JPH0772823A - 液晶ディスプレイのペン入力機構およびその入力方法 - Google Patents

液晶ディスプレイのペン入力機構およびその入力方法

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JPH0772823A
JPH0772823A JP5795894A JP5795894A JPH0772823A JP H0772823 A JPH0772823 A JP H0772823A JP 5795894 A JP5795894 A JP 5795894A JP 5795894 A JP5795894 A JP 5795894A JP H0772823 A JPH0772823 A JP H0772823A
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signal
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pen
pixel
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JP5795894A
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Peter F Baur
バウアー ピーター
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    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412Digitisers structurally integrated in a display

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  • Liquid Crystal (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 LCDディスプレイを有する装置に入力信号
を提供するための改良されたシステムを提供する。 【構成】 液晶ディスプレイはコンデンサープレートの
間に位置する液晶成分に電界を与える多数のコンデンサ
ーからなる。本発明において、各コンデンサーは入力ペ
ンの出現を検出するセンサーと結合されている。その検
出は光学的に、音響的に、圧力により、温度により、あ
るいはその他の手段により行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイの入
力装置としてペン状の器具(以下、入力ペンと称す)を
使用する方法に関する。そのようなディスプレイは携帯
用コンピュータ等に使用され、入力ペンはキーボードの
代替装置あるいは付属装置として使用される。
【0002】
【従来の技術】図1は液晶ディスプレイ(LCD)の9
つの画素を示している。「素子」と記載された各々のボ
ックスはLCD素子の一つを示し、その各LCD素子は
画素と呼ばれている。「MOS」と記載されたトランジ
スタはそれぞれの画素をオン、またはオフの状態にす
る。
【0003】以下、LCDの動作を簡単に説明する。図
2において、液晶成分MはコンデンサCのプレートP間
に含まれる(図1で「素子」と記載された各々のボック
スは図2に示される素子の一方を含んでいる)。
【0004】図2の各プレートPは、実際には図3に示
されるように、ガラス上にインディウム酸化スズ(以
下、ITOと称す)の薄い塗膜で形成されている。IT
Oの各塗膜は、挿入4で示されているように、順にポリ
イミドの塗膜を生じる。このポリイミドの塗膜は製造過
程で一方向に摩擦がかけられたものである。この摩擦の
ために、ポリイミドに隣接する液晶成分の分子は、摩擦
がかけられた方向に整列する。例えば、分子M1とM2
は図に示すように連なる。
【0005】ここで、整列した分子M1とM2が互いに
直角になるようにポリイミド層は前もって準備されてい
る。そして、大部分の液晶の中に位置している分子は、
分子自身でM1とM2を結びつけようとするが、M1と
M2が直角の関係にあるので、大半の分子が連なり、M
1とM2の間隙を埋めるように螺旋Hを描く。
【0006】偏光フィルターは各ガラスシートに固定さ
れており、図4に示すように、入射光が入ってくると、
光の偏光がねじれた分子の後に従い、連続して90°の
ねじれを受け、底にある偏光フィルターを通って現れ
る。この現れ出た光によって、人間の目は画素を明るい
と認識する。
【0007】しかしながら、小さな電圧(3〜5V程度
の)がITOプレート間に与えられると、その電圧は図
5の電界を生成し、分子の緩やかなねじれの邪魔をす
る。したがって、螺旋Hはもはや存在せず、光はそれが
伝わるようにはねじれず、図6に示すように、さらに下
層の偏光フィルターに妨害されて画素は暗く見える。
【0008】実際のLCDにおいては、画素の総数は桁
