WO2024147337A1 - 光学素子、導光板 - Google Patents

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    • G09F19/12—Advertising or display means not otherwise provided for using special optical effects

Definitions

  • This disclosure relates to an optical element used to display a three-dimensional object, and a light guide plate having the optical element.
  • One embodiment of the present disclosure relates to the following [1] to [13].
  • An optical element used to display a three-dimensional display object A prism including a base surface and a plurality of lens surfaces inclined with respect to the base surface, The optical element has an uneven surface on the lens surface.
  • An optical element used to display a three-dimensional display object a prism including a base surface and a plurality of lens surfaces inclined relative to the base surface; a scattering layer overlying the prism.
  • An optical element used to display a three-dimensional display object A prism including a base surface and a plurality of lens surfaces inclined with respect to the base surface, the prism includes a plurality of polygonal sections; An optical element, wherein in a given polygonal region, the lens surfaces extend linearly in a first direction and are arranged in a second direction non-parallel to the first direction.
  • An optical element used to display a three-dimensional display object a prism including a base surface and a plurality of lens surfaces inclined relative to the base surface; a light modulating layer overlying the prism; An optical element, wherein the light modulating layer is non-uniform in color or transmittance.
  • a light guide plate comprising the optical element according to any one of [1] to [13].
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first example of an optical element according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a prism in the optical element.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second example of the optical element of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a third example of the optical element of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a fourth example of the optical element of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fifth example of the optical element of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a sixth example of the optical element of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first example of an optical element according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a prism in the optical element.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second
  • FIG. 8 is an enlarged view showing an example of a top view of an optical element.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the difference in appearance of a displayed object when the position from which the displayed object is observed is changed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a first example of a light guide plate including an optical element.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a second example of a light guide plate including an optical element.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a third example of a light guide plate including an optical element.
  • FIG. 13 shows an example of data of an object to be displayed using an optical element.
  • FIG. 14 shows an example of a display object that is assumed to be displayed using optical elements.
  • FIG. 15 shows an example of a display object that is assumed to be displayed using optical elements.
  • FIG. 16 shows an example of an object displayed using an optical element.
  • FIG. 17 is a diagram showing a modification of the optical element when viewed from above.
  • the terms “layer,” “sheet,” and “film” are not distinguished from one another solely on the basis of differences in name.
  • layer is a concept that includes members that may be called films or sheets.
  • the brightly observed part of the display object can be changed.
  • the display object can be observed more three-dimensionally.
  • the maximum dimension of the display object is, for example, 1 cm to 10 cm.
  • the optical element 20 displays a three-dimensional object near the prism 30 relative to the substrate 21 using light incident near the prism 30 relative to the substrate 21.
  • the optical element 20 has a scattering layer 25, a substrate 21, and a prism 30 in this order.
  • the optical element 20 refracts light by the prism 30, thereby displaying a three-dimensional display object according to the shape of the prism 30.
  • the scattering layer 25 may be separated from the substrate 21 or may be in contact with the substrate 21.
  • the substrate 21 and the prism 30 are transparent.
  • the scattering layer 25 may be omitted.
  • the substrate 21 or the prism 30 may contain scattering matter.
  • the scattering matter may be, for example, particles or fibers contained in the substrate 21 or the prism 30, or a crystal structure or a refractive index modulation structure in the substrate 21 or the prism 30.
  • dielectrics such as silica or titanium oxide or metals such as silver particles may be used.
  • the scattering matter diffuses light passing through the substrate 21 or the prism 30.
  • the scattering matter is distributed non-uniformly in the substrate 21 or the prism 30.
  • the non-uniform distribution of the scattering matter causes the light scattering properties of the substrate 21 or the prism 30 containing the scattering matter to be non-uniform.
  • the optical element 20 has a base material 21, a prism 30, a reflective layer 23, and a light modulation layer 27 in this order.
  • the optical element 20 can display a three-dimensional display object whose color and transparency may vary depending on the position by transmitting light reflected by the reflective layer 23 to the light modulation layer 27.
  • the light modulation layer 27 may be separated from the reflective layer 23 or may be in contact with the reflective layer 23.
  • the light modulation layer 27 modulates the light passing through it. For example, the color or transmittance of the light passing through the light modulation layer 27 changes.
  • the light modulation layer 27 absorbs a portion of the light for each wavelength in the visible light range, or for the entire visible light range. This allows the light modulation layer 27 to change the color or transmittance of the light passing through it.
  • the light modulation layer 27 may have a non-uniform color or transmittance. In other words, at least two locations in the light modulation layer 27 may have different colors or transmittances.
  • each portion of the display object displayed by the optical element 20 may be colored or made translucent. In the illustrated example, the color is different between the first position 27A and the second position 27B of the light modulation layer 27.

