣ０、ＶＤ０、ＶＥ０、ＶＦ０が得られた場合のシリアル信号発生部５０（図１８）の動作結果から得られる信号（ＶＹｄｏｗｎ、ＶＹｕｐ）を示す。図１８から明らかな様に図６１の結果が得られる。
【０２０５】
図６２に図６１に示される様な信号（ＶＹｄｏｗｎ、ＶＹｕｐ）が得られた時に、図２２のパラレル信号発生部５１から得られる信号（ＤY13 、ＤY12 、ＤY11 、ＤY10 ）と図３４のＹ座標検出部３９から得られる信号（ＤY3、ＤY2、ＤY1、ＤY0）を示す。
【０２０６】
図６３に図６０に示される様なＶＡ０、ＶＢ０、ＶＣ０、ＶＤ０、ＶＥ０、ＶＦ０が得られた場合のシリアル信号発生部（図１９参考）の動作結果から得られる信号（ＶＸｄｏｗｎ、ＶＸｕｐ、ＶＸｄｏｗｎ３、ＶＸｕｐ３）を示す。図１９から明らかな様に図６３の結果が得られる。
【０２０７】
図６４に図６３に示される様な信号（ＶＸｄｏｗｎ、ＶＸｕｐ、ＶＸｄｏｗｎ３、ＶＸｕｐ３）が得られた時に、パラレル信号発生部（図２３）から得られる信号（ＤX13 、ＤX12 、ＤX11 、ＤX10 ）とＸ座標検出部３８から得られる信号（ＤX3、ＤX ２、ＤX １、ＤX0）を示す。
【０２０８】
なお、本実施例の図５８及び図５９に於いて、各受光面の相対照度変化が生じてからＶＡ〜ＶＦの相対出力が変化するまでの時間は、ペン入力デバイス１が有する光センサーの応答速度に依存し、光センサーとしてフォトダイオードを使用した場合は約１０μｓｅｃであり、フォトトランジスターを使用した場合は約３０μｓｅｃである。従って、図５に於いて２９のＹ方向長及び２９のＸ方向長を３０μｍ、１画素に於ける各着色層のＹ方向の長さを２７０μｍ、Ｘ方向の長さを７０μｍとし、ペン先１５が表示装置１０上でＸ方向に１秒間にＺ画素分（信号線上のブラックマトリックスＺ本分）移動したものとする。このとき移動した距離は、
１００μｍ＊Ｚ
となり、３０μｍを移動するのに要した時間ｔ（３０）は、
ｔ（３０）＝０．３／Ｚ［秒］
となる。従って、本実施例に於いて画素数で表された１秒間に検出可能な移動量Ｚは、光センサーがブラックマトリックス２９を検出出来るか否かによるので、Ｚは以下の様になる。
【０２０９】
ｔ（３０）＞３０μｍ
Ｚ  ＜  １００００
（但し、フォトトランジスターを使用した）
よって、本発明に係わるペン入力一体型表示装置を使用者が正常な目的で使っている限り、移動量の検出に於いて、時間分解能が足りないというような不具合は生じず、本発明によって、高時間分解能を備えたペン入力一体型表示装置が提供できる。
【０２１０】
以上によって、ペン先１５が表示装置１０上に配置され移動した場合のペン先１５の座標が以下の様に検出された。
【０２１１】
ｔ＝ｔ１・ペン先が図４０の様に配置される。
【０２１２】
ｔ＝ｔ２・Ｙ方向の初期座標を検出。
【０２１３】
ＤY03 ＝Low 、ＤY02 ＝Low 、ＤY01 ＝High、ＤY00 ＝High
移動量が無いので、初期座標がＹ座標となる。
【０２１４】
ｔ＝ｔ６・Ｘ方向の初期座標を検出。
【０２１５】
ＤX03 ＝Low 、ＤX02 ＝Low 、ＤX01 ＝Low 、ＤX00 ＝High
移動量が無いので、初期座標がＸ座標となる。
【０２１６】
0003866336.tif 000005
が検出され、コントロール部７は、ＤX 、ＤY を受けそれに応じたＶＤを出力。検出された座標が表示装置に出力（黒表示となる）される。
【０２１７】
ｔ＝ｔ９・Ｙ方向の移動量を検出。
【０２１８】
Ｙ座標は、ＤY3  ＝Low 、ＤY2  ＝High、ＤY1  ＝Low 、ＤY0  ＝Low
Ｘ方向の移動量は無し。
【０２１９】
0003866336.tif 000006
が検出され、コントロール部７は、ＤX 、ＤY を受けそれに応じたＶＤを出力。検出された座標が表示装置に出力（黒表示となる）される。
【０２２０】
ｔ＝ｔ10・Ｘ方向の移動量を検出。
【０２２１】
Ｘ座標は、ＤX3  ＝Low 、ＤX2  ＝Low 、ＤX1  ＝Low 、ＤX0  ＝Low
Ｙ方向の移動量は無し。
【０２２２】
0003866336.tif 000007
が検出され、コントロール部７は、ＤX 、ＤY を受けそれに応じたＶＤを出力。検出された座標が表示装置に出力（黒表示となる）される。
【０２２３】
以上説明したように、本発明の第１実施例によれば、表示装置１０上に於いてペン先１５が移動した移動量を、表示装置１０の着色層３０とブラックマトリックス２９の透過率差によって生じる表示装置表面の光学特性差によって検出し、ペン先１５が表示装置１０に配置された際の初期座標を、アレイ基板８の信号線及びＣｓ線を駆動した時に表示装置１０の画素電極に生じる突き上げ電圧によって検出できるので、表示装置１０の背後もしくは前面にペン先１５の座標検出用タブレットを設ける必要が無いとともに、ペン先１５の移動量をペン入力デバイス１が有する光センサーによって瞬時に検出でき、初期座標をＴＦＴの製造ばらつきに影響されることなく検出できる。
【０２２４】
この結果、高精度及び高時間分解能なペン入力機能を備えた小型・軽量なペン入力一体型表示装置を実現できる。
【０２２５】
なお、本発明のペン入力一体方表示装置は上述した実施例に限定されるものではない。ペン入力デバイス１、信号線駆動部２、Ｃｓ線駆動部９、Ｘ駆動部４、アレイ基板８、ゲート線駆動部３、表示装置１０、フォトダイオードアレイ１７、光信号変換部３４、初期座標検出部３６、移動量検出部３７、Ｘ座標検出部３８、Ｙ座標検出部３９、ペンシステムリセット部３５の構成も適宜変更可能である。
【０２２６】
なお、本実施例に於ける移動量検出手段は、本実施例で表示装置１０として使用したＴＦＴ−ＬＣＤ以外で、表示部と遮光部を有する表示装置例えば単純マトリクスＬＣＤやプラズマディスプレイやＣＲＴ（参考文献：日経ＢＰ社、フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５、日経ＢＰ社、日経マイクロデバイス１９９１年４月号−１９９４年７月号）などにも適用可能でその具体的構成も適宜変更可能である。
【０２２７】
次に本発明に係わる第２の実施例を以下に示す。
【０２２８】
ペン入力装置に於けるペンと表示装置の傾きが大きく変化すると、受光面に入射する光エネルギーが変化し、光センサーの誤動作を招くことがある。第２実施例はこの問題を解決するもので、ペンと表示装置の傾きが変化してもペンの光センサーの受光面の表示装置に対する傾きを所定角度以下に保つ。
【０２２９】
図６５は、本発明の実施例２に係わるペン入力デバイスの構造を示しており、第１実施例１と同一のものについては同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
図６５に於ける傾き制御部１５６は、フォトダイオードアレイ１７の受光面と表示装置１０の表示面の傾きが０度〜４５度（望ましくは０度〜２０度でより望ましくは０度つまり平行である）になるよう制御しており、これによって、図６５（ａ）〜図６５（ｃ）の様にペン入力デバイス１の傾き（ペンの傾き角）が変化しても、フォトダイオードアレイ１７の受光面と表示装置１０の表示面の傾きが０度〜４５度に制御される。
【０２３０】
