JPH10161160A - 記録用シート及び記録装置 - Google Patents

記録用シート及び記録装置

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Publication number
JPH10161160A
JPH10161160A JP8325229A JP32522996A JPH10161160A JP H10161160 A JPH10161160 A JP H10161160A JP 8325229 A JP8325229 A JP 8325229A JP 32522996 A JP32522996 A JP 32522996A JP H10161160 A JPH10161160 A JP H10161160A
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JP
Japan
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voltage
layer
recording sheet
sheet
electrochromic material
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Application number
JP8325229A
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English (en)
Inventor
Hideo Kobayashi
英夫 小林
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10161160A publication Critical patent/JPH10161160A/ja
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】繰り返し使用可能で高コントラスト・高輝度を
有し、色表現範囲が広い記録用シートを得る。 【解決手段】基板シート11上に、透明電極12、電圧
印加により多色化可能なエレクトロクロミック材料より
なる着色層13、前記着色層に隣接しエレクトロクロミ
ック材料に陽イオンを供給するための電解層14、前記
エレクトロクロミック材料に到達する光量を制御するた
めの調光層15を順次形成し、前記着色層13に直流駆
動電圧を印加し、調光層15に交流電圧を印加すること
により、着色層13による発色と調光層15による濃淡
制御とを組み合わせて、読みやすく、且つ、色表現の優
れた繰り返し使用可能な記録用シート10とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像の形成及び消
去を可能とし繰り返して使用できる記録用シートの構
造、及び、この記録用シートに画像を形成するための記
録装置に関する
【0002】
【従来の技術】近年、事務機器としてコンピュータ関係
の機器が多く使用され、それに伴って出力を印字するた
めの記録用紙が大量に使われるようになった。この紙の
消費量は年々増加する一方であり、地球環境的に重要な
問題の一つとなっている。対策として、例えば紙をリサ
イクル使用する等して紙の消費量を減らすことが行われ
ているものの、リサイクル使用の回収率は低く対策とし
て十分ではない。また、世界的にみても、紙の使用量は
今後ますます増大する傾向にある。
【0003】そこで、紙に代わる記録用シート又はフィ
ルムが求められており、例えば高分子液晶等のメモリ性
を有する記録技術を使って繰り返し使用可能な記録用シ
ートの作製が試みられている。
【0004】例えば、記録用シート上でカラー表示を行
う技術としては、相変化などの構造変化材料を用いた
り、高分子液晶材料やエレクトロクロミック材料を用い
ることが考えられるが、コントラスト,明るさ及び色再
現範囲が狭いという問題があるため、記録用シートとし
て実用化されていない。
【0005】すなわち、構造変化材料を用いた記録用シ
ートとしては、例えば特開平5−62247号公報に示
されるように、有機材料を用いた結晶・非結晶間、ある
いは多結晶・単結晶間あるいは相溶・非相溶間での屈折
率の変化や光の散乱状態の変化を用いて画像の記録を行
う。これらは、多くは加熱冷却により状態を選択するこ
とにより、いずれも繰り返し使用する(記録及び消去す
る)ことが可能である。しかしながら、コントラストが
低く大変読みにくい事が問題である他、記録方式に加熱
