JP6114728B2 - 投映像表示用部材および投映像表示システム - Google Patents

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Description

本発明は、投映像表示用部材に関する。より詳しくは、本発明は、ヘッドアップディスプレイシステムでコンバイナとして使用できる投映像表示用部材に関する。本発明はまた、上記投映像表示用部材を利用した投映像表示システムに関する。
投映像表示システムにおいてはプロジェクターにより投映される映像が投映像表示用部材により表示される。例えば、投映像表示システムの1つであるヘッドアップディスプレイシステムにおいては投映される映像と前方の風景とを同時に表示させることのできるコンバイナの機能を有する投映像表示用部材が用いられる。ウインドシールドガラスをこのような投映像表示用部材として使用しているヘッドアップディスプレイシステムでは、投映光がガラスの表面または裏面で反射することによる二重像が顕著となり易く、従来から様々な解決方法が試みられている。
例えば特許文献1には、合わせガラスであるウインドシールドガラスの中間膜の断面をくさび状にして、車の外側のガラス板と内側のガラス板からの反射像を一致させる方法が提案されている。ガラス面にp偏光が入射するようにしてブリュースター角を利用し、投映像表示用部材表面からの反射光をゼロに近づけて、二重像を解消する技術も多く知られている(例えば特許文献2)。
米国特許明細書第5013134号 特表2006−512622号公報
特許文献1に記載の技術では、外側のガラス板と内側のガラス板との角度調節に高度な技術が必要となる。また、特許文献2に記載のようなブリュースター角を利用する方法においても、二重像の解消とともに、十分な光反射率および光透過率を同時に確保することはまだ課題として残っている。
本発明は、二重像の問題のないヘッドアップディスプレイシステムの提供を可能とする投映像表示用部材であって、投映光の反射率が高く、かつ可視光の透過率が高い投映像表示用部材の提供を課題とする。本発明はまた、二重像がなく高反射率および高透過率で鮮明な画像の表示が可能なヘッドアップディスプレイシステムなどの投映像表示システムの提供を課題とする。
本発明者は、上記課題の解決のため、コレステリック液晶層を反射層に使用することに着眼した。すなわち、p偏光を入射光として使用し、投映像表示用部材表面からの反射光を抑制して二重像を防止したうえで、コレステリック液晶層の選択反射を利用して投映像を得ることを試みた。コレステリック液晶化合物としては、一般的にコレステリック液晶層を作製する際に用いられる棒状液晶化合物を用いた。このとき、コレステリック液晶層が円偏光を反射するため、直線p偏光を円偏光に変更するλ/4位相差層を加えて用い、鮮明な投映像が得られることが予測された。しかし、実際にコレステリック液晶層とλ/4位相差層とを組み合わせて使用したところ、理論的に予測される光量より低い光量での投映像が得られるのみであった。そして、この点は入射p偏光に対して遅相軸の方位を変化させても、大きな改善が見られなかった。そのため、本発明者はコレステリック液晶層を反射層として用いた投映像表示用部材の構成についてさらに検討を重ね、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の[1]〜[22]を提供するものである。
[1]反射層および位相差層を含み、
上記反射層が可視光領域に選択反射を示すコレステリック液晶層を含み、上記コレステリック液晶層は円盤状液晶化合物を含む液晶組成物から形成された層であり、
上記位相差層の正面位相差が50nm〜400nmの範囲である
投映像表示用部材。
[2]上記反射層が、可視光領域に選択反射を示すコレステリック液晶層を2層以上含み、かつ棒状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層を含む[1]に記載の投映像表示用部材。
[3]上記反射層がコレステリック液晶層を3層以上含み、上記3層以上のコレステリック液晶層は互いに異なる選択反射の中心波長を示す[1]または[2]に記載の投映像表示用部材。
[4]490nm〜570nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、580nm〜680nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、および700nm〜830nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層を含む[3]に記載の投映像表示用部材。
[5]全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが同一である[3]または[4]に記載の投映像表示用部材。
[6]上記反射層に対して上記位相差層側にある層の厚みの総計が0.5mm以上である[1]〜[5]のいずれか一項に記載の投映像表示用部材。
[7]上記反射層、上記位相差層および基材がこの順で積層されている[1]〜[6]のいずれか一項に記載の投映像表示用部材。
[8]第一の基材、第二の基材、および第一の基材と第二の基材との間の中間層を含み、上記中間層の少なくとも一部に上記反射層および上記位相差層を含み、第一の基材、上記反射層、上記位相差層、および第二の基材がこの順で積層されている[7]に記載の投映像表示用部材。
[9]第一の基材および第二の基材がいずれもガラスであり、かつ、上記投映像表示用部材がウインドシールドガラスである[8]に記載の投映像表示用部材。
[10]上記中間層が樹脂膜を含む[8]または[9]に記載の投映像表示用部材。
[11]上記樹脂膜がポリビニルブチラールを含む[10]に記載の投映像表示用部材。
[12]ヘッドアップディスプレイのコンバイナとして使用される[1]〜[11]のいずれか一項に記載の投映像表示用部材。
[13][1]〜[12]のいずれか一項に記載の投映像表示用部材を含む投映像表示システムであって、上記反射層に対して上記位相差層が入射光側に配置されており、
上記入射光が入射面に平行な方向に振動するp偏光である投映像表示システム。
[14]上記入射面と上記位相差層と交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、上記位相差層の遅相軸方向が+110°〜+160°、または−110°〜−160°の範囲にあり、上記位相差層の正面位相差が80nm〜180nmである[13]に記載の投映像表示システム。
[15]上記反射層に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが右であり、上記入射面と上記位相差層と交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、上記位相差層の遅相軸方向が、上記反射層に対して上記位相差層側から見て時計回りに110°〜160°の範囲にある[14]に記載の投映像表示システム。
[16]上記反射層に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが左であり、上記入射面と上記位相差層と交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、上記位相差層の遅相軸方向が上記反射層に対して上記位相差層側から見て反時計回りに110°〜160°の範囲にある[14]に記載の投映像表示システム。
[17]上記入射面と上記位相差層と交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、上記位相差層の遅相軸方向が+20°〜+70°、または−20°〜−70°の範囲にあり、上記位相差層の正面位相差が250nm〜400nmである[13]に記載の投映像表示システム。
[18]上記反射層に含まれる全ての上記コレステリック液晶層の螺旋のセンスが右であり、上記入射面と上記位相差層と交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、上記位相差層の遅相軸方向が、上記反射層に対して上記位相差層側から見て時計回りに20°〜70°の範囲にある[17]に記載の投映像表示システム。
[19]上記反射層に含まれる全ての上記コレステリック液晶層の螺旋のセンスが左であり、上記入射面と上記位相差層と交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、上記位相差層の遅相軸方向が上記反射層に対して上記位相差層側から見て反時計回りに20°〜70°の範囲にある[17]に記載の投映像表示システム。
[20]上記入射光が上記投映像表示用部材の法線に対し45°〜70°の角度で入射する、[13]〜[19]のいずれか一項に記載の投映像表示システム。
[21]上記入射光が、上記投映像表示用部材の使用時の下方向から入射する[13]〜[20]のいずれか一項に記載の投映像表示システム。
[22]ヘッドアップディスプレイシステムである[13]〜[21]のいずれか一項に記載の投映像表示システム。
本発明により、二重像の問題のないヘッドアップディスプレイシステムを可能とし、投映光の反射率が高い、すなわち投映画像の輝度が高く、色味バランスに優れ、かつ可視光の透過率が高い投映像表示用部材が提供される。本発明はまた、二重像がなく高反射率および高透過率で鮮明な画像の表示が可能なヘッドアップディスプレイシステムを提供する。
本発明のヘッドアップディスプレイシステムでは、偏光サングラスで観察しても鮮明な投映像を観測することができる。
実施例1の投映像表示用部材での入射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて示す図である。 比較例1の投映像表示用部材での入射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて示す図である。 実施例7の投映像表示用部材での入射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて示す図である。 実施例および比較例の投映像表示用部材の積層順と軸角度(遅相軸方向)の基準を示す図である 投映像表示用部材の評価の際の、投映像表示用部材、液晶パネル、輝度計の配置を示す図である。 光の出射方向、入射面、P波、軸角度(遅相軸方向)の基準を説明する図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
また、本明細書において、角度(例えば「90°」等の角度)、及びその関係(例えば、「平行」、「水平」、「鉛直」等)については、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、厳密な角度±10°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な角度との誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
本明細書において、円偏光につき「選択的」というときは、照射される光の右円偏光成分または左円偏光成分のいずれかの光量が、他方の円偏光成分よりも多いことを意味する。具体的には「選択的」というとき、光の円偏光度は、0.3以上であることが好ましく、0.6以上がより好ましく、0.8以上がさらに好ましい。実質的に1.0であることがさらに好ましい。ここで、円偏光度とは、光の右円偏光成分の強度をIR、左円偏光成分の強度をILとしたとき、|IR−IL|/(IR+IL)で表される値である。光の円偏光成分の比を表すため、本明細書においては、円偏光度を用いることがある。
