ガラス窓に新しい機能を持たせる透明ディスプレイを実用化

社会実証実験を行ってくれる企業探しに奔走

ちょうどその頃、NEDOは「クリーンデバイス社会実装推進事業」（2014〜2016年度）という、省エネルギーポテンシャルのある優れた技術やデバイスの用途を見つけて実証し、実用化につなげる事業を行っていました。シャープが開発したディスプレイは、その透明感のほかにも、省エネという特徴があります。RGBの各LEDを時間差で点滅させる時間分割方式を採用しているため、液晶ディスプレイの中でも消費電力が少ないのです。シャープはその強みを生かし、「デザイン多用途型省エネディスプレイ」という研究テーマでNEDO事業に応募。2015年に採択され、2年間の実証を開始しました。シャープは透明ディスプレイという、まだ身近なところで使われていない技術を用いた製品を普及させるための課題を整理し、解決のアプローチを検討しました。具体的には、透明ディスプレイ設置の有効性（利便性）や実使用環境下における視認性への影響（さまざまな状況における使用感）を明確化していくための特性評価方法の確立を目指し、社会実証実験の実施と測定法などの標準化に取り組みました。

花岡さんは、「正直、商品化はなかなか難しいのではと思っていました。駆動の仕方が複雑で、かなり高価なものになってしまうからです。また透明といいながらも、実際には透過率は25%程度のため、暗かったことも懸念材料でした。それでもなんとかユースケース得るために、さまざまな企業へ出向いて話を進めたのですが、公共の場所に設置することに対してはかなりの抵抗がありました。10数社回りましたがなかなか実証実験が行えず、時間ばかりが過ぎていきました」と言います。

参加したプロジェクトの期間は2年間。短い期間内に社会実証実験を行い、標準化の道筋を立てていく必要があります。そうした中で、NEDOという公的機関のプロジェクトということもあって、ようやく興味を示した企業が現れました。最初に実証実験を行うことになったのが、東京地下鉄の豊洲駅にある転落防止柵です（写真4）。

写真4　豊洲駅の転落防止柵に設置された透明ディスプレイ。カラー表示できちんと映像として認識できる（左）。モノクロ表示だと、背景が透けて見えるのがよくわかる（右）（資料提供：シャープディスプレイテクノロジー株式会社）

「転落防止柵は電車が見える透明なガラスが利用されており、そこに注意喚起などの表示ができれば面白いのではと考えました」と花岡さん。実際には、総合的な判断からホームのいちばん端の転落防止柵に取り付けることとなり、人目に付きにくい環境下で実施するという社会実証実験の難しさもありましたが、関係者の努力の結果、実証実験自体は約1年間行うことができました。

花岡さんは、「この実証実験は非常に大きな成果でした。地下鉄のホームは、背景が暗くガラスに光が反射するため、映像が見づらいことがわかりました。また雨こそ降りませんが、湿度が高かったり、鉄粉がかなり舞っていたりする過酷な環境でも問題なく使えたという、信頼性という意味での実証実験にもなりました」と成果を語ります。

続いて、協力してくれたのが埼玉新都市交通です。こちらは、営業車両の運転席扉にある窓に取り付けられました（写真５）。透明ディスプレイにより進行方向が見えつつ、かつ情報表示も見えるというもの。広告表示なども想定した実証実験です。

写真5　埼玉新都市交通の運転席扉にある窓ガラスに設置した透明ディスプレイ。カラー表示でも外光があってもきれいに見え、黒色もしっかり出ている（左）。モノクロ表示だと、背景がより一層見えるので、透明感がよくわかる（右）（資料提供：シャープディスプレイテクノロジー株式会社）

「埼玉新都市交通の担当の方が非常に乗り気になってくださいました。実証実験を行うには、車体にネジ穴を開けて取り付ける必要があるのですが、普通なら営業車両に穴を開けるなんて抵抗があるものです。それを快諾していただいたことに感謝しています」と花岡さんが語るように、公共の場での実証実験を行うということは、協力する側にも覚悟が必要になります。

