CN115917380A - 抬头显示器用光学层叠体、功能性玻璃、及抬头显示器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抬头显示器用光学层叠体(10)，其具备(A)具有下式(1)的范围的光弹性系数(PeA)的至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层(101)、及(B)至少1个光学功能层(102)。另外，本发明涉及具备光学层叠体(10)的抬头显示器用功能性玻璃(20)、以及具备光学层叠体(10)或功能性玻璃(20)的抬头显示器。|PeA|≤4.0×10‑ 11Pa‑1···(1)。
Description
技术领域
本发明涉及例如适合利用于抬头显示器的光学层叠体、功能性玻璃、以及使用其的抬头显示器。
背景技术
作为在汽车、飞机等中对驾驶员显示信息的方法使用导航系统、抬头显示器(以下称为“HUD”)等。HUD为将液晶显示体(以下称为“LCD”)等图像显示装置所投射的图像例如投影于汽车的挡风玻璃等的系统。
从图像显示装置所射出的射出光会于反射镜反射，进一步在挡风玻璃反射后到达观察者。观察者会观看到投影于挡风玻璃的图像，但图像看起来会像是位于比挡风玻璃更远方的图像位置。该方法中，驾驶员可在注视挡风玻璃前方的状态下在几乎不移动视线下获得各种信息，故比必须移动视线的以往汽车导航更为安全。
HUD系统中，显示信息会与实际从挡风玻璃看到的景色重叠并投影，但显示光会在挡风玻璃的室内侧及室外侧的2个表面反射，故反射像会成为双重影像，有不易观看显示信息的问题。
对于该问题，已知在汽车用挡风玻璃使用可将偏光方向变更90°的相位差元件，据此可改善反射像成为双重影像的问题。例如专利文献1中揭示，将S偏光的显示光在布鲁斯特角入射于内部具备膜状光旋转器的汽车用挡风玻璃时，S偏光一部分在车内侧挡风玻璃表面反射，穿透该表面的S偏光会通过光旋转器转换为P偏光，进一步在车外侧挡风玻璃表面使所有P偏光射出至车外，从而预防双重影像。
另外，作为抑制双重影像的其它方法，已知有将使用胆固醇液晶层制作的圆偏光反射膜夹于2片1/4波长板而形成光控制膜，并使用该光控制膜入射P偏光的技术(专利文献2)。该技术中，入射的线性偏光会通过1/4波长板而转换为圆偏光，该圆偏光在使用胆固醇液晶层制作的光反射膜被反射，据此可让观察者视觉确认。
如上述，用于抬头显示器的光学层叠体一般层叠具有各种功能的多个膜而制造，但层叠体的面内容易产生性能不均，难以实现面内的均一性能。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开平6-40271号公报。
专利文献2：日本专利第5973109号公报。
发明内容
[发明所欲解决的课题]
本发明目的在于提供面内的性能均一性优异的抬头显示器用光学层叠体、功能性玻璃及使用这些的抬头显示器系统。
[用以解决课题的手段]
本发明的实施方式的抬头显示器用光学层叠体具备(A)具有下式(1)的范围的光弹性系数(PeA)的至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层、及(B)至少1个光学功能层。
|PeA|≤4.0×10-11Pa-1···(1)
本发明的一实施方案中，前述抬头显示器用光学层叠体进一步具备(C)具有下式(2)的范围的光弹性系数(PeC)的至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层。
5.0×10-11Pa-1≤PeC≤5.0×10-9Pa-1···(2)
本发明的一实施方案中，前述抬头显示器用光学层叠体具有光弹性系数(Pe)相异的2片前述聚乙烯醇缩醛树脂层，相对于一前述聚乙烯醇缩醛树脂层所具有的光弹性系数(Pe1)的另一前述聚乙烯醇缩醛树脂层所具有的光弹性系数(Pe2)的比(PeR)满足下式(3)，且Pe1＜Pe2。
10≤PeR≤1000···(3)
本发明的一实施方案中，前述聚乙烯醇缩醛树脂层的厚度为10μm以上800μm以下。
本发明的一实施方案中，前述聚乙烯醇缩醛树脂层为聚乙烯醇缩丁醛树脂层。
本发明的一实施方案中，前述光学功能层为(B-1)1/2波长板或(B-5)具有P偏光反射功能的膜。
本发明的一实施方案中，前述光学功能层为(B-1)1/2波长板、(B-2)1/4波长板、(B-3)1/2波长板与圆偏光反射层的层叠体、或(B-4)1/4波长板与圆偏光反射层的层叠体。
本发明的一实施方案中，前述1/2波长板或1/4波长板包含聚合性液晶层作为具有转换偏光轴作用的层。
本发明的实施方式的抬头显示器用功能性玻璃具备前述光学层叠体、及(D)玻璃板。
本发明的实施方式的抬头显示器系统具备前述光学层叠体或前述功能性玻璃。
本发明的一实施方案中，前述抬头显示器系统具备前述功能性玻璃，且从显示图像投影装置射出的光入射于前述功能性玻璃的入射角相对于布鲁斯特角α为α-10°至α+10°的范围。
[发明的功效]
根据本发明可实现面内的性能均一性优异且适合用于抬头显示器的光学层叠体、功能性玻璃及使用这些的抬头显示器系统。
附图说明
图1表示本发明的光学层叠体的一实施方式的侧面剖面图。
图2表示本发明的光学层叠体的其它实施方式的侧面剖面图。
图3表示本发明的功能性玻璃的一实施方式的侧面剖面图。
图4表示本发明的抬头显示器系统的一实施方式的示意图。
图5表示从显示图像投影装置射出的光在布鲁斯特角附近入射到本发明的功能性玻璃的概要的概略图。
图6表示本发明的抬头显示器系统的其它实施方式的示意图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。另外，下述实施方式仅为举例本发明的数个代表实施方式，可在本发明的范围内实施各种变更。另外，以下有时会省略“抬头显示器用”而仅记载为光学层叠体、功能性玻璃。另外，“(甲基)丙烯酰基”、“(甲基)丙烯酸酯”等用语分别表示“丙烯酰基”或“甲基丙烯酰基”、“丙烯酸酯”或“甲基丙烯酸酯”。另外，“抬头显示器”有时会记载为HUD。
<光学层叠体>
图1表示本发明的光学层叠体的一实施方式。如图1所示，光学层叠体10具备具有特定范围的光弹性系数的聚乙烯醇缩醛树脂层101、及光学功能层102。该光学层叠体10的光学层叠体10的面内的偏光穿透率不均较小，故例如将光学层叠体10应用于抬头显示器系统的挡风玻璃时，可抑制投影位置所造成的双重影像的产生不均。也就是，本实施方式的光学层叠体10的投影位置依存性较低，故光学层叠体10的面内性能均一性优异。因此，将本实施方式的光学层叠体10应用于抬头显示器系统时，可在不依存于投影位置下于广范围抑制双重影像的产生，视觉确认人员可无压力地利用抬头显示器系统。
[聚乙烯醇缩醛树脂层]
本发明的光学层叠体作为构成(A)而具备具有下式(1)的范围的光学弹性系数(PeA)的至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层。本实施方式的光学层叠体用于后述功能性玻璃时，聚乙烯醇缩醛树脂层发挥作为夹层玻璃用中间膜的功能。另外，光学层叠体具备包含互相相异的光学弹性系数(PeA)的多个聚乙烯醇缩醛树脂层时，各聚乙烯醇缩醛树脂层的材料可相同或相异，但优选为相同。
|PeA|≤4.0×10-11Pa-1···(1)
<聚乙烯醇缩醛树脂层的组成>
聚乙烯醇缩醛树脂层含有至少1个聚乙烯醇缩醛树脂。聚乙烯醇缩醛树脂为聚乙烯醇与醛反应而得的树脂，例如下式(I)所示化合物。
式(I)中，R表示C1至C10的直链状、分支状或环状的烷基，优选为C1至C6的直链烷基，更优选为C1至C4的直链烷基，特优选为C1，也就是甲基(聚乙烯醇乙酰缩醛树脂)、或C4，也就是正丁基(聚乙烯醇缩丁醛树脂)，最优选为正丁基。R为正丁基时，尤其耐久性试验前后中的色相变化较少，实用性较高。
上述式(I)中，n表示重复单元数，优选为50以上1500以下。n的优选上限为1000，更优选为800，特优选为600，最优选为200。另外，优选下限为70，更优选为100，特优选为120，最优选为150。也就是，最优选的n为150以上200以下。
