JP6565510B2 - 光学部材、表示装置 - Google Patents
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Description
第1の発明は、外界の光を透過するとともに、映像源(2)から投射された映像光を観察者側に反射する光学部材(1)であって、板状の第1支持体(10)と、前記第1支持体の板面に沿って複数設けられ、板面に対して傾斜した第1傾斜面(21a)を有する単位光学形状部(20)と、前記第1支持体の前記単位光学形状部が設けられる側の面に配置される中間層(40)と、前記中間層の前記第1支持体とは反対側の面に設けられる板状の第2支持体(30)とを備え、前記第1傾斜面には、光を反射する反射層(22)が設けられていること、を特徴とする光学部材である。
第2の発明は、第1の発明の光学部材(1)において、前記単位光学形状部(20)は、前記第1支持体(10)とは相違する材料により形成されていること、を特徴とする光学部材である。
第3の発明は、第1の発明の光学部材(101)において、前記単位光学形状部(120)は、前記第1支持体(110)と同様の材料により形成されていること、を特徴とする光学部材である。
第4の発明は、第1の発明から第3の発明までのいずれかの光学部材(1)と、前記光学部材に映像光を投影する映像源(2)と、を備える表示装置(100)である。
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。
図1は、実施形態の表示装置100を説明する図である。図1(a)は、表示装置100において、フロントウィンドウ1の厚み方向に平行であって、単位光学形状部20(後述)の配列方向に平行な断面における断面形状を示している。図1(b)は、表示装置100を自動車の車内側から見た模式図である。
本実施形態では、光学部材を、自動車のフロントウィンドウ1として用いる例を示すが、これに限定されるものでなく、サイドウィンドウや、リアウィンドウ等に用いてもよく、また、自動車以外の乗り物等の窓等に用いるようにしてもよい。
映像源2は、映像光を表示するマイクロディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイス、反射型の液晶表示デバイス、有機EL等により構成される。本実施形態では、映像源2は、自動車の速度や、エンジンの回転数等の情報に係る映像光を出射する。
投射光学系3は、映像源2に表示された映像光をフロントウィンドウ1に投射する複数のレンズ群から構成された光学系である。
映像源2及び投射光学系3は、一体型のプロジェクタとして構成され、フロントウィンドウ1の車内側(−Z側)の下方に設けられたインストルメントパネル(不図示)内において、運転者の正面に配置されている。
図2は、フロントウィンドウ1の構成を説明する図である。図2(a)は、フロントウィンドウ1の部分断面図である。図2(b)は、単位光学形状部20(後述)を背面側(+Z側)から観察した様子を示す図であり、単位光学形状部20の背面側に設けられた中間層40、第2ガラス基板30の図示は省略している。
フロントウィンドウ1は、図2(a)に示すように、観察者側(車内側、−Z側)から順に、第1ガラス基板(第1支持体)10、単位光学形状部20、中間層40、第2ガラス基板(第2支持体)30が積層されている。
単位光学形状部20は、第1傾斜面21aと、第1傾斜面21aに対向する第2傾斜面21bとから構成されており、第1傾斜面21aが、単位光学形状部20の頂部tを挟んで第2傾斜面21bより上側(+Y側)に位置している。
第2傾斜面21bは、映像源2から出射した映像光が直接入射しない面であり、第2傾斜面21bの上側(+Y側)の端部が、下側(−Y側)の端部よりも、厚み方向(Z方向)において背面側(+Z側)に位置している。
本実施形態の単位光学形状部20は、第1ガラス基板10に対する屈折率差が小さく、また、第1ガラス基板10への密着性が良好なSOG材により形成されている。これにより、フロントウィンドウ1を通過する光が、単位光学形状部20及び第1ガラス基板10間で屈折してしまうのを抑制することができる。
単位光学形状部20は、例えば、第1ガラス基板10の背面側の面に、SOG材を塗布し、単位光学形状部20に対応する凹凸形状を有した成形型を押圧させ、硬化及び離型させることによって形成される。
反射層22は、光反射性の高い金属、例えば、アルミニウム、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。
中間層40としては、例えば、PVB(ポリビニルブチラール)を用いることができる。中間層40の厚みは、0.3〜0.8mmの範囲とすることが好ましい。また、中間層40の屈折率は、フロントウィンドウ1内における光の屈折を回避する観点から、各ガラス基板10、30と同等であることが望ましい。
