JP3491316B2

JP3491316B2 - 画像表示装置と当該画像表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JP3491316B2
Application number: JP01271094A
Authority: JP
Inventors: 豊中西; 敏隆福田
Original assignee: Saika Technological Institute Foundation
Current assignee: Saika Technological Institute Foundation
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JPH07219457A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シャッター板を開閉す
ることによって画像情報を表示する機械式の画像表示装
置の駆動方法に関するものであり、簡単な回路で且つ少
ない消費電力によって駆動することができる駆動方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＲＴディスプレイに代わる画像
表示装置の開発、実用化が近年盛んに行われている。そ
して本出願人においても、簡単な構造の機械的シャッタ
ーを用いた大型ディスプレイ用の画像表示装置を既に提
案している。この画像表示装置は、特開平２−２５１９
９３号、特開平３−１３０７９５号、特開平３−１３０
７９６号に詳細に開示されているものであり、図１７に
その概略構造を示しながら以下に構造、動作原理につい
て説明する。

【０００３】この図１７は本願の従来技術として、既に
開示されている上述の画像表示装置を断面図として表し
たものである。図例のものは回転自在に軸支され回転軸
１００の位置に永久磁石１０２を取り付けてなるシャッ
ター板１０４と、永久磁石１０２の近傍に巻き方向の異
なる２つのコイル１０６、１０８よりなる２重巻きコイ
ル１１０を有する電磁石１１２とを備えてなる単位画素
１１４を複数個縦横に配置し、選択された単位画素１１
４の前記シャッター板１０４を永久磁石１０２と電磁石
間１１２の磁気力によって開閉することによって画像を
形成するものである。そして、シャッター板１０４を区
画枠１１６内に収納するとともに、この区画枠１１６の
前面にはカラーフィルター１１８を、一方背面にはバッ
クライト１２０を備え、このカラータィルター１１８を
Ｒ、Ｇ、Ｂの３色で構成し、上記各区画枠１１６を単位
画素として個々のシャッター板１０４を開閉制御するこ
とによってバックライト１２０からの照射光がＲ、Ｇ、
Ｂの各色の透過光として認識され、加法混色によって２
の３乗、即ち８色のマルチカラー表示となるものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような画像表示装
置においては、シャッター板１０４は開状態と閉状態の
２値で制御されるとともに、その開閉力はシャッター板
１０４に設けた永久磁石１０２とその背後に位置する電
磁石１１２との引力、斥力によって得られるため、画像
情報に対しての電流駆動となる。しかしながら例えば液
晶ディスプレイ等の電圧駆動と異なり、実体的な電流を
流すことによる駆動では画像表示に大きな電力が必要と
なる懸念があり、このような画像表示装置においては小
電力の電流制御による駆動方法が望まれていた。

【０００５】また、永久磁石１０２とその背後に位置す
る電磁石１１２との引力、斥力によって得られる開閉位
置だけでは、前述したように２の３乗、即ち８色のマル
チカラー表示しか得られないため、フルカラー表示の実
現も望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために成されたものであり、電流駆動でありなが
ら機械式シャッターを有する画像表示装置を小電力で駆
動し、しかもフルカラー表示を精度良く実現することの
できるシャッター機構及びそれを用いた画像表示装置、
並びに当該画像表示装置の駆動方法を提供するものであ
る。このような本発明における課題解決のための手段
は、先ず画像表示装置としては、回転自在に軸支して回
転軸線を挟んで一方側にはＮ極、他方側にはＳ極が位置
する位置関係で永久磁石を取り付けてなるシャッター板
と、前記永久磁石と略対向位置に設けた、半硬質磁性材
料からなる心材と２つのコイルを有する電磁石とを備え
たシャッター開閉機構を分割した区画窓内に設けた単位
画素を、複数個縦横に配列するとともに、前記各単位画
素に対応して縦横に走査線とデータ線を１画素当たり１
本の走査線と２本のデータ線が電気的に通過するよう配
設し、前記２つのコイルのうち第１のコイルを走査線と
第１のデータ線との間に、また第２のコイルを走査線と
第２のデータ線との間にそれぞれ接続するものである。
そして前記永久磁石の両極に近設する位置に磁束導入部
を設けた磁気回路形成用の補助磁性部材を、永久磁石か
らの磁束が磁気回路を形成しうる位置関係で配すること
が、安定した階調表示のためには効果的である。

【０００７】次いで上記画像表示装置の駆動方法は、回
転自在に軸支して回転軸線を挟んで一方側にはＮ極、他
方側にはＳ極が位置する位置関係で永久磁石を取り付け
てなるシャッター板と、前記永久磁石と略対向位置に設
けた半硬質磁性材料からなる心材と２つのコイルを有す
る電磁石とを備えたシャッター開閉機構を分割した区画
窓内に設けた単位画素を、複数個縦横に配列するととも
に、前記各単位画素に対応して縦横に走査線とデータ線
を１画素当たり１本の走査線と２本のデータ線が電気的
に通過するよう配設し、前記２つのコイルのうち第１の
コイルを走査線と第１のデータ線との間に、また第２の
コイルを走査線と第２のデータ線との間にそれぞれ接続
した画像表示装置の駆動方法であって、１フレーム毎に
前記走査線を順次ＯＮ状態にするとともに、ＯＮ状態の
間に第１のデータ線を介して第１のコイルに一定のパル
ス幅を有する第１のパルス電流を流した後、第２のデー
タ線を介して第２のコイルに画像信号に応じたパルス幅
を有するとともに前記第１のパルス電流と逆方向の磁化
を与える第２のパルス電流を流して画像情報を与えるも
のである。前記永久磁石の両極に近設する位置に磁束導
入部を設けた磁気回路形成用の補助磁性部材を、永久磁
石からの磁束が磁気回路を形成しうる位置関係で配した
ものを用いることが、安定した階調表示のためには効果
的である。