另外，聚乙烯醇缩醛树脂的优选的重均分子量为6,000以上1,000,000以下。优选上限为120,000，更优选为96,000，特优选为60,000，最优选为20,000。另外，优选下限为8,500，更优选为10,000，特优选为12,000，最优选为16,000。也就是，最优选的重均分子量为16,000以上20,000以下。另外，上述重均分子量为通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的值。
聚乙烯醇缩醛树脂层优选为透明聚乙烯醇缩醛树脂层，其为将聚乙烯醇以碳数3至4的醛进行缩醛化而得的乙酸乙烯酯成分(残存乙酰基)为14摩尔％以下的含有聚乙烯醇缩醛树脂及塑化剂的树脂组合物所形成。用以形成聚乙烯醇缩醛树脂层的树脂组合物可任选而进一步含有无机微粒子、热线屏蔽微粒子、遮光剂、各种染料、和/或颜料等。
塑化剂并无特别限定，该种中间膜用塑化剂可使用一般使用的公开已知塑化剂。例如适合使用三乙二醇-二-2-乙基丁酸酯(3GH)、三乙二醇-二-2-乙基己酸酯(3GO)、三乙二醇-二正庚酸酯(3G7)、四乙二醇-二-2-乙基己酸酯(4GO)、四乙二醇-二正庚酸酯(4G7)、寡聚乙二醇-二-2-乙基己酸酯(NGO)等。这些塑化剂一般相对于聚乙烯醇缩醛树脂100质量份使用25质量份以上70质量份以下的范围。
上述无机微粒子可举出碳酸钙、氧化铝、高岭土黏土、硅酸钙、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸镁、滑石、长石粉、云母、重晶石、碳酸钡、氧化钛、二氧化硅、玻璃珠等。这些可单独使用或混合使用。无机微粒子的平均粒径优选为1nm以上150nm以下，更优选为5nm以上120nm以下，特优选为10nm以上100nm以下。另外，平均粒径可通过使用光散射测定装置(例如大冢电子公司制“DLS-6000AL”)并以Ar激光为光源的动态光散射法而测定。另外，无机微粒子一般相对于聚乙烯醇缩醛树脂100质量份使用1质量份以上200质量份以下的范围，优选为5质量份以上150质量份以下的范围，又更优选为10质量份以上100质量份以下的范围。
热线屏蔽微粒子可举出锡掺杂氧化铟(ITO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、铟掺杂氧化锌(IZO)、锡掺杂氧化锌、硅掺杂氧化锌、锑酸锌、六硼化镧、六硼化铈、金微粉、银微粉、铂微粉、及铝微粉等。
遮光剂可举出炭黑、红色氧化铁等。颜料可举出黑色颜料炭黑、红色颜料(C.I.Pigment red)、蓝色颜料(C.I.Pigment blue)、黄色颜料(C.I.Pigment yellow)、及这些4种混合所成的暗红褐色的混合颜料等。热线屏蔽微粒子、遮光剂及含量的添加量可在不损及聚乙烯醇缩醛树脂层的透明性的程度内适当地调整。
本发明中使用的聚乙烯醇缩醛树脂层可任意进一步含有该种中间膜所使用的紫外线吸收剂、抗氧化剂、接合力调整剂等各种添加剂。
紫外线吸收剂优选为例如2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二-t-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二-戊基苯基)苯并三唑等。另外，受阻胺系光稳定剂也为优选。
抗氧化剂优选为叔丁基羟基甲苯、四-〔亚甲基-3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸酯〕甲烷等。接合力调整剂优选为有机酸或无机酸的碱金属盐或碱土金属盐。
<光弹性系数(Pe)>
光弹性系数为因应应力成比例产生的双折射或相位差的比例系数，每个聚乙烯醇缩醛树脂层的组成都具有固定值。另外，光弹性系数的单位为Pa-1。本实施方式的光学层叠体中，至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层具有上述式(1)的范围的光弹性系数(PeA)。作为构成(A)的聚乙烯醇缩醛树脂层的光弹性系数(PeA)满足该条件，据此可使光学层叠体的面内的偏光穿透率不均变小，并可有效地防止双重影像。另外，偏光穿透率优选为在面内均一，特优选为具有低偏光穿透率且在面内均一的情形。
上述式(1)其光弹性系数(PeA)的绝对值为4.0×10-11(Pa-1)以下，也就是，光弹性系数(PeA)为-4.0×10-11(Pa-1)以上4.0×10-11(Pa-1)以下。光弹性系数(PeA)下限为-4.0×10-11(Pa-1)，更优选值依次为-3.0×10-11(Pa-1)、-2.0×10-11(Pa-1)、-1.0×10-11(Pa-1)、-9.0×10-12、-6.0×10-12(Pa-1)、-5.0×10-12(Pa-1)、-2.0×10-12(Pa-1)、-1.0×10-12(Pa-1)、0、1.0×10-14(Pa-1)、5.0×10-14(Pa-1)、1.0×10-13，特优选为5.0×10-13(Pa-1)。另外，光弹性系数(PeA)上限为4.0×10-11(Pa-1)，更优选值依次为3.0×10-11(Pa-1)、2.0×10-11(Pa-1)、1.0×10-11(Pa-1)、9.0×10-12、6.0×10-12(Pa-1)、5.0×10-12(Pa-1)、2.0×10-12(Pa-1)，特优选为1.0×10-12(Pa-1)。因此，光弹性系数(PeA)的最优选范围为5.0×10-13(Pa-1)以上1.0×10-12(Pa-1)以下。
本实施方式的光学层叠体中，聚乙烯醇缩醛树脂层优选为进一步具备作为构成(C)的具有下式(2)的范围的光弹性系数(PeC)的至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层。另外，构成(C)中的聚乙烯醇缩醛树脂层可为与构成(A)中的聚乙烯醇缩醛树脂层相同的材料或相异的材料，优选为相同材料。另外，光学层叠体包含具有互相相异的光学弹性系数(PeC)的多个聚乙烯醇缩醛树脂层时，各聚乙烯醇缩醛树脂层的材料可相同或相异。
5.0×10-11Pa-1≤PeC≤5.0×10-9Pa-1···(2)
光弹性系数(PeC)下限为5.0×10-11(Pa-1)，更优选值依次为6.0×10-11(Pa-1)、7.0×10-11(Pa-1)、8.0×10-11(Pa-1)、9.0×10-11、1.0×10-10(Pa-1)，特优选为1.5×10-10(Pa-1)。另外，光弹性系数(PeC)上限为5.0×10-9(Pa-1)，更优选值依次为4.0×10-9(Pa-1)、3.0×10-9(Pa-1)、2.0×10-9(Pa-1)、1.0×10-9、8.0×10-10(Pa-1)，特优选为5.0×10-10(Pa-1)。因此，光弹性系数(PeC)的最优选范围为1.5×10-10(Pa-1)以上5.0×10-10(Pa-1)以下。
图2表示本发明的光学层叠体的其它实施方式，光学功能层102由2片聚乙烯醇缩醛树脂层101所夹持。该实施方案中，光学层叠体10可为一聚乙烯醇缩醛树脂层为构成(A)的聚乙烯醇缩醛树脂层，另一聚乙烯醇缩醛树脂层为构成(C)的聚乙烯醇缩醛树脂层。另外，光学层叠体10具有光弹性系数(Pe)相异的2片聚乙烯醇缩醛树脂层时，相对于一聚乙烯醇缩醛树脂层所具有的光弹性系数(Pel)的另一聚乙烯醇缩醛树脂层所具有的光弹性系数(Pe2)的比(PeR)优选为满足下式(3)。但式(3)中，Pe1<Pe2。
10≤PeR≤1000···(3)
如上述，2片聚乙烯醇缩醛树脂层所具有的各光弹性系数满足式(3)的范围且互相相异，据此可使光学层叠体的面内的偏光穿透率不均变小，并可有效地防止双重影像。例如可以各光弹性系数满足式(3)的方式使2片聚乙烯醇缩醛树脂层之中的一者为构成(A)的聚乙烯醇缩醛树脂层，另一者为构成(C)的聚乙烯醇缩醛树脂层。式(3)中，光弹性系数的比(PeR)下限为10，更优选依次为20、30、50、70、80、100、200、250，特优选为280。另外，光弹性系数的比(PeR)上限为1000，更优选依次为900、800、700、600、500、450、400，特优选为350。因此，光弹性系数的比(PeR)的最优选范围为280以上350以下。
<聚乙烯醇缩醛树脂层的厚度>
聚乙烯醇缩醛树脂层的厚度优选为10μm以上1200μm以下，更优选为10μm以上800μm以下。通过使聚乙烯醇缩醛树脂的厚度为该范围，而将本实施方式的光学层叠体用于功能性玻璃时，可赋予功能性玻璃良好的耐冲击性及对贯穿性。另外，光学层叠体具有2个以上聚乙烯醇缩醛树脂层时，各聚乙烯醇缩醛树脂层的厚度可为相同或相异。
