(57)【要約】【課題】アップコンバージョン蛍光方式において良質な３次元画像を表示できる３次元表示媒体および３次元表示装置を提供する。【解決手段】本発明の３次元表示媒体１１は、３次元画像を表示する表示媒体であって、多孔体と多孔体に分散された少なくとも１種の蛍光体とを含み、蛍光体は、波長が異なる複数の励起光１２ａおよび１２ｂによって励起されて励起光よりも短波長の光を発する蛍光体である。【選択図】図４
2008292661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元画像を表示する表示媒体であって、
多孔体と前記多孔体に分散された少なくとも１種の蛍光体とを含み、
前記蛍光体は、波長が異なる複数の励起光によって励起されて前記励起光よりも短波長の光を発する蛍光体である３次元表示媒体。
【請求項２】
前記多孔体がエアロゲルである請求項１に記載の３次元表示媒体。
【請求項３】
多孔度が８０％以上である請求項１または２に記載の３次元表示媒体。
【請求項４】
波長５８８ｎｍにおける屈折率が１．３以下である請求項１または２に記載の３次元表示媒体。
【請求項５】
波長が４３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲における透過率が５０％以上である請求項１または２記載の３次元表示媒体。
【請求項６】
前記蛍光体の平均粒径が、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にある請求項１〜５のいずれか１項に記載の３次元表示媒体。
【請求項７】
前記蛍光体が希土類元素を含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の３次元表示媒体。
【請求項８】
前記希土類元素は、エルビウム、ホロミウム、プラセオジム、ツリウム、ネオジム、ガドリニウム、ユウロピウム、サマリウム、テルビウム、ジスプロシウムおよびセリウムからなる群から選択される少なくとも１種以上の希土類元素である請求項７に記載の３次元表示媒体。
【請求項９】
前記少なくとも１種の蛍光体が、互いに異なる発光色を示す複数種の蛍光体を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の３次元表示媒体。
【請求項１０】
少なくとも一部に、前記励起光の少なくとも１種を吸収する透光性の物質が配置されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の３次元表示媒体。
【請求項１１】
３次元画像を表示する３次元表示装置であって、
３次元表示媒体と、前記３次元表示媒体に励起光を照射する複数の光源とを備え、
前記３次元表示媒体が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の３次元表示媒体である３次元表示装置。
【請求項１２】
前記励起光の照射位置を制御する制御手段をさらに備える請求項１０に記載の３次元表示装置。
【請求項１３】
前記３次元画像が表示される側に配置され前記励起光を吸収する透光性の物質をさらに備える請求項１１または１２に記載の３次元表示装置。
【請求項１４】
前記３次元画像が表示される側とは反対側から前記励起光が照射される請求項１３に記載の３次元表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元表示媒体、およびそれを用いた３次元表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元情報を表示する方法としては、液晶ディスプレイなどを用いて左眼画像と右眼画像とを投射して両眼視差によって立体感を得る方法や、多視点の画像を投射して立体感を得る方法などがある。これらの方法は、２次元画像を擬似的に３次元画像として観察者に認識させるものであるため、忠実な立体感を表示するには充分ではない。立体画像を空間に表示させ、前後、左右、上下から自由に観察できる忠実な立体画像を表示する方法として、体積走査法（奥行き標本化法）が知られている。
【０００３】
体積走査法の１つの方式として、アップコンバージョン蛍光方式がある。この方式では、２段階吸収による蛍光体のアップコンバージョン現象を用いて、表示する対象物に沿った形状で蛍光体を発光させ、３次元の画像を表示する（たとえば非特許文献１）。非特許文献１の方式では、フッ化物ガラスに蛍光体を析出させたものを表示媒体として用いている。そして、この表示媒体に別々の方向から２つの異なる波長のレーザ光を入射して１点で交差させることによって、その１点のみを発光させる。また、アップコンバージョン発光する蛍光体微粒子を透明な液体や透明な樹脂に分散させた表示媒体も提案されている（特許文献１）。
【０００４】
