(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射により画像が書き込まれる表示記録媒体と、
背面から光を受けて前記表示記録媒体に画像光を照射する透過型の液晶パネルと、
光を発生する光源と、
前記光源からの前記光を平行光に整形して前記液晶パネルに照射する整形光学部材とを備え、
前記整形光学部材は、前記光源からの前記光を全反射させてほぼ平行光に整形するプリズム領域と、前記光源からの前記光を屈折透過させて完全な平行光ではなく前記プリズム領域との境界の方向へ広がるように整形するフレネル領域とからなり、
前記フレネル領域の前段に、前記フレネル領域の透過光量と前記プリズム領域の透過光量との差を小さくするように作用するＮＤフィルタが配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記フレネル領域は、前記光源からの前記光の入射角が０度を含む第１の範囲に形成され、
前記プリズム領域は、前記第１の範囲よりも前記光の入射角が大なる第２の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記フレネル領域は、中央に形成された円形の領域であり、
前記プリズム領域は、前記円形の領域の外側の領域であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記光源は、点光源であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記表示記録媒体は、光導電層と、液晶層とが積層された構成を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電源で画像の表示が可能なメモリ性を有する表示記録媒体に画像を書き込む画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示記録媒体として、紙媒体や電子ディスプレイの他に、電子ディスプレイの長所と紙の長所を併せ持った表示記録媒体（電子ペーパーやデジタルペーパー等とも称せられる。）が注目されている。
【０００３】
このようなメモリ性を有する従来の表示記録媒体として、例えば、光の照射と電圧の印加によって画像が可視的かつ消去自在にメモリされる光書込み型表示記録媒体、及びこの表示記録媒体に画像を書き込む画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６は、その画像形成装置の構成を示す。光書込み型の表示記録媒体２は、一対の透明電極間に、液晶層と、光の照射によって抵抗値が変化する光導電層とが積層されたものである。その表示記録媒体２に画像を書き込む画像形成装置１００は、ＬＥＤランプ１１１を２次元アレイ状に配置したバックライト１１０を用いて光１１２を液晶パネル１２０に照射し、液晶パネル１２０からの画像光１２１によって表示記録媒体２に画像を書き込むように構成されている。画像光１２１を表示記録媒体２の光導電層に照射すると、光導電層に光パターンに基づく抵抗分布が生じ、透明電極間に電圧を印加して、光導電層の抵抗分布に基づく分圧分布を液晶層に印加すると、分圧分布に応じた画像が液晶層に記録される。
【０００５】
この画像形成装置１００によれば、一対の電極に電圧を印加しながら画像情報を面状に露光することで記録が可能なため、ライン露光や走査露光などに比べ、大容量の画像情報を高速に書き込むことが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−３０１２３３号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の画像形成装置によれば、複数のＬＥＤランプ１１１を用いているため、部品点数が増大し、構成が複雑化する。