JP2002365673A - 画像表示装置のシミュレーション方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子の運動を利用した画像表示装置の特性や
性能を簡単且つ正確に得る。 【解決手段】 粒子２の運動を利用した画像表示装置１
に対応する画像表示装置モデル３を設定し、この画像表
示装置モデル３の粒子２の運動について所定の運動アル
ゴリズムに従って演算処理を行う演算処理手段４と、画
像表示装置モデル３に対し粒子の運動条件を与える条件
設定手段５と、演算処理手段４による演算結果に基づい
て粒子の運動に伴う画像表示に関する情報を解析表示す
るシミュレーション表示手段６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置の特
性や性能を解析する上で使用される画像表示装置のシミ
ュレーション方法及びその装置に係り、特に、粒子の運
動を利用した画像表示装置の特性や性能を解析する上で
有効な画像表示装置のシミュレーション方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在では、液晶を使用した画像表示装置
を始めとして、様々な方法を使用した画像表示装置が提
案されつつある。このような流れの中で、本件出願人
は、粒子の運動を利用した新規な画像表示装置を提案し
た（例えば特願2000-165138号）。この画像表示装置の
代表的態様としては、例えば一対の基板間に荷電粒子を
封入し、この荷電粒子に所定の電界を作用させることで
粒子の運動に伴う画像を表示するものが挙げられる。

【０００３】この種の画像表示装置の特性や性能を評価
するに当たり、形成された画像の特性を知るには、例え
ば画像表示装置の表面における粒子配列を顕微鏡などに
よって観察したり、あるいは、表面の画像濃度を光学濃
度計によって測定する方法がある。また、画像表示装置
の断面をビデオカメラなどを用いて観測することで画像
形成の過程に関する情報を得ることは可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の画
像表示装置において、顕微鏡や光学濃度計を用いた方式
によれば、確かに形成された画像のある程度の性質を知
ることは可能であるが、いずれの方式も、形成された画
像の静的な状態の測定であり、また、画像表示装置表面
からの計測では、粒子の装置内部の状態を知ることはで
きない。また、ビデオカメラを用いた方式にあっては、
画像表示装置の境界近傍では内部と条件が違うため、観
測値が内部の状況と必ずしも一致しておらず、また、粒
子の運動速度が大きいため、ビデオカメラの観測画像で
は充分な情報を得ることが困難である。更に、画像表示
装置の特性や性能について実験によって情報を得ようと
する場合には、画像表示装置を構成する部材を変更する
度に、画像表示装置の作成と測定とを行わなければなら
ないが、それらの作業は煩雑なことが多く、特に、粒子
の運動を利用した画像表示装置にあっては、作成時の湿
度などの環境条件にも留意することが必要であり、画像
表示装置の特性などを調査することは非常に困難であ
る。

【０００５】このような技術的課題を解決するために、
本発明者は、粒子の運動を利用した画像表示装置の特性
や性能を簡単且つ正確に得る手法として、シミュレーシ
ョンを行うという着想に至った。ここで、従来の画像表
示装置のシミュレーション方法及びその装置としては、
例えば液晶画像表示装置に関するものが既に提案されて
いる。この種の先行技術としては、液晶パネル内部の液
晶容量の時間変化を液晶の配向状態を考慮した等価回路
を用いて液晶パネルの応答の動特性、液晶パネルの透過
率などをシミュレーションしている技術（例えば特開平
１１−２４０２３号公報）や、スペーサとしてビーズを
含む液晶画像表示装置を有限要素法による計算で装置の
歪みの算出、基板間隔の最適化を行なっている技術（例
えば特開平１０−２５３９６９号公報）が提案されてい
る。これらは液晶を使用した画像表示装置の設計のため
のものであり、粒子を使用した画像表示装置の画像の表
示状態や画像の形成過程に関する情報についてシミュレ
ーションを行ったものではない。

【０００６】また、粒子を使用したシミュレーション技
術としては、例えば分子動力学法を用いた粒子シミュレ
ーションシステムが提案されている（例えば特開平１０
−２３２８６０号公報参照）が、これは分子原子レベル
でのシミュレーションによる新素材開発のためのもので
あり、粒子の運動に伴う画像の表示状態や画像の形成過
程に関する情報についてシミュレーションを行ったもの
ではない。それゆえ、これら公知のシミュレーション方
法及びその装置技術を用いたとしても、そもそも、画像
の表示状態や画像の形成過程に関する情報についてのシ
ミュレーション技術ではないため、画像の表示状態や画
像の形成過程に関する情報を知るために、本件発明が対
象とする粒子の運動を利用した画像表示装置をシミュレ
ーションする上でそのまま適用できるものではない。

