JP2008129186A - 画像記録媒体及びそれを備えた画像表示デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で複数色の表示が可能な画像記録媒体を提供することである。
【解決手段】画像記録媒体１０は、対向する２枚の基板１１、１２と、両基板１１、１２間に充填され、照射された光量により異なる発色をするフォトクロミック材料１５と、フォトクロミック材料を区切るメッシュ１３によりマトリクス状に配置された複数の画素１４とを備えた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、フォトクロミック材料を用いた画像記録媒体及びそれを備えた画像表示デバイスに関する。

近年、不揮発性のフレキシブルな画像表示デバイスとして、いわゆる電子ペーパー等の画像記録媒体の開発が盛んに行われている。電子ペーパーとしては、白色や黒色の粒子を電界によって基板の表裏方向に移動させることで表示色を切り換える粒子移動型と、光を透過するか反射するかの２つの状態で双安定な、特殊な液晶分子の性質を利用したコレステリック液晶型とが実用段階に入っている。

しかし、粒子移動型やコレステリック液晶型の電子ペーパーでは、上記のように情報の記録及び消去に電圧等の電気エネルギーを使用する。そのため、基板側には電極やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の能動素子、及びそれらに電力を供給する回路や電源が必要となり、構造が複雑化してしまう。

そこで、回路や電源を必要としないフォトクロミック材料を用いた画像記録媒体が提案されている。例えば特許文献１には、カラートナーの波長吸収を用いてフォトクロミック材料に画像形成を行う構成が開示されている。また特許文献２には、３種類の対応波長の異なるフォトクロミック材料を用いたスクリーンに画像形成を行う構成が開示されている。また特許文献３には、カラーフィルタをストライプ状に配置してフォトクロミック材料に画像表示を行う構成が開示されている。また特許文献４には、発色の異なる３種類のフォトクロミック材料を積層した表示媒体を用いる構成が開示されている。
特開２００３−１５４７５号公報 特開平５−１９７０２１号公報 特許２５５００２９号公報 特開２００５−１７２９５７号公報

しかしながら、特許文献１〜４では、複数色を発色させるために、複数のフォトクロミック材料及びそれ以外の材料を用いたり、複数の波長を照射させたりしているので、簡単な構成であるとは言い難い。

本発明は、簡単な構成で複数色の表示が可能な画像記録媒体を提供することを目的とする。また、その画像記録媒体を備えた画像表示デバイス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本発明の画像記録媒体は、対向する２枚の基板と、両基板間に充填され、照射された光量により異なる発色をするフォトクロミック材料とを備えた構成とする。

上記の画像記録媒体において、前記フォトクロミック材料を区切るマトリクス状に配置された複数の画素を備えることが好ましい。

また上記の画像記録媒体において、前記フォトクロミック材料は、照射された光量により重合度が制御される材料であることが好ましい。

また上記の画像記録媒体において、前記フォトクロミック材料の一例としてイタコン酸ジエステルを用いることができる。

また上記の画像記録媒体において、一方の基板は透明であり、他方の基板は不透明であることが好ましい。

また本発明の画像表示デバイスは、上記の何れかの画像記録媒体の一方の面に、前記フォトクロミック材料側に可視光を発光する画像表示用光源を設けた構成とする。

また本発明の画像表示デバイスは、上記の何れかの画像記録媒体の一方の面に、前記フォトクロミック材料を発色させる画像記録用光源を設けた構成とする。

上記の画像表示デバイスにおいて、前記画像記録用光源と前記画像記録媒体との間に、前記画像記録用光源からの光を所定の領域に導く光路制御手段を設けることが好ましい。

この前記光路制御手段は、例えば、透過型液晶パネルや独立制御される複数の可動ミラーを備えたデジタルミラーデバイスとすることができる。

本発明を具体化すると、対向する２枚の基板と、両基板間に充填されたイタコン酸ジエステルと、前記イタコン酸ジエステルを区切るマトリクス状に配置された複数の画素とを有する画像記録媒体と、
前記画像記録媒体の一方の面に設けられ、前記イタコン酸ジエステル側に可視光を発光する画像表示用光源と、
前記画像記録媒体の一方の面に設けられ、前記イタコン酸ジエステルを重合させる画像記録用光源と、
前記画像記録用光源と前記画像記録媒体との間に、前記画像記録用光源からの光を所定の画素に導く透過型液晶パネルとを備えた画像表示デバイスとなる。

本発明によれば、２枚の基板と照射された光量により異なる発色をするフォトクロミック材料という簡単な構成で複数色の表示が可能な画像記録媒体を作製することができる。さらに、その画像記録媒体を用いて画像表示デバイスを作製することもできる。

