JPWO2020080355A1 - 投映像表示用部材、ウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents
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Abstract
Description
ヘッドアップディスプレイシステムでは、ウインドシールドガラスに投映された、上述の様々な情報を含む画像の虚像が、運転者等に観察される。虚像の結像位置は、ウインドシールドガラスより車外前方側に位置する。虚像の結像位置は、通常、ウインドシールドガラスより1000mm以上、前方側であり、ウインドシールドガラスよりも外界側に位置する。これにより、運転者は、前方の外界を見ながら、視線を大きく動かすことなく、上述の様々な情報を得ることができる。そのため、ヘッドアップディスプレイシステムを用いた場合、様々な情報を得ながら、より安全に運転を行うことが期待されている。
ヘッドアップディスプレイシステムは、ウインドシールドガラスに、ハーフミラーフィルムを利用して投映像表示用部材を形成することにより、構成できる。ヘッドアップディスプレイシステムに利用可能なハーフミラーフィルムが、種々、提案されている。
特許文献1および特許文献2に記載される光反射フィルムは、いずれも、各光反射層が、特定の偏光に変換された画像表示手段から出射した光に対して高い反射率を有する。特許文献1および特許文献2には、この光反射フィルムが、ヘッドアップディスプレイシステムに用いられることが記載されている。
運転で支障となる、ボンネットおよび路面の水たまり等による反射光は、主にs偏光である。これに対応して、偏光サングラスはs偏光を遮光する機能を持つ。そのため、偏光サングラスをかけることにより、運転で支障となる、対向車のボンネットや水たまりによる反射光のギラツキが見えなくなる。
しかしながら、ウインドシールドガラスの車外側から侵入したs偏光は、ウインドシールドガラス中の光反射フィルムを通過する際に、光の偏光が変化して、p偏光の成分が混在してしまう。上述のように、偏光サングラスはs偏光を遮光するので、このp偏光の成分は、偏光サングラスを透過してしまう。そのため、p偏光で投映像を表示するヘッドアップディスプレイシステムでは、s偏光が主成分である上述の反射光のギラツキをカットする偏光サングラスの機能が損なわれ、運転の支障となる問題がある。
(i)0.3≦x≦7.0
(ii)0.5≦y≦6.0
(iii)y≦0.7x+3.2
(iv)y≧0.7x−1.4
[2] 螺旋配向構造のピッチ数xおよび偏光変換層の膜厚y(単位μm)が、下記関係式の全てを満足する、[1]に記載の投映像表示用部材。
(v)0.3≦x≦1.2
(vi)1.0≦y≦3.0
(vii)y≧1.875x
[3] 選択反射層が、入射角5°の入射光に対して、波長500〜700nmに少なくとも一つの反射率ピーク、および波長700〜900nmに少なくとも一つの反射率ピークを有する、[1]または[2]に記載の投映像表示用部材。
[4] 位相差層は、波長550nmにおける正面位相差が100〜450nmである、[1]〜[3]のいずれかに記載の投映像表示用部材。
[5] 第1のガラス板および第2のガラス板の間に、[1]〜[4]のいずれかに記載の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラス。
[6] [5]に記載のウインドシールドガラスと、ウインドシールドガラスの投映像表示用部材の位相差層側からp偏光の投映画像光を照射するプロジェクターと、を有するヘッドアップディスプレイシステム。
本発明のウインドシールドガラスは、第1のガラス板と第2のガラス板との間に、投映像表示用部材が配置されることが好ましい。
本発明のウインドシールドガラスでは、第1のガラス板と投映像表示用部材との間、および投映像表示用部材と第2のガラス板との間の、少なくとも一方に、中間膜が設けられることが好ましい。
本発明のヘッドアップディスプレイシステムは、投映像表示用部材が第1のガラス板と第2のガラス板との間に配置されるウインドシールドガラスと、ウインドシールドガラスに、p偏光の投映光を照射するプロジェクターとを有するヘッドアップディスプレイシステムを提供するものである。
ウインドシールドガラスは、第1のガラス板と投映像表示用部材との間、および、投映像表示用部材と第2のガラス板との間の、少なくとも一方に、中間膜が設けられることが好ましい。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
なお、以下において数値範囲を示す「〜」とは両側に記載された数値を含む。例えば、ε1が数値α1〜数値β1とは、ε1の範囲は数値α1と数値β1を含む範囲であり、数学記号で示せばα1≦ε1≦β1である。
「具体的な数値で表された角度」、「平行」、「垂直」および「直交」等の角度は、特に記載がなければ、該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。
また、「同一」とは該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、「全面」等も該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。
また、これに制限されるものではないが、可視光のうち、420〜490nmの波長領域の光は青色(B)光であり、495〜570nmの波長領域の光は緑色(G)光であり、620〜750nmの波長領域の光は赤色(R)光である。
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。
「画像(screen image)」はプロジェクターの描画デバイスに表示される像または、描画デバイスにより中間像スクリーン等に描画される像を意味する。虚像に対して、画像は実像である。
画像および投映像は、いずれも単色の像であっても、2色以上の多色の像であっても、フルカラーの像であってもよい。
投映像表示用部材とは、画像が担持された投映光を反射し、投映光の反射光で、投映光に担持された画像を、投映像として表示することができるハーフミラーを意味する。
投映像表示用部材は可視光透過性を有する。具体的には、投映像表示用部材の可視光線透過率は、80%以上が好ましく、82%以上がより好ましく、84%以上がさらに好ましい。このような高い可視光線透過率を有することにより可視光線透過率が低いガラスと組み合わせて合わせガラスとしたときであっても、車両のウインドシールドガラスの規格を満たす可視光線透過率を実現することができる。
具体的には、法線方向からの光に対して、通常の合わせガラスと、投映像表示用部材を組み込んだ合わせガラスとを比較したときに、波長550nm近辺で実質的に同等な反射を示すことが好ましい。特に、490〜620nmの可視光波長域において、実質的に同等な反射を示すのが好ましい。
「実質的に同等な反射」とは、例えば、日本分光社製の分光光度計「V−670」等の分光光度計で法線方向から測定した対象の波長における自然光(無偏光)の反射率の差が、10%以下であることを意味する。上述の波長域において、反射率の差は、5%以下が好ましく、3%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましく、1%以下が特に好ましい。
視感度の高い波長域において実質的に同等な反射を示すことによって、可視光線透過率が低いガラスと組み合わせて合わせガラスとしたときであっても、車両のウインドシールドガラスの規格を満たす可視光線透過率を実現することができる。
また、投映像表示用部材は、全ての入射角の光に対して上述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、上述のハーフミラーとしての機能を有していればよい。
以下、投映像表示用部材について、より具体的に説明する。
図1に示すように、投映像表示用部材10は、例えば、支持体15上に、位相差層14と、選択反射層12と、偏光変換層11とが、この順で積層されている。投映像表示用部材10は、少なくとも位相差層14、選択反射層12および偏光変換層11を有する構成であればよい。従って、支持体15は有さなくてもよい。
選択反射層12は、上述のように波長選択的に光を反射する層である。具体的には、選択反射層12は、特定の波長域の光を選択的に反射する層である。
選択反射層12は、可視光波長域の一部において選択反射を示すことが好ましい。選択反射層12は、例えば、投映像を表示するための光を反射すればよい。
選択反射層12は、各波長域に応じた複数の選択反射層を有する構成でもよい。例えば、図1に示す選択反射層12は、好ましい態様として、波長500〜700nmの光を波長選択的に反射する第1選択反射層12Gと、波長700〜900nmの光を波長選択的に反射する第2選択反射層12Rとを有する。第1選択反射層12Gおよび第2選択反射層12Rは、偏光変換層11側から第1選択反射層12Gおよび第2選択反射層12Rの順で、支持体15上に積層されている。
偏光反射層は、円偏光反射層または直線偏光反射層であることが好ましい。円偏光反射層は、選択的な反射波長域において、いずれか一方のセンスの円偏光を反射し、かつ他方を透過する層である。また、直線偏光反射層は、選択反射の中心波長において、1つの偏光方向の直線偏光を反射し、かつ上述の偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光を透過する層である。
偏光反射層は反射しない偏光を透過させることができる。従って、偏光反射層を用いることで、選択反射層12が反射を示す波長域においても、一部の光を透過させることができる。そのため、選択反射層12に偏光反射層を用いることにより、投映像表示用部材10を透過した光の色味を悪化させにくく、可視光線透過率も低下させにくくなるため、好ましい。
選択反射層12は、コレステリック液晶層を備えることが好ましく、2層以上のコレステリック液晶層を備える構成でもよい。すなわち、図示例においては、第1選択反射層12Gおよび第2選択反射層12Rが、共に、コレステリック液晶層であってもよい。後述するが、コレステリック液晶層とは、コレステリック液晶相を固定してなる層である。
選択反射層12がコレステリック液晶層を備える場合、位相差層14をコレステリック液晶層と組み合わせて用いることにより、鮮明な投映像を表示することができる。位相差層14の正面位相差および遅相軸の方向の調整により、ヘッドアップディスプレイシステムに利用した際に、高い輝度を得ることができ、また、二重像も抑制することができる投映像表示用部材を提供することができる。
ここで、コレステリック液晶層は、斜め光に対して、選択的な反射の中心波長が短波側にシフトすることが知られている。上述の反射の中心波長が短波側にシフトすることは、ブルーシフトと呼ばれている。斜め光では光干渉において各層間の光路長差が小さくなることが原因で、コレステリック液晶層でブルーシフトがおこる。従って、斜め方向から観察した場合、ブルーシフトが生じる。
このため、選択反射層12をコレステリック液晶層で構成した場合、反射の中心波長が短波側にシフトする分を予め補正して、選択反射層の正面における反射中心波長を長波側にずらすことが望ましい。斜め光の中心波長は、斜め光が選択反射層を伝播するときの正面からの角度をθとしたとき、斜め光の中心波長=正面での中心波長×cosθであり、これを考慮して反射中心波長をずらす構成とすることができる。上述の選択反射層12は、ブルーシフトを考慮して波長範囲が設定されている。
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い。コレステリック液晶層は、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、紫外線照射および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、また外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることが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。