違いに多く、例えば、ある小型コンピュータのディスプ
レイは480×640画素の配列を持っており、従って
総計307,200画素となる。そのような膨大な数の
画素に伴い、図5に関連して説明された電圧が多重的な
方法で各MOSに与えられる。
【0009】多重方式としては、各画素のメモリセルを
持つ外部のランダムアクセスメモリ(ビデオRAM、あ
るいはV−RAMと呼ばれる)がある。ここで、ビデオ
制御装置(図示せず)が、表示されるイメージデータを
V−RAMに書き込む。そして、他の回路(図示せず)
が各セル(のデータ)をV−RAMに読み出し、対応す
るMOSに妥当な電圧を与え、各画素が適宜明るくまた
は暗くなるようにする。
【0010】図5に示された電界を生成する電荷は、時
間を浪費するわりには電界を長続きさせるわけではな
い。したがって、ビデオディスプレーは電荷を復活させ
るために定期的にリフレッシュされる。あるタイプのリ
フレッシュ法においては、制御装置(図1に示された)
がV−RAMの各メモリセルを読み出し、そのメモリセ
ルの内容に基づいて、各画素のMOSに適切な電荷を供
給するものがある。
【0011】図1は、理解しやすくするためにいくぶん
誇張されていて、実際には金属−酸化膜−半導体トラン
ジスタ(MOS)が図中に示されているよりも均整の取
れた、もっと小さい空間を占めており、素子はもっと大
きな空間を占めている。ディスプレイ素子に、より大き
い空間を与える理由は、最大限の領域を情報生成部分、
すなわち、ディスプレイ素子に配分するためである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】LCDディスプレイ
は、広範囲に使用されるようになりつつあり、特に、ペ
ンタイプの入力装置を有する携帯用コンピュータ(それ
はキーボード入力の拡張として、またはキーボードの代
わりとして使われる)において著しい。したがって、ペ
ンタイプ入力に対処するよう改良されたシステムの提供
が望まれている。
【0013】本発明は、LCDディスプレイを使用する
装置に入力を得るための改良されたシステムを提供する
ことを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の一形態におい
て、液晶ディスプレイの各画素はそれぞれに関連したセ
ンサーを持ち、入力ペンで生成される信号に反応する。
異なるタイプのセンサーの使用が可能であり、例えば光
に反応するもの、磁界、熱、あるいは振動に反応するも
のなどがある。センサーはリフレッシュサイクルの間に
順次問い合わせられ、適当な画素を明るくする、または
暗くする等の適切な処置が取られる。
【0015】
【実施例】図7は画素の3×3配列を示している。セン
サーは各画素と関係しており、画素のカラムと関係する
のはセンサーラインである。カラムの各センサーはカラ
ムのセンスラインに接続している。
【0016】ここで、使用者が画素を始動させようとす
る時、図8に示されるように、使用者は手に持てる大き
さの入力装置、または入力ペンを所望の画素近辺に運
ぶ。入力ペンの先端からはペン信号が生成され、センサ
ーで検出される。そして、センサーはセンス信号をセン
スライン上に生成する。
【0017】以下に、ペン信号を検出するひとつの方法
を説明する。図8に示されるように、ここではローデコ
ーダのスイッチSW1とセンスラインのスイッチSW2
が両方とも閉じている。したがって、センサー(1,
1)により生成されるどんな信号も検出器Dで検出され
る。
【0018】もしペン信号が受信されたことをセンサー
(1,1)が示しているとするならば、検出器Dは反応
してライン25に信号を生成する。V−RAMシステム
27は、ライン25に生成された信号をセンサー(1,
1)のアドレスに対応する場所でV−RAMに蓄積す
る。
【0019】その後、V−RAMシステム27は、スイ
ッチSW2を開にし、スイッチSW3を閉にすることに
よりセンサー(1,2)に応答させ、V−RAMに蓄積
されたその信号を読み出す。この動作はすべてのセンサ
ーの応答が終わるまで続けられ、すべての画素セルがリ
フレッシュされる。
【0020】次に、V−RAMシステムはV−RAMの
すべてのメモリーセルに応答させ、対応するMOSに電
荷を供給して、適宜各画素が明るくなり、または暗くな
るようにする。そして、リフレッシュの次にくる各セン
サーへの問い合わせ過程が繰り返される。
【0021】図9は問い合わせ/リフレッシュのサイク
ルを示すフローチャートである。しかしながら、ここで
はその手順の輪郭を明確化するために若干修正が加えら
れている。このフローチャートにおいては、各セルに結
びつけられたセンサーを読み出した後、直ちに各画素セ
ルのためのリフレッシュが行われる。
【0022】この読み出しおよびリフレッシュの過程は
かなり素早く行われる。480×600画素(総数30
7,200画素)のスクリーン上ですべての画素が0.
