(57)【要約】【課題】従来通り紙を印刷媒体として用いるとともに、印字ヘッドを交換するだけで、光アドレス型液晶パネルを表示媒体として用いることが可能なプリンターを提供する。【解決手段】プリンターの表示媒体搬送用ローラ２２を表示媒体である液晶パネル２４への電気信号供給端子として用いて、リセット電圧や駆動電圧を印加する。また、印字ヘッド２３は書き込み光の照射を制御するシャッターとヒーターを有していて、ヒーターで液晶パネルを加熱するとともにシャッターで書き込み光を照射することにより、液晶パネルに絵や文字を書き込む。強誘電性液晶を用いた液晶パネルはメモリ性があって、次にリセット電圧が供給されるまで書き込まれた情報を保持する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルで構成した表示媒体に印字するプリンターにおいて、
前記表示媒体に電気信号を送るための手段として、表示媒体をプリンター内部へ搬送するためのローラが表示媒体の電極に接触して電気信号を供給する端子であることを特徴とするプリンター。
【請求項２】
液晶パネルで構成した表示媒体に印字するプリンターにおいて、
印字ヘッドが、前記液晶パネルを加熱する手段と液晶パネルに光を照射する手段を併せ持つことを特徴とするプリンター。
【請求項３】
請求項２に記載のプリンターにおいて、
印字ヘッドの光照射手段は光源と、
光照射量を制御する複数の微小な光シャッターと、
光源からの光を前記光シャッター部分に照射するためのレンズ系で構成したことを特徴とするプリンター。
【請求項４】
請求項３に記載のプリンターにおいて、
印字ヘッドの光シャッターが液晶シャッターであることを特徴とするプリンター。
【請求項５】
請求項２に記載のプリンターにおいて、
印字ヘッドはプリンター本体から着脱可能であり、液状インクを噴射する印字ヘッドと交換することにより、液晶パネルで構成した表示媒体とプリント用紙のいずれにも印字できることを特徴とするプリンター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶パネルで構成された表示媒体に印字するためのプリンターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題等から、最近、プリントの表示媒体として従来のように紙を用い、インクを塗布して絵や文字を描くのではなく、何度でも繰り返し再生可能な表示媒体として電子ペーパの開発が行われている。電子ペーパは紙以外の表示媒体を用いて絵や文字を描き、種々の方法によって一度描いた絵や文字を消去し新たな絵や文字を同一の媒体上に描くことにより、同一の媒体が繰り返し使用可能なものである。
【０００３】
電子ペーパとしては、ロイコ染料という熱により発光色が変化する特殊な材料を紙上に形成した表示媒体や、また白色の微小な球体を特殊な黒インクと共に封じ込めたカプセルを透明電極が付いた透明基板で挟み込み、透明電極に印加される電圧によって白色の微少な球体と黒インクの混合状態を制御することにより表示を行う方法等、種々の方法が盛んに研究開発されている。
【０００４】
このような紙やインクを用いない表示媒体の一つとして、反射型の光アドレス型液晶ディスプレイの開発が行われている。反射型の光アドレス型液晶ディスプレイは電気アドレス型のディスプレイに比べると、パネル内にあらかじめ表示用の画素を構成する必要がなく、また駆動用のＩＣや配線などが不要なためにパネル構成が単純化できるメリットを持っている。
【０００５】
下記の特許文献１に、紙上に微細カプセル層を形成した表示媒体と、これに書き込みを行うプリンターが開示され、また、特許文献２に、フォトクロミック化合物を含む感光層を支持基板上に形成した表示媒体と、これに書き込みを行うプリンターが開示されている。これらはいずれも紙でない媒体を用いる印刷法の例ではあるが、本発明がこれから示すような液晶パネルを印刷媒体とするものではない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１２７４７８号公報
【特許文献２】
特開２００３−１５２５７号公報
【０００７】
