JP2017032784A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計及び製造が容易で、良好な光学性能を得ることができ、且つ映像源を配置する領域の自由度を向上させた表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１０は、映像源１１と、映像源１１から投射された映像光の一部を観察者側に反射させる光学シート２０とを備え、光学シート２０は、第１傾斜面２１ｂ及び第２傾斜面２１ｃを有する単位光学形状２１ａが複数配列された第１光学形状層２１と、第１光学形状層２１の単位光学形状２１ａが設けられた側の面に積層される第２光学形状層２３と、第１傾斜面２１ｂ上の少なくとも一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他を透過する反射層２２とを備え、映像源１１は、光学シート２０を厚み方向から見た場合に、前記映像光の出射位置と光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを通る線分が、光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１を通り、上下方向に平行な線に対して傾斜するように配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、投影された映像光を反射する表示装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」ともいう）は、インストルメントパネル内に配置された映像源からフロントウィンドウに映像光を投影し、運転者に対して各種の情報を表示する車両用の表示装置である。従来、車両のフロントウィンドウとしては、一対のガラス板の間に飛散防止用の中間層を挟み込んだ合わせガラスが使用されている。この合わせガラスにＨＵＤの映像光を投影すると、光の屈折により映像光が二重に見えることがある。そこで、光の屈折を制御するために、中間層の断面を楔形状とした合わせガラスが提案されている（特許文献１参照）。

車両のフロントウィンドウは、車種毎に取り付け角度が異なる。中間層の断面を楔形状とした場合、その厚み、楔角等は、車両への取り付け角度に応じて設計される。しかし、現状では、中間層の楔形状を車両への取り付け角度に応じて設計することは難しく、また、中間層の断面を設計通りの楔形状となるように製造することも難しい。
また、ＨＵＤを車両に搭載する場合、映像源は、フロントウィンドウに設けられた光学シートの正面の鉛直下側の領域に配置される。しかし、この領域は、車両を操作するハンドル、計器類等が多数配置されるため、映像源を配置する領域を確保することが難しい。

特許第２８１５６９３号公報 特開２０１０−７８８６０号公報

本発明の課題は、設計及び製造が容易で、良好な光学性能を得ることができ、且つ映像源を配置する領域の自由度を向上させた表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されない。
・第１の発明は、映像光を投射する映像源（１１）と、前記映像源から投射された映像光の一部を観察者側に反射させる光学シート（２０）とを備え、前記光学シートは、第１傾斜面（２１ｂ）及び第２傾斜面（２１ｃ）を有する単位光学形状（２１ａ）が複数配列された第１光学形状層（２１）と、前記第１光学形状層の前記単位光学形状が設けられた側の面に積層される第２光学形状層（２３）と、前記第１傾斜面上の少なくとも一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他を透過する反射層（２２）と、を備え、前記映像源は、前記光学シートを厚み方向から見た場合に、前記映像光の出射位置と前記光学シートの幾何学的中心とを通る線分が、前記光学シートの幾何学的中心を通り、上下方向に平行な線に対して傾斜するように配置されることを特徴とする表示装置（１０）である。
・第２の発明は、第１の発明の表示装置（１０）であって、前記光学シート（２０）における前記第１光学形状層（２１）の配列方向は、前記光学シートを厚み方向から見た場合に、前記映像光の前記出射位置と前記光学シートの幾何学的中心とを通る線分と同じ側に傾斜していることを特徴とする表示装置である。
・第３の発明は、第１又は第２の発明の表示装置（１０）であって、前記光学シート（２０）の観察者側に配置される第１支持体（３１）と、前記第１支持体と前記光学シートとの間に配置される第１中間層（３２）と、前記光学シートの観察者と反対側に配置される第２支持体（３４）と、前記光学シートと前記第２支持体との間に配置される第２中間層（３３）とを備え、前記第１中間層及び前記第２中間層は、前記光学シートの上端部から下端部までの範囲において、それぞれ層厚が均等であることを特徴とする表示装置である。
・第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明の表示装置（１０）であって、前記反射層（２２）は、前記光学シート（２０）の特定領域に形成された金属層であることを特徴とする表示装置である。
・第５の発明は、第１から第３までのいずれかの発明の表示装置（１０）であって、前記反射層（２２）は、誘電体多層膜であることを特徴とする表示装置である。

本発明によれば、設計及び製造が容易で、良好な光学性能を得ることができ、且つ映像源を配置する領域の自由度を向上させた表示装置を提供することができる。

第１実施形態の表示装置１０を配置した自動車１の運転席周辺を示す図である。 第１実施形態の表示装置１０を説明する図である。 第１実施形態の光学シート２０の製造方法を説明する図である。 第２実施形態の表示装置１０を説明する図である。 第３実施形態の表示装置１０を説明する図である。 第４実施形態のフロントウィンドウ２を説明する図である。 第５実施形態のフロントウィンドウ２を説明する図である。 第６実施形態の光学シート２０を説明する図である。 第７、第８及び第９実施形態の各フロントウィンドウ２を説明する図である。 第１実施形態の光学シート２０を配置する領域を説明する図である。 第３実施形態の光学シート２０を配置する領域を説明する図である。

以下、本発明に係る表示装置を、自動車のフロントウィンドウに搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に適用した実施形態について説明する。なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の表示装置１０を配置した自動車１の運転席周辺を示す図である。図１（ａ）は、自動車１の運転席からフロントウィンドウ２側（自動車の進行方向側）を見た状態を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ部断面からの矢視図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のｃ部矢視図、すなわち運転席を上側から見た図である。
図２は、第１実施形態の表示装置１０を説明する図である。図２（ａ）は、光学シート２０の厚み方向の運転者側から見た正面図である。図２（ｂ）は、光学シート２０の左右方向の中心線上における断面、すなわち図２（ａ）のｂ部断面を示す図である。図２（ｃ）は、厚み方向（Ｙ方向）に平行であって、単位光学形状２１ａの配列方向に平行な断面における断面、すなわち図２（ａ）のｃ部断面を示す図である。

