JP2010250004A - 記録装置、記録システムおよび記録方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低光量領域の光照射に対してより広い不感帯領域を有する特性となる駆動方法を提供すること。
【解決手段】液晶層に、ホメオトロピック配向となるしきい値を越える電圧が印加され、この電圧の印加と同期して、感光層のインピーダンスを変化させる第1の強度の光が表示媒体に照射される。この電圧の印加が無くなると、第1の強度よりも低い第2の強度を有し、フォーカルコニック配向となるしきい値を超える残留電圧がしきい値以上の時間継続して印加されないための光が表示媒体に照射される。
【選択図】図4
【解決手段】液晶層に、ホメオトロピック配向となるしきい値を越える電圧が印加され、この電圧の印加と同期して、感光層のインピーダンスを変化させる第1の強度の光が表示媒体に照射される。この電圧の印加が無くなると、第1の強度よりも低い第2の強度を有し、フォーカルコニック配向となるしきい値を超える残留電圧がしきい値以上の時間継続して印加されないための光が表示媒体に照射される。
【選択図】図4
Description
本発明は、記録装置、記録システムおよび記録方法に関する。
電子ペーパといわれる記録媒体が知られている。電子ペーパは、電圧等によりエネルギーを与えなくても表示を保持できる特性を有している。電子ペーパの表示を書き替えるための技術は、電子ペーパの構造に応じて種々のものが知られている。特許文献1は、プレーナリセットされた表示層をフォーカルコニック配向に変化させるとき、バイアス電圧とアドレス光を用いる技術を開示している。特許文献2は、初期段階、選択段階およびエボリューション段階の3段階で駆動する技術を開示している。液晶の配向状態は、選択期間の光照射により決定される。特許文献3は、駆動パルス印加後に発生する残留電圧を補助パルス電圧によって相殺し、プレーナ配向状態を形成する技術を開示している。光照射が液晶の配向状態の切り替えに用いられる。特許文献4は、光書き込み型の電子ペーパにおいて、プレーナリセット後、OPC層を充電し、その後の光照射で液晶層の配向状態を切り替える技術を開示している。
本発明は、書き込み後の記録媒体が、低光量領域の光照射に対してより広い不感帯領域を有する特性となる駆動方法を提供する。
請求項1に係る記録装置は、第1のしきい値を超える電圧を印加されると配向状態が第1の配向状態になり、前記第1の配向状態となった後に印加される電圧が第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続すると、前記第1の配向状態と異なる第2の配向状態に変化し、前記第2の配向状態となった後に印加される電圧が前記第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続しないと、前記第2の配向状態と光の反射率が異なる第3の配向状態に変化する液晶層、および照射される光に応じてインピーダンスが変化する感光層を有する表示媒体に、前記第1のしきい値を越える電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段による前記電圧の印加と同期して前記インピーダンスを変化させる第1の強度の光を前記表示媒体に照射し、前記電圧印加手段による電圧の印加が無くなると前記第1の強度よりも低い第2の強度を有しかつ残留電圧が前記第3のしきい値の時間未満で前記第2のしきい値以下に減衰させる光を前記表示媒体に照射する光照射手段とを有する。
請求項2に係る記録システムは、第1のしきい値を超える電圧を印加されると配向状態が第1の配向状態になり、前記第1の配向状態となった後に印加される電圧が第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続すると、前記第1の配向状態と異なる第2の配向状態に変化し、前記第の配向状態となった後に印加される電圧が前記第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続しないと、前記第2の配向状態と光の反射率が異なる第3の配向状態に変化する液晶層、および照射される光に応じてインピーダンスが変化する感光層を有する表示媒体と、前記表示媒体に、前記第1のしきい値を越える電圧を印加する電圧印加手段、および前記電圧印加手段による前記電圧の印加と同期して前記インピーダンスを変化させる第1の強度の光を前記表示媒体に照射し、前記電圧印加手段による電圧の印加が無くなると前記第1の強度よりも低い第2の強度を有しかつ残留電圧が前記第3のしきい値の時間未満で前記第2のしきい値以下に減衰させる光を前記表示媒体に照射する光照射手段を有する記録装置とを有する。