この実証実験では、外部の業者を使って1300人以上の乗降客にアンケートを実施。透明ディスプレイを設置した車両の乗客の方に、このディスプレイの印象や必要性、どこを改善すべきか、ほかのどのようなシーンへの設置が有効かなどの項目に回答してもらいました。その結果、近未来感があり非常に期待感が大きかったといいます。ただ、この2つの実証実験では、測定法などの標準化に向けての知見となる、実際に被験者を集めての体験や評価を行うことはできませんでした。

日本のディスプレイ業界が優位に立つべく試行錯誤

そこで測定法などの標準化については、国立研究開発法人産業技術総合研究所（産総研）の電子光基礎技術研究部門主任研究員である星野聰さんとタッグを組んで実施しました（写真6）。

写真6　標準化のための人間工学的実験を行うために参加した、産業技術総合研究所の星野聰さん

「新たなディスプレイデバイスに対し、標準化へ向けた環境づくり。特に今回の場合は公共の場での社会実装試験を行うため、どういった項目を評価すべきなのか。これはシャープさん1社のことだけでなく、日本のディスプレイ産業全体として役立つ評価指標でなければならないため、産総研の公的な研究機関の役割として今回のプロジェクトに参加しました」と星野さんは当時を振り返ります。

普段はOLED（Organic Light Emitting Diode、有機発光ダイオード）や有機半導体を利用したトランジスターの研究、評価を中心に行っている星野さん。人間工学的実験は初めてで、まずは詳しい方と事前にどういう環境で実験すべきか綿密な相談をして臨んだといいます。

「産総研では人間工学的な研究も行っていて、そうした実験をする場合の、倫理面での安全性や個人情報の保護などをきちんと行っており、内部の倫理委員会を通したうえで実験を行わなければなりません。こうした新たなデバイスの場合は前例がないため、公共の場で被験者実験を行うのは、安全性を担保できるのかという話になり、すぐには実証実験に挑めませんでしたね」と星野さんは語ります。

公共の場での実証実験は、透明ディスプレイの商品化への課題を洗い出すだけでなく、標準化を目指すうえで、どのような測定方法をすべきかの参考にもなります。

花岡さんは、「測定するうえで標準化が必要で、国際的にも認めてもらわなければなりません。日本としてディスプレイメーカーや測定メーカー、材料メーカーなど、その中から有志を募ってコンソーシアムを作り、測定方法などを固めようということになりました」と説明します。

透明ディスプレイへのアプローチは、シャープが開発しているフィールドシーケンシャル方式の液晶ディスプレイだけではありません。ほかの競合メーカーではOLEDを利用した透明ディスプレイもあり、それぞれ一長一短があります。液晶の場合は、どうしても透過率が低くOLEDの1/3ほどしかありません。一方OLEDは黒の表現が難しく、暗いところでは発色がよく映像が見えるものの、外光が入るとほとんど見えなくなってしまいます。液晶は、外光があっても明るく見え、黒色も表現可能です（写真7）。

写真7　シャープミュージアム（奈良県天理市）に展示されている透明ディスプレイ。液晶を使った透明ディスプレイは、外光の影響が少なく、カラー表示でもくっきりとした映像を映し出せる（左）。また透過率は現状低いものの、モノクロ表示では背景を生かした映像表現を可能にしている（右）

花岡さんは、「普通のディスプレイの場合は、評価測定を暗室で行います。余分な光があると正しく評価できないからです。しかし、透明ディスプレイの場合は、外光が重要です。外光をどう規定していくのか、我々の主張を海外の人にも理解してもらう努力が必要でした」と言います。

つまりOLEDの開発陣からすれば、従来のディスプレイと同様に暗室で評価したほうが好結果につながりますが、それでは液晶の有利な点が反映されず、公平な評価にはなりません。OLEDパネルでは韓国のほうが優位に立っており、透明ディスプレイは外光が重要だという主張が国際的に通らないと、日本が優位に立てなくなります。日本の強みをしっかり生かせる評価方法にすることが必須だったわけです。

