JP2010181577A - 電圧印加装置および記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印加する記録電圧を、記録すべき画像に応じて変調して、光記録型表示媒体に画像の記録を行うこと。
【解決手段】記録装置は、制御部において、光照射部における走査光の走査と、電圧印加部における印加電圧の大きさとを同期して制御するとともに、印加電圧を画像情報に応じて変調することにより、光記録型の表示媒体である電子ペーパに画像を記録する。このとき、光導電層に光を照射する時に電圧印加を行うと、光電荷の発生効率が高くなることを利用して、画像の記録を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、電圧印加装置および記録装置に関する。

光記録型の表示媒体は、予め設定された記録電圧が印加され、記録電圧印加中に記録すべき画像に応じて光が照射されることにより、その画像が記録される。このような光記録型表示媒体に画像を記録する記録装置は、例えば、色を変えたい画素に相当する部分に光を照射し、その他の部分には照射されないようにして、照射する光の強度を変調することで画像を記録する（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１７４６１号公報

本発明は、光記録型表示媒体に対する画像の記録を、記録すべき画像に応じて変調される記録電圧を印加して行うことを目的とする。

本発明の請求項１に係る電圧印加装置は、印加される電圧に応じて配向が変化する液晶層と、前記液晶層と直列に電圧を印加される感光層であって、光が照射された部分において、印加される電圧に応じた量の光電荷を発生し、前記光電荷の発生量に応じて前記液晶層に印加される電圧を変化させる感光層とを有し、前記液晶層の配向に応じた画像を表示する光記録型表示媒体に対して、電圧を印加する電圧印加手段と、前記感光層に光が照射される間に、前記電圧印加手段によって印加される電圧の大きさを、光記録型表示媒体に表示させる画像を示す画像情報に応じて制御する電圧制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る電圧印加装置は、請求項１の構成において、前記電圧制御手段は、前記液晶層の配向が変化するために必要な電圧印加時間以上にわたって、予め設定された電圧以上の電圧が印加され続けないように、電圧の大きさを変化させることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る記録装置は、請求項１または請求項２に記載の電圧印加装置と、前記感光層に対して、光を照射する照射手段とを具備することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る記録装置は、請求項３の構成において、前記照射手段は、前記感光層に対して、走査しながら光を照射し、前記電圧制御手段は、前記光の走査に同期して電圧の大きさを制御することを特徴とする。

本発明の請求項５に係る記録装置は、請求項３または請求項４の構成において、前記照射手段は、予め設定された強度の光を照射することを特徴とする。

本発明の請求項６に係る記録装置は、請求項３または請求項４の構成において、前記照射手段は、前記画像情報に応じて強度が変化する光を照射することを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、光記録型表示媒体に対する画像の記録を、記録すべき画像に応じて変調される記録電圧を印加して行うことができる。
本発明の請求項２に記載の発明によれば、同構成を有しない場合に比べ、記録される画像の表示のコントラストを向上させることができる。
本発明の請求項３に記載の発明によれば、記録すべき画像に応じて変調して、光記録型表示媒体に画像の記録を行うことができる。
本発明の請求項４に記載の発明によれば、同構成を有しない場合に比べ、記録される画像の精度を向上させることができる。
本発明の請求項５に記載の発明によれば、同構成を有しない場合に比べ、画像記録のときの光照射の制御を容易にすることができる。
本発明の請求項６に記載の発明によれば、同構成を有しない場合に比べ、画像記録のときの記録電圧の制御を容易にすることができる。

実施形態に係る記録装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る電子ペーパの構成を示す図である。 実施形態に係る印加電圧と、液晶分圧との関係の一例を示す図である。 液晶分圧と反射率の関係の一例を示す図である。 画像の記録における走査光の走査について説明する図である 画像の記録における印加電圧の変化の態様を示す図である。 変形例１に係る印加電圧と、液晶分圧との関係の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る記録装置１００の構成を示すブロック図である。記録装置１００は、記録装置１００に保持された電子ペーパ２００に対して、画像情報に応じた画像を記録する装置である。記録装置１００は、制御部１１０、操作部１２０、光照射部１３０、電圧印加部１４０および情報取得部１５０を備える。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置やメモリなどの記憶手段を備え、記録装置１００の各部の動作を制御する。操作部１２０は、利用者が記録装置１００に対して選択、確認、取り消しなどの指示を行うための操作を行うタッチパネル、キーボードなどの操作手段であって、操作内容を示す情報を制御部１１０に出力する。

