JP4882397B2

JP4882397B2 - 表示体、及び表示装置

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Publication number: JP4882397B2
Application number: JP2006024223A
Authority: JP
Inventors: 敏貴戸田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: JP2007203568A

Description

本発明は、表面レリーフ型の回折格子あるいはホログラムから成る表示体及び表示装置の改良に関する。

表面レリーフ型の回折格子あるいはホログラムから成る表示体が、セキュリティ用途を中心に広く使われている。これらの表示体は、太陽光や蛍光灯照明などの一般的な照明条件下で、回折光による立体像表示などを実現しているが、回折時の分光作用により虹色に色が変化して見えることからレインボーホログラムなどと称される。（例えば、特許文献１参照）

一方、光源を組み込んだホログラムとして、マルチプレックスホログラムなどがある。
マルチプレックスホログラムでは、円筒状のホログラムと点状の照明光源を組み合わせて、水平方向においては３６０度の方向から立体像を観察できる。（例えば、特許文献２参照）

特開平５−８８６００号公報特開平８−７０９７４号公報

しかしながら、一般的な表面レリーフ型の回折格子あるいはホログラムから成る表示体では、照明条件に観察される表示像が依存し、色の変化や像のぼけなどを伴い、安定した表示像を得ることが難しい。
特に、フルカラー表示の際の照明条件、観察条件は極めて限定され、良好なフルカラー像の観察は極めて難しい。また、セキュリティ用途においては、このようなタイプの回折技術の普及から、偽造防止効果は低下しつつある。

一方、光源を組み込んだマルチプレックスホログラムのようなタイプは、ホログラムや照明装置が大がかりになり、携帯性が損なわれ、用途が著しく限定される。この場合も、フルカラー表示の際の観察条件は極めて限定され、良好なフルカラー像の観察は極めて難しい。

また、上記のいずれの表示体においても、水平方向の視差を備えた立体像表示が一般的であり、表面レリーフ型の回折格子あるいはホログラムにおいて、垂直方向にも視差を備えることは難しい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯性に優れた板状でありながら、回折格子あるいはホログラムによる多色像（特にフルカラー像）を安定して観察することが可能な、セキュリティ性を向上した表示体及び表示装置を提供することにある。
特に、立体像表示においては、水平方向のみ成らず、垂直方向の視差も実現することができる。

本発明による表示体は、
複数の平面状の導光体を積層した板状体であり、
各導光体の表及び／あるいは裏の平面部に、導光する光を回折し、導光体から光を射出することにより像表示を行なう表面レリーフ型の回折格子あるいはホログラムを具備し、
各導光体に予め決められた波長を持った光を導光することにより、前記回折格子あるいはホログラムからの回折光（像表示光）による再生情報和からなる多色像を表示することを特徴とする。

本発明による表示体を用いた表示装置は、
上記表示体における各導光体の側端部に、それぞれ波長の異なる光源を、導光体と同数設置してなることを特徴とする。

以下、平面状の導光体中を光が導光する際の平均的な光の進行方向（図中のＦ）を主導光方向として説明する。
請求項１に係る発明によれば、回折格子あるいはホログラムを具備した導光体を複数備え、それぞれの導光体に予め決められた波長の光を導光させることにより、安定した多色表示を可能としている。
また、各導光体に予め決められた波長の光を導光させることにより、回折時の分光現象は起こらず、極めてぼけの少ない、常に安定した色の高品位な表示像が得られる。
更に、表示像として、主導光方向に直交する方向に視差を持つ立体像を表示できることはもちろん、主導光方向に平行な方向にも視差を持つ立体像を表示することができる。
このとき、各導光体の平面部の表裏に、導光体を構成する材料よりも低屈折率な被覆層を設けることにより、各導光体中を導光する光の混合を避け、予め設定された色による多色表示が確実に実現できる。
上記の効果によって、本発明による表示結果は確実な真贋判定に役立てることができ、更に、回折格子あるいはホログラムが形成された導光体が積層された構成のため、偽造・模造・変造が極めて困難であることから、セキュリティ性の極めて高い表示体を提供できる。
また、各導光体の回折格子あるいはホログラムは表面レリーフ型であるため、エンボスや射出成形などの量産性の高い技術が利用でき、安価に構成できる。

