JP4562376B2

JP4562376B2 - 表示装置

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Publication number: JP4562376B2
Application number: JP2003391944A
Authority: JP
Inventors: 尚貴岩田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: JP2005115307A

Description

本発明は、電子ペーパに描画を行う表示装置に関する。

従来から筆記具により紙に記録して保存することは、利便性が高く一般的に用いられている。しかし近年、地球環境保全のために省資源及び省エネルギーの要求が高まっている。紙は製造時に多量のエネルギーと共に大量の水及び木材を消費するため、環境負荷が高く使用を抑制することが好ましいとされている。しかし、紙以外の液晶表示装置等の電気信号によるディスプレイは、紙に比べて視認性が悪く、また画面保存のためには維持電源が必要といった点で紙の代替えとはならない。

また、従来から電気的な信号で書き換え可能なディスプレイとして、ＬＥＤ、液晶、プラズマ、ＥＬディスプレイ等がある。しかし近年、地球環境保全のために省資源及び省エネルギーの必要性が高まってきており、画像表示を維持するために電力を消費するディスプレイは看板、ポスター等の常時表示の用途には向かない。

そこで電子ペーパ、又は電子インクというものが種々提案されてきている。これは顔料等の着色体が分散媒体と共に封入されたカプセルを紙、もしくは極薄シート内に混合させたものであり、電圧が印加された部分のみ耐電着色体が表層に表れて地肌部分とコントラストが発生し、画像形成が可能であり、一度画像形成を行った後は維持電源が不要なものである。

このような電子ペーパとして、例えば、着色されたマイクロカプセルを基板上にインクジェット方式により順次打ち出して配置していく表示パネルの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、フレキシブルな基板上にコントラスト媒体を配置した、複数のページディスプレイを有する電子ブックや（例えば、特許文献２参照）、電気泳動ディスプレイ素子及び電極が基板上にプリントされるようにしたもの（例えば、特許文献３参照）、さらには、２種の着色が可能な電気泳動表示セル用インク（例えば、特許文献４参照）等が提案されている。

これらの電子ペーパにおいては、いずれも表示部の基板の背面に制御電極を設けて、１画素ずつ制御することを前提としている。このように基板背面の制御電極の存在は、１枚あたりの電子ペーパのコストを上げ、また通常の紙に比べて厚みが厚く、堅くなり保存に場所を取るなどして使いかってが悪くなるという問題があった。
特開２０００−０３５７６９号公報特表平１１―５０２９５０号公報特表２００２−５２０６５５号公報特開２０００−２９０５６６号公報

本発明は、視認性が良く維持電力が不用で、かつ薄型、低コストの電子ペーパを用いる表示装置を得ることを課題とする。

さらに、視認性が良く維持電力が不用である電気的に書き換え可能なディスプレイであり、背面に制御電極を持たないために、低コストで大画面、高精細の表示を得ることを課題とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の表示装置は、懸濁媒体と帯電性を有する着色体粒子が封入された表示体層と、前記表示体層の第１の面に配される導電層と、前記表示体層の前記第１の面と対向する第２の面で移動可能な電極を有するマーキング装置とを設け、前記表示体層は、感光体および該感光体に対する帯電部材及び書き込み部材が一体化された感光体ユニットを有し、該感光体ユニットが前記表示体層に接触しながら移動を行うことができることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の表示装置であって、導電層と電極との間に所定の電位差を発生させる電源を設けたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の表示装置であって、表示体層は、密閉された空間に懸濁媒体と着色体粒子が封入されてなることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の表示装置であって、表示体層は、懸濁媒体と着色体粒子が封入されたカプセルを密閉された空間に封入してなることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置であって、電極と導電層に印加する電圧の極性を切り替える切り替え手段を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置であって、マーキング装置は、導電層と電極との間に所定の電位差を発生させる電源を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の表示装置であって、電極は、描画時と消去時とで逆の極性の電圧が印加されることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の表示装置であって、マーキング装置は、電極とは逆の極性の電圧が印加される他の電極を有することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の表示装置であって、導電層は絶縁性シートで被覆されていることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の表示装置であって、マーキング装置は、外観がペン形状をなすことを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の表示装置であって、感光体ユニットは、表示体層の裏面に当接して移動するものであり、表示体層の表面は透明導電層を有し、該透明導電層と感光体とは電気的に接続されていることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の表示装置であって、感光体は、該感光体への書き込みにＬＥＤアレイを用い、該ＬＥＤアレイは感光体ユニット内に一体形成されていることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の表示装置であって、感光体は、該感光体に接触して回転する帯電器を有し、該帯電器は感光体ユニット内に一体形成されていることを特徴とする。

