JP5894715B1 - 構造色ディスプレイ - Google Patents

Abstract

構造色を利用して表示した画像（特にその色彩）が観察者の観察角度によって変化するのを防止することができる構造色ディスプレイ及びそれを用いた画像表示物を提供する。本発明に係る画像表示装置（１０）は、構造色によって画像が表示される画像表示装置であって、構造色を発現する領域である構造色発現領域（Ｒ１）を有する画像表示シート（１）と、構造色発現領域（Ｒ１）の画像表示側に設置され、画像表示側に位置する構造色発現領域（Ｒ１）の面（Ｓ１）に対して予め設定した角度で入射する入射光と、その入射光のうち構造色発現領域（Ｒ１）の一部で反射した反射光とを選択的に透過する入反射光制限部（２）と、を少なくとも備えている。

Description

本発明は、構造色ディスプレイ及びそれを用いた画像表示物に関する。

画像表示装置の技術分野では、構造色を利用して画像を表示するものが既に知られている。この種の画像表示装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。

特開２００７−１１１１２号公報 特開２００９−１３９８００号公報

構造色によって画像を表示する構造色ディスプレイの多くは、ブラッグの法則によって定められた波長の可視光を用いて所望の画像を表示するものである。このため、従来技術に係る構造色ディスプレイには、表示した画像（特にその色彩）が観察者の観察角度によって変化するといった課題がある。この点について、図１２を参照しつつ簡単に説明する。なお、以降、「構造色ディスプレイ」を、単に「画像表示装置」とも表記する。

図１２は、従来技術に係る画像表示装置における課題を説明するための模式図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、従来技術に係る画像表示装置２０で表示した画像を、互いに異なる角度で観察した場合を模式的に示した図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、観察者の観察角度が異なると、画像表示シート１中を進行する光の距離（つまり、光路長）が異なる。このため、干渉する光の波長が変化し、画像表示装置２０で表示した画像の色彩（つまり、反射光の波長）が変化する。なお、図１２において、「３ａ」は入射光を示し、「３ｂ」は反射光（構造色）を示している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、構造色を利用して表示した画像（特にその色彩）が観察者の観察角度によって変化するのを防止することができる構造色ディスプレイ及びそれを用いた画像表示物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、構造色によって画像が表示される画像表示装置であって、前記構造色を発現する領域である構造色発現領域を有する画像表示シートと、前記構造色発現領域の前記画像の表示側に設置され、前記画像の表示側に位置する前記構造色発現領域の面に対して予め設定した角度で入射する入射光と、前記入射光のうち前記構造色発現領域の一部で反射した反射光とを選択的に透過する入反射光制限部と、を少なくとも備え、前記入反射光制限部は、前記画像表示シートの厚み方向に沿って入射する入射光を透過可能に配置したウレキサイトと、前記画像表示シートの厚み方向に沿って延びる光ファイバを束状に固定した束状光ファイバとの少なくとも一方を備えることを特徴とする構造色ディスプレイである。

本発明の一態様に係る構造色ディスプレイによれば、構造色を利用して表示した画像が観察者の観察角によって変化するのを防止することができる。なお、本発明の一態様でいう観察角とは、表示装置を見る者の観察角であり、「液晶ディスプレイにおける視野角」とは別の概念である。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における構造色の発現機構を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置におけるシート厚変化を説明するための模式図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第６実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第７実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第８実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 本発明の第９実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概念断面図である。 従来技術に係る画像表示装置における課題を説明するための模式図である。 コロイド結晶の構造色発現の原理を示す概略図である。 多層構造の構造色発現の原理を示す概略図である。 構造色測定装置の概要を示す図である。 構造色測定に用いた光源のスペクトル分布を示す図である。 実験例１及び２における構造色（色度及び輝度）の測定位置を示す図である。 実験例１において、観察角の変化に伴う色度変化の軌跡を示すｘｙ色度図である。 実験例１における輝度の観察角依存性を示す図である。 実験例２において、観察角の変化に伴う色度変化の軌跡を示すｘｙ色度図である。 実験例２における輝度の観察角依存性を示す図である。 実験例４における構造色（色度及び輝度）の測定位置を示す図である。 実験例４において、観察角の変化に伴う色度変化の軌跡を示すｘｙ色度図である。 実験例４における輝度の観察角依存性を示す図である。 実験例５における構造色（色度及び輝度）の測定位置を示す図である。 実験例５において、観察角の変化に伴う色度変化の軌跡を示すｘｙ色度図である。 実験例５における輝度の観察角依存性を示す図である。

以下、本発明に係る各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図面において、同一の構成で同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る画像表示装置１０の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１０の構成を示す概念断面図である。図１に示すように、画像表示装置１０は、構造色によって画像が表示される画像表示装置であって、構造色を発現する領域である構造色発現領域Ｒ１を有する画像表示シート１と、構造色発現領域Ｒ１の画像表示側に設置され、その画像表示側の面Ｓ１に対して予め設定した角度で入射する入射光と、入射光のうち構造色発現領域Ｒ１の一部で反射した反射光とを選択的に透過する入反射光制限部２と、を備えたものである。以下、上記部材のそれぞれについて説明する。

（画像表示シート１）
画像表示シート１は、構造色を発現することができるシート状部材である。この画像表示シート１には、例えば、予め設定した屈折率を有する樹脂を用いて一体的に形成した薄膜や板、又は対向配置された２枚のシートの間に予め設定した屈折率を有する気体、液体、固体のいずれかを充填して形成した積層体を使用することができる。ここで、２枚のシートの間に充填する物質としては、例えば、印加した電圧に応じて体積が変化する電圧応答性高分子ゲルが挙げられる。
なお、画像表示シート１は、構造色を発現することができればよく、例えばその材質や形状を問わない。また、そのサイズも問わない。この画像表示シート１としては、例えば、ラメラ構造を有する樹脂膜、帯電性の有機ポリマー又は無機の球状粒子を泳動させて、所定の支持表面に縦及び横方向に規則的に整合させた構造体、表面にナノ構造を備えた金属構造体、表面に凸部及び凹部を形成された基板を用いて、ナノインプリント技術により該凸部及び凹部を複数の樹脂板にインプリントして複製し、前記複製した複数枚の樹脂板を貼り合わせた基板、電界に応じて体積変化が生じる刺激応答性高分子ゲルなどの膨張・収縮体と、膨張・収縮体中に配される周期構造体、構造色を発現する表示層と、当該表示層を透過する光を反射する反射界面とを有する球体及びマトリックス、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された積層体、可視光の波長の１／２波長の整数倍程度の周期間隔とされる規則的な微細構造を有した微細構造体等を挙げることができる。

画像表示シート１は、その一部に構造色を発現する領域（画像を表示する領域）である構造色発現領域Ｒ１を有している。この構造色発現領域Ｒ１における画像表示シート１の厚みは、構造色発現領域Ｒ１全体に亘って略均一である。
なお、構造色発現領域Ｒ１は、そのサイズや形状、個数を問わない。
以下、構造色発現領域Ｒ１について、より詳しく説明する。
構造色発現領域Ｒ１は、光の干渉の原理による構造色を発現する機能を有する構造色材料にて形成されていればその材質は問わない。その際、構造色材料の構造は、後述する（１）コロイド粒子を媒体中に分散させたコロイド結晶構造、（２）逆オパール構造、（３）多層構造、（４）ラメラ構造、（５）薄膜構造のいずれであってもよい。（１）のコロイド結晶構造には、コロイド粒子の分散媒にモノマー及び架橋剤を溶解し重合して形成される高分子ゲルが含まれる。高分子ゲルとして親水性ポリマーのゲル（ハイドロゲル）を好適に使用できる。また、（４）のラメラ構造には、ブロックポリマーのミクロ相分離組織により形成されるラメラ構造の他、（高分子）界面活性剤の自己凝集により形成される自己凝集型ラメラ構造が含まれる。
さらに上記構造色材料は、既に述べた外部刺激に応答する刺激応答性構造色材料であってもよい。

