JP6302140B2 - ヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１０月１４日に中国特許庁に提出された、「ヘッドアップディスプレイシステム」と題する中国特許出願第２０１４１０５４０１５０．１号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、ヘッドアップディスプレイ技術分野に関し、特に、自動車用ヘッドアップディスプレイシステムに関する。
科学技術の発展に伴い、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ、Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）システムは自動車にますます多く用いられている。自動車用ヘッドアップディスプレイシステムは、例えば、速度、エンジンの回転数、油消費量、タイヤ空気圧、ナビゲーション及び外付けスマートデバイスの情報等の重要な運転情報をフロント風防ガラスにおけるドライバーの視野にリアルタイムに表示することができ、これによって、ドライバーは、頭を低くする必要なく、運転情報を見ることができ、前方の道に対する注意を逸らすことがなくなる。これと共に、ドライバーは、遠くの道と近くのメーターとの間に、目線を調整する必要がなく、目の疲労を回避することができ、運転安全性を大幅に向上させ、運転体験を改善することができる。
従来のヘッドアップディスプレイは、主に発光結像と投影結像の２種類の方法により、実現される。投影結像は、自動車のフロント風防ガラス又は別設された光学素子を利用して投影表示を行うものであり、且つ、フロント風防ガラスを利用して投影画像を反射することは、構造的に最も簡単である方式である。一般的に、フロント風防ガラスは、いずれも、一定の曲率を備えた少なくとも二つのガラス基板の間に熱可塑性ポリマー膜（ポリビニールブチラール）が挟まれたことにより構造される合わせガラスである。ヘッドアップディスプレイシステムの投影光源が発生する光は、合わせガラスにおける空気に接触した二つの表面を経る際にそれぞれ反射され、これらの二つの表面における反射像がずれるため、互いに干渉する二重像（ゴースト）は形成され、特に、合わせガラスの厚さが比較的に厚い（一般的に、３ｍｍを超え）場合、一層顕著に形成され、投影表示画像の鮮明さが大幅に制限される。
自動車のフロント風防ガラスにおけるヘッドアップディスプレイシステムの二重像の問題を解決するために、従来技術には、若干の手段が開示される。例えば、特許文献ＣＮ１０１０３８３４９Ａ、ＵＳ２００２１７２８０４Ａ１及びＵＳ２００７１４８４７２Ａ１には、楔形のポリマー膜が合わせガラスの中間層として用いられるため、合わせガラスが上方から下方へ薄くなる楔形断面を備えることにより、ドライバーが見る二つの表面における反射像がほぼ重なり合い、ついに、二重像が大幅に防止されるという手段が開示される。上述手段と同様に、ガラス基板の一部が楔形断面を備えるという手段は、特許ＵＳ６４１４７９６Ｂ１に開示される。しかしながら、これらの技術手段においては、（１）二重像が完全に防止されることができないため、高解像度画像表示に適合しなく、（２）価格が普通のＰＶＢ膜の７〜１０倍である特殊な仕様のＰＶＢ膜を使用する必要があり、且つ、プロセスの難度が高いため、材料とプロセスのコストが非常に高くなり、（３）車の形状の光学的な設計から影響が及ぼされやすくため、特定の車の形状のフロント風防ガラスに関して改めて設計する必要がある、という欠点があった。
