JP5339120B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は例えばネームプレート、広告ディスプレイ、案内プレート、掲示板若しくは携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）のような電子機器又はラジオ等の表示画面等に広く使用可能な奥行き感のある表示像を結像させることのできる表示装置に関するものである。

絵画技法的に文字や図形に装飾を加えてあたかも奥行きのあるように擬似的に表現することは可能であり、従来から例えばポスターの文字等で広く行われている。しかし、そのような平坦な印刷物に絵画技法的に奥行き感のある文字等を使用して作成されたネームプレートや広告ディスプレイ等は実際にホログラムや液晶表示によって複雑な立体感が得られるようになっている現状ではあまりに高級感がなく感じられてしまう。
ホログラムや液晶表示による奥行き感のある表示を実現する技術は既に周知で数多くあるが例えば特許文献１や特許文献２を挙げる。また、ハーフミラーを利用して奥行き感のある表示を実現する技術として例えば特許文献３が挙げる。
特開平６−６７５９１号公報 特開平１０−３４００６０号公報 特開２００４−１５１０３４号公報

しかしながら、上記の各先行技術では電気的、機械的に複雑な機構を構築しなければならず、実際に多くの用途、例えばネームプレート、広告ディスプレイ、案内プレート、掲示板若しくは携帯電話、ＰＤＡのような電子機器又はラジオ等の表示画面等に広く使用するためにはスペース的な制限やコストの点で課題がある。そのため、構造が簡単であって嵩張らず、なおかつ低コストで提供可能な表示装置が求められていた。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、嵩張らずに低コストで奥行き感のあるハーフミラーを利用した表示像を結像させることのできる表示装置を提供することである。

上記課題を解決するための第１の手段として、可視光を透過する基材の表裏にそれぞれ第１及び第２のハーフミラー層を成膜させた三層構造の板状体の背後に背景に対して相対的に明度の高い像パターン又は背景に対して相対的に明度の低い像パターンによって構成されたパターン面を配置してなることをその要旨とする。

この表示装置の構成について説明を容易にするためにその構造の一例を図示する。図６に示すように、第１のハーフミラー層に達した可視光は一部が反射されるものの透過してさらに基材も通過し、第２のハーフミラー層に達する。第２のハーフミラー層に達した可視光も一部が反射されるものの透過してパターン面に達する。そして、パターン面は第２のハーフミラー層と第１のハーフミラー層を通して目視されて背景に対して明度の高い像パターン又は背景に対して相対的に明度の低い像パターンとして認識されることとなる。ここに、像パターンとは文字や図形等から構成された使用する者の意思伝達のための一種の記号である。この時目視される像を正像Ａとする。
一方、パターン面の像は第１及び第２のハーフミラー層で一部反射されることとなる。このうち、図６の破線で示すように第１のハーフミラー層で反射された像パターンは更に第２のハーフミラー層に反射して虚像Ｂを映し出すこととなる。虚像Ｂの光路長は同図に示すように基材間を往復して基材の厚みの倍の距離となるため虚像Ｂは実際のパターン面よりも奥まった位置に見えることとなる。また、虚像Ｂも同様の反射をして二次的な虚像をその奥位置に映し出すこととなる。つまり、虚像Ｂを多重化して映し出すこととなる。光量が大きく減衰する場合には二次的な虚像はあまり明瞭には目視されない。ハーフミラー層の反射率を調整することで多重化を変更することが可能である。例えば十分な光量があり反射率が大きければ多くの虚像Ｂを写し出すことが可能となる。
図６で示すように、このような光学系においては第１のハーフミラー層側から表示装置を目視した観察者は正像Ａと虚像Ｂの２つの像パターンを目視することとなる。正像Ａはそれほど減衰しないため明度が大きく、第１及び第２のハーフミラー層での反射の際に透過する光もあるため減衰量が多く相対的に明度は小さい。そのため、正像Ａの後方にそれよりも明るさの少ない虚像Ｂが寄り添うように目視され、虚像Ｂの存在で像パターンにあたかも奥行きがあるかのように感じられることとなる。基材が厚くなるほど正像Ａと虚像Ｂは離間することとなり奥行きが出る。

ここに、ハーフミラー層は可視光を反射光と透過光に二分することのできる板状の面積を有する膜層であって、一般には反射と透過は１：１であるが、本発明では必ずしもその比率に限定されるものではない。また、すべての入射光が二分されるわけではなく、一部が吸収されるような場合であってもよい。ハーフミラー層の反射率は１０〜９０％の範囲であり透過率も１０〜９０％の範囲であればよい。
ハーフミラー層は金属や誘電体多層膜等から構成されており、成膜方法に特に限定的な意味はないが一般的には蒸着法やスパッタリング法で成膜されることが膜の滑らかさや密着性から好ましい。
ハーフミラー層が成膜される基材は必ずしも平板である必要はない。
また、パターン面における像パターンは背景よりも明度の高いパターンあるいは背景よりも明度の低いパターンとされた部分であって、例えば背景が黒色で像パターンが白色である場合が典型的であるが、白色以外でもよく、背景も黒以外を使用することは可能である。また、像パターン部分に併せて蛍光色を配するようにしてもよい。像パターンは印刷でも背景に貼り絵状に貼付されるような構成でもよい。
パターン面は板状体側に第２のハーフミラー層に密着するように取り付けてもよく、板状体とは別体の他のベース体に取り付けた状態で第２のハーフミラー層に密着あるいは近接させるようにしてもよい。