請求項２に係る発明によれば、導光体を導光（伝搬）する光が、回折格子あるいはホログラムによる回折（像表示）に至る前に、導光体間でのクロストークを排除する上で有効である。

請求項３に係る発明によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂに相当する波長の光を３つの導光体で導光することにより、各導光体からそろぞれ予め設定された色の像が表示され、全体としては表現した予め設定された色で再現されたフルカラー像を、確実に得ることができる。

さらに、請求項１に係る発明によれば、立体像を表示する際に、表示体中の各導光体の厚み方向の位置の違いを、各導光体毎にそれぞれ再生する像の位置を予め回折格子あるいはホログラムに記録する像の奥行き方向の位置で補償することにより、各導光体から表示された各色の立体像の奥行き方向の位置が正確に合致し、奥行き方向にも色ずれのない、高品質な多色立体像が得られる。

請求項５に係る発明によれば、表示体がカード状であり、表面及び／あるいは裏面に印刷表示層が設けられているため、印刷による一般的な照明条件下での表示と、導光体に光を導光させたときの表示とを組み合わせて使用することができ、極めて短時間に確実な真贋判定が行える。特に、印刷を裏面に施すことにより、回折格子あるいはホログラムによって表示された像と印刷画像のコントラストを際立たせ、一層の視覚効果を得ることができる。また、表／裏の印刷画像と回折格子／ホログラムによる表示像とを関連付けることで、真贋判定を更に容易に確実とすることができる。

請求項６に係る発明によれば、各導光体の側端部に、それぞれ波長の異なる光源を導光体と同数設置することにより、安価なＬＥＤなどの光源を用いて簡便な構成にして請求項１乃至４の表示体の有する効果を確実に発揮させることができる。

請求項７に係る発明によれば、複数の光源を表示体の厚み方向と直交する方向に並べて配置し、各導光体の側端部はそれぞれの光源の位置に対応する部分を除き、遮光材料で被覆されていることにより、表示体を薄くすることができ、また導光体への光入射を容易にして確実に実現でき、高品質な像表示が極めて簡便に得られる。

請求項８に係る発明によれば、表示体の各導光体の側端部と白色光源との間に分光素子を配置し、分光素子によって分光した光のうち、各導光体に予め設定した波長の光が入射するように光源、分光素子、各導光体を配置しているため、１つの光源だけで上記の表示体の効果を実現することができ、極めて安価な表示装置を構成できる。

請求項９に係る発明によれば、光源と各導光体の間に、導光体の厚み方向に光を集光するレンズを配置し、レンズの集光位置付近に導光体の側端部を配置していることにより、光源から射出した光を有効に導光体へ入射させることができ、光利用効率の高い、明るい表示が行える。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の表示体における断面を示した側面図である。
図２は、本発明の表示体及び表示装置における構成例を示す斜視図である。

本実施の形態に係る表示体は、３つの導光体１１，１２，１３にそれぞれ表面レリーフから成る回折格子あるいはホログラム２１，２２，２３が形成され、各導光体間を被覆層１０で埋めている。例えば、光源３２から側面より導光体１２に入射した光は、導光体内を全反射しながら主導光方向Ｆへ導光し、回折格子あるいはホログラム２２によって回折光６２を生じ、観察方向Ｄに向かって導光体から射出する光すなわち表示光を得ることができる。

このとき、回折光６２は回折格子／ホログラム２１などを通過するが、回折光６２の一部が擾乱されるのみで、表示像に大きな影響はない。
特に表示像の画質・輝度を高めたい場合には、回折格子／ホログラム２１，２２，２３をストライプ状もしくはセル状の領域の集合とし、観察方向Ｄから観察した際に、各ホログラムの領域が重ならないように領域を配置しておけばよい。観察者の目の解像度に対して、ストライプ状もしくはセル状の領域が十分に小さければ、実質上解像度低下などの影響はなく、良好な表示像を観察できる。