もう一つの技術手段では、合わせガラスの表面又は内部に、偏光方向を変えることができる光学機能層、または、Ｐ偏光またはｓ偏光を反射できる反射偏光子が設置され、且つ、ヘッドアップディスプレイシステムの投影光源から発光されたＰ偏光またはｓ偏光が特定角（例えば、ブリュースター角）で入射することにより、合わせガラスの異なる偏光に対する反射特性によって、ある表面における反射像ができるだけ解消され、ついに、二重像が防止される。このような技術手段は、特許文献ＥＰ０８３６１０８（Ａ２）、ＥＰ０８４４５０７（Ａ１）、ＵＳ６３２７０８９（Ｂ１）、ＣＮ１９６９２１９（Ａ）、ＵＳ７３５５７９６（Ｂ２）、ＣＮ１０１１５１５６８（Ａ）、ＵＳ７８３９５７４（Ｂ２）、ＣＮ１７３２４０４（Ａ）及びＣＮ１０２２５６９１０（Ａ）等に開示される。しかしながら、このような技術手段の実現は、合わせガラスの一部（つまり、ヘッドアップディスプレイ投影領域）に付加的な光学機能層または反射偏光子を増設することを前提とするため、これは必ず材料コスト及びプロセス難度を向上させる。例えば、ＣＮ１７３２４０４（Ａ）に開示されたＰ偏光反射偏光子は数十乃至数百層のポリマーを備えるとともに、フロント風防ガラスは全体の均一性が壊され、美観性が低減される。なお、合わせガラスの一部における光学機能層または反射偏光子が設置された領域での接着強度が低減される恐れがあるため、隠れた危険が生じる。且つ、光学機能層または反射偏光子の一部の可視光透過率が比較的に低いため、ドライバーの視野やフロント風防ガラスの外観に影響を及ぼす。
また、従来技術においては、合わせガラスの表面に反射防止（ＡＲ）膜が増設されることにより、一つの界面に形成された反射像の輝度が低減されるという手段はある。例えば、特許ＵＳ７８６４４３１（Ｂ２）には、合わせガラスにおける空気に接触した表面に反射防止膜が設置され、或いは、反射防止膜が設置されない表面に低放射率めっき層が増設されるという技術手段が開示される。しかしながら、このような技術手段においては、（１）反射防止膜は、合わせガラスにおける空気に接触した表面に形成され、特に、合わせガラスの外側表面に形成される場合、悪い利用環境、例えば、酸性雨、粉塵、窓ふき器の摩擦またはアルカリ洗浄剤等に耐えにくくなり、（２）反射防止膜は、比較的に複雑な構造を有しており、特に、良い広帯域反射防止性および略ゼロの反射率を有し且つ小さい角と大きい角のそれぞれでの良い外観性を有する反射防止膜は、一般的に、多層形成されるべきであり、数百のナノメートルの合計厚さを有するため、自動車のフロント風防ガラスでの大面積成膜に適合しなく、（３）反射防止膜においては、二重像が完全に防止されにくく、特に、大きい角で観察する場合、淡青色または淡紫色の反射光がまだ見え、（４）合わせガラスの外側表面に形成される反射防止膜は、雨の場合、水層で覆われ、反射防止効果が大幅に低減され、ついに、二重像現象がひどくなり、（５）反射防止膜は、合わせガラスにおける空気に接触した表面に設置されるため、増設された低放射率めっき層に生じる反射像が解消されることができなく、ある程度の二重像がまだ見える、という欠点があった。
同様に、合わせガラスにおける空気に接触した表面に形成される反射光を補強することにより、肉眼で見える二重像を低減することができる。例えば、部品市場でありふれた膜式のＨＵＤ投影器では、ＨＵＤ投影領域に半透明の反射膜が予め貼り付く。或いは、特許文献ＵＳ６１３７６３０（Ａ）に開示されるように、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料が交替する複数の誘電体層が合わせガラスにおける空気に接触した一方の表面に形成されることにより、この表面での反射光強度が補強され、他方の表面での反射光強度が殆ど変らないため、肉眼で見える反射像は、主に、めっき層表面での反射光からなる。明らかに、このような技術手段は、自動車のフロント風防ガラスの全体の均一性または外観の美観性を壊す一方、二重像を完全に防止することができない。
自動車のヘッドアップディスプレイシステムにおいては、上記の二重像問題を解決すべきである以外、多種の異なる情報画像を表示できるために、ディスプレイシステムはできるだけ多くの色を表示できる能力を有する。例えば、中国実用新案ＣＮ２６９４２９３（Ｙ）に開示されるように、複数の異なる屈折率の膜が基板にめっきされることにより、ヘッドアップ表示装置が赤、緑、青の三原色の狭波長反射帯域を有する。或いは、特許ＵＳ６１３７６３０（Ａ）に開示されるように、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料が交替する複数の誘電体層が合わせガラスにおける空気に接触した一方の表面に形成されることにより、フルカラー表示を実現する。実際には、フルカラー表示の要求が満たされない場合、肉眼が最も敏感な緑光の反射ができるだけ保証される。