【０００８】

【作用】以下に本発明の作用について説明する。先ず、
回転自在に軸支して回転軸線を挟んで永久磁石を取り付
けてなるシャッター板は、回転抵抗が少なく且つ重心位
置が回転軸線上に位置する為、高速回転動作と任意の位
置での停止ができるよう作用する。次いで、前記永久磁
石近傍に設けた半硬質磁性材料からなる心材と２つのコ
イルを有する電磁石については、シャッター板に取り付
けた永久磁石との磁気力によってシャッター板に回転運
動力を与え、更に心材を共通として２つのコイルを巻い
ているので、電流を流すコイルを選択して心材から見た
電流方向を変えるだけで磁極の反転ができ、これにより
シャッター板に開方向と閉方向の２種類の回転運動力を
与えることになる。また電磁石の磁化を調整すると、シ
ャッター板の開閉度を制御できる。そして、前記永久磁
石の両極に近設する位置に磁束導入部を設けた磁気回路
形成用の補助磁性部材を、永久磁石からの磁束が磁気回
路を形成しうる位置関係で配すると、仮に電磁石の磁化
がゼロとすると、永久磁石と補助磁性部材との間の吸引
によって発生する永久磁石の両極における磁気モーメン
トが均衡状態となった位置で、シャッター板は静止状態
をとることになる。この状態で電磁石による磁界を永久
磁石に与えると、永久磁石には吸引反発力が働いてシャ
ッター板に回転力が付与され、シャッター板は電磁石の
磁極に応じた方向に回転を開始する。この時、永久磁石
の両極に発生する磁気モーメントと電磁石による回転力
が均衡したところで回転は停止する。すなわち、シャッ
ター板の回転角度が変化すると永久磁石の磁極と補助磁
性部材との位置関係が変化するので、上記磁気モーメン
トも回転角に応じて変化し、また、電磁石による磁界が
変化すると、シャッター板に付与される回転力も変化す
ることになる。従ってこの電磁石によって付与される回
転力と、上記磁気モーメントのそれぞれが均衡状態とな
った位置でシャッター板は静止状態となるので、電磁石
による磁界の変化に応じたシャッター開度を得ることが
できるのである。従って、バックライト光を裏側から導
入して正面より視認すると、単位画素を通過する光量が
シャッター開度に応じて変化するので、電磁石の磁化に
よって画像情報を再現することができる。

【０００９】そして、このシャッター開閉機構を設けた
単位画素を複数個縦横に配列するとともに、各単位画素
に対応して縦横に走査線とデータ線を１画素当たり１本
の走査線と２本のデータ線が電気的に通過するよう配設
し、前記２つのコイルのうち第１のコイルを走査線と第
１のデータ線との間に、また第２のコイルを走査線と第
２のデータ線との間にそれぞれ接続すると、上述したシ
ャッター開閉機構における作用を利用して、電磁石に流
す電流を制御することで画像情報をシャッター板の開閉
度として出力できることになる。ここで電磁石の心材に
半硬質磁性部材を用いるので、電流遮断後にも残留磁気
が残り、パルス電流での駆動が可能となって省電力駆動
となる。

【００１０】さらに駆動方法の作用としては、走査線を
ＯＮ状態としておき、これに対して先ず第１のデータ線
に、一定のパルス幅で一定の電流値を有する第１のパル
ス電流を流して電磁石の心材を磁気飽和の状態に磁化す
る。次いで第２のデータ線に、一定の電流値で画像信号
に応じたパルス幅を有するとともに、心材に前記第１の
パルス電流の場合とは逆方向の磁化を与える第２のパル
ス電流を流す。このような２つのパルス電流を続けて流
すと、先ず第１のパルス電流によって電磁石の心材が磁
気飽和の状態となり、画像情報を受ける前のリセット状
態であると言える。次に第２のパルス電流が流れること
になるが、上述したように第２のパルス電流は、第１の
パルス電流の場合とは逆方向の磁化を与える方向に流れ
る為、第２のパルス電流は第１のパルス電流による磁化
を打ち消して逆磁極の磁化を生じるように作用する。す
なわち、第２のパルス電流のパルス幅が短ければ、第１
のパルス電流によって生じた磁化よりも弱い磁化力に留
まるが、充分に長い場合には第１のパルス電流による磁
化を完全に打ち消し、且つ逆磁極に磁化させることにな
る。更に第１のパルス電流による磁化と第２のパルス電
流による磁化が等しければ、電磁石の心材は磁化ゼロの
状態となるが、この場合前述したようにシャッター板は
永久磁石の両極における磁気モーメントが均衡状態とな
った位置を取ることになる。従って、第２のパルス電流
を流した後に第１のパルス電流による磁化が残っている
場合には、シャッター板は均衡状態となった位置から更
に開方向か閉方向のいずれか一方向に位置し、逆に第２
のパルス電流による磁化が大きい場合には、他方向に位
置することになる。このように、第２のパルス電流のパ
ルス幅を変化させることによってシャッター板の開き角
度が制御できることになる。