図６は液晶を用いた光アドレス型ディスプレイに用いる液晶セルの構成図である。下側の透明基板１には透明電極２と光伝導層３および誘電多層膜４が積層されている。誘電多層膜４は誘電ミラーであって遮光層であるとともに反射層である。さらに、誘電多層膜４に、液晶を配向させるための配向膜５が塗布されている。光伝導層３にはａ−Ｓｉ：ＨやＣｄＳ等が用いられる。また配向膜５にはポリイミドやポリビニルアルコールなどの有機膜またはＳｉＯなどの無機蒸着膜が用いられる。もう一方の透明基板６には透明電極７と配向膜８が積層されており、これら２枚の透明基板１、６の間に液晶９が封入されている。
【０００８】
次に、このような液晶セルを用いた光アドレス型ディスプレイの動作原理を簡単に説明する。透明電極２、７には所定の電圧が印加されるが、光伝導層３に光が照射されてない場合には、光伝導層３の抵抗値が高いために電路の時定数が増して、印加電圧が液晶層９にかかるのが遅れ、逆に光伝導層３に光が照射されていると、光伝導層３の抵抗値が低くなることにより時定数が小さくなって、液晶層に所定の電圧が印加されるのが非常に高速となる。このように液晶層への電圧印加の時定数の差が大きいのを利用して、光の照射の有無によって液晶パネルへのデータの書き込みの制御を行う。
【０００９】
光アドレス型ディスプレイに用いられる液晶のモードとしては、ＴＮ型、ＳＴＮ型、ＦＬＣ（強誘電性液晶）型のいずれのモードも用いることができるが、ＦＬＣ型は応答速度に優れ、視野角依存性も少なく、また外部から電圧等のエネルギー供給が行われない場合にも、一度書き込んだ表示状態を保持できるメモリー性を持つために、特に光アドレス型のディスプレイに適するモードと考えられる。
【００１０】
図７は強誘電性液晶セルを用いてディスプレイを構成する場合の一例を示す模式図であって、２枚の偏光板１１、１２の間に、強誘電液晶を封入した液晶セル（図示せず）を挟んで液晶パネルにする。なお、この図は強誘電液晶パネルの動作説明用であって、液晶セルは図６に示したような遮光性の誘電多層膜４などは有しない透過型のものを用いている。
【００１１】
偏光板１１、１２は互いの偏光軸１１ａ、１２ａの方向をほぼ直角（クロスニコル）に合わせる。強誘電性液晶の分子の長軸方向は、電圧無印加時に、図示のように第１の強誘電状態あるいは第２の強誘電状態のどちらかの強誘電状態を取るのであり、どちらか一方の強誘電状態における強誘電性液晶の分子長軸方向と、どちらかの偏光板の偏光軸とが平行になるように、一対の基板間に液晶セルを置く。ここでは第２の強誘電状態の分子長軸方向と偏光板１２の偏光軸１２ａを平行にしてある
【００１２】
図７のような構成では、強誘電性液晶の分子長軸方向が偏光板の偏光軸の方向と一致する方の強誘電状態を取る場合、ここでは分子長軸方向が偏光板１２の偏光軸１２ａと平行になる第２の強誘電状態を取る場合に、強誘電性液晶パネルは光が透過せず黒表示（非透過状態）となる。また、適切な極性で電圧を印加することによって、強誘電性液晶は同図の第１の強誘電状態のように、分子長軸方向が偏光板の偏光軸と一致しない方の強誘電状態となり、強誘電性液晶分子が偏光軸１１ａ、１２ａに対して、ある角度を持って傾くため、図示してないバックライトからの光が透過して、白表示（透過状態）とすることができる。
【００１３】
図７では第２の強誘電状態の液晶の分子長軸方向と偏光板１２の偏光軸１２ａの方向を一致させたが、第１の強誘電状態の分子長軸方向とどちらかの偏光板の偏光軸方向を一致させることもできる。その場合には第１の強誘電状態が黒表示（非透過状態）、第２の強誘電状態が白表示（透過状態）になる。どちらの構成についても本発明に採用できるが、ここでは図２のように構成した場合について説明を進める。
【００１４】
図８に、この強誘電性液晶パネルにおける印加電圧の値と透過率との関係を示す。強誘電液晶にある値以上の正極性の電圧を印加すると第１の強誘電状態を取り、偏光板との関係が図７のようであると、強誘電性液晶パネルは光を通す透過状態が得られ、逆にある値以上の負極性の電圧を印加すると第２の強誘電状態を取り、光を通さない非透過状態となる。図８に見るように強誘電性液晶は履歴特性を有し、印加電圧を０Ｖにしても電圧印加時と同じ透過率を維持する。すなわち外部からの電圧を供給しなくとも、一度書き込まれた表示状態を保持することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような光アドレス型の液晶パネルで構成した表示媒体を用いるプリンターは、まだ一般的な商品として市販されてはおらず、専用の特殊なプリンターを用いる必要がある。
