JP2005049704A - 電子ペーパーを用いた電子表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気泳動方式による表示装置を用い、強度および耐久性に優れた電子黒板を提供する。
【解決手段】 電子黒板４００は、電気泳動方式を用いた表示装置２００と、文字、図形等の書き込み情報を入力するペンＰと、ペンＰにより入力された書き込み情報に対応する表示を表示装置に行わせる制御部４７０および表示駆動部４３０とを有する。電気泳動表示装置２００は、２次元アレイ状に配列された複数のマイクロカップ２１０を含み、各マイクロカップ２１０は実質的にパーティション２２６によって包囲され、かつ、各マイクロカップ２１０に電気泳動のための着色された溶剤２１２と荷電顔料２１４からなる流体が封止されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電子表示装置に関し、特に、電気泳動方式による表示装置を用いた電子表示装置に関する。

従来の電子黒板は、水性マーカーにより記載した文字、図形等を表示するシート部と、シート部上に記載された文字、図形等をＣＣＤ等により光学的に読取る読取手段と、読取られた光学情報を電気信号に変換する変換手段と、変換された電気信号をプリンタに出力したり、メモリに保存したり、あるいはパーソナルコンピュータ等へ出力する出力手段とを備えている。

こうした水性マーカーにより文字等を記載する場合、長時間書き続けるとインクが乾燥して書き難くなったり、マーカーがかすれて読みにくくなったり、筆圧によって文字が薄くなり光学的にうまく読取れないことがある。マーカーは使い捨てであり、資源の有効利用の点から無駄があり、さらに、記載された文字等をイレーサーにより消すと、インクカスが生じるなどの問題が指摘されている。

特許文献１は、上記問題を解決するために、書き込み表示を行うボード面を表示メモリー性を持つ電気泳動方式による表示素子で構成している。電気泳動による表示素子は、電子ペーパーまたはリライタブルペーパーとして知られており、その表示原理は、液体中に分散させた微粒子の電気泳動現象を利用した非発光型表示デバイスである。基本的な構造は、少なくとも一方が透明な一対の電極を適当な間隔で対向させ、その間に電気泳動分散液を封入する。こうして構成された電気泳動表示素子は、画像の書き換え時以外、外部からのエネルギーなしで画像表示を維持するメモリー特性を備えているため、超低消費電力の電子黒板を提供することができる。

特許文献２は、電気泳動方式のディスプレイおよびその製造方法について開示する。特許文献２によれば、ＩＴＯ／ＰＥＴのような導電基板上に複数のマイクロカップが形成され、このマイクロカップは除去可能な一時的な充填物質によって充填され、その上にポジティブのフォトレジスト層が全面にコーティングされる。その後、選択されたマイクロカップが露出されるようにフォトレジスト層が現像され、露出されたマイクロカップから充填物質が除去される。引き続き、露出されたマイクロカップに第１の色を有する流体が充填され、このマイクロカップが封止される。上記工程を繰り返すことで、複数のマイクロカップに異なる色の流体を充填させることができ、多重カラー用のディスプレイを構成することができる。

特開２００２−２４０４９１号 米国特許第６，５４５，７９７号

上記特許文献１は、電子黒板の情報表示面に手書き入力するためのダミーペンを備えており、ダミーペンで文字や図形を描いたときに、その動きを二次元位置検出手段によりＸＹデータとして読取り、読取ったデータを文字、図形に変換し、情報表示面に表示させている。また、消去するときは、ダミーイレーサーで消したい部分をなぞることでダミーイレーサーの動きを二次元位置知検出手段によりＸＹデータとして読み取り、読取ったデータで消去する部分を判断し、その部分の文字や図形を消去している。しかしながら、電気泳動による表示素子は、液体中に微粒子を分散させ、かつ、そのような微粒子を移動させるために電界を与える構造であり、その構造は薄型であり強度はそれほど強くない。特許文献１のように、ダミーペンを用いて情報表示面に文字や図形を描く場合には、その情報表示面に圧力が加わるため、電気泳動による表示装置が圧力により破損したり、また、耐久性が短くなるおそれがある。