また、第２の手段では第１の手段に加え、前記パターン面の背後には光源が配置され、同光源から入射した光を前記パターン面において前記像パターンから前記板状体側に透過させるようにしたことをその要旨とする。
このような構成では、いわゆるバックライトとなる光源の光によってパターン面の裏面側から像パターン位置から光が板状体側に透過することとなり、パターン面の明度が大きくなって、より明瞭に正像及び虚像を視認することができる。

また、第３の手段では第１又は第２の手段に加え、前記第１又は第２のハーフミラー層は可視光域における反射特性が平坦ではないことをその要旨とする。
つまり、可視光域における反射特性がある波長で大きかったり逆に小さかったりすることがあるということである。これによって像パターンの正像及び虚像及び背景の色が単純な銀色の反射色ではなく、色を伴ったものとすることが可能となる。

また、第４の手段では第１〜第３のいずれか手段に加え、前記板状体の表面側に成膜された前記第１のハーフミラー層の上層には保護層が成膜されていることをその要旨とする。
これによって表示装置が外部に設置されるような劣悪な環境下に配置される場合に特に外側となる第１のハーフミラー層の劣化が防止できる。
保護層は、ハードコートなどによる硬質化のほか、撥水コートなどのように防汚性と滑り性を合わせ持つものをスプレー法、浸漬法、スパッタリング法、真空蒸着法などで成膜することができる。

上記各請求項の発明では、表裏にそれぞれハーフミラー層を成膜させた三層構造の板状体の背後にパターン面を配置するようにしたため、パターン面の像パターンの正像に奥行きのあるように虚像が目視されることとなり高級感のある立体パターンが非常に簡単な構成でかつ薄型化されて実現できることとなる。また、板状体とパターン面が切り離されているため、パターン面を交換することが簡単であるため、パターン面を交換することが望まれる用途には最適であり用途の幅が広い表示装置を提供することができる。

以下、本発明の表示装置の実施例について図面に従って説明をする。
（実施例１）
図１は表示装置１１を使用した案内プレートの一例である。実施例１の表示装置１１は長方形の外形を有するホルダーフレーム１２に保持されている。図２に示すように、ホルダーフレーム１２は前フレーム１２ａと後フレーム１２ｂとに分割可能とされ、ネジ１３によって両者は連結されている。ホルダーフレーム１２は組み立てられた状態で内周にチャンネル状に溝１４が形成され、表示装置１１は同溝１４内に嵌合されている。表示装置１１は板状体としてのディスプレイプレート１５を備えている。ディスプレイプレート１５はアクリル製の透明な長方形形状の基板１６と、基板１６の表裏に蒸着によって成膜された誘電体多層膜よりなる第１及び第２のハーフミラー層１７，１８から構成されている。本実施例１での第１及び第２のハーフミラー層１７，１８は図５のような反射率特性を示している。
ディスプレイプレート１５の背面にはパターン面としての印刷紙１９が配設されている。本実施例１では印刷紙１９は黒色の背景に白抜きで像パターンとして「ＴＯＫＡＩ ＯＰＴＩＣＡＬ」と記載されている。つまり、像パターン部分が紙そのものの地の色で背景を黒く印刷したものである。
印刷紙１９の背面にはアクリル製の透明な長方形形状の押さえプレート２０が配設されている。ホルダーフレーム１２は組み立てられた状態で印刷紙１９はディスプレイプレート１５と押さえプレート２０に挟持されることとなる。
本実施例における基板１６の厚みは２０ｍｍ、押さえプレート２０の厚みは１５ｍｍとされる。また、第１及び第２のハーフミラー層１７，１８はそれぞれ５０ｎｍ、印刷紙１９は２００μｍとした。但し、上記各図では作図上の制限からこれらの厚みは実際の厚みとは異なって表現されている。

