(57)【要約】【課題】時間経過を可視化する表示装置であって、繰り返し利用可能な表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】可逆的に変形可能な材料からなる基材に粒子が規則的に配列されてなり、その厚さ方向の変形量に応じて色調が変化する色調変化部材を有し、該色調変化部材の色調を表示する表示手段と、前記色調変化部材を付勢して、第１の負荷状態である第１の状態と、前記第１の負荷状態より小さい負荷状態の第２の負荷状態である第２の状態との間で徐々に変形させる徐変手段と、前記第１の状態又は前記第２の状態に、前記色調変化部材をセットするセット手段と、前記色調変化部材のセットを解放する解放手段と、を備える表示装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可逆的に変形可能な材料からなる基材に粒子が規則的に配列されてなり、その厚さ方向の変形量に応じて色調が変化する色調変化部材を有し、該色調変化部材の色調を表示する表示手段と、
前記色調変化部材を付勢して、第１の負荷状態である第１の状態と、前記第１の負荷状態より小さい負荷状態の第２の負荷状態である第２の状態との間で徐々に変形させる徐変手段と、
前記第１の状態又は前記第２の状態に、前記色調変化部材をセットするセット手段と、
前記色調変化部材のセットを解放する解放手段と、
を備える表示装置。
【請求項２】
前記第２の状態のとき、前記色調変化部材は無負荷状態である、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第１の状態のとき、前記色調変化部材は伸長状態である、請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記色調変化部材が前記第１の状態と前記第２の状態との間で徐々に変形する変形速度を調整する変形速度調整手段をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関する。更に詳しくは構造色による発色機構を使用した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造色は、特定の周期構造を有する材料において、ブラッグの法則に基づき特定の波長の光を干渉反射することにより得られるものである。このような構造色を呈する特定の周期構造としては、例えば、単分散微粒子によるコロイド結晶、ブロック共重合体のミクロドメイン構造、界面活性剤のラメラ構造などがあげられる。構造色はその構造体の周期が変化すると異なる色となる。このような特徴を利用した表示装置が特許文献１〜３に開示される。特許文献１に開示の構成では、周期構造体に電圧を印加するなどして、その周期を変化させて表示色（構造色）を変化させる。特許文献２に開示の構成では、構造色を呈する高分子ゲルを液体に浸析して、電界に応じて体積変化させることで、その周期を変化させて表示色（構造色）を変化させる。特許文献３に開示の構成では、弾性変形可能な充填材で周期的に配列したコロイド粒子を保持して複数の表示素子を形成し、各表示素子に対して個別の制御手段によりに外力を加えて構造色を変化させる。
非特許文献１には、熱や変形により色調が変化する素材が開示されている。当該素材は、ポリエステル製のフィルム内に有機蛍光顔料を含有させたものである。当該素材を加熱すると有機蛍光顔料がフィルム内で凝集して、色調が変化するものである。また、当該素材を伸長すると、フィルムの伸長に伴って有機蛍光顔料が分散して色調が変わるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−３１１７２号公報
【特許文献２】特開２００７−１１１１２号公報
【特許文献３】特開２００９−２０４３５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】東洋紡ニュースリリース「熱や変形によって色が変わる新規ポリエステル素材を開発」２００８年２月１９日、東洋紡績株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２及び３に開示の構成では、経時的に色変化が行われる構成となっていない。一方、非特許文献１の素材を一旦加熱すると、有機蛍光顔料が凝集して色調が変化するが、その後、冷却しても当該有機蛍光顔料は元の分散状態に戻るものではないため、当該素材は繰り返し使うことが出来ない。また、非特許文献１の素材に外力を負荷して伸長させると、当該素材は伸長するが外力の負荷を解除しても初期状態（伸長させる前の状態）に戻るものではないので、繰り返し使うことができない。
そこで、本発明は、時間経過を可視化する表示装置であって、繰り返し利用可能な表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
可逆的に変形可能な材料からなる基材に粒子が規則的に配列されてなり、その厚さ方向の変形量に応じて色調が変化する色調変化部材を有し、該色調変化部材の色調を表示する表示手段と、
