JP6320645B2 - 偏光部材及びそれを備えたヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、偏光部材及びそれを備えたヘッドアップディスプレイ装置に関する。
画像をディスプレイ等の表示器に表示させ、当該画像をミラーに反射させて虚像としてガラス等に映し出すヘッドアップディスプレイ装置が用いられている。ヘッドアップディスプレイ装置は、情報等を利用者の通常の視界と重ね合わせて表示させるために用いられる。ヘッドアップディスプレイ装置は、フロントガラスに車速等の情報を表示させる自動車等の多様な応用例がある。
ところで、車載用等のヘッドアップディスプレイ装置では、装置本体からガラス等の投影部に画像を投影する投射口から埃やゴミが入り込まないよう透光性のカバーが設けられている。透光性のカバーとしてはポリカーボネート板が使用されている。ここで、出射光の輝度を低下させることなく外から入射する太陽光を遮蔽するために、カバーに偏光特性を持たせたいという要望がある。
しかしながら、カバーに偏光特性を持たせるためにポリカーボネート板に一般的な偏光板を貼り合わせた場合、熱によりポリカーボネート板に曲がりが生じ、投影される画像にゆがみが生じたり、カールによって筐体から外れたりするおそれがある。
また、車両等の内装部品に用いられる場合、偏光特性を持たせたカバーも燃焼試験の要求基準を満たすことが必要である。
本発明の１つの態様は、偏光部材であって、偏光子を有する偏光板と、前記偏光板の表面に粘接着層を介して貼り合わされた第１支持板と、前記偏光板の裏面に粘接着層を介して貼り合わされた第２支持板と、を備える。
上記偏光部材と、画像を出力する表示器と、前記表示器を収納する筐体と、を備え、前記表示器から出力される画像を前記筐体の外部へ透過する透光カバーとして用いられているヘッドアップディスプレイ装置とすることが好適である。
本発明によれば、画像の歪みを抑制しつつ、難燃性を有する偏光部材及びそれを用いたヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
本発明の実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ装置１００は、図１に示すように、筐体１０、表示器１２、平面ミラー１４、凹面ミラー１６、透光カバー（偏光部材）１８及び投影部２０を含んで構成される。
筐体１０は、ヘッドアップディスプレイ装置１００を構成する表示器１２、平面ミラー１４、凹面ミラー１６等の構成要素を収納する。筐体１０は、プラスチックや金属等の機械的な強度を有する材料で構成される。
表示器１２は、ヘッドアップディスプレイ装置１００によって投影される画像を出力する装置である。表示器１２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等によって構成される。表示器１２から放射される画像光は直線偏光されている。
平面ミラー１４は、表示器１２から放射された画像光を凹面ミラー１６へ向けて反射させるために設けられる。凹面ミラー１６は、平面ミラー１４から到達した画像光を反射させて投影部２０へ向けて反射させるために設けられる。凹面ミラー１６は、画像光を所望の倍率で拡大して投影部２０へ投影させる。
透光カバー１８は、筐体１０に設けられた開口部に装着された透光性の板状部材である。透光カバー１８は、凹面ミラー１６によって反射された画像光を筐体１０の外部へ透過させると共に、筐体１０の内部に埃やゴミが入り込まないように設けられる。透光カバー１８の構成については後述する。
投影部２０は、凹面ミラー１６から到達した画像光を受光し、その虚像を投影画像として映し出す。投影部２０は、利用者の通常の視覚も確保するためにハーフミラーやホログラフィック素子を用いてもよい。また、投影部２０は、筐体１０に対して取付け角度や取付け位置が変更できるように構成することも好適である。これにより、利用者の視線に合わせて、投影された画像が見易いように投影部２０の位置や角度を調整することができる。
透光カバー１８は、偏光子を有する偏光板３４を含んで構成される。図２は、透光カバー１８の一例の断面構造を示す。本実施の形態では、透光カバー１８は、第１支持板３０、粘接着層３２、偏光板３４、粘接着層３６及び第２支持板３８を積層した構成とされる。
偏光板３４は、特定の方向に偏光した光のみを透過する偏光子を含む層である。偏光板３４は、任意に選択することができるが、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムを二色性染料により染色した染料系偏光板とすることが好適である。ＰＶＡフィルムは、一例として、クラレ製ＶＦ−ＰＳ＃７５００等を適用することができる。ＰＶＡフィルムは、例えば、延伸前に厚さ７５μｍのフィルムを延伸後において３０μｍ程度となるまで延伸する。