【０００７】本発明は、以上の技術的課題を解決するた
めになされたものであって、粒子の運動を利用した画像
表示装置の特性や性能を簡単且つ正確に得ることができ
る画像表示装置のシミュレーション方法及びその装置を
提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、粒
子の運動を利用した画像表示装置に対応した画像表示装
置モデルを設定し、この画像表示装置モデルに対し粒子
の運動条件を与えた後、所定の運動アルゴリズムに従っ
て粒子の運動について演算処理を行い、しかる後、粒子
の運動に伴う画像表示に関する情報を解析することを特
徴とする画像表示装置のシミュレーション方法にある。

【０００９】このようなシミュレーション方法を具現化
した装置発明は、図１に示すように、粒子２の運動を利
用した画像表示装置１に対応する画像表示装置モデル３
を設定し、この画像表示装置モデル３の粒子２の運動に
ついて所定の運動アルゴリズムに従って演算処理を行う
演算処理手段４と、画像表示装置モデル３に対し粒子の
運動条件を与える条件設定手段５と、演算処理手段４に
よる演算結果に基づいて粒子の運動に伴う画像表示に関
する情報を解析表示するシミュレーション表示手段６と
を備えた画像表示装置のシミュレーション装置にある。

【００１０】このような技術的手段において、粒子２の
運動を利用した画像表示装置１としては、粒子２の運動
に伴って画像を表示するものであれば適宜選定して差し
支えない。この場合において、粒子２としては、単一種
類でもよいが、画像コントラストを確保するという観点
からすれば、複数種類の粒子例えば２ａ，２ｂの運動を
利用するものが好ましい。また、画像表示装置モデル３
としては、実際の画像表示装置１に対応してモデル化さ
れていればよく、荷電粒子を所定の電界の下で運動させ
る態様や、流体抵抗の影響を受ける粒子を運動させる態
様など適宜設定して差し支えない。

【００１１】また、演算処理手段４は、粒子の運動アル
ゴリズムに従って演算処理を行う上で必要な数値計算手
段、情報記憶手段などを広く含む要素である。例えば画
像表示装置モデル３が荷電粒子を所定の電界の下で運動
させるものである態様においては、演算処理手段４は、
粒子に与えられる電界を計算する電界計算手段と、粒子
の荷電性質情報を保存する荷電性質保存手段とを備え、
粒子に電界が作用したときの粒子の運動を解析すること
を可能としたものであればよい。一方、画像表示装置モ
デル３が流体抵抗の影響を受ける粒子を運動させるもの
である態様においては、演算処理手段４は、粒子に与え
られる流体抵抗を計算する流体抵抗計算手段を備え、流
体抵抗の粒子への影響を再現するものであればよい。

【００１２】更に、条件設定手段５については、粒子の
運動条件を与えるものであれば適宜選定して差し支えな
い。ここで、条件設定手段５の代表的態様としては、画
像表示装置モデル３の各種物性、境界条件、画像表示装
置モデル３内部の粒子の各種物性、配置条件を設定する
ものが挙げられる。より具体的には、画像表示装置モデ
ル３が荷電粒子を所定の電界の下で運動させるものであ
る態様にあっては、条件設定手段５としては、画像表示
装置モデル３の境界条件として、境界の位置、境界上の
摩擦係数、付着エネルギ、印加電圧、画像表示装置モデ
ル内部の粒子の質量密度、粒径、帯電電荷量、摩擦係
数、付着エネルギを設定するものが挙げられる。

【００１３】また、シミュレーション表示手段６は、シ
ミュレーション結果を表示するものであれば適宜選定し
て差し支えない。ここで、シミュレーション表示手段６
にて表示するシミュレーション結果としては、粒子の運
動に伴う画像表示に関する情報であり、粒子の運動に伴
う画像表示に関する情報には、画像の表示状態（途中、
最終）に関する情報のほか、画像の形成過程に関する情
報が含まれる。そして、画像の形成過程に関する情報を
表示するシミュレーション表示手段６としては、例えば
画像表示装置モデル３が荷電粒子を所定の電界の下で運
動させる態様において、境界に印加される電位の減衰を
再現するようにしたり、あるいは、粒子の帯電電荷量の
減衰を再現するものが挙げられる。

【００１４】特に、このような態様において、シミュレ
ーション表示手段６としては、境界に印加される電位の
減衰又は画像表示装置モデル３内部の粒子の帯電電荷量
の減衰を、時間に対する関数を指定することで再現する
ものが好ましい。このとき、時間に関する関数を指定す
ると、各種条件の時間変化に対応したシミュレーション
結果が得られる。