ＣＲＴ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の表示装置では、表示装置の表面をどの角度から見るかによって表示装置表面の輝度が異なっている。この特性は液晶ディスプレイに於いてより顕著に見られ、一般には視野角（参考文献：日経ＢＰ社，フラットパネルディスプレイ１９９０〜１９９５、日経ＢＰ社，日経マイクロデバイス１９９０年１月号〜１９９５年９月号）と呼ばれている。したがって、光学的に座標検出を行う場合、この視野角のためペン入力デバイス１の傾き角（ペンの傾き角）により光信号変換部３４の出力ＶＡ〜ＶＦが変化してしまい結果として座標検出の誤動作が生じていた。しかし、本実施例２によって、ペンの傾き角による誤動作を抑えることが出来、安定した座標検出が可能となった。
【０２３１】
図６６及び図６８は、本発明の第２実施例に係わるペン入力デバイスの構造をより詳細に示しており、第１実施例と同一のものについては同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２３２】
図６６〜図６８に於いて、１５７はバネ１５８を支えている支持台であり、１５９は１６に加わる力によって移動するスライダーを示している。ペンの傾きが図６６〜図６８の様に変化しても（本実施例では１５度〜９５度の場合を示している）、バネ１５８の復元力によって、スライダー１５９が移動し、光センサーであるフォトダイオードアレイ１７の受光面が表示装置１０の表示面と常に平行になるように制御されるので、バックライト１１からフォトダイオードアレイ１７の受光面に入射する光の入射角がペンの傾き角が何度であっても常に一定に制御されるため、ペンの傾き角変化によって、フォトダイオードアレイ１７の受光面に入射する放射照度が変化せず、より安定した座標検出が実現されている。また、本実施例の様に傾き制御部１５６を支持台１５７とバネ１５８とスライダー１５９で構成することで、ペン入力デバイス１に要求される小型化及び軽量化が同時に実現されている（これらを合わせても１グラム以下である）。また、傾き制御部１５６の構成は適宜変更可能であり、ゴムやジャイロスコープセンサの様に角度変化を検出するセンサーを使用してもよく、その使用方法も適宜変更可能である。
【０２３３】
以上説明したように、本発明の第２実施例によれば、ペン入力デバイス１の傾きが変化しても、傾き制御部１５６がフォトダイオードアレイ１７の受光面と表示装置１０の表示面の傾きが０度〜４５度になるよう制御するので、ペン入力デバイス１の傾き角変化による光信号変換部３４の出力ＶＡ〜ＶＦが変化を抑えることができるため、誤動作の無い安定した座標検出を行うことが出来る。
【０２３４】
この結果、小型軽量なペン入力デバイス１を備えたペン入力一体型表示装置に於いて、安定した座標検出が可能となる。
【０２３５】
次に本発明による第３の実施例を説明する。
【０２３６】
高精細な表示装置を使ったペン入力表示装置では使用者がペン入力を行う際に生じる手振れやペン入力を行う入力面が紙と違い滑りやすいために生じる誤入力がより顕著に表れるため、表示装置が持っている高精細な表示ができず手振れによる誤入力などが目立ちみすぼらしい筆跡となってしまう。本実施例はこの問題を解決するためのもので、画素サイズの比較的小さい表示装置を有するペン入力装置で、手書き入力速度が比較的速い場合にも十分にペンの軌跡に対して補正を行うことができる。
【０２３７】
図６９は本実施例の全体的な構成を示す。１１００はペン入力表示装置であり、第１実施例で説明したペン入力表示装置１０００（図１参照）と基本的に同一の構成であるが、第１実施例のＸ及びＹ座標が各々４ビットで構成されたのに対し、この第３の実施例で用いられるペン入力表示装置のＸ及びＹ座標はより実際的な６ビットで各々構成されている。図６９のＤＸ及びＤＹはペン入力表示装置１１００のＸ及びＹ座標出力である。
【０２３８】
図６９に於いて、１７０はＤＸ，ＤＹ信号から、検出ペンがペン入力状態に於いて表示装置上で移動した速度（移動速度）を検出するペンスピード検出部であり、ＤＳは検出ペンの移動速度を示す。１７１はＤＸ，ＤＹから、検出ペンがペン入力状態に於いて表示装置上で移動した移動ベクトルとその変化であるベクトル変化を検出するベクトル変化検出部であり、ＤＸＶはＸ方向の移動ベクトルを示しＤＹＶはＹ方向の移動ベクトルを示し、ＤＸＶとＤＹＶで検出ペンの表示装置１０’上での移動ベクトル（単にベクトルとも呼ぶ）を示す。また、ＶＶは移動ベクトルのベクトル変化を示す。１７２は１７０及び１７１からの信号に基づいてペン入力示表装置１１００からの信号を補正して、検出ペンの表示装置上での位置を示す補正された信号ＤＹＣ，ＤＸＣをペン入力示表装置１１００に出力する補正部である。これらの詳細も後程説明する。
【０２３９】
図７０に表示装置１０’の各画素を示すデジタル信号ＤＸ（ＤX6，ＤX5，ＤX4，ＤX3，ＤX2，ＤX1），ＤＹ（ＤY6，ＤY5，ＤY4，ＤY3，ＤY2，ＤY1）を示す。図７０に於いて、１番左上の画素の座標をＤＸ，ＤＹで示すとＤＸ＝（０，０，０，０，０，１），ＤＹ＝（０，０，０，０，０，１）となる。一番右上の座標をＤＸ，ＤＹで示すとＤＸ＝（１，１，１，１，１，１），ＤＹ＝（０，０，０，０，０，１）となる。一番左下の画素の座標をＤＸ，ＤＹで示すとＤＸ＝（０，０，０，０，０，１），ＤＹ＝（１，１，１，１，１，１）となる。一番右下の座標をＤＸ，ＤＹで示すとＤＸ＝（１，１，１，１，１，１），ＤＹ＝（１，１，１，１，１，１）となる。他の画素についても同様な順序でデジタル信号が対応してある。なお、本実施例ではＸ方向Ｙ方向とも６４画素の表示装置であるので、前述したようにＤＸ及びＤＹとも図７０に示される６ビットのデジタル信号で表現される。なお、表示装置１０’の画素サイズは３００μｍ×３００μｍである。
【０２４０】
以上の構成のペン入力表示装置に於いて、図７１に示す様に「１」を手書き入力する。図７２に示すように、一般に（本実施例を含む）ペン入力表示装置の表面は紙などと異なり滑らかで滑りやすく、その上、ペン入力表示装置の表面は何度も手書き入力しなくてはならないため、ペン入力表示装置に使用する検出ペンのペン先を尖らすことができず、より滑りやすくなっている。従って手書きで文字を入力するような場合、ぎこちない書体となることがある。これは、表示装置１０’が高精細になる程より大きな問題になる。よって、本実施例におけるペンスピード検出部１７０、ベクトル変化検出部１７１、補正部１７２が無い場合、「１」を入力したつもりでも、図７３に示す様な「１」が入力され表示される。図７３に於いて、各格子は表示装置１０’の１画素を示しており、黒色で表示された画素はペン入力によって選択された画素を示しており、各画素とデジタル信号ＤＸ，ＤＹの関係は図７０で示した通りである。ここで、図７３のように得られた座標デジタル信号ＤＸ，ＤＹを分析する。
【０２４１】
図７４に、図７３の場合に得られたデジタル信号ＤＸ，ＤＹと時間との関係を示す。図７４における検出時間とは、手書き入力開始からどれほど時間が経過したかを示し、０ｍｓｅｃは手書き入力が開始された時を示しており、図７４で示された検出時間間隔（１ｍｓｅｃ）は、ペン入力表示装置の座標検出における時間分解能（参考文献：情報処理学会論文誌Ｍａｒ．１９２０４Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．３「手書き編集記号を用いたオンライン文字図形編集法」児島他）を示している。なお、本実施例において検出時間間隔は表示装置の精細度にもよるが、１画素のペン座標データ（ＤＸ，ＤＹ）を２回以上検出できる程短いことが望ましく、より望ましくは３回上であり、その値は適宜変更可能である。