手段を用いるため、消費電力が大きくなる上、2次元の
書き込みが困難であり高速な画像形成ができない。
【0006】高分子液晶材料を用いた記録用シートは、
例えば特開平6−336081号公報に示されるよう
に、予め透明電極を作製したシート上に高分子の液晶を
塗布し、さらに透明電極を形成する構造が一般的であ
る。電圧を印加することにより液晶の配向を変化させ、
電圧を印加しない部位との光学的な違いにより画像の記
録を行う。この記録用シートによれば、繰り返し記録す
ることが可能であり、かつ、加熱手段を用いることのな
い電気的な記録なので消費電力も小さい。しかし、高分
子液晶はコントラストが低く大変に読みにくいという欠
点がある。
【0007】エレクトロクロミック材料を用いた記録用
シートは、例えば特開昭5−224433号公報に示さ
れるように、シートの上に透明電極を作製し、更にその
上にエレクトロクロミック材料を形成するものである。
エレクトロクロミックは発色が鮮やかであり、コントラ
ストも高く読みやすい上に多色化が可能である。しかし
ながら、濃淡表示が困難であるという理由から、色再現
領域が狭く、色表現が制限されるという問題点があっ
た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、現状
では実用に耐えうる記録用シートあるいはフィルム、特
にカラー表示可能な記録用シートが存在しなかった。
【0009】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、繰り返し使用可能で高コントラスト・高輝度を有
し、色表現範囲が広い記録用シートを提供することを目
的としている。また、前記記録用シートにカラーの画像
を形成するための記録装置を提供することを目的として
いる。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の記録用シートは、導電性シート上に、電圧印加
により多色化可能なエレクトロクロミック材料より成る
着色層と、前記着色層に隣接しエレクトロクロミック材
料に陽イオンを供給するための電解層と、前記エレクト
ロクロミック材料に到達する光量を制御するための調光
層とを有することを特徴としている。
【0011】また、前記導電性シートに代えて、シート
上に導電性酸化物又は金属から成るシート電極を形成し
た構成であってもよい。
【0012】これらの記録用シートに画像を形成するた
めには、着色層に直流駆動電圧を印加する一方、前記駆
動電圧と区別可能な高い直流電圧を光量調節用の調光層
の駆動電圧として設定するか、又は交流電圧を印加する
ことにより行われる。着色層に印加される直流駆動電圧
は、高低差又は極性の違いにより色合を変化させること
ができる。
【0013】また、前記した記録用シートに画像を形成
させるための記録装置としては、記録用シートに対する
複数の対向電極を有し、記録用シートの調光層に交流電
圧を印加して光量の制御を行う交流電圧印加手段と、記
録用シートの着色層に直流電圧を印加して色調の制御を
行う直流電圧印加手段とを具備し、前記対向電極と導電
性シート又はシート電極との間に直流電圧や交流電圧を
印加するように構成している。
【0014】すなわち、例えば記録装置において2次元
に複数の対向電極を配置し、これらの対向電極と記録用
シート面とが対向するように記録用シートを装着可能に
構成されている。そして、対向電極から記録用シートの
特定の領域に電界をかけ、着色層のエレクトロクロミッ
ク材料に電解による酸化又は還元反応を用いて着色する
とともに、調光層により光量の調節を行って色再現性を
高めている。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の記録用シートの実施の形
態の一例について、図1ないし図3を参照しながら説明
する。図1及び図2は記録用シートの断面説明図であ
り、図3は記録用シートの着色層における印加電圧に対
する発色状態を示す発色特性図である。記録用シート1
0は、図1の断面説明図に示すように、基板シート11
上に、導電性材料から成る透明電極(シート電極)1
2,電圧印加により多色化可能なエレクトロクロミック
材料から成る着色層13,前記エレクトロクロミック材
料に陽イオンを供給するための電解層14,前記エレク
トロクロミック材料に到達する光量を制御する調光層1
5,表面を保護する保護層16を順次積層して構成され
ている。