【００１５】また、本件発明のシミュレーション装置と
しては、全てを三次元シミュレーションにて対応するよ
うにしてもよいが、シミュレーションを容易に行うとい
う観点からすれば、二次元シミュレーションに対応した
演算処理を行った後に、三次元シミュレーションに換算
する方式を採用することが好ましい。この場合、演算処
理手段４は、画像表示装置モデル３の特性値を二次元で
の特性値に変換して二次元シミュレーションに対応した
演算処理を行い、シミュレーション表示手段６は、画像
表示装置モデル３の画像表示に関する情報を三次元シミ
ュレーションに換算して提供するものであればよい。

【００１６】そして、二次元シミュレーションに対応し
た演算処理を行う際の粒子個数の取り扱いについては、
例えば画像表示装置モデル３に封入される粒子の体積が
指定された条件下では、演算処理手段４は、二次元シミ
ュレーションに使用される粒子個数が該体積中に含まれ
る平均粒子から換算されるものであることが好ましい。

【００１７】更に、二次元シミュレーションに対応した
演算処理を行う際に粒子による表面カバー率の演算処理
は例えば以下のように行われる。すなわち、演算処理手
段４としては、画像表示装置モデル３の粒子による表面
カバー率を演算処理するに当たり、二次元シミュレーシ
ョン結果の画像表示装置モデル３表面を走査し、走査位
置での粒子の有無を判断し、走査位置と粒子中心との距
離および粒子粒径の関係から画像表示装置モデル３表面
の粒子によるカバー率を算出し、全ての走査位置での平
均値を該粒子による画像表示装置モデルの表面カバー率
として情報提供するようにすればよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいて本発明を詳細に説明する。図２は本発明が適
用された画像表示装置のシミュレーション装置の実施の
一形態における全体システムの概略を示す。同図におい
て、全体システムは、一連のシミュレーション処理を行
う処理装置Ｍと、この処理装置Ｍの処理結果を表示する
表示装置Ｄとを備えている。そして、処理装置Ｍは条件
設定部１０、数値計算部２０、情報記憶部３０、情報集
計部４０、及び、シミュレーション表示部５０からな
る。

【００１９】本実施の形態において、条件設定部１０
は、粒子の初期配置、各種物性値および粒径などを設定
する粒子条件設定部１１と、解析領域の境界における初
期位置、移動条件、物性値、電位などを設定する境界条
件設定部１２と、時系列計算を行なう場合の更新時間の
設定、計算を終了する時刻及び条件、計算結果の出力形
成などの設定を行なう計算条件設定部１３とからなる。
また、数値計算部２０は、各時刻における境界位置、境
界電位などの条件の変更を更新する条件更新部２１と、
各時刻における領域内の電界の状態の計算を行なう電界
計算部２２と、各時刻における粒子の運動を運動方程式
などによって計算する粒子挙動計算部２３とからなる。
更に、情報記憶部３０は、各時刻における粒子の状態を
記憶する粒子情報記憶部３１と、各時刻における境界の
状態を記憶する境界条件記憶部３２とからなる。更にま
た、情報集計部４０は計算中の情報記憶部３０からの各
情報を集計するものであり、また、シミュレーション表
示部５０はシミュレーション結果を表示装置Ｄを通じて
グラフ或いはアニメーションなどの手段により操作者に
報告を行なう操作部である。

【００２０】そして、本実施の形態における画像表示装
置のシミュレーション装置は、後述する画像表示装置１
００内部の粒子の挙動を再現し、画像表示装置１００の
特性を示すものである。特に、本実施の形態では、シミ
ュレーション装置は、計算時の負荷を考慮し、後述する
画像表示装置１００の断面１２０での粒子の挙動につい
て二次元シミュレーションを行う装置として構築されて
いる。

【００２１】図３及び図４はシミュレーションを行う対
象である画像表示装置１００の構成を示す。この画像表
示装置１００は粒子の運動を利用することで得られる画
像を表示するものであり、上面基板１０１と下面基板１
０２とをスペーサ１０５を介して対向配置し、上下面基
板１０１，１０２間に空間を確保すると共に、この空間
内に複数の粒子、例えば白色粒子１０３及び黒色粒子１
０４を封入したものである。本実施の形態において、上
下面基板１０１，１０２は透明なガラスなどにより構成
されており、その内表面にはＩＯＴ等の導電性物質から
なる透明電極１０６，１０７（図３では図示せず）が設
けられている。そして、例えば上面基板１０１の透明電
極１０６には電源装置１１０が接続されており、一方、
下面基板１０２の透明電極１０７は接地されている。

