JP5101257B2

JP5101257B2 - ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム、ヘッドアップディスプレイ及び移動体

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Publication number: JP5101257B2
Application number: JP2007304029A
Authority: JP
Inventors: 直忠岡田; 一男堀内; 治彦奥村; 隆佐々木
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Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2012-12-19
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Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム、ヘッドアップディスプレイ及び移動体に関する。

車両や航空機等の移動体のフロントガラスに各種の運行情報を表示し、外の背景視野の画像情報と同時に運行情報を視認する、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）において、フロントガラスの内側と外側の空気界面では、それぞれ３〜４％の反射があり、これにより、投影された像が二重に写り、視認性が悪化する。
これに対し、フロントガラスの外側に低反射層を設け、外側の反射率を低下させる方法があるが、例えば雨天時に、低反射層の上に水の層が形成されると効果がなくなる。
一方、２分の１波長板を用い、Ｓ偏光の光をブリュースター角でフロントガラスに入射させる方法が提案されているが（特許文献１）、この場合、Ｓ偏光を通さない偏光サングラスを掛けた時に像が見えなくなるという問題があった。
米国特許第７１５８０５９Ｂ２号明細書

本発明は、上記の課題に基づいたものであり、その目的は、偏光サングラスを使用しても視認でき、ガラスの外面での反射率を雨天時を含め低下させ、表示面での反射率が高い、良好な視認性を実現するヘッドアップディスプレイ用光学フィルム、ヘッドアップディスプレイ及び移動体を提供することである。

本発明の一態様によれば、入射光の偏光面を９０度変換する第１の光学層と、入射光の偏光面を９０度変換する第２の光学層と、前記第１の光学層と前記第２の光学層とに接し、前記第１の光学層の屈折率とも前記第２の光学層の屈折率とも異なる屈折率を有し、ＴｉＯ _２、ＺｒＯ _２、Indium Tin Oxide、ＨｆＯ _２及びＴａ _２Ｏ _５の少なくともいずれかからなる粒子と、前記粒子が混合された樹脂と、を含む中間光学層と、を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ用光学フィルムが提供される。

本発明の別の一態様によれば、上記のヘッドアップディスプレイ用光学フィルムと、前記光学フィルムに対してＰ偏光の光束をブリュースター角で入射させる投光部と、を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイが提供される。

本発明の別の一態様によれば、略板状の透明板と、上記のヘッドアップディスプレイと、を備え、前記ヘッドアップディスプレイ用光学フィルムは、前記透明板の主面に設けられたことを特徴とする移動体が提供される。

本発明によれば、偏光サングラスを使用しても視認でき、ガラスの外面での反射率を雨天時を含め低下させ、表示面での反射率が高い、良好な視認性を実現するヘッドアップディスプレイ用光学フィルム、ヘッドアップディスプレイ及び移動体が提供される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ用光学フィルムの構成を例示する模式図である。
図１に表したように、第１の実施形態のヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０は、入射光の偏光面を９０度変換する第１の光学層２１０と、入射光の偏光面を９０度変換する第２の光学層２３０と、それら第１の光学層２１０と第２の光学層２３０に挟まれた中間光学層２２０と、を有している。そして、中間光学層２２０の屈折率ｎ_２は、前記第１の光学層２１０の屈折率ｎ_１とも異なり、前記第２の光学層２３０の屈折率ｎ_３とも異なるように設定されている。

第１の光学層２１０と第２の光学層２３０は、例えば有機樹脂の延伸フィルムからなる２分の１波長板で構成でき、これにより、入射光のＰ偏光をＳ偏光に変換する、あるいは、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する機能を持つ。