【０２４２】
図７５にペンスピード検出部１７０の構成を示す。図７５の１７３，１７４，１７６，１７７，１８６，１８７はＤタイプフリップフロップであり本実施例ではＴＣ７４ＨＣ５７４を使用した。１８１はブッファーであり１８２，１８３，１９２はインバーターであり、１７５，１７８はコンパレーターであり本実施例ではＴＣ７４ＨＣ６２０４を使用した。１７９は非論理和回路であり、１８０は論理積回路であり、１８４，１８５はカウンターであり本実施例ではＴＣ７４ＨＣ１６１を使用した。１８８は２チャンネルマルチプレクサーであり例えばＴＣ７４ＨＣ４０５３で構成してもよい。１８９は乗算回路であり、例えば参考文献「デジタルシステムの設計  ＣＱ出版社  猪飼／本多共著」に示される回路構成で良い。なお、インバータ１９２はバッファ１８１に比べ動作速度が速い。
【０２４３】
図７６にベクトル変化検出部１７１の構成を示す。１９０はベクトル検出部であり、デジタルデータＤＸ，ＤＹから検出ペンの移動ベクトルを検出しアナログ信号であるＤＸＶ，ＤＹＶを出力する回路であり、１９１はベクトル比較部でありＤＸＶ，ＤＹＶから移動ベクトル変化を示すデジタル信号ＶＶを出力する回路であり、ＶＶがＨｉｇｈの時移動ベクトルが変化したことを示し、Ｌｏｗの時移動ベクトルの変化は無い。
【０２４４】
図７７に図７３に対応した検出ペンの移動ベクトル方向の定義を示す。図７７におけるＶ１〜Ｖ８の矢印は検出ペンのペン先が図７３上でその矢印方向の移動ベクトル方向に移動していることを示すための矢印であり、Ｖ９はペン先が静止していることを示したものである。
【０２４５】
図７８はＤＸＶ，ＤＹＶ信号と移動ベクトル方向の関係を示した図である。なお、ＤＸＶ，ＤＹＶ信号は３レベル（Ｈｉｇｈ，Ｍｉｄｄｌｅ，Ｌｏｗ）のアナログ信号である。
【０２４６】
ペンスピード検出部１７０の動作から図７９に示される結果が得られる。Ｄフリップフロップ１７３及び１７６によって半クロック遅れたＤＸ，ＤＹが得られ、Ｄフリップフロップ１７４，１７７によって１クロック遅れたＤＸ，ＤＹが得られる。コンパレータ１７５及び１７８によってＤフリップフロップ１７３と１７４の出力及びＤフリップフロップ１７６と１７７の出力が比較され、同じ値であればＬｏｗが異なった値であればＨｉｇｈが出力される。１８４，１８５ではコンパレータ１７５及び１７８からＨｉｇｈが出力された後次ぎのＨｉｇｈが出力されるまでの期間のＣＬＫ１のクロック数をカウントし出力する。１８６，１８７は１８４，１８５の出力を１９２の出力をクロックとして取り込み保持する。図７９に１８６，１８７の出力を１０進数で示す。実際に得られる値は複数ビットによる２進数で示されるのだが、説明が複雑になるため以下では１０進数を使って示す。１８６，１８７の出力は検出ペンの移動速度を示しており、１８６，１８７の出力が４であれば１画素をペン先が横切るのに４クロック要したことになる。よって、本実施例に於いて１画素サイズが３００μｍ＊３００μｍであるので、移動速度は３００μｍ／（４Ｔ）となる。なお、ＴはＣＬＫ１の周期を示す。１画素は長方形や正方形の形をしているため１画素をペン先がどの様に横切るかで１画素を横切る距離が異なる。本実施例では１画素は正方形であるため、Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７方向に移動する場合１画素を横切る距離は３００μｍであり、Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８方向に移動する場合１画素を横切る距離は１４０μｍである。よって、本実施例では１８８を使ってペン先がどの方向に移動したかによって、１８６，１８７に重みずけする値を変えている。１８８は１８０の出力がＨｉｇｈの時ｃｈ１を選択し、１８０の出力がＬｏｗの時ｃｈ２を選択する。１８０がＨｉｇｈになる時ペン先はＶ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８方向に移動している。本実施例ではｃｈ１とｃｈ２の比をｃｈ１／ｃｈ２＝１．４（１０進数で示している）に近くなる様設定しており、１８９の乗算回路で１８６，１８７の出力に重みずけしている。乗算回路１８９の出力を図７９に示す。本実施例では以上の方式で移動速度を検出しているので画素の形状に依存しない正確な移動速度を検出できるとともに図７５に示す様に簡単な回路構成で移動速度を検出可能である。なお、１画素のサイズが１００μｍ＊３３μｍの様に長方形の場合も本実施例と同様に１画素の形状に応じて得られた検出ペンの移動速度に重みずけすることでより正確な移動速度が得られる。
【０２４７】
ベクトル検出部１９０から図７９に示す移動ベクトル方向が得られ、ベクトル比較部１９１によって図７９に示すＶＶが得られる。ベクトル比較部１９１はＤＸＶ，ＤＹＶを受け、ベクトルが変化した際にＨｉｇｈを出力する。なお、ベクトルがＶ９の時は前ベクトルでペン先が移動しているものとし、ベクトル比較部１９１ではＶ９を前ベクトルに置き換え処理を行う。ベクトル比較部１９１は検出時間４ｍｓｅｃで検出されたベクトルをＶ５として扱い検出時間５ｍｓｅｃ〜９ｍｓｅｃで検出されたベクトルをＶ５として扱い検出時間１０ｍｓｅｃで検出されたベクトルをＶ３として取り扱い、ベクトル変化が生じた時図７９に示される様にＨｉｇｈを出力する。他も同様である。
【０２４８】
図８０に補正部１７２の構成を示す。図８０の位相調整部１９２は、入力された信号を処理しやすくするため図８１の様に位相調整する。なお、Ｄｓ′，ＶＶ′，ＤＸＶ′，ＤＹＶ′，ＤＸ′，ＤＹ′は１９２によって位相調整されたＤｓ，ＶＶ，ＤＸＶ，ＤＹＶ，ＤＸ，ＤＹである。変換部１９３は、ＤＸ′，ＤＹ′から削除するデータを選択する方法は以下の通りである。
【０２４９】
（１）Ｄｓ′から得られる移動速度が増加しているにも係らず移動ベクトルに変化が生じた場合（ＶＶ′＝Ｈｉｇｈ）、そのＤＸ′，ＤＹ′データを無効とし削除する。”
（２）削除する直前の移動速度及び移動ベクトル（ＤＸＶ′，ＤＹＶ′）と削除後の移動速度及び移動ベクトルを比較し、削除後の移動ベクトルと削除直前の移動ベクトルが同じであるかもしくは削除後の移動速度が削除直前の移動速度よりも遅ければそのＤＸ′，ＤＹ′データを有効と判断し取り込む。
【０２５０】
以上によって得られたＤＸＣ′，ＤＹＣ′を図８１に示す。
【０２５１】
よって、誤入力データであるＤＸ＝（０，１，０，０，０，０），ＤＹ＝（０，０，１，１，０，１）が削除されたが、正常入力データであるＤＸ＝（０，０，１，１，１，１），ＤＹ＝（０，０，１，１，１，０）も削除されてしまった。本実施例ではこの様な問題を解決するため補間部１９４でこの表示上の不具合を解消するため、ＤＸ＝（０，０，１，１，１，１），ＤＹ＝（０，０，１，１，０，１）とＤＸ＝（０，０，１，１，１，１），ＤＹ＝（０，０，１，１，１，１）間を線形補間するデータを作成しこれをＤＸＣ′，ＤＹＣ′に重ねあわせる。これによって得られるＤＸＣ，ＤＹＣデータを図８１に示す。Ｄｘｍ，ＤＹｍは線形補間されたデータであり、Ｄｘｍ＝（０，０，１，１，１，１），ＤＹｍ＝（０，０，１，１，１，０）である。なお、線形補間とは図８２に示す通り、線のぬけた部分を最少距離でつなぎ不具合を修正するものである。
【０２５２】