【００２２】また、本実施の形態では、白色粒子１０３
及び黒色粒子１０４は正負異なった電位に帯電される。
ここで、各粒子１０３，１０４の帯電方法としては、封
入後に電界によって帯電させる方式の他、予め複数種類
の粒子群を混合することで帯電させ、その後に上下面基
板１０１，１０２間に封入させるようにしてもよいし、
また、各粒子１０３，１０４が絶縁粒子であれば、封入
後に画像表示装置自体を振って、粒子を攪拌・摩擦帯電
させることで夫々逆極性に帯電させることも可能であ
る。

【００２３】例えば、白色粒子１０３が負の電位に帯電
し、黒色粒子１０４が正の電位に帯電される性質を持つ
場合を想定し、電源装置１１０によって上面基板１０１
の電極形成部に負の電圧を印加し、下面基板１０２を接
地するようにすれば、上面基板１０１側の電極形成部に
黒色粒子１０４が集合し、上面基板１０１側から観測し
た場合には負の電圧が印加された電極形成部は黒色に観
測される。逆に、上面基板１０１の電極形成部に正の電
位を印加した場合、上面基板１０１側の電極形成部に白
色粒子１０３が集合し、上面基板１０１側から観測した
場合には正の電圧が印加された電極形成部は白色に観測
されることになる。

【００２４】更に、画像表示装置１００をマトリクス状
の画素単位毎に独立に表示可能とするには、例えば図５
に示すように、上下面基板１０１，１０２の透明電極１
０６，１０７を単純マトリックス構造（１０６Ａｎ，１
０７Ｂｎ：ｎは正数）にし、電極１０６Ａｎ，１０７Ｂ
ｎに挟まれた空間に帯電性の異なる複数の粒子（例えば
白色粒子１０３，黒色粒子１０４）を封入し、更に、波
形発生装置１１２（具体的には１１２Ａ，１１２Ｂ）及
び電源装置１１３（１１３Ａ，１１３Ｂ）により構成さ
れた電界発生装置１１１（具体的には１１１Ａ，１１１
Ｂ）により、各電極１０６Ａｎ，１０７Ｂｎに電位を発
生させ、シーケンサ１１５によって電極の電位駆動タイ
ミングを制御し、片方の電極１０６Ａ１〜Ａｎには１行
単位で粒子が駆動できる電界を付与し、他方の電極１０
７Ｂ１〜Ｂｎには画像情報に応じた電界を同時に付与さ
せ、対応する両電極１０６Ａｎ，１０７Ｂｎ間の電界条
件毎に封入された各粒子１０３，１０４を運動させるよ
うにすればよい。

【００２５】また、図６は本実施の形態に係るシミュレ
ーション装置がシミュレーション表示部５０を通じて表
示装置Ｄに映し出すシミュレーション結果を示す説明図
である。同図において、符号２００は画像表示装置１０
０の断面１２０における粒子の挙動を示す画像表示装置
モデルであり、２０１は画像表示装置モデル２００の上
面基板、２０２は画像表示装置モデル２００の下面基
板、２０３は白色粒子、２０４は黒色粒子、２０５は画
像表示モデル２００のスペーサを夫々示している。ま
た、２０６は画像表示装置モデル２００の解析領域であ
る。尚、ｄは上面基板２０１と下面基板２０２との間の
基板間隔であり、Ｌは解析領域の幅を示す。

【００２６】更に、本実施の形態に係るシミュレーショ
ン装置は、画像表示装置１００内の粒子の挙動解析を行
う際に、図７に示す一連のシミュレーション処理を行う
ようになっている。同図において、操作者は粒子条件設
定部１１によって、挙動を観察する粒子群の個数、各粒
子の密度、粒径、帯電電荷量、粒子同士の摩擦係数、付
着エネルギ、初期座標等を設定する（手順Ｓ１）。次い
で、操作者は、境界条件設定部１２によって、解析領域
の境界位置、各境界における粒子との摩擦係数、付着エ
ネルギ、境界の電位、また、境界が移動する場合には各
境界の各時刻における位置、境界における電位が時刻に
よって変化する場合には時刻と電位の関係などについて
設定を行う（手順Ｓ２）。更に、操作者は、計算条件設
定部１３によって計算時の更新時間、計算を終了する時
刻、条件、計算途中で途中経過を出力する場合の条件な
どを指定する（手順Ｓ３）。この状態において、各条件
設定部１１，１２，１３は、条件確認ステップ（手順Ｓ
４）にてお互いに情報を交換し合い、条件確認を行い、
お互いに矛盾の無い条件を設定できるようになっている
ものとし、矛盾が存在する場合には修正するように操作
者に促し、全ての条件の設定が終わった後、手順Ｓ５に
より計算を実行するものとする。

