(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺エネルギによって動作するディスプレイであって、
電力の印加により表示状態が変化し、電力の印加がなくても表示状態が保持される双安定ディスプレイデバイスと、
周辺エネルギ源から周辺エネルギを収集する周辺エネルギレシーバと、
前記周辺エネルギレシーバから動作電圧の供給を受け制御信号を前記双安定ディスプレイデバイスに供給する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
発振器とカウンタを含み、前記周辺エネルギレシーバから動作電圧の供給を受け、前記発振器の発振に基づいて発生されたクロックパルスをカウントしてカウント値に応じて高、低が変化するパルス信号を発生するロジック回路と、
変圧器を含み、前記ロジック回路からのパルス信号に応じて前記変圧器の一次側に一次側電流を供給し二次側に高電圧を発生し、発生された高電圧を用いた制御信号により双安定ディスプレイデバイスを駆動するディスプレイドライバと、
を含み、
前記制御部は、前記周辺エネルギ源から供給されるエネルギのみを用いて前記制御信号を生成することを特徴とするディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のディスプレイにおいて、
さらに、
前記双安定ディスプレイの一部に取り付けられ、前記ディスプレイドライバから前記制御信号を受信し、前記ディスプレイデバイスのユーザが選択した部分にわたって電界を印加する、ユーザによって電界を印加する部分が選択可能なパターン電極と、
を有することを特徴とする双安定ディスプレイ。
【請求項３】
一式の電極を表示すべきイメージに相当するパターン状に構成するステップと、
前記一式の電極を、電力の印加により表示状態が変化し、電力の印加がなくても表示状態が保持される双安定且つ電気的に動作可能なディスプレイデバイスに取り付けるステップと、
前記電極が取り付けられた前記ディスプレイデバイスを、周辺エネルギ源から周辺エネルギを収集する周辺エネルギレシーバと、前記周辺エネルギ源のみから得るエネルギを使用して前記ディスプレイデバイスのための制御信号を生成することが可能な制御部と、に接続するステップと、
を有し、
前記制御部は、
発振器とカウンタを含み、前記周辺エネルギレシーバから動作電圧の供給を受け、前記発振器の発振に基づいて発生されたクロックパルスをカウントしてカウント値に応じて高、低が変化するパルス信号を発生するロジック回路と、
変圧器を含み、前記ロジック回路からのパルス信号に応じて前記変圧器の一次側に一次側電流を供給し二次側に高電圧を発生し、発生された高電圧を用いた制御信号により双安定ディスプレイデバイスを駆動するディスプレイドライバと、
を含むことを特徴とするディスプレイ作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は視覚ディスプレイに関し、特に、再利用可能でシート状のジリコン（gyricon）またはねじれ粒子（twisting-particle）タイプもしくは他の双安定視覚ディスプレイ、およびディスプレイを駆動するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下の米国特許を、本願に引用し援用する：シェリドン（Sheridon）に発行された米国特許第４，１２６，８５４号、シェリドンに発行された米国特許第４，１４３，１０３号、およびシェリドンに発行された米国特許第５，６０４，０２７号。
【０００３】
電気ペーパー（electric paper）は従来の紙のように、書いたり消したり周辺の光の中で読んだりでき、さらに電界または他の外部保持力の不在時でも情報を保持することができる。また普通の紙と同じく電気ペーパーは、軽量、フレキシブル、且つ丈夫なシートの形態に形成でき、折りたたむか軸に沿って管状に丸めることでシャツまたはコートのポケットに都合よく入れられ、その後情報を損失することなく、取り出して再度まっすぐに伸ばし読むことができる。ただし電気ペーパーは紙とは異なり、動きのあるイメージの表示に使用することが可能である。したがって電気ペーパーは、コンピュータシステム、テレビ、看板、並びに、事務所、産業現場、および家庭内での多数の他の利用分野における使用に適応できる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、周辺エネルギ（ambient energy：太陽エネルギなど装置の周囲、環境、雰囲気に存在するエネルギの意）によって電源供給されるディスプレイを提供する。本発明は、周辺エネルギのみを使用してディスプレイ駆動用信号を供給する制御部を含む。そのディスプレイは、大きい表面積を有することも可能である。制御部が周辺エネルギのみを使用して駆動信号をディスプレイに印加できる理由は、光学的に異方性の粒子の回転には非常に少ないエネルギしか必要でないからである。換言すれば、本ディスプレイは独立型ディスプレイであり、ディスプレイの駆動に必要な電界の印加に要する電力の供給のために、電池などの外部電源はディスプレイに接続されない。
【０００５】
本発明の他の態様においてディスプレイは、たとえば可視光などの周辺エネルギによって電源供給されその中で目視できる切換可能ディスプレイである。切換可能ディスプレイはたとえば、白背景ディスプレイから黒背景ディスプレイに切り替えられる。
【０００６】
本発明の他の態様においてディスプレイは、周辺エネルギまたは光によって電源供給されその中で目視できる双安定ディスプレイである。ディスプレイに表示されたイメージが、ディスプレイに電力または他の駆動信号が印加されていない時に維持されるため、ディスプレイは双安定である。
【０００７】
本発明のさらに他の態様では、ディスプレイの背面に導電体パターンを取り付けることによりユーザ特製ディスプレイを作成できる。導電体パターンを、ユーザが手で取り付けることが可能である。たとえば、金属フォイル文字またはシンボルをディスプレイに付着させることができる。あるいは導電体パターンは、導電性液体を用いて印刷機でユーザが所望するとおりに印刷することもできる。