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。
螺旋構造のピッチP(螺旋1ピッチ)とは、言い換えれば、螺旋の巻き数1回分の螺旋軸方向の長さである。すなわち、螺旋構造のピッチPとは、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクター(棒状液晶であれば長軸方向)が360°回転する螺旋軸方向の長さである。通常のコレステリック液晶層の螺旋軸方向は、コレステリック液晶層の厚さ方向と一致する。
分光光度計(日本分光社製、V−670)を用いて、法線方向からコレステリック液晶層の反射スペクトルを測定すると、選択反射帯域に透過率の低下ピークがみられる。このピークの極小透過率と低下前の透過率との中間(平均)の透過率となる2つの波長のうち、短波長側の波長の値をλl(nm)、長波長側の波長の値をλh(nm)とすると、選択反射中心波長λと半値幅Δλは下記式で表すことができる。
λ=(λl+λh)/2Δλ=(λh−λl)
上述のように求められる選択反射中心波長は、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と略一致する。
このとき、投映像表示用部材10の選択反射層12を構成するコレステリック液晶層に対しても斜めに光が入射する。例えば、屈折率1の空気中で投映像表示用部材10の法線に対し45°〜70°の角度で入射した光は、屈折率1.61程度のコレステリック液晶層を26°〜36°程度の角度で透過する。この場合、反射波長は短波長側にシフトする。
選択反射中心波長が波長λである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に対して光線がθ2の角度で通過するときの選択反射中心波長を波長λdとするとき、波長λdは以下の式で表される。
λd=λ×cosθ2
なお、コレステリック液晶層の法線方向は、通常、コレステリック液晶層の螺旋軸方向と一致する。
このような波長範囲は視感度の高い波長域であるため投映像の輝度への寄与度が高く、結果として高い輝度の投映像を実現することができる。
選択反射中心波長が異なる複数層のコレステリック液晶層を有する場合、各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。しかしながら、複数のコレステリック液晶層は、螺旋のセンスが全て同じであることが好ましい。
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、ピッチ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。ピッチ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、特定の波長で円偏光選択性を高くすることができる。
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、接着層の厚さムラに由来して生じ得る干渉ムラが観測されないからである。
また、投映像表示用部材10が複数のコレステリック液晶層を有する場合には、コレステリック液晶層の厚さの総計は、2.0〜30μmが好ましく、2.5〜25μmがより好ましく、3.0〜20μmがさらに好ましい。
投映像表示用部材10においては、コレステリック液晶層の厚さを低減することなく、可視光線透過率を高く維持することができる。
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。
上述の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等が挙げられる。必要に応じて、さらに、界面活性剤および重合開始剤等と混合して溶剤等に溶解した上述の液晶組成物を、支持体、配向層、下層となるコレステリック液晶層等に塗布し、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。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であることが好ましい。
コレステリック液晶層を形成する棒状の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。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。
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、米国特許第5622648号明細書、米国特許第5770107号明細書、WO95/22586、WO95/24455、WO97/00600、WO98/23580、WO98/52905、特開平1−272551号公報、特開平6−16616号公報、特開平7−110469号公報、特開平11−80081号公報、および、特開2001−328973号公報等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。
低Δn重合性液晶化合物を利用してコレステリック液晶相を形成し、これを固定したフィルムとすることにより、狭帯域選択反射層を得ることができる。低Δn重合性液晶化合物の例としては、WO2015/115390、WO2015/147243、WO2016/035873、特開2015−163596号公報、および、特開2016−53149号公報に記載の化合物が挙げられる。半値幅の小さい選択反射層を与える液晶組成物については、WO2016/047648の記載も参照できる。
フェニレン基およびトランス−1,4−シクロヘキシレン基について「置換基を有していてもよい」というときの置換基は、特に限定されず、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル基、アミド基、アミノ基、およびハロゲン原子ならびに、上述の置換基を2つ以上組み合わせて構成される基からなる群から選択される置換基が挙げられる。また、置換基の例としては、後述の−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される置換基が挙げられる。フェニレン基およびトランス−1,4−シクロヘキシレン基は、置換基を1〜4個有していてもよい。2個以上の置換基を有するとき、2個以上の置換基は互いに同一であっても異なっていてもよい。
重合性基としては、アクリロイル基(式Q−1)またはメタクリロイル基(式Q−2)が好ましい。
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、公知の化合物を用いることができる。キラル剤の例としては、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)、特開2003−287623号、特開2002−302487号、特開2002−80478号、特開2002−80851号、特開2010−181852号、および、特開2014−034581号等の各公報に記載の化合物が挙げられる。
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。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、重合性液晶化合物量の0.01〜200モル%が好ましく、1〜30モル%がより好ましい。なお、液晶組成物中におけるキラル剤の含有量は、組成物中の全固形分に対するキラル剤の濃度(質量%)を意図する。
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、米国特許第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、米国特許第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)、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63−40799号公報、特公平5−29234号公報、特開平10−95788号公報、特開平10−29997号公報、特開2001−233842号公報、特開2000−80068号公報、特開2006−342166号公報、特開2013−114249号公報、特開2014−137466号公報、特許4223071号公報、特開2010−262028号公報、特表2014−500852号公報記載)、オキシム化合物(特開2000−66385号公報、特許第4454067号公報記載)、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。例えば、特開2012−208494号公報の段落0500〜0547の記載も参酌できる。
アシルフォスフィンオキシド化合物としては、例えば、市販品のBASFジャパン(株)製のIRGACURE810(化合物名:ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド)を用いることができる。オキシム化合物としては、IRGACURE OXE01(BASF社製)、IRGACURE OXE02(BASF社製)、TR−PBG−304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカアークルズNCI−831、アデカアークルズNCI−930(ADEKA社製)、および、アデカアークルズNCI−831(ADEKA社製)等の市販品を用いることができる。
重合開始剤は、1種のみ用いてもよいし、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%が好ましく、0.5〜5質量%がより好ましい。
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る。架橋剤としては、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等が挙げられる。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、3〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量を3質量%以上とすることにより、架橋密度向上の効果を得ることができ、架橋剤の含有量を20質量%以下とすることにより、コレステリック液晶層の安定性の低下を防止できる。
なお、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
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、および、特開2013−113913号公報に記載の化合物等が挙げられる。
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。
その他、液晶組成物は、塗膜の表面張力を調整し厚さ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、および、金属酸化物微粒子等を、光学性能を低下させない範囲で添加することができる。
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上述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。
液晶組成物の調製に使用する溶媒には、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。
