JP2014024265A - 画像表示装置のコンバイナの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工精度が高く、より低廉に画像表示装置のコンバイナを製造する方法を提供する。
【解決手段】コンバイナの製造方法は、樹脂の平板からなる母材基板に、少なくとも半反射膜を成膜する成膜工程（Ｓ１１）と、成膜された母材基板を複数の単体基板に切断する切断工程（Ｓ１２）と、切断された単体基板を成形型に当て成形する型成形工程（Ｓ１３）と、を備え、成形型の外周部の曲率は、コンバイナの設計形状の外周部の曲率よりも大きく形成され、成形型の外周部には、中央部よりも温度を高くする加熱部を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置のコンバイナの製造方法に関する。

ヘッドアップディスプレイと呼ばれる車両用表示装置が知られている。ヘッドアップディスプレイは、車外から入る光を透過すると共に、車内に配置された光学ユニットから投射された画像を反射するコンバイナと呼ばれる光学素子を用いて、車外の風景に重畳して、情報を表示する表示装置である。ヘッドアップディスプレイは、車外の景色を視認している運転者が視線や焦点をほとんど変化させることなく光学ユニットから投射された画像の情報を認識することができるため、車両用の表示装置として近年注目を集めている。

特許文献１は、車両のダッシュボードに搭載させるヘッドアップディスプレイにおいて、Ｘ軸ステージ、Ｚ軸ステージ及び回転ステージを用いることにより、視認できる空間を調整することについて開示している。

特開平１０−２７８６２９号公報

ヘッドアップディスプレイに用いられるコンバイナは、映し出される虚像をユーザが視認できる視認可能領域を決定すると共に、特に凹面により形成される場合には視認される虚像の大きさを決定するため、凹面の曲率（カーブ）が、面内のあらゆる位置についても設計値に対して合致するよう高い加工精度が要求される。そのため、射出成形による製造が行われている。表示性能に対し、凹面形状は、球面や非球面、または所謂、自由曲面として設計される場合がある。

しかしながら、射出成形用の金型は一般的に高コストとなるものであり、特に高い加工精度が要求される製品の製造に使用される金型は高価であるため、製品の代替の製造方法が望まれている。

本発明は、上述の事情に鑑みてされたものであり、加工精度が高く、より低廉に画像表示装置のコンバイナを製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置のコンバイナの製造方法は、樹脂の平板からなる母材基板に、少なくとも半反射膜を成膜する成膜工程と、前記成膜された前記母材基板を複数の単体基板に切断する切断工程と、切断された前記単体基板を成形型に当て成形する型成形工程と、を備え、前記成形型の外周部の曲率は、前記コンバイナの設計形状の外周部の曲率よりも大きく形成され、前記成形型の外周部には、中央部よりも温度を高くする加熱部を有している、ことを特徴とする画像表示装置のコンバイナの製造方法である。
ここで、半反射膜の成膜は、少なくとも誘電体多層膜または金属膜、若しくは誘電体多層膜および金属膜とを成膜することとしてもよい。