【０００８】
本発明はまた、周辺エネルギに基づいてディスプレイを駆動する回路を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
周知のジリコンディスプレイは通常、多種の回転粒子またはエレメントによって構成される。たとえば、上記にて本願に引用して援用し図１から図３に表すシェリドンの米国特許第４，１２６，８５４号には、ねじれエレメントパネルディスプレイの一例が記載されている。
【００１０】
図１において、ディスプレイ１０は、基板１６および１８に挟まれたディスプレイパネル１４を有する。ディスプレイパネル１４および基板１６に隣接して、第一グリッド１１が設けられる。導電体１２’を有する第二グリッド１２が、基板１８とディスプレイパネル１４との間に備えられる。図１および２には図示しないが、第一および第二グリッド１１および１２は、単一の連続的導電層、一つまたは複数のパターン状の導電体、もしくは選択的にアドレス可能な導電体のマトリックスを含んでもよい。
【００１１】
図２に示すとおり、基板１６および１８の少なくとも一方、並びに、基板１６または１８に隣接するグリッド１１または１２の導電体もしくは導電層の一方は、光学的に透明であり、それによりパネル１４が形成する表示が観察できるようになっている。図２では、基板１６およびグリッド１１が光学的に透明な材料によって構成されることにより、ディスプレイパネル１４に入射する光が反射／吸収され、Ｉにて可視イメージが得られる。
【００１２】
ディスプレイパネル１４は、光学的に異方性の微細粒子２４の分布を含む。粒子２４は、透明支持材料２５の空洞３６内に位置し、光学的に透明な誘電性流体３８に囲まれている。また粒子２４はゼータ電位の差異を有し、それにより粒子２４は電気的異方性を有する。粒子２４およびそれらを囲む誘電性流体３８に加え、パネル１４は、固体であり光学的に透明な支持材料２５を含む。この材料２５によって粒子２４には、実質的な並進（移動）の自由が与えられることなく、所望の回転の自由が与えられる。たとえば、上記にて本願に引用して援用しディスプレイパネル作成方法を開示するシェリドンの米国特許第４，１４３，１０３号では、材料２５は、ポリエチレン、ポリスチレン、またはプレキシガラスなどのエラストマあるいは剛直な（硬質の）プラスチックであってもよい。ただし、材料２５がプラスチックである場合、当業界にて周知の理由により、粒子２４は可塑剤を吸収しない材料によって構成されなければならない。
【００１３】
ディスプレイパネル１４の小さな一部分１４’を拡大して示す図３に見られるとおり、各粒子２４の一方の半分２４ａは光学的吸収特性を示し（すなわち暗くまたは黒く見え）、各粒子２４の他方の半分２４ｂは光反射特性を示す（すなわち明るくまたは白く見える）。半分２４ａおよび２４ｂの光反射−光吸収特性の差異が、所望の光学的異方性を提供する。
【００１４】
再度図２において、外部電源２９をグリッド１１とグリッド１２とに渡して連結することで材料２５に電界を印加した場合、粒子２４のプラスに帯電した半分２４ａはよりマイナスのグリッドへ誘引され、同時に粒子２４のマイナスに帯電した半分２４ｂはよりプラスのグリッドへ誘引される。たとえば電源２９は、連続的導電層であるグリッド１１およびグリッド１２を通じて、ディスプレイに電界を印加することができる。もしたとえばグリッド１１がグリッド１２よりプラスに帯電されれば、粒子２４はすべて、光反射性またはマイナスに帯電した半分２４ｂがグリッド１１に面するよう回転する。そして、光反射性イメージ（すなわち白）がＩにて観察者によって観察される。さらに、印加する電界の極性を反転させてグリッド１１がグリッド１２よりマイナスに帯電された場合は、粒子２４はすべて、光吸収性またはプラス電荷の半分２４ａがグリッド１１に面するよう回転する。そして、光吸収性イメージ（すなわち黒）がＩにて観察者によって観察される。
【００１５】
上述のとおり、グリッド１１および１２の一方または両方において、一つまたは複数のパターン状導電体を含んでもよい。図２に、第一のパターン状導電体１２’および第二のパターン状導電体１２”を有するグリッド１２を示す。当業界で周知の手法にて、第一導電体１２’は共通の第一入力源に接続され、第二導電体１２”は共通の第二入力源に接続されている。それにより、導電体１２’および１２”のそれぞれに、パルス電界が印加される。動作時にはたとえば、第一パルス電界が、第一導電体１２’を有するディスプレイ１４の領域に印加される。その間に第二パルス電界が、第一パルス電界に同期され、同時に第二導電体１２”に印加される。第二導電体１２”を有するディスプレイ１４の領域よりも第一導電体１２’を有する領域においてグリッド１１がよりプラスに帯電している場合、第一導電体１２’に近い領域における粒子２４の光反射性またはマイナスに帯電された半分２４ｂが、Ｉにて観察者に観察されるよう回転する。第二導電体１２”に近い領域における粒子２４の光吸収性の半分２４ａも同時に、Ｉにて観察されるよう回転する。それにしたがい、第一導電体１２’が図６に示すイメージの背景６０１を形成し、同時に第二導電体１２”がテキスト６００を形成した場合、図６のイメージが図６に図示するとおりに表示される。
【００１６】
印加する電界の極性を反転させた場合、たとえば暗い背景における明るいテキスト（図示せず）が形成されると理解されるべきである。また、第一および第二電界を非同期的に印加することで、イメージを同じ色調の背景から出現させたりそのような背景に消えさせることが可能だと理解されるべきである。さらに、背景またはテキストの一方の色調を、他方の色調が変化する間に不変に維持することもできると理解されるべきである。このような可能性は、当業者にとって明白であろう。またさらに、グリッド１１および１２は、イメージ形成に使用される、選択的にアドレス可能な導電体のマトリックスを含んでもよいと理解される。ここに挙げたテキストを含むイメージは、説明目的のみにて例示される。ディスプレイが十分な解像度を有し、グリッド１１および１２が適切に形成および／またはアドレスされる限り、テキスト、シンボル、形状などを含むいずれのイメージを表示させてもよい。
