JP3817486B2 - 電子ペン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子ペーパーに手書きの文字や図柄などを記入するための電子ペンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図７に示す電子ペーパーディスプレイＰがあった。これは、電界によって、色を変化させる電子インク層１を透明電極２とＴＦＴ（thin film transistor）層３とで挟んで構成されたものである。上記ＴＦＴ層３は、要素スイッチ４をマトリックス状に配置した層であり、上記透明電極２側がディスプレイの表面になる。
上記電子インク層１は、半球ごとに白と黒に着色された２色粒子を樹脂のバインダー中に分散した電子インクからなる層である。上記２色粒子は、電界をかけると電界の方向に応じて向きを変える性質を持っている。
そして、上記電極２とＴＦＴ層３との間にはコンピュータＣを接続して、電荷パターンを生成するようにしている。
【０００３】
上記２色粒子を、例えば、白側表面は負、黒側表面は正となるようにしておけば、ディスプレイの表面側電極２に負の電荷パターンを与えたとき、この負電荷によって上記粒子の黒側が上に向くので、上記電荷パターンに対応した画像を表示することができる。
上記電荷パターンは、上記ＴＦＴ層３の要素スイッチ４のスイッチングによって制御されるが、このスイッチングは、コンピュータＣで作成したデジタルデータに応じて行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような電子ペーパーディスプレイＰは、コンピュータ用の超薄型ディスプレイとして利用されている。超薄型で、紙とほとんど変わらない外観をしているので、設置場所をとらず、携帯にも便利である。そのため、コンピュータで作成した回覧文書を表示させた状態で、電子ペーパーディスプレイＰだけを回覧することもできる。回覧が終了して、必要が無くなったときには、当然それを消去することもできる。
【０００５】
しかし、この電子ペーパーディスプレイＰにおいて、上記電子インクを利用して表示するものは、コンピュータから出力されたデータである。したがって、回覧された上記文書に対して、確認済みのサインを記入したり、加筆をしたりすることはできなかった。
また、何も表示されていない電子ペーパーディスプレイＰに対しても、手書き文字を電子インクによって表示させることはできなかった。
【０００６】
もちろん、電子ペーパーディスプレイＰ表面に、強引に、朱肉を使って捺印したり、ボールペンなどで、加筆したりすることはできる。しかし、これらの印影や、サイン、文章等は、上記電子インクによって表示されたものではない。つまり、通常の紙に対しての記録と同じである。したがって、電子インクによる文章が消去された後でも、特別に薬品等で拭き取らない限り、上記手書き文章や印影だけが残ってしまうことになる。これでは、電子ペーパーディスプレイＰを繰り返し利用することができなくなってしまう。
【０００７】
この発明の目的は、電子ペーパーに対して、その表面に手書き文字や図柄などを記入できる電子ペンを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、電界に応じて色を変化させる電子インク層を備えた電子ペーパーに文字や図柄などを記入する電子ペンであって、ペン本体と、このペン本体の筆記部に設ける交流電源により励磁する電磁石とからなり、上記電磁石は、上記ペン本体を平面上に起立させたとき、その磁界の方向が上記平面にほぼ平行になる磁極配置を有するとともに、ペン本体の筆記部を電子ペーパーに接触させたときに、上記磁界による誘起電力に基づいて電界が形成され、この電界を利用して電子インク層の色を変化させる構成にした点に特徴を有する。
【０００９】
第２の発明は、電磁石の磁界強度を調整する手段を備えた点に特徴を有する。第３の発明は、ペン本体の筆記部が電子ペーパーに接触したときの電磁石と電子ペーパーとの距離を調整する距離調整手段を備えた点に特徴を有する。