有機溶媒には、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、および、エーテル類等が挙げられる。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。
支持体、配向層、下層となるコレステリック液晶層等への液晶組成物の塗布方法には、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。塗布方法としては、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、および、スライドコーティング法等が挙げられる。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。
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350〜430nm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赤外線吸収スペクトルの測定により、決定することができる。
選択反射層としては、上述の選択反射層と同じ反射率特性を有する構成であれば直線偏光反射層を用いてもよい。直線偏光反射層としては、例えば、屈折率異方性の異なる薄膜を積層した偏光子が挙げられる。このような偏光子は、コレステリック液晶層と同様に高い可視光線透過率であり、ヘッドアップディスプレイシステムにおける使用時に斜めから入射する投映光を視感度の高い波長において反射することができる。
反射型偏光板の厚さは好ましくは2.0〜50μmの範囲、より好ましくは8.0〜30μmの範囲であればよい。
投映像表示用部材10は、図1に示すように位相差層14を有する。例えば、位相差層14は第1選択反射層12Gの裏面に配置される。
位相差層は、正面位相差としてλ/4を与えるもので構成されることが好ましく、正面位相差として3λ/4を与えるもので構成してもよい。
位相差層14と上述の選択反射層12(コレステリック液晶層)とを組み合わせて用いることにより、鮮明な投映像を表示することができる。位相差層14の正面位相差と、遅相軸の角度とにより、直線偏光を円偏光に変えるλ/4位相差層として作用する構成とすることができる。この場合、p偏光を円偏光に変えて、投映光を効率よく選択反射層12で反射させて、画像を表示できる。
位相差層14と上述の選択反射層12とを組み合わせて作製した投映像表示用部材は、より高い輝度が得られ、かつ二重像も抑制できる。投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステムにおいても、より高い輝度が得られ、かつ、二重像も抑制できる。
位相差層14は、例えば、波長550nmにおける正面位相差が100〜450nmの範囲であるのが好ましく、120〜200nmあるいは300〜400nmの範囲であることがより好ましい。
このような位相差層14は、一例として、仮支持体、または配向層表面に、重合性液晶化合物を含む液晶組成物を塗布し、そこで液晶組成物中の重合性液晶化合物を液晶状態においてネマチック配向に形成後、硬化によって固定化して、形成することができる。
この場合の位相差層14の形成は、液晶組成物中にキラル剤を添加しない以外は、上述のコレステリック液晶層の形成と同様に行うことができる。ただし、液晶組成物の塗布後のネマチック配向の際、加熱温度は50〜120℃が好ましく、60〜100℃がより好ましい。
位相差層14の遅相軸Saの方向は、投映像表示用部材10をヘッドアップディスプレイシステム20(図3参照)に用いた場合における、投映像表示のための投映光の入射方向、および、選択反射層12を構成するコレステリック液晶層の螺旋のセンスに応じて決定することが好ましい。
以下の説明では、ヘッドアップディスプレイシステム(ヘッドアップディスプレイ)を、『HUD』ともいう。なお、『HUD』とは、『Head up Display』の略である。
例えば、HUD20の使用時における投映像表示用部材10の方向が定まるときであって、投映光が、投映像表示用部材10(ウインドシールドガラス)の下方、かつ、選択反射層12(コレステリック液晶層)に対して位相差層14側から入射する場合については、正面位相差に応じて以下のような範囲で遅相軸Saの方向を定めることができる。
例えば、正面位相差が50〜180nmの位相差層14を用いる場合、投映像表示用部材10の上下方向Y(軸H)に対し、位相差層14の遅相軸Saが成す角度αが+120°〜+175°または−120°〜−175°の範囲にあることが好ましい。
正面位相差が250〜450nmの位相差層14を用いる場合、投映像表示用部材10の上下方向Yに対し、位相差層14の遅相軸Saが成す角度αが+35°〜+70°または−35°〜−70°の範囲にあることが好ましい。
正面位相差が50〜180nmの位相差層14を用いる場合、投映像表示用部材10の上下方向Yに対し、位相差層14の遅相軸Saが成す角度αが+125°〜+160°または−125°〜−160°の範囲にあることが好ましい。
好ましい方向は、投映像表示用部材10の選択反射層12を構成する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、遅相軸の方向は、コレステリック液晶層に対して位相差層側から見て時計回りに30°〜85°または120°〜175°であればよい。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、遅相軸の方向は、コレステリック液晶層に対して位相差層側から見て反時計回りに30°〜85°または120°〜175°であればよい。
具体的には、投映像表示用部材10では、まず、位相差層14が、入射したp偏光の投映光を円偏光に変換する。次いで、選択反射層12(コレステリック液晶層)が、この円偏光を選択的に反射して、位相差層14に再入射する。さらに、位相差層14が、円偏光をp偏光に変換する。投映像表示用部材10は、これにより、入射したp偏光の投映光を、p偏光のまま反射する。
従って、位相差層14は、選択反射層12(コレステリック液晶層)が選択的に反射する円偏光のセンスに応じて、入射したp偏光を、選択反射層12が反射する旋回方向の円偏光に変換するように、遅相軸Saの方向が設定される。すなわち、選択反射層12が、右円偏光を選択的に反射する場合には、位相差層14は、入射したp偏光を右円偏光にするように、遅相軸Saの方向が設定される。逆に、選択反射層12が、左円偏光を選択的に反射する場合には、位相差層14は、入射したp偏光を左円偏光にするように、遅相軸Saの方向を、逆に傾けて設定される。
HUDにおいて、本発明の投映像表示用部材10は、視認側すなわち投映光の入射側から、位相差層14、選択反射層12、および、偏光変換層11が、この順になるように設けられる。
偏光変換層11は、液晶化合物の螺旋構造(螺旋配向構造)を固定化した層であって、螺旋構造のピッチ数x、および、偏光変換層の膜厚y[μm]が、下記の関係式(i)〜(iv)の全てを満足するものである。
(i)0.3≦x≦7.0
(ii)0.5≦y≦6.0
(iii)y≦0.7x+3.2
(iv)y≧0.7x−1.4
なお、液晶化合物の螺旋構造の1ピッチは、上述したコレステリック液晶層(選択反射層12)と同様に、液晶化合物の螺旋の巻き数1回分である。すなわち、螺旋配向される液晶化合物のダイレクター(棒状液晶であれば長軸方向)が、360°回転した状態をピッチ数1とする。
投映像表示用部材10が、位相差層14および選択反射層12に加え、偏光変換層11を有することによって、HUDの偏光サングラス適性を改善し、さらに二重像を抑制することができ、特にp偏光を入射させて投映像を形成する場合の二重像を良好に抑制することができる。
偏光変換層11を設けることにより偏光サングラス適性が改善することができる理由は、偏光変換層11がコレステリック液晶相のような螺旋構造を有しており、赤外域の反射ピーク波長よりも短波長である可視光に対して旋光性と複屈折性を示すため、可視域の偏光を制御できるためである。特に、ウインドシールドガラスの外側から入射したs偏光は、位相差層14で偏光が大きく変わるため、偏光変換層11で光学補償できるように偏光変換層11のピッチ数と膜厚を制御することで、偏光サングラス適性が改善できる。
偏光変換層11を設けることにより二重像をさらに抑制することができる理由は、選択反射層12(コレステリック液晶層)の選択反射帯域にない波長の光が、選択反射層12で偏光変換してウインドシールドガラスの裏面で反射されることに基づく二重像を抑制できるためと推定される。
後述するが、本発明の投映像表示用部材10(本発明のウインドシールドガラス)を用いる本発明のHUDでは、投映光としてp偏光をウインドシールドガラスに入射して、ウインドシールドガラスに組み込まれた投映像表示用部材10がp偏光を反射することにより、投映像を表示する。具体的には、投映像表示用部材10では、位相差層14がp偏光を所定の旋回方向の円偏光に変換し、この円偏光を選択反射層12が反射し、位相差層14がp偏光に再変換することで、入射したp偏光を反射する。
p偏光をガラスに対して斜めに入射すると、ガラスによる反射は非常に少なくなる。本発明のHUDは、p偏光を投映して、投映像表示用部材10によってp偏光を反射することにより、ウインドシールドガラスの内面および外面で反射する光に起因する二重像を解消できる。従って、ウインドシールドガラスをクサビ型にする必要も無い。なお、ウインドシールドガラスの内面とは、車両等の車内側表面であり、通常、HUDにおける投映光の入射面である。他方、ウインドシールドガラスの外面とは、車両等の車外側表面であり、通常、HUDにおける投映光の入射面とは逆側の面である。
加えて、この方式の投映像表示用部材10は、入射したp偏光を無駄なく高い反射率で反射できるので、HUDによる投映像の輝度も向上できる。
一方、水たまりの反射光、対向車のウインドシールドガラスの反射光、および、ボンネットの反射光など、車両等においてウインドシールドガラスの外部から侵入する、いわゆるギラツキ成分は、多くがs偏光である。そのため、偏光サングラスは、s偏光成分を遮光するようになっている。
従って、通常のs偏光の投映光を投映するHUDでは、使用者が偏光サングラスを着用した場合には、投映像を観察できない。
これに対して、本発明の投映像表示用部材10を用いるHUDは、投映像がp偏光であるので、通常のs偏光を投映するHUDとは異なり、運転者が偏光サングラスを使用した場合でも、HUDの投映像を適正に観察できる。
上述のように、ウインドシールドガラスの外部から侵入するギラツキ成分は、s偏光である。従って、p偏光に対応する円偏光を選択的に反射する反射層を透過したs偏光は、理想的には、s偏光に対応する旋回方向の円偏光になる。この円偏光は、次いで、位相差層によって、再度、S偏光に変換される。そのため、ウインドシールドガラスの外部から侵入するギラツキ成分であるs偏光は、偏光サングラスを用いることで、遮光できる。
このような楕円偏光が位相差層を透過すると、透過光には、s偏光のみならず、p偏光の成分も混在してしまう。p偏光は、偏光サングラスで遮光できないので、偏光サングラスを透過してしまう。
そのため、従来のp偏光を投映するHUDでは、s偏光が主成分である上述の反射光のギラツキをカットする偏光サングラスの機能が損なわれ、運転の支障となる。すなわち、特許文献1および特許文献2に示されるような、従来のp偏光を投映する、位相差層および円偏光反射層を用いるハーフミラーフィルムを利用するHUDは、偏光サングラス適性が低い。
偏光変換層11は、液晶化合物の螺旋構造を固定化した層で、螺旋構造のピッチ数xおよび偏光変換層の膜厚y[μm]が、上述の関係式(i)〜(iv)を満たす。
