表示体及び表示体付き物品
【課題】目的は表示要素に指向性散乱構造を用いた、インテグラルフォトグラフィ方式での立体視が可能な表示体を提供すること。また、複数の複数の異なる立体像を観察することが可能な、前記表示体付き物品を提供すること。
【解決手段】複数のレンズアレイを配した、レンズ形成層のレンズの焦点位置に、複数の異なる光散乱軸を持った指向性散乱構造によって、表示要素を形成した表示体を実現する。それにより、表示体の観察方向によって異なる立体再生像を観察可能な表示体を実現した。
【解決手段】複数のレンズアレイを配した、レンズ形成層のレンズの焦点位置に、複数の異なる光散乱軸を持った指向性散乱構造によって、表示要素を形成した表示体を実現する。それにより、表示体の観察方向によって異なる立体再生像を観察可能な表示体を実現した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体視が可能な表示体及び立体視が可能な表示体付き物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャッシュカード、クレジットカード及びパスポートなどの認証物品並びに商品券などの有価証券には、偽造が困難であることが望まれる。そのため従来から、そのような物品には、偽造・模造を抑止すべく、偽造又は模造が困難であると共に、偽造品や模造品との区別が容易なホログラムが貼り付けられている。
【０００３】
ホログラムは、優れた意匠性を持ち、カラー複写機においても複製できない偽造・変造の困難性から数多く利用されてきた。しかし、近年では、ホログラムにも巧妙な偽造品が出現し、一見すると真偽の判定が困難な事例も見られるようになってきている。
【０００４】
立体表示技術としては、ホログラフィのほかにも様々な方式が開発されている。２眼式立体画像表示方式では、左眼用画像と右目用画像との２枚の間の視差画像を使用し、偏光メガネまたは偏光切換シャッターを装着し、それぞれの眼に対応した画像を、それぞれ対応する眼に提示し、３次元画像を観察者に表示する方式である。
【０００５】
この２眼式立体画像表示方式は、比較的少ない情報量で容易に３次元画像表示が可能であるという特徴を有するが、３次元画像を再生して表示した場合、観察者の両眼の眼球が移動あるいは回転し、視線の交差させる輻輳位置と、眼球のレンズが焦点を結ぶ焦点位置とが異なり、この位置の違いによる視覚疲労（例えば、３Ｄ酔い等）を引き起こすことが問題となっている。
【０００６】
また、時間分割を用いずに、空間に３次元画像を再生する方式として、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ）方式がある。このＩＰ方式は、図１２に示すように微少なレンズアレイ１を介して、表示要素２を観察することで、観察者３は３次元の立体再生像４を観察することができる。
【０００７】
ＩＰの実現方法としては、微小な凸レンズを二次元的に並べた蝿の目レンズ（フライアイレンズ）を用いる方法と、凸レンズをピンホールで置き換えたピンホールアレイを用いた方法がある。ピンホールで凸レンズを代替できることは、ピンホールカメラの例からも明らかである。また、レンズの厚さが十分薄い場合、凸レンズの中心を通る光は、直進するとみなせるので、その点からも、凸レンズとピンホールは機能的には同等と言える。
【０００８】
では、凸レンズアレイまたはピンホールアレイの後方に、レンズアレイの焦点距離の位置に、立体表示の元になる表示要素が置かれる。ひとつの表示要素は、多数の要素素子から構成され、１個のレンズに対し、１つの要素素子が対応する。要素素子は、アナログ画像であることも、液晶モニタのようなデジタル画像の場合もある。
【０００９】
ＩＰ方式は、すでに述べた２眼式立体画像表示方式で用いる特殊なメガネを必要とせず、水平方向及び垂直方向の双方に視差がある。そして、このインテグラルフォトグラフィ方式は、空中像再生方式であるため、実物を観察しているのと同様な自然な３次元画像の表示が可能となっている。
【００１０】
近年では、微細なレンズ構造を用いた、インテグラルフォトグラフィ方式を用いた、偽造防止用表示体が開発され、韓国紙幣などに実際に採用され、採用国は広がりを見せている。
【００１１】
ＩＰ方式での立体視では、微小パターンの表示要素の拡大率を調整することにより奥行き感を生じさせることができる（例えば、特許文献１参照）。従来の製品は、微細パターンからなる表示要素を有する印刷層と、球面もしくは非球面のマイクロレンズを組み合わせた構成である。レンズのピッチは、微小パターンを配列するピッチによってもある程度制限され、レンズ機能とのバランスによっては、表示体が数十μｍ以上の厚みになることもある。印刷による微小パターンは、印刷技術の進歩により微細化が進んでいるが、未だ比較的単純な形状であることが多い。
【００１２】
このような立体表示体は、シールであったり、紙にすきこんだりして、さまざまな物品に用いることもできる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−７９３０８号公報
【特許文献２】特開２００９−８６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述の背景に基づきなされたもので、表示要素に指向性散乱構造を用いた、インテグラルフォトグラフィ方式での立体視が可能な表示体を提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、複数の異なる立体像を観察することが可能な表示体付き物品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願請求項１に係る発明は、規則的に配列した複数のレンズを一方の面に配したレンズ形成層と、前記レンズの焦点位置に前記レンズ毎に対応して設けられた、複数の表示要素を配列した表示層から成り、前記複数の表示要素から射出された光線が、対応する前記複数のレンズを介してなす光線群により立体的な像を表示する、インテグラルフォトグラフィ法に基づく表示体であって、前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、光反射層を配した複数の直線状の凸部および／または凹部からなる指向性散乱構造からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、文字や記号、絵柄などを表現し、且つ、前記複数のレンズの配列ピッチと、前記複数の表示要素の配列ピッチが異なっていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記指向性散乱構造が複数の光散乱軸方向を持ち、前記光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造によって、各々異なる複数の像をなすよう、前記表示要素が配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３において、光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造を用いて、文字や記号、絵柄などを複数の異なる表示像をなすように前記表示要素が配置されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４において、前記複数の直線状の凸部および／または凹部が、ランダムに配置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５において、前記複数の表示要素は複数のセルで構成されていて、セルの一辺の長さが１４５μｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６において、前記表示層の表示要素形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に係る発明は、前記表示層の非パターン形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８において、前記表示層と前記レンズ形成層の間に粘着層を設けることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９に記載される表示体を用いて表示体付き物品を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、指向性散乱構造を表示要素として用いた、ＩＰ方式に基づく表示体であって、前記表示要素に前記指向性散乱構造を用いることで、観察者は観察する方向によって異なる像を視認することが可能となり、且つ、複数の光散乱軸方向を持つ、前記指向性散乱構造によって、表示要素を構成することで、表示像のバリエーションを増やすことが可能となる。
【００２７】