これらの方法では、蛍光体を励起させるそれぞれのレーザ光を同期させながら水平及び垂直方向に走査していくことによって、立体的な画像を表示できる。
【特許文献１】特開２００６−２４９２５４号公報
【非特許文献１】“A Three-color, Solid-State, Three-Dimensional Display” Elizabeth Downing, Lambertus Hesselink, John Ralston, Roger Macfarlane, P.1185-1188, SCIENCE, Vol.273, 30 August 1996.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の方式では、蛍光体が、緻密な固体または液体中に分散されている。この場合、蛍光体から発せられた光は、緻密な固体または液体を通って表示媒体の外部に出射し、観察者に到達する。したがって、緻密な固体または液体による屈折の影響によって、観察する方向によって３次元画像が歪んで画質が低下するという課題があった。
【０００６】
また、固体や液体などの媒質は、屈折率の波長依存性（波長分散）を有しており、波長によって屈折率の値が異なる。そのため、カラーの３次元画像を表示する場合、各発光色の波長で屈折の効果が異なって色ずれが発生し、カラーの３次元画像の画質が低下するという課題があった。
【０００７】
このような状況において、本発明は、アップコンバージョン蛍光方式において良質な３次元画像を表示できる３次元表示媒体を提供することを目的の１つとする。さらに、本発明は、その３次元表示媒体を用いた３次元表示装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の３次元表示媒体は、３次元画像を表示する表示媒体であって、多孔体と前記多孔体に分散された少なくとも１種の蛍光体とを含み、前記蛍光体は、波長が異なる複数の励起光によって励起されて前記励起光よりも短波長の光を発する蛍光体である。
【０００９】
また、本発明の３次元表示装置は、３次元画像を表示する３次元表示装置であって、３次元表示媒体と、前記３次元表示媒体に励起光を照射する複数の光源とを備え、前記３次元表示媒体が、本発明の３次元表示媒体である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の３次元表示媒体では、蛍光体の支持体として多孔体を用いている。多孔体の実効的な屈折率は、多孔体を構成する材料自体の屈折率よりも小さい。そのため、本発明によれば、屈折率の影響による画質低下が少ない表示媒体が得られる。また、多孔体の屈折率の波長依存性は、多孔体を構成する材料自体の屈折率の波長依存性よりも小さい。そのため、本発明によれば、屈折率の波長分散による画質低下が少ない表示媒体が得られる。
【００１１】
本発明の３次元表示装置は、上記３次元表示媒体を用いているため、屈折率および屈折率の波長分散による画質低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の３次元表示媒体および３次元表示装置について例を挙げて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態および実施例に限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。
【００１３】
［３次元表示媒体］
本発明の３次元表示媒体は、３次元画像を表示する媒体である。この３次元表示媒体は、多孔体と、その多孔体に分散された少なくとも１種の蛍光体とを含む。
【００１４】
蛍光体は、波長が異なる複数の励起光によって励起されて励起光よりも短波長の光を発する。すなわち、蛍光体は、複数の励起光によって励起されてアップコンバージョン発光する。
【００１５】
アップコンバージョン発光の一例について図１を用いて説明する。一例の蛍光体粒子は、図１（ａ）に示すように、波長λ１の励起光１および波長λ２の励起光２によって励起され、励起されたエネルギー準位から基底状態に戻る際に波長λ３の光を発する。波長λ３は、波長λ１およびλ２よりも短い。
【００１６】
希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）を含む蛍光体の一例について、図１（ｂ）を用いて説明する。波長１５００ｎｍの励起光の照射によって、エルビウムが、基底状態1Ｉ15/2からエネルギー準位が高い状態1Ｉ13/2へ移動する。そして、波長８５０ｎｍの励起光の照射によって、さらにエネルギー準位が高い状態4Ｉ3/2へ励起される。このように励起されたエルビウムが基底状態に戻る際に、波長５４５ｎｍの可視光を発する。本発明で用いる蛍光体微粒子は、アップコンバージョン発光を生じる元素（たとえば希土類元素）を含有している。励起光を赤外光とし、可視光で画像表示を行うことによって、励起光と画像表示の発光とが重ならないため、良好な画像表示を実現できる。