このような偏光変換層11は、液晶化合物が、関係式(i)〜(iv)を満たす螺旋構造を有することにより、可視光に対して旋光性および複屈折性を示す。特に、偏光変換層11の螺旋構造のピッチPを、選択反射中心波長が長波長の赤外域であるコレステリック液晶層のピッチPに対応する長さとすることにより、短波長である可視光に対して、高い旋光性と複屈折性を示す。
なお、上述のように、螺旋構造のピッチPとは、螺旋1ピッチの長さであり、液晶化合物が360°回転する螺旋軸方向の長さである。螺旋軸方向とは、通常、偏光変換層の厚さ方向ある。
すなわち、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、ウインドシールドガラスの外部から侵入した、ギラツキとなるs偏光は、s偏光のまま透過するので、偏光サングラスによって遮光できる。従って、本発明によれば、p偏光を投映するHUDにおいて、偏光サングラス適性を改善できる。
これに対して、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、選択反射層12を透過したs偏光の成分を、旋光性および複屈折性を有する偏光変換層11がp偏光の成分に変換する。
上述したように、p偏光は、ガラスに斜めに入射すると反射率が非常に低い。そのため、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、投映光の中にs偏光成分が混ざっていても、選択反射層12を透過したs偏光のウインドシールドガラスの外面による反射を抑制できる。従って、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、選択反射層12を透過して、ウインドシールドガラスの外面(裏面)で反射される光に起因する二重像も低減できる。
関係式(i)は、『0.3≦x≦7.0』である。
螺旋構造のピッチ数xが0.3未満では、十分な旋回性および複屈折性が得られない等の不都合を生じる。
また、螺旋構造のピッチ数xが7.0を超えると、旋回性および複屈折性が過剰で、所望の楕円偏光が得られない等の不都合を生じる。
偏光変換層11の厚さyが0.5μm未満では、膜厚が薄すぎて、十分な旋回性・複屈折性が得られない等の不都合を生じる。
偏光変換層11の厚さyが6.0μmを超えると、旋回性・複屈折性が過剰で、所望の楕円偏光が得られない、配向不良が起こりやすく製造にとって好ましくない等の不都合を生じる。
偏光変換層11の厚さy[μm]が0.7x+3.2を超えると、複屈折性が過剰で、旋回性とのバランスが悪い等の不都合を生じる。
さらに、関係式(iv)は、『y≧0.7x−1.4』である。
偏光変換層11の厚さy[μm]が0.7x−1.4未満では、可視光域に偏光変換層ができ、十分な旋回性が得られない、反射率や色味等のほかの光学性能に影響を与える等の不都合を生じる。
偏光変換層11は、特に、関係式(i)〜(iv)に加え、下記の関係式(v)〜(vii)を全て満たすのが好ましい。
(v)0.3≦x≦1.2
(vi)1.0≦y≦3.0
(vii)y≧1.875x
具体的には、偏光変換層11は、螺旋のピッチPが、選択反射中心波長が長波長の赤外域であるコレステリック液晶層のピッチPと同等で、かつ、ピッチ数xが少ないのが好ましい。より具体的には、偏光変換層11は、螺旋のピッチPが、選択反射中心波長が3000〜8000nmであるコレステリック液晶層のピッチPと同等で、かつ、ピッチ数xが少ないのが好ましい。
このような偏光変換層11は、ピッチPが対応する選択反射中心波長が、可視光よりも遥かに長波長であるため、上述した可視光に対する旋光性と複屈折性を、より好適に発現する。
従って、偏光変換層11が、関係式(v)〜(vii)を全て満たすことにより、本発明の投映像表示用部材10を用いるHUDの偏光サングラス適性および二重像の抑制効果を、より向上できる。
ただし、偏光変換層11を形成する際には、偏光変換層11における螺旋構造のピッチ数xおよび膜厚y[μm]が、関係式(i)〜(iv)を全て満たすように、より好ましくは、関係式(v)〜(vii)を全て満たすように、使用する液晶化合物、使用するキラル剤、キラル剤の添加量、および、膜厚等を調節する必要がある。
本発明の投映像表示用部材10は、上述した選択反射層12、位相差層14および偏光変換層11に加え、必要に応じて、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。
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。低複屈折性とは、本発明のウインドシールドガラスの投映像表示用部材10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する。この正面位相差は5nm以下であることが好ましい。さらに、他の層は、いずれも、選択反射層12を構成する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15、配向層、および、接着層等が挙げられる。
図1に示す投映像表示用部材10は、支持体15を有する。投映像表示用部材10において、支持体15は、位相差層14、選択反射層12および偏光変換層11を支持するものである。
支持体15は、位相差層を形成する際の基板として使用することができ、あるいは位相差層を兼用して、選択反射層12(コレステリック液晶層)を形成する際の基板として使用することもできる。
選択反射層12または位相差層14の形成のために用いられる支持体15は、選択反射層12の形成後に剥離される、仮支持体であってもよい。従って、完成した投映像表示用部材およびウインドシールドガラスには、支持体15は含まれていなくてもよい。
なお、仮支持体として剥離するのではなく、完成した投映像表示用部材またはウインドシールドガラスが支持体15を含む場合には、支持体15は、可視光領域で透明であることが好ましい。また、支持体15を、位相差層14を形成する際の基板として使用する場合は、低複屈折性であることが好ましい。
支持体15の材料には制限はない。支持体15としてはポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル、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、および、シリコーン等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、上述のプラスチックフィルムのほか、ガラスを用いてもよい。
支持体の厚さは、5.0〜1000μm程度であればよく、10〜250μmが好ましく、15〜90μmがより好ましい。
投映像表示用部材10は、選択反射層12(コレステリック液晶層)および/または位相差層14の形成の際に、液晶組成物が塗布される下層として、液晶化合物を配向するための配向層を含んでいてもよい。
配向層は、ポリマー等の有機化合物(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、ポリアミドおよび変性ポリアミド等の樹脂)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、ならびに、ラングミュア・ブロジェット法(LB膜)を用いた有機化合物(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およびステアリル酸メチル等)の累積等の手段で、設けることができる。さらに、電場の付与、磁場の付与、および、光照射等により、配向機能が生じる層を、配向層として用いてもよい。
例えば、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、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、配向層は仮支持体とともに剥離されて投映像表示用部材を構成する層とはならなくてもよい。
配向層の厚さは、0.01〜5.0μmが好ましく、0.05〜2.0μmがより好ましい。
投映像表示用部材10は、必要に応じて、層同士の密着力を向上するために、接着層を有してもよい。
図示例の投映像表示用部材10において、接着層を設ける場合には、第1選択反射層12Gと第2選択反射層12Rとの間、選択反射層12と位相差層14との間、選択反射層12と偏光変換層11との間、および、支持体15と位相差層14との間の、1以上に、接着層を設ければよい。
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、および、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、および、ポリビニルブチラール系等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、素材はアクリレート系、ウレタンアクリレート系、および、エポキシアクリレート系等を使用することが好ましい。
接着層の厚さには制限はない。接着剤を用いて形成された接着層の厚さは、0.5〜10μmが好ましく、1.0〜5.0μmがより好ましい。また、高透明性接着剤転写テープ(粘着剤)を用いて形成された接着層の厚さは、10〜50μmが好ましく、15〜30μmがより好ましい。投映像表示用部材の色ムラ等を軽減するため均一な厚さで設けられることが好ましい。
本発明の投映像表示用部材は、必要に応じて、支持体上および/または偏光変換層の上に、耐擦傷性を向上するために、ハードコート層を有してもよい。
ハードコート層は、ハードコート層形成用組成物を用いて形成するのが好ましい。
ハードコート層形成用組成物は、分子内に3個以上のエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物を含むのが好ましい。
エチレン性不飽和二重結合基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、および、アリル基等の重合性官能基が挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基、および、−C(O)OCH=CH2が好ましく、特に好ましくは(メタ)アクリロイル基である。エチレン性不飽和二重結合基を有する事によって、高い硬度を維持する事ができ、耐湿熱性も付与する事ができる。さらに、分子内に3個以上のエチレン性不飽和二重結合基を有する事によって、より高い硬度を発現できる。
3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能アクリレート系化合物類の具体化合物としては、日本化薬社製のKAYARAD DPHA、同DPHA−2C、同PET−30、同TMPTA、同TPA−320、同TPA−330、同RP−1040、同T−1420、同D−310、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同GPO−303、大阪有機化学工業社製のV#400、および、V#36095D等のポリオールと(メタ)アクリル酸のエステル化物を挙げることができる。また、紫光UV−1400B、同UV−1700B、同UV−6300B、同UV−7550B、同UV−7600B、同UV−7605B、同UV−7610B、同UV−7620EA、同UV−7630B、同UV−7640B、同UV−6630B、同UV−7000B、同UV−7510B、同UV−7461TE、同UV−3000B、同UV−3200B、同UV−3210EA、同UV−3310EA、同UV−3310B、同UV−3500BA、同UV−3520TL、同UV−3700B、同UV−6100B、同UV−6640B、同UV−2000B、同UV−2010B、同UV−2250EAおよび同UV−2750B(以上、日本合成化学社製)、UL−503LN(共栄社化学社製)、ユニディック17−806、同17−813、同V−4030および同V−4000BA(以上、大日本インキ化学工業社製)、EB−1290K、EB−220、EB−5129、EB−1830およびEB−4358(以上、ダイセルUCB社製)、ハイコープAU−2010および同AU−2020(以上、トクシキ社製)、アロニックスM−1960(東亜合成社製)、アートレジンUN−3320HA,UN−3320HC,UN−3320HS、UN−904およびHDP−4Tなどの3官能以上のウレタンアクリレート化合物、アロニックスM−8100,M−8030およびM−9050(以上、東亞合成社製)、ならびに、KBM−8307(ダイセルサイテック社製)の3官能以上のポリエステル化合物なども好適に使用することができる。