本明細書において、円偏光につき「センス」というときは、右円偏光であるか、または左円偏光であるかを意味する。円偏光のセンスは、光が手前に向かって進んでくるように眺めた場合に電場ベクトルの先端が時間の増加に従って時計回りに回る場合が右円偏光であり、反時計回りに回る場合が左円偏光であるとして定義される。
本明細書においては、コレステリック液晶の螺旋の捩れ方向について「センス」との用語を用いることもある。コレステリック液晶による選択反射は、コレステリック液晶の螺旋の捩れ方向(センス)が右の場合は右円偏光を反射し、左円偏光を透過し、センスが左の場合は左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。
本明細書において、「光」という場合、特に断らない限り、可視光かつ自然光(非偏光)の光を意味する。可視光線は電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、通常、380nm〜780nmの波長域の光を示す。
本明細書において、光透過率の算出に関連して必要である光強度の測定は、例えば通常の可視スペクトルメータを用いて、リファレンスを空気として、測定したものであればよい。
本明細書において、単に「反射光」または「透過光」というときは、散乱光および回折光を含む意味で用いられる。
なお、光の各波長の偏光状態は、円偏光板を装着した分光放射輝度計またはスペクトルメータを用いて測定することができる。この場合、右円偏光板を通して測定した光の強度がIR、左円偏光板を通して測定した光の強度がILに相当する。また、ほぼ自然光を発している白熱電球、水銀灯、蛍光灯、LED等の通常光源とこれらに装着されたフィルターなどの測定対象物を組み合わせた光源の偏光状態は、例えば、AXOMETRICS社製の偏光位相差解析装置AxoScanなどを用いて円偏光分離フィルムの円偏光形成能力の波長依存性を測定し、別途スペクトルメータで測定した通常光源の発光強度の波長依存性と円偏光形成能力値を掛け合わせることで求めることができる。
また、照度計や光スペクトルメータに測定対象物を取り付けても測定することができる。右円偏光透過板をつけ、右円偏光量を測定、左円偏光透過板をつけ、左円偏光量を測定することにより、比率を測定できる。
本明細書において、正面位相差はKOBRA 21ADHまたはWR(王子計測機器(株)製)において反射層の選択反射の中心波長などの可視光波長域内の波長の光をフィルム法線方向に入射させて測定した、単位nmの値である。測定波長は550nmとする。測定波長の選択にあたっては、波長選択フィルターをマニュアルで交換するか、または測定値をプログラム等で変換して測定することができる。正面位相差はReで表されることもある。
本明細書において、Rthは厚さ方向の位相差を表し、波長は550nmにおける値である。単位はnmである。KOBRA 21ADH、又はWR(王子計測機器(株)製)において、測定されるフィルムが、1軸又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりRthが算出される。
Rthは、Reを、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH、又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合には、フィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50°まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長550nmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH、又はWRが算出する。なお、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合には、フィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値、及び入力された膜厚値を基に、以下の式(A)、及び式(B)よりRthを算出することもできる。
なお、上記のRe(θ)は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値を表す。また、式(A)におけるnxは、面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは、面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、nzは、nx及びnyに直交する方向の屈折率を表す。dは膜厚である。
Rth=((nx+ny)/2−nz)×d・・・・・・・・・・・式(B)
測定されるフィルムが、1軸や2軸の屈折率楕円体で表現できないもの、いわゆる光学軸(optic axis)がないフィルムの場合には、以下の方法により、Rth(λ)は算出される。Rth(λ)は、前述のRe(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH、又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として、フィルム法線方向に対して−50°から+50°まで10°ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。また、上記の測定において、平均屈折率の仮定値は、ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについては、アッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADH又はWRはnx、ny、nzを算出する。この算出されたnx、ny、nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)が更に算出される。
<投映像表示用部材>
本明細書において、投映像表示用部材とは、反射光で投映像を表示することができるものであればよく、プロジェクター等から投映された投映像を視認可能に表示することができるものであればよい。投映像表示用部材は、反射部材であればよい。投映像表示用部材の例としては、投映スクリーン、投映像表示用ハーフミラーなどが挙げられる。投映像表示用ハーフミラーの例としては、ヘッドアップディスプレイ用のコンバイナ、同コンバイナ機能を有する部位を含むウインドシールドガラスなどが挙げられる。
本発明の投映像表示用部材はコレステリック液晶層および位相差層を含む。投映像表示用部材は、コレステリック液晶層および位相差層の他に後述の反射防止層、配向層、支持体、接着層、基材などの層を含んでいてもよい。
投映像表示用部材は薄膜のフィルム状、シート状、または板状などであればよい。投映像表示用部材は、曲面を有していない平面状であってもよいが、曲面を有していてもよく、全体として凹型または凸型の形状を有し、投映像を拡大または縮小して表示するものであってもよい。また、他の部材と接着することなどにより組み合わされて、上記の形状となるものであってもよく、組み合わされる前は、薄膜のフィルムとしてロール状等になっていてもよい。
投映像表示用部材が投映像表示用ハーフミラーである場合、投映像表示用部材は、少なくとも投映されている光に対して、ハーフミラーとしての機能を有しているものであればよく、例えば可視光域全域の光に対してハーフミラーとして機能していることを必ずしも必要とするものではない。また、投映像表示用部材は、全ての入射角の光に対して上記のハーフミラーとしての機能を有していてもよいが、少なくとも一部の入射角の光に対して上記の機能を有していればよい。
投映像表示用部材は反対の面側にある情報または風景の観察を可能とするために、可視光透過性を有することが好ましい。投映像表示用部材は、可視光の波長域の80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは100%で、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上の光透過率を有していればよい。
可視光領域以外の紫外光または赤外光に対する投映像表示用部材の光学特性は、特に限定されず、透過しても反射しても吸収していてもよい。投映像表示用部材の劣化防止のため、遮熱、または観察者の目の保護などの目的のため、紫外光反射層または赤外光反射層を有していることも好ましい。
[反射層]
反射層は投映像表示のための光を反射する層であり、本発明の投映像表示用部材において、位相差層とは区別できる層として含まれる層を示す。反射層は可視光領域で選択反射を示す、円盤状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層を少なくとも1層含み、光を反射する。反射層は2層以上のコレステリック液晶層を含んでいてもよく、支持体、配向層などの他の層を含んでいてもよい。
(コレステリック液晶層)
本明細書において、コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を固定した層を意味する。コレステリック液晶層を単に液晶層ということもある。
コレステリック液晶相は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方のセンスの円偏光を選択的に反射させるとともに他方のセンスの円偏光を透過する円偏光選択反射を示すことが知られている。本明細書において、円偏光選択反射を単に選択反射ということもある。
円偏光選択反射性を示すコレステリック液晶相を固定した層を含むフィルムとして、重合性液晶化合物を含む組成物から形成されたフィルムは従来から数多く知られており、コレステリック液晶層については、それらの従来技術を参照することができる。
コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている層であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、また外場や外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した層であればよい。なお、コレステリック液晶層においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、層中の液晶性化合物はもはや液晶性を示していなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
コレステリック液晶層の選択反射の中心波長λは、コレステリック相における螺旋構造のピッチP(=螺旋の周期)に依存し、コレステリック液晶層の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。なお、本明細書において、コレステリック液晶層が有する選択反射の中心波長λは、コレステリック液晶層の法線方向から測定した円偏光反射スペクトルの反射ピークの重心位置にある波長を意味する。上記式から分かるように、螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射の中心波長を調整できる。可視光領域で選択反射を示すコレステリック液晶層は可視光領域で選択反射の中心波長を有することが好ましい。n値とP値を調節して、例えば、赤色光、緑色光、青色光、に対して右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に反射させるために、中心波長λを調節することができる。
