JP2011099948A - 電子ペーパ及び電子ペーパ書き込み装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成の電子ペーパ２において画像の高画質化を可能とする。
【解決手段】電子インク層１１と、電子インク層の一面側に設けられた表面フィルム１２と、電子インク層の他面側に設けられた裏面フィルム１３と、電子インク層と表面フィルムとの間に介在し、複数の画素２１に対応して配設された複数の透明な画素電極１４と電子インク層と裏面フィルムとの間に介在する共通電極１５とを備え、表面フィルムには、複数の貫通孔３０が形成されると共に、当該貫通孔内に複数の画素電極とそれぞれ電気的に接続された複数の上側スルーホール電極３１が設けられ、裏面フィルムには、少なくとも１つの貫通孔４０が形成されると共に、当該貫通孔内に前記共通電極と電気的に接続された下側スルーホール電極４１が設けられた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気的に記録した画像を無電力で保持できる電子ペーパ及び電子ペーパ書き込み装置に関する。

従来、電気泳動の懸濁液をマイクロカプセル化したマイクロカプセルを含む電子インク層を、画素電極がマトリックス状に配置されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）層と共通電極とで挟み込むようにして構成されたマイクロカプセル方式の電子ペーパが知られている（特許文献１参照）。この種の電子ペーパでは、共通電極と画素電極との間に電界を生じさせ、その電界の向きによってマイクロカプセル内の電気泳動用粒子（顔料粒子）が一方の電極に引きつけられることにより画像が表示される。

一方、電子ペーパが従来の紙媒体の代替品として広く普及するためにはより低価格であることが望ましいが、上記のようなＴＦＴ層を有する電子ペーパは、製造コストが大きく高価であるという問題がある。そこで、ＴＦＴ層を設けない簡易な構成の電子ペーパが知られている（特許文献２，３参照）。

特開２００４−２５８３７０号公報 特許第３６２８０１１号公報 特開２００６−２９３１５１号公報

上記特許文献３では、電子ペーパに対して電子ペン（ペン型入力装置）によって画像の記録及び消去を行う書き込み装置が開示されている。この書き込み装置は、画像の記録及び消去に供される電子ペンと、電子ペンの端部に設けられた本体側電極と、電子ペーパに印加する電界を発生させる電力を供給する電源と、電子ペーパが載置されると共に、電源を介して本体側電極に接続されることによって当該本体側電極との間で電子ペーパの表示面を境界とした電界を印加する載置部側電極とを備え、電子ペンによって電子ペーパの表示面に画像を記録する場合と当該画像を消去する場合とで、本体側電極と載置部側電極との間で発生する電界の方向が逆転するように構成したものである。

ところで、上記のようなＴＦＴ層を設けない電子ペーパは、例えば、電子インク層の表裏をＰＥＴ等からなる透明のフィルムで挟み込むようにして構成される。この透明フィルムは、電子ペーパの適正な強度を維持するためにある程度の厚さ（例えば、１８０μｍ）を必要とするため、上記特許文献３に記載された書き込み装置では、フィルム表面に当接する電子ペンの端部のペン電極と載置部側電極との間の距離は、ＴＦＴ層を有する電子ペーパにおける共通電極と画素電極との間の距離よりも大きくなる。その結果、ペン電極と載置部側電極との間に適切な電界を発生させることが難しくなり、ＴＦＴ層を設けない電子ペーパはＴＦＴ層を有する電子ペーパに比べて画質が劣るといった課題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成において画像の高画質化を可能とした電子ペーパ及び電子ペーパ書き込み装置を提供することを主目的とする。

本発明の電子ペーパは、印加電界に応じて表示色が変化する電子インク層と、前記電子インク層の一面側に設けられた透明な第１のフィルムと、前記電子インク層の他面側に設けられた透明な第２のフィルムと、前記電子インク層と前記第１のフィルムとの間に介在し、複数の画素に対応して配設された複数の透明な画素電極と前記電子インク層と前記第２のフィルムとの間に介在する共通電極とを備え、前記第１のフィルムには、複数の貫通孔が形成されると共に、当該貫通孔内に前記複数の画素電極とそれぞれ電気的に接続された複数の第１のスルーホール電極が設けられ、前記第２のフィルムには、少なくとも１つの貫通孔が形成されると共に、当該貫通孔内に前記共通電極と電気的に接続された第２のスルーホール電極が設けられたことを特徴とする。

このように本発明によれば、ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成において画像の高画質化が可能となるという優れた効果を奏する。

第１実施形態に係る電子ペーパ記録システムの概略構成を示す斜視図 図１中の電子ペーパの模式的な断面図 図１中の電子ペーパの（Ａ）表面側および（Ｂ）裏面側の構成を示す構成図 図３中のIV部の拡大図 図２中のV部の拡大図 図４の変形例を示す図 図５の変形例を示す図 図１の電子ペーパ記録システムの制御系の構成を示すブロック図 図１中の電子ペンの構成を示す斜視図 図９の電子ペンのペン先部の構成を示す断面図 図１中の電子ペーパ書き込み装置の画像消去動作を示す斜視図 第２実施形態に係る電子ペーパ記録システムの概略構成を示す斜視図 図１２の電子ペーパ記録システムの制御系の構成を示すブロック図 図１２中の電子ペーパ書き込み装置の補助記録動作を示す斜視図 第３実施形態に係る電子ペーパ記録システムの概略構成を示す斜視図 図１５中の電子ペーパ書き込み装置における書き込みパネルの構成を示す構成図 図１６のXVII−XVII線断面図 図１５の電子ペーパ記録システムの手書き記録時の電子ペーパ載置前の状態を示す斜視図 図１５中の電子ペーパ書き込み装置において蓋を閉じた状態の断面図 図１５の電子ペーパ記録システムの制御系の構成を示すブロック図