【００２７】より具体的に述べると、操作者は粒子条件
設定部１１によって、粒子の各種条件を設定する際、白
色粒子、黒色粒子の封入個数を決定する必要があるが、
本実施の形態のシミュレーション装置では三次元の系を
二次元のシミュレーションでシミュレートするため、封
入個数の換算を行なう必要がある。このとき、画像表示
装置モデル２００で封入される白色粒子２０３の封入量
をｍ［ｋｇ］、平均粒径をｒ［ｍ］、質量密度をρ［ｋ
ｇ／ｍ³］とすると、封入個数ｐは平均で ｐ＝ｍ／｛（４／３）πｒ³ρ｝ と計算される。ここで、解析領域幅をＬとしたときに、
白色粒子の個数は（ｐ／Ｌ）・ｒ個とする。また、黒色
粒子の封入個数も同様に算出するものとする。

【００２８】このように算出された白色粒子の個数およ
び黒色粒子の個数をそれぞれｓ_w、ｓ_bとし、白色粒子お
よび黒粒子の平均粒径をｒ_w、ｒ_bとし、上下面基板２０
１，２０２の基板間隔をｄ、解析領域幅をＬとした時、
封入される粒子の平均の体積（４／３）πｒ_w ³ｓ_w＋
（４／３）πｒ_b ³ｓ_bが、解析領域２０６の体積ｄＬ²の
６０％を超える場合、粒子条件設定部１１は粒子が解析
領域２０６に封入しきれない恐れがあると表示装置Ｄに
警告を表示する。

【００２９】また、画像表示装置モデル２００に封入さ
れる個々の粒子の粒径は予め得られている白色黒色各々
の粒子の粒径分布などを元に粒子条件設定部１１によっ
て設定される。更に、粒子に与える電荷量については、
白色粒子の平均電荷量をｑ［Ｃ］とした時には封入する
各粒子に与える電荷量ｑ_iは各粒子の粒径ｒ_i［ｍ］か
ら、ｑ_i＝ｑ×（ｒ_i ²／ｒ²）で与えられる。尚、黒色粒
子の電荷量も同様に与えられるものとする。

【００３０】また、粒径分布を元に発生させた各々の粒
子は解析領域２０６に配置される。ここで、配置方法は
操作者が粒子の座標を任意に指定することで行われる
か、粒子条件設定部１１によって自動的に行われる。粒
子の配置が粒子条件設定部１１で自動的に行われる場
合、粒子条件設定部１１は既に発生された粒子の粒径と
解析領域２０６とを比較し、粒子の配置方法を決定す
る。すなわち、粒子条件設定部１１は発生された粒子の
粒径を全て調査し、最大のものを探し出し、ｒ_maxとす
る。白色粒子と黒色粒子の合計の封入個数ｓ、解析領域
幅Ｌから、ｄ'＝ｓｒ_max ²／Ｌを計算し、ｄ'が基板間隔
ｄよりも小さい場合は、粒子を縦および横方向に間隔ｒ
_maxで配置し、重力による自然落下運動を定常状態にな
るまでシミュレートし、定常状態になった時点を初期状
態とする。

【００３１】更に、粒子条件設定部１１を用いて粒子の
条件を設定すると同時に操作者は境界条件設定部１２に
よって、解析領域２０６の境界条件を設定する。境界条
件設定部１２によって設定される条件は、画像表示装置
モデル２００において、上面基板２０１、下面基板２０
２、スペーサ２０５の摩擦係数、付着エネルギ、上面基
板２０１、下面基板２０２表面に印加される電位、境界
が移動する場合各々の境界の時系列位置である。

【００３２】同様に、操作者は計算条件設定部１３によ
って、時系列計算を行なう場合、計算の更新時間、計算
の終了時刻、終了条件、計算途中で出力を行なう場合の
出力の条件などを設定する。計算更新時間の設定時に
は、計算条件設定部１３は粒子条件設定部１１から粒子
の剛性に関する情報を得、計算更新時間が妥当な範囲に
設定されているかのチェックも行なう。

【００３３】このような各種条件の設定は設定中に表示
装置Ｄを用いて、対話式で行なうことが出来るものとす
る。

【００３４】すべての条件について設定が行なわれた
後、実際の計算の処理が行なわれる。操作者は表示装置
Ｄを観察しながら計算の進度と粒子の挙動などについて
確認を行なうことができる。また、計算時の粒子の状態
については、計算条件設定部１３によって設定された計
算途中での出力の設定に基づいて情報記憶部３０に逐
次、情報が記憶される。

