JP2006285286A - 画像表示装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した画像が得られる画像表示装置及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】画像の１画素を、例えば、ｍ行ｎ列（但し、ｍ、ｎは正の整数）でブロック化した複数の電極部により構成することにより、１画素内に複数電極の縁部に対応する領域を含ませることにより、１画素内に発生させる電界を強くして粒子の移動を迅速に行わせることができる。
ブロック化した複数の電極部において、１濃度を表示する際に、粒子を付着する電極位置をランダムに分散配置することにより、粒子同士が凝集するのを防ぐことができ、良好な画像表示状態を維持することができる。また、粒子を付着させる電極をランダムに分散配置することにより、ドットが認識され難くなるので、画質を向上させることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、画像表示装置及び画像形成方法に係り、特に、対向配置された一対の基板間に、電界により移動する着色粒子が封入され、この着色粒子の付着する位置により画像表示を行う画像表示装置及び画像形成方法に関する。

従来より、繰返し書換え可能なシート状の表示媒体として、Ｔｗｉｓｔｉｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙ（２色塗分け粒子回転表示媒体）、電気泳動式表示媒体、磁気泳動式表示媒体、サーマルリライタブル表示媒体、メモリ性を有する液晶などが提案されている。

これら繰返し書換え可能な表示媒体のうち、サーマルリライタブル表示媒体や、メモリ性を有する液晶などは、画像のメモリ性に優れているという特徴を有している。

また、電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体は、電界あるいは磁界によって移動可能な着色粒子を白色液体中に分散させ、着色粒子の色と白色液体の色とで画像を形成するものである。例えば、画像部は着色粒子を表示面に付着させて着色粒子の色を表示し、非画像部では着色粒子を表示面から除去して、白色液体による白を表示する。電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体では、着色粒子の移動は電界あるいは磁界の作用がないと起こらないため、表示のメモリ性を有する。

また、Ｔｗｉｓｔｉｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙは、半面を白に、残りの反面を黒に塗分けた球状粒子を電界の作用によって反転駆動させ、例えば、画像部は黒面を表示面側に、非画像部では白面を表示面側にするように電界を作用させて表示を行うものである。

これによれば、電界の作用がない限り粒子は反転駆動を起こさないため、表示のメモリ性を有する。また表示媒体の内部は、粒子周囲のキャビテイにのみオイルが存在するが、ほとんど固体状態であるため、表示媒体のシート化なども比較的容易である。

しかしながら、サーマルリライタブル表示媒体や、メモリ性を有する液晶などは、表示面を紙のように十分な白表示とすることができず、画像を表示した場合に画像部と非画像部のコントラストが小さいため、鮮明な表示を行うことが困難である。

また、電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体では、白色液体による白表示性は優れるものの、着色粒子の色を表示する場合は、着色粒子同士の隙間に白色液体が入り込むため、表示濃度が低下してしまう。したがって、画像部と非画像部のコントラストが小さくなり、鮮明な表示を得ることが困難である。

さらに、これらの表示媒体の中には白色液体が封入されているため、表示媒体を画像表示装置から取り外して紙のようにラフに取り扱った場合、白色液体が表示媒体から漏出するおそれがある。

Ｔｗｉｓｔｉｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙでは、白く塗分けられた半球面を表示側に完全に揃えた場合でも、球と球の隙間に入り込んだ光線は反射されず内部でロスしてしまうため、原理的に１００％の白色表示はできない。また、キャビティ部における光吸収や光散乱の影響もあるため、白表示が灰色がかってしまう。さらに粒子の反転を完全に行うことが難しく、これによってもコントラストの低下を招いてしまい、結果的に鮮明な表示を得ることが困難である。さらに、粒子サイズは画素サイズよりも小さいサイズであることが要求されるため、高解像度表示のためには色が塗り分けられた微細な粒子を製造しなければならず、高度な製造技術を要するという問題もある。

そのため、上記のような問題点を解決するための新規な表示媒体として、トナー（粒子）を用いた表示媒体が幾つか提案されている（非特許文献１参照）。

これらの表示媒体は、透明な表示基板と、これと微小間隙をもって対向する背面基板との間に、色および帯電特性が異なる２種類の粒子群（トナー）を封入した構成となっており、これらの基板間に画像情報に応じて電界を印加することにより、表示基板に任意の色の粒子を付着させて、画像表示を行うものである。