請求項3に係る記録方法は、第1のしきい値を超える電圧を印加されると配向状態が第1の配向状態になり、前記第1の配向状態となった後に印加される電圧が第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続すると、前記第1の配向状態と異なる第2の配向状態に変化し、前記第2の配向状態となった後に印加される電圧が前記第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続しないと、前記第2の配向状態と光の反射率が異なる第3の配向状態に変化する液晶層、および照射される光に応じてインピーダンスが変化する感光層を有する表示媒体を有する記録媒体に、前記第1のしきい値を越える電圧を印加し、前記電圧の印加と同期して前記インピーダンスを変化させる第1の強度の前記光を前記表示媒体に照射するステップと、前記電圧の印加が無くなると、前記第1の強度よりも低い第2の強度を有し、前記第2のしきい値を超える残留電圧が前記第3のしきい値の時間未満で前記第2のしきい値以下に減衰させる光を前記表示媒体に照射するステップとを有する。
請求項1に係る記録装置によれば、第2の強度の光照射により液晶層の配向状態を制御する構成を有しない場合と比較して、低光量領域の光照射に対してより広い不感帯領域を有するように書き込みをすることができる。
請求項2に係る記録システムによれば、第2の強度の光照射により液晶層の配向状態を制御する構成を有しない場合と比較して、低光量領域の光照射に対してより広い不感帯領域を有するように書き込みをすることができる。
請求項3に係る記録方法によれば、第2の強度の光照射により液晶層の配向状態を制御する構成を有しない場合と比較して、低光量領域の光照射に対してより広い不感帯領域を有するように書き込みをすることができる。
請求項2に係る記録システムによれば、第2の強度の光照射により液晶層の配向状態を制御する構成を有しない場合と比較して、低光量領域の光照射に対してより広い不感帯領域を有するように書き込みをすることができる。
請求項3に係る記録方法によれば、第2の強度の光照射により液晶層の配向状態を制御する構成を有しない場合と比較して、低光量領域の光照射に対してより広い不感帯領域を有するように書き込みをすることができる。
1.構成
1−1.記録装置100
図1は、本発明の一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、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。
1−1.記録装置100
図1は、本発明の一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、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る。制御部110は、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入力装置である。操作部120は、タッチパネル、キーボードなどを有し、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へ光を照射する光源を有する。以下、電子ペーパ200への画像の記録に用いられる光を「記録光」という。この光源は、例えば半導体レーザである。光源からの光は、回転するポリゴンミラーなどの反射物に反射され、また、レンズにより集光される。こうしてスポット状に集光された光は、電子ペーパ200において画像を表示する単位である画素に対して照射される。光照射部130は、制御部110の制御下で、スポット状の光を電子ペーパ200上で走査する。なお、この光源は、複数のLED(Light Emitting Diode)が線状に配置されたLEDアレイであってもよい。あるいは、バックライトおよびこのバックライトからの光を選択的に透過させるLCDパネルが用いられてもよい。
電圧印加部140は、制御部110の制御下で、電極(図示略)を介して電子ペーパ200に電圧を印加する。以下、電子ペーパ200への画像の記録(書き込み)に用いられる電圧を「記録電圧」という。記録装置100は、電子ペーパ200を保持することができる構成を有している。電子ペーパ200を保持した状態において、記録装置100は電子ペーパ200に電圧印加および光照射を行う。制御部110は、光照射部130における記録光の照射と同期して記録電圧を印加するよう、電圧印加部140を制御する。
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を取得する。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。
1−2.電子ペーパ200
図2は、一実施形態に係る電子ペーパ200の構成を示す図である。電子ペーパ200は、光書き込み型の表示媒体の一例である。電子ペーパ200は、保護層210及び保護層270と、透明電極220及び透明電極260と、感光層230と、着色層240と、液晶層250とを備えており、これらによって画像が表示される表示面が構成されている。