また、単一のＬＥＤランプ１１１により液晶パネル１２０に光を照射する構成も考えられるが、視野角の制約から液晶パネル１２０にできるだけ平行な光を照射するため、液晶パネル１２０とＬＥＤランプ１１１との距離を十分にとる必要があり、装置の薄型化が図れないという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、構成の簡素化と薄型化が図れ、表示記録媒体の記録領域全域で安定したコントラストを有する記録画像の生成を可能とした画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、光の照射により画像が書き込まれる表示記録媒体と、背面から光を受けて前記表示記録媒体に画像光を照射する透過型の液晶パネルと、光を発生する光源と、前記光源からの前記光を平行光に整形して前記液晶パネルに照射する整形光学部材とを備え、前記整形光学部材は、前記光源からの前記光を全反射させてほぼ平行光に整形するプリズム領域と、前記光源からの前記光を屈折透過させて完全な平行光ではなく前記プリズム領域との境界の方向へ広がるように整形するフレネル領域とからなり、前記フレネル領域の前段に、前記フレネル領域の透過光量と前記プリズム領域の透過光量との差を小さくするように作用するＮＤフィルタが配置されていることを特徴とする画像形成装置を提供する。
【０００９】
上記画像形成装置によれば、光源から発生した光が、整形光学部材によって平行光に整形された後、透過型の液晶パネルに照射されるので、光源として単一の光源を用いることができ、液晶パネルと光源との距離を短くすることができる。光源からの光が液晶パネルに斜めに入射することがなくなるので、光漏れを防げ、コントラストの低下、階調反転を防げる。
【００１０】
整形光学部材としては、フレネルレンズ、プリズム、ホログラム素子、回折光学素子、屈折率分布レンズ等や、これらを組み合わせたものを用いることができる。
【００１２】
前記フレネル領域は、前記光源からの前記光の入射角が０度を含む第１の範囲に形成され、前記プリズム領域は、前記第１の範囲よりも前記光の入射角が大なる第２の範囲に形成された構成とすることができる。
【００１３】
前記フレネル領域は、中央に形成された円形の領域とし、前記プリズム領域は、前記円形の領域の外側の領域とすることができる。
【００１４】
前記光源として、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ハロゲンランプ等の点光源や冷陰極管等の線光源を用いることができる。
【００１５】
前記表示記録媒体は、光導電層と、液晶層とが積層された構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、液晶パネルが有する複屈折性を光学補償しているため、構成の簡素化と薄型化が図れ、表示記録媒体の記録領域全域で安定したコントラストの記録画像を生成を可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］（参考の実施形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す。この画像形成装置１は、メモリ性を有する表示記録媒体２と、表示記録媒体２に画像光３０を照射する液晶パネル３と、光５０を発生するバックライト５と、バックライト５からの光５０を平行光４０に整形して液晶パネル３に照射する整形光学部材４と、表示記録媒体２、液晶パネル３およびバックライト５に電圧を印加する電圧印加部６と、画像記憶部８に記憶されている画像データに基づいて電圧印加部６を制御する制御部７とを有して概略構成されている。
【００１８】
バックライト５は、単一のＬＥＤランプ５１からなり、ＬＥＤランプ５１は、ＬＥＤチップ５１ａを透明樹脂からなる封止部材５１ｂにより封止した構造を有する。封止部材５１ｂは、ＬＥＤチップ５１ａの発光光に整形光学部材４の全体に照射し得る広い指向性を与えるレンズ機能を有する。
【００１９】
電圧印加部６は、液晶パネル３の後述する一対の電極に接続された一対の受電部に電圧を印加するための一対の給電部と、表示記録媒体２の後述する一対の電極に接続された一対の受電部に電圧を印加するための一対の給電部とを備える。
【００２０】
制御部７は、ＣＰＵ、表示記録媒体２に画像を書き込むためのプログラムが格納されたＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、インターフェース回路等を備える。また、ＣＰＵにインターフェース回路を介してユーザの操作を受け付ける操作部やディスプレイが接続されていてもよい。これにより、画像記憶部８から画像を読み出してディスプレイに表示し、操作部の操作により表示記録媒体２に書き込む画像を選択することができる。
【００２１】
画像記憶部８は、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＷ、ハードディスク、半導体メモリ等を用いることができる。
【００２２】
（整形光学部材）