005秒毎くらいにリフレッシュされる。人間の手の通
常の動きに比較してこの割合は非常に速く、たとえ図8
の入力ペンが動いているとしても、ペン信号の検出を認
識する各センサーから見れば、ほとんど動かないでいる
のと同じである。
【0023】〔センサーのタイプ〕センサーと入力ペン
のおびただしい数の組合せが可能である。
【0024】(1)光センサー/光生成入力ペン 組合せ例としては、図10に示すフォトダイオードのよ
うな光センサーを用いるものがあるが、フォトトランジ
スタやフォト・フィールド・エフェクト・トランジスタ
などの他のタイプの光センサーも使用することができる
(どちらも図示せず)。
【0025】この組合せにより、光の形成過程で放出さ
れるエネルギーはペン信号である。光センサーはポイン
トAとポイントBの間で、光に応答して電圧に変化をも
たらす。
【0026】(2)光センサー/受動入力ペン 信号は交互に暗さを生成することができる。すなわちこ
の場合には、通常すべてのセンサーが辺りの光に応答し
て信号を生成する。入力ペンは受動のものであり、周囲
の光を覆い隠すことにより影を生成する。この影は光を
遮断されたセンサーに、周囲の光にさらされているもの
とは異なる信号を生成させる。
【0027】このタイプの組合せは、小さなLCDディ
スプレイのためにはもっとも適していると思われる。大
きなサイズのディスプレイにおいては、使用者の手(入
力ペンを持つ)のひらが、たぶん部分的にディスプレー
上にかかり、それ自身を影で覆うことになる。しかし、
小さなサイズのディスプレイにおいては、このような影
が発生することはない。
【0028】(3)ホール効果センサー/磁気入力ペン ホール効果センサーが使われる場合、入力ペンで生成さ
れる信号は磁気信号である。従来技術において公知の、
このタイプのホール効果センサーを図11に示す。ここ
では、入力ペンで与えられる磁界なしで、あたかも普通
のレジスタを巡るように、電流がホール領域を通って流
れる。しかしながら、磁界が与えられると、トランジス
タQ1のコレクタCとベースB間に電圧を生じるホール
電圧が生成される。そしてこのQ1の始動は残りのトラ
ンジスタにより検出される。
【0029】磁界は入力ペン内部に含まれているコイル
CCにより生成される。このコイルCCはバッテリーB
Bによって電力が供給される。
【0030】なお、10×10ミルの大きさのホール領
域を構成する方法は従来技術でよく知られている。
【0031】(4)磁気抵抗センサー/磁気入力ペン 磁気抵抗センサーが使われる場合、入力ペンにより生成
される信号は磁気を帯び、その磁気信号は磁気抵抗材料
により検出される。
【0032】磁気抵抗材料には二つの重要な種類があ
る。その一つは、磁界(図示せず)が電流に対して、そ
れが通常通るよりも長い経路を通過させる。この長い電
流経路を図12に示す。ここでは磁界が図面の平面に対
して直角を成している。通常より長いこの経路は、ポイ
ントAとポイントBの間に著しい電圧降下を引き起こ
し、その電圧降下が検出される。なお、磁気抵抗センサ
ーは従来技術において公知のものである。
【0033】二番目の種類のセンサーは、前述したよう
に、通常よりも長い電流経路を利用することはなく、巨
大な磁気抵抗分子に頼るものである。図12に示すセン
サーはこれらの分子を使用して構成されている。ここで
は、磁界が分子を歪め、通常の方法で検出される抵抗に
変化を引き起こす。
【0034】 (5)MAGFETセンサー/磁気入力ペン 広いチャンネル領域を有する広範囲チャンネルで高モー
ドのMOSFET(電界効果トランジスタ)にホール接
触端子が加えられる。そして、ピンチオフか三極管モー
ドのどちらかでホール接触端子を作動する。図13にそ
の一例を示す。なお、上述したMOSFETはMAGF
ETと呼ばれ、従来技術において公知のものである。そ
して、ここでは磁気入力ペンが使われる。
【0035】(6)圧電センサー/受動入力ペン 透明なポリ二フッ化ビニル(PVDF)フィルムは、図
14に示されているようにガラスに付着している。その
ようなフィルムの製造業者のひとつに、ペンシルベニア
のキング・オブ・プロシアにあるペンウォルト・コーポ
レーションがあり、一般名「圧電フィルム」として、ま
た販売名「KYNAR」として市販されている。