【0016】着色層13及び調光層15等の積層順は図
1に示した他、図2(a)に示すように、基板シート1
1上に透明電極12,電解層14,着色層13,調光層
15,保護層16の順、又は図2(b)に示すように、
基板シート11上に透明電極12,調光層15,着色層
13,電解層14,保護層16の順、又は図2(c)に
示すように、基板シート11上に透明電極12,電解層
14,着色層13,調光層15,保護層16の順でもよ
く、電解層14に隣接した着色層13が透明電極12上
に配置される構造であればいずれの構成であってもよ
い。電解層14は、着色層13の材料の選択(特性)に
より、着色層13に対して反透明電極12側の位置か、
着色層13と透明電極12との間に位置させるようにす
る。
【0017】着色層13のエレクトロクロミック材料と
しては、例えば、Lu等を添加したジフタロシアニン
(Lu―ジフタロシアニン膜)、ポリアニリン、ポリチ
オフィン、ポリピロール等、単層で多色化が可能な材料
を使用する。また、多色可能なエレクトロクロミック材
料であれば他の材料を用いてもよい。着色層13をLu
等を添加したジフタロシアニン(Lu―ジフタロシアニ
ン膜)で構成した場合、着色層13と電解層14との積
層順は、図1に示すように、電解層14が着色層13に
対して反透明電極12側の位置となる。
【0018】透明電極12は、着色層13のエレクトロ
クロミック材料を着色するために電子を供給する素子材
料であり、ITO等の導電性酸化物が使用される。この
場合、透光性を有しているので透明電極12形成側を記
録用シートの視認側としてもよい。また、電極としてア
ルミニウム等の金属膜を用いることもできる。この場合
は電極が記録用シート10の視認側にないことが必要と
なる。
【0019】着色層13のエレクトロクロミック材料に
陽イオンを供給する電解層14の導電層材料としては、
SiO2・Cr23・IrOx、ポリビニルアルコールやLi
ClO4を含むプロピレンカーボネートなどが使用可能で
ある。
【0020】調光層15の材料としては、例えば粘土微
粒子を添加したネマティック液晶材料等が使用できる。
また、TiO2等、エレクトロクロミック現象により光量
を調節する材料を用いてもよい。ほかにも光量の調節が
可能な材料であれば使用可能である。
【0021】着色層13のエレクトロクロミック材料と
してLu―ジフタロシアニン膜を用いた場合、着色層1
3は、図3に示すように、印加される直流電圧に応じて
発色する発色特性を有している。すなわち、−1.0〜
−0.5の電圧を印加した場合は着色層13は青色を示
し、−0.5〜0.5の電圧を印加した場合は緑色を示
し、0.5以上の電圧を印加すると電圧を高めるにした
がって黄色から赤色に変化していく。
【0022】調光層15として粘土鉱物を添加したネマ
ティック液晶層を用いた場合、これを透明状態にするに
は60Hzの交流電圧を印加すればよく、また、不透明
状態にするには20kHzの交流電圧を印加すれば得ら
れる。調光層15における光透過率の制御(濃淡制御)
は、交流電圧の電圧値の高低により可能となる。また、
着色層13のエレクトロクロミック材料におけるイオン
の移動にともなうエレクトロクロミック反応は、20k
Hzの速さに追随できないため、この程度の交流電圧で
は発色はしない。
【0023】上記構成の記録用シート10によれば、画
像を形成する場合、その色合や色の濃さは着色層13に
印加される直流電圧成分を制御することにより得ること
ができる。例えば、着色層13において赤を発色させる
場合は1.25Vを印加する。また、記録用シート10
に形成される画像の明るさは、調光層15に印加する交
流電圧成分で制御することにより行う。暗くする場合に
は、20kHz、20Vの交流電圧を印加すれば調光層
15を暗(黒)表示にできる。したがって、調光層15
による濃淡表示は、交流電圧の電圧の大きさを段階的に
変化させれば、明暗表示を複数に制御することが可能と
なる。
【0024】次に、記録用シート10に画像形成を行う
ための記録装置について、図4及び図5を参照しながら
説明する。図4は記録装置の全体構造を簡略化した等価
回路図であり、図5は記録装置により記録用シート10
に画像を形成する場合の一画素に対応する部分の等価回
路図である。記録装置は記録用シート10を装着可能に
形成されるとともに、装着時に記録用シート10の透明
電極12に対して対向するように2次元に配置された複
数の対向電極20を有している。すなわち、記録装置の