整形光学部材４は、中央に形成され、バックライト５からの光５０を屈折透過させてほぼ平行光に整形する円形のフレネル領域４１Ａと、その周囲に形成され、バックライト５からの光５０を全反射させてほぼ平行光に整形するプリズム領域４２とからなる。フレネル領域４１Ａは、バックライト５からの光５０の入射角が０度を含む第１の範囲θ１に形成されており、プリズム領域４２は、第１の領域θ１よりも大なる第２の範囲θ２に形成されている。
【００２３】
（表示記録媒体）
図２（ａ），（ｂ）は、それぞれタイプの異なる表示記録媒体を示す。図２（ａ）に示す表示記録媒体２は、対向配置されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからなる透明の第１および第２の基板２００Ａ，２００Ｂと、第１および第２の基板２００Ａ，２００Ｂの内側に形成されたＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明の第１および第２の電極２０１Ａ，２０１Ｂと、第２の電極２０１Ｂの内側に設けられるとともに、印加される電圧に応じて反射率（透過率）が変化する液晶層２０２と、第１の電極２０１Ａの内側に配置され、光の照射によって抵抗値が小さくなる光導電層２０３と、液晶層２０２と光導電層２０３との間に配置された光吸収層２０４とを備える。
【００２４】
液晶層２０２は、コレステリック液晶が封入されたマイクロカプセル２０２ａを有して構成されている。
【００２５】
光導電層２０３は、電荷輸送層と、この電荷輸送層の両側に積層された一対の電荷発生層とからなる。これにより、液晶層２０２への交流電圧の印加が可能となるため、液晶層２０２の劣化を抑えることができ、駆動電圧の低電圧化、表示記録媒体２の高寿命化を実現することができる。
【００２６】
図２（ｂ）に示す表示記録媒体２は、図２（ａ）に示した表示記録媒体２において、光吸収層２０４を第２の電極２０１Ｂの内側に配設し、液晶層２０２と光導電層２０３の間に隔離層２０５を追加したものであり、その他の構成は図２（ａ）と同様である。
【００２７】
（液晶パネル）
図３は、液晶パネル３を示す。この液晶パネル３は、第１および第２の配向膜３２Ａ，３２Ｂで挟まれたＴＮ（ツイステッド・ネマティック）液晶からなる液晶層３１と、透明な第１および第２の電極３３Ａ，３３Ｂを有して液晶層３１を挟むように対向配置されたガラス基板等からなる透明な第１および第２の基板３４Ａ，３４Ｂと、第１および第２の基板３４Ａ，３４Ｂの外側にそれぞれ配置され、偏光軸方向が互いに直交する第１および第２の偏光板３５Ａ，３５Ｂとを備える。
【００２８】
液晶層３１は、上記ＴＮ液晶の他に、ＳＴＮ（スーパ・ツイステッド・ネマティック）液晶等を用いてもよい。
【００２９】
第１および第２の電極３３Ａ，３３Ｂは、互いに直交する複数の行電極と複数の列電極を用い、パッシブ・マトリックス駆動（単純マトリックス駆動）により各画素を駆動してもよい。また、第１および第２の電極３３Ａ，３３Ｂは、全面電極と複数の画素電極を用い、互いに直交する複数のデータ線と複数の走査線との各交点にＴＦＴ等のアクティブ素子をそれぞれ接続し、アクティブ・マトリックス駆動により各画素を駆動してもよい。
【００３０】
（画像形成装置の動作）
次に、本実施の形態の画像形成装置１の動作を説明する。制御部７は、画像記憶部８に記憶されている画像データに基づいて電圧印加部６を制御する。電圧印加部６は、バックライト５のＬＥＤランプ５１に電圧を印加して点灯させるとともに、画像データに応じて液晶パネル３の第１および第２の電極間３３Ａ，３３Ｂに所定の電圧を印加し、表示記録媒体２の第１および第２の電極２０１Ａ，２０１Ｂ間に所定の交流電圧を印加する。
【００３１】
ＬＥＤランプ５１からは所定の角度に広がった光５０が発生し、整形光学部材４に照射する。整形光学部材４のフレネル領域４１Ａに照射した光５０は、フレネル領域４１Ａを屈折透過してほぼ平行光４０に整形されて液晶パネル３に照射し、プリズム領域４２に照射した光５０は、プリズム領域４２で全反射してほぼ平行光４０に整形されて液晶パネル３に照射する。
【００３２】
液晶パネル３では、電圧が印加された第１および第２の電極３３Ａ，３３Ｂ間の液晶層３１の部分（画素）は、液晶分子が垂直状態となり、第１および第２の偏光板３５Ａ，３５Ｂとの組合せで整形光学部材４からの平行光４０の通過が阻止される。一方、電圧が印加されていない第１および第２の電極３３Ａ，３３Ｂ間の液晶層３１の部分（画素）は、液晶分子がねじれて、整形光学部材４からの平行光４０が第１および第２の偏光板３５Ａ，３５Ｂを通過する。このようにして画像光３０が生成され、表示記録媒体２に照射される。