【００１６】
そこで、本発明は、液晶パネルで構成された表示媒体を用いる場合に、従来とは異なる専用のプリンターを用いなくても済むように、紙を表示媒体としていた従来のプリンターと本体を共通に用いることができて、インクを噴射していた印字ヘッドを本発明のものと交換するだけで、液晶パネルによる表示媒体に印字することが可能なプリンターを提供することが目的である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、次の手段を用いる。
液晶パネルで構成した表示媒体への絵や文字の書き込みは、液晶分子の配列状態（配向状態）を電圧によって変化させて行うが、本発明で用いる表示媒体は紙と同様の取り扱いをするため、表示媒体そのものを軽量薄型に構成する必要があり、表示媒体内には電源を設けず、絵や文字の書き込みを行う際に液晶パネルを駆動するのに必要な電気信号をプリンター本体から得る構成とする。従来の紙を用いたプリンターは、印字ヘッド部分に紙を搬送させるためのローラが設けてあるが、本発明ではこのローラを電気信号を伝える端子として用いる。
【００１８】
また、光アドレス型のディスプレイに絵や文字を書き込むために光と熱が必要であるが、これらは印字ヘッドから供給する。
【００１９】
この印字ヘッドは、表示媒体への光照射を制御するためのシャッターと光源およびこの光源の光をシャッターへ導くためのレンズからなる光学系、そして液晶パネルを局部的に加熱するためのヒーターを有している。
【００２０】
印字ヘッドに設けるシャッターは、より小型にするために液晶シャッターで構成する。
【００２１】
本発明の印字ヘッドと、インクを噴射して印字する従来の印字ヘッドを交換可能にすることにより、光アドレス型の表示媒体に書き込むだけでなく、通常の紙への印刷もできるプリンタが実現する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
光アドレス型の液晶パネルに照射される光のオン、オフにより、光伝導層であるａ−Ｓｉ：Ｈの抵抗値が約４桁ほど変化して液晶層の時定数が変化し、図９に示すように液晶層にかかる実効電圧の立ち上がり時間が大きく変わる。また図１０に示すように、液晶動作の閾値電圧は温度によって変化する。図１０にて温度Ｔ１は常温（例えば２２℃〜２３℃）であるのに対し、温度Ｔ２はこれより５℃程度高くした温度であって、温度がＴ１からＴ２に上がると閾値がＶ２からＶ１に下がる。そこで印字ヘッドにより液晶パネルを局部的に加熱して、その部分の強誘電液晶の動作の閾値を下げるとともに、光を照射して書き込みを行う。すなわち熱と光という二つの要素を利用して液晶パネルに絵や文字の書き込みを行うのである。
【００２３】
まず、絵や文字の書き込みを行う前に、プリンター本体から搬送用ローラを通して、液晶パネル全体に図１１に示すような幅８０ｍｓ、電圧値±３０Ｖのリセット用双極性パルスを印加する。この液晶パネルは、光が照射されない場合には、図９に示したように液晶層にかかる実効電圧の立ち上がりが遅れ、電圧が十分上がるのに時間的には約６０ｍｓ必要である。しかし前記リセットパルス幅はこれより十分長く、また液晶の室温での閾値電圧２８Ｖを越えており、液晶のスイッチングには十分な大きさと長さを持つ電圧パルスであり、液晶パネルには全面に白表示が書き込まれる。
【００２４】
その後、絵や文字を書き込むために、搬送用ローラから液晶パネルへ図１２のような１００μｓのパルス幅で電圧値が±２５Ｖの双極性の書き込みパルスを印加し、このパルスに同期して印字ヘッドから液晶パネルへ光を照射する。光が照射された部分は図９のように液晶層にかかる実効電圧値の立ち上がり時間が書き込みパルス幅に比べ十分短く、また印字ヘッドによる加熱で光照射部分の液晶パネルの温度が上がっていて、液晶の閾値電圧が図１０のＶ１のように下がっており、実効電圧はこれを十分超えるために液晶分子の向きがスイッチングされる。なお、リセットパルス、書き込みパルスをいずれも双極性にするのは、単極のパルスであると液晶の寿命を縮めるからである。