さらに、前記指向性散乱構造は、数ミクロン程度の厚みを持つ、表示層に形成することができるので、表示体としての厚みを薄くすることができ、前記表示体を具備する物品の厚みも薄くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る表示体を示した斜視図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ’線での断面を示した図である。
【図３】屈折球面における近軸結像を示した図である。
【図４】指向性散乱領域における、配向方向と光散乱軸を示した図である。
【図５】指向性散乱構造から射出される光を観察するときの概念図である。
【図６】本発明による表示体と立体再生像の関係を説明するために示した図である。
【図７（ａ）】本発明による表示体の観察形態の一例を示した図である。
【図７（ｂ）】本発明による表示体の観察形態の他の一例を示した図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る表示体を断面して示した図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る表示体に基づく実施例１の要部を断面して示した図である。
【図１０】図９の実施例１における指向性散乱構造の一例を示した図である。
【図１１】図９の表示体の観察形態の一例を示した図である。
【図１２】インテグラルフォトグラフィ方式による立体視の概念を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限ることはない。
【００３０】
図１は、本発明の一実施の形態に係る表示体を示すもので、図２は、図１のＸ−Ｘ’線を断面して示す。即ち、レンズ形成層５には、複数のレンズ６が形成され、このレンズ形成層５下部の、複数のレンズ６の焦点距離Ｆの位置に、表示層７が配されている。この表示層７の一部には、複数の直線状の凸部および／または凹部からなる指向性散乱構造８が形成されている。そして、表示層７には、光反射層９が配されている。
【００３１】
ここで、各層について詳しく説明する。
【００３２】
前記レンズ形成層５としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂及びアクリル系／スチレン系共重合樹脂等の熱可塑性樹脂材料又は紫外線硬化樹脂を使用することができる。レンズ形成層５の材料として、樹脂を使用する代わりに、珪酸塩を含んだ無機系材料を使用してもよい。
【００３３】
前記複数のレンズ６は、前記レンズ形成層５の一方の主面上で規則的に配列している。複数レンズ６は、例えば、正方格子、矩形格子及び三角格子などの格子状に配列させることができる。ここでは、一例として、複数のレンズ６は略正方格子状に配列していることとする。
【００３４】
前記複数のレンズ６は、例えば球面レンズである。また、複数のレンズ６は、非球面レンズ又は矩形状レンズであってもよい。なお、球面レンズは、球面の一部分からなる面を持つレンズ６である。非球面レンズは、形状を若干ずらした球面の一部分からなる面を持つレンズ６である。
【００３５】
また、矩形状レンズは、Ｚ方向に平行な断面が矩形状又は正方形状のレンズであって、Ｚ方向に平行な方向から観察した場合に、例えば格子状又は縞状のレンズアレイを構成する。
【００３６】
前記複数のレンズ６が球面レンズ及び比球面レンズなどの凸レンズである場合、レンズ６の焦点から表示層７までの距離Ｆは、レンズ６の曲率半径Ｒと、屈折率ｎ’から求めることができる。図３は、凸レンズ(屈折球面)での近軸結像を表した模式図である。
【００３７】
観察者側の屈折率をｎ、凸レンズの屈折率をｎ’、凸レンズの頂点をＡ、頂点Ａからレンズの曲率中心までの距離(曲率半径)をＲとした時の、凸レンズの頂点Ａから表示層７までの距離Ｆは、
【数１】
【００３８】
の式により求めることができる。
【００３９】
通常、観察者は、ｎ＝１．０の空気層に居るから、凸レンズの屈折率ｎ’と曲率半径Ｒが決まれば、おのずと凸レンズの頂点Ａから表示層７までの距離Ｆが決定されることとなる。
【００４０】
前記複数のレンズ６は、例えば、複数の凹部を設けた金型を樹脂に押し付けることにより形成することができる。例えば、複数のレンズ６は、レンズ形成層５の上にレンズ６に対応した形状の凹部が設けられた金型を、熱を印加しながら押し当てる方法、即ち、熱エンボス加工法により得られる。
【００４１】
また、レンズ形成層５は、透明基材上に配されていても良く、透明基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などの光透過性を有する樹脂からなるフィルム又はシートなどが好適である。
【００４２】
レンズ形成層５を前記透明基材の上に配した場合には、レンズ形成層５として、紫外線硬化樹脂などを塗布し、これに金型を押し当てながら紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ、その後、金型を取り除く方法により形成することも可能である。
【００４３】
前記表示層７の材料としては、例えば、光透過性を有する樹脂を使用することができる。例えば、アクリル、ポリカーボネート、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの可視光透過性を有する樹脂を使用することができる。その中でも、例えば、熱可塑性樹脂又は光硬化性樹脂を使用すると、指向性散乱構造８が形成された原版を用いた転写により、一方の面上に指向性散乱構造８を備える表示層７を容易に作製することができる。
【００４４】
表示層７は、可視光の少なくとも一部の波長について十分な透過率を有していればよく、特定の波長帯域を吸収する色素などを添加してもよい。その場合、表示層７を通して見える部分が着色して見える。
【００４５】
また、表示層７は、何らかの基材の上に配されていてもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などの光透過性を有する樹脂からなるフィルム又はシートなどが好適である。基材の材料としては、ガラスなどの無機材料を使用してもよい。
【００４６】
さらに、基材は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。さらには、反射防止処理、低反射防止処理、ハードコート処理、帯電防止処理及び防汚処理などの処理を施してもよい。
【００４７】
次に、前記表示層７に形成される指向性散乱構造８に関して説明する。
【００４８】
図４は、指向性散乱領域１０の一例を概略的に示す平面図で、この指向性散乱領域１０は、複数の指向性散乱構造８を含んでいる。これら複数の指向性散乱構造８は、各々が直線状であり、指向性散乱領域１０内で方向が揃った複数の凸部および／または凹部である。すなわち、指向性散乱領域１０において、指向性散乱構造８は、ほぼ平行に配列している。
【００４９】
なお、指向性散乱領域１０において、指向性散乱構造８は、完全に平行に配列していなくてもよい。指向性散乱領域１０が十分な光散乱能異方性を有している限り、その指向性散乱領域１０において、例えば、一部の指向性散乱構造８の長手方向と他の一部の指向性散乱構造８の長手方向とが交差していてもよい。以下、指向性散乱領域１０の主面に平行な方向のうち、指向性散乱領域１０が最小の光散乱能を示す方向を「配向方向」と呼び、指向性散乱領域１０が最大の光散乱能を示す方向を「光散乱軸」と呼ぶ。
【００５０】
図４に示す指向性散乱領域１０では、矢印１２ｂで示す方向は配向方向であり、矢印１２ａで示す方向が光散乱軸である。例えば、配向方向１２ｂに垂直な斜め方向から指向性散乱領域１０を照明光源１４により照明して、指向性散乱領域１０を正面から観察すると、指向性散乱領域１０は、その高い光散乱能に起因して、比較的明るく見える。一方、光散乱軸１２ａに垂直な斜め方向から指向性散乱領域１０を照明して、指向性散乱領域１０を正面から観察すると、指向性散乱領域１０は、その低い光散乱能に起因して、比較的暗く見える。
【００５１】
これから明らかなように、例えば、指向性散乱領域１０を斜め方向から照明して、これを正面から観察した場合、指向性散乱領域１０をその法線方向の周りで回転させると、その明るさが変化する。
【００５２】
ここで１例として、図５に示したような位置関係で、観察者３が指向性散乱領域１０を観察した場合を説明する。指向性散乱領域１０の光散乱軸１２ａ、配向方向１２ｂが図５のようになっている場合、観察者３は、光散乱軸１２ａの方向に最大の光散乱能を示す指向性散乱光１３を観察することができる。
【００５３】
ここで、指向性散乱領域１０が文字や記号、マークなどのパターンで配置されているとした場合、観察者３は、指向性散乱領域１０で形成された、文字や記号、マークなどを観察することができる。
【００５４】
図５の位置関係のまま、観察者３が指向性散乱領域１０の方向を９０°回転させた場合、自ずと光散乱軸１２ａも９０°回転するため、観察者３は指向性散乱光１３を観察することができず、観察者３は、指向性散乱領域１０で形成された、文字や記号、マークなどを観察することができない。
【００５５】