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、印加電界に応じて表示色が変化する電子インク層と、前記電子インク層の一面側に設けられた透明な第１のフィルムと、前記電子インク層の他面側に設けられた透明な第２のフィルムと、前記電子インク層と前記第１のフィルムとの間に介在し、複数の画素に対応して配設された複数の透明な画素電極と前記電子インク層と前記第２のフィルムとの間に介在する共通電極とを備え、前記第１のフィルムには、複数の貫通孔が形成されると共に、当該貫通孔内に前記複数の画素電極とそれぞれ電気的に接続された複数の第１のスルーホール電極が設けられ、前記第２のフィルムには、複数の貫通孔が形成されると共に、当該貫通孔内に前記共通電極と電気的に接続された少なくとも１つの第２のスルーホール電極が設けられた構成とする。

これによると、第１及び第２のフィルムにそれぞれ第１及び第２のスルーホール電極を設けることにより、電子インク層への電圧の印加に供される電極間（すなわち、画素電極と共通電極との間）の距離を小さくして適切な電界を生じさせることができるため、ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成の電子ペーパにおいて画像の高画質化が可能となる。

また、第２の発明は、前記第１のスルーホール電極は、その端部が前記第１のフィルムの表面から突出している構成とすることができる。

これによると、電子ペーパの繰り返し使用により、第１のスルーホール電極が摩耗した場合でも、電子ペーパ書き込み装置側の対応電極との電気的な接続を適切に保持することが可能となる。

また、第３の発明は、前記第１または第２のフィルムに形成された前記貫通孔は、当該第１または第２のフィルムの一方の面から他方の面に向けて徐々に縮径されている構成とすることができる。

これによると、第１または第２のスルーホール電極を形成する透明導電材料を、第１または第２のフィルムの貫通孔に充填することが容易となる。

また、第４の発明は、上記第１の発明に係る電子ペーパに書き込みを行う電子ペーパ書き込み装置であって、前記共通電極と電気的に接続可能な本体側電極を有すると共に、前記電子ペーパが載置される載置部と、前記電子ペーパの前記画素電極と電気的に接続可能なペン電極を有する電子ペンと、前記本体側電極と前記ペン電極との間に所定電圧を印加可能な電源部とを備えた構成とする。

これによると、ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成の電子ペーパに対し、電子ペンを用いて所望の画像を手書きで記録することが可能となる。

また、第５の発明は、前記載置部に対して開閉自在に設けられ、前記複数の画素電極と電気的に接続可能な蓋側電極を有する蓋部を更に備え、前記電源部は、前記本体側電極と前記蓋側電極との間に所定電圧を印加可能である構成とすることができる。

これによると、載置部に電子ペーパが載置された状態で蓋部を閉じて、本体側電極と蓋側電極との間に電圧を印加することにより、電子ペーパに記録した画像を迅速かつ容易に消去することが可能となる。

また、第６の発明は、前記第１のフィルムの一部の領域における前記画素電極と電気的に接続可能な複数の補助記録用電極を有する補助記録部を更に備え、前記電源部は、前記本体側電極と前記補助記録用電極との間に所定電圧を印加可能である構成とすることができる。

これによると、電子ペンによる手書き画像に加え、補助記録部を用いることにより、電子ペーパの画像記録領域の一部（第１のフィルムの一部の領域に相当）に手書きによらない所望の画像を記録することが可能となる。

また、第７の発明は、上記第１の発明に係る電子ペーパに書き込みを行う電子ペーパ書き込み装置であって、前記画素電極と電気的に接続可能な本体側電極を有すると共に、前記電子ペーパが載置される載置部と、前記載置部に対して開閉自在に設けられ、前記載置部に載置された前記電子ペーパの前記共通電極と電気的に接続可能な蓋側電極を有する蓋部と、前記本体側電極と前記蓋側電極との間に電圧を印加可能な電源部とを備えた構成とする。

これによると、載置部に電子ペーパが載置された状態で蓋部を閉じて、本体側電極の各々と蓋側電極との間に電圧を印加することにより、ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成の電子ペーパに対し、所望の画像を記録することが可能となる。

また、第８の発明は、前記画素電極と電気的に接続可能なペン電極を有する電子ペンを更に備え、前記蓋部は、その閉状態において前記電子ペーパが載置される載置面を有し、前記蓋側電極は、前記載置面に載置された前記電子ペーパの前記共通電極と電気的に接続可能に設けられ、前記電源部は、前記蓋側電極と前記ペン電極との間に電圧を印加可能である構成とする。

これによると、閉じた蓋部の載置面に電子ペーパを載置して、蓋側電極の各々とペン電極との間に電圧を印加することにより、ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成の電子ペーパに対し、電子ペンを用いて所望の画像を手書きで記録することが可能となる。

また、第９の発明は、前記電源部が前記所定電圧を印加したときに両電極間に流れる電流値を判定し当該電流値を所定値以下に制限する過電流制限部を更に備えた構成とする。

これによると、例えばユーザが電子ペンによる書き込みを行う際にそのペン先部を誤って本体側電極に接触させる等、過電流が発生してしまう状況においても、過電流を防止することができる。

また、第１０の発明は、前記過電流制限部により判定された電流値が所定値以上だったとき、前記電子ペーパが載置されていないと判断する制御部を更に備えた構成とする。

これによると、電子ペーパを載置せずに電子ペーパ書き込み装置の蓋を閉じてしまった場合に、電子ペーパがないことを検出してユーザに知らせることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。説明の都合上、各図において、電子ペーパ、電子ペーパ書き込み装置及びそれらの構成要素は、実用上のサイズとは異なるサイズで模式的に示してある。また、説明に用いる「表」及び「裏」や、「上」及び「下」等の用語は、あくまで便宜的に定めたものであり、各構成要素の配置がそれらに限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
まず、図１から図１１を参照して本発明の第１実施形態に係る電子ペーパ記録システムについて説明する。図１に示すように、電子ペーパ記録システム１は、電気的に記録した文字や図形等からなる画像を無電力で保持できる電子ペーパ２と、この電子ペーパ２に対して画像の記録およびその消去を行う電子ペーパ書き込み装置３とを主として備える。