次に本発明による第４実施例を説明する。図８３は第４実施例に係るペン入力表示装置の構成を示す。本実施例と前述の第３実施例で異なる点は、ペン入力表示装置に抵抗皮膜タブレットを使用していることである。
【０２５３】
図８３に於いて、１９５は抵抗膜を示し、１９６は抵抗膜を示し、１９７は抵抗膜１９５上に配置された導電層を示し、１９８は抵抗膜１９５上に配置された導電層を示し、５は抵抗膜１９６上に配置された導電層を示し、２００は抵抗膜１９６上に配置された導電層を示し、ＳＷ１及びＳＷ２はＣＮＴ１で制御されるスイッチであり、ＳＷ３及びＳＷ４はＣＮＴ２で制御されるスイッチであり、２０４は一定電圧を各抵抗膜に供給する電圧源であり５Ｖを供給している。インピーダンス変換部２０２は導電層１９８及び導電層６からアナログの電気信号で検出ペン２０５の表示装置１０’上での位置を示しているＸ方向信号とＹ方向信号を、インピーダンス変換した後Ｘ′，Ｙ′として出力するインピーダンス変換部であり、２０３はアナログ信号であるＸ′，Ｙ′をそれぞれＤＸ，ＤＹのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部である。以上説明した各構成要素の動作は後程詳細に説明するが、これらの参考文献として「東芝レビュー１９９４Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．１２」などがある。なお、移動ベクトル方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の定義は図８３に示す通りである。
【０２５４】
図８４に本実施例におけるペン座標検出の原理を示す。図８４（ａ）は１９５と１９６の抵抗膜で形成されるタブレットの断面図を示しており、１３は非ペン入力状態時に抵抗膜１９５と１９６を非接触させておくためのスペーサである。この様に、抵抗膜１９５と１９６に検出ペンが圧力を加えてないと抵抗膜１９５と１９６は非接触状態を保っている。
【０２５５】
図８４（ｂ）は、抵抗膜１９５と１９６に検出ペン２０５が圧力を加えている状態を示す図であり、この様に検出ペン２０５からの圧力が加えられると抵抗膜１９５と１９６は接触状態になる。また、検出ペン２０５から圧力が加えられている箇所を対抗電極２０７とし、図８４（ｃ）に示す様に導電層１９７と対抗電極２０７との間の抵抗をＲ１５とし、導電層１９８と対抗電極２０７の間の抵抗をＲ１６とし、導電層１９９と対抗電極２０７の間の抵抗をＲ１９とし、２００と検出ペン２０５の間の抵抗をＲ２０とする。なお、１９５と１９６の抵抗膜にはある一定のシート抵抗が存在するが導電層１９７，１９８，１９９，２００ではこのシート抵抗が無視できる程小さい。
【０２５６】
図８５にインピーダンス変換部２０２の構成を示す。図８５の２０８及び２０９はオペアンプであり、いわゆるボルテージフォロワーとして使われており、入力信号をインピーダンス変換し出力する。図８６にＳＷ１〜ＳＷ４の制御を示す。ＣＮＴ１がＨｉｇｈレベル時ＳＷ１，ＳＷ２はオン状態であり、ＣＮＴ１がＬｏｗレベル時ＳＷ１，ＳＷ２はオフ状態である。ＣＮＴ２がＨｉｇｈレベル時ＳＷ３，ＳＷ４はオン状態であり、ＣＮＴ２がＬｏｗレベル時ＳＷ３，ＳＷ４はオフ状態である。ＣＮＴ１及びＣＮＴ２は常に両方が逆位相で駆動されている。
【０２５７】
図８７に、図８４（ｃ）の場合の等価回路を示す。図８７（ａ）はＣＮＴ１＝Ｈｉｇｈ，ＣＮＴ２＝Ｌｏｗの場合の等価回路を示しており、導電層１９９及び６に電圧が印加されておらず導電層１９７に０Ｖが１９８に５Ｖが印加されている。従って、６の電圧は５＊Ｒ１５／（Ｒ１５＋Ｒ１６）となるためＸ′＝５＊Ｒ１５／（Ｒ１５＋Ｒ１６）である。つまり、検出ペンのＸ方向の位置１４がアナログ信号Ｘ′として検出された。
【０２５８】
図８７（ｂ）はＣＮＴ１＝Ｌｏｗ，ＣＮＴ２＝Ｈｉｇｈの場合の等価回路を示しており、導電層１９７及び１９８に電圧が印加されておらず導電層１９９に０Ｖが６に５Ｖが印加されている。従って、２００の電圧は５ＶとなるためＸ′＝５Ｖである。本実施例では、Ｘ′＝５Ｖの場合これをペンのＸ方向の位置を示すアナログ信号として取り扱わない。
【０２５９】
図８８に、図８４（ｃ）の場合の等価回路を示す。図８８（ａ）はＣＮＴ１＝Ｈｉｇｈ，ＣＮＴ２＝Ｌｏｗの場合の等価回路を示しており、導電層１９９及び６に電圧が印加されておらず導電層１９７に０Ｖが１９８に５Ｖが印加されている。従って、１９８の電圧は５Ｖであり、Ｙ′＝５Ｖとなる。本実施例では、Ｙ′＝５Ｖの場合これをペンのＹ方向の位置を示すアナログ信号として取り扱わない。
【０２６０】
図８８（ｂ）はＣＮＴ１＝Ｌｏｗ，ＣＮＴ２＝Ｈｉｇｈの場合の等価回路を示しており、導電層１９７及び１９８に電圧が印加されておらず導電層１９９に０Ｖが２００に５Ｖが印加されている。従って、６の電圧は５ＶとなるためＹ′＝５＊Ｒ１９／（Ｒ１９＋Ｒ２０）である。つまり、検出ペンのＹ方向の位置１４がアナログ信号Ｙ′として検出された。
【０２６１】
以上の様に、本実施例では以下に示す通りペンの位置を検出し、
ＣＮＴ１＝Ｈｉｇｈ，ＣＮＴ２＝Ｌｏｗの場合
検出ペンのＸ方向の位置をアナログ信号として検出する
ＣＮＴ１９６＝Ｈｉｇｈ，ＣＮＴ１＝Ｌｏｗの場合
検出ペンのＹ方向の位置をアナログ信号として検出する
得られたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部２０３によってデジタル信号ＤＸ，ＤＹに変換する。デジタル信号ＤＸ，ＤＹは図８３のペンスピード検出部１７０、ベクトル変化検出部１７１及び補正部１７２に出力され、前述したように補正される。
【０２６２】
以上の通り、本実施例によって、人間工学上誤入力であるデータを削除した使用者の意図にそったペン入力が実現可能であるペン入力表示装置が実現された。また、本実施例では１画素移動毎に移動速度及び移動ベクトルを検出しているのでよりすばらしい筆跡の手書き入力が可能となった。なお、本実施例は抵抗薄膜タブレットを利用したペン入力表示装置以外の例えば、電磁誘導タブレットを利用したペン入力表示装置（参考文献：東芝レビュー１９９４Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．１２、日経ＢＰ社フラットパネルディスプレイ '９３、日経ＢＰ社ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ９３．８）や静電結合タブレットを利用したペン入力表示装置（参考文献：東芝レビュー１９９４Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．１２、日経ＢＰ社フラットパネルディスプレイ '９３、日経ＢＰ社ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ９３．８）や、その他のペン入力表示装置（特開平４−２８３８１９、特開平４−２９９７２７、特開平５−１２７８２３、特開平５−１５２０４８０、特開平４−３４３３８７、特開平５−１８９１２６、特開平５−１９７４８７、特開昭６２−９２０２１、特開昭６３−２９３６２３）などに利用でき、それ以外のペン入力表示装置にも利用できる。
【０２６３】
次に本発明による第５の実施例を説明する。
【０２６４】