光照射部１３０は、電子ペーパ２００に対して画像を記録するときに、光を照射する光源を有している。この光源は半導体レーザなどであって、光源から発生した光を、回転するポリゴンミラーなどの反射物に反射させて、電子ペーパ２００に対してスポット上の光を照射する。光照射部１３０は、制御部１１０の制御により、スポット状の光が電子ペーパ２００を走査して照射するように制御される。なお、この光源は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が線状に配置され、画像を記録する解像度に応じた範囲に各ＬＥＤの光を収束するレンズを備えたＬＥＤアレイであってもよいし、面状の光源であってもよい。

電圧印加部１４０は、制御部１１０の制御により、図示しない電極を介して電子ペーパ２００に記録電圧を印加する。記録装置１００に電子ペーパ２００が保持されているときに、電圧印加部１４０が記録電圧の印加を行うと、後述する電子ペーパ２００の透明電極２２０、２６０間に電位差が生じるようになっている。この記録電圧は、制御部１１０により時刻の進行とともに変化するように制御され、この変化は上記光照射部１３０における光の走査と同期するように制御されている。記録電圧の変化の態様については後述する。

情報取得部１５０は、図示しない記憶手段、外部装置から、制御プログラム、画像を示す画像情報など各種情報を取得する。この例においては、有線、無線などによる通信手段を用いて外部装置からの情報取得の機能を実現している。なお、外部装置より、各種情報を取得する手段は、通信手段に限らず、ＵＳＢメモリ、メモリカードなどの半導体メモリ、ＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクなどから取得するインターフェースであってもよい。以上が記録装置１００の構成についての説明である。

図２は、本発明の実施形態に係る光記録型の表示媒体である電子ペーパ２００の構成を示す図である。電子ペーパ２００は、予め設定された記録電圧が印加されているときに照射された光に応じて記録される画像を表示する表示媒体であって、フィルム基板２１０、２７０、透明電極２２０、２６０、光導電層２３０、着色層２４０、および表示層２５０を有し、これらによって画像が表示されるように構成されている。電子ペーパ２００においては、画像の記録が複数回行えるようになっている。電子ペーパ２００に画像を記録するには、透明電極２２０、２６０間に電圧が印加された状態で、光を照射する。

フィルム基板２１０、２７０は、電子ペーパ２００の表面を保護するために設けられた層である。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である。フィルム基板２１０は画像を記録するための記録光、初期化するためのリセット光を照射する側に設けられている。フィルム基板２７０は、記録された画像を使用者が観察する側に設けられている。透明電極２２０、２６０は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）を有する層である。透明電極２２０、２６０のそれぞれは、図示しない電極を有している。その電極に電圧が印加されると、透明電極２２０、２６０間に電位差が生じる。

光導電層２３０は、照射される光の強度に応じて光電荷が発生することにより、その導電率を異ならせる導電体を有する感光層である。この光導電層２３０は、光照射のときに印加される記録電圧が大きいと、発生する光電荷も大きくなるようになっている。詳細は後述する。光導電層２３０は、例えば、有機光導電体を用いる。着色層２４０は、表示層２５０が光を透過する場合に観察される層であり、黒などのあらかじめ決められた色になっている。

表示層２５０は印加される電圧に応じて配向が変化することにより光の反射状態を異ならせる表示素子を含む液晶層であって、バインダー樹脂中にマイクロカプセル状のコレステリック液晶表示素子を分散させたものである。コレステリック液晶表示素子は、電圧が印加されていないときの配向状態として、プレーナ配向状態とフォーカルコニック配向状態とになりうる。コレステリック液晶表示素子は、プレーナ配向状態の場合は光を反射して、あらかじめ決められた色を呈し、フォーカルコニック配向状態にある場合は光を透過して着色層２４０の色を呈する。これらの配向状態の制御については後述する。

ここで、光導電層２３０と表示層２５０とは直列に記録電圧が印加されて分圧され、光導電層２３０において光電荷が発生すると、表示層２５０に印加される電圧が変化して増加する。次に、光照射と記録電圧との関係により、光導電層２３０において発生する光電荷の量が変化することについて、一例を示して説明する。

図３は、透明電極２２０、２６０間に印加される記録電圧（以下、印加電圧という）と、表示層２５０に印加される電圧（以下、液晶分圧）との関係の一例を示す図である。図３（ａ）は、縦軸が液晶分圧を示し、横軸が時刻を示す。図３（ｂ）は、縦軸が印加電圧を示し、横軸が時刻を示す。