<制造方法>
本发明中使用的聚乙烯醇缩醛树脂可使用公开已知方法制造。例如将特定聚乙烯醇溶解于温水，将所得水溶液保持于特定温度，例如0至95℃，加入所需的酸催化剂及特定醛。接着，一边搅拌一边进行缩醛化反应，进一步提高反应温度并结束反应。其后进行中和、水洗及干燥，而可制造聚乙烯醇缩醛树脂的粉末。
(配置)
聚乙烯醇缩醛树脂层优选为配置于本实施方式的光学层叠体的最外层。最外层是指将具有后述(D)玻璃板的功能性玻璃配置于本实施方式的光学层叠体时，与该玻璃板相接的层。将聚乙烯醇缩醛树脂层配置于光学层叠体的最外层，据此可提高与功能性玻璃的耐冲击性及对贯穿性，且可防止玻璃的飞散。
(聚乙烯醇缩醛树脂层的形成方法)
聚乙烯醇缩醛树脂层可通过将含有聚乙烯醇缩醛树脂、塑化剂及任选添加的各种添加剂的树脂组合物使用挤出机、塑性测定器、捏合机、班柏里混合器、压延辊等混练，接着将混练物以挤出法，压延法，压制法等一般制膜法制膜为薄片状的方法而制作。聚乙烯醇缩醛树脂层可将聚乙烯醇缩醛树脂、塑化剂及任选添加的各种添加剂以溶解于甲基乙基酮等溶剂的状态下涂布于所求基材上干燥并制膜，或是可直接于后述(B)光学功能层的单面或两面制膜。
[光学功能层]
本实施方式的光学层叠体具备构成(B)的至少1个光学功能层。本发明所使用的光学功能层只要为具有转换入射光的偏光轴的功能的层，则无特别限定，为了获得所求偏光而可适当地设计。可举例如1/2波长板、1/4波长板等相位差膜、多个相位差膜的层叠体、或这些与圆偏光反射层的层叠体。具体而言可举例如(B-1)1/2波长板、(B-2)1/4波长板、(B-3)1/2波长板与圆偏光反射层的层叠体、或(B-4)1/4波长板与圆偏光反射层的层叠体。圆偏光反射层例如优选为使用胆固醇液晶的胆固醇液晶层。
将本实施方式的光学层叠体用于HUD用途时，光学功能层特优选为使用(B-1)1/2波长板，或是使用(B-5)具有P偏光反射功能的膜，也就是，选择性反射P偏光的膜。反射P偏光的光反射层可举例如折射率相异的2种类以上的高分子所构成的高分子多层膜所构成的双折射干涉型偏光片、称为线栅型的具有细微凹凸结构的偏光片、1/4波长板与圆偏光反射层的层叠体，例如胆固醇液晶层所构成的圆偏光反射膜以2片1/4波长板夹持的光学层叠膜。该光学层叠膜中，入射的P偏光通过1/4波长板转换为圆偏光后，圆偏光于胆固醇液晶层反射，再次通过1/4波长板转换为P偏光。也就是，光学功能层优选为(B-1)1片或2片以上的1/2波长板或(B-4)1片或2片以上的圆偏光反射层以2片1/4波长板所夹持的层叠体。
<1/2波长板>
光学功能层使用1/2波长板时，1/2波长板为具有将P偏光转换为S偏光或将S偏光转换为P偏光的功能，也就是具有转换偏向轴的功能的相位差元件。如此1/2波长板例如可通过将聚碳酸酯或环烯烃聚合物所构成的膜以相位差成为波长的1/2的方式进行单轴延伸，或是将水平配向的聚合性液晶以相位差成为波长的1/2的厚度配向而获得。一般而言，使用水平配向的聚合性液晶的1/2波长板由作为具有转换偏光轴作用的层的聚合性液晶层、及欲涂布形成该聚合性液晶层的涂布液的支撑基板所构成。但支撑基板并非光学功能层中的必要构成构件，可将聚合性液晶层转印至其它基材(例如聚乙烯醇缩醛树脂层、玻璃板)而使用。
以液晶的配向性的观点来看，该1/2波长板的厚度上限值优选为10μm以下，更优选为5μm以下。另一方面，以液晶的聚合性的观点来看，1/2波长板的厚度下限值优选为0.3μm以上，更优选为0.5μm以上。光从相对于1/2波长板的主表面倾斜的位置入射时，会有因光的入射角而使相位差变化的情形。此时，为了更严密地配合相位差，例如通过使用调整相位差元件的折射率的相位差元件，即可抑制伴随入射角的相位差变化。例如在以相位差元件的面内的慢轴方向的折射率为nx，在相位差元件的面内与nx正交的方向的折射率为ny，相位差元件的厚度方向的折射率为nz时，下式(4)所示系数Nz优选为0.3以上1.0以下，更优选为0.5以上0.8以下的方式进行控制。
Nz＝(nx-nz)/(nx-ny) (4)
具有1/2波长板作为光学功能层的光学层叠体设置于后述本发明的功能性玻璃，该功能性玻璃应用于HUD系统时，在该HUD系统中，为了有效地将P偏光转换为S偏光或将S偏光转换为P偏光，优选为将从与功能性玻璃表面垂直的轴倾斜45°以上65°以下的位置入射的S偏光的偏光轴或P偏光的偏光轴与1/2波长板的慢轴所构成的角度θ控制于35°以上47°以下。使入射于1/2波长板的S偏光或P偏光的入射角在45°以上65°以下的范围，据此，理论上可在P偏光入射于功能性玻璃时将功能性玻璃表面的反射率抑制在2％以下。穿透的P偏光通过1/2波长板转换为S偏光，经转换的S偏光于入射侧的相反侧的功能性玻璃与空气的界面反射。反射的S偏光通过1/2波长板再次转换为P偏光，该P偏光会到达观察者。另外，S偏光入射于功能性玻璃时，S偏光会在功能性玻璃表面反射，该S偏光会到达观察者。穿透的S偏光会通过1/2波长板转换为P偏光，经转换的P偏光不会在入射侧的相反侧的功能性玻璃或功能性玻璃与空气的界面反射而会通过。如上述，通过控制入射于功能性玻璃的S偏光或P偏光的入射角而可抑制双重影像的产生。另外，角度θ未达35°或超过47°时，入射至功能性玻璃的P偏光转换为S偏光或S偏光转换为P偏光的偏光轴转换性能会降低，其结果会有显示器上显示图像变暗之忧。通过适当地控制该角度θ，1/2波长板可显示良好的偏光轴转换性能，其结果可更鲜明地视觉确认显示图像。
为了适当地控制1/2波长板所表示的偏光轴的转换性能，角度θ优选为下式(5)及(6)所计算的值。在此说明下式(5)及(6)的技术意义。入射于功能性玻璃的S偏光或P偏光在通过具有与空气相异的折射率的介质的1/2波长板时，入射于1/2波长板的入射角会变化。在此，以S偏光或P偏光相对于功能性玻璃的入射角为α，以实际入射于1/2波长板的入射角，也就是1/2波长板的折射角为β，以空气的折射率为nα，以1/2波长板的折射率为nβ，根据斯涅耳定律，sinα/sinβ＝nβ/nα成立，如将此式简化为求出β的方程式，则可推导出式(6)。另一方面，以入射于功能性玻璃的S偏光的偏光轴为x轴，以P偏光的偏光轴为y轴，以y轴与1/2波长板的慢轴所构成的角为θ时的相位差值为Re时，通过向量解析，y轴表示为Re·cosθ，x轴表示为Re·sinθ。在此，已知1/2波长板的偏光轴转换性能在相对于1/2波长板的慢轴以45°入射光时会成为最大，故理论上相对于1/2波长板的慢轴的入射角优选为45°。但是，如上述，即使将入射于功能性玻璃的S偏光或P偏光的入射角设为θ，实际上入射于1/2偏光板的角度为β。因此，有关于Re·cosθ的y轴(理论上的y轴)，若求以x轴为中心而倾斜角度β时的y轴(实际上的y轴)，则Re·cosθ/实际上的y轴＝sin(90°-β)成立，实际上的y轴表示为Re·cosθcosβ。如上述，相对于1/2波长板的慢轴的入射角优选为45°。为了使入射于功能性玻璃的S偏光或P偏光的偏光轴与1/2波长板的慢轴所构成的角度成为45°，x轴(Re·sinθ)需要与实际上的y轴(Re·cosθcosβ)相等。因此求得Re·sinθ＝Re·cosθcosβ，并将该式简化，据此推导出式(5)。如上述，根据由下式(5)及(6)计算的值，以与实际入射于1/2偏光板的角度β的关系而严密地控制角度θ，据此可最大限度地发挥1/2波长板所表示的偏光轴转换性能。
tanθ＝cosβ (5)
θ：1/2波长板的慢轴与相对于功能性玻璃以任意入射角α入射的S偏光或P偏光的偏光轴所构成的角度。
α：S偏光或P偏光相对于功能性玻璃的入射角。
nα：空气的折射率。
nβ：1/2波长板的折射率。
角度θ的范围优选为控制于该角度θ值的±5°的范围，更优选为控制于±3°的范围。角度θ若为满足由下式(5)及(6)计算的值的角度的±5°的范围外，则有1/2波长板所表示的从P偏光至S偏光的偏光轴转换效率降低之忧。根据由下式(5)及(6)计算的值控制角度θ的范围，据此可抑制1/2波长板的从P偏光至S偏光的偏光轴转换效率降低。