また、分子内に3個以上のエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物は単一の化合物から構成しても良いし、複数の化合物を組み合わせて用いる事もできる。
ハードコート層は、支持体および/または偏光変換層上に、上述したハードコート層形成用組成物を塗布して、乾燥、硬化させることで形成できる。
ハードコート層は以下の塗布方法により形成することができるが、この方法に制限されない。ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スライドコート法、エクストルージョンコート法(ダイコート法)(特開2003−164788号公報参照)、および、マイクログラビアコート法等の公知の方法が用いられ、その中でもマイクログラビアコート法、ダイコート法が好ましい。
本発明において、ハードコート層など塗布により層形成する場合の、乾燥、硬化方法に関して、好ましい例を以下に述べる。
本発明では、電離放射線による照射と、照射の前、照射と同時または照射後の熱処理とを組み合わせることにより、硬化することが有効である。
以下に、いくつかの製造工程のパターンを示すが、これらに制限はされない(以下の例において、「−」は熱処理を行っていないことを示す)。
(1)熱処理 → 電離放射線硬化 → −
(2)熱処理 → 電離放射線硬化 → 熱処理
(3) − → 電離放射線硬化 → 熱処理
例えば、塗膜が紫外線硬化性であれば、紫外線ランプによって10〜1000mJ/cm2の照射量の紫外線を照射して各層を硬化するのが好ましい。照射の際には、上述のエネルギーの紫外線を一度に当ててもよいし、分割して照射することもできる。特に塗膜の面内での性能ばらつきを少なくでき、さらに、カールを良化させるという観点からは、2回以上に分割して紫外線を照射するのが好ましく、初期に150mJ/cm2以下の低照射量の紫外光を照射し、その後、50mJ/cm2以上の高照射量の紫外光を照射し、かつ初期よりも後期の方で高い照射量の紫外線を当てるのが好ましい。
本発明の投映像表示用部材を用いて、投映像表示機能を有するウインドシールドガラスを提供することができる。
ウインドシールドガラスは、車および電車等の車両、飛行機、船舶、二輪車、ならびに、遊具等の乗り物一般の窓ガラスおよび風防ガラスを意味する。ウインドシールドガラスは、乗り物の進行方向の前方にあるフロントガラスおよび風防ガラス等として利用することが好ましい。
上述の可視光線透過率は、ウインドシールドガラスのいずれの位置においても満たされていることが好ましく、特に投映像表示用部材が存在する位置において、上述の可視光線透過率を満たされていることが好ましい。本発明の投映像表示用部材は、上述のように、視感度の高い波長域において可視光線透過率が高いため、ウインドシールドガラスに一般的に用いられるガラスのいずれを用いた場合においても、上述の可視光線透過率を満たす構成とすることができる。
本発明の投映像表示用部材は、ウインドシールドガラスの投映像表示部位(投映像反射部位)に設けられていればよい。
本発明の投映像表示用部材をウインドシールドガラスのガラス板の外面に設ける、または、後述のように合わせガラスの構成のウインドシールドガラスのガラスの間に設けることにより、ウインドシールドガラスを用いたHUDを構成できる。
本発明の投映像表示用部材をウインドシールドガラスのガラス板の外面に設ける場合、投映像表示用部材は、車両等の内部(投映像の入射側)に設けられても、外部に設けられてもよいが、内部に設けられていることが好ましい。
なお、本発明の投映像表示用部材は、耐擦傷性がガラス板に比較して低い。そのため、ウインドシールドガラスが、合わせガラス構造である場合には、投映像表示用部材を保護するために、投映像表示用部材は、合わせガラスを構成する2枚のガラスの間に設けることがより好ましい。
すなわち、本発明の投映像表示用部材はHUDのコンバイナとして機能する。HUD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、投映像の入射面側からコンバイナを観察したときに、風景などの投映光の入射面とは逆の面側にある情報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、外界光と投映像の光と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。
投映像表示用部材をウインドシールドガラスの一部に設ける場合、投映像表示用部材はウインドシールドガラスのいずれの位置に設けてもよいが、HUDとしての使用時に、運転者等の観察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るのが好ましい。例えば、HUDが搭載される乗り物における運転席の位置と、プロジェクターを設置する位置との関係から、ウインドシールドガラスにおいて投映像表示用部材を設ける位置を決定すればよい。
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い。また、投映像表示用部材は、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ようになっていてもよい。
ウインドシールドガラスは、合わせガラスの構成を有していてもよい。本発明のウインドシールドガラスは、合わせガラスであり、第1のガラス板と第2のガラス板との間に、上述した本発明の投映像表示用部材を有する。
ウインドシールドガラスは、第1のガラス板と第2のガラス板との間に投映像表示用部材が配置される構成でもよい。しかしながら、ウインドシールドガラスは、第1のガラス板と投映像表示用部材との間、および、投映像表示用部材と第2のガラス板との間の、少なくとも一方に中間膜が設けられる構成であるのが好ましい。
ウインドシールドガラスにおいて、一例として、第1のガラス板は、HUDにおける映像の視認側とは逆側(車外側)に配置され、第2のガラス板は視認側(車内側)に配置される。なお、本発明のウインドシールドガラスにおいて、第1のガラス板および第2のガラス板における第1および第2には、技術的な意味は無く、2枚のガラス板を区別するために便宜的に設けたものである。従って、第1のガラス板が車内側で、第2のガラス板が車外側であってもよい。
第1のガラス板および第2のガラス板の等のガラス板には、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使用することができる。例えば、遮熱性の高いグリーンガラス等の、可視光線透過率が73%および76%等の80%以下となるガラス板を使用してもよい。このように可視光線透過率が低いガラス板を使用したときであっても、本発明の投映像表示用部材を使用することにより、投映像表示用部材においても70%以上の可視光線透過率を有するウインドシールドガラスを作製することができる。
一般的には、合わせガラス用の中間膜を2枚のガラス板に挟んだ後、加熱処理と加圧処理とを数回繰り返し、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。加圧処理としては、ゴムローラーを用いた処理等が例示される。ゴムローラーによって、加熱処理と加圧処理とを行ってもよい。
投映像表示用部材をガラス板表面に形成する場合、投映像表示用部材を設けるガラス板は、第1のガラス板でも第2のガラス板でもよい。この際において、投映像表示用部材は、例えば、ガラス板に接着剤で貼合される。
中間膜(中間膜シート、中間層)としては、合わせガラスにおいて中間膜として用いられる、公知のいずれの中間膜も利用可能である。例えば、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、塩素含有樹脂からなる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。上述の樹脂は、中間膜の主成分であることが好ましい。なお、主成分であるとは、中間膜の50質量%以上を占める成分のことをいう。
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。上述の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。
また、上述の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。ポリビニルアルコールの重合度が200以上であると、得られる合わせガラスの耐貫通性が低下しにくく、3000以下であると、樹脂膜の成形性がよく、しかも樹脂膜の剛性が大きくなり過ぎず、加工性が良好である。より好ましい下限は500、より好ましい上限は2000である。
投映像表示用部材を含む合わせガラス用の中間膜は、投映像表示用部材を上述の中間膜の表面に貼合して形成することができる。または、投映像表示用部材を2枚の上述の中間膜に挟んで形成することもできる。2枚の中間膜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。
投映像表示用部材と中間膜との貼合には、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。ラミネート処理は、積層体と中間膜とが加工後に剥離してしまわないように、ある程度の加熱およ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ために、中間膜の接着する側の膜面温度は、50〜130℃が好ましく、70〜100℃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。加圧条件には制限はないが、2.0kg/cm2未満(196kPa未満)が好ましく、0.5〜1.8kg/cm2(49〜176kPa)がより好ましく、0.5〜1.5kg/cm2(49〜147kPa)がさらに好ましい。
投映像表示用部材を含む中間膜の製造方法の一例は、
(1)第1の中間膜の表面に投映像表示用部材を貼合して第1の積層体を得る第1の工程、および、
(2)第1の積層体中の投映像表示用部材の第1の中間膜が貼合されている面とは反対の面に、第2の中間膜を貼合する第2の工程、を含む。
例えば、第1の工程において、支持体と第1の中間膜とを対面しないで、投映像表示用部材と第1の中間膜とを貼合する。次いで、投映像表示用部材から支持体を剥離する。さらに、第2の工程において、第2の中間膜を、支持体を剥離した面に貼合する。これにより、支持体を有さない投映像表示用部材を含む中間膜を製造することができる。また、この投映像表示用部材を含む中間膜を用いることで、投映像表示用部材が支持体を有さない合わせガラスを容易に作製することができる。
破損等なく、安定的に支持体を剥離するためには、投映像表示用部材から支持体を剥離する際の支持体の温度は、40℃以上が好ましく、40〜60℃がより好ましい。
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基づく像と、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基づく像とが重なることによって、二重像または多重像が生じる問題がある。