以上の説明から、本発明の表示装置は、視認性が良く維持電力が不用であり、また、背面に制御電極を持たないため薄型、低コストの書き換え可能な電子ペーパが得られ、専用のマーキング装置を用いて筆記具と同様の感覚で描画を行うことができると共に、省資源、特に紙資源の使用量を抑制して地球環境保全に寄与することができる。また、電子メモ、電子黒板、知育玩具等に応用することができる。

また、視認性が良く維持電力が不用で有り、背面に制御電極を持たないために、低コストの書き換え可能な大画面ディスプレイに、光書き込みした静電潜像を転写するため高精細な画像形成が可能になる。

本発明の第１の実施形態として、懸濁媒体と帯電性を有する着色体粒子が封入された表示体層の面に導電層を配すると共に、対向する面で移動可能な電極を有するマーキング装置を設け、導電層と電極との間に所定の電位差を発生させることにより、付近の着色体粒子を電極側に移動させることで表示を行うようにした。

以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施例１による表示装置の構成図である。
この表示装置は、電子ペーパ１と、この電子ペーパ１の下面に設けた導電層２と、電子ペンとして用いられるマーキング装置３とからなる。

表示体層としても電子ペーパ１は、アクリル、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＥＴ等からなる薄い透明又は半透明のシート４とシート５で密閉空間を覆われ、内部にシリコーンオイル等の懸濁媒体６と、帯電性の着色体粒子７が封入されている。着色体粒子７としては、例えばカーボンブラック、マンガンフェライト、磁鉄鉱、フェライト、その他、黒色又は暗色系の顔料等を用いることができる。

導電層２は、アルミ、ニッケル等の薄膜シート、又はアルミ蒸着マイラー等が用いられ、下面を絶縁性シート８で被覆して利用者が接触して感電しないようにしている。
マーキング装置３は、図示のようにペン状部材の先端に電極１０が設けられると共に、内部に電池９が設けられている。

次に、上記構成による動作について説明する。
通常の状態では、着色体粒子７は懸濁媒体６の中に潜り込んでいる。このとき着色体粒子７は懸濁媒体６との摩擦等でプラスに帯電している。この状態で、マーキング装置３の電池９のマイナス電極を電極１０に接続すると共に、プラス電極を電線１１を介して導電層２と接続し、電極１０をシート４の表面４ａに接触させる。すると導電層２と電極１０との間に電位差が発生し、プラスに帯電した着色体粒子７の一部がマイナスの電極１０に向けて移動し、図示のように電極１０の下に集中し、これをシート４を透かして認識することができる。従って、電極１０をシート表面４ａに接触させながらマーキング装置３を自由に動かすことにより、絵柄や文字等の画像を描くことができる。
尚、導電層２と電極１０との間の電位差は、電子ペーパ１の厚さ等の条件にもよるが、例えば０．２〜０．３μｍの着色体粒子の移動電界として１００Ｖ／１００μｍ程度必要であり、電子ペーパ１の厚さが例えば５０μｍであれば、電位差は約５０Ｖとなる。

本実施例１によれば、制御電極としての導電層２を電子ペーパ１と一体化する必要が内ので、電子ペーパ１を低コスト、薄型に形成することができる。また、マーキング装置３を筆記用具と同様な感覚で用いることができると共に、電子ペーパ１を電子メモ用紙的に用いることができる。
尚、懸濁媒体６の粘性や比重、着色体粒子７の大きさや比重、電圧の大きさ等々を適宜選ぶことにより、一旦シート４側に移動した着色体粒子７は、電源を切ってもその位置に安定にとどまり、表示を維持することができる。

図１に示す状態において、電極１０と導電層２に印加する電圧の極性を逆にして、電極１０をプラス、導電層２にマイナスの極性の電圧を印加すると、シート４側にあった着色体粒子７は導電層２側に移動して再び懸濁媒体６の中に潜り込む。従って、表示されていた画像が消去され、画面は白色化される。

図２は本発明の実施例２による電子消しゴムとして用いることのできるマーキング装置１２を示すもので、図１と対応する部分には同一番号を伏して重複する説明は省略する。
このマーキング装置１２は、図示の形状を有し、下面に一定の面積を有する電極１３が設けられ、内部に電池１４が設けられている。