【００１７】
図４は、本発明によるディスプレイ４００の断面図である。この図から、ディスプレイ４００が図１および図２のディスプレイ１０と類似していることがわかる。ただし、外部電源２９が、制御部Ｃおよび周辺エネルギレシーバ４２０によって置換されている。制御部Ｃは、レシーバ４２０によって供給される電力によって電源供給されており、それにより制御部Ｃはディスプレイ４００に駆動信号を印加できる。図４に示すジリコンディスプレイ４００は、説明目的のみにて例示される。いずれの双安定ディスプレイを使用してもよいことは明白であろう。また、たとえば周辺エネルギレシーバ４２０および制御部Ｃをディスプレイ４００と共に保持できる半剛直フレーム内に、周辺エネルギレシーバ４２０および制御部Ｃを配置することにより、周辺エネルギレシーバ４２０および制御部Ｃをディスプレイ４００内に組込めることに留意されたい。図４では、本発明の説明を簡単にするために、周辺エネルギレシーバ４２０および制御部Ｃは横に取り付けられているよう図示される。
【００１８】
周辺エネルギＡＥは、ディスプレイ４００が位置する環境内にてディスプレイ４００の周囲にあるエネルギである。たとえばディスプレイ４００が事務所内に位置する場合、周辺エネルギＡＥは事務所内を照らすエネルギであって、日光、蛍光燈、白熱灯、燭光、油ランプ、および可視領域の光を提供する他のいずれの形態の照明であってもよい。ただし周辺エネルギＡＥは、スペクトルの可視部分のみの光に限定されない。
【００１９】
周辺エネルギＡＥは、たとえば赤外線またはスペクトルの赤外部分などの、不可視エネルギであってもよい。さらに、周辺エネルギＡＥは可視または不可視光に限定されず、電磁放射、音、電磁界、温度、湿度、圧力、機械的振動または移動、あるいは、測定可能で収集でき電気エネルギに変換できる他のいずれの形態のエネルギまたはエネルギ源を含んでもよい。変換された電気エネルギを用いて、ディスプレイ４００に電界を印加するために必要な駆動信号を供給する。
【００２０】
換言すれば、ディスプレイ４００は独立型ディスプレイ４００であって、観察されるべきイメージを表示するのに必要な電界の印加に要する駆動信号の供給のために、外部電源またはエレクトロニクスを接続する必要がない。すなわち、電池や商用電源を利用しない。ここに開示する実施形態では、ディスプレイパネル４１４はジリコンディスプレイであるが、以下に説明するとおり、多数の異なる種類のディスプレイのうちのいずれの一つであることも可能である。
【００２１】
ディスプレイパネル４１４は、基板４１６および４１８に挟まれている。ディスプレイパネル４１４および基板４１６に隣接して、第一グリッド４１１が設けられる。第一グリッド４１１は連続的導電層として図示されるが、図１から図３におけるディスプレイ１０に関して上述したとおり、所望であればディスプレイにおいて、グリッド４１１にパターン状の導電体（図示せず）および／または選択的にアドレス可能な導電体のマトリックス（同様に図示せず）を含んでもよい。さらに、図４には、第一および第二導電体４１２’および４１２”をそれぞれ有する第二グリッド４１２を示すが、第二グリッド４１２もまた、連続的導電層（図示せず）および／または選択的にアドレス可能な導電体のマトリックス（図示せず）で構成されてもよい。第二グリッド４１２は、基板４１８とディスプレイパネル４１４との間に備えられる。
【００２２】
基板４１６および４１８の少なくとも一方並びに基板に隣接するグリッドの導電体は、光学的に透明である。それにより、光がディスプレイパネル４１４に入射でき、ディスプレイパネル４１４が形成する表示が観察される。基板４１６およびグリッド４１１が光学的に透明な材料によって構成されることにより、ディスプレイ４００に入射する光が、Ｉにて可視イメージを供給する。
【００２３】
また、ディスプレイパネル４１４は、光学的および電気的に異方性の微細粒子４２４の分布を含む。パネル４１４は、固体であり光学的に透明な支持材料４２５を含む。この材料４２５によって粒子４２４には、並進の自由が与えられることなく所望の回転の自由が与えられる。
【００２４】
制御部Ｃは、周辺エネルギレシーバ４２０からの電気エネルギを使用することにより、ディスプレイパネル４１４上にイメージを表示するのに必要な駆動信号を印加する。以下の説明から明らかになるように、制御部Ｃは、変圧器を用いても用いなくても機能できる。
【００２５】
図５には、本発明による第１制御部Ｃが概略的に示されている。制御部Ｃは、周囲エネルギレシーバ（受光部）５２０に接続された論理部５１０とディスプレイ駆動部５５０とを含む。論理部５１０とディスプレイ駆動部５５０は、説明の目的で基準線５００によって分離されているが、これらは図示される構造に限定されない。ここで、論理部５１０を動作させるには低電圧が必要であり、一方、ディスプレイ駆動部５５０の動作には高電圧が必要である。さらに、論理部５１０は、自動スタート発振器又はクロック５３０とリプルカウンタ５４０とを含む。ディスプレイ駆動部５５０は、倍電圧器５６０及び変圧器５７０を含む。
【００２６】
周囲エネルギレシーバ５２０は、直列に接続された太陽電池である周囲エネルギ収集部５２１及び５２２と、例えば約２．５ボルトの開回路電圧を生成するコンデンサ５２３を含む。さらに、例えばオフィスや他の人工照明空間などの周囲光においては、周囲エネルギ収集部５２１及び５２２の構成は、得ることのできる周囲エネルギ強度に応じて、数マイクロアンペアの電流を供給できる。このような電圧及び電流は、電気エネルギとして発振器５３０に供給される。
【００２７】