本発明の画像表示装置のコンバイナの製造方法によれば、加工精度が高く、より低廉にコンバイナを製造することができる。

本実施形態に係るコンバイナが使用されるヘッドアップディスプレイの一例を示す図である。 本実施形態に係るコンバイナの製造方法の概略を示すフローチャートである。 図２の成膜工程の詳細な工程を示すフローチャートである。 図３の成膜基板に成膜された膜について概略的に示す図である。 切断工程において切断される成膜後の母材基板を示す図である。 プレス成形工程を説明するための図である。 成形型Ａの形状と、成形型Ａを用いてプレス成形された単体基板の形状とを比較した図である。 成形型Ｂの形状と、成形型Ｂを用いてプレス成形された単体基板の形状とを比較した図である。 加熱ブロックが配置された凹型成形型について示す図である。 外周部に切り欠きを有する単体基板を示す図である。 プレス成形工程における変形のさせ方の違いによる変形量の推移について示すグラフである。 反射防止膜又は半反射膜の誘電体多層膜間、並びにこの誘電体多層膜及びハードコート膜間に緩衝層を成膜した例について示す図である。 規制部材を有する凹型成形型を示す図である。 図１３に示された規制部材とは別の形状の規制部材であり規制部材が加熱部材となる構造を有する凹型成形型を示す図である。 単体基板のノッチを規制部材に合わせて配置した凹型成形型を示す図である。 規制部材に合わせて単体基板が配置された、レーザ位置合わせ基準位置を有する凹型成形型を示す図である。 単体基板の真空成形を用いた成形について説明するための図である。 真空成形用の凹型成形型の一例について示す図である。 多孔性セラミックにより形成された真空成形用の凹型成形型について示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１には、本実施形態に係る製造方法により製造されたコンバイナ４００が使用されるヘッドアップディスプレイ１００の一例が示されている。ヘッドアップディスプレイ１００は車両のルームミラー６００に取付けられて使用され、ヘッドアップディスプレイ１００のコンバイナ４００は、投射部３００から投射される画像表示光を反射してユーザに虚像として認識させるとともに、車外の景色を透過してユーザに視認させる。図１では、投射部３００が「Ａ」の文字の画像表示光をコンバイナ４００に投射している。ユーザはコンバイナ４００を見ることで、「Ａ」の文字が、ユーザから例えば１．７ｍ〜２．０ｍ前方（車両前方）に表示されているかのように認識する、すなわち虚像４５０を認識することができる。ここで、投射部３００からコンバイナ４００に投射される画像表示光の中心軸を投射軸という。

図２は、本実施形態に係るコンバイナ４００の製造方法の概略を示すフローチャートである。このフローチャートに示されるように、コンバイナ４００の製造方法は、順に、成膜工程（ステップＳ１１）、切断工程（ステップＳ１２）、成形工程（ステップＳ１３）及び外形切断工程（ステップＳ１４）で構成されている。成膜工程では、コンバイナ４００となる単体基板２０（後述）の複数が一体の基板となった母材基板１０（後述）に対して、半反射膜等の膜を積層する。切断工程では、成膜された母材基板である成膜基板１１を複数の単体基板２０に切断し、成形工程では、熱せられて軟化された単体基板２０を型に当てて変形させる。外形切断工程では、最終形状であるコンバイナ４００の外形に沿って単体基板２０を切断する。

図３は、図２の成膜工程（ステップＳ１１）における詳細な工程について示すフローチャートであり、図４は成膜基板１１に成膜された膜について概略的に示す図である。図３のフローチャートに示されるように、成膜工程では、ハードコート処理工程（ステップＳ２１）において、ＰＭＭＡ（PolyMethylMethAcrylate）やＰＣ（PolyCarbonate）等の樹脂からなる母材基板１０の両面に、表面硬度、耐擦傷性を向上させるためのハードコート膜１２を生成する既知のハードコート処理を行う。ハードコート処理には、真空蒸着等の蒸着処理及びコート液に浸けるディップコート処理等を用いることができる。次に、反射防止膜成膜工程（ステップＳ２２）において、母材基板１０の片面側にハードコート膜１２の上から誘電体多層膜からなる反射防止膜１３を成膜する。続いて、半反射膜成膜工程（ステップＳ２３）において、母材基板１０の反射防止膜が形成された側とは反対側の面にハードコート膜の上から半反射膜１４を成膜する。半反射膜１４は誘電体多層膜のみ、金属膜のみ、誘電体多層膜と金属膜との両方を備える等の構成が考えられる。反射防止膜成膜工程及び半反射膜成膜工程には、真空蒸着等の蒸着処理を用いることができる。

最後に、防汚コート処理工程（ステップＳ２４）において、母材基板１０の両面に防汚撥水撥油層１５を成膜する防汚コート処理を行う。防汚コート処理には、真空蒸着等の蒸着処理及びコート液に浸けるディップコート処理等を用いることができる。上述した成膜に用いられる材料には周知の材料を用いることができる。本工程は一例であり、コンバイナに求められる性能により、各成膜工程を省略することができる。例えば、必要に応じて防汚コート、反射防止膜、ハードコート処理を各々省いたとしてもよい。

図５には、切断工程（ステップＳ１２）において切断される成膜基板１１について示す図である。成膜基板１１は、この図の切断線１８で切断されることにより、複数の成膜された単体基板２０となる。なお、切断には周知のプラスチック切断機を使用することができる。