前記色調変化部材を付勢して第１の負荷状態である第１の状態と、前記第１の負荷状態より小さい負荷状態の第２の負荷状態である第２の状態との間で徐々に変形させる徐変手段と、
前記第１の状態又は前記第２の状態に、前記色調変化部材をセットするセット手段と、
前記色調変化部材のセットを解放する解放手段と、
を備える表示装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の表示装置では、色調変化部材を第１の状態と第２の状態との間で徐々に変形することにより、色調変化部材の色調が徐々に変化することとなる。これにより、色の変化によって時間の経過を視覚的に表示することができる。予め設定した時間までの残り時間を色の変化で視覚的に表示することができる。色調変化部材は可逆的に変形可能な材料からなる基材からなるため、第１の状態と第２の状態との間で可逆的に変形することができる。これにより、繰り返し使用することができる。また、色調変化部材は外光を反射して所定の色調で観察されるため、別途表示部を発光させる光源が不要である。これにより、電力が不要となり省エネルギーの表示装置となる。また、電力を供給するための配線も不要となるため、装置の構成が簡略化され、組み付け作業性が高い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（Ａ）は駐車場１００の鳥瞰図であり、図１（Ｂ）は表示装置１の斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】表示装置１００の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の表示装置は、色調変化材を有する表示手段を備える。表示手段は色調変化材を外部から視認可能にする。例えば、色調変化材の一部又は全部が外部から視認できる窓部が表示手段に備えられる。色調変化材は、可逆的に変形可能な材料からなる基材に粒子が規則的に配列されてなり、その厚さ方向の変形量に応じて色調が変化する。ここで使用する可逆的に変形可能な材料としては、スチレン系軟質樹脂、軟質ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ハイドロエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、アクリル系エラストマー等の有機系高分子材料をあげることができる。色調変化シートはこのような可逆的に変形可能な材料を基材とすることにより、外力の負荷により変形しても、当該負荷が解除されれば、外力が負荷される前の状態に戻ることができる。さらに、外力の負荷とその解除とを繰り返しても色調変化材の変形における可逆性が低下しにくい。
色調変化材の基材の中に配列される粒子の規則的な配列としては、フォトニック結晶構造であることが好ましい。フォトニック結晶は、通常、可視域周辺の光の波長と同程度の周期で粒子が分布した構造を指す。このような構造を有するフォトニック結晶は、その周期と同程度の波長の光をブラッグ反射し、それに起因して特定の波長の光が増幅されて、いわゆる構造色を発する。このようなブラッグ反射による構造色の色調は、フォトニック結晶構造を形成する粒子配列の周期に依存するため、粒子配列の周期を適宜設定することで所望の色調の構造色が得られる。さらに、粒子配列の周期を変化させることで構造色の色調を変化させることができる。本発明の表示装置はこの特性を利用して、所定の色を経時的に表示するものである。即ち、後述の徐変手段とセット手段とにより、色調変化材を第１の負荷状態と第２の負荷状態との間で徐変させ、これに伴って色調変化材内のフォトニック結晶構造を形成する粒子配列の周期を変化させて構造色の色調を変化させ、所定の色を経時的に表示する。構造色は外光を利用して発色することができるため、外光として自然光を利用することとすれば、別途発光表示用の光源やバックライト装置が不要であり、消費電力の低減または電力の不要化や、装置の簡略化が図れる。さらに、自然光を利用（反射）すれば、屋外でも明るく発色して視認性が向上する。なお、夜間や暗所で使用するために、別途発光表示用の光源やバックライト装置を使用してこれらの光を利用してもよい。
【００１０】
フォトニック結晶構造の例として、コロイド結晶構造、ミクロドメイン構造などの構造体の他、薄膜を積層した構造（薄膜積層構造）をあげることができる。コロイド結晶構造は、コロイド粒子が所定間隔で周期的に配列した構造である。コロイド粒子は、粒径が約１ｎｍ〜約１０００ｎｍ（１０−６〜１０−９ｍ）の粒子であり、可視光が透過でき、ほぼ球形となるとなる材質であれば特に限定されず、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ホウ珪酸ガラス、アルミン酸カルシウム、ニオブ酸リチウム、カルサイト、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸ストロンチウム、酸化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、酸化イットリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、ダイアモンドなどが使用できる。