JP2008250068A - ツイストボール、表示装置及びツイストボール駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来と比較して高速で表示色を切り替える。
【解決手段】回転することによって所定方向への表示色の切り替えを行うツイストボール４は、表示色が着色された複数の着色領域５，６と、回転中心Pに対して各着色領域５，６の反対側に設けられるとともに、対応する着色領域５，６ごとに帯電の異なる帯電領域５０，６０とを備える。周方向に隣り合う各着色領域５，６は、互いに異なる表示色が着色されており、中央同士の中心角θが１８０°未満である。複数の着色領域５，６は、球体４０を３以上に分割して設けられているために、従来の２分割の場合と比較して、高速に表示色の切り替えが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ツイストボールと、当該ツイストボールを備えた表示装置と、ツイストボール駆動方法とに関する。

従来、電子ペーパー等の表示装置として、ツイストボールディスプレイが知られている。このツイストボールディスプレイにおいては、図１１に示すように、表面を２つの着色領域１０１，１０２に等分されたツイストボール（ジリコンボールとも称する）１００がマトリックス状などに配設されており、各ツイストボール１００を電界の印加によって回転させ、表面側（図中の上側）に何れか一方の着色領域１０１（１０２）を向けさせることによって２値画像を表示するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１７５００３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のツイストボールディスプレイでは、ツイストボール１００を１８０°回転させることによって表示色の切り替えを行うため、切り替えが遅くなってしまう。

本発明の課題は、従来と比較して高速で表示色を切り替えることのできるツイストボールと、表示装置と、ツイストボール駆動方法とを提供することである。

請求項１記載の発明は、回転することによって所定方向への表示色の切り替えを行うツイストボールであって、
周方向に隣り合う複数の着色領域と、
回転中心を挟んで前記各着色領域と対をなし、当該着色領域の表示色ごとに帯電の異なる複数の帯電領域とを備え、
前記各着色領域は、
互いに異なる表示色で着色されており、
中央同士の中心角が１８０°未満であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のツイストボールにおいて、
前記複数の着色領域は、球体の表面を３以上に分割して設けられており、
前記帯電領域は、
前記着色領域の内側層として、或いは前記着色領域と同一層として設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のツイストボールにおいて、
前記複数の着色領域は、前記回転中心に対し球体の表面を放射状に分割して設けられていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、表示装置であって、
請求項１〜３の何れか一項に記載の複数のツイストボールと、
所定の側から各ツイストボールに対して電界をそれぞれ印加する複数の電極と、
この各電極による電界の印加を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
以下の式（１）で表される時間Ｔだけ前記ツイストボールに対し前記電極から電界を印加させることにより、当該ツイストボールによる表示色を切り替えることを特徴とする。
Ｔ＝ｔ₁₈₀×θ／１８０ （１）
（但し、ｔ₁₈₀は電界の印加によって前記ツイストボールが１８０°回転するのに要する時間であり、θは前記中心角（°）である。）

請求項５記載の発明は、ツイストボール駆動方法であって、
請求項１〜３の何れか一項に記載のツイストボールに対し、以下の式（１）で表される時間Ｔだけ電界を印加することにより、当該ツイストボールによる表示色を切り替えることを特徴とする。
Ｔ＝ｔ₁₈₀×θ／１８０ （１）
（但し、ｔ₁₈₀は電界の印加によって前記ツイストボールが１８０°回転するのに要する時間であり、θは前記中心角（°）である。）

本発明によれば、周方向に隣り合う各着色領域は互いに異なる表示色が着色されており、中央同士の中心角が１８０°未満であるので、表示色の切り替えを行う場合の回転角度が１８０°未満となる。従って、従来と比較して、高速で表示色を切り替えることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る表示装置１の概略構成を示す概念図である。
この図に示すように、表示装置１は、いわゆるツイストボールディスプレイであり、画像の表示を行う表示部２と、当該表示部２を制御する制御部３とを備えている。

表示部２は、裏面側（図中下側）に配設されたフレキシブル基板２１と、表面側（図中上側）に配設されたガラス基板２２とを有している。

このうち、フレキシブル基板２１は、板状の部材であり、可撓性を有している。フレキシブル基板２１の表面には、表示領域内にマトリックス状に配設された複数の画素電極２３，…と、各画素電極２３を独立制御可能なように制御部３に接続する電気配線（図示せず）とが設けられている。