【0036】このPVDFフィルムは信号トレースTを
有し、水平(横方向)トレースT1がフィルムの底部に
位置し、垂直(縦方向)トレースT2がその上面に位置
する。ここで、交差接点CPはそれぞれの画素セルの下
方に配置されている。
【0037】図15は交差接点の拡大図であり、入力ペ
ンがPVDFフィルムを圧すると、図16に示すように
くぼみDを生じる。このくぼみにより、図17のポイン
トFとポイントGの間に電圧が発生する。発生した電圧
は図8の検出器DなどによりトレースT1,T2上で検
出される。
【0038】また、このPVDFフィルムは、LCDデ
ィスプレイ中に均一に塗布されたものであろうとも、ひ
ずみゲージの一種である。したがって交互に、従来のひ
ずみゲージを、図14および図15の各交差接点CPに
使用することができる。
【0039】(7)圧電センサー/能動入力ペン 入力ペンが能動のものであり、図18の音波Wによって
示されるように音信号を生成するものである。この音波
がPVDFフィルムに入る際に、圧縮と希薄化を引き起
こし、検出することのできる電圧を生成する。
【0040】音の生成のために、入力ペンは圧電スピー
カーや入力ペンの先端を振動させる電気発振器などの変
換器を有している。
【0041】発振器はバッテリー等の電源を必要とする
ので、この要求は不都合の原因となる。したがって、電
源を削除するために、入力ペンの使用者から与えられる
エネルギーによって音信号を生成する。例えば、図19
に示すように、入力ペンはハンマー50を有しており、
使用者の指(図示せず)が引き金53を引くと、ピン5
6がカム58を介してそのピンからハンマー50を外す
まで、引き金53はハンマー50を後ろに引っ張る。そ
して、ハンマー50が外れると、スプリング59はハン
マー50を動かし、音62を発生させて入力ペンの先端
とPVDFフィルムの表面が接触する。音62は図18
のPVDFフィルムに圧縮と減圧を引き起こし、トレー
スT1とT2で信号を生成する。
【0042】指の動きに基づいて音信号を生成する、あ
るいは音をクリックするその他の方法は非常にたくさん
ある。例えば、図20の平らな一枚のスプリングは、わ
ずかにC−形(曲面)の交差区間を有しており、曲がっ
た時に「クリック」を発生する。同様に、綱製ダイアフ
ラム(図示せず)は、内部に形成された湾曲部(ドラム
缶の底に似ている)を有し、変形した時に「クリック」
が発生する。なお、その他の指操作型雑音メーカーとし
ても種々のものが知られている。
【0043】また音信号は、それを検出するリフレッシ
ュ回路のために、長い時間存続しなければならない。す
なわち、音信号はリフレッシュの一サイクルよりも長く
続くべきである(例えば、音信号がリフレッシュ・サイ
クルの1/5の間しか持続しないものとすると、センサ
ーが問い合わせる信号を検出する前に音信号は姿を消し
てしまう)。持続時間の長い信号を生成するために、図
19の引き金機構は、ひも状のものを引っ張るかフォー
クを回すかして、長く延ばされた音を生成してPVDF
フィルムを励起する。
【0044】(8)音信号、多数の周波数 入力ペンは、図21に示すように、各々が異なる周波数
で動作する多数の発振器73を持つ。ここで、各交差接
点CP(図15にも示されている)はすべての発振器に
応答する変換器として動作する。そして、弁別器がどの
信号が送られたかを検出する。
【0045】一例として、入力ペンはスイッチとして作
動する四つのボタンB1〜B4を持ち、以下の周波数1
KHz,2KHz,3KHzあるいは4KHzのうちの
一つを発生するものとする。そして、交差接点CPは受
け取った周波数で時限変化する電圧を生成する。ここ
で、弁別器は四つのLM567集中回路からなり、各5
67は入力ペンの周波数のうちの一つの状態をとる。そ
こで、入力ペンが2KHzの信号を生じるとすると、ラ
イン75が信号を発生し、入力ペンが4KHzの信号を
生じるとすると、ライン77が信号を発生する。
【0046】さらに、異なる信号が異なる色のラインを
引くために使用されてもよく、例えば、一方の周波数は
赤色を、もう一方のものは青色を、などと呼び出すこと
ができる。このタイプの入力ペンは、後述するカラーV
−RAMとともに使われる。
【0047】さらにまた、一つ以上の周波数が同時に入