上記構成において、電極１３に電池１４のプラス電極を接続し、導電層２に電線１５を通じて電池１４のマイナス電極を接続すると、電極１３の下に集まっていた着色体粒子７は下方向に移動して懸濁媒体６の中に潜り込むので、それまで表示されていた画像を消去することができる。
以上のように本実施例２によれば、電子ペーパ１を描画・消去を繰り返して利用することが可能になり、紙を用いる場合に比べて省資源、特に森林資源の保全に寄与することができる。

なお、実施例１の図１において、電池９の極性を逆にすれば、マーキング装置３を消去用のマーキング装置として用いることができる。従って、図１、図２に示すマーキング装置３、１２の電池９，１４の極性を切り替える手段を設けることにより、書き込み・消去を兼ねるマーキング装置を実現することができる。
また、図１、図２においては、電池９，１４をマーキング装置３，１２に内蔵しているが、電池はマーキング装置の外部に設けてもよい。

図３は本発明の実施例３による表示装置を示す。
電子ペーパ２１は、薄い透明又は半透明のシート２２とシート２３で密閉され、内部に多数の微小なカプセル２４が封入されている。カプセル２４には、懸濁媒体２５及び帯電性の顔料等からなる着色体粒子２６が封入されている。
この電子ペーパ２１の下面には絶縁シート２７を有する導電層２８が配されている。
また、マーキング装置２９は、ペン状部材の両端に書きこみ用電極３０と消去用電極３１を設けると共に、電池３２，３３を設けている。電池３２，３３は電線３４を介して導電層２８に接続される。

上記構成によれば、電極３０をシート２２に接触させてマイナスの電圧を加え、導電層２８にプラスの電圧を加えることにより、電極３０付近のカプセル２４内の着色体粒子２６が電極３０付近に集まって画像が表示される。また、電極３１をシート２２に接触させてプラスの電圧を加え、導電層２８にマイナスの電圧を加えることにより、表面に集まっていたカプセル２４内の着色体粒子２６が懸濁媒体２５に潜り込んで画像が消去される。

本実施例３によれば、着色体粒子２６をカプセル２４に封入したことにより、画像表示に用いられたカプセル２４内の着色体粒子２６をより安定に表示状態に保持し易くなり、視認性を向上させることができる。また、１つのマーキング装置２９で描画と消去を行うことができる。

図４は本発明の実施例４による電子黒板として用いられる表示装置を示す。
図４において、実施例１又は３と同様な構成を有する電子ペーパ４１をベルト状に形成して、軸ローラ４２、４３間に掛け渡し、軸ローラ４２、４３の回転と共に移動可能にしている。そして、実施例１と同様な構成を有するマーキング装置４４を用いて電子ペーパ４１に描画する。また、黒板消しとして実施例２のマーキング装置１２としての消去用電極４５を備える。また、電子ペーパ４１の端部にローラ状消去電極４６を設け、電子ペーパ４１が移動するとき、その画面がローラ状消去電極４６を通過する際に画像が消去されるようにしている。
なお、マーキング装置４４は、前述したような描画・消去を兼ねるものもあってもよい。
このようにして筆記具を用いるのと同様な感覚で電子ペーパ上に描画を行う電子黒板を実現することができる。

図５は本発明の実施例５による電子絵描き用知育玩具として用いられる表示装置を示す。
図５において、板材５０上には、実施例１と同様な構成を有する電子ペーパ５１を設けられており、マーキング装置５２を用いて電子ペーパ５１に絵描きが可能になされている。また、板材５０の端部には消去電極部材５３が電子ペーパ５１上を移動できるように設けられており、画像消去が可能である。なお、図示せずも板材５０には導電層が設けられているものとする。
このようにして筆記具を用いるのと同様な感覚で電子ペーパ上に描画を行う電子絵描き用知育玩具を実現することができる。

次に本発明の第２の実施形態を説明する。
電気的に制御可能な着色体が封入された画像表示体と感光体および感光体に対する帯電部材及び書き込み部材が一体化された感光体ユニットを備え、感光体ユニットが表自体に接触しながら移動を行うことで画像形成を行うようにしている。このようにすると感光体に書き込んだ静電潜像を画像表示体に転写することになり、６００dot/inch程度の高精細な作像が可能になり、感光体の幅方向を長くし、移動幅を長く取ることで、容易に大画面への対応が可能になる。このようにして画像表示中に維持電力が不用で書き換え可能な高精細、大画面のディスプレイが可能になる。

表示体裏面より感光体ユニットが当接して移動するものであり、表示体表面は透明導電層を有し、透明導電層と感光体基体とは電気的に接続されているようにしている。この表示装置の概略を図６に、画像形成時の断面図を図７に示す。