このような構成のヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０に、ブリュースター角θ_Ｂの入射角で、Ｐ偏光の入射光１１０を入射させる。すなわち、第１の光学層２１０の第１の主面２１１に、ブリュースター角θ_ＢでＰ偏光の入射光１１０が入射する。入射光１１０は、第１の光学層２１０中を伝搬し、第１の光学層２１０の第２の主面２１２に到達する。ここで、第１の光学層２１０の屈折率ｎ_１と中間光学層２２０の屈折率ｎ_２とが異なっているので、第１の光学層２１０と中間光学層２２０との界面において、入射光は反射し、第１の反射光１２１を生じる。この時、第１の光学層２１０の第２の主面２１２においては、入射光はＳ偏光に変換されているので、Ｓ偏光の反射率が得られる。例えば、第１の光学層２１０の屈折率ｎ_１を１．５とし、中間光学層２２０の屈折率ｎ_２を２．０とすると、第１の光学層２１０と中間光学層２２０との界面における第１の反射光１２１の反射率は約３．５％となる。そして、この第１の反射光１２１は、第１の光学層２１０と中間光学層２２０の界面においてＳ偏光で反射した後、第１の光学層２１０の中を伝搬し、第１の光学層２１０の第１の主面２１１に到達する。この時、第１の反射光１２１はＰ偏光となる。従って、第１の反射光１２１は、Ｐ偏光の状態で、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０を出射する。

一方、入射光１１０は、中間光学層２２０の中を伝搬し、中間光学層２２０と第２の光学層２３０との界面（第２の光学層２３０の第１の主面２３１）に到達する。ここで、中間光学層２２０の屈折率ｎ_２と第２の光学層２３０の屈折率ｎ_３とが異なっているので、中間光学層２２０と第２の光学層２３０との界面において、入射光は反射し、第２の反射光１２２を生じる。この時、中間光学層２２０においては、Ｓ偏光で光が伝搬しているので、Ｓ偏光の反射率が得られる。例えば、第２の光学層２３０の屈折率ｎ_３を１．５とし、中間光学層２２０の屈折率ｎ_２を２．０とすると、中間光学層２２０と第２の光学層２３０との界面における第２の反射光１２２の反射率は約３．５％となる。そして、この第２の反射光１２２は、中間光学層２２０と第２の光学層２３０との界面においてＳ偏光で反射した後、中間光学層２２０及び第１の光学層２１０の中を伝搬し、第１の光学層２１０の第１の主面２１１に到達する。この時、第２の反射光１２２はＰ偏光となる。従って、第２の反射光１２２は、Ｐ偏光の状態で、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０を出射する。

これら第１の反射光１２１と第２の反射光１２２とを、ヘッドアップディスプレイの表示として視認できる。すなわち、第１の反射光１２１と第２の反射光１２２との和の合計反射光１２０を視認できる。この合計反射光１２０の反射率は、第１の反射光１２１と第２の反射光１２２の反射率の和となり、上記の例では約７％の明るさで表示を視認することができる。しかも、これら第１の反射光１２１と第２の反射光１２２とは、いずれもＰ偏光なので、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラスを使用しても視認できる。

このように、図１に例示したヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０によれば、Ｐ偏光の入射光を効率良く反射させ、Ｐ偏光の状態で反射光を生成できる。
なお、上記において、第１の光学層２１０と中間光学層２２０との界面、及び、中間光学層２２０と第２の光学層２３０の界面において、Ｓ偏光の反射率が得られたが、もし、Ｐ偏光がこれら界面に入射した場合は、Ｐ偏光の反射率は約１％であり、合計で約２％程度の反射率しか得られず、明るい表示はできない。
これに対し、図１に例示したヘッドアップディスプレイ用光学フィルムは、第１の光学層２１０に、入射光の偏光面を９０度変換する２分の１波長板を用いているので、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換でき、第１の光学層２１０と中間光学層２２０との界面、及び、中間光学層２２０と第２の光学層２３０の界面において、Ｓ偏光の高い反射率が得られる。

さらに、図１に例示したヘッドアップディスプレイ用光学フィルムは、第２の光学層２３０として、入射光の偏光面を９０度変換する２分の１波長板を用いている。これにより、Ｓ偏光で第２の光学層２３０に入射した光は、第２の光学層２３０の第２の主面２３２においては、Ｐ偏光に変換されている。そして、入射角をブリュースター角θ_Ｂとしているので、第２の光学層２３０の第２の主面２３２における第４の反射光１３２の反射率は、実質的に０とすることができる。なお、第１の光学層の第１の主面２１１の反射光１３１の第３の反射率は、入射角がブリュースター角θ_Ｂのため反射率は０となる。