図1(a)に示すように、映像源2から投射された映像光Lは、投射光学系3を介して、フロントウィンドウ1の観察者側の面へ入射する。フロントウィンドウ1に入射した映像光の一部Lは、第1ガラス基板10を透過して単位光学形状部20に入射する。
そして、単位光学形状部20に入射した映像光Lの一部の光L1は、第1傾斜面21aに入射して、反射層22において観察者(運転者)側へ反射する。また、映像光Lの他の一部の光L2は、マジックミラー状に形成された反射層22を透過した後に、中間層40、第2ガラス基板30を更に透過して、フロントウィンドウ1の背面側(+Z側)の面から出射する。
更に、映像光Lの他の一部の光L3は、フロントウィンドウ1の第1ガラス基板10の表面で反射することとなるが、フロントウィンドウ1の斜め上側(+Y側)へ反射するため、そのほとんどが観察者の眼Eには届くことはない。
更に、他の光G3は、反射層22において反射することとなるが、フロントウィンドウ1の斜め上側へ反射し、中間層40及び第2ガラス基板30を透過して、フロントウィンドウ1の背面側(+Z側)の面から出射する。
このように、本実施形態のフロントウィンドウ1は、反射層22により映像源11から出射された自動車の速度等の情報の映像を運転者側へ反射させるとともに、フロントウィンドウ1越しに見える車外の景色等の光を透過させることができる。これにより、自動車を運転する運転者は、前方(自動車の進行方向)から目を逸らせることなく、走行速度等の情報を確認することができ、安全に自動車を運転することができる。
図3は、単位光学形状部20の製造方法を説明する図である。図3(a)〜(d)は、単位光学形状部20が製造されるまでの過程を示す図である。
図3(a)に示すように、第1ガラス基板の背面側の面であって、運転席に対向する領域にSOG材をスピンコート法により塗布する。
それから、25℃の雰囲気下において、図3(b)に示すように、SOG材上に単位光学形状部20に対応する凹凸形状を有した成形型を載置して、約1kg/cm2の押圧力をかけて、15分間放置させてSOG材を硬化させ、硬化した後に離型する。
これにより、図3(c)に示すように、第1ガラス基板10の背面側の面に単位光学形状部20が成形される。
最後に、図3(d)に示すように、成形された単位光学形状部20の第1傾斜面21a上にアルミニウム等の蒸着金属を所定の厚みで蒸着させて、第1傾斜面21a上に反射層22を形成する。以上により、第1ガラス基板10の背面側に、反射層22が設けられた単位光学形状部20が形成される。
図4は、フロントウィンドウの製造方法を説明する図である。図4(a)及び図4(b)は、フロントウィンドウが製造されるまでの過程を示す図であり、図4(c)は、図4(a)の別な形態を示す図である。
図5は、フロントウィンドウの製造過程において積層体に加える圧力及び温度と時間との関係を示す図である。
それから、第1ガラス基板10、中間層40、第2ガラス基板30が順に積層された積層体をオートクレーブ圧力釜内に配置して、所定の温度環境下において、所定の圧力をかけて、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板30を中間層40により密着させる。ここで、積層体にかける温度及び圧力は、例えば、時間経過とともに変化させるようにしてもよい。例えば、図5に示すように、温度は、室温から60分かけて130度まで上昇させ、60分間130度を維持した後に、60分かけて40度まで下げる。また、圧力は、温度を上昇させるのと同時に、60分かけて1.27MPaまで圧力を上昇させ、60分間1.27MPaを維持した後、60分かけて圧力を0.1MPaまで下げる。これにより、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板30とは、中間層40によって接合され、図4(b)に示すように、フロントウィンドウ1が完成する。
しかし、単位光学形状部20の高さhが、中間層40の層厚み対してある程度大きい(高さh/中間層の厚み>0.1)場合、第1ガラス基板10が単位光学形状部20間の空隙部にまで十分に行き渡らず、単位光学形状部20の近傍だけ第1ガラス基板10及び第2ガラス基板30の接合が、他の領域に比して弱くなってしまう可能性がある。そのため、このような場合、フロントウィンドウ1は、図4(c)に示すように、単位光学形状部20の高さhと略等しい厚みのPVBフィルムを、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板30間の単位光学形状部20が形成されない領域に更に加えた上で製造される。これにより、中間層40を単位光学形状部20間の空隙に隙間なく形成することができ、第1ガラス基板及び第2ガラス基板を強固に密着させることができる。
