JP2007033677A - 光書込装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置全体を薄型化し、かつ、光書込型表示記録媒体への書き込み画像の高画質化を実現する光書込装置を提供する。
【解決手段】 光書込装置１００は、光を発生する単一のＬＥＤ光源１０１と、ＬＥＤ光源１０１より射出された光を集光するフレネルレンズ１０９と、フレネルレンズ１０９により集光された光を反射する反射ミラー１１０と、反射ミラー１１０により反射された光を受けて光書込型表示記録媒体１０３に書き込む画像光１０４を照射する透過型ＬＣＤパネル１０２と、ＬＥＤ光源１０１、透過型ＬＣＤパネル１０２、及び光書込型表示記録媒体１０３に電圧を印加する電圧印加部１０５と、画像記憶部１０７に記憶されている画像データに基づいて電圧印加部１０５を制御する制御部１０６とを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光書込型表示記録媒体に高画質の画像情報を書き込む、薄型の光書込装置に関する。

近年、情報表示媒体として、紙媒体や電子ディスプレイデバイスの他に、電子ディスプレイと紙の両者の長所を併せ持った電子ペーパーまたはデジタルペーパーと呼ばれる情報表示記録媒体が注目されている。そのような情報表示記録媒体の１つとして、光で画像情報を書き込む光書き込み型表示記録媒体が知られており、同時に、その媒体に画像状の２次元光パターンを照射して画像情報を書き込む光書込装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来の光書込装置は、アレイ状に配置した指向性を有するＬＥＤ光源を透過型ＬＣＤ等の光変調素子直下にバックライトとして複数設置した構成になっており、複数のＬＥＤ光源から射出される光の重複による光強度分布の偏りを減らして平均化するために、ＬＥＤ光源と透過型ＬＣＤパネルをある程度の距離を置いて設置していた。
特開２００１−３０１２３３号公報

しかし、従来の構成では、ＬＥＤ光源と透過型ＬＣＤパネルとの間に距離があるため、光書込装置の薄型化は困難であるという問題点があった。

また、従来の構成で用いられる指向性の高いＬＥＤ光源が、レンズ状の樹脂構造内に発光部を有する構成であるために、指向性の低いものと比較して高さがあることも、光書込装置の薄型化を困難にしていた。

また、光強度の分布を平均化する構成になってはいるものの、平均化は完全ではなく、隣接したＬＥＤ光源から射出された光が重なる点では書き込み画像の解像度が下がるという問題点があった。

従って、本発明の目的は、装置全体を薄型化し、かつ、光書込型表示記録媒体への書き込み画像の高画質化を実現する光書込装置を提供することである。

本発明一態様は、上記目的を達成するため、光書込型表示記録媒体に光を照射することによって画像を書き込む光書込装置であって、光を発生する単一の光源と、前記光を受けて、前記光書込型表示記録媒体に書き込む画像光を照射する光変調素子とを備えることを特徴とする光書込装置を提供する。

前記単一の光源として、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ハロゲンランプ等の点光源や冷陰極管等の線光源を用いることができる。

前記光変調素子として、ＴＮ（ツイステッド・ネマティック）液晶、ＳＴＮ（スーパ・ツイステッド・ネマティック）液晶等の透過型ＬＣＤパネルを用いることができる。

上記本発明の一態様に係る光書込装置によれば、光源を単一にすることで光強度分布の不規則な起伏（複数光源に起因する光量ピークと光量谷間）を無くし、光書込型表示記録媒体への書き込み画像の高画質化を実現することが可能となる。

また、本発明の光書込装置が集光レンズを備える場合、光源から射出される光を集光することにより光路長を短くすることができるため、光書込装置を薄型化することが可能となる。

前記集光レンズとして、平凸レンズ、両凸レンズ、平面のフレネルレンズを用いることができる。

また、前記集光レンズがフレネルレンズである場合、フレネルレンズが薄板状の軽量なアクリル樹脂からなることにより、肉厚の平凸レンズを集光レンズに用いる場合と比較して、光書込装置を軽量化したり、配置の自由度を上げることが可能となる。

また、前記集光レンズがフレネルレンズである場合、フレネルレンズが平凸レンズと比較して、大きな口径で同等の焦点距離を得ることができるため、光源から射出される光束をより多く取り込み、効率よく反射ミラー、光変調素子に光を伝達することが可能となる。