また、ガラス基板２２は、透明な板状の部材であり、フレキシブル基板２１と平行に配設されている。このガラス基板２２の裏面には、１枚の透明電極２４が設けられている。

透明電極２４は、ガラス基板２２上にＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）等を蒸着して形成された透明な電極であり、全ての画素電極２３にまたがる１枚の電極として各画素電極２３，…に対向して配置されている。また、この透明電極２４は、共通電極２５を介して制御部３に接続されており、共通電極２５と同電位に維持されている。

以上のフレキシブル基板２１及びガラス基板２２の間には、図２（ａ）に示すように、溶媒２６が封入されており、当該溶媒２６中には、各画素電極２３に対向してツイストボール４が配設されている。

なお、本実施の形態においては、ガラス基板２２の裏面はツイストボール４の表面に沿う形状となっており、各ツイストボール４の横方向への移動を制限するようになっている。また、この図２（ａ）や、後述の図４〜図７では、表示部２の主な構成要素、例えばフレキシブル基板２１等については断面を図示しているが、ツイストボール４については側面を図示している。

ツイストボール４は、印加される電界により回転して表示色を切り替えるものであり、本実施の形態においては、電界が印加されない場合には回転しないようフレキシブル基板２１やガラス基板２２等によって保持されている。

このツイストボール４は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、表示色の着色領域として２つの白色領域５，５と、２つの黒色領域６，６とを球体４０に有している。より詳細には、これら白色領域５及び黒色領域６はＸ方向（図の表裏方向）に対して球体４０を周方向に４等分して交互に設けられている。つまり、白色領域５，５同士と、黒色領域６，６同士とはそれぞれ回転中心、つまり球体４０の中心Pに対して互いに反対側に設けられた状態となっており、周方向に隣り合う白色領域５及び黒色領域６の各中央同士の中心角θは９０°となっている。

また、ツイストボール４は、回転中心を挟んで各着色領域と対をなす帯電領域５０，６０を有している。
ここで、帯電領域５０は、正に帯電した領域であり、白色領域５と対をなしている。この帯電領域５０は、回転中心に対して一方の白色領域５の反対側、つまり他方の白色領域５の側に設けられており、当該他方の白色領域５と同一層をなしている。

また、帯電領域６０は、負に帯電した領域であり、黒色領域６と対をなしている。この帯電領域６０は、回転中心に対して一方の黒色領域６の反対側、つまり他方の黒色領域６の側に設けられており、当該他方の黒色領域６と同一層をなしている。

なお、以上説明した表示部２において、ツイストボール４以外の構成要素としては、例えば上記特許文献１のものを用いることができる。また、ツイストボール４の白色領域５、黒色領域６、帯電領域５０，６０の構成物質としては、公知のものを用いることができる。

また、上述の図１に示すように、制御部３は、ＣＰＵ３ａ，ＲＯＭ３ｂ、ＲＡＭ３ｃ及び走査回路３ｄなどを備えており、表示すべき画像データに基づいて透明電極２４，画素電極２３に駆動電圧を供給することにより、各ツイストボール４に対して独立に電界を印加し、ツイストボール４による表示色を切り替えるようになっている。

より詳細には、図３（ａ）に示すように、制御部３は、ツイストボール４による表示色を切り替える場合に、以下の式（１）で表される時間Ｔ₉₀だけ各ツイストボール４に対し透明電極２４，画素電極２３から電界を印加させるようになっている。但し、式（１）中、「ｔ₁₈₀」は、図３（ｄ）に示すように、電界の印加によってツイストボール４が１８０°回転するのに要する時間である。また、「θ」は、周方向に隣り合う白色領域５及び黒色領域６の各中央同士の中心角であり、本実施の形態においては９０°である。

Ｔ₉₀＝ｔ₁₈₀×θ／１８０
＝ｔ₁₈₀／２ （１）

続いて、本発明に係るツイストボール駆動方法として、表示装置１の動作を説明する。
図４は、表示装置１が全てのツイストボール４による表示色を「白」から「黒」に切り替える場合の動作を説明するための概念図である。なお、図示を簡略化するため、この図４や、後述の図５〜図８等では、複数の画素電極２３を一体化して図示しており、また、溶媒２６などの図示を省略している。