電子ペーパ２は、マイクロカプセル方式を採用しており、図２に示すように、印加電界に応じて表示色が変化する電子インク層１１と、この電子インク層１１の上面側（一面側）に設けられた透明な表面フィルム１２と、電子インク層１１の下面側（他面側）に設けられた透明な裏面フィルム１３と、電子インク層１１と表面フィルム１２との間に介装され、縦横方向に所定間隔で配置された複数の画素２１（図３参照）に対応して配置された複数の透明な画素電極１４と、電子インク層１１と裏面フィルム１３との間に介装された共通電極１５とから主として構成されている。電子ペーパ２は、従来の紙等からなる記録紙と同様に所定のサイズ（A4，A5等）で形成することができる。

電子インク層１１は、公知の構成を有しており、多数のマイクロカプセルＣが内部に敷き詰められた構成を有する。図２に示すように、各マイクロカプセルＣは、それぞれ互いに異なる光学的反射特性を有する正に帯電させた白色粒子群Ｐｗおよび負に帯電させた黒色粒子群Ｐｂを、電気泳動用粒子としてカプセル内の絶縁性液体Ｌ中に分散させることにより形成されている。なお、電子インク層１１の構成としては、ここに示したものに限らず、例えば、ツイスティングボール、双安定液晶、ＣＮ液晶、トナーディスプレイ及び電子粉流体などを用いた公知の構成を採用することができる。さらに、表示手段である電子インク層１１には、前記電気泳動方式の他に、異なる周波数の交流を印加することで泳動方向を制御できる誘電泳動方式の公知の構成を採用することができる。

表面フィルム１２および裏面フィルム１３は、共に透明なＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）樹脂または透明なポリイミド樹脂などから構成され、それぞれ電子ペーパ２の表面および裏面の全域を覆う保護層として機能する。また、表面フィルム１２および裏面フィルム１３の厚さは、電子ペーパ２の適切な強度を確保可能な値（ここでは、180μｍ）に設定されている。

画素電極１４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電導膜用材料から形成された透明電極であり、図３及び図４に示すように、電子ペーパ２の画像表示領域２０内において複数の画素２１に対応する位置にマトリックス状に複数配置されている。各画素電極１４は、それぞれ略同一の厚さ（ここでは、0.15μｍ）を有し、画素２１のサイズ（ここでは、0.4ｍｍ×0.4ｍｍ）と略同一のサイズで形成されている。隣接する画素電極１４の間には所定の隙間（ここでは、0.1ｍｍ）が設けられている。

共通電極１５は、画素電極１４と同様にＩＴＯ等の透明電導膜用材料から形成された透明電極であり、電子ペーパ２の画像表示領域２０の全域を覆うように配置されている。共通電極１５は、画素電極１４と同程度の厚さを有する。

表面フィルム１２には、図２に示すように、その厚さ方向（上下方向）に貫通する貫通孔３０が各画素２１に対応して複数形成されている。貫通孔３０は、画素２１のサイズに応じて適切なサイズ（ここでは、φ0.15ｍｍ）に設定できる。これら貫通孔３０内には、透明導電材料が充填されており、これにより、上側スルーホール電極（第１のスルーホール電極）３１が形成されている。ここでは、196ｍｍ×283ｍｍのサイズの画像表示領域２０内に392×566個の上側スルーホール電極３１が設けられている。

上側スルーホール電極３１の各々は、図５に示すように、その一端（上端）側が表面フィルム１２の上面１２ａから突出した凸状部３１ａを呈する。このような構成により、電子ペーパ２の繰り返し使用により、上側スルーホール電極３１が摩耗した場合でも、後述する電子ペーパ書き込み装置３側の対応電極である蓋側電極６５（図１参照）等との電気的な接続を適切に保持することが可能となる。
一方、図２に示すように、上側スルーホール電極３１の他端（下端）側は、各画素電極１４にそれぞれ電気的に接続されている。なお、貫通孔３０は、表面フィルム１２の厚さ方向に対して所定の角度をもって傾斜させて設けることもできる。また、ここでは、１つの画素に対して１つの貫通孔３０が形成されているが、これに限らず、１つの画素に対して複数の貫通孔３０が形成された構成も可能である。

また、図４に示すように、平面視における上側スルーホール電極３１の外形は円形であるが、その変形例として、上側スルーホール電極３１の外形の周長をより長く確保するために、多角形形状（例えば、図６に示す星形）として形成することも可能である。このような周長を長くした構成により、同量の透明導電材料を用いた場合でも、画素電極や共通電極との接合面積を広くできることで、電気的な接続信頼性を向上できるとともに、後述する電子ペーパ書き込み装置３側の対応電極である蓋側電極６５（図１参照）等との接触性を向上させることが可能となる。

また、貫通孔３０は図２及び図４に示すような円筒状を呈するが、その変形例として、例えば、図７に示すように、貫通孔３０が表面フィルム１２の一方の面（上面）から他方の面（下面）に向けて徐々に縮径されるようにテーパ状をなすものとすることができる。このような構成により、上側スルーホール電極３１を形成する透明導電材料を、貫通孔３０に充填することが容易となる。この場合、一方の面（大径）側の上側スルーホール電極３１の外形形状を円形とする一方、他方の面側（小径側）の外形形状を図６に示したような星形とするとよい。なお、図７では図示していないがこの変形例においても、上側スルーホール電極の各々は上端側が表面フィルムの上面から突出した凸状部を呈するものとする。