すなわち、光散乱軸１２ａを異ならしめた複数の指向性散乱領域１０を設けることで、それらの間に明るさの差を生じさせることができる。したがって、これにより像を表示することができる。特に、光散乱軸１２ａの角度差を十分（例えば直交するように）にとることにより、それぞれの領域で表示された像をそれぞれ別の観察条件で観察できる。
【００５６】
指向性散乱領域１０の明るさは、他の方法で制御することもできる。例えば、指向性散乱構造８の幅が大きいほど、光散乱軸１２ａの方向についての光散乱能が小さくなる。一方、指向性散乱構造８を長くすると、配向方向１２ｂについての光散乱能が小さくなる。
【００５７】
指向性散乱構造８の形状は、１つの指向性散乱領域１０おいて全て同じであってもよい。或いは、１つの指向性散乱領域１０は、形状の異なる複数の凸部および／または凹部を含んでいてもよい。
【００５８】
同一形状の指向性散乱構造８のみを含んだ指向性散乱領域１０は、光散乱能の設計が容易である。また、そのような指向性散乱領域１０は、電子線描画装置やステッパなどの微細加工装置を用いることで、高精度にかつ容易に形成することができる。一方、形状の異なる指向性散乱構造１１を含んだ指向性散乱領域１０によると、広い角度範囲に亘ってなだらかな光強度分布をもった散乱光が得られる。それゆえ、観察位置による明暗の変化が小さく、安定した白色を表示させることが可能となる。
【００５９】
本発明における指向性散乱構造は、直線状の方向が揃った複数の凸部および／または凹部からなり、凸部と凸部または凹部と凹部の間隔は１μｍ以下であって、その間隔はランダムな値をとるようになっている。
【００６０】
また、凸部の頂点から凹部の底までの距離を、指向性散乱構造の深さをＨとした時、深さＨは１μｍ以下でランダムな値を取る。
【００６１】
ランダムなピッチと深さＨを持つ指向性散乱構造は、乱数を用いて作成したパターンとすることにより、コンピュータを用いて簡便に光を散乱するパターンを作成することが可能となる。
【００６２】
作成したパターンを元に、電子ビーム露光装置やイオンビーム露光装置等の微細加工能力のある装置を用いて、直接描画することによって指向性散乱構造を作成することが可能となる。電子ビーム露光装置などを用いた場合、電子ビームのエネルギー量を変えることで、深さＨをコントロールすることも容易となる。
【００６３】
本発明においては、複数の直線状の凸部および／または凹部は異なる複数の空間周波数成分を持っており、入射してきた白色光を複数の可視波長が同時に観察されるよう、白色光を回析させる機能により、指向性を持った散乱光を実現している。
【００６４】
表示体を観察する場合、照明光源の角度や観察位置などの観察条件が異なっても、広い視域で安定した白色の表現が可能であることが必要である。
【００６５】
しかし、実際には照明光源付近に射出される光は、極端に傾いた観察条件においてしか観察されることが無く、正反射光付近に射出される光の成分は、正反射光の強い光がまぶしいため、観察には適していない。
【００６６】
本発明の指向性散乱構造では、複数の直線状の凸部および／または凹部の持つ、空間周波数成分を最適化することで、上記で述べたような観察に適さない光を制御し、通常の観察に適した範囲に、観察光を集中的に射出させることが可能となる。
【００６７】
主に、入射光の強さが一定であれば、観察に適した角度範囲において、選択的に射出光を出すことにより、観察者はより明るい像を観察することが可能となる。
【００６８】
本発明の指向性散乱構造においては、入射角度０度（表示体の法線方向）で白色光を入射させた際に、法線から±１０度以内の範囲に光を射出させる空間周波数成分と、法線から±８０度以上の範囲に光を射出させる空間周波数成分を制限しており、通常の観察に適した範囲にのみ射出光が射出するようにしている。空間周波数を制限することで、指向性散乱光の強度を強くすることができ、より効果的な画像表現が可能となる。
【００６９】
また、指向性散乱構造８の配向秩序度が高いほど、指向性散乱領域１０の光散乱能異方性は大きくなる。
【００７０】
指向性散乱領域１０において、指向性散乱構造８は、ある程度規則的に配置されていてもよく、ランダムに配置されていてもよい。例えば、指向性散乱構造８の光散乱軸１２ａに平行な方向の間隔をランダムにすると、配向方向１２ｂに垂直な方向に関する散乱光の光強度分布がなだらかになる。したがって、観察角度に応じた白さや明るさの変化が抑制される。
【００７１】
また、光散乱軸１２ａに平行な方向について、指向性散乱構造８の間隔を小さくすると、入射光のより多くを散乱させることができるため、光散乱能異方性を劣化させることなしに、散乱光の強度を強くすることができる。例えば、光散乱軸１２ａに平行な方向についての指向性散乱構造８の平均間隔が１０μｍ以下であれば、視認性の良い表示を実現するのに十分な光散乱強度を得ることができる。
【００７２】
なお、この平均間隔を十分に小さくすると、指向性散乱領域１０が複数のセルで構成されている場合、セルの大きさを１４５μｍ程度とすることは十分に可能である。この場合、通常の観察条件における人間の目の分解能以下の細かさで像を表示することができる。すなわち、十分に高精細な像を表示できる。
【００７３】
指向性散乱領域１０が微細な複数のセルで構成されていることで、文字や記号、マークなどを微細なセルの集まりとして構成することも可能である。
【００７４】
本発明における指向性散乱領域１０は、方向が揃った複数の凸部および／または凹部からなる光散乱構造からなるため、通常の照明条件下において、白色光を散乱する機能を有するため、白色もしくは薄灰色の明度及び彩度の高い色として観察される。
【００７５】
次に、表示層７の上に配される、光反射層９に関して説明する。
【００７６】
光反射層９は、指向性散乱構造８が設けられた表示層７の界面の反射率を高める役割を果たす。光反射層９の材料としては、例えば、アルミニウム、銀、及びそれらの合金など反射率の高い金属材料を使用することができる。本発明の表示体は光反射層９を指向性散乱構造８の少なくとも一部を被覆するように設けているが、光反射層９に被覆されていない指向性散乱構造８は、屈折率の近い樹脂などで被覆されてしまうことで、凹凸構造がないものとして、光学的な作用を及ぼさなくなる。
【００７７】
本発明の表示体が物品などに貼付されるものとして用いる場合、接着層などで指向性散乱構造８は被覆される。従って、光反射層９によって被覆された部分のみが光学的な作用を及ぼし、光反射層９によって被覆されていない部分は、表示層７の高い光透過性により透明な領域となるため、光反射層９の被覆領域の外形によって絵柄が表現でき、また光反射層９の被覆領域内にある、指向性散乱領域１０や非指向性散乱領域の配置によって更に多彩な表示が可能となる。
【００７８】
金属材料を用いて光反射層９を作製する方法としては、例えば、真空蒸着法及びスパッタリング法などの気相堆積法により形成することができる。表示層７を部分的に被覆した光反射層９は、例えば、気相堆積法により薄膜を形成し、その一部を薬品などに溶解させること、又は、この薄膜と表示層７との密着力よりも強い接着力を先の薄膜に対して示す接着材料によって、上記薄膜の一部を剥離することによって得られる。表示層７の一方の主面を部分的に被覆した光反射層９は、マスクを用いた気相堆積法によって形成することも可能である。
【００７９】
ここで、本発明における表示体２０の見え方に関して詳しく説明する。
【００８０】
図６は、本発明による表示体２０を観察する際の、イメージを示した図であり、簡略化した図である為、本来密着している、レンズ形成層５と表示層７の隙間を空けている。
【００８１】
ここで、観察者３は、照明光源１４によって照明された、表示体２０を観察する際、表示層７に配列された表示要素２から射出され、レンズ６を介した光が中空に形成する実像を観察することができる。
【００８２】
これは、光の性質から、レンズ６の焦点面(点光源)の１点から出る光は、点光源の位置とレンズ６の中心を直線で結ぶ方向にレンズ６の大きさで平行光として進むことによる。この原理で、３次元空間の１点に何本かの平行光線で光を集め、その光線群が１点に集まった後に進む方向から光を観察すれば、観察者３にとっては光線群が集まった１点から光が発しているように見える。
【００８３】
上記の原理を用いて、点を面上に繋げれば３次元空間に立体像を投影できることになる。その際の解像度(画素)は、レンズ６の直径の大きさとなる。
【００８４】
通常、表示層７の表示要素２としては、印刷によってインキなどで形成された絵や文字などのパターンが用いられることが多い。
【００８５】
本発明においては、表示要素２に指向性散乱構造１１からなる指向性散乱領域１０を配することによって、観察できる立体再生像４に指向性を持たせている。
【００８６】
図７(ａ)には、指向性散乱構造８の一部分に着目した図を示す。図７(ａ)において、指向性散乱構造８から射出された光は、レンズ６を通過した後も、その指向性を維持したまま観察者の目に届く。ここで、先に述べたように、表示要素２から射出された光が、レンズ６を介して中空に実像を形成するよう、指向性散乱構造８を配置しておけば、観察者３は、立体再生像４を観察することが可能となる。
【００８７】