図１は、第１の実施形態の画像記録媒体の部分平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、説明の便宜のため、本明細書の全ての図においてマトリクスの行方向若しくは列方向の５つの画素のみを示している。

画像記録媒体１０は、対向する２枚の基板１１、１２と、基板１１、１２間に設けられたメッシュ１３と、メッシュ１３により区切られマトリクス状に配置された複数の画素１４と、両基板１１、１２間であって画素１４内に充填されたフォトクロミック材料１５とから構成される。

基板１１、１２は、少なくとも一方の基板１２が透明基板であり、他方の基板１１は透明又は不透明な基板であればよい。つまり、少なくとも画像を表示する側の基板１２が透明基板であればよい。不透明な基板、例えば白色基板は、画像の裏面となる基板１１に使用することにより、画像のコントラストを向上させることができる。なお、不透明な基板を用いる代わりに透明な基板に不透明なシートを貼着してもよい。

また、基板１１、１２としては、ガラス板や、アクリル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板、樹脂シートなどを用いることができる。さらに、基板１１、１２に可撓性の樹脂シートを用い、メッシュ１３も可撓性材料で形成した場合、折り畳みや湾曲が可能なフレキシブルな画像記録媒体となり、持ち運び性が向上するとともに画像記録媒体が曲面へ装着可能となるため好ましい。

メッシュ１３は、隣接する画素１４を区切りフォトクロミック材料１５の流動を防いで画像を鮮明にする点で効果的であるが、必ずしも必要ではない。またメッシュ１３の材料としては特に限定はなく、金属や樹脂などの材料を適宜用いることができる。但し、メッシュ１３を透明材料で形成した場合、画像を記録する際に隣接する画素から照射光がリークして、遮光されるべき画素に照射されるおそれがあるので、遮光性の材料で形成することが好ましい。

フォトクロミック材料１５としては、本発明では、照射された光量により異なる発色をするフォトクロミック材料を用いる。このフォトクロミック材料１５には不可逆性の材料も含むものとする。例えば、イタコン酸ジエステルが好適に用いられる。イタコン酸ジエステルは高圧水銀ランプの光を照射する時間を制御することで青付近から緑付近の色まで発色状態が変化する。つまり、照射光の強さと照射時間とで決まる光量によって発色状態が変化する。これはイタコン酸ジエステルがラジカル重合することにより生じる現象である。

この画像記録媒体１０に、画素１４ごとに異なった光量の光を照射すると、各画素１４のフォトクロミック材料１５が光量に応じて異なる発色をするので、光量を制御することにより所望の画像を複数色で記録することができる。画像記録媒体１０への光照射はどちらの基板１１、１２側から行ってもよいが、画像の裏面となる基板１１に不透明基板を用いる場合は基板１２側から光照射しなければならない。画像の記録方法の詳細については後述する実施形態で説明する。

次に、画像記録媒体１０の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、画像記録媒体１０の各製造工程における部分断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、基板１１上に金属若しくは樹脂からなる遮光層１６を形成した後、図３（ｂ）に示すように、遮光層１６をパターニングしてメッシュ１３を形成する。パターニング法としては、例えば遮光層１６がスパッタリング法により形成された金属層である場合はエッチングが用いられ、また遮光層１６が紫外線硬化性樹脂で形成された場合はフォトリソグラフィ法が用いられる。

続いて、図３（ｃ）に示すように、基板１１上にフォトクロミック材料１５をメッシュ１３の高さまで流し込み、図３（ｄ）に示すように、メッシュ１３に基板１２を貼り合わせる。貼り合わせは、接着剤を用いてもよいし、熱圧着などにより行ってもよい。

なお、製造方法は図３（ａ）〜（ｄ）に示した方法に限定されることはない。例えば、メッシュ１３は格子状の樹脂などを用意して基板１１又は１２に貼着するようにしてもよい。

図４は、第２の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。画像表示デバイス２０は、画像記録媒体１０の一方の面に、フォトクロミック材料１５側に可視光を発光する画像表示用光源２１を設けた構成である。

図４では、基板１１側から光照射されるように光源ユニット２２が設けられている。光源ユニット２２は、導光板２３、反射シート２４、画像表示用光源２１から構成される。画像表示用光源２１から導光板２３の端面に入射した光は、導光板２３の内面で乱反射を繰り返しながら隅々まで行き渡り、導光板２３の下面に積層された反射シート２４により上方向に反射されて導光板２３の上面より射出される。なお、導光板２３を設けずに画像記録媒体の裏面全体に画像表示用光源２１を設けてもよいが、光源が多数必要となり厚みも増すため、導光板２３を用いて横方向から光を導入する図４の構成が好ましい。