本発明は、上記従来の課題を解決し、電気泳動方式による表示装置を用い、強度および耐久性に優れた電子表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電子表示装置は、電気泳動方式を利用した表示装置と、文字、図形等の書き込み情報を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された書き込み情報に対応する表示を前記表示装置に行わせる表示制御手段とを有する。表示装置は、２次元アレイ状に配列された複数の画素領域を含み、各画素領域はパーティションによって包囲され、かつ、各画素素領域内に電気泳動のための流体が封止されている。

好ましくは、導電パターンを有する一対の導電性フィルム間に複数の画素領域が配置され、少なくとも一方の導電性フィルム上に、透明でかつ平坦な保護膜が形成されている。上下の導電性フィルムは、画素領域に対する電極として機能する。また、流体は、着色された溶剤と、該溶剤に分散された荷電粒子とを含み、コントラストが高くなるような色が選択させることが望ましい。さらに、入力手段は、複数の画素領域によって規定される表示領域上の位置を検出する位置検出手段を含む。例えば、表示領域上で、文字や図形を仮想的に描画するためにペンを用いたときは、そのペンの位置または移動軌跡が検出される。位置検出手段は、好ましくは赤外線センサ等による公知の二次元的位置検出を用いることができる。さらに好ましくは、電気泳動方式による表示装置は、非常に薄型、軽量化が図れるので、壁掛けとして利用することができる。

本発明によれば、電気泳動を行うための各画素領域がパーティションによって包囲されているため、その強度や耐久性が非常に高く、電子表示装置、例えば電子黒板の表示装置に利用することができる。このため、ユーザーは、ペンを用いて紙等に文字や図形を記載するときと同じ感覚で、その表示装置上にペンを押圧して文字、図形等の買い込み情報を入力することができる。さらに、従来のように、水生マーカーを必要とせずに、文字、図形等を描画することができるため、水生マーカーに伴う数々の問題、例えば水性マーカーの廃棄、インク乾燥時に書けなくなる、消去時にインクカスが発生する、といった問題を解決することができる。さらに、電気泳動方式による表示はメモリー機能を備えているため、表示の書き換えをするまで電力は不要であり、省電力化を図ることができる。さらに、電気泳動方式による表示装置は、軽量、小型化されるため、電子表示装置を壁掛けのように用いることも可能である。

以下、本発明に係る電子表示装置を実施するための最良の形態として、電子黒板の例を図面を参照して詳細に説明する。

図１に電気泳動方式を用いたディスプレイの基本的な原理の一例を示す。同図において、ＩＴＯ（インジウム−リン−オキサイド）電極が形成されたフィルム１００上に、シリコン樹脂をバインダとしてマイクロカプセル１０２を塗布する。マイクロカプセル１０２内に青色の絶縁性液体１０４と、酸化チタン等の白色微粒子１０６とを入れる。例えば、イオンフロー方式により選択された表面１０８に負電荷を与えると、白色微粒子１０６がそこから遠ざかるようにマイクロカプセル１０２内を泳動するため、表面１０８には青色が描かれる。また、選択された表面１１０に正電荷を与えると白色微粒子１０６が表面に寄せられ、白色が描かれる。そして、すべての面に正電荷を与えると、すべてのマイクロカプセル内の白色微粒子が上部へ移動するため、表面は白色となり画像の消去が行われる。

本実施例は、電気泳動方式による表示を電子黒板に適用するために、図２に示す構造の電気泳動表示装置を採用する。この装置は、好ましくは、サイピックス イメージング インコーポレイション（SiPix Imaging Inc）製のものを用いることができる。

図２（ａ）は、電気泳動表示装置２００の一部を示す平面図、図２（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。電気泳動表示装置２００は、２次元アレイ状に配列した複数のマイクロカップ２１０を含み、各マイクロカップ２１０内には着色された絶縁性溶剤２１２とその中に分散された荷電顔料２１４とが封止されている。マイクロカップ２１０は、少なくとも一方が透明である一対の導電性フィルム２２０、２２２との間に形成され、その底部および側面が樹脂によって包囲され、上面が露出された矩形状の空間を有する。マイクロカップ２１０の空間は、深さＤが約２０〜４０μｍ、一辺の幅Ｗが１００μｍである。マイクロカップ２１０の空間の側面を包囲するパーティション２２４の厚さＴは、約１０〜３０μｍの厚さである。