本発明は、従来技術の上記欠点に鑑み、ゴースト画像なしにはっきりとし、多色表示を実現し、且つ、構造およびプロセスが簡単で、コストが低いヘッドアップディスプレイシステムを提供する。
上記欠点を克服するための本発明の技術手段は、投影光源および合わせガラスを備え、前記合わせガラスが、内側ガラス板と、外側ガラス板と、内側ガラス板と外側ガラス板との間に挟まれた中間膜と、を備えるヘッドアップディスプレイシステムであって、透明ナノ膜をさらに備え、前記透明ナノ膜が少なくとも二つの誘電体層及び少なくとも一つの金属層を備え、それぞれの金属層が二つの誘電体層の間に位置し、前記内側ガラス板及び前記外側ガラス板のそれぞれは前記中間膜との屈折率差が０．１以下であり、前記投影光源がＰ偏光を発生するためのものであり、前記Ｐ偏光は、前記内側ガラス板における前記中間膜から離れた方の表面に入射し、入射角が４２〜７２度であり、前記透明ナノ膜が、入射した前記Ｐ偏光の一部を反射できることを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。
更に、前記金属層が銀層または銀を含む合金層である。
更に、前記Ｐ偏光は、入射角が５５〜７０度である。
更に、前記内側ガラス板及び前記外側ガラス板のそれぞれは前記中間膜との屈折率差が０．０５以下である。
更に、前記透明ナノ膜が、前記内側ガラス板における前記中間膜に接触した表面または前記外側ガラス板における前記中間膜に接触した表面に設置される。
更に、前記透明ナノ膜がポリマー膜に設置され、前記ポリマー膜と前記内側ガラス板及び前記外側ガラス板のそれぞれとの屈折率差が０．１以下であり、前記透明ナノ膜が設置されたポリマー膜が前記内側ガラス板と前記外側ガラス板との間に位置し、或いは、前記内側ガラス板における前記中間膜から離れた方の表面に位置する。
更に、前記投影光源が発生するＰ偏光の色が、赤色、緑色および青色から少なくとも一つ選択される。
好ましくは、前記透明ナノ膜が二つの金属層を備える場合、前記投影光源が発生するＰ偏光の色が、緑色および青色から少なくとも一つ選択される。
更に、前記透明ナノ膜が二つの金属層または三つの金属層を備える場合、補助膜が更に増設され、前記補助膜が少なくとも一つの補助ポリマー膜と該補助ポリマー膜に設置され且つ金属層を備える補助透明ナノ膜とを備え、前記補助膜が前記Ｐ偏光の入射領域に位置し、前記補助膜の補助透明ナノ膜と二つの金属層または三つの金属層を備える前記透明ナノ膜との間の距離が３５０μｍ以下である。
好ましくは、前記補助膜の補助透明ナノ膜と二つの金属層または三つの金属層を備える前記透明ナノ膜との間の距離が１００μｍ以下である。
本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムは、ガラスと空気との界面に入射するＰ偏光に関する反射率が比較的に低く、透明ナノ膜がＰ偏光の一部を反射できるため、肉眼で見える二重像が完全に防止され、表示品質を大幅に向上させることができ、高解像度画像表示に適合する。また、構造およびプロセスが非常に簡単であり、つまり、特定の光学素子が別設される必要がなく、透明ナノ膜が設置されたフロント風防ガラスを備える自動車にＰ偏光を発光できる投影光源を取り付けることのみにより、高品質のヘッドアップディスプレイ機能を実現することができるため、コストが非常に低くなる。また、異なる透明ナノ膜の構造によって、単色表示、多色表示、さらにはフルカラー表示を実現することができる。
