JPWO2009014214A1 - モアレが低減された三次元表示装置 - Google Patents

Abstract

モアレが低減され、かつ鮮明な三次元表示すること可能とする三次元表示素子を提供する。本発明の三次元表示素子は、２枚の透過型表示素子が対向する構造体を有する三次元表示装置であり、前記透過型表示素子の間に光を拡散するための拡散板を透過型表示素子と対向して有し、該拡散板の少なくとも片側表面に凹凸パターンが形成されており、該表面の十点平均の表面粗さが２．５〜５μｍで、該凹凸の平均間隔が４０〜５５μｍであり、かつ該表面の鏡面光沢度をＧ、該拡散板のヘーズ値をＨとしたときに、Ｇが３０〜４４％、Ｈが４５〜６０％であり、Ｇ／Ｈが０．５５〜０．８５である。

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等の透過型表示素子を用いて形成される三次元表示装置、特に、該表示装置のモアレを低減する技術に関する。

液晶ディスプレイ等の透過型表示素子を複数枚対向させることで、３次元立体像を表示させることができる。透過型表示素子を複数枚対向する構造体では、各表示素子の画素パターンの干渉が生じることによる干渉縞、即ち、モアレの発生が避けられない。モアレの発生を低減するために、例えば、特許文献１及び２は、透過型表示素子間に光の拡散層を配置する構造を開示している。

特表２００２−５０４７６４号公報 特開２００５−１７２９６９号公報

透過型表示素子間に光の拡散層を配置することで、観察者から見て奥側の表示素子の画素パターンをぼやかすことになるので、各表示素子の画素パターンの干渉を低下させることに効果を奏す。しかしながら、光を拡散させることで奥側の表示素子の解像度を低下させることにもなるので、逆に鮮明な三次元表示が難しいものとなる。本発明は、これを考慮し、モアレが低減され、かつ鮮明な三次元表示すること可能とする三次元表示素子を提供することを課題とする。

本発明は、三次元表示素子のモアレを低減させるために、光の拡散層に使用される材料を種々検討したところ、拡散板の表面が特定の凹凸パターンを有することで、モアレの低減と、観察者から見て奥側の表示素子の解像度の向上に効果を有するとの知見を得、本発明をなすに至った。

即ち、本発明の三次元表示素子は、２枚の透過型表示素子が対向する構造体を有する三次元表示装置であり、該構造体は、前記透過型表示素子の間に光を拡散するための拡散板を透過型表示素子と対向して有し、該拡散板の少なくとも片側表面に凹凸パターンが形成されており、該表面の十点平均の表面粗さが２．５〜５μｍ、好ましくは３〜４．７μｍで、該凹凸の平均間隔が４０〜５５μｍ、好ましくは４３〜５１μｍであり、かつ該表面の鏡面光沢度をＧ、該拡散板のヘーズ値をＨとしたときに、Ｇが３０〜４４％、好ましくは３３〜１％、Ｈが４５〜６０％、好ましくは４９〜５８％であり、Ｇ／Ｈが０．５５〜０．８５であることを特徴とする。

モアレを低減させる方法として、拡散板の鏡面光沢度を下げ、ヘーズ値を大きくすることは一つの設計指針となりうる。しかしながら、この設計だけだと、光を拡散させることに効果を奏すが、奥側の表示素子の解像度を低下させることになる。本発明では、これに対して、鏡面光沢度とグロス値との関係を、Ｇ／Ｈで０．５５〜０．８５、好ましくは０．５９〜０．８２とすることで、モアレの低減と奥側の表示素子の解像度を良好とせしめることになることを見出した。

０．５５未満、即ち、ヘーズ値に対して鏡面光沢度が低い場合、奥側の表示素子の解像度が下がるものとなる。他方、０．８５超、即ち、鏡面光沢度に対してヘーズ値が低い場合、拡散板を得ることが難しくなる。

拡散板の鏡面光沢度及びヘーズ値を前記したようなものとするためには、凹凸パターン表面を有する拡散板、該表面の十点平均の表面粗さを２．５〜５μｍ、好ましくは３〜４．７μｍとすることが好ましい。また、該凹凸の平均間隔が４０〜５５μｍ、好ましくは４３〜５１μｍとすることが好ましい。

表面粗さが２．５μｍ未満では、モアレ低減の効果が少なく、５μ超では、奥側表示素子の解像度が低下しやすい。また、平均間隔が４０μｍ未満では、奥側表示素子の解像度が低下しやすくなり、５５μｍ超では、モアレ低減効果が少なくなりやすい。