この粒子群を用いた粒子表示媒体によれば、電界が作用しない限り粒子群は移動しないため、表示のメモリ性を有し、また画像表示媒体が全て固体で構成されているため、液漏れの問題も発生しない。そして、白と黒の表示を原理的に１００％切り替えることができるため、コントラストの高い鮮明な画像表示を行うことが可能である。さらに、隠蔽性の高い粒子を使用することによって、高い表示コントラストの２色画像（例えば白黒画像）を表示することができる。なお、以下では粒子群を用いた表示媒体を、単に画像表示媒体と称する。
Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ，'９９論文集，ｐ２４９‐ｐ２５２、Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ，'９９ ｆａｌｌ予稿集，ｐ１０‐ｐ１３

上述した画像表示媒体を用いた画像表示装置において、その画質は、粒子の移動状態により決定され、安定に、かつ、瞬時に粒子を移動させることが画質を向上させるための大きな要素となっている。

安定に、かつ、瞬時に粒子を移動させるためには、粒子の帯電量、粒子と基板の付着力、及び空間に加わる電界の３つの要因を制御する必要がある。しかしながら、これら３つの要因のうち、粒子の帯電量は粒子を構成する材料によって決定され、粒子と基板の付着力は、粒子を構成する材料と基板を構成する材料との電気的な性質によって決定されるものであるため、一旦製作した画像表示媒体において粒子の帯電量、及び、粒子と基板の付着力を調整することは難しい。そのため、安定に、かつ、瞬時に粒子を移動させるための調整が難しいという問題がある。

また、画像表示媒体を用いた画像表示装置では、反射型表示の高コントラストの画像が得られるが、画像形成時の電圧の印加により粒子が良好に移動するしないの違いによって、すなわち、粒子の移動状態に大きく左右される不安定な画像表示となってしまうという問題がある。液晶を利用した画像表示装置では、常時電界を加えるため、補正を容易に行うことができるが粒子の付着によって画像を表示させる画像表示媒体を用いた画像表示装置では、電界付与時間内に安定した画像出力が行えるように構成しなければならないという規制がある。また、粒子を移動させて画像を表示するため、液晶を利用した画像表示装置等の他の画像表示装置に比較して画像表示速度が遅いと言う問題もある。

以上のことから本発明は、安定した画像が得られる画像表示装置を提供することを目的とする。また、安定した画像を形成できる画像形成方法を提供することも目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明の画像表示装置は、対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられ、互いに対向するように配置された複数の電極と、前記一対の基板間に封入されると共に、対向する電極間に生じた所定の電位差に応じて前記一対の基板のいずれか一方側に移動する着色粒子群と、画像情報に基づいて前記複数の電極間に所定の電位差を生じさせて画像表示を行う際に、予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に同一の電圧を印加する表示制御手段と、を備えている。

また、請求項４に記載の発明は、対向して配置された一対の基板の各々に設けられた複数の電極のうち、画像情報に応じた位置の対向する電極間に所定の電位差を生じさせて前記対向する電極間に電界を形成し、この電界に応じて前記一対の基板間に封入された粒子を前記一対の基板のいずれか一方側に移動させ、一方側の前記基板を介して見える粒子の色により画像を形成する画像形成方法であって、前記対向する電極間に所定の電位差を生じさせる際に、互いに隣接する予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に同一の電圧を印加することを特徴とする。

粒子により画像表示を行う画像表示媒体を用いた画像表示装置及び画像形成方法では、画像表示を繰り返すうちに、基板間の粒子が表示基板に固着してしまい、固着した部分が表示対象画像の画素欠落となって画質が低下する、と言う難点がある。

そのため、本発明では、予め定めた所定数の電極を単位画素として、単位画素毎に同一の電圧を印加する。１画素を予め定めた所定数の電極で構成することにより、電極のエッジ部分が１画素内に複数存在することとなるので、１画素内に強い電場が生じる個所が複数発生することとなる。なお、本発明の単位画素としては、ｍ行ｎ列の矩形状とする他に、例えば、放射状に画素を配置したり、ハニカム状に画素を配置して、予め定めた数を１単位とする場合も含む。

これにより、１画素内で部分的に強い電界が形成される個所が複数発生するので、１画素を１つの電極に対応させる場合よりも１画素内に強い電界が発生することとなり、着色粒子が基板間をより速く移動し、１フレームの画像の表示速度が速くなる。従って、１フレームの表示に必要な電圧印加時間が短縮でき、安定した画像を短時間の電圧印加時間で行える。

さらに、請求項２に記載の発明の画像表示装置は、対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられ、互いに対向するように配置された複数の電極と、前記一対の基板間に封入されると共に、対向する電極間に生じた所定の電位差に応じて前記一対の基板のいずれか一方側に移動する着色粒子群と、予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に電圧を印加すると共に、隣り合う画素の濃度が同一の場合には、画素内の前記着色粒子の配置が前記隣り合う画素同士で異なるように前記画素を構成する各電極に印加する電圧を制御する表示制御手段と、を備えている。