まず、図４（ａ）に示すように、ツイストボール４が表面側に白色領域５を向け、ガラス基板２２を介して表示色「白」を表示している状態から、制御部３が透明電極２４，画素電極２３に対して駆動電圧の供給を開始して、透明電極２４を０Ｖ電位（アース電位）、画素電極２３をプラス電位とする。これにより、画素電極２３から透明電極２４に向かう電界がツイストボール４に印加され、図４（ｂ）に示すように、当該ツイストボール４は帯電領域６０（黒色領域６）を画素電極２３に対向させるよう回転を始める。

次に、上記式（１）で表される時間Ｔ₉₀（＝ｔ₁₈₀／２）だけ制御部３が駆動電圧の供給を継続すると、図４（ｃ）に示すように、ツイストボール４が帯電領域６０（黒色領域６）を画素電極２３に対向させる一方、表面側に黒色領域６を向けて表示色「黒」を表示した状態となる。
このように、周方向に隣り合う白色領域５，黒色領域６の中央同士の中心角θ、つまり、表示色の切り替えを行う場合のツイストボール４の回転角度が９０°であるため、時間Ｔ₉₀（＝ｔ₁₈₀／２）だけ電界が印加されることによって、表示色の切り替えが行われる。

そして、時間Ｔ₉₀が経過した時点で制御部３が駆動電圧の供給を停止する。これにより、ツイストボール４は表示色「黒」を表示した状態で溶媒２６中に保持される。

次に、上記と同様にして図４（ｃ）の状態から、制御部３が透明電極２４，画素電極２３に対して駆動電圧の供給を開始して、透明電極２４をプラス電位、画素電極２３を０Ｖ電位、つまり透明電極２４に対してマイナス電位とする。これにより、透明電極２４から画素電極２３に向かう電界がツイストボール４に印加され、図４（ｃ）に示すように、当該ツイストボール４は帯電領域５０（白色領域５）を画素電極２３に対向させるよう回転を始める。

次に、上記式（１）で表される時間Ｔ₉₀だけ制御部３が駆動電圧の供給を継続すると、図４（ａ）に示すように、ツイストボール４が帯電領域５０（白色領域５）を画素電極２３に対向させる一方、表面側に白色領域５を向けて表示色「白」を表示した状態となる。

そして、時間Ｔ₉₀が経過した時点で制御部３が駆動電圧の供給を停止する。これにより、ツイストボール４は表示色「白」を表示した状態で溶媒２６中に保持される。

以降、表示色の切り替えタイミングごとに上記の動作を繰り返すことにより、表示装置１による表示色が「白」，「黒」の間で交互に切り替わる。

以上の表示装置１によれば、時間Ｔ₉₀（＝ｔ₁₈₀／２）で表示色の切り替えを行うことができるため、時間ｔ₁₈₀で表示色を切り替える従来の場合と比較して、高速で表示色を切り替えることができる。

また、白色領域５，黒色領域６は球体の表面を４分割して設けられているので、白色領域５及び黒色領域６が計２つしかない場合、つまり、ツイストボール４を順次逆向きに回転させないと表示色を交互に切り替えることができない場合と異なり、ツイストボール４を順次同じ向きに回転させることによっても表示色を交互に切り替えることができる。従って、高速で交互に表示色を切り替える場合に、ツイストボール４を一旦止めることなく、慣性を利用して同じ方向に回転させることができるため、より高速で表示色を切り替えることができる。

＜第１変形例＞
続いて、上記実施形態の第１変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１に示すように、本変形例における表示装置１Ａは、表示部２Ａ及び制御部３Ａを備えている。
このうち、表示部２Ａは、ツイストボール４Ａを有している。

このツイストボール４Ａの白色領域５及び黒色領域６は、図５（ａ）に示すように、Ｘ方向に対して球体４０を周方向に６等分して交互に設けられている。つまり、白色領域５と黒色領域６とは回転中心Pに対して互いに反対側に設けられた状態となっており、周方向に隣り合う白色領域５及び黒色領域６の各中央同士の中心角は６０°となっている。