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Abstract

光学素子２０は、三次元状の表示物の表示に用いられる。光学素子２０は、プリズム３０を備える。プリズム３０は、底面３１と、底面３１に対して傾斜した複数のレンズ面３２と、を含む。レンズ面３２には、凹凸形状３５が設けられている。

Description

光学素子、導光板
　本開示は、三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子、および光学素子を有する導光板に関する。
　特許第４６１１７４７号公報に記載されているような、三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子が知られている。特許第４６１１７４７号公報に記載された光学素子は、複数のレンズ面を含んでいる。光源からの光がレンズ面で反射することで、三次元状の表示物を観察できる。
　特許第４６１１７４７号公報には、三次元状の表示物を単に表示するのみであり、表示物の意匠性を高める工夫については開示されていない。本開示は、光学素子によって表示される三次元状の表示物の意匠性を高めることを目的とする。
　本開示の一実施の形態は、以下の［１］乃至［１３］に関する。
［１］
　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムを備え、
　前記レンズ面には、凹凸形状が設けられている、光学素子。
［２］
　前記凹凸形状は、複数の前記レンズ面の間で非一様である、［１］に記載の光学素子。
［３］
　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムを備え、
　前記プリズムは、散乱物を含む、光学素子。
［４］
　前記散乱物は、非一様に分布している、［３］に記載の光学素子。
［５］
　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムと、
　前記プリズムに重ねられた散乱層と、を備える、光学素子。
［６］
　前記散乱層の光散乱性は、非一様である、［５］に記載の光学素子。
［７］
　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムを備え、
　前記プリズムは、複数の多角形区域を含み、
　ある前記多角形区域において、前記レンズ面は、第１方向に直線状に延び、且つ前記第１方向に非平行な第２方向に配列されている、光学素子。
［８］
　隣接する前記多角形区域において、前記レンズ面は、接続している、［７］に記載の光学素子。
［９］
　前記レンズ面の法線方向が隣接するいずれかの前記多角形区域の前記レンズ面と３．７°以上の角度をなす前記多角形区域における前記レンズ面の面積の総和は、前記プリズム全体の前記レンズ面の面積の総和の１０％以上である、［８］に記載の光学素子。
［１０］
　前記光学素子は、色または透過率が非一様である光変調層をさらに備える、［１］乃至［９］のいずれかに記載の光学素子。
［１１］
　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムと、
　前記プリズムに重ねられた光変調層と、を備え、
　前記光変調層は、色または透過率が非一様である、光学素子。
［１２］
　前記レンズ面を覆うように設けられた反射層または部分反射層をさらに備える、［１］乃至［１１］のいずれかに記載の光学素子。
［１３］
　前記レンズ面は、ある閉曲線に沿って配列されている、［１］乃至［１２］のいずれかに記載の光学素子。
［１４］
　［１］乃至［１３］のいずれかに記載の光学素子を含む、導光板。
　本開示によれば、光学素子によって表示される三次元状の表示物の意匠性を高めることができる。
図１は、本開示の光学素子の第１の例を示す断面図である。 図２は、光学素子におけるプリズムを拡大して示す断面図である。 図３は、本開示の光学素子の第２の例を示す断面図である。 図４は、本開示の光学素子の第３の例を示す断面図である。 図５は、本開示の光学素子の第４の例を示す断面図である。 図６は、本開示の光学素子の第５の例を示す断面図である。 図７は、本開示の光学素子の第６の例を示す断面図である。 図８は、光学素子の上面視の一例を拡大して示す図である。 図９は、表示物を観察する位置を変化させたときの表示物の見え方の違いを説明するための図である。 図１０は、光学素子を含む導光板の第１の例を示す断面図である。 図１１は、光学素子を含む導光板の第２の例を示す断面図である。 図１２は、光学素子を含む導光板の第３の例を示す断面図である。 図１３は、光学素子を用いて表示される表示物のデータの例である。 図１４は、光学素子を用いて表示されると想定される表示物の例である。 図１５は、光学素子を用いて表示されると想定される表示物の例である。 図１６は、光学素子を用いて表示された表示物の例である。 図１７は、光学素子の上面視の変形例を示す図である。
　以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。本件明細書に添付された図面における縮尺及び縦横の寸法比等は、図示と理解のしやすさのため、実物のそれらから変更され誇張されている。
　本明細書において、「層」、「シート」及び「フィルム」の用語は、呼称の違いのみに基づいて互いから区別されるものではない。例えば「層」という用語は、フィルム或いはシートと呼ばれ得るような部材も含む概念である。
　本明細書において用いられる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語ならびに長さや角度の値等は、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈される。