そのため、電子ディスプレイの国際規格団体であるIEC/TC110に提案、承認してもらうべく、日本国内の対応組織であるJEITA（一般社団法人電子情報技術産業協会）でディスプレイ分野の共通項目標準化を担う分科会の主査にシャープの社員が就任して、今回のプロジェクトを遂行しました。

もちろん、OLEDパネルで優位に立つ韓国のサムスンにも委員会を起ち上げてもらい、その中で議論を重ねています。花岡さんは、「やっぱり自社が良くなるような測定法にしたいというのは、どの企業も思っていることです。そうした中で、液晶に有利な外光をどう規定すべきかを人間工学的性能評価を行って示し、主導していけるかにかかっていました」とその重要性を語ります。

人間工学的性能評価はプロジェクト終了半年前にシャープの実験室で実施

実証実験はもう一つ行っています。これまでの2つの実証実験の結果、外光の変化に大きく影響されることがわかったため、電車の窓に取り付け、外光が大きく変わる状況での変化を確認することになりました。埼玉新都市交通での実験のように、営業車両の窓に装着して行えればいいのですが、やはり安全性が担保できずに断念。そんなときに三菱重工業株式会社の協力を得て三原にある実験線を使えることになりました（写真8、9）。しかも、被験者は三菱重工業の社員を準備してくれるという厚遇ぶりです。

写真8　三菱重工業の実験線では、窓に透明ディスプレイを設置。楕円形の実験線のため、さまざまな状態の外光が窓から降り注ぐ。この検証では、スモークフィルムを垂らすことで、スモークガラスの場合にどうなるかも行われた（資料提供：シャープディスプレイテクノロジー株式会社）

写真9　スモークガラスではない状態でも検証。約20人の被験者による実験が行われ、映り込みやチラツキは気にならなかったという（資料提供：シャープディスプレイテクノロジー株式会社）

3つの実証実験により、透明ディスプレイは外部の環境によって大きく見え方が変わってしまうなど、さまざま知見が蓄積され、標準化には評価する環境をどうすべきか考える必要があることが確認されました。

星野さんは、「シャープの柏事業所には、照明やディスプレイを評価する実験室があり、ディスプレイの前後の照度を自由に変化できる設備があるため、どのくらいの照度で評価すべきかを検討しました。地下鉄の駅のホームや外を走るときの照度などを参考に再現しながら、建築基準法をはじめとしたさまざまな評価基準を加味しつつ人間工学的性能評価を行い、評価標準化手法などの指針を決めていきました」と言います。

結局、被験者20人を集めて人間工学的性能評価を行えたのは、プロジェクトがスタートしてから1年半以上経った2017年1月のこと。ですが、この評価は国際標準化を目指すうえで重要な材料となり、プロジェクト終了後の標準化までの取り組みを後押しすることができました。重要課題であった外光を入れるという目標は国際的にも受け入れられ、2017年3月の時点でISOのテクニカルレポートという形で登録されています（表1）。「デバイスを測定する際はISOやIECの規格に則って行わなければならないのですが、その一歩手前の段階である、テクニカルレポートという形で発行されました。遵守する義務はありませんが、測定するときには参照しましょうというもので、カタログなどでうたうときは、参照しないと信憑性が損なわれます。これは一つの大きな成果だったと思っています」と花岡さんは語りました。

表1　人間工学的性能評価の内容と結果。これにより、透明ディスプレイ社会実装上の課題の抽出、共通仕様、評価標準化手法に関する指針や傍証を得た

プロジェクト終了後もJEITAおよび、IEC/TC 110のワーキンググループにおいて、継続的に議論を重ね、翌年の2018年に承認されました。星野さんは、「今回のプロジェクトは満足にマンパワーを割けなかったという思いがあったのですが、シャープさんをはじめ日本のディスプレイ業界がかなり厳しい競争のなか、かなりがんばっていただいたので、本当に感謝の気持ちでいっぱいです」と言います。