ウインドシールドガラスにおいて、選択反射層を透過する光は、選択反射層が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、選択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、選択反射層で反射される偏光が大部分となるため顕著な二重像を生じさせにくい。
投映光として偏光を利用することにより、投映光の大部分を選択反射層で反射するように構成できる。
一方で、ウインドシールドガラスにおける投映光の入射面による反射光は、顕著な二重像を生じさせ得る。特に選択反射層の厚さ方向の中心から、ウインドシールドガラスの投映光の入射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、本発明のウインドシールドガラスの構造において、選択反射層より位相差層側にある層の厚さの総計、すなわち、選択反射層の視認側の面から、ウインドシールドガラスの投映光入射面までの距離が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以上でさらに顕著となり得、2.0mm以上で特に顕著になり得る。なお、この選択反射層より位相差層側にある層の厚さの総計は、選択反射層の厚さを含まない。
選択反射層より視認側にある層としては、位相差層の他、支持体、中間膜、および、第2のガラス板等が挙げられる。
しかしながら、p偏光を選択的に反射する投映像表示用部材を用い、p偏光による投映像の表示を行うことにより、ウインドシールドガラスの選択反射層より視認側にある層の厚さの総計が上述の場合でも、顕著な二重像が生じることなく投映像を視認させることができる。
ウインドシールドガラスはHUDの構成部材として用いることができる。HUDはプロジェクターを含むことが好ましい。
「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」を含み、表示する画像を担持する投映光を出射するものである。本発明のHUDにおいて、プロジェクターは、p偏光の投映光を出射する。
HUDにおいて、プロジェクターは、ウインドシールドガラス中の投映像表示用部材に対して、表示する画像を担持するp偏光の投映光を斜めの入射角度で入射できるように配置されていればよい。
HUD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。
プロジェクターは、p偏光の投映光を出射できれば、HUDに用いられる公知のプロジェクターを利用できる。また、プロジェクターは、虚像の結像距離、すなわち、虚像の結像位置が可変であるものであるのが好ましい。
プロジェクターにおける虚像の結像距離の変更方法としては、例えば、画像の生成面(スクリーン)を移動する方法(特開2017−21302号公報参照)、光路長の異なる複数の光路を切り換えて使用する方法(WO2015/190157号参照)、ミラーの挿入および/または移動によって光路長を変更する方法、結像レンズとして組レンズを用いて焦点距離を変更する方法、プロジェクター22の移動による方法、虚像の結像距離が異なる複数台のプロジェクターを切り換えて使用する方法、および、可変焦点レンズを用いる方法(WO2010/116912号参照)等が挙げられる。
ここで、プロジェクターによる投映光の虚像のうち、少なくとも2つの虚像は、結像距離が、1m以上、異なるのが好ましい。従って、プロジェクターが、連続的に虚像の結像距離が変更可能なものである場合には、虚像の結像距離を1m以上、変更可能であるのが好ましい。このようなプロジェクターを用いることにより、一般道における通常速度での走行と、高速道路での高速走行とのように運転者の視線の距離が大きく異なる場合にも好適に対応できる等の点で好ましい。
描画デバイスは、それ自体が画像を表示するデバイスであってもよく、画像を描画できる光を発するデバイスであってもよい。
描画デバイスでは、光源からの光が、光変調器、レーザー輝度変調手段、または描画のための光偏向手段等の描画方式で調整されていればよい。描画デバイスは、光源を含み、さらに、描画方式に応じて光変調器、レーザー輝度変調手段、または描画のための光偏向手段等を含むデバイスを意味する。
光源には制限はなく、LED(発光ダイオード)、有機発光ダイオード(OLED)、放電管、および、レーザー光源等、プロジェクター、描画デバイスおよびディスプレイ等で用いられる公知の光源が利用可能である。
これらのうち、LEDおよび放電管は、直線偏光を出射する描画デバイスの光源に適していることから好ましく、特にLEDが好ましい。LEDは発光波長が可視光領域において連続的でないため、後述するように特定波長域で選択反射を示すコレステリック液晶層が用いられているコンバイナとの組み合わせに適しているためである。
描画方式は、使用する光源等に応じて選択することができ、特に限定されない。
描画方式の例としては、蛍光表示管、液晶を利用するLCD(Liquid Crystal Display)方式およびLCOS(Liquid Crystal on Silicon)方式、DLP(登録商標)(Digital Light Processing)方式、ならびに、レーザーを利用する走査方式等が挙げられる。描画方式は、光源と一体となった蛍光表示管を用いた方式であってもよい。描画方式としてはLCD方式が好ましい。
DLP方式は、DMD(Digital Micromirror Device)を用いた表示システムであり、画素数分のマイクロミラーを配置して描画され投射レンズから光が出射する。
走査方式において、例えば、赤色光、緑色光および青色光の各色のレーザー光の輝度変調は光源の強度変化として直接行ってもよく、外部変調器により行ってもよい。光偏向手段としては、ガルバノミラー、ガルバノミラーとポリゴンミラーの組み合わせ、および、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等が挙げられ、このうちMEMSが好ましい。走査方法としては、ランダムスキャン方式、および、ラスタースキャン方式等が挙げられるが、ラスタースキャン方式が好ましい。ラスタースキャン方式において、レーザー光を、例えば、水平方向は共振周波数で、垂直方向はのこぎり波で駆動することができる。走査方式は投射レンズが不要であるため、装置の小型化が容易である。
描画方式がLCD方式またはLCOS方式である描画デバイスおよびレーザー光源を用いた描画デバイスは、本質的には出射光が直線偏光となる。出射光が直線偏光である描画デバイスであって出射光が複数の波長(色)の光を含むものである場合は、複数の光の偏光の偏光方向(透過軸方向)は同一であることが好ましい。市販の描画デバイスとしては、出射光の赤、緑および青の光の波長域での偏光方向が均一ではないデバイスも知られている(特開2000−221449号公報参照)。具体的には、緑色光の偏光方向が赤色光の偏光方向および青色光の偏光方向と直交している例が知られている。
なお、本発明のHUDにおいては、プロジェクターが出射する投影光は、p偏光であるのは、上述したとおりである。
上述のように、描画デバイスは中間像スクリーンを使用するものであってもよい。「中間像スクリーン」は、画像が描画されるスクリーンである。すなわち、描画デバイスを出射した光がまだ画像として視認できるものではない場合等において、この光によって描画デバイスは中間像スクリーンに視認可能な画像を形成する。中間像スクリーンにおいて描画された画像は中間像スクリーンを透過する光によりコンバイナに投映されていてもよく、中間像スクリーンを反射してコンバイナに投映されていてもよい。
中間像スクリーンとしては、入射光線を広げて透過させる機能を有するものが好ましい。投映像拡大表示が可能となるからである。このような中間像スクリーンとしては、例えば、マイクロレンズアレイで構成されるスクリーンが挙げられる。HUDで用いられるマイクロアレイレンズについては、例えば、特開2012−226303号公報、特開2010−145745号公報、および、特表2007−523369号公報に記載がある。
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等を含んでいてもよい。
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、上述の角度の範囲で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選択反射層に対して視認側のウインドシールドガラスの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。
上述の角度は50°〜65°であることも好ましい。このとき、投映像の観察を投映光の入射側において、選択反射層の法線に対し、入射光とは反対側で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。
また、ウインドシールドガラスの投映像表示用部材中の位相差層の遅相軸は、入射するp偏光の振動方向に対し、位相差層の正面位相差に応じて、30°〜85°または120°〜175°の角度をなしていることが好ましい。入射するp偏光の振動方向とは、すなわち、入射光の入射面である。
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(偏光子)をプロジェクターの出射光側に設けることによりp偏光としていてもよく、プロジェクターからウインドシールドガラスまでの光路中において、直線偏光フィルム等を用いる公知の方法でp偏光としてもよい。この際には、直線偏光ではない投映光をp偏光にする部材も、本発明のHUDにおけるプロジェクターを構成するものと見なす。
上述のように、出射光の赤、緑、青の光の波長域での偏光方向が均一ではないプロジェクターについては、波長選択的に偏光方向を調整し、全ての色の波長域でp偏光として入射させることが好ましい。
虚像結像位置は、車両の運転者から虚像を視認できる位置であり、例えば、通常運転者から見てウインドシールドガラスの先、1000mm以上離れた位置である。
ここで、上述の特表2011−505330号公報に記載のようにガラスが投映像表示用部材において不均一(楔形)であると、虚像結像位置を変化させたときに、その楔形の角度も変更する必要が生じる。そのため、例えば、特開2017−15902号公報に記載のように、部分的に楔形の角度を変えて投映位置を変えることによって擬似的に虚像結像位置変化に対応する等の必要が生じる。
しかしながら、本発明のウインドシールドガラスを用い、かつ上述のようにp偏光を利用する本発明のHUDでは、楔形のガラスの利用は不要であり、投映像表示用部材においてガラスの厚さを均一とすることができるため、上述の虚像結像位置を可変とする投映システムを好適に採用することができる。
図3は、本発明の実施形態の投映像表示用部材を有するヘッドアップディスプレイの一例を示す模式図であり、図4は本発明の実施形態の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスの一例を示す模式図である。
HUD20は、プロジェクター22と、ウインドシールドガラス24とを有し、例えば、乗用車等の車両に用いられる。なお、HUD20の各構成要素については、既に説明した通りである。
投映像表示用部材10Aは、図1に示す投映像表示用部材10から支持体15を剥離したものであり、偏光変換層11と選択反射層12と位相差層14とを有する。HUD20では、ウインドシールドガラス24の上下方向Yと、図2に示す位相差層14の軸Hとを一致させて配置されている。なお、本発明のウインドシールドガラス(HUD)においては、投映像表示用部材が支持体15を有してもよい。
ウインドシールドガラス24の上下方向Yは、ウインドシールドガラス24が配置された車両等の天地方向に対応する方向であり、地面側を下側とし、反対側を上側として規定される方向である。なお、ウインドシールドガラス24は、車両等に配置された場合、構造、またはデザインの都合、傾斜して配置されることがあるが、この場合、上下方向Yは、ウインドシールドガラス24の表面25に沿った方向になる。表面25とは、車両の外面側である。