図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムの部分断面図である。 図２Ａ、２Ｂは、ヘッドアップディスプレイシステムにおける第三表面または第四表面に位置する透明ナノ膜の部分断面図である。 図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、ヘッドアップディスプレイシステムにおける、合わせガラスにおける異なる個所に位置する、透明ナノ膜が設置されたポリマー膜の部分断面図である。 図４は、本発明に係る、異なるヘッドアップディスプレイシステムのそれぞれに入射するＰ偏光に関する反射率スペクトルである。 図５は、本発明に係る、雨の場合の運転環境を模擬した条件下でのヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率スペクトルである。 図６は、本発明に係る、補助膜が増設されたヘッドアップディスプレイシステムの部分断面図である。 図７は、本発明に係る、補助膜が増設されたヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率スペクトルである。 図８Ａ、８Ｂは、本発明に係る、５７度と６６度のそれぞれで入射するＰ偏光に関するヘッドアップディスプレイ画像である。図８Ｃは、普通の合わせガラスを備えるヘッドアップディスプレイシステムに表示される画像である。
以下、図面を参照しながら、本発明の内容について詳細に説明する。
図１に示すように、本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムは、投影光源１および合わせガラス２を備える。前記合わせガラス２は、内側ガラス板２１と、外側ガラス板２２と、内側ガラス板２１と外側ガラス板２２との間に挟まれた中間膜２３を備える。二重像を防止するために、前記ヘッドアップディスプレイシステムは更に透明ナノ膜３を備える。前記透明ナノ膜３は、少なくとも二つの誘電体層及び少なくとも一つの金属層を備える。それぞれの金属層は、二つの誘電体層の間に位置する。前記投影光源１は、Ｐ偏光１１を発生するためのものである。前記Ｐ偏光１１は、内側ガラス板２１における中間膜２３から離れた方の表面２１１、即ち、第一表面２１１に入射し、入射角が４２〜７２度である。前記透明ナノ膜３は、入射する前記Ｐ偏光１１の一部を反射できる。且つ、合わせガラス２内部が入射するＰ偏光１１に及ぼす影響を防止するために、好ましくは、前記内側ガラス板２１及び外側ガラス板２２のそれぞれは前記中間膜２３との屈折率差が０．１以下である。本発明においては、ガラスと空気との界面に入射するＰ偏光１１に関する反射率が比較的に低く、特に、Ｐ偏光１１がブリュースター角θＢ（５７度）で入射する際に反射されなく、且つ、透明ナノ膜３がＰ偏光１１の一部を反射できるため、肉眼で見える二重像が完全に防止される。
図１においては、投影光源１が発生するＰ偏光１１は、ブリュースター角θＢ（５７度）で、内側ガラス板２１における中間膜２３から離れた方の表面２１１に入射する。Ｐ偏光１１の特性に応じて、Ｐ偏光１１は、第一表面２１１で反射されることなく、合わせガラス２内に入る第一屈折光１２だけ形成する。合わせガラス２内部には、中間膜２３と前記内側ガラス板２１及び外側ガラス板２２のそれぞれとの屈折率差が０．１以下であり、つまり、それらの屈折率が大体同じであるため、前記第一屈折光１２は、前記透明ナノ膜３に到達するまで、中間膜２３における内側ガラス板２１または外側ガラス板２２に接触した表面で反射されることなく、伝播方向が殆ど変わらない。前記透明ナノ膜３の金属層が第一屈折光１２の一部を反射しており、第一反射光１３が形成される。また、第一屈折光１２の残りは、前記透明ナノ膜３を透過して、外側ガラス板２２における中間膜２３から離れた方の表面２２１、即ち、第二表面２２１に伝播して到達する。前記透明ナノ膜３が非常に薄いため、第一屈折光１２の、前記透明ナノ膜３を透過した部分の伝播方向が殆ど変わらない。光伝播の可逆性に応じて、第一屈折光１２の、外側ガラス板２２における中間膜２３から離れた方の表面２２１に到達する部分は、第二表面２２１で反射されることなく、空気に入る第二屈折光１４だけ形成する。第一反射光１３は、第一表面２１１に伝播して到達する。光伝播の可逆性に応じて、第一反射光１３は、第一表面２１１で反射されることなく、観察者１６が識別できる第三屈折光１５だけ形成する。前記Ｐ偏光１１の伝播経路を検討して分かるように、観察者１６が識別できる表示画像は、第三屈折光１５だけからのものである。これによって、二重像を完全に防止し、表示品質を大幅に向上させ、高解像度画像表示に適合する。