構造色材料の採用に際しては、後述する、構造色材料の構造に対応する式（１）又は式（３）を考慮して選択される。
刺激応答性構造色材料としては、例えば、電場、変形（歪・応力）、熱、電磁波（可視光、紫外線、エックス線を含む）、湿気・水分、磁気、ｐＨ変化、溶媒接触、その他の刺激に応答し、その体積又はブラッグ周期が変化する刺激応答性材料にて構成される構造色材料を好適に使用できる。

（入反射光制限部２）
構造色発現領域Ｒ１の画像表示側の面Ｓ１上には、入反射光制限部２が配置されている。入反射光制限部２は、入反射光透過領域Ｒ２（Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆ）を有しており、この入反射光透過領域Ｒ２は、面Ｓ１に対して予め設定した角度で入射する入射光と、入射光のうち構造色発現領域Ｒ１の一部（例えば、面Ｓ２）で反射した反射光とを選択的に透過する領域を指す。図１には、面Ｓ１に対して８０°以上９０°以下（即ち、面Ｓ１の法線に対し、０°以上１０°以下）の範囲内の角度で入射する入射光と、その範囲内の角度で反射した反射光とを選択的に透過させる入反射光透過領域Ｒ２（Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆ）を有する入反射光制限部２が例示されている。

入反射光制限部２には、例えば、画像表示シート１の厚み方向に沿って入射する入射光を透過可能に配置したウレキサイト（ｕｌｅｘｉｔｅ）と、同方向に沿って延びる光ファイバを束状に固定した束状光ファイバとの少なくとも一方を備えたものを使用することができる。このウレキサイトと束状光ファイバとの少なくとも一方を備えたものを入反射光制限部２として使用した場合には、例えば、面Ｓ１に対して８０°以上９０°以下の範囲内の角度で入射する入射光と、その範囲内の角度で反射した反射光とを選択的に透過させることが容易となる。ここで、「ウレキサイト」とは、一般的にテレビ石と呼ばれる鉱石であり、透明な繊維状結晶が完全に平行に整列した集合体である。
なお、入反射光制限部２は、入射光と反射光とを選択的に透過することができればよく、例えば、その材質や形状を問わない。また、そのサイズも問わない。同様に、入反射光透過領域Ｒ２（Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆ）についても、そのサイズや形状、個数を問わない。
また、上記「束状光ファイバ」とは、多数の光ファイバを、その軸を束ねて溶着したものを軸に対し垂直方向に裁断してプレート状にしたものである。この束状光ファイバを紙面に載置すると、紙面の文字が浮き上がって見える。
以降、ウレキサイトで作成した入反射光制限部２を「ウレキサイト製プレート」と称し、束状光ファイバで作成した入反射光制限部２を「束状光ファイバプレート」と称する。

また束状光ファイバとして、テーパー型束状光ファイバを使用することもできる。このテーパー型束状光ファイバを使えば、構造色材料が発現する画像を拡大できる。

＜構造色の発現機構＞
まず、「構造色」について簡単に説明する。
構造色は物体の微細周期構造に起因する光の干渉による発色である。玉虫等の昆虫や、宝石のオパールなどの美麗な発色も構造色によるものである。近年、サブマイクロスケールの微細周期構造が形成された、構造色を呈する材料（以後、「構造色材料」と称する。）が開発されている。上記微細周期構造のタイプは多岐にわたるが、代表的な構造としては、（１）コロイド粒子を媒体中に分散させたコロイド結晶構造（オパール構造）、（２）逆オパール構造、（３）多層構造、（４）ラメラ構造、が知られている。上記（１）〜（４）のいずれの構造においても、高屈折率相と低屈折率相が所定の周期にて配置された周期構造を有するのが特徴である。この他、シャボン玉に代表される（５）薄膜構造も多重反射に起因する光の干渉により構造色を発する。
最近では、外部から刺激を加えることにより上記周期構造の周期を可変制御できる構造色材料も開発されつつある。例えば、刺激として、電場、変形（歪・応力）、熱、湿気（水分）、磁気、ｐＨ変化、溶媒接触などが知られている（以後、刺激を加えることにより構造色の色相が変わる構造色材料を「刺激応答性構造色材料」と称することがある。）。いずれもこれらの刺激により、周期構造の、（ブラッグ）周期又は屈折率が変わり、結果、視認される構造色が変わる性質を利用するものである。

次に、図２を参照しつつ、画像表示装置１０の構造色の発現機構について簡単に説明する。
図２は、画像表示装置１０における構造色の発現機構を説明するための模式図である。図２には、構造色発現領域Ｒ１を有する画像表示シート１と、構造色発現領域Ｒ１上に配置された入反射光制限部２とが示されている。なお、図２には、面Ｓ１に対して８０°以上９０°以下の範囲内の角度（即ち、入射角度が０°から１０°）で入射する入射光３ａと、その範囲内の角度で反射した反射光３ｂとを選択的に透過させる単数の入反射光透過領域Ｒ２（Ｒ２ａ）が例示されている。つまり、図２は、画像表示装置１０の一部を拡大して示したものである。

まず、図２に示した画像表示シート１に向けて光（例えば、太陽光等）が照射される。この際、入反射光透過領域Ｒ２によって、構造色発現領域Ｒ１に入射される光の角度は、面Ｓ１に対して８０°以上９０°以下の範囲内の角度に制限される。ここで、この「８０°以上９０°以下の範囲内の角度」は、第１実施形態において予め設定した角度であって、任意に選択可能な角度である。そして、構造色発現領域Ｒ１に到達した入射光３ａのうち一部は、面Ｓ１で反射する。また、この入射光３ａのうち別の一部は、例えば面Ｓ２で反射する。このように異なる面（箇所）で反射した反射光３ｂ同士が干渉することで構造色が発現する。発現した構造色は、入反射光透過領域Ｒ２を透過し、観察者に観察（視認）される。

以上のように、構造色発現領域Ｒ１に入射される光（入射光３ａ）の角度と、構造色発現領域Ｒ１で反射される光（反射光３ｂ）の角度とを、入反射光制限部２によって制限（固定）することができる。このため、観察者の観察角度が変化した場合であっても、画像表示シート１中における光路長自体は変化しないので、発現する構造色の波長は変化しない。したがって、第１実施形態に係る画像表示装置１０によれば、構造色を利用して表示した画像が観察者の観察角度によって変化するのを防止することができる。

＜コロイド結晶又は逆オパール構造の場合の構造色の観察角依存性＞
次に、コロイド結晶又は逆オパール構造の場合の構造色の観察角依存性を、図１３を参照しつつ説明する。
構造色の観察角依存性は、その構造色発現構造に基づき下記式（１）と式（３）とにより定量的に示される。この式（１）と式（３）との関係式は、観察者と構造色ディスプレイとの位置関係が同じであって、光源の位置が変化した場合にもあてはまる。

λ_ｐｅａｋ＝２ｄ_Ｃ［ｎ_ｅｆｆ ^２−ｓｉｎ^２θ］^１／２ （１）
ここで、λ_ｐｅａｋ：反射率が最大となる波長
θ ：観察角
ｄ_Ｃ ：結晶面間の距離
ｎ_ｅｆｆ ：有効屈折率
である。

上記において、ｎ_ｅｆｆは、下記式（２）で算出される。
ｎ_ｅｆｆ＝（１−φ）ｎ_Ｍ＋φｎ_Ｄ （２）
ここで、ｎ_Ｍ：マトリックス（分散媒、連続相）の屈折率
ｎ_Ｄ：コロイド粒子（分散相）の屈折率
φ ：コロイド結晶に占めるコロイド粒子の体積分率
である。

＜多層構造又はラメラ構造の場合の構造色の観察角依存性＞
最後に、多層構造又はラメラ構造の場合の構造色の観察角依存性を、図１４を参照しつつ説明する。

λ_ｐｅａｋ＝２［ｄ_１（ｎ₁ ^２−ｓｉｎ^２θ）^１／２＋ｄ_２（ｎ_２ ^２−ｓｉｎ^２θ）^１／２］ （３）
ここで、ｄ_１：第一の相の厚み
ｄ_２：第二の相の厚み
ｎ_１：第一の相の屈折率
ｎ_２：第二の相の屈折率
である。
式（１）と式（３）とにおいて、λ_ｐｅａｋは反射率が最大となる波長であり、この波長に基づく色相が観察（観測、視認）される。上記式（１）と式（３）のいずれにおいても、視認される構造色は観察角（θ）に依存する。またこの事情は刺激応答性構造色材料においても同様である。