ヘッドアップディスプレイシステムにおいては、投映光入射側のガラス表面での反射率が低くなるように反射層に対して斜めに光が入射するように用いられることが好ましい。このように、コレステリック液晶層に対して斜めに光が入射する場合は、選択反射の中心波長は短波長側にシフトする。そのため、投映像表示のために必要とされる選択反射の波長に対して、上記のλ=n×Pの式に従って計算されるλが長波長となるようにn×Pを調整することが好ましい。屈折率n2のコレステリック液晶層中でコレステリック液晶層の法線方向(コレステリック液晶層の螺旋軸方向)に対して光線がθ2の角度で通過するときの選択反射の中心波長をλdとするとき、λdは以下の式で表される。
λd=n2×P×cosθ2
例えば、屈折率1の空気中で投映像表示用部材の法線に対し45°〜70°の角度で位相差層側から入射した光は、通常屈折率.1.45〜1.80程度の位相差層を投映像表示用部材の法線に対し23°〜40°の角度で透過し、屈折率1.61程度のコレステリック液晶層に入射する。コレステリック液晶層において光は26°〜36°の角度で透過するためこの角度と求める選択反射の中心波長を上記の式に挿入してn×Pを調整すればよい。
コレステリック液晶相のピッチは重合性液晶化合物とともに用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調整することによって所望のピッチを得ることができる。なお、螺旋のセンスやピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版2007年出版、46頁、および「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 196頁に記載の方法を用いることができる。
各コレステリック液晶層としては、螺旋のセンスが右または左のいずれかであるコレステリック液晶層が用いられる。コレステリック液晶層の反射円偏光のセンスは螺旋のセンスに一致する。
選択反射を示す選択反射帯の半値幅Δλ(nm)は、Δλが液晶化合物の複屈折Δnと上記ピッチPに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、選択反射帯の幅の制御は、Δnを調整して行うことができる。Δnの調整は重合性液晶化合物の種類やその混合比率を調整したり、配向固定時の温度を制御したりすることで行うことができる。
選択反射の中心波長が同一の1種のコレステリック液晶層の形成のために、周期Pが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を複数積層してもよい。周期Pが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を積層することによっては、特定の波長で円偏光選択性を高くすることができる。
選択反射帯の幅は、例えば可視光領域において、通常1種の材料では15nm〜100nm程度である。選択反射帯の幅を広げるためには、ピッチPを変えた反射光の中心波長が異なるコレステリック液晶層を2種以上積層すればよい。この際、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を積層することが好ましい。また、1つのコレステリック液晶層内において、ピッチPを膜厚方向に対して緩やかに変化させることで選択反射帯の幅を広げることもできる。選択反射帯の幅は、特に限定されないが、1nm、10nm、50nm、100nm、150nm、または200nmなどの波長幅であってもよい。幅は、100nm幅程度以下であることが好ましい。
反射層は、赤色光、緑色光、および青色光に対してそれぞれ見かけ上の選択反射の中心波長を有することも好ましい。見かけ上の選択反射の中心波長とは実用の際の観察方向から測定したコレステリック液晶層の円偏光反射スペクトルの反射ピークの重心位置にある波長を意味する。フルカラーの投映像の表示が可能となるからである。上記の特性は反射層として3種以上のコレステリック液晶層を含む構成により達成することができる。具体的には、ピッチPが異なり、故に選択反射の中心波長が異なるコレステリック液晶層を3種以上含む構成とすればよい。具体的には、反射層は、赤色光を選択的に反射するコレステリック液晶層、緑色光を選択的に反射するコレステリック液晶層、青色光を選択的に反射するコレステリック液晶層を含むことが好ましい。反射層は、例えば、490nm〜570nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、580nm〜680nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、および700nm〜830nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層を含むことが好ましい。なお、ここで示された選択反射の中心波長はコレステリック液晶層の法線方向から測定した時の中心波長である。このとき、490nm〜570nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、580nm〜680nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、および700nm〜830nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層の積層順は特に限定されない。
使用するコレステリック液晶層の選択反射の中心波長を、投映に用いられる光源の発光波長域、および反射層の使用態様に応じて調整することにより光利用効率良く鮮明な投映像を表示することができる。特に複数のコレステリック液晶層の選択反射の中心波長をそれぞれ投映に用いられる光源の発光波長域などに応じてそれぞれ調整することにより、光利用効率良く鮮明なカラー投映像を表示することができる。反射層の使用態様としては、特に反射層への投射光の入射角、反射層表面の投映像観察方向などが挙げられる。
選択反射の中心波長が異なるコレステリック液晶層の螺旋のセンスは全て同じであっても、異なるものが含まれていてもよいが、コレステリック液晶層の螺旋のセンスは全て同じであることが好ましい。
複数のコレステリック液晶層の積層の際は、別に作製したコレステリック液晶層を接着剤等を用いて積層してもよく、後述の方法で形成された先のコレステリック液晶層の表面に直接、重合性液晶化合物等を含む液晶組成物を塗布し、配向および固定の工程を繰り返してもよいが、後者が好ましい。先に形成されたコレステリック液晶層の表面に直接次のコレステリック液晶層を形成することにより、先に形成したコレステリック液晶層の空気界面側の液晶分子の配向方位と、その上に形成するコレステリック液晶層の下側の液晶分子の配向方位が一致し、コレステリック液晶層の積層体の偏光特性が良好となるからである。また、通常0.5〜10μmの膜厚で設けられる接着層を用いると、接着層の厚みムラに由来する干渉ムラが観測されることがあるため、接着層を用いないで積層されることが好ましいからである。
(コレステリック液晶相を固定した層の作製方法)
以下、コレステリック液晶層の作製材料および作製方法について説明する。
上記コレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、重合性液晶化合物とキラル剤(光学活性化合物)とを含む液晶組成物などが挙げられる。必要に応じてさらに界面活性剤や重合開始剤などと混合して溶剤などに溶解した上記液晶組成物を、支持体、配向膜、下層となるコレステリック液晶層などに塗布し、コレステリック配向熟成後、液晶組成物の硬化により固定化してコレステリック液晶層を形成することができる。
(重合性液晶化合物)
本発明の投映像表示用部材は、反射層に円盤状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層(本明細書において「DLC」ということがある。)を含む。本発明者らは、コレステリック液晶層を反射層に使用した投映像表示用部材に、p偏光を入射光として用いて画像を表示する際に、円盤状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層を用いることで、高い光量で鮮明な投映像が得られることを見出した。また、負のRthを有するDLCと正のRthを有するCLCを組み合わせて用いることで、コレステリック液晶の複屈折を相殺されるため、色味バランスが取りやすく、位相差層のReや軸方向の調整がしやすくなることもさらに見出した。
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007−108732号公報や特開2010−244038号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
以下に、円盤状液晶化合物の好ましい例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の投映像表示用部材は反射層に円盤状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層とともに棒状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層(本明細書において「CLC」ということがある。)を含んでいてもよい。
本発明の投映像表示用部材の反射層は2層以上のコレステリック液晶層を含んでいてもよい。上述のように、フルカラーの投映像の表示が可能とするために、反射層として3種以上のコレステリック液晶層を含む構成とすることも好ましい。反射層が2層以上のコレステリック液晶層を含む場合の各層のDLCおよびCLCの選択は特に限定されず、全てがDLCであってもよく、DLCおよびCLCの組み合わせであってもよい。例えば、3層のコレステリック液晶層を含む反射層の場合、2層のDLCと1層のCLCとの組み合わせであってもよく、1層のDLCと2層のCLCとの組み合わせであってもよい。また、DLCおよびCLCの組み合わせを用いる場合、DLCおよびCLCのいずれが位相差層側にあってもよい。互いに異なる選択反射の中心波長を示す2層以上のコレステリック液晶層を含む反射層とする場合、いずれの波長域にDLCを用いてもよい。
棒状重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは1〜6個、より好ましくは1〜3個である。重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開WO95/22586号公報、同95/24455号公報、同97/00600号公報、同98/23580号公報、同98/52905号公報、特開平1−272551号公報、同6−16616号公報、同7−110469号公報、同11−80081号公報、および特開2001−328973号公報などに記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
