JP2016102910A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第一の形態は、単色または複数色の、平行に配列された複数の線群により形成される第1パターンを有する第一の基材と、単色または複数色の、平行に配列された複数の線群により形成される第2パターンを有する第二の基材から構成され、観測方向から順に前記第二の基材と前記第一の基材を配置することによりモアレを生じさせる表示装置において、前記第1パターン及び前記第2パターンによりモアレの対象となる図柄を形成し、前記第二の基材が透明な部材からなり、前記第一の基材を固定すると共に、前記第二の基材を前記観測方向に対して略直線上へ前後に往復移動させる移動手段を有することを特徴とする表示装置である。
また、前記第1パターンによるモアレの対象となる図柄と、前記第2パターンによるモアレの対象となる図柄が一致していることを特徴とする。
また、本発明の第二の形態は、前記第1パターンを形成する前記複数の線群と、前記第2パターンを形成する前記複数の線群の同一位置における角度が1度以上15度以下であることを特徴とする。
また、前記モアレの対象となる図柄の配向に沿って前記複数の線群が形成されることを特徴とする。
また、前記第1パターンおよび前記第2パターンにおいて、前記複数の線群の1mmあたりの本数nが、10本以上50本以下であることを特徴とする。
また、前記移動手段は、移動速度が一定であり、かつ前記移動速度が0.5mm/sec以上5mm/sec以下となるよう速度制御を行うことを特徴とする。
また、前記往復移動における前記第一の基材と前記第二の基材の間隙が、10mm以上50mm以下となるように制御されることを特徴とする。
また、光源としてエッジライト型照明装置を備えることを特徴とする。
また、前記第1パターンおよび前記第2パターンが形成されていない領域に任意図柄が印刷されていることを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態における表示装置1の概略を示す断面図である。また、図2は、図1における観測方向Fから見た表示装置1の正面図である。図1に示す表示装置1は、観測方向Fから順に前面板12、透明シート2、基材3、照明装置4、透明シート2と駆動機10を連結させる連結部品11、連結部品11の下部に配置されたキャタピラ9、駆動機10を備えている。また、表示装置1の観測面にはスイッチボタン13がついており、ボタンを押すことにより、駆動機10が駆動し、連結部品11を介して観測方向前後へ透明シート2が往復運動するように制御される。
本発明におけるモアレの立体視効果の原理について、図3および図4に基づき説明する。
図3は、観測方向Fから順に透明シートA、透明シートBを配置した際に出現するモアレ縞Mの様子を示している。
透明シートAはピッチがpの平行な直線が複数描かれており、透明シートBはピッチがwで透明シートAと平行な直線が複数描かれている。両透明シートを間隙dで重ねた時に、正面である観測方向Fから透明シートを観測することでモアレ縞Mが出現する。この時、出現するモアレ縞Mの間隔をλ、透明シートAまたは透明シートBのうち、モアレ縞Mに近い方のシートからモアレ縞Mまでの奥行き方向の距離をDとする。ここで、モアレ縞Mの間隔λと奥行き方向の距離Dは、各透明シートのピッチpおよびwと、間隙dに依存する。なお、モアレ縞Mは、上述の平行な直線の他、円やその他曲線形状によっても発生させることができる。
図4(a)は、ピッチpがピッチwよりも長い場合を示してあり、この時、透明シートA、Bの両格子を通過する光は透明シートBの奥側で集光する。観測者からは集光した点が明部として視認される。奥側に発生した明暗の縞と、観測方向F側に位置する透明シートAが奥行き方向に異なって視認されるので、立体感を持つモアレ縞Mとして目視される。なお、この時、モアレの間隔λと、奥行き方向の距離Dは、式(1)、式(2)より計算が可能である。
図5から図7の(a)に、基材3に形成するモアレを促す線群(以下、第1パターンとも呼ぶ)例を、(b)に、透明シート2に形成するモアレを促す線群(以下、第2パターンとも呼ぶ)例を示す。
本発明の第一の実施形態について図5を用いて説明する。まず、基材3内の立体的に表示させたい(モアレを発生させる対象である)任意の図柄を、モアレを促す線群14を平行に配列して描く。また、透明シート2に形成する第2パターンには、第1パターンと同じ図柄を観測方向Fから見て基材3と同一位置に印刷する。上述の通り、透明シート2が観測方向に対し略直線方向へ前後方向に動くことで、透明シート2のモアレを促す線群14の相対的なピッチが変化するので、第1パターンと第2パターンにずれが生じる。その結果、透明シート2と発生したモアレとの間に視差が生じ、立体的かつ連続的に変化するモアレを目視することができる。なお、図5ではモアレを促す線群14を直線で表現したが、直線の他、図10のように円や曲線を対象領域中に複数配列させることでモアレを発生させても良い。
図6に示す例では、同一位置における基材3に形成するモアレを促す線群14の傾きθ1と、透明シート2に形成するモアレを促す線群14の傾きθ2が異なる。傾きθ1とθ2の角度の差が0度以上45度以下であることが好ましく、より好ましくは1度以上15度以下であることが好ましい。第一の実施形態で述べた図5の例では、基材3と透明シート2との間隙が0mmの時、図柄が完全に一致するためずれが生じないのでモアレが発生せず、ある程度以上間隙が開かないと、モアレを視認することができない。しかし、本実施形態である図6に示すように、異なる傾きを有するパターンを用いると、基材3と透明シート2の間隙が0mmの場合であっても角度がずれているためモアレが発生する。従って、連続的に動かすことで、常にモアレの変化を発生させることができる。