第４の発明は、交流電源の印加電圧の周波数を、電子ペーパーの応答性に応じて調整する周波数調整手段を備えた点に特徴を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に、この発明の実施例を示す。
図１、図２に示す電子ペン５は、電子ペーパーＰ１に手書き文字などを記入することができる。上記電子ペーパーＰ１は、電子インク層１のみからなる。そして、上記電子インク層１の電子インクの着色粒子は、電子ペーパーＰ１の裏面から表面に向かう電界が発生したとき、黒色が表面に向くようにしたものである。
すなわち、図１に示すように、電子ペン５の先端の筆記部６を電子ペーパーＰ１表面に接触させて線を引くと、その接触部には、上記電子ペーパーＰ１に交わる電界が発生する。そして、電子ペーパーＰ１の裏面から表面へ向かう電界によって、電子インク層１の着色粒子の黒色側が上に向く。そのため、上記筆記部６の軌跡に沿って、上記着色粒子の黒色側が上に向くのである。
【００１１】
上記電子ペン５の構成を図２に示す。この電子ペン５は、筆記部６と、この筆記部６を挟んで対向する一対の磁極板７，８と、これらの磁極板７，８に接続した磁界発生部９とを備えている。そして、この電子ペン５全体で、この発明のペン本体を構成している。
上記筆記部６は、絶縁材料で形成され、その先端は、電子ペーパーＰ１の表面を傷つけない形状にし、さらに、表面を滑りやすくするために、摩擦係数の低い材料でコーティングすることもある。
また、上記磁界発生部９は、交流電源とコイルとを備えていて、上記磁極板７、８を磁極とするこの発明の電磁石を構成するが、これら磁極板７，８の極性は、上記交流電源の周波数に応じて変化する。すなわち、磁極板７がＮ極になり磁極板８がＳ極になったり、反対に磁極板７がＳ極になり磁極板８がＮ極になったりする。
【００１２】
図２に示す矢印Ｂ１は、磁極板７がＮ極で、磁極板８がＳ極である場合の磁界の方向を示したものである。この矢印Ｂ１で示す磁界強度が変化したときに、誘起電力が発生し、上記電子ペーパーＰ１に交わる電界が形成される。この電界を利用し、電子ペーパーＰ１の電子インクを回転させて、線を表示させるのが、この電子ペン５の原理である。
【００１３】
図３は、上記電子ペン５を電子ペーパーＰ１上に起立させたときの、磁界と電界の方向をモデル的に示した図である。
電子ペン５を、電子ペーパーＰ１上に起立させると、電子ペーパーＰ１の上には一対の磁極板７，８が配置されることになる。ただし、筆記部６の形状によっては、上記磁極板７，８が電子ペーパーＰ１表面に接触しないこともある。
上記一対の磁極板７，８のうち、一方の磁極板７がＮ極、他方の磁極板８がＳ極のとき、磁界の方向は矢印Ｂ１である。その反対のとき、磁界の向きは点線で表した矢印Ｂ２である。そして、この磁界の方向は、先に説明したように、上記磁界発生部９を作動させている間、その交流電源の周波数に対応して変化する。上記磁極板７が、Ｎ極になったりＳ極になったり、１秒間に上記周波数分だけ交互に変化する。つまり、磁界の方向が矢印Ｂ１から矢印Ｂ２に変化し、さらに矢印Ｂ１に変化する。
【００１４】
上記のように、磁界の向きは交互に変化するが、上記磁界は、その方向だけが瞬時に逆転するのではなく、交流電圧の大きさと極性に応じて、磁界強度も連続的に変化しているのである。そして、上記電子ペーパーＰ１面の上下の磁界強度が連続的に変化することにより電界が発生する。例えば、図３に示すように、電子ペーパーＰ１面に平行な矢印Ｂ１で示す磁界によって、電界Ｅが発生し、その方向は実線の矢印Ｅ１の方向である。この状態を電子ペーパーＰ１の上方から見たのが図４である。
【００１５】
実際には、上記電界Ｅは、その境界が明確ではなく、上記磁界も矢印Ｂ１のように、１本の線で表せるものではない。ただし、図３，４では、電子ペーパーＰ１の電子インク層１に変化を与えることができる強度の電気力線の束として、電界Ｅを表しているものとする。
そして、図３，図４に示すように、電子ペーパーＰ１上の点１０と点１１で、電界Ｅが電子ペーパーＰ１を通過する。つまり、上記点１０の位置における電界は、電子ペーパーＰ１の表面から裏面へ向かう。そこで、上記電子インク層１の着色粒子の白側が表面に向く。