上記従来のアクティブマトリックス型表示装置を使ったペン入力表示装置ではアクティブ素子に電圧を供給する信号線やゲート線が開口率向上及び高精細化のため近年ますます微細加工されるようになっており（参考文献：日経ＢＰ社  フラットパネルディスプレイ１９９１〜１９９５）、このため、検出ペンと各電極線間の結合容量が小さくなり結果として検出電圧が小さくなり正確な座標検出が困難になっている。図１００にそのことを示す。
【０２６５】
図１００の４００はアレイ基板であり、４０１は４００上に配置されたシリコン酸化膜であり、４０２は４００上に配置されたＣｓ線であり、４０３は４００上に配置されたゲート線であり、４０４は４００上に配置された信号線であり、４０５は４００上に配置された画素電極であり、４０９は４００の対向に配置された対向基板であり、４０６は４００と対抗基板４０９の間に注入された液晶層であり、４０８は対抗基板４０９上に配置された着色層であり、４０７は対抗基板４０９上に配置された対向電極である。４００〜４０９でアクティブマトリックス型表示装置を構成している。３１０は検出ペンのペン先を示し、Ｃｐｇはペン先３１０とゲート線４０３の結合容量を示し、Ｃｐｓはペン先３１０と信号線４０４の結合容量を示し、ＣＬはペン先３１０とＧＮＤ間（ここではＡＣグラウンドを意味する）の容量を示し、Ｖｐはペン先に生じる検出電圧を示す。ゲート線に生じる電圧変化をΔＶｇ、信号線に生じる電圧変化をΔＶｓとし検出電圧Ｖｐの初期条件を０Ｖとすると、ペン先に生じる検出電圧Ｖｐは近似的に以下の式で示される。
【０２６６】
Ｖｐ＝ΔＶｇ＊Ｃｐｇ／（Ｃｐｇ＋ＣＬ）
Ｖｐ＝ΔＶｓ＊Ｃｐｓ／（Ｃｐｓ＋ＣＬ）
よって、Ｃｐｇ（Ｃｐｓ）又はΔＶｇ（ΔＶｓ）を大きくすることで検出電圧Ｖｐを大きくすることが可能であるが、ΔＶｇ（ΔＶｓ）はアクティブ素子の耐圧のため極端に大きくすることが出来ず、酸化膜４０１の膜厚が３５００オングストローム程度であれば４５Ｖ程度が信頼性上望ましい。Ｃｐｇ（Ｃｐｓ）の値は最も単純な式で以下のように示される。
【０２６７】
Ｃｐｇ  ∝  ε０＊εｇ＊Ｇｈａｂａ／ｄｇ
Ｃｐｇ  ∝  ε０＊εｇ＊Ｓｈａｂａ／ｄｇ
ε０：真空の誘電率
εｇ：ガラスの非誘電率
Ｇｈａｂａ：ゲート線幅
Ｓｈａｂａ：信号線幅
ｄｇ：ガラスの厚み
Ｃｐｇ（Ｃｐｓ）を大きくするには、εｇ，Ｇｈａｂａ，Ｓｈａｂａを大きくするかｄｇを小さくしなくてはならない。が、εｇは材料の基本的性質であるため極端に大きくすることなど望めず、ｄｇを小さくしすぎてはガラス破損やたわみが生じてアクティブ素子をアレイ基板４００上に均一に作れなくなってしまうため、ｄｇとしては０．３ｍｍ〜１．１ｍｍが望ましい。唯一変更可能な要素なのがＧｈａｂａ，Ｓｈａｂａであるが、これは上述した通り近年ますます微細化されている。なお、ここで述べているゲート線幅及び信号線幅を図１０１に示す。図１０１はアクティブマトリックス型表示装置を真上から見た図である。
【０２６８】
したがって、信号線又はゲート線と検出ペンの結合容量が小さくなり検出ペンで検出する検出電圧が小さくなり、高精細で高開口率なアクティブマトリックス型表示装置ではバックライトや他からのノイズのため正確な座標検出が不可能である。
【０２６９】
本実施例は、上記事情を考慮してなされたものであり、ペン入力表示装置のより正確でしかも細かい筆跡でかつすばやい手書き入力でも見栄えの良い手書き入力ができることを目的とする。以下、本発明による第５実施例を詳細に説明する。
【０２７０】
図８９に本発明の実施例１に係るペン入力表示装置を示す。図８９に於いて、３０１はＴＦＴ基板（アレイ基板）でありこれに信号線（Ｓ１〜Ｓ５）、ゲート線（Ｇ１〜Ｇ４）、Ｃｓ線（Ｃｓ１〜Ｃｓ４）、ＴＦＴ、画素電極が配置されている。３０２は対向基板であり、３０３は対向基板に配置された対向電極であり、３０４はＴＦＴ基板３０１に配置された信号線に信号線電圧を印加する信号線駆動回路であり、３０５はＴＦＴ基板３０１に配置されたゲート線にゲート線電圧を印加するゲート線駆動回路である。３０１〜３０９でＴＦＴ−ＬＣＤ（以下では単に表示装置と呼ぶ）を構成しておりこれらの参考文献として例えば「日経ＢＰ社フラットパネルディスプレイ１９９１〜１９９５」などがある。３０６はＸ駆動回路であり、３０７はＣｓ線にＣｓ線駆動電圧を供給するＣｓ駆動回路であり、これらの具体的構成例は後程示す。３０８は電源部であり、各回路部に必要な電圧を供給している。３０９９は制御部であり、各駆動部を正常に動作させるための各種信号を各駆動部に供給しており、信号線駆動回路３０４にはＥＳをゲート線駆動回路３０５にはＥＧをＸ駆動回路３０６にはＥＸをＣｓ駆動回路３０７にはＥＣを、スイッチｓｗｓ１〜ｓｗｓ５にはＣＮＴＳを、スイッチｓｗｇ１〜ｓｗｇ４にはＣＮＴｇを、スイッチｓｗｘ１〜ｓｗｘ５にはＣＮＴｘを、スイッチｓｗｃ１〜ｓｗｃ４にはＣＮＴＣを供給している。また、制御部３０９は検出ペン３１０に必要な信号を供給するとともに、３１０から検出ペンの座標検出に必要な信号を供給されている。ＥＧ，ＥＳ，ＥＣ，ＥＸはそれぞれデータバスラインを示しており、各種制御信号がこれらにそれぞれ含まれている。また、スイッチｓｗｓ１〜ｓｗｓ５はＣＮＴＳでオンオフ制御されるスイッチであり、スイッチｓｗｇ１〜ｓｗｇ４はＣＮＴｇでオンオフ制御されるスイッチであり、スイッチｓｗｘ１〜ｓｗｘ５はＣＮＴｘでオンオフ制御されるスイッチであり、スイッチｓｗｃ１〜ｓｗｃ４はＣＮＴＣでオンオフ制御されるスイッチである。ｓｗｃｏｍはＣＮＴｃｏｍでオンオフ制御されるスイッチであり、このスイッチを通し電圧Ｖcom が２に供給される。５０００は対抗電極３０３に対向電極電圧Ｖcom を供給する対向電極駆動回路である。３１０はＴＦＴ基板３０１から供給される検出電圧（図１００のＶｐにあたる）を検出するもので、第５実施例に係るペン入力表示装置では検出電圧の発生タイミングによって３１０のＴＦＴ基板３０１上での位置（ペン座標）を検出する。なお、Ｘ方向とＹ方向を図８９に示す通り定義する。
【０２７１】
図９０に各スイッチの動作タイミングを示す。本実施例に係るペン入力表示装置では１フレーム中の垂直ブランキング期間中にペン座標検出を行う。表示期間中はｓｗｇ１〜ｓｗｇ４，ｓｗｓ１〜ｓｗｓ５，ｓｗｃ１〜ｓｗｃ４，ｓｗｃｏｍはオンし、ｓｗｘ１〜ｓｗｘ５はオフしている。よって、画像信号に応じた信号線電圧が信号線駆動回路３０４から画素電極にＴＦＴを通し供給される。この時Ｘ駆動回路３０６からの電圧はｓｗｘ１〜ｓｗｘ５がオフしているので表示装置の画像に影響しない。表示装置が表示期間から垂直ブランキング期間に移りＸ方向ペン座標検出期間になるとｓｗｘ１〜ｓｗｘ５はオフからオン状態になり、他のスイッチはオフ状態になる。Ｙ方向ペン座標検出期間に入るとｓｗｃ１〜ｓｗｃ４はオン状態になり他はオフ状態になる。
【０２７２】
図９１にＸ駆動回路６の構成を示す。Ｘ駆動回路３０６は３１１〜３１５のＤフリップフロップから成り、３１１〜１５はＣＬＫをクロック、ＳＴＨＸをスタートパルスとしいわゆるシフトレジスタを構成している。
【０２７３】
図９２にＣｓ駆動回路３０７の構成を示す。Ｃｓ駆動回路３０７は３１６〜３１９のＤフリップフロップから成り、３１６〜３１９はＣＬＫをクロック、ＳＴＨＣＳをスタートパルスとするいわゆるシフトレジスタを構成している。
【０２７４】