対向電極20と記録用シート10とは分離されており、
画像形成を行う際に記録用シート10を記録装置に装着
し、記録用シート10の保護層16側に対向電極20が
密着される。図4において記録用シート10及びその透
明電極12は対向電極20毎に分離された回路構成で示
されているが、実際には記録用シート10の各層として
一体的(一面的)に形成されているものである。
【0025】各対向電極20はTFT21(後述するよ
うに、2個の薄膜トランジスタから構成されるスイッチ
回路であるが一つTFTで代表させている)を介して一
本の駆動線22に接続されている。各TFT21のベー
ス電極はTFT23を介して列毎に複数のデータ線Xに
それぞれ接続され、各TFT23のベース電極が行毎に
複数のデータ線Yにそれぞれ接続されることによりマト
リックスを構成している。したがって、データ線X及び
データ線Yを選択する(各TFT21,23をオンさせ
る電圧を印加する)ことにより、マトリックスの適宜位
置に対応する記録用シート10の部位(画素)に駆動線
22からの駆動電圧が印加される。駆動線22には、記
録用シート10の調光層15に交流電圧を印加して光量
の制御を行う交流電圧印加手段及び記録用シート10の
着色層13に直流電圧を印加して色調の制御を行う直流
電圧印加手段から駆動電圧が供給される。
【0026】駆動線22に接続される交流電圧印加手段
及び直流電圧印加手段の構成について、記録用シート1
0の一画素に対応する等価回路図(図5)を参照しなが
ら説明する。記録用シート10に交流電圧または直流電
圧を供給する駆動線22は、交流電圧及び正の直流電圧
を供給する駆動線22aと、負の直流電圧を供給する駆
動線22bとから構成され、それらの一端側は、薄膜ト
ランジスタQa,Qbから構成されるスイッチ回路21に
接続されている。すなわち、図4において駆動線22と
対向電極20との間に接続されたTFT21(スイッ
チ)は、実際には2個の薄膜トランジスタQa,Qbを直
列に接続したスイッチ回路21で構成されている。薄膜
トランジスタQaとQbとの中間位置に接続された電極線
24には対向電極20が接続され、アースに接続された
電極線25は記録用シート10の透明電極12に電気的
に接続可能なように形成している。
【0027】また、薄膜トランジスタQaのベース電極
には制御線26が、薄膜トランジスタQbのベース電極
には制御線27がそれぞれ接続され、デコーダ28から
の制御信号Ve,Vfにより、薄膜トランジスタQa及び
薄膜トランジスタQbをそれぞれオン・オフ制御して対
向電極20に正の直流電圧又は負の直流電圧を供給し、
記録用シート10に流れる電流方向を選択できるように
なっている(記録用シート10に正逆電圧が印加可能に
なっている)。駆動線22aの他端側は、TFT29を
介して直流電源(直流電圧印加手段)30の正の電圧が
供給される端子に、また、TFT31を介して交流電源
(交流電圧印加手段)32にそれぞれ接続されている。
また、駆動線22bの他端側は、直流電源(直流電圧印
加手段)30の負の電圧が供給される端子に接続されて
いる。交流電源32は、デコーダ28からの制御線33
を介した制御信号Vaにより60Hz又は20kHzに
周波数を変化可能とするとともに(後述するように、調
光層15の初期化を行う場合に60Hzとする)、交流
電圧成分の値が可変可能なように構成されている。ま
た、直流電源30は、デコーダ28からの制御線34を
介した制御信号Vbにより直流電圧成分の値が可変可能
に構成されている。
【0028】各TFT29,31は、記録用シート10
の着色層13及び調光層15に対し、駆動線22aを介
して交流電圧又は正の直流電圧の印加のタイミングを制
御するもので、デコーダ28からの制御線35を介した
制御信号Vc又は制御線36を介した制御信号Vdで行わ
れる。すなわち、制御信号Vcを「H」とし制御信号Vd
を「L」とすればTFT29がオン状態となり、記録シ
ート10に正の直流電圧が印加される。一方、駆動線2
2bには常時負の直流電圧が供給されているが、薄膜ト
ランジスタQa、Qbのオン・オフ制御により、記録用シ
ート10に負の直流電圧が供給されるようになってい
る。すなわち、制御信号Veを「H」とし制御信号Vfを
「L」とすれば薄膜トランジスタQaがオン状態とな
り、薄膜トランジスタQbがオフ状態となるので、対向
電極20から記録用シート10に正の直流電圧が供給さ
れ、電流は調光層15から着色層13側に流れる。制御
信号Vfを「H」、制御信号Veを「L」とすると、対向