このように、図１に例示したヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０によって、光学フィルムの外側の反射光（第４の反射光１３２）の反射率を実質的に０とし、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０の内側の中間光学層２２０における高い反射率が得られる。そして、Ｐ偏光を用いているので、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラスを掛けても視認性が低下しない。

なお、第１の光学層２１０や第２の光学層２３０としては、例えば、有機樹脂の延伸フィルムからなる２分の１波長板を用いることができる。この場合、用いる有機樹脂にもよるが、１．４５〜１．６の屈折率が得られる。
また、上記の光学中間光学層２２０としては、高屈折率樹脂として、高屈折率のＴｉＯ_２やＺｒＯ_２からなる、例えば粒径が５０ｎｍ以下の微粒子をエポキシ樹脂に混合したものを用いることができる。この時、１．８〜２．２の屈折率が得られる。また、ＴｉＯ_２やＺｒＯ_２などの高屈折材料を第１の光学層２１０又は第２の光学層２３０の表面にスパッタリング等の方法により成膜したものでも良い。さらに、中間光学層２２０としては、低屈折率材料を用いることができる。この場合、低屈折材料としては、例えば多孔性シリカ材料を用いることができる。これにより、約１．３の屈折率が得られる。

また、上記において、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルムにはＰ偏光を入射させるが、このＰ偏光は、例えば、直線偏光のレーザや偏光フィルタにより直線偏光とされたＬＥＤや各種ランプ、あるいは、偏光板を用いた各種の液晶ディスプレイ、ＭＥＭＳ（ Micro-electro-mechanical System）光学スイッチと偏光フィルタを組み合わせたもの等を用いることによって実現できる。
なお、上記において、第１の反射光１２１と第２の反射光１２２とで、中間光学層２２０の厚みに応じた光束のずれ生じるが、中間光学層２２０の厚みを、例えば数十マイクロメートル以下に薄くすることで、このずれは実用上問題とならない。

なお、ブリュースター角θ_Ｂは、入射側媒質の屈折率をｎ_ｉ、出射側媒質の屈折率をｎ_ｏとした時、Ａｒｃｔａｎ（ｎ_ｏ／ｎ_ｉ）で表される。本実施形態の場合、入射側媒質は空気とすることができ、この時ｎ_ｉ＝１である。そして、第１の光学層２１０として、有機樹脂の延伸フィルムからなる２分の１波長板を用い、その屈折率が１．５１の場合、厳密なブリュースター角θ_Ｂは５６．５度となる。この時、Ｐ偏光の反射率は０となるが、入射角が厳密なブリュースター角θ_ＢからずれてもＰ偏光の反射率は急激には大きくはならないので、実用的には、入射角は、厳密なブリュースター角θ_Ｂからずれても良い。本願明細書において、「ブリュースター角で入射」という場合には、厳密なブリュースター角θ_Ｂを中心としてプラスマイナス５度の範囲も含むものとする。
なお、上記において、各屈折率は可視光に対する屈折率とすることができ、代表的には５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率とすることができる。なお、上記の光学設計において、第１の光学層２１０、中間光学層２２０、第２の光学層２３０のそれぞれの屈折率の波長分散を考慮に入れ、また、視感度補正した特性に基づいて、第１の光学層２１０、中間光学層２２０、第２の光学層２３０の各特性を適切に設定することができる。

なお、第１の光学層２１０と第２の光学層２３０は、入射光の偏光面を９０度変換するが、この「９０度」とは厳密な角度を示してはおらず、入射光のＰ偏光を実質的にＳ偏光に変換する、あるいは、入射光のＳ偏光を実質的にＰ偏光に変換する機能を持てば良く、さらには、表示に用いる光の実質的な波長に関して、Ｐ偏光とＳ偏光とを互いに変換できる機能とすれば良い。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイについて説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。
図２に表したように、第２の実施形態のヘッドアップディスプレイ２０は、上記で説明したヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０と、この光学フィルム１０にＰ偏光の光束をブリュースター角で入射させる投光部３００と、を備える。光源３１０から出射した光束３１５は、反射部３２０で反射した後、スクリーン３３０、レンズ３４０を経て、入射光１１０として、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０に入射する。そして、反射光１２０を生じ、視認者の目５１０に到達する。そして、視認者は、虚像３５０を視認することができる。