電気泳動表示装置２００は、例えば次のような工程によって形成することができる。導電性フィルム２２０上にレジンをコーティングし、このレジンをエンボス加工しかつ硬化させる。これによって、導電性フィルム２２０上には、垂直方向および水平方向に延在するパーティション２２４が形成され、パーティション２２４によってマイクロカップ２１０の空間が二次元アレイ状に形成される。次に、各マイクロカップ２１０内に、電気泳動流体、すなわち、白色の荷電顔料２１４が分散された青色に着色された絶縁性溶剤２１２を充填する。そして、マイクロカップ２１０の露出した上面を封止層２２６によって封止し、封止層２２８上に導電性フィルム２２２を積層する。このとき、表示装置全体の厚さＴは、おおよそ０．１５ｍｍ程度である。

導電性フィルム２２０には、例えば水平方向に延在する複数の導電パターンが形成され、これらの導電パターンの垂直方向のピッチは、マイクロカップ２１０の垂直方向の配列ピッチに対応する。他方、導電フィルム２２２には垂直方向に延在する複数の導電パターンが形成され、これらの導電パターンの水平方向のピッチは、マイクロカップ２１０の水平方向の配列ピッチに対応する。こうして、マトリクス状に配列された上下の導電パターンは、各マイクロカップ２１０の一対の上下電極として機能し、二次元的に配列されたマイクロカップ２１０を選択的に駆動することができる。マイクロカップ２１０が選択的に駆動されたとき、マイクロカップ２１０の荷電顔料２１４は、上方もしくは下方に向けて溶剤２１２内を移動する。図２（ｂ）において、マイクロカップ２１０Ａと２１０Ｃの荷電顔料２１４は表面から遠ざかる方向に移動し、着色溶剤２１２の色、すなわち青色が表示されている。他方、マイクロカップ２１０Ｂの荷電顔料はその表面に保持され、荷電顔料の色、すなわち白色が表示されていることを示す。なお、導電パターンは、好ましくはＩＴＯより構成される。

図３は、電気泳動表示装置２００を電子黒板に適用したときの断面構成を示す図である。電気泳動表示装置２００は、剛性のある薄板状の金属フレーム３００によって支持される。金属フレーム３００の表面には、所望のサイズでかつ一定の深さの凹部３１０が形成され、この凹部３１０内に、図２に示した一対の導電性フィルム２２０と２２２の間のマイクロカップ２１０に液体が封止された表示装置が収容される。導電性フィルム２２２上には透明でかつ平坦な保護膜３２０が接着される。保護膜３２０は、後述するように、ユーザーが入力ペンを用いて保護膜３２０上に仮想的な文字や図形を描画するときの描画パネルとしても機能する。

図４は、本実施例に係る電子黒板の構成を示す機能ブロック図である。電子黒板４００は、ペンＰの位置を検出する位置検出部４１０と、ユーザーからの種々の指示等を入力する入力部４２０と、電気泳動表示装置２００を駆動してペンＰの位置に対応する文字や図形を描画させる表示駆動部４３０と、表示された文字や図形のデータなどを記憶する記憶部と４４０と、電気泳動表示装置２００に表示された文字、図形等をプリンタに出力するプリンタ出力部４５０と、外部のパーソナルコンピュータ等の電子機器と接続しデータの送受を可能とする外部インターフェース部４６０と、これらの各部を制御する制御部４７０とを有する。