　図１乃至図１６は、本開示の一実施の形態を説明するための図である。図１、図３乃至図７はそれぞれ、本開示の光学素子２０の異なる例を示している。光学素子２０は、三次元状の表示物の表示に用いられる。光学素子２０は、入射した光に光学的な作用を及ぼす。光学的な作用とは、例えば反射や屈折である。光学素子２０に入射した光により、光学素子２０から離れた位置に、三次元状の表示物が表示される。表示物は、光学素子２０から例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下離れて表示される。表示物は、観察する角度を変化させても、立体的に観察される。光学素子２０に入射させる光を発する光源の位置を変化させることで、表示物の明るく観察される部分が変化し得る。表示物がより立体的に観察され得る。表示物の最大の寸法は、例えば１ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。
　以下、図１、図３乃至図７に示された光学素子２０の各例について説明する。各例で対応する部分に対しては同一の符号を用い、重複する説明を省略する。
＜光学素子の第１の例＞
　図１に示されている光学素子２０の第１の例について説明する。第１の例において、光学素子２０は、基材２１と、プリズム３０と、反射層２３と、散乱層２５と、をこの順で有している。光学素子２０は、反射層２３で光を反射させることで、プリズム３０の形状による三次元状の表示物を表示できる。散乱層２５は、反射層２３から離れていてもよいし、反射層２３に接していてもよい。
　第１の例において、光学素子２０は、基材２１に対するプリズム３０の近くから入射した光によって、基材２１に対するプリズム３０の近くに、三次元状の表示物を表示する。
　基材２１は、プリズム３０及び反射層２３を支持する。基材２１は、透明でもよいし、不透明でもよい。基材２１の厚みは、例えば１０μｍ以上１０ｍｍ以下である。基材２１は、例えばインサート成形、インモールド成形等の射出成形により成形されることで作製されてもよい。基材２１の材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリル・エチレン－プロピレン－ジエン・スチレン（ＡＥＳ）、アクリロニトリル・スチレン・アクリレート（ＡＳＡ）である。
　「透明」とは、可視光透過率が、４０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上であることを意味する。可視光透過率は、分光光度計（（株）島津製作所製「ＵＶ－３６００ｉ　Ｐｌｕｓ」、ＪＩＳＫ０１１５準拠品）を用いて測定波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲内で１ｎｍ毎に測定したときの、各波長における全光線透過率の平均値として特定される。可視光透過率の測定時における入射角は、特に透過方向が定められていない場合、０°とする。入射角は、入射面への法線方向に対して入射光の進行方向がなす角度であり、９０°未満の値となる。
　図示されている例に限らず、基材２１は、省略されていてもよい。例えば、基材２１は転写箔の基材として形成されており、光学素子２０を作成した後、基材２１とプリズム３０との間に設けられた図示しない剥離層によって、基材２１が剥離されてもよい。
　プリズム３０は、光学的な作用を及ぼす形状を形成する。プリズム３０は、透明でもよいし、不透明でもよい。プリズム３０は、底面３１と、複数のレンズ面３２と、複数のライズ面３３と、を含んでいる。レンズ面３２は、プリズム３０を構成する一部の面であり、プリズム３０において適切な光学的作用を達成するよう形成されている。図示されている例では、底面３１は、基材２１に接しており、プリズム３０の全体で同一の平面となっている。第１の例において、レンズ面３２は、曲面によって構成されている。各レンズ面３２は、表示する表示物の表面形状に対応した形状となっている。プリズム３０のレンズ面３２の全体が、表示する表示物の表面形状の全体に対応した形状となっている。レンズ面３２は、底面３１に対して傾斜している。ライズ面３３は、隣り合うレンズ面３２の間または底面３１とレンズ面３２との間を接続している。ライズ面３３は、底面３１に対して垂直に延びている。
　プリズム３０の高さ、言い換えるとライズ面３３が底面３１から延びる長さは、例えば２μｍ以上５μｍ以下である。平面視における各レンズ面３２の長さ、言い換えると底面３１に沿った各レンズ面３２の長さは、例えば、３μｍ以上２００μｍ以下である。プリズム３０の高さが十分に大きいので、レンズ面３２の間で回折した光は観察されにくい。表示物を明瞭に表示できる。
　図１に示されている例では、レンズ面３２は、曲面によって構成されている。これにより、レンズ面３２の形状にしたがった光学的な作用を受けた光によって表示される表示物を、実際の物に近い、丸みを帯びた形状で表示できる。
　プリズム３０の材料は、例えばアクリル、アクリロニトリル、ポリ塩化ビニル等のビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、電離放射線硬化樹脂である。
　反射層２３は、レンズ面３２に向かう光を反射する。反射層２３は、プリズム３０のレンズ面３２を覆うように設けられている。反射層２３は、プリズム３０の底面３１も覆うように設けられていてもよいし、ライズ面３３も覆うように設けられていてもよい。反射層２３は、レンズ面３２を覆う部分において、レンズ面３２と同様の表面形状を有している。反射層２３は、表示する表示物の表面形状に対応した形状となっている。反射層２３の厚みは、例えば０．０１μｍ以上２０μｍ以下である。反射層２３は、例えば金属膜による反射層、もしくはプリズム３０との屈折率差による反射層である。反射層２３の材料は、例えばアルミ等の金属、もしくはＺｎＳ等の誘電体である。反射層２３は、プリズム３０のレンズ面３２に金属や誘電体を蒸着させることで形成できる。