また、本発明の光書込装置が反射ミラーを備える場合、光源から射出される光を反射することにより光路を光変調素子に垂直な方向から曲げることができるため、光書込装置を薄型化することが可能となる。

また、本発明の光書込装置が反射ミラーを備え、光変調素子が反射ミラー側の表面に反射防止膜を備えた液晶表示素子である場合、特に反射ミラーと光変調素子との距離が近い箇所において、光の多重反射による画像光のコントラストの低下を防止することが可能となる。

前記反射防止膜として、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２等の互いに屈折率の異なる薄膜を約０．１〜０．３μｍの厚さに交互に積層した積層薄膜を用いることができる。

また、光書込装置が、単一の光源と集光レンズとを所定の位置関係に一体的に保持する第１の保持手段と、反射ミラーを所定の位置に保持する第２の保持手段とを有し、これらの第１及び第２の保持手段が、回転により角度を自由に変更可能な回転連結部により連結されている場合、光源、集光レンズ、及び反射ミラーの配置を適切な位置に調整した上で、それらの位置関係を崩さずに、光変調素子との位置関係を容易に調整することが可能となる。

本発明によれば、光書込装置を薄型化し、かつ、光書込型表示記録媒体への書き込み画像の高画質化を実現することができる。

〔第１の実施の形態〕
（光書込装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。

この光書込装置１００は、光を発生する単一の光源としてのＬＥＤ光源１０１と、ＬＥＤ光源１０１より射出された光を受けて、光書込型表示記録媒体１０３に書き込む画像光１０４を照射する光変調素子としての透過型ＬＣＤパネル１０２と、ＬＥＤ光源１０１、透過型ＬＣＤパネル１０２、及び光書込型表示記録媒体１０３に電圧を印加する電圧印加部１０５と、画像記憶部１０７に記憶されている画像データに基づいて電圧印加部１０５を制御する制御部１０６とを有して概略構成されている。

ＬＥＤ光源１０１は、ＬＥＤチップ１０１ａをドーム状の透明樹脂からなる封止部材１０１ｂにより封止した構造を有する。封止部材１０１ｂは、ＬＥＤチップ１０１ａの射出光に広い指向性を与えるレンズ機能を有する。

電圧印加部１０５は、透過型ＬＣＤパネル１０２の後述する一対の電極に接続された一対の受電部に電圧を印加するための一対の給電部と、光書込型表示記録媒体１０３の後述する一対の電極に接続された一対の受電部に電圧を印加するための一対の給電部とを備える。

制御部１０６は、ＣＰＵ、光書込型表示記録媒体１０３に画像を書き込むためのプログラムが格納されたＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、インターフェース回路等を備える。また、ＣＰＵにインターフェース回路を介してユーザの操作を受け付ける操作部やディスプレイが接続されていてもよい。これにより、画像記憶部１０７から画像を読み出してディスプレイに表示し、操作部の操作により光書込型表示記録媒体１０３に書き込む画像を選択することができる。

画像記憶部１０７は、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＷ、ハードディスク、半導体メモリ等を用いることができる。

（透過型ＬＣＤパネルの構成）
図２は、透過型ＬＣＤパネルの断面図を示す。この透過型ＬＣＤパネル１０２は、第１及び第２の配向膜２０１Ａ、２０１Ｂで挟まれたＴＮ（ツイステッド・ネマティック）液晶からなる液晶層２００と、透明な第１及び第２の電極２０２Ａ、２０２Ｂを有して液晶層２００を挟むように対向配置されたガラス基板等からなる透明な第１及び第２の基板２０３Ａ、２０３Ｂと、第１及び第２の基板２０３Ａ、２０３Ｂの外側にそれぞれ配置され、偏光軸方向が互いに直交する偏光板２０４Ａ、２０４Ｂとを備える。

第１及び第２の電極２０２Ａ、２０２Ｂは、互いに直交する複数の行電極と複数の列電極を用い、パッシブ・マトリックス駆動（単純マトリックス駆動）により各画素を駆動してもよい。また、第１及び第２の電極２０２Ａ、２０２Ｂは、全面電極と複数の画素電極を用い、互いに直交する複数のデータ線と複数の走査線との各交点にＴＦＴ等のアクティブ素子をそれぞれ接続し、アクティブ・マトリックス駆動により各画素を駆動してもよい。

