JP2009534246A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

ヘッドアップディスプレイ（HUD）の表示領域（４）を備える車両用合わせ窓ガラスを開示する。表示領域は切替可能な液晶ディスプレイ（LCD）である。合わせ窓ガラスは、二つのガラス層と、その間に積層した中間層構造体とを備え、該中間層構造体が、LCD膜を枠組みして内蔵する中間層材料の第一シートを備える。中間層材料は、可塑剤を含まないか、又はLCD膜構造体に拡散しない可塑剤を含むのが好ましい。

Description

本発明はヘッドアップディスプレイに関し、特に自動車用ヘッドアップディスプレイを見るための窓ガラスに関する。

車両のダッシュボード上にある計器は運転手に対して重要な情報を提供するが、運転手がこれらの計器に視線を移すとき、注意が道路から反れる。調査によると、計器パネルと前方の道路との間で視線を繰り返し移すことが、長時間運転中の運転手の疲労を増加させる主要因であることが分かった。繰り返し計器パネルに視線を移す必要性を排除するための対策の一つが、ヘッドアップディスプレイ、すなわちHUDを用いることである。ヘッドアップディスプレイは元来、注意散漫を最小にするため戦闘機のような軍事的用途として開発され、パイロットまたは運転手の視野内に情報を表示するための手段からなる。HUDが自動車に初めて適用されたのは1980年代の終わりであり、車両の窓ガラス上に情報を表示して運転手が計器パネルまたはダッシュボード上に通常示した情報を見ながら前方の道路に容易に集中し得る方法を提供する。

車両において、HUDは映像が窓ガラスで反射して運転手の視野に入るように機能する。映像は窓ガラスの下でダッシュボード上またはダッシュボード中に設けたユニットによって造りだされ、窓ガラスの上方に向けて投影される。かかるユニットは、通常薄膜トランジスタディスプレイ、例えばLCD（液晶ディスプレイ）を照射するLED（発光ダイオード）のような少なくとも一つの光源を備える。着色光源を用いる場合、HUDは着色情報又は印を窓ガラス上に表示することができる。かかる表示をもたらすためには、映像を背後から照射したLCD上に造り、窓ガラス上に投影する。窓ガラス上に直接又はミラー及び／又は偏光板を介して投影を行って鮮明な映像を造り出すことができる。

映像を窓ガラスの主要な視野領域に表示すれば、運転手が道路から視線を絶えず外さずに済むことを確実にするが、表示映像は特に日中状況下で鮮やかなことが必要である。これは、HUDを絶えず点滅しない限り、選択肢がなく眺め続ける運転手に対し注意散漫になる表示をもたらす場合がある。このような状況は、気を散らすよりむしろ苛立ちの原因となり、従来のダッシュボード表示に固有の問題を回避することはできない。

それゆえ、過度の集中力低下または苛立ちをもたらすことなく運転手に重要な情報を表示し得る方法を見出すことが重要である。

本発明は、表示領域が切替可能な液晶ディスプレイであるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の表示領域を備える車両用合わせ窓ガラスを提供することにより上記問題に対処することにある。

専用の表示領域を窓ガラス内に設けることにより、表示したヘッドアップディスプレイ映像の強度を従来のヘッドアップディスプレイシステムに較べて低減して、運転手の集中力低下と疲労の低減をもたらすことができる。

使用時、映像を表示領域に所定の期間投影することが好ましい。HUDの表示領域を窓ガラスの外周部に配置することが好ましい。

合わせ窓ガラスが、第一及び第二のガラス層と、その間に積層した中間層構造体とを備え、該中間層構造体が液晶表示膜を枠組みして内蔵する中間層材料の第一シートを備えることが好ましい。

中間層材料の成分の液晶表示膜への移行を最小にする及び／または可動性液晶表示膜成分の中間層材料への移行を最小にするように前記中間層材料を選択することが好ましい。該中間層材料の成分は可塑剤を含有しないのがより好ましい。或いはまた、前記中間層材料の成分が液晶膜へ移行しない可塑剤を含有するのが好ましい。

中間層構造体が、中間層材料の第二および第三シートを備え、それぞれがガラス層と接触し且つ同一の広がりを有するのが好ましい。前記中間層材料の第一シートは、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルクロライド、またはエチレンとメタクリル酸との共重合体の一つとすることができる。前記中間層材料の第二及び第三シートの少なくとも一つは、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルクロライド、またはエチレンとメタクリル酸との共重合体の一つとすることができる。