まず、光照射によっても印加電圧を変化させない場合について説明する。図３（ｂ）の実線で示すように、印加電圧が２００から６００ｍｓにわたって４００Ｖで変化しないものとし、４００ｍｓにおいて１０ｍｓ光が照射されたものとする。図３（ａ）の実線で示すように、液晶分圧は、光照射前にあっては２００Ｖであるが、光照射により光導電層２３０において光電荷が発生し、液晶分圧がＶ２に向上する。そして、印加電圧が切れると、表示層２５０は液晶分圧Ｖ２に応じた配向状態となる。

次に、光照射のときに印加電圧を変化させる場合について説明する。図３（ｂ）の破線で示すように、光照射がされる４００ｍｓにおいて、印加電圧を１０ｍｓの期間にわたり８００Ｖへ変化させる。図３（ａ）の破線で示すように、液晶分圧は、光照射前にあっては、上記のように２００Ｖであるが、光照射時に印加電圧を増加させたときには、印加電圧が４００Ｖに戻っても、液晶分圧はＶ２より大きいＶ１までしか下がらない。

このように、光導電層２３０の光電荷発生効率は、光照射時における電界強度に依存し、光照射時に印加電圧を増加させると、光導電層２３０の光電荷発生効率が向上して、光導電層２３０と直列に記録電圧が印加される表示層２５０に係る液晶分圧が増加することになる。次に、表示層２５０における液晶分圧とコレステリック液晶表示素子の各配向状態との関係についての説明をする。

図４は、表示層２５０の液晶分圧とコレステリック液晶表示素子の配向による反射率の関係を示す図であり、縦軸は反射率、横軸は液晶分圧を示す。プレーナ配向状態とは、表示層２５０のコレステリック液晶表示素子の螺旋軸がセル表面に垂直になり、入射光に対して選択反射現象を起こす状態である。フォーカルコニック配向状態とは、コレステリック液晶表示素子の螺旋軸がセル表面に平行になり、入射光を透過させる状態である。ホメオトロピック配向状態とは、コレステリック液晶表示素子の螺旋軸がほどけ液晶ダイレクタが電界方向を向き、入射光を透過させる状態である。

プレーナ配向状態とフォーカルコニック配向状態は、無電界で双安定に存在する。液晶分圧が増加していくと、フォーカルコニック配向状態となり、しきい値電圧Ｖｆｈを超えると、ホメオトロピック配向状態となる。ホメオトロピック配向状態において、印加電圧を切って液晶分圧を予め設定された時間より短い時間（以下、単に短時間という）で急激にゼロにすると、プレーナ配向状態に変化し、プレーナ配向状態として維持され安定する。

ここで、図３および図４を用いて、この例における液晶分圧Ｖ１、Ｖ２としきい値電圧Ｖｆｈとの関係について説明する。制御部１１０は、Ｖ１＞Ｖｆｈ＞Ｖ２となるように、光照射部１３０によって照射される光の強度、電圧印加部１４０によって印加される記録電圧の変化の態様を制御する。

このようにＶ１とＶ２を設定すると、液晶分圧がＶ１のとき、表示層２５０のコレステリック液晶表示素子は、ホメオトロピック配向状態になる。その後、液晶分圧が短時間でゼロになると、上述の通り、ホメオトロピック配向状態は、プレーナ配向状態となり安定し、例えば、白色を表示する。

一方、液晶分圧がＶ２のとき、表示層２５０のコレステリック液晶表示素子は、フォーカルコニック配向状態となる。その後、液晶分圧が低下しても、フォーカルコニック配向状態は維持され安定し、例えば、着色層２４０の黒色を表示する。

すなわち、制御部１１０は、電子ペーパ２００への画像の記録のときには、白色を表示させたい画素が光照射部１３０からの光によって照射されているときに、印加する記録電圧を上昇させるように制御し、液晶分圧がＶｆｈを越えるようにする。一方、黒色を表示させたい画素については、印加する記録電圧を上昇させないように制御し、液晶分圧がＶｆｈを越えないようにする。以上が、電子ペーパ２００の構成の説明である。