【００３３】
（図２（ａ）に示す表示記録媒体）
画像光３０が表示記録媒体２に照射すると、図２（ａ）に示す表示記録媒体２では、画像光３０が、第１の基板２００Ａおよび第１の電極２０１Ａを通過し、光導電層２０３に到達する。
【００３４】
光導電層２０３は、光が照射された部分の抵抗値が小さくなり、それにより、光導電層２０３とのインピーダンス比で決まる液晶層２０２の分圧が増加し、液晶層２０２における光反射率が大きくなる。従って、画像の書込みが終了した後、表示記録媒体２の表面２ａに照明光が照射された場合に、液晶層２０２の画像光３０が照射された領域は、反射率が大きくなるために照明光が反射して白く見え、画像光３０が照射されなかった領域は、照明光が液晶層２０２を透過して光吸収層２０４で吸収されるために黒く見える。これを視線Ｅの方向から画像として見ることができる。この画像は、第１および第２の電極２０１Ａ，２０１Ｂへの電圧印加が消失した後でも、長時間保持される。
【００３５】
（図２（ｂ）に示す表示記録媒体）
図２（ｂ）に示す表示記録媒体２の場合は、画像光３０は、第１の基板２００Ａ、第１の電極２０１Ａ、液晶層２０２および隔離層２０５を順次通過し、光導電層２０３に到達する。
【００３６】
光導電層２０３は、光が照射された部分の抵抗値が小さくなり、それにより、光導電層２０３とのインピーダンス比で決まる液晶層２０２の分圧が増加し、液晶層２０２における光反射率が大きくなる。従って、表示記録媒体２の裏面２ｂに照明光が照射された場合、光が照射された領域は液晶層２０２で反射して白く見え、光が照射されていない領域は液晶層２０２を通過して光吸収層２０４で吸収されるために黒く見える。これを視線Ｅの方向から画像として見ることができる。この画像は、第１および第２の電極２０１Ａ，２０１Ｂへの電圧印加が消失した後でも、長時間保持される。
【００３７】
（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）液晶パネル３の前段にバックライト５の光５０を平行光４０に整形する整形光学部材４を配置しているので、液晶パネル３の許容入射角を拡大することができる。従って、バックライトとして単一の光源を用いることができ、バックライト５の構成を簡素化することができる。
（ロ）また、液晶パネル３とバックライト５の距離を短くすることができるので、装置１の薄型化を図ることができる。
（ハ）バックライト５として点光源を用いても、黒表示部分において、斜め光成分の漏れが減少し、周辺部で発生するコントラスト低下や階調反転を減少させることができる。これにより、表示記録媒体２の記録領域全面で良好な画像の書込みが可能になる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置を示す。この第２の実施の形態は、整形光学部材４のみが異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００３９】
この整形光学部材４は、プリズム領域４２の焦点は、ＬＥＤチップ５１ａの位置と一致するが、フレネル領域４１Ｂの焦点は、ＬＥＤチップ５１ａの位置よりも後方に位置する。
【００４０】
従って、図４（ｃ）に示すように、フレネル領域４１Ｂにて屈折した光４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、完全な平行光とはならず、僅かに広がる。これにより、フレネル領域４１Ｂとプリズム領域４２との境界の不連続部が目立たなくさせることができ、表示記録媒体２の記録領域全体に均質な画像を書き込むことができる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る画像形成装置を示す。この第３の実施の形態は、第１の実施の形態において、整形光学部材４のフレネル領域４１Ａの前段にＮＤ(Neutral Density) フィルタ９を配置したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００４２】
ＮＤフィルタ９は、透過する光量を一様に減らせる減光特性を有し、フレネル領域４１Ａの透過光量と、プリズム領域４２の透過光量の差を小さくするように作用する。なお、ＮＤフィルタとして、減光特性が一様でなくてもよく、例えば、中心から周辺に向かって減光特性を小さくしたものを用いてもよい。これにより、フレネル領域４１Ａから一様の光量を出射することが可能となる。