入力部４２０は、電子黒板に対する指示や命令を入力するためのいくつかの入力手段を有し、好ましくは、電子黒板上に操作ボタンとして取り付けられる。あるいは、液晶ディスプレイなど参照しながら指示をタッチ入力するものであってもよい。
表示開始指示部４２２は、ペンの移動に応答して電気泳動表示装置２００への文字、図形の表示を開始させるための入力である。イレーサー指示部４２４は、電気泳動表示装置２００に表示された文字、図形等を消去させるための入力である。例えば、荷電粒子がいずれか一方の位置に移動するような一括消去を指示したり、ペンＰの移動に応じて図形等を消去する。領域指定部４２６は、電気泳動表示装置２００の表示領域のうち所望の領域を指定するための入力である。例えば、表示領域、上半部、下半分、右半分、左半部など、幾つかの領域に分割し、それを選択可能とするものである。記憶部４４０やプリンタ出力部４５０は、領域指定部４２６によって指定された領域を出力範囲とすることができる。キー入力４２８は、上記以外の種々の指示を与えるための入力であり、例えば、電気泳動表示装置２００に表示され文字、図形のデータを記憶部４４０へ記憶させる指示、プリンタに出力する指示、外部の電子機器から入力されたデータを電気泳動表示装置２００に表示させる指示等を与えるものである。

次に、電子黒板への文字、図形の表示動作を説明する。ユーザーによって、表示開始指示部４２２より入力が成されると、位置検出部４１０は、電気泳動表示装置２００の描画パネル面上を移動するペンＰの位置を検出する。位置検出部４１０は、例えば赤外線を利用してペンＰのＸ、Ｙ方向の二次元的な位置もしくはその移動軌跡を検出する。制御部４７０は、位置検出部４１０から順次入力されるＸ、Ｙ位置データに基づき、表示駆動部４３０を制御し、ペンＰの位置に対応するマイクロカップ２１０が選択的に駆動されるようにする。選択されたマイクロカップ２１０の荷電粒子は上方もしくは下方の二者択一的な位置に移動され、この結果、表示装置上にペンＰの移動軌跡に応じた文字、図形等が表示される。描画された文字、図形は、書き換えが行われるまで、言い換えれば、電力が供給されなくとも、その状態が保持される。

また、ユーザーによって、イレーサー指示部４２４を介して消去の指示が成されると、表示駆動部４３０は、ペンＰの移動に応じて表示されていた文字、図形等を消去する。表示装置が２色表示であるときは、ペンＰの移動に対応するマイクロカップの表示状態を反転させればよい。ユーザーから一括消去の指示入力があったときは、すべてのマイクロカップ内の荷電粒子が上方もしくは下方のいずれかの位置に移動するような駆動を行う。つまり、すべてのマイクロカップ内の荷電顔料が表面から遠ざかるように移動すれば、全面が青色で表示され、その反対にすべてのマイクロカップ内の荷電顔料が表面に近づくように移動すれば、全面が白色で表示される。さらに、領域指示部４２６によって、表示領域の右半分領域、左半分領域、上半分領域、または下半分領域を指定することで、部分的な表示領域を電気的に消去することも可能である。

電気泳動表示装置により文字、図形等が表示されているとき、ユーザーは、領域指示部４２６によって保存したい領域またはプリンタに出力したい領域を選択することができる。例えば、表示領域の全領域、右半分領域、左半分領域、上半分領域、または下半分領域などを指示する。記憶部４４０は、電気泳動表示装置によって表示された文字、図形に対応するデータを記憶可能であり、記憶部４４０に記憶されたデータを読み出すことで、再び電気泳動表示装置により表示させることが可能である。プリンタ出力部４５０は、ユーザーからプリンタ出力の指示があると、電子黒板に据え付けられたプリンタから、表示装置に表示されている文字等が印字出力される。また、表示されたデータを外部インターフェース４６０を介して他のパーソナルコンピュータへ送信することも可能であり、その反対に、外部から受け取った表示データによる表示も可能である。この場合、外部インターフェース部４６０は、有線による接続以外にも、無線ＬＡＮと通じてデータの送受を行うことも可能である。

本実施例では、図３に示したように、表示装置の最上層は、保護層および描画パネル３２０が形成されているため、描画パネル３２０上を押圧してペンＰを移動させることができる。従って、ユーザーは、実際の黒板や紙面上に文字、図形等を描画するときと同じ感覚で、一定の圧力を加えながらペンＰで描画することができる。上記したように、一対の導電性フィルム間に形成された個々のマイクロカップがパーティションによって仕切られているため、マイクロカップの強度は比較的強く、ペンＰにより一定の圧力が加えられても、パーティションによってマイクロカップが変形したり破損したりすることがなく、マイクロカップ内に封入された着色溶剤２１２や荷電顔料２１４をリークすることなく保持することができる。