発振器５３０は、抵抗５３４，５３５及びコンデンサ５３６に接続された１６進インバータ（hexadecimal inverters）５３１−５３３を含む。インバータ５３１−５３３は、任意の数の市販される４０００シリーズ相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）又は他の任意の適当な論理デバイスから選択することができる。周囲エネルギレシーバ５２０から供給される電圧及び電流によって、発振器５３０を十分に動作させることができる。発振器５３０は実質的に方形波の信号をライン５３７に出力し、この信号がリプルカウンタ５４０のクロック入力として使用される。さらに、発振器５３０は、ダイオード５６１，５６２及びコンデンサ５６４，５６５を含む倍電圧器５６０に供給する信号をライン５３８に出力する。周囲光レシーバ５２０により生成された電圧を利用し、倍電圧器５６０はコンデンサ５６５において約５ボルトの電圧を生成する。
【００２８】
リプルカウンタ５４０は、例示の目的でのみ図５においてピンＰ１−Ｐ９及びＰ１２−Ｐ１５で表示された複数の出力を有する。あるいは、リプルカウンタ５４０が単一の出力（図示せず）を有することもできる。リプルカウンタ５４０の複数の出力はそれぞれ、その出力の状態が変化する前に経過しなければならない異なる分割比（divisioni ratio）又はクロックパルスを表している。
【００２９】
例えば、ピンＰ１２で示される、リプルカウンタ５４０から選択された出力によれば、所定数のクロックパルス、この場合は２５６パルスが、出力が状態を変える前に受信されなければならない。言い換えると、２５６パルスの受信後、ピンＰ１２からの出力は、高から低へ、あるいは低から高へのいずれかに変化する。
【００３０】
さらに、リプルカウンタ５４０から選択される出力は、図示されるピンＰ１−Ｐ９及びＰ１２−Ｐ１５のいずれか、例えば３２パルスの出力を有するピンＰ５から生じるように選択することもできる。言い換えると、ピンＰ５からの出力は、３２パルスごとに高から低又は低から高に変化する。しかしながら、出力の変化に必要なパルスの数が小さいほど、コンデンサ５６５においてエネルギを保存するための時間が減少することに注意すべきである。
【００３１】
ピンＰ１２において低から高への出力変化が発生すると、トランジスタ５８０は一時的にオンになり、コンデンサ５６５に保存された電荷を、変圧器５７０の一次巻線５７１−５７３の半分を通過させて放電することができる。図５に示される変圧器５７０は、もともとは６ボルトの中央タップ（center-tapped）二次巻線を有する１１０ＶＡＣ逓降変圧器として使用すべく設計された逓昇変圧器である。しかしながら、任意の数の適当な既知又は後に開発された変圧器を使用することができる。この場合、二次巻線５７４−５７５が一次巻線として動作し、コンデンサ５６５の電荷から発生したパルスは、存続時間が例えばミリ秒と短い、例えば１１０ボルトの電圧の短いパルス（brief pulse）を、出力５９０及び５９１を通過させてディスプレイ４００のグリッド４１１及び４１２のそれぞれに対して生成する。
【００３２】
ダイオード５７６−５７９により形成されるパルスステアリングブリッジにより、前記短いパルスはコンデンサ５９２を例えば約１１０ボルトに充電する。このように、唯一の漏れ経路は、逆バイアスダイオード５７７とディスプレイ４００そのものを通過するので、信号はオリジナルパルスよりも長くコンデンサ５９２に留まる。
【００３３】
ディスプレイ４００の動作を強化するために、トランジスタ５８０と同時に別のトランジスタ５８３をパルス化し、コンデンサ５９３に残存する電荷を除去する。この場合における出力５９０と５９１の電位差は約１１０ボルトであり、出力５９０は、ディスプレイ４００をアドレスするのに十分な期間、出力５９１よりも正の状態である。以後、出力５９１より正の状態である出力５９０を、正アドレスパルスと呼ぶ。これに対応し、出力５９１が出力５９０よりポジティブであれば負アドレスパルスが発生する。正又は負のアドレスパルスのいずれかによってディスプレイをアドレスする度ごとに、表示されている画像が変化する。
【００３４】
一方、ピンＰ１２において出力が高から低に変化すると、インバータ５８１からの出力信号が低から高に切り替わり、トランジスタ５８５の切り換えによって、変圧器５７０の一次巻線５７１−５７３に逆パルスが供給される。このとき、別のトランジスタ５８７も一時的にオンされ、出力５９０と５９１には反対の極性が得られる。ここでも、出力５９０と５９１の電位差は約１１０ボルトである。しかしながら、今度は出力５９１が、ディスプレイ４００をアドレスするのに十分な期間、出力５９０より正の状態であり、この結果、ディスプレイ４００には負のアドレスパルスが供給される。
【００３５】
このように、制御部Ｃは、例えば、発振器５３０の発振周波数、及びリプルカウンタ５３０から選択されたピンＰ１−Ｐ９及びＰ１２−Ｐ１５から出力される所定の分割比によって決定する速度（rate）で、出力５９０と５９１との間の電位を周期的に＋１１０から−１１０に切り換える。したがって、ディスプレイ４００上で画像を切り換える速度は、例えばオフィスの照明などの周囲エネルギによりディスプレイ４００が周期的に切り換わるように、任意に選択することができる。
【００３６】
例えば、図４に示されるディスプレイ４００の粒子４２４は、図３に示される粒子２４と同様の極性を有する。すなわち、粒子４２４の光を吸収する半部分２４ａは正電荷を帯び、光を反射する半部分は負の電荷を帯びる。ディスプレイ４００の第２導電体４１２”を有する領域に負のアドレスパルスが印加されると、粒子４２４の光を吸収する正電荷を帯びた半分がより負の状態であるグリッド４１１に固着し、活性化された（energized）導電体４１２”により生成された電界内の粒子４２４は、光を吸収する半部分がＩの方向に向くように、実質的に並進移動することなく回転する。
【００３７】
さらに、正のアドレスパルスがディスプレイの第１導電体を有する領域に同時に印加されると、粒子４２４の光反射又は負の電荷を帯びた半部分が、より正の状態であるグリッド４１１に固着し、活性化した導電体４１２’によって発生した電界内の粒子も、光反射半部分がＩの方向を向くように回転する。このように、すでに説明したように、明るい背景上に暗い画像を、あるいはその逆のパタンを形成することができる。
【００３８】