また、導光体１１，１２，１３に対して、それぞれ波長の異なる光源３１，３２，３３を用いるため、表示光は３つの波長の混色で表現された多色像となる。光源３１，３２，３３の波長は、Ｒ，Ｇ，Ｂに相当する波長を選択することにより、表示像をフルカラーとすることもできる。
また、表示像としては、回折格子あるいはホログラムの機能により、平面像や立体像などを選択的に使用できる。例えば、観察方向Ｄを基準として縦横方向に視差を伴う、フルカラーの立体像を表示することも可能である。

ここで、正確な立体像を表示する場合、回折格子／ホログラム２１，２２，２３の厚み方向の位置の違いにより、観察方向Ｄから観察した場合に奥行きに差が生じやすい。この場合、回折格子／ホログラム２１，２２，２３に記録する立体像の再生位置をそれぞれの厚み方向の位置の差を補償するように設定しておけば、回折格子／ホログラム２１，２２，２３による表示像を奥行き方向において完全に一致させることができる。

なお、本発明では、「波長」としては、単一波長のみでなく、帯域を伴った波長分布も含んだ意味として用いている。従って、光源３１，３２，３３としては、ＬＥＤ光源などを用いることもでき、コンパクトな表示装置を実現できる。

被覆層１０は導光体１１，１２，１３よりも屈折率の低い材質とすることにより、それぞれの導光体に入射した光を混ぜることなく、効率よく導光させることができる。
このとき、被覆層１０で層された導光体１１，１２，１３の表裏を覆うようにすることにより、導光体１１，１２，１３に対する傷や汚れを防ぐことができ、長期間に亘って良好な表示を得ることが可能である。
なお、導光体１１，１２，１３及び被覆層１０の材料は透明度の高い材料が望ましい。これにより、導光する光５２の減衰を抑え、導光体や被覆層を通過する回折光６２を効果的に射出させることができ、明るい表示像を得ることができる。
例えば、導光体の材料としてポリカーボネート、被覆層としてＰＭＭＡを用いると、共に透明度を高くできると共に、約０．１の屈折率差が得られるため、容易に本発明の表示体を構成できる。また、導光体間の被覆層を空気とすると、導光体との間に更に大きな屈折率差をつけることができ、一層効率よく導光させることが容易となる。

図３は本発明の表示体をカード状にした例である。
図４はカード状の表示体の表裏に印刷層や磁気ストライプなどを設けた構成例であり、図５及び図６は光源３１，３２，３３を組み込んだ再生器８０に図４の表示体を差し込み、表示装置とした構成例である。

導光体１１，１２，１３を覆うようにして、プラスチック材料などでカード形状を形成し、カード７０を構成している。もちろん、カード形状を形成する材料は被覆層１０を兼ねてもよい。
但し、図のように入射端面は光を入射できるようにカード端に露出している必要がある。

カード７０の表裏には印刷を施すことも可能で、意匠性を付与したり、情報を記載することによってセキュリティ用途などに好適な使用形態を採ることができる。図のように、磁気ストライプ（カード上部の黒色部）やエンボス加工（数字部）も併用可能であるが、導光体とは位置が重ならないようにすることが好ましい。
印刷はカード７０の全面にベタ印刷を行うことも可能であり、裏面に暗色あるいは濃色の印刷を施すことで、回折光による表示光を一層際立たせることができる。
カード７０の表面に印刷を施す場合は、回折格子／ホログラム２１，２２，２３による表示領域には、文字やロゴマークなどの印刷が掛かる程度が好ましいが、あえて全体に印刷を掛けて、回折光の浮き上がりを演出することもできる。
また、図のように、印刷絵柄（「壺」）と回折格子／ホログラム２１，２２，２３による表示像（「星」）を関連付けることにより、観察者９０の注視を促し、真贋判定を容易に行うことも可能となる。
なお、図６の「星」は、立体像が観察者にとって浮かび上がって見える感覚を表現したものである。

図７及び図８は、回折格子／ホログラム２１，２２，２３による表示像が平面像である場合の例を示している。特に平面像の場合、高輝度の表示像を得ることができ、アイキャッチ効果を高められる。
また、カード７０単体で携帯する場合には、回折格子／ホログラム２１，２２，２３による表示像は観察されず、専用の再生器８０を用いた場合に正確な多色像が表示されることにより、直感的に瞬時に真贋判定を行いつつ、正確な判定を行うことができる。