偏光板３４は、ＰＶＡフィルムの一面に形成される。偏光板３４は、染料系材料によって構成することが好適である。染料系材料は、二色性染料とすることがより好適である。ここで、染料系材料は、アゾ化合物及び／又はその塩を含有することが好適である。
すなわち、以下の化学式を満たす染料系材料を用いることが好適である。
（１）式中Ｒ１、Ｒ２は各々独立に水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシル基を示し、ｎは１又は２で示されるアゾ化合物及びその塩。
（２）Ｒ１、Ｒ２が各々独立に水素原子、メチル基、メトキシ基のいずれかである（１）記載のアゾ化合物及びその塩。
（３）Ｒ１、Ｒ２が水素原子である（１）記載のアゾ化合物及びその塩。
（２）Ｒ１、Ｒ２が各々独立に水素原子、メチル基、メトキシ基のいずれかである（１）記載のアゾ化合物及びその塩。
（３）Ｒ１、Ｒ２が水素原子である（１）記載のアゾ化合物及びその塩。
例えば、以下に示す工程で得られる材料を用いることが好適である。４−アミノ安息香酸１３．７部を水５００部に加え、水酸化ナトリウムで溶解する。得られた物質を冷却して１０℃以下で３５％塩酸３２部を加え、次に亜硝酸ナトリウム６．９部を加え、５〜１０℃で１時間攪拌する。そこへアニリン−ω−メタンスルホン酸ソーダ２０．９部を加え、２０〜３０℃で攪拌しながら、炭酸ナトリウムを加えてｐＨ３．５とする。さらに、攪拌してカップリング反応を完結させ、濾過して、モノアゾ化合物を得る。得られたモノアゾ化合物を水酸化ナトリウム存在下、９０℃で攪拌し、化学式（２）のモノアゾ化合物１７部を得る。
化学式（２）のモノアゾ化合物１２部、４，４’−ジニトロスチルベン−２，２’−スルホン酸２１部を水３００部に溶解させた後、水酸化ナトリウム１２部を加え、９０℃で縮合反応させる。続いて、グルコース９部で還元し、塩化ナトリウムで塩析した後、濾過して化学式（３）で示されるアゾ化合物１６部を得る。
さらに、化合物（３）の染料を０．０１％、シー・アイ・ダイレクト・レッド８１を０．０１％、特許２６２２７４８号公報の実施例１において示されている下記構造式（４）で示される染料を０．０３％、特開昭６０−１５６７５９号公報の実施例２３において公開されている下記構造式（５）で示される染料０．０３％及び芒硝０．１％の濃度とした４５℃の水溶液に基板として厚さ７５μｍのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を４分間浸漬する。このフィルムを３％ホウ酸水溶液中で５０℃で５倍に延伸し、緊張状態を保ったまま水洗、乾燥する。これによって、中性色（平行位ではグレーで、直交位では黒色）となる染料系材料を得ることができる。
また、偏光板３４は、上記製造方法で得られた偏光膜を基材に貼り合わせた構造としてもよい。基材は、偏光板３４の保護層となる部材である。基材は、任意に選択することができるが、例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム、アクリルフィルム、環状オレフィン系フィルム等を用いることが好適である。一例として、ＴａｃＢｒｉｇｈｔ社製Ｐ９６０ＧＬ等を適用することができる。基材の厚さは、これに限定されるものではないが、２０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好適である。基材は、偏光膜の両面に設けることが好適である。
粘接着層３２は、偏光板３４と第１支持板３０とを貼り合わせるための層である。また、粘接着層３６は、偏光板３４と第２支持板３８とを貼り合わせるための層である。粘接着層３２及び粘接着層３６に用いられる粘着剤又は接着剤は、特に限定されるものではなく、難燃性の接着剤であればよい。また、粘接着層３２及び粘接着層３６は、偏光板３４と第１支持板３０又は第２支持板３８との間に熱応力等の力が働いた場合にその力を吸収（緩衝）させるような材料とすることが好適である。例えば、粘接着層３２及び粘接着層３６には、ポリビニルアルコール系の粘着剤又は接着剤を用いることが好適である。粘接着層３２及び粘接着層３６の膜厚は、１μｍ以下とすることが好適である。
また、粘接着層３２及び粘接着層３６を適用することによって、従来に比べて燃焼性の低い透光カバー１８を提供することができる。特に、粘接着層３２及び粘接着層３６としてポリビニルアルコール系の接着剤を用いることによって燃焼性を低下させることができる。また、粘接着層３２及び粘接着層３６の膜厚を１μｍ以下とすることによって、さらに燃焼性を低下させることができる。