【００１１】

【実施例】続いて本発明の詳細を、具体的実施例に基づ
いて説明する。図１は本発明の画像表示装置に用いるシ
ャッター開閉機構の構造例を、断面図を用いて示したも
のである。図例のものは、回転軸１によって回転自在に
軸支して回転軸線を挟んで一方側にはＮ極、他方側には
Ｓ極が位置する位置関係で永久磁石３を取り付けたシャ
ッター板５と、永久磁石３と略対向位置には半硬質磁性
材料からなる心材７を共有する２つのコイル９、１１を
有する電磁石１３と、永久磁石３からの磁束が磁気回路
を形成しうる位置関係で、且つ永久磁石３の両極に近設
する位置に磁束導入部１９、２１を設けた補助磁性部材
１５とを備えたものである。１７は電磁石１３を支持す
るためのベースプレートであり、図示はしないがシャッ
ター板５の軸受け部材を支持させることもできる。この
ような機構においては後述するが、特に電磁石１３の心
材７が全く磁化されていない状態で、心材７と永久磁石
３間に働く磁気モーメントが均衡することによってシャ
ッター板５が全開と全閉との中間位置、すなわち約４５
°に位置するよう、シャッター板５と心材７及び補助磁
性部材１５との位置関係を調節することが必要条件であ
る。

【００１２】そして図からも明らかなように、シャッタ
ー板５の重心位置がその回転軸線上に位置する為、高速
回転動作と任意の位置での停止ができるのである。また
電磁石１３については、心材７を共通として２つのコイ
ルを重ね巻きしているので、電流を流すコイルを選択す
るだけで一端に現れる磁極の反転ができ、これによりシ
ャッター板に開方向と閉方向の２種類の回転運動力を与
えることになる。この２つのコイルによる電磁石１３の
磁極反転機構は、続く図２によって模式的に説明され
る。

【００１３】本図は説明の便宜上、電流発生源１２と２
つのコイル９、１１を選択するスイッチング手段１４を
用いたものであり、図から明らかなようにスイッチング
手段１４を切り換えて通電コイルを選択すると、心材７
から見た電流方向は矢印ａ、ｂのように反転することに
なる。従って心材７に発生する磁極が反転することにな
る。すなわち、図１における永久磁石３の磁極配置にお
いては、心材７における永久磁石３側の端面ｅをＮ極に
磁化すると、シャッター板５には矢印ｃで示す方向の回
転運動力が与えられ、逆にＳ極に磁化すると、矢印ｄで
示す方向の回転運動力が与えられることになる。

【００１４】また、ここで用いられる前記補助磁性部材
１５は図３に示すように略コ字形の形状のものである。
この図３は、本シャッター開閉機構を電磁石１３の心材
７方向から見たものであり、図からも明らかなように磁
束導入部１９、２１がシャッター板５が４５°の基準位
置の時に、永久磁石３の両極と略対向位置になるよう位
置付けられ、これにより永久磁石３の両極間に略閉じた
磁気回路がが形成されることになる。従って、シャッタ
ー板５がより安定に４５°の基準位置を取れることにな
り、電磁石１３の磁化調整によってシャッター板５の開
き具合を制御する際、大幅に精度を向上させることがで
きるのである。

【００１５】上記の構造において、電磁石１３として半
硬質磁性材料のＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系合金（株式会社トーキ
ン製トーメンダー）からなる心材７の周囲に、０．０５
ｍｍφのエナメル線を用いた２０００ターンの第１のコ
イル９と、巻方向が同一で２０００ターンの第２のコイ
ル１１とをそれぞれ設けて図２の基本配線で結線し、シ
ャッター板５については、２５μｍ厚のポリエステルフ
ィルムに回転軸となる直径０．２ｍｍ程度のステンレス
スチール製の細線を接着し、この細線上に小型フェライ
ト磁石からなる永久磁石３を接着したものを軸支し、シ
ャッター開閉機構を構成した。このシャッター開閉機構
を１００ミリアンペアで最大パルス幅１ミリ秒のパルス
電流によって開閉動作させたところ、全開から全閉、及
びその逆動作に要する時間は１０ミリ秒以下となり、極
めて高速での動作が確認できた。上記心材７に使用しう
る半硬質磁性材料としては、この他にＦｅ−Ｃｏ−Ｍｏ
系合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｂ系合金等（株式会社トーキン
製のＴＦＣ合金やニブコロイ）がある。上述のように、
本発明のシャッター開閉機構はシャッター板５の開閉度
が容易に且つ高速で制御できるものであり、以下にこれ
を用いた画像表示装置例が説明される。

【００１６】本発明の画像表示装置は、上述のシャッタ
ー開閉機構を区画窓内に設けた単位画素を複数個縦横に
配列したものであり、その表示画面形態が図４として示
される。図示するように、画像表示装置としては１２個
の単位画素２３によって表示ユニット２５を構成し、１
６個の表示ユニット２５によって表示ブロック２７と
し、更に１２個の表示ブロック２７によって最終的な表
示画面２９を構成するものである。従って、図示した表
示画面２９の例では、２３０４個の単位画素２３を有す
ることになる。この単位画素２３の数は任意に増減でき
るので、実際にＴＶ画面等の動画を表示するような場合
には縦横５２５個ずつ、計２７５６２５個の単位画素を
配列することも勿論可能である。

【００１７】続く図５には、このような画像表示装置の
構造が断面図として示されている。図例のものは、フレ
ーム３１等に固定支持されて格子状に連結された取付枠
３３の各格子部分に、各表示ブロック２７を取り付けた
ものである。そして、この取付枠３３にはベースプレー
ト１７がスペーサー３５を介して取り付けられ、さらに
ベースブレート１７にはスペーサー３７を介して透光製
のバックプレート３９が取り付けられている。一方、装
置内への水分等の進入を防止するため、前面側には表面
保護カバー４１が、また取付部における空隙にはシーリ
ング材４３が適宜取り付けられる。そしてバックプレー
ト３９の背後にはバックライト４５が設けられている。
このバックライト４５は、反射式の画像表示の場合には
不要である。