前記投影光源１は、文字、画像等の情報の表示装置として、自動車に関するインストルメント、外付けセンザー又は外付けスマートデバイス等に接続され、且つ、関連する文字や画像情報、例えば、速度、エンジンの回転数、油消費量、タイヤ空気圧、ナビゲーション及び暗視等をＰ偏光で合わせガラス２に投影するため、これらの情報が自動車内の観察者１６に観察されることが可能になる。前記投影光源１は、当業者にとって周知の素子であり、レーザー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、電界発光（ＥＬ）、陰極線管（ＣＲＴ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）、コリメーティングミラー、球面ミラー、凸レンズ、凹レンズ、反射ミラー及び／又は偏光子などを含むが、これらに限定されない。なお、投影光源１は、車内の異なる位置または高度に位置する観察者１６に適応するように、位置と入射角度を調節することができる。
合わせガラス２は、内側ガラス板２１と、外側ガラス板２２と、内側ガラス板２１と外側ガラス板２２との間に挟まれた中間膜２３を備える。内側ガラス板２１は、自動車の内部を向く一方、外側ガラス板２２は、自動車の外部を向く。前記中間膜２３は、熱可塑性ポリマー膜である。中間膜２３が第一屈折光１２に及ぼす影響を低減するために、中間膜２３は、屈折率がガラスの屈折率に近いように選択され、つまり、中間膜２３と前記内側ガラス板２１及び外側ガラス板２２のそれぞれとの屈折率差が０．１以下であり、好ましくは、中間膜２３と前記内側ガラス板２１及び外側ガラス板２２のそれぞれとの屈折率差が０．０５以下であり、例えば、よく使用されているＰＶＢ膜である。図１に示される合わせガラス２は、製図の便利のために、平坦に描かられるが、実際に、合わせガラス２は湾曲する。湾曲した合わせガラス２が本発明の好適な実施形態であるが、これに限定されないことは理解されるべきである。他の透明部材、例えば、単層または多層積層された、平坦または湾曲（曲率が均一または変化である）の、無色または有色の、普通ガラス及び／又はプラスチックからなる透明部材は、合わせガラス２に代わってもよい。
本発明に係るＰ偏光１１が、５７度（つまり、ブリュースター角θＢ）で空気から内側ガラス板２１における中間膜２３から離れた方の表面２１１に入射することにより、第一表面２１１での反射が防止できる。ここでのブリュースター角θＢは、特定の光学材料の屈折率に関するが、本発明では、自動車のための普通のフロント風防ガラス材料にとっては、前記ブリュースター角θＢは略５７度である。厳密に言えば、前記ブリュースター角θＢがＰ偏光の波長に関するが、本発明では、一般的に、このような影響が小さいため、普通の場合、可視光波長（３８０〜７８０ｎｍ）範囲内で、前記ブリュースター角θＢが常数と見なされてもよい。図８Ａに示すように、Ｐ偏光１１の入射角度がブリュースター角である５７度であるため、本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムにおいては、ＨＵＤ画像（速度情報）がゴースト画像なしにはっきりとする。また、実際の投影結像の過程においては、光源と投影虚像のサイズ関係、及びフロント風防ガラスの取り付け構造、光源の位置などに起因して、Ｐ偏光の入射角度がブリュースター角θＢからずれる可能性があるが、ずれ角度は１５度以下であり、即ち、入射角度は４２〜７２度、好ましくは５５〜７０度、より好ましくは５５〜６４度、さらに好ましくは５６〜５９度である。