次に、図７(ｂ)に示すように、図７(ａ)とは９０°異なる光散乱軸を持つ、指向性散乱構造８によって表示要素２が形成されているとする。
【００８８】
図７(ｂ)においては、指向性散乱構造８は図７(ａ)の場合と比較して、散乱方向が９０°異なる光を射出し、図７(ａ)の場合と同様にレンズ６を通過した後も、その指向性を維持したままである。
【００８９】
ここで、観察者３が図７(ａ)と同じ位置に居る場合、観察者３は指向性散乱構造３から射出された光は目に届かない。つまり、指向性散乱光１４によって形成される立体再生像を観察することができない。
【００９０】
以上のように、異なる光散乱軸１２ａを持つ、指向性散乱構造によって各々異なる立体再生像４を結像するように、表示要素２を配置しておけば、観察者３は観察する方向によって異なる立体再生像４を観察することが可能となる。
【００９１】
このとき、光散乱軸１２ａが２つ以上あっても良く、複数の光散乱軸１２ａ方向でそれぞれ異なる立体再生像４を観察することも可能となる。
【００９２】
表示層７に形成される、指向性散乱構造１１からなる指向性散乱領域１０は、観察者３が自然な立体感を認識できる、立体再生像４を投影するよう配置されていればよい。所謂、視差画像の役割を果たすように、配置されている。
【００９３】
若しくは、表示要素２が指向性散乱領域１０によって文字や記号、絵柄などを表現されていてもよい。その際、複数のレンズ６の配列ピッチと、表示要素２の配列ピッチの差によって、立体再生像４の結像位置が決まる。
【００９４】
図６に示したように、レンズ６の配列ピッチをΔＸ，表示要素２の配列ピッチをΔＰ，レンズ６の頂点Ａから表示要素２までの距離、すなわち焦点距離をＦ，表示要素２から立体再生像４までの距離をＳとした時、
【数２】
【００９５】
に示す関係を有する。この関係は、例えば吉田達哉、苗村健、原島博：『インテグラルフォトグラフィを用いた３次元Ｃ Ｇ の合成』映像情報メディア学会誌ＶｏＬ．５５，ＮＯ．３ ，Ｐ．４７４〜４７８，２０１１に開示されている。
【００９６】
この数２の式を用いれば、像が飛び出す距離、すなわち結像距離Ｓを決めてやり、レンズ６の配列ピッチΔＸと焦点距離Ｆを設定すれば、おのずと表示要素の配列ピッチΔＰが求まる。
【００９７】
この数２の式を実際に計算してみると、結像距離Ｓが長いほど、ΔＰとΔＸの差を小さくする必要があることが分かる。
【００９８】
先にも述べたように、本発明の表示体は、レンズ６の直径がひとつの画素の大きさになるので、レンズ６の配列ピッチΔＸが小さい方がより細かい立体再生像４を得ることが可能となる。
【００９９】
表示層７とレンズ形成層５の配置は、図２に示したように、表示層７の表示要素２形成面と、レンズ形成層５の非レンズ形成面が向き合って配置されても、図８に示したように、表示層７の非パターン形成面と、レンズ形成層５の非レンズ形成面が向き合って配置されてもよい。
【０１００】
前述したように、レンズ６の曲率半径Ｒを変えることで、焦点距離Ｆを調節することができる。図２のような構成では、焦点距離Ｆを短くすることができるため、表示体としての薄さを確保することができ、表示体を具備した表示体付き物品を提供する際にも、取り扱いが用意で都合が良いことが多い。
【０１０１】
また、本発明の表示体は、粘着層などを介して転写箔やステッカーなどの形態にして、物品に貼り付け圧着させて使用に供される。
【０１０２】
以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、これらは、例示的なものであって、本発明をなんら限定するものではない。
【実施例１】
【０１０３】
図９は、本発明の実施例１を示す表示体の断面を示した図である。即ち、実施例１においては、レンズ形成層５としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、レンズ６は紫外線硬化型樹脂によって成形した。
【０１０４】
また、表示層７は、透明基材１５の上にコーティングされた紫外線硬化型樹脂からなる。透明基材１５には、ＰＥＴフィルムを用いた。
【０１０５】
指向性散乱構造８としては、数１００ｎｍオーダーのピッチＰと深さＨを持つ構造を形成している。
【０１０６】
指向性散乱構造８は、個々のレンズ６に対応して、視差画像をなすように配置されていても、指向性散乱構造８自体で任意の形状をしていても良い。本実施例で示すようにハート型をした構成などにしても良い(図１０参照)。その際、レンズ６の配列ピッチΔＸと表示要素２の配列ピッチΔＰは僅かにずらしている。
【０１０７】
指向性散乱構造３の形成方法としては、レーザ露光干渉系などを用いてもよいし、電子線描画などによって形成してもよい。
【０１０８】
また、透明基材１５とレンズ形成層５は、粘着層１６により貼り合わされている、
光反射層９としては、アルミ蒸着層を真空蒸着法により製膜した。光反射層９の厚みは５０ｎｍ程度である。
【０１０９】
レンズ６の曲率半径は、２０μｍ程度の細かさであり、焦点距離Ｆは、４０μｍ程度の距離である。表示体全体の厚みも５０μｍ程度の厚みである。もちろん、本寸法以外にも、曲率半径などは、変更可能である。
【０１１０】
ここで、図１１は、実施例１の表示体２０を観察した際のイメージ図を示しており、表示体に照明光源１４を照射すると、表示層７に形成された指向性散乱構造８からなる表示要素２から光が射出される。
【０１１１】
射出される光は、指向性散乱構造８の光散乱軸方向にのみ光を射出する。本例では、指向性散乱構造８はハート型にパターンニングされて配置されているので、観察者３はハートの形を認識することができる。
【０１１２】
また、指向性散乱光１３が射出されない方向から、観察者３が表示体２０を観察しても、指向性散乱光１３を見ることができないため、何も認識することはできない。
【符号の説明】
【０１１３】
１ … レンズアレイ
２ … 表示要素
３ … 観察者
４ … 立体再生像
５ … レンズ形成層
６ … レンズ
７ … 表示層
８ … 指向性散乱構造
９ … 光反射層
１０ … 指向性散乱領域
１２ａ … 光散乱軸
１２ｂ … 配向方向
１３ … 指向性散乱光
１４ … 照明光源
１５ … 透明基材
１６ … 粘着層
２０ … 表示体
Ｆ … 焦点距離
Ｒ … 曲率半径
ｎ … 観察者側の屈折率
ｎ’ … レンズの屈折率
Ａ … レンズの頂点
ΔＸ … レンズのピッチ
ΔＰ … 表示要素のピッチ
Ｓ … 結像距離
Ｈ … 深さ、高さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体視が可能な表示体及び立体視が可能な表示体付き物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャッシュカード、クレジットカード及びパスポートなどの認証物品並びに商品券などの有価証券には、偽造が困難であることが望まれる。そのため従来から、そのような物品には、偽造・模造を抑止すべく、偽造又は模造が困難であると共に、偽造品や模造品との区別が容易なホログラムが貼り付けられている。
【０００３】
ホログラムは、優れた意匠性を持ち、カラー複写機においても複製できない偽造・変造の困難性から数多く利用されてきた。しかし、近年では、ホログラムにも巧妙な偽造品が出現し、一見すると真偽の判定が困難な事例も見られるようになってきている。
【０００４】
立体表示技術としては、ホログラフィのほかにも様々な方式が開発されている。２眼式立体画像表示方式では、左眼用画像と右目用画像との２枚の間の視差画像を使用し、偏光メガネまたは偏光切換シャッターを装着し、それぞれの眼に対応した画像を、それぞれ対応する眼に提示し、３次元画像を観察者に表示する方式である。
【０００５】
この２眼式立体画像表示方式は、比較的少ない情報量で容易に３次元画像表示が可能であるという特徴を有するが、３次元画像を再生して表示した場合、観察者の両眼の眼球が移動あるいは回転し、視線の交差させる輻輳位置と、眼球のレンズが焦点を結ぶ焦点位置とが異なり、この位置の違いによる視覚疲労（例えば、３Ｄ酔い等）を引き起こすことが問題となっている。
【０００６】
また、時間分割を用いずに、空間に３次元画像を再生する方式として、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ）方式がある。このＩＰ方式は、図１２に示すように微少なレンズアレイ１を介して、表示要素２を観察することで、観察者３は３次元の立体再生像４を観察することができる。
【０００７】
ＩＰの実現方法としては、微小な凸レンズを二次元的に並べた蝿の目レンズ（フライアイレンズ）を用いる方法と、凸レンズをピンホールで置き換えたピンホールアレイを用いた方法がある。ピンホールで凸レンズを代替できることは、ピンホールカメラの例からも明らかである。また、レンズの厚さが十分薄い場合、凸レンズの中心を通る光は、直進するとみなせるので、その点からも、凸レンズとピンホールは機能的には同等と言える。
【０００８】
では、凸レンズアレイまたはピンホールアレイの後方に、レンズアレイの焦点距離の位置に、立体表示の元になる表示要素が置かれる。ひとつの表示要素は、多数の要素素子から構成され、１個のレンズに対し、１つの要素素子が対応する。要素素子は、アナログ画像であることも、液晶モニタのようなデジタル画像の場合もある。