なお、図２を含め以下に示す図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、光学シートの上下方向をＺ方向とし、厚み方向をＹ方向とし、左右方向をＸ方向とする。ここで、上下方向（Ｚ方向）のうち−Ｚ側を下側とし、＋Ｚ側を上側とする。また、厚み方向（Ｘ方向）のうち−Ｙ側を背面側とし、＋Ｙ側を運転者側とする。また、左右方向（Ｘ方向）のうち−Ｘ側を左側とし、＋Ｘ側を右側とする。

本実施形態の自動車１は、図１に示すように、車内側から見て、フロントウィンドウ２の右側に運転席が設けられ、フロントウィンドウ２の下方側に内装パネル３が配置されている。また、自動車１には、表示装置１０が設けられている。表示装置１０を構成する光学シート２０（後述する）は、フロントウィンドウ２の内側（車内側）の面の右側に配置されている。
内装パネル３は、フロントウィンドウ２の下方側に配置された化粧パネルであり、その右側に自動車の操縦桿となるハンドル４や、自動車の速度計等の計器類５が配置されている。また、内装パネル３には、表示装置１０を構成する映像源１１（後述する）等が配置されている。

表示装置１０は、自動車１の速度や、方向指示器の状態等を、運転者の視線上に表示することができる装置、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置であり、自動車１を運転する運転者が視線を反らすことなく、自動車１の速度等の状態を把握することができる。
表示装置１０は、映像源１１、投射光学系１２、光学シート２０等を備えている。表示装置１０は、映像源１１から出射した速度情報等の映像光を、光学シート２０を介して運転者側に投影する。具体的には、表示装置１０は、映像源１１で結像された映像光を、投射光学系１２を介して光学シート２０へ入射させて運転者側に映像情報を反射する。本実施形態では、表示装置１０は、自動車１の運転席に搭載されるヘッドアップディスプレイとして説明するが、これに限定されるものでなく、他の乗り物、例えば、航空機や、鉄道等に搭載されるヘッドアップディスプレイであってもよい。

映像源１１は、映像光を表示するディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイスや、反射型の液晶表示デバイス、有機ＥＬ等を使用することができる。本実施形態の映像源１１は、図１に示すように、運転席からフロントウィンドウ２側を見て、光学シート２０の下方側であって、光学シート２０よりも左側の位置に投射光学系１２とともに配置されている。
具体的には、映像源１１は、図２（ａ）に示すように、光学シート２０の厚み方向（Ｙ方向）から見た状態において、映像源１１の映像光Ｌの出射位置１１ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分が、光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１を通り、上下方向（Ｚ方向）に平行な線に対して右側に傾斜するようにして配置されている。これにより、表示装置１０は、運転席のハンドル４や計器類５の周囲を避けて映像源１１を配置することができ、運転席内における映像源１１の配置位置の自由度を向上させることができる。ここで、映像源１１の出射位置１１ａとは、映像源１１の映像光Ｌが出射する面の幾何学的中心となる位置である。
投射光学系１２は、映像源１１の出射位置１１ａに配置され、映像源１１から出射された映像光を投射する複数のレンズ群から構成される光学系である。

光学シート２０は、光透過性を有する層であり、図１に示すように、フロントウィンドウ２の内側（車内側）の面の右側（運転席前）に貼り付けられている。光学シート２０は、図２（ｂ）に示すように、運転者側（＋Ｙ側）から順に光学形状層（第１光学形状層）２１、反射層（金属層）２２、背面層（第２光学形状層）２３が積層されている。光学シート２０は、運転者の視界を妨げない観点から、フロントウィンドウ２を通して運転席から見える自動車の進行方向の光の一部を、光学シート２０の背面側から運転者側へ透過させて、その光と映像光とを重ねて見せる、いわゆるシースルー機能を備えている。

光学形状層２１は、光透過性を有する層であり、図２（ａ）に示すように、単位光学形状２１ａが平行に複数配列されたリニアフレネルレンズ形状を、その背面側（−Ｙ側）の面に有している。
単位光学形状２１ａは、図２（ｃ）に示すように、シート面（ＸＺ面）に直交する方向（厚み方向、Ｙ方向）に平行であって、単位光学形状２１ａの配列方向Ｒ１に平行な断面における断面形状が、略三角形形状である。
単位光学形状２１ａは、背面側に凸であり、映像光が直接入射する入射面（第１傾斜面）２１ｂと、この入射面２１ｂと対向する対向面（第２傾斜面）２１ｃとを備えている。本実施形態では、単位光学形状２１ａは、入射面２１ｂが頂部ｔを挟んで対向面２１ｃよりも上側（＋Ｚ側）に位置している。
この単位光学形状２１ａは、光学シート２０のシート面内（ＸＺ面内）において、その配列方向Ｒ１に直交する方向に延在している。

単位光学形状２１ａの配列方向Ｒ１は、図２（ａ）に示すように、光学シート２０を厚み方向（Ｙ方向）から見た場合において、映像源１１の映像光Ｌの出射位置１１ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを通る線分と同じ側、すなわち本実施形態では右側（＋Ｘ側）に傾斜している。このような構成にすることによって、光学シート２０は、光学シート２０に対して左側斜め下側に配置される映像源１１から投射される映像光を効率よく運転者側に反射することができる。