また、本実施形態のフロントウィンドウ1は、単位光学形状部20がSOG材により形成され、第1ガラス基板10がソーダライムガラス等で形成されており、両者が互いに相違する材料により形成されている。これにより、フロントウィンドウ1は、第1ガラス基板10の背面側の面を直接加工等することなく、容易に単位光学形状部20を設けることができ、製造効率をより向上させることができる。
図6は、単位光学形状部の別な形態を示す図である。図6の各図は、図2(a)に対応する断面図である。
図7は、フロントウィンドウの別な形態を示す図である。
(1)上述の実施形態において、単位光学形状部20は、第1ガラス基板10の背面側の面に設けられる例を示したが、これに限定されるものでない。
例えば、単位光学形状部20は、図6(a)に示すように、第2ガラス基板30の観察者側(−Z側)の面に設けられるようにしてもよい。この場合、反射層22が形成される第1傾斜面21aが、単位光学形状部20の頂部tを挟んで第2傾斜面21bより下側(−Y側)に位置するように形成される。また、第1傾斜面21aは、その下側(−Y側)の端部が、上側(+Y側)の端部よりも、厚み方向(Z方向)において背面側(+Z側)に位置するように形成される。更に、第2傾斜面21bは、その上側(+Y側)の端部が、下側(−Y側)の端部よりも、厚み方向(Z方向)において背面側(+Z側)に位置に形成される。
単位光学形状部20は、第1ガラス基板10と同様の材料により形成されるようにしてもよい。この場合、単位光学形状部20は、第1ガラス基板10を成形する成形型に単位光学形状部20に対応する凹凸形状を設け、第1ガラス基板10の成形時に同時に成形されるようにしたり、第1ガラス基板10の背面側の面をレーザ加工等することにより形成されるようにしたりすることができる。これにより、単位光学形状部20は、第1ガラス基板10と屈折率を同等にすることができ、フロントウィンドウ101内を通過する光の屈折を極力抑制することができる。
また、この場合、単位光学形状部20は、第1ガラス基板10の背面側の面から凸となる形態だけでなく、図6(b)に示すように、第1ガラス基板10の背面側の面から凹となる形態にしてもよい。
例えば、フロントウィンドウ1は、図7に示すように、単位光学形状部20が、第1ガラス基板10の下側(−Y側)の領域に設けられるようにしてもよい。これにより、フロントウィンドウ1は、運転席に座る運転者だけでなく、助手席に座る同乗者に対しても映像源から出射した映像を表示することができる。
また、単位光学形状部20は、第1ガラス基板10の全面に設けられるようにしてもよい。この場合、反射層22は、各単位光学形状部20の全ての第1傾斜面21aに設けられるようにしてもよく、また、一部の第1傾斜面21aにのみ設けられるようにしてもよい。
2 映像源
10 第1ガラス基板
20 単位光学形状部
21a 第1傾斜面
21b 第2傾斜面
22 反射層
30 第2ガラス基板
40 第1中間層
100 表示装置
Claims (5)
- 外界の光を透過するとともに、映像源から投射された映像光を観察者側に反射する光学部材であって、
板状の第1支持体と、
前記第1支持体の一方の面上に設けられ、前記第1支持体の板面に沿って複数連続して配列され、板面に対して傾斜した第1傾斜面を有する単位光学形状部と、
前記第1支持体の前記単位光学形状部が設けられる側の面に配置される中間層と、
前記中間層の前記第1支持体とは反対側の面に設けられる板状の第2支持体とを備え、
前記第1傾斜面には、光を反射する反射層が設けられ、
前記単位光学形状部は、その配列方向に平行であって、前記第1支持体の厚み方向に平行な断面における断面形状が略三角形状であること、
を特徴とする光学部材。 - 請求項1に記載の光学部材において、
前記単位光学形状部は、前記第1支持体とは相違する材料により形成されていること、
を特徴とする光学部材。 - 請求項1又は請求項2に記載の光学部材において、
前記第1支持体は、ガラス板であり、
前記単位光学形状部は、SOG材により形成されていること、
を特徴とする光学部材。 - 請求項1に記載の光学部材において、
前記単位光学形状部は、前記第1支持体と同様の材料により形成されていること、
を特徴とする光学部材。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光学部材と、
前記光学部材に映像光を投影する映像源と、
を備える表示装置。
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