なお、低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量(溶媒を除いた質量)に対して、80〜99.9質量%であることが好ましく、85〜99.5質量%であることがより好ましく、90〜99質量%であることが特に好ましい。
(キラル剤:光学活性化合物)
キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル化合物は、化合物によって誘起する螺旋のセンスまたは螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、イソマンニド誘導体を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長のパターンを形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ、アゾキシ、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開2002−80478号公報、特開2002−80851号公報、特開2002−179668号公報、特開2002−179669号公報、特開2002−179670号公報、特開2002−179681号公報、特開2002−179682号公報、特開2002−338575号公報、特開2002−338668号公報、特開2003−313189号公報、特開2003−313292号公報に記載の化合物を用いることができる。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、重合性液晶性化合物量の0.01モル%〜200モル%が好ましく、1モル%〜30モル%がより好ましい。
(重合開始剤)
液晶組成物は、重合開始剤を含有していることが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5質量%〜5質量%であることがさらに好ましい。
(架橋剤)
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニル)プロピオネート]、4,4−ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、3質量%〜20質量%が好ましく、5質量%〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が、3質量%未満であると、架橋密度向上の効果が得られないことがあり、20質量%を超えると、コレステリック液晶層の安定性を低下させてしまうことがある。
(配向制御剤)
液晶組成物中には、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶層とするために寄与する配向制御剤を添加してもよい。配向制御剤の例としては特開2007−272185号公報の段落〔0018〕〜〔0043〕等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、特開2012−203237号公報の段落〔0031〕〜〔0034〕等に記載の式(I)〜(IV)で表される化合物などが挙げられる。
なお、配向制御剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
液晶組成物中における、配向制御剤の添加量は、重合性液晶化合物の全質量に対して0.01質量%〜10質量%が好ましく、0.01質量%〜5質量%がより好ましく、0.02質量%〜1質量%が特に好ましい。
(その他の添加剤)
その他、液晶組成物は、塗膜の表面張力を調整し膜厚を均一にするための界面活性剤、および重合性モノマー等の種々の添加剤から選ばれる少なくとも1種を含有していてもよい。また、液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、金属酸化物微粒子等を、光学的性能を低下させない範囲で添加することができる。
コレステリック液晶層は、重合性液晶化合物および重合開始剤、更に必要に応じて添加されるキラル剤、界面活性剤等を溶媒に溶解させた液晶組成物を、支持体、配向層、または先に作製されたコレステリック液晶層等の上に塗布し、乾燥させて塗膜を得、この塗膜に活性光線を照射してコレステリック液晶性組成物を重合し、コレステリック規則性が固定化されたコレステリック液晶層を形成することができる。なお、複数のコレステリック液晶層からなる積層膜は、コレステリック液晶層の製造工程を繰り返し行うことにより形成することができる。
(溶媒)
液晶組成物の調製に使用する溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、エーテル類、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が特に好ましい。
(塗布、配向、重合)
支持体、配向膜、下層となるコレステリック液晶層などへの液晶組成物の塗布方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ワイヤーバーコーティング法、カーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法などが挙げられる。また、別途支持体上に塗設した液晶組成物を転写することによっても実施できる。塗布した液晶組成物を加熱することにより、液晶分子を配向させる。加熱温度は、200℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。この配向処理により、重合性液晶化合物が、フィルム面に対して実質的に垂直な方向に螺旋軸を有するようにねじれ配向している光学薄膜が得られる。
配向させた液晶化合物は、更に重合させ、液晶組成物を硬化することができる。重合は、熱重合、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2が好ましく、100mJ/cm2〜1,500mJ/cm2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射紫外線波長は350nm〜430nmが好ましい。重合反応率は安定性の観点から、高いほうが好ましく70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を、IR吸収スペクトルを用いて決定することができる。
[位相差層]
位相差層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、延伸されたポリカーボネートフィルム、延伸されたノルボルネン系ポリマーフィルム、炭酸ストロンチウムのような複屈折を有する無機粒子を含有して配向させた透明フィルム、液晶化合物を一軸配向させて配向固定したフィルム、支持体上に無機誘電体を斜め蒸着した薄膜などが挙げられる。
位相差層の厚さは、0.2μm〜300μmが好ましく、0.5μm〜150μmがより好ましく、1μm〜80μmがさらに好ましい。
位相差層の正面位相差は、50nm以上であればよく、好ましくは50〜400nmの範囲で選択されていればよい。例えば、遅相軸方向に応じて、80nm〜180nmまたは250nm〜400nmであることが好ましく、90nm〜170nmまたは250nm〜350nm、110nm〜150nmまたは280nm〜330nmなどであってもよい。位相差層の遅相軸方向は、正面位相差、コレステリック液晶層の螺旋のセンス、および投映像表示システムとしての使用時の投映像表示のための入射光の入射方向に応じて決定することが好ましい。
[他の層]
本発明の投映像表示用部材はコレステリック液晶層および位相差層以外の他の層を含んでいてもよい。他の層はいずれも可視光領域で透明であることが好ましい。本明細書において可視光領域で透明であるとは、可視光の透過率が70%以上であることをいう。
また、他の層はいずれも低複屈折性であることが好ましい。本明細書において低複屈折性であるとは、本発明の投映像表示用部材が反射を示す波長域において、正面位相差が10nm以下であることを意味し、上記正面位相差は5nm以下であることが好ましい。さらに、他の層はいずれもコレステリック液晶層の平均屈折率(面内平均屈折率)との屈折率の差が小さいことが好ましい。他の層としては支持体、配向層、接着層、基材などが挙げられる。
(支持体)
投映像表示用部材は、コレステリック液晶層または位相差層の形成の際に基板となる支持体を含んでいてもよい。
支持体は特に限定されないコレステリック液晶層または位相差層の形成のために用いられる支持体は、コレステリック液晶層形成後に剥離される仮支持体であって、反射フィルムにおいては含まれていなくてもよい。支持体としてはポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、シリコーンなどのプラスチックフィルムが挙げられる。仮支持体としては、上記のプラスチックフィルムのほか、ガラスを用いてもよい。
支持体の膜厚としては、5μm〜1000μm程度であればよく、好ましくは10μm〜250μmであり、より好ましくは15μm〜90μmである。
(配向層)
投映像表示用部材は、コレステリック液晶層または位相差層の形成の際に液晶組成物が塗布される下層として、配向層を含んでいてもよい。
配向層は、ポリマーなどの有機化合物(ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、変性ポリアミドなどの樹脂)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、またはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例えば、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で、設けることができる。更に、電場の付与、磁場の付与または光照射により、配向機能が生じる配向層を用いてもよい。
特にポリマーからなる配向層はラビング処理を行ったうえで、ラビング処理面に液晶組成物を塗布することが好ましい。ラビング処理は、ポリマー層の表面を、紙、布で一定方向に、数回擦ることにより実施することができる。
配向層を設けずに支持体表面、または支持体をラビング処理した表面に、液晶組成物を塗布してもよい。
仮支持体を用いて液晶層を形成する場合は、配向膜は仮支持体とともに剥離されて反射フィルムを構成する層とはならなくてもよい。
配向層の厚さは0.01〜5μmであることが好ましく、0.05〜2μmであることがさらに好ましい。
(接着層)
投映像表示用部材は、各層の接着のため、接着層を含んでいてもよい。接着層は、例えばコレステリック液晶層間、反射層と位相差層との間、コレステリック液晶層と支持体との間、反射層と中間膜シートとの間、位相差層と中間膜シートとの間等に設けられていればよい。
接着層は接着剤から形成されるものであればよい。