図６は、成形工程（ステップＳ１３）の一つであるプレス成形工程を説明するための図である。この図に示されるように、プレス成形工程の成形型は、凹型成形型３１及び凸型成形型３２からなる。これらの成形型は木型であっても金属型であってもよく、木型の場合には単体基板２０との接触面に保護シートを設けてもよい。加熱により軟化された単体基板２０は、凹型成形型３１及び凸型成形型３２の間に挟まれ、押圧されることにより変形し、略型形状に加工される。単体基板２０は、押圧後、所定時間経過してから、冷却され、凹型成形型３１及び凸型成形型３２が引き離されることにより、取り出される。

図７には、成形型Ａの形状と、成形型Ａを用いてプレス成形された単体基板２０の形状とを比較した図である。この図に示されるように、プレス成形後の単体基板２０の形状は、成形型Ａの形状とは一致せず、単体基板２０の外周部においてスプリングバックと呼ばれる戻りが生じているのがわかる。従って外周部の曲率は成形型と比較して小さくなる。

図８には、外周部において設計形状より曲率が大きい成形型Ｂを作製し、プレス成形を行った際の成形型Ｂの形状と、成形型Ｂを用いてプレス成形された単体基板２０の形状とを比較した図である。このように形成された単体基板２０は、成形型Ａの形状、すなわちコンバイナ４００の設計形状と略一致する。したがって、外周部において設計形状より曲率が大きい成形型Ｂを使用することにより、スプリングバックによる戻りを利用して設計形状に加工することができる。

また、図９には、加熱部である加熱ブロック３８及び加熱ブロック３９が配置された凹型成形型が示されている。ここで、外周部の加熱ブロック３９は、中央部の加熱ブロック３８より高温で加熱するように制御されることにより、スプリングバックを抑えた成形を可能としている。この外周部により加熱させる加熱ブロックを配置させる例においては、図７及び図８で示したような、コンバイナの設計形状と同じ形状の成形型Ａ、及び外周部において設計形状より曲率が大きい成形型Ｂのいずれの成形型を用いてもよく、それぞれを用いた工程において、押圧の圧力及び時間を制御することにより、より適正な形状とすることができる。なお、図９においては、加熱ブロックは外周部と中央部の両方に配置されることとしたが、外周部のみに配置され、内周部より高温で加熱させることとしてもよい。また、図１０には、外周部に切り欠き２８を有する単体基板２０が示されている。切り欠きは切断工程時に形成されるものとし、このような切り欠き２８を有する単体基板２０とすることにより、成形工程時には、切り欠き２８を有する周縁部の曲率は成形型に沿った形状となりやすくなるため、スプリングバックを抑えた成形とすることができる。

図１１は、プレス成形工程における変形のさせ方の違いによる変形量の推移について示すグラフである。成膜工程において単体基板２０に積層された各層の応力歪み関係は異なるため、プレス成形工程においては、層間でクラックが発生する恐れがある。そのためプレス成形において、クラックの発生を抑えることが必要となる。グラフのＡの曲線は、単体基板２０に対して、一度の成形工程（加熱、押圧及び冷却）で完全に成形させてしまう場合について示すものである。この場合には、短時間で成形を完了することができる反面、層間での歪みによるクラックが発生しやすい加工方法となる。一方、グラフのＢの曲線は、成形工程を４回の成形工程（加熱、押圧及び冷却）に分け、次第に押圧の程度を上げていくことにより、段階的に変形させる例について示すものである。このように複数回に分けて成形工程を行う場合には、各回の成形工程における変形量が小さく、また層間で生じる歪みは各成形工程に移る際の冷却後の加熱により緩和されるため、クラックの発生を抑制することができる。また、グラフのＣの曲線は押圧の量を所定時間かけて連続的に変化させた場合の変形量について示している。この場合においても、時間をかけて押圧していくことにより、変形による層間の歪みを緩和しながら、少しずつ変形を進行させていくため、クラックの発生を抑制することができる。