＜使用方法＞
画像表示装置１０では、入反射光透過領域Ｒ２と構造色発現領域Ｒ１とが重なる領域がそれぞれ画素として機能する。このため、画像表示装置１０では、各画素を予め設定した画像が表示されるように配列しておく。そして、この画像表示装置１０を例えば屋外に設置する。これにより、太陽をその光源とすることができる。こうすることで、画像を表示するための電力を必要とせず、且つ、観察者の観察角度によって色彩等が変化しない画像を表示することができる。
なお、複数の構造色を用いて画像を表示する場合には、予め設定した領域における画像表示シート１の厚みを変化させればよい。こうすることで、画像表示シート１中における光路長が変化するので、構造色の色彩を変化させることができる。こうして、複数の色の構造色を用いて画像を表示させることができる。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態に係る画像表示装置１１の構成について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置１１の構成を示す概念断面図である。図３に示すように、画像表示装置１１の構造は、上述の第１実施形態に係る画像表示装置１０の構造と略同じであるが、構造色発現領域Ｒ１における画像表示シート１の厚みｄ１を調整するシート厚調整部４を備える点で画像表示装置１０とは異なる。そこで、第２実施形態では、主として、このシート厚調整部４について説明し、その他の構成部材についての説明は省略する。

（シート厚調整部４）
シート厚調整部４は、構造色発現領域Ｒ１を挟んで入反射光制限部２に対向する位置に配置されている。このシート厚調整部４には、例えば、画像表示シート１に接触する電極（図示せず）を含んだものを使用することができる。
なお、シート厚調整部４は、構造色発現領域Ｒ１における画像表示シート１の厚みｄ１を調整できるものであればよく、例えば、その手段を問わない。また、そのサイズも問わない。
例えば、シート厚調整部４は、刺激応答性構造色材料に刺激を加えてもよい。シート厚調整部４により加えられる刺激としては、例えば、電場、変形（歪・応力）、熱、光、磁場などである。シート厚調整部４は上記刺激により、構造色発現領域Ｒ１における画像表示シート１の厚みｄ１を調整できる。

＜構造色の色彩変化機構＞
以下、電極を含んだシート厚調整部４を用いて構造色の色彩を変化させる手段（機構）について、図４を参照しつつ説明する。図４は、第２実施形態に係る画像表示装置１１におけるシート厚変化を説明するための模式図である。図４（ａ）は、画像表示シート１の厚みを変化させる前の状態（シート厚ｄ１）を示し、図４（ｂ）は、シート厚を変化させた後の状態（シート厚ｄ２）を示している。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した画像表示シート１は、印加した電圧に応じて体積が変化する電圧応答性高分子ゲルを含んだシートである。なお、電場付与のためのシート厚調整部４を構成する電極としては、構造色の視認の妨げとならないＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極を使用することができる。

シート厚調整部４に含まれる電極は画像表示シート１に接触しており、その電極に電圧を印加すると、印加した電圧に応答して構造色発現領域Ｒ１における電圧応答性高分子ゲルの体積が減少又は増加する。このように、電圧応答性高分子ゲルの体積を減少又は増加させることで、構造色発現領域Ｒ１における画像表示シート１の厚みを調整する。図４（ｂ）は、印加した電圧に応答して電圧応答性高分子ゲルの体積が増加し、シート厚が増加した様子を模式的に示している。なお、印加した電圧を解除すると、電圧応答性高分子ゲルの体積は電圧印可前の状態に戻るので、シート厚は図４（ａ）に示す状態へと戻る。
以上のようにして、画像表示シート１の厚みを変化させると、画像表示シート１中における光路長が変化する。こうして、干渉する光の波長を変化させることで、構造色の色彩を変化させることができる。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態に係る画像表示装置１２の構成について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置１２の構成を示す概念断面図である。図５に示すように、画像表示装置１２の構造は、上述の第１実施形態に係る画像表示装置１０の構造と略同じであるが、画像表示シート１が積層構造をしている点で画像表示装置１０とは異なる。そこで、第３実施形態では、主として、この積層構造をした画像表示シート１について説明し、その他の構成部材についての説明は省略する。

（画像表示シート１）
画像表示装置１２に備わる画像表示シート１は、構造色を発現する構造色発現層１ａ〜１ｃが画像表示シート１の厚み方向に沿って積層した多層構造体である。そして、構造色発現領域Ｒ１における構造色発現層１ａ〜１ｃの各層の厚みは同じである。このように、画像表示シート１を多層構造体とすることで、構造色発現層１ａ〜１ｃの各層における界面で入射光を反射させることができる。複数の面で光が反射した場合には、干渉可能な波長領域が狭まるので、これにより発現する構造色の単色性を高めることができる。
構造色発現層１ａ〜１ｃの各層の厚みについては、構造色発現層１ａ〜１ｃのうちいずれか１層を基準層とした場合に、その基準層の厚みの整数倍となっていればよい。この場合であっても、発現する構造色の単色性を高めることができる。第３実施形態では、上述の基準層を構造色発現層１ａとし、構造色発現層１ｂ、１ｃの各層の厚みを構造色発現層１ａの厚みの１倍としている。
また、構造色発現層１ａ〜１ｃの各層は、全て同じ材料で形成されている。こうすることで、画像表示装置１２の製造コストが高騰するのを低減することができる。
なお、構造色発現層１ａ〜１ｃの各層の材質や形状を問わない。また、そのサイズも問わない。

［第４実施形態］
以下、第４実施形態に係る画像表示装置１３の構成について説明する。図６は、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置１３の構成を示す概念断面図である。図６に示すように、画像表示装置１３の構造は、上述の第２実施形態に係る画像表示装置１１の構造と略同じであるが、画像表示シート１と入反射光制限部２との間に画素領域を区画する画素区画枠（以下、単に「フレーム」ともいう。）５が配置されている点で画像表示装置１１とは異なる。また、複数のシート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）を備えている点でも画像表示装置１１とは異なる。そこで、第４実施形態では、主として、このフレーム５と、シート厚調整部４ａ〜４ｆとについて説明し、その他の構成部材についての説明は省略する。なお、構造色発現領域Ｒ１（Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆ）については、その個数を問わない。

（フレーム５）
図６に示されたフレーム５は、画像表示シート１と入反射光制限部２との間に配置され、可視光を吸収するシート状部材である。このフレーム５は、構造色発現領域Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆのそれぞれを露出して画素領域を区画する開口部を備えている。
なお、フレーム５は、画素領域を区画する開口部を備えていればよく、例えば、その材質や形状を問わない。また、そのサイズも問わない。例えば、フレーム５は、電気的な絶縁性を有する絶縁膜で形成されていてもよいし、伸縮性等を有する材質（緩衝材等）で形成されていてもよい。また、このフレーム５は、必要に応じて配置されるものであり、本願発明において必須の部材ではない。また、フレーム５に備わる開口部についても、その形状やサイズ、個数を問わない。また、フレーム５の色は、画素領域を明確に区画するために、例えば黒色である。

（シート厚調整部４ａ〜４ｆ）
上述した第２実施形態に係る画像表示装置１１は、図４に示すように、構造色発現領域Ｒ１のシート厚を１つのシート厚調整部４で調整している。これに対し、第４実施形態に係る画像表示装置１３では、複数の構造色発現領域Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆのシート厚を、複数のシート厚調整部４ａ〜４ｆで調整している。より詳しくは、画像表示装置１３に備わるシート厚調整部４ａ〜４ｆは、構造色発現領域Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆと重なるように配置されている。こうすることで、画素ごとにシート厚を調整することができ、図６に示すように、例えば、赤色の構造色Ｒ、緑色の構造色Ｇ、青色の構造色Ｂを画素ごとに表示することができる。このため、解像度の高い画像を表示することができる。また、上記構成とすることで、１つの画素で、赤色の構造色Ｒ、緑色の構造色Ｇ、青色の構造色Ｂ、又は中間色を自在に表示することができる。
なお、画像表示装置１１に備わるシート厚調整部４と、画像表示装置１３に備わるシート厚調整部４ａ〜４ｆとは、設置位置及びサイズが異なるものの機能自体は同じである。