また、請求項５の発明では、対向して配置された一対の基板の各々に設けられた複数の電極のうち、画像情報に応じた位置の対向する電極間に所定の電位差を生じさせて前記対向する電極間に電界を形成し、この電界に応じて前記一対の基板間に封入された粒子を前記一対の基板のいずれか一方側に移動させ、一方側の前記基板を介して見える粒子の色により画像を形成する画像形成方法であって、互いに隣接する予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に電圧を印加すると共に、隣り合う画素の濃度が同一の場合には、画素内の前記着色粒子の配置が前記隣り合う画素同士で異なるように前記画素を構成する各電極に印加する電圧を制御することを特徴とする。

本発明では、予め定めた所定数の電極を単位画素として、単位画素毎に電圧を印加すると共に、隣り合う単位画素同士の濃度が同一の場合には、画素内の電極に付着する前記着色粒子の配置が異なるように前記画素を構成する各電極に印加する電圧を制御している。

このように同じ濃度であっても隣り合う単位画素同士の画素内での着色粒子の付着位置を異ならせることにより、画像を構成する画素（ドット）が認識し難くなるので画質を向上させることができる。また、同じ濃度同士であっても隣り合う単位画素同士で配置を異ならせることから、粒子が継続して同じ電極に留まり難くなるので、粒子の固着による画質の低下を防ぐこともできる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の画像表示装置において、前記表示制御手段は、画像書き換え時に前回表示した濃度と同じ濃度の画素を表示する場合に、前記画素内の前記着色粒子の配置が異なるように前記画素を構成する各電極に対する印加電圧を制御することを特徴とする。

これにより、特定の画素で同じ濃度を表示する場合でも、特定の画素内で粒子が連続して同じ個所の電極に付着するわけではなく、ランダムに着色粒子の付着個所が変えられるので、特定の電極に粒子が付着しつづけることに起因する粒子の固着による画質の低下を防止することができる。

以上説明したように本発明によれば、安定した画像が得られる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の画像表示媒体及び画像表示装置を適用した実施の形態の一例を詳細に説明する。

本実施の形態に係る画像表示装置は、図１に示すように、画像表示部１０、及び、画像表示部１０に画像を形成するための電圧制御部１２から構成されている。

画像表示部１０は、図２に示すように、画像表示面を形成する透明な表示基板２０と背面基板２３との間に、表示側電極２２、スペーサ２６、背面側電極２５が順に形成された構成である。なお、表示側電極２２と背面側電極２５との表面には夫々透明な表面コート層２８が形成されている。

なお、画像表示装置は本発明の画像表示装置に相当し、画像表示部１０は本発明の画像表示媒体に相当し、画像表示部１０を構成する表示基板２０と背面基板２３は本発明の一対の基板に相当し、表示側電極２２と背面側電極２５は本発明の複数の電極に相当し、電圧制御部１２は本発明の表示制御手段に相当する。

表示基板２０は、透明なＩＴＯ付き７０５９ガラス基板より構成されており、表示基板２０に形成された表示側電極２２は、平行に配列された複数のライン状のＩＴＯ電極より構成されている。なお、表示基板２０として、透明電極ＩＴＯ付きのガラス基板の代わりに透明フィルムやフレキシブル基板ＦＰＣを使用することもできる。

また、背面基板２３は、プリント配線基板から構成されている。プリント配線基板は、電界供給の最も凡用性の高い部材であり、胴箔のエッチングによって任意の形状に作成できるだけでなく、エポキシ樹脂の積層化を行って電極へ配線ができるので、好適である。

勿論、本発明は、プリント配線基板に限らず、例えば、誘電体や、電子写真に用いられる光導電性材料を用いた感光体などのように、一旦電荷を蓄えて保持する部材等、基板電界を発生する機能を有する部材であれば、適用できる。

また、表示基板２０と背面基板２３との間には、第１の粒子４０と第２の粒子４２の２種類の粒子が封入されている。第１の粒子４０としては、例えば、白色の粒子でイソブチルトリメトキシシランで処理したチタニアの微粉末を重量比１００対０．１の割合で撹拌混合した体積平均粒径２０μmの酸化チタン含有ポリメチルメタクリレートの白色球状粒子４０を用いることができる。