本発明の好適な形態として、前記した凹凸パターンが、椀状のくぼみを有して形成されていることが好ましい。椀状のくぼみは、くぼみの開口部平面の形状が円形であり、開口部の直径が２０〜５４μｍ、開口部から最大深さが１〜５．５μｍの形状を有するものが好適である。該くぼみを１００μｍ×１００μｍの領域毎に１５〜２５個有するものとすることが好ましい。該形状のくぼみをこれら数有することで、モアレの低減効果と奥側表示素子の解像度が向上しやすくなる。

更に、三次元表示素子のモアレ低減効果と、奥側表示素子の解像度向上の観点から、透過型表示素子間距離（ａ）、観察者側透過型表示素子と前記拡散板との距離（ｂ）としたとき、ｂ／ａが０．５〜０．９９、好ましく０．６〜０．９５、より好ましくは０．７〜０．９とすることが好ましい。

本発明の三次元表示素子は、像の立体表示を鮮明とすることに効果を奏す。

本発明の三次元表示装置１の要部を示す断面を図７に示す。拡散板２、透過型表示素子３、及びバックライト４は、対向して配置される。表示素子３間の距離は、８〜５０ｍｍ、好ましくは、１３〜３０ｍｍとすることが好ましい。表示素子３は、好ましくは液晶ディスプレイが使用され、バックライト４とともに市中から入手できる汎用のものを利用することで三次元表示素子１が形成されうる。

拡散板２は、透明な基材の表面をエッチングすることで、凹凸パターンを形成したもの、透明な基材上に凹凸パターンを形成することが可能な塗布液や低融点ガラス又は熱可塑性樹脂を用いるなどして形成してよい。例えば、本発明で必要とされる凹凸パターンとは、反対の凸凹パターンを有するオス型の金型を、基材上に形成された低融点ガラス又は熱可塑性樹脂よりなる薄膜に、該薄膜が軟化する温度条件で押し当てることで凹凸パターンが形成される。該金型は、例えば、コンピューター制御されたレーザーで金属板やプラスチック板をエッチングすることで形成されたものが使用される。
更に、本発明で規定された凹凸パターンの得やすさを考慮すると、ＨＦ溶液などを用いるエッチング液を使用して局所的にパターン状にエッチングする方法を採用することが好ましい。この際、ノングレアガラスの製造に使用されるフロストタイプのエッチング剤（市販品としてフロステック社製などがある）を使用してもよい。

前記基材には、ガラス製のもの、又はプラスチック製のものが使用されうる。三次元表示素子１は、バックライト４に起因して、拡散板２の温度が上昇することがある。この場合、プラスチック製のものの場合、拡散板２に反りが生じることがある。従って、三次元表示素子１の長期耐久性の観点から、前記基材は、ガラス製のものを用いることが好ましい。

拡散板自身の重量及び剛性の観点から、凹凸パターンを形成する前の基材の厚みは、０．４〜５ｍｍ、好ましくは１〜４ｍｍ、より好ましくは、１．５〜３．５ｍｍとすることが好ましい。

ガラス製の基板の基材の場合、ソーダライム珪酸塩ガラス、硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、バリウム硼珪酸ガラス、石英ガラス等の板状のガラス基板で特にはフロート法で製造されたガラス基板が好ましい。また、これらガラス基板としては、クリアガラス品、グリーン、ブロンズ等の着色ガラス品、ＵＶ、ＩＲカットガラス等の機能性ガラス品、強化ガラス、半強化ガラス、合せガラス等も使用されうる。

プラスチック製の基材の場合、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が使用されうる。

以下、本発明について、実施例及び比較例により更に詳細に説明する。

１．拡散板の準備
フロート法で得られた２ｍｍ厚のソーダライム珪酸塩ガラス板の片側面をサンドブラストにより粗面化し、その後、粗面化された面を１０体積％ＨＦ水溶液に５〜２４０分浸漬することで種々の凹凸パターンを有する拡散板を得た。

２．拡散板の表面観察
上記で得られた拡散板の表面形状を触針式表面走査計（ＳＵＲＦＣＯＲＤＥＲ ＥＴ４０００Ａ；小坂研究所製）を用いて１００μｍ×１００μｍの面内の形状を測定することで観察を行った。高さデータは１μｍ刻みで取得し、１００μｍ×１００μｍ面内で合計１００００ポイントの高さデータを取得した。実測した高さの数値データを２次元面に対してプロットし、表面形状を３次元的に描画した。該測定から得られた各試料の凹凸パターンから、各試料を実施例１乃至３、比較例１乃至３と仕分けした。図１は、実施例１、図２は実施例２、図３は実施例３、図４は比較例１、図５は比較例２、そして、図６は比較例３に対応している。