【００２５】
一方、光が照射されない部分は、図９に光ＯＦＦで示すように液晶層にかかる実効電圧値の立ち上がり時間が書き込みパルスの幅に比べて非常に遅いために、書き込みパルスの印加中に液晶層にかかる電圧が閾値電圧を超えず、液晶はスイッチングされない。
【００２６】
前述のように、液晶パネルにまずリセットパルスを加えて全面を白表示にした上で、黒表示の部分について書き込みを行う。その際、光の照射は書き込みパルスの極性が負であるタイミングに同期して行う。液晶は負極性の電圧に応じたスイッチングを行い、図８のような特性を持たせたパネル構成では、負極性の書き込みの場合は黒表示になるので、光が照射された部分だけ黒書き込みが行われる。
【００２７】
この書き込みパルスが印加されているときに、万が一、この液晶パネルの光伝導層の抵抗値を変化させるのに十分な外光が照射されることがあっても、印字ヘッドで覆われている箇所には外光は当たらず、印字ヘッドから外れた箇所は加熱されてないため温度が室温であって、印加電圧と透過率の関係が図１０のＴ１であり、閾値電圧がＶ２であって書き込みパルスの電圧値がこれに達しないので、液晶のスイッチングは行われない。
【００２８】
図１３は本発明における光書き込み型の強誘電性液晶パネルの実施形態の概略図で、図６の液晶セルの上に偏光板１０を重ねた構成である。プリンタで操作できるよう可撓性にするために、上下の透明基板はプラスチック製である。プラスチック基板１５上には５００オングストローム厚の透明電極２に光伝導層３として約１μｍの厚みでａ−Ｓｉ：Ｈ膜を成膜してあり、さらにその膜上は読み出し光の反射膜である１μｍの厚みの誘電多層膜４を積層し、その上に液晶の配向膜５としてＳｉＯ膜を６００オングストロームの厚みで蒸着してある。
【００２９】
反対側のプラスチック基板１６には約５００オングストロームの透明電極７と、その上に配向膜８として約６００オングストローム厚のＳｉＯ膜を蒸着してある。基板上の透明電極２、７はいずれもベタ一面に設ければよく、分割して画素を形成したりする必要はない。そして２枚のプラスチック基板１５、１６のギャップを約１μｍにし、その間に強誘電性液晶１７を充填して液晶パネルを構成している。強誘電性液晶１７の平均的分子軸方向が、図７、図８に示す第２の強誘電状態において偏光板１０の偏光軸と平行になるように配置してある。
【００３０】
図１は本発明のプリンターの外観で、従来から用いられているインクジェット式プリンターと同様な構成であり、図２はその概念的な側面図である。表示媒体である前述の光アドレス型液晶パネル２４を用紙台２１にセットすると、導電性ゴム等の導電材料で構成した搬送用ローラ２２でプリンター本体内に導入され、印字ヘッド２３の真下を通過して行く。この時に搬送用ローラー２２が常に液晶パネル２４の電極部分に接することにより、必要なリセット電圧や駆動電圧が液晶パネル２４に供給される。
【００３１】
図３は本発明の光アドレス型液晶パネルの電極部分の構成図である。上側のプラスチック基板１６の透明電極７と下側のプラスチック基板１５の電極３１の一部が、両基板を接着するシール材３２に混合した導電粒子３３を介して電気的に接続されている。プラスチック基板１５の左右両端部の電極に図２の搬送用ローラー２２が接触することにより、強誘電性液晶１７への電圧印加用の上下のベタ一面の透明電極２、７とプリンター本体との電気的な接続が得られる。これにより液晶パネルにリセット電圧や駆動電圧を印加することができる。
【００３２】
図４は図２の印字ヘッド２３の概略図である。印字ヘッド２３には表示媒体である液晶パネルへの光照射を制御するための一群のシャッター４１と、液晶パネルを加熱するためのヒーター４２の部分が設けてある。
【００３３】
