(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の走査線と、
前記第１の走査線の各々に交わる複数の第２の走査線と、
前記第１の走査線と前記第２の走査線との交点近傍に備えられ、前記交点を成す前記第１の走査線と前記第２の走査線との間に接続された液晶表示素子と
を有する液晶表示パネルの光検知デジタイジング方法であって、
隣接する前記第１の走査線の間に接続された光検知素子とトランジスタとの直列接続体を備え、
前記トランジスタの制御電極は前記第２の走査線に接続され、
前記第２の走査線が活性化される際に前記直列接続体に一方の前記第１の走査線から信号が入力され、隣接する他方の前記第１の走査線から信号が検知されることを特徴とする、光検知デジタイジング方法。
【請求項２】
光検知は液晶表示パネルの表示期間と異なる期間に行われることを特徴とする請求項１に記載の光検知デジタイジング方法。
【請求項３】
前記光検知素子はｎ型非晶質シリコン、ｉ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコンが直列に接続される構成を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光検知デジタイジング方法。
【請求項４】
前記光検知素子はｐｎ接合を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光検知デジタイジング方法。
【請求項５】
複数の第１の走査線と、
前記第１の走査線の各々に交わる複数の第２の走査線と、
前記第１の走査線と前記第２の走査線との交点近傍に備えられ、前記交点を成す前記第１の走査線と前記第２の走査線との間に接続された液晶表示セルと
を有する液晶表示パネルの光検知デジタイジング方法であって、
前記液晶表示セルの各々は、
前記第１の走査線に接続されたゲートと、前記第２の走査線に接続された第１の電流電極と、第２の電流電極とを含み光が到達する位置に配置されたトランジスタと、
前記トランジスタの前記第２の電流電極に接続された第１の画素電極と、
液晶体と、
前記第１の画素電極と共に前記液晶体を挟む第２の画素電極と
を有し、
各々の前記液晶表示セルの前記第２の画素電極に共通に交流信号を与え、前記第１及び第２の走査線から前記交流信号の交流波形を有する前記トランジスタのリーク電流信号を検出する、光検知デジタイジング方法。
【請求項６】
光検知は液晶表示パネルの表示期間と異なる期間に行われることを特徴とする請求項５に記載の光検知デジタイジング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光を媒介として位置を検出する光検知デジタイザに関し、特に表示パネルに組み込み可能な光検知デジタイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＰＳＤ素子と呼ばれる半導体位置検出器が開発されている。これは広い面積を有するｐｎ接合面に対して細い入射光ビームを照射し、その照射された箇所での光電流を複数方向に分流し、それらを計測することにより、入射光ビームの照射位置を検出するという技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年では表示機能を有するパネルとペン入力パネルとが兼用されるタイプが開発されており、従来から各種方式のペン入力パネルと、表示パネルとを単に重ね合わせた、いわゆる「ハイブリッド方式」が採用されている。しかし、ＰＳＤ素子を表示パネル（例えば液晶表示パネル）の全面に貼り付けると、コストの上昇を招くという問題点がある。
【０００４】
一方、表示機能を有するパネルとペン入力パネルとを一体としたタイプも開発されているが、これは例えばペン入力パネルと入力ペンとの静電結合を利用しており、入力ペンとペン入力パネルとの間を接続するコードが必要であるという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明は、液晶表示パネルに組み込み可能で、入力ペンとペン入力パネルとの間を接続するコードが不要な、光検知型のデジタイザを実現する技術を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１にかかるものは、複数の第１の走査線と、前記第１の走査線の各々に交わる複数の第２の走査線と、前記第１の走査線と前記第２の走査線との交点近傍に備えられ、前記交点を成す前記第１の走査線と前記第２の走査線との間に接続された液晶表示素子とを有する液晶表示パネルの光検知デジタイジング方法であって、隣接する前記第１の走査線の間に接続された光検知素子とトランジスタとの直列接続体を備え、前記トランジスタの制御電極は前記第２の走査線に接続され、前記第２の走査線が活性化される際に前記直列接続体に一方の前記第１の走査線から信号が入力され、隣接する他方の前記第１の走査線から信号が検知されることを特徴とする。
【０００７】
この発明のうち請求項２にかかるものは、請求項１記載の光検知デジタイジング方法であって、光検知は液晶表示パネルの表示期間と異なる期間に行われることを特徴とする。
【０００８】
この発明のうち請求項３にかかるものは、請求項１又は請求項２記載の光検知デジタイジング方法であって、前記光検知素子はｎ型非晶質シリコン、ｉ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコンが直列に接続される構成を有することを特徴とする。
【００１７】