図９３にＸ駆動回路３０６，Ｃｓ駆動回路３０７の動作を示す。ＳＴＨＸは表示装置がＸ方向ペン座標検出期間になると１ＣＬＫ分ＶＨになり、ＶＸ１〜ＶＸ５が順次ＶＨになる。ただし、ＶＸ１〜ＶＸ５はそれぞれＸ１〜Ｘ５の印加電圧を示し、ＶＣ１〜ＶＣ４はそれぞれＣ１〜Ｃ４の印加電圧を示す。ＳＴＨＣＳは表示装置がＹ方向ペン座標検出期間になると１ＣＬＫ分ＶＨになり、ＶＣ１〜ＶＣ５が順次ＶＨになる。また、ＶＸＴ，ＶＹＴは制御部９の内部信号で、ＶＸＴはＸ方向ペン座標検出期間時にＨｉｇｈレベルで他の期間はＬｏｗレベルである。ＶＹＴはＹ方向ペン座標検出期間時にＨｉｇｈレベルで他の期間はＬｏｗレベルである。以上の動作は図９１及び図９２から明らかである。
【０２７５】
図９４（ａ）に検出ペン３１０が表示装置のＳ１４及びＣＳ１３上近傍に配置されている図を示す。また、この時の断面図を図９４（ｂ）、図９４（ｃ）に示す。図９４（ｂ）、図９４（ｃ）に示す通り、ペン先３１０と表示装置の各電極間及び各電極間には結合容量が存在しており、ｃｐｇはゲート線とペン先３１０との結合容量を、ｃｐｓは信号線とペン先３１０との結合容量を、ｃｓｇは信号線とゲート線との結合容量を、ｃｓｃは信号線とＣｓ線との結合容量を、ｃｓは画素電極とＣｓ線との結合容量を、ｃｐｃはＣｓ線とペン先３１０との結合容量を、ｃｐｌｃは画素電極とペン先３１０との結合容量を、ｃｇｓはゲート線と画素電極との結合容量を、ｃｌｃは着色層４０７と画素電極との結合容量を、ｃｓｃｏｍは信号線と着色層４０７との結合容量をそれぞれ示している。但し、図９４（ｂ）、図９４（ｃ）に示している各結合容量は結合容量を形成する電極間から直接結合されている結合容量を示し、他の電極を通して生じる結合容量は含まれない。例えばペン先３１０と信号線４０４の電極のみ考慮した場合、ペン先３１０と信号線４０４の結合容量は図９４（ｂ）に示すｃｐｓであるが、実際はＣｓ線等の他の電極が表示装置には存在しており、これらに一定のバイアス電圧が印加されず電荷の出し入れが出来ない場合これらの電極を通した結合容量がペン先３１０と信号線４０４間に生じる。なお、図９４（ｂ），（ｃ）に示す各結合容量は、信号線一本とペン先３１０との結合容量を、Ｃｓ線一本とペン先３１０との結合容量を、ゲート線一本とペン先３１０との結合容量を、１画素電極とペン先３１０との結合容量を、信号線一本と対向電極との結合容量を、Ｃｓ線一本と対向電極との結合容量を、ゲート線一本と対向電極との結合容量を、１画素電極と対向電極との結合容量をそれぞれ示している。
【０２７６】
また、本実施例に於いて、表示装置が表示期間から垂直ブランキング期間になった際でＸ１がＶＬからＶＨになる直前に於いて、信号線駆動回路３０４及びゲート線駆動回路３０５，Ｃｓ駆動回路３０７は全信号線及び全ゲート線、全Ｃｓ線にＶＬを供給する。この様にしたことで表示期間から垂直ブランキング期間に移った際、ＴＦＴは確実にすべてオフし信号線に信号線電圧を供給する供給源が信号線駆動回路３０４からＸ駆動回路３０６に変わっても信号線電圧がＶＬ一定に保たれているので、信号線、ゲート線、Ｃｓ線、画素電極等に電圧変動が生じないため検出ペン３１０に誤差電圧が生じずより正確な座標検出が可能となった。
【０２７７】
本実施例におけるペン先３１０と信号線４０４との結合容量Ｃpstotal （ペン先３１０，信号線４０４以外の電極を通して生じる結合容量を含む）及びペン先３１０とＣｓ線４０２との結合容量Ｃpctotal （ペン先３１０，Ｃｓ線４０２以外の電極を通して生じる結合容量を含む）を求めると以下の様になる。なお、アレイ基板４００の厚さは酸化膜４０１，液晶層４０６の厚さに比べ圧倒的に厚い。
【０２７８】
Ｃpstotal ＝Ｃpctotal ＝Ｃｐｓ＋Ｃｐｃ＋Ｃｐｌｃ＋Ｃｐｇ
よって、信号線及びＣｓ線の電圧変化（ΔＶｓ，ΔＶｃｓ）により生じる検出電圧は以下の通りである。
【０２７９】
Ｖｐ＝ΔＶｓ＊Ｃpstotal ／（Ｃpstotal ＋ＣＬ）        …（５）
Ｖｐ＝ΔＶｃｓ＊Ｃpctotal ／（Ｃpctotal ＋ＣＬ）      …（６）
Ｘ駆動回路３０６及びＣｓ駆動回路３０７を駆動することによって生じる検出電圧は図９５の通りである。検出ペン３１０のペン先が位置している画素電極に係っている信号線及びＣｓ線に電圧変化が生じると図９５に示される通り検出電圧にも電圧変化が生じる。
【０２８０】
図９６に検出電圧に生じる電圧変化のタイミングから検出ペンの位置座標を求める制御部９の内部機能を示す。図９６の３２０はＶｐを扱い易いデジタルパルス信号に変換する波形補正回路であり、３２１，３２２はクリアー機能付きカウンターであり例えば７４ＨＣ１６３等で良い。３２３，３２４はフリップフロップでありカウンタ３２１，３２２の出力を記憶保持する。図９６に示す制御部３０９の動作を図９７に示す。なお、図９７では３２１〜３２４の出力を１０進数で示しているが実際は複数ビットで表わされる２進数である。ＶＰは波形補正回路３２０により１ＣＬＫのデジタルパルスに変換され、カウンタ３２１及び３２２はクリアーされた後のＣＬＫをカウントしフリップフロップ３２３及び３２４に出力する。フリップフロップ３２３はＸ方向ペン座標検出期間でかつＶｐｐがＨｉｇｈレベルの時カウンタ３２１の出力を取り込み保持する。フリップフロップ３２４はＹ方向ペン座標検出期間でかつＶｐｐがＨｉｇｈレベルの時カウンタ３２２の出力を取り込み保持する。従って、フリップフロップ３２３及び３２４に保持される値はペン先がどの画素電極上に配置されるかによって異なり、フリップフロップ３２３はＸ方向のペン座標を示すデータを保持しフリップフロップ３２４はＹ方向のペン座標を示すデータを保持する。本実施例ではＦ１＝３、Ｆ２＝２が保持されるが、ペン先がｓ３とｃｓ２に係る画素電極上に配置されている場合Ｆ１＝２、Ｆ２＝１が保持される。つまり、ペン先の位置に応じたＦ１，Ｆ２の値が得られる。図示しないが制御部３０９では内部データであるＦ１，Ｆ２の値からペン先の位置を決定し、その位置を表示するためのデータを信号線駆動回路３０４及びゲート線駆動回路３０５に送っている。本発明に係るペン入力表示装置では上述により正確な座標検出が可能である。
【０２８１】
図９８に本実施例に係る表示装置をＴＦＴ基板側から見た図を示す。図９８ではペン先３１０が表示装置上に配置されてる時の様子を示しており、図９８の点線はペン先と表示装置との接触面を示している。本実施例に於いて画素電極、信号線、ゲート線、Ｃｓ線のサイズは図９８に示す通り、画素電極３００μｍ＊１００μｍ、ゲート線幅１０μｍ、信号線幅１０μｍ、Ｃｓ線幅１０μｍである。表示装置の各電極とペン先との結合容量は図９８に示すペン先と表示装置との接触面と各電極がどの程度オーバーラップしているかによる。なぜなら平行平板タイプの容量は一般に以下の式で表わされ、
Ｃ＝ε0 εx Ｓ／ｄ
ε0 ＝真空の誘電率
εx ＝コンデンサーの電極間に挟まれた絶縁体の比誘導率
Ｓ＝上記電極の面積
ｄ＝上記絶縁体の厚さ
コンデンサーを形成する電極の面積を大きくすることで容量値を大きくすることが可能である。
【０２８２】
従って、Ｃｐｓ，Ｃｐｃ，Ｃｐｌｃ，Ｃｐｇをそれぞれ比較した場合図９８から明らかな様に、ペン先と表示装置との接触面と画素電極の重なり面積は他の電極の重なり面積に比べ圧倒的に広いため、
Ｃｐｌｃ≒１０Ｃｐｓ≒３０Ｃｐｃ≒６０Ｃｐｇ
Ｃｐｓ＝０．１ｆＦ
である。（５），（６）式より本実施例において検出電圧に生じる電圧変化ΔＶｐは
0003866336.tif 000008
である。ちなみに実測値はＶｐ＝３８ｍＶであった。実測値が理論値よりも低くなったのは、表示装置には図示していないが１上に保護用シートを被せておりその分絶縁体の厚みがましたためだと考えられる。