【００１８】またこのベースプレート１７には、図６に
示しているように単位画素２３を１２個配列した表示ユ
ニット２５が取り付けられている。そして、この表示ユ
ニット２５のベースプレート１７への取り付けは、図７
に示すように背面側に突設させてネジ穴を設けた取付ボ
ス４７を、ベースプレート１７に対してネジ止めするこ
とによって成される。この際、表示ユニット２５とベー
スプレート１７との間隔は、スペーサー突起４９によっ
て一定に保たれる。一方、表示ユニット２５を構成する
単位画素２３は図６に示すように、区画枠５１によって
分割された区画窓５３内に上述のシャッター開閉機構を
設けたものである。ここで電磁石１３はそのコイル部分
をベースプレート１７の背面側に固定し、心材７をベー
スプレート１７を貫通してシャッター板５の永久磁石３
近傍に位置付けられている。この心材７と永久磁石３と
の位置関係は、心材７が磁化していない時にシャッター
板５がほぼ４５°の角度を取るように設定されているこ
とは、前述したとうりである。そして永久磁石３の両磁
極間には、前述したように略コ字形状の補助磁性部材１
５が設けられている。この補助磁性部材１５はベースプ
レート１７と区画枠５１のいずれによっても支持するこ
とができる。また、単位画素２３のそれぞれにはＲ、
Ｇ、Ｂのカラーフィルター５５が設けられている。従っ
て、３つの単位画素２３によって一つの絵素となる。

【００１９】続いて図８を参照しながら表示ユニット２
５の構造について、より詳細に説明する。図示したもの
は、本実施例に用いられる表示ユニット２５の具体的構
造を表すものであり、区画枠５１によって区切られた複
数の区画窓５３内に、前述のシャッター開閉機構を設け
て単位画素としたものである。この区画枠５１は一つの
表示ユニット２５の単位で合成樹脂の一体成形によって
作製され、同時に取付ボス４７やスペーサー突起４９が
一体的に成形されるものである。そしてこの区画窓５３
内にシャッター板５が回転自在に軸支される。シャッタ
ー板５は軽量で且つ遮光製を有する必要上、表面処理さ
れた合成樹脂の薄板を用いることが望ましい。具体例と
しては、厚さ約２５μｍのポリエステルベースを用い、
そのバックライト側にはアルミニウム層とクリアコート
層を積層し、一方カラーフィルター側にはカーボンブラ
ック等の黒色艶消し層を設けたもの等が挙げられる。そ
してこのシャッター板５の中央部には回転軸１が貼着さ
れ、この回転軸線に永久磁石３が貼着される。この永久
磁石３の取り付け位置は、図示するように隣接し合うシ
ャッター板５同士が磁気干渉しないよう、横方向に取り
付け位置をずらすことが望ましい。この場合、当然なが
ら電磁石１３及び補助磁性部材１５の取り付け位置も、
永久磁石３の位置に対応させてずらすことは言うまでも
ない。

【００２０】シャッター板５の回転軸１は、例えばその
両端を区画枠５１に設けられた嵌入部に嵌挿することに
よって取り付けられる。図例のものは区画枠５１に回転
軸端部が嵌挿しうる溝を形成し、この溝に回転軸端部を
嵌挿し、更に軸押さえ５６で回転軸１の抜落を防止する
構造としたものであるが、本例に何ら限定されるもので
はない。シャッター板５の回転範囲は、本実施例のよう
な透過式のものでは約９０°、外光を利用する反射式の
ものでは約１８０°であり、回転範囲の両端をストッパ
ー５７等によって規定しておけば良い。

【００２１】以上のような画像表示装置は、個々のシャ
ッター板５の開閉度を制御することによりバックライト
４５からの照射光が必要に応じて所望の光量に調節され
てＲ、Ｇ、Ｂの各色の透過光として認識され、加法混色
によってカラー表示が行えるものである。しかもシャッ
ター板５の開閉度は前述したように任意に調節できるの
で、原理的にフルカラー表示が可能になる。

【００２２】また、上述の実施例は図６に示しているよ
うに、カラーフィルター５５は最も手前側に設けた例で
あったが、この他にシャッター板５と電磁石１３との間
（この場合、必要に応じてカラーフィルター５５に心材
７挿通用の穴を開けておけば良い）や、電磁石１３とバ
ックライト４５との間に設けることもできる。カラーフ
ィルター５５としては、通常の染料フィルターや顔料フ
ィルター、更には干渉フィルター等の一般的なカラーフ
ィルターが使用できる。

【００２３】そして特に干渉フィルターを使用し、シャ
ッター板５と電磁石１３との間や電磁石１３とバックラ
イト４５との間に設ける場合、干渉フィルターは斜め方
向から見ると透過波長がずれるため、視野角の補正を行
うことが望ましい。この為の実施例として、図９にその
具体的構造を示している。図はカラーフィルター５５を
表示ユニット２５の後方、すなわちシャッター板５と電
磁石１３との間、または電磁石１３とバックライト４５
との間に設けた場合の概略構造を表している。図例の構
造では、横方向に隣り合う２つの単位画素２３ａ、２３
ｂを一つの画素とし、これを縦方向に３つ並べ、６個の
単位画素群によってＲＧＢの単位絵素５９を構成してい
る。そして、横方向に隣り合う２つの単位画素間の隔壁
５８を、染料フィルターや顔料フィルター等、透過波長
の視野角依存性のない材料からなるカラーフィルターに
よって形成している。このような構造とすることによ
り、斜め方向から見た場合に単位画素２３ａからのバッ
クライト光ｈが、隔壁フィルター５８を通して単位画素
２３ｂの開口部から視認されるので、単位画素２３ｂ背
面の干渉フィルターからの透過波長が変化しても、その
影響を補うことができる。従ってこれにより、視野角補
正が行えることになる。