好ましくは、プロジェクター22は、p偏光の投映光をブリュースター角でウインドシールドに照射する。これにより、第2ガラス板30および第1ガラス板28での投映光の反射をなくして、より鮮明な画像の表示が可能になる。
上述したように、投映像表示用部材10Aは、偏光変換層11と選択反射層12と位相差層14とを積層して構成されたものであり、位相差層14が第2ガラス板30側すなわち投映光の入射側となる。第2ガラス板30の表面30aから、プロジェクター22が出射した投映光が入射される。投映像表示用部材10Aは、p偏光を反射するものであり、上述したように、p偏光を反射するように、図2に示す位相差層14の軸Hすなわち上下方向Yに対する遅相軸Saの角度および向きと、選択反射層12が反射する円偏光のセンスが設定される。
選択反射層12は、好ましくはコレステリック液晶層であって、所定の波長域の所定の円偏光を選択的に反射して、それ以外の光を透過する。上述のように、選択反射層12は、好ましい態様として、波長495〜570nmの光(緑色光)を波長選択的に反射する第1選択反射層12Gと、波長620〜750nmの光(赤色光)を波長選択的に反射する第2選択反射層12Rとを有してもよい。
本発明において、ウインドシールドガラス24の第1ガラス板28と第2ガラス板30とは、基本的に平行に設けられる。すなわち、本発明のウインドシールドガラス24の断面はクサビ型ではない。
また、中間膜36の厚さにも、制限はなく、形成材料等に応じた厚さを、公知のウインドシールドガラスの中間膜と同様に設定すればよい。
接着剤層38には、制限はなく、ウインドシールドガラス24として必要な透明性を確保でき、かつ、必用な貼着力で投映像表示用部材10とガラスとを貼着可能なものであれば、公知の各種の塗布型の接着剤からなるものが利用可能である。接着剤層38は、PVBなどの中間膜36と同じものを用いてもよい。これ以外に、接着剤層38には、アクリレート系接着剤等を用いることもできる。また、接着剤層38には、以下に示すように、上述の接着層と同じものを用いてもよい。
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、および、硬化の不要な感圧接着タイプがある。また、接着剤は、いずれのタイプでも、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、および、ポリビニルブチラール系等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、素材はアクリレート系、ウレタンアクリレート系、および、エポキシアクリレート系等を使用することが好ましい。
ここで、接着剤層38が厚すぎると、平面性を十分に保って、投映像表示用部材10を第1ガラス板28または第2ガラス板30に貼着できない場合がある。この点を考慮すると、接着剤層38の厚さは、0.1〜800μmが好ましく、0.5〜400μmがより好ましい。
また、ウインドシールドガラス24が中間膜36を有さない構成であり、投映像表示用部材10と第1ガラス板28との貼着、および投映像表示用部材10と第2ガラス板30との貼着に、接着剤層38を用いた構成でもよい。
一般的なHUDでは、プロジェクターの投映像は、ウインドシールドのガラスによって反射され、その反射光を観察する。ここで、一般的なウインドシールドは、合わせガラスであり、内面側と外面側との2枚のガラスを有する。そのため、HUDでは、2枚のガラスの反射光によって、運転者に二重像が観察されるという問題がある。
これに対応するために、通常のHUDでは、内面側ガラスの反射と外面側ガラスの反射とが重なるように、ウインドシールド(中間膜)の断面形状をクサビ型にして、二重像が見えないようにしている。
ところが、前述のように、クサビ型のウインドシールドでは、例えば、視線が近い通常走行と視線が遠くなる高速走行とにおける運転者の視線の違いに対応するために、虚像の結像距離を変更すると、ウインドシールドのクサビの角度が合わなくなり、運転者が観察する画像が二重像になってしまう。
そのため、ウインドシールドガラス24に本発明の投映像表示用部材10Aを用いるHUD20では、ウインドシールドガラス24(中間膜36)の断面形状をクサビ型にする必要がなく、従って、虚像の結像距離を変更しても、二重像が生じることがない。
実施例1〜15および比較例4〜8は、以下に説明する方法により作製されたものである。比較例1、2は偏光変換層がないこと、比較例3は位相差層と偏光変換層がないこと以外は他の実施例、比較例と同様に作製されたものである。
(コレステリック液晶層形成用塗布液1、2)
選択反射中心波長が590nmであるコレステリック液晶層を形成するコレステリック液晶層形成用塗布液1、および、選択反射中心波長が720nmであるコレステリック液晶層を形成するコレステリック液晶層形成用塗布液2に関して、下記の成分を混合し、下記組成のコレステリック液晶層形成用塗布液を調製した。
・混合物1 100質量部
・フッ素系水平配向剤1(配向制御剤1) 0.05質量部
・フッ素系水平配向剤2(配向制御剤2) 0.02質量部
・右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
目標の反射波長に合わせて調整
・重合開始剤IRGACURE OXE01(BASF社製)
1.0質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が20質量%となる量
コレステリック液晶層形成用塗布液1、および、コレステリック液晶層形成用塗布液2を用いて、以下に示すハーフミラー作製時と同様に仮支持体上に膜厚3μmの単一層のコレステリック液晶層を作製し、可視域光の反射特性を確認した。
その結果、作製されたコレステリック液晶層は全て右円偏光反射層であり、選択反射中心波長(中心波長)は、コレステリック液晶層形成用塗布液1によるコレステリック液晶層が波長590nm、コレステリック液晶層形成用塗布液2によるコレステリック液晶層が波長720nmであった。
下記の成分を混合し、下記組成の位相差層形成用塗布液を調製した。
・混合物1 100質量部
・フッ素系水平配向剤1(配向制御剤1) 0.05質量部
・フッ素系水平配向剤2(配向制御剤2) 0.01質量部
・重合開始剤IRGACURE OXE01(BASF社製)
1.0質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が20質量%となる量
下記の成分を混合し、下記組成の偏光変換層形成用塗布液を調製した。
・混合物1 100質量部
・フッ素系水平配向剤1(配向制御剤1) 0.05質量部
・フッ素系水平配向剤2(配向制御剤2) 0.02質量部
・右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
目標のピッチ数と膜厚に合う反射波長に合わせて調整
・重合開始剤IRGACURE OXE01(BASF社製)
1.0質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が20質量%となる量
螺旋構造の膜厚dは『螺旋構造のピッチP×ピッチ数』で表せる。上述のように、螺旋構造のピッチPとは、螺旋構造における1ピッチの長さであり、螺旋配向された液晶化合物が360°回転するのが1ピッチである。また、コレステリック液用層では、選択反射中心波長λは『1ピッチの長さP×面内の平均屈折率n』と一致する(λ=P×n)。従って、ピッチPは『選択反射中心波長λ/面内の平均屈折率n』となる(P=λ/n)。
このことから、コレステリック液晶層とした場合に、選択反射中心波長λが所望の波長となるように、偏光変換層形成用塗布液を調製した。後述する偏光変換層の形成では、この偏光変換層形成用塗布液を、所望の膜厚となるよう塗工し、偏光変換層を形成してピッチ数を決定した。
表1に、調製した偏光変換層形成用塗布液の目標となる偏光変換層のピッチ数、膜厚、および、選択反射中心波長λ(中心波長λ)の組み合わせを示す。
国際公開第2014/112575号の実施例20と同一の作製方法で、厚さ40μmセルロースアシレートフィルムを作製した。
作製したセルロースアシレートフィルムを、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度を40℃に昇温した。その後、フィルムの片面に下記に示す組成のアルカリ溶液を、バーコーターを用いて塗布量14mL/m2で塗布し、110℃に加熱したスチーム式遠赤外ヒーター(ノリタケカンパニーリミテド社製)の下に、10秒間滞留させた。
次いで、同じくバーコーターを用いて、純水を3mL/m2塗布した。
次いで、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りとを、3回繰り返した後に、70℃の乾燥ゾーンに5秒間滞留させて乾燥し、鹸化処理したセルロースアシレートフィルムを作製した。
鹸化処理したセルロースアシレートフィルムの面内位相差をAxoScanで測定したところ、1nmであった。
アルカリ溶液の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――
・水酸化カリウム 4.7質量部
・水 15.7質量部
・イソプロパノール 64.8質量部
・界面活性剤(C16H33O(CH2CH2O)10H) 1.0質量部
・プロピレングリコール 14.9質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――
鹸化処理したセルロースアシレートフィルム(透明支持体)の鹸化処理面に、下記に示す組成の配向膜形成用塗布液を、ワイヤーバーコーターで24mL/m2塗布し、100℃の温風で120秒乾燥した。
配向膜形成用塗布液の組成
――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記に示す変性ポリビニルアルコール 28質量部
・クエン酸エステル(AS3、三共化学社製) 1.2質量部
・光開始剤(イルガキュア2959、BASF社製) 0.84質量部
・グルタルアルデヒド 2.8質量部
・水 699質量部
・メタノール 226質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
配向膜を形成したセルロースアシレートフィルムを、支持体として用いた。
支持体の片面に、支持体の長辺方向を基準に時計回りに45°回転させた方向(図2参照)にラビング処理(レーヨン布、圧力:0.1kgf(0.98N)、回転数:1000rpm(revolutions per minute)、搬送速度:10m/min、回数:1往復)を施した。
次いで、50℃のホットプレート上に置き、酸素濃度1000ppm以下の環境で、フュージョンUVシステムズ社製の無電極ランプ「Dバルブ」(60mW/cm2)によって6秒間、紫外線を照射し、液晶相を固定した。これによりして、所望の正面位相差、すなわち、所望のレタデーションとなるように厚さを整除した位相差層を得た。
作製した位相差層のレタデーションをAxoScanで測定したところ、127nmであった(実施例1)。
塗布層を室温で30秒間乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱した。その後、酸素濃度1000ppm以下の環境で、60℃でフュージョン社製のDバルブ(90mW/cmのランプ)によって、出力60%で6〜12秒間、紫外線を照射し、コレステリック液晶相を固定して、厚さ0.65μmのコレステリック液晶層を得た。このコレステリック液晶層が第1の選択反射層(第1選択反射層(G反射層))に相当する。