【００１７】
本発明の表示媒体は透明であることが好ましい。表示媒体が不透明であると、表示品質が低下する恐れがある。具体的には、表示媒体は、可視光領域である波長４３０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける透過率が５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、特に、透明感の高い表示品質を得るには、波長４３０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける透過率が７０％以上であることが好ましい。また、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において上記の透過率を有することがさらに好ましい。なお、この明細書において、透過率とは、光路長が１ｃｍのときの透過率を意味する。
【００１８】
本発明の表示媒体は、多孔度（空隙率）が３０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。特に、屈折率の影響が小さくて高い表示品質を得るには、多孔度が８０％以上であることが好ましい。なお、多孔度は、たとえば、表示媒体である多孔体の密度を測定し、多孔体の骨格を構成する材料の比重を用いて算出することができる。
【００１９】
本発明の表示媒体は、波長５８８ｎｍにおける屈折率が１以上１．３以下であることが好ましく、１．２以下であることがより好ましい。特に、屈折率の影響が小さくて高い表示品質を得るには、波長５８８ｎｍにおける屈折率が、１．１以下であることが好ましい。なお、波長５８８ｎｍは、ヘリウムのｄ線の波長である。
【００２０】
本発明の表示媒体は、少なくとも一部に、励起光の少なくとも１種を吸収する透光性の物質が配置されていてもよい。励起光を吸収する物質は、フィルム状であってもよいし、シート状であってもよいし、板状であってもよい。
【００２１】
［多孔体］
多孔体は、空隙部と、固体からなる骨格部とによって構成される。そのため、多孔体に占める骨格部の割合を小さくすることによって、多孔体の実効的な屈折率を低減できる。また、屈折率の割合を小さくすることによって、屈折率の波長分散も低減できる。本発明の３次元表示媒体で用いられる多孔体は、透光性であり、透明であることが好ましい。
【００２２】
本発明で用いられる多孔体の一例として、図２の構造が挙げられる。多孔体２５の骨格は、微粒子（一次微粒子）２６が連結することによって構成される。微粒子２６の粒径は、光散乱を低減するために、光の波長よりも充分に小さいことが必要であり、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましい。また、骨格間の空隙部のサイズも、光の散乱を低減するために、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００２３】
多孔体の屈折率は、以下に示す式（１）で表される。この式（１）に基づき、骨格を構成する材料、粒子の粒径、および多孔体の孔径などを制御することによって、多孔体の屈折率を調整することが可能である。
（ｎｐ2−１）／（ｎｐ2＋２）＝Ｐ×（ｎｂ2−１）／（ｎｂ2＋２）・・・（１）
式（１）において、ｎｐは多孔体の屈折率であり、ｎｂは多孔体の骨格を構成する材料の屈折率である。また、Ｐは充填率であり、多孔体の全容積中における骨格を構成する材料の占める割合（体積比）である。なお、多孔体の多孔度は１−Ｐで表わされる。
【００２４】
図３に、多孔体の多孔度と屈折率との関係を示す。図３では、多孔体の骨格を構成する材料として、酸化シリコン（屈折率１．４５）、フッ化カルシウム（屈折率１．４３）およびフッ化マグネシウム（屈折率１．３８）を用いた例について示している。なお、屈折率は、波長５８８ｎｍにおける値である。
【００２５】
図３で示されるように、多孔体の屈折率は、骨格を構成する材料によって変化する。透明なバルク材料では、波長５８８ｎｍにおける屈折率の最小値は、約１．４である。多孔体の屈折率は、その屈折率よりも小さく、空気の屈折率にできるだけ近いことが好ましい。多孔度（空隙率）が３０％以上の多孔体では、バルク材料では実現できない約１．３以下の屈折率を得ることができる。多孔体の多孔度を５０％以上とすることによって、屈折率を１．２以下とすることができる。特に、屈折率の影響が小さくて高い表示品質を得るには多孔度が８０％以上であることが好ましい。多孔度を８０％以上とすることによって、多孔体の屈折率を１．１以下とすることができ、空気の屈折率に近くなる。
【００２６】