なお、導電体４１２’及び４１２”のそれぞれに印加する上記パルスの極性を逆にすることにより、暗い背景上に明るい画像を生成することができる。さらに、印加されるパルスの極性は、背景と画像のいずれか一方を他方が切り替えられても同じ暗度に維持されるように操作することもできる。この結果、暗い背景上の明るい画像は、全体的に暗い画像に切り替えられ、かつ再び暗い背景上の明るい画像に切り替えられる。
【００３９】
従って、グリッド４１２の導電体４１２”によって生成された電界が、例えば”ＮＯ  ＳＭＯＫＩＮＧ”と書かれた所定パタンの形状であって、負のアドレスパルスが導電体４１２”に覆われたディスプレイ４００の領域に印加され、正のアドレスパルスがディスプレイ４００の背景を形成する導電体４１２’に印加されると、図６に示すような明るい背景６０１上の暗い画像６００が図４のＩにおいて見られる。さらに、上述の説明のように、アドレスパルスの極性を逆にすれば、図６に示された結果的な画像は、暗い背景に”ＮＯ  ＳＭＯＫＩＮＧ”の文字を表した明るい画像になる（図示せず）。
【００４０】
さらに、ディスプレイは双安定性を有する（bistable）。すなわち、周囲エネルギレシーバ４２０及び制御部Ｃがディスプレイ４００から切断されている場合、または例えば照明がオフであるなど周囲エネルギＡＥが不十分な場合には、粒子４２４はその現存位置に留まり又は「静止（sit）」し、画像の変更を招く相当量の回転又は並進運動を行わない。この結果、画像はその色又は暗度の切り換え又は変更を停止するが、画像が消えることはない。
【００４１】
このように、上記の説明に鑑み、独立し、ディスプレイの切り換えに外部の電力源を必要としない、周囲エネルギを電力源とする双安定性ディスプレイが提供される。このようなディスプレイは多くの実用的な応用を有することができる。
【００４２】
例えば、本発明によるディスプレイは、カフェテリアで食事をとる客に禁煙を警告する図６に示した表示のような、可視光または不可視光を電源とする警告サインに使用されることが想定される。本発明によるディスプレイの別の例においては、送電線の周囲にディスプレイを巻く。こうして、送電線が作動すれば、ディスプレイに電界が印加され、例えばＯＮまたはＤＡＮＧＥＲなどと書かれた画像が示される。この結果、修理担当者が電線のサービスに来たときには、電線が作動していることを視覚的に判断できるので必要な事前の警戒をすることができる。本発明によるディスプレイの、予想される応用のさらに別の例においては、ディスプレイを変圧器電力センサ上に配置して、周囲エネルギレシーバに周囲エネルギを磁界として収集させ、上述の送電線の例と同様に警告画像を表示することもできる。その他の例としては、連続的にアドレスされるフリーパワースコアボード、パッケージ広告、駅又は空港ゲートの行き先表示、時計、温度計、ならびに他のかかる適当な応用のホストが含まれる。このように、上記の例は本願の範囲を限定するのもではなく、本発明によるディスプレイのボードベースの応用を単に例示しているにすぎない。
【００４３】
図７から図１０には、変圧器を含まない制御部Ｃを備えた本発明の別の実施形態の概略図が示される。図７からわかるように、本実施形態の制御部Ｃは、論理部７１０及びディスプレイ駆動部７５０を含む。論理部７１０とディスプレイ駆動部７５０とは、説明のために基準線７００によって分離されているが、これらは図示される構成に限定されるものではない。ここで、制御部Ｃは、一定の高電圧を生成し、電力の消費は大きくない。さらに、本実施形態の制御部Ｃは、散逸の小さい（low-dissipation）駆動回路を用いて、制御部Ｃに関連して用いられるディスプレイ４００のグリッド４１２の電極４１２’をアドレスする。駆動回路については、以下にさらに説明する。
【００４４】
図７に示されるように、論理部７１０は、自動スタート発振器７３０及びトグルフリップフロップクロックデバイス７４０を含む。ディスプレイ駆動部７５０は、図８及び図９にそれぞれ示される駆動回路８００及び９００の１つに、後述するように接続された電圧乗算器７６０を含む。
【００４５】
本実施形態においては、本発明による周囲エネルギレシーバ７２０は、直列に接続された周囲エネルギ収集部７２１，７２２および図５に示したレシーバ５２０のコンデンサと同一のコンデンサ７２３を含む。なお、周囲エネルギレシーバ７２０は上述の周囲エネルギレシーバ５２０と同一であって、全ての同じ能力を含む。こうして、レシーバ７２０は周囲エネルギを受光し、その周囲エネルギを発振器７３０の動作に十分な電気エネルギに変換する。従って、レシーバ７２０は、収集部７２１及び７２２によって収集した周囲エネルギＡＥを電気エネルギに変換した後、電圧及び電流を発振器７３０に供給する。
【００４６】
発振器７３０は、抵抗７３４，７３５及びコンデンサ７３６に接続された１６進インバータ７３１−７３３を含む。インバータ７３１−７３３は、任意の数の市販される４０００シリーズ相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）又は他の任意の適当な論理デバイスから選択できる。発振器７３０は、実質的に方形波の信号を生成してライン７３７に供給し、この信号がトグルフリップフロップ７４０の入力として用いられる。
【００４７】
トグルフリップフロップ７４０からライン７４３及び７４４に出力される信号は、出力７４１及び７４２のそれぞれから出力される２つの実質的な方形波パルス列である。ライン７４３及び７４４の信号は、互いに位相がずれている。従って、ライン７４３及び７４４の信号のそれぞれが例えば５ボルトのピーク信号を生成する場合、ライン７４３及び７４４の２つの信号は１０ボルトのピーク信号を生成する。ライン７４３及び７４４の２つの信号は、当業界において周知である電圧乗算器７６０の入力に供給される。
【００４８】
電圧乗算器７６０は、一連のダイオード及びコンデンサにより形成される。上述したライン７４３及び７４４の信号により生成される例示的な電圧に関して、電圧乗算器７６０はコンデンサ７６１において約１１０ボルトの直流を発生する。この信号は実質的に一定であるため、図５の制御部Ｃの場合のように、ディスプレイ４００を操作するために直接使用することはできない。しかしながら、この信号を用いて、適当なアドレス可能な電極４１２’を駆動することができる。