接着剤としては硬化方式の観点からホットメルトタイプ、熱硬化タイプ、光硬化タイプ、反応硬化タイプ、硬化の不要な感圧接着タイプがあり、それぞれ素材としてアクリレート系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、エポキシ系、エポキシアクリレート系、ポリオレフィン系、変性オレフィン系、ポリプロピレン系、エチレンビニルアルコール系、塩化ビニル系、クロロプレンゴム系、シアノアクリレート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスチレン系、ポリビニルブチラール系などの化合物を使用することができる。作業性、生産性の観点から、硬化方式として光硬化タイプが好ましく、光学的な透明性、耐熱性の観点から、素材はアクリルレート系、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系などを使用することが好ましい。
接着層の膜厚は0.5〜10μm、好ましくは1〜5μmであればよい。反射フィルムの色ムラ等を軽減するため均一な膜厚で設けられることが好ましい。
(基材)
投映像表示用部材は、基材を含んでいてもよい。基材は、コレステリック液晶層の形成の際に用いられる支持体と同一であってもよく、支持体とは別に設けられるものであってもよい。
車両のフロントガラス等の他の物品が基材として機能していてもよい。また、投映像表示用部材がウインドシールドガラスである場合、ウインドシールドガラス形成に用いられるガラス板が基材として機能していてもよい。基材は反射層からみて、位相差層側にあってもよく、その反対側にあってもよく、双方にあってもよいが、少なくとも位相差層側にあることが好ましい。すなわち、本発明の投映像表示用部材は、反射層、位相差層、基材をこの順で含む構成を有することが好ましい。
基材としては、上記の支持体の例として挙げたものと同様の材料を使用することができる。また、基材の膜厚としては、上記の支持体と同様の膜厚であってもよいが、1000μmより大きくてもよく、10mm以上であってもよい。また、200mm以下、100mm以下、80mm以下、60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下、20mm以下などであればよい。
本発明の投映像表示用部材においては、基材の片面にコレステリック液晶層が設けられていればよく、他方の面にはコレステリック液晶層が設けられていないことが好ましい。
コレステリック液晶層が設けられた基材の面と反対側の基材の面またはその面に設けられた他の層の空気面での界面反射により、コレステリック液晶層が設けられた面での投映像の視認において、二重像が観察されることがある。このような現象を防止するため、反対側の基材の面に、反射防止層を設けてもよい。
基材は可視光領域で透明で低複屈折性であることが好ましい。
可視光領域で透明で低複屈折性の基材の例としては、無機ガラスや高分子樹脂が挙げられる。低複屈折性の高分子樹脂としては、複屈折が像形成の障害や信号ノイズの元となる光ディスク基板、ピックアップレンズ、カメラや顕微鏡やビデオカメラのレンズ、液晶ディスプレイ用基板、プリズム、光インターコネクション部品、光ファイバー、液晶表示用導光板 レーザービームプリンターやプロジェクターやファクシミリ用のレンズ、フレネルレンズ、コンタクトレンズ、偏光板保護膜、マイクロレンズアレイなどに用いられている低複屈折率有機素材を同様に用いることができる。
本目的に使用できる高分子樹脂素材の具体例としては、アクリル樹脂(ポリメチル(メタ)アクリレートなどのアクリル酸エステル類など)、ポリカーボネート、シクロペンタジエン系ポリオレフィンやノルボルネン系ポリオレフィンなどの環状ポリオレフィン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリスチレンなどの芳香族ビニルポリマー類、ポリアリレート、セルロースアシレートを挙げることができる。
[反射層に対して視認側にある層]
一般的に、投映像表示用部材において、投映光を反射する層からの反射光による像と、投映像表示用部材の光入射側から見て手前の面または裏側面からの反射光による像が重なることによって二重像(または多重像)の問題が生じている。本発明の投映像表示用部材においては、反射層中のコレステリック液晶層を透過する光は上記コレステリック液晶層を反射する円偏光と逆のセンスの円偏光となっており、裏側面からの反射光は、反射層より裏側面側にある層が低複屈折性である場合は、通常上記コレステリック液晶層を反射する円偏光が大部分となるため顕著な二重像を生じさせなくい。特に投映光として偏光を利用することにより投映光の大部分が反射層で反射されるように構成できる。一方で、手前の面からの反射光は顕著な二重像を生じさせ得る。特にコレステリック液晶層の重心から投映像表示用部材の光入射側から見て手前の面までの距離が一定値以上であると二重像が顕著になり得る。具体的には、本発明の投映像表示用部材の構造において、反射層より位相差層側にある層の厚みの総計(反射層の厚みを含まず、位相差層の厚みを含む)、すなわち、反射層の位相差層側の最外面から、反射層に対して位相差層側の投映像表示用部材の最外面までの距離、が0.5mm以上となると二重像が顕著になり得、1mm以上でより顕著となり得、1.5mm以上でより顕著となり得, 2.0mm以上で特に顕著になり得る。反射層より視認側にある層としては、位相差層のほか、支持体、中間膜シート、第二のガラス板などの基材などが挙げられる。
しかし、本発明の投映像表示用部材は後述のようにp偏光を利用した投映像表示において、反射層より視認側にある層の厚みの総計が上記のようである場合でも、顕著な二重像なしに投映像を視認することができる。
[コンバイナ]
本発明の投映像表示用部材は、ヘッドアップディスプレイシステムのコンバイナとして用いることができる。ヘッドアップディスプレイシステムにおいて、コンバイナは、プロジェクターから投映された画像を視認可能に表示することができるとともに、画像が表示されている同じ面側からコンバイナを観察したときに、反対の面側にある情報または風景を同時に観察することができる光学部材を意味する。すなわち、コンバイナは、外界光と映像光を重ねあわせて表示する光路コンバイナとしての機能を有する。別の観点からは、コンバイナは反射光からなる像と、透過光からなる像を合わせて表示するハーフミラーとしての機能を有する。
[ウインドシールドガラス]
本発明の投映像表示用部材はウインドシールドガラスであってもよい。言い換えるとウインドシールドガラスの少なくとも一部が投映像表示可能になっている構成を有するものであってもよい。ウインドシールドガラスの少なくとも一部が上記コンバイナとしての機能を有していてもよい。本明細書において、ウインドシールドガラスは、車、電車などの車両、飛行機、船、遊具などの乗り物一般の窓ガラスを意味する。ウインドシールドガラスは乗り物の進行方向にあるフロントガラスであることが好ましい。ウインドシールドガラスは車両のフロントガラスであることが好ましい。
ウインドシールドガラスは、平面状であればよい。ウインドシールドガラスは、適用される乗り物への組み込み用に成形されていてもよく、例えば、曲面を有していてもよい。適用される乗り物用に成形されたウインドシールドガラスにおいては、通常使用時に上(鉛直上)となる方向や観察者側となる面が特定できる。ウインドシールドガラスは、乗り物での使用時に観察者側(通常乗り物内側)となる側から、位相差層、反射層の順となるように、構成されていればよい。本明細書においては、ウインドシールドガラスにおいて、観察者側からより遠い位置にあるガラス板を第一のガラス板(第一の基材)といい、より近い位置にあるガラス板を第二のガラス板(第二の基材)ということがある。
(合わせガラス)
ウインドシールドガラスは、合わせガラスの構成を有することが好ましい。すなわち、2枚のガラス板が中間層を介して接着している構造を有することが好ましい。
ガラス板としては、ウインドシールドガラスに一般的に用いられるガラス板を利用することができる。ガラス板の厚みについては特に制限はないが、0.5mm〜5mm程度であればよく、1mm〜3mmが好ましく、2.0〜2.3mmがより好ましい。
ウインドシールドガラスは、公知の合わせガラス作製方法を用いて製造することができる。一般的には、合わせガラス用の中間膜シートを2枚のガラス板に挟んだ後、加熱処理と加圧処理(ゴムローラーによる処理等)とを数回繰り返し、最後にオートクレーブ等を利用して加圧条件下での加熱処理を行う方法により製造することができる。
反射層および位相差層は、反射層および位相差層を含む反射フィルムとして形成されウインドシールドガラスの中間層に設けられていることが好ましい。
反射層および位相差層は、それぞれ別々に作製され、互いに接着されて反射フィルムとなっていてもよく、反射層(コレステリック液晶層)の上に位相差層を形成してもよく、位相差層の上に反射層(コレステリック液晶層)を形成してもよい。
反射フィルムは、反射層および位相差層の他に、配向層、支持体、接着層などの層を含んでいてもよい。
合わせガラスの構成を有するウインドシールドガラスは、反射層および位相差層を含む反射フィルムをガラス板表面に形成したあと通常の合わせガラス作製工程を経て形成されていてもよく、上記反射フィルムを含む合わせガラス用積層中間膜シートを中間膜シートとして用いて、上記の加熱処理と加圧処理とが行われて形成されていてもよい。反射フィルムをガラス板表面に形成する場合、反射フィルムを形成するガラス板は、第一のガラス板であってもよく第二のガラス板であってもよい。このとき、反射フィルムは例えばガラス板に接着剤で貼合されていればよい。
(中間膜シート)
上記反射フィルムを含まない中間膜シートを用いる場合の中間膜シートとしては、公知のいずれの中間膜シートを用いてもよい。たとえば、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレン−酢酸ビニル共重合体および塩素含有樹脂の群から選ばれる樹脂を含む樹脂膜を用いることができる。上記樹脂は、中間膜シートの主成分であることが好ましい。なお、主成分であるとは、中間膜シートの50質量%以上の割合を占める成分のことをいう。
上記の樹脂のうち、ポリビニルブチラールまたはエチレン−酢酸ビニル共重合体であることが好ましく、ポリビニルブチラールがより好ましい。樹脂は、合成樹脂であることが好ましい。
ポリビニルブチラールは、ポリビニルアルコールをブチルアルデヒドによりアセタール化して得ることができる。上記ポリビニルブチラールのアセタール化度の好ましい下限は40%、好ましい上限は85%であり、より好ましい下限は60%、より好ましい上限は75%である。
上記ポリビニルブチラールは、ポリビニルアルコールをブチルアルデヒドによりアセタール化することにより調製することができる。ポリビニルアルコールは、通常、ポリ酢酸ビニルを鹸化することにより得られ、鹸化度80〜99.8モル%のポリビニルアルコールが一般的に用いられる。
また、上記ポリビニルアルコールの重合度の好ましい下限は200、好ましい上限は3000である。200未満であると、得られる合わせガラスの耐貫通性が低下することがあり、3000を超えると、樹脂膜の成形性が悪くなり、しかも樹脂膜の剛性が大きくなり過ぎ、加工性が悪くなることがある。より好ましい下限は500、より好ましい上限は2000である。
(合わせガラス用積層中間膜シート)
反射層および位相差層を含む合わせガラス用積層中間膜シートは、上記反射フィルムを上記中間膜シートの表面に貼合して形成することができる。または、上記反射フィルムを2枚の上記中間膜シートに挟んで形成することもできる。2枚の中間膜シートは同一であってもよく異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
