JP2005134627A - 追記可能な画像表示装置および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示性能を損なうことなく追記でき、その追記情報も記憶してやり取りできること。
【解決手段】一対の基板および電極としきりからなる空間に少なくとも２種類の帯電極性が異なり、かつ表示色の異なる粒子群および磁性粒子群が封じられた構成で電圧を前記電極に印加することにより粒子を動かして画像を表示する装置および磁石からなる追記用ペンおよび追記入力検知部、検知した追記入力情報を記憶させる情報格納部および格納した情報を出力する情報出力部からなる情報処理装置において、追記を磁気変化、圧力変化、電磁誘導電流等で検知し、追記情報をメモリに格納させることにより追記情報の記憶も可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、追記可能な画像表示装置および情報処理装置に関するものである。

従来、書き換え可能な画像表示装置として、電気泳動を用いたものや、サーマルリライタブルなインクを用いた装置が開発されている。前記技術は、メモリ性には優れているが、表示コントラストを向上させるのが難しいという問題がある。

そこで、表示コントラストを上げ易い方法として、トナーを用いた表示技術が開発されている。この技術は、特許文献１に開示されているように、対向する電極基板間に色および帯電特性が異なる複数種類の粒子群を封入し、電界をかけて粒子を動かすことにより画像を表示する。乾式現像粒子を用いることで液体を介在させないため、電気泳動型画像表示に比べ、粒子の沈降や凝集が起こりにくい。また、従来のＣＲＴディスプレイに比べ、発光しないため、目に優しい画像表示ができる。

さらに、紙のように使用するためには、追記できる必要がある。この方法としては、タッチパネルとして、抵抗膜方式（例えば、特許文献２参照）を用いて追記することが可能である。

情報処理装置として、サーマルリライタブル表示の紙に、手書き入力するための電磁ペンおよび電磁誘導方式のデジタイザを用いた例があげられている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この方式では、加筆した情報をデジタイザで読み取れるが、加筆情報を電磁ペンのみでサーマルリライタブル表示の紙に表示することはできない。そのため、使用者は加筆情報の表示が見られない状況下で加筆することになり、不都合である。そこで、加筆状況を確認しながら行うためには、サーマルリライタブル方式では電磁／発熱ペンが必要となる。しかしながら、発熱ペンは電力消耗が激しく、省エネシステムとはいえない。
特開２００１−２１５５３６号公報 特許第３９７５４７号公報 特開２０００−１１２６４６号公報

タッチパネルを用いた場合、表示画面の前面に絶縁性スペーサを介して透明電極層を２層形成する必要がある。透明電極層は光の透過を１０％程度吸収してしまうため、表示画面が暗くなったり色づいたりして表示性能（コントラストや白色度）を落としてしまうという問題がある。

さらに、ギャップを一定にするのが難しく、むらの原因となり、均一な画像表示ができる構成を作製する上で問題となる。

また、追記した情報を追記前と比較して追記後の情報を記録するという、通常パソコン上で操作する上書き保存の機能がないと、追記ができても一度表示を消すと記録が残らないというデメリットがある。

本発明では、上記目的を達成するため、表示画素内で、追記のための手段および追記の表示部と、前記追記表示部と画素表示部が同一表面にあることを特徴とし、さらに追加した情報を検知して記憶させる手段を有する。

すなわち，本発明は，少なくとも一方の基板に電極を備えた一対の基板と，しきりから構成される空間に少なくとも２種類の帯電極性が異なり、表示色の異なる粒子群と磁性粒子群が封じられ，電圧を前記電極に印加することにより前期粒子群を動かして画像を表示する表示部と，磁石を備えた追記用ペンと，追記用ペンによって表示部に追記された情報を検知する追記入力検知部と、検知した追記入力情報を記憶させる情報格納部と，格納した情報を出力する情報出力部を備えたことを特徴とする。