ここで、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂが、シート面（ＸＺ面）に平行な面となす角度は、αである。また、対向面２１ｃがシート面に平行な面となす角度は、β（β＞α）である。さらに、単位光学形状２１ａの配列ピッチは、Ｐであり、単位光学形状２１ａの高さ（厚み方向における頂部ｔから単位光学形状２１ａ間の谷底となる部位ｖまでの寸法）は、ｈである。
配列ピッチＰは、単位光学形状２１ａが起因となる筋状のラインが視認されてしまうのを抑制する観点から、１００〜２０００μｍの範囲で形成されるのが望ましい。また、角度αは１０〜５０°、角度βは７０〜１１０°、高さｈは１０〜１５００μｍの範囲で形成されるのが望ましく、角度αは２０〜４０°、角度βは９０°、高さｈは１００〜１０００μｍの範囲で形成されるのが更に望ましい。

理解を容易にするために、図２では、単位光学形状２１ａの配列ピッチＰ、角度α，βは、単位光学形状２１ａの配列方向において一定であるように示している。本実施形態の単位光学形状２１ａは、配列ピッチＰ、角度β等が一定であるが、角度αが単位光学形状２１ａの配列方向において映像源１１から離れるにつれて次第に大きくなってもよく、また、それに伴い高さｈも変動してもよい。
なお、これに限らず、配列ピッチＰは、単位光学形状２１ａの配列方向に沿って次第に変化する形態等としてもよく、映像源から投影される映像の大きさや、映像源１１の投射角度（光学シート２０の運転者側の面への映像光の入射角度）、運転者側に反射する映像のサイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜変更可能である。

光学形状層２１は、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等の紫外線硬化性樹脂によりＵＶ成形法等によって形成されている。なお、光学形状層２１は、電子線硬化性樹脂等の他の電離放射線硬化性樹脂により形成されてもよい。また、光学形状層２１は、熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、上述の紫外線硬化性樹脂と熱硬化性樹脂とを組み合わせた樹脂、熱可塑性樹脂と紫外線硬化性樹脂とを組み合わせた樹脂等によって形成されてもよい。
光学形状層２１は、背面側に形成される単位光学形状２１ａに応じて、プレス成形法等により形成してもよい。このような光学形状層２１の場合には、接合層等を介して透明基材に積層する形態としてもよい。

反射層２２は、入射した光の一部を反射し、その他を透過する半透過型の反射層、いわゆるハーフミラーである。反射層２２の反射率と透過率の割合は、適宜設定することができる。なお、映像光を良好に反射させるとともに、自動車の進行方向側から入射する光を十分に透過させて、運転者の視界を良好にする観点から、透過率が７０％以上の範囲であることが望ましい。
反射層２２は、光反射性の高い金属、例えば、アルミニウムや、銀、ニッケル等により形成されている。本実施形態では反射層２２は、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。また、これに限らず反射層２２は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜片を含有した塗料を塗布したりする等により形成されてもよい。
本実施形態の反射層２２は、アルミニウムの蒸着によって約４０〜６０Åの厚みに形成されているが、光の透過率を上述の好ましい範囲に設定できるのであれば、その材料等に応じて厚さを自由に設定することができる。
なお、本実施形態の反射層２２は、入射面２１ｂの全面に形成されるが、これに限らず、入射面２１ｂの一部に形成されていてもよい。

背面層２３は、光学形状層２１の背面側（−Ｙ側）の面に設けられた層であり、光学シート２０の最背面を平坦にするために設けられている。背面層２３は、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂等から形成され、その屈折率は光学形状層２１と同等である。背面層２３の背面側の面は、不図示の接合層を介してフロントウィンドウ２に接合される面であり、フロントウィンドウ２を介して背面側から光学シート２０内に入射する光の入射面である。
なお、光学シート２０をフロントウィンドウ２に接合する接合層は、光透過性を有する粘着剤や接着剤を用いることができ、例えば、アクリル樹脂や、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等を用いることが可能である。

次に、本実施形態の光学シート２０へ入射する映像光Ｌ及び外界からの光Ｇについて説明する。
図１（ｂ）に示すように、映像源１１から投射された映像光Ｌは、投射光学系１２を介して、光学シート２０の運転者側の面へ入射する。光学シート２０に入射した映像光Ｌの一部の光Ｌ１は、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂに入射し、反射層２２において運転者側へ反射する。そして、外界からの光Ｇは、その一部が光学シート２０の背面側から運転者側へ透過する。そのため、運転者は、外界からの光Ｇと映像光Ｌとを重ねて見ることができる。また、映像光Ｌの他の一部の光Ｌ２は、反射層２２を透過した後、背面層２３を透過して、光学シート２０の背面側（−Ｙ側）の面から出射する。

次に、第１実施形態の光学シート２０の製造方法の一例について説明する。
図３は、第１実施形態の光学シート２０の製造方法を説明する図である。図３の各図は、光学シート２０が製造されるまでの過程を示す図である。
まず、図３（ａ）に示すように、単位光学形状２１ａ（入射面２１ｂ、対向面２１ｃ）に対応する凹凸形状が設けられた金型（不図示）を使用して、光学シート２０を構成する光学形状層２１をＵＶ成形法等により形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂ上に、真空蒸着法により蒸着金属（アルミニウム）ＡＬを蒸着して反射層２２を形成する。本実施形態では、真空蒸着装置を使用し、真空状態下においてアルミニウムを加熱、溶融して、光学形状層２１の入射面２１ｂに対してそのアルミニウムを蒸着する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、光学形状層２１の単位光学形状２１ａが形成された側の面に、背面層２３を構成する樹脂を充填し、平坦面が形成された金型によって押圧する。そして、硬化させた後に離型することにより、背面層２３を形成することができる。以上の過程により、光学形状層２１、反射層２２、背面層２３が順に積層された光学シート２０が完成する。