【００４９】
このように生成された信号は、コンデンサ７６１の端子において得ることができる。ダイオード７６２とコンデンサ７６１及び７６３との接合に位置する正端子は、コンデンサ７６１及び７６４、ダイオード７６５及び出力７４２におけるトグルフリップフロップ７４０からの信号出力の接合部における負の端子に関連して用いられる。この負の端子は、それが生成された周囲エネルギ源の共通又はグラウンド端子と同一ではない。従って、出力は、この出力に関して浮動する（floating）周囲エネルギ収集部７２１及び７２２によって操作しなければならない。出力駆動回路８００，９００及び１０００のいずれに接続されたどの論理的電子回路もこの特性を考慮に入れる必要がある。
【００５０】
高電圧電力制御部Ｃを備え、変圧器を省いたデザインにおいては、供給される電力が極めて少量であるため、これに対応して消費する電流は小さいが、ディスプレイ４００に電界を印加するために必要な電圧を供給するための駆動回路が必要になる。実質的に容量性の負荷（capacitive loads）を静止電力の散逸を本質的にゼロにして駆動することのできる高圧出力または駆動回路が開発され、以下に説明される。ここで、駆動回路は、１つの極性を持つ高電圧トランジスタを要求する。従って、駆動回路は、ｎチャネルの高電圧電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のみが利用可能な技術において実施することができる。
【００５１】
図８及び図９に駆動回路を能動電荷ポンプの形で示し、これらは高電圧源から非常に少ない電流を消費しつつ動作することができる。以下に述べるように、少しの修正を加えることによって、両方の駆動回路を図７の制御部Ｃと共に使うように適合できる。例えば、図８において、駆動回路８００は単一のダイオード８０１を備えて示される。駆動回路８００の目的は、負荷キャパシタ８０２を、例えば１００ボルト以上の、符号Ｖ＋で示される高電圧に充電し、続いて、論理回路（図示せず）からの信号に応答して負荷キャパシタ８０２を放電することである。図８に示すように、キャパシタ８０３が電荷ポンプキャパシタとしてダイオード８０１及びトランジスタ８０４と共に使われる。論理回路（図示せず）からのパルス列信号８０５は、負荷ポンプキャパシタ８０３の一つの端末に、例えば０ボルトと５ボルトとの間の電圧を加え、その結果、最高最低振幅が約５ボルトのパルス列を生じる。
【００５２】
負荷キャパシタ８０２が、ソース（電源）においての瞬間的な変化を防止するので、ライン８０５上でのパルス列信号の低から高への電圧の変化の各々において、トランジスタ８０４のゲートがソースに対して瞬間的に上げられる。ゲート−ソース間電圧が、しきい値電圧Ｖthを超えた時に、トランジスタ８０４がオン状態になり、負荷キャパシタ８０２へ電荷を送る。次に、ゲート−ソース間電圧がしきい値電圧Ｖthを下回るまで出力電圧Ｖoutが上げられ、トランジスタ８０４がオフ状態になる。この時点で、出力電圧Ｖoutは、ライン８０５上のパルス列信号の振幅としきい値電圧Ｖthとの差に等しい量だけ上げられている。
【００５３】
ライン８０５上のパルス列信号の電圧が高から低に変化した時は、ダイオード８０１が瞬間的に順方向バイアスされるので電荷ポンプキャパシタ８０３が負荷キャパシタ８０２によって充電される。この方法により、電荷ポンプキャパシタ８０３の電圧は、周期の半分の一つおきに上げられる。周期の繰返しの各々において出力電圧Ｖoutは、ライン８０５上のパルス列信号の振幅としきい値電圧Ｖthとの差に等しい増加量だけ増やされる。１００ボルトの高電圧Ｖ+と５ボルトの電圧のライン８０５上のパルス列信号と２．５ボルトのしきい値電圧Ｖthの場合、Ｖoutをその最大値にまで増加させるには約４０のパルスが必要となる。いずれかの論理回路ゲート、バッファ、又はインバータ（図示せず）からのライン８０６上の単一の高パルス信号により、トランジスタ８０７がオン状態になり、キャパシタ８０２及び８０３の両方を放電する。ここでキャパシタ８０２は、ダイオード８０１から放電する。駆動回路８００のこの単一ダイオード構成は、Ｖoutが高から低に変化する時にトランジスタ８０４が偶然にオン状態になることを防ぐ。この現象は、トランジスタ８０７のドレインがトランジスタ８０４のソースに直接接続されている時に発生する。
【００５４】
図９は、図８に示す駆動回路８００の単一ダイオード構成の代案を示す。駆動回路９００は単一のダイオード８０１の代わりに二つのダイオード９０１及び９０２を備え、より早い立ち上がり時間を可能にする。ダイオード９０１は、トランジスタ９０４のゲートキャパシタンスの漏れを抑制するように働き、ライン９０５上のパルス列信号の第一の立ち上がりエッジによってトランジスタ９０４がオン状態になり、負荷キャパシタ９０９が完全に充電されるか又はレジスタ９０８又はダイオード９０１を通じての漏れが、ゲートキャパシタンスをトランジスタ９０４のしきい値電圧Ｖthよりも低い状態まで放電するまでオフ状態にはならない。また、電荷ポンプキャパシタ９０３は、負荷キャパシタ９０９が充電されるに従い、ダイオード９０２を通じて充電される。この結果、上述の駆動回路８００に必要とされた４０のパルスに対して、一つのみ又は二つの入力パルスが、出力電圧Ｖoutを切替えるのに必要とされる。これはもちろん、漏れ電流に依存する。トランジスタ９０７は、トランジスタ８０７と同様に動作し、トランジスタ９０４を同時にオン状態にすることなく、負荷キャパシタ９０９を放電できる。
【００５５】
静止状態では、駆動回路８００及び９００の両方とも実質上漏れ電流を消費しない。トランジスタ８０４及び９０４を駆動するためのレベルシフトはそれぞれ、電荷ポンプキャパシタ８０３及び９０３を通じて実行され、レベルシフト電圧は、各回路８００及び９００の出力電圧Ｖoutから直接引き出される。このように、各回路８００及び９００のそれぞれのトランジスタ８０４及び８０７、それに９０４及び９０７の両方が、この状態ではオフ状態にされ、漏れ電流のみが高電圧源から吸い出される。