この場合、第一表面２１１と第二表面２２１からの反射光は、完全に解消されることができないが、透明ナノ膜３に生じる反射光に比べて、強度が依然としてかなり低いである。図８Ｂに示すように、Ｐ偏光の入射角度がブリュースター角から９度ずれたものであり、即ち、入射角度が６６度である場合、ゴースト反射像は、主反射像に比べて、輝度が十分に低いため、主反射像に隣接する比較的に弱い光暈を呈しており、実際に、ゴースト画像が肉眼で見られにくいため、ゴースト画像が肉眼で依然として見えない。図８Ａと図８Ｂに比べて、図８Ｃは、普通の合わせガラスのヘッドアップディスプレイ画像であり、ゴースト画像反射率が主反射像の略６０％であるため、ゴースト画像がはっきりと見え、実際の使用効果は明らかに本発明の図８Ａと８Ｂに示すものに劣る。
前記透明ナノ膜３は、入射した前記Ｐ偏光１１の一部を反射できる。透明ナノ膜３の金属層の材料は、Ｐ偏光１１を反射できる任意の材料、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等であるが、これらに限定されない。本発明においては、銀または銀を含む合金が好ましい。本発明においては、銀を含む合金は、好ましくは、銀と金、アルミニウム、銅の少なくとも一つとからなる合金である。本発明の実施形態のそれぞれにおいては、銀が選択されるが、実施形態に係る銀の厚さは本発明の範囲を限定しない。
透明ナノ膜３の利用環境を保証し、且つ、酸性雨、粉塵、窓ふき器の摩擦またはアルカリ洗浄剤等の悪い環境から透明ナノ膜３を保護するために、図２Ａに示すように、好ましくは、前記透明ナノ膜３は、内側ガラス板２１における中間膜２３に接触した表面２１２、即ち、第三表面２１２に設置され、或いは、図２Ｂに示すように、好ましくは、前記透明ナノ膜３は、外側ガラス板２２における中間膜２３に接触した表面２２２、即ち、第四表面２２２に設置される。この設置のプロセスは、当分野で周知されたマグネトロンスパッタリングプロセスであってもよく、つまり、前記透明ナノ膜３に含まれた層は、スパッタリングによって、内側ガラス板２１の第三表面２１２または外側ガラス板２２の第四表面２２２に直接形成される。
同様に、透明ナノ膜３の利用環境を保証し、且つ、酸性雨、粉塵、窓ふき器の摩擦またはアルカリ洗浄剤等の悪い環境から透明ナノ膜３を保護するために、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄに示すように、更に、透明ナノ膜３は一つのポリマー膜４に設置されてもよく、このポリマー膜４は、透明ナノ膜３を支持し且つ保護するためのものである。ポリマー膜４が第一屈折光１２に及ぼす影響を低減するために、好ましくは、前記ポリマー膜４と前記内側ガラス板２１及び外側ガラス板２２のそれぞれとの屈折率差が０．１以下であり、例えば、よく使用されているＰＥＴ膜である。図３Ａに示すように、透明ナノ膜３が設置されたポリマー膜４は、内側ガラス板２１と中間膜２３との間に位置し、且つ、透明ナノ膜３は中間膜２３に隣接し、ポリマー膜４は内側ガラス板２１に隣接する。或いは、図３Ｂに示すように、透明ナノ膜３が設置されたポリマー膜４は、外側ガラス板２２と中間膜２３との間に位置し、且つ、透明ナノ膜３は中間膜２３に隣接し、ポリマー膜４は外側ガラス板２２に隣接する。或いは、図３Ｃに示すように、透明ナノ膜３が設置されたポリマー膜４は、内側ガラス板２１における中間膜２３から離れた方の表面２１１、即ち、第一表面２１１に位置し、且つ、透明ナノ膜３と第一表面２１１との間に、透明ナノ膜３と第一表面２１１との間の接着強度を補強するための一つの同様なポリマー膜４は更に増設される。或いは、図３Ｄに示すように、透明ナノ膜３が設置されたポリマー膜４は、二つの中間膜２３の間に位置する。図３Ａ、３Ｂ及び３Ｄに示す実施形態においては、透明ナノ膜３と中間膜２３との間に、透明ナノ膜３の保護層としての少なくとも一つの透明ポリマー膜が増設されてもよく、図３Ａに示す実施形態においては、ポリマー膜４と内側ガラス板２１との間に少なくとも一つの透明ポリマー接着層が増設されてもよく、図３Ｂに示す実施形態においては、ポリマー膜４と外側ガラス板２２との間に少なくとも一つの透明ポリマー接着層が増設されてもよいことは理解されるべきである。