【０２８３】
図９４（ｂ）、図９４（ｃ）に於ける検出ペンと表示装置の各電極間等価回路は図９９の通りである。ここで、ＶＸ４をＶＬ〜ＶＨに駆動（信号線電圧変化ΔＶｓ＝ＶＨ−ＶＬ）する際他の電極をフローティング状態にしなければ、Ｃpstotal は以下の様になる。
【０２８４】
Ｃpstotal ＝Ｃｐｓ＝０．１ｆＦ
Ｖｃｓ３をＶＬ〜ＶＨに駆動（Ｃｓ線電圧変化ΔＶｃｓ＝ＶＨ−ＶＬ）する際他の電極をフローティング状態にしなければ、Ｃpctotal は以下の様になる。
【０２８５】
Ｃpctotal ＝Ｃｐｃ＝０．０３ｆＦ
また、この時のＶｐに生じる電圧変化（ΔＶｐ）は、それぞれ以下の通りである。
【０２８６】
0003866336.tif 000009
となり、実測ではバックライト（図示せず）や３０８などの電源ノイズが原因でこれらは検出不可能であり座標検出を正常に行うことができなかった。
【０２８７】
よって、本実施例による効果が確認できた。
【０２８８】
【発明の効果】
本発明の第１実施例によれば、表示装置と独立して座標検出用タブレットを、表示装置の表又は裏に設ける必要が無く、表示装置と座標検出用タブレットを同一面に形成できるので、ペン入力一体型表示装置の軽量薄型化及び高画質化可能であり、表示装置が数インチ以上の大画面であればあるほど、ペン入力に必要とする部品点数が基本的に変わらないので、本発明による軽量薄型化の効果は大きい。
【０２８９】
例えば、表示装置が対角１２．１インチＸＧＡで画素ピッチが２１０μｍ＊７０μｍのものや、表示装置が対角４０インチで画素ピッチが６３０μｍ＊２１０μｍのものなどに有効であり、表示装置としては透過型でサイズが対角５．５インチ以上のものに特に有効である（対角１０インチ以上にはより有効で、対角２０インチ以上には更に有効である）。
【０２９０】
また、表示装置上のペンの移動量を、ペンが有する光センサーによって表示装置から直接瞬間的に検出するので、高時間分解能な座標検出が可能である。よって、手書き入力に於いて表示装置に対して小さい字を早く書く様な場合（表示装置の大きさを１とした場合に於いて、大きさ１０分の１以下の字を書く場合などに本発明は有効であり、また、８０ドット／秒以上の速度で手書き入力する場合に本発明は有効である）、本発明は非常に有効である。
【０２９１】
また、表示装置上のペンのＸ方向の移動量と表示装置上のペンのＹ方向の移動量を、表示装置表面の表示装置本来ある異なる空間光学特性差によって検出することが可能であるため、ペンＸ方向に移動したのかＹ方向に移動したのかより正確に検出することが可能である。
【０２９２】
また、ペンが有する光センサーの受光面が表示装置上のＸ方向とＹ方向とで異なった長さであるため、光センサーが表示装置のどちらか一方向の空間光学特性差の影響を受けやすくなるので、ペンがＸ方向に移動したのかＹ方向に移動したのかより正確に検出することができる。
【０２９３】
また、ペンが表示装置上に配置された座標を、表示装置のＣｓ線及び信号線を順次選択駆動する際に画素電極に生じる突き上げ電圧による表示装置の輝度変化を利用して検出するので、表示装置に於けるアレイ基板と独立して座標検出用アレイ基板を設ける必要が無く、表示装置と座標検出用タブレットを同一面に形成できるので、ペン入力一体型表示装置の軽量薄型化が可能であり、容量結合による表示装置の輝度変化を利用して、座標を検出するので、画素電極に瞬時に所望する電圧を印加することが出来、画素電極を駆動するスイッチング素子のばらつきが影響されず、高精度な座標検出が可能である。
【０２９４】
また、検出した座標を調整することが可能なため、表示装置の応答速度の温度特性のため発生した検出誤差を調整し、より高精度な座標検出が可能である。
【０２９５】
また、表示装置の画素電極毎に配置されたスイッチング素子をオフした後、Ｃｓ線によって突き上げ電圧を発生させるので、座標検出時に画素電極への信号線電圧書き込みによって生じる表示装置の輝度変化の影響を受けないのでより高精度な座標検出が可能である。
【０２９６】
また、Ｃｓ線をＣｓ線駆動手段から切り離した後、信号線によって突き上げ電圧を発生させるので、生じた突き上げ電圧がＣｓ線駆動手段の影響を受けず突き上げ電圧を維持することが出来る。
【０２９７】
よって、高画質、軽量薄型で高時間分解能、高精度座標検出を実現したペン入力一体型表示装置を得ることが出来る。
【０２９８】
本発明の第２の実施例によれば、ペン入力装置に於けるペンと表示装置の傾きが変化してもペンの光センサーの受光面の表示装置に対する傾きが０度から４５度に保たれるので、受光面に入射する光エネルギーが大きく変化せず、結果として、ペンと表示装置の傾きによって生じる光センサーの誤動作を抑え、より高精度な座標検出が可能である。
【０２９９】
本発明の第３及び４の実施例によれば、補正手段が移動速度と移動速度の変化と移動ベクトルと移動ベクトルの変化にもとずいてペン座標を補正し、移動速度が増加したにもかかわらず移動ベクトルが変化するペン座標を削除し、削除する直前の移動速度及び移動ベクトルと削除後の移動速度及び移動ベクトルを比較し、削除後の移動ベクトルと削除する直前の移動ベクトルが同じかもしくは削除後の移動速度が削除する直前の移動速度よりも遅いかもしくはほぼ等しければ削除後のペン座標を削除しないので、ペン座標の人間工学にもとずいた補正ができる。
【０３００】
本発明の第５の実施例によれば、信号線を駆動してペン座標を検出する際ゲート線およびＣｓ線および対向電極のうち少なくとも一つをフローティング状態にし、ゲート線を駆動してペン座標を検出する際信号線およびＣｓ線および対向電極のうち少なくとも一つをフローティング状態にし、Ｃｓ線を駆動してペン座標を検出する際信号線およびゲート線および対向電極のうち少なくとも一つをフローティング状態にするので、検出ペンが表示装置の各電極とより大きな結合容量を有することができる。
【０３０１】
このため、第５実施例によれば、細かい筆跡でかつすばやい手書き入力でも見栄えの良い手書き入力ができるとともに信号線、ゲート線、Ｃｓ線が細くなっても正確な手書き入力ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係わるペン入力一体型表示装置の構成を示す図。
【図２】同第１実施例に係わるペン入力一体型表示装置の外形図を示す図。
【図３】同第１実施例に係わるペン入力デバイスの断面図。
【図４】同第１実施例に於けるペン入力デバイスの受光の様子を示す図。
【図５】同第１実施例に係わる対向基板の構造を示す図。
【図６】同第１実施例に係わるフォトダイオードアレイ構造を示す図。
【図７】同第１実施例に係わるフォトダイオードアレイ構造を示す図。
【図８】同第１実施例に係わるフォトダイオードアレイ構造を示す図。
【図９】同第１実施例に係わるフォトダイオードアレイの等価回路を示す図。
【図１０】同第１実施例に係わるペン入力デバイスの構成を示す図。
【図１１】同第１実施例に係わるペンシステムリセット部の構成と出力波形を示す図。
【図１２】同第１実施例に係わる光信号変換基本回路の構成を示す図。
【図１３】同第１実施例に係わるフォトダイオードの特性を示す図。
【図１４】同第１実施例に係わる移動量検出部の構成図。
【図１５】同第１実施例に係わるＹ方向移動量検出部の構成図。
【図１６】同第１実施例に係わるレベルシフト部の構成図。