電極20から記録用シート10に負の直流電圧が供給さ
れ、電流は逆方向に流れる。また、制御信号Vcを
「L」とし制御信号Vdを「H」とすればTFT31が
オン状態となり、記録シート10に交流電圧が印加され
る。このとき、薄膜トランジスタQbはオフ状態として
いる。デコーダ28には各画素の色情報及び濃淡情報を
デジィタル信号化した発色データが入力され、この信号
に基づいて制御信号Va,Vb,Vc,Vdを出力する。
【0029】記録用シート10におけるカラー画像の表
示は、対向電極20に対応する隣接の三つの画素(着色
層13)で一つの色を表現する。例えば、白色を表示す
るときには、隣接する三つの着色層13でそれぞれ赤,
青,緑のピクセルを形成して表現する。黒色を表示する
ときには、調光層15の透過率を最低に下げることによ
り表現する。中間色を表示するときには、三つの着色層
13でそれぞれ赤,青,緑のピクセルを形成するととも
に、各画素の調光層15の透過率を変化させることによ
り表現する。
【0030】記録用シート10への印加電圧は、図6に
示したようなタイミングパターンで行われる。先ず、着
色層13のエレクトロクロミック材料を発色するため、
直流電圧(この場合、赤色を発色させるため1.25
V)を350msの間印加する。直流電圧成分の値は発
色させる色により異なり、青の場合は−0.75V、緑
の場合は0V、赤の場合は1.25Vとする。次に、調
光層15を透過率を制御するために周波数が20kHz
の交流電圧を400msの間印加する。このとき、交流
電圧成分を0〜100Vで段階的に選択し、画素におけ
る明暗(濃淡)を表現する。このようなパターンで電圧
印加を行うと、その後に印加電圧を取り除いた場合でも
着色層13の発色及び調光層15での濃淡表示を維持す
る。
【0031】以上の手順は記録用シート10の一画素に
ついて説明したものであるが、図4のマトリックスを構
成する各対向電極20に対応する各画素について、順次
電気的な走査により上記した電圧印加(直流電圧及び交
流電圧)を行えば、記録用シート10の全体にわたって
画像の形成を行うことができる。また、記録用シート1
0は記録装置に装着時した際に初期化が行われる。すな
わち、60Hz、20Vの交流電圧を1secの間、記録
用シート10に印加することにより調光層15における
画像の履歴を消去して透明状態とすることができる。
【0032】上述した記録用シート10への駆動電圧の
印加方式は、先ず直流電圧を印加し次に交流電圧を順次
印加するようにしたが、同時に重畳させて印加する方式
であってもよい。また、交流電圧に代えて直流電源を使
用し、直流のみの印加で発色及び透過率を制御するよう
にしてもよい。この場合、着色層13の発色のために印
加する直流電圧と、調光層15の透過率を制御する直流
電圧とを区別するため、透過率の制御用の直流電圧の電
圧成分値を高く設定する必要がある(着色層13の発色
に影響を与えないよう、ダイナミックレンジがかけ離れ
ていることが必要)。
【0033】次に、記録用シートのより具体的な実施例
について説明する。 (実施例1)TiO2粒子を分散させ光の散乱を用いて白
色化した基板シート上に、透明導電膜としてITOをR
Fスパッタリング法により膜厚0.5μm着膜して透明
電極を形成する。また、ポリアセチレン、ポリジアセチ
レン、ポリピロール、ポリパラフェニリン等、またこれ
らにヨウ素やNaを添加した材料で基板シートと電極と
が一体化された導電性シートとしてもよい。続いて、透
明電極上にLu―ジフタロシアニンを真空蒸着法により
膜厚0.5μm着膜して着色層を形成する。更に、ポリ
ビニルアルコールを着膜して電解層を形成し、粘土鉱物
を添加したネマティック液晶をスピンコートにより膜厚
10μm着膜して調光層を形成する。
【0034】上記構造の記録用シートに画像形成したと
ころ、例えば赤,青,緑においてコントラスト(明表示
/暗表示)がそれぞれ5以上の良い値を得ることがで
き、輝度も十分であった。また、調光層による濃淡制御
と、着色層による赤,青,緑の発色とを組み合わせるこ
とにより、例えば、青竹色や干草、あさぎ色や青藍色や
茜色等の従来では再現困難だったような色を表現するこ
とができた。
【0035】(実施例2)この記録用シートは、実施例
1の記録用シートにおける調光層の上に、さらに膜厚5
0μmの分散型高分子層を設ける。高分子は、結晶性高
分子としてヒドロキシステア燐酸と、添加剤としてフィ
ンダードフェノール系酸化防止剤と、透明マトリックス