【００４３】
この第３の実施の形態によれば、整形光学部材４のフレネル領域４１Ａの前段に設けたＮＤフィルタ９により、フレネル領域４１Ａの透過光量と、プリズム領域４２の透過光量の差が小さくなるので、フレネル領域４１Ａとプリズム領域４２との境界が目立たなくなり、表示記録媒体２の記録領域全体に均質な画像を書き込むことができる。
【実施例１】
【００４４】
本発明の実施例１（実施例１は参考例である）は、第１の実施の形態に対応するものであり、２．２インチの液晶パネル３を用い、整形光学部材４とバックライト５との距離ｈ１を１４ｍｍ、バックライト５の高さｈ２を７．５ｍｍ、液晶パネル３と整形光学部材４とのギャップｇを１ｍｍとした。また、整形光学部材４は、フレネル領域４１Ａの焦点距離を１４ｍｍ、プリズム領域４２の焦点距離を１４ｍｍ、厚さを２ｍｍとした。また、フレネル領域４１Ａの直径を１８ｍｍ、レンズピッチを０．２ｍｍとした。
【実施例２】
【００４５】
本発明の実施例２は、第２の実施の形態に対応するものであり、２．２インチの液晶パネル３を用い、整形光学部材４とバックライト５との距離ｈ１を１４ｍｍ、バックライト５の高さｈ２を７．５ｍｍ、、液晶パネル３と整形光学部材４とのギャップｇを１ｍｍとした。また、整形光学部材４は、フレネル領域４１Ｂの焦点距離を１６ｍｍ、プリズム領域４２の焦点距離を１４ｍｍ、厚さを２ｍｍとした。また、フレネル領域４１Ｂの直径を１８ｍｍ、レンズピッチを０．２ｍｍとした。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施の形態や上記実施例に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、液晶パネルと光源との間にミラー等の光学系を配置してもよい。これにより、さらに薄型化が図れる。
【００４７】
また、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。例えば、第２の実施の形態の整形光学部材４のフレネル領域４１Ｂの前段に第３の実施の形態のＮＤフィルタ９を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示し、（ｂ）は整形光学部材の平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、それぞれタイプの異なる表示記録媒体の断面図である。
【図３】液晶パネルの断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示し、（ｂ）は整形光学部材の平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示し、（ｂ）は整形光学部材の平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図６】従来の画像形成装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  画像形成装置
２  表示記録媒体
２ａ  表面
２ｂ  裏面
３  液晶パネル
４  整形光学部材
５  バックライト
６  電圧印加部
７  制御部
８  画像記憶部
９  ＮＤフィルタ
３０  画像光
３１  液晶層
３２Ａ，３２Ｂ  配向膜
３３Ａ，３３Ｂ  透明電極
３３Ａ，３３Ｂ  電極
３４Ａ，３４Ｂ  基板
３５Ａ，３５Ｂ  偏光板
４０  平行光
４１  フレネル領域
４２  プリズム領域
５０  光
５１  ＬＥＤランプ
５１ａ  ＬＥＤチップ
５１ｂ  封止部材
５０  画像形成装置
５３  液晶パネル
５４  バックライト
５４ａ  ＬＥＤランプ
１００  画像形成装置
１１０  バックライト
１１１  ＬＥＤランプ
１１２  光
１２０  液晶パネル
１２１  画像光
２００Ａ，２００Ｂ  基板
２０１Ａ，２０１Ｂ  電極
２０２  液晶層
２０２ａ  マイクロカプセル
２０３  光導電層
２０４  光吸収層
２０５  隔離層
Ｅ  視線
【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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