力ペンで生成されてもよく、この場合には、発振器の出
力01〜04が図22のサマーに加えられ、アンプ(図
示せず)などを通って変換器に供給される。567の反
応は通常どうりであり、それから4ビット二進ワードが
入力ペンにより伝送される。
【0048】(9)可撓性LCDスクリーン 1ミル厚の割合で、薄いシート状の材料が使用でき、そ
の中でカプセルに内包された液晶小滴が含まれている。
製造業者のひとつに、カルフォルニアのメンロ・パーク
にあるレイチェム・コーポレーションがあり、「ポリマ
ー分散液晶」(PDLC)、あるいは「液状曲線整列フ
ェーズ」(NCAP)フィルム材料として知られてい
る。そのような材料はLCDディスプレイとして使うこ
とができる。
【0049】このシート材料は、図23に示すように、
交互にPVDFからできている。そして、入力ペンがシ
ートに供給されると、図面の下段右側に記号+または−
により示されている電極で検出される電圧を生じる。こ
の電圧は検出され、上述したようにV−RAMに蓄積さ
れる。
【0050】非常に薄い金属からなる透明なコンデンサ
ーCCは画素成分を形成する。そして、このコンデンサ
ーCCに供給される電圧が、上述したように画素セルを
暗くする。なお、説明を簡単にするためにコネクターは
図23に記載されていない。
【0051】(10)感温センサー/熱生成入力ペン センサーは感温型のものでもよく、そのようなセンサー
のひとつにP−Nダイオードがある。そのようなダイオ
ードの電流−電圧式を以下に示す。
【0052】I=IO 〔(qV/kT)−1〕 ここで、IO は飽和電流の反転を、qは電子の電荷を、
Vは接合間の電圧を、kはボルツマン定数を、そしてT
はケルビン温度を表している。
【0053】もし電流が一定に保たれるならば、その時
電圧はダイオードの温度に対して釣合いがとれている。
そして電圧Vは、供給された電流Iが一定に保たれる温
度内で、各℃変化のために約2mVだけ変化する。
【0054】こうして、図10のP−Nダイオードが使
用される。また、入力ペンはレーザーダイオードや赤外
線源などの熱源を持っている。
【0055】二極接合トランジスタもまた、センサーと
して使用され、それは二つのダイオードを含み、ひとつ
はベース−コレクタ接合に、他はベース−エミッタ接合
に含まれている。
【0056】上述したように、ダイオードに供給される
電流は一定に保たれていなければならない。なお、一定
の電流源は従来技術において公知である。
【0057】(11)カラーディスプレイ 図24は位置データに加えて、所望の色の画素を示すデ
ータを提供するために、センサーをどのように使うこと
ができるかを示している。ここでまず、使用者は三つの
カラー選択入力R(赤)、G(緑)、B(青)のうちの
ひとつ、あるいはひとつの組合せを始動する。したがっ
て、ANDゲート80,82,84は、それぞれのカラ
ムレジスタに対するセンサーで生成された信号を送出す
る。
【0058】例えば、使用者がRとBを選択すると、こ
の時ラインSRとSBは信号をV−RAMのカラムレジ
スタに送出する。
【0059】各々の画素は三つの色、すなわちR,G,
Bのために三つのコンデンサーと結びついている。
【0060】(12)交互に起こる画素始動 画素は図1に示されたMOSトランジスタで活性化され
る必要はない。ここで、四つの他の始動方法を図25に
示す。これらは従来技術において公知なものである。
【0061】MIMはクローム−タンタル ペントオキ
シド−タンタル等の導体−絶縁体−導体構成を表す。
【0062】BTBは折り返し(back to ba
ck)ダイオードを表す。
【0063】TFTは薄膜トランジスタを表す。
【0064】
【発明の効果】以上実施例を用いて説明したように、本
発明においては、液晶ディスプレイの各画素はそれぞれ
に関連したセンサーを持ち、入力ペンで生成される信号
に反応するため、異なるタイプのセンサーの使用が可能
となる。したがって、センサーと入力ペンとの組み合わ
せにより、ペンタイプ入力に対処するよう改良されたシ
ステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 9つの液晶ディスプレイ(LCD)素子を示
す回路図である。