代入式(6)的1/2波长板的折射率，是以1/2波长板的慢轴方向的折射率为nx，在1/2波长板的面内与nx正交的方向的折射率为ny，1/2波长板的厚度方向的折射率为nz，使用这些和的平均值作为平均折射率。另外，使用市面贩卖品的1/2波长板时，平均折射率可使用目录等的记载值。另外，使用后述聚合性液晶作为1/2波长板的材料时，若使用液晶原本的寻常光折射率no与非寻常光折射率ne，则平均折射率表示为(nx+ny+nz)/3＝(no+ne)/2。若表示由式(5)及(6)计算的θ的具体例，例如以空气的折射率为1.00，使用折射率1.55的1/2波长板，且S偏光或P偏光的入射角为45°时，根据式(5)及(6)，θ值为42°，故θ的范围优选为37°以上47°以下，更优选为39°以上45°以下。S偏光或P偏光的入射角为50°时，根据式(5)及(6)，θ值为41°，故θ的范围优选为36°以上46°以下，更优选为38°以上44°以下。另外，S偏光或P偏光的入射角为56°时，根据式(5)及(6)，θ值为40°，故θ的范围优选为35°以上45°以下，更优选为37°以上43°以下。另外，S偏光或P偏光的入射角为65°时，根据式(5)及(6)，θ值为39°，故θ的范围优选为34°以上44°以下，更优选为36°以上42°以下。通过控制使从与功能性玻璃表面垂直的轴倾斜45°以上65°以下的位置入射的S偏光或P偏光的偏光轴与1/2波长板的慢轴所构成的角度为35°以上47°以下，可使1/2波长板表示良好偏光轴转换性能，其结果可提供可更鲜明地视觉确认显示图像的HUD系统。
如上述，本发明中，通过控制入射于功能性玻璃的P偏光或S偏光的偏光轴与1/2波长板的慢轴所构成的角θ，而可进一步提高1/2波长板所表示的偏光轴转换性能。此时，以1/2波长板的慢轴的控制性及生产成本的观点来看，特优选为使用包含聚合性液晶层的1/2波长板作为具有转换偏光轴的作用的层。
聚合性液晶是指分子内具有聚合性基且在特定温度范围或浓度范围呈示液晶性的向列型液晶单体。聚合性基可举例如(甲基)丙烯酰基、乙烯基、查耳酮基(chalconylgroup)、桂皮酰基及环氧基等。另外，为了使聚合性液晶显示液晶性，优选为在分子内具有介晶基，介晶基是指例如联苯基、联三苯基、(聚)安息香酸苯酯基、(聚)醚基、亚苄基苯胺基、或苊并喹噁啉基等棒状、板状的取代基、或三亚苯基、酞菁基、或氮杂冠基等圆盘状的取代基，也就是具有诱导液晶相行为的能力的基。具有棒状或板状的取代基的液晶化合物作为棒状(calamitic)液晶而为该技术领域所公开已知。该具有聚合性基的向列型液晶单体可举例如日本特开2003-315556号公报及日本特开2004-29824号公报等所记载的聚合性液晶、PALIOCOLOR系列(BASF公司制)及RMM系列(Merck公司制)等聚合性液晶。这些具有聚合性基的向列型液晶单体可单独使用或混合多种使用。
另外，也可添加可与具有聚合性基的向列型液晶单体反应的不具液晶性的聚合性化合物。该化合物可举例如紫外线硬化型树脂等。紫外线硬化型树脂可举例如二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯与1,6-六亚甲基二异氰酸酯的反应生成物、具有异氰脲环的三异氰酸酯与季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯的反应生成物、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯与异佛尔酮二异氰酸酯的反应生成物、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、三(丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、三(甲基丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、甘油三缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、己内酯改性三(丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、三酸甘油酯二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、二乙二醇二缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、双(丙烯酰氧基乙基)羟基乙基异氰脲酸酯、双(甲基丙烯酰氧基乙基)羟基乙基异氰脲酸酯、双酚A-二缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、己内酯改性(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苯氧基羟基丙酯、丙烯酰基吗啉、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基四乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基三乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、乙基卡必醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸2-氰基乙酯、丁基缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的反应生成物、丁氧基三乙二醇(甲基)丙烯酸酯及丁二醇单(甲基)丙烯酸酯等，这些可单独使用或混合多种使用。需以含有向列型液晶单体的液晶组合物不会失去液晶性的程度添加这些不具液晶性的紫外线硬化型树脂，优选为相对于具有聚合性基的向列型液晶单体100质量份为0.1至20质量份，更优选为1.0至10质量份。
上述具有聚合性基的向列型液晶单体及不具液晶性的聚合性化合物为紫外线硬化型时，为了使包含这些的液晶组合物通过紫外线硬化，故添加光聚合引发剂。光聚合引发剂可举例如2-甲基-1-[4-(甲基硫基)苯基]-2-N-吗啉基丙烷-1(BASF公司制IRGACURE907)、1-羟基环己基苯基酮(BASF公司制IRGACURE 184)、4-(2-羟基乙氧基)-苯基(2-羟基-2-丙基)酮(BASF公司制IRGACURE 2959)、1-(4-十二烷基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮(Merck公司制DAROCUR 953)、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮(Merck公司制DAROCUR 1116)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(BASF公司制IRGACURE 1173)及二乙氧基苯乙酮等苯乙酮系化合物；安息香、安息香甲基醚、安息香乙基醚、安息香异丙基醚、安息香异丁基醚及2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(BASF公司制IRGACURE 651)等安息香系化合物；苯甲酰基安息香酸、苯甲酰基安息香酸甲酯、4-苯基二苯基酮、羟基二苯基酮、4-苯甲酰基-4’-甲基二苯基硫醚、3,3’-二甲基-4-甲氧基二苯基酮(日本化药公司制KAYACURE MBP)等二苯基酮系化合物；以及噻吨酮、2-氯噻吨酮(日本化药公司制KAYACURE CTX)、2-甲基噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮(日本化药公司制KAYACURE RTX)、异丙基噻吨酮、2,4-二氯噻吨酮(日本化药公司制KAYACURE CTX)、2,4-二乙基噻吨酮(日本化药公司制KAYACURE DETX)及2,4-二异丙基噻吨酮(日本化药公司制KAYACURE DITX)等噻吨酮系化合物等。优选的光聚合引发剂可举例如Irgacure TPO、Irgacure TPO-L、Irgacure OXE01、Irgacure OXE02、Irgacure1300、Irgacure 184、Irgacure 369、Irgacure 379、Irgacure 819、Irgacure127、Irgacure 907及Irgacure 1173(皆为BASF公司制)，特优选为Irgacure TPO、IrgacureTPO-L、Irgacure OXE01、Irgacure OXE02、Irgacure 1300及Irgacure 907。这些光聚合引发剂可单独使用1种或将多种以任意比例混合使用。