　散乱層２５は、透過する光を拡散する。図１に示されている例では、散乱層２５は、レンズ面３２が反射層２３に覆われたプリズム３０を覆うように設けられている。散乱層２５は、例えば、バインダー樹脂と、バインダー樹脂中に分散した光拡散粒子と、を含んでいる。バインダー樹脂は、ウレタン樹脂、アクリルポリオール樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂、アミド樹脂、ブチラール樹脂、スチレン樹脂、ウレタン－アクリル共重合体、塩化ビニル－酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル－酢酸ビニル－アクリル共重合体樹脂、塩素化プロピレン樹脂、ニトロセルロース樹脂、酢酸セルロース樹脂等の樹脂である。光拡散粒子は、例えば、酸化チタン等の白色顔料や、バインダー樹脂とは屈折率の異なる透明樹脂である。あるいは、散乱層２５は、表面に凹凸形状が形成された透明樹脂等からなる層であってもよい。
　散乱層２５の光散乱性は、非一様である。言い換えると、散乱層２５の少なくとも２箇所において、光散乱性が互いに異なっている。さらに言い換えると、散乱層２５の散乱性に分布がある。例えば、光学素子２０が表示する表示物に対応して、散乱層２５の光散乱性が変化している。具体的な一例として、表示物のうち観察者に対して手前に浮き出て観察される部分に対応する位置では散乱層２５の光散乱性を弱くし、観察者に対して奥まって観察される部分に対応する位置では散乱層２５の光散乱性を強くする。表示物が三次元状に観察されやすくなる。
　散乱層２５は、省略されていてもよい。散乱層２５に変えて、または散乱層２５に合わせて、図２に示すように、レンズ面３２には、凹凸形状３５が設けられていてもよい。凹凸形状３５の高さは、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下である。レンズ面３２に凹凸形状３５が設けられていることにより、反射層２３にも凹凸形状が設けられる。反射層２３に設けられた凹凸形状により、反射層２３は、光を散乱させながら反射する。レンズ面３２に設けられた凹凸形状３５は、複数のレンズ面３２の間で非一様であってもよい。言い換えると、少なくとも２つのレンズ面３２において、設けられた凹凸形状３５の形状が互いに異なっていてもよい。さらに言い換えると、凹凸形状３５による散乱性に分布がある。これにより、反射層２３に設けられた凹凸形状は、非一様になり、反射層２３で反射された光の光散乱性も非一様になる。
＜光学素子の第２の例＞
　図３に示されている光学素子２０の第２の例について説明する。第２の例において、光学素子２０は、第１の例と同様に、基材２１と、プリズム３０と、反射層２３と、散乱層２５と、をこの順で有している。
　第２の例において、プリズム３０のレンズ面３２の形状が、第１の例におけるものとは異なっている。第２の例において、プリズム３０のレンズ面３２は、単一の平面または平面の組み合わせによって構成されている。レンズ面３２を覆うように設けられた反射層２３も、単一の平面または平面の組み合わせによって構成されている。これにより、レンズ面３２の形状にしたがった光学的な作用を受けた光によって表示される表示物を、平面を貼り合わせたような、いわゆるポリゴン調の形状で表示しやすくなる。
＜光学素子の第３の例＞
　図４に示されている光学素子２０の第３の例について説明する。第３の例において、光学素子２０は、散乱層２５と、基材２１と、プリズム３０と、をこの順で有している。光学素子２０は、プリズム３０で光を屈折させることで、プリズム３０の形状による三次元状の表示物を表示する。散乱層２５は、基材２１から離れていてもよいし、基材２１に接していてもよい。基材２１及びプリズム３０は、透明である。
　第３の例において、光学素子２０は、プリズム３０より基材２１の近くから入射した光によって、基材２１よりプリズム３０の近くに、三次元状の表示物を表示する。
　第１の例と同様に、散乱層２５は、省略されていてもよい。第３の例において、散乱層２５に変えて、または散乱層２５と合わせて、あるいはレンズ面３２に凹凸形状が設けられることに合わせて、基材２１またはプリズム３０が散乱物を含んでいてもよい。散乱物は、例えば、基材２１またはプリズム３０に含有された粒子や繊維、基材２１またはプリズム３０における結晶構造や屈折率の変調構造でもよい。例えば、粒子の場合、具体的には、シリカや酸化チタンなどの誘電体や銀粒子などの金属でもよい。散乱物により、基材２１またはプリズム３０を透過する光が拡散する。基材２１またはプリズム３０において、散乱物は、非一様に分布している。散乱物が非一様に分布することで、散乱物を含む基材２１またはプリズム３０の光散乱性が非一様になる。
＜光学素子の第４の例＞
　図５に示されている光学素子２０の第４の例について説明する。第４の例において、光学素子２０は、基材２１と、プリズム３０と、反射層２３と、光変調層２７と、をこの順で有している。光学素子２０は、反射層２３で反射した光を光変調層２７に透過させることで、色や透明性が位置によって異なり得る三次元状の表示物を表示できる。光変調層２７は、反射層２３から離れていてもよいし、反射層２３に接していてもよい。
　光変調層２７は、透過する光を変調させる。例えば、光変調層２７を透過する光は、色や透過率が変化する。光変調層２７は、可視光域の波長ごとに、あるいは可視光域の全体の、光の一部を吸収する。これにより、光変調層２７は、透過する光の色または透過率を変化させることができる。光変調層２７は、色または透過率が非一様であってもよい。言い換えると、光変調層２７の少なくとも２箇所において、色または透過率が互いに異なっていてもよい。例えば、光学素子２０が表示する表示物の各部分を着色してもよいし、半透明にしてもよい。図示されている例では、光変調層２７の第１位置２７Ａと第２位置２７Ｂとの間で色が異なっている。
　光変調層２７において、色が非一様であるとは、色の明度、彩度、色相の少なくともいずれかが非一様であることを意味する。