【００１６】
一方、上記点１１の位置では、電界Ｅ１によって電子ペーパーＰ１の裏面から表面へ向かう電界が発生している。したがって、ここでは、粒子の黒側が表面に向く。つまり、点１１のように電界の方向が電子ペーパーＰ１の裏から表面に向かっている部分で、黒色が表れる。
そこで、電子ペン５を移動させることによって、上記点１１に対応する点が電子ペーパーＰ１上で移動すれば、その点の軌跡が黒色の線となって表れる。従って、電子ペン５によって、線を手書きして、文字や図柄などを表示させることができる。
【００１７】
ただし、先に説明したように、磁界の方向が矢印Ｂ１からＢ２に高速で変化するため、それにともなって電界の方向もＥ１からＥ２に変化する。電界が図３の矢印Ｅ２のときには、上記点１０と点１１における電界の方向が、図４の場合と反対になるので、着色粒子の白黒の向きも反対になる。
そのため、電子ペン５を移動させて線を引いた場合、上記筆記部６の軌跡は、電界の方向が交互に変わる点になる。そして、上記したように、電界の方向によって電子ペーパー表面に現れる黒・白が変化する。そのため、筆記部６の軌跡は完全に連続した黒線にはならないで、黒点と白点とを交互に繰り返した点線になる。そのため、電子ペン５の軌跡が、目視では灰色に見えるようなこともある。
【００１８】
例えば、筆記部６が移動することによって、上記電子ペーパーＰ１に交わる電界がその方向を交互に変化させながら移動した場合、そこには、白黒の線が表示される。この線は、白地に初期化した電子ペーパーＰ１においては、黒の点線となり、黒地に初期化した電子ペーパーＰ１においては白の点線となる。つまり、この電子ペン５を用いれば、黒、白、どちらの電子ペーパーにも、線を手書きすることができる。そして、厳密には、手書きで点線を記入したことになる。
また、筆記部６を電子ペーパーＰ１の表面に接触させたとき、図３に示すように、その両側に、電界の強い２つの点１０と点１１とが生成される。そして、筆記部６を移動させた時、上記点１０と点１１とが、それぞれ、上記したような白黒の点線を表示することになる。しかも、上記２点は互いに、極性が反対ある。そこで、図４の矢印Ａ方向に、筆記部６を移動させた場合、図５に示すように点１０の軌跡として現れる点線１０ａと、点１１の軌跡としての点線１１ａの二重の点線が並んで描かれる。しかし、上記２点の距離を短くした場合には、二重線ではなく、太めの線が引かれたように見える。
【００１９】
電子ペン５は、それだけで、電子ペーパーＰ１に対して、普通紙にペンで書くように、文字や図柄などを記入することができる。
さらに、上記点線１０ａ，１１ａを構成する点が小さければ、これらの点線は実線と見なすこともできる。なお、この点の大きさは、電子ペーパーＰ１の解像度で決まるものである。
【００２０】
また、電子ペン５の電磁石の磁界強度を調整する手段を設けることによって、この電子ペン５によって表示させる線の太さや線の濃さを調整することができる。
なぜなら、上記電磁石の磁界強度を調整することによって、誘導される電界の強さを調整することができるからである。なお、上記磁界強度の調整手段としては、例えば、磁界発生部９内の交流電源の電圧を調整したり、磁極板７，８の間隔を調整したりする方法がある。
あるいは、ペン本体に、磁極板７、８を上下に移動させる手段を設けて、上記磁極板７，８から上記筆記部６までの距離を調整することができる。この距離を調整することによって、電子ペーパーＰ１に作用する磁界や電界強度を調整することができる。
【００２１】
さらに、図６のように、電子ペン５を電子ペーパーＰ１上に起立させた状態で、上下方向に、複数の磁極板のセットを設けて、それらの磁極板セットを切り替えることによって、実質的に、電磁石の上下位置を変更することもできる。すなわち、図６では、磁極板１２ａと１３ａ、１２ｂと１３ｂ、１２ｃと１３ｃという３組の磁極板のセットを設けて、これらの磁極板セットと交流電源との間を、断続するスイッチ１４ａ、１４ｂを備えている。これらスイッチ１４ａ、１４ｂを切り替えることにより、交流電源に接続される磁極板のセットを切り替えることができる。