図２の例では、例えば、光源３１０と反射部３２０との距離を１００ｍｍ、反射部３２０とスクリーン３３０との距離を５０ｍｍ、スクリーン３３０からヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０との距離を２００ｍｍ、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０と視認者の目５１０との距離を１０００ｍｍに設定できるが、これは一例であり、これには限定されない。
また、図２に例示したヘッドアップディスプレイ２０では、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０は、略板状の透明板２４０の主面に設けられている。透明板２４０は、例えば、車両などのフロントガラスとすることができる。

上記のヘッドアップディスプレイ２０において、光束３１５がヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０へ入射する際、光束３１５がＰ偏光となるようにされる。これには、光源３１０として、直線偏光のレーザや偏光フィルタにより直線偏偏光とされたＬＥＤや各種ランプ、あるいは、偏光板を用いた各種の液晶ディスプレイ、ＭＥＭＳ（ Micro-electro-mechanical System）光学スイッチと偏光フィルタを組み合わせたものなどを用いることで実現できる。また、偏光フィルタ（図示しない）を、光路中に設けることによっても実現できる。なお、上記のヘッドアップディスプレイ２０では、投光部３００として、光源３１０、反射部３２０、スクリーン３３０、レンズ３４０を用いた例を示したが、これに限らず、上記の各種レーザ、ＬＥＤ、各種ランプ、偏光フィルタ、各種液晶ディスプレイ、ＭＥＭＳ等の光学スイッチ等を用いた各種の構成を用いることができる。

さらに、入射角が、ブリュースター角θ_Ｂの近傍となるように設定される。入射角の設定は、図２に例示した、光源３１０、スクリーン３３０、レンズ３４０、透明板２４０の配置を適切に設計することによって実現できる。
なお、既に説明したように、実用的には、入射角は、厳密なブリュースター角θ_Ｂからずれても良く、望ましくは、入射角は、ブリュースター角θ_Ｂに対してプラスマイナス５度の範囲内に制御される。

これにより、本実施形態のヘッドアップディスプレイ２０は、図１で説明したように、Ｓ偏光の光を通さない偏光サングラスを通しても視認でき、高い反射率を有する視認性の高い表示が得られる。

さらに、本実施形態のヘッドアップディスプレイにおける、晴天時と雨天時の特性について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの特性を例示する模式図である。
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ晴天時、雨天時の特性を例示する模式図である。なお、本図においては、光源３１０、スクリーン３３０、レンズ３４０は省略されている。
図３（ａ）に表したように、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０が、透明板２４０の第１の主面２４１に設けられている。透明板２４０は、例えば、車両などのフロントガラスであり、透明板２４０の第１の主面２４１は車両の車内側である。透明板２４０の第２の主面２４２は、車外に面した面であり、晴天時は、空気と接している。そして、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０にＰ偏光の入射光１１０を入射させる。透明板２４０は、例えばガラスで構成され、この時の屈折率は、約１．５となる。また、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の有機樹脂を用いることができ、この時、屈折率は、１．４９〜１．５９程度となる。

この時、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム１０の反射光１２０は、図１で説明したように、Ｐ偏光であり、また、その反射率は、約７％となり、明るい表示が得られる。また、第２の光学層２３０と透明板２４０の屈折率を同程度としておけば、第２の光学層２３０と透明板２４０の界面での反射は実質上生じない。
さらに、入射光１１０をブリュースター角θ_Ｂで入射させているため、透明板２４０と外界との界面（透明板２４０の第２の主面２４２）における反射率は実質的に０とすることができ、透明板２４０と外界との界面における反射光１４２を実質的に生じさせない。このように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ２０は、晴天時において、Ｐ偏光による明るい表示を実現でき、外界との界面での反射もなく良好な表示が得られる。

一方、図３（ｂ）に表したように、雨天時には、透明板２４０の第２の主面２４２に、水の層２５０が形成される。水の層２５０の屈折率は１．３３であり、水の層２５０と外界との界面（水の層２５０の第２の主面２５２）における反射率は、０．１％以下となる。従って、水の層２５０と外界との界面での反射光１５２は、低輝度であり、実用的には無視できる。