図５は印字ヘッド２３の内部の概略図で、光源４３および光源の発する光を平行光にして光シャッター４１の部分に導くためのレンズ系４４を収容している。光源４３としてはＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる。光シャッター４１の部分には液晶シャッターを用い、プリンター本体から送られてくる制御信号によってシャッター４１の開閉を制御し、光源４３からの光を表示媒体である液晶パネル（図２の２４）に照射する。また印字ヘッド２３の前面に設けてあるヒーター４２（図４）が液晶パネル２４に接することにより、液晶パネル２４の光照射部分を加熱する。
【００３４】
液晶パネル２４にデータを書き込む直前に、図１１に示したリセットパルスによって一度全画面に白表示を書き込み、その後、図１２に示す書き込みパルスを液晶パネル２４に印加しながら、書き込みパルスの負極性期間に同期して書き込み光を照射する。すると照射された部分は黒表示のドットとなる。このドットが多数集まることにより液晶パネル２４に絵や文字が表現される。前述のように、強誘電性液晶パネルはメモリー性を備えているため、一度書き込まれた情報は次にリセットパルスが印加されるまで保持される。
【００３５】
本発明では表示媒体を加熱する手段として、印字ヘッド２３の表面に設けたヒーター４２を直接表示媒体に接触させて熱を伝えたが、印字ヘッド２３から表示媒体へ温風を吹き付ける構成にしてもよい。
【００３６】
印字ヘッド２３の液晶シャッター４１（図４、図５）の開閉を制御する制御信号には、インクジェットプリンターにおいてインクの噴射を制御する信号を用いる。すなわち、インクを噴射させる信号が、液晶シャッター４１を開いて光を照射する信号となり、インクを噴射させない信号が液晶シャッター４１を閉じて光を照射しない信号となるために、プリンター本体との電気的なインターフェイスは、紙にインクを噴射して絵や文字を書き込む従来のインクジェットプリンターと同様な構成にしてあり、液晶パネルの表示媒体に光照射で絵や文字を書き込むか、紙にインクで印字するかを、ヘッドの交換だけで切り替えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のプリンターを用いることにより、インクジェットで印刷する状態から印字ヘッドを交換するだけで、液晶パネルを用いた表示媒体への書き込みができるよう容易に変換することができ、外光による誤った書き込みなどの生じないものが得られる。長期間保存する必要のないプリントの場合は、液晶パネルを用いた表示媒体に書き込むことにより、不必要な紙の消費を抑えて環境改善に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプリンターの外観図である。
【図２】本発明のプリンターの概略構成図である。
【図３】本発明で用いた液晶セルの電極部分の構成図である。
【図４】本発明の印字ヘッドの概略図である。
【図５】本発明の印字ヘッドの概略構成図である。
【図６】光アドレス型液晶セルの構成図である。
【図７】強誘電性液晶パネルにおける偏光板と液晶分子の関係を示す図である。
【図８】本発明で用いた強誘電性液晶パネルの印加電圧と透過率の関係を示す図である。
【図９】本発明で用いた液晶パネルの液晶層にかかる電圧の時間的変化と光のオン、オフとの関係を示す図である。
【図１０】本発明で用いた液晶パネルの印加電圧と透過率変化の関係の温度依存性を示す図である。
【図１１】本発明で液晶パネルに印加するリセットパルスの波形図である。
【図１２】本発明で液晶パネルに印加する書き込みパルスの波形図である。
【図１３】本発明で用いた光アドレス型液晶パネルの構成図である。
【符号の説明】
１、６  透明基板
２、７  透明電極
３  光伝導層
４  誘電多層膜
５、８  配向膜
９  液晶
１０、１１、１２  偏光板
１１ａ、１２ａ  偏光軸
１５、１６  プラスチック基板
１７  強誘電性液晶
２１  用紙台
２２  搬送用ローラー
２３  印字ヘッド
２４  液晶パネル
３１  電極
３２  シール材
３３  導電粒子
４１  シャッター
４２  ヒーター
４３  光源
４４  レンズ系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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