光聚合引发剂在使用二苯基酮系化合物、噻吨酮系化合物时，为了促进光聚合反应而可并用助剂。该助剂可举例如三乙醇胺、甲基二乙醇胺、三异丙醇胺、正丁胺、N-甲基二乙醇胺、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、米蚩酮、4,4’-二乙氨基苯酮、4-二甲氨基安息香酸乙酯、4-二甲氨基安息香酸(正丁氧基)乙酯、及4-二甲氨基安息香酸异戊酯等胺系化合物。
上述光聚合引发剂及助剂的添加量优选为在不会影响调制光学功能层的液晶组合物的液晶性的范围内使用，相对于该液晶组合物中以紫外线硬化的化合物100质量份，其量优选为0.5质量份以上10质量份以下，更优选为2质量份以上8质量份以下。另外，相对于光聚合引发剂，助剂优选为0.5倍量以上2倍量以下。
另外，选自由下式(II)所示化合物、下式(III)所示化合物及下式(IV)所示化合物所组成的群组中的至少1种化合物(以下也单称为“添加化合物”)优选为与上述液晶性化合物一起添加。据此可进一步提高1/2波长板的耐热性，且在高温环境下可进一步减少1/2波长板的相位差值变化。
式(II)至式(IV)中，R1-1、R1-2及R1-3分别独立地表示碳数5以上的具有分支结构的烷基。R1-1、R1-2及R1-3分别独立地为具有分支结构的烷基时，1/2波长板在高温环境下的相位差值变化特别小。碳数优选为6以上18以下。R1-1、R1-2及R1-3更优选为分别独立地为CH3-(CH2)m-CHRX-基。在此，RX表示碳数1至5的烷基，R1-1、R1-2及R1-3又更优选为分别独立地为CH3-(CH2)m-CH(C2H5)-基，特优选为2-乙基己基或2-乙基丁基。在此，m表示1至6的范围内的整数。式(III)中，R3表示-(CH2)p-基或亚苯基，p表示4至8的整数。R3为亚苯基时，亚苯基可于o位、m位、p位的任一者具有取代基，但优选为于o位具有取代基。式(IV)中，R4表示取代亚苯基，取代亚苯基可于o位、m位、p位的任一者具有取代基，但优选为于o位及p位具有取代基。式(II)中，R2表示-CH2-CH2-基、-CH2-CH(CH3)-基或-CH2-CH2-CH2-基，优选为-CH2-CH2-基。
式(II)所示化合物可举例如三乙二醇-二-2-乙基己酸酯(3GO)、四乙二醇-二-2-乙基己酸酯(4GO)、三乙二醇-二-2-乙基丁酸酯(3GH)、四乙二醇-二-2-乙基丁酸酯、五乙二醇-二-2-乙基己酸酯、八乙二醇-二-2-乙基己酸酯、九乙二醇-二-2-乙基己酸酯、及十乙二醇-二-2-乙基己酸酯等。
式(III)所示化合物可举例如己二酸双(2-乙基己基)酯、己二酸双(2-乙基丁基)酯、壬二酸双(2-乙基己基)酯、壬二酸双(2-乙基丁基)酯、癸二酸-二-2-乙基己酯、癸二酸-二-2-乙基丁酯、邻苯二甲酸-二-2-乙基己酯、及邻苯二甲酸-二-2-乙基丁酯等。
式(IV)所示化合物可举例如偏苯三酸-三-2-乙基己酯、及偏苯三酸-三-2-乙基丁酯等。
式(II)所示化合物、式(III)所示化合物、及式(IV)所示化合物分别可单独使用或并用2种以上。这些中，式(II)所示化合物与上述液晶性化合物的相溶性优异，可获得稳定的相位差元件，故优选。式(II)所示化合物中，因与液晶性化合物的相溶性优异且抑制1/2波长板在高温环境下的相位差值变化的效果特别优异，故更优选为三乙二醇-二-2-乙基己酸酯(3GO)、四乙二醇-二-2-乙基己酸酯(4GO)及三乙二醇-二-2-乙基丁酸酯(3GH)，又更优选为三乙二醇-二-2-乙基己酸酯(3GO)。
选自由式(II)所示化合物、式(III)所示化合物及式(IV)所示化合物所组成的群组中的至少1种添加化合物的含量并无特别限定，相对于上述液晶性化合物100质量份，优选为0.1质量份以上300质量份以下，更优选为0.5质量份以上50质量份以下，又更优选为0.8质量份以上30质量份以下，特优选为1质量份以上15质量份以下。若上述添加化合物的含量未达0.1质量份，则有时无法获得抑制1/2波长板在高温环境下的相位差值变化的效果。另一方面，即使上述添加化合物的含量超出300质量份，抑制1/2波长板在高温环境下的相位差值变化的效果并无变化，故以材料成本的观点来看，上述添加化合物的含量上限值优选为300质量份以下。
<1/4波长板>
可因应HUD系统的设计而使用(B-2)1/4波长板作为光学功能层。1/4波长板为具有将圆偏光转换为线性偏光的功能的相位差元件，例如可通过将聚碳酸酯或环烯烃聚合物所构成的膜以相位差成为波长的1/4的方式单轴延伸、或将水平配向的聚合性液晶以相位差成为波长的1/4的厚度配向，而获得。另外，1/4波长板优选也为包含上述聚合性液晶层。此时，1/4波长板由作为具有转换偏光轴的作用的层的上述聚合性液晶层、及欲涂布形成该聚合性液晶层的涂布液的支撑基板所构成。但支撑基板并非光学功能层的必须构成构件，也可将聚合性液晶层转印至其它基材(例如聚乙烯醇缩醛树脂层、玻璃板)而使用。
在波长色散所造成的相位差的偏差较大时，1/4波长板也可使用称为宽带域1/4波长板的相位差元件。宽带域1/4波长板是指降低相位差的波长依存性的相位差元件，可举例如将具有相同波长色散的1/2波长板及1/4波长板以各自的慢轴所构成的角度成为60°的方式层叠的相位差元件、降低相位差的波长依存性的聚碳酸酯系相位差元件(帝人公司制:PUREACE WR-S)等。另外，如HUD，光对1/4波长板倾斜入射时，因相位差元件不同，会有因光的入射角度而改变相位差的情形。此时，作为更严密地配合相位差的方法，例如可通过使用调整相位差元件的折射率的相位差元件，即可抑制伴随入射角的相位差变化。作为该例，在以相位差元件的面内的慢轴方向的折射率为nx，在相位差元件的面内与nx正交的方向的折射率为ny，相位差元件的厚度方向的折射率为nz时，上述式(4)所示系数Nz优选为0.3至1.0，更优选为0.5至0.8的方式进行控制。
包含1/4波长板的光学功能层设置于后述本发明的功能性玻璃，将该功能性玻璃施用于HUD系统时，光学功能层优选为(B-4)1/4波长板与圆偏光反射层的层叠体。具体而言，优选为以圆偏光反射层、层叠于圆偏光反射层的一面的第一1/4波长板、及层叠于圆偏光反射层的另一面的第二1/4波长板所构成。圆偏光反射层适合利用使用胆固醇液晶的光反射层。该构成的情形，在HUD系统，2片1/4波长板中，于S偏光或P偏光的入射侧设置第一1/4波长板，于穿透圆偏光反射层的圆偏光的入射侧设置第二1/4波长板。例如圆偏光反射层具有右圆偏光反射功能时，若P偏光入射于第一1/4波长板，在第一1/4波长板的界面中P偏光几乎不反射而穿透第一1/4波长板。穿透的P偏光通过第一1/4波长板转换为右圆偏光，该右圆偏光通过圆偏光反射层的右圆偏光转换性能而使右圆偏光的一部分在圆偏光反射层反射。反射的右圆偏光再次通过第一1/4波长板转换为原来的P偏光，该P偏光会到达观察者。另外，未于圆偏光反射层反射而穿透圆偏光反射层的右圆偏光会通过第二1/4波长板而回到原来的P偏光，该P偏光在第二1/4波长板的外侧的界面几乎不会反射而穿透。另一方面，S偏光入射于第一1/4波长板时，S偏光会在第一1/4波长板表面反射，该S偏光会到达观察者。未在第一1/4波长板反射而穿透第一1/4波长板的S偏光会通过第一1/4波长板转换为左圆偏光。该左圆偏光不会在具有右圆偏光反射功能的圆偏光反射层中反射而是穿透圆偏光反射层，通过第二1/4波长板回到原来的S偏光，该S偏光在第二1/4波长板的外侧的界面几乎不会反射而穿透。即使圆偏光反射层具有左圆偏光反射功能，以相同原理P偏光或S偏光也会到达观察者。
以液晶的配向性的观点来看，1/4波长板的厚度上限值优选为10μm以下，更优选为5μm以下。另一方面，1/4波长板的厚度下限值优选为0.3μm以上，更优选为0.5μm以上。另外，以液晶的配向性的观点来看，圆偏光反射层的厚度上限值优选为10μm以下，更优选为5μm以下。另一方面，以液晶的聚合性的观点来看，圆偏光反射层的厚度下限值优选为0.3μm以上，更优选为0.5μm以上。