このように、図２、図３に例示したヘッドアップディスプレイ２０は、晴天時も雨天時も、外界との界面での反射を実質的に解消できる。
なお、透明板２４０の屈折率は、上に例示したように、水の屈折率とほぼ同じに設定できるので、透明板２４０と水の層２５０との界面での反射は小さく、これも実用的には無視できる。

このように、図２、図３に例示したヘッドアップディスプレイ２０は、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラスを使用しても視認でき、ガラスの外面での反射率を雨天時を含め低下させ、表示面での反射率が高い、良好な視認性の表示を行うことができる。

（第１の比較例）
図４は、第１の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。
図４に表したように、第１の比較例のヘッドアップディスプレイ５１は、透明板７４０を有し、光源８１０で生成された光束８１５は反射部８２０を経て、入射光６１０となり、透明板７４０に投影され、表示を行う。なお、本図では、スクリーン、レンズは省略されている。そして、透明板７４０に、例えば、ガラスを用いた場合、透明板７４０の第１の主面７４１での反射光６２１と、透明板７４０の第２の主面７４２における第２の反射光６２１とは、共に反射率が約３．５％となる。従って、第１の反射光６２１と第２の反射光６２２とは、ほぼ同じ明るさで視認される。この時、透明板７４０の厚さは、通常数ミリメートル程度であり、第１の反射光６２１と第２の反射光６２１の光路に大きなずれが生じる。このため、パララックス（２重写りの現象）が生じ、２重像６３０が視認され、非常に視認性が悪い。

（第２の比較例）
第２の比較例は、このパララックス（２重写りの現象）を低減するために、透明板２４０の外側に低反射層を設けたものである。
図５は、第２の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。
図５（ａ）、（ｂ）は、第２の比較例のヘッドアップディスプレイの、それぞれ、晴天時と雨天時の特性を例示している。
図５（ａ）に表したように、第２の比較例のヘッドアップディスプレイ５２では、透明板７４０の第２の主面７４２に低反射層７６０が設けられている。低反射層７６０は、透明板７４０の屈折率と外界の空気の屈折率とを調整する屈折率を有する層であり、例えば、透明板２４０の第２の主面７４２にスパッタリングや蒸着などの方法で形成できる。また、屈折率調整用の微粒子を含有する樹脂を透明板２４０にコートする方法等によっても形成できる。この低反射層７６０により、低反射層７６０と外界との界面（低反射層７６０の第２の主面７６２）における反射率は０．３％〜０．５％程度に低減できる。これにより、低反射層７６０と外界との界面における反射光６４２は低輝度となり、２重写りをある程度防止することができる。
しかしながら、図５（ｂ）に表したように、雨天時には、透明板７４０の第２の主面７４２に水の層７５０が形成される。このため、この水の層７５０と外界の空気との界面（水の層７５０の第２の主面７５２）で反射光６５２が発生し、その反射率は約３．５％になる。従って、反射光６２１と反射光６５２とが視認され、結果として、パララックス（２重写りの現象）が発生してしまう。
以上のように、低反射層７６０を透明板７４０の外側に設ける方法では、雨天時のパララックス（２重写りの現象）を低減できない。

（第３の比較例）
第３の比較例は、透明板７４０の内側に高反射層を設けたものである。
図６は、第３の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。
図６に表したように、第３の比較例のヘッドアップディスプレイ５３は、透明板７４０の内側、すなわち、第１の主面７４１に高反射層７７０を設けたものである。高反射層７７０として、例えば、誘電体多層膜の高反射シート等を用いる。この場合、高反射層７７０を用いることで、高反射層７７０の第１の主面７７１における反射率は向上し、例えば３５％の反射率が得られる。従って、高反射層７７０の第１の主面７７１における反射光６７１は高輝度となる。この時、透明板７４０の第２の主面７４２での反射光６４２の反射率は約３．５％程度であり、反射光６７１と反射光６４２の明るさの比は１０：１となる。このため、パララックス（２重像）は実質的に解消でき、また、高輝度の反射光６７１を視認でき、ヘッドアップディスプレイ５３の表示の視認性は向上する。
しかしながら、高反射層７７０は、外界から透明板７４０を経て高反射層７７０に入射する光６１２の透過率を低減するので、外界の背景の視認性が劣化し、実用的ではない。
また、高反射層７７０として、ホログラム素子を利用する方法もあるが、この場合、単一波長のみの反射率しか低減できないので、カラー表示には適用できない。