このような構成の表示装置１１は図４に示すように、ディスプレイプレート１５の前面側斜め方向からの目視では、上記の理論によって第１及び第２のハーフミラー層１７，１８を透過した可視光によって印刷紙１９の像パターンそのものが正像２１として実際にディスプレイプレート１５の奥位置に目視される。一方、正像２１が第１のハーフミラー層１７で反射して第２のハーフミラー層１８に映った虚像２２が正像２１とはずれて尚かつ正像２１よりも更に奥位置に目視されることとなる。看者の見る位置によって正像２１と虚像２２との距離は変化し、看者の目がディスプレイプレート１５と正対する位置にあれば虚像２２は正像２１と一致する。正対位置からずれるほどに虚像２２は正像２１から離れた位置に目視されることとなる。尚、図示の関係で図４では正像２１を黒で、虚像２２を白抜きで表している。
また、第２のハーフミラー層１８はその反射率（透過率）を適宜調整することで以下のような作用を奏する。第２のハーフミラー層１８の反射率を上げると、多重反射による反射像が鮮明となり、生じる影は単数から複数になり合わせ鏡の像となる。ここで、影（虚像Ｂ）の繰り返しが多く文字などの判読性を損なったり、煩雑な印象を伴う場合は、主として第２のハーフミラー１８の反射率を制御することで調整することが可能である。

このような構成とすることで実施例１では次のような効果を奏する。
（１）簡単な構成でありホログラムを使わずにホログラムのような奥行きのある画面を構成することができ、高級感のある表示装置１１を低コストで供給することが可能となる。（２）非常に薄く構成できるため、嵩張ることがない。一方、実際の厚さの主体をなす透明板状体の２倍の奥行き感を付与することが可能である。
（３）見る位置によって正像２１と虚像２２との位置関係が変化し、なおかつ実際よりも奥行きがあるように感じられるため、意匠的な効果が大きい。
（４）印刷紙１９を簡単に交換できるため、ディスプレイしたい像パターンを所望によって容易に変更できる。
（５）第１及び第２のハーフミラー層１７，１８の反射率特性を図５のように青の波長帯で大きく反射させるような設定としたため、背景全体として青みがかった色調を与えることが可能となっている。

（実施例２）
図３は表示装置１１を使用した広告ディスプレイの一例である。実施例１と共通する構成については同じ符号を付すことで詳しい説明は省略する。
実施例２では表示装置１１の背後に光源としての白色ＬＥＤ２４が搭載されたＬＥＤ発光基板２５が配設されている。ＬＥＤ発光基板２５と表示装置１１の間にはＬＥＤ発光基板２５を包囲するように反射器２６が配設されている。反射器２６は表示装置１１側ほど拡開されたアルミ合金製の筒状体である。
このような構成とすることで、実施例２では実施例１の効果に加え、印刷紙１９の像パターンが白色ＬＥＤ２４によって照らしだされ（乱反射して）明るくなるため、正像２１及び虚像２２がより鮮明に表示され、暗い場所に設置されても像パターンを目視することが可能となる。また、図４において虚像２２の奥に更に明瞭に二次的な虚像を映し出すことも可能である。また、第１のハーフミラー層１７の反射率を上げることで、通常の外光が強い状態では無地のミラー状の外観とすることができる。そして、背面から照光することでパターンが浮かび上がるようにすることが可能である。

尚、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・上記実施例では印刷紙１９はディスプレイプレート１５と押さえプレート２０に挟持されるようになっていたが、上記のようなホルダーフレーム１２を備えていない場合もありうるため、印刷紙１９を押さえプレート２０のようなプレートに貼着するようにしてもよい。
・ディスプレイプレート１５の前面、つまり第１のハーフミラー層１７の上に保護層として例えばハードコート層を成膜するようにしてもよい。
・上記表示装置１１の外形形状は一例であり、他の形状を採用することは自由である。
・上記第１及び第２のハーフミラー層１７，１８の光学特性の設定は一例であって、他の特性であっても構わない。第１及び第２のハーフミラー層１７，１８の光学特性が異なっても構わない。
・印刷紙１９の白黒パターンは逆でもよい。
その他本発明の趣旨を逸脱しない態様で実施することは自由である。

実施例１の表示装置の応用例を説明する部分断面図。 実施例１の構成を分解して説明する説明図。 実施例の示装置の応用例の斜視図。 実施例１の表示装置の応用例を説明する部分断面図。 第１及び第２のハーフミラー層の反射及び透過特性を説明するグラフ。 本発明の理論を説明する説明図。

１１…表示装置、１６…基材としての基板、１７…第１のハーフミラー層、１８…第２のハーフミラー層、１９…パターン面としての印刷紙。

Claims (2)

1. 可視光を透過する基材の表裏にそれぞれ第１及び第２のハーフミラー層を成膜させた三層構造の板状体の背後に背景に対して相対的に明度の高い像パターン又は背景に対して相対的に明度の低い像パターンによって構成された交換可能なパターン面を配置してなり、前記パターン面の背後には光源が配置され、同光源から入射した光を前記パターン面において前記像パターンから前記板状体側に透過させるようにするとともに、前記パターン面は前記板状体と、前記板状体の背後に配置された透明な第２の板状体によって挟持されていることを特徴とする表示装置。
2. 前記板状体及び前記第２の板状体は前記パターン面を挟持した状態で分解可能なホルダーによって保持されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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