［第５実施形態］
以下、第５実施形態に係る画像表示装置１４の構成について説明する。図７は、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置１４の構成を示す概念断面図である。図７に示すように、画像表示装置１４の構造は、フレーム５が画像表示シート１内に埋め込まれるように配置されている以外は、上述の第４実施形態に係る画像表示装置１３の構成と同じである。よって、ここでは、画像表示装置１４の構造の詳細については省略する。なお、画像表示装置１４において、入反射光制限部２上に、後述する平凸レンズ６、マイクロレンズアレイ７、８を配置することも可能である。

［第６実施形態］
以下、第６実施形態に係る画像表示装置１５の構成について説明する。図８は、本発明の第６実施形態に係る画像表示装置１５の構成を示す概念断面図である。図８に示すように、画像表示装置１５の構造は、上述の第４実施形態に係る画像表示装置１３の構造と略同じであるが、入反射光制限部２上に視野角を広げるための平凸レンズ６を備えている点で画像表示装置１３とは異なる。そこで、第６実施形態では、主として、この平凸レンズ６について説明し、その他の構成部材についての説明は省略する。

（平凸レンズ６）
平凸レンズ６は、入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させて視野角を広げるためのレンズである。この平凸レンズ６は、平面とその平面の裏面側に位置する凸面とを有するレンズであり、入反射光制限部２の画像表示側を覆うように配置されている。また、平凸レンズ６が配置された状態において、その平面は入反射光制限部２側を向いている。こうすることで、観察者は、表示された画像をより広い角度で観察することができる。
なお、平凸レンズ６は、入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させて視野角を広げることができればよく、例えば平凸レンズ６の材質や形状を問わない。また、そのサイズも問わない。

［第７実施形態］
以下、第７実施形態に係る画像表示装置１６の構成について説明する。図９は、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置１６の構成を示す概念断面図である。図９に示すように、画像表示装置１６の構造は、上述の第６実施形態に係る画像表示装置１５の構造と略同じであるが、入反射光制限部２上に視野角を広げるためのマイクロレンズアレイ７を備えている点で画像表示装置１５とは異なる。そこで、第７実施形態では、主として、このマイクロレンズアレイ７について説明し、その他の構成部材についての説明は省略する。

（マイクロレンズアレイ７）
マイクロレンズアレイ７は、上述の平凸レンズ６と同様に、入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させて視野角を広げるためのものである。このマイクロレンズアレイ７は、複数のマイクロレンズ７ａ〜７ｈで構成されており、マイクロレンズ７ａ〜７ｈは、平面とその平面の裏面側に位置する凸面とを有する平凸レンズである。また、マイクロレンズアレイ７は、入反射光制限部２の画像表示側を覆うように配置されており、マイクロレンズアレイ７が配置された状態において、マイクロレンズ７ａ〜７ｈの平面は入反射光制限部２側を向いている。こうすることで、観察者は、より広い角度で画像を観察することができる。
なお、マイクロレンズアレイ７は、入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させて視野角を広げることができればよく、例えばマイクロレンズ７ａ〜７ｈの材質や形状を問わない。また、そのサイズや個数も問わない。つまり、マイクロレンズ７ａ〜７ｈのサイズは、画素領域のサイズ（つまり、フレーム５の開口部及び構造色発現領域Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆのサイズ）と一致している必要はない。

［第８実施形態］
以下、第８実施形態に係る画像表示装置１７の構成について説明する。図１０は、本発明の第８実施形態に係る画像表示装置１７の構成を示す概念断面図である。図１０に示すように、画像表示装置１７の構造は、上述の第７実施形態に係る画像表示装置１６の構造と略同じであるが、入反射光制限部２上に視野角を広げるためのマイクロレンズアレイ８を備えている点で画像表示装置１６とは異なる。そこで、第８実施形態では、主として、このマイクロレンズアレイ８について説明し、その他の構成部材についての説明は省略する。

（マイクロレンズアレイ８）
マイクロレンズアレイ８は、第７実施形態で説明したマイクロレンズアレイ７と同様に、視野角を広げるためのものである。このマイクロレンズアレイ８は、複数のマイクロレンズ８ａ〜８ｆで構成されており、マイクロレンズ８ａ〜８ｆは、平面とその平面の裏面側に位置する凸面とを有する平凸レンズである。また、マイクロレンズアレイ８は、入反射光制限部２の画像表示側を覆うように配置されており、マイクロレンズアレイ８が配置された状態において、マイクロレンズ８ａ〜８ｆの平面は入反射光制限部２側を向いている。さらに、マイクロレンズ８ａ〜８ｆの直径は、画素領域のサイズ（つまり、フレーム５の開口部及び構造色発現領域Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆのサイズ）と一致している。より詳しくは、第８実施形態に係る入反射光制限部２は、画像表示シート１の厚み方向に沿って延びる光ファイバを束状に固定した束状光ファイバを備えたものである。そして、その光ファイバの開口端面上には、マイクロレンズ８ａ〜８ｆが配置されている。さらに、マイクロレンズ８ａ〜８ｆの直径は、光ファイバの開口端面の直径とそれぞれ同じである。換言すると、マイクロレンズは、光ファイバの開口端面の直径とピッチが合っている。こうすることで、表示された画像の解像度が低下するのを防止し、且つ、観察者は広い角度で画像を観察することができる。
なお、マイクロレンズアレイ８は、入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させて視野角を広げることができればよく、例えばマイクロレンズ８ａ〜８ｆの材質や形状、その個数を問わない。

［第９実施形態］
以下、第９実施形態に係る画像表示装置１８の構成について説明する。図１１は、本発明の第９実施形態に係る画像表示装置１８の構成を示す概念断面図である。図１１に示すように、画像表示装置１８の構造は、上述の第６実施形態に係る画像表示装置１５の構造と略同じであるが、入反射光制限部２上に入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させる光散乱シート９を備える点で画像表示装置１５とは異なる。そこで、第９実施形態では、主として、この光散乱シート９について説明し、その他の構成部材についての説明は省略する。

（光散乱シート９）
光散乱シート９は、入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させて視野角を広げるためのシート状部材である。また、光散乱シート９は、入反射光制限部２の画像表示側を覆うように配置されている。こうすることで、観察者は、より広い角度で画像を観察することができる。
なお、光散乱シート９は、入射光の開口角を広げ、反射光を拡散させて視野角を広げることができればよく、例えばその材質や形状を問わない。また、そのサイズも問わない。
また、光散乱シート９は、上述のように、反射光を拡散させるものに限定されない。例えば、光散乱シート９は、入射光と反射光を共に拡散する機能を有するものであってもよい。その場合、光散乱シート９は、適度の拡散性を有しつつ、光透過率の高いものが好ましい。過度に光を拡散する場合には、視認できる構造色の輝度が低下する。入反射光を拡散する機能を有する光散乱シート９の材料としては、例えば、表面を粗面化したガラス板（すりガラス）、光散乱フィルム、光散乱シート、半透明フィルム、トレーシングペーパー、グラシン紙、パラフィン紙などが挙げられる。