以上説明したように、第１実施形態の表示装置１０によれば、映像源１１から投射された映像光Ｌのうち、運転者側に届く光のほとんどは、光学シート２０の単位光学形状２１ａで反射した光となる。そのため、表示装置１０においては、従来の合わせガラスにＨＵＤの映像光を投影したときのように、光の屈折により映像光が二重に見えることがなく、運転者に対してより鮮明な映像を表示することができる。

また、光学シート２０の単位光学形状２１ａにおいて、入射面２１ｂがシート面（ＸＺ面）に平行な面となす角度α及び対向面２１ｃがシート面に平行な面となす角度βは、光学シート２０が貼り付けられたフロントウィンドウ２を自動車１に取り付けたときの傾斜角度、映像源２からの映像光の投射角度等に応じて容易に設計できる。また、光学形状層２１は、例えば、ロールツーロール方式等の手法を用いることにより、設計通りの形状を容易に製造することができる。

また、光学シート２０の厚み方向（Ｙ方向）から見た場合において、映像源１１の映像光Ｌの出射位置１１ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分が、光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１を通り、上下方向（Ｚ方向）に平行な線に対して右側に傾斜している。これにより、本実施形態の表示装置１０は、映像源１１をハンドル４や計器類５が多数配置される光学シート２０の下側の領域（フロントウィンドウ２の右下側の領域）を避けて配置することができ、自動車１の運転席に対する映像源１１の配置位置の自由度を向上させることができる。
したがって、第１実施形態の表示装置１０においては、光学シート２０の設計及び製造が容易であり、良好な光学性能を得ることができる。また、第１実施形態の表示装置１０においては、映像源１１を配置する領域の自由度を向上させることができる。

また、第１実施形態の表示装置１０は、単位光学形状２１ａの配列方向Ｒ１が、光学シート２０の厚み方向（Ｙ方向）から見た場合において、映像源１１の映像光Ｌの出射位置１１ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分と同じ側（右側）に傾斜している。これにより、第１実施形態の表示装置１０は、光学シート２０に対して左側斜め下側から投射される映像光を運転者側により効率よく反射することができる。

また、人間の眼は、左右方向に延在するラインが、左右方向に対して傾斜した方向や、上下方向に延在するライン等よりも視認され易くなる傾向である。そのため、上述のように、単位光学形状２１ａの配列方向Ｒ１を、出射位置１１ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分と同じ側（右側）に傾斜させることによって、単位光学形状２１ａが起因となるライン（図２（ａ）中の破線）を左右方向（Ｘ方向）に対して傾斜させることができ、運転者の眼に視認され難くすることができる。

また、第１実施形態の光学シート２０は、映像光Ｌを反射層２２において運転者側へ反射するため、中間層の断面を楔形状とした従来の合わせガラスに比べて反射率が高くなり、運転者に対してより明るい映像を表示できる。また、映像源１１として高出力の光源を用いる必要がないため、消費電力の削減及び高寿命化を達成できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の表示装置１０について説明する。
以下の説明及び図面において、第１実施形態と同等の機能を果たす部材、装置等には、第１実施形態と同一の符号を付して、重複する説明を適宜に省略する（他の実施形態についても同様とする）。
図４は、第２実施形態の表示装置１０を説明する図である。図４（ａ）は、光学シート２０の厚み方向の運転者側から見た正面図である。図４（ｂ）は、厚み方向（Ｙ方向）に平行であって、単位光学形状２１ａの配列方向に平行な断面における断面図、すなわち図４（ａ）のｂ部断面を示す図である。

第２実施形態の表示装置１０は、図４に示すように、光学シート２０の光学形状層２１に設けられる単位光学形状２１ａが、サーキュラーフレネルレンズ形状に形成されている点において、第１実施形態の表示装置１０と相違する。
光学シート２０は、第１実施形態の光学シート２０と同様に、フロントウィンドウ２の内側の面（車内側）の右側（運転席前）に配置されており（図１参照）、運転者側から順に光学形状層２１、反射層２２、背面層２３が積層されている。

光学形状層２１は、光透過性を有する層であり、図４（ａ）に示すように、点Ｃ２を中心として単位光学形状２１ａが同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を、その背面側（−Ｙ側）の面に有している。このサーキュラーフレネルレンズ形状は、その光学的中心（フレネルセンター）Ｃ２が、厚み方向（Ｙ方向）から見て光学シート２０の外形よりも外側（本実施形態では光学シート２０の左下側）に位置している。
第２実施形態の単位光学形状２１ａは、光学シート２０の厚み方向から見た場合において、この光学的中心Ｃ２と光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分が、映像源１１の映像光Ｌの出射位置１１ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分と同じ側に傾斜している。このような構成にすることによって、光学シート２０は、左側斜め下側から投射される映像光を効率よく運転者側に反射することができる。

単位光学形状２１ａは、図４（ｂ）に示すように、シート面（ＸＺ面）に直交する方向（厚み方向、Ｙ方向）に平行であって、単位光学形状２１ａの配列方向に平行な断面における断面形状が、略三角形形状である。
単位光学形状２１ａは、背面側に凸であり、映像光が直接入射する入射面２１ｂと、この入射面２１ｂと対向する対向面２１ｃとを備えている。
第２実施形態では、図２（ａ）に示す使用状態において、単位光学形状２１ａは、入射面２１ｂが頂部ｔを挟んで対向面２１ｃよりも上側（＋Ｚ側）に位置している。