本発明で用いられる多孔体としては、エアロゲルが好ましく、透明なエアロゲルが特に好ましい。エアロゲルは、ゾル・ゲル合成によって形成でき、網目骨格を有する。エアロゲルは、無機微粒子または有機微粒子が凝集した多孔体である。エアロゲルを構成する一次微粒子の粒径は数ｎｍ〜数十ｎｍであり、空隙のサイズは、数ｎｍから数十ｎｍである。エアロゲルは、ゾル・ゲル反応で合成され溶媒を含むゲルから、超臨界乾燥によって溶媒を除去することによって、形成できる。この方法によれば、密度が非常に低く、屈折率が低い多孔体を容易に得ることができる。例えば、シリカ（ＳｉＯ2）であれば、密度が３００ｋｇ／ｍ3以下で、多孔度が８０％以上であり、屈折率が１．１以下の透明な多孔体が得られる。
【００２７】
エアロゲルは、ゾル・ゲル合成によって形成される点で、利点を有する。アップコンバージョン発光する蛍光体粒子は、アップコンバージョン発光する希土類元素等を母材に担持させることによって構成されている。ゾル・ゲル反応で多孔体を形成する際に、それらの蛍光体微粒子を材料に混合しておくことによって、多孔体の骨格を形成する微粒子と蛍光体粒子の表面とが反応する。そのため、その方法によれば、蛍光体粒子と多孔体との結合性を高めるとともに、蛍光体粒子の分散性を高めることができる。その結果、機械的な強度に優れる３次元表示媒体が得られる。
【００２８】
また、エアロゲルの骨格を構成する粒子を、蛍光体粒子としてもよい。蛍光体粒子の母材の材料を用いてエアロゲルを形成する際に、母材の材料に希土類元素を混合しておくと、蛍光体粒子が凝集した多孔体を形成できる。例えば、シリカによってエアロゲルを形成する場合、骨格を形成する原料であるテトラメトキシシランに希土類元素を混合してゾル・ゲル反応を行い、ゲルを得ればよい。このゲルを超臨界乾燥することによって、蛍光性を有する多孔体が得られる。なお、希土類元素は、例えばエルビウム元素であれば、Ｎ−(２−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリアセタトエルビウム(III)や酢酸エルビウム(III)、塩化エルビウム（III）、硝酸エルビウム（III）、エルビウム（III）イソプロポキシド、エルビウム（III）アセチルアセトネートといった化合物の形態で添加してもよい。また、他の希土類元素についても同様に、化合物の形態で添加するのが好ましい。
【００２９】
また、本発明で用いる多孔体は、超臨界乾燥以外の乾燥方法でゲルを乾燥することによって形成してもよい。たとえば、表面を撥水処理することにより乾燥時の表面張力による応力を低減することによって乾燥を行い、多孔体を形成してもよい。
【００３０】
［蛍光体］
本発明で用いられる蛍光体粒子の好ましい一例は、蛍光を発する物質（元素等）が母材にドープされた付加型の蛍光体粒子である。蛍光を発する物質の種類やドープ量によって、発光の強さや色を調整できる。また、多孔体に分散する際に、多孔体の原料と母材とが反応しやすい組み合わせとすることによって蛍光体の担持状態の良好な表示媒体を得ることができる。
【００３１】
蛍光を発する物質としては、２種以上の異なる波長の励起光によって励起されてアップコンバージョン発光することが可能であり、かつ所定の範囲の波長の光によって励起される物質が用いられる。
【００３２】
本発明で用いられる蛍光体粒子の好ましい一例は、希土類元素を含有している蛍光体粒子である。多くの希土類元素は、励起状態において複数のエネルギー準位を持ち、２種以上の異なる波長の光によって励起されてアップコンバージョン発光する。一般的には、希土類元素として、３価のイオンとなる希土類元素を選択して用いることができる。中でも、エルビウム（Ｅｒ）、ホロミウム（Ｈｏ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）およびセリウム（Ｃｅ）からなる群から選択される少なくとも１種以上の希土類元素が好ましい。
【００３３】
たとえば、３価のプラセオジムイオン（Ｐｒ3+）は、波長１０１４ｎｍと波長８４０ｎｍの励起光によって、波長６０５ｎｍと６３６ｎｍの光を発する。また、３価のエルビウムイオン（Ｅｒ3+）は、波長１５００ｎｍと波長８５０ｎｍの励起光によって、波長５４５ｎｍの光を発する。また、３価のツリウムイオン（Ｔｍ3+）は、波長８００ｎｍと波長１１２０ｎｍの励起光によって、波長４８０ｎｍの光を発する。
【００３４】
本発明で用いられる蛍光体粒子は、イッテルビウム（Ｙｂ）を含有していてもよい。Ｙｂは光に対する感度が良好であるため、増感剤として機能する。
【００３５】
本発明の３次元表示媒体でカラー表示する場合には、複数の発光色を示す蛍光体粒子を用いるか、または互いに異なる発光色を示す複数の蛍光体微粒子を用いることが好ましい。すなわち、多孔体中に、複数の発光色を示す１種の蛍光体粒子を分散させるか、または、それぞれ単一の発光色を示す複数の蛍光体粒子を分散させるかすることが好ましい。特に、三原色（赤・緑・青）の発光色を示す３種類の蛍光体粒子を用いることが好ましい。そのような蛍光体粒子を用いることによって、カラー表示を容易にできる。