(B)光学功能层包含聚合性液晶层时，构成聚合性液晶层的液晶组合物可涂布于支撑基板上。为了保持显示图像的视觉确认性，故该支撑基板优选为在可见光区域中为透明，具体上在波长380nm以上780nm以下的可见光线穿透率为50％以上即可，优选为70％以上，更优选为85％以上。另外，支撑基板可着色或不着色，优选为着色少。另外，支撑基板的折射率优选为1.2以上2.0以下，更优选为1.4以上1.8以下。支撑基板的厚度可因应用途而适当地选择，优选为5μm以上1000μm以下，更优选为10μm以上250μm以下，特优选为15μm以上150μm以下。
支撑基板可为单层或2层以上的层叠体。支撑基板的材料例可举例如三乙酸纤维素(TAC)、丙烯酸、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚烯烃及聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等。这些中优选为双折射性较少的三乙酸纤维素(TAC)、聚烯烃及丙烯酸等。
本实施方式的光学层叠体中，特优选为包含2片以上的(B)光学功能层。此时，光学功能层间可不使用任何物，也就是各光学功能层可彼此直接层叠，但也可于光学功能层间使用接合层或粘合层。粘合剂可举出丙烯酸系、橡胶系的粘合剂，优选为容易调整接合性、保持力等的丙烯酸系粘合剂。接合剂可举出紫外线硬化型树脂组合物及这些的混合物。如为紫外线硬化型树脂时，将混合多个具有丙烯酰基或环氧基的单体的组合物在光聚合引发剂的存在下照射紫外线，据此可使其硬化并接合。另外，也可将包含具有氨基、羧基、羟基的多个单体或聚合物的组合物在具有异氰酸酯基、三聚氰胺的化合物的存在下加热，据此使其硬化并接合。
<光学功能层的制造方法>
接着说明使用上述具有聚合性基的向列型液晶单体制作光学功能层的方法。该方法例如将具有聚合性基的向列型液晶单体溶解于溶剂，接着添加光聚合引发剂。该溶剂只要可溶解所使用的液晶单体即可，并无特别限定，可举例如环戊酮、甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等，优选为环戊酮及甲苯等。其后，将该溶液于作为支撑基板使用的PET膜或TAC膜等塑胶基板上以厚度尽可能均一的方式涂布，通过加热去除溶剂，并于在支撑基板上成为液晶并进行配向的温度条件下放置固定时间。此时，在涂布塑胶基板表面之前，可事先于所求配向方向实施摩擦处理或偏光照射，据此将发挥光配向性的光配向材料于塑胶基板表面成膜，再进行偏光照射等的配向处理，据此可使液晶的配向更为均一。据此，可将光学功能层的慢轴控制为所求角度，且可降低光学功能层的雾度值。接着在保持该配向状态下以高压汞灯等于向列型液晶单体照射紫外线，使液晶的配向固定化，据此可获得具有所求的慢轴的光学功能层。
[功能性玻璃]
本发明的功能性玻璃具备上述光学层叠体及(D)玻璃板。玻璃板可为1片或多片，但优选为具有上述光学层叠体经2片玻璃板夹持的结构的功能性玻璃。该功能性玻璃适合使用作为HUD系统中的显示介质。
将光学层叠体贴合于玻璃板时，例如可通过于光学层叠体的单侧或两侧涂布粘合剂或接合剂，接着贴合玻璃板而进行对玻璃板的贴合。粘合剂或接合剂并无特别限制，但优选为在之后要剥离时重工性较优异的粘合性优的材料，例如优选为聚硅酮粘合剂、丙烯酸系粘合剂等。本发明的功能性玻璃具有聚乙烯醇缩醛树脂层，故耐冲击性优异。
<(D)玻璃板>
玻璃板例如只要具有即使将本发明的功能性玻璃利用作为挡风玻璃也可充分视觉确认前方景色的透明性，则无特别限定。另外，玻璃板的折射率优选为1.2以上2.0以下，更优选为1.4以上1.8以下。另外，玻璃板的厚度、形状等只要在将功能性玻璃应用于HUD系统时不会影响显示光反射的范围内，则无特别限定，可适当地设计。另外，这些玻璃板中可于反射面设置多层膜所构成的反射增加膜、兼具遮热功能的金属薄膜层。这些膜可提高入射偏光的反射率，但例如使用本发明的功能性玻璃作为汽车用挡风玻璃时，优选为以功能性玻璃的可见光线穿透率成为70％以上的方式调整反射率。
使用本实施方式的光学层叠体时，于2片玻璃板之间配置光学层叠体，通过以高温、高压压接，可得到于2片玻璃板间配置有光学层叠体的功能性玻璃。图3呈示本发明的功能性玻璃的一实施方式。图3所示功能性玻璃20中，光学层叠体10经2片玻璃板201所夹持，光学层叠体10例如相当于图1或图2所示的光学层叠体。如图3所示，功能性玻璃20包含光学层叠体10时，光学层叠体10所具有的聚乙烯醇缩醛树脂层101也具有作为用以保持玻璃板201与光学层叠体10的密接性的粘合剂或接合剂的功能。
具体说明使用本实施方式的光学层叠体制作功能性玻璃的方法的一例。首先准备2片玻璃板。将功能性玻璃作为汽车的挡风玻璃用夹层玻璃使用时，优选为使用以浮法制作的钠钙玻璃。玻璃可为透明或着色为绿色的玻璃，并无特别限制。这些玻璃板的厚度通常使用约为2mmt的厚度，但因应近年来玻璃的轻化的要求，也可使用厚度稍比2mmt更薄的玻璃板。将玻璃板裁切为特定形状，并对玻璃边缘实施倒角并洗涤。需要黑色的框状或点状印刷时，则将其印刷于玻璃板。如要形成为如挡风玻璃般的曲面形状时，则将玻璃板加热至650℃以上，其后通过铸模压制或通过自重弯曲等以使2片玻璃成为相同面形状的方式整形，之后冷却玻璃。此时，若冷却速度过快，则会于玻璃板产生应力分布而缓冷却以形成强化玻璃。将如上述方式制作的玻璃板中的1片水平放置，于其上重叠本实施方式的光学层叠体，进一步放置另1片玻璃板。接着，以切割机裁切、去除从玻璃边缘突出的光学功能膜、聚乙烯醇缩醛树脂层等。其后，一边将层叠为三明治状的玻璃、光学层叠体之间存在的空气脱气，一边将温度加热为80℃至100℃，而进行预接合。使空气脱气的方法有将玻璃板/光学层叠体/玻璃板的层叠体以耐热橡胶等所制成的橡胶袋包覆并脱气的包法、仅将玻璃板端部以橡胶环覆盖并密封的环法等2种，可使用任一种方法。预接合结束后，将从橡胶袋取出的玻璃板/光学层叠体/玻璃板的层叠体、或取下橡胶环的层叠体放入高压釜中，在10至15kg/cm2的高压下加热至120℃至150℃，在该条件加热、加压处理20分钟至40分钟。处理后冷却至50℃以下后，进行除压，从高压釜取出玻璃板/光学层叠体/玻璃板的层叠体的本实施方式的功能性玻璃。
如此所制得的功能性玻璃可使用作为普通汽车、小型汽车、轻型汽车、大型特殊汽车、小型特殊汽车等的挡风玻璃、侧边玻璃、后挡玻璃、天窗玻璃。另外，也可使用作为铁路车辆、船舶、飞机的窗户，另外，也可使用作为建材用及产业用窗材。作为一使用方式，可与具有抗UV或调光功能的构件层叠或贴合而使用。
[抬头显示器系统]
图4是以示意图呈示本发明的HUD系统的一实施方式。图4所示HUD系统具备使呈示显示图像的显示光成为S偏光或P偏光并射出的显示图像投影装置(显示器)2、将显示图像投影装置2所射出的显示光反射的反射镜3、及显示图像投影装置2所射出的S偏光或P偏光所入射的本发明的抬头显示器用功能性玻璃(功能性玻璃4)。显示图像投影装置2所射出的S偏光或P偏光于反射镜3反射，该反射的显示光照射于作为挡风玻璃发挥功能的功能性玻璃4，据此S偏光或P偏光会通过光程5到达观察者1，并可视觉确认显示图像的虚像6。另外，图4所示HUD系统中，显示图像投影装置2所射出的显示光会通过反射镜3入射于功能性玻璃4，但也可从显示图像投影装置2直接入射于挡风玻璃。另外，也可从显示图像投影装置2将呈示显示图像的显示光以随机光射出并于反射镜3反射，该反射光在到达功能性玻璃4前会通过偏光板，据此调整显示图像投影装置2所射出的偏光，并使所求偏光照射于功能性玻璃4。
<从显示投影装置的入射角>
如图5所示，本发明的HUD系统中，以S偏光或P偏光相对于功能性玻璃4的布鲁斯特角为α时，显示图像投影装置2所射出的光入射于作为显示介质的功能性玻璃4的入射角8优选为α-10°至α+10°的范围，更优选为α-5°至α+5°的范围。另外，如图5所示，入射角8是指与显示介质(功能性玻璃4)表面垂直的轴与入射于显示介质表面的光所构成的角度。
本发明的HUD系统的一实施方案中，作为光学功能层使用1/2波长板，显示介质为功能性玻璃4，且显示图像投影装置2所射出的显示光为S偏光时，使显示图像投影装置2所射出的S偏光以α-10°至α+10°的范围入射，也就是相对于与功能性玻璃4表面垂直的轴在布鲁斯特角附近，优选为在布鲁斯特角α的入射角8入射S，据此可抑制通过功能性玻璃4转换的P偏光于车外侧玻璃板的反射，可抑制双重影像的产生。也就是，若S偏光的入射角8未达α-10°或超过α+10°时，S偏光的入射角8会从布鲁斯特角附近偏移，故通过1/2波长板转换的P偏光的反射会增加，而有产生双重影像的情形。