【００２４】また、バックライト光の面内分布を改善す
るための構造として、図１０、図１１に示す構造も提案
される。先ず図１０は本画像表示装置のバックライト部
分の側面断面図であり、図に示しているように蛍光灯に
よるバックライト４５の背面側に、折り屏風状のジグザ
グ形状を有する反射鏡４６を配置したものである。そし
て４６ａ、４６ｂはこのバックライト光の視認像を表し
ており、矢印で示すように、上部のものが水平方向に対
して１５°の角度でバックライト４５を見上げた場合、
下部のものが、丁度水平方向から真正面にバックライト
４５を見た場合をそれぞれ表している。本図から明らか
なように、背面のジグザグ形状の反射鏡４６により、見
る角度が変わっても常に均一なバックライト光が得らる
ことがわかる。このバックライト４５としては市販の蛍
光灯が使用可能であり、ソケット部を一端に設けたＵ字
管タイプや、２本の蛍光灯を他端で連結し、一端にソケ
ットを設けたツイン１蛍光灯と称するタイプ等が、非発
光部分の面積を小さくできる点で望ましい。

【００２５】そしてソケット部による非発光部分を隠す
ため、図１１の平面図に示すようにバックライト４５と
反射鏡４６を瓦重ね状に配置し、バックライト４５のソ
ケット部４５ａを発光部４５ｂで隠蔽すれば良い。

【００２６】また、単位画素部分の別の構造例を図１２
に示す。図例のものは（イ）の側面断面図に示すよう
に、電磁石１３の心材７をベースプレート１７の凸部１
７ａ内に埋め込むとともに、断面Ｌ字型の補助磁性部材
１５を用い、この補助磁性部材１５の両腕部１９、２１
をそれぞれ磁束導入部としたものである。電磁石１３は
補助ベースプレート１７ｆを用いてベースプレート１７
に固定している。また、ベースプレート１７の前面側に
は前カバー１７ｂを嵌設し、ベースプレート１７と前カ
バー１７ｂ間に凹部を設けてシャッター板５の回転軸１
を軸支し、シャッター板５の回転リミットは、前カバー
１７ｂに設けたストッパー１７ｃ、１７ｄ、１７ｅによ
って規制している。そして同図（ロ）に示すように、補
助磁性部材１５の中央部に心材７が挿通する構造として
いる。（ロ）は前カバー１７ｂを外した状態を表してお
り、図示するように凹部１８によって回転軸１を軸支し
ている。この凹部１８は、前カバー１７ｂを嵌設するこ
とによって閉鎖され、回転軸１が外れてしまうことを防
止している。このような構造とすることにより、シャッ
ター機構としての組み立て作業が容易となる。

【００２７】さらに図１３には、上記画像表示装置に画
像情報を供給するための電気系統図の概略を示してい
る。図示するものは各単位画素Ｐ₁₁〜Ｐ_mnに対応して横
方向に走査線Ｓ₁〜Ｓ_m、縦方向にデータ線Ｄ₁₁〜Ｄ_n2
を、ひとつの単位画素Ｐ₁₁〜Ｐ _mnそれぞれにつき１本の
走査線Ｓ₁〜Ｓ_mと２本のデータ線Ｄ₁₁〜Ｄ_n2が電気的
に通過するよう配設したものである。このような構成に
おいては図から明らかなように、走査線Ｓ₁とデータ線
Ｄ₁₁、Ｄ₁₂との交点に単位画素Ｐ₁₁が位置するものであ
る。更に、３つの単位画素Ｐ₁₁、Ｐ₂₁、Ｐ₃₁によってＲ
ＧＢの単位絵素５９を構成している。そして単位画素Ｐ
₁₁における電磁石１３の２つのコイル９、１１のうち、
第１のコイル９を走査線Ｓ₁と第１のデータ線Ｄ₁₁間
に、また第２のコイル１１を走査線Ｓ₁と第２のデータ
線Ｄ₁₂との間にそれぞれ接続したものである。また走査
線Ｓ₁〜Ｓ_m側には走査用ドライバー６１を設け、一方
データ線Ｄ₁₁〜Ｄ_n2側にはデータ入力用ドライバー６３
をそれぞれ設けている。各ドライバー６１、６３内のＴ
₁〜Ｔ_m、Ｔ₁〜Ｔ_nはスイッチング用トランジスタで
あり、ＭＯＳ型電界効果トランジスタやバイポーラトラ
ンジスタ等、一般のスイッチング素子を用いれば良い。
そしてデータ線Ｄ₁₁〜Ｄ_n2の各終端はドライバー６３内
のトランジスタＴ₁〜Ｔ_nのベースとともに、画像信号
出力回路６５に接続されている。また、６７は走査側の
コントロール回路である。

【００２８】次にこのような構成の画像表示装置の画像
表示手段として、本発明にかかる駆動方法を、ＴＶ信号
等の通常の動画表示を行う場合を例に取って説明する。
先ず始めに、フレーム毎に走査線Ｓ₁〜Ｓ_mをトランジ
スタＴ₁〜Ｔ_mを順次ＯＮすることによってＯＮ状態と
していく。次いで走査線Ｓ₁〜Ｓ_mのうちそれぞれの走
査線がＯＮ状態の間に、データ線Ｄ₁₁〜Ｄ_n2のうちの第
１のデータ線の全てから一斉に第１のパルス電流が各所
定の電磁石１３に供給され、一定の強さと磁極に電磁石
１３の心材７が磁化される。この動作によって、全ての
電磁石１３の心材７がリセットされる。この第１のデー
タ線の選択はドライバー６３内のトランジスタＴ₁、Ｔ
₂・・Ｔ_nによって行われる。