【００３６】
本発明の表示媒体に含まれる少なくとも１種の蛍光体は、互いに異なる発光色を示す複数種の蛍光体を含んでもよい。たとえば、複数種の希土類元素を含有する蛍光体粒子を用いてもよい。その場合、励起光の波長が異なる希土類元素を用いることが好ましい。本発明の表示媒体では、複数の赤外光を走査することによって３次元画像を表示する。そのため、ほぼ同一の波長の光によって励起されてアップコンバージョン発光する希土類元素を複数用いると、各色の発光画素を別々に移動させることが困難になる。
【００３７】
複数の励起光で希土類元素を励起してアップコンバージョン発光させるには、それらの励起光の波長が異なるようにする必要がある。具体的には、励起光の波長は、互いに±５ｎｍ以上異なることが好ましく、±１０ｎｍ以上異なることがより好ましい。
【００３８】
励起光の波長は、赤外領域であることが好ましく、少なくとも７００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲にある。励起光の波長は、たとえば７００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲にあり、一例では８００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲にある。一方、発光波長は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の可視域にあることが好ましい。
【００３９】
本発明で用いられる蛍光体粒子の母材は、アップコンバージョン発光が可能な状態で希土類元素を担持できるものである。例えば、希土類元素と反応して錯体やデンドリマを形成する有機物または無機物を用いてもよい。蛍光体粒子の母材の好ましい一例は、発光可能な状態で希土類元素を含有することができる無機物である。
【００４０】
無機物の母材としては、発光効率の観点から、励起光の吸収が少ない材料が好ましい。具体的には、フッ化物や塩化物といったハロゲン化物、酸化物、硫化物や、これらの化合物を成分として有するガラス材料などが好ましい。蛍光体の好ましい一例は、希土類元素を含有し、母材がハロゲン化物または酸化物である。
【００４１】
ハロゲン化物としては、例えば、塩化バリウム、塩化鉛、フッ化鉛、フッ化カドミウム、フッ化ランタン、フッ化イットリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウムや、これらの混合化合物をあげることができる。
【００４２】
酸化物は、水分等に対して安定であり、耐環境性が高い点で好ましい。酸化物としては、例えば、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）や、これらの混合化合物が挙げられる。これらは、エアロゲルと化学的に結合することによって、安定な表示媒体を形成する。
【００４３】
さらに、本発明における蛍光体微粒子の平均粒径は、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましく、１ｎｍ〜５０ｎｍに範囲にあることがより好ましい。平均粒径が小さすぎると蛍光体粒子の合成が困難である。また、平均粒径が大きすぎると、光散乱が生じて表示された画質が低下する可能性がある。なお、平均粒径は、電子顕微鏡による観察写真から１００個から２００個の蛍光体粒子を任意に抽出し、それぞれの最大径を平均した値とする。
【００４４】
蛍光体粒子の合成方法に、特に限定はない。例えば、ガス中蒸発法、スパッタリング法、ガラス結晶化法、化学析出法、逆ミセル法、ゾル・ゲル法、水熱合成法、共沈法、スプレー法、または燃焼法といった方法によって合成してもよい。
【００４５】
母材中における希土類元素のドープ量は、種々の条件（希土類元素の種類、母材の種類、必要とされる発光の程度など）に応じて決定される。
【００４６】
［３次元表示装置］
本発明の３次元表示装置は、３次元画像を表示する装置である。この３次元表示装置は、３次元表示媒体と、３次元表示媒体に励起光を照射する複数の光源とを備える。そして、３次元表示媒体が、上記本発明の３次元表示媒体である。
【００４７】
本発明の３次元表示装置は、励起光の照射位置を制御する制御手段をさらに備えてもよい。
【００４８】
本発明の３次元表示装置は、３次元画像が表示される側に配置され励起光を吸収する透光性の物質をさらに備えてもよい。この場合、３次元画像が表示される側とは反対側から励起光が照射されてもよい。
【００４９】
［実施形態１］
実施形態１では、本発明の３次元表示装置の一例について説明する。実施形態１の３次元表示装置１０の構成を、図４に模式的に示す。