また，追記入力検知部が電磁誘導式のデジタイザであることを特徴とする。

また，追記入力検知部は，前記追記入力の検知を前記基板上に形成された対向する電極間の電流変化により行うことを特徴とする。

また，追記入力検知部は，前記追記入力をペンの圧力変化を検知して行うことを特徴とする。

また，しきりを感圧導電性ゴムで形成し、ペンの圧力変化を検知することを特徴とする。

また，しきりを高分子圧電シートで形成し、ペンの圧力変化を検知することを特徴とする。

本発明によれば、一対の基板および電極としきりからなる空間に粒子群が封じられた構成で電圧を前記電極に印加することにより粒子を動かして画像を表示する装置において、粒子に磁性素材を混入する、または、磁性粒子を混ぜることにより、電界で表示された表示部に、磁石からなるペンを用いて磁性化した粒子を動かして、追記することができる。

また、磁気や圧力で追記できるため、どこでも追記用のペンがあれば追記でき、電界をかけるまでその表示を保つことができる。さらに、追記を検知する手段を設け、その追記情報を記憶させることにより、追記情報をやり取りすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置を示す。画像表示装置は、第１の基板１と第２の基板２と、電極間距離を一定に保つしきり３により形成された空間部４に、第１の粒子５と第２の粒子６を複数封入して構成される。この画像表示装置に磁石からなるペン１３により追記した際、そのペン１３の軌跡を支持体７の下に設置したデジタイザ１５で読み取る構成となっている。

画像表示部において、第１の粒子５と第２の粒子６は、色および帯電極性（プラスとマイナス）が各々逆になっている。第１の基板１および第２の基板２は、支持体７、８および電極９、１０からなる。各電極表面は、そのまま用いてもコート層１１、１２でカバーしてもよい。前記電極９、１０に電圧を印加して、電極９をプラス、電極１０をマイナスにすると、プラス側の電極９にマイナスに帯電した第１の粒子５が付着し、マイナス側の電極１０にプラスに帯電した第２の粒子６が付着する。第１の粒子５を黒色に、第２の粒子６を白色に着色することにより、第２の基板２側から見ると、電極１０の表面に白色の第２の粒子６が張り付くことにより白を表示する。また、印加電圧を逆にして電極１０をプラスにすると、マイナスに帯電した黒色の第１の粒子５が電極１０の表面に張り付き、黒表示となる。

支持体７、８には、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などを使用する。特に、観察する側の支持体８は、光が透過する素材が好ましい。電極９、１０には、ＩＴＯ、アルミニウム、金、ポリチオフェンなどを用いることができる。特に、電極１０は支持体８と同様、観察するために光を透過する材料が好ましい。電極だけでも構成は可能であるが、図１のように電極９、１０の上にコート層１１、１２を設けることにより、第１の粒子５、第２の粒子６の付着力を制御することができる。

しきり３には、絶縁性の材料を用いる。融点の低い樹脂材料をスクリーン印刷により一定間隔にパターン印刷して加熱硬化させる方式、あるいはスピンコートした光感受性の樹脂材料をマスクを介してフォト工程を行い、パターン化した後、硬化させる方式などが使用できる。さらに、画像表示部において、しきり３の高さがばらつくと表示むらになるため、高さが揃えられる方式が望ましい。その他、ゴムやプラスチックのシートを画素部を打ち抜いて用いることもできる。

画像表示用の粒子は、第１のマイナスに帯電した黒色粒子５と第２のプラスに帯電した白色粒子６からなる。各粒子は、スチレン、アクリル酸メチル、ビニルエチルエーテルなどの熱可塑性樹脂、メラミン樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂からなる。その中に混合する着色剤として、カーボンブラックや酸化チタン、酸化マグネシウム、アゾ系色素などを用いる。説明として黒と白で表示するが、他の着色剤を用いてカラー表示することも可能である。粒子の帯電性としては、一般に酸素を主鎖内に多く持つポリエステルが良好な負荷電性を示す。荷電性を制御するために極性基を付加するが、正荷電付与にはアミノ基を使用する。また、荷電制御剤を用いることもできる。正荷電性粒子の場合には、ニグロシン系染料や４級アンモニウム塩を用いることができる。負荷電性粒子の場合には、アゾ系含金染料、サリチル酸系含金染料、フッ化物などを用いることができる。または、粒子の外側にあらかじめシリカやアルミナを添加して粒子の流動性を向上させながら、シランカップリング剤で有機物処理を行った粒子を用いることもできる。