【０００９】
ＩＰ方式は、すでに述べた２眼式立体画像表示方式で用いる特殊なメガネを必要とせず、水平方向及び垂直方向の双方に視差がある。そして、このインテグラルフォトグラフィ方式は、空中像再生方式であるため、実物を観察しているのと同様な自然な３次元画像の表示が可能となっている。
【００１０】
近年では、微細なレンズ構造を用いた、インテグラルフォトグラフィ方式を用いた、偽造防止用表示体が開発され、韓国紙幣などに実際に採用され、採用国は広がりを見せている。
【００１１】
ＩＰ方式での立体視では、微小パターンの表示要素の拡大率を調整することにより奥行き感を生じさせることができる（例えば、特許文献１参照）。従来の製品は、微細パターンからなる表示要素を有する印刷層と、球面もしくは非球面のマイクロレンズを組み合わせた構成である。レンズのピッチは、微小パターンを配列するピッチによってもある程度制限され、レンズ機能とのバランスによっては、表示体が数十μｍ以上の厚みになることもある。印刷による微小パターンは、印刷技術の進歩により微細化が進んでいるが、未だ比較的単純な形状であることが多い。
【００１２】
このような立体表示体は、シールであったり、紙にすきこんだりして、さまざまな物品に用いることもできる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−７９３０８号公報
【特許文献２】特開２００９−８６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述の背景に基づきなされたもので、表示要素に指向性散乱構造を用いた、インテグラルフォトグラフィ方式での立体視が可能な表示体を提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、複数の異なる立体像を観察することが可能な表示体付き物品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願請求項１に係る発明は、規則的に配列した複数のレンズを一方の面に配したレンズ形成層と、前記レンズの焦点位置に前記レンズ毎に対応して設けられた、複数の表示要素を配列した表示層から成り、前記複数の表示要素から射出された光線が、対応する前記複数のレンズを介してなす光線群により立体的な像を表示する、インテグラルフォトグラフィ法に基づく表示体であって、前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、光反射層を配した複数の直線状の凸部および／または凹部からなる指向性散乱構造からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、文字や記号、絵柄などを表現し、且つ、前記複数のレンズの配列ピッチと、前記複数の表示要素の配列ピッチが異なっていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記指向性散乱構造が複数の光散乱軸方向を持ち、前記光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造によって、各々異なる複数の像をなすよう、前記表示要素が配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３において、光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造を用いて、文字や記号、絵柄などを複数の異なる表示像をなすように前記表示要素が配置されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４において、前記複数の直線状の凸部および／または凹部が、ランダムに配置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５において、前記複数の表示要素は複数のセルで構成されていて、セルの一辺の長さが１４５μｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６において、前記表示層の表示要素形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に係る発明は、前記表示層の非パターン形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８において、前記表示層と前記レンズ形成層の間に粘着層を設けることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９に記載される表示体を用いて表示体付き物品を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、指向性散乱構造を表示要素として用いた、ＩＰ方式に基づく表示体であって、前記表示要素に前記指向性散乱構造を用いることで、観察者は観察する方向によって異なる像を視認することが可能となり、且つ、複数の光散乱軸方向を持つ、前記指向性散乱構造によって、表示要素を構成することで、表示像のバリエーションを増やすことが可能となる。
【００２７】
さらに、前記指向性散乱構造は、数ミクロン程度の厚みを持つ、表示層に形成することができるので、表示体としての厚みを薄くすることができ、前記表示体を具備する物品の厚みも薄くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る表示体を示した斜視図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ’線での断面を示した図である。
【図３】屈折球面における近軸結像を示した図である。
【図４】指向性散乱領域における、配向方向と光散乱軸を示した図である。
【図５】指向性散乱構造から射出される光を観察するときの概念図である。
【図６】本発明による表示体と立体再生像の関係を説明するために示した図である。
【図７（ａ）】本発明による表示体の観察形態の一例を示した図である。
【図７（ｂ）】本発明による表示体の観察形態の他の一例を示した図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る表示体を断面して示した図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る表示体に基づく実施例１の要部を断面して示した図である。
【図１０】図９の実施例１における指向性散乱構造の一例を示した図である。
【図１１】図９の表示体の観察形態の一例を示した図である。
【図１２】インテグラルフォトグラフィ方式による立体視の概念を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限ることはない。
【００３０】
図１は、本発明の一実施の形態に係る表示体を示すもので、図２は、図１のＸ−Ｘ’線を断面して示す。即ち、レンズ形成層５には、複数のレンズ６が形成され、このレンズ形成層５下部の、複数のレンズ６の焦点距離Ｆの位置に、表示層７が配されている。この表示層７の一部には、複数の直線状の凸部および／または凹部からなる指向性散乱構造８が形成されている。そして、表示層７には、光反射層９が配されている。
【００３１】
ここで、各層について詳しく説明する。
【００３２】
前記レンズ形成層５としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂及びアクリル系／スチレン系共重合樹脂等の熱可塑性樹脂材料又は紫外線硬化樹脂を使用することができる。レンズ形成層５の材料として、樹脂を使用する代わりに、珪酸塩を含んだ無機系材料を使用してもよい。
【００３３】
前記複数のレンズ６は、前記レンズ形成層５の一方の主面上で規則的に配列している。複数レンズ６は、例えば、正方格子、矩形格子及び三角格子などの格子状に配列させることができる。ここでは、一例として、複数のレンズ６は略正方格子状に配列していることとする。
【００３４】
前記複数のレンズ６は、例えば球面レンズである。また、複数のレンズ６は、非球面レンズ又は矩形状レンズであってもよい。なお、球面レンズは、球面の一部分からなる面を持つレンズ６である。非球面レンズは、形状を若干ずらした球面の一部分からなる面を持つレンズ６である。
【００３５】
また、矩形状レンズは、Ｚ方向に平行な断面が矩形状又は正方形状のレンズであって、Ｚ方向に平行な方向から観察した場合に、例えば格子状又は縞状のレンズアレイを構成する。
【００３６】
前記複数のレンズ６が球面レンズ及び比球面レンズなどの凸レンズである場合、レンズ６の焦点から表示層７までの距離Ｆは、レンズ６の曲率半径Ｒと、屈折率ｎ’から求めることができる。図３は、凸レンズ(屈折球面)での近軸結像を表した模式図である。
【００３７】
観察者側の屈折率をｎ、凸レンズの屈折率をｎ’、凸レンズの頂点をＡ、頂点Ａからレンズの曲率中心までの距離(曲率半径)をＲとした時の、凸レンズの頂点Ａから表示層７までの距離Ｆは、