この発明のうち請求項５にかかるものは、複数の第１の走査線と、前記第１の走査線の各々に交わる複数の第２の走査線と、前記第１の走査線と前記第２の走査線との交点近傍に備えられ、前記交点を成す前記第１の走査線と前記第２の走査線との間に接続された液晶表示セルとを有する液晶表示パネルの光検知デジタイジング方法であって、前記液晶表示セルの各々は、前記第１の走査線に接続されたゲートと、前記第２の走査線に接続された第１の電流電極と、第２の電流電極とを含み光が到達する位置に配置されたトランジスタと、前記トランジスタの前記第２の電流電極に接続された第１の画素電極と、液晶体と、前記第１の画素電極と共に前記液晶体を挟む第２の画素電極とを有し、各々の前記液晶表示セルの前記第２の画素電極に共通に交流信号を与え、前記第１及び第２の走査線から前記交流信号の交流波形を有する前記トランジスタのリーク電流信号を検出する、光検知デジタイジング方法である。
この発明のうち請求項６にかかるものは、請求項５記載の光検知デジタイジング方法であって、光検知は液晶表示パネルの表示期間と異なる期間に行われることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
Ａ．光検知型デジタイザの基本的構成：
液晶表示パネルは、一般に液晶表示セルがマトリックス状に配置されている。従って、液晶表示パネルに光検知型デジタイザを組み込むためには、光検知素子もマトリックス状に配列させることが望ましい。本節では、液晶表示パネルに組み込み可能な、マトリックス状に配置された光検知素子を有する光検知型デジタイザについて説明する。
【００１９】
図１は本節及び次節において説明される光検知型デジタイザの構成を模式的に示す平面図である。列走査線Ｘ１〜Ｘ５が行走査線Ｙ１〜Ｙ５の各々と交差しており、その行走査線Ｙｉと列走査線Ｘｊとの交点には光検知素子Ｓｉｊが設けられている（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜５）。行走査線Ｙ１〜Ｙ５は線順次にパルス電圧発生回路７０１によってパルス状の電位が印加され（以下「行走査線が活性化される」との表現も併用する）、検知回路７０２によって列走査線Ｘ１〜Ｘ５に流れる電流が検知される。
【００２０】
光検知素子Ｓｉｊとしては単結晶、あるいは非単結晶（非晶質、多結晶を含む）ｐｎ接合を有する半導体、非単結晶半導体が採用される。例えば半導体としてシリコンを採用することができる。この場合には光検知素子Ｓｉｊに入射させる光はその波長が０．４〜１．２μｍであることが効率上望ましい。また、その照度は１００ルクス以上であることが望ましい。また、非晶質シリコンには燐、ボロンを含まないことが特性上望ましい。
【００２１】
そしてｐｎ接合を有する半導体で光検知素子Ｓｉｊを形成する場合には、その接合面が光の入力方向に対してほぼ垂直であることが効率上も精度上も望ましい。また、ｐｎ接合には逆バイアスを印加することが望ましい。
【００２２】
実施の形態１．
図２に本実施の形態にかかる光検知型デジタイザの具体的構成を部分的に示す。同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）における切断線Ｂ１−Ｂ１における断面図である。
【００２３】
光検知型デジタイザは少なくとも表面が絶縁性の基板１０１を有しており、その上面に列走査線Ｘ１〜Ｘ５及び光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５が設けられる（図２ではこれらの一部のみが示されている）。光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５の各々の一辺は列走査線Ｘ１〜Ｘ５のいずれか一つと隣接して電気的に接続されている。光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５のうち、列走査線Ｘ１〜Ｘ５と隣接する辺と対向する辺は、行走査線Ｙ１〜Ｙ５から列走査線Ｘ１〜Ｘ５と平行に延びた突出部を頂いている。列走査線Ｘ１〜Ｘ５及び光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５は行走査線Ｙ１〜Ｙ５の頂面を除き、例えばＳｉＯ2で形成される透光性の絶縁膜１０２で覆われる。更に、透光性の絶縁膜１０２と行走査線Ｙ１〜Ｙ５とは例えばＳｉＯ2で形成される透光性の保護膜１０３で覆われる。
【００２４】
光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５のうち、列走査線Ｘ１〜Ｘ５と隣接する辺、及び行走査線Ｙ１〜Ｙ５の突出部を頂く辺の近傍は、それぞれ列走査線Ｘ１〜Ｘ５及び行走査線Ｙ１〜Ｙ５との電気的接続を良好にするため、不純物濃度を高めることが望ましい。同図（ｃ）は同図（ｂ）と同じ位置の断面図を示しており、不純物濃度が高められた箇所を梨地ハッチングで模式的に示している。
【００２５】
このような構成を有する光検知型デジタイザにおいて、例えば図１の○で示された領域にライトペンで光を入力する場合、つまり透光型の動作について説明する。図３はライトペン７００によって光Ｌ１が入射する様子を示す断面図である。又、図４は光検知デジタイザの透光型の動作を示すタイミングチャートである。
【００２６】
行走査線Ｙ１〜Ｙ５はパルス電圧発生回路７０１によって線順次にパルス電圧を受け、その度に列走査線Ｘ１〜Ｘ５に流れる電流が検知回路７０２によって検出される。光検知素子Ｓ３３は光Ｌ１を受けるので、他の光検知素子よりも多くの光電流が流れる。よって行走査線Ｙ３が活性化した際に列走査線Ｘ３に流れる電流が他の場合に列走査線Ｘ１〜Ｘ５に流れる電流よりも多くなる。従って光検知素子Ｓ３３の近傍に光が照射されたことが、即ちライトペン７００の位置が検知できることになる。
【００２７】