（第４の比較例）
第４の比較例は、２分の１は波長板を用いた例である。
図７は、第４の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。
そして、図７（ａ）、（ｂ）は、第４の比較例のヘッドアップディスプレイの、それぞれ、晴天時と雨天時の特性を例示している。なお、光源、反射部、スクリーン、レンズは省略されて描かれている。
図７（ａ）に表したように、第４の比較例のヘッドアップディスプレイ５４は、ガラスからなる透明板７４０の内側、すなわち、第１の主面７４１に、２分の１波長板７８０を有している。Ｓ偏光の入射光６１０が、ブリュースター角θ_Ｂで２分の１波長板７８０に入射すると、２分の１波長板７８０の第１の主面７８１で、Ｓ偏光の高反射率の反射光６８１が得られる。一方、入射光６１０の内、２分の１波長板７８０に入射した光は、２分の１波長板７８０の中を伝搬し、２分の１波長板の第２の主面７８２ではＰ偏光となる。２分の１波長板７８０と透明板７４０の屈折率を同等に設定しておくと、その界面ではほとんど反射は起きず、光はＰ偏光のまま透明板７４０の第２の主面７４２に到達する。この時、入射角がブリュースター角θ_Ｂに近く、透明板７４０の第２の主面７４２においてはＰ偏光状態なので、この界面での反射は実質的に０となる。

図８は、第４の比較例のヘッドアップディスプレイにおける入射角と反射率の関係のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
そして、図８（ａ）、（ｂ）は、第４の比較例のヘッドアップディスプレイの、それぞれ、晴天時と雨天時の特性を例示している。また、横軸は入射角、縦軸は反射率を示している、
図８（ａ）に表したように、２分の１波長板７８０の第１の主面７８１における反射光６８１は、入射角がブリュースター角θ_Ｂ（５６．５度）の時、約１６％であり、反射光６８１は強くなる。一方、透明板７４０の第２の主面７４２における反射光６４２は入射角がブリュースター角θ_Ｂの時に実質的に０となっている。
このように、第４の比較例のヘッドアップディスプレイ５４は、晴天時に高い反射率が得られ、また、外面での反射を防止した表示を得ることができる。

一方、雨天時には、図７（ｂ）に表したように、透明板７４０の第２の主面７４２に水の層７５０が形成される。この時、図８（ｂ）に表したように、透明板７４０と水の層７５０の界面（透明板７４０の第２の主面７４２）における反射光６４２は、入射角がブリュースター角θ_Ｂ（５６．５度）の時、０．１％以下の低い反射率となり、実質的に無視できる。また、図８（ｂ）に表したように、水の層７５０と外界との界面（水の層７５０の第２の主面７５２）では、光はＰ偏光であり、その界面における反射光６５２は、入射角がブリュースター角θ_Ｂ（５６．５度）の時、０．１７％の低い反射率となり、実質的に無視できる。なお、２分の１波長板７８０の第１の主面７８１における反射光６８１は、晴天時と同様に、約１６％となる。
このように、第４の比較例のヘッドアップディスプレイ５４は、晴天時も雨天時もフロントガラスの外界との界面での反射を実質的に防止でき、パララックス（２重写りの現象）を解決できる。しかしながら、反射光６８１はＳ偏光であり、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラスを使用した場合は、像を視認することができない。

これに対し、既に述べたように、本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ２０はＰ偏光の光を視認者に提供するので、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラスを使用しても像を視認できる。また、晴天時も雨天時も、外界との界面での反射を実質的に解消でき、パララックス（２重写りの現象）のない、視認性の良い表示を実現できる。