（効果）
（１）画像表示装置１０〜１８は、構造色発現領域Ｒ１を有する画像表示シート１と、構造色発現領域Ｒ１の画像表示側に設置され、画像表示側に位置する面Ｓ１に対して予め設定した角度で入射する入射光３ａと、入射光３ａのうち構造色発現領域Ｒ１の一部で反射した反射光３ｂとを選択的に透過する入反射光制限部２と、を少なくとも備えている。
このような構成であれば、入射光３ａの入射角度と、反射光３ｂの反射角度とを予め設定した角度にすることができる。このため、観察者の観察角度が異なった場合であっても、画像表示シート１中の光路長は変化せず、干渉する光の波長も変化しない。これにより、画像表示装置１０〜１８で表示した構造色が変化するのを防止することができる。
また、このような構成であれば、入射光３ａの光源を太陽光にすれば、画像を表示するための電力を必要としない。
また、本発明の一態様に係る構造色ディスプレイであれば、光源の位置、即ち光の入射角度が変化した場合であっても、構造色を利用して表示した画像が変化するのを防止することもできる。
また、本発明の一態様に係る構造色ディスプレイであれば、例えば、入射光が多重反射した光、つまり、入射光の一部が屋外に設置された外壁等により反射した光である場合でも、構造色を利用して表示した画像の輝度ムラを防止することもできる。

（２）画像表示装置１０〜１８の入反射光制限部２は、面Ｓ１に対して８０°以上９０°以下の範囲内の角度で入射する入射光３ａと、その角度範囲内の角度で反射した反射光３ｂとを選択的に透過する。
このような構成であれば、面Ｓ１に対して略垂直方向から画像を観察することができるので、表示された画像の視認性をより高めることができる。また、視野角を狭くすることができるので、のぞき見を防止（プライバシービューガード）できる。

（３）画像表示装置１０〜１８の入反射光制限部２は、画像表示シート１の厚み方向に沿って入射する入射光３ａを透過可能に配置したウレキサイトと、画像表示シート１の厚み方向に沿って延びる光ファイバを束状に固定した束状光ファイバとの少なくとも一方を備えている。
ウレキサイトと束状光ファイバとは、それぞれ比較的容易に入手できる。したがって、このような構成であれば、入反射光制限部２の製造コストを低減することができる。よって、画像表示装置全体としての製造コストを低減することができる。

（４）画像表示装置１１は、構造色発現領域Ｒ１を挟み入反射光制限部２に対向する位置で、構造色発現領域Ｒ１における画像表示シート１の厚みを調整するシート厚調整部４を備えている。
このような構成であれば、構造色発現領域Ｒ１における画像表示シート１の厚みを自在に調整することができるので、発現する構造色の色彩を多様に変化させることができる。

（５）画像表示装置１１のシート厚調整部４は、画像表示シート１に接触する電極を含み、画像表示シート１は、電圧に応じて体積が変化する電圧応答性高分子ゲルで形成されている。また、シート厚調整部４は、画像表示シート１を加熱可能な加熱部を含み、画像表示シート１は、熱に応じて体積が変化する熱応答性高分子ゲルで形成されている。また、シート厚調整部４は、画像表示シート１に光照射可能な光照射部を含み、画像表示シート１は、光に応じて体積が変化する光応答性高分子ゲルで形成されている。
このような構成であれば、シート厚調整部４に含まれる電極に電圧を印加することによって、画像表示シート１の厚みｄ１を自在に調整することができる。したがって、発現する構造色の色彩を多様に変化させることができるとともに、構造色の色彩を変化させる速度（応答速度）をより高めることができる。なお、画像表示シート１に対する加熱や光照射によっても、これと同様の作用効果を奏する。

（６）画像表示装置１２の画像表示シート１は、構造色を発現する構造色発現層１ａ〜１ｃが画像表示シート１の厚み方向に沿って積層した多層構造体であり、構造色発現領域Ｒ１における構造色発現層１ａ〜１ｃの各層の厚みは、積層した構造色発現層１ａ〜１ｃのうちいずれか１層を基準層とした場合に、基準層の厚みの整数倍である。
このような構成であれば、単色性を高めた構造色を発現させることができる。

（７）画像表示装置１２の構造色発現層１ａ〜１ｃの各層は、全て同じ材料で形成されている。
このような構成であれば、低コストで単色性を高めた構造色を発現させることができる。

（８）画像表示装置１５は、入反射光制限部２の画像表示側を覆うように配置された、平面とその平面の裏面側に位置する凸面とを有する平凸レンズ６をさらに備え、平凸レンズ６の平面は、入反射光制限部２側を向いている。
このような構成であれば、入射光３ａ及び反射光３ｂを容易に散乱させることができるので、容易に視野角を広げることができる。

（９）画像表示装置１６は、複数のマイクロレンズ７ａ〜７ｈで構成されるマイクロレンズアレイ７を備えている。
このような構成であれば、入射光３ａ及び反射光３ｂを確実に散乱させることができるので、より確実に視野角を広げることができる。

（１０）画像表示装置１７の入反射光制限部２は、画像表示シート１の厚み方向に沿って延びる光ファイバを束状に固定した束状光ファイバを備えており、その光ファイバの各開口端面上には、マイクロレンズ８ａ〜８ｆが配置されており、そのマイクロレンズ８ａ〜８ｆの直径は、上記光ファイバの開口端面の直径とそれぞれ同じである。
このような構成であれば、入射光３ａ及び反射光３ｂを容易に散乱させることができるので、さらに視野角を広げることができる。

（１１）画像表示装置１８は、入反射光制限部２の画像表示側を覆うように配置された、入射光３ａ及び反射光３ｂを散乱させる光散乱シート９をさらに備えている。
このような構成であれば、入射光３ａ及び反射光３ｂを容易に散乱させることができるので、容易に視野角を広げることができる。

（変形例）
（１）上記実施形態では、複数の入反射光透過領域Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆを有する入反射光制限部２について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入反射光制限部２は、単数の入反射光透過領域Ｒ２を有するものであってもよい。この場合であっても、上述の効果を奏することができる。

（２）上記実施形態では、入反射光透過領域Ｒ２（Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆ）同士が離れて位置する入反射光制限部２について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入反射光透過領域Ｒ２（Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆ）同士が隣接しているものであってもよい。この場合であっても、上述の効果を奏することができる。

（３）上記実施形態では、画像表示シート１に接触する電極を含んだシート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。シート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）は、構造色発現領域Ｒ１（Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆ）のシート厚を変化させることができればよい。例えば、シート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）はポンプ等を備えており、そのシート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）を用いて構造色発現領域Ｒ１（Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆ）をシート厚方向に加圧・減圧して、構造色発現領域Ｒ１（Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆ）のシート厚を変化させてもよい。この場合であっても、上述の効果を奏することができる。
また、シート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）は、例えば、光を照射することが可能な光照射装置や熱を加えることが可能な加熱装置であってもよい。この場合であっても、上述の効果を奏することができる。ここで、シート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）を光照射装置とした場合には、画像表示シート１は、例えば光応答性高分子ゲルで形成されていることが好ましい。また、シート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）を加熱装置とした場合には、画像表示シート１は、例えば温度応答性高分子ゲルで形成されていることが好ましい。
また、シート厚調整部４（４ａ〜４ｆ）は、画像表示シート１に、例えば、曲げ・引っ張り・圧縮等の歪を付与可能な装置であってもよい。

（４）上記実施形態では、構造色発現層１ａ〜１ｃの３層で構成された画像表示シート１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、画像表示シートは、多層構造体であればよく、構造色発現層が２層積層した構造体であってもよいし、構造色発現層が４層以上積層した構造体であってもよい。この場合であっても、上述の効果を奏することができる。

（５）上記実施形態では、基準層を構造色発現層１ａとした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基準層を構造色発現層１ｂとしてもよいし、構造色発現層１ｃとしてもよい。この場合であっても、上述の効果を奏することができる。

（６）上記実施形態では、構造色発現層１ａ〜１ｃの各層が全て同じ材料で形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、構造色発現層１ａ〜１ｃの各層が全て異なる材料で形成されていてもよい。この場合であっても、上述の効果を奏することができる。

（７）上記実施形態では、表示された画像の視野角を広げるために平凸レンズ６、マイクロレンズアレイ７、８をそれぞれ用いた場合について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。表示された画像の視野角を広げることができれば、平凸レンズ以外のレンズ、マイクロレンズアレイを用いてもよい。これらの場合であっても、上述の効果を奏することができる。

（８）上記実施形態では、画像表示シート１と入反射光制限部２との間、又は画像表示シート１内に埋め込まれるようにフレーム５を備えた場合について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。フレーム５を備えない場合であっても、上述の効果を奏することができる。また、フレーム５を備えないことで、構造色発現領域Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆをより広くすることができる。