本発明に係る前記透明ナノ膜３は、少なくとも二つの誘電体層及び少なくとも一つの金属層を備え、更にバリア層及び／又は保護層等を備えてもよい。それぞれの金属層が二つの誘電体層の間に位置する。前記膜の特定構造は、本発明の範囲に影響を及ぼさないため、ここで、詳しい説明は省略される。実際応用の要求に応じて、前記透明ナノ膜の金属層は、数がある程度異なり、特に、よく使用されている銀層または銀を含む合金層が金属層とする場合、一般的に、一つ、二つ、または三つの銀層、さらに、三つ以上の銀層が含まれてもよい。前記誘電体層は、ＺｎＳｎＭｇＯｘ、ＺｎＳｎＯｘ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはＡｌＮ等から形成される。本発明に係る透明ナノ膜は、材料及び厚さが好適に設計されることにより、後の高温熱処理または他の製造プロセスに耐えることができるとともに、仕上げられたヘッドアップディスプレイシステムの光学性能が自動車ガラスの規格を満たすことができるため、純粋な金属薄層における良くない耐久性、悪い光学外観等の問題を完全に解決する。本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムは、一つの銀層を備えた透明ナノ膜３を備える場合、可視光透過率ＴＬが７０％以上であり、太陽エネルギー直接透過率ＴＥは５０％以下である。また、本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムは、二つの銀層を備えた透明ナノ膜３を備える場合、可視光透過率ＴＬが７５％以上であり、太陽エネルギー直接透過率ＴＥは４７％以下である。また、本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムは、三つの銀層を備えた透明ナノ膜３を備える場合、可視光透過率ＴＬが７０％以上であり、太陽エネルギー直接透過率ＴＥは３４％以下であり、太陽エネルギー合計透過率Ｔｔｓは４０％以下である。また、外観色は、必要に応じて、人の好きな中間色、淡青色、淡青緑色または淡紫色に調節されてもよい。
図４に示すように、Ａ０は、５７度（ブリュースター角θＢ）で普通の合わせガラスに入射するＰ偏光に関する反射率スペクトルであり、Ａ１は、５７度（ブリュースター角θＢ）で一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムに入射するＰ偏光に関する反射率スペクトルであり、Ａ２は、５７度（ブリュースター角θＢ）で二つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムに入射するＰ偏光に関する反射率スペクトルであり、Ａ３は、５７度（ブリュースター角θＢ）で三つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムに入射するＰ偏光に関する反射率スペクトルである。
Ａ０曲線は、ゼロに極めて近いものであり、つまり、めっき層がないガラスは、入射するＰ偏光に対する反射に非常に弱いである。Ａ１曲線は、一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムの、肉眼で見える可視光波長（４００〜７００ｎｍ）範囲内でのＰ偏光反射率スペクトル曲線が比較的に平坦であり、その反射率は１０％を超えることを示す。これから分かるように、Ａ１曲線と肉眼のＰ偏光波長に対する敏感性および快適性とに従って、好ましくは、前記透明ナノ膜３が一つの金属層（例えば、銀層）を備える場合、前記投影光源１が発生するＰ偏光１１の色は、赤色、緑色および青色から少なくとも一つ選択され、例えば、フルカラー表示を実現できる、赤色、緑色および青色の組み合わせである。