合わせ窓ガラスは、更に熱反射性日照調整コーティングを備えるのが好ましい。或いはまた、前記合わせ窓ガラスは、更に熱反射性日照調整コーティングを有するポリエチレンテレフタレート基板と、前記中間層材料の第三シートと第二ガラス層との間に介在した中間層材料の第四シートとを備えることができる。該中間層材料の第四シートは、ポリビニルブチラールまたはエチレンビニルアセテート共重合体であるのが好ましい。

次に、本発明を一例について、以下の図面を引用しながら説明する。

本発明においては、表示領域として窓ガラスのガラス層を当てにするヘッドアップディスプレイを提供するのではなく、特にヘッドアップディスプレイの情報を表示するための表示領域を窓ガラス内に設けることが可能となる。特定の表示領域を設けることにより、表示映像の品質を維持しながら、より強度の低い照明を使用することが可能となる。

図１は、本発明に係わる窓ガラスを用いるヘッドアップディスプレイの概略側面図である。ヘッドアップディスプレイ１は、映像を窓ガラス３に投影するための投影システム２を備える。該投影システム２は、ヘッドアップディスプレイの映像を投影するのに適したあらゆるシステムとすることができる。映像は、窓ガラス３内の特定表示領域４上で該窓ガラス３を嵌め込んだ車両の運転手（及び／又は乗客）に表示される。

図２は、窓ガラス３の一部をより詳細に示す概略斜視図である。窓ガラス３は、徐冷ガラスのようなガラスの第一層６ａ及び第二層６ｂを備え、その間に中間層系７を積層して合わせ窓ガラス構造を形成する。該中間層系７は、中間層材料の三層：第一中間層８ａ、第二中間層８ｂ、そして第一中間層８ａと第二中間層８ｂとの間に積層した第三中間層８ｃとからなる。表示領域４は、中間層系７の第三中間層８ｃに形成した「画像フレーム」構造内に組み込んだ薄膜状液晶装置(LCD)９を備える。この「画像フレーム」は、仕上げ窓ガラスにおける表示領域４の所要位置に応じて、LCD９の少なくとも二辺の周りに広がる。第一中間層８ａ及び第二中間層８ｂは、LCD９を積層した中間層系７の厚さが第一中間層８ａ、第二中間層８ｂおよび第三中間層８ｃの合計厚と同一または実質的に近似するように、第一ガラス層６ａ及び第二ガラス層６ｂ、また第三中間層８ｃ／LCD９と同じ広がりを有する。このような構造は積層構造体内の応力を低減してLCD９に対する層間剥離、割れまたは損傷の可能性を軽減する。そのため、第三層８ｃの厚さをLCD９のものと同じ次数となるように選択する。

図３は、「画像フレーム」の構成と電気結線を示す表示領域４の概略平面図である。LCD９には、窓ガラス３を組み込んだ車両より電力が供給される。２つの電気結線１０ａ，１０ｂが、LCD９から積層構造体を介して窓ガラス３の端部まで伸びている。端子１０ａ，１０ｂを各コネクタ１１ａ、１１ｂの端に設けて、表示領域４を車両の配線用ハーネスに接続することができる。

LCD９は、ポリマーと液晶との混合物（ポリマー分散液晶）からなり通電時に透明である薄膜液晶装置であることが好ましい。かかる液晶装置が、ディスプレイとしての使用に関し米国特許第6.997,592号に開示されている。電力を該膜へ供給すると、液晶分子が整列して入射光が該膜を透過することができる。電力供給を止めると、液晶分子が弛緩して非整列配向状態に戻り、入射光が内部で散乱すると膜が不透明になる。この不透明状態においては、該液晶装置を投影した映像の表示領域として利用することができる。

LCD膜は、窓ガラスに組み込むと、ヘッドアップディスプレイ用表示領域を形成する。電力を供給すると、LCD膜が入射光を透過し、車両の乗客が表示領域を介して眺めることができる。LCD膜への電力供給を止め、表示領域が不透明となると、ヘッドアップディスプレイを形成する映像が窓ガラス上に投影される。

図４は、本発明に係わる表示領域４を含む窓ガラス３を用いたヘッドアップディスプレイの使用時の概略図である。本発明の一般的原理を説明するために、映像１２（表示矢印）を窓ガラス３の角部に表示する。該映像は、その目的に応じて点滅（ダッシュボード上の表示灯が行うように）または一定のままとすることができる。特に、映像を所定時間だけ表示することができる。これは、従来のヘッドアップディスプレイと比較して、運転手の集中力低下を低減する。警告表示や標識、地図あるいは文字のような映像が表示可能である。