上側スルーホール電極３１は、図２に示すように、表面フィルム１２および画素電極１４と共に駆動電極層シート３５を構成する。この駆動電極層シート３５の製作に際しては、まず、表面フィルム１２の下面１２ｂに透明導電性材料を蒸着して電極層を形成し、この電極層にレジスト処理およびエッチング処理を施して複数の画素電極１４を形成する。その後、各画素電極１４に対応させて表面フィルム１２に貫通孔３０を設け、この貫通孔３０に透明導電材料を充填して硬化させることにより、上側スルーホール電極３１を形成する。貫通孔３０への透明電極材料の充填に際しては、例えば、スリットコート方式や転写方式やインクジェット方式を採用することができ、さらに、充填された透明電極材料を温風やローラーによる加熱処理で硬化させることができる。

透明電極材料としては、例えば、ＰＥＤＯＴ（Poly(3,4-EthyleneDiOxyThiophene）やＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（Polystyrenesulfonate doped PEDOT）などの導電性高分子材料、酸化亜鉛−酸化スズを主成分にした非晶質酸化物透明導電材料、並びに金属ナノワイヤーやカーボンナノチューブの導電材料を溶媒に分散させてバインダと混合した塗布材料等を用いることができる。

さらに、スルーホール電極の消耗耐久性を向上させるために、プラスチックやゴムなど２種類以上のポリマー材料を混練させてナノサイズに形成した衝撃吸収プラスチック粒子を、前記透明電極材料とともに混ぜて用いることができる。

同様に、共通電極１５はＩＴＯなどの透明材料としたが、繊維状の銀などの金属ナノワイヤーを含有させた半透明な複合材料や、全てを不透明な金属電極等を用いて構成することもできる。

また、より小さな貫通孔に上側スルーホール電極を形成する場合には、例えば、次のような手順を用いることもできる。まず、表面フィルム１２の両面に剥離可能な保護シートを貼り付けた状態で貫通孔を設け、この貫通孔に圧力を加えながら透明導電材料を充填し、その後、保護シートから溢れ出た余分な透明導電材料をスキージや回転ローラーで除去する。次に、照射面（一方の面）から貫通孔に向けて複数本のレーザ光線を30度の角度差を持たせて照射し、透明導電材料を１次硬化させた後、照射面側の保護シートを剥ぎとる。さらに、この照射面側の貫通孔の表面に再度レーザ光線を照射して局所的な加熱処理を施す。この場合、レーザの波長は、充填する透明導電材料の最も高い吸収率の波長に近似させておくとよい。

裏面フィルム１３には、図２または図３（Ｂ）に示すように、その厚さ方向（上下方向）に貫通する貫通孔４０が、電子ペーパ２の画像表示領域２０における中央および四隅の位置にそれぞれ１組（４つ）ずつ形成されている。貫通孔４０は、上述の裏面フィルム１３に形成された貫通孔３０と同様の構成（変形例を含む）を有しているため、その詳細な説明は省略する。貫通孔４０内には、透明導電材料が充填されており、これにより、下側スルーホール電極（第２のスルーホール電極）４１が形成されている。

下側スルーホール電極４１は、図２に示すように、電子インク層１１および共通電極１５および裏面フィルム１３と共に表示層シート４５を構成する。この表示層シート４５の製作においては、まず、裏面フィルム１３の上面１３ａに透明導電性材料を蒸着して形成した電極層にレジスト処理およびエッチング処理を施して共通電極１５を設ける。その後、共通電極１５が設けられた裏面フィルム１３所定部位に貫通孔４０を設け、この貫通孔４０に透明導電材料を充填して硬化させることにより、下側スルーホール電極４１を形成する。貫通孔４０への透明電極材料の充填には、上述の上側スルーホール電極３１の場合と同様の方法を用いることができる。

さらに、共通電極１５の上面に非電導性のバインダ樹脂Ｒと共にマイクロカプセルＣを塗布することにより、マイクロカプセルＣを隙間なく敷き詰めた薄い（ここでは、30〜50μｍ程度の厚さを有する）電子インク層１１を形成する。このように製作された表示層シート４５は、最終的に上述の駆動電極層シート３５と張り合わされて電子ペーパ２を構成する。下側スルーホール電極４１の上端側は、共通電極１５にそれぞれ電気的に接続されている。

電子ペーパ書き込み装置３は、図１に示すように、電子ペーパ２が載置される本体部（載置部）５１と、この本体部５１に対して開閉自在に設けられた蓋部５２と、ユーザが手書きにより電子ペーパ２の画像の記録または消去を行うための電子ペン５３とから主として構成されている。

本体部５１は、その上面において電子ペーパ２が載置される領域に複数の本体側電極６１が設けられている。本体側電極６１は、金属等の導電性材料から形成され、電子ペーパ２の５組の下側スルーホール電極４１（図３（Ｂ）参照）とそれぞれ電気的に接続可能に設けられている。

すなわち、本体側電極６１は、電子ペーパ２の四隅近傍およびその中央部に対応する５箇所に配置されている。本体部５１には、電子ペーパ２を載置する際にその位置合わせに供される略Ｌ字状を呈する位置ガイド部材６２が設けられている。これにより、ユーザは、電子ペーパ２の隅を位置ガイド部材６２の内側に押し当てることにより、正規の位置に電子ペーパ２を載置することが可能である。なお、位置ガイド部材６２は、電子ペーパ２の四隅のいずれかに対応するようにして複数設けてもよい。また、他のサイズの電子ペーパの載置を考慮して本体側電極６１の数は５組に限らず、さらに複数設けてもよいし、載置面全部を電極にしてもよい。

蓋部５２は、本体部５１との連結部を構成するヒンジ部６３によって回動可能に設けられている。蓋部５２の内面５２ａ側には、本体部５１の本体側電極６１と対をなす蓋側電極６５が設けられている。蓋側電極６５は、金属等の導電性材料から形成され、電子ペーパ２の全ての上側スルーホール電極３１（すなわち、画素電極１４）と電気的に接続可能なサイズで設けられている。

電子ペン５３は、図９に示すように、筆記具の芯に相当する部位に棒状のペン電極７１を備えたペン型の装置であり、接続ケーブル７２を介して本体部５１に接続されている。接続ケーブル７２は、ペン電極７１に対する電力供給や画像記録時等の信号の送受に供される。また、電子ペン５３には、ユーザが操作するための操作スイッチ７３が設けられている。