次に、得られたコレステリック液晶層の表面にさらに、コレステリック液晶層形成用塗布液2を用いて同様の工程を繰り返し、厚さ0.8μmのコレステリック液晶層形成用塗布液2の層を積層した。このコレステリック液晶層が、第2の選択反射層(第2選択反射層(R反射層))に相当する。
このようにして位相差層と、2層のコレステリック液晶層を備える選択反射層とを含む機能層を備える仮支持体付ハーフミラーを得た。仮支持体付ハーフミラーの反射スペクトルを分光光度計(日本分光社製、V−670)で測定したところ、波長590nmと波長720nmに選択反射中心波長(中心波長)を有する反射スペクトルが得られた。
なお、偏光変換層の形成は、上述したコレステリック液晶層の形成と同様に行った。
なお、実施例2〜15に関しては、位相差層の膜厚を実施例1から変更することで、位相差層の正面位相差を142nmとした。また、比較例2も、同様にして、位相差層の正面位相差を70nmとした。
また、比較例1〜3については、偏光変換層を形成せずに、同様に、投映像表示用部材を作製した。さらに、比較例3については、位相差層も形成しなかった。
得られた長尺状な投映像表示用部材の各水準について短辺(縦)250mm×長辺(横)280mmのサイズに切断し、シート状の投映像表示用部材を得た。
縦300mm×横300mm、厚さ2mmのガラス板(セントラル硝子社製、FL2、可視光線透過率90%)を用意した。
このガラス板の上に、同じサイズにカッティングした積水化学社製の厚さ0.38mmの中間膜としてPVBフィルムを設置した。中間膜の上に、シート状の投映像表示用部材を、位相差層側を上面にして設置した。
投映像表示用部材の上に、縦300mm×横300mm、厚さ2mmのガラス板(セントラル硝子社製、FL2、可視光線透過率90%)を設置した。
この積層体を90℃、10kPa(0.1気圧)下で一時間保持した後に、オートクレーブ(栗原製作所製)にて115℃、1.3MPa(13気圧)で20分間加熱して気泡を除去し、合わせガラスを得た。
<シリカ粒子分散液の調製>
無機微粒子としてAEROSIL RX300(日本アエロジル社製)を、固形分濃度が5質量%になるように、MiBK(メチルイソブチルケトン)へ添加し、マグネチックスターラーで30分攪拌した。その後、超音波分散機(エスエムテー社製、Ultrasonic Homogenizer UH−600S)で10分間、超音波分散し、シリカ粒子分散液を作製した。
得られた分散液から一部を平均二次粒子径測定用に採取し、Microtrac MT3000(マイクロトラックベル社製)を用いて、分散液中のシリカ粒子の平均二次粒子径を測定した。その結果、シリカ粒子の平均二次粒子径は190nmであった。
下記の組成となるように、各成分を混合し、固形分濃度が約51質量%となるハードコート層塗布液を作製した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
ハードコート層塗布液の組成
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・ジペンタエリスリトールポリアクリレート(6官能)
:A−9550W(新中村化学工業社製) 44.8質量部
・イルカギュア184:アルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製)
4質量部
・3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート
:サイクロマーM100(ダイセル社製、分子量196)22.5質量部
・化合物1 0.80質量部
・高分子界面活性剤(大日本化学工業社製、B1176)0.05質量部
・MEK−AC−2140Z(平均粒径10〜20nm、
球形シリカ微粒子(日産化学工業社製) 8.08質量部
・Tinuvin928
:ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(BASF社製)1.15質量部
・シリカ粒子分散液 (MiBK溶液 濃度5%) 13質量部
溶媒は、MEK:MiBK:酢酸メチル=32:38:30となるように
調整した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例12の投映像表示用部材における厚さ40μmセルロースアシレートフィルムの反射層を形成していない面に、調製したハードコート層塗布液を使用し、ハードコート層を作製した。
具体的には、バーを用いて搬送速度10m/分の条件でハードコート層塗布液を塗布し、60℃で150秒乾燥の後、さらに窒素パージ下酸素濃度約0.1体積%で160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、照度400mW/cm2、照射量500mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させてハードコート層を形成した。
これにより、支持体の表面にハードコート層を有する以外は、実施例12と同様の投映像表示用部材を作製した。
ハードコート層の膜厚は、接触式の膜厚計を用いて測定した。
具体的には、まず、ハードコート層を有する実施例16の投映像表示用部材の膜厚を接触式の膜厚計を用いて測定し、また、同様に、実施例12の投映像表示用部材の膜厚を測定した。次いで、ハードコート層を有する実施例16の投影像表示用部材の膜厚から、ハードコート層の無い実施例12の投映像表示用部材の膜厚を引いて、ハードコート層の膜厚を算出した。ハードコート層の膜厚は、6.0μmであった。
実施例16については、投映像表示用部材を楔形ガラスの表面に貼合した合わせガラスを作製した。楔形ガラスは以下の様に作製した。
ポリビニルブチラールフィルム(積水化学社製、エスレックフィルム 厚さ15mil(0.38mm))につき、特開平2‐279437号公報の実施例2に記載のように、ローラーを使用して厚さ分布をつけた。上記のように厚さ分布をつけた2枚のポリビニルブチラールフィルムで楔形形状となるようにし、さらに、これをガラス板(セントラル硝子社製、FL2、300×300mm、厚さ2mm)2枚で挟んで、表示した画像が二重にならないようにガラス前面と後面の角度を合わせた。
これを90℃、10kPa(0.1気圧)下で一時間保持した後に、オートクレーブ(栗原製作所製)にて115℃、1.3MPa(13気圧)で20分間加熱して気泡を除去し、楔形ガラスを得た。
作製した楔形ガラスの表面に、UV硬化型接着剤(DIC社製、UV硬化型接着剤Exp.U12034−6)を用いて投映像表示用部材を接着した。このとき、位相差層側が投映光の入射側になり、位相差層の方位角0°度の方向と楔形ガラスの垂直方向が一致する様に接着した。
可視光線透過率として、JIS R 3212:2015(自動車用安全ガラス試験方法)において定められたA光源可視光線透過率を求めた。可視光線透過率の評価は、下記評価基準にて評価した。可視光線透過率の結果を下記表2に示す。
可視光線透過率の評価基準
A 83%以上
B 80%以上〜83%未満
C 80%未満
位相差層側のガラス面から合わせガラスの法線方向に対し65°の方向からp偏光を入射し、その正反射光の反射率スペクトルを分光光度計(日本分光株式会社製、V−670)で測定した。本例において、正反射光は、入射面内で法線方向に対して入射方向と反対側の、法線方向に対し65°の方向の光である。
このとき、投映像表示用部材の長辺方向と分光光度計の入射するp偏光の透過軸とを平行にした。従って、位相差層の透過軸は、p偏光に対して45°である。
JIS R3106に従って、380〜780nmでの10nm毎の波長において、反射率に視感度に応じた係数、および、一般的な液晶表示装置の発光スペクトルをそれぞれ乗じて投映像反射率を計算し、輝度として評価した。輝度の評価は、下記評価基準にて評価した。輝度の評価結果を下記表2に示す。
輝度の評価基準
A 35%以上
B 25%以上〜35%未満
C 25%未満
合わせガラスの偏光変換層側のガラス面側に黒PET(吸収材料)を貼付し、輝度の評価と同様に、65°の方向からp偏光を入射し、その正反射光の反射率スペクトルを分光光度計(日本分光株式会社製、V−670)で測定した。
二重像は、合わせガラスの裏面の反射と輝度の比率として、『[(輝度−黒PET貼付した輝度)/輝度]×100』として評価した。二重像の評価結果を下記表2に示す。
二重像の評価基準
A 4%未満
B 4%以上〜7%未満
C 7%以上
合わせガラスの偏光変換層側のガラス面から合わせガラスの法線方向に対し65°方向からs偏光を入射し、合わせガラスの入射面の反対面側から透過光のp偏光を分光光度計(日本分光株式会社製、V−670)で透過率スペクトルを測定した。
このとき分光光度計の受光部に直線偏光板を配置して、投映像表示用部材の長辺方向と分光光度計の入射するp偏光の透過軸とを平行にした。従って、位相差層の透過軸は、p偏光に対して45°である。
JIS R3106に従って、380〜780nmでの10nm毎の波長において、視感度に応じた係数およびD65光源の発光スペクトルをそれぞれ乗じて可視光線透過率を計算し、偏光サングラス適性として評価した。偏光サングラス適性の評価は、下記評価基準にて評価した。偏光サングラス適性の評価結果を下記表2に示す。
偏光サングラス適性の評価基準
A+ 2%未満
A 2%以上3%未満
B 3%以上5%未満
C 5%以上
比較例1〜3は、偏光変換層がなく、位相差層のリタデーションを下げることにより偏光サングラス適性を改善できたが、輝度と二重像の評価結果が悪かった。
比較例4〜8は、偏光変換層の膜厚およびピッチ数が適切でなく、二重像と偏光サングラス適性の評価結果が悪かった。
11 偏光変換層
12 選択反射層
12G 第1選択反射層
12R 第2選択反射層
14 位相差層
15 支持体
20 ヘッドアップディスプレイシステム(HUD)
22 プロジェクター
24 ウインドシールドガラス
25、30a 表面
28 第1ガラス板
30 第2ガラス板
36 中間膜
38 接着剤層
D 運転者
H 軸
Sa 遅相軸
Y 上下方向
Claims (6)
- 少なくとも1層の位相差層、少なくとも1層の選択反射層、および、少なくとも1層の偏光変換層を、この順に有する投映像表示用部材であって、前記偏光変換層が、液晶化合物の螺旋配向構造を固定化した層であって、前記螺旋配向構造のピッチ数xおよび前記偏光変換層の膜厚y(単位μm)が下記関係式の全てを満足する、投映像表示用部材。
(i)0.3≦x≦7.0
(ii)0.5≦y≦6.0
(iii)y≦0.7x+3.2
(iv)y≧0.7x−1.4 - 前記螺旋配向構造のピッチ数xおよび前記偏光変換層の膜厚y(単位μm)が、下記関係式の全てを満足する、請求項1に記載の投映像表示用部材。
(v)0.3≦x≦1.2
(vi)1.0≦y≦3.0
(vii)y≧1.875x - 前記選択反射層が、入射角5°の入射光に対して、波長500〜700nmに少なくとも一つの反射率ピーク、および波長700〜900nmに少なくとも一つの反射率ピークを有する、請求項1または2に記載の投映像表示用部材。
- 前記位相差層は、波長550nmにおける正面位相差が100〜450nmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の投映像表示用部材。
- 第1のガラス板および第2のガラス板の間に、請求項1〜4のいずれか1項に記載の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラス。
- 請求項5に記載のウインドシールドガラスと、前記ウインドシールドガラスの前記投映像表示用部材の前記位相差層側からp偏光の投映画像光を照射するプロジェクターと、を有するヘッドアップディスプレイシステム。
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
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