図7に示すパターンの例では、モアレを発生させる対象である任意の図柄の配向に沿って、モアレを促す線群14が複数種類形成されている。任意の図柄の配向に沿って線群を形成することにより、上述した第一、第二の実施形態のパターン例に比べて、形状をよりはっきりと表現できる。
また、任意の図柄の配向に沿うと共に、第二の実施形態と同様に基材3で形成するモアレを促す線群14の傾きと、透明シート2で形成するモアレを促す線群14の傾きが異なるよう、パターンを形成しても良い。第二の実施形態のパターン例と同様に、基材3と透明シート2でモアレを促す線群14の傾きを変えているため、常にモアレに変化をつけることができる。
第1パターンおよび第2パターンを形成するモアレを促す線群14は、1mmあたりの本数nが、10本以上50本以下であることが望ましい。ピッチが長いと、ある程度以上の観測距離を取らないと、モアレを促す線群14自体が視認されてしまい、モアレの視認性が低下してしまう。また、1mmあたり50本以上の線群を形成することは、技術的に難しい。なお、モアレを促す線群14に色をつけることで色つきのモアレを発生させることも可能である。
前面板12は画面を防護する役割を担うため、強度が強く、且つ、視認性を良くするために、透過率が高いガラスや透明プラスチック等を用いることが望ましい。
基材3の材料は、塗工印刷用紙(アート紙、コート紙等)、合成紙、合成樹脂シートを用いることができる。光量を高くするためには、透過率が高い合成樹脂シートが望ましい。第1パターンの形成方法としては、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法が適している。
透明シート2の材料は、透過率が高いことが望ましく、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアリレート系樹脂などの合成樹脂シートが使用できる。なお、透明シート2の観測面側に、三次元形態としてマイクロレンズのような凹凸を形成することもできる。第2パターンの形成方法としては、第1パターン同様グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法が適している。
図8および図9を用いて、透明シート2を移動させる機構について説明する。
図8は連結部品11を動かすキャタピラ9の概略図であり、図9は駆動機10と透明シート2を連結する、連結部品11の概略図である。
キャタピラ9は、駆動機10と連結されている。駆動機10が動作するとキャタピラも連動して動作し、基材3と透明シート2の間に間隙を生じさせることが可能となる。
駆動機10はプログラムにより制御される。透明シート2の移動速度vの最高速度は5mm/sec以下となるように制御することが好ましい。また、最低速度は0.5mm/sec以上とすることが好ましい。移動速度が5mm/secより速いと、モアレの変化が単調となり、且つ、電力消費が激しくなる。また、移動速度が0.5mm/secより遅くなると、凝視していないと変化が分かりづらくなり、目を惹く表示装置としての魅力が損なわれるためである。
また、基材3と透明シート2の間隙dは10mm以上50mm以下となるように制御することが望ましい。間隙dが10mmより小さいと、視覚変化が小さく、単調な動きとなる。逆に、間隙dが50mmより大きい場合、モアレのコントラストが小さくなり、視認が難しくなる他、装置が巨大化してしまう。
駆動機10は、制御回路が備えるメモリに記憶したデータに基づき制御され、スイッチボタン13を押すと動作を開始する。
拡散シート5、導光体7、反射シート8の順に配置した積層体と、導光体7の側面、あるいは射出面裏側に配置された光源6を少なくとも含んで構成される。これらは既存のものを使用すればよく、下記に代表的なものを挙げる。
光源6としては、点光源が挙げられ、代表的な点光源としてLEDが挙げられる。LED光源はCCFLと比べて小型であり、消費電力が半減し、コストの面でも優位性を持つため、ディスプレイ用光源として一般的に使用されている。LEDとしては、白色LEDや光の三原色である赤色・緑色・青色のチップで構成されるRGB−LED等が挙げられる。
拡散シート5は、表面に凹凸のついた光学シートであり、導光体7から射出される光を拡散する機能を有する。射出光を拡散させることで、照明装置の発光ムラを低減させ、画面内の輝度均一性を高める効果がある。
導光体7は、PMMA(ポリメチルメタクリレート)に代表されるアクリル樹脂、またはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、PAN(ポリアクリロニトリル共重合体)、AS(アクリロニトリルスチレン共重合体)等の透明樹脂を用いることが望ましい。
反射シート8は導光体7から漏れてしまった光を反射し、再び導光体7へ再帰させる役割を担う。反射シート8として、ポリマーの中に、平均粒径0.1μm以上0.5μm以下の酸化チタン等のフィラーと気泡を内填させた構造となっている。
透明シート2および基材3におけるモアレを促す線群14の1mmあたりの本数、移動速度v、基材とシートの最大間隙を変えて実験を行った。
表示装置1において、観測面の表示領域が300mm×175mmの13.3インチサイズであり、表示体の観測面の大きさが400mm×300mmであり、奥行きが200mmの略直方体形状とした。