【００２９】次に上記第１のパルス電流が流れた直後
に、データ線Ｄ₁₁〜Ｄ_n2のうちの第２のデータ線の全て
から、一斉に第２のパルス電流が各所定の電磁石１３に
供給される。この第２のパルス電流は画像信号に応じた
パルス幅を有し、例えば第１のデータ線からのパルス電
流が流れたコイルとは別のコイルに流れるため、図２に
おいて説明した原理によって電磁石１３の心材７は第１
のパルス電流による磁極とは逆磁極の磁化作用を受ける
ことになる。この時、第１のパルス電流による磁化と第
２のパルス電流による磁化が等しければ、電磁石１３の
心材７は磁化ゼロの状態となるが、この場合前述したよ
うにシャッター板５は全閉と全開との中間位置、すなわ
ちほぼ４５°の位置を取ることになる。従って、第２の
パルス電流を流した後に第１のパルス電流による磁化が
残っている場合には、シャッター板５は中間位置から更
に開方向か閉方向のいずれか一方向に位置し、逆に第２
のパルス電流による磁化が大きい場合には、他方向に位
置することになる。

【００３０】このような電磁石１３を用い、２つのパル
ス電流によるシャッター板５の回転角制御の様子を、続
く図１４に基づいて更に詳細に説明する。本図は、先ず
（イ）として電磁石１３が任意の磁化における初期状態
のシャッター板５の位置を、（ロ）として（イ）に続い
て電磁石１３の心材磁化をゼロとした場合、すなわち永
久磁石３の両極による磁気モーメントが均衡状態のシャ
ッター板５の位置を、（ハ）として（ロ）に続いて第１
のパルス電流と第２のパルス電流を流し、第１のパルス
電流による磁化が残存している場合のシャッター板５の
位置を、そして最後に（ニ）として（ハ）に続いて第１
のパルス電流による磁化を打ち消し、第２のパルス電流
による磁化が現れている場合のシャッター板５の位置を
それぞれ表したものである。図からわかるように、第１
のパルス電流による磁化と第２のパルス電流による磁化
とが完全に等しい場合に限り、永久磁石石３の両極によ
る磁気モーメントが均衡状態となって（ロ）の状態を取
り、その他の場合は第１、第２のパルス電流のいずれに
よる磁極が現れているかによって、（ロ）の均衡位置に
対して開方向か閉方向のいずれかの位置を取ることにな
る。上記（イ）、（ハ）、（ニ）のように心材７が磁化
されている時は、永久磁石３の両極と補助磁性部材１５
との間に働く磁気モーメントと、電磁石１３による磁気
力が均衡状態となった位置でシャッター板５は静止す
る。すなわち、（ロ）のように電磁石１３の磁化がゼロ
の時には、上記磁気モーメントは均衡状態にあってシャ
ッター板５への回転力は付与されないが、例えば（ハ）
や（ニ）のように、電磁石１３が磁化されるとシャッタ
ー板５には回転力が付与される。ここで補助磁性部材１
５が無かったと仮定すると、磁気力によってシャッター
板５は全閉または全開の状態となるが、シャッター板５
の回転角が変化することにより、永久磁石３と補助磁性
部材１５との間にはシャッター板５を（ロ）の位置に戻
そうとする磁気モーメントが働く。従ってこのシャッタ
ー板５を戻そうとする磁気モーメントと、電磁石１３に
よる磁気力が均衡し、電磁石１３の磁化強度に応じた任
意の位置で、シャッター板５を静止させることができる
のである。

【００３１】続いてこの磁化特性について、図１５のグ
ラフを用いて簡単に説明するが、ここでは便宜上図２に
示した心材７の端面ｅに現れる磁極を用いることとす
る。本図はコイルへの通電時間、すなわちコイルによっ
て与えられる磁場の大きさと、Ｎ、Ｓ各磁極における磁
化の強さとの関係を相対的に表したものである。図にお
いて横軸ｔはコイルへの通電時間を表す相対目盛り、縦
軸Ｇはその時の磁化強度であり、上側は端面ｅがＮ極、
下側はＳ極の場合をそれぞれ表している。ヒステリシス
を有する２つの曲線ｆ、ｇは、通電時間の関数として表
される磁化強度Ｇの変化を示したものである。上方の曲
線ｆがＮ側からＳ側へ磁化する場合、下方の曲線ｇはそ
の逆である。従って上述の実施例において説明したよう
に、例えば図中Ａ点を第１のパルス電流によるリセット
位置となる磁気飽和点とすると、Ｂ点が磁化ゼロによる
中間位置、Ｃ点が第２のパルス電流による磁気飽和点と
なる。

【００３２】すなわち、第１のパルス電流によって心材
７の磁化がリセットされる場合、磁化強度Ｇは残留磁化
に関係なく下方の曲線ｇに沿って変化し、逆に第２のパ
ルス電流によって可変磁化を与える場合には、上方の曲
線ｆに沿って変化することになる。従って第２のパルス
電流のパルス幅に応じて、上方の曲線ｆに沿ってＡ点か
らＣ点の間の任意の磁化強度が得られることになる。ま
た、この磁化曲線ｆ、ｇの形状やヒステリシス特性は心
材７の材質によって変化するので、必要に応じて種々の
半硬質磁性材料を用いれば良い。