（９）上記実施形態では、構造色を利用して画像を表示する画像表示装置について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明した画像表示装置を画像表示媒体に組み込み、それを画像表示物としてもよい。より詳しくは、上記実施形態で説明した画像表示装置を紙に組む込むことで、ポスターやカレンダーを作成することができる。

（１０）上記実施形態では、入反射光制限部２として、例えば、ウレキサイトや束状光ファイバを用いた場合について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上述したウレキサイトや束状光ファイバに代えて、入反射光制限部２として、表面を粗面化したガラス板（すりガラス）、光散乱フィルム、光散乱シート、半透明フィルム、トレーシングペーパー、グラシン紙、パラフィン紙などを用いてもよい。これらの材料を用いた場合であっても、上述の効果を奏することができる。
また、入反射光制限部２として、上述したウレキサイトや束状光ファイバに代えて、フレネルレンズを用いてもよい。このレンズを用いた場合であっても、上述の効果を奏することができる。

（その他の変形例）
上述した変形例に係るディスプレイ以外のディスプレイの構成を以下に記載する。なお、下記ディスプレイであっても、本願の課題を解決し得る。
・変形例Ａ
構造色によって画像が表示されるディスプレイであって、前記ディスプレイは、構造色により画像を表示する画像表示シートを備え、前記画像表示シートは、構造色発現領域と、前記構造色発現領域の前記画像の表示側に配置される入反射光制限部と、を備えている構造色ディスプレイ。

・変形例Ｂ
前記入反射光制限部を、前記構造色発現領域の面に対して予め設定した入射角範囲内で入射する入射光と、前記入射光のうち前記構造色発現領域の一部で反射した反射光と、を選択的に透過する入反射光制限部とした構造色ディスプレイ。

・変形例Ｃ
前記入反射光制限部を、束状光ファイバ、又はウレキサイト製プレートで構成した構造色ディスプレイ。

・変形例Ｄ
前記入反射光制限部を束状光ファイバとし、該束状光ファイバをテーパー型束状光ファイバとした構造色ディスプレイ。

・変形例Ｅ
前記構造色発現領域を、コロイド結晶構造、逆オパール構造、多層構造、ラメラ構造のいずれかの構造とした構造色ディスプレイ。

・変形例Ｆ
前記構造色発現領域を、多層構造に基づくブラッグ周期を有するものとし、かつ各層を同一材料で構成した構造色ディスプレイ。

・変形例Ｇ
前記画像表示シートを、前記構造色発現領域を挟み前記入反射光制限部に対向する位置に、又は前記構造色発現領域を挟んで、前記構造色発現領域に刺激を加える刺激付与部をさらに備えたものとし、かつ、前記構造色発現領域を、前記刺激付与部により加えられる電場、光、変形（歪・応力）、熱、又は磁気のいずれか刺激によって前記ブラッグ周期が変化する刺激応答性構造色材料にて構成した構造色ディスプレイ。

・変形例Ｈ
前記画像表示シートを、平面と前記平面の裏面側に位置する凸面とを有する平凸レンズをさらに備えたものとし、前記平凸レンズを、前記平面が前記入反射光制限部側を向き、前記凸面が画像表示側（視認側）に向くように、かつ前記画像の表示側を覆うように配置した構造色ディスプレイ。

・変形例Ｉ
前記平凸レンズを、複数のマイクロレンズで構成されたマイクロレンズアレイとした構造色ディスプレイ。

・変形例Ｊ
前記入反射光制限部を束状光ファイバで構成し、前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの直径を、前記束状光ファイバを構成する光ファイバの径と同一とし、かつ前記光ファイバの各開口端面上には、前記マイクロレンズを配置した構造色ディスプレイ。

・変形例Ｋ
前記入反射光制限部の前記画像の表示側を覆うように配置された、前記入反射光及び前記反射光を拡散させる光散乱シートをさらに備えた構造色ディスプレイ。

・変形例Ｌ
変形例Ａ〜Ｋのいずれかに係る構造色ディスプレイを備えた画像表示物。

＜実験例＞
以下、実験例を示す。
＜構造色測定装置の概要＞
図１５は、本発明の効果の実証に用いた構造色測定装置３０の概要図である。本装置の主要部は光源装置３１、色彩輝度計３２、色彩輝度計３２の受光角（観察角α）を調節するためのスライダー３３、試験片設置台３５、及び支持台３４にて構成される。支持台３４の上面は水平に保たれており、スライダー３３は、支持台３４の上面に対し垂直に据えられている。スライダー３３の外周は半円弧状となっており、色彩輝度計３２はスライダー３３に沿って、試験片設置台３５の中心に対する観察角αを０°〜約４０°の範囲で変えることが出来る。光源装置３１は、試験片設置台３５の中心を含みスライダー３３に対し垂直な面上に有り、試験片設置台３５の中心に対し入射角（β）を２５°に設定してある。

試験片設置台３５には方向指示マーク３８が設けられている。方向指示マーク３８は、構造色測定装置３０へ据え付ける試験片設置台３５の方向を示す。各測定において、試験片は方向指示マーク３８に従い試験片設置台３５の上に載置されるので、測定物に対する光源装置３１の方向、及び色彩輝度計３２が移動する方向を正しく把握することが可能となる。

＜光源装置３１＞
図１５において、光源装置３１は、内面が黒色の、箱３１１と筒３１２とを備え、箱３１１の中に高演色形蛍光管（図示していない）を収納している。蛍光管から発した光のうち、筒３１２を通り抜けた光、すなわち筒３１２の軸に対してほぼ平行になっている光だけが測定物へ届くようにしている。
この光源装置３１の筒３１２から発する光を正面から分光放射輝度計によって実測したスペクトル分布を図１６に示す。分光放射輝度計は、コニカミノルタ（株）製の分光放射輝度計（ＣＳ−２０００Ａ）である。
光源装置３１にて使用した蛍光管の仕様は以下のとおりである。
メーカー：三菱電機照明（株）
名称：高演色形演色性ＡＡＡ昼白色蛍光管
型式：ＦＬ２０Ｓ・Ｎ−ＥＤＬ・ＮＵ
色温度:５０００Ｋ （メーカー提供データシート値）
演色評価数（Ｒａ）：９９（メーカー提供データシート値）

＜色彩輝度計３２＞
色度（ｘ，ｙ）と輝度（Ｌｖ）の測定は、コニカミノルタ（株）製の２次元色彩輝度計（ＣＡ−２５００）を使用した。各実験では、この色彩輝度計３２によって測定物の表面の色度及び輝度の数値を得ているが、これらは、各測定場面において、色彩輝度計３２が写し出した測定物の表面の映像の上における所望の位置を四角形で囲むことにより測定エリアを設定し、そのエリア内において色度の平均数値及び輝度の平均数値を求めたものである。

＜比較用の標準グレー色板＞
「比較用の標準グレー色板」として、（株）ニコン製１８％標準反射板を使用した。これは、測定物と一緒にこの標準反射板の色度や輝度も測定し、ここで得られた値から測定が正しく進められたことを判断するためのものである。

＜粒子型構造色シート３６＞
いくつかの実験例では、以下の構造色材料にて構成されるシート状試験片（＝エラストマーシート）を使用した。
この試験片は、屈折率１．５０のエラストマー相中に屈折率１．４５の単分散ガラス微粒子（粒子径０．１８μｍ）を均一分散した軟質シートを、黒色ゴム状のベースシートに積層固定し裁断した、厚さ約２ｍｍ、縦長さ約３０ｍｍ、横長さ約２０ｍｍの長方形状のエラストマーシートである。

本エラストマーシートは、見る角度により、色相が変化する構造色材料である。
以後、構造色を呈する本エラストマーシートを粒子型構造色シート３６と称する。

＜多層型構造色プレート３７＞
また、本実験では、入反射光制限部２の効果を更に調べるため、以下の多層型構造色プレート３７も用いた。
この多層型構造色プレート３７は、下記の市販ノッチフィルターを用いて作成した。用いたノッチフィルターの仕様は以下のとおりである。
名称：ノッチフィルター
型番：ＮＦ−２５Ｃ０５−４７−６３３
メーカー：シグマ光機（株）
特性：カット波長６３３ｎｍ、透過帯波長４７５〜５９７ｎｍ及び６６９〜８５０ｎｍ、透過率９０％