３．拡散板の表面の詳細な評価
３．１．１０点平均の表面粗さ（Ｒｚ）の測定
前記１の表面観察による１００μｍ×１００μｍ面内の合計１００００ポイントの高さデータから「ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１年）」に準拠して得られる算術平均の表面粗さＲｚ値を表面粗さ値とした。

３．２．凹凸の平均間隔（ＲＳｍ）の測定
前記１の表面観察による１００μｍ×１００μｍ面内の合計１００００ポイントの高さデータから「ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１年）」に準拠して得られる算術平均のＳｍ値を平均間隔値とした。

３．３．くぼみの観察
前記１の表面観察を実施して得られた面内の高さデータから、１００μｍ×１００μｍの領域をピックアップし、凸部の頂部を通るようにして、仮想的に円を描いて得られた円状面をくぼみの開口部とし、くぼみの開口部の直径、開口部平面からの深さを測定し、開口部の直径が２０〜５４μｍ、開口部平面から深さが１．０〜５．５μｍの範囲にあるくぼみの数を数えた。尚、該深さは、開口部平面と最深部との間の距離を計測して得られたものである。該くぼみの観察において、椀状のくぼみの図１１及び１２に図示されるようにして認識される。図１１は、図１中の領域ａ部の拡大図、図１２は、ｂ−ｂ’の断面形状の模式図を示している。表面凹凸パターン中で、凸部から図１１のように円形状体として認識できるものを開口部８とし、該開口部８より標高の低い部位を椀状のくぼみ９とした。くぼみの底部は図１２のように水平状となってもよいし、ｂ−ｂ’の断面において曲線状となっていてもよい。開口部の直径１０は、図１１のように最大長のなるところをとる。直径の最大長となるところでｂ−ｂ’の断面はとられ、この部分で図１２のように仮想線をとり、該仮想線から垂直方向に底部との距離を計測し、最大長となるところを開口部平面からの深さ１１とした。

３．４．６０°鏡面光沢度の測定
ＪＩＳ−Ｚ８７４１（１９９７年）に記載の方法に準拠して、日本電色製鏡面光沢度測定機（Σ８０ＣＯＬＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＶＧＳ）を用いて、ガラス
基板の裏面に黒色塗料を塗り裏面の反射防止処理を行った上で、試料の中心点の６０°鏡面光沢度（Ｇ）を測定した。

３．５．ヘーズ値（Ｈ）の測定
ＪＩＳ−Ｒ３２１２（１９９８年）に準拠して、日本電色製ＮＤＨ２０００を用いて測定した。そして、測定項目５及び６からＧ／Ｈを求めた。

４．拡散板の三次元表示装置への導入効果
４．１．三次元表示装置のモアレ低減効果の測定
図７に本発明の三次元表示装置の要部を示す断面図を示す。また、図８に本測定を模式的に説明する図面を示す。観察者５と三次元表示装置１の距離７を４ｍに設定する。該距離７は、本測定時の装置１と観察者５との最短距離となる。また、透過型表示素子３に、液晶ディスプレイを用い、素子３間の距離を１８ｍｍとし、拡散板２は、観察者側の表示素子３から１６ｍｍの位置に配置するものとした。この状態でモアレが観察されたものを評価「×」、装置１を距離７で結ばれる線に対して垂直方向に左右に１２ｍ／分の速度で動かしたときにモアレが観察されたものを評価「△」、該操作でもモアレが観察されなかったものを評価「○」とした。該評価は表１中でモアレの項目で記されている。

４．２．観察者から見て奥側の表示素子の解像度の評価
三次元表示素子を観察したときに奥側表示素子の表示解像にボケがなく、３次元画像が良好に観察されたもの評価「○」、奥側表示素子の表示画像のボケが生じ、３次元画像が不鮮明であったものを評価「×」とした。評価「○」、「×」となったものについて写真撮影したものを例として、図９（実施例３）、図１０（比較例１）に示す。該評価は表１中で解像度の項目で記されている。

５．実施例と比較例の評価結果
評価結果を表１に示す。実施例１乃至３の拡散板では、三次元表示素子にモアレが観察されず、しかも図９に示すように優れた解像度をもたらした。