次に、記録装置１００における電子ペーパ２００に対する画像の記録動作について、図５、図６を用いて説明する。記録装置１００に電子ペーパ２００が保持され、利用者による操作部１２０の操作により画像の記録が指示されると、制御部１１０は、記録すべき画像の画像情報を情報取得部１５０において取得させる。そして、制御部１１０は、その画像情報に応じて光照射部１３０および電圧印加部１４０を制御する。

図５は、画像の記録の一例を示す図である。図５（ａ）は、電子ペーパ２００の画像が記録される領域を示す図である。この例においては、９個の画素を想定し、画素（１）から（９）は画素の番号を示す。図５（ｂ）は、光照射部１３０から電子ペーパ２００に対して照射されるスポット状の走査光１３０ａの走査順を示す図である。この図に示すように、走査光１３０ａは、画素（１）→（２）→・・・→（９）の順に走査するように制御部１１０によって制御される。この例においては、各画素に照射される走査光１３０ａは
予め設定された強度に制御されている。

図５(ｃ)は、画像情報が示す画像、すなわち電子ペーパ２００に記録されるべき画像を示す図である。画素（１）、（３）、（４）、（６）、（９）は白色表示すなわちプレーナ配向状態にすべき画素であり、画素（２）、（５）、（７）、（８）は黒色表示すなわちフォーカルコニック配向状態にすべき画素である。

図６は、図５に示すように各画素に走査光１３０ａが照射され、画像を記録するときに、電圧印加部１４０において印加される記録電圧の変化の態様を示す図である。この図の縦軸は印加電圧を示し、縦軸は時刻を示す。また、横軸に記載されている照射位置については、その時刻に走査光１３０ａが照射されている画素の番号を示している。ここで、照射されている画素とは、例えば、走査光１３０ａの中心の位置を含む画素とすればよい。なお、この記録電圧は、直流の記載となっているが、これを振幅とした交流駆動としてもよい。

また、図中のＶａは、液晶分圧がＶ２になる印加電圧であり、図３における４００Ｖに相当する。一方、Ｖｂは、液晶分圧がＶ１になるように電圧を上昇させるときのピークとなる印加電圧であり、図３における８００Ｖに相当する。ここで、各画素に対応する部分の液晶分圧は、Ｖ１、Ｖ２になるように制御されるが、印加電圧の変動により液晶分圧も変動する。したがって、各画素に対応する部分における液晶分圧は電圧の印加中における平均値がしきい値Ｖｆｈより大きくなる（Ｖ１）か、しきい値Ｖｆｈより小さくなる（Ｖ２）となるように、印加電圧のＶａ、Ｖｂが制御されている。

また、印加電圧がＶｂに上昇したときに、黒色表示となるべき画素がホメオトロピック配向状態になることを防ぐため、コレステリック液晶表示素子の配向状態が変化するために必要な電圧印加時間以上にわたって、液晶分圧がしきい値Ｖｆｈを超えた状態が続かないように、制御部１１０によって印加電圧が変化するように制御される。なお、印加電圧がＶｂである期間が続いても、光が照射されたときに印加電圧がＶａであれば、印加電圧がＶａのときに光が照射された場所における液晶分圧がＶｆｈを超えないように、ＶｆｈとＶａとＶｂとの関係が設定されていてもよい。

図５（ａ）は、各画素における印加電圧をＶｂとする期間が、各画素への走査光１３０ａの照射期間にわたったものとする場合を示し、図５（ｂ）は、印加電圧をＶｂとする期間が、その照射期間の一部の期間となる場合、すなわち予め設定されたデューディ比で印加電圧をＶｂとする場合を示している。この例においては、制御部１１０は、図５（ａ）に示す変化の態様で印加電圧を制御するが、図５（ｂ）に示すように制御してもよい。いずれにしても、印加電圧をＶｂとする時間は、光導電層２３０において光電荷を発生させ、液晶分圧をＶ１とするために必要な時間より長くするとともに、上述したように、コレステリック液晶表示素子の配向状態が変化するために必要な電圧印加時間より短くすればよい。なお、印加電圧をＶｂとする時間に応じて、走査光１３０ａの走査速度、強度を設定してもよい。