　光変調層２７は、薄膜状の部材である。光変調層２７は、例えば紙にインクを印刷することで設けられる。印刷されるインクが各位置で異なる色となっていることで、光変調層２７は透過する光を変調させることができる。光変調層２７の厚みは、例えば５μｍ以上５０μｍ以下である。
＜光学素子の第５の例＞
　図６に示されている光学素子２０の第５の例について説明する。第５の例において、光学素子２０は、基材２１と、光変調層２７と、プリズム３０と、をこの順で有している。光学素子２０は、基材２１及び光変調層２７を透過した光をプリズム３０で屈折させることで、色や透明性が位置によって異なり得る三次元状の表示物を表示できる。基材２１及びプリズム３０は、透明である。
＜光学素子の第６の例＞
　図７に示されている光学素子２０の第６の例について説明する。第６の例において、光学素子２０は、光変調層２７と、基材２１と、プリズム３０と、をこの順で有している。光学素子２０は、光変調層２７及び基材２１を透過した光をプリズム３０で屈折させることで、色や透明性が位置によって異なり得る三次元状の表示物を表示できる。基材２１及びプリズム３０は、透明である。
　第１から第６の例の光学素子２０について説明したが、各例の構成を適宜に組み合わせることも可能である。例えば、光学素子２０は、基材２１と、プリズム３０と、反射層２３と、散乱層２５と、光変調層２７と、を有していてもよい。
　図８は、光学素子２０の上面視の一例を拡大して示している。図８に示された光学素子２０は、第１から第６の例の光学素子２０のいずれでもあり得る。図８には、光学素子２０におけるプリズム３０が示されている。プリズム３０に含まれる複数のレンズ面３２が、底面３１からの高さに応じて濃淡で示されている。図８では、レンズ面３２の紙面に対して手前に存在している部分を淡色で、紙面に対して奥に存在している部分を濃色で示している。最も濃色の部分と最も淡色の部分との境界には、紙面の方向に延びるライズ面３３が存在する。
　図８に示されているように、プリズム３０は、複数の多角形区域３７を含んでいる。多角形区域３７は、レンズ面３２を部分的に含んでいる。ある多角形区域３７において、レンズ面３２は、第１方向ｄ１に直線状に延び、且つ第２方向ｄ２に配列されている。第２方向ｄ２は、第１方向ｄ１とは非平行であり、第１方向ｄ１に直交していてもよい。レンズ面３２は、第２方向ｄ２に等間隔に配列していてもよい。ある多角形区域３７と隣接する別の多角形区域３７において、レンズ面３２は、第３方向ｄ３に直線状に延び、且つ第４方向ｄ４に配列されている。第３方向ｄ３は、第１方向ｄ１とは異なる方向である。第４方向ｄ４は、第３方向ｄ３とは非平行であり、第３方向ｄ３に直交していてもよい。別の見方をすると、レンズ面３２が延びる方向によって、多角形区域３７が決定される。同一の方向に延びるように配列されたレンズ面３２の集まりが、１つの多角形区域３７を画定する。隣接する多角形区域３７において、レンズ面３２が延びる方向が異なっている。隣接する多角形区域３７において、レンズ面３２は、接続している。言い換えると、複数の多角形区域３７に亘って、レンズ面３２は、折れ曲がりながら連続して延びている。レンズ面３２の折れ曲がった部分によって、多角形区域３７の境界が定められる。
　各多角形区域３７の形状は、三角形、四角形、五角形等、任意である。特に三角形は複数個の間を矛盾なく接続できること、およびＣＡＤのデータとして広く用いられていることから望ましい。各多角形区域３７の形状は、互いに異なっていてもよい。１つの多角形区域３７の面積は、例えば１０μｍ２以上２５００００００μｍ２以下である。１つの多角形区域３７に含まれるレンズ面３２の数は、例えば３個以上１００個以下である。
　各多角形区域３７において、複数のレンズ面３２は、同一の方向に延びる。レンズ面３２に沿って光が光学的な作用を受けることで、表示物が表示される。各多角形区域３７に対応して、表示物の表面が多角形形状に表示される。各多角形区域３７が、表示される三次元の表示物のポリゴンをなす。
　表示物を観察する位置を変化させたときに見え方の変化が明確に視認されると、表示物がより立体的に観察され得る。図９は、表示物を観察する位置を変化させたときの表示物の見え方の違いを説明するための図である。図９に示されているように、表示物は、光学素子２０から明視距離Ｌ［ｍｍ］程度離れた位置から観察されることが想定されている。表示物を観察する位置を変化させる場合、観察する位置を瞳孔間距離Ｄ［ｍｍ］程度変化させることが想定されている。観察する位置を変化させたときに強く光を発するように観察されるポリゴンが変化すると、見え方の変化が明確に視認される。以上のことから、明視距離Ｌ［ｍｍ］程度離れた位置からの観察において、瞳孔間距離Ｄ［ｍｍ］程度観察する位置を変化させると、強く光を発するように観察されるポリゴンが変化する場合、見え方の変化が明確に視認される。第１位置ＰＡにおいて強く光を発するように観察されるポリゴンをなす第１多角形区域３７Ａのレンズ面３２の法線方向ｎｄＡと、第２位置ＰＢにおいて強く光を発するように観察されるポリゴンをなす第２多角形区域３７Ｂのレンズ面３２の法線方向ｎｄＢと、がなす角度をθ［ｒａｄ］とする。この場合、上述した条件は、以下の関係（ｉ）のように定式化される。
　　　　　　　２×θ×Ｌ≧Ｄ／２　・・・（ｉ）
　一般に、明視距離Ｌは、２５０ｍｍであり、瞳孔間距離Ｄは、６５ｍｍである。関係（ｉ）から、θの範囲は以下の関係（ｉｉ）のようになる。
　　　　　　　θ≧０．０６５ｒａｄ≒３．７°　・・・（ｉｉ）
　関係（ｉｉ）を満たす多角形区域３７の割合が多いほど、表示物を観察する位置を変化させたときに見え方の変化が大きくなり、表示物がより立体的に観察される。具体的には、関係（ｉｉ）を満たす多角形区域３７におけるレンズ面３２の面積の総和が、プリズム３０全体の面積、言い換えるとレンズ面３２の面積の総和の１０％以上、好ましくは２０％以上であると、表示物がより立体的に観察される。