表示層背面の図示しないガイドに沿って感光体ユニット１０２が矢印Ａ方向に移動する。感光体１２０は一様に帯電された後、書き込みユニット１２２によって光書き込みが行われ、静電潜像が形成される。そして画像転写部にて表示体層１００に接触して潜像を表示体に転写する。

潜像転写後の感光体は必要に応じて除電ランプ１２３により除電されて電位がならされ、再び帯電に用いられる。図７では感光体１２０がプラス帯電性のものであり、非画像部を露光して電荷を消去し、画像部のみ電荷が残った状態を示している。潜像転写部で表示体裏面に感光体１２０が接触すると、画像部では不透明媒体１１１中のプラス耐電着色粒子１１０は画像部では反発して表示体表面に表れる。

非画像部では着色粒子１１０は不透明媒体１１１の低部に潜り込んだままであり、表面から認識されない。このようにしてコントラストが発生して画像形成が可能になる。この時表示層表面の透明電極１１２と感光体基体が導電ライン１２６により電気的に接続されていることで着色粒子の移動に必要な電界が形成される。このようにして大画面への対応が可能で、維持電力が不用な書き換え可能高精細ディスプレイが得られる。

感光体への光書き込みに感光体ユニットに一体形成されたＬＥＤアレイを用いるようにしている。このようにすると図７に示すように感光体回転軸１２４とＬＥＤアレイユニット１２２を一体的に形成してＬＥＤ光の照射位置を固定化することが可能になり、感光体ユニットが回転しながら移動する際の振動での書き込み位置ズレを防止することが可能になる。このようにして大画面への対応が可能で、維持電力が不用な書き換え可能、高精細ディスプレイが得られる。

感光体への帯電に感光体ユニットに一体形成された接触回転する帯電器を用いるようにしている。このようにすると図７に示すように感光体回転軸１２４と帯電器回転軸１２５を一体的に形成して、帯電ローラ、または帯電ブラシの接触幅、接触圧を固定化することが可能になり、感光体ユニットが回転しながら移動する際の振動での帯電ムラを防止することが可能になる。このようにして大画面への対応が可能で、維持電力が不用な書き換え可能、高精細ディスプレイが得られる。

画像表示体層は電気泳動によって着色体が媒体中を移動するものであるようにしている。このようにすると感光体上に形成された静電潜像が接触することによる電位差で迅速に着色体が移動し、着色体と媒体の比重を同一とすることで一旦表示した画像に維持電力が不用となる。このようにして大画面への対応が可能で、維持電力が不用な書き換え可能な高精細ディスプレイが得られる。

画像表示体層は、分極された微少なコントラストボールが回転することで画像形成を行うようにしている。このようにすると感光体上に形成された静電潜像が接触することによる電位差で迅速にコントラストボールが１８０度回転して画像形成し、一旦表示した画像は安定状態となり維持電力が不用となる。このようにして大画面への対応が可能で、維持電力が不用な書き換え可能で高精細ディスプレイが得られる。

図６は、本発明を利用したディスプレイである。ディスプレイは、画像表示層１００と背面の感光体ユニット移動部１０１からなる。この画像表示機の断面構成図を図８に示す。感光体ユニット部はＡ方向に線側１００ｍｍ／ｓｅｃで移動していく。半導電性のウレタンゴム層で形成された帯電ローラ１２１を感光体１２０に押圧してバイアスを印加し、感光体面を＋５００Ｖに帯電させる。

そしてＬＥＤアレイユニット１２２にて６００ｄｐｉの解像度で露光を行い、非画像部を＋５０Ｖに電位低下させる。そして画像転写部において表示層１００に接触して表示層表面の透明電極１１２と感光体上の電位差によって着色粒子の移動が行われ、画像形成される。

この表示層の構成はマイクロカプセル１３０内の媒体１３２中に電気泳動を行う着色粒子１３１が封入されたものとなっている。カプセル１３０の材質はホルムアルデヒド尿素架橋樹脂で径は４０μｍ、電気泳動粒子１３１としてはプラス帯電性の暗色系顔料を用い、泳動媒体１３２はアイソパーＧにテトラクロロエチレンで比重調整したものを用いた。

そしてカプセルをバイロン２００のバインダ１３３によりシート上に分散固定化した。この表示層は、縦長さ１ｍ、横幅２ｍの大きさで作成した。そして感光体幅を１ｍとし、縦に配置して表示層背面より２ｍ接触移動させるようにした。このようにして大画面で維持電力が不用な書き換え可能な高精細ディスプレイが得られた。