另外，本发明的HUD系统的其它实施方案中，光学功能膜使用1片或2片以上的圆偏光反射层(胆固醇液晶层)经2片1/4波长板所夹持的层叠体，显示介质为功能性玻璃4，且显示图像投影装置2所射出的显示光为P偏光时，也同上述。一般来自路面的反射光为S偏光，故偏光太阳眼镜以可吸收S偏光的方式设计。因此，在利用S偏光的以往HUD系统中，通过偏光太阳眼镜的HUD的显示图像的视觉确认性会极端降低。另一方面，若为P偏光到达观察者的利用P偏光的HUD系统，则可抑制双重影像的产生，且在配戴偏光太阳眼镜时也可提高显示图像的视觉确认性。另外，圆偏光反射层为胆固醇液晶层时，穿透圆偏光反射层的圆偏光会通过第二1/4波长板而转换为原来的P偏光，该第二1/4波长板以与第一1/4波长板的慢轴正交的位置关系设置慢轴。经转换的P偏光相对于第二1/4波长板外侧的车外侧玻璃面也同样地在布鲁斯特角附近入射。因此也可大幅降低第二1/4波长板外侧的车外侧玻璃面的P偏光的反射率，其结果可大幅改善双重影像的产生。
本发明的抬头显示器系统中，通过控制入射于光学层叠体的S偏光或P偏光的偏光轴与设置于光学层叠体中的1/2波长板或1/4波长板的慢轴所构成的角θ，而可进一步提高1/2波长板或1/4波长板所表示的偏光轴转换性能。关于各θ的详细内容为如使用式(5)及(6)说明的上述内容。此时，以1/2波长板或1/4波长板的慢轴的控制性及生产成本的观点来看，特优选为使用包含聚合性液晶层的1/2波长板或1/4波长板作为具有转换偏光轴的作用的层。另外，上述1/2波长板或1/4波长板的波长色散性只要适合于抬头显示器用途，则无特别限制，但为了在可见光区域的宽广波长范围内正确地进行偏光转换，故优选为具有逆波长色散性。
一般而言，高分子为双折射的绝对值在短波长侧变大的正常分散，但通过控制可见光的各波长的双折射Δn的值，而可通过使用在长波长侧双折射会变大的液晶化合物而获得逆波长色散性。另外，通过将具有因应液晶化合物的波长色散特性的适当的相位差值的多个相位差板的慢轴以适当位置关系组合并层叠，也可获得逆波长色散性。该多个相位差板以适当位置关系组合并层叠的1/2波长板或1/4波长板的情形中，有关于分别的相位差板的慢轴角度，通过以上述方式适当地控制入射于光学层叠体的S偏光或P偏光的偏光轴与1/2波长板或1/4波长板的慢轴所构成的角θ，可使1/2波长板或1/4波长板显示良好的偏光轴转换性能，其结果可进一步鲜明地视觉确认显示图像。
<显示图像投影装置>
本发明的HUD系统所使用的显示图像投影装置2只要可在最终到达功能性玻璃4为止的方式射出所求P偏光或S偏光，则无特别限定，可举例如液晶显示装置(LCD)、有机EL显示器(OELD)等。显示图像投影装置2为液晶显示装置时，射出光通常为线性偏光，故液晶显示装置可直接使用作为显示图像投影装置2。另一方面，显示图像投影装置2为有机EL显示器时，例如图6所示，显示图像投影装置2可由光源2A、及可射出P偏光或S偏光的偏光板2B所构成。另外，将HUD系统用于汽车时，例如可以于仪表板等的光射出口配置偏光板、1/2波长板等光学构件并可由显示图像投影装置2射出P偏光或S偏光的方式，而调整液晶显示装置、有机EL显示器。另外，显示图像投影装置2所使用的光源并无特别限定，可使用激光光源或LED光源等。另外，可以使构成光学功能层的相位差元件的中心反射波长对应上述光源的发光光谱的方式设定，据此可更有效地使显示图像更鲜明。
<反射镜>
本发明的HUD系统可任选具备反射镜3。反射镜3只要可使显示图像投影装置2的显示光朝功能性玻璃4反射，则无特别限定，例如可由平面镜、凹面镜等所构成。使用凹面镜作为反射镜3时，凹面镜可将来自显示器的显示光以特定放大率放大。
(实施例)
以下通过实施例详细说明本发明。实施例中“份”为质量份。另外，本发明在不超出其主旨范围内并不限定于以下实施例。另外，在未特别说明下，室温为20℃±5℃的范围内。
[实施例1]
<调整涂布液(液晶组合物)>
调整具有表1所示组成的涂布液A。
[表1]
| 材料(种类) | 材料名(厂商名) | 处方量(份) |
| 聚合性液晶 | LC242(BASF公司) | 25 |
| 光聚合引发剂 | Irgacure 907(BASF公司) | 1 |
| 溶剂 | 甲苯 | 74 |
<制作光学功能层>
使用所调制的涂布液A以下述顺序制作2个1/2波长板。支撑基板使用以日本特开2002-90743号公报的实施例1所记载方法经摩擦处理的TAC膜(TacBright公司制P960，厚度60μm)。另外，摩擦角度以膜的长方向与1/2波长板的慢轴所构成的角度(以下称为“慢轴角度”)成为71.5°及26.5°的方式分别设定。
(i)将涂布液A使用线棒以干燥后获得的1/2波长板的厚度约成为2μm的方式于室温涂布于TAC膜的摩擦处理面上。
(ii)将所得涂布膜于50℃加热2分钟去除溶剂，而形成液晶相。接着对于液晶相以高压汞灯(HARISON TOSHIBA LIGHTING公司制)以120W的输出照射5至10秒UV，使液晶相固定，于TAC膜上层叠聚合性液晶层，而制作1/2波长板。以自动双折射计(王子计测公司制“KOBRA-21ADH”)测定1/2波长板的相位差值，结果获得546nm中的相位差值为290nm(慢轴角度71.5°)、250nm(慢轴角度26.5°)的2种1/2波长板。
(iii)将(i)至(ii)所制作的各1/2波长板使用丙烯酸系粘合剂(综研化学公司制SK-Dyne 906)将聚合性液晶层侧彼此以分别的膜的长方向层叠，而制作光学功能层。
另外，所得各1/2波长板的正面方向(入射角56°)中的可见光波长区域的平均穿透率约为79％，偏光穿透率约为10％。偏光穿透率使用岛津制作所制“紫外光、可视光、近红外光分光光度计UV-3600”，将偏光板平行配置，并于其间将光学层叠体以入射角成为56°的方式设置并测定。
<制作聚乙烯醇缩醛树脂层>
相对于聚乙烯醇缩丁醛树脂100质量份，分别以表2所示比率(0至35质量份)掺配作为塑化剂的三乙二醇-二-2-乙基己酸酯(3GO)，进一步添加作为抗氧化剂的2,6-二-叔丁基-对甲酚0.2质量份溶解于甲基乙基酮的溶液，以混合辊均一熔融混练。其后使用压制成型机将所得混练物以150℃压制成型30分钟，而分别制作具有0.38mm的厚度的聚乙烯醇缩丁醛树脂膜(长30cm×宽30cm)。使用分光椭圆偏光仪(日本分光公司制“M-220”)测定以特定添加比率掺配塑化剂的各聚乙烯醇缩丁醛树脂膜(PVB膜)的光弹性系数。其结果示于表2。
[表2]
| PVB膜 | 塑化剂比率/质量份 | <![CDATA[光弹性系数(Pe)/Pa<sup>-1</sup>]]> |
| A | 35 | <![CDATA[4.43×10<sup>-10</sup>]]> |
| B | 0 | <![CDATA[8.99×10<sup>-13</sup>]]> |
| C | 5 | <![CDATA[1.49×10<sup>-12</sup>]]> |
| D | 10 | <![CDATA[2.04×10<sup>-12</sup>]]> |
| E | 15 | <![CDATA[5.90×10<sup>-12</sup><!-- 17 -->]]> |
| F | 20 | <![CDATA[1.77×10<sup>-11</sup>]]> |
| G | 25 | <![CDATA[4.63×10<sup>-11</sup>]]> |
| H | 30 | <![CDATA[1.85×10<sup>-10</sup>]]> |
<制作光学层叠体>
将相对于聚乙烯醇缩丁醛树脂100质量份而掺配塑化剂35质量份的PVB膜A，及相对于聚乙烯醇缩丁醛树脂100质量份而未掺配塑化剂(0质量份)的PVB膜B，分别裁切为长10cm×宽10cm的尺寸，于所制作光学功能层中，于相位差值为290nm的1/2波长板侧的TAC上配置PVB膜A，于相位差值为250nm的1/2波长板侧的TAC上配置PVB膜B，接着以层叠机加压压接，据此制作于PVB膜A与PVB膜B的2片间设置有1/2波长板的光学层叠体。
<制作功能性玻璃>
于与光学层叠体相同的长10cm×宽10cm的尺寸且厚度为2mm的玻璃板2片间配置所制作的光学层叠体，接着加压、加热，据此制作功能性玻璃。首先于透明玻璃板上以光学层叠体、透明玻璃板的顺序重叠。将其以橡胶袋包覆，于加热至90℃的高压釜中脱气30分钟而进行预接合。将其冷却至室温后，从橡胶袋取出，再次于高压釜中于140℃、14kg/cm2的高压下加热、加压30分钟，而制作插入有光学层叠体的外观良好的功能性玻璃。