表示領域４が窓ガラスの端縁領域に含まれるのが好ましい。これは、電力供給がなく、ある角度（非垂直位置）で眺める場合に、視野領域を形成するLCDがかすんで見える（角度外しヘーズ）からである。かかる現象は、フロントガラス（したがって、ある角度で通常眺める）として設置する窓ガラスに生ずる問題である。フロントガラスに、視野Ａ，Ｂ，Ｃの光透過、寸法及び位置を規定するECE R43を施す。図５は、表示領域４を設置することができ、視野C内にあるフロントガラスの端縁周りの領域１３を示す。フロントガラスの視野A，Bの何れかにあることが要求されるヘッドアップディスプレイに関しては、EP 1 619 541 に開示されたもののように、特に角度外しヘーズを回避するように設計されたLCDを用いるのが望ましい場合がある。サイドウィンドウ及びバスやトラックのフロントガラスのような垂直又はほぼ垂直な窓ガラスに関しては、角度外しヘーズがさほど大きな問題となることはない。

中間層構造体７を形成するのに用いる中間層材料は、EVA（エチレンビニルアセテート共重合体）、PU（ポリウレタン）、PC（ポリカーボネート）、PVC（ポリビニルクロリド）又はエチレンとメタクリル酸の重合体のようなポリマー中間層材料であることが好ましい。該中間層材料は、可塑剤含量が低いか又はゼロであり、若しくはLCDマトリックスポリマー中での移動度が低い可塑剤を有するのがより好ましい。特に、使用する中間層材料がEVAであるのが好ましい。中間層材料に用いる可塑剤のLCD膜への移行、液晶分子のLCD膜から中間層材料のポリマーマトリックスへの拡散が、LCD膜の損傷をもたらす場合がある。明瞭な臨界線が前記膜の端縁の周りに現れ、使用時に表示領域があると受入れ難い外観を付与する。

かかる表示領域を内蔵した合わせ窓ガラスは、下記の方法により製造することができる。まず第一に、電気結線を調製する。母線をLCD膜に適用するか、または予め塗布した母線を備えた膜を用いることができる。表示領域を車両の配線用ハーネスに接続するための電気結線を母線にはんだ付けする。

第二に、はんだ付け完了後、窓ガラス成分を積層用に置く。中間層材料の三つのシート（例えば、PVB中間層の場合にはそれぞれ厚さが0.76mm、0.38mm、0.76mm、またEVA中間層の場合には各厚さが0.76mm）を試料を形成するのに使用すべき二つのガラス層間に配置し、ガラス層の外形寸法までトリミング加工する。前記中間層材料の三つのシートをLCD膜用の「画像フレーム」を切削加工する前の寸法までトリミング加工することにより、前記フレームがトリミング加工中の組合せ積層体からはみ出すのを防止し、大きな隙間を上記LCD膜とフレームとの間に創出する。次いで、上記LCD膜をテンプレートとして用いて0.38mm/0.40mm厚の中間層材料のシートに穴の印を付け、穴を開けてLCD膜を配置する「画像フレーム」を形成する。その後、これら中間層材料のシートと、LCD膜とをガラス上に置いて図２に示す構造体を創出する。第三に、組合わせた窓ガラスを積層する。次いで、各窓ガラスを真空器に入れ、一晩真空下で保持した後、オートクレーブ内で大気圧下105℃で90分間加熱する。

加えて、電気コネクタ１０ａ，１０ｂを掩蔽帯によって隠すことができる。これは、上側のガラス層の端縁の周りで焼成した黒色のセラミックインクの帯で、窓ガラスを車両に保持する接着剤と、電気結線とを覆うように作用する。該帯は２つの目的、第一に審美性、第二に接着剤又は他の成分の紫外線暴露による損傷を防止することにある。また、窓ガラスの底部に設けた掩蔽帯、すなわちカウリングは、該窓ガラス３内の位置に応じて表示領域４の端縁を覆うことができる。

上述したような表示領域４を含む窓ガラスにおいて、太陽光反射膜を外側の透明ガラス層の内表面に設けることが望ましい場合もある。日照調整素子、例えば２層の銀コーティングを有する熱反射コーティングを用いることができる。通常、かかるコーティングにより反射された太陽熱は、気団1.5のISO9050:E(2003)に従い測定して、23％よりも大きい。