また、クラックの発生を抑えるために、成膜工程において予め歪みを吸収する緩衝層１９を設けておくことができる。図１２には、反射防止膜１３又は半反射膜１４の誘電体多層膜間、並びにこの誘電体多層膜及びハードコート膜１２間に緩衝層１９を成膜した例について示されている。緩衝層１９は、誘電体多層膜及びハードコート膜１２と比較して、歪み量に対する応力の小さな周知の材料を用いることができ、蒸着等の周知の成膜工程により形成されることができる。このように緩衝層１９を設けることにより、成形工程等において生じる各層間の歪み量を緩和させることができるため、クラックの発生を抑えることができる。図１２では、反射防止膜１３又は半反射膜１４の誘電体多層膜間、並びにこの誘電体多層膜及びハードコート膜１２間のすべてに緩衝層１９を成膜することとしたが、いずれか１つの層に緩衝層１９を設けることでもよい。一方、熱膨張によるクラックが懸念される場合には、緩衝層１９の熱膨張率を、緩衝層１９を挟む２つの膜の熱膨張率の間の値の熱膨張率となるような緩衝層１９の材料を選ぶこととしてもよい。

コンバイナ４００の凹面は、想定される使用環境を考慮して非対称に設計されることも多く、外形と外形中心は凹面のカーブの設計形状と合わせて形成される必要があり、カーブ形状と外形及び外形中心がずれて形成された場合には、ユーザは所定の位置で虚像を視認できなくなる恐れがある。そのため、外形切断工程（ステップＳ１４）においては、凹面の成形形状に合わせた位置合わせを行い、コンバイナ４００の外形に沿った切断を行う必要がある。

図１３には、プレス成形時において、単体基板２０が規制部材３３を有する凹型成形型３１に設置される様子が示されている。規制部材３３は、長方形の単体基板２０の長辺のと短辺に一カ所ずつ接するように取付けられ、プレス成形時にこれらの辺にＶ字形状のノッチ２２を形成する。外形切断工程において、このノッチ２２を基準にして外形を切断することにより、単体基板２０の凹面形状に合わせて、外形を切断することができる。図１４には、規制部材に代わり別の形状の加熱部材３４を有する凹型成形型３１が示されている。この図に示されるように切断位置である外形線に合わせて加熱部材３４を設置して、単体基板２０に跡をつけることにより、この跡を基準にして外形を切断することにより、単体基板の凹面形状に合わせて、外形を切断することとしてもよい。また、図１５に示されるように、あらかじめ切断工程（ステップＳ１２）において、ノッチ２３を形成しておくことにより、プレス成形工程において、凹型成形型３１に形成された規制部材３５に合わせてプレス成形を行い、外形切断工程において同じノッチ２３を基準にして外形を切断することとしてもよい。なお、ノッチ２３は、図１０に示された切り欠き２８を流用し、切り欠き２８を基準にして外形を切断するものであってもよい。また、図１６には、規制部材３６及びレーザ位置合わせ基準位置３７を有する凹型成形型３１が示されている。この場合には、プレス成形工程時に、規制部材３６に沿って設置された単体基板２０に対して、レーザ位置合わせ基準位置３７で位置合わせを行ったレーザ装置によりレーザが照射されマーキングされる。このマーキングを基準にして外形を切断することにより、単体基板２０の凹面形状に合わせて、外形を切断することができる。

上述のノッチ２２及び２３を含む位置合わせのためのマーキングは、マーキングの形状により１カ所であっても位置合わせを行うことができる。また、マーキングは、上述のノッチ２２及び２３のように２カ所とすることもできるし、３カ所以上であってもよい。つまり、型成形工程では、単体基板の少なくとも１カ所にマーキングを行い、外形切断工程では、マーキングに基づいた外形に沿って切断されることができる。また、マーキングは、型成形工程時に加熱部材が当てられて形成されることとしてもよく、型成形工程時にレーザ照射により形成されることとしてもよい。更に、マーキングは、切断工程時に単体基板の外形に形成されるノッチでもよく、この場合には型成形工程において、単体基板はノッチに合わせて成形型に配置されることとしてもよい。

なお、外形の切断には、ＮＣ（Numerical Control）加工及び型抜き加工等の加工方法を用いることができる。また、上述したノッチ２２及び２３、加熱部材の跡、レーザーマーキング等は外形の切断の際に切り落とされることができる。一方、ステップＳ１２の切断工程における切断で既にコンバイナ４００の外形となっている場合には、ステップＳ１４の外形切断工程を行わないこととしてもよい。