<偏光穿透率的面内不均评价>
于波长400nm以上750nm以下的范围中测定所得功能性玻璃的偏光穿透率。偏光穿透率使用岛津制作所制“紫外光、可见光、近红外光分光光度计UV-3600”，将偏光板平行配置，并于其间将功能性玻璃以入射角成为56°的方式设置并测定。以玻璃中心部X、及与中心部X距离2.5cm的点Y分别作为测定点，分别测定各测定点的偏光穿透率。其结果示于表3。任一测定点在波长450nm以上700nm以下的范围中穿透率都为6％以下，穿透率的波形没有很大的差异。因此判定光学层叠体的面内并无偏光穿透率的不均(以下称为“面内不均”)。以下，偏光穿透率不均的判定基准为在波长450nm以上700nm以下的范围中测定点X、Y的穿透率皆为6％以下，则评价为无面内不均，测定点X的穿透率为6％以下且测定点Y的穿透率超过6％时，则评价为有面内不均。
<抬头显示器的制作及显示图像的评价>
以如图4所示配置制作抬头显示器。另外，作为显示图像投影装置2而设置可对于功能性玻璃4射出S偏光的液晶显示面板，作为功能性玻璃4而使用上述所制作的功能性玻璃。于暗室内，以显示图像投影装置2的S偏光的入射角成为玻璃的布鲁斯特角(约56°)的方式调整功能性玻璃4所含的光学层叠体的位置。将相位差值为290nm的1/2波长板侧的玻璃板设置于显示图像投影装置2侧，投影图像时，可明亮且鲜明地投影显示图像。
<双重影像的面内不均评价:1/2波长板的偏光转换性能的面内均一性评价>
以图5所示配置，从显示图像投影装置2将水平方向的线图像以对于上述所制作功能性玻璃4射出S偏光的条件投影，以目视确认玻璃中心部X、及从中心部X距离2.5cm的测定点Y中的各位置的反射图像。中心部X、测定点Y的任一位置中，相对于功能性玻璃4的构成中显示图像投影装置2的S偏光的入射侧的玻璃板A的空气界面的线图像的反射亮度(主像)，在相对于玻璃板A位于相反侧的玻璃板B的空气界面的线图像的反射亮度(非主像)充分较低，投影于功能性玻璃4的图像不容易双重视觉确认。因此判定为在广范围中的图像视觉确认性良好，无双重影像的面内不均。以下，相比于中心部X的位置，在测定点Y的位置的相对于主像的非主像的亮度较高，投影于功能性玻璃4的图像容易双重视觉确认时，则判定为有双重影像的面内不均。
[实施例2]
在上述光学层叠体的制作中，除了取代PVB膜B而使用PVB膜C之外，以与实施例1相同方式制作功能性玻璃及抬头显示器，分别评价偏光穿透率及双重影像的面内不均。其结果示于表3。
[实施例3]
在上述光学层叠体的制作中，除了取代PVB膜B而使用PVB膜D之外，以与实施例1相同方式制作功能性玻璃及抬头显示器，分别评价偏光穿透率及双重影像的面内不均。其结果示于表3。
[实施例4]
在上述光学层叠体的制作中，除了取代PVB膜B而使用PVB膜E之外，以与实施例1相同方式制作功能性玻璃及抬头显示器，分别评价偏光穿透率及双重影像的面内不均。其结果示于表3。
[实施例5]
在上述光学层叠体的制作中，除了取代PVB膜B而使用PVB膜F之外，以与实施例1相同方式制作功能性玻璃及抬头显示器，分别评价偏光穿透率及双重影像的面内不均。其结果示于表3。
[比较例1]
在上述光学层叠体的制作中，除了取代PVB膜B而使用PVB膜G之外，以与实施例1相同方式制作功能性玻璃及抬头显示器，分别评价偏光穿透率及双重影像的面内不均。其结果示于表3。
[比较例2]
在上述光学层叠体的制作中，除了取代PVB膜B而使用PVB膜H之外，以与实施例1相同方式制作功能性玻璃及抬头显示器，分别评价偏光穿透率及双重影像的面内不均。其结果示于表3。
[比较例3]
在上述光学层叠体的制作中，除了取代PVB膜B而使用PVB膜A之外，以与实施例1相同方式制作功能性玻璃及抬头显示器，分别评价偏光穿透率及双重影像的面内不均。其结果示于表3。
[表3]
由实施例1至5及比较例1至3的结果可知，光学层叠体所含的2片PVB膜(聚乙烯醇缩醛树脂层)中，至少一者具有本发明所规定的特定范围的光弹性系数(PeA)，据此可使偏光穿透率及双重影像的任一者都无面内不均，面内的性能均一性优异。另一方面，若光学层叠体所具有的2片PVB膜的光弹性系数皆在本发明所规定的光弹性系数(PeA)的范围外，则功能性玻璃中从面内中心部(玻璃中心部X)离开的位置的偏光穿透率会提高，偏光穿透率会产生面内不均。因此，抬头显示器的投影中，入射至功能性玻璃的S偏光穿透光学层叠体时，不会转换为P偏光而残留较多S偏光成分，据此，S偏光容易在S偏光的入射面的相反侧的面中的玻璃板的空气界面反射。其结果，投影于功能性玻璃的图像容易双重视觉确认，故双重影像的面内不均变大，广范围的图像视觉确认性会降低。
如上述可知，通过将本发明的光学层叠体应用于抬头显示器用功能性玻璃，在抬头显示器的投影中，可将入射的S偏光或P偏光在更广范围在无不均下有效率地转换为P偏光或S偏光，可获得广范围显示优异偏光转换性能的光学层叠体。另外，通过将本发明的光学层叠体应用于HUD系统，可在广范围视觉确认极为鲜明的显示图像。
(产业上的可利用性)
本发明的光学层叠体应用于抬头显示器系统时，可消除投影位置所造成的双重影像产生的不均，也就是可在不依存于投影位置下抑制双重影像，视觉确认人员可无压力地于广范围内利用抬头显示器系统。
附图标记说明
1观察者、2显示图像投影装置、2A光源、2B偏光板、3反射镜、4功能性玻璃、5光程、6虚像、8入射角、10光学层叠体、20功能性玻璃、101聚乙烯醇缩醛树脂层、102光学功能层。
Claims (12)
1.一种抬头显示器用光学层叠体，具备(A)具有下式(1)的范围的光弹性系数(PeA)的至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层、及(B)至少1个光学功能层，
|PeA|≤4.0×10-11Pa-1···(1)。
2.根据权利要求1所述的光学层叠体，其进一步具备(C)具有下式(2)的范围的光弹性系数(PeC)的至少1个聚乙烯醇缩醛树脂层，
5.0×10-11Pa-1≤PeC≤5.0×10-9Pa-1···(2)。
3.根据权利要求1或2所述的光学层叠体，其具有光弹性系数(Pe)相异的2片所述聚乙烯醇缩醛树脂层，相对于一所述聚乙烯醇缩醛树脂层所具有的光弹性系数(Pe1)的另一所述聚乙烯醇缩醛树脂层所具有的光弹性系数(Pe2)的比(PeR)满足下式(3)，且Pe1<Pe2，
10≤PeR≤1000···(3)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学层叠体，其中，所述聚乙烯醇缩醛树脂层的厚度为10μm以上800μm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学层叠体，其中，所述聚乙烯醇缩醛树脂层为聚乙烯醇缩丁醛树脂层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学层叠体，其中，所述光学功能层为(B-1)1/2波长板或(B-5)具有P偏光反射功能的膜。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的光学层叠体，其中，所述光学功能层为(B-1)1/2波长板、(B-2)1/4波长板、(B-3)1/2波长板与圆偏光反射层的层叠体、或(B-4)1/4波长板与圆偏光反射层的层叠体。
8.根据权利要求6或7所述的光学层叠体，其中，所述1/2波长板包含聚合性液晶层作为具有转换偏光轴作用的层。
9.根据权利要求7所述的光学层叠体，其中，所述1/4波长板包含聚合性液晶层作为具有转换偏光轴作用的层。
10.一种抬头显示器用功能性玻璃，具备根据权利要求1至9中任一项所述的光学层叠体、及(D)玻璃板。
11.一种抬头显示器系统，具备根据权利要求1至9中任一项所述的光学层叠体、或根据权利要求10所述的功能性玻璃。
12.根据权利要求11所述的抬头显示器系统，其具备所述功能性玻璃，且从显示图像投影装置射出的光入射于所述功能性玻璃的入射角相对于布鲁斯特角α为α-10°至α+10°的范围。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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