図５に光検知型デジタイザの他の具体的構成を示す。同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）における切断線Ｂ２−Ｂ２における断面図である。図５に示された構造は、図２に示された構造に対し、光検知素子Ｓｉｊの各々の上面（光検知素子Ｓｉｊと絶縁膜１０２との境界）に光フィルタＦＬｉｊを追加した構造を有している。光フィルタＦＬｉｊの特性を、ライトペン７００の照射する光の波長近傍のみ透過させるように設定することにより、外光の影響を受けることが抑制され、より正確な光検知が可能となる。勿論、図２（ｃ）に示されるように光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５の一部の不純物濃度を高めることもできる。
【００２８】
実施の形態２．
図２に示された構成は、光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５を遮光して位置検出を行う場合、即ち遮光型の動作を行わせることもできる。例えば図１の○で示された領域を遮光させ、対応する光検知素子Ｓ３３についての光電流を減少させることができるからである。
【００２９】
しかし、液晶表示パネルに対して光検知デジタイザを組み込む場合には、入力ペンの操作性から、液晶表示パネルよりも操作者に近い側に光検知デジタイザを配置しなければならない。従って光検知デジタイザは液晶表示パネルの表示光、つまり裏面からの透過光、あるいは表示面からの入射した光の反射光を透過させなければならない。このような要求に応えるためには、基板１０１として透光性の基板１０１ａを採用する必要がある。
【００３０】
図６に本実施の形態にかかる光検知型デジタイザの具体的構成を部分的に示す。同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）における切断線Ｂ３−Ｂ３における断面図である。図６に示された光検知型デジタイザは、図２に示された光検知型デジタイザに対し、基板１０１を透光性かつ絶縁性の基板１０１ａに置換し、光検知素子Ｓｉｊの各々の下面（光検知素子Ｓｉｊと基板１０１ａとの境界）に遮光膜ＳＨｉｊを追加して介在させた構造を有している。勿論、当該光検知型デジタイザにおいても、図２（ｃ）に示されるように光検知素子Ｓ１１〜Ｓ５５の一部の不純物濃度を高めることもできる。
【００３１】
図７は遮光ペン７０３によって外光ＬＧを遮光する様子を示す断面図である。又、図８は光検知デジタイザの遮光型の動作を示すタイミングチャートである。
【００３２】
光検知素子Ｓｉｊの上面側（保護膜１０３側）からの外光ＬＧを遮光ペン７０３を用いて、例えば光検知素子Ｓ３３の上方で遮光することにより、これに対応する光電流のみが減少するので、遮光ペン７０３の位置を検出することができる。しかも遮光膜ＳＨｉｊを設けているので、基板１０１ａが透光性であっても液晶表示パネルの表示光が光検知素子Ｓｉｊに下面から照射されることが抑制でき、誤検知や、精度劣化を回避することができる。
【００３３】
勿論、図６に示された光検知型デジタイザにおいて、透過型の動作をさせることもできる。その場合には光検知素子Ｓｉｊを光フィルタＦＬｉｊで上方から、遮光膜ＳＨｉｊで下方から、それぞれ挟む構造としてもよい。
【００３４】
上記に示された例では、保護膜１０３側からライトペン７００もしくは遮光ペン７０３により光検知素子Ｓｉｊを作動させた場合を示した。この場合、透過型の動作をさせる場合には基板１０１ａ側からバックライトを照射することになる。しかし勿論、保護膜１０３側からバックライトを照射し、基板１０１ａ側からライトペン７００もしくは遮光ペン７０３により光検知素子Ｓｉｊを作動させてもよい。この場合には、遮光膜ＳＨｉｊは光検知素子Ｓｉｊに対して保護膜１０３側に設けられ、光フィルタＦＬｉｊは光検知素子Ｓｉｊに対して基板１０１ａ側に設けられる事は言うまでもない。
【００３５】
Ｂ．光検知型デジタイザの液晶表示パネルへの組み込み：
本節では、前節に示された態様を基本とした光検知型デジタイザを、液晶表示パネルの表示面側に組み込んだ場合の種々の態様について示す。
【００３６】
実施の形態３．
図９は本実施の形態にかかる光検知型デジタイザの具体的構成を部分的に示す。図９に示された構成は、図２に示された構成の下に、ダイレクトマトリックス型であり、また表示面からの外光を反射させて表示を視認する反射型の液晶表示パネルを設けて得られる。液晶表示パネルの画素の各々に対応させ、光検知型デジタイザの光検知素子が設けられている。
【００３７】
同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ），（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）における切断線Ｂ４−Ｂ４，Ｃ４−Ｃ４における断面図である。但し、同図（ａ）においては液晶体ＬＣより下方の構造は、図面の繁雑を避けるために示していない。但し、液晶体ＬＣの表示面側に設けられる第１の画素電極Ｆａｉｊは破線で示している。また、同図（ｂ），（ｃ）において液晶を画素毎に区画するスペーサも省略している。このような図面の簡略化は以下の実施の形態の説明においても行われる。
【００３８】
図２に示された構成と比較すると、絶縁膜１０２は光検知素子Ｓｉｊ及び列走査線Ｘｊの下面の下にも設けられており、これらと第１の画素電極Ｆａｉｊとの絶縁が採られている。つまり、図６に示された構成の、遮光性基板１０１ａとしても絶縁膜１０２が機能している。また、光検知素子Ｓｉｊは、第１の画素電極Ｆａｉｊよりも小さく設計され、光検知素子Ｓｉｊが液晶表示を妨げる程度を抑制している。
【００３９】
第１の画素電極Ｆａｉｊは例えばＩＴＯ等の透明電極である。第１の画素電極Ｆａｉｊの下方には、第１の画素電極Ｆａｉｊと対向し、第１の画素電極Ｆａｉｊと共に液晶素子ＬＣを挟んで電圧を印加するための第２の画素電極Ｆｂｉｊが設けられている。第２の画素電極Ｆｂｉｊは例えばアルミ、銀等を含む金属で形成され、表示面からの外光を反射させる機能をも備えている。
【００４０】