図2は、一実施形態に係る電子ペーパ200の構成を示す図である。電子ペーパ200は、光書き込み型の表示媒体の一例である。電子ペーパ200は、保護層210及び保護層270と、透明電極220及び透明電極260と、感光層230と、着色層240と、液晶層250とを備えており、これらによって画像が表示される表示面が構成されている。
保護層210および保護層270は、電子ペーパ200の表面を保護するための層である。保護層210および保護層270は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)からなる。保護層210は、記録装置100によって光が照射される側(裏面)に設けられている。保護層270は、書き込まれた画像を使用者が観察する側(表面)に設けられている。透明電極220および透明電極260は、例えば、ITO(酸化インジウムすず)からなる層である。記録装置100により、透明電極220および透明電極260の間に電圧が印加される。
感光層230は、照射される光に応じてそのインピーダンス(導電率)が変化する層である。感光層230としては、例えば、有機光導電体(Organic Photoconductor:OPC)が用いられる。感光層230は、特定の波長の光が照射されると、電荷を生じて暗状態よりも低抵抗化する。すなわち、光が照射されると、感光層230が暗状態よりも低抵抗化するので、液晶層250にかかる電圧が増加する。以下、感光層230と液晶層250とを含む層を必要に応じて「表示層」という。
着色層240は、液晶層250が光を透過する場合に観察される層である。この例において、着色層240は、黒色で構成されている。なお、着色層240は、必須の構成ではなく、例えば、感光層230で入射光を吸収させてもよい。
液晶層250は、電圧等により与えられるエネルギーに応じて配向状態が変化する液晶、例えばコレステリック液晶の分子を含む。液晶層250は、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を分散させたものである。コレステリック液晶の配向状態には、主として、プレーナ配向(第3の配向状態の一例)、フォーカルコニック配向(第2の配向状態の一例)およびホメオトロピック配向(第1の配向状態の一例)がある。プレーナ配向とフォーカルコニック配向とは熱的に安定な状態であり、エネルギーを与えない無電界状態でも配向状態が維持される。すなわち、コレステリック液晶は、プレーナ配向とフォーカルコニック配向との双安定の材料である。プレーナ配向においては、所定の波長の光が反射される。フォーカルコニック配向においては、光が透過される。電子ペーパ200は、この反射率の違いを用いて表示を行う。
図3は、液晶層250の反射率特性の一例を示す図である。図3において、縦軸は液晶層250の反射率を示し、横軸は液晶層250に印加される電圧を示している。
コレステリック液晶の配向状態は、液晶に印加される電圧により変化する。図3の例では、液晶層250に印加される電圧Vが0<V<Vpfの範囲では、配向状態は変化しない。液晶層250に印加される電圧VがVpf<V<Vfhの範囲では、配向状態はフォーカルコニック配向となる。すなわち、電圧印加前にプレーナ配向であった場合はフォーカルコニック配向に遷移する。電圧印加前にフォーカルコニック配向であった場合はフォーカルコニック配向が維持される。液晶層250に印加される電圧VがV>Vfh(Vfhは第1のしきい値の一例)の範囲では、配向状態は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は、熱的に安定ではなく、Vfhを超える電圧の印加を停止するとプレーナ配向またはフォーカルコニック配向に遷移する。プレーナ配向およびフォーカルコニック配向のうちどちらの配向になるかは、Vfhを超える電圧の印加を停止してから液晶層250にかかる電圧がほぼゼロになるまでの時間によって決まる。
2.動作
図4は、記録装置100の動作を示すフローチャートである。記録装置100が電子ペーパ200を保持した状態で、操作部120の操作などによって画像の記録指示がされると、制御部110は、電子ペーパ200への画像の記録処理を開始する。
図4は、記録装置100の動作を示すフローチャートである。記録装置100が電子ペーパ200を保持した状態で、操作部120の操作などによって画像の記録指示がされると、制御部110は、電子ペーパ200への画像の記録処理を開始する。
まず、記録装置100は、電子ペーパ200に対して、リセット処理を行う。この例において、リセット処理とは、電子ペーパ200の液晶層250において、全ての領域の画素を、ホメオトロピック配向状態とすること(ホメオリセット)をいう。リセット処理において、まず、制御部110は、電子ペーパ200に光を照射するように光照射部130を制御する。この状態では感光層230が低抵抗化し、液晶層250に所望の電圧が印加される。制御部110は、この光照射と同期して、図3のVfhを超える電圧(以下「リセット電圧」という)を液晶層に印加する(ステップS12)。これにより、液晶層250の全ての領域において、ホメオトロピック配向状態となる。あらかじめ決められた時間リセット電圧を印加すると、制御部110は、電圧の印加を停止するように電圧印加部140を制御する(ステップS13)。