図１０に示すように、電子ペン５３のペン先部５３ａでは、先細りの筒形を呈する収容部７４内にペン電極７１が収容されている。ペン電極７１は、その外周面を覆う円筒状の絶縁カバー７５と共に、収容部７４の先端開口７４ａから出没自在に設けられている。絶縁カバー７５の後端部７５ｂは、支持板７６に取り付けられた圧縮ばね７７によって先端側に向けて付勢されている。

図１０（Ａ）に示すように、不使用時の電子ペン５３においては、絶縁カバー７５の先端部７５ａがペン電極７１の先端部７１ａよりも前方に突出して、ペン電極７１の先端部７１ａが覆われた状態にある。一方、図１０（Ｂ）に示すように、使用時に電子ペン５３の先端が電子ペーパ２の表面７８に押し当てられると、圧縮ばね７７の付勢に抗して絶縁カバー７５が押し込まれ、相対的にペン電極７１の先端部７１ａが前進して電子ペーパ２の表面７８に当接する。

このように、電子ペン５３は、ペン電極７１の外周面を覆う絶縁カバー７５を有する構成であるため、ペン電極７１に比較的高い電圧が印加された場合でも、ユーザの安全性を確保することができる。また、絶縁カバー７５は、ペン電極７１の外周面に接した状態で摺動するため、ペン電極７１の外周面に付着した塵埃等を掻き落とすクリーニング効果も期待できる。また、ペン電極７１の後端部７１ｂには支持板７６に取り付けられた弾性部材７９が接続されており、ペン電極７１は、その先端部７１ａが電子ペーパ２の表面７６に当接した際の反力で僅かに後退可能なように設けられている。これにより、良好な書き心地が実現される。

本体部５１は、図８に示すように、電子ペーパの書き込み処理（すなわち、画像の記録およびその消去処理）に供される駆動制御装置８０を内蔵している。駆動制御装置８０は、交流電源からの電力を電子ペーパ書き込み装置３内で利用可能な直流に変換し、電子ペーパ２に対して画像の記録およびその消去を行うための電力として供給する電源部８１と、本体側電極６１と蓋側電極６５との間、及びペン電極７１と本体側電極６１との間への電圧の印可を制御する駆動制御部８２と、所定の制御プログラムに基づき電子ペーパ書き込み装置３の各部の動作を統括的に制御する主制御部８３とを主として備えている。駆動制御部８２は、本体側電極６１と蓋側電極６５との間と、ペン電極７１と本体側電極６１との間との電圧の印可を電圧極性を含めて選択的に切り替えるスイッチ回路８５と、ペン電極７１と蓋側電極６５に流れる電流を所定値以下に制限する過電流制限回路８６とを備えている。また、本体部５１は、ユーザが操作する操作スイッチ９０を備えている。

過電流制限回路８６は、コンパレータ回路とトランジスタ回路を備え、直流電圧を供給する経路中に直列的に挿入した微小な値の測定用抵抗の一端（直流供給源でない側）と、基準値として定めた規定の電圧を、コンパレータ回路に入力し、基準電圧値以上の電圧が測定用抵抗より入力されることで、コンパレータ回路の出力を反転させる。このコンパレータ回路の出力は、測定用抵抗と同様に直列に設けられたトランジスタ回路の入力（ベース）に接続しており、トランジスタ回路により電流量を抑制させることで、過電流が供給されることを制限させる。

次に、上記構成の電子ペーパ記録システム１において、電子ペーパ２に対して画像の記録およびその消去を行う場合の動作について説明する。

電子ペーパ２に画像を記録する際には、まず、ユーザは、電子ペーパ２の初期化（書き込み準備のための画像消去）を行う。ユーザは、電子ペーパ２の表面側を上にして電子ペーパ書き込み装置３の本体部５１にセットした後、図１１に示すように蓋部５２を閉じる。このとき、電子ペーパ２の上側スルーホール電極３１（すなわち、画素電極１４）および下側スルーホール電極４１（すなわち、共通電極１５）が、それぞれ蓋側電極６５および本体側電極６１と電気的に接続される。

次に、ユーザが、本体部５１の操作スイッチ９０を操作して本体消去モードを実行すると、そのモードの実行を示す信号が主制御部８３に送信される。この信号に応じて、主制御部８３は、駆動制御部８２に対して消去命令を送出する。そして、この消去命令に応じて、駆動制御部８２は、本体側電極６１と蓋側電極６５との間に画像消去に必要な電圧（以下、消去電圧という。）が印可されるようにスイッチ回路８５を動作させる。このとき、本体側電極６１は基準電位（0Ｖ）となり、蓋側電極６５は消去電位（＋10Ｖ）となる。

なお、上記では操作スイッチ９０を操作して本体消去モードを実行するとしたが、蓋を閉じるとスイッチが入る操作スイッチ９０と同様のスイッチを設けることにより、蓋を閉じることで自動的に電子ペーパを消去するようにしてもよい。

また、上記では消去電圧のみを印加しているが、消去電圧と、その極性を逆にした書き込み電圧とを、パルスにして交互に数回印加したあとで、消去電圧を印加することで、残像のない消去ができる。

これにより、上側スルーホール電極３１と下側スルーホール電極４１との間に消去電圧が印可されて電界が発生し、マイクロカプセルＣ内のマイナス帯電している白色粒子群Ｐｗが上側スルーホール電極３１に印加された電位に引き合って画素電極１４側に移動し、プラス帯電している黒色粒子群Ｐｂが下側スルーホール電極４１に印加された電位に引き合って共通電極１５側に移動する。その結果、電子ペーパ２の表面側が白色となって画像が消去される。この電子ペーパ２の初期化において、駆動制御部８２は、本体側電極６１と蓋側電極６５との間に消去電圧を印加する際に、それらの電極間に流れる電流を計測し、その電流値が所定の閾値よりも大きい場合には、電子ペーパ２が適切にセットされていないと判断してユーザに対して警告する（例えば、図示しない表示部に警告を表示する、あるいは図示しない警報用ブザーを作動させる）ことができる。なお、この電流の計測は、上記に記載したコンパレータ回路の出力値を主制御部８３で検知することで可能である。