ここで、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂが、シート面（ＸＺ面）に平行な面となす角度は、α２である。また、対向面２１ｃがシート面に平行な面となす角度は、β２（β２＞α２）である。さらに、単位光学形状２１ａの配列ピッチは、Ｐ２であり、単位光学形状２１ａの高さ（厚み方向における頂部ｔから単位光学形状２１ａ間の谷底となる点ｖまでの寸法）は、ｈ２である。なお、配列ピッチＰ２は１００〜６００μｍ、角度α２は１〜４０°、角度β２は８０〜１００°、高さ２は１〜５００μｍの範囲で形成されるのが望ましい。また、配列ピッチＰ２は２００〜５００μｍ、角度α２は５〜３０°、角度β２は９０°、高さｈ２は１００〜３００μｍの範囲で形成されるのが更に望ましい。

図４では、理解を容易にするために、単位光学形状２１ａの配列ピッチＰ２、角度α２，β２は、単位光学形状２１ａの配列方向において一定であるように示している。しかし、本実施形態の単位光学形状２１ａは、実際には、配列ピッチＰ２等が一定であるが、角度α２が単位光学形状２１ａの配列方向においてフレネルセンターとなる点Ｃ２から離れるにつれて次第に大きくなっている。また、それに伴い高さｈ２も変動している。
なお、これに限らず、配列ピッチＰ２は、単位光学形状２１ａの配列方向に沿って次第に変化する形態等としてもよく、映像源１１から投影される映像の大きさや、映像源１１の投射角度（光学シート２０の運転者側の面への映像光の入射角度）、運転者側に反射する映像のサイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜変更可能である。

以上説明した第２実施形態の表示装置１０は、第１実施形態と同様に、光学シート２０の設計及び製造が容易であり、良好な光学性能を得ることができる。また、第２実施形態の表示装置１０においても、第１実施形態と同様に、映像源１１をハンドル４や計器類５が多数配置される光学シート２０の下側の領域（フロントウィンドウ２の右下側の領域）を避けて配置することができるため、自動車１の運転席に対する映像源１１の配置位置の自由度を向上させることができる。

また、第２実施形態の表示装置１０においては、単位光学形状２１ａがサーキュラーフレネル形状に形成され、サーキュラーフレネルレンズ形状の光学的中心Ｃ２が、光学シート２０の厚み方向から見て、光学シート２０の外形よりも外側に位置しており、光学シート２０の厚み方向から見た場合において、光学的中心Ｃ２と光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分が、映像源１１の映像光Ｌの出射位置１１ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃ１とを結ぶ線分と同じ右側に傾斜している。これにより、本実施形態の表示装置１０は、光学シート２０に対して左斜め下側から投射される映像光をより効率よく運転者側に反射することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の表示装置１０について説明する。
図５は、第３実施形態の表示装置１０を説明する図である。図５（ａ）は、フロントウィンドウ２の左右方向の中心線上における断面図であり、図２（ｂ）のｂ部断面に相当する部分断面図である。また、図５（ｂ）は、第３実施形態におけるフロントウィンドウ２の他の構成を示す断面図である。
第３実施形態の表示装置１０は、映像源１１、投射光学系１２、光学シート２０を含むフロントウィンドウ２を備えている。このうち、映像源１１、投射光学系１２の構成は、第１実施形態の表示装置１０と同じであるため、ここでは相違点についてのみ説明する。

第３実施形態の表示装置１０において、光学シート２０は、フロントウィンドウ２の内部に配置されている。すなわち、本実施形態の光学シート２０は、後述する２枚のガラス（３１、３４）の間に挟まれてフロントウィンドウ２と一体に成形された、いわゆる合わせガラスの形態で使用される。光学シート２０は、フロントウィンドウ２の全面に配置されている。
図５（ａ）に示すように、本実施形態のフロントウィンドウ２は、第１ガラス（第１支持体）３１、第１中間層３２、光学シート２０、第２中間層３３及び第２ガラス（第２支持体）３４を備えている。

第１ガラス３１は、フロントウィンドウ２の最も室内側に配置された透明な部材である。第１ガラス３１としては、例えば、ソーダライムガラス（青板ガラス）、硼珪酸ガラス（白板ガラス）、石英ガラス、ソーダガラス、カリガラス等の材料を用いることができる。また、第１ガラス３１の厚みは、２〜３ｍｍの範囲とすることが好ましい。

第１中間層３２は、第１ガラス３１と光学シート２０との間に配置された層である。第１ガラス３１及び光学シート２０は、第１中間層３２により接合されている。第１中間層３２は、フロントウィンドウ２の破損時に、第１ガラス３１の破片が飛散するのを防止するために配置されている。第１中間層３２としては、例えば、ＰＶＢ（ポリビニルブリラール）を用いることができる。第１中間層３２の厚みは、０．３〜０．８ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、第１中間層３２の屈折率は、第１ガラス３１、光学形状層２１（光学シート２０）と同等であることが望ましい。

光学シート２０は、第１実施形態の光学シート２０と同じく、入射した光の一部を運転者側に反射し、その他の光を透過させるシートである。光学シート２０の基本的な構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態の光学シート２０は、光学形状層２１の運転者側（＋Ｙ側）に基材層２４を備えている点において、第１実施形態と相違する。
基材層２４は、光学形状層２１を形成する際のベースとなる平板状の部材である。基材層２４は、例えば、光透過性の高いＰＥＴ等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂等から形成される。

第２中間層３３は、第２ガラス３４と光学シート２０との間に配置された層である。第２ガラス３４及び光学シート２０は、第２中間層３３により接合されている。第２中間層３３は、フロントウィンドウ２の破損時に、第２ガラス３４の破片が飛散するのを防止するために配置されている。第２中間層３３としては、第１中間層３２と同じく、ＰＶＢを用いることができる。第２中間層３３の厚みは、０．３〜０．８ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、第２中間層３３の屈折率は、第１ガラス３１、光学形状層２１と同等であることが望ましい。
第２ガラス３４は、光学シート２０の最も背面側（＋Ｚ側）に配置された透明な部材である。第２ガラス３４としては、第１ガラス３１と同じ材料を用いることができる。また、第２ガラス３４の厚みは、２〜３ｍｍの範囲とすることが好ましい。