【数１】
【００３８】
の式により求めることができる。
【００３９】
通常、観察者は、ｎ＝１．０の空気層に居るから、凸レンズの屈折率ｎ’と曲率半径Ｒが決まれば、おのずと凸レンズの頂点Ａから表示層７までの距離Ｆが決定されることとなる。
【００４０】
前記複数のレンズ６は、例えば、複数の凹部を設けた金型を樹脂に押し付けることにより形成することができる。例えば、複数のレンズ６は、レンズ形成層５の上にレンズ６に対応した形状の凹部が設けられた金型を、熱を印加しながら押し当てる方法、即ち、熱エンボス加工法により得られる。
【００４１】
また、レンズ形成層５は、透明基材上に配されていても良く、透明基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などの光透過性を有する樹脂からなるフィルム又はシートなどが好適である。
【００４２】
レンズ形成層５を前記透明基材の上に配した場合には、レンズ形成層５として、紫外線硬化樹脂などを塗布し、これに金型を押し当てながら紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ、その後、金型を取り除く方法により形成することも可能である。
【００４３】
前記表示層７の材料としては、例えば、光透過性を有する樹脂を使用することができる。例えば、アクリル、ポリカーボネート、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの可視光透過性を有する樹脂を使用することができる。その中でも、例えば、熱可塑性樹脂又は光硬化性樹脂を使用すると、指向性散乱構造８が形成された原版を用いた転写により、一方の面上に指向性散乱構造８を備える表示層７を容易に作製することができる。
【００４４】
表示層７は、可視光の少なくとも一部の波長について十分な透過率を有していればよく、特定の波長帯域を吸収する色素などを添加してもよい。その場合、表示層７を通して見える部分が着色して見える。
【００４５】
また、表示層７は、何らかの基材の上に配されていてもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などの光透過性を有する樹脂からなるフィルム又はシートなどが好適である。基材の材料としては、ガラスなどの無機材料を使用してもよい。
【００４６】
さらに、基材は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。さらには、反射防止処理、低反射防止処理、ハードコート処理、帯電防止処理及び防汚処理などの処理を施してもよい。
【００４７】
次に、前記表示層７に形成される指向性散乱構造８に関して説明する。
【００４８】
図４は、指向性散乱領域１０の一例を概略的に示す平面図で、この指向性散乱領域１０は、複数の指向性散乱構造８を含んでいる。これら複数の指向性散乱構造８は、各々が直線状であり、指向性散乱領域１０内で方向が揃った複数の凸部および／または凹部である。すなわち、指向性散乱領域１０において、指向性散乱構造８は、ほぼ平行に配列している。
【００４９】
なお、指向性散乱領域１０において、指向性散乱構造８は、完全に平行に配列していなくてもよい。指向性散乱領域１０が十分な光散乱能異方性を有している限り、その指向性散乱領域１０において、例えば、一部の指向性散乱構造８の長手方向と他の一部の指向性散乱構造８の長手方向とが交差していてもよい。以下、指向性散乱領域１０の主面に平行な方向のうち、指向性散乱領域１０が最小の光散乱能を示す方向を「配向方向」と呼び、指向性散乱領域１０が最大の光散乱能を示す方向を「光散乱軸」と呼ぶ。
【００５０】
図４に示す指向性散乱領域１０では、矢印１２ｂで示す方向は配向方向であり、矢印１２ａで示す方向が光散乱軸である。例えば、配向方向１２ｂに垂直な斜め方向から指向性散乱領域１０を照明光源１４により照明して、指向性散乱領域１０を正面から観察すると、指向性散乱領域１０は、その高い光散乱能に起因して、比較的明るく見える。一方、光散乱軸１２ａに垂直な斜め方向から指向性散乱領域１０を照明して、指向性散乱領域１０を正面から観察すると、指向性散乱領域１０は、その低い光散乱能に起因して、比較的暗く見える。
【００５１】
これから明らかなように、例えば、指向性散乱領域１０を斜め方向から照明して、これを正面から観察した場合、指向性散乱領域１０をその法線方向の周りで回転させると、その明るさが変化する。
【００５２】
ここで１例として、図５に示したような位置関係で、観察者３が指向性散乱領域１０を観察した場合を説明する。指向性散乱領域１０の光散乱軸１２ａ、配向方向１２ｂが図５のようになっている場合、観察者３は、光散乱軸１２ａの方向に最大の光散乱能を示す指向性散乱光１３を観察することができる。
【００５３】
ここで、指向性散乱領域１０が文字や記号、マークなどのパターンで配置されているとした場合、観察者３は、指向性散乱領域１０で形成された、文字や記号、マークなどを観察することができる。
【００５４】
図５の位置関係のまま、観察者３が指向性散乱領域１０の方向を９０°回転させた場合、自ずと光散乱軸１２ａも９０°回転するため、観察者３は指向性散乱光１３を観察することができず、観察者３は、指向性散乱領域１０で形成された、文字や記号、マークなどを観察することができない。
【００５５】
すなわち、光散乱軸１２ａを異ならしめた複数の指向性散乱領域１０を設けることで、それらの間に明るさの差を生じさせることができる。したがって、これにより像を表示することができる。特に、光散乱軸１２ａの角度差を十分（例えば直交するように）にとることにより、それぞれの領域で表示された像をそれぞれ別の観察条件で観察できる。
【００５６】
指向性散乱領域１０の明るさは、他の方法で制御することもできる。例えば、指向性散乱構造８の幅が大きいほど、光散乱軸１２ａの方向についての光散乱能が小さくなる。一方、指向性散乱構造８を長くすると、配向方向１２ｂについての光散乱能が小さくなる。
【００５７】
指向性散乱構造８の形状は、１つの指向性散乱領域１０おいて全て同じであってもよい。或いは、１つの指向性散乱領域１０は、形状の異なる複数の凸部および／または凹部を含んでいてもよい。
【００５８】
同一形状の指向性散乱構造８のみを含んだ指向性散乱領域１０は、光散乱能の設計が容易である。また、そのような指向性散乱領域１０は、電子線描画装置やステッパなどの微細加工装置を用いることで、高精度にかつ容易に形成することができる。一方、形状の異なる指向性散乱構造１１を含んだ指向性散乱領域１０によると、広い角度範囲に亘ってなだらかな光強度分布をもった散乱光が得られる。それゆえ、観察位置による明暗の変化が小さく、安定した白色を表示させることが可能となる。
【００５９】
本発明における指向性散乱構造は、直線状の方向が揃った複数の凸部および／または凹部からなり、凸部と凸部または凹部と凹部の間隔は１μｍ以下であって、その間隔はランダムな値をとるようになっている。
【００６０】
また、凸部の頂点から凹部の底までの距離を、指向性散乱構造の深さをＨとした時、深さＨは１μｍ以下でランダムな値を取る。
【００６１】
ランダムなピッチと深さＨを持つ指向性散乱構造は、乱数を用いて作成したパターンとすることにより、コンピュータを用いて簡便に光を散乱するパターンを作成することが可能となる。
【００６２】
作成したパターンを元に、電子ビーム露光装置やイオンビーム露光装置等の微細加工能力のある装置を用いて、直接描画することによって指向性散乱構造を作成することが可能となる。電子ビーム露光装置などを用いた場合、電子ビームのエネルギー量を変えることで、深さＨをコントロールすることも容易となる。
【００６３】
本発明においては、複数の直線状の凸部および／または凹部は異なる複数の空間周波数成分を持っており、入射してきた白色光を複数の可視波長が同時に観察されるよう、白色光を回析させる機能により、指向性を持った散乱光を実現している。
【００６４】
表示体を観察する場合、照明光源の角度や観察位置などの観察条件が異なっても、広い視域で安定した白色の表現が可能であることが必要である。
【００６５】
しかし、実際には照明光源付近に射出される光は、極端に傾いた観察条件においてしか観察されることが無く、正反射光付近に射出される光の成分は、正反射光の強い光がまぶしいため、観察には適していない。
【００６６】
本発明の指向性散乱構造では、複数の直線状の凸部および／または凹部の持つ、空間周波数成分を最適化することで、上記で述べたような観察に適さない光を制御し、通常の観察に適した範囲に、観察光を集中的に射出させることが可能となる。
【００６７】
主に、入射光の強さが一定であれば、観察に適した角度範囲において、選択的に射出光を出すことにより、観察者はより明るい像を観察することが可能となる。
【００６８】
本発明の指向性散乱構造においては、入射角度０度（表示体の法線方向）で白色光を入射させた際に、法線から±１０度以内の範囲に光を射出させる空間周波数成分と、法線から±８０度以上の範囲に光を射出させる空間周波数成分を制限しており、通常の観察に適した範囲にのみ射出光が射出するようにしている。空間周波数を制限することで、指向性散乱光の強度を強くすることができ、より効果的な画像表現が可能となる。