つまり、上記のように、スイッチ１４ａ、１４ｂの切り替えによって、電磁石の上下方向の位置を変化させ、電磁石と電子ペーパーＰ１との距離を調整することができる。
【００２２】
さらに、電子ペーパーのインク層の特性に応じて、上記交流電源の出力周波数を調整する周波数調整手段を設けることもできる。電子インクの応答性に合わせて周波数を調整すれば、どのような電子ペーパーに対しても、線を表示させるためにより効率的な電源出力を選択することができる。
上記の電子ペン５は、磁界強度や、交流電源の周波数などを調整することによって、どのような特性の電子ペーパーに対しても、より明確な文字や図柄の記入ができるようになる。
ただし、上記磁界強度や、周波数の調整によって、わざと不鮮明な線を記入することもできるし、調整精度を上げれば、任意の太さの線を記入することもできる。
【００２３】
なお、上記実施例の電子ペーパーＰ１は、電子インク層１のみからなる。図７に示した従来例の電子ペーパーディスプレイＰのように、一対の電極層２，３を必要としない分、従来の電子ペーパーディスプレイＰと比べて、製造コストを非常に低く抑えることができる。しかも、この発明の電子ペン５は、従来の電極層を備えた電子ペーパーに対しても上記と同様に、手書き文字や図柄を記入することはできる。
【００２４】
さらに、この発明の電子ペン５を用いて、コンピュータのディスプレイとして使用し、コンピュータで作成したデータを表示させた電子ペーパーディスプレイＰに追記することもできる。
例えば、上記電子ペーパーディスプレイＰに、コンピュータでデータを表示させ、その状態でディスプレイＰの電源を切る。電源を切った電子ペーパーディスプレイＰに対して、上記電子ペン５で、アンダーラインを引いたり、チェックをしたり、手書きで追記することができる。
【００２５】
【発明の効果】
第１〜第４の発明の電子ペンによれば、ペン本体だけで、電子ペーパーに手書きの文字や図柄などを記入することができる。しかも、白地の電子ペーパーには、黒線を、黒地の電子ペーパーには白線を、同じ電子ペンによって記入することができる。
特に、第２〜第４の発明によれば、どのような電子ペーパーに対しても、その特性に応じた磁界強度の設定が可能になり、より明確な文字や図柄などを表示させることができる。また、反対に、不鮮明な線を表示させることもできるし、表示される線の太さを任意に調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の電子ペンで電子ペーパーに線を引いている状態を示した図である。
【図２】実施例の電子ペンの構成を示した図である。
【図３】実施例の電子ペンによって発生する磁界と電界の説明図である。
【図４】図３を電子ペーパーの上方から見たときの図である。
【図５】実施例の電子ペンで電子ペーパーに引いた線の拡大図である。
【図６】電磁石の位置を変更する方法を説明するための図である。
【図７】従来の電子ペーパーディスプレイの使用状況を示した図である。
【符号の説明】
１ 電子インク層
５ 電子ペン
６ 筆記部
７，８ 磁極板
９ 磁界発生部
Ｐ１ 電子ペーパー

Claims (4)

1. 電界に応じて色を変化させる電子インク層を備えた電子ペーパーに文字や図柄などを記入する電子ペンであって、ペン本体と、このペン本体の筆記部に設ける交流電源により励磁する電磁石とからなり、上記電磁石は、上記ペン本体を平面上に起立させたとき、その磁界の方向が上記平面にほぼ平行になる磁極配置を有するとともに、ペン本体の筆記部を電子ペーパーに接触させたときに、上記磁界による誘起電力に基づいて電界が形成され、この電界を利用して電子インク層の色を変化させる構成にした電子ペン。
2. 電磁石の磁界強度を調整する手段を備えた請求項１に記載の電子ペン。
3. ペン本体の筆記部が電子ペーパーに接触したときの電磁石と電子ペーパーとの距離を調整する距離調整手段を備えた請求項１または２に記載の電子ペン。
4. 交流電源の印加電圧の周波数を、電子ペーパーの応答性に応じて調整する周波数調整手段を備えた請求項１〜３のいずれか１に記載の電子ペン。

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