次に、制御部110は、選択処理を行う。選択処理とは、画像情報に応じた像を電子ペーパ200に書き込むための処理、具体的には、画像情報に応じた光を照射するように、制御部110が光照射部130を制御することをいう。
この例において、画像情報は、例えば、黒と白の2階調の画素により構成される。液晶層250のうち黒画素に対応する領域がフォーカルコニック配向になるように、また、白画素に対応する領域がプレーナ配向になるように、液晶層が駆動される。なお、この例において、画像情報は、黒と白の2階調で構成されているが、画像情報の表現方法はこれに限定されない。例えば、画像情報は、黒と赤の2色により表現されてもよい。あるいは、それぞれ反射する光の波長が異なる表示層を3層(例えば赤、緑および青)積層し、カラー表示をしてもよい。
ステップS17において、制御部110は、画像情報に基づいて、処理の対象となっている画素(以下「処理対象画素」という)の階調値が白であるか判断する。処理対象画素の階調値が黒であった場合(ステップS17:NO)、制御部110は処理をステップS18に移行する。処理対象画素の階調値が白であった場合(ステップS17:YES)、制御部110は処理をステップS19に移行する。
ステップS18において、制御部110は、光照射をしないように光照射部130を制御する。このとき、表示層においては、感光層230が高抵抗化し、残留電荷による残留電圧が発生する。
図5は、ステップS18(光照射なし)において液晶層250にかかる残留電圧を例示する図である。縦軸は液晶層250にかかる電圧を、横軸は時間を示す。この例では、記録電圧として、±80Vの電圧が50Hzで印加されている。記録電圧の印加により、液晶層250の配向状態はホメオトロピック配向となる。この例では、記録電圧がオフされた後、約40Vの残留電圧が発生している。発生した残留電圧は、約100〜150msecかけて半減し、徐々に減衰する。記録電圧の印加を停止した後、プレーナ配向となるかフォーカルコニック配向となるかは、残留電圧の波形に応じて、より具体的には、残留電圧が所定のしきい値電圧(第2のしきい値の一例)を超えていた時間に応じて決定される。この例では、残留電圧がしきい値電圧を超えていた時間がしきい値時間(第3のしきい値の一例)以上継続するように、液晶層250および感光層230が設計されており、記録電圧がオフされた後、液晶層250はフォーカルコニック配向となる(図4:ステップS22)。
再び図4を参照する。ステップS19において、光照射をするように光制御部130を制御する。このとき、表示層においては、ステップS18の状態と比較して感光層230が低抵抗化し、発生する残留電圧はステップS18の状態よりも低い。ここで照射される光(以下「2次光」という)は、記録電圧の印加に伴って照射される光(以下「1次光」という)よりも強度が弱い。例えば、2次光の強度は1次光の強度の1/100以下である。また、2次光は、記録電圧の印加が停止された直後に照射される。「記録電圧の印加が停止された直後」とは、残留電圧を除去できる程度に短い時間をいう。
図6は、ステップS19(光照射あり)において液晶層250にかかる残留電圧を例示する図である。この例では、図5の例と同様に、記録電圧として、±80Vの電圧が50Hzで印加されている。記録電圧がオフされた後、約40Vの残留電圧が発生しているが、光照射により残留電圧は10msec程度で急激に減衰する。この例では、残留電圧がしきい値電圧を超えていた時間がしきい値時間以上継続しないように、液晶層250および感光層230が設計されており、記録電圧がオフされた後、液晶層250はプレーナ配向となる(図4:ステップS23)。
図7は、電子ペーパ200の等価回路の一例を示す図である。この等価回路において、液晶層250は並列接続された抵抗RLCと容量CLCにより表され、感光層230は並列接続された抵抗ROPCと容量COPCにより表される。感光層230と液晶層250とは直列に接続されている。感光層230および液晶層250には電圧±Eが周波数fで印加される。液晶層250には、電圧VLCが印加される。感光層230の抵抗ROPCは、光(2次光)照射により低下する。
液晶層250の残留電圧Vtの減衰は、次式(1)で示されるように時定数τで決定される。
ここで、時定数τはROPCに依存しており、ROPCが低下するとτが小さくなる。すなわち、光照射によりROPCが低下すると残留電圧Vtは急速に減衰する。
なお、1次光を照射すると、ROPCが低下するので、液晶層250にかかる分圧が大きくなり液晶層に電荷が蓄積される。この状態で1次光の照射を停止すると、ROPCが増大して時定数τが長くなる(大きくなる)。すなわち、1次光を照射しない場合と比較して残留電圧が大きくなる。
