JP2013167796A - 表示体 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者が擬似的な立体感を得られるような新たな意匠性を持ち、かつ偽造防止効果の高い表示体を提供する。
【解決手段】多面体の面をそれぞれ表示する単位画素群が複数の単位画素からなる表示体であって、単位画素が複数の光反射面４を有している。そして、単位画素群により表示された面を観察する観察者に対して光の射出方向が多面体の面ごとに異なるように光反射面４が単位画素を単位として一様な方向に傾斜して微小凹凸５を形成している。
【選択図】図３

Description

本発明は、表示体に関する。

キャッシュカード、クレジットカード及びパスポートなどの認証物品並びに商品券及び株券などの有価証券には、偽造が困難であることが望まれる。そのため、従来から、そのような物品には、その偽造を抑止すべく、偽造又は模造が困難であると共に、偽造品や模造品との区別が容易なラベルが貼り付けられている。
ホログラムは優れた意匠性を持ち、カラー複写機においても複製できない偽造・変造の困難性から数多く利用されてきた。しかし、近年ではホログラムにも巧妙な偽造品が出現し、一見すると真偽の判定が困難な事例も見られるようになってきた。

偽造防止の困難さや意匠性を向上させる為の方法のひとつとして、ブレーズド格子を応用した潜像入り回折格子表示体などが提案されている（特許文献１）。
また、特許文献２に示されるような、回折構造(ブレーズド)を用いた表示体も提案されている。

特許第４１７９５３４号 特開２０１１−１２３２６６号公報

従来の回折格子やブレーズド格子を用いた表示体では、潜像を観察可能な角度が限定的であるため、真偽判定が必ずしも容易ではないことや、表示体を１８０°大きく回転させなくては、真偽判定ができず、煩雑さが伴う。また、潜像を入れることで必ずしも意匠性が上がっているとは言い難い表示体が多かった。
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、観察者が擬似的な立体感を得られるような新たな意匠性を持った表示体を提供することにある。また、複製が困難で偽造防止効果の高い表示体を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、複数の面を有する多面体が単位画素の集合体である複数の単位画素群により表示される表示体であって、前記単位画素が複数の光反射面を有し、前記多面体を観察する観察者に対して光の射出方向が前記多面体の面ごとに異なるように前記光反射面が前記単位画素を単位として一様な方向に傾斜して微小凹凸を形成していることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の表示体において、前記微小凹凸の種類が少なくとも２種類以上であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の表示体において、前記微小凹凸の断面が鋸歯形状であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示体において、前記微小凹凸の深さ又は高さが一定であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示体において、前記微小凹凸の繰り返しピッチが一定であることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示体において、前記微小凹凸の繰り返しピッチが１０μｍ以上であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の表示体において、前記微小凹凸が平面視で直線状の格子構造であることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の表示体において、前記単位画素の縦方向寸法と横方向寸法が３００μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、微小凹凸で反射した光が多面体の面ごとに異なるように単位画素から射出することになるので、多面体を立体的に表示することができ、これにより、多面体を観察する観察者に対して擬似的な立体感を与えることができる。

本発明の一実施形態に係る表示体を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る表示体の単位画素群を構成する単位画素の例を示す平面図である。 図２のＸ−Ｘ'断面を示す図である。 本発明に係る表示体に表示された多面体の観察例を示す図である。 図３の微細凹凸を形成する斜面の向きと光源との位置的関係を示す図である。 光源から微細凹凸に入射する光の入射角度と回折光の射出角度との関係を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る表示体を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
図１は本発明の一実施形態に係る表示体を示す平面図であり、本実施形態では、例えば６面体を形成する６つの面のうち３つの面２Ａ，２Ｂ，２Ｃが表示体１によって表示された場合を示している。

面２Ａ，２Ｂ，２Ｃを表示する部分は、それぞれ複数の単位画素３からなる単位画素群で構成されている。つまり、図１に示される面２Ａ，２Ｂ，２Ｃは表示体１の単位画素群と同義である。
表示体１の単位画素群は、図１に示すように、外形形状が矩形形状の単位画素３から構成されても良いし、外形形状が図７に示すような単位画素３から構成されても良い。
表示したい多面体の形状と表現したい面２に合わせて単位画素３の形状を区切り易いように決定すれば良く、単位画素３の形状によって、後述する本発明の効果の有効性が失われることはまったく無い。

単位画素３の３つの例を図２に示すと共に、単位画素３の断面を図３に示す。図２に示されるように、単位画素３は一様な方向に傾斜した複数の斜面（光反射面）４を有し、これらの斜面４は図３に示すような微小凹凸５を形成している。
微小凹凸５は鋸歯状の断面形状をしており、入射してきた光を強く一方向に射出する機能を持っている。以下に、具体的な効果を述べる。
単位画素３は、上方向および下方向からの入射光Ｉに対して、それぞれ図３(Ａ)および図３(Ｂ)のように振る舞う。すなわち、上方向からの入射光Ｉに対しては、図３(Ａ)に示すように、正面方向に光を射出する。一方、下方向からの入射光Ｉに対しては、図３(Ｂ)に示すように、正反射角度の方向へ光を射出させている。