【００３３】このように本例においては、逆磁極に磁化
される強さ、すなわち第２のパルス電流のパルス幅に応
じて、シャッター板５の開き具合が制御されることにな
る。このことは、シャッター板５を少なくとも３箇所以
上の位置で停止できることであり、少なくとも３の３
乗、すなわち２７色以上の色表示が可能であることを意
味し、原理的にはフルカラー表示も可能であることがわ
かる。

【００３４】これを任意の単位画素におけるシグナルダ
イヤグラムとして表したものが、図１６として示すタイ
ムチャートである。図において、Ｓ_Sは走査線Ｓ₁〜Ｓ
_mの信号波形を、Ｓ_D1、Ｓ_D2はそれぞれ第１、第２のパ
ルス電流の信号波形を、Ｇ^N、Ｇ_Sは第１、第２のパル
ス電流によって生じた電磁石１３の心材７の一端面に現
れる磁束密度の相対値を示し、Ｇ^NがＮ極側、Ｇ_SがＳ
極側をそれぞれ表している。またｔ_S、ｔ_D1、ｔ_D2はそ
れぞれの波形のパルス幅を表している。このように、各
フレームにおける走査線の一選択時間内に、第１、第２
のデータ線から順に第１、第２のパルス電流を流すこと
によって電磁石１３の心材７を連続的に磁化し、中間調
を有する画像を形成するのである。従って、走査線の一
選択時間と次の選択時間との間は、電磁石１３には電流
は流れないために磁気力は発生しないが、前記作用の項
で説明したように、電磁石１３の心材７に残留磁化が残
る半硬質磁性材料を用いるので、シャッター板５が回転
してしまうことはない。

【００３５】ここで仮にＮＴＳＣ方式の画像信号を考え
た場合、１秒間に３０フレームの画像信号が送られるこ
とになるので、図１３における走査線パルスＳ_Sの周期
は約３３ミリ秒となる。一方シャッター板５について
は、２５ミクロン厚のポリエステルフィルムに直径０．
２ｍｍ程度のステンレススチール製の回転軸１を接着し
てこの回転軸上に小型フェライト磁石よりなる第１の磁
石３を接着したものを用い、電磁石１３における各コイ
ル９、１１の巻数を２０００ターンとして１００ミリア
ンペアの最大パルス幅１ミリ秒のパルス電流を流すと、
全開から全閉、及びその逆動作に要する時間は１０ミリ
秒以下となり、１フレーム周期内で充分開閉可能であ
る。また、走査線パルスＳ_Sのパルス幅、即ち１本の走
査線のＯＮ時間は、画面を構成する画素数や走査線を何
本ずつに区切って走査するかによって決まるが、数ミリ
秒程度で良好な動作を行えることを知見した。一方、リ
セット状態の磁化を得るためには約１ミリ秒が必要であ
るが、これは図１２における曲線の両端間に相当し、仮
に２５６階調を取るためには第２のパルス電流の最小パ
ルス幅を、約４マイクロ秒とすれば良いことがわかる。
この２５６階調は本発明の構成によって可能であること
が知見され、２５６の３乗で１６７７万７２１６色の色
表示が可能となり、フルカラー画像表示装置とすること
ができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、前述した
作用、構成によって以下のような本願固有の効果が得ら
れる。シャッター機構において、回転自在に軸支され回
転軸線の位置に永久磁石を取り付けてなるシャッター板
は、回転抵抗が少なく且つ重心位置が回転軸線上に位置
する為、高速回転動作と任意の位置での停止ができるの
で、動画、静止画の区別なく表示することができる。ま
た電磁石の磁化を調整するとシャッター板の開閉度を制
御できるが、前記永久磁石近傍に設けられた補助磁性部
材によって永久磁石との間に磁気吸引力が生じることに
なり、電磁石の磁化調整によってシャッター板の開き具
合を制御する際に精度を向上させるように働くので、多
階調を確実に再現することができる。加えてこの補助磁
性部材の磁束導入部を永久磁石の磁極と対向位置に設け
ると、永久磁石からの磁束が磁気回路を形成しうる位置
関係となる。従ってより高い精度となり、原理的にフル
カラー表示が可能となる。

【００３７】また画像表字装置としては、横方向に走査
線を、縦方向にデータ線をそれぞれ構成して１本の走査
線と２本のデータ線との交点部を各画素とし、電磁石を
構成する第１のコイルを走査線と第１のデータ線との間
に接続し、第２のコイルを走査線と第２のデータ線との
間に接続するので、マトリクス駆動が可能となり、機械
式でありながら少ない配線で画像表示を行うことができ
る。

【００３８】更にこの画像表示装置の駆動方法として
は、走査線をＯＮ状態としておき、これに対して第１の
データ線より一定パルス幅を有する第１のパルス電流
し、次いで第２のデータ線より画像信号に応じたパルス
幅を有するとともに前記第１のパルス電流と逆方向の磁
化を与える第２のパルス電流を流すので、パルス幅に応
じた位置でシャッター板を停止させることになり、極め
て簡単な回路で各画素に最大２５６階調程度まで与える
ことが可能となる。従って、１６７７万７２１６色の色
表示が可能なフルカラー画像表示装置とすることもでき
る。またさらに与える画像信号がパルス電流であるの
で、電流駆動でありながら極めて少ない消費電力が実現
できるのである。

【００３９】以上のように本発明によれば、機械式の画
像表示装置を、簡単な回路で且つ少ない消費電力によっ
て駆動することができ、しかもフルカラー表示が可能に
なるという固有の効果が得られるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシャッター開閉機構の構造を表す断面
説明図