反射フィルムと中間膜シートとの貼合には、公知の貼合方法を用いることができるが、ラミネート処理を用いることが好ましい。積層体と中間膜シートとが加工後に剥離してしまわないように、ラミネート処理を実施する場合には、ある程度の加熱及び加圧条件下にて実施することが好ましい。
ラミネートを安定的に行なうには、中間膜シートの接着する側の膜面温度が50〜130℃であることが好ましく、70〜100℃であることがより好ましい。
ラミネート時には加圧することが好ましい。加圧条件は、2.0kg/cm2未満であることが好ましく、0.5〜1.8kg/cm2の範囲であることがより好ましく、0.5〜1.5kg/cm2の範囲であることがさらに好ましい。
また、ラミネートと同時に、又はその直後、もしくはその直前に、反射フィルムが含んでいてもよい支持体を支持体から剥離してもよい。即ち、ラミネート後に得られる積層中間膜シートには、基板が無くてもよい。
合わせガラス用積層中間膜シートの製造方法の一例は、
(1)第1の中間膜シートの表面に反射フィルムを貼合して第1の積層体を得る第1の工程、及び、
(2)第1の積層体中の反射フィルムの第1の中間膜シートが貼合されている面とは反対の面に、第2の中間膜シートを貼合する第2の工程、を含み、
第1の工程において、赤外光反射板と第1の中間膜シートとを貼合するとともに、基板を剥離し、第2の工程において、第2の中間膜シートを、基板を剥離した面に貼合する、合わせガラス用積層中間膜シートの製造方法である。
この方法により、基板を含まない、合わせガラス用積層中間膜シートを製造することができ、合わせガラス用積層中間膜シートを用いることで、基板を含まない、赤外反射性合わせガラスを容易に作製することができる。破損等無く、安定的に基板を剥離するためには、コレステリック液晶相の光反射層から基板を剥離する際の基板の温度が40℃以上であることが好ましく、40〜60℃であることがより好ましい。
(コンバイナ機能を有する部位の位置)
ウインドシールドガラスにおいて、コンバイナ機能を有する部位、例えば、反射層および位相差層含む反射フィルムは、いずれの位置に設けてもよいが、ヘッドアップディスプレイシステムとしての使用時に、観察者(例えば運転者)から視認しやすい位置に虚像が示されるように設けられていることが好ましい。例えば適用される乗り物の運転席の位置とプロジェクターを設置する位置との関係からコンバイナ機能を有する部位を設ける位置を決定すればよい。
<投映像表示システム>
投映像表示用部材はプロジェクター等の投映光を出射する手段と組み合わせて用い、投映像を表示するために用いることができる。すなわち、本発明の投映像表示用部材は投映像表示システムの構成部材として用いることができる。投映像表示システムは、例えば、投映像表示装置であればよく、投映像表示用部材および投映光を出射する手段が一体となったものであってもよく、投映像表示用部材および投映光を出射する手段の組み合わせとして使用されるものであってもよい。

本明細書において、投映像とは、周囲風景ではない、使用するプロジェクターからの光の投射に基づく映像を意味する。投映像は単一色の映像であってもよく、多色またはフルカラーの映像であってもよい。投映像は投映像表示用部材の反射光によるものであればよい。投映像表示用部材がコンバイナ機能を有する部位を含む場合投映像は、観察者から見て投映像表示用部材のコンバイナ機能を有する部位の先に浮かび上がって見える虚像として観測されていればよい。
投映像表示の際の投映光(入射光)は入射面に平行な方向に振動するp偏光であることが好ましい。p偏光は電気ベクトルの振動面が入射面に平行である。入射光は、反射層に対して位相差層側から入射させ位相差層を経由して反射層に入射させればよい。すなわち、反射層に対して位相差層を入射光側に配置すればよい。また、入射光は、投映像表示用部材の法線に対し45°〜70°の斜め入射角度で入射させることが好ましい。屈折率1.51程度のガラスと屈折率1の空気との界面のブリュースター角は約56°であり、上記の角度の範囲でp偏光を入射させることにより、投映像表示のための入射光の反射層に対して位相差層表面からの反射光が少なく、二重像の影響が小さい画像表示が可能である。上記角度は50°〜65°であることも好ましい。このとき、投映像の観察を入射光平面において、反射層に対して位相差層の法線に対し、入射光とは反対側において45°〜70°、好ましくは50°〜65°の角度で行うことができる構成であればよい。
入射光は、投映像表示用部材の上下左右等、いずれの方向から入射してもよく、観測者の方向と対応させて、決定すればよい。例えば使用時の下方向から上記のような斜め入射角度で入射していればよい。
本発明の投映像表示用部材は、円盤状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層を用いるとともに、位相差層の遅相軸方向や正面位相差を調整して用いることで、p偏光を入射光として用いて画像を表示する際に、高い光量で鮮明な投映像を得ることができる。また、投映像表示用部材中の位相差層の正面位相差が80nm〜180nmである場合は、遅相軸方向は、入射p偏光の入射面と位相差層と交線上で、光の出射方向(進行方向)を0°(すなわち、光の入射方向が+180°かつ−180°となる)として+110°〜+160°、または−110°〜−160°の範囲にあることが好ましい。投映像表示用部材中の位相差層の正面位相差が250nm〜400nm、好ましくは250nm〜350nmである場合は、遅相軸方向は、入射p偏光の入射面と位相差層との交線上で、光の出射方向(進行方向)を0度として(図6参照)+20°〜+70°、または−20°〜−70°の範囲にあることが好ましい。
投映像表示用部材においては、製造時に既に使用時に上(鉛直上)となる方向や観察者側となる面が特定できる場合がある。例えば、適用される乗り物用に成形されたウインドシールドガラスにおいては、通常使用時に上(鉛直上)となる方向や観察者側となる面が特定できる。このような場合で、投映像表示用部材の鉛直下方向から入射p偏光を入射させる構成が意図されているときは、上記の観点から、以下の正面位相差と遅相軸方向の組み合わせであることが好ましい:
位相差層の正面位相差が80nm〜180nmであるとき、遅相軸方向は、投映像表示用部材の使用時の鉛直上方向に対して+110°〜+160°または−110°〜−160°の範囲;
位相差層の正面位相差が250nm〜400nm、好ましくは250nm〜350nmであるとき、遅相軸方向は、投映像表示用部材の使用時の鉛直上方向に対して+20°〜+70°または−20°〜−70°の範囲。
なお、遅相軸について、上記で+と−が定義されているが、これは観察位置を固定したときの時計回り方向と反時計回り方向を意味する。好ましい方向は投映像表示用部材のコレステリック液晶層の螺旋のセンスに依存する。例えば、投映像表示用部材に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが右である場合、遅相軸方向は、反射層に対して位相差層側から見て時計回りに110°〜160°または20°〜70°であることが好ましい。投映像表示用部材に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが左である場合、遅相軸方向は、反射層に対して位相差層側から見て反時計回りに110°〜160°または20°〜70°であることが好ましい。
本発明の投映像表示用部材を用いることにより、RGB各色の反射率と白色度(色味バランス)が良好である投映像表示システムを提供することができる。そのメカニズムをポアンカレ球を用いて以下に説明する。
図1は後述の実施例1の投映像表示用部材を用いた投映像表示システムでの入射光の偏光状態の変化を示す図である。図1はポアンカレ球をS3軸方向から見たときの図であり、各界面における偏光状態を表す。
まず、表示装置からRGB各色のP偏光が出射される。このときのRGB各色の光の偏光状態は「1」の状態である。
なお、本明細書において、赤色光をR、緑色光をG、青色光をBで示すことがある。また、コレステリック液晶層を3層含む投映像表示用部材のそれぞれのコレステリック液晶層につき、位相差層側から順番にChr1層、Chr2層、Chr3層として示すことがある。
Chr1層では赤色光が反射されるが、このとき赤色光が右円偏光である場合、すなわち赤色光の偏光状態がS3軸上にある場合が最も効率的に反射されることになる。ここで、赤色光は位相差層(負のAプレートである)を透過後、「2」Rの状態になるため、Chr1層に入射する際に右偏光に近い(S3軸に近い)偏光状態となっており、高い反射率で反射される。
Chr2層では青色光が反射されるが、このとき青色光が右円偏光である場合、すなわち青色光の偏光状態がS3軸上にある場合が最も効率的に反射されることになる。ここで、青色光は位相差層を透過後、「2」Bの状態になり、さらにChr1層を透過後、「3」Bの状態になるため、Chr2層に入射する際に右偏光に近い(S3軸に近い)偏光状態となっており、高い反射率で反射される。
Chr3層では緑色光が反射されるが、このとき緑色光が右円偏光である場合、すなわち緑色光の偏光状態がS3軸上にある場合が最も効率的に反射されることになる。ここで、緑色光は位相差層を透過後、「2」Gの状態になり、さらにChr1層を透過後、「3」Gの状態になり、さらにChr2層を透過後、「4」Gの状態になるため、Chr3層に入射する際に右偏光に近い(S3軸に近い)偏光状態となっており、高い反射率で反射される。
以上より、実施例1の構成は、RGB各色ともに高い反射率で光が反射されるため、輝度が高く、白色度(色味バランス)も良くなっていることが説明される。他の実施例についても同様に説明することができる。
図2は後述の比較例1の投映像表示用部材での入射光の偏光状態の変化を示す図である。図2より、青色光と緑色光が右偏光に遠い(S3軸に遠い)偏光状態となっていることが分かる。
図3に示す実施例7では、赤色光が右偏光に少し遠い(S3軸に少し遠い)偏光状態となっていることが分かる。
反射層に3つの異なる選択反射中心波長を有するコレステリック液晶を用いた構成を例にとると、反射中心波長の配置(6通り)および棒状液晶化合物と円盤状液晶化合物の配置(8通り)の組み合わせ、および位相差層のRe、Rth、遅相軸を変更した場合にも、上記実施例および比較例の投映像表示用部材を用いた投映像表示システムの例と同様に、ポアンカレ球上での入射光の偏光状態を考えることで輝度と白色度(色味バランス)の優劣をつけることができる。
[ヘッドアップディスプレイシステム]
投映像表示システムの好適な例として、ヘッドアップディスプレイシステムを挙げることができる。
ウインドシールドガラスを投映像表示用部材として用いたヘッドアップディスプレイシステムについては、特開平2−141720号公報、特開平10−96874号公報、特開2003−98470号公報、米国特許明細書第5013134号、特表2006−512622号公報などを参照することができる。
[プロジェクター]
本明細書において、「プロジェクター」は「光または画像を投映する装置」であり、「描画した画像を投射する装置」を含む。ヘッドアップディスプレイシステムにおいて、プロジェクターは、描画デバイスを含み、小型の中間像スクリーンに描画された画像(実像)をコンバイナにより虚像として反射表示するものが好ましい。