そして導光板２３の上面より射出された可視光は、基板１１、フォトクロミック材料１５、基板１２の順に通る。したがって、画像記録媒体１０に記録された画像を自然光で見るよりも鮮明に見ることができる。

図５は、第３の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。画像表示デバイス３０は、画像記録媒体１０の一方の面に、フォトクロミック材料１５を発色させる画像記録用光源３１を設けた構成である。画像記録用光源３１としては、例えばイタコン酸ジエステルに対しては高圧水銀ランプを用いることができる。

図５では、基板１１側から光照射されるように光源ユニット３２が設けられている。光源ユニット３２は光源が画像記録用光源３１になっただけでその他の構成は光源ユニット２２と同じであるので詳細な説明を省略する。

光源ユニット３２と画像記録媒体１０との間には、画像記録用光源３１からの光を所定の領域（画素）に導く光路制御手段である透過型液晶パネル４０が設けられている。透過型液晶パネル４０は、対向する２枚のガラス基板４１、４２の間に液晶４３を封入したものである。ここでは電圧無印加のときに液晶分子長軸が基板表面に対して垂直に配向して黒表示となり、電圧印加で液晶分子長軸が基板表面に対して平行に配向して白表示となる、いわゆる垂直配向型ノーマリブラック方式を採用している。なお、ガラス基板４１、４２に配置される透明電極やＴＦＴなどは記載を省略している。

図６は、第３の実施形態の画像表示デバイス３０に画像が記録される様子を示す部分断面図である。まず、透過型液晶パネル４０の所定の液晶セルにのみ電圧を印加する。これにより、電圧印加部分の液晶分子長軸が基板表面と平行に倒れて白表示４３ａとなる。一方、電圧が印加されなかった部分は液晶分子長軸が基板表面に対し垂直に配向して黒表示４３ｂとなる。この白表示４３ａと黒表示４３ｂとの組み合わせを時間制御することにより透過型液晶パネル４０を透過する光量を制御する。

液晶セルの大きさは画像記録媒体１０の画素１４の大きさに対応しており、各液晶セルに対向して各画素１４が配置されている。したがって、透過型液晶パネル４０を透過した光は対向する画素１４に入射し、その画素１４内のフォトクロミック材料１５は光量に応じた発色をする。

このように、透過型液晶パネル４０によって画像記録媒体１０の各画素１４つまりフォトクロミック材料１５に照射される光量を制御することにより、画像記録媒体１０に複数色で所望の画像を記録させることができる。

図７は、第４の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。画像表示デバイス５０は、画像記録媒体１０の一方の面に、フォトクロミック材料１５を発色させる画像記録用光源３１を設けた構成である。画像記録用光源３１としては、例えばイタコン酸ジエステルに対しては高圧水銀ランプを用いることができる。

画像記録用光源３１と画像記録媒体１０との間には、画像記録用光源３１からの光を所定の領域（画素）に導く光路制御手段であるデジタルミラーデバイス（登録商標）（以下、ＤＭＤと記す）５１が設けられている。ＤＭＤ５１は、独立制御される複数の可動ミラー５２を備えている。可動ミラー５２は、画像記録媒体１０の画素１４と同数が画素１４と同様の配置で設けられている。

画像記録媒体１０に画像を記録する場合は、画像データ信号に対応させて可動ミラーを駆動して所定角度に所定時間だけ傾斜させることにより、画像記録用光源３１からの光を所定の可動ミラーで反射させて所定時間だけ対応する画素１４に照射させる。これにより、各画素１４内のフォトクロミック材料１５は光量に応じた発色をする。

このように、ＤＭＤ５１によって画像記録媒体１０の各画素１４つまりフォトクロミック材料１５に照射される光量を制御することにより、画像記録媒体１０に複数色で所望の画像を記録させることができる。

図８は、第５の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。画像表示デバイス６０は、画像記録媒体１０の一方の面に、フォトクロミック材料１５を発色させる微小な画像記録用光源３１を複数設けた構成である。

図８では、基板１１側から光照射されるように光源ユニット６１が設けられている。ここで画像記録用光源３１は画像記録媒体１０の画素１４と同数が画素１４と同様の配置で設けられている。各画像記録用光源３１の光を対応する画素１４に導くため、各画像記録用光源３１はセルに区切られた筐体６２に収納されている。

画像記録媒体１０に画像を記録する場合は、画像データ信号に対応させて各画像記録用光源３１を所定時間だけ点灯させることにより、各画素１４に所定の光量を照射させる。これにより、各画素１４内のフォトクロミック材料１５は光量に応じた発色をする。