次に、ユーザが電子ペン５３の操作スイッチ７３を操作してペン記録モードを実行すると、そのモードの実行を示す信号が接続ケーブル７２を介して主制御部８３に送信される。この信号に応じて、主制御部８３は、駆動制御部８２に対して記録命令を送出する。この記録命令に応じて、駆動制御部８２は、ペン電極７１と本体側電極６１との間に画像記録に必要な電圧（以下、記録電圧という。）が印可されるようにスイッチ回路８５を動作させる。このとき、本体側電極６１は基準電位（0Ｖ）となり、ペン電極７１は記録電位（−8Ｖ）となる。

そこで、ユーザが電子ペーパ２のペン先部５３ａを電子ペーパ２に押し当てると、当該押し当てられた部位に配置された上側スルーホール電極３１と下側スルーホール電極４１との間に記録電圧が印可される。これにより、マイクロカプセルＣ内の黒色粒子群Ｐｂが画素電極１４側に移動し、白色粒子群Ｐｗが共通電極１５側に移動する。さらに、ユーザがペン先部５３ａを電子ペーパ２に押し当てたまま電子ペン５３を移動させることで、その移動軌跡において上記と同様の粒子群Ｐｂ，Ｐｗの移動が繰り返される。その結果、電子ペーパ２の表面には、図１に示したような黒色の手書き画像Ｉが表示される。なお、ユーザが電子ペン５３による書き込みを行う際に、そのペン先部５３ａを誤って本体部５１の本体側電極６１に接触させた場合には、過電流制限回路８６によって、駆動制御部８２からペン電極７１への供給における過電流発生を防止する。

また、記録電圧の供給では、電極への電圧を連続供給する他に、所定のパルス幅で印加時間を制限するようにすることや、複数の異なる電位を供給させてもよい。

一方、電子ペーパ２に記録された画像の消去については、上記電子ペーパ２の初期化と同様に行うことが可能である。また、ユーザは、電子ペン５３の操作スイッチ７３を操作してペン消去モードを実行することができる。このペン消去モードは、ペン電極７１と本体側電極６１との間に消去電圧が印可される（すなわち、本体側電極６１は基準電位（0Ｖ）となり、ペン電極７１は消去電位（＋10Ｖ）となる）点において上記ペン記録モードとは異なる。これにより、白色粒子群Ｐｗと黒色粒子群Ｐｂとがそれぞれ上記ペン記録モードの場合とは逆の方向に移動することとなり、電子ペン５３のペン先部５３ａを消しゴムの様に使用して画像の消去を行うことが可能となる。

このように、本発明に係る電子ペーパ２では、表面フィルム１２および裏面フィルム１３にそれぞれ上側スルーホール電極３１および下側スルーホール電極４１を設けることにより、電子インク層１１への電圧の印加に供される電極間（すなわち、画素電極１４と共通電極１５との間）の距離を小さくして適切な電界を生じさせることができるため、ＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成においても画像の高画質化と、より低い電圧による書き込みが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、図１２から図１４を参照して本発明の第２実施形態に係る電子ペーパ記録システムについて説明する。第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成要素について同一の符号が付してあり、それらの構成や機能については以下で言及する事項を除いて上記第１実施形態の場合と同様とする。

図１２に示すように、電子ペーパ書き込み装置３の本体部５１には、この本体部５１との連結部を構成するヒンジ部１００によって回動可能に設けられた補助記録パネル１０１が設けられている。なお、図１２では、電子ペーパ書き込み装置３の載置部５１上に電子ペーパ２が表面フィルム１２を上にして載置されている状態を示している。補助記録パネル１０１は、上述の電子ペン５３と同様に接続ケーブル１０２を介して本体部５１に接続されている。また、補助記録パネル１０１の内面側には、電子ペーパ２の補助記録領域Ｘ（図１４参照）における上側スルーホール電極３１（すなわち、画素電極１４）とそれぞれ電気的に接続可能にマトリックス状に配置された複数のパネル電極（補助記録用電極）１０３が設けられている。

図１３に示すように、駆動制御部８２は、スイッチ回路８５によって本体側電極６１と蓋側電極６５との間と、ペン電極７１と本体側電極６１との間と、本体側電極６１とパネル電極１０３との間と間の電圧の印可を選択的に切り替えることが可能となっている。また、各パネル電極１０３にはそれぞれ独立した配線（図示せず）を介して個別に電圧を印可可能となっている。

第２実施形態に係る電子ペーパ記録システム１において、補助記録パネル１０１を用いて電子ペーパ２に対して画像の記録を行う際には、まず、ユーザは、図１４に示すように、載置部５１に載置された電子ペーパ２の上に、補助記録パネル１０１を回動させて閉状態とし、そのパネル電極１０３を電子ペーパ２の補助記録領域Ｘにおける上側スルーホール電極３１と電気的に接続する。このとき、電子ペーパ２は、初期化済みであり、場合によっては初期化後に電子ペン５３により手書き画像が記録されていてもよい。

次に、ユーザが操作スイッチ９０を操作して補助記録モードを実行すると、そのモードの実行を示す信号が主制御部８３に送信される。この信号に応じて、主制御部８３は、予め定められた補助記録画像を記録する命令を駆動制御部８２に対して送出する。この記録命令に応じて、駆動制御部８２は、その補助記録画像に対応するパネル電極１０３と本体側電極６１との間に記録電圧が印可されるようにスイッチ回路８５を動作させる。