（光書込型表示記録媒体の構成）
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれタイプの異なる光書込型表示記録媒体の断面図を示す。図３（ａ）に示す光書込型表示記録媒体１０３は、対向配置されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからなる透明の第１及び第２の基板３００Ａ、３００Ｂと、第１及び第２の基板３００Ａ、３００Ｂの内側に形成されたＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明の第１及び第２の電極３０１Ａ、３０１Ｂと、第２の電極３０１Ｂの内側に設けられるとともに、印加される電圧に応じて反射率（透過率）が変化する液晶層３０２と、第１の電極３０１Ａの内側に配置され、光の照射によって抵抗値が小さくなる光導電層３０３と、液晶層３０２と光導電層３０３との間に配置された光吸収層３０４とを備える。

液晶層３０２は、コレステリック液晶が封入されたマイクロカプセル３０２ａを有して構成されている。

光導電層３０３は、電荷輸送層と、この電荷輸送層の両側に積層された一対の電荷発生層とからなる。これにより、液晶層３０２への交流電圧の印加が可能となるため、液晶層３０２の劣化を抑えることができ、駆動電圧の低電圧化、光書込型表示記録媒体１０３の高寿命化を実現することができる。

図３（ｂ）に示す光書込型表示記録媒体１０３は、図３（ａ）に示した光書込型表示記録媒体１０３において、光吸収層３０４を第２の電極３０１Ｂの内側に配設し、液晶層３０２と光導電層３０３の間に隔離層３０６を追加したものであり、その他の構成は図３（ａ）と同様である。

（光書込装置の動作）
次に、本実施の形態の光書込装置１００の動作を説明する。なお、透過型ＬＣＤパネル１０２の液晶層２００は、電圧を印加していないときに白表示となるノーマリーホワイトで行う場合について説明する。制御部１０６は、画像記憶部１０７に記憶されている画像データに基づいて電圧印加部１０５を制御する。電圧印加部１０５は、ＬＥＤ光源１０１に電圧を印加して点灯させるとともに、画像データに応じて透過型ＬＣＤパネル１０２の第１及び第２の電極２０２Ａ、２０２Ｂ間に所定の電圧を印加し、光書込型表示記録媒体１０３の第１及び第２の電極３０１Ａ、３０１Ｂ間に所定の交流電圧を印加する。

次に、透過型ＬＣＤパネル１０２において、液晶層２００のうち、電圧が印加された第１及び第２の電極２０２Ａ、２０２Ｂ間に在る部分（画素）は、液晶分子が垂直状態となり、第１及び第２の偏光板２０４Ａ、２０４Ｂとの組合せでＬＥＤ光源１０１からの入射光２０５の通過が阻止される。一方、電圧が印加されていない第１及び第２の電極２０２Ａ、２０２Ｂ間に在る部分（画素）は、液晶分子がねじれて、ＬＥＤ光源１０１からの入射光２０５が第１及び第２の偏光板２０４Ａ、２０４Ｂを通過する。このようにして画像光１０４が生成され、光書込型表示記録媒体１０３に照射される。

（図３（ａ）に示す光書込型表示記録媒体）
画像光１０４が光書込型表示記録媒体１０３に照射されると、図３（ａ）に示す光書込型表示記録媒体１０３では、画像光１０４が、第１の基板３００Ａ及び第１の電極３０１Ａを通過し、光導電層３０３に到達する。

光導電層３０３は、光が照射された部分の抵抗値が小さくなり、それにより、光導電層３０３とのインピーダンス比で決まる液晶層３０２の分圧が増加し、その電圧印加を停止した後の液晶層３０２における光反射率が大きくなる。従って、画像の書込みが終了した後、光書込型表示記録媒体１０３の表面１０３ａに照明光が照射された場合に、液晶層３０２の画像光１０４が照射された領域は、反射率が大きくなるために照明光が反射して白く見え、画像光１０４が照射されなかった領域は、照明光が液晶層３０２を透過して光吸収層３０４で吸収されるために黒く見える。これを視線３０５の方向から画像として見ることができる。この画像は、第１及び第２の電極３０１Ａ、３０１Ｂへの電圧印加が消失した後でも、長時間保持される。