一方、列走査線Ｇｂｊが少なくとも表面が絶縁性の基板２０１上に設けられ、基板２０１と共に絶縁膜２０２で覆われており、局所的な貫通孔によって第２の画素電極Ｆｂｉｊと電気的に接続される。第１の画素電極Ｆａｉｊは行走査線Ｇａｉに接触して電気的に接続される。ここでは反射型の液晶表示パネルが例示されているので、基板２０１及び絶縁膜２０２が透光性である必要はない。
【００４１】
このように、液晶表示パネルと光検知デジタイザとを一体化することにより、液晶表示とペン入力パネルとしての機能を併有することができる。
【００４２】
そして液晶表示用の行走査線Ｇａｉ及び列走査線Ｇｂｊが、光検知用の行走査線Ｙｉ及び列走査線Ｘｊとは別途に設けられるので、液晶表示パネルを駆動するタイミングとは別途に光検知デジタイザを駆動することができる。
【００４３】
しかも、光検知用の行走査線Ｙｉ及び列走査線Ｘｊは液晶表示用の行走査線Ｇａｉ及び列走査線Ｇｂｊの上方にそれぞれ設けられるので、光検知デジタイザの為のこれらの走査線が液晶表示の視認性を悪化させにくい。
【００４４】
その上、表示面より遠い側から順に、光検知用の行走査線Ｙｉ、光検知用の列走査線Ｘｊ、液晶表示用の行走査線Ｇａｉ、液晶表示用の列走査線Ｇｂｊと配置されている。従って、光検知用の行走査線Ｙｉと液晶表示用の行走査線Ｇａｉとの間には光検知用の列走査線Ｘｊが、光検知用の列走査線Ｘｊと液晶表示用の列走査線Ｇｂｊとの間には液晶表示用の行走査線Ｇａｉが、それぞれ介在しているので、２種の行走査線同士、２種の列走査線同士の干渉を抑制することができる。
【００４５】
勿論、図５に示される構造と同様に、光検知素子Ｓｉｊの上面に光フィルタＦＬｉｊを設けることができる。図１０はそのような変形を示す断面図であり、図９（ｂ）の示す箇所に相当する断面図である。かかる変形において、図９（ｃ）の示す箇所に相当する断面図は図９（ｃ）と同様に現れる。
【００４６】
また、図６に示される構造と同様に、光検知素子Ｓｉｊの下面に遮光膜ＳＨｉｊを設けることもできる。図１１はそのような変形を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ），（ｃ）は同図（ａ）の切断線Ｂ５−Ｂ５，Ｃ５−Ｃ５のそれぞれにおける断面図である。更に、光検知素子Ｓｉｊの上面に光フィルタＦＬｉｊを設けることができる。図１２はそのような変形を示す断面図であり、図１１（ｂ）の示す箇所に相当する断面図である。
【００４７】
実施の形態４．
図２に示された構成の下に、ダイレクトマトリックス型ではないが、２端子型のアクティブマトリックス型の液晶表示パネルを設けることができる。図１３はそのような構成を示す断面図であり、図９（ｃ）の示す箇所に相当する断面図である。かかる構成において、図９（ｂ）の示す箇所に相当する断面図は図９（ｂ）と同様に現れる。第２の画素電極Ｆｂｉｊと列走査線Ｇｂｊとの間に非線形素子ＮＬｉｊが設けられている点のみ、図９に示された構造と異なっている。
【００４８】
或いは、図２に示された構成の下に、３端子型のアクティブマトリックス型の液晶表示パネルを設けることができる。図１４はそのような変形を示す断面図であり、同図（ａ），（ｂ）は、それぞれ図９（ｂ）（ｃ）の示す箇所に相当する断面図である。
【００４９】
図９に示された構造と比較すると、以下の点で異なっている。まず第１の画素電極Ｆａｉｊが連続した画素電極Ｆａに置換されている。よって図９（ａ）において破線で示された第１の画素電極Ｆａｉｊの形状は、本実施の形態において第２の画素電極Ｆｂｉｊの形状として現れることになる。
【００５０】
また、第２の画素電極Ｆｂｉｊと列走査線Ｇｂｊとの間にトランジスタＱｉｊの一対の電流電極が接続される。そして第２の画素電極Ｆｂｉｊと列走査線ＧｂｊとトランジスタＱｉｊの下方には絶縁膜２０３を介して行走査線Ｇａｉが敷設されており、これは図示されない断面において絶縁膜２０３を貫通してトランジスタＱｉｊの制御電極と接続される。行走査線Ｇａｉは基板２０１上に設けられる。ここでは反射型の液晶表示パネルが例示されているので、基板２０１及び絶縁膜２０２と同様、絶縁膜２０３が透光性である必要はない。
【００５１】
かかる構造においても、光検知用の行走査線Ｙｉと液晶表示用の行走査線Ｇａｉとの間には光検知用の列走査線Ｘｊ、画素電極Ｆａ及び液晶表示用の列走査線Ｇｂｊが、光検知用の列走査線Ｘｊと液晶表示用の列走査線Ｇｂｊとの間には画素電極Ｆａが、それぞれ介在しているので、２種の行走査線同士、２種の列走査線同士の干渉を抑制することができる。
【００５２】
なお、必ずしも画素電極Ｆａは単一の連結体として形成されなくても良い。例えば行走査線Ｙｉの延びる方向においてのみ連続しており、同図（ｂ）に画素電極Ｆａとして現れる箇所に金属配線を敷設し、これと画素電極Ｆａが接続されていてもよい。
【００５３】
勿論、光検知素子Ｓｉｊの上面に光フィルタＦＬｉｊを、あるいは下面に遮光膜ＳＨｉｊを設けることもできる。
【００５４】
実施の形態５．
図１５は本実施の形態にかかる光検知型デジタイザの具体的構成を部分的に示す。図１５に示された構成は、図２に示された構成の下に、ダイレクトマトリックス型であり、また表示面とは反対側から与えられる外光を透過させて表示を視認する透過型の液晶表示パネルを設けて得られる。液晶表示パネルの画素の各々に対して、光検知型デジタイザの光検知素子が設けられている。
【００５５】
同図（ａ），（ｂ）は、それぞれ図９（ｂ）（ｃ）の示す箇所に相当する断面図であり、平面図は図９（ａ）と同様に現れる。
【００５６】
図９に示された構成と比較すると、透光性は不問であった基板２０１の代わりに例えばガラスで形成される透光性かつ絶縁性の基板３０２が用いられており、透光性は不問であった絶縁膜２０２の代わりに透光性の絶縁膜３０３が用いられている。そして第２の画素電極Ｆｂｉｊも透明電極で形成されている。
【００５７】
かかる構成は、反射型であるか透光型であるかの相違はあるものの、図９に示された構成と同様の効果を有する。
【００５８】