このノッチフィルターは、正反射の時だけ、その光の入射角に応じた波長の光を反射させ、その他の光は透過させるものである。このノッチフィルターは、屈折率の異なる２種の微粒子を交互に積層させた多層構造を有し、特定波長範囲の光を透過しない性質を備えている。具体的には、当該ノッチフィルターは正面視（入射角０°）での透過帯波長が４７５〜５９７ｎｍ及び６６９〜８５０ｎｍである。よって正面視では、波長６００〜６６８ｎｍの光（赤色）は透過せずに正面に向かって反射するという特性を持つ。

上記ノッチフィルターの片面へ黒色塗装を施し多層型構造色プレート３７を作成した。ノッチフィルターの背面へ黒色塗装を施し、透過帯波長（４７５〜５９７ｎｍ及び６６９〜８５０ｎｍの範囲）の光を黒色塗装で吸収させるようにした。こうして、多層型構造色プレート３７は、その光の入射角に応じた波長の光を正反射させ、他の光は黒色塗装で吸収するという特性を持つことになる。

以下の実験例１〜４では、入反射光制限部２の具体的構成として、以下のプレートを使用した。
＜入反射光制限プレート＞
・束状光ファイバプレートＯＰ１（以下、単にＯＰ１と略称することがある。）：厚さ約１１ｍｍ
・ウレキサイト製プレートＯＰ２（以下、単にＯＰ２と略称することがある。）：厚さ約７ｍｍ
・束状光ファイバプレートＯＰ３（以下、高性能プレートＯＰ３と略称することがある。）：厚さ約３ｍｍ
いずれもプレート面に垂直方向にファイバ軸又は結晶軸が配向している。なお、高性能プレートＯＰ３の「高性能」とは、ＯＰ１よりも性能が高いことを意味する。より詳しくは、上記高性能とは、ＯＰ１よりも配向性が高く、且つ光の透過率が高いことを意味する。

さらに実験例５では、入反射光制限部２の具体的構成として、以下の光拡散シートＤＰ１を使用した。

＜光拡散シートＤＰ１＞
以下の半透明フィルムを光拡散シートＤＰ１として使用した。
・半透明フィルム：（スリーエム カンパニー製メンディングテープ、スコッチテープ、「スコッチ」はスリーエム カンパニーの登録商標）

［実験例１］
粒子型構造色シート３６と束状光ファイバプレートＯＰ１との組み合わせにより、以下の実験をおこなった。以下、図１５、図１７を参照しつつ説明する。
暗室内に上記の構造色測定装置３０を配置し、上記粒子型構造色シート３６を構造色測定装置３０の上に置かれた試験片設置台３５に固定した。更に、粒子型構造色シート３６の上面の一部にＯＰ１を載置した。次いで、測定位置Ｐ１の位置に「比較用の標準グレー色板」を貼り付け、他方、測定位置Ｐ２の位置には上記粒子型構造色シート３６と同一のシート小片を貼り付けた。

以上の準備の後、光源装置３１から試験片設置台３５に向け光を照射し、「比較用の標準グレー色板」の表面（測定位置Ｐ１）、粒子型構造色シート３６の表面（測定位置Ｐ３）、ＯＰ１の上に載置した粒子型構造色シートの小片の表面（測定位置Ｐ２）、ＯＰ１を透過してきた粒子型構造色シート３６の反射光によるＯＰ１の表面（測定位置Ｐ４）の、各々の位置における色度及び輝度を、色彩輝度計３２の観察角αを０，１０，２０，３０，４０°に設定し、測定した。

結果を表１に示す。表１に基づき、観察角αの変化に伴う、色度変化の軌跡をｘｙ色度図として図１８に、輝度の変化を図１９に示した。
まず、「比較用の標準グレー色板」（測定位置Ｐ１）の色度と輝度を見ると、これらの数値は殆ど変化しておらず、本実験が正しく実施されたことを示している。
次に、図１８が示すように、粒子型構造色シート３６表面の色度（測定位置Ｐ２，Ｐ３）を見ると、これらは観察角α依存性が強く、αがまだ１０°であるにもかかわらず急激に色度が変化し、３０°に至っては「赤み」を失っていることが明らかである。

他方、束状光ファイバプレートＯＰ１を透過して反射される粒子型構造色シート３６の反射光によるＯＰ１の表面（測定位置Ｐ４）の色度は、観察角依存性が抑制され、αが３０°に至ってもなお赤色を維持している。

以上から、束状光ファイバプレートＯＰ１により、構造色の色度の観察角依存性の抑止効果が明らかである。

輝度（図１９）について述べると、測定位置Ｐ２及びＰ３における粒子型構造色シート３６表面の輝度は、観察角αが１０°を超えると急激に低下するのに対し、束状光ファイバプレートＯＰ１を透過してきた粒子型構造色シート３６の反射光によるＯＰ１の表面（測定位置Ｐ４）の輝度は、観察角２０°をピークに観察角４０°に至るまで高い値を維持している。
この点も、束状光ファイバプレートＯＰ１の効果である。

なお、本実験例の観察角αのいずれの範囲においても、粒子型構造色シート３６表面の色度と輝度の観察角依存性は、測定位置Ｐ２、Ｐ３の差の影響をほとんど受けていない。この点から、束状光ファイバプレートＯＰ１の構造色の観察角依存性の抑止効果は、測定位置の差（Ｐ３対Ｐ４）によるものではないことが明白である。

［実験例２］
以下、粒子型構造色シート３６とウレキサイト製プレートＯＰ２との組み合わせによる実験を行った。
実験例１において、束状光ファイバプレートＯＰ１に代えてウレキサイト製プレートＯＰ２を用いた他は同様にして構造色測定試験を行った。

結果を表２、図２０、及び図２１に示す。実験例１と同様、ウレキサイト製プレートＯＰ２により、構造色の観察角依存性が改善され、かつ輝度が高い値に維持されることが分かる。

［実験例３］
粒子型構造色シート３６の上に、束状光ファイバプレートＯＰ１と高性能プレートＯＰ３とを隣接載置し、両者の特性の違いを比較する目的で、以下の実験を行った。比較は目視によった。
実験例１において、粒子型構造色シート３６の上にＯＰ１と高性能プレートＯＰ３とを隣接して置いた。この時、光源装置３１は実験例１での位置を保ち、色彩輝度計３２に代えて、肉眼観察により、ＯＰ１とＯＰ３を通して見える試験片の構造色の観察角依存性を観察した。肉眼の位置は実験例１における色彩輝度計３２の位置と略同一である。

結果、観察角αが３０°になると束状光ファイバプレートＯＰ１の場合には構造色の赤色の彩度が低くなる（くすんでくる）のに対し、高性能プレートＯＰ３の場合には彩度の高い赤色が視認できた。

［実験例４］
多層型構造色プレート３７と束状光ファイバプレートＯＰ１との組み合わせにより、以下の実験を行った。すなわち、実験例１において、試験片を粒子型構造色シート３６から多層型構造色プレート３７へ代え、他は同様にして構造色の測定を行った。なお、測定位置は図２２に示すとおりである。

結果を表３、図２３、及び図２４に示す。
ここで、本実験で用いた多層型構造色プレート３７は正反射以外では光を反射させることがない特性を持っている。つまり、多層型構造色プレート３７表面に対する光源装置３１からの光の入射角と、多層型構造色プレート３７表面を反射して色彩輝度計３２にて観察される光の角度（反射角）とが等しくならない限り、多層型構造色プレート３７の表面は輝度が極めて低く黒色に見えることになる。

したがって、本実験の構造色測定装置３０における光源装置３１、色彩輝度計３２、及び試験片設置台３５の位置関係から明らかなように、本実験では、光源装置３１より照射した光線が多層型構造色プレート３７の表面で反射され正反射により色彩輝度計３２に捕らえられることはない（図３０参照）。このため、多層型構造色プレート３７の表面は常に極めて低い輝度を示す（測定位置Ｐ３）。