第１支持板３０及び第２支持板３８は、透光カバー１８を機械的に支持するための部材である。すなわち、第１支持板３０は、粘接着層３２を介して偏光板３４の表面に貼り付けられ、第２支持板３８は、粘接着層３６を介して偏光板３４の裏面に貼り付けられる。
第１支持板３０及び第２支持板３８は、難燃性プラスチック板を含むことが好適である。すなわち、第１支持板３０及び第２支持板３８を難燃性プラスチック板で構成とすることによって、自動車等に搭載するための規格にあったヘッドアップディスプレイ装置１００を実現することができる。
ここで、第１支持板３０及び第２支持板３８は、透光カバー１８を透過した像に歪みを生じさせないために表面が平坦なものを使用することが好適である。また、透光カバー１８を透過した光（偏光光）が乱されないように、透過光に位相差を生じさせないような低位相差のものを使用することが好適である。
例えば、第１支持板３０及び第２支持板３８は、ポリカーボネート（ＰＣ）板、アクリル樹脂板、セルロース板、ナイロン板等とすることが好適である。また、第１支持板３０及び第２支持板３８は、可燃材料を不燃処理した材料としてもよい。透光カバー１８の機械的な強度を考慮すると、第１支持板３０及び第２支持板３８は、それぞれ５０μｍ以上の厚さを有することが好適である。
また、第１支持板３０及び第２支持板３８は、単層ではなく、複数の層を積層した構造としてもよい。例えば、図３に示すように、主板Ａをポリカーボネート（ＰＣ）板とし、それに副板Ｂとしてアクリル樹脂板を積層した構造とすることが好適である。アクリル樹脂板は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等とすることができる。
さらに、第１支持板３０及び第２支持板３８には、表面保護のためにＨＣ（Ｈａｒｄ Ｃｏａｔ）、ＡＧ（Ａｎｔｉ−Ｇｌａｒｅ）、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）、ＬＲ（Ｌｏｗ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）等の保護層Ｃを設けてもよい。ＨＣは、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４に規定する鉛筆硬度試験（４．９Ｎ荷重）で、Ｈ以上の硬度を示すものをいう。
ただし、透光カバー１８の曲がりの発生を抑制するために、これらの副板Ｂや保護層Ｃを設ける場合には透光カバー１８の膜厚方向に沿って上下対称の構造とすることが好適である。
透光カバー１８をヘッドアップディスプレイ装置１００に搭載する際には、表示器１２から出力されて透光カバー１８を透過する光（直線偏光光）の偏光方向と透光カバー１８の偏光板３４の偏光方向とが平行になるように配置することが好適である。
これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１００の外部から透光カバー１８に入射する光（太陽光等）を大幅にカットできると共に、表示器１２から出力される光の大部分を透過できる透光カバー１８を提供することができる。したがって、画像の視認性を高めたヘッドアップディスプレイ装置１００を実現することができる。
また、偏光板３４の表面及び裏面を第１支持板３０及び第２支持板３８で支持することによって透光カバー１８の機械的な強度を高めることができる。
さらに、偏光板３４を表面側及び裏面側から板厚方向に対照となるように第１支持板３０及び第２支持板３８で挟み込むことによって、透光カバー１８に熱応力が加わったときの反りを抑制することができる。すなわち、表示器１２からの光や外部からの太陽光の照射によって透光カバー１８が加熱された場合に、偏光板３４の表面側において第１支持板３０との界面に発生する応力と偏光板３４の裏面側において第２支持板３８との界面に発生する応力とをバランスさせることで透光カバー１８に生ずる反り（曲がり）や変形を抑制することができる。
また、透光カバー１８にヨウ素系の偏光膜を適用した場合、９０℃以上の加熱によって偏光膜に変色が生じて光の透過性が低下してしまう。これに対して、本実施の形態のように、偏光板３４として染料系材料を用いることによって、９０℃以上の使用環境であっても透光カバー１８の変形を抑制しつつ、変色することなく高い光透過性を維持することができる。
例えば、偏光板３４としてポラテクノ社製のＥＨＣ−１２５Ｕ（膜厚２１５μｍ）を適用し、偏光板３４の両面に第１支持板３０及び第２支持板３８として三菱ガス化学社製のＭＲＦ０８Ｕを粘接着層３２及び粘接着層３６により貼り合わせて透光カバー１８を構成することができる。この透光カバー１８では、自然光（太陽光）の透過率は約４０％であり、約６０％をカットすることができる。一方、直線偏光光の透過率は約７８％であり、表示器１２からの出射光は約７８％透過できた。