また、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）などの強誘電体、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタル酸、塩化ビニル、アクリル、酸化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチルなど、ケイ素、ゲルマニウムを使用できる。また、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２の内のいずれか２種以上の混合体や、これらの内の１種をコアとして他の１種以上によりコアを被覆したコアシェル構造なども用いることができる。また、コロイド粒子の配列における規則性は、特に限定されないが、例えば、面心立方構造、体心立方構造、単純立方構造等を例示することができ、特に面心立方構造すなわち六方最密充填構造をとることができる。コロイド粒子を作成する方法は、ＵＶ（紫外線）重合、乳化重合、懸濁重合、二段階鋳型重合、化学気相反応法、電気炉加熱法、熱プラズマ法、レーザ加熱法、ガス中蒸発法、共沈法、均一沈殿法、化合物沈殿法、金属アルコキシド法、水熱合成法、ゾルゲル法、噴霧法、凍結法、硝酸塩分解法などを例示できる。これらのような方法で作成されるコロイド粒子を上記基材に懸濁された状態とする。そして重力沈降法、毛管法、電気泳動法、基板引き上げ法などにより、基材中にコロイド結晶構造を形成することができる。例えば、コロイド粒子が懸濁した基材溶液を後述の透明基板上に塗布して乾燥させることにより、色調変化材を作成することができる。この方法によれば、基材中にコロイド粒子が自己組織的にコロイド結晶構造を形成するため、色調変化材の作成が容易である。
【００１１】
ミクロドメイン構造は、異種の高分子が化学結合してブロック共重合体を形成する構造である。ブロック共重合体としては、ポリ（スチレン−ｃｏ−イソプレン）ブロック共重合体、ポリ（スチレン−ｃｏ−ブタジエン）ブロック共重合体、ポリ（スチレン−ｃｏ−ビニルピリジン）ブロック共重合体、ポリ（スチレン−ｃｏ−エチレンプロピレン）ブロック共重合体などを例示できる。これらのブロック共重合体は、複数の繰り返し単位を有していてもよい。
【００１２】
薄膜積層構造は、例えば、厚さ約５ｎｍ〜約２０ｎｍの薄膜を、約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍの間隔で積層した構造とすることができる。積層する薄膜の間には透明性を有する有機あるいは無機高分子材料からなる中間体を介在させることにより、積層する薄膜を所定の間隔に維持することができる。積層する薄膜として、金、銀、銅、アルミなどの金属や各種合金による金属薄膜や、酸化チタン、シリカなどの薄膜からなる誘電体薄膜を例示することができる。
【００１３】
色調変化材は、後述の第１の負荷状態である第１の状態と、第２の負荷状態である第２の状態との間で厚さ方向への変形量が十分確保されるように、十分な厚さを有することが好ましい。例えば、色調変化材の厚さは約０．００１ｍｍ〜約１０．００ｍｍ、好ましくは約０．０１ｍｍ〜約１．００ｍｍとする。このような厚さを備えることにより、第１の状態と第２の状態との間で色調変化材が十分変形して、規則的に配列した粒子の配列に変化が生じ、外部から視認した際の色調が変化することとなる。例えば、色調変化材の基材内にコロイド粒子によるコロイド結晶構造を形成した場合には、当該色調変化材が変形すると、その変形量に応じて当該コロイド結晶構造が変化し、構造色が変化して、外部から視認した際の色調が変化する。
【００１４】
本発明の表示装置は、色調変化部材を付勢して、第１の負荷状態である第１の状態と、第１の負荷状態より小さい負荷状態の第２の負荷状態である第２の状態との間で徐々に変形させる徐変手段を備える。色調変化部材は、色調変化部材自体が有する弾性力又は復元力により付勢したり、板ばね、コイルばね、ゼンマイばねを利用してその弾性力を印加して付勢して、第１の状態と第２の状態との間を徐々に変形させることができる。本発明の表示装置は、色調変化部材が第１の状態と第２の状態との間で徐々に変形する変形速度を調整する変形速度調整手段をさらに備えることが好ましい。色調変化部材を所望の速度で変形することにより、表示装置が表示する時間経過の時間幅を広げることができるからである。
【００１５】