さらに電気泳動方式を利用した表示装置は、薄型化、軽量化が可能であるため、従来の電子黒板に比べて占有スペースを大きく削減することができる。このため、会議室等の壁に壁掛けのように取り付けることも可能である。

図５にペン形状の例を示す。図５（ａ）に示すペンは、先端の描画部分にローラー５１０が取り付けられている。これにより、ユーザーがペンにより仮想的な図形等を描画する時、電気泳動表示装置の描画パネルとの摩擦力を低減し、かつ電気泳動表示装置への局所的な圧力が加えられることを防止できる。また、図５（ｂ）に示すペンは、ペン先５２０が円形状であり、かつその軸方向に弾性的に移動することができるように、内部でコイルバネを持ちいて支持している。

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

上記実施例では、マイクロカップの平面形状を正方形としているが、これに限らず、円形状、ハニカム形状等の他の形状であってもよいし、その大きさも適宜選択可能である。マイクロカップに封止される着色溶剤および荷電顔料も適当な色および材質のものを適宜選択することが可能であり、さらに、マイクロカップ内に複数の異なる着色溶剤や荷電微粒子を用いることで、多重色の表示を行うことも可能である。

さらに上記実施例では、文字、図形等の入力のためにペンを用いたが、必ずしもこれに限らない。例えば、ユーザーの手の動きを二次元的に検出するものであってもよい。

さらに上記実施例では、図３に示すような金属フレーム内に電気泳動表示装置２００を収容したが、これに限らず、柔軟性のあるフレキシブルなシート上に電気泳動表示装置２００を取付けることも可能である。これによって、従来の電子黒板のように、電気泳動表示装置２００をＵ字型に移動させて表示面を移動させても良い。また、電気泳動表示装置２００の表示面（書き込み面）を曲面としてもよい。さらに、太陽光、自然光の元でも視認性が良いため、野外表示に用いることも可能である。

本発明は、会議やプレゼンテーション等に用いられる電子黒板や、アクセサリーとしての壁掛けタイプのフラットタイプ表示装置や、広告や宣伝等を表示するための表示パネル等に利用することができる。本発明は、いわゆる電子ペーパーとして幅広く利用することができる。

電気泳動方式による表示の原理を説明する図である。 本発明の実施例における電気泳動方式による表示装置の構成を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。 電子黒板の断面構造を示す図である。 電子黒板の機能ブロック図を示す図である。 ペンの変形例を示す図である。

符号の説明

２００： 電気泳動表示装置
２１０： マイクロカップ
２１２： 着色溶剤
２１４： 荷電顔料
２２０、２２２： 導電性フィルム
２２４： パーティション
２２６： 封止層
３００： 金属フレーム
３１０： 凹部
３２０： 保護膜（描画パネル）

Claims (6)

1. 電気泳動方式を利用した表示装置と、文字、図形等の書き込み情報を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された書き込み情報に対応する表示を前記表示装置に行わせる表示制御手段とを有し、
   前記表示装置は、２次元アレイ状に配列された複数の画素領域を含み、各画素領域はパーティションによって包囲され、かつ、各画素素領域内に電気泳動のための流体が封止されている、電子表示装置。
2. 導電パターンを有する一対の導電性フィルム間に前記複数の画素領域が配置され、少なくとも一方の導電性フィルム上に、透明でかつ平坦な保護膜が形成されている、請求項１に記載の電子表示装置。
3. 前記封止される流体は、着色された溶剤と、該溶剤に分散された荷電粒子とを含む、請求項１または２に記載の電子表示装置。
4. 前記入力手段は、前記複数の画素領域によって規定される表示領域上の位置を検出する位置検出手段を含む、請求項１に記載の電子表示装置。
5. 前記電子表示装置は、壁掛け可能である、請求項１ないし４いずれか１に記載の電子表示装置。
6. 前記複数の画素領域には異なる色の流体が封止され、前記表示装置は多重色を表示可能である、請求項１ないし５いずれかに記載の電子表示装置。

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