ポリマとして塩化ビニル酢酸ビニルアクリルアミド共重
合体とをテトラヒドロフランに溶解して得ることにより
形成した。分散型高分子層に対して、レーザー照射やサ
ーマルヘッドにより熱量を制御することにより透明と白
濁による白色を記録用シートの画素毎に制御可能とな
る。例えば、80度に加熱して透明状態とし、150度
に加熱して白濁状態を得ることができる。
【0036】上記構造の記録用シートに画像形成したと
ころ、コントラストは7以上の良い値を得ることがで
き、輝度も十分であった。また、調光層による濃淡制御
と、着色層による赤,青,緑の発色とを組み合わせるこ
とにより、例えば、青竹色や干草、あさぎ色や青藍色や
茜色等の従来では再現困難だったような色を表現するこ
とができた。
【0037】
【発明の効果】本発明の記録用シートによれば、エレク
トロクロミック材料よりなる着色層と、前記エレクトロ
クロミック材料に到達する光量を制御するための調光層
とを有することにより、着色層による発色と調光層によ
る濃淡制御とを組み合わせることにより、読みやすく、
且つ、色表現の優れた繰り返し使用可能な記録用シート
とすることができる。
【0038】また、本発明の記録装置によれば、対向電
極から記録用シートの特定の領域に電界をかけ、直流電
圧の印加により着色層を発色させ、交流電流の印加によ
り調光層の透過率を制御可能とすることにより、色再現
性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す記録用シート
の断面説明図である。
【図2】(a)〜(c)は実施の形態の他の例を示す記
録用シートの断面説明図である。
【図3】記録用シートの着色層における印加電圧に対す
る発色波長を示した発色特性図である。
【図4】記録装置の全体構造を簡略化した等価回路図で
ある。
【図5】記録装置により記録用シートに画像を形成する
場合の一画素に対応する記録装置及び記録用シートの等
価回路図である。
【図6】記録用シートに直流電圧及び交流電圧を印加す
る場合の印加のタイミングパターンを示すタイミング図
である。
【符号の説明】
10…記録用シート、 11…基板シート、 12…透
明電極(シート電極)、 13…着色層、 14…電解
層、 15…調光層、 16…保護層、 20…対向電
極、 21…スイッチ回路、 22…駆動線、 30…
直流電源(直流電圧印加手段)、 32…交流電源(交
流電圧印加手段) 26,27,33,34,35,3
6…制御線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性シート上に、電圧印加により多色化
    可能なエレクトロクロミック材料より成る着色層と、前
    記着色層に隣接しエレクトロクロミック材料に陽イオン
    を供給するための電解層と、前記エレクトロクロミック
    材料に到達する光量を制御するための調光層とを有する
    ことを特徴とする記録用シート。
  2. 【請求項2】シート上に導電性酸化物又は金属から成る
    シート電極を形成し、前記シート電極上に、電圧印加に
    より多色化可能なエレクトロクロミック材料より成る着
    色層と、前記着色層に隣接しエレクトロクロミック材料
    に陽イオンを供給するための電解層と、前記エレクトロ
    クロミック材料に到達する光量を制御するための調光層
    とを有することを特徴とする記録用シート。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2の記録用シートに対
    する複数の対向電極を有し、導電性シート又はシート電
    極との間に電圧を印加して記録用シートに画像を形成す
    る記録装置であって、 前記記録用シートの調光層に交流電圧を印加して光量の
    制御を行う交流電圧印加手段と、 前記記録用シートの着色層に直流電圧を印加して色調の
    制御を行う直流電圧印加手段と、を具備することを特徴
    とする記録装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005275212A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Toppan Printing Co Ltd 電気泳動表示装置とその製造方法、及びその駆動方法

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