むしろコーティングをガラス層の一つに設けるよりも、合わせ窓ガラスの中間層構造体内に含めたPET基板上に太陽光反射コーティング、特に２重層の銀コーティングを包含させるのが望ましい場合がある。図６は、二つのガラス層１６ａ、１６ｂ間に積層した五層の中間層構造体１５を備える窓ガラス１４の概略側面図である。上側のガラス層１６ａは透明であることが好ましい。中間層構造体１５は、第一中間層１７、LCD膜１９を内蔵した第二中間層１８、第三中間層２０、第一PET基板２１、第四中間層２２、熱反射性日照調整コーティングで被覆された第二PET基板２３、そして第五中間層２４を備える。第一、第二及び第三中間層１７、１８、２０は、上述したように、EVA或いは他の適当な中間層材料で形成するのが好ましい。第四中間層はPVBとすることができ、透明でも色付きでも構わない。第五中間層もPVBであることが好ましい。特に、LCD膜１９を、PVB中間層の着色部分が遮光帯を形成する窓ガラスの上部領域に内蔵させることができる。更に、PVB中間層は音響制御特性または日照／熱制御特性を有する場合がある。五層の中間層構造体を用いることにより、障壁がLCD膜１９とPVB中間層との間に設けられて中間層成分の移行による問題を取り除く。

更なる実施態様が請求項の範囲内にあることは、当業者にとって明白である。特に、本発明をヘッドアップディスプレイを引用して説明したが、車両でスクリーンを必要としたあらゆる投影像用の表示領域として本発明の窓ガラスを使用することが可能である。

本発明に係わる窓ガラスを用いたヘッドアップディスプレイの概略側面図である。 本発明に係わる窓ガラスの概略斜視図である。 本発明に係わる表示領域の概略平面図である。 映像を表示するヘッドアップディスプレイの使用時の概略図である。 本発明の窓ガラスを利用し得るヘッドアップディスプレイにおける窓ガラスの領域を示す概略図である。 本発明に係る他の窓ガラスの概略側面図である。

Claims (15)

1. ヘッドアップディスプレイ（HUD）の表示領域を備え、該表示領域が切替可能な液晶ディスプレイであることを特徴とする自動車用合わせ窓ガラス。
2. 前記表示領域上に使用時映像を所定期間投影する請求項１に記載の合わせ窓ガラス。
3. 前記HUDの表示領域を前記窓ガラスの外周部に配置する請求項１または２に記載の合わせ窓ガラス。
4. 第一及び第二のガラス層と、その間に積層した中間層構造体とを備え、該中間層構造体が前記液晶表示膜を枠組みして内蔵する中間層材料の第一シートを備える請求項１乃至３の何れかに記載の合わせ窓ガラス。
5. 前記中間層材料の成分の液晶表示膜への移行を最小にする及び／または可動性液晶表示膜成分の中間層材料への移行を最小にするように前記中間層材料を選択する請求項４に記載の合わせ窓ガラス。
6. 前記中間層材料の成分が可塑剤を含有しない請求項４または５に記載の合わせ窓ガラス。
7. 前記中間層材料の成分が液晶膜へ移行しない可塑剤を含有する請求項４または５に記載の合わせ窓ガラス。
8. 前記中間層構造体が、中間層材料の第二および第三シートを備え、各シートがガラス層と接触し且つ同一の広がりを有する請求項４乃至７の何れかに記載の合わせ窓ガラス。
9. 前記中間層材料の第一シートが、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルクロライドまたはエチレンとメタクリル酸との共重合体のうちの何れかである請求項４乃至８の何れかに記載の合わせ窓ガラス。
10. 前記中間層材料の第二及び第三シートの少なくとも一つが、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルクロライドまたはエチレンとメタクリル酸との共重合体のうちの何れかである請求項８または９に記載の合わせ窓ガラス。
11. 前記窓ガラスが、更に熱反射性日照調整コーティングを備える請求項８乃至１０の何れかに記載の合わせ窓ガラス。
12. 前記窓ガラスが、前記中間層材料の第三シートと第二ガラス層との間に介挿した熱反射性日照調整コーティングを有するポリエチレンテレフタレート基板と、中間層材料の第四シートとを更に備える請求項８乃至１１の何れかに記載の合わせ窓ガラス。
13. 前記中間層材料の第四シートがポリビニルブチラールである請求項１２に記載の合わせ窓ガラス。
14. 前記中間層材料の第四シートがエチレンビニルアセテート共重合体である請求項１２に記載の合わせ窓ガラス。
15. ヘッドアップディスプレイ（HUD）の表示領域を備え、図１乃至６を参照して記載した合わせ窓ガラス。

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