【００５０】
３次元表示装置１０は、表示媒体（３次元表示媒体）１１と、赤外光源１２ａと、赤外光源１２ｂとを含む。赤外光源１２ａは励起光１３ａを出射し、赤外光源１２ｂは励起光１３ｂを出射する。
【００５１】
表示媒体１１は、アップコンバージョン発光する蛍光体粒子が分散された多孔体からなる。表示媒体１１は、本発明の３次元表示媒体である。
【００５２】
表示媒体１１には、異なる方向から励起光１３ａと励起光１３ｂとが照射される。この２つの励起光が交差した点では、蛍光体がアップコンバージョン発光し、発光画素１４となる。励起光１３ａと励起光１３ｂとを同期させながら水平方向および垂直方向に走査することによって、発光画素１４が立体的に移動する。このようにして、３次元の画像を表示できる。
【００５３】
赤外光源は、表示媒体１１の周囲に配置される。赤外光源の数は、２以上であり、通常、偶数である。例えば、１つの赤外光源が１つの波長の赤外光のみを発するとすると、２段階吸収で発光するアップコンバージョン発光では、１色の発光を得るのに２つの赤外光源が必要になり、３色の発光を得るのに６つの赤外光源が必要となる。
【００５４】
赤外光源としては、例えば半導体レーザを用いることができる。また、図８に示すように、複数の半導体レーザ（赤外光源）がアレイ上に配置されたレーザアレイを用いてもよい。
【００５５】
制御手段は、赤外光源から発せられた励起光の照射位置を制御する。例えば、制御手段は、赤外光源１２ａおよび１２ｂを移動させることによって励起光１３ａおよび１３ｂの照射位置を制御してもよい。また、図７に示すように、ミラーを用いて励起光の照射位置を制御してもよい。また、励起光の制御手段は、アレイ状の赤外光源から出射された励起光の同期をとりながら励起光を制御してもよい。
【００５６】
表示媒体１１の多孔体の構造を、図５に模式的に示す。この構造において、エアロゲルなどの多孔体２０は、主に微粒子２２によって構成されている。アップコンバージョン発光する蛍光体粒子２１は、骨格の一部となったり、骨格に担持されたりしている。このような多孔体は、エアロゲルの製造において、ゾル・ゲル反応の原料に、またはゾル・ゲル反応の反応系に、蛍光体粒子を添加することによって形成できる。表示媒体１１が、単一の発光色を示す蛍光体のみを含有する場合には、単色の３次元画像を表示できる。表示媒体１１が、複数の発光色を示す複数の蛍光体を含有する場合には、カラーの３次元画像を表示できる。３色の蛍光体粒子を用いた多孔体の一例を、図６に模式的に示す。多孔体３０において、３色の蛍光体粒子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃは、骨格の一部となったり、骨格に担持されたりしている。
【００５７】
多孔体を構成する微粒子の材料としては、エアロゲルを形成できる材料を用いることができ、透明性が高いエアロゲルを形成できる材料が好ましく用いられる。たとえば、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、またはこれらの混合物が好ましい。また、有機材料を用いてもよく、透明性が高い樹脂で且つ重縮合反応で得られる樹脂が好ましく、たとえばフェノール系樹脂やメラミン系樹脂が好ましい。
【００５８】
表示媒体中の蛍光体粒子の含有量は、特に限定されない。一般に、蛍光体粒子の含有量が低いほど発光強度が小さくなり、蛍光体粒子の含有量が多いほど発光強度が大きくなる。ただし、蛍光体粒子の含有量が多すぎると、蛍光体粒子によって散乱が生じるので、発光強度が低下する可能性がある。蛍光体粒子の含有量は、アップコンバージョン発光の発光強度等を考慮し、用途に応じて調整される。
【００５９】
［実施形態２］
実施形態２では、本発明の３次元表示装置の他の一例を示す。実施形態２の３次元表示装置６０の構成を、図７に模式的に示す。
【００６０】
３次元表示装置６０は、表示媒体（３次元表示媒体）６１と、赤外光源６２ａおよび６２ｂと、フィルム６５と、ミラー６６ａおよび６６ｂとを備える。
【００６１】
表示媒体６１は、円筒状であり、多孔体と、多孔体に分散された蛍光体粒子とからなる。赤外光源６２ａおよび６２ｂからは、互いに波長が異なる励起光（赤外光）６３ａおよび６３ｂが出射される。出射された励起光６３ａおよび６３ｂは、制御手段（ミラー６６ａおよび６６ｂ）で進行方向を制御され、表示媒体６１内で交わる。励起光６３ａと励起光６３ｂとの交点が、発光画素６４となる。
【００６２】
フィルム６５は、表示媒体６１の上面に配置されている。フィルム６５は、赤外光を吸収するフィルムである。フィルム６５は、発光に寄与しなかった励起光を吸収するとともに、反射などによって生じた不要な迷光による発光を抑制する。また、フィルム６５を表示媒体６５に接着することによって、表示媒体６５の取り扱い性や耐衝撃性を向上させることも可能である。