また、当該透光カバー１８を１０５℃で２４時間加熱した場合に反りや変形は生じなかった。一方、第１支持板３０又は第２支持板３８の一方のみを設けた場合、１０５℃で２４時間加熱した場合には４０ｍｍ程度の曲がりが発生した。
なお、本実施の形態では、偏光板を透光カバー１８に適用する例について説明したが、本実施の形態における偏光板の適用先はこれに限定されるものではない。
また、第１支持板３０及び第２支持板３８は、難燃性プラスチック板を含むことが好適であるとしたが、具体的には、ポリカーボネート（ＰＣ）に金属、ハロゲン、リンの少なくとも１つを混合させた、又は、コーティングして難燃性化させた材料を用いることが好適である。価格、色づき、ポリカーボネート（ＰＣ）の特性及び環境への影響を考慮すると、ハロゲンのうち臭素を用いることがより好適である。ポリカーボネート（ＰＣ）に金属、ハロゲン、リンの少なくとも１つを混合させる場合、選択した原料をポリカーボネート（ＰＣ）に混練させることが好適である。
以下、第１支持板３０及び第２支持板３８に難燃性プラスチック板を適用した実施例及びそれに対する比較例について示す。実施例では、上記実施の形態における第１支持板３０及び第２支持板３８として、ポリカーボネート（ＰＣ）に金属、臭素、リン、ハロゲンの少なくとも１つを混合させた難燃性ＰＣを適用した。これに対して、比較例１では、第１支持板３０及び第２支持板３８として一般的なポリカーボネート（ＰＣ）（ＳＡＢＩＣ製 ＬＥＸＡＮ８０１０Ｑ）を適用した。また、比較例２では、第１支持板３０として難燃性ＰＣを適用し、第２支持板３８を設けない構成とした。
実施例では、米国の連邦自動車安全基準（ＦＭＶＳＳ）における自動車の内装に対する燃焼性試験（Ｎｏ．３０２）において標線前で自己消化された。これに対して、比較例１では、燃焼性試験（Ｎｏ．３０２）をクリアできなかった。また、比較例２では、第１支持板３０を設けた側からの着火については燃焼性試験（Ｎｏ．３０２）をクリアしたが、第２支持板３８を設けなかった偏光板３４側からの着火については燃焼性試験（Ｎｏ．３０２）をクリアできなかった。
また、実施例、比較例１及び比較例２において１０５℃の加熱を４８時間行った場合の反りについて確認した。実施例及び比較例１では、形状の変化はみられなかった。すなわち、実施例及び比較例１では、曲がりやうねりは見られなかった。これに対して、比較例２では、形状の大きな変化がみられた。
なお、一般的なポリカーボネート（ＰＣ）（例えば、ＳＡＢＩＣ製 ＬＥＸＡＮ８０１０Ｑ）よりも金属、ハロゲン、リンの少なくとも１つの混合量が多いものであれば上記効果が得られる。
以上のように、第１支持板３０及び第２支持板３８に難燃性プラスチック板を適用することで、米国の連邦自動車安全基準（ＦＭＶＳＳ）における自動車の内装に対する燃焼性試験（Ｎｏ．３０２）の基準をクリアすることができる。また、従来は防ぐことができなかった、曲がりやうねりを抑制することができる。
Claims (5)
- 表示器から出力されて偏光部材を透過する偏光光と偏光方向が平行となるように配置される偏光子を有し、染色系偏光材料を用いた偏光板と、
前記偏光板の表面に粘接着層を介して貼り合わされた第１支持板と、
前記偏光板の裏面に粘接着層を介して貼り合わされた第２支持板と、
を備え、
前記偏光板に対して前記第１支持板と前記第２支持板とを膜厚方向に対称構造となるように貼り合わせた偏光部材と、
画像を出力する表示器と、
前記表示器を収納する筐体と、を備え、
前記偏光部材は、画像を前記筐体の外部へ透過する透光カバーとして用いられ、前記偏光板を透過した前記画像の虚像を投影画像として投影するヘッドアップディスプレイ。 - 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイであって、
前記第１支持板及び前記第２支持板は、難燃性プラスチック板を含む。 - 請求項２に記載のヘッドアップディスプレイであって、
前記第１支持板及び前記第２支持板は、ポリカーボネート層及びアクリル樹脂層の少なくとも１つにハードコート層を積層した構造である。 - 請求項２に記載のヘッドアップディスプレイであって、
前記第１支持板及び前記第２支持板は、金属、ハロゲン、リンの少なくとも１つを含む。 - 請求項３に記載のヘッドアップディスプレイであって、
前記第１支持板及び前記第２支持板は、金属、ハロゲン、リンの少なくとも１つを含む。
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