さらに、第１の黒色粒子５には、磁性を付加するためにフェライトの粉末を混入している。フェライトは、粒子の母体作製時に練りこんでもよいが、フェライトメッキという手法によりｎｍサイズのフェライト粒子を形成し、母粒子表面に修飾させてもよい。あるいは、第１の黒色粒子５を磁性化させるために、鉄やコバルト、ニッケルなどの微粒子を混ぜてもよい。

画像表示の際、空間部４に粒子を充填する率により、表示速度やコントラストが変化する。８０％以上の充填率では、表示特性はよいが、粒子同士の存在が邪魔になってお互いに移動を妨げるため、高い電圧を必要とする。このため、５０％〜７０％の充填率が好ましい。

各電極９、１０に電圧をかけると、プラス側にマイナスに帯電した第１の黒色粒子５が移動し、マイナス側にプラスに帯電した第２の白色粒子６が移動する。これにより、白黒の２色表示が可能となる。粒子にはあらかじめ撹拌などによる帯電処理を行ってもよいし、空間部４に入れた後に帯電処理として、電界をかけることで帯電させたり、超音波をかけて粒子同士を摩擦、撹拌することで帯電させてもよい。

電極９、１０をＩＴＯを用いて作製し、各電極の表面にポリカーボネートのコート層１１、１２をスピンコートにより付加した構成のセルで、粒子の動きを調べた。この時の上下の基板１、２の間隔は、１００μｍに設定した。

まず初めに、電極１０に＋３００Ｖ印加して第１の黒色粒子５を張り付かせた。反射濃度計で測定すると、１．５となった。次に、電極１０にマイナスの電圧を付加すると、−５０Ｖ付近で、第１の黒色粒子５が第２の白色粒子６と置き換わりだし、−１００Ｖ付近で飽和した。この時の反射濃度は０．３となり、良好なコントラストが得られた。

そこで、磁石からなるペン１３を支持体８に接触させると、第１の黒色粒子５がペン１３に引きつけられて、コート層１２の表面に付着した。付着力より大きい磁力により、第２の白色粒子６が付着しているところへ第１の黒色粒子５が引きつけられて第２の白色粒子６と置き換わるため、ペン１３が接触した部位が白から黒に変わり、ペン１３の動く軌跡が残る。コート層１２の表面に付着した第１の黒色粒子５は、磁界がなくなってもコート層１２表面への付着力が大きいためにそのまま残ることで、追記が可能となる。また、支持体７の下に設置した電磁誘導式のデジタイザ１５によりペン１３の位置を検知し、さらに軌跡を追いかけることでその追記入力情報を得、その情報を記憶させる情報格納手段により記憶させる。

デジタイザ１５は、平面状の追記入力部１６と、前記追記入力部１６によりペン１３の位置を検知後、その追記情報を蓄積する媒体であるメモリ１７からなる。蓄積された追記入力情報は、情報出力手段としての通信インターフェイスを用いて電子データとして外部のコンピュータに送られ、以前に蓄積された情報と比較することで、上書き処理などが可能となる。

図２にハードウェア構成のブロック図を示す。図２において、ＣＰＵ（画像表示制御部）１８に画像表示部１９、追記入力部１６、追記検出部２０、通信インターフェイス２１およびメモリ１７が接続されている。通信インターフェイス２１は、パソコン２２の情報をメモリ１７に送って、画像情報としてメモリ１７に格納する。その情報を基に、画像表示部１９により画像を表示する。さらに、追記入力部１６に追記した情報を追記検出部２０で検出してメモリ１７に格納する。追記情報も画像情報と同様に通信インターフェイス２１によりパソコン２２に送られ、電子データとしてやり取りすることにより、画像の変更が行われる。