透明シート2には合成樹脂シートを用い、上記の文字線内に、1mmあたりの本数が20本の黒線を形状に応じて複数の傾きを持たせて印刷した。基材3に関しても合成樹脂を用い、上記透明シート2の線群と傾きが異なるパターンと、背景図柄を印刷した。
透明シート2の裏面には連結部品11を接着し、観測面にあるスイッチボタン13を押すと、駆動機10中のモーターが駆動し、キャタピラ9が動くことで、連結部品11が観測方向Fに対して前後へ移動する構成とした。その際の移動速度vは5mm/secとし、基材3と透明シート2の間隙は最大で40mmとした。
照明装置4は観測面側から拡散シート5、導光体7、反射シート8の順番に配置され、観測方向と垂直な2つの面に光源6としてLED光源を並べたエッジライト型照明装置を用いた。
モアレを促す線群14のピッチが本実施形態の好ましい範囲より長くした表示装置1を作製した。
即ち、透明シート2および基材3におけるモアレを促す線群14の1mmあたりの本数を8本とした。その他の構成は実施例1と同様にして表示装置1を作製した。
透明シート2の移動速度vを本実施形態の好ましい範囲より速くした表示装置1を作製した。
即ち、透明シート2の移動速度vを10mm/secとした。その他の構成は実施例1と同様にして表示装置1を作製した。
基材3と透明シート2の間隔を本実施形態の好ましい範囲より長くした表示装置1を作製した。
即ち、基材3と透明シート2の間隙を最大で60mmとした。その他の構成は実施例1と同様にして表示装置1を作製した。
作製した表示装置1のスイッチボタン13を押した上で観測面の表示領域を目視した時に、表示領域の中央部にてゴシック体の立体視の見え方を評価した。
目視評価により、実施例1ではゴシック体の文字が、基材3と透明シート2の間隙が短いときには鮮明に視認でき、間隙が大きくなるにつれて除々に奥行きが変化して見ることができた。適度な速度で立体的な表示効果を繰り返した。
比較例1では、実施例1と同様の効果が得られたものの、モアレを促す線群14の線幅が太いため、ゴシック体の文字線で上記のモアレを促す線群14が視認されてしまい、文字パターンが暗く表示されてしまった。
比較例2では、実施例1と同様の効果が得られたものの、透明シート2の移動速度が速いため、実施例1とくらべ、動作が単調であった。
比較例3では、実施例1と同様の効果が得られたものの、基材3と透明シート2の間隙が長いため、ゴシック体が表示されない時間が長くなった。
2…透明シート
3…基材
4…照明装置
5…拡散シート
6…光源
7…導光体
8…反射シート
9…キャタピラ
10…駆動機
11…連結部品
11a…矩形フレーム
11b…連結部品の脚
12…前面板
13…スイッチボタン
14…モアレを促す線群
F…観測方向
A…前面透明シート
B…背面透明シート
M…モアレ縞
d…透明シート間の距離
D…透明シートとモアレの距離
p…前面透明シートの格子周期
w…後面透明シートの格子周期
λ…モアレの周期
Claims (9)
- 単色または複数色の、平行に配列された複数の線群により形成される第1パターンを有する第一の基材と、単色または複数色の、平行に配列された複数の線群により形成される第2パターンを有する第二の基材から構成され、観測方向から順に前記第二の基材と前記第一の基材を配置することによりモアレを生じさせる表示装置において、
前記第1パターン及び前記第2パターンによりモアレの対象となる図柄を形成し、
前記第二の基材が透明な部材からなり、
前記第一の基材を固定すると共に、前記第二の基材を前記観測方向に対して略直線上に前後に往復移動させる移動手段を有することを特徴とする表示装置。 - 前記第1パターンによるモアレの対象となる図柄と、前記第2パターンによるモアレの対象となる図柄が一致していることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記第1パターンを形成する前記複数の線群と、前記第2パターンを形成する前記複数の線群の同一位置における角度が1度以上15度以下であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記モアレの対象となる図柄の配向に沿って前記複数の線群が形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記第1パターンおよび前記第2パターンにおいて、前記複数の線群の1mmあたりの本数nが、10本以上50本以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記移動手段は、
移動速度が一定であり、かつ前記移動速度が0.5mm/sec以上5mm/sec以下となるよう速度制御を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の表示装置。 - 前記移動手段は、
前記往復移動における前記第一の基材と前記第二の基材の間隙が、10mm以上50mm以下となるように制御されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の表示装置。 - 光源としてエッジライト型照明装置を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記第1パターンおよび前記第2パターンが形成されていない領域に任意図柄が印刷されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の表示装置。
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