【００５６】
図７に示す、変圧器のない電源と共に使われる時には、図８及び図９に示す駆動回路８００及び９００は、以下に述べるいくつかの修正を加え、図７の制御部Ｃと共に使うことができる。論理回路の共通電圧は、周辺エネルギコレクタアレイ７２０のマイナス端末からとられる。しかし、このＢ−端末は、実際はこの論理共通に対して論理レベルの電圧でパルスを発している。よって、出力駆動装置のための制御パルスを発生するために形成された論理電子回路のいずれかのために機会が訪れる。「パルスアップ」入力又は「ダウン」入力に、パルスの存在又は不在を必要とするのではなく、パルスのＢ−に対する位相を使って入力を決定することができる。
【００５７】
図１０はこのような位相に敏感な論理回路１０００の設置を示し、この回路は、図８に示す単一ダイオード出力駆動回路を備えディスプレイ４００を作動させる。図１０において、もしオアゲート１００２の出力がＢ−と同じ位相でパルスを発生していた場合、トランジスタ１０２０には駆動電圧が加えられず、トランジスタ１０２０はオフ状態に留まることがわかる。同様に、もし排他的論理和ゲート１００１の出力がＢ−と同じ位相でパルスを発生していた場合、電荷ポンプキャパシタ１０５０において、電荷ポンプ動作が発生せず、トランジスタ１０１０は、オフ状態に留まる。しかし、ゲート１００１がＢ−と同じ位相でないパルスを生成した場合、電荷ポンプキャパシタ１０５０に加えられたパルスは電荷ポンプ動作を引き起こし、トランジスタ１０１０が上述の機構によってオン状態にされる。同様に、もしゲート１００２の出力が高状態に保持されると、トランジスタ１０２０は、繰り返してオン状態にする一連のパルスを受け取りグリッド４１１又はグリッド４１２に向けて出力する。この方法により、周辺エネルギコレクタ７２０から直接提供された電力により動作する低出力ＣＭＯＳ回路を使い高電圧出力を駆動することができる。この特徴は、図９に示す駆動回路９００の二元ダイオード構成にも当てはまることを理解されたい。
【００５８】
図１１は、位相に敏感な一連の論理回路を示す。論理Ｌは、論理的高信号を駆動回路１１０１のライン１１０２上に提供しグリッド４１１を電圧Ｂ+まで引き上げるように設計される。この時、論理Ｌは同時に、高信号をライン１１１３上の駆動回路１１１１へ送りグリッド４１２を電圧Ｂ-まで引き下げる。この結果、グリッド４１１とグリッド４１２との間には正の電圧差が生じる。少し後に、論理Ｌはライン１１０２を低にライン１１０３を高に設定し、同時にライン１１１３を低にライン１１１２を高に設定する。この結果、グリッド４１２の電圧がＢ+にまであがり、グリッド４１１の電圧はＢ-まで下がる。この時点で、グリッド４１１とグリッド４１２との間に負の電圧差が確立される。この順序は、グリッド４１１及びグリッド４１２内の導電体に接続されているディスプレイ部材の望まれる像にしたがって繰返すことができる。
【００５９】
上述の本発明の実施形態もまた、双安定であることに注目すべきである。すなわち、もし制御部Ｃ及び周辺エネルギレシーバ７２０がディスプレイ４００から分離された場合、粒子４２４は、その場に留まる又は「じっと動かない」。そして粒子は、像が変化してしまう目に見えるほどの量は回転せず移動しない。このように、像は、その色又は影を切替えたり変化させたりすることを止めるが、色あせはしない。
【００６０】
図１２に、本発明によるディスプレイのもう一つの実施形態を示す。ディスプレイ１２００は、図４に示すディスプレイ４００と類似している。しかし、グリッド４１２、導電体４１２’及び４１２”、及び基板４１８は、薄いプラスチック層１２５０と固定アドレスパターン電極１２７０に置きかえられる。ディスプレイ１２００の残りの部材はディスプレイ４００の部材と同一であり、ここでは詳しくは説明しない。ディスプレイ１２００は、制御部Ｃに動作信号を提供する周辺エネルギレシーバ１２２０を備えて示されるが、例えば電池、ハードウェアの電子的な接続又は他の既知又は後に開発される電源などの電源（図示せず）を使って本発明のこの実施形態を作動させてもよいことに注目すべきである。
【００６１】
固定アドレスパターン電極１２７０は、ユーザによって構成自在であり、例えば構成された直後又は少し後にディスプレイが配備されるべき場所又はその近くなどの場に、ユーザがディスプレイ１２００を形成することを可能にする。例えば電極１２７０は、ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリング社（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ：３Ｍ）が製作し販売する、粘着性の裏面を持つ銅ホイルテープ（Ｃｏｐｐｅｒ ｆｏｉｌ ｔａｐｅ）などの銅ホイルラベルでもよく、又は既知又はその後に開発された導電性の物質のラベルであって、はがされてホイルを供給してもよい。電極１２７０は、プラスチック層１２５０にとりつけられ、このプラスチック層１２５０は十分に薄いためプラスチック層１２５０のキャパシタンスが十分に高く、制御部Ｃからの切替え電圧によって加えられた、電極１２７０からの電界がプラスチック層１２５０を通じてディスプレイパネル１２１４へ通り抜ける。この制御部Ｃは、電極１２７０及びグリッド１２１１に接続されている。この結果、望まれるパターンの切替え版をＩにおいて見ることができる。
【００６２】
例えば、ユーザは電極１２７０部分の銅のはがす部分を選択し、例えば図６に示す言葉「ＮＯ ＳＭＯＫＩＮＧ」などの言葉又は表示の像を形成することができる。選択された文字は、薄いプラスチックシート１２５０に接着剤又はその他の既知又はその後に開発された接着方法によってつけられる。この例では上述のように、基板１２１６及びグリッド１２１１は、光学的に透明であるべきである。上述の加えられた切替え電圧の極性によって、結果のディスプレイ１２００は、一定の背景と、背景の色と前景の色とに交替する言葉又は印のメッセージとをもつことができる。すなわち、例えば白い前景を持つ黒い背景は、全てが黒いディスプレイに交替する。