　図８に示されている例に限らず、プリズム３０は、多角形区域３７を含まなくてもよい。レンズ面３２は、上面視において曲線状に延びていてもよい。
　上述した光学素子２０は、導光板１０に含まれていてもよい。図１０乃至図１２には、光学素子２０を含む導光板１０の例が示されている。導光板１０は、全体的に、一対の主面を有する相対的に厚み方向の辺が他の辺よりも小さい直方体状の部材として構成されており、一対の主面間に画成される側面は四つの面を含んでいる。導光板１０の厚さ、言い換えると導光板１０の一対の主面間の長さは、例えば１００μｍ以上５ｃｍ以下である。
　導光板１０は、一方の主面によって構成された上述した出光面１１と、出光面１１に対向するもう一方の主面からなる裏面１２と、出光面１１および裏面１２の間を延びる側面と、を有している。一方の側面が入光面１３をなしている。入光面１３に対面して光源５が設けられている。入光面１３から導光板１０内に入射した光は、入光面１３に対向する反対面１４に向けて、導光板１０内を進む。
＜導光板の第１の例＞
　図１０に示された導光板１０の第１の例では、光学素子２０は、導光板１０の内部に配置されている。第１の例において、光源５からの光は、導光板１０の出光面１１及び裏面１２で反射されながら、導光板１０の内部を進む。光は、光学素子２０のプリズム３０に入射すると、プリズム３０のレンズ面３２の形状に沿って光学的な作用を受ける。これにより、光は、出光面１１に全反射臨界角度未満で入射して、出光面１１から出射する。出射した光は、レンズ面３２の形状により、三次元状の表示物を表示する。
＜導光板の第２の例＞
　図１１に示された導光板１０の第２の例では、光学素子２０のプリズム３０は、導光板１０と一体化している。光学素子２０において、基材２１は省略されている。プリズム３０のレンズ面３２は、導光板１０の裏面１２と一体化している。図示された例に限らず、レンズ面３２は、導光板１０の出光面１１と一体化していてもよい。第２の例において、光源５からの光は、導光板１０の出光面１１及び裏面１２で反射されながら、導光板１０の内部を進む。光は、導光板１０の表面のレンズ面３２に入射すると、プリズム３０のレンズ面３２の形状に沿って光学的な作用を受ける。これにより、光は、出光面１１に全反射臨界角度未満で入射して、出光面１１から出射する。出射した光は、レンズ面３２の形状により、三次元状の表示物を表示する。
＜導光板の第３の例＞
　図１２に示された導光板１０の第３の例では、光学素子２０のプリズム３０は、導光板１０と一体化している。図１２には、第１導光板１０Ａ、第２導光板１０Ｂ及び第３導光板１０Ｃの３つの導光板１０が示されている。第１導光板１０Ａの入光面に対面して、第１光源５Ａが配置されている。第２導光板１０Ｂの入光面に対面して、第２光源５Ｂが配置されている。第３導光板１０Ｃの入光面に対面して、第３光源５Ｃが配置されている。第１光源５Ａ、第２光源５Ｂ及び第３光源５Ｃが発する光は、それぞれ異なる色であってもよい。例えば、第１光源５Ａは赤色の光を発し、第２光源５Ｂは緑色の光を発し、第３光源５Ｃは青色の光を発する。各導光板は、第２の例の導光板と同様の構成を有している。第２の例と同様に、第１光源５Ａからの光は、第１導光板１０Ａの出光面及び裏面で反射されながら第１導光板１０Ａの内部を進み、第１プリズム３０Ａの第１レンズ面３２Ａの形状に沿って光学的な作用を受ける。第２光源５Ｂからの光は、第２導光板１０Ｂの出光面及び裏面で反射されながら第２導光板１０Ｂの内部を進み、第２プリズム３０Ｂの第２レンズ面３２Ｂの形状に沿って光学的な作用を受ける。第３光源５Ｃからの光は、第３導光板１０Ｃの出光面及び裏面で反射されながら第３導光板１０Ｃの内部を進み、第３プリズム３０Ｃの第３レンズ面３２Ｃの形状に沿って光学的な作用を受ける。プリズムのレンズ面の形状に沿って光学的な作用を受けた光は、出光面に全反射臨界角度未満で入射して、出光面から出射する。出射した光は、レンズ面の形状により、三次元状の表示物を表示する。第１導光板１０Ａ、第２導光板１０Ｂ及び第３導光板１０Ｃの平面視において、レンズ面が設けられた位置は互いに重なっておらず、ずれている。各導光板１０からの光は他の導光板によって光学的な作用を受けにくい。これにより、複数の色の光によって三次元状の表示物を表示できる。あるいは、第１導光板１０Ａ、第２導光板１０Ｂ及び第３導光板１０Ｃの平面視において、レンズ面が設けられた位置の一部は、互いに重なっていてもよい。これにより、複数の色が混色した光によって三次元状の表示物を表示できる。例えば、フルカラーの三次元状の表示物を表示できる。
　光学素子２０の製造方法の一例について説明する。
　光学素子２０を用いて表示される表示物のデータを用意する。図１３には、表示物のデータの例として、ポットの形状のデータが示されている。表示物のデータは、立体的である。言い換えると、表示物のデータは、平面的な情報だけでなく、高さの情報も含んでいる。表示物のデータは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）によって作成される。
　表示物のデータから、作成するレンズ面の形状のデータを作成する。レンズ面に急斜面が形成されることを抑制するため、表示物のデータの高さの情報を圧縮する。これにより、レンズ面を容易に形成できる。表示物のデータの高さ情報は、例えば１／３になる。表示物のデータを一定の高さごとに区切って、帯状データを形成する。帯状データの高さ情報は、例えば２μｍ以上５μｍ以下である。表示物が三次元状に表示される部分、言い換えると帯状データの高さの情報を含んでいる部分において、帯状データの高さの情報に凹凸形状の情報が加算される。凹凸形状の情報は、例えば高さが０．１μｍ以上２μｍ以下である。凹凸形状の情報が加算された帯状データの情報を、階調化する。具体的には、凹凸形状の情報が加算された帯状データの情報のうち、高さの情報が最も低いものを０とし、高さの情報が最も高いものを２５５とする。高さの情報が最も低いものと最も高いものとの間を２５５分割し、高さの情報が最も低いものと最も高いものとの間の数値を決定する。これらの数値により、帯状データが階調化される。