これに対し、本実験例において、正反射の条件が決して満たされないにもかかわらず、束状光ファイバプレートＯＰ１の上面（測定位置Ｐ４）には常に高い輝度と、はっきりとした赤色を見ることができる。

すなわち、反射光の視認可能な角度範囲の極めて狭い多層型構造色プレート３７であっても、その上に束状光ファイバプレートＯＰ１を設けることにより、光源の位置と観察者の位置とが、多層型構造色プレート３７の面に対し互いに正反射の位置関係にない場合においても、多層型構造色プレート３７の構造色を視認できるという効果が生じる。

以上の効果は、本発明の構造色ディスプレイは、観察者と光源の位置（又は光源の角度）に起因する配置・設置上の制限が少なく、設計の自由度が高いことを意味し、本発明の構造色ディスプレイの実用的価値を大いに高めるものである。

また同時に、実験例１と同様、束状光ファイバプレートＯＰ１は、反射光の視認可能な角度範囲の狭い多層型構造色プレート３７に対しても、観察角依存性を抑止する効果を発揮することが判明した。

［実験例５］
多層型構造色プレート３７と光拡散シートＤＰ１との組み合わせによリ、以下の実験を行った。すなわち、実験例４において、束状光ファイバプレートＯＰ１に代えて、光拡散シートＤＰ１を用いた他は同様にして測定を行った。測定位置は図２５に示すとおりである。

結果を表４、図２６、及び図２７に示す。
この結果から、光拡散シートＤＰ１についても、実験例４と同様に、反射光の視認可能な角度範囲の極めて狭い多層型構造色プレート３７について、光源の位置と観察者の位置とが、多層型構造色プレート３７の面に対し、互いに正反射の位置関係にない場合であっても、多層型構造色プレート３７の上面（測定位置Ｐ４）には常に高い輝度と、はっきりとした赤色を見ることができた。

さらに、実験例４と同様に、光拡散シートＤＰ１もまた、反射光の視認可能な角度範囲の狭い多層型構造色プレート３７に対し、観察角依存性を抑止する効果を発揮することが判明した。

なお、光拡散シートＤＰ１は廉価な材料であり、コスト面で実用化に有利である。

なお、ここでは限られた数の実施形態及び変形例を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。

１ 画像表示シート
１ａ〜１ｃ 構造色発現層
２ 入反射光制限部
３ａ 入射光
３ｂ 反射光（構造色）
４ シート厚調整部
４ａ〜４ｆ シート厚調整部
５ 画素区画枠（フレーム）
６ 平凸レンズ
７ マイクロレンズアレイ
７ａ〜７ｈ マイクロレンズ
８ マイクロレンズアレイ
８ａ〜８ｆ マイクロレンズ
９ 光散乱シート
１０〜１８ 画像表示装置
２０ 画像表示装置
３０ 構造色測定装置
３１ 光源装置
３１１ 箱
３１２ 筒
３２ 色彩輝度計
３３ スライダー
３４ 支持台
３５ 試験片設置台
３６ 粒子型構造色シート
３７ 多層型構造色プレート
３８ 方向指示マーク
α 観察角
β 光源の入射角
Ｌ_Ｎ 法線
Ｐ１ 実験例における色度及び輝度の測定位置
Ｐ２ 実験例における色度及び輝度の測定位置
Ｐ３ 実験例における色度及び輝度の測定位置
Ｐ４ 実験例における色度及び輝度の測定位置
Ｄ_１ 多層構造構造色材料における第一の層の厚さ
Ｄ_２ 多層構造構造色材料における第二の層の厚さ
ｎ_１ 多層構造構造色材料における第一の層の屈折率
ｎ_２ 多層構造構造色材料における第二の層の屈折率
λ_ｐｅａｋ 反射率が最大となる波長
θ 観察角
Ｄ_ｃ コロイド結晶構造色材料における結晶面間距離
Ｄ_ｏ 刺激応答性コロイド結晶構造色材料における刺激付与前の結晶面間距離
Ｄ_ｓ 刺激応答性コロイド結晶構造色材料における刺激付与後の結晶面間距離
ｎ_Ｄ コロイド結晶構造色材料における分散粒子（分散相）の屈折率
ｎ_Ｍ コロイド結晶構造色材料における分散媒（連続相）の屈折率
Ｒ 赤色の構造色
Ｇ 緑色の構造色
Ｂ 青色の構造色
Ｒ１ 構造色発現領域
Ｒ１ａ〜Ｒ１ｆ 構造色発現領域
Ｒ２ 入反射光透過領域
Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆ 入反射光透過領域
Ｓ１ 面（画像表示側の面）
Ｓ２ 面（裏側の面）
ｄ１〜ｄ２ シート厚

Claims (11)

1. 構造色によって画像が表示される構造色ディスプレイであって、
   前記構造色を発現する領域である構造色発現領域を有する画像表示シートと、
   前記構造色発現領域の前記画像の表示側に設置され、前記画像の表示側に位置する前記構造色発現領域の面に対して予め設定した角度で入射する入射光と、前記入射光のうち前記構造色発現領域の一部で反射した反射光とを選択的に透過する入反射光制限部と、を少なくとも備え、
   前記入反射光制限部は、前記画像表示シートの厚み方向に沿って入射する入射光を透過可能に配置したウレキサイトと、前記画像表示シートの厚み方向に沿って延びる光ファイバを束状に固定した束状光ファイバとの少なくとも一方を備えることを特徴とする構造色ディスプレイ。
2. 前記入反射光制限部は、前記構造色発現領域の面に対して８０°以上９０°以下の範囲内の角度で入射する前記入射光と、前記範囲内の角度で反射した前記反射光とを選択的に透過することを特徴とする請求項１に記載の構造色ディスプレイ。
3. 前記構造色発現領域を挟み前記入反射光制限部に対向する位置で、前記構造色発現領域における前記画像表示シートの厚みを調整するシート厚調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造色ディスプレイ。
4. 前記シート厚調整部は、前記画像表示シートに接触する電極、前記画像表示シートを加熱可能な加熱部、前記画像表示シートに光照射可能な光照射部のいずれかを含み、
   前記画像表示シートは、前記電極に印加された電圧又は電界に応じて体積が変化する電圧応答性高分子ゲル、前記加熱部からの熱に応じて体積が変化する熱応答性高分子ゲル、前記光照射部からの光に応じて体積が変化する光応答性高分子ゲルのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の構造色ディスプレイ。
5. 前記画像表示シートは、前記構造色を発現する構造色発現層が前記画像表示シートの厚み方向に沿って積層した多層構造体であり、
   前記構造色発現領域における前記構造色発現層の各層の厚みは、積層した前記構造色発現層のうちいずれか１層を基準層とした場合に、前記基準層の厚みの整数倍であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の構造色ディスプレイ。
6. 前記構造色発現層の各層は、全て同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の構造色ディスプレイ。
7. 前記入反射光制限部の前記画像の表示側を覆うように配置された、平面と前記平面の裏面側に位置する凸面とを有する平凸レンズをさらに備え、
   前記平凸レンズの前記平面は、前記入反射光制限部側を向いていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の構造色ディスプレイ。
8. 前記平凸レンズは、複数のマイクロレンズで構成されるマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項７に記載の構造色ディスプレイ。
9. 前記入反射光制限部は、前記画像表示シートの厚み方向に沿って延びる光ファイバを束状に固定した束状光ファイバを備えており、
   前記光ファイバの各開口端面上には、前記マイクロレンズが配置されており、
   前記マイクロレンズの直径は、前記光ファイバの開口端面の直径とそれぞれ同じであることを特徴とする請求項８に記載の構造色ディスプレイ。
10. 前記入反射光制限部の前記画像の表示側を覆うように配置された、前記入射光及び前記反射光を拡散させる光散乱シートをさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の構造色ディスプレイ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の構造色ディスプレイを備えたことを特徴とする画像表示物。

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