図１６（ａ），（ｂ）は本実施の形態の変形を示す断面図であり、それぞれ図１５（ａ），（ｂ）に対応している。図１６に示された構成は、図１５に示された構成において、第２の画素電極Ｆｂｉｊが液晶表示用の列走査線Ｇｂｊを兼ねており、従って絶縁膜３０３が不要となって透光性かつ絶縁性の基板３０１上に設けられている点で異なっている。かかる構成も図１５と同様の効果を有する。
【００５９】
実施の形態６．
透光型の光検知型デジタイザにおいても２端子型のアクティブマトリックス型の液晶表示パネルを設けることができる。図１７はそのような構成を示す断面図であり、図１５（ｃ）に相当する断面図である。図１７に示された構成は、図１３において示された基板２０１及び絶縁膜２０３をそれぞれ透光性の基板３０２及び透光性の絶縁膜３０３に置換した構造となっている。
【００６０】
また、３端子型のアクティブマトリックス型の液晶表示パネルを設けることもできる。図１８はそのような変形を示す断面図である。図１８に示された構成は、同図（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１５（ａ）（ｂ）に相当する断面図であり、図１４において示された基板２０１及び絶縁膜２０２，２０３をそれぞれ透光性かつ絶縁性の基板３０２及び透光性の絶縁膜３０４，３０３に置換した構造となっている。
【００６１】
実施の形態５，６で示された、透光性の液晶表示パネルに組み込まれた光検知デジタイザにおいても、光検知素子Ｓｉｊの上面に光フィルタＦＬｉｊを設けたり、下面に遮光膜ＳＨｉｊを設けることができることは言うまでもない。
【００６２】
実施の形態７．
図１９は本実施の形態の構成を示す断面図であり、同図（ａ），（ｂ）はそれぞれ図９（ｂ），（ｃ）に対応している。
【００６３】
本実施の形態ではカラー表示を行う、反射型かつダイレクトマトリックス型の液晶表示パネルにおいて光検知デジタイザを組み込んでいる。カラー表示を行う液晶表示パネルでは、液晶表示セルは画素毎に表示を行うが、液晶表示セルに対向して複数種の色フィルタが設けられる。画素毎の表示を行うため、一つの第１の画素電極Ｆａ３２に対して、３つの第２の画素電極Ｆｂ３２，Ｆｂ３３，Ｆｂ３４が一組となって対向している。そして第１の画素電極Ｆａ３２を介して第２の画素電極Ｆｂ３２，Ｆｂ３３，Ｆｂ３４にそれぞれ対向する、赤透過光フィルター１０７、緑透過光フィルター１０８、青透過光フィルター１０６がそれぞれ保護膜１０３と絶縁膜１０２の間に設けられている。赤透過光フィルター１０７、緑透過光フィルター１０８、青透過光フィルター１０６の間にはブラックマスク１１０が挟まれている。また水平走査電極Ｙ３の上部にはブラックマスク１１０が設けられており、異なるフィルター間での表示光の分離が行われる。
【００６４】
赤透過光フィルター１０７は光検知素子Ｓ３２を介して第２の画素電極Ｆｂ３２に対向して設けられており、光検知素子Ｓ３２が赤い光を効率よく受けるようになっている。これは光検知素子をアモルファスシリコンで形成した場合、光電流の強度は近赤外の波長に敏感であるからである。このような構成においては、液晶表示用の列走査線Ｇｂｊに対して光検知用の列走査線Ｘｊの数はほぼ１／３となる。
【００６５】
このようにカラー表示を行う液晶表示パネルにおいて光検知デジタイザを組み込む場合には、光フィルターＦＬｉｊを別途に形成する必要がなく、感度が良好となる波長の光を簡易な構成で光検知素子に与えることができ、外光の影響を抑制して正確な位置検出を行うことができる。
【００６６】
実施の形態８．
実施の形態３〜７では、各画素に対応して離散的に光検知素子Ｓｉｊを設けた場合について説明されたが、連続して光検知素子を延設しても良い。
【００６７】
図２０は本実施の形態にかかる光検知デジタイザの構成を示す平面図であり、図２１及び図２２はそれぞれ図２０に示された切断線Ｚ１−Ｚ１，Ｚ２−Ｚ２における断面図である。ここでは反射型の液晶表示パネルにおいて、ｐｎ接合を有して格子状に配置された光検知グリッドＤＥＴを設けた場合を示している。
【００６８】
少なくとも表面が絶縁性の基板６０１上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔijが設けられ、そのゲートとしてゲート線Ｇjからの突出部が機能し、ソースはソース線Ｓiに、ドレインは外光を反射する画素電極Ｅijに、それぞれ接続されている。但し、図２０において画素電極Ｅijが最も紙面手前側に位置するにも拘らず、隠れ線による図面の繁雑を避けるために画素電極Ｅijは２点鎖線で示されており、これよりも紙面後方側に位置するソース線ＳiやトランジスタＴijは実線で表示している。
【００６９】
絶縁性の基板６０１上に電極ＥＬＥを下地とし、ｐ型非単結晶シリコン６１８、ｎ型非単結晶シリコン６１７がこの順に積層されている。ｐ型非単結晶シリコン６１８、ｎ型非単結晶シリコン６１７は光検知グリッドＤＥＴを構成し、ＰＳＤ素子と同様にして光検出を行う。ソース線Ｓi、ゲート線Ｇj、トランジスタＴij、電極ＥＬＥ及び光検知グリッドＤＥＴは透光性の絶縁膜６０２によって覆われている。
【００７０】
絶縁膜６０２には画素電極Ｅijが載置され、その上には液晶体ＬＣ、透明電極Ｆａ、透光性の保護膜６０３がこの順に積層されている。画素電極Ｅijは液晶体ＬＣを駆動する機能のみならず、表示面（保護膜６０３側）から入射する光を反射する機能をも有している。光検知グリッドＤＥＴはゲート線Ｇjが延びる方向に関しては隣接する液晶表示セルの画素電極Ｅij，Ｅ(i+1)jの間において、またソース線Ｓiが延びる方向に関してはゲート線Ｇj+1と画素電極Ｅij，Ｅ(i+1)jとの間において、絶縁膜６０２、液晶ＬＣ、透明電極Ｆａを介して外光を受け得る。通常の反射型液晶表示パネルでは絶縁膜６０２の透光性は不問であるが、本実施の形態では光検知グリッドＤＥＴへ外光が届く必要性から、絶縁膜６０２は透光性が要求される。他の液晶表示セルについても同様の構成が設けられる。