　階調化された帯状データに基づいて、ガラス基板上にプリズムの原版を作製する。ガラス基板上に、レジストを塗布する。レジストにレーザーを照射して露光する。照射するレーザーの強度は、階調化された帯状データに基づいて変化させる。例えば、階調化された帯状データの数値が高いものほど、露光する強度を強くする。これにより、階調化された帯状データに基づいた形状のプリズムの第一原版が作製される。プリズムの第一原版の形状は、表示物のデータに基づいている。プリズムの第一原版に、例えばニッケルのメッキを施した後に剥離することにより第二原版を作製する。
　基材上に設けられた紫外線硬化樹脂に、プリズムの第二原版の形状を複製する。例えば、基材上に設けられた硬化前の紫外線硬化樹脂に、プリズムの第二原版を押し当てる。紫外線硬化樹脂が、プリズムの第二原版の形状を反映した形状となる。紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させる。硬化した紫外線硬化樹脂が、プリズムとなる。プリズムの原版の形状によって、レンズ面とライズ面とが形成される。基材上にプリズムが作製される。
　レンズ面を覆うように、金属を蒸着させる。蒸着させる金属は、例えばアルミである。蒸着させる金属の厚みは、例えば０．０１μｍ以上２０μｍ以下である。蒸着させた金属により、反射層が形成される。
　以上の工程で、光学素子２０の第１の例を製造できる。
　基材上にプリズムを作製した後、表示物のデータに基づいて紙にインクを印刷することで作製された光変調層を、レンズ面に合わせて配置してもよい。これにより、光学素子２０の第４の例乃至第６の例を製造できる。
　図１４は、従来の光学素子を用いて表示されると想定される表示物の例のシミュレーションである。図１４に示されている表示物を表示する光学素子において、基材及びプリズムは散乱物を含んでおらず、レンズ面に凹凸形状は設けられておらず、当該光学素子は散乱層を有していない。光学素子の正面方向に対して１５°をなす方向から光を照射している。
　光学素子に照射された光がレンズ面で光学的な作用を受けることで、三次元状の表示物を表示することはできる。表示物は、正面方向、言い換えると光学素子の法線方向から観察される。図１４に示されている例の表示物を表示する光学素子では、光学素子に照射された光は、十分には散乱しない。表示物の意匠性が低くなっている。
　図１５は、本実施の形態の光学素子２０を用いて表示されると想定される表示物の例のシミュレーションである。図１５に示されている表示物を表示する本実施の形態の光学素子２０において、基材２１及びプリズム３０は散乱物を含んでいる、及び／又は、レンズ面３２には凹凸形状が設けられている、及び／又は、当該光学素子２０は散乱層２５を有している。図１４に示した例と同様に、正面方向に対して１５°をなす方向から光を照射している。
　光学素子２０に照射された光がレンズ面３２で光学的な作用を受けることで、三次元状の表示物が表示される。表示物は、正面方向、言い換えると光学素子２０の法線方向から観察される。光学素子２０が散乱する要素を含んでいることで、光学素子２０に照射された光は、十分に散乱する。図１４と図１５との比較から理解されるように、光学素子２０で光を散乱させることで、光学素子２０を用いて表示される三次元状の表示物の意匠性を高めることができる。光が十分に散乱していることで、異なる角度からでも表示物が観察されやすくなる。
　図１６は、本実施の形態の光学素子２０を用いて実際に観察された三次元状の表示物の一例である。図１６に示された表示物は、光学素子２０に対して、特定方向の光源でなく、室内照明による光を照射することで表示されている。図１６に示されているように、本実施の形態の光学素子２０を用いることで、意匠性の高い三次元状の表示物を表示できる。
　レンズ面３２に凹凸形状３５が設けられている場合、凹凸形状３５は、複数のレンズ面３２の間で非一様である。光学素子２０を用いて表示される表示物に合わせて、凹凸形状３５による光散乱性を変化させることができる。これにより、表示物の意匠性をより高めることができる。
　基材２１またはプリズム３０が散乱物を含む場合、散乱物は、基材２１またはプリズム３０において、非一様に分布している。光学素子２０を用いて表示される表示物に合わせて、散乱物による光散乱性を変化させることができる。これにより、表示物の意匠性をより高めることができる。
　光学素子２０が散乱層２５を有する場合、散乱層２５の散乱性は、非一様である。光学素子２０を用いて表示される表示物に合わせて、散乱層２５による光散乱性を変化させることができる。これにより、表示物の意匠性をより高めることができる。
　プリズム３０は、多角形区域３７を含んでいる。多角形区域３７に対応して、表示物の表面が多角形形状に表示される。表示物がポリゴン状に表示される。これにより、表示物の意匠性をより高めることができる。かつ、単純な算法でプリズム３０のレンズ面３２の形状を計算できるので、レンズ面３２の形状のデータを作成する工程が容易になる。光学素子２０の製造コストを低減できる。
　隣接する多角形区域３７において、レンズ面３２は、接続している。隣接する多角形区域３７のレンズ面３２の間に段差がないので不要な回折が発生せず、表示物を明瞭に観察できる。表示物の意匠性の低下を抑制できる。
　レンズ面３２の法線方向が隣接するいずれかの多角形区域３７のレンズ面３２の法線方向と３．７°以上の角度をなす多角形区域３７におけるレンズ面３２の面積の総和は、プリズム３０全体のレンズ面３２の面積の総和の１０％以上である。法線方向が隣接するいずれかの多角形区域３７の法線方向と３．７°以上の角度をなす多角形区域３７は、観察する位置を変化させたときに見え方の変化が明確になる表示物の部分に対応する。そのような多角形区域３７が十分に多いことで、表示物を観察する位置を変化させたときに見え方の変化が明確になり、表示物をより立体的に観察させることができる。表示物の意匠性をより高めることができる。