例えば、表示体１に表示されている面２Ａ〜２Ｃを図４に示す位置関係で観察者２０が観察した場合を考える。面２Ａが図３に示すような断面形状の微小凹凸５によって表示される場合、観察者２０は微小凹凸５から射出する光を観察することが可能となり、面２Ａを明るい面として視認することが可能となる。
本発明においては、表示したいそれぞれの面２に対応させて、微小凹凸５の斜面（光反射面）４の方向を決定している。図１に示す表示体１では、面２Ａを表示する部分の微小凹凸５の斜面４が正面方向を向くように傾斜しており、面２Ｂを表示する部分の微小凹凸５の斜面４が上方向を向くように傾斜し、面２Ｃを表示する部分の微小凹凸５の斜面４が右方向を向くように傾斜している。

表示体１の各単位画素群により表示される面の形状に対応させて斜面４の向きを決定することで、面２Ａ，２Ｂ，２Ｃに対応した微小凹凸５から射出する光の方向を制御でき、観察者２０に対して面ごとに明るさの異なる光を射出することが可能となる。
光の入射方向、表示体１の向き、観察者２０の方向が相対的に変化した際に、多面形状が立体として存在する時と同様の反射光変化が起きる。その為、表示体１により多面形状に陰影がついたような印象を観察者２０に与えることができ、擬似的な立体感を得ることが可能となる。

上記の様な機能を実現するための微小凹凸５として、図３に示したような断面構造、すなわち微小凹凸５の断面が鋸歯状の格子がある（図３に示すような断面の格子を鋸歯格子と呼ぶ）。鋸歯格子を用いれば、単位画素毎の回折光強度を変化させることで、単位画素３から射出される光強度を変調することができるので、面内で光の明暗を作ることができ、より意匠性の高い表示体を提供できるようになる。

鋸歯格子の射出光強度を変化させる方法としては、鋸歯格子の高さＤ（図３参照）を変えることにより容易に実現できる。高さ(または深さ)Ｄとは、微小凹凸５のひとつの凸部から凹部までの距離である。
高さＤが一定であれば、微小凹凸５を作製し易く、また高さＤの精度も高くすることが容易になる利点がある。また、鋸歯格子の高さＤを一定にすることで、単位画素群から射出される光にムラが無くなり、ノイズの少ない高品位な表示が可能となる。

また、図２に示す微小凹凸５として、断面が図３に示すような鋸歯状の格子などを用いた場合、凸部と凸部または凹部と凹部の繰り返しピッチＰが一定であれば、一方向に光を強く射出する機能の精度が向上する。また、ピッチＰが一定であれば、微小凹凸５を形成する際に、ピッチが揃った精度の高い構造を作製し易くなる利点もある。
繰り返しピッチＰが１０μｍ以上であれば、周期的な構造を用いた際に想定される回折光の影響を受けにくくなり、白色を呈するような見やすい表示とすることが可能となる。以下に、その理由を述べる。

繰り返しピッチＰが一定の微小凹凸５に入射する光の入射角度と微小凹凸５の斜面４で反射する光（回折光）の射出角度との関係を図６に示す。図６に示される入射光Ｉの波長をλ、入射光Ｉの入射角度をα、１次回折光（射出光Ｏ）の射出角度をβとしたとき、それぞれの関係は
Ｐ＝λ／（ｓｉｎα−ｓｉｎβ）
で表される。

たとえば、微小凹凸５の繰り返しピッチＰがＰ＝１０μｍ、入射光Ｉの入射角度αがα＝４５°、入射光Ｉの波長λがλ＝４５０ｎｍ(青色を呈する光)である場合、１次回折光の射出角度βはβ＝４１．５°と計算できる。また、Ｐ＝１０μｍ、α＝４５°の条件でλ＝５１４ｎｍ(緑色を呈する光)の光を微小凹凸５に入射させた場合は、１次回折光の射出角度βがβ＝４１．５°となる。そして、上記と同じ条件でλ＝６３３ｎｍ(赤色を呈する光)の光を微小凹凸５に入射させた場合は、１次回折光の射出角度βがβ＝４０．１°となる。

上記の結果を見ると、どの波長でもほぼ同じ角度で回折光が射出されていることが分かる。また、正反射角度である４５度に近い角度であることも分かる。
通常、表示体を観察する場合、赤（Ｒ）,緑（Ｇ）,青（Ｂ）の光が混ざり合った白色光源を用いる。この時、上記の様な回折の原理を考えると、ピッチＰ＝１０μｍ以上の微小凹凸５から射出される赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の回折光はそれぞれ正反射角度に近い角度で射出される。