（図３（ｂ）に示す光書込型表示記録媒体）
図３（ｂ）に示す光書込型表示記録媒体１０３の場合は、画像光１０４は、第１の基板３００Ａ、第１の電極３０１Ａ、液晶層３０２及び隔離層３０６を順次通過し、光導電層３０３に到達する。

光導電層３０３は、光が照射された部分の抵抗値が小さくなり、それにより、光導電層３０３とのインピーダンス比で決まる液晶層３０２の分圧が増加し、その電圧印加を停止した後の液晶層３０２における光反射率が大きくなる。従って、光書込型表示記録媒体１０３の裏面１０３ｂに照明光が照射された場合、光が照射された領域は液晶層３０２で反射して白く見え、光が照射されていない領域は液晶層３０２を通過して光吸収層３０４で吸収されるために黒く見える。これを視線３０５の方向から画像として見ることができる。この画像は、第１及び第２の電極３０１Ａ、３０１Ｂへの電圧印加が消失した後でも、長時間保持される。

（第１の実施の形態の効果）
上記第１の実施の形態によれば、光源を単一にすることで光強度分布の偏りを無くし、光書込型表示記録媒体への書き込み画像の高画質化を実現することが可能となる。

〔第２の実施の形態〕
（光書込装置の構成）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。第１の実施の形態との違いは、ＬＥＤ光源１０１の封止部材１０１ｂがレンズとしての集光機能が弱く、射出光の指向性が低くなっている点と、ＬＥＤ光源１０１から射出される光を集光する集光レンズである平凸レンズ１０８が設けられている点である。その他の構成および動作は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

（第２の実施の形態の効果）
上記第２の実施の形態によれば、指向性の低いＬＥＤ光源１０１から射出される光を平凸レンズ１０８を用いて集光することにより、光路長を短くすることができるため、光書込装置を薄型化することが可能となる。

〔第３の実施の形態〕
（光書込装置の構成）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。第２の実施の形態との違いは、集光レンズに平凸レンズ１０８の代わりに平板状のアクリル樹脂からなるフレネルレンズ１０９を用いている点である。その他の構成および動作は第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

（第３の実施の形態の効果）
上記本発明の第３の実施の形態によれば、フレネルレンズ１０９が軽量な平板状のアクリル樹脂からなることにより、肉厚の平凸レンズ１０８を集光レンズに用いる場合と比較して、光書込装置を軽量化することが可能となる。

また、フレネルレンズ１０９が平凸レンズ１０８と比較して、大きな口径で同等の焦点距離を得ることが出来るため、ＬＥＤ光源１０１ら射出される光束をより多く取り込み、効率よく透過型ＬＣＤパネル１０２に光を伝達することが可能となる。

〔第４の実施の形態〕
（光書込装置の構成）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。第３の実施の形態との違いは、反射ミラー１１０を設けて、ＬＥＤ光源１０１から射出される光を反射させている点である。その他の構成および動作は第３の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

（第４の実施の形態の効果）
上記第４の実施の形態によれば、反射ミラー１１０を設けることによりＬＥＤ光源１０１から射出される光の光路を透過型ＬＣＤパネル１０２に垂直な方向から曲げることができるため、光書込装置を薄型化することが可能となる。

〔第５の実施の形態〕
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。第４の実施の形態との違いは、透過型ＬＣＤパネル１０２の表面に反射防止膜１１１が設けられている点である。その他の構成および動作は第４の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

（反射防止膜の構成）
図８は、本発明の第５の実施の形態に係る反射防止膜の断面図である。図８に示す反射防止膜１１１は、互いに屈折率の異なるＳｉＯ_２膜１１１ａとＴｉＯ_２膜１１１ｂを交互に積層した構造を有し、透過型ＬＣＤパネル１０２の反射ミラー１１０側の表面に設けられる。

（第５の実施の形態の効果）
上記第５の実施の形態によれば、反射ミラー１１０側の表面に反射防止膜１１１が設けられたことにより、特に反射ミラー１１０と透過型ＬＣＤパネル１０２との距離が近い箇所において、反射ミラー１１０と透過型ＬＣＤパネル１０２との間の光の多重反射による画像光１０４のコントラストの低下を防止することが可能となる。