【００３５】図８は数値計算部２０が行なう計算の流れ
を示したものである。数値計算部２０は、手順Ｓ１１に
おいて計算条件設定部１３で環境条件、粒子の帯電条件
などの条件の変更が設定されているか否かをチェック
し、前記変更が設定されていれば、手順Ｓ１２の条件更
新部２１によって各条件を更新し、手順Ｓ１３において
電界計算部２２によって解析領域２０６内の電界を計算
し、手順Ｓ１４において粒子挙動計算部２３によって粒
子の座標を計算する。ここで、手順Ｓ１３では、電界計
算部２２は有限要素法或いは有限差分法を用いた計算に
よって、境界の電位、粒子のもつ電荷などを考慮し解析
領域２０６内の電位分布を計算し、情報記録部３０の電
位情報を更新する（手順Ｓ１５，１６）。また、手順Ｓ
１４では、粒子挙動計算部２３は個別要素法を用いた計
算によって粒子挙動を計算する。粒子挙動計算部２３は
各時刻において各粒子が粒子同士或いは境界と接してい
るかどうかを判定し、各粒子に作用する静電気力、付着
力、摩擦、粒子の変形による弾性力、粒子が空気から受
ける抵抗力を考慮し、計算条件設定部１３によって設定
された計算更新時間後の粒子の位置を計算し、情報記憶
部３０の粒子に関する情報を更新する（手順Ｓ１５，１
６）。

【００３６】そして、電界計算部２２、粒子挙動計算部
２３によって系の状態の更新が行なわれた後、計算条件
設定部１３によって予め設定された、計算終了時刻およ
び計算終了条件との比較が行なわれ、計算が終了される
かどうかが決定される（手順Ｓ１７）。

【００３７】更に、情報集計部４０は計算中情報記憶部
３０から各時刻における上面基板２０１における粒子の
付着個数の集計結果、あるいは、各粒子の各時刻におけ
る座標などの情報を算出し、シミュレーション表示部５
０は表示装置Ｄを通じてグラフ或いはアニメーションな
どの手段により操作者に報告を行なう。

【００３８】本実施の形態においては、シミュレーショ
ンは二次元で計算が行なわれるが、情報集計部４０は上
面基板２０１における粒子の面積カバー率を三次元での
カバー率に換算して出力する。すなわち、図９におい
て、粒子の表面におけるカバー率を測定するため、情報
集計部４０はＶ２０の方向に対して上面基板２０１側を
一定間隔毎に走査し、上面基板２０１の各位置において
Ｖ２１〜Ｖ２４のように上面基板２０１情報から観察し
た時にどの粒子が観測されるか、あるいは粒子が存在し
ないかを判定する。

【００３９】また、図１０において、情報集計部４０が
Ｖ３１の位置を走査しているとする。このとき、図１０
では白色粒子２０３が上面基板２０１側から観察される
粒子である。ここで、粒子の半径Ｒ３１をＲとし、走査
位置Ｖ３１の粒子の中心からの距離Ｕ３１をＵとしたと
き、観察領域の√（１−Ｕ²／Ｒ²）だけが、該白色粒子
２０３によってカバーされているとし、これをＶ３１に
おける白色粒子カバー率とする。この観察領域での黒色
粒子のカバー率は０、また、空隙部分を粒子の非カバー
率として１−√（１−Ｕ²／Ｒ²）と定義する。走査間隔
Ｄ３１で上面基板２０１を走査し、全ての位置における
観察領域の各粒子カバー率、非カバー率を測定し、その
平均が各々の粒子カバー率として算出される。尚、粒子
のカバー率を算出するための走査間隔Ｄ３１は微小であ
ることが望ましいが、本実施の形態では例えば粒子の平
均粒径の１００分の１程度とする。

【００４０】図１１は情報集計部４０によって表示装置
Ｄ上に示されたカバー率のグラフである。同図におい
て、横軸は時間、縦軸はＣ３１が白色粒子のカバー率、
Ｃ３２が黒色粒子のカバー率を表示しており、時刻とと
もに画像表示装置モデル２００の上面基板２０１側で観
察される粒子の面積カバー率が変化していることを示し
ている。

【００４１】このように、本実施の形態では、数値計算
部２０にて二次元シミュレーションを行ない、情報集計
部４０にて三次元に換算して出力するようにしているた
め、計算にかける負担を小さく保ったまま画像表示装置
の性質を調査できることになり、その分、効率が非常に
改善される。