【００７１】
このように格子状に構成された光検知グリッドＤＥＴに対し、その格子全体の周囲に端子を設ければ、ＰＳＤ素子と同じ原理で、光が入射された位置を検出することができる。また、格子状ではなくても、一方向、例えばゲート線あるいはソース線が延びる方向にのみ光検知グリッドＤＥＴを複数平行に敷設しても、それらの方向に沿っての光検知は可能である。
【００７２】
実施の形態９．
実施の形態９において用いられた光検知グリッドＤＥＴは、透光型の液晶表示パネルにおいて適用することもできる。図２３は本実施の形態にかかる光検知デジタイザの構成を示す部分的に破断された平面図であり、図２４は図２３に示された切断線Ｚ−Ｚにおける断面図である。
【００７３】
実施の形態９に示された構成とは光検知グリッドＤＥＴが及びゲート線Ｇjの下方に隠れて設けられている点、及び基板６０１が透光性かつ絶縁性の基板６０１ａに置換されている点、光検知グリッドＤＥＴよりも電極ＥＬＥがソース線Ｓiに近い側に設けられている点、トランジスタＴijの上方において、液晶体ＬＣと透明電極Ｆａとの間で遮光膜６０４ａが設けられている点で異なっている。そしてバックライトＢＬは保護膜６０３側から与えられる一方、ライトペンからの入射光Ｌ３は基板６０１ａ側から与えられる。つまり、液晶の表示面は基板６０１ａ側になり、背面が保護膜６０３側になる。
【００７４】
このような構成においては光検知グリッドＤＥＴ、トランジスタＴijが液晶表示を邪魔しない。換言すれば、光検知グリッドＤＥＴがソース線Ｓi及びゲート線Ｇjの下方に隠れていない場合と比較して、液晶表示の面積の減少は抑制される。遮光膜６０４ａのトランジスタＴijに対する遮光機能と同様に、ソース線Ｓi及びゲート線Ｇjが光検知グリッドＤＥＴに対する遮光機能を果たしている。
【００７５】
そして電極ＥＬＥは光検知グリッドＤＥＴに対してソース線Ｓi側に設けられ、入射光Ｌ３が基板６０１ａ側から光検知グリッドＤＥＴに到達するのを妨げない配置がなされている。
【００７６】
Ｃ．表示用走査線を共用する光検知デジタイザ：
前節では、表示用走査線（Ｇａｉ，Ｇｂｊ）と独立に光検知用走査線（Ｙｉ，Ｘｊ）を備えた光検知デジタイザを説明したが、本節では、表示用走査線を光検知用の走査にも用いる技術を説明する。
【００７７】
実施の形態１０．
図２５は本実施の形態にかかる光検知デジタイジング方法に供される、光検知デジタイザの構成を概念的に示す平面図である。本実施の形態で示される光検知デジタイザは３端子型のアクティブマトリックス型の液晶表示パネルに通常備えられる、液晶を駆動するためのトランジスタを光検知に兼用する。
【００７８】
液晶表示パネルにおいては複数のソースと複数のゲート線とが互いに交差して設けられる。そして例えばソース線Ｓiとゲート線Ｇjの交点近傍には画素セルＭijが設けられる。画素セルＭijにおいてトランジスタＴijのソース、ドレイン、ゲートは、それぞれソース線Ｓi、画素電極Ｅij、ゲート線Ｇjに接続されている。画素電極Ｅijの上方（図面において紙面手前側）には、図示されない液晶体が、更にその上方には図示されない透明電極が第２の画素電極として、画素電極Ｅijと共に液晶体を挟んで配置される。他の画素セルについても同様である。透明電極には、図示されない共通配線により全ての画素セルにおいて共通の電位が与えられ、画素電極Ｅijと共に液晶に電圧を印加する。
【００７９】
図２６は画素セルＭijの電気的な等価回路を示す回路図である。但し、トランジスタＴijのドレインに接続される蓄積容量Ｃijは図２５では示していない。液晶Ｎijは液晶体を含み、トランジスタＴijのドレインに接続された側に画素電極Ｅijが設けられ、共通配線ＣＯＭに接続された側に透明電極が配置される。
【００８０】
液晶表示を行うための表示期間においては共通配線ＣＯＭには所定の固定電位が与えられる一方、線順次にゲート線Ｇjが活性化し、ソース電極Ｓiに表示信号が与えられ、液晶Ｎijに電圧が印加されて表示が行われる。
【００８１】
一方、光検知を行うための光検知期間においては、共通配線ＣＯＭには交流信号、例えばパルス波を入力する。そしてゲート線Ｇjとソース線Ｓiの電位を測定する。共通配線ＣＯＭに与えられた交流信号は、透明電極及び液晶Ｎijを通過してトランジスタＴijのドレインに与えられる。よってトランジスタＴijに光が照射されているか否かは、ゲート線Ｇjとソース線Ｓiの電位に共通配線ＣＯＭに与えた交流信号に基づく交流波形が大きく反映されているか否かを以て判断することができる。光が照射されていればトランジスタＴijの光励起によるリークが増大するからである。
【００８２】
なお、共通配線ＣＯＭに与える交流信号は、商用周波数の影響によるノイズを回避するため、商用周波数の３倍高調波以上の周波数、例えば１８０Ｈｚ以上の周波数を有することが望ましい。
【００８３】
上記のように表示期間と光検知期間とでは共通配線ＣＯＭ、ゲート線Ｇj及びソース線Ｓiの果たす機能が異なるため、両期間は交互に設けられる。図２７は光検知期間ＴＡと表示期間ＴＢの関係を示す模式図である。期間ＴＣは光検知期間ＴＡと表示期間ＴＢとの合計である。
【００８４】
通常の３端子アクティブマトリックス液晶表示パネルでは１フレームに例えば１／６０秒が充当されている。そこで本実施の形態では例えば１／２〜１秒に１回、１フレーム分の表示を間引いて、光検知動作に充当させる。具体的には光検知期間ＴＡは１／６０秒に設定され、表示期間ＴＢは３９／６０秒に設定され、期間ＴＣは２／３秒毎に繰り返される。
【００８５】
あるいは、液晶表示動作は、１フレームにおいてブランキング期間という実際には表示を行わない期間が存在する。そこで、このブランキング期間を光検知期間ＴＡに充当してもよい。この場合、例えば光検知期間ＴＡは１／６０００秒に、表示期間ＴＢは９９／６０００秒に、期間ＴＣは１フレーム分の１／６０秒に設定される。