本実施形態のフロントウィンドウ２において、第１中間層３２及び第２中間層３３は、フロントウィンドウ２の上端部（＋Ｚ方向の最上端部）から下端部（−Ｚ方向の最下端部）までの範囲において、それぞれ層厚が均等となるように形成されている。すなわち、フロントウィンドウ２において、第１中間層３２及び第２中間層３３の断面は、楔形状ではなく、上端部から下端部までの範囲において層厚が均等な矩形状となる。したがって、中間層の断面を楔形状とした従来の合わせガラスに比べて、光学シート２０を含むフロントウィンドウ２の設計及び製造が容易となる。

次に、本実施形態のフロントウィンドウ２に入射する映像光Ｌ及び外界からの光Ｇの動きについて説明する。
図５（ａ）に示すように、映像源１１から投射された映像光Ｌは、投射光学系１２を介して、フロントウィンドウ２の運転者側の面へ入射する。フロントウィンドウ２に入射した映像光Ｌの一部の光Ｌ１は、第１ガラス３１、第１中間層３２及び基材層２４を透過して、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂに入射し、反射層２２において運転者側へ反射する。そして、外界からの光Ｇは、その一部がフロントウィンドウ２の背面側から運転者側へ透過する。そのため、運転者は、外界からの光Ｇと映像光Ｌとを重ねて見ることができる。また、映像光Ｌの他の一部の光Ｌ２は、反射層２２を透過した後、背面層２３、第２中間層３３及び第２ガラス３４を透過して、フロントウィンドウ２の背面側（＋Ｚ側）の面から出射する。さらに、映像光Ｌの他の一部の光Ｌ３は、フロントウィンドウ２の第１ガラス３１により、斜め上側（＋Ｙ側）へ反射する。そのため、光Ｌ３は、そのほとんどが運転者側に届くことはない。

また、第３実施形態における光学シート２０は、図５（ｂ）に示すような構成としてもよい。図５（ｂ）に示す光学シート２０は、光学形状層２１と第１中間層３２との間及び背面層２３と第２中間層３３との間に、それぞれ基材層２４が設けられている点において、図５（ａ）に示す光学シート２０と相違する。その他の構成は、図５（ａ）に示す光学シート２０と同じである。本実施形態の光学シート２０を備えたフロントウィンドウ２においても、図５（ａ）に示すフロントウィンドウ２と同様の光学特性が得られる。
また、本実施形態においては、基材層２４が運転者側に配置されているため、光学シート２０の運転席側の平坦性を向上させることができる。そのため、光学シート２０の光学性能をより向上させることができる。

以上説明した第３実施形態のフロントウィンドウ２は、上端部から下端部までの範囲において、それぞれ層厚が均等であるため、中間層の断面を楔形状とした従来の合わせガラスに比べて、設計及び製造が容易であり、低コストで製造することができる。
そのため、第３実施形態のフロントウィンドウ２を備えた表示装置１０は、第１実施形態と同様に、光学シート２０の設計及び製造が容易であり、良好な光学性能を得ることができる。また、第３実施形態の表示装置１０においては、第１実施形態と同様に、映像源１１をハンドル４や計器類５が多数配置される光学シート２０の下側の領域を避けて配置することができるため、自動車１の運転席に対する映像源１１の配置位置の自由度を向上させることができる。
また、本実施形態の光学シート２０は、フロントウィンドウ２と一体に成形されているため、光学シート２０をフロントウィンドウ２から目立たなくすることができる。したがって、本実施形態のフロントウィンドウ２を実装した自動車１の外観をより向上させることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態として、光学形状層２１の一部に反射層２２が形成されたフロントウィンドウ２について説明する。
図６は、第４実施形態のフロントウィンドウ２を説明する図である。図６（ａ）は、第４実施形態におけるフロントウィンドウ２の断面図であり、図５（ａ）に相当する部分断面図である。図６（ｂ）は、光学形状層２１の一部に反射層２２を形成する手法を説明する図である。

先に説明した第３実施形態では、光学シート２０がフロントウィンドウ２と一体に成形されている。この第３実施形態の構成において、反射層２２は、光学形状層２１の全域に形成されている。他方、第３実施形態の構成において、反射層２２を、光学形状層２１の一部の領域に形成してもよい。例えば、第１実施形態のように、フロントウィンドウ２において、運転席前のみに映像を投影する場合である。

図６（ａ）に示すように、第４実施形態の光学シート２０は、反射層２２が光学形状層２１の一部の領域に形成されている。光学形状層２１において、反射層２２が形成されていない領域には、背面層２３を構成する樹脂が充填される。すなわち、光学形状層２１において、反射層２２が形成されていない領域の面は、背面層２３と直接に接合される。これにより、光学シート２０の厚みは、上下方向（Ｚ方向）において均等となる。