ペン１３の位置データは、追記検出部２０であるデジタイザ１５で検出された後、いったんメモリ１７に格納される。追記情報を読み出す時は、ＣＰＵ１８により追記前のデータに加算した情報を通信インターフェイス２１を介してパソコン２２に送ることで、画像表示部１９を書き換えることができる。

なお、追記する際、白表示上に磁性化した黒色粒子を用いたが、逆に白色粒子を磁性化しておけば、黒表示上に追記することも可能である。

追記を消去する場合は、反対側の支持体７側からペン１３で書くことにより黒色粒子を反対側へ移動させたり、電極間へ高周波（２ＫＨｚ）をかけることにより各粒子を移動させることで表示を消すことができる。

このように、本発明によれば、追記表示を同じ画像表示面でできるため、表示性能を落とすことなく、構造自体も粒子のみ変えるという簡易な方法でできるという効果がある。さらに、磁気による書き込みができる上にメモリ性があるため、電力を途中で供給することなく追記が可能であり、より紙のイメージに近づけることができる。さらに、デジタイザ１５は各表示装置に付加してもよいが、書き換えたい場合のみ、デジタイザ１５の上にセットして追記させるというように、画像表示部とセパレートタイプにして使用できる。この場合、追記する時のみデジタイザ１５を作動させればよいため、消費電力の節約となる。また、デジタイザ１５の情報をメモリ１７に格納しているため、途中で画像表示部に外部から力が加わって画像が乱れた場合でも、メモリ１７の情報を読み出すことにより画像の修復が可能となる。

（実施の形態２）
追記検出部２０として、実施の形態１ではデジタイザ１５を用いたが、本実施の形態２では画像表示部１９のみでも追記を検出できる方法を以下に示す。

画像表示するための電極９と１０を、図３に示すように各々、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・とＹ１、Ｙ２、Ｙ３・・・としてマトリクス状に組んで、その交点の部位において、帯電粒子を動かす画像表示部１９に表示制御部２４からの情報を制御部２３を介して伝えることにより、各ＸｎとＹｎへ電圧を印加して画像を表示する。追記の際は、ペン１３により磁性粒子が動いて画像表示部１９の表面に付着するため、同じ場所に先に付着していた帯電粒子が別の場所に移動し、電流が流れる。かなり微小な電流のため、高抵抗を接続する必要がある。電流が流れた場所をＸｎ、Ｙｎとして制御部２３から検知することにより、追記情報としてメモリすることができる。

このように、表示電極９、１０を追記検知電極として併用することにより、何らハードウェアをいじることなく追記を検知することができる。

（実施の形態３）
実施の形態１と２では、磁石からなるペン１３の電磁誘導を利用した検知方法を用いたが、本実施の形態３ではペン１３の筆圧を圧力検知することで追記情報を得る方法を以下に示す。

図１に示すしきり３を感圧導電性ゴムを用いて作製する。シリコンゴムに、Ａｌを混合してシート状にし、空間部４を形成して第１の基板１に貼り付ける。この空間部４に帯電粒子や磁性粒子を封入して第２の基板２を貼り付けて表示画素を作製した。加圧しない場合は通常、感圧導電性ゴムの比抵抗は１０^８Ω／ｃｍなので絶縁に近い状態であるが、加圧することにより１０^２Ω／ｃｍまで比抵抗が下がり、その部位に電流が流れる。これを実施の形態２で示した追記検知回路により検出すれば、追記情報を得ることができる。各電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・とＹ１、Ｙ２、Ｙ３・・・と順番にパルス電圧をかけることにより、どの部位のしきりに電流が流れたか検知できる。