まず、印加電圧をＶａとすると、各画素はフォーカルコニック配向状態となる。制御部１１０は、走査光１３０ａが画素（１）に照射されるときに、印加電圧を一時Ｖｂとする。これにより画素（１）における液晶分圧はＶ１となる。このとき画素（１）は、フォーカルコニック配向状態からホメオトロピック配向状態となる。走査光１３０ａが画素（２）に照射されるときには、印加電圧はＶａに維持され、液晶分圧がＶ２となる。このとき画素（２）は、フォーカルコニック配向状態が続く。そして画素（９）まで印加電圧の制御が行われ、電圧印加部１４０における電圧印加を停止すると、ホメオトロピック配向状態であった画素は、プレーナ配向状態となり白色表示され、フォーカルコニック配向状態であった画素は、そのまま黒色表示となり、電子ペーパ２００は、図５（ｃ）に示す表示となり、画像が記録される。なお、図５（ｃ）においては、画素単位で白、黒の表示としているが、これは簡易的に示したものであって、白色表示となる画素においても、印加電圧がＶｂである期間に走査光１３０ａが照射された領域以外は黒色のままとなる。

このように、本発明の実施形態に係る記録装置１００は、制御部１１０において、光照射部１３０における走査光１３０ａの走査と、電圧印加部１４０における印加電圧の大きさとを同期して制御するとともに、印加電圧を画像情報に応じて変調することにより、光記録型の表示媒体である電子ペーパ２００に画像を記録する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな形態で実施可能である。

＜変形例１＞
上述した実施形態においては、図３に示すように、液晶分圧Ｖ１、Ｖ２は、時刻の経過に対して、その値が変動しないものとして説明したが、図７に示すように、液晶分圧Ｖ１からＶ１Ｅに、また、Ｖ２からＶ２Ｅに減少する場合について説明する。

図７は、本変形例における印加電圧と、液晶分圧との関係の一例を示す図である。実施形態においては、制御部１１０は、Ｖ１＞Ｖｆｈ＞Ｖ２となるように光照射部１３０、電圧印加部１４０を制御していたが、本変形例の場合には、Ｖ１Ｅ＞Ｖｆｈであり、Ｖ２Ｅ＜Ｖｆｈとなるように制御すればよい。

＜変形例２＞
上述した実施形態においては、制御部１１０は、光照射部１３０からの走査光１３０ａの強度を、予め設定された強度になるように制御していたが、記録すべき画像を示す画像情報に応じて、この強度を変化させるように制御してもよい。この場合は、図５を例とすれば、白色とすべき画素に走査光１３０ａが照射されている間は強度を大きくし、黒色とすべき画素に照射されている間は強度を小さく、または発光を停止させてもよい。また、白色とすべき画素に走査光１３０ａが照射されている間であって、走査光１３０ａの中心が画素の中心に近いほど強度が大きくなるようにしてもよい。

＜変形例３＞
上述した実施形態においては、記録すべき画像は、各画素において白色または黒色の２階調としたが、さらに階調を増やしてもよい。この場合は、表示層２５０の反射率が、記録すべき画像の階調に対応する反射率になる液晶分圧になるように、印加電圧におけるＶｂ、または走査光１３０ａの強度を変化させればよい。

１００…記録装置、１１０…制御部、１２０…操作部、１３０…光照射部、１３０ａ…走査光、１４０…電圧印加部、１５０…情報取得部、２００…電子ペーパ、２１０，２７０…フィルム基板，２２０，２６０…透明電極、２３０…光導電層、２４０…着色層、２５０…表示層

Claims (6)

1. 印加される電圧に応じて配向が変化する液晶層と、前記液晶層と直列に電圧を印加される感光層であって、光が照射された部分において、印加される電圧に応じた量の光電荷を発生し、前記光電荷の発生量に応じて前記液晶層に印加される電圧を変化させる感光層とを有し、前記液晶層の配向に応じた画像を表示する光記録型表示媒体に対して、電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記感光層に光が照射される間に、前記電圧印加手段によって印加される電圧の大きさを、光記録型表示媒体に表示させる画像を示す画像情報に応じて制御する電圧制御手段と
   を具備することを特徴とする電圧印加装置。
2. 前記電圧制御手段は、前記液晶層の配向が変化するために必要な電圧印加時間以上にわたって、予め設定された電圧以上の電圧が印加され続けないように、電圧の大きさを変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧印加装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電圧印加装置と、
   前記感光層に対して、光を照射する照射手段と
   を具備することを特徴とする記録装置。
4. 前記照射手段は、前記感光層に対して、走査しながら光を照射し、
   前記電圧制御手段は、前記光の走査に同期して電圧の大きさを制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
5. 前記照射手段は、予め設定された強度の光を照射する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の記録装置。
6. 前記照射手段は、前記画像情報に応じて強度が変化する光を照射する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の記録装置。

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