【図２】本発明に用いる電磁石の一例を模式的に表す説
明図

【図３】図１のシャッター開閉機構を電磁石の心材側か
ら見た場合の構造を表す説明図

【図４】本発明の画像表示装置の表示画面の一例を表す
説明図

【図５】本発明の画像表示装置の断面構造を表す説明図

【図６】本発明の画像表示装置を構成する表示ユニット
部分の断面構造を表す説明図

【図７】本発明の画像表示装置を構成する表示ユニット
のベースプレートへの取り付け態様の一例を表す説明図

【図８】本発明の画像表示装置を構成する表示ユニット
部分の構造例を表す説明図

【図９】本発明の画像表示装置を構成する表示ユニット
部分の別の構造例を表す説明図

【図１０】本発明の画像表示装置を構成するバックライ
ト部分の側面構造例を表す説明図

【図１１】本発明の画像表示装置を構成するバックライ
ト部分の平面構造例を表す説明図

【図１２】

【図１３】本発明の駆動方法を実現するための電気系統
の一例を表す概略説明図

【図１４】シャッター板の位置制御の様子を表す説明図
で、（イ）は任意のフレームにおけるシャッター板の位
置、（ロ）は次フレームにおいて電磁石の芯に磁化が無
い場合のシャッター板の位置、（ハ）は（イ）の次フレ
ームにおいて第１のパルス電流による磁化が残存してい
る場合のシャッター板の位置、（ニ）は次フレームにお
いて第２のパルス電流による磁化が現れている場合のシ
ャッター板の位置をそれぞれ表す

【図１５】本発明の駆動方法による電磁石の磁化特性の
うち通電時間と磁束密度との関係を表す説明図

【図１６】任意の単位画素に供給される信号の時間変化
を表す説明図

【図１７】従来の画像表示装置の構造を表す断面説明図

【符号の説明】

１回転軸３永久磁石５シャッター板７心材９、１１コイル１３電磁石１５補助磁性部材１７ベースプレート１７ａ凸部１７ｂ前カバー１７ｃ、１７ｄ、１７ｅストッパー１９、２１磁束導入部２３単位画素２５表示ユニット２７表示ブロック２９表示画面３１フレーム３３取付枠３５、３７スペーサー３９バックプレート４１表面保護カバー４３シーリング材４５バックライト４７取付ボス４９スペーサ突起５１区画枠５３区画窓５５カラーフィルター５７ストッパー５９単位絵素６１走査用ドライバー６３データ入力用ドライバー６５画像信号出力回路６７コントロール回路Ｓ₁〜Ｓ_m 走査線Ｄ₁₁〜Ｄ_n2 データ線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/00 - 26/08 G09F 9/37

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に軸支して回転軸線を挟んで一
方側にはＮ極、他方側にはＳ極が位置する位置関係で永
久磁石を取り付けてなるシャッター板と、前記永久磁石の両極に近設し、永久磁石からの磁束が磁
気回路を形成しうる位置に磁束導入部を設けた磁気回路
形成用の補助磁性部材と、前記永久磁石と略対向位置に設けた、半硬質磁性材料か
らなる心材と２つのコイルを有する電磁石と、を備えた
シャッター開閉機構を分割した区画窓内に設けた単位画
素を、複数個縦横に配列するとともに、前記各単位画素に対応して縦横に走査線とデータ線を１
画素当たり１本の走査線と２本のデータ線が電気的に通
過するよう配設し、前記２つのコイルのうち第１のコイルを走査線と第１の
データ線との間に、また第２のコイルを走査線と第２の
データ線との間にそれぞれ接続した画像表示装置であっ
て、１フレーム毎に前記走査線を順次ＯＮ状態にするととも
に、ＯＮ状態の間に第１のデータ線を介して第１のコイ
ルに、心材を磁気飽和の状態にするパルス幅を有する第
１のパルス電流を流した後、第２のデータ線を介して第
２のコイルに画像信号に応じたパルス幅を有するととも
に前記第１のパルス電流と逆方向の磁化を与える第２の
パルス電流を流して画像情報を与える画像表示装置。
【請求項２】回転自在に軸支して回転軸線を挟んで一
方側にはＮ極、他方側にはＳ極が位置する位置関係で永
久磁石を取り付けてなるシャッター板と、前記永久磁石の両極に近設し、永久磁石からの磁束が磁
気回路を形成しうる位置に磁束導入部を設けた磁気回路
形成用の補助磁性部材と、前記永久磁石と略対向位置に設けた半硬質磁性材料から
なる心材と２つのコイルを有する電磁石と、を備えたシ
ャッター開閉機構を分割した区画窓内に設けた単位画素
を、複数個縦横に配列するとともに、前記各単位画素に対応して縦横に走査線とデータ線を１
画素当たり１本の走査線と２本のデータ線が電気的に通
過するよう配設し、前記２つのコイルのうち第１のコイルを走査線と第１の
データ線との間に、また第２のコイルを走査線と第２の
データ線との間にそれぞれ接続した画像表示装置の駆動
方法であって、１フレーム毎に前記走査線を順次ＯＮ状態にするととも
に、ＯＮ状態の間に第１のデータ線を介して第１のコイ
ルに、心材を磁気飽和の状態にするパルス幅を有する第
１のパルス電流を流した後、第２のデータ線を介して第
２のコイルに画像信号に応じたパルス幅を有するととも
に前記第１のパルス電流と逆方向の磁化を与える第２の
パルス電流を流して画像情報を与える画像表示装置の駆
動方法。