【図１７】同第１実施例に係わるレベルシフト部の動作例を示した図。
【図１８】同第１実施例に係わるシリアル信号発生部の構成図。
【図１９】同第１実施例に係わるシリアル信号発生部の構成図。
【図２０】同第１実施例に係わるパルス３分の一回路の動作を示した図。
【図２１】同第１実施例に係わるシリアル信号発生部の動作を示した図。
【図２２】同第１実施例に係わるパラレル信号発生部の構成を示した図。
【図２３】同第１実施例に係わるパラレル信号発生部の構成を示した図。
【図２４】同第１実施例に係わるフルアダーの回路構成例を示した図。
【図２５】同第１実施例に係わるパラレル信号発生部の動作例を示した図。
【図２６】同第１実施例に係わる初期座標検出部の構成を示した図。
【図２７】同第１実施例に係わるＹ方向初期座標検出部の構成を示した図。
【図２８】同第１実施例に係わるＹ方向初期座標検出部の動作を示した図。
【図２９】同第１実施例に係わる立ち上がりエッジ検出回路の動作を示した図。
【図３０】同第１実施例に係わるＸ駆動部の構成を示した図。
【図３１】同第１実施例に係わるＸ駆動部の動作例を示した図。
【図３２】同第１実施例に係わるＸ方向初期座標検出部の構成を示した図。
【図３３】同第１実施例に係わるＸ方向初期座標検出部の動作を示した図。
【図３４】同第１実施例に係わるＹ座標検出部の構成を示した図。
【図３５】同第１実施例に係わるＣｓ線駆動部の構成を示した図。
【図３６】同第１実施例に係わるＣｓ線駆動部の動作を示した図。
【図３７】同第１実施例に係わるパルス幅変調回路の動作を示した図。
【図３８】同第１実施例に係わるゲート線駆動部３の動作を示した図。
【図３９】同第１実施例に係わる信号線駆動部の動作を示した図。
【図４０】同第１実施例に係わる表示装置上に於けるペン先の位置を示した図。
【図４１】同第１実施例に係わる画素電極電圧のタイミングを示した図。
【図４２】同第１実施例に係わる表示装置のＶ−Ｔ特性を示す図。
【図４３】同第１実施例に係わる画素容量モデルを示す図。
【図４４】同第１実施例に係わるパックライトの相対出力及び各着色層の透過率特性及びフォトダイオードの受光感度特性を示す図。
【図４５】同第１実施例に係わるフォトダイオードの受光変化を示す図。
【図４６】ＴＮ液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶の応答速度を示す図。
【図４７】同第１実施例に係わるＹ方向初期座標検出部の動作を示す図。
【図４８】同第１実施例に係わるＣｓ線駆動部の出力がハイインピーダンスでアレイ基板のＴＦＴが全てオフしている時の画素容量モデルを示す図。
【図４９】同第１実施例に係わるＸ方向初期座標検出部の動作を示す図。
【図５０】同第１実施例に係わるブラックマトリクスの透過率特性とブラックマトリクス上のフォトダイオードの受光感度特性を考慮した受光成分を示した図。
【図５１】同第１実施例に係わるフォトダイオードの配置状態を示した図。
【図５２】同第１実施例に係わる図５１（ａ）に於ける各受光面の受光状態を示した図。
【図５３】同第１実施例に係わる図５１（ｂ）に於ける各受光面の受光状態を示した図。
【図５４】同第１実施例に係わるアレイ基板８の構造とブラックマトリクスの配置を示した図。
【図５５】同第１実施例に係わる表示装置上に於けるペン先の位置を示した図。
【図５６】同第１実施例に係わる表示装置上に於けるペン先の位置を示した図。
【図５７】同第１実施例に係わる表示装置上に於けるペン先の位置を示した図。
【図５８】同第１実施例に係わる各受光面の相対照度の時間変化を示した図。
【図５９】同第１実施例に係わる光信号変換部の相対出力の時間変化を示した図。
【図６０】同第１実施例に係わる各レベルシフト部の出力の時間変化を示した図。
【図６１】同第１実施例に係わるシリアル信号発生部の動作を示した図。
【図６２】同第１実施例に係わるパラレル信号発生部の動作及びＹ座標検出部の動作を示した図。
【図６３】同第１実施例に係わるシリアル信号発生部の動作を示した図。
【図６４】同第１実施例に係わるパラレル信号発生部の動作及びＸ座標検出部の動作を示した図。
【図６５】本発明の第２の実施例に係わるペン入力デバイスを示す図。
【図６６】同第２実施例に係わるペン入力デバイスを示す図。
【図６７】同第２実施例に係わるペン入力デバイスを示す図。
【図６８】同第２実施例に係わるペン入力デバイスを示す図。
【図６９】本発明の第３の実施例に係わるペン入力デバイスを示す図。
【図７０】同第３実施例に係る表示装置１０’とＤＸ，ＤＹ信号の関係を示す図。
【図７１】同第３実施例に係る手書き入力の様子を示す図。
【図７２】同第３実施例に係る手書き入力の様子を示す図。
【図７３】同第３実施例に係る本発明の効果が無い場合の手書き入力結果を示す図。
【図７４】同第３実施例に係るペン入力座標データＤＸ，ＤＹと時間関係を示す図。
【図７５】同第３実施例に係るペンスピード検出部の構成を示す図。
【図７６】同第３実施例に係るベクトル変化検出部の構成を示す図。
【図７７】同第３実施例に係る図７３に対応した移動ベクトル方向の定義を示す図。
【図７８】同第３実施例に係るベクトル変化検出部の動作を示す図。
【図７９】同第３実施例に係るペンスピード検出部、ベクトル変化検出部、補正部の動作を示す図。
【図８０】同第３実施例に係る補正部１７２の構成を示す図。
【図８１】同第３実施例に係る補正部１７２の構成を示す図。
【図８２】同第３実施例に係る本発明の効果を示す図。
【図８３】本発明の第４実施例に係るペン入力装置の構成図
【図８４】同第４実施例に係るペン座標検出の原理を示す図。
【図８５】同第４実施例に係るインピーダンス変換部８の構成を示す図。
【図８６】同第４実施例に係るｓｗ１〜ｓｗ４の制御を示す図。
【図８７】同第４実施例に係る図８４（ｃ）の等価回路を示す図。
【図８８】同第４実施例に係る図８４（ｃ）の等価回路を示す図。
【図８９】本発明の第５実施例に係るペン入力装置の構成図。
【図９０】同第５実施例に係るペン入力装置の駆動シーケンスを示す図。
【図９１】同第５実施例に係るＸ駆動回路の構成を示す図。
【図９２】同第５実施例に係るＣｓ駆動回路の構成を示す図。
【図９３】同第５実施例１に係るＸ駆動回路とＣｓ駆動回路の動作を示す図。
【図９４】同第５実施例に於いて検出ペンが表示装置上に配置されている様子を示す図。
【図９５】同第５実施例におけるペン座標検出方法を示す図。
【図９６】同第５実施例におけるペン座標検出方法を示す図。
【図９７】同第５実施例におけるペン座標検出結果を示す図。
【図９８】同第５実施例におけるアレイ基板の構造を示す図。
【図９９】同第５実施例における結合容量の等価回路を示す図。
【図１００】従来例を示すための図。
【図１０１】従来例を示すための図。
【符号の説明】
３０…着色層
３３…フォトダイオードアレイ基板
４４…オペアンプ
６６、１９３…クリアー機能付Ｄフリップフロップ
６７、６８、１８４，１８５、２３１、２３２…カウンター
７３〜７３、２３７〜２４０…フルアダー
８８、９６、１７５，１７８…コンパレータ
８７、９５…オペアンプ
ＤFA〜ＤFF…フォトダイオード
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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