光学形状層２１の一部の領域に反射層２２を形成するには、例えば、図６（ｂ）に示すように、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂ上に、真空蒸着法により蒸着金属（アルミニウム）ＡＬを蒸着する際に、光学形状層２１の単位光学形状２１ａが形成された側にステンシルマスク１００を配置する。このステンシルマスク１００は、光学形状層２１において、反射層２２を形成する部分にのみ開口１０１が形成された板状の部材である。ステンシルマスク１００を配置し、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂ上に蒸着金属ＡＬをマスキング蒸着することにより、光学形状層２１の一部の領域に反射層２２を形成することができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態として、フロントウィンドウ２の一部に光学シート２０が配置された構成について説明する。
図７は、第５実施形態のフロントウィンドウ２を説明する図であり、図５（ａ）に相当する部分断面図である。
図７に示すように、第５実施形態のフロントウィンドウ２は、反射層２２による映像の投影が必要な部分にのみ光学シート２０が配置されている。この光学シート２０の構成は、第３実施形態と同じである。フロントウィンドウ２において、光学シート２０が配置されていない領域には、中間層３５が配置されている。中間層３５は、光学シート２０が配置される部分のみが矩形状に切り抜かれたシート材である。中間層３５としては、第１中間層３２及び第２中間層３３と同様に、ＰＶＢを用いることができる。中間層３５を、光学シート２０と同じ厚みとすることにより、光学シート２０及び中間層３５の配置された層の厚みを、上下方向（Ｚ方向）において均等にすることができる。
本実施形態の構成は、例えば、第１実施形態のように、フロントウィンドウ２において、運転席前のみに映像を投影する場合に適用される。

（第６実施形態）
次に、単位光学形状２１ａ（入射面２１ｂ）に形成される反射層２２として、誘電体多層膜を形成した実施形態について説明する。図８は、第６実施形態の光学シート２０を説明する図であり、誘電体多層膜からなる反射層２２が形成された単位光学形状２１ａの部分断面図である。
誘電体多層膜は、屈折率の高い誘電体膜（以下、「誘電体膜ＤＨ」ともいう）と屈折率の低い誘電体膜（以下、「誘電体膜ＤＬ」ともいう）とを交互に積層した膜である。本実施形態では、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂの上に、誘電体膜ＤＨ及び誘電体膜ＤＬ（以下、「層」ともいう）を５層形成することにより反射層２２としている。

誘電体多層膜は、層数により、反射率及び透過率の割合を制御することができる。誘電体多層膜は、層数を多くすると、入射した光が減衰して反射光となるため、ほとんど透過しなくなる。そのため、透過率を７０％以上とするためには、誘電体多層膜の層数を３〜７層の範囲に設定することが望ましい。
誘電体多層膜は、誘電体膜ＤＨとして、例えばＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３等を用いることができる。また、誘電体膜ＤＬとして、例えば、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２等を用いることができる。これらの誘電体膜は、例えば、真空蒸着、スパッタ等の手法により形成することができる。

誘電体膜ＤＨ及び誘電体膜ＤＬは、光を吸収しないため、アルミニウム等の金属に比べて高い反射率を得ることができる。本発明者らの実験によると、同じ条件下で作製した光学シート２０において、透過率を共に７０％とした場合、アルミニウムの蒸着膜の反射率が１．５％であったのに対し、誘電体多層膜の反射率は３０％となった。

（第７、第８、第９実施形態）
次に、遮熱、遮音等の機能を備えたフロントウィンドウの各実施形態について説明する。
図９は、第７、第８及び第９実施形態の各フロントウィンドウ２を説明する図であり、いずれも図５（ａ）に相当する部分断面図である。
図９（ａ）は、第７実施形態におけるフロントウィンドウ２の断面図である。
図９（ａ）に示すように、第７実施形態のフロントウィンドウ２は、基材層２４と第１中間層３２との間に熱線反射層３６が配置されている。熱線反射層３６は、外界から入射する熱線を反射する層であり、光学シート２０よりも運転者側（＋Ｙ側）に配置されている。また、熱線反射層３６は、光学シート２０と同様に、フロントウィンドウ２の全面に配置されている。

熱線反射層３６としては、例えば、コレステリック液晶を用いることができる。コレステリック液晶は、可視光線から赤外線の波長域において、所望の波長のみを選択的に反射させることができる。そのため、コレステリック液晶の組成を調製することにより、可視光を透過させ、赤外線（熱線）のみを反射させることができる。コレステリック液晶の原料としては、例えば、Ｃ０３１９（東京化成工業株式会社製）を用いることができる。
本実施形態のフロントウィンドウ２は、熱線反射層３６を備えるため、外界から入射する熱線を効率良く遮断することができる。したがって、本実施形態のフロントウィンドウ２によれば、室内の冷房効率を向上させることができるとともに、省電力化を達成することができる。

図９（ｂ）は、第８実施形態におけるフロントウィンドウ２の断面図である。
第８実施形態のフロントウィンドウ２は、光学シート２０の背面層２３が、遮音性の高い樹脂により形成されている。
遮音性の高い樹脂としては、ポリオレフィン系材料、エラストマー、ゲル等の、ＰＶＢ、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）よりも硬度の低い樹脂であることが望ましい。例えば、ハイブラー５１２７（株式会社クラレ製）等を用いることができる。また、一般に、遮音層として使用されているＰＶＢを用いることができる。背面層２３として用いられる材料の屈折率は、光学形状層２１と同等とすることが望ましい。
本実施形態のフロントウィンドウ２は、背面層２３が遮音性の高い樹脂により形成されているため、光学シート２０の厚みを増やすことなしに、室内における遮音性を向上させることができる。

図９（ｃ）は、第９実施形態におけるフロントウィンドウ２の断面図である。
図９（ｃ）に示すように、第９実施形態のフロントウィンドウ２は、基材層２４と第１中間層３２との間に熱線反射層３６が配置されている。熱線反射層３６は、第７実施形態と同様である。また、フロントウィンドウ２は、光学シート２０の背面層２３が、遮音性の高い樹脂により形成されている。遮音性の高い樹脂は、第８実施形態と同じである。
本実施形態のフロントウィンドウ２によれば、外界から入射する熱線を効率良く遮断することができ、且つ室内における遮音性を向上させることができる。

