JP2010250004A - 記録装置、記録システムおよび記録方法 - Google Patents

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

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。

特開平１１−２３７６４４号公報 特開２００７−１０１７８１号公報 特開２００５−１９６０６２号公報 特開２００４−１１７８０９号公報

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。

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。 電子ペーパ２００の構成を示す図である。 液晶層２５０の反射率特性の一例を示す図である。 記録装置１００の動作を示すフローチャートである。 光照射なしの状態で液晶層２５０にかかる残留電圧を例示する図である。 光照射ありの状態で表示層にかかる残留電圧を例示する図である。 電子ペーパ２００の等価回路の一例を示す図である。 漏れ光に対する不感帯の一例を示す図である。

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。

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。

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。

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。

ここで、電圧ＶＬＣは、駆動時間が十分長ければ次式（２）に収束する。次式（２）を用いて、液晶層２５０および感光層２３０の構造を設計することができる。

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)

1. 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。
2. 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。
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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