【００６９】
また、指向性散乱構造８の配向秩序度が高いほど、指向性散乱領域１０の光散乱能異方性は大きくなる。
【００７０】
指向性散乱領域１０において、指向性散乱構造８は、ある程度規則的に配置されていてもよく、ランダムに配置されていてもよい。例えば、指向性散乱構造８の光散乱軸１２ａに平行な方向の間隔をランダムにすると、配向方向１２ｂに垂直な方向に関する散乱光の光強度分布がなだらかになる。したがって、観察角度に応じた白さや明るさの変化が抑制される。
【００７１】
また、光散乱軸１２ａに平行な方向について、指向性散乱構造８の間隔を小さくすると、入射光のより多くを散乱させることができるため、光散乱能異方性を劣化させることなしに、散乱光の強度を強くすることができる。例えば、光散乱軸１２ａに平行な方向についての指向性散乱構造８の平均間隔が１０μｍ以下であれば、視認性の良い表示を実現するのに十分な光散乱強度を得ることができる。
【００７２】
なお、この平均間隔を十分に小さくすると、指向性散乱領域１０が複数のセルで構成されている場合、セルの大きさを１４５μｍ程度とすることは十分に可能である。この場合、通常の観察条件における人間の目の分解能以下の細かさで像を表示することができる。すなわち、十分に高精細な像を表示できる。
【００７３】
指向性散乱領域１０が微細な複数のセルで構成されていることで、文字や記号、マークなどを微細なセルの集まりとして構成することも可能である。
【００７４】
本発明における指向性散乱領域１０は、方向が揃った複数の凸部および／または凹部からなる光散乱構造からなるため、通常の照明条件下において、白色光を散乱する機能を有するため、白色もしくは薄灰色の明度及び彩度の高い色として観察される。
【００７５】
次に、表示層７の上に配される、光反射層９に関して説明する。
【００７６】
光反射層９は、指向性散乱構造８が設けられた表示層７の界面の反射率を高める役割を果たす。光反射層９の材料としては、例えば、アルミニウム、銀、及びそれらの合金など反射率の高い金属材料を使用することができる。本発明の表示体は光反射層９を指向性散乱構造８の少なくとも一部を被覆するように設けているが、光反射層９に被覆されていない指向性散乱構造８は、屈折率の近い樹脂などで被覆されてしまうことで、凹凸構造がないものとして、光学的な作用を及ぼさなくなる。
【００７７】
本発明の表示体が物品などに貼付されるものとして用いる場合、接着層などで指向性散乱構造８は被覆される。従って、光反射層９によって被覆された部分のみが光学的な作用を及ぼし、光反射層９によって被覆されていない部分は、表示層７の高い光透過性により透明な領域となるため、光反射層９の被覆領域の外形によって絵柄が表現でき、また光反射層９の被覆領域内にある、指向性散乱領域１０や非指向性散乱領域の配置によって更に多彩な表示が可能となる。
【００７８】
金属材料を用いて光反射層９を作製する方法としては、例えば、真空蒸着法及びスパッタリング法などの気相堆積法により形成することができる。表示層７を部分的に被覆した光反射層９は、例えば、気相堆積法により薄膜を形成し、その一部を薬品などに溶解させること、又は、この薄膜と表示層７との密着力よりも強い接着力を先の薄膜に対して示す接着材料によって、上記薄膜の一部を剥離することによって得られる。表示層７の一方の主面を部分的に被覆した光反射層９は、マスクを用いた気相堆積法によって形成することも可能である。
【００７９】
ここで、本発明における表示体２０の見え方に関して詳しく説明する。
【００８０】
図６は、本発明による表示体２０を観察する際の、イメージを示した図であり、簡略化した図である為、本来密着している、レンズ形成層５と表示層７の隙間を空けている。
【００８１】
ここで、観察者３は、照明光源１４によって照明された、表示体２０を観察する際、表示層７に配列された表示要素２から射出され、レンズ６を介した光が中空に形成する実像を観察することができる。
【００８２】
これは、光の性質から、レンズ６の焦点面(点光源)の１点から出る光は、点光源の位置とレンズ６の中心を直線で結ぶ方向にレンズ６の大きさで平行光として進むことによる。この原理で、３次元空間の１点に何本かの平行光線で光を集め、その光線群が１点に集まった後に進む方向から光を観察すれば、観察者３にとっては光線群が集まった１点から光が発しているように見える。
【００８３】
上記の原理を用いて、点を面上に繋げれば３次元空間に立体像を投影できることになる。その際の解像度(画素)は、レンズ６の直径の大きさとなる。
【００８４】
通常、表示層７の表示要素２としては、印刷によってインキなどで形成された絵や文字などのパターンが用いられることが多い。
【００８５】
本発明においては、表示要素２に指向性散乱構造１１からなる指向性散乱領域１０を配することによって、観察できる立体再生像４に指向性を持たせている。
【００８６】
図７(ａ)には、指向性散乱構造８の一部分に着目した図を示す。図７(ａ)において、指向性散乱構造８から射出された光は、レンズ６を通過した後も、その指向性を維持したまま観察者の目に届く。ここで、先に述べたように、表示要素２から射出された光が、レンズ６を介して中空に実像を形成するよう、指向性散乱構造８を配置しておけば、観察者３は、立体再生像４を観察することが可能となる。
【００８７】
次に、図７(ｂ)に示すように、図７(ａ)とは９０°異なる光散乱軸を持つ、指向性散乱構造８によって表示要素２が形成されているとする。
【００８８】
図７(ｂ)においては、指向性散乱構造８は図７(ａ)の場合と比較して、散乱方向が９０°異なる光を射出し、図７(ａ)の場合と同様にレンズ６を通過した後も、その指向性を維持したままである。
【００８９】
ここで、観察者３が図７(ａ)と同じ位置に居る場合、観察者３は指向性散乱構造３から射出された光は目に届かない。つまり、指向性散乱光１４によって形成される立体再生像を観察することができない。
【００９０】
以上のように、異なる光散乱軸１２ａを持つ、指向性散乱構造によって各々異なる立体再生像４を結像するように、表示要素２を配置しておけば、観察者３は観察する方向によって異なる立体再生像４を観察することが可能となる。
【００９１】
このとき、光散乱軸１２ａが２つ以上あっても良く、複数の光散乱軸１２ａ方向でそれぞれ異なる立体再生像４を観察することも可能となる。
【００９２】
表示層７に形成される、指向性散乱構造１１からなる指向性散乱領域１０は、観察者３が自然な立体感を認識できる、立体再生像４を投影するよう配置されていればよい。所謂、視差画像の役割を果たすように、配置されている。
【００９３】
若しくは、表示要素２が指向性散乱領域１０によって文字や記号、絵柄などを表現されていてもよい。その際、複数のレンズ６の配列ピッチと、表示要素２の配列ピッチの差によって、立体再生像４の結像位置が決まる。
【００９４】
図６に示したように、レンズ６の配列ピッチをΔＸ，表示要素２の配列ピッチをΔＰ，レンズ６の頂点Ａから表示要素２までの距離、すなわち焦点距離をＦ，表示要素２から立体再生像４までの距離をＳとした時、
【数２】
【００９５】
に示す関係を有する。この関係は、例えば吉田達哉、苗村健、原島博：『インテグラルフォトグラフィを用いた３次元Ｃ Ｇ の合成』映像情報メディア学会誌ＶｏＬ．５５，ＮＯ．３ ，Ｐ．４７４〜４７８，２０１１に開示されている。
【００９６】
この数２の式を用いれば、像が飛び出す距離、すなわち結像距離Ｓを決めてやり、レンズ６の配列ピッチΔＸと焦点距離Ｆを設定すれば、おのずと表示要素の配列ピッチΔＰが求まる。
【００９７】
この数２の式を実際に計算してみると、結像距離Ｓが長いほど、ΔＰとΔＸの差を小さくする必要があることが分かる。
【００９８】
先にも述べたように、本発明の表示体は、レンズ６の直径がひとつの画素の大きさになるので、レンズ６の配列ピッチΔＸが小さい方がより細かい立体再生像４を得ることが可能となる。
【００９９】
表示層７とレンズ形成層５の配置は、図２に示したように、表示層７の表示要素２形成面と、レンズ形成層５の非レンズ形成面が向き合って配置されても、図８に示したように、表示層７の非パターン形成面と、レンズ形成層５の非レンズ形成面が向き合って配置されてもよい。
【０１００】
前述したように、レンズ６の曲率半径Ｒを変えることで、焦点距離Ｆを調節することができる。図２のような構成では、焦点距離Ｆを短くすることができるため、表示体としての薄さを確保することができ、表示体を具備した表示体付き物品を提供する際にも、取り扱いが用意で都合が良いことが多い。
【０１０１】
また、本発明の表示体は、粘着層などを介して転写箔やステッカーなどの形態にして、物品に貼り付け圧着させて使用に供される。
【０１０２】
以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、これらは、例示的なものであって、本発明をなんら限定するものではない。
【実施例１】