【００８６】
図２８は透過型の液晶表示パネルにおける構造を示しており、図２５の切断線Ｂ６−Ｂ６における断面を示している。例えばガラスからなる透光性基板６０１ａ上にゲート線Ｇjが設けられ、ゲート線Ｇjはゲート絶縁膜５０１で覆われている。ｉ型半導体層５０２がゲート絶縁膜５０１上に設けられ、更にその両端にはｎ型半導体層５０３，５０４が設けられている。そしてｎ型半導体層５０３，５０４にはそれぞれソース線Ｓi及びドレイン線ＤＲijが接続されている。即ちボトムゲート型のＴＦＴとしてトランジスタＴijが構成される。画素電極Ｅijはドレイン線ＤＲijを介してトランジスタＴijに接続される。
【００８７】
これらトランジスタＴij、ゲート線Ｇj、ソース線Ｓi及びドレイン線ＤＲijは透光性の絶縁膜６０２で覆われており、透光性の絶縁膜６０２上には液晶体ＬＣが設けられている。液晶体ＬＣの上には更に透明電極Ｆａ及び透光性の保護膜６０３が形成されるが、液晶表示に際してトランジスタＴijは不要であるので、液晶体ＬＣと透明電極Ｆａとの間であってトランジスタＴijの上方には遮光膜６０４ａが設けられている。遮光膜６０４ａが存在しても、図示される光Ｌ２のように、ライトペンから与えられた光は液晶体ＬＣ内を反射して伝搬し、トランジスタＴijのボディに到達する。
【００８８】
図２９は反射型の液晶表示パネルにおける構造を示しており、図２８に対応する断面を示している。図２８に示された構造に対し、透光性の基板６０１ａは透光性が不問である基板６０１に置換される。勿論、基板６０１ａを採用しても良い。
【００８９】
トランジスタＴij、ゲート線Ｇj、ソース線Ｓi、ドレイン線ＤＲij、及び透光性の絶縁膜６０２からなる構成は図２８に示された構成とほぼ同様であるが、画素電極Ｅijは絶縁膜６０２の上に設けられており、その材質は外光を反射するためにアルミ、銀を含む金属が採用されている。また、遮光膜６０４ａは設けられず、絶縁膜６０２と液晶体ＬＣとの間であってソース線Ｓiの上方には遮光膜６０４ｂが設けられている。遮光膜６０４ｂの代わりに、その位置には画素電極Ｅijを延設してもよい。
【００９０】
通常の反射型の液晶表示パネルでは、トランジスタＴijの上を全て画素電極Ｅijで覆っても良く、また絶縁膜６０２は透光性である必要はない。しかし、本実施の形態ではＴijのボディにライトペンからの光Ｌ２を入射させるために、画素電極Ｅijを一部切り欠き、あるいは遮光膜６０４ｂと画素電極Ｅijとの間に隙間を設け、かつ絶縁膜６０２を透光性とする。
【００９１】
実施の形態１１．
本実施の形態では液晶表示セルにおいて別途に光検知素子を設け、これに対する検出用の配線を、液晶表示のためのゲート線及びソース線で兼用する構成を示す。
【００９２】
図３０は本実施の形態にかかる光検知デジタイザの構成を概念的に示す平面図である。本実施の形態で示される光検知デジタイザは３端子型のアクティブマトリックス型の液晶表示パネルにおいて実現される。
【００９３】
図２５と同様にして、図３０においても液晶や、共通に接続される透明電極は省略している。画素セルＭijにおいてトランジスタＴijのソース、ドレイン、ゲートは、それぞれソース線Ｓi、画素電極Ｅij、ゲート線Ｇjに接続されている。その一方、画素セルＭijにおいて画素電極Ｅijに近接して設けられるトランジスタＱijは、そのソース、ドレイン、ゲートが、それぞれソース線Ｓi、光検知素子Ｄijの一端、ゲート線Ｇj+1に接続される。光検知素子Ｄijの他端は、隣接するソース線Ｓi+1に接続される。つまり光検知素子ＤijとトランジスタＱijの直列接続体が、隣接するソース線Ｓi，Ｓi+1の間に接続される。他のセルについても同様である。
【００９４】
但し、Ｌ本のゲート線Ｇ1，Ｇ2，…，ＧLがこの順に設けられている場合には、画素セルＭiLにはトランジスタＴiLや光検知素子ＤiLは設けなくてもよい。これに接続されるゲート線は液晶表示に用いられるゲート線と兼用できないからである。また、Ｋ本のソース線Ｓ1，Ｓ2，…，ＳKがこの順に設けられている場合には、画素セルＭKjにはトランジスタＴKjや光検知素子ＤKjは設けなくてもよい。これに接続されるソース線は液晶表示に用いられるソース線と兼用できないからである。勿論、これらの素子を設け、別途にゲート線やソース線を設けてもよい。
【００９５】
図３１は図３０に示された構成の電気的等価回路を示す回路図である。共通配線ＣＯＭは液晶Ｎijの一方の電極となる透明電極に共通に接続されている。このような構成において、液晶表示を行うための表示は実施の形態１０に示された動作で実現される。
【００９６】
光検知を行うための光検知期間においても、ゲート線を線順次に活性化させる。そしてソース線は一つ置きに、例えばソース線Ｓi，Ｓi+2に、パルスが入力される。そして一つ置きのソース線Ｓi+1，Ｓi+3からパルスを検出する。一方、光検知素子は光を受けて抵抗値が変化したり、電流を励起したりするので、例えばソース線Ｓi+1からパルスが検出された場合には、光検知素子Ｄij，Ｄ(i+1)jのいずれかに光が照射されたことを検知できる。同一のゲート線が活性化している際にパルスを入力するソース線と、パルスを検知するソース線とを交互に入れ換えることにより、照射された光の位置は光検知素子からの信号を測定して画素の大きさの分解能で検知できる。
【００９７】
実施の形態１０と同様に、表示期間と光検知期間とではソース線Ｓiの果たす機能が異なるため、両期間は交互に設けられる。そこで本実施の形態では例えば１／２〜１秒に１回、１フレーム分の表示を間引いて、光検知動作に充当させる。具体的には光検知期間ＴＡは１／６０秒に設定され、表示期間ＴＢは３９／６０秒に設定され、期間ＴＣは２／３秒毎に繰り返される。
【００９８】