このように、各画素１４に対応する複数の画像記録用光源３１によって画像記録媒体１０の各画素１４つまりフォトクロミック材料１５に照射される光量を制御することにより、画像記録媒体１０に複数色で所望の画像を記録させることができる。

なお、第５の実施形態において、画像記録用光源３１は１列だけにして光源ユニットを行方向に駆動させるモータを設け、画像記録媒体１０に対して光源ユニットを走査させながら画像を記録させるようにしてもよい。

なお、本発明において、画像表示用光源２１と画像記録用光源３１とは１つの光源で２種類の光を発する光源を用いてもよい。そうすれば、１つの画像表示デバイスで画像の記録と光源を用いた鮮明な画像表示とが可能となる。また、画像表示用光源２１と画像記録用光源３１とを１つの画像表示デバイスに格納し、選択的に発光させるようにしても同様の効果が得られる。

なお、上記の画像表示デバイスに関する実施形態において、画像記録媒体１０を着脱可能にしておくことにより、記録済みの画像記録媒体を未記録の画像記録媒体に交換すれば画像表示デバイスとして使用することができるので、コストを削減できるとともに、記録済みの画像記録媒体１０だけを取り外して持ち運ぶこともできる。

なお、上記の画像表示デバイスに関する実施形態において、光源及び光路制御手段として、ブラウン管や有機ＥＬ表示装置を用いてもよい。

本発明の画像記録媒体及び画像表示デバイスは、電子ペーパーやフォトスタンドとして好適に用いられる。具体的な用途としては、電子メールや電子新聞を持ち運ぶための個人用電子ペーパーや、写真を記録させたフォトスタンドや、電車内、駅のホームや店舗の外壁に設けられる広告表示媒体などに用いることができる。

第１の実施形態の画像記録媒体の部分平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）〜（ｄ）画像記録媒体の各製造工程における部分断面図である。 第２の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。 第３の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。 第３の実施形態の画像表示デバイスに画像が記録される様子を示す部分断面図である。 第４の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。 第５の実施形態の画像表示デバイスの部分断面図である。

符号の説明

１０ 画像記録媒体
１１、１２ 基板
１４ 画素
１５ フォトクロミック材料
２０、３０、５０、６０ 画像表示デバイス
２１ 画像表示用光源
３１ 画像記録用光源
４０ 透過型液晶パネル
５１ デジタルミラーデバイス

Claims (11)

1. 対向する２枚の基板と、両基板間に充填されたイタコン酸ジエステルと、前記イタコン酸ジエステルを区切るマトリクス状に配置された複数の画素とを有する画像記録媒体と、
   前記画像記録媒体の一方の面に設けられ、前記イタコン酸ジエステル側に可視光を発光する画像表示用光源と、
   前記画像記録媒体の一方の面に設けられ、前記イタコン酸ジエステルを重合させる画像記録用光源と、
   前記画像記録用光源と前記画像記録媒体との間に、前記画像記録用光源からの光を所定の画素に導く透過型液晶パネルとを備えた画像表示デバイス。
2. 対向する２枚の基板と、両基板間に充填され、照射された光量により異なる発色をするフォトクロミック材料とを備えた画像記録媒体。
3. 前記フォトクロミック材料を区切るマトリクス状に配置された複数の画素を備えたことを特徴とする請求項２記載の画像記録媒体。
4. 前記フォトクロミック材料は、照射された光量により重合度が制御される材料であることを特徴とする請求項２又は３記載の画像記録媒体。
5. 前記フォトクロミック材料は、イタコン酸ジエステルであることを特徴とする請求項２又は３記載の画像記録媒体。
6. 一方の基板は透明であり、他方の基板は不透明であることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の画像記録媒体。
7. 請求項２〜５の何れかに記載の画像記録媒体の一方の面に、前記フォトクロミック材料側に可視光を発光する画像表示用光源を設けたことを特徴とする画像表示デバイス。
8. 請求項２〜５の何れかに記載の画像記録媒体の一方の面に、前記フォトクロミック材料を発色させる画像記録用光源を設けたことを特徴とする画像表示デバイス。
9. 前記画像記録用光源と前記画像記録媒体との間に、前記画像記録用光源からの光を所定の領域に導く光路制御手段を設けたことを特徴とする請求項８記載の画像表示デバイス。
10. 前記光路制御手段は、透過型液晶パネルであることを特徴とする請求項９記載の画像表示デバイス。
11. 前記光路制御手段は、独立制御される複数の可動ミラーを備えたデジタルミラーデバイスであることを特徴とする請求項９記載の画像表示デバイス。

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