また、第２の粒子４２としては、例えば、黒色の粒子でアミノプロピルトリメトキシシランでシリカ（日本アロエジル社製Ａ−１３０）を処理して得られた微粉末を重量比１００対０．２の割合で撹拌混合した体積平均粒径２０μmのカーボン含有架橋ポリメタクリレートの黒色球状粉末（以下、黒色球状粒子４２と称す。）を用いることができる。なお、第１の粒子４０及び第２の粒子４２は本発明の着色粒子に相当する。

表示側電極２２と背面側電極２５は、夫々ライン状の電極を並列配置した構成であり、図１に示すように、互いに延在する向きが直交する単純マトリックス構造とされている。

これら表示側電極２２と背面側電極２５は、それぞれ電圧制御部１２と接続されており、電圧制御部１２の配線との接続は、例えば、導電性粒子が埋め込まれた異方性導電性シートとの熱圧着によって行うことができる。なお、表示基板２０が、大画面で個々の画素が大きい場合には、基板に直接半だ付けや、例えば、ドータイト（商品名；藤倉化成社製）等の導電性ペーストの塗布によって表示基板２０の表示側電極２２と電圧制御部１２の配線とを電気的に接続して導通を図るように構成できる。

図１に示すように、電圧制御部１２は、電界発生装置３０、シーケンサ３２、及びコントローラ（ロジックＩＣ）１９とから構成され、電界発生装置３０は、電源３４、波形発生装置３６、増幅装置（図示せず）、及びリレー（図示せず）或いはトランジスタ回路（図示せず）とから構成されている。なお、リレー（図示せず）はオン信号によって接続された全ての電極を短絡させる。また、波形発生装置３６は外部から入力されるトリガオン信号によって決められた波形を発生する。

本実施の形態の画像表示装置は、電界発生装置３０によって各電極に電位を発生させ、シーケンサ３２によって電極の電位を制御して、表示基板２０および背面基板２３のうちの一方に形成された電極には、画像情報に応じた電界を面内同時に付与し、他方に形成された電極には、１行単位で粒子が駆動できる電界を付 与する。

ここで、電圧制御部１２による表示側電極２２及び背面側電極２５に対する電圧のかけ方について説明する。行電極と列電極との間の電位差と、表示面の反射率との関係を図３に示す。図３に示すように、高い正の電界を付与すると、黒色球状粒子４２が表示基板２０に移動し、表示基板２０の表示面の反射率が減少して黒表示となる。高い負の電界を付与すると、白色球状粒子４０が表示基板２０に移動し、表示基板２０の表示面の反射率が増加して白表示となる。なお、帯電極性が異なる粒子であれば同様な作用が生じるので、粒子の色を白と黒以外の他の組合わせとすることにより、任意の色の表示を行うことができる。

このように、粒子の移動は、行電極と列電極との間にある所定の電位差が生じる場合に発生する。電圧制御部１２は、表示側電極２２と背面側電極２５との間で電圧所定の電位差が生じるように、表示側電極２２及び背面側電極２５に夫々電圧を印加する。

また、電極に電位を与えると、図４に示すように、電極の縁部に対応する領域の電界が強くなる。そこで、図５に示すように、画像の１画素を、例えば、ｍ行ｎ列（但し、ｍ、ｎは正の整数）でブロック化した複数の電極部により構成することにより、図６に示すように、１画素内に複数電極の縁部に対応する領域を含ませることにより、１画素内に発生させる電界を強くして粒子の移動を迅速に行わせることができる。なお、図５は、一例として画像の１画素を５６個の電極領域で構成した場合の画像の４画素を示し、粒子が付着した面積により濃度を表わす面積濃度階調を採用している。

また、図７に示すように、ブロック化した複数の電極部において、１濃度を表示する際に、粒子を付着する電極位置をランダムに分散配置することにより、粒子同士が凝集するのを防ぐことができ、良好な画像表示状態を維持することができる。また、粒子を付着させる電極をランダムに分散配置することにより、ドットが認識され難くなるので、画質を向上させることができる。

さらに、図８には、ブロック化した複数の電極部が、４回の書き換え時の４回とも同じ濃度を表示する際に、粒子が付着する電極位置を示しているが、このように繰り返して同じ濃度の画素を表示する場合も、粒子を付着させる電極の配置を変えることにより、粒子が長期間同じ個所に付着しつづけることを回避できるので、長期間の付着により粒子が電極に固着して表示画像の画質を劣化させるのを防ぐことができ、好ましい。

このように、本実施の形態は、電圧を制御する表示制御手段としての電圧制御部１２による印加電圧の制御によって粒子移動のために空間に加えられる電界を変化させる構成であり、短時間の電圧印加時間で安定した画像が得られる。