図３２は光検知素子Ｑijの具体的構成を例示する断面図である。表面が絶縁性の基板６１０上に、ｎ型非晶質シリコン６１４，６１５、及びこれらに挟まれたｉ型非晶質シリコン６１３が設けられている。そしてｎ型非晶質シリコン６１４，６１５にはそれぞれ電極６１１，６１２が接続されている。実施の形態１０において示されたトランジスタＴijと同様に、ｉ型非晶質シリコン６１３に光が照射された場合に光励起が生じ、光の検出が行われる。
【００９９】
図３３は光検知素子Ｑijの他の具体的構成を例示する断面図である。表面が絶縁性の基板６１０上に、ｎ型の非単結晶シリコン６１７と、非単結晶シリコン６１７の一部を覆うｐ型非単結晶シリコン６１８とが設けられる。そして非単結晶シリコン６１７，６１８にはそれぞれ電極６１１，６１２が接続されている。非単結晶シリコン６１７，６１８の境界において形成されるｐｎ接合で光励起が生じ、光の検出が行われる。
【０１００】
図３２及び図３３のいずれの構造においても、電極６１１，６１２は一方がソース線Ｓi+1に接続され、一方がトランジスタＱijを介してソース線Ｓiに接続される。
【０１０１】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１にかかる光検知デジタイジング方法によれば、液晶表示パネル用の第１及び第２の走査線を利用して、光検知素子からの信号を検出することができる。
【０１０２】
この発明のうち請求項２にかかる光検知デジタイジング方法によれば、液晶表示パネルにおける液晶表示素子の動作と光検知デジタイザの動作を独立して行うことができる。
【０１１２】
この発明のうち請求項５にかかる光検知デジタイジング方法によれば、３端子型のアクティブマトリックス型の液晶表示パネルに備えられるトランジスタは、その光励起電流によるリーク電流を測定して、光検知素子として兼用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１及び実施の形態２の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１の構成を示す平面図及び断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態１の動作を示す断面図である。
【図４】  本発明の実施の形態１の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】  本発明の実施の形態１の他の構成を示す平面図及び断面図である。
【図６】  本発明の実施の形態２の構成を示す平面図及び断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態２の動作を示す断面図である。
【図８】  本発明の実施の形態２の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】  本発明の実施の形態３の構成を示す平面図及び断面図である。
【図１０】  本発明の実施の形態３の変形を示す断面図である。
【図１１】  本発明の実施の形態３の他の変形を示す平面図及び断面図である。
【図１２】  本発明の実施の形態３の更に他の変形を示す断面図である。
【図１３】  本発明の実施の形態４の構成を示す断面図である。
【図１４】  本発明の実施の形態４の変形を示す断面図である。
【図１５】  本発明の実施の形態５の構成を示す断面図である。
【図１６】  本発明の実施の形態５の変形を示す断面図である。
【図１７】  本発明の実施の形態６の構成を示す断面図である。
【図１８】  本発明の実施の形態６の変形を示す断面図である。
【図１９】  本発明の実施の形態７の構成を示す断面図である。
【図２０】  本発明の実施の形態８の構成を示す平面図である。
【図２１】  本発明の実施の形態８の構成を示す断面図である。
【図２２】  本発明の実施の形態８の構成を示す断面図である。
【図２３】  本発明の実施の形態９の構成を示す平面図である。
【図２４】  本発明の実施の形態９の構成を示す断面図である。
【図２５】  本発明の実施の形態１０の構成を示す平面図である。
【図２６】  本発明の実施の形態１０の等価回路を示す回路図である。
【図２７】  本発明の実施の形態１０の動作を示す模式図である。
【図２８】  本発明の実施の形態１０の構成を示す断面図である。
【図２９】  本発明の実施の形態１０の他の構成を示す断面図である。
【図３０】  本発明の実施の形態１１の構成を示す平面図である。
【図３１】  本発明の実施の形態１１の等価回路を示す回路図である。
【図３２】  本発明の実施の形態１１の構成を示す断面図である。
【図３３】  本発明の実施の形態１１の他の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｓ１１〜Ｓ５５，Ｄij  光検知素子、Ｘ１〜Ｘ５  列走査線、Ｙ１〜Ｙ５  行走査線、ＦＬij（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜５）  光フィルタ、ＳＨij  遮光膜、Ｆａij  第１の画素電極、Ｆｂij  第２の画素電極、Ｇａij  液晶表示用の行走査線、Ｇｂij  液晶表示用の列走査線、ＬＣ  液晶体、Ｎij  非線形素子、Ｑij，Ｔij  トランジスタ、Ｓi ，Ｓi+1   ソース線、Ｇj ，Ｇj+1   ゲート線、ＤＥＴ  光検知グリッド、Ｅij  画素電極、１０６  青透過光フィルタ、１０７  赤透過光フィルタ、１０８  緑透過光フィルタ、７００  ライトペン、７０３  遮光ペン。
【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】
0003999887.tif 000009
【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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