【００６３】
本発明によるディスプレイ１２００の更にもう一つの実施形態によれば、導電性の流体を使って導電性パターンを印刷することのできるプリンタが、ディスプレイ１２００のプラスチックシート１２５０に取付けられるための望まれるパターンを基板に形成する又はプラスチックシート１２５０に直接印刷する。このように、道路クルーの一員が、自動車運転者に道路の先で起きた事故の通告をしそれに従って彼らの道順の計画をすることをアドバイスするサインを形成し、道路の端に置くことができることも構想されている。電極は、文字によって覆われるディスプレイの部分に電界を加えるために、ホイル文字が導電性ラインによって接続されたディスプレイ内に固定することができる。
【００６４】
ここには図示しないが、本発明によるディスプレイのもう一つの実施形態では、ペンに類似した携帯道具を備え、この道具は、プラスチックシート１２５０へ望まれるパターンにユーザがつける導電性インク又はその他の流体をもち、例えば、ユーザはプラスチックシート又はディスプレイにメッセージを書くことができる。このような電界の構成が自在な携帯ディスプレイの実用的な適用法が数多く存在することは明らかである。
【００６５】
複数の色の着いたディスプレイは例えば、隣り合う、違う色の着いた粒子を備えるディスプレイパネルを使うことによって構成できる。例えば、図１３において、ディスプレイ１３００は、複数の、例えば三つの、隣り合うディスプレイパネル１３１０，１３２０、１３３０によって構成することができる。この場合、ディスプレイパネル１３１０は、文字「ＳＭ」を形成するパターン化された導電体を含む。さらに、ディスプレイパネル１３１０内の粒子は、半分が赤く半分が黄色くてもよい。ディスプレイパネル１３２０は、文字「ＮＯ」及び文字「ＯＫＩ」を形成するパターン化された導電体を含む。これに加え、ディスプレイパネル１３２０内の粒子は、半分が黒で半分が白であってもよい。ディスプレイパネル１３３０は、接続されて文字「ＮＧ」を形成するパターン化された導電体を含む。また、ディスプレイパネル１３３０内の粒子は、半分が青で半分が灰色であってもよい。このように、ゼータ電位に依存する各粒子の半分の極性に応じて、また正及び負の切替えアドレスパルスを加えることにより、文字「ＳＭ」及びそれらの背景は赤と黄色とに色を切替え、文字「ＮＯ」及び「ＯＫＩ」及びそれらの背景は黒と白とに色を切替え、文字「ＮＧ」及びそれらの背景は青と灰色とに色を切替える。
【００６６】
これに加え、つけられた文字又は印を、例えば導電性テープ又は携帯ペンからの導電性流体によって接続し単一の電極を形成でき、又は、これと同様容易に、別個のリード線によって別々に電力を供給することもできる。これに加え、ディスプレイ１３００の所定のパネル１３１０、１３２０、１３３０への切替えアドレスパルスのタイミングに基づいて、全てのディスプレイで文字又はシンボルを同期してフラッシュ（瞬間的に表示）させる場（フィールド）にディスプレイを形成することもできる。
【００６７】
本発明によるディスプレイの更にもう一つの実施形態では、ディスプレイが球形の回転粒子ではなく、円筒形のものを備えることができる。これらの粒子は、双色又は複色の筒でもよく、お互いに対して平行に整列され、一つの層内に接近して固められる。このような構成により、製作の比較的な容易さと共に非常によい輝度特性を提供できる。回転部材のどの部分も、黒、白、灰色、色、極性、複屈折、位相遅延、吸光、光の散乱、及び光の反射などの光学的な性質のいずれをもってもよい。このように、いずれの回転粒子も上述の性質の組合わせのいずれをもつこともできる。
【００６８】
本発明によるディスプレイの更にもう一つの実施形態によれば、ディスプレイは別個のカプセル殻を使い回転粒子及び十分な厚さの誘電性流体を包み回転粒子の回転を可能にする回転粒子を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のジリコンディスプレイを示す分解斜視図である。
【図２】  線２−２に沿って得られる図１の従来のディスプレイの断面図である。
【図３】  図１の従来のディスプレイの一部分を示す拡大図である。
【図４】  本発明によるディスプレイの第一の実施形態を示す断面図である。
【図５】  変圧器を有する本発明の第一の制御部の回路図である。
【図６】  表示例を示す図である。
【図７】  変圧器を含まない本発明の第二の制御部の回路図である。
【図８】  図７に示す第二の制御部と共に使用する第一の駆動回路を示す図である。
【図９】  図７に示す第二の制御部と共に使用する第二の駆動回路を示す図である。
【図１０】  図７に示す第二の制御部と共に使用する第三の駆動回路を示す図である。
【図１１】  図１０に示す回路を複数連結した状態を示す図である。
【図１２】  本発明によるディスプレイの第二の実施形態を示す図である。
【図１３】  図１２のディスプレイの第二の実施形態によって形成される表示の例を示す図である。
【符号の説明】
４００  ディスプレイ、４１２’，４１２”  導電体、４１４  ディスプレイパネル、４２０  周辺エネルギレシーバ、Ｃ  制御部。
【図１】
0004790100.tif 000002
【図２】
0004790100.tif 000003
【図３】
0004790100.tif 000004
【図４】
0004790100.tif 000005
【図５】
0004790100.tif 000006
【図６】
0004790100.tif 000007
【図７】
0004790100.tif 000008
【図８】
0004790100.tif 000009
【図９】
0004790100.tif 000010
【図１０】
0004790100.tif 000011
【図１１】
0004790100.tif 000012
【図１２】
0004790100.tif 000013
【図１３】
0004790100.tif 000014