【００４２】また、本実施の形態では、電界から静電気
力を受けて運動する粒子の挙動について二次元シミュレ
ーションを行なうことで、画像表示装置をシミュレート
する装置について述べたが、三次元シミュレーションを
行なって画像表示装置をシミュレートする装置について
も同様の効果を期待することができる。三次元シミュレ
ーションを行なう場合には、条件の設定、計算が三次元
で再現され、情報集計部４０も三次元での情報集計が行
なわれる。また、主に、電界以外から力を受けて運動す
る粒子を用いた画像表示装置をシミュレートする装置も
本実施の形態における条件設定部、数値計算部などにつ
いて変更を行なえば実現可能である。

【００４３】

【実施例】実施の形態における画像表示装置のシミュレ
ーション装置における条件設定部１０の一実施例を図１
２に示す。同図において、計算条件設定部１３によっ
て、計算回数（総計算回数）、時系列計算を行う時の時
間増分の大きさ（時間更新）、出力を行う時の間隔（ア
ウトプット間隔）、出力するファイル名（出力ファイル
名）などを設定できるようになっており、境界条件設定
部１２によって解析領域の大きさと上下面基板の電極に
印加する電圧を設定できるようになっている。また、粒
子条件設定部１１によって、２種類の粒子の平均粒径、
密度、帯電電荷量を設定できるようになっている。そし
て、操作者は、条件設定部１０によって条件設定を行っ
た後、計算開始ボタン１４を押すことで計算を開始する
ことができる。尚、ここに示した条件設定部１０は一例
であり、詳細な条件を設定できる条件設定部１０を用い
て、より詳細な条件を設定して計算を開始することは勿
論可能である。

【００４４】また、本実施例において、例えば境界条件
を変更した際の計算結果例を図１３（ａ）（ｂ）に模式
的に示す。ここで、図１３（ａ）は境界の形状が変化し
た時（本例では上限境界を斜め方向に傾斜させた例を示
す）に表示装置Ｄに示される結果例であり、該シミュレ
ーション装置によって解析領域２０６内の電界の境界形
状に従った変化に伴う粒子２０３，２０４挙動の変化を
示す。また、図１３（ｂ）は境界に与える電位の条件と
して、境界の一部だけに特定の電位が印加されている状
態であり、この状況下での解析領域２０６内部の粒子２
０３，２０４挙動を計算した結果を示す。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒子の運動を利用した画像表示装置に対応する画像表示
装置モデルを用い、粒子の運動条件を与えた後に、粒子
の運動アルゴリズムに従って粒子の運動についての演算
処理を行い、演算結果に基づいて粒子の運動に伴う画像
表示に関する情報を解析するようにしたので、画像表示
装置モデルに対するシミュレーションによって、画像表
示装置モデル内部の粒子の運動に伴う画像の表示状態や
画像の形成過程に関する情報を簡単且つ正確に得ること
ができる。また、本発明によれば、画像表示装置自体に
対して実験などを行うことなく、また、粒子の運動条件
（パラメータ）を変更することで画像表示装置モデルに
対して様々なシミュレーションを行うことができるの
で、実験時間や資源の消費を削減することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る画像表示装置のシミュレーショ
ン装置の概要を示す説明図である。

【図２】 本発明が適用された画像表示装置のシミュレ
ーション装置の実施の一形態を示す説明図である。

【図３】 本実施の形態におけるシミュレーション装置
のシミュレート対象である画像表示装置の一例を示す説
明図である。

【図４】 図３の画像表示装置の動作原理を示す説明図
である。

【図５】 図３の画像表示装置の駆動例を示す説明図で
ある。

【図６】 本実施の形態におけるシミュレーション表示
部の表示例を示す説明図である。

【図７】 本実施の形態に係る画像表示装置のシミュレ
ーション装置のシミュレーション過程を示すフローチャ
ートである。

【図８】 図７の計算処理過程を示すフローチャートで
ある。

【図９】 情報集計部によって算出される粒子カバー率
の算出方法例（１）を示す説明図である。

【図１０】 情報集計部によって算出される粒子カバー
率の算出方法例（２）を示す説明図である。

【図１１】 二次元シミュレーションの結果を三次元に
おける粒子カバー率に換算した状態を示す説明図であ
る。

【図１２】 実施例に係る画像表示装置のシミュレーシ
ョン装置の条件設定部を示す説明図である。

【図１３】 （ａ）（ｂ）は境界条件を変更したときの
粒子挙動の変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１…画像表示装置，２（２ａ，２ｂ）…粒子，３…画像
表示装置モデル，４…演算処理手段，５…条件設定手
段，６…シミュレーション表示手段