このような構成により、第２実施形態に係る電子ペーパ書き込み装置３では、上述の電子ペン５３による手書きに加え、電子ペーパ２の補助記録領域Ｘに所望の補助記録画像を記録可能である。補助記録画像には、例えば、繰り返し表示が必要なタイトルや日付等の情報を含む画像等が好適であり、その画像データは予め本体部５１のメモリ（図示せず）に保存しておくことができる。場合によっては、電子ペーパ書き込み装置３をＰＣ（Personal Computer）等の他の情報処理装置と接続し、補助記録画像のデータを取得することも可能である。

さらに、補助記録パネル１０１を透明なパネル電極１０３とフィルム材料で構成することにより、図１４の補助記録パネル１０１の閉状態にて、電子ペーパに書き込んだ画像を見ることができるので、電子ペーパの一部を部分的な表示装置として利用することができる。例えば、補助記録パネルで、警告文やメニューやステータスなどの様々な情報を適時提示することで、利便性の向上を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、図１５から図２０を参照して本発明の第３実施形態に係る電子ペーパ記録システム１について説明する。第３実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成要素について同一の符号が付してあり、それらの構成や機能については以下で言及する事項を除いて上記第１実施形態の場合と同様とする。

図１５に示すように、電子ペーパ書き込み装置３の本体部５１には、その上面に電子ペーパ２が載置される書き込みパネル１１０が設けられている。書き込みパネル１１０は、図１６または図１７に示すように、絶縁層１１１上に設けられたプリント基板１１２に搭載されたＴＦＴ（Thin-Film Transistor）からなる複数のスイッチング素子１１３と、このスイッチング素子１１３に対応するように設けられた複数の本体側電極１１４とを有している。本体側電極１１４は、電子ペーパ２の上側スルーホール電極３１に対応する位置にマトリックス状に複数配置されている。また、蓋部５２には、第１実施形態と同様の蓋側電極６５が設けられているが、これらは、電子ペーパ２の下側スルーホール電極４１に対応する位置に複数（５つ）設けられると共に、蓋部５２の外面および内面の両側に電極が露出した状態で設けられている点において第１実施形態の場合とは異なる。

スイッチング素子１１３の周辺に設けられた周辺回路は、ロードライバ１２１およびカラムドライバ１２２、並びに互いに交差するように配置されて各スイッチング素子１１３にそれぞれ接続された複数のゲートライン１２３およびソースライン１２４等を有する。本体部５１にはインタフェース部１２５（図２０参照）を介してＰＣ１２６が接続されており、ロードライバ１２１は、このＰＣ１２６からの制御命令に基づき駆動制御部８２によって駆動され、各ゲートライン１２３に対して選択的にＨレベルの選択信号を供給する。選択信号がＨレベルとなったゲートライン１２３に接続されたスイッチング素子１１３はオン状態となる。

また、カラムドライバ１２２は、ＰＣ１２６からの制御命令に基づき駆動制御部８２によって駆動され、各ソースライン１２４に対して選択的にＨレベルまたはＬレベルの電圧を供給する。Ｈレベルの電圧が供給されたソースライン１２４に接続されたオン状態のスイッチング素子１１３は、これに対応する本体側電極１１４がＨレベルの消去電位（＋10Ｖ）に保持される。このとき、本体側電極１１４に対応する蓋側電極６５は基準電位（0Ｖ）に保持される。また、Ｌレベルの電圧が供給されたソースライン１２４に接続されたオン状態のスイッチング素子１１３は、これに対応する本体側電極１１４がＬレベルは記録電位（−8Ｖ）に保持される。このとき、本体側電極１１４に対応する蓋側電極６５は基準電位（0Ｖ）に保持される。

第３実施形態に係る電子ペーパ記録システム１において、ＰＣ１２６の操作に基づき電子ペーパ２に画像を記録する際には、まず、ユーザは、書き込みパネル１１０（図１５参照）上に電子ペーパ２をその表面を下側に向けて載置した後、蓋部５２を閉じた状態とする。蓋を閉じた状態のときの斜視図を図１８に、断面図を図１９に示す。このとき、電子ペーパ２の下側スルーホール電極４１および上側スルーホール電極３１が、それぞれ蓋側電極６５の下面側および本体側電極１１４と電気的に接続される。

次に、ユーザは、ＰＣ１２６を操作して、電子ペーパ２の初期化を行った後、電子ペーパ２に対して所望の画像の記録を実行する。このとき、ＰＣ１２６から主制御部８３に対して記録処理に関する信号が適宜送出され、この信号に応じて、主制御部８３は駆動制御部８２に対して記録命令を送出する。この記録命令に応じて、駆動制御部８２は、蓋側電極６５と所定の本体側電極１１４との間に画像記録に必要な記録電圧が印可されるようにスイッチ回路８５を動作させる。

これにより、画素電極１４と共通電極１５との間のマイクロカプセルＣ内の白色粒子群Ｐｗが画素電極１４側に移動し、黒色粒子群Ｐｂが共通電極１５側に移動する。その結果、上側に配置された電子ペーパ２の裏面に黒色の画像が表示される。

また、蓋を閉じた状態のときに電子ペーパ２が載置されていなかった場合、本体側電極１１４と蓋側電極６５が直接接触することになるため、過分な電流が流れることになる。この所定以上の電流値を過電流制限回路８６が検出することにより、電子ペーパが載置されていないことを、表示部９１（図２０参照、図１５，１８には図示せず）を用いて、あるいは、ＰＣ１２６を利用してユーザに知らせることができる。

また、電子ペーパ記録システム１において、電子ペーパ２に画像を手書きで記録する際には、まず、ユーザは、閉じた蓋部５２の上面に形成された載置スペース１３１（図１８参照）に初期化済みまたは画像記録済みの電子ペーパ２をその表面を上側に向けて載置する。このとき、電子ペーパ２の共通電極１５が、蓋側電極６５と電気的に接続される。