また、ツイストボール４Ａの正の帯電領域５０は、白色領域５と対をなしており、回転中心に対して白色領域５の反対側、つまり黒色領域６の側に設けられ、当該黒色領域６と同一層をなしている。

また、負の帯電領域６０は、黒色領域６と対をなしており、回転中心に対して黒色領域６の反対側、つまり白色領域５の側に設けられ、当該白色領域５と同一層をなしている。

また、制御部３Ａは、図３（ｂ）に示すように、ツイストボール４Ａによる表示色を切り替える場合に、時間Ｔ₆₀＝ｔ₁₈₀／３（＝ｔ₁₈₀×６０／１８０）だけ各ツイストボール４Ａに対し透明電極２４，画素電極２３から電界を印加させるようになっている。

このような表示装置１Ａによれば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御部３Ａが時間Ｔ₆₀だけ駆動電圧の供給を継続することによって表示色が切り替えられるため、より高速で表示色を切り替えることができる。

＜第２変形例＞
続いて、上記実施形態の第２変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１に示すように、本変形例における表示装置１Ｂは、表示部２Ｂ及び制御部３Ｂを備えている。
このうち、表示部２Ｂは、ツイストボール４Ｂを有している。

このツイストボール４Ｂの白色領域５及び黒色領域６は、図６（ａ）に示すように、Ｘ方向に対して球体４０を周方向に８等分して交互に設けられている。つまり、白色領域５，５同士と、黒色領域６，６同士とはそれぞれ回転中心Pに対して互いに反対側に設けられた状態となっており、周方向に隣り合う白色領域５及び黒色領域６の各中央同士の中心角は４５°となっている。

また、ツイストボール４Ｂの正の帯電領域５０は、白色領域５と対をなしており、回転中心Pに対して白色領域５の反対側、つまり他の白色領域５の側に設けられ、当該他の白色領域５と同一層をなしている。

また、負の帯電領域６０は、黒色領域６と対をなしており、回転中心Pに対して黒色領域６の反対側、つまり他の黒色領域６の側に設けられ、当該他の黒色領域６と同一層をなしている。

また、制御部３Ｂは、図３（ｃ）に示すように、ツイストボール４Ｂによる表示色を切り替える場合に、時間Ｔ₄₅＝ｔ₁₈₀／４（＝ｔ₁₈₀×４５／１８０）だけ各ツイストボール４Ｂに対し透明電極２４，画素電極２３から電界を印加させるようになっている。

このような表示装置１Ｂによれば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御部３Ａが時間Ｔ₄₅だけ駆動電圧の供給を継続することによって表示色が切り替えられるため、より高速で表示色を切り替えることができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態及び変形例においては、ツイストボール４（４Ａ，４Ｂ）は白色領域５及び黒色領域６を表面に有することとして説明したが、図７（ａ）示すように、更に赤色領域７Ａや青色領域７Ｂ等、他の着色領域を有することとしても良い。ここで、図７（ａ）〜（ｃ）では、白色領域５、黒色領域６、赤色領域７Ａ及び青色領域７ＢはＸ方向に対して球体４０の表面を周方向に８等分して設けられており、周方向に隣り合う領域の各中央同士の中心角は４５°となっているため、時間Ｔ₄₅＝ｔ₁₈₀／４（＝ｔ₁₈₀×４５／１８０）だけ各ツイストボール４に対し透明電極２４，画素電極２３から電界を印加させることにより、表示色を切り替えて４値のカラー画像を表示させることができる。

また、白色領域５及び黒色領域６はＸ方向に対して球体４０を周方向に４等分して設けられていることとして説明したが、図８（ａ）に示すように、等分された４つの領域のうち、隣り合う２つの領域にのみ設けられることとしても良い。この場合には、帯電領域５０は回転中心Pに対して白色領域５の反対側にのみ設けられ、帯電領域６０は回転中心に対して黒色領域６の反対側にのみ設けられる。このような場合であっても、表示色の切り替えを行う場合の回転角度が１８０°未満、具体的には９０°となるため、従来と比較して高速で表示色を切り替えることができる。