【００６３】
［実施形態３］
本発明の３次元画像表示装置の他の一例を、図８に示す。図８の表示装置７０は、表示媒体７１と、赤外光源７２ａおよび７２ｂと、フィルム７７とを備える。
【００６４】
表示媒体７１は、直方体状であり、多孔体と、多孔体に分散された蛍光体粒子とからなる。赤外光源７２ａおよび７２ｂからは、波長が異なる励起光（赤外光）７３ａおよび７３ｂが出射される。赤外光源７２ａおよび７２ｂは、それぞれ、アレイ状に配置された半導体レーザを備え、複数の励起光を同時に出射できる。表示装置７０では、赤外光源７２ａおよび７２ｂから出射される励起光の同期をとって発光画素の位置が制御される。
【００６５】
フィルム７７は、赤外光を吸収するフィルムである。励起光７３ａおよび７３ｂの一部は、散乱等によって観察者７８の方へ進行するが、フィルム７７は、そのような励起光を吸収する。また、フィルム７７は、表示媒体７１の取り扱い性および耐衝撃性をさせる。
【００６６】
［実施形態４］
実施形態４では、本発明の３次元表示装置の他の一例について説明する。実施形態４の３次元表示装置８０を図９に示す。３次元表示装置８０は、表示媒体８１と、フィルム８２と、赤外光源（図示せず）とを備える。
【００６７】
表示媒体８１は、円筒状の形状を有する。励起光８３ａおよび８３ｂは、赤外光源から出射され、制御手段によって制御されて、表示媒体８１の底面から表示媒体８１の内部に照射される。表示媒体８１の外周面には、赤外光を吸収するフィルム８２が配置されている。励起光８３ａおよび８３ｂの一部は散乱等によって観察者の方に進行するが、フィルム８２はそのような励起光を吸収する。また、フィルム８２は、表示媒体８１の取り扱い性および耐衝撃性をさせる。
【００６８】
［実施形態５］
実施形態５では、本発明の３次元表示装置の他の一例について説明する。実施形態５の３次元表示装置９０を図１０に示す。３次元表示装置９０は、表示媒体９１と、フィルム９２ａおよび９２ｂ（ハッチングを付して示す）と、赤外光源（図示せず）とを備える。
【００６９】
表示媒体９１は、直方体状の形状を有する。励起光９３ａは、表示媒体９１の１つの面から表示媒体９１の内部に入射する。その面に対向する面には、フィルム９２ａが配置されている。また、励起光９３ｂは、表示媒体９１の他の面から表示媒体９１の内部に入射する。その面に対向する面には、フィルム９２ｂが配置されている。通常、励起光９３ａと励起光９３ｂとは、互いに隣接する面に入射する。フィルム９２ａおよび９２ｂは、散乱等によって生じた不要な赤外光を吸収する。また、フィルム９２ａおよび９２ｂは、表示媒体９１の取り扱い性および耐衝撃性を向上させる。
【００７０】
なお、上記実施形態において、赤外光を吸収するフィルムの代わりに、赤外光を吸収する板材やシートを用いてもよい。これらの吸収体は、少なくとも１種の励起光を吸収する。これらの吸収体は、例えば、一般的な赤外カットフィルタの材料や、一般的な赤外カットフィルムの材料などで形成できる。これらの吸収体は、表示媒体に接していることが好ましい。フィルム状の吸収体は、表示媒体に密着させることが容易である点で好ましい。
【００７１】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的な思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術範囲に包含されるものである。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００７３】
［実施例１］
ゲル原料液１００重量部に、ツリウム（III）をドープしたＹ2Ｏ3の粒子（粒径約３０ｎｍ）を０．５重量部加えて充分に分散させた。ゲル原料液は、テトラメトキシシランとエタノールとアンモニア水溶液（０．１規定）とを、モル比で１対３対４になるように混合することによって調製した。ゲル原料液のゲル化によって、固体化したシリカ湿潤ゲルの円柱体を得た。
【００７４】
このシリカ湿潤ゲル体をエタノールで洗浄（溶媒置換）した後に、二酸化炭素による超臨界乾燥を行った。超臨界乾燥は、シリカ湿潤ゲル体を液化二酸化炭素中に入れ、圧力１２ＭＰａ、温度５０℃の条件にした超臨界状態の二酸化炭素中に４時間置いたのち、圧力を徐々に開放して大気圧にし、その後に降温することによって行った。このようにして、蛍光体粒子を含有したシリカからなる、円柱状のエアロゲル多孔体（直径１ｃｍ）を得た。
【００７５】
なお、得られた多孔体は、密度が約２２０ｋｇ／ｍ3であり、空孔率は約９２％であった。また、窒素吸着法であるブルナウアー・エメット・テラー（ＢＥＴ）法で測定した比表面積の値は約７００ｍ2／ｇであり、平均細孔直径は約２０ｎｍであった。また、円柱側面の中央部は、波長４３０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける透過率が８０％以上であり、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける透過率も８０％以上であった。