本発明で得られた拡散板（実施例１）の表面を示す描画して得られた図である。該図では、２５０μｍ×２５０μｍの領域が表されている。 本発明で得られた拡散板（実施例２）の表面を描画して得られた図である。該図では、２５０μｍ×２５０μｍの領域が表されている。 本発明で得られた拡散板（実施例３）の表面を描画して得られた図である。該図では、２５０μｍ×２５０μｍの領域が表されている。 本発明で得られた拡散板（比較例１）の表面を描画して得られた図である。該図では、２５０μｍ×２５０μｍの領域が表されている。 本発明で得られた拡散板（比較例２）の表面を描画して得られた図である。該図では、２５０μｍ×２５０μｍの領域が表されている。 本発明で得られた拡散板（比較例３）の表面を描画して得られた図である。該図では、２５０μｍ×２５０μｍの領域が表されている。 本発明の三次元表示装置の要部を示す断面図である。 三次元表示装置のモアレ低減効果を測定する方法を模式的に説明する図である。 表示素子の解像度（実施例３）を示す写真である。 表示素子の解像度（比較例１）を示す写真である。 図１中の領域ａ部の拡大図である。 ｂ−ｂ’の断面形状の模式図を示す図である。

符号の説明

１ 三次元表示装置（要部）
２ 拡散板
３ 透過型表示素子
４ バックライト
５ 観察者
６ 三次元表示装置の移動方向
７ 観察者と三次元表示装置の測定時の最短距離
８ 椀状のくぼみにおける円形状の開口部
９ 椀状のくぼみ
１０ 開口部の直径
１１ 開口部平面からの深さ

Claims (7)

1. ２枚の透過型表示素子が対向する構造体を有する三次元表示装置であって、該構造体は、前記透過型表示素子の間に光を拡散するための拡散板を透過型表示素子と対向して有し、該拡散板の少なくとも片側表面に凹凸パターンが形成されており、該表面の十点平均の表面粗さが２．５〜５μｍで、該凹凸の平均間隔が４０〜５５μｍであり、かつ該表面の鏡面光沢度をＧ、該拡散板のヘーズ値をＨとしたときに、Ｇが３０〜４４％、Ｈが４５〜６０％であり、Ｇ／Ｈが０．５５〜０．８５であることを特徴とする三次元表示装置。
2. 前記凹凸パターンが、平坦な面に椀状のくぼみが形成されることにより形成されたものであり、該くぼみの開口部の直径が２０〜５４μｍ、該開口部の仮想平面からの深さが１〜５．５μｍの形状を有するくぼみを１００μｍ×１００μｍの領域毎に１５〜２５個有する請求項１に記載の三次元表示装置。
3. 透過型表示素子間距離（ａ）、観察者側透過型表示素子と前記拡散板との距離（ｂ）としたとき、ｂ／ａが０．５〜０．９９である請求項１又は請求項２に記載の三次元表示装置。
4. 複数枚の透過型表示素子が対向する構造体を有する三次元表示装置のモアレ低減方法であって、前記透過型表示素子の間に光を拡散するための拡散板を透過型表示素子と対向して配置し、該拡散板の少なくとも片側表面に凹凸パターンが形成され、該表面の十点平均の表面粗さが２．５〜５μｍで、該凹凸の平均間隔が４０〜５５μｍとし、かつ該表面の鏡面光沢度をＧ、該拡散板のヘーズ値をＨとしたときに、Ｇを３０〜４４％、Ｈを４５〜６０％とし、Ｇ／Ｈを０．５５〜０．８５である三次元表示装置のモアレ低減方法。
5. 透過型表示素子間距離（ａ）、観察者側透過型表示素子と前記拡散板との距離（ｂ）としたとき、ｂ／ａを０．５〜０．９９である請求項４に記載の三次元表示装置のモアレ低減方法。
6. 複数枚の透過型表示素子が対向する構造体を有する三次元表示装置のモアレを低減させるための拡散板であって、該拡散板の少なくとも片側表面に凹凸パターンが形成されており、該表面の十点平均の表面粗さが２．５〜５μｍで、該凹凸の平均間隔が４０〜５５μｍであり、かつ該表面の鏡面光沢度をＧ、該拡散板のヘーズ値をＨとしたときに、Ｇが３０〜４４％、Ｈが４５〜６０％であり、Ｇ／Ｈが０．５５〜０．８５である拡散板。
7. 前記凹凸パターンが、平坦な面に椀状のくぼみが形成されることにより形成されたものであり、該くぼみの開口部の直径が２０〜５４μｍ、該開口部の仮想平面から深さが１〜５．５μｍの形状を有するくぼみを１００μｍ×１００μｍの領域毎に１５〜２５個有する請求項６に記載の拡散板。