本発明の表示装置は、第１の状態又は第２の状態に色調変化部材をセットするセット手段を備える。例えば、セット手段は、色調変化部材の一端を保持する第１保持部と、色調変化部材の他端を保持する第２保持部を備え、第１保持部と第２保持部とを互いに離れる方向に移動して色調変化部材を伸長状態とし、色調変化部材を伸長状態としたまま第１保持部と第２保持部とを仮止めする仮止め部を有する。色調変化部材のセットを解放する解放手段を備える。解放手段により、セット手段により第１の状態又は第２の状態にセットされた色調変化部材をセットされた状態から解放する。これにより、色調変化部材が第１の状態にセットされている場合は、色調変化部材が第２の状態側に変形する。
以下、本発明の実施の形態につき、図例を参照しながら説明をする。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例である駐車状況を表示する表示装置１が備えられる駐車場１００の鳥瞰図を図１（Ａ）に示し、表示装置１の斜視図を図１（Ｂ）に示す。図１（Ａ）に示すように、駐車場１００には表示装置１、ゲート２、駐車位置３、入力装置４が備えられる。表示装置１はゲート２の道路側に面して取り付けられる。図１（Ｂ）に示すように、表示装置１は平板状であって、表示面１０に窓部１１を備える。窓部１１は、縦２個、横１４個に区画されて上下方向に２列設けられており、各区画が駐車位置３にそれぞれ対応している。図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ線断面図を図２に示す。表示装置１は、窓部１１、色調変化フィルム１２、１３、色調変化フィルムセット装置１４と、これらを収納するハウジング１５を備える。窓部１１は無色透明のアクリル製である。色調変化フィルム１２は、窓部１１の裏面（表示装置１内部側の面）に沿って平行に設けられる。色調変化フィルム１２は、アクリル系モノマーをポリマー化してなる可逆的に変形可能なアクリル系エラストマーからなる基材層に、粒径が約２００ｎｍのＳｉＯ２がコロイド結晶を形成してなる色調変化材からなる層である。色調変化フィルム１２は無負荷状態において長さ約１００ｍｍ、幅約５０ｍｍの平面視矩形であって、厚さ約０．５ｍｍの薄層である。色調変化フィルム１２はその長手方向の一端部がハウジング１５に接着剤で固定されている。一方、色調変化フィルム１２はその長手方向の他端部に、フック１２ａが取り付けられている。１３は長さ約１２０ｍｍ、幅約５０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの平板であって、その長手方向の一端部は、色調変化フィルム１２の長手方向の一端部に接続され、その長手方向の他端部は色調変化フィルム１２の長手方向の他端部に接続されている。１３の長手方向の長さは色調変化フィルム１２の長手方向の長さよりも長いため、１３は湾曲している。色調変化フィルムセット装置１４は色調変化フィルム１２が固定される側と反対側に設けられる。色調変化フィルムセット装置１４はフック１４ａを備える。フック１４ａは色調変化フィルム１２のフック１２ａに遊架されている。色調変化フィルムセット装置１４はフック１４ａの引き込み、及び引き出しが可能である。なお、色調変化フィルム１２、１３及び色調変化フィルムセット装置１４は駐車位置３の各区画ごとに設けられ、個別に制御される。駐車位置３には区画毎に入力装置４が併設されている。図１（Ｃ）に入力装置４の正面図を示す。入力装置４は入力パネル４１と表示部４２を備え、駐車予定時間が入力される。入力装置４は表示装置１に接続されており、入力データ（駐車予定時間）が表示装置１に送信される。
【００１７】
表示装置１の表示態様を以下に説明する。まず、駐車位置３には車両が駐車されていない状態（初期状態）では、色調変化フィルムセット装置１４のフック１４ａは完全に引き出されてフック１２ａに遊架しており、色調変化フィルム１２に対して負荷をかけない状態（無負荷状態）となっている。この状態では色調変化フィルム１２は表示面１１の窓部１１から赤色に観察される。つぎに、駐車位置３に車両が駐車されて入力装置４に駐車予定時間が入力されると、当該入力データが表示装置１に送信される。表示装置１では、駐車予定時間の長さに応じて色調変化フィルムセット装置１４がフック１４ａを引き込む。これにより、フック１２ａを介して色調変化フィルム１２が引っ張られて第１の負荷状態となり、色調変化フィルム１２は当該第１の負荷に応じた伸長状態（第１の状態）にセットされる。この状態において色調変化フィルム１２は表示面１１の窓部１１から青色に観察される。色調変化フィルム１２が伸長状態にセットされた後、色調変化フィルムセット装置１４はフック１４ａを引き出して、色調変化フィルム１２に対する負荷を解除する。当該負荷が解除されると、色調変化フィルム１２は解放され、色調変化フィルム１２自体の復元力で無負荷状態（第２の状態）に戻ろうとする。板ばね１３の弾性力は色調変化フィルム１２が復元する方向（収縮方向）と逆方向に働くため、色調変化フィルム１２の変形速度は板ばね１３により調整されて、色調変化フィルム１２は所定時間を経て無負荷状態（第２の状態）に戻ることとなる。当該板ばね１３を適宜選択することにより、色調変化フィルム１２の変形速度を調節して、この戻り時間を調節することができる。