プロジェクターの描画デバイスとしては、特に限定されず、画像を投射する機能を有するものであれば特に限定されない。プロジェクターの例としては、液晶プロジェクター、DMD(Digital Micromirror device)を用いたDLP(Digital Light Processing)プロジェクター、GLV(Grating Light Valve)プロジェクター、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)プロジェクター、CRTプロジェクターなどが挙げられる。DLPプロジェクターおよびGLV(Grating Light Valve)プロジェクターはMEMS(Microelectromechanical systems)を用いたものであってもよい。
プロジェクターの光源としてはレーザー光源、LED、放電管などを用いることができる。プロジェクターは描画デバイスで形成された投映光の光路を調整する反射鏡などを含んでいてもよい。
上述のように、投映像表示用部材にはp偏光を入射させて投映像を形成することが好ましい。プロジェクターの出射光が直線偏光ではない場合は、直線偏光フィルムをプロジェクターの出射光側に配して用いてもよく、プロジェクターから投映像表示用部材までの光路で直線偏光とされていてもよい。投映像表示用部材への入射面に平行な方向に振動するp偏光となるように入射させる。
本発明の投映像表示用部材は、特に、発光波長が可視光領域において連続的でないレーザーやLED、OLEDなどを光源に用いたプロジェクターと組み合わせて用いるヘッドアップディスプレイシステムに有用である。各発光波長に合わせて、コレステリック液晶層の選択反射の中心波長を調整できるからである。また、LCD(液晶表示装置)やOLEDなど表示光が偏光しているディスプレイの投映に用いることもできる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
(第1コレステリック液晶層の形成)
仮支持体としてPETフィルム(富士フイルム(株)製、膜厚75μm)を準備し、連続的にラビング処理を施した。ラビング処理の方向は、フィルム長手方向と平行とした。
下記の組成の組成物を、乾燥膜厚が3.5μmになるように濃度を調整してメチルエチルケトン(MEK)に溶解し塗布液を調製した。この塗布液を上記のラビングを施した仮支持体上にバー塗布して、85℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を55℃に保持し、これにメタルハライドランプを用いて300mJ/cm2で紫外線照射して第1コレステリック液晶層(CLC)を形成した。
(第1コレステリック液晶層形成用組成物の組成)
・棒状液晶化合物1 83質量部
・棒状化合物18−1 15質量部
・棒状化合物18−2 2質量部
・フッ素系水平配向剤1 0.05質量部
・フッ素系水平配向剤2 0.01質量部
・右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
反射中心波長となる量(略6.7質量部)
・多官能モノマーA−TMMT(新中村化学工業(株)社製)
1質量部
・重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 3質量部
(第2コレステリック液晶層の形成)
乾燥膜厚を3.5μmから4.1μmに、右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)の使用量を略6.7質量部から略4.8質量部に変更した以外は、上記(第1コレステリック液晶層の形成)と同様の手順に従って、第2コレステリック液晶層(CLC)の形成を行った。
(第3コレステリック液晶層の形成)
乾燥膜厚を3.5μmから4.9μmに、右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)の使用量を略6.7質量部から略3.5質量部に変更した以外は、上記(第1コレステリック液晶層の形成)と同様の手順に従って、第3コレステリック液晶層(CLC)の形成を行った。
(第4コレステリック液晶層の形成)
まず、配向層としてサンエバーSE−130(日産化学社製)をN−メチルピロリドンに溶解後に乾燥膜厚が0.5μmになるように濃度調整してガラス板上にバー塗布し、その後100℃で5分間加熱し、250℃で1時間加熱した。さらにこの表面をラビング処理して配向層を形成した。
続いて下記の組成の溶質を、乾燥膜厚が3.4μmになるように濃度を調整してMEKに溶解し、円盤状液晶化合物を含む第4コレステリック液晶層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記の配向層上にバー塗布して、溶媒を70℃、2分間保持して溶媒を気化させた後に100℃で4分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。
その後この塗布膜を55℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射して、第4コレステリック液晶層(DLC)を形成した。
(第4コレステリック液晶層形成用の塗布液の溶質組成)
円盤状液晶化合物(化合物101) 56質量部
円盤状液晶化合物(化合物102) 14質量部
配向助剤(化合物4) 1質量部
配向助剤(化合物5) 1質量部
重合開始剤(化合物6) 3質量部
キラル剤(化合物103) 4.6質量部
(第5コレステリック液晶層の形成)
乾燥膜厚を3.4μmから4.0μmに、キラル剤(化合物103)の使用量を略4.6質量部から略3.3質量部に変更した以外は、上記(第4コレステリック液晶層の形成)と同様の手順に従って、第5コレステリック液晶層(DLC)の形成を行った。
(第6コレステリック液晶層の形成)
乾燥膜厚を3.4μmから4.8μmに、キラル剤(化合物103)の使用量を略4.6質量部から略2.3質量部に変更した以外は、上記(第4コレステリック液晶層の形成)と同様の手順に従って、第6コレステリック液晶層(DLC)の形成を行った。
(第1位相差層の作製)
<支持体の準備>
支持体(仮支持体)としてTD80UL(富士フイルム(株)製)を用いた。
<配向層の形成>
上記準備した支持体の表面に、鹸化処理を施すことなく、直接、下記の組成の配向膜塗布液を#14のワイヤーバーで連続的に塗布した。60℃の温風で60秒、さらに100℃の温風で120秒乾燥し、配向膜を形成した。
配向膜形成用塗布液の組成
下記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 371質量部
メタノール 119質量部
グルタルアルデヒド 0.5質量部
<位相差層の形成>
続いて下記の組成の溶質を、乾燥膜厚1.1μmになるように濃度を調製してMEKに溶解し、塗布液を調製した。この塗布液を上記の配向層上にバー塗布して、溶媒を85℃、2分間保持して溶媒を気化させた後に100℃で4分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。なお、円盤状化合物は支持体平面に対して垂直配向していた。
その後この塗布膜を80℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射して第1位相差層を形成した。自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定したところ、波長550nmにおいてReが140nm、Rthが−70nmであった。
(第1位相差層形成用の塗布液の溶質組成)
円盤状液晶化合物(化合物101) 35質量部
円盤状液晶化合物(化合物102) 35質量部
配向助剤(化合物4) 1質量部
配向助剤(化合物5) 1質量部
重合開始剤(化合物6) 3質量部
(第2位相差層の作製)
相差層形成用の塗布液を乾燥膜厚2.3μmになるようにした以外は第1位相差層と同様の手順で第2位相差層を形成した。第2位相差層は、Reが300nm、Rthが−150nmであった。
(第3位相差層の作製)
<支持体の準備>
支持体としてTD80UL(富士フイルム(株)製)を用いた。
<配向膜の形成>
上記準備した支持体の表面に、鹸化処理を施すことなく、直接、下記の組成の配向膜塗布液を#14のワイヤーバーで連続的に塗布した。60℃の温風で60秒、さらに100℃の温風で120秒乾燥し、配向膜を形成した。
配向膜形成用塗布液の組成
上記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 371質量部
メタノール 119質量部
グルタルアルデヒド 0.5質量部
<位相差層の形成>
下記光学異方性層用塗布液Aを、バーコーターを用いて塗布した。次いで、膜面温度60℃で30秒間加熱熟成し、その後ただちに、膜面温度60℃空気下にて空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、290mJ/cm2の紫外線を照射し、その配向状態を固定化することにより第一光学補償膜の位相差層を形成した。形成された第3位相差層は、棒状液晶が水平配向しており、遅相軸方向はラビング方向に平行、すなわち、遅相軸方向が偏光子の吸収軸方向に対して直交していた。このとき、位相差層の厚みは1.3μmであった。自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定したところ、波長550nmにおいてReが135nm、Rthが66nmであった。
──────────────────────────────────
位相差層用塗布液Aの組成
──────────────────────────────────
棒状液晶化合物1 80質量部
棒状液晶化合物2 20質量部
光重合開始剤 3.0質量部
(イルガキュア907、BASF社製)
増感剤(カヤキュア−DETX、日本化薬(株)製) 1.0質量部
含フッ素化合物A 0.8質量部
メチルエチルケトン 234質量部
──────────────────────────────────
(第4位相差層の作製)
厚み2.6μmになるようにした以外は第3位相差層と同様の手順で第4位相差層を形成した。第4位相差層は、Reが300nm、Rthが150nmであった。
(第5位相差層の作製)
厚み0.9μmになるようにした以外は第3位相差層と同様の手順で第5位相差層を形成した。第5位相差層は、
Reが100nm、Rthが50nmであった。
(第6位相差層の作製)
1.セルロースアシレートの合成
特開2008−163193号公報[0121]中に記載の酢酸セルロースのケン化、及び同公報の[0124]中に記載の酢酸セルロースの芳香族アシル化の方法に従って、アセチル基の置換度が0.6、ベンゾイル基の置換度が0.9、総置換度が1.5のセルロースアシレートを合成した。
2.セルロースアシレートフィルムの製造
(1)セルロースアシレート溶液の調製
上記で合成したセルロースアシレートの溶液を、以下に従って調製した。
<セルロースアシレート溶液の調製>
下記の原料をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、溶解し、セルロースアシレート溶液を有する溶液を調製した。
セルロースアシレート 100質量部
ジクロロメタン 462質量部
(2)セルロースアシレートフィルムの製造