上述の実施形態においては、曲げ加工としてプレス成形を用いることとしたが、真空成形を用いることとしてもよい。図１７は、単体基板２０の真空成形を用いた成形について示している。真空成形では、加熱により軟化させられた単体基板２０を凹型成形型４１に重ね、凹型成形型４１の表面に開けられた真空吸着孔を減圧することにより、単体基板２０を凹型成形型４１に密着させ成形させる。図１８には、凹型成形型４１の一例である凹型成形型４３が示されている。真空成形においても、プレス成形と同様にスプリングバックが発生する。凹型成形型４３では、スプリングバックの低減を図るため、真空吸着孔４４を放射状に設けると共に、より外周側の孔数を増やすようにしている。これにより、単体基板２０の外周部分がより型に密着されるため、スプリングバックの低下を図ることができる。なお、凹型成形型４１はアルミニウム又はアルミニウム合金等により形成されることができる。また、図１９には、凹型成形型４１の他の例である凹型成形型４５が示されている。凹型成形型４５は、多孔性セラミックにより形成されており、多数の微細な孔で減圧されるため、より型に密着し、スプリングバックの低減を図ることができる。また、このような真空成形と上述のプレス成形を組み合わせた複合的な成型方法を用いてもよく、この場合には、よりスプリングバックを低減することができる。

以上説明したように、本実施形態のコンバイナの製造方法によれば、高価な金型を必要とする射出成形と比較して、安価な成形型により精度よくコンバイナを製造することができる。

また、射出成形では、凹面を鏡面に近い仕上げにすることは難しいが、プレス成形・真空成形を用いる場合には、加工前の母材が平坦で鏡面に近いため、加工後においても鏡面に近い面の状態とすることができ、ハーフミラーとして用いられるコンバイナに適している。

また、本実施形態のコンバイナの製造方法は、一度に多数の基板に対し成膜することができるため、コンバイナ１枚に対する工程数を削減することができ、短期間により多量の生産を行うことができる。

また、上述の実施形態においては、例として車両用の画像表示装置に用いられるコンバイナとしたが、航空機等の他の乗り物に備え付けられる画像表示装置、遊園地等のアトラクションに使用される画像表示装置等その他の画像表示装置のコンバイナとして用いることができる。

１０ 母材基板、１１ 成膜基板、 １２ ハードコート膜、 １３ 反射防止膜、 １４ 半反射膜、 １５ 防汚撥水撥油層、 １８ 切断線、 １９ 緩衝層、 ２０ 単体基板、 ２２，２３ ノッチ、 ３１ 凹型成形型、 ３２ 凸型成形型、 ３３ 規制部材、３４ 加熱部材、 ３５，３６ 規制部材、 ３７ 基準位置、 ３８，３９ 加熱ブロック、 ４１，４３ 凹型成形型、 ４４ 真空吸着孔、 ４５ 凹型成形型、 ４００ コンバイナ。

Claims (5)

1. 画像表示装置のコンバイナの製造方法であって、
   樹脂の平板からなる母材基板に、少なくとも半反射膜を成膜する成膜工程と、
   前記成膜された前記母材基板を複数の単体基板に切断する切断工程と、
   切断された前記単体基板を成形型に当て成形する型成形工程と、を備え、
   前記成形型の外周部の曲率は、前記コンバイナの設計形状の外周部の曲率よりも大きく形成され、
   前記成形型の外周部には、中央部よりも温度を高くする加熱部を有している、ことを特徴とする画像表示装置のコンバイナの製造方法。
2. 請求項１に記載のコンバイナの製造方法であって、
   前記型成形工程は、プレス成形工程であり、
   前記プレス成形工程は、段階的に行われる複数の段階プレス成形工程を有し、
   前記複数の段階プレス成形工程は、時間順に押圧の程度が大きくなる、ことを特徴とするコンバイナの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のコンバイナの製造方法であって、
   前記型成形工程は、真空成形工程であり、
   前記成形型の真空吸着孔は放射状に設けられ、前記成形型の外側の前記真空吸着孔の数は、内側の前記真空吸着孔の数より多い、ことを特徴とするコンバイナの製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンバイナの製造方法であって、
   前記型成形工程は、真空成形工程であり、
   前記成形型は、多孔性セラミックにより形成されている、ことを特徴とするコンバイナの製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンバイナの製造方法であって、
   前記成膜工程は、前記半反射膜に接し、または前記半反射膜を成す一つの層に接し、膜間の歪みを緩和する緩衝層を成膜する緩衝層成膜工程を有している、ことを特徴とするコンバイナの製造方法。

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