また、白色領域５及び黒色領域６はＸ方向に対して球体４０の表面を周方向に等分して設けられていることとして説明したが、図９（ａ）に示すように、球体４を回転中心Ｐに対し放射状に分割して設けられていることとしても良い。更に、球体４０の表面を放射状に分割して着色領域を設ける場合には、図１０に示すように、各領域に対して白色や黒色のほか、黄色、紺色、赤色、紫色、茶色、青色、橙色、緑色などの着色を施しても良い。

また、帯電領域５０，６０が白色領域５や黒色領域６などの着色領域と同一層として設けられることとして説明したが、着色領域の内側層として設けられることとしても良い。

また、１つのツイストボール４が１つの画素電極２３に対向して配設されることとして説明したが、例えば、表示装置１が７セグメントによって数字を表示する装置である場合には、複数のツイストボール４が１つのセグメント電極に対向して配設されることとしても良い。

本発明に係る表示装置の概略構成を示す概念図である。 （ａ）は表示部の一部を拡大して示す断面図、（ｂ），（ｃ）は互いに異なる位置から見た場合におけるツイストボールの外観を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）はツイストボールによる表示色の切り替えを説明するためのタイミングチャートである。 （ａ）〜（ｃ）はツイストボールによる表示色の切り替えを説明するための概念図である。 （ａ）〜（ｃ）は別なツイストボールによる表示色の切り替えを説明するための概念図である。 （ａ）〜（ｃ）は別なツイストボールによる表示色の切り替えを説明するための概念図である。 （ａ）〜（ｃ）は別なツイストボールによる表示色の切り替えを説明するための概念図である。 （ａ）〜（ｃ）は別なツイストボールによる表示色の切り替えを説明するための概念図である。 ツイストボールの変形例を示す正面図である。 ツイストボールの別な変形例を示す概念図である。 従来のツイストボールによる表示色の切り替えを説明するための概念図である。

符号の説明

１ 表示装置
３ 制御部（制御手段）
４ ツイストボール
５ 白色領域（着色領域）
６ 黒色領域（着色領域）
７Ａ 赤色領域（着色領域）
７Ｂ 青色領域（着色領域）
２３ 画素電極（電極）
２４ 透明電極（電極）
４０ 球体
５０，６０ 帯電領域

Claims (5)

1. 回転することによって所定方向への表示色の切り替えを行うツイストボールであって、
   周方向に隣り合う複数の着色領域と、
   回転中心を挟んで前記各着色領域と対をなし、当該着色領域の表示色ごとに帯電の異なる複数の帯電領域とを備え、
   前記各着色領域は、
   互いに異なる表示色で着色されており、
   中央同士の中心角が１８０°未満であることを特徴とするツイストボール。
2. 請求項１記載のツイストボールにおいて、
   前記複数の着色領域は、球体の表面を３以上に分割して設けられており、
   前記帯電領域は、
   前記着色領域の内側層として、或いは前記着色領域と同一層として設けられていることを特徴とするツイストボール。
3. 請求項２記載のツイストボールにおいて、
   前記複数の着色領域は、前記回転中心に対し球体の表面を放射状に分割して設けられていることを特徴とするツイストボール。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の複数のツイストボールと、
   所定の側から各ツイストボールに対して電界をそれぞれ印加する複数の電極と、
   この各電極による電界の印加を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   以下の式（１）で表される時間Ｔだけ前記ツイストボールに対し前記電極から電界を印加させることにより、当該ツイストボールによる表示色を切り替えることを特徴とする表示装置。
   Ｔ＝ｔ₁₈₀×θ／１８０ （１）
   （但し、ｔ₁₈₀は電界の印加によって前記ツイストボールが１８０°回転するのに要する時間であり、θは前記中心角（°）である。）
5. 請求項１〜３の何れか一項に記載のツイストボールに対し、以下の式（１）で表される時間Ｔだけ電界を印加することにより、当該ツイストボールによる表示色を切り替えることを特徴とするツイストボール駆動方法。
   Ｔ＝ｔ₁₈₀×θ／１８０ （１）
   （但し、ｔ₁₈₀は電界の印加によって前記ツイストボールが１８０°回転するのに要する時間であり、θは前記中心角（°）である。）

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