（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態として、フロントウィンドウ２において、光学シート２０を配置する領域等について説明する。
図１０は、第１実施形態の光学シート２０を配置する領域を説明する図であり、自動車１の運転席からフロントウィンドウ２側（自動車の進行方向側）を見た状態を示す図である。
図１０（ａ）に示すように、光学シート２０は、フロントウィンドウ２の内側の面の下部（左右方向の全面）に貼り付けてもよい。
また、図１０（ｂ）に示すように、光学シート２０は、フロントウィンドウ２の内側の全面に貼り付けてもよい。
図１０（ａ）及び（ｂ）に示す光学シート２０の配置は、第２実施形態の光学シート２０にも適用することができる。

図１１は、第３実施形態の光学シート２０を配置する領域を説明する図であり、自動車１の運転席からフロントウィンドウ２側を見た状態を示す図である。第３実施形態の光学シート２０は、フロントウィンドウ２と一体に成形された、合わせガラスの形態で使用される。
図１１（ａ）に示すように、光学シート２０は、フロントウィンドウ２の右側（運転席前）の領域に配置してもよい。
また、図１１（ｂ）に示すように、光学シート２０は、フロントウィンドウ２の下部（左右方向の全面）に配置してもよい。

図１１（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態では、例えば、図７に示す光学シート２０の構成を適用することができる。図１１（ａ）及び（ｂ）に示すフロントウィンドウ２において、光学シート２０が配置されていない領域には、透過率の高い中間層３５（図７参照）が配置されているため、運転者は良好な視界を得ることができる。
また、図１１（ｃ）に示すように、第４実施形態の光学シート２０（図６参照）を、フロントウィンドウ２の全面に配置してもよい。本実施形態の光学シート２０において、反射層２２は、フロントウィンドウ２の下部（左右方向の全面）にのみ形成されている。また、本実施形態の光学シート２０において、フロントウィンドウ２の上部（左右方向の全面）には、反射層２２が形成されていない。したがって、本実施形態の光学シート２０は、フロントウィンドウ２の上部において、運転者の視界を妨げることのない十分な透過率を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載した効果に限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態の構成は、適宜に組み合わせることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
（１）上述の実施形態において、単位光学形状２１ａの対向面２１ｃに微細な凹凸形状を形成してもよい。光学形状層２１及び背面層２３が同一の屈折率を有する材料により形成されていても、両者に微小な屈折率差が生じる場合がある。その場合、対向面２１ｃを透過する光の一部が、その対向面２１ｃにおいて反射して、２重像（ゴースト）として運転者に視認されることがある。しかし、対向面２１ｃに微細な凹凸形状を形成することによって、対向面２１ｃに入射した光を拡散させて２重像の発生を抑制することができる。

（２）上述の実施形態において、表示装置１０は、自動車１の運転席に配置される例を示したが、これに限定されるものでなく、他の乗り物の運転席等に配置されてもよい。また、表示装置１０は、フロントウィンドウ２に限らず、サイドウィンドウ、リアウィンドウ等に配置されてもよい。さらに、表示装置１０は、背景等の外界の光を透過する店舗等のショーウィンドウ等に適用することもできる。この場合、例えば、ショーウィンドウの内側の面に光学シート２０（第１実施形態）を貼り付けて、光学シート２０の左側又は右側の斜め下方又は上方に映像源１１を配置することによって、店舗の外側からショーウィンドウに展示される商品を見せるとともに、映像源１１から商品の情報等を表示することができる。

（３）上述の実施形態において、光学シート２０の運転者側（＋Ｙ側）の面に、傷つき防止を目的としたハードコート処理を施してもよい。このハードコート処理は、例えば、光学シート２０の運転者側の面に、ハードコート機能を有する紫外線硬化型樹脂（例えば、ウレタンアクリレート等）を塗布してハードコート層を形成してもよい。

１ 自動車
２ フロントウィンドウ
１０ 表示装置
１１ 映像源
２０ 光学シート
２１ 光学形状層
２１ａ 単位光学形状
２１ｂ 入射面
２１ｃ 対向面
２２ 反射層
２３ 背面層
３１ 第１ガラス
３２ 第１中間層
３３ 第２中間層
３４ 第２ガラス
３６ 熱線反射層

Claims (5)

1. 映像光を投射する映像源と、
   前記映像源から投射された映像光の一部を観察者側に反射させる光学シートと、
   を備え、
   前記光学シートは、
   第１傾斜面及び第２傾斜面を有する単位光学形状が複数配列された第１光学形状層と、
   前記第１光学形状層の前記単位光学形状が設けられた側の面に積層される第２光学形状層と、
   前記第１傾斜面上の少なくとも一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他を透過する反射層と、
   を備え、
   前記映像源は、
   前記光学シートを厚み方向から見た場合に、前記映像光の出射位置と前記光学シートの幾何学的中心とを通る線分が、前記光学シートの幾何学的中心を通り、上下方向に平行な線に対して傾斜するように配置されること、
   を特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記光学シートにおける前記第１光学形状層の配列方向は、前記光学シートを厚み方向から見た場合に、前記映像光の前記出射位置と前記光学シートの幾何学的中心とを通る線分と同じ側に傾斜していること、
   を特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の表示装置であって、
   前記光学シートの観察者側に配置される第１支持体と、
   前記第１支持体と前記光学シートとの間に配置される第１中間層と、
   前記光学シートの観察者と反対側に配置される第２支持体と、
   前記光学シートと前記第２支持体との間に配置される第２中間層と、
   を備え、
   前記第１中間層及び前記第２中間層は、前記光学シートの上端部から下端部までの範囲において、それぞれ層厚が均等であること、
   を特徴とする表示装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の表示装置であって、
   前記反射層は、前記光学シートの特定領域に形成された金属層であること、
   を特徴とする表示装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の表示装置であって、
   前記反射層は、誘電体多層膜であること、
   を特徴とする表示装置。

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