【図2】 LCDの単独の素子を示す斜視図である。
【図3】 液晶画素を示す。
【図4】 図3の画素によりねじれを生じる光を示す斜
視図である。
【図5】 図3の画素に電圧を加えることにより引き起
こされる光の妨害を示す斜視図である。
【図6】 図3の画素に電圧を加えることにより引き起
こされる光の妨害を示す斜視図である。
【図7】 本発明の一実施例を示す回路図である。
【図8】 図6のセンサーに信号を送出する入力ペンの
動作を示す説明図である。
【図9】 図6のセンサーに問い合わせる一つの方法を
示すフローチャートである。
【図10】 センサーとして使用されるフォトダイオー
ドを示す図であり、このフォトダイオードは光、あるい
は熱に反応する。
【図11】 センサーの一例としてホール効果センサー
を示す図である。
【図12】 センサーのもう一つの例として磁気抵抗セ
ンサーを示す図である。
【図13】 センサーの他の例としてMAGFETホー
ル効果センサーを示す図である。
【図14】 センサーとして使用されるポリ二フッ化ビ
ニル(PVDF)フィルムを示す図である。
【図15】 PVDFフィルム上のトレースT1とT2
の交差接点CPを示す斜視図である。
【図16】 図13の交差接点CPにくぼみDを作る入
力ペンを示す斜視図である。
【図17】 図14のくぼみDにより発現される電圧を
示す断面図である。
【図18】 入力ペンによりPVDFフィルムに伝播さ
れる音波Wを示す断面図である。
【図19】 手動で電力が供給された音信号の発生器を
示す断面図である。
【図20】 平らな曲面を有し、それが変形された時に
音信号を生成するスプリングを示す斜視図である。
【図21】 多数の発振器73を有する入力ペンを示す
図である。
【図22】 図18の発振器信号を加えるためのサマー
を示す回路図である。
【図23】 液晶小滴を内包するPVDFシートを示す
斜視図および断面図である。
【図24】 カラー信号入力を生成するための入力ペン
の使用を示す回路図である。
【図25】 図1の素子を始動する異なるタイプの装置
を示す図であり、これら異なるタイプの装置は図1のM
OSに置き換えられる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の画素を有する液晶ディスプレイの
    ペン入力機構において、 a)手に持てる大きさのペン状の器具で生成される信号
    を検出するために各々が画素と結合されている複数のセ
    ンサーと、 b)前記センサーにより生成される信号を伝送するため
    の複数のセンスラインとを設けることを特徴とする液晶
    ディスプレイのペン入力機構。
  2. 【請求項2】 液晶ディスプレイを有する装置に入力信
    号を提供する液晶ディスプレイの入力方法において、 a)ディスプレイに隣接して置かれる圧電シート部分を
    変形するステップと、 b)変形された部分の位置を検出するステップとを設け
    ることを特徴とする液晶ディスプレイの入力方法。
JP5795894A 1993-03-29 1994-03-29 液晶ディスプレイのペン入力機構およびその入力方法 Pending JPH0772823A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US3836793A 1993-03-29 1993-03-29
US08/038,367 1993-03-29

Publications (1)

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JPH0772823A true JPH0772823A (ja) 1995-03-17

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ID=21899531

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JP5795894A Pending JPH0772823A (ja) 1993-03-29 1994-03-29 液晶ディスプレイのペン入力機構およびその入力方法

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