【００７６】
実施例１で作製した多孔体を表示媒体として、多孔体内で交差するように２つの励起光を照射した。励起光の照射には、波長８００ｎｍ付近の半導体レーザと、波長１１２０ｎｍ付近の半導体レーザとを用いた。その結果、２つの励起光の交点において、波長４８０ｎｍ付近の青色発光が観測された。また、観察する角度によらず、屈折による発光点のずれは見られなかった。
【００７７】
［実施例２］
ケイ酸ソーダの電気透析を行い、ｐＨ９〜１０のケイ酸水溶液（水溶液中のシリカ成分濃度１４重量％）を調製した。そのケイ酸水溶液のｐＨを５．５に調整したのちに、ケイ酸水溶液１００重量部に、プロセオジム（III）、エルビウム（III）およびツリウム（III）をそれぞれドープした３種類のガラス粒子を、それぞれ０．２重量部混合し、分散させた。ガラス粒子には、ＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ4−ＢａＦ2−ＬａＦ3−ＡｌＦ3−ＮａＦ）からなる粒子を用いた。ケイ酸水溶液のゲル化によって、固体化したシリカ湿潤ゲルの板状体（厚さ１ｃｍ）を得た。
【００７８】
このシリカ湿潤ゲル体に対して、ジメチルジメトキシシランの５重量％イソプロピルアルコール溶液中で疎水化処理を行った。その後、シリカ湿潤ゲル体に対して、二酸化炭素による超臨界乾燥を行って、蛍光体粒子を含有したシリカからなるエアロゲル多孔体を得た。超臨界乾燥は、実施例１の超臨界乾燥と同じ条件で行った。
【００７９】
なお、得られたエアロゲル多孔体は、密度が約２５０ｋｇ／ｍ3であり、空孔率は約９０％であった。また、窒素吸着法であるブルナウアー・エメット・テラー（ＢＥＴ）法で測定した比表面積の値は約６００ｍ2／ｇであり、平均細孔直径は約２０ｎｍであった。また、厚さ方向の透過率は、波長４３０ｎｍ〜６８０ｎｍで約８０％以上であり、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいても８０％以上であった。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、様々な方向から奥行き感のある３次元の立体画像を観察できる３次元表示媒体、および３次元表示装置に適用できる。本発明は、たとえば、立体テレビ、広告、医療用ディスプレイ、立体ＣＡＤ用ディスプレイといった様々な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】アップコンバージョン発光を説明する図である。
【図２】本発明の３次元表示媒体を構成する多孔体の一例を示す模式図である。
【図３】多孔体の多孔度と屈折率との関係を示す図である。
【図４】本発明の３次元表示装置の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の３次元表示媒体の構造の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の３次元表示媒体の構造の他の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の３次元表示装置の他の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の３次元表示装置の他の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の３次元表示媒体の他の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の３次元表示媒体の他の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０、６０、７０、８０、９０  ３次元表示装置
１１、６１、７１、８１、９１  表示媒体（３次元表示媒体）
１２ａ、１２ｂ、６２ａ、６２ｂ  赤外光源
１３ａ、１３ｂ、６３ａ、６３ｂ、７３ａ、７３ｂ、８３ａ、８３ｂ、９３ａ、９３ｂ  励起光
１４、６４  発光画素
２０  多孔体
２１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ  蛍光体粒子
２２  微粒子
６５、７７、８２、９２ａ、９２ｂ  フィルム
６６ａ、６６ｂ  ミラー
７８  観察者
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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