そのため、観察者はＲＧＢが分光した、所謂七色の光を認識することができず、ＲＧＢが混ざり合った白色を呈した色を観察できることになる。
微小凹凸５の繰り返しピッチＰを１０μｍ以上とした単位画素３を用いて単位画素群を構成すれば、従来の回折格子などの周期構造を用いた際に観察される虹色の回折光とは異なる白色光を表示体１から射出することができ、表示体１の意匠性を向上させることが可能となる。

微小凹凸５として鋸歯格子を用いると、微小凹凸５を平面視した場合、図５に示すような直線状の格子構造となるので、斜面４の方向を変える場合に、鋸歯格子の方向を任意の方向に回転させればよい。
微小凹凸５のピッチＰ、高さＤが一定の直線状の鋸歯形状(平面図は図３、断面図は図５に示したような形状)の格子である単位画素３を用いて単位画素群を構成すれば、ピッチＰや高さＤの精度が高い微小凹凸を作製し易やすくなる。

また、単位画素群から射出される光のムラが無く強度は一定であり、ノイズが少なく、反射光変化のコントラストが高い、高品位な表示を容易に可能とする。さらに、多面体のそれぞれの面に対応して斜面４の向きを設定する際も格子の方向を回転させればよく、多面体のそれぞれの面に対応して斜面４の向きを設定することも容易になる。
図５に示したように、微小凹凸５として鋸歯格子(断面か鋸歯形状の格子)を用いた場合、鋸歯格子の配向方向を変化させることで、斜面４の向きを制御できる。斜面４の向きを変えることは、微小凹凸５から正面方向に光を射出させる場合、光の入射角度が変化することに繋がる。

図５(Ａ)は光源２１が微小凹凸５の上方向にある場合に光源２１からの光を正面方向に射出する例を示し、図５(Ｂ)は光源２１が微小凹凸５の斜め上方向にある場合に光源２１からの光を正面方向に射出する例を示している。また、図５(Ｃ)は光源２１が微小凹凸５の横方向にある場合に光源２１からの光を正面方向に射出する例を示している。
つまり、図４に示すような位置に光源２１を固定した状態で観察した場合、表示体１の単位画素群は観察者２０に向けて光を射出する。この場合、面２Ａのみが明るく見えることによって、それ以外の面２Ｂ，２Ｃは陰影が付いたように視認でき、観察者２０は表示体１を擬似的な立体像として観察できる。

光源２１が固定されていても表示体１を動かすことで、相対的な位置関係が変化するので、面２Ｂや面２Ｃが最も明るく見える場所も存在する。その場合、明るく見える面以外の面は、上記と同じ様に陰影がついたように視認される為、表示体１が擬似的な立体感を損なうことは無い。
もちろん、同一面内区分(面２Ａ〜面２Ｃ)内で、微小凹凸５の斜面４が複数の方向であってもよい。そうすることで、細かな光源入射角度の変化や、表示体の傾け方によって、観察者が明るく見える範囲を細分化することができ、意匠性の向上やデザイン性の幅が広がる効果も考えられる。

微小凹凸５に鋸歯格子のような非対称な斜面を持った構造を用いると、極めて模造が困難であり、更に光学的複製も不可能である。なぜなら光学的にホログラム技術により複製したものは正弦波状もしくは矩形状の断面形状を有する構造になり、偽の立体像も同時に表示する表示体となり、本発明の立体像表示体とは全く異なるものとなるからである。このため、模造・偽造・複製物の識別に対して高い効果を有する。
表示体１として、観察者に十分な解像度を有する観察像を提供するためには、見た目の画素の大きさを、観察者の視力（目の分解能）による識別能力を上回る微細化を行えば十分である。通常の観察条件を考慮すると、単位画素３の縦方向の寸法Ｈ，横方向の寸法Ｗは共に３００μｍ以下であることが望ましい。

１…表示体
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…面(単位画素群)
３…単位画素
４…斜面（光反射面）
５…微小凹凸
２０…観察者
２１…光源
I…入射光
Ｏ…射出光
Ｈ…縦寸法
Ｗ…横寸法
Ｐ…ピッチ
Ｄ…高さ（または深さ）
α…入射角度
β…射出角度

Claims (8)

1. 複数の面を有する多面体が単位画素の集合体である複数の単位画素群により表示される表示体であって、前記単位画素が複数の光反射面を有し、前記多面体を観察する観察者に対して光の射出方向が前記多面体の面ごとに異なるように前記光反射面が前記単位画素を単位として一様な方向に傾斜して微小凹凸を形成していることを特徴とする表示体。
2. 前記微小凹凸の種類が少なくとも２種類以上であることを特徴とする請求項１に記載の表示体。
3. 前記微小凹凸の断面が鋸歯形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示体。
4. 前記微小凹凸の深さ又は高さが一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示体。
5. 前記微小凹凸の繰り返しピッチが一定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示体。
6. 前記微小凹凸の繰り返しピッチが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示体。
7. 前記微小凹凸が平面視で直線状の格子構造であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の表示体。
8. 前記単位画素の縦方向寸法と横方向寸法が３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の表示体。

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