感圧導電性ゴムの導電材料としては、Ａｌの代わりにＡｇやＣｕを用いることもできる。

また、感圧導電性ゴムの代わりに、高分子圧電シートを用いることもできる。ポリフッ化ビニリデンを溶融、延伸してフィルム化し、上下にＡｌを蒸着したシートを用いる。圧力を加えると、双極子の配向（この場合、フッ素原子の配向）による自発分極と電歪効果が結合して電荷が発生する。この電荷を実施の形態２で示した電極９、１０間で検知することにより、圧力の加わった部位が検知でき、追記情報をメモリ１７に格納することができる。なお、ポリフッ化ビニリデンの代わりにポリフッ化ビニルを用いることもできる。

以上のように、感圧材料を使用することで、ペン１３の位置を精度良く検出できる。

また、しきり３の高さは、電圧強度に相関するため揃える必要がある。本実施の形態３のようにシート状の素材を用いることで、均一な高さのしきりを提供でき、製造上簡易な工程を提供できる。

（実施の形態４）
実施の形態１では、追記の検知をデジタイザ１５で行ったが、本実施の形態４では同じ場所に感圧シートを置き、圧力変化を検知して、ペン１３の位置情報としてメモリ１７に記憶させれば、追記情報として記憶させることができる。

感圧センサは、微小な圧力センサを画像表示部の配置に合わせて設置して各圧力センサの応答情報を取り込むことにより、圧力変化の場所を検知できる。

また、実施の形態３で述べた感圧材料からなる部位を、図４に示したように感圧部２６として絶縁シートに埋め込み、画像表示部の位置と合わせて支持体７の下部に設置する。ペン１３で追記すると、その筆圧により感圧部２６が変化して、感圧導電性ゴムの場合には、比抵抗が下がって電流が流れる。例えば、Ｘ１とＹ３に電流が流れれば、その交点にペン１３があることがわかる。なお、ペン１３の筆圧を検知するには、基板として薄いガラス板または高分子からなる樹脂を用いると容易に検知できる。

本発明によれば、追記可能な画像表示装置を提供でき、電子ペーパー、ＰＤなどに使用できる。

本発明の実施の形態１における画像表示装置の断面図 本発明の実施の形態１におけるハードウェアの構成図 本発明の実施の形態２と３における画像表示部の模式図 本発明の実施の形態４における追記検知部の模式図

符号の説明

１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ しきり
４ 空間部
５ 第１の粒子
６ 第２の粒子
７ 支持体
８ 支持体
９ 電極
１０ 電極
１１ コート層
１２ コート層
１３ ペン
１５ デジタイザ
１６ 追記入力部
１７ メモリ
１８ ＣＰＵ
１９ 画像表示部
２０ 追記検出部
２１ 通信インターフェイス
２２ パソコン
２３ 制御部
２４ 表示制御部
２５ 追記検知制御部
２６ 感圧部

Claims (6)

1. 少なくとも一方の基板に電極を備えた一対の基板と，しきりから構成される空間に少なくとも２種類の帯電極性が異なり、表示色の異なる粒子群と磁性粒子群が封じられ，電圧を前記電極に印加することにより前期粒子群を動かして画像を表示する表示部と，
   磁石を備えた追記用ペンと，追記用ペンによって表示部に追記された情報を検知する追記入力検知部と、検知した追記入力情報を記憶させる情報格納部と，格納した情報を出力する情報出力部を備えた情報処理装置。
2. 前記追記入力検知部が電磁誘導式のデジタイザであることを特徴とする、
   請求項１記載の情報処理装置。
3. 前記追記入力検知部は，前記追記入力の検知を前記基板上に形成された対向する電極間の電流変化により行うことを特徴とする請求項１記載の情報処理装置。
4. 前記追記入力検知部は，前記追記入力をペンの圧力変化を検知して行うことを特徴とする請求項１記載の情報処理装置。
5. 前記しきりを感圧導電性ゴムで形成し、ペンの圧力変化を検知することを特徴とする請求項４記載の情報処理装置。
6. 前記しきりを高分子圧電シートで形成し、ペンの圧力変化を検知することを特徴とする請求項４記載の情報処理装置。

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