実施例７では、実施例６と同様な構成のディスプレイであるが、画像表示層として、図９に示すような分極したコントラストボール１４０を封入したものを用いる。これは黒色側１４１は酸化物顔料を含み、白色側１４２はチタンベース顔料を含ませ、予めコロナ放電双極子状に帯電させる。

そして帯電させたコントラストボールをシリコン樹脂をバインダ１４３としてフィルム状に塗布してある。粒子の周りは誘電液アイソパーＶで満たされた微少な隙間を形成し、スムーズなコントラストボール１４０の回転を可能にしている。このような表示層を実施例６と同様な大画面で作成し、維持電力が不用な書き換え可能な高精細ディスプレイが得られた。

実施例６と同様な構成のディスプレイであるが、図８に示すようなマイクロカプセル内に白色泳動粒子１３１として低密度ポリエチレンでコーティングした酸化チタン微粒子を用い、媒体１３２中には暗黒色系の染料を混合した。このような場合粒子が表面に出ている部分は白色、潜り込んでいる場合は黒色として画像形成が行われる。このような表示層を実施例１と同様な大画面で作成し、維持電力が不用な書き換え可能な高精細ディスプレイが得られる。

実施例６と同様な構成のディスプレイであるが、感光体としてマイナス帯電性の有機感光体を用いた。そして−５００Ｖに感光体表面を均一帯電させた後、非画像部のみ露光を行い、−５０Ｖに電位低下させた。画像表示対として、図８のマイクロカプセル内にマイナス帯電性のカーボン微粒子を封入して画像形成を行った。このような表示層を実施例１と同様な大画面で作成し、維持電力が不用な書き換え可能な高精細ディスプレイが得られた。

本発明の実施例１による表示装置を示す構成図である。本発明の実施例２による表示装置を示す構成図である。本発明の実施例３による表示装置を示す構成図である。本発明の実施例４による電子黒板として用いられる表示装置を示す構成図である。本発明の実施例５による電子知育玩具として用いられる表示装置を示す構成図である。本発明による表示装置の概略図である。本発明による表示装置の概断面図である。本発明による表示装置の概断面図である。本発明による表示装置の概断面図である。

符号の説明

１、２１電子ペーパ
２、２８導電層
３、１２、２９マーキング装置
６、２５懸濁媒体
７、２６着色体粒子
８、２７絶縁シート
９、１４、３２、３３電池
１０、１３、３０電極
２４カプセル
１００画像表示層
１０１感光体ユニット移動部
１０２感光体ユニット
１１０着色粒子
１１１不透明媒体
１１２透明電極
１２０感光体
１２１帯電ローラ
１２２ＬＥＤアレイユニット
１２３除電ランプ
１２４感光体回転軸
１２５帯電器回転軸
１２６導電ライン
１３０マイクロカプセル
１３１電気泳動粒子
１３２媒体
１３３、１４３バインダ
１４０コントラストボール
１４１黒色側
１４２白色側

Claims

懸濁媒体と帯電性を有する着色体粒子が封入された表示体層と、
前記表示体層の第１の面に配される導電層と、
前記表示体層の前記第１の面と対向する第２の面で移動可能な電極を有するマーキング装置とを設け、
前記表示体層は、感光体および該感光体に対する帯電部材及び書き込み部材が一体化された感光体ユニットを有し、該感光体ユニットが前記表示体層に接触しながら移動を行うことができることを特徴とする表示装置。
前記導電層と電極との間に所定の電位差を発生させる電源を設けたことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記表示体層は、密閉された空間に前記懸濁媒体と前記着色体粒子が封入されてなることを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
前記表示体層は、前記懸濁媒体と前記着色体粒子が封入されたカプセルを密閉された空間に封入してなることを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
前記電極と導電層に印加する電圧の極性を切り替える切り替え手段を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
前記マーキング装置は、前記導電層と前記電極との間に所定の電位差を発生させる電源を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
前記電極は、描画時と消去時とで逆の極性の電圧が印加されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の表示装置。
前記マーキング装置は、前記電極とは逆の極性の電圧が印加される他の電極を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の表示装置。
前記導電層は絶縁性シートで被覆されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の表示装置。
前記マーキング装置は、外観がペン形状をなすことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の表示装置。
前記感光体ユニットは、前記表示体層の裏面に当接して移動するものであり、前記表示体層の表面は透明導電層を有し、該透明導電層と前記感光体とは電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の表示装置。
前記感光体は、該感光体への書き込みにＬＥＤアレイを用い、該ＬＥＤアレイは前記感光体ユニット内に一体形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の表示装置。
前記感光体は、該感光体に接触して回転する帯電器を有し、該帯電器は前記感光体ユニット内に一体形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の表示装置。