次に、ユーザが電子ペン５３の操作スイッチ７３を操作してペン記録モードを実行すると、そのモードの実行を示す信号が接続ケーブル７２を介して主制御部８３に送信される。この信号に応じて、主制御部８３は、駆動制御部８２に対して記録命令を送出する。この記録命令に応じて、駆動制御部８２は、ペン電極７１と蓋側電極６５との間に画像記録に必要な記録が印可されるようにスイッチ回路８５を動作させる。このとき、蓋側電極６５は基準電位（0Ｖ）となり、ペン電極７１は記録電位（−8Ｖ）となる。

その後、ユーザは電子ペーパ２のペン先部５３ａを電子ペーパ２に押し当て、上述の第１実施形態の場合と同様に手書き画像を記録することができる。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。上記実施形態に示した本発明に係る電子ペーパ記録システム１の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である

本発明に係る電子ペーパ及び電子ペーパ書き込み装置は、画素にＴＦＴ層等のドライバ層を設けない簡易な構成において画像の高画質化を可能とし、電気的に記録した画像を無電力で保持できる電子ペーパ及び電子ペーパ書き込み装置として有用である。

１ 電子ペーパ記録システム
２ 電子ペーパ
３ 電子ペーパ書き込み装置
１１ 電子インク層
１２ 表面フィルム（第１のフィルム）
１３ 裏面フィルム（第２のフィルム）
１４ 画素電極
１５ 共通電極
２０ 画像表示領域
２１ 画素
３０ 貫通孔
３１ 上側スルーホール電極（第１のスルーホール電極）
３１ａ 凸状部
３５ 駆動電極層シート
４０ 貫通孔
４１ 下側スルーホール電極（第２のスルーホール電極）
４５ 表示層シート
５１ 本体部（載置部）
５２ 蓋部
５３ 電子ペン
５３ａ ペン先部
６１ 本体側電極
６２ 位置ガイド部材
６５ 蓋側電極
７１ ペン電極
７３ 操作スイッチ
７５ 絶縁カバー
８０ 駆動制御装置
８１ 電源部
８２ 駆動制御部
８３ 主制御部
８６ 過電流制限回路（過電流制限部）
９０ 操作スイッチ
９１ 表示部
１０１ 補助記録パネル（補助記録部）
１０３ パネル電極（補助記録用電極）
１１０ 書き込みパネル
１１４ 本体側電極
Ｃ マイクロカプセル

Claims (10)

1. 印加電界に応じて表示色が変化する電子インク層と、
   前記電子インク層の一面側に設けられた透明な第１のフィルムと、
   前記電子インク層の他面側に設けられた透明な第２のフィルムと、
   前記電子インク層と前記第１のフィルムとの間に介在し、複数の画素に対応して配設された複数の透明な画素電極と
   前記電子インク層と前記第２のフィルムとの間に介在する共通電極と
   を備え、
   前記第１のフィルムには、複数の貫通孔が形成されると共に、当該貫通孔内に前記複数の画素電極とそれぞれ電気的に接続された複数の第１のスルーホール電極が設けられ、
   前記第２のフィルムには、少なくとも１つの貫通孔が形成されると共に、当該貫通孔内に前記共通電極と電気的に接続された第２のスルーホール電極が設けられたことを特徴とする電子ペーパ。
2. 前記第１のスルーホール電極は、その端部が前記第１のフィルムの表面から突出していることを特徴とする請求項１に記載の電子ペーパ。
3. 前記第１または第２のフィルムに形成された前記貫通孔は、当該第１または第２のフィルムの一方の面から他方の面に向けて徐々に縮径されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子ペーパ。
4. 請求項１に記載の電子ペーパに書き込みを行う電子ペーパ書き込み装置であって、
   前記共通電極と電気的に接続可能な本体側電極を有すると共に、前記電子ペーパが載置される載置部と、
   前記電子ペーパの前記画素電極と電気的に接続可能なペン電極を有する電子ペンと、
   前記本体側電極と前記ペン電極との間に所定電圧を印加可能な電源部と
   を備えたことを特徴とする電子ペーパ書き込み装置。
5. 前記載置部に対して開閉自在に設けられ、前記複数の画素電極と電気的に接続可能な蓋側電極を有する蓋部を更に備え、
   前記電源部は、前記本体側電極と前記蓋側電極との間に所定電圧を印加可能であることを特徴とする請求項４に記載の電子ペーパ書き込み装置。
6. 前記第１のフィルムの一部の領域における前記画素電極と電気的に接続可能な複数の補助記録用電極を有する補助記録部を更に備え、
   前記電源部は、前記本体側電極と前記補助記録用電極との間に所定電圧を印加可能であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電子ペーパ書き込み装置。
7. 請求項１に記載の電子ペーパに書き込みを行う電子ペーパ書き込み装置であって、
   前記画素電極と電気的に接続可能な本体側電極を有すると共に、前記電子ペーパが載置される載置部と、
   前記載置部に対して開閉自在に設けられ、前記載置部に載置された前記電子ペーパの前記共通電極と電気的に接続可能な蓋側電極を有する蓋部と、
   前記本体側電極と前記蓋側電極との間に電圧を印加可能な電源部と
   を備えたことを特徴とする電子ペーパ書き込み装置。
8. 前記画素電極と電気的に接続可能なペン電極を有する電子ペンを更に備え、
   前記蓋部は、その閉状態において前記電子ペーパが載置される載置面を有し、
   前記蓋側電極は、前記載置面に載置された前記電子ペーパの前記共通電極と電気的に接続可能に設けられ、
   前記電源部は、前記蓋側電極と前記ペン電極との間に電圧を印加可能であることを特徴とする、請求項７に記載の電子ペーパ書き込み装置。
9. 前記電源部が前記所定電圧を印加したときに両電極間に流れる電流値を判定し当該電流値を所定値以下に制限する過電流制限部を更に備えたことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれかに記載の電子ペーパ書き込み装置。
10. 前記過電流制限部により判定された電流値が所定値以上だったとき、前記電子ペーパが載置されていないと判断する制御部を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載の電子ペーパ書き込み装置。

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