　光学素子２０は、色または透過率が非一様である光変調層２７を有する。光学素子２０を用いて表示される表示物に合わせて、光変調層２７による色や透過率を変化させることができる。これにより、表示物の意匠性をより高めることができる。
　光学素子２０は、レンズ面３２を覆うように設けられた反射層２３を有する。反射層２３で光を反射させることで、光学素子２０に光が入射する方向と同じ方向に表示物を表示できる。
　本実施の形態の光学素子２０は、三次元状の表示物の表示に用いられる。光学素子２０は、底面３１と、底面３１に対して傾斜した複数のレンズ面３２と、を含むプリズム３０を備える。レンズ面３２には、凹凸形状３５が設けられている。あるいは、プリズム３０は、散乱物を含む。あるいは、プリズム３０に重ねられた散乱層２５をさらに備える。あるいは、色または透過率が非一様である光変調層２７をさらに備える。本実施の形態の光学素子２０によれば、光を散乱させること、または色や透過率を位置によって調整することで、表示される表示物の意匠性を高めることができる。
　上述した実施の形態に対して、様々な変更を加えることが可能である。
　例えば、上述した実施の形態において、反射層２３を部分反射層に変更してもよい。部分反射層は、入射した光の一部を反射し、他の一部を透過する。部分反射層の反射率は、例えば１０％以上９０％以下であり、好ましくは３０％以上７０％以下であり、部分反射層の透過率は、例えば１０％以上９０％以下であり、好ましくは３０％以上７０％以下である。部分反射層は、例えば、レンズ面３２に蒸着させる金属の膜厚を薄くすることで作製できる。部分反射層により、表示物を表示しながら、表示物に光を透過させることができる。表示物が例えばガラスのような透明な材料からなるように観察される。表示される表示物の意匠性を高めることができる。
　上述した実施の形態において、プリズム３０のレンズ面３２は、上面視からの観察において、図１７に示したように、ある閉曲線に沿って配列されていてもよい。このようなレンズ面３２を有する光学素子２０によれば、上り又は下りがループする、いわゆる無限階段のような表示物を表示できる。光学素子２０により、意匠性の高い表示物を表示できる。
　５　　光源
１０　　導光板
２０　　光学素子
２１　　基材
２３　　反射層
２５　　散乱層
２７　　光変調層
３０　　プリズム
３１　　底面
３２　　レンズ面
３３　　ライズ面
３５　　凹凸形状
３７　　多角形区域

Claims (14)

  1. 　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
    　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムを備え、
    　前記レンズ面には、凹凸形状が設けられている、光学素子。
  2. 　前記凹凸形状は、複数の前記レンズ面の間で非一様である、請求項１に記載の光学素子。
  3. 　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
    　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムを備え、
    　前記プリズムは、散乱物を含む、光学素子。
  4. 　前記散乱物は、非一様に分布している、請求項３に記載の光学素子。
  5. 　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
    　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムと、
    　前記プリズムに重ねられた散乱層と、を備える、光学素子。
  6. 　前記散乱層の光散乱性は、非一様である、請求項５に記載の光学素子。
  7. 　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
    　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムを備え、
    　前記プリズムは、複数の多角形区域を含み、
    　ある前記多角形区域において、前記レンズ面は、第１方向に直線状に延び、且つ前記第１方向に非平行な第２方向に配列されている、光学素子。
  8. 　隣接する前記多角形区域において、前記レンズ面は、接続している、請求項７に記載の光学素子。
  9. 　前記レンズ面の法線方向が隣接するいずれかの前記多角形区域の前記レンズ面の法線方向と３．７°以上の角度をなす前記多角形区域における前記レンズ面の面積の総和は、前記プリズム全体の前記レンズ面の面積の総和の１０％以上である、請求項８に記載の光学素子。
  10. 　前記光学素子は、色または透過率が非一様である光変調層をさらに備える、請求項１，３，５または７に記載の光学素子。
  11. 　三次元状の表示物の表示に用いられる光学素子であって、
    　底面と、前記底面に対して傾斜した複数のレンズ面と、を含むプリズムと、
    　前記プリズムに重ねられた光変調層と、を備え、
    　前記光変調層は、色または透過率が非一様である、光学素子。
  12. 　前記レンズ面を覆うように設けられた反射層または部分反射層をさらに備える、請求項１，５，７または１１に記載の光学素子。
  13. 　前記レンズ面は、ある閉曲線に沿って配列されている、請求項１，３，５，７または１１に記載の光学素子。
  14. 　請求項１，３，５，７または１１に記載の光学素子を含む、導光板。
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