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子の運動を利用した画像表示装置に対
   応した画像表示装置モデルを設定し、 この画像表示装置モデルに対し粒子の運動条件を与えた
   後、 所定の運動アルゴリズムに従って粒子の運動について演
   算処理を行い、 しかる後、粒子の運動に伴う画像表示に関する情報を解
   析することを特徴とする画像表示装置のシミュレーショ
   ン方法。
2. 【請求項２】 粒子の運動を利用した画像表示装置に対
   応する画像表示装置モデルを設定し、この画像表示装置
   モデルの粒子の運動について所定の運動アルゴリズムに
   従って演算処理を行う演算処理手段と、 画像表示装置モデルに対し粒子の運動条件を与える条件
   設定手段と、 演算処理手段による演算結果に基づいて粒子の運動に伴
   う画像表示に関する情報を解析表示するシミュレーショ
   ン表示手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置の
   シミュレーション装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の画像表示装置のシミュレ
   ーション装置のうち、画像表示装置モデルが荷電粒子を
   所定の電界の下で運動させるものである態様において、 演算処理手段は、粒子に与えられる電界を計算する電界
   計算手段と、粒子の荷電性質情報を保存する荷電性質保
   存手段とを備え、粒子に電界が作用したときの粒子の運
   動を解析することを可能とした画像表示装置のシミュレ
   ーション装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の画像表示装置のシミュレ
   ーション装置において、 シミュレーション表示手段は、境界に印加される電位の
   減衰を再現することを特徴とする画像表示装置のシミュ
   レーション装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の画像表示装置のシミュレ
   ーション装置において、 シミュレーション表示手段は、画像表示装置モデル内部
   の粒子の帯電電荷量の減衰を再現することを特徴とする
   画像表示装置のシミュレーション装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載の画像表示装置のシミュレ
   ーション装置のうち、画像表示装置モデルが流体抵抗の
   影響を受ける粒子を運動させるものである態様におい
   て、 演算処理手段は、粒子に与えられる流体抵抗を計算する
   流体抵抗計算手段を備え、流体抵抗の粒子への影響を再
   現することを特徴とする画像表示装置のシミュレーショ
   ン装置。
7. 【請求項７】 請求項２記載の画像表示装置のシミュレ
   ーション装置において、 条件設定手段は、画像表示装置モデルの各種物性、境界
   条件、画像表示装置モデル内部の粒子の各種物性、配置
   条件を設定するものであることを特徴とした画像表示装
   置のシミュレーション装置。
8. 【請求項８】 請求項３記載の画像表示装置のシミュレ
   ーション装置において、 条件設定手段は、画像表示装置モデルの境界条件とし
   て、境界の位置、境界上の摩擦係数、付着エネルギ、印
   加電圧、画像表示装置モデル内部の粒子の質量密度、粒
   径、帯電電荷量、摩擦係数、付着エネルギを設定するも
   のであるを特徴とする画像表示装置のシミュレーション
   装置。
9. 【請求項９】 請求項４又は５記載の画像表示装置のシ
   ミュレーション装置において、 シミュレーション表示手段は、境界に印加される電位の
   減衰又は画像表示装置モデル内部の粒子の帯電電荷量の
   減衰を、時間に対する関数を指定することで再現するこ
   とを特徴とする画像表示装置のシミュレーション装置。
10. 【請求項１０】 請求項２記載の画像表示装置のシミュ
    レーション装置において、 演算処理手段は、画像表示装置モデルの特性値を二次元
    での特性値に変換して二次元シミュレーションに対応し
    た演算処理を行い、 シミュレーション表示手段は、画像表示装置モデルの画
    像表示に関する情報を三次元シミュレーションに換算し
    て提供することを特徴とした画像表示装置のシミュレー
    ション装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の画像表示装置のシミ
    ュレーション装置において、 画像表示装置モデルに封入される粒子の体積が指定され
    た条件下では、演算処理手段は、二次元シミュレーショ
    ンに使用される粒子個数が該体積中に含まれる平均粒子
    の粒子個数から換算し与えられるものであることを特徴
    とする画像表示装置のシミュレーション装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の画像表示装置のシミ
    ュレーション装置において、 演算処理手段は、画像表示装置モデルの粒子による表面
    カバー率を演算処理するに当たり、二次元シミュレーシ
    ョン結果の画像表示装置モデル表面を走査し、走査位置
    での粒子の有無を判断し、走査位置と粒子中心との距離
    および粒子粒径の関係から画像表示装置モデル表面の粒
    子によるカバー率を算出し、全ての走査位置での平均値
    を該粒子による画像表示装置モデルの表面カバー率とし
    て情報提供することを特徴とする画像表示装置のシミュ
    レーション装置。