なお、本実施の形態では、ライン状電極を直交となるように配置した単純マトリックス構造の画像表示部１０に本発明を適用した場合について説明したが、例えば、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、画素電極を２次元配置してなるアクティブマトリックス構造の画像表示部１０に、本発明を適用することも可能である。

なお、以上説明した実施の形態では、画像表示装置の画像表示部１０が、表示基板２０と背面基板２３との２枚の基板を備える構成である場合について説明したが、本発明は一対の基板を含む画像表示部１０であればよく、３枚の基板を対向配置した２層構造の画像表示部や、４枚の基板を対向配置した３層構造の画像表示部等のように多層構造の画像表示部についても適用できる。

本発明の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成を示す説明図である。 図１に示した画像表示装置の画像表示部の概略構成を示す断面図である。 行電極と列電極との間の電位差と表示面の反射率との関係を示すグラフ及び、粒子の付着状態を説明する説明図である。 電極と電極の縁部に対応する領域の電界の強さを示す説明図である。 画像の１画素を、例えば、ｍ行ｎ列（但し、ｍ、ｎは正の整数）でブロック化した複数の電極部により構成した場合の画像の表示状態を示す説明図である。 図５の１画素内において５個の電極で粒子を付着させる領域での電極と電極の縁部に対応する領域の電界の強さを示す説明図である。 ブロック化した複数の電極部において、１濃度を表示する際の粒子が付着する電極位置を示す説明図である。 ブロック化した複数の電極部において、４回の書き換え時の４回とも同じ濃度を表示する際に、粒子が付着する電極位置を示す説明図である。 図９（Ａ）はアクティブマトリックス構造の画像表示部の電極は一途であり、図９（Ｂ）はアクティブマトリックス構造の画像表示部の構成を示す概略説明図である。

符号の説明

１０ 画像表示部
１２ 電圧制御部
２０ 表示基板
２２ 表示側電極
２３ 背面基板
２５ 背面側電極
２６ スペーサ
２８ 表面コート層
３０ 電界発生装置
３２ シーケンサ
３４ 電源
３６ 波形発生装置
４０ 第１の粒子（白色球状粒子）
４２ 第２の粒子（黒色球状粒子）

Claims (5)

1. 対向して配置された一対の基板と、
   前記一対の基板の各々に設けられ、互いに対向するように配置された複数の電極と、
   前記一対の基板間に封入されると共に、対向する電極間に生じた所定の電位差に応じて前記一対の基板のいずれか一方側に移動する着色粒子群と、
   画像情報に基づいて前記複数の電極間に所定の電位差を生じさせて画像表示を行う際に、予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に同一の電圧を印加する表示制御手段と、
   を備えた画像表示装置。
2. 対向して配置された一対の基板と、
   前記一対の基板の各々に設けられ、互いに対向するように配置された複数の電極と、
   前記一対の基板間に封入されると共に、対向する電極間に生じた所定の電位差に応じて前記一対の基板のいずれか一方側に移動する着色粒子群と、
   予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に電圧を印加すると共に、隣り合う画素の濃度が同一の場合には、画素内の前記着色粒子の配置が前記隣り合う画素同士で異なるように前記画素を構成する各電極に印加する電圧を制御する表示制御手段と、
   を備えた画像表示装置。
3. 前記表示制御手段は、画像書き換え時に前回表示した濃度と同じ濃度の画素を表示する場合に、前記画素内の前記着色粒子の配置が異なるように前記画素を構成する各電極に対する印加電圧を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 対向して配置された一対の基板の各々に設けられた複数の電極のうち、画像情報に応じた位置の対向する電極間に所定の電位差を生じさせて前記対向する電極間に電界を形成し、この電界に応じて前記一対の基板間に封入された粒子を前記一対の基板のいずれか一方側に移動させて一方側の前記基板を介して見える粒子の色により画像を形成する画像形成方法であって、
   前記対向する電極間に所定の電位差を生じさせる際に、互いに隣接する予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に同一の電圧を印加することを特徴とする画像形成方法。
5. 対向して配置された一対の基板の各々に設けられた複数の電極のうち、画像情報に応じた位置の対向する電極間に所定の電位差を生じさせて前記対向する電極間に電界を形成し、この電界に応じて前記一対の基板間に封入された粒子を前記一対の基板のいずれか一方側に移動させて一方側の前記基板を介して見える粒子の色により画像を形成する画像形成方法であって、
   互いに隣接する予め定めた所定数の電極を単位画素として前記単位画素毎に電圧を印加すると共に、隣り合う画素の濃度が同一の場合には、画素内の前記着色粒子の配置が前記隣り合う画素同士で異なるように前記画素を構成する各電極に印加する電圧を制御することを特徴とする画像形成方法。

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