図９には、光源３１，３２，３３の厚みが導光体１１，１２，１３の厚みよりも厚い場合の表示体及び表示装置の構成例を示している。
図１０は導光体の入射端側から見た、光源と導光板の関係を示す図、図１１は導光体の入射端側から見た遮光層４０の配置例を示す図である。
光源と導光体の間に遮光層４０を配し、光源の大きさに関わらず、導光体１１，１２，１３に対して、光源３１，３２，３３の光がそれぞれ独立に入射するようにしている。これにより、表示体を薄くしても、安定した表示像を得ることができる。

図１２は、光源として白色光源を用い、導光体との間に分光素子を配置した本発明の表示装置の構成例である。分光素子としては回折格子などを用いることができる。この場合、１つの光源のみで、簡便に表示装置を構成することができる。

図１３は、シリンドリカルレンズを用い、導光体へ収束光を入射するようにした表示装置の構成例である。この場合、光源からの光を損失無く導光体へ入射することができ、光の利用効率を高めることができる。
なお、白色光源と分光素子と組み合わせて用い、簡便な構成ながら導光体への入射効率を高め、明るい表示像を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。
特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の表示体における断面を示した側面図。本発明の表示体及び表示装置における構成例を示す斜視図。本発明の表示体のカード状構成例を示す斜視図。本発明の表示体のカード状構成例を示す上面図。本発明の表示体及び表示装置における表示例を示す上面図。本発明の表示体及び表示装置における表示例を示す説明図。本発明の表示体の別のカード状構成例を示す上面図。本発明の表示体及び表示装置における別の表示例を示す上面図。本発明の表示装置における別の構成例を示す斜視図。図９の構成例における入射側側面図。図９の構成例における遮光層の説明図。本発明の表示装置における分光素子を用いた構成例を示す側面図。本発明の表示装置におけるシリンドリカルレンズを用いた構成例を示す側面図。

符号の説明

Ｆ…平均導光方向、Ｄ…観察方向、１１，１２，１３…導光体、２１，２２，２３…回折格子あるいはホログラム、３０…白色光源、３１，３２，３３…特定波長の光源、４０…遮光層、５０…白色光、５１，５２，５３…導光中の光、６１，６２，６３…回折光（表示光）、７０…カード、８０…再生器、８２…分光素子、８４…シリンドリカルレンズアレイ、９０…観察者

Claims

複数の平面状の導光体を積層した板状体であり、各導光体の表及び／あるいは裏の平面部に、導光する光を回折し、導光体から光を射出することにより像表示を行なう表面レリーフ型の回折格子あるいはホログラムを具備し、各導光体に予め決められた波長を持った光を導光することにより、前記回折格子あるいはホログラムからの回折光（像表示光）による再生情報和からなる多色像を表示し、表示像が立体像であり、表示体中の各導光体の厚み方向の位置の違いを、各導光体毎にそれぞれ再生する像の位置を予め回折格子あるいはホログラムに記録する像の奥行き方向の位置で補償していることを特徴とする表示体。
各導光体間に、導光体を構成する材料よりも屈折率の低い材料から成る被覆層を有することを特徴とする請求項１記載の表示体。
複数の導光体として３つの導光体を用い、それぞれＲ，Ｇ，Ｂに相当する波長の光を導光することにより、フルカラー像を表示したことを特徴とする請求項１または２に記載の表示体。
前記表示体がカード状であり、表面及び／あるいは裏面に印刷表示層が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表示体。
請求項１〜４の何れかに記載の表示体における各導光体の側端部に、それぞれ波長の異なる光源を、導光体と同数設置してなることを特徴とする表示装置。
各導光体の側端部において、前記光源が厚み方向と直交する方向に並べて配置され、各導光体の側端部はそれぞれの光源の位置に対応する部分を除き、遮光材料で被覆されていることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
請求項１〜４の何れかに記載の表示体と白色光源を配し、表示体の各導光体の側端部と光源との間に分光素子を配置し、光源から発し、分光素子によって分光した光のうち、各導光体に予め設定した波長の光が入射するように光源，分光素子，各導光体を配置していることを特徴とする表示装置。
光源と各導光体の間に、導光体の厚み方向に光を集光するレンズを配置し、レンズの集光位置付近に導光体の側端部を配置していることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の表示装置。