【０１０３】
図９は、本発明の実施例１を示す表示体の断面を示した図である。即ち、実施例１においては、レンズ形成層５としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、レンズ６は紫外線硬化型樹脂によって成形した。
【０１０４】
また、表示層７は、透明基材１５の上にコーティングされた紫外線硬化型樹脂からなる。透明基材１５には、ＰＥＴフィルムを用いた。
【０１０５】
指向性散乱構造８としては、数１００ｎｍオーダーのピッチＰと深さＨを持つ構造を形成している。
【０１０６】
指向性散乱構造８は、個々のレンズ６に対応して、視差画像をなすように配置されていても、指向性散乱構造８自体で任意の形状をしていても良い。本実施例で示すようにハート型をした構成などにしても良い(図１０参照)。その際、レンズ６の配列ピッチΔＸと表示要素２の配列ピッチΔＰは僅かにずらしている。
【０１０７】
指向性散乱構造３の形成方法としては、レーザ露光干渉系などを用いてもよいし、電子線描画などによって形成してもよい。
【０１０８】
また、透明基材１５とレンズ形成層５は、粘着層１６により貼り合わされている、
光反射層９としては、アルミ蒸着層を真空蒸着法により製膜した。光反射層９の厚みは５０ｎｍ程度である。
【０１０９】
レンズ６の曲率半径は、２０μｍ程度の細かさであり、焦点距離Ｆは、４０μｍ程度の距離である。表示体全体の厚みも５０μｍ程度の厚みである。もちろん、本寸法以外にも、曲率半径などは、変更可能である。
【０１１０】
ここで、図１１は、実施例１の表示体２０を観察した際のイメージ図を示しており、表示体に照明光源１４を照射すると、表示層７に形成された指向性散乱構造８からなる表示要素２から光が射出される。
【０１１１】
射出される光は、指向性散乱構造８の光散乱軸方向にのみ光を射出する。本例では、指向性散乱構造８はハート型にパターンニングされて配置されているので、観察者３はハートの形を認識することができる。
【０１１２】
また、指向性散乱光１３が射出されない方向から、観察者３が表示体２０を観察しても、指向性散乱光１３を見ることができないため、何も認識することはできない。
【符号の説明】
【０１１３】
１ … レンズアレイ
２ … 表示要素
３ … 観察者
４ … 立体再生像
５ … レンズ形成層
６ … レンズ
７ … 表示層
８ … 指向性散乱構造
９ … 光反射層
１０ … 指向性散乱領域
１２ａ … 光散乱軸
１２ｂ … 配向方向
１３ … 指向性散乱光
１４ … 照明光源
１５ … 透明基材
１６ … 粘着層
２０ … 表示体
Ｆ … 焦点距離
Ｒ … 曲率半径
ｎ … 観察者側の屈折率
ｎ’ … レンズの屈折率
Ａ … レンズの頂点
ΔＸ … レンズのピッチ
ΔＰ … 表示要素のピッチ
Ｓ … 結像距離
Ｈ … 深さ、高さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規則的に配列した複数のレンズを一方の面に配したレンズ形成層と、前記レンズの焦点位置に前記レンズ毎に対応して設けられた、複数の表示要素を配列した表示層から成り、
前記複数の表示要素から射出された光線が、対応する前記複数のレンズを介してなす光線群により立体的な像を表示する、インテグラルフォトグラフィ法に基づく表示体であって、
前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、光反射層を配した複数の直線状の凸部および／または凹部からなる指向性散乱構造からなることを特徴とする表示体。
【請求項２】
前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、文字や記号、絵柄などを表現し、且つ、前記複数のレンズの配列ピッチと、前記複数の表示要素の配列ピッチが異なっていることを特徴とする請求項１記載の表示体。
【請求項３】
前記指向性散乱構造が複数の光散乱軸方向を持ち、前記光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造によって、各々異なる複数の像をなすように前記表示要素が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の表示体。
【請求項４】
光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造を用いて、文字や記号、絵柄などを複数の異なる表示像をなすよう、前記表示要素が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の表示体。
【請求項５】
前記複数の直線状の凸部および／または凹部が、ランダムに配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の表示体。
【請求項６】
前記複数の表示要素は複数のセルで構成されていて、セルの一辺の長さが１４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載の表示体。
【請求項７】
前記表示層の表示要素形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする請求項１から６何れか１項記載の表示体。
【請求項８】
前記表示層の非パターン形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか記載の表示体。
【請求項９】
前記表示層と前記レンズ形成層の間に粘着層を設けることを特徴とする請求項１乃至８の何れか記載の表示体。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の表示体を具備することを特徴とする表示体付き物品。
【請求項１】
規則的に配列した複数のレンズを一方の面に配したレンズ形成層と、前記レンズの焦点位置に前記レンズ毎に対応して設けられた、複数の表示要素を配列した表示層から成り、
前記複数の表示要素から射出された光線が、対応する前記複数のレンズを介してなす光線群により立体的な像を表示する、インテグラルフォトグラフィ法に基づく表示体であって、
前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、光反射層を配した複数の直線状の凸部および／または凹部からなる指向性散乱構造からなることを特徴とする表示体。
【請求項２】
前記表示要素の少なくとも一部、または全ては、文字や記号、絵柄などを表現し、且つ、前記複数のレンズの配列ピッチと、前記複数の表示要素の配列ピッチが異なっていることを特徴とする請求項１記載の表示体。
【請求項３】
前記指向性散乱構造が複数の光散乱軸方向を持ち、前記光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造によって、各々異なる複数の像をなすように前記表示要素が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の表示体。
【請求項４】
光散乱軸方向が同一の前記指向性散乱構造を用いて、文字や記号、絵柄などを複数の異なる表示像をなすよう、前記表示要素が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の表示体。
【請求項５】
前記複数の直線状の凸部および／または凹部が、ランダムに配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の表示体。
【請求項６】
前記複数の表示要素は複数のセルで構成されていて、セルの一辺の長さが１４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載の表示体。
【請求項７】
前記表示層の表示要素形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする請求項１から６何れか１項記載の表示体。
【請求項８】
前記表示層の非パターン形成面と、前記レンズ形成層の非レンズ形成面が向き合って配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか記載の表示体。
【請求項９】
前記表示層と前記レンズ形成層の間に粘着層を設けることを特徴とする請求項１乃至８の何れか記載の表示体。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の表示体を具備することを特徴とする表示体付き物品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−４４７７１（Ｐ２０１３−４４７７１Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０２６８（Ｐ２０１１−１８０２６８）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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