図8は、漏れ光に対する不感帯の一例を示す図である。この例において、縦軸は液晶層250の輝度(反射率)を示し、横軸は液晶層250に照射される光の光量を示す。ここで、「漏れ光」とは、記録光(1次光、2次光)のように意図的に液晶層250に照射される光ではなく、隣接画素の書き込みに用いられる光や、周囲の環境からの光など、意図せずに液晶層250に照射される光をいう。図8(A)は2次光の照射による階調制御を用いない、従来のプレーナーリセット法の例を、図8(B)は2次光の照射による階調制御を用いた場合の例を示している。
図8(A)の例では、例えば約10μWの光を照射すると、輝度が約10%低下する。さらに、約100μWの光を照射すると、輝度が約90%低下する。これに対し、本実施形態に係る2次光の照射による階調制御を用いた場合は、約10μWの光を照射すると輝度の変化はほとんどなく、約100μWの光を照射しても輝度が約10数%増加するだけであり、低光量の光による輝度の変化が抑制されている。図8(B)の例からわかるように、2次光の照射により階調の制御を行った場合、低光量の領域における不感帯(輝度の変化がほとんどない領域)が、2次光の照射による階調制御を用いない場合と比較して広がっている。以上で説明したように、本実施形態によれば、2次光の照射による階調制御を用いない場合と比較して、電圧信号(記録電圧)および光信号(1次光、2次光)を用いて、低光量の領域における不感帯が広げられる。
100…記録装置、110…制御部、120…操作部、130…光照射部、140…電圧印加部、150…情報取得部、200…電子ペーパ、210,270…保護層,220,260…透明電極、230…感光層、240…着色層、250…液晶層
Claims (3)
- 第1のしきい値を超える電圧を印加されると配向状態が第1の配向状態になり、前記第1の配向状態となった後に印加される電圧が第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続すると、前記第1の配向状態と異なる第2の配向状態に変化し、前記第2の配向状態となった後に印加される電圧が前記第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続しないと、前記第2の配向状態と光の反射率が異なる第3の配向状態に変化する液晶層、および照射される光に応じてインピーダンスが変化する感光層を有する表示媒体に、前記第1のしきい値を越える電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段による前記電圧の印加と同期して前記インピーダンスを変化させる第1の強度の光を前記表示媒体に照射し、前記電圧印加手段による電圧の印加が無くなると前記第1の強度よりも低い第2の強度を有しかつ残留電圧が前記第3のしきい値の時間未満で前記第2のしきい値以下に減衰させる光を前記表示媒体に照射する光照射手段と
を有する記録装置。 - 第1のしきい値を超える電圧を印加されると配向状態が第1の配向状態になり、前記第1の配向状態となった後に印加される電圧が第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続すると、前記第1の配向状態と異なる第2の配向状態に変化し、前記第の配向状態となった後に印加される電圧が前記第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続しないと、前記第2の配向状態と光の反射率が異なる第3の配向状態に変化する液晶層、および照射される光に応じてインピーダンスが変化する感光層を有する表示媒体と、
前記表示媒体に、前記第1のしきい値を越える電圧を印加する電圧印加手段、および前記電圧印加手段による前記電圧の印加と同期して前記インピーダンスを変化させる第1の強度の光を前記表示媒体に照射し、前記電圧印加手段による電圧の印加が無くなると前記第1の強度よりも低い第2の強度を有しかつ残留電圧が前記第3のしきい値の時間未満で前記第2のしきい値以下に減衰させる光を前記表示媒体に照射する光照射手段を有する記録装置と
を有する記録システム。 - 第1のしきい値を超える電圧を印加されると配向状態が第1の配向状態になり、前記第1の配向状態となった後に印加される電圧が第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続すると、前記第1の配向状態と異なる第2の配向状態に変化し、前記第2の配向状態となった後に印加される電圧が前記第2のしきい値を超えた時間が第3のしきい値以上継続しないと、前記第2の配向状態と光の反射率が異なる第3の配向状態に変化する液晶層、および照射される光に応じてインピーダンスが変化する感光層を有する表示媒体を有する記録媒体に、前記第1のしきい値を越える電圧を印加し、前記電圧の印加と同期して前記インピーダンスを変化させる第1の強度の前記光を前記表示媒体に照射するステップと、
前記電圧の印加が無くなると、前記第1の強度よりも低い第2の強度を有し、前記第2のしきい値を超える残留電圧が前記第3のしきい値の時間未満で前記第2のしきい値以下に減衰させる光を前記表示媒体に照射するステップと
を有する記録方法。
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