色調変化フィルムセット装置１４がフック１４ａを引き込む量（即ち、第１の負荷）は、当該板ばね１３の弾性力と駐車予定時間の長さを考慮して、駐車予定時間終了時に色調変化フィルム１２が無負荷状態（第２の状態）となるように適宜決定される。当該第１の負荷の決定は負荷決定部（図示せず）により行われる。負荷決定部は色調変化フィルムセット装置１４に備えられる。このように色調変化フィルム１２が第１の状態から第２の状態に徐変するのに伴って、色調変化フィルム１２の色は青色から緑色、黄色を経て赤色に徐変する。色調変化フィルム１２の色調の変化は、表示面１１の窓部１１から観察され、駐車予定時間終了までの残量又は駐車経過時間を視覚的に認識することができる。例えば、窓部１１から赤色に近い色が観察されれば駐車予定時間終了に近いと認識でき、窓部１１の色が青色に近い色であれば駐車直後であると認識できる。このように、駐車位置３の駐車状況をリアルタイムに認識することができるため、観察者は駐車位置３の駐車状況を認識し易くなる。
表示装置１では、色調変化フィルム１２が、板ばね１３により変形速度が調節されて第１の状態から第２の状態に徐変する。従って、当該徐変の制御には電力が不要となるため、表示装置１の消費電力が低減される。また、色調変化フィルム１２の基材は弾性材料であるため、伸長・収縮（復元）を繰り返し行うことができる。これにより、表示装置１は駐車予定時間終了までの残量又は駐車経過時間の表示を繰り返し行うことができる。また、表示装置１は簡易な構成であるため、組み付け作業性がよい。また、外光を反射して発色するため、別途発光表示用の光源やバックライト装置が不要であり、消費電力の低減、装置の簡略化が図れる。さらに、外光を反射して発色するので屋外でも明るく発色して視認性が高い。
【００１８】
表示装置１は駐車状況を表示するものとしたが、本発明の表示装置はこの用途に限定されず、例えば、ホール会場の空席状況、会議室等の使用状況、トイレの空き状況を表示する表示装置として使用することもできる。
【実施例２】
【００１９】
本発明の他の実施例である表示装置１００の斜視図を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）に示すように、表示装置１００は本体部１０１とキャップ１１０とからなる。本体部１０１の形状は概略して平板状であって、平板面に無色透明フィルムからなる窓部１０２を有する。さらに当該平板面方向に平行に延びる中空部１０３と、一端部に開口部１０４を有し、中空部１０３には色調変化フィルム１２０を備える。色調変化フィルム１２０は色調変化フィルム１２と同様の組成を有する。図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）に示すように、色調変化フィルム１２０は中空部１０３内に設けられ、開口部１０４と反対側の端部１２０ａで中空部１０３の壁面に接着剤で固定されている。一方、色調変化フィルム１２０の一端側には樹脂製の縁部１０５が備えられ、当該開口部１０４から縁部１０５が露出している。キャップ１１０は開口部１０４を覆うように設けられ、キャップ１１０の内空部１１０ａに色調変化フィルム１２０の縁部１０５が収納され、色調変化フィルム１２０を保護している。このように備えられる色調変化フィルム１２０は窓部１０３を介して外部から視認することができる。
【００２０】
表示装置１００の表示態様を説明する。まず、開口部１０４から露出する縁部１０５を所定長さ引き出し、図３（Ｂ）において破線１０５’で示す位置にセットする。これにより、色調変化フィルム１２０を伸長状態（第１の状態）にセットする。伸長状態の色調変化フィルム１２０は赤色で観察される。その後、キャップ１１０で開口部１０４を覆う。色調変化フィルム１２０はそれ自身の復元力により伸長する前の状態（無負荷状態、第２の状態）に徐々に戻る。これにより、窓部１０３からは、色調変化フィルム１２０が赤色から黄色、緑色を経て青色に経時的に変化することが視認される。色調変化フィルム１２０が無負荷状態に戻る持間は色調変化フィルム１２０の材質等により予め定まるものであって、当該色調変化フィルム１２０の色調変化により、色調変化フィルム１２０を伸長状態にしてからの経過時間を視覚的に把握することができる。このような表示装置１００を食品等に貼付することにより、当該食品等の賞味期限、使用期限を色により視覚的に表示する装置として表示装置１００を利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の表示装置は、表示部を備える様々な装置の表示部に利用することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１、１００  表示装置
２  ゲート
３  駐車位置
４  入力装置
１０  表示面
１１  窓部
１２、１２０  色調変化フィルム
１２ａ  フック
１３  板ばね
１４  色調変化フィルムセット装置
１４ａ  フック
【図１】
2010230866.tif 000003
【図２】
2010230866.tif 000004
【図３】
2010230866.tif 000005