上記で調製したセルロースアシレート溶液を、バンド流延機を用いて流延した。残留溶剤量が15質量%のフィルムを、ガラス転移温度−5℃の温度で、延伸倍率45%で、固定端一軸延伸して、膜厚50μmのセルロースアシレートフィルムを作製し、第6位相差層とした。自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定したところ、波長550nmにおいてReが151nm、Rthが12nmであった。
(実施例1の投映像表示用部材の形成)
縦40cm横25cm厚さ2mmのガラス板に、同じ形状にカッティングした第1位相差層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後に仮支持体(TD80UL)を剥離し、さらにその上に第6コレステリック液晶層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後に仮支持体(PETフィルム)を剥離し、さらにその上に第1コレステリック液晶層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後に仮支持体(PETフィルム)を剥離し、さらにその上に第2コレステリック液晶層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後に仮支持体(PETフィルム)を剥離し、投映像表示用部材を形成した。なお、第1位相差層の遅相軸は図4に示すように、厚さ2mmのガラス側から見てガラス短辺と平行な方向を0度とし、ここから時計回りに120度方向になるように貼合した。
(実施例2〜7および比較例1〜2の投映像表示用部材の形成)
表に記載の位相差層、コレステリック液晶層をそれぞれ用い、実施例1と同様の方法で実施例2〜7および比較例1〜2の投映像表示用部材を形成した。
なお、実施例2に使用の第6位相差層のみ仮支持体上には形成していないため、仮支持体を剥離することなく、そのまま使用した。
(投映像表示用部材の光透過率評価用サンプルの形成)
投映像表示用部材の形成で用いたガラス板、位相差層、コレステリック液晶層のサイズを4cm×4cmに変更して、投映像表示用部材の形成と同様の方法で、実施例、比較例、参考例の光透過率評価用のサンプルを形成した。
(実施例1〜7、比較例1の投映像表示システムの形成)
図5に示すように、白輝度が200cdm-2で、色度がx=0.32、y=0.32のLG電子社製の液晶パネル23EA53VA を水平に設置し、実施例1の投映像表示用部材を、長辺を横に短辺を縦に厚さ2mmのガラス側が下方になるように60度傾斜させて、このガラス側に液晶パネルの画像を投映させた。投映像表示用部材の長辺は図4の辺Aが上側、辺Bが下側になるように設置した。なお、液晶パネルは、投映画像の偏光がP偏光(電気ベクトル振動面が図5において紙面に平行方向(光の入射面に平行)である直線偏光)となるように設置した。
(参考例1の投映像表示システムの形成)
図5に示すように、白輝度が200cdm-2で、色度がx=0.32、y=0.32のLG電子社製の液晶パネル23EA53VA を水平に設置し、実施例1の投映像表示用部材を、長辺を横に短辺を縦に厚さ2mmのガラス側が下方になるように60度傾斜させて、このガラス側に液晶パネルの画像を投映させた。投映像表示用部材の長辺は図4の辺Aが上側、辺Bが下側になるように設置した。なお、液晶パネルは、投映画像の偏光がS偏光(電気ベクトル振動面が図5において紙面に垂直方向である直線偏光)となるように設置した。
評価方法
(光透過率)
分光測定器UV3150(島津製作所)を用い、投映像表示用部材の光透過率評価用サンプルの可視光領域(380〜780nmの)の透過率を測定し、以下の基準で評価した
A 可視光領域の光透過率の平均が70%以上
B 可視光領域の光透過率の平均が50%以上70%未満
C 可視光領域の光透過率の平均が50%未満
輝度および白色度は液晶パネルに白ベタ画像を表示させてトプコン社製の輝度計BM−5Aを用いて測定し、以下の基準で評価した。この際、輝度計は図5に示すように、光入射面内で、投映画像表示部材の平面に対する法線に対し、光の入射方向とは反対側に60度回転した方向に設置した。また、偏光依存性をなくすために測定光を回転軸として輝度計を0度および90度回転させて測定しそれらを平均した。
(輝度)
A 140cdm-2以上
B 100cdm-2以上140cdm-2未満
C 100cdm-2未満
(白色度)
測定した色度をx=x1、y=y1としたときに、液晶パネルの色度x=0.32、y=0.32に対する変化幅の絶対値Δx=|x1−0.32|、Δy=|y1−0.32|として、
A:Δxが0.2未満かつΔyが0.2未満
B:Δx、Δyのうち、大きいほうの値が0.2以上0.5未満
C:Δx、Δyのうち、大きいほうの値が0.5以上
(二重像)
黒地に白色文字を液晶パネルに表示させて、文字の見え方を目視で評価した。評価の基準は以下のようにした。
A:文字は室内照明下および室内暗状態で可読
B:文字は室内照明下で認識で可読。室内暗状態で難読(非許容レベル)
C:文字は室内照明下でも室内暗状態でも難読
結果を表1に示す。
表1からわかるように、コレステリック層の3層すべてにCLCを用いた比較例においては、観察角度での、輝度が低く、良好な色味バランスが得られなかった一方で、DLCを含む実施例1〜7では、輝度および色味バランスで良好な結果が得られた。なお、入射光にS偏光を用いた参考例1においては二重像が確認された。
1 ガラス板
2 位相差層
3 Chr1層
4 Chr2層
5 Chr3層
6 液晶パネル
7 輝度計

Claims (22)

  1. 反射層および位相差層を含み、
    前記反射層が可視光領域に選択反射を示すコレステリック液晶層を含み、前記コレステリック液晶層は円盤状液晶化合物を含む液晶組成物から形成された層であり、
    前記位相差層の正面位相差が50nm〜400nmの範囲である
    投映像表示用部材。
  2. 前記反射層が、可視光領域に選択反射を示すコレステリック液晶層を2層以上含み、かつ棒状液晶化合物を含む液晶組成物から形成されたコレステリック液晶層を含む請求項1に記載の投映像表示用部材。
  3. 前記反射層がコレステリック液晶層を3層以上含み、前記3層以上のコレステリック液晶層は互いに異なる選択反射の中心波長を示す請求項1または2に記載の投映像表示用部材。
  4. 490nm〜570nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、580nm〜680nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層、および700nm〜830nmに選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層を含む請求項3に記載の投映像表示用部材。
  5. 全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが同一である請求項3または4に記載の投映像表示用部材。
  6. 前記反射層に対して前記位相差層側にある層の厚みの総計が0.5mm以上である請求項1〜5のいずれか一項に記載の投映像表示用部材。
  7. 前記反射層、前記位相差層および基材がこの順で積層されている請求項1〜6のいずれか一項に記載の投映像表示用部材。
  8. 第一の基材、第二の基材、および第一の基材と第二の基材との間の中間層を含み、前記中間層の少なくとも一部に前記反射層および前記位相差層を含み、第一の基材、前記反射層、前記位相差層、および第二の基材がこの順で積層されている請求項7に記載の投映像表示用部材。
  9. 第一の基材および第二の基材がいずれもガラスであり、かつ、前記投映像表示用部材がウインドシールドガラスである請求項8に記載の投映像表示用部材。
  10. 前記中間層が樹脂膜を含む請求項8または9に記載の投映像表示用部材。
  11. 前記樹脂膜がポリビニルブチラールを含む請求項10に記載の投映像表示用部材。
  12. ヘッドアップディスプレイのコンバイナとして使用される請求項1〜11のいずれか一項に記載の投映像表示用部材。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の投映像表示用部材を含む投映像表示システムであって、前記反射層に対して前記位相差層が入射光側に配置されており、
    前記入射光が入射面に平行な方向に振動するp偏光である投映像表示システム。
  14. 前記入射面と前記位相差層との交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、前記位相差層の遅相軸方向が+110°〜+160°、または−110°〜−160°の範囲にあり、前記位相差層の正面位相差が80nm〜180nmである請求項13に記載の投映像表示システム。
  15. 前記反射層に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが右であり、前記入射面と前記位相差層との交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、前記位相差層の遅相軸方向が、前記反射層に対して前記位相差層側から見て時計回りに110°〜160°の範囲にある請求項14に記載の投映像表示システム。
  16. 前記反射層に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが左であり、前記入射面と前記位相差層との交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、前記位相差層の遅相軸方向が前記反射層に対して前記位相差層側から見て反時計回りに110°〜160°の範囲にある請求項14に記載の投映像表示システム。
  17. 前記入射面と前記位相差層との交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、前記位相差層の遅相軸方向が+20°〜+70°、または−20°〜−70°の範囲にあり、前記位相差層の正面位相差が250nm〜400nmである請求項13に記載の投映像表示システム。
  18. 前記反射層に含まれる全ての前記コレステリック液晶層の螺旋のセンスが右であり、前記入射面と前記位相差層との交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、前記位相差層の遅相軸方向が、前記反射層に対して前記位相差層側から見て時計回りに20°〜70°の範囲にある請求項17に記載の投映像表示システム。
  19. 前記反射層に含まれる全ての前記コレステリック液晶層の螺旋のセンスが左であり、前記入射面と前記位相差層との交線上の、光の出射方向を0度とした場合に、前記位相差層の遅相軸方向が前記反射層に対して前記位相差層側から見て反時計回りに20°〜70°の範囲にある請求項17に記載の投映像表示システム。
  20. 前記入射光が前記投映像表示用部材の法線に対し45°〜70°の角度で入射する請求項13〜19のいずれか一項に記載の投映像表示システム。
  21. 前記入射光が、前記投映像表示用部材の使用時の下方向から入射する請求項13〜20のいずれか一項に記載の投映像表示システム。
  22. ヘッドアップディスプレイシステムである請求項13〜21のいずれか一項に記載の投映像表示システム。
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