（第３の実施の形態）
図２において、透明板２４０は、例えば、車両のフロントガラスなどとすることができ、これにより、車両のフロントガラスの外側の背景視野の画像情報と同時に、フロントガラスに各種の運行情報を表示し、運行情報を視認することができる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る移動体を例示する模式図である。
図９に表したように、本発明の第３の実施形態の、例えば、自動車、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の移動体の、例えば窓を透明板２４０とすることで、上記の実施形態のヘッドアップディスプレイを実現できる。
これにより、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラスを使用しても視認でき、ガラスの外面での反射率を雨天時を含め低下させ、表示面での反射率が高い、良好な視認性を実現し、安全で、効率の高い運行が可能な移動体が提供できる。

なお、上記においては、中間光学層２２０として、高屈折率を有するＴｉＯ_２（屈折率２．３）やＺｒＯ_２（屈折率２．０）の粒子を用いることを例示したが、これに限らず、ＩＴＯ（屈折率１．８５）、ＨｆＯ_２（屈折率１．９５）、Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率２．１）等を各種の材料を用いることができる。また、有機チタン材料を用いても良い。
また、第１の光学層２１０や第２の光学層２３０には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアリレート（ＰＡ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリオレフィン（ＰＯ）等、各種の材料からなる延伸フィルムを用いることができる。また、高分子液晶などを用いることができる。なお、これら材料は、屈折率の値及び屈折率の波長分散が異なっており、これらを考慮して、本実施形態のヘッドアップディスプレイ用光学フィルム及びヘッドアップディスプレイを適正に設計することができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム、ヘッドアップディスプレイ及び移動体を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述したヘッドアップディスプレイ用光学フィルム、ヘッドアップディスプレイ及び移動体を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのヘッドアップディスプレイ用光学フィルム、ヘッドアップディスプレイ及び移動体も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ用光学フィルムの構成を例示する模式図である。本発明の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。本発明の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの特性を例示する模式図である。第１の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。第２の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。第３の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。第４の比較例のヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。第４の比較例のヘッドアップディスプレイにおける入射角と反射率の関係のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。本発明の第３の実施形態に係る移動体を例示する模式図である。

符号の説明

１０ヘッドアップディスプレイ用光学フィルム
２０、５１、５２、５３、５４ヘッドアップディスプレイ
１１０、６１０入射光
１２０、１２１、１２２、１３１、１３２、１４２、１５２、６２１、６２２、６４２、６５２、６７１、６８１反射光、
２１０第１の光学層
２１１、２３１、２４１、７４１、７７１、７８１第１の主面
２１２、２３２、２４２、２５２、７４２、７５２、７６２、７８２第２の主面
２２０中間光学層
２３０第２の光学層
２４０、７４０透明板
２５０、７５０水の層
３００投光部
３１０、８１０光源
３１５、８１５光束
３２０、８２０反射部
３３０スクリーン
３４０レンズ
３５０虚像
５１０目
６１２光
６３０２重像
７６０低反射層
７７０高反射層
７８０２分の１波長板

Claims

入射光の偏光面を９０度変換する第１の光学層と、
入射光の偏光面を９０度変換する第２の光学層と、
前記第１の光学層と前記第２の光学層とに接し、前記第１の光学層の屈折率とも前記第２の光学層の屈折率とも異なる屈折率を有し、ＴｉＯ _２、ＺｒＯ _２、Indium Tin Oxide、ＨｆＯ _２及びＴａ _２Ｏ _５の少なくともいずれかからなる粒子と、前記粒子が混合された樹脂と、を含む中間光学層と、
を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ用光学フィルム。
前記粒子の径は、５０ナノメートル以下であり、
前記樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ用光学フィルム。
請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ用光学フィルムと、
前記光学フィルムに対してＰ偏光の光束をブリュースター角で入射させる投光部と、
を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
略板状の透明板と、
請求項３記載のヘッドアップディスプレイと、
を備え、
前記ヘッドアップディスプレイ用光学フィルムは、前記透明板の主面に設けられたことを特徴とする移動体。
前記透明板は、前記移動体とともに移動する搭乗者を収容する空間と、前記移動体の外側の空間と、を区画し、
前記光学フィルムは、前記搭乗者を収容する空間の側に設けられたことを特徴とする請求項４記載の移動体。