〔第６の実施の形態〕
図９は、本発明の第６の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。第５の実施の形態との違いは、回転により角度を自由に変更可能な回転連結部１１２ｃにより連結された、ＬＥＤ光源１０１とフレネルレンズ１０９とを所定の位置関係に一体的に保持する第１の保持手段１１２ａと、反射ミラー１１０を所定の位置に保持する第２の保持手段１１２ｂとが設けられている点である。

（第６の実施の形態の効果）
上記第６の実施の形態によれば、ＬＥＤ光源１０１、フレネルレンズ１０９、及び反射ミラー１１０の配置を適切な位置に調整した上で、それらの位置関係を崩さずに、透過型ＬＣＤパネル１０２との位置関係を容易に調整することが可能となる。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態で説明した微小構造体の形状や材料は一例であり、別のものに置き換えることも可能である。

また、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において上記各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。例えば、光書込装置１００が、封止部材１０１ｂがＬＥＤチップ１０１ａの射出光に広い指向性を与えるレンズ機能を有するＬＥＤ光源１０１と、平凸レンズ１０８又はフレネルレンズ１０９の集光レンズとを備える構成であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る透過型ＬＣＤパネルの断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光書込型表示記録媒体の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。 本発明の第５の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。 本発明の第５の実施の形態に係る反射防止膜の断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る光書込装置の構成図である。

符号の説明

１００ 光書込装置
１０１ ＬＥＤ光源
１０１ａ ＬＥＤチップ
１０１ｂ 封止部材
１０２ 透過型ＬＣＤパネル
１０３ 光書込型表示記録媒体
１０３ａ 表面
１０３ｂ 裏面
１０４ 画像光
１０５ 電圧印加部
１０６ 制御部
１０７ 画像記憶部
１０８ 平凸レンズ
１０９ フレネルレンズ
１１０ 反射ミラー
１１１ 反射防止膜
１１１ａ ＳｉＯ_２膜
１１１ｂ ＴｉＯ_２膜
１１２ａ 第１の保持手段
１１２ｂ 第２の保持手段
１１２ｃ 回転連結部
２００ 液晶層
２０１Ａ 第１の配光膜
２０１Ｂ 第２の配光膜
２０２Ａ 第１の電極
２０２Ｂ 第２の電極
２０３Ａ 第１の基板
２０３Ｂ 第２の基板
２０４Ａ 第１の偏光板
２０４Ｂ 第２の偏光板
２０５ 入射光
３００Ａ 第１の基板
３００Ｂ 第２の基板
３０１Ａ 第１の電極
３０１Ｂ 第２の電極
３０２ 液晶層
３０２ａ マイクロカプセル
３０３ 光導電層
３０４ 光吸収層
３０５ 視線
３０６ 隔離層

Claims (9)

1. 光書込型表示記録媒体に光を照射することによって画像を書き込む光書込装置において、
   光を発生する単一の光源と、
   前記光を受けて、前記光書込型表示記録媒体に画像光を照射する光変調素子とを備えることを特徴とする光書込装置。
2. 前記単一の光源は、前記光書込型表示記録媒体の光感度領域に含まれる波長を有する前記光を発生する単色光源であることを特徴とする請求項１に記載の光書込装置。
3. 前記単一の光源からの前記光を集光する集光レンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の光書込装置。
4. 前記単一の光源は、前記集光レンズの焦点距離よりも前記集光レンズに近い位置に設置されたことを特徴とする請求項３に記載の光書込装置。
5. 前記集光レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする請求項３に記載の光書込装置。
6. 前記集光レンズは、透明樹脂からなるＬＥＤチップの封止部材であり、
   前記単一の光源は、前記ＬＥＤチップを前記封止部材により封止した構造を有することを特徴とする請求項３に記載の光書込装置。
7. 前記単一の光源からの前記光を反射する反射ミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載の光書込装置。
8. 前記光変調素子は、前記反射ミラー側の表面に反射防止膜を備えた液晶表示素子であることを特徴とする請求項１に記載の光書込装置。
9. 前記単一の光源と、前記集光レンズとを所定の位置関係に一体的に保持する第１の保持手段と、
   前記反射ミラーを所定の位置に保持する第２の保持手段とを有し、
   前記第１及び第２の保持手段は、回転により角度を自由に変更可能な回転連結部により連結されたことを特徴とする請求項１に記載の光書込装置。

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