Ａ２曲線は、二つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率が青色（４５０〜５００ｎｍ）と緑色（５００〜５５０ｎｍ）の領域に主にあることを示す。このため、適切なＰ偏光波長を選択することのみにより、単色（青色または緑色）表示または二色（青色および緑色）表示を実現することができる。また、Ａ１曲線に比べて、Ａ２曲線におけるＰ偏光反射率は、青色および緑色の領域において比較的に低いである。昼間に太陽光の下で表示画像がはっきりと見えるために、投影光源１の発光輝度を補強することにより補償を行うことができる。これから分かるように、Ａ２曲線と肉眼のＰ偏光波長に対する敏感性および快適性とに従って、好ましくは、前記透明ナノ膜３が二つの金属層（例えば、銀層）を備える場合、前記投影光源１が発生するＰ偏光１１の色は、緑色および青色から少なくとも一つ選択される。例えば、前記投影光源１が広域スペクトル光源（例えば、ＬＥＤバックライト付きのＴＦＴ‐ＬＣＤ）である場合、緑色および青色の二色の表示を実現することができる。
Ａ３曲線は、三つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率スペクトル曲線が平坦ではないことを示す。しかしながら、肉眼で見える可視光波長（４００〜７００ｎｍ）範囲内で適切な波長範囲、例えば、青光波長４５０〜５００ｎｍ、緑光波長５００〜５５０ｎｍ及び赤光波長６３０〜６８０ｎｍを選択することにより、ヘッドアップディスプレイを実現することができる。同様に、Ａ１曲線に比べて、Ａ３曲線におけるＰ偏光反射率は比較的に低いである。昼間に太陽光の下で表示画像がはっきりと見えるために、投影光源１の発光輝度を補強することにより補償を行うことができる。これから分かるように、Ａ３曲線と肉眼のＰ偏光波長に対する敏感性および快適性とに従って、好ましくは、前記透明ナノ膜３が三つの金属層（例えば、銀層）を備える場合、前記投影光源１が発生するＰ偏光１１の色は、赤色、緑色および青色から少なくとも一つ選択され、例えば、フルカラー表示を実現できる、赤色、緑色および青色の組み合わせである。
雨またはスモッグの場合、自動車のフロント風防ガラスの内表面や外表面に水層が付着しやすいである。水とガラスとは、屈折率が一定程度異なるため、Ｐ偏光は水層におけるガラスに接触した界面で反射される可能性がある。図５に示すように、一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムを例として、この図におけるＢ１曲線は、外側ガラス板が水層で覆われる、一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムの反射率スペクトル曲線である。Ｂ１曲線とＡ１曲線とを比較して分かるように、Ｂ１曲線におけるＰ偏光反射率が僅かに増加するため、水層のＰ偏光に対する反射強度がかなり低く、金属層のＰ偏光に対する反射強度に影響が及ぼさないことを意味しており、視覚干渉および二重像現象が生じない。
図４に示すように、二つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムは、Ｐ偏光に対する反射率が比較的に低く、フルカラー表示ができなく、また、三つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムは、Ｐ偏光に対する反射率が比較的に低く、フルカラー表示ができないという欠点については、図６に示すように、本発明においては、好ましくは、ヘッドアップディスプレイシステムにおける透明ナノ膜３が二つの金属層（例えば、二つの銀層）または三つの金属層（例えば、三つの銀層）を備える場合、一つの補助膜５が更に増設される。前記補助膜５は、少なくとも一つの補助ポリマー膜５１と補助ポリマー膜５１に設置され且つ一つの金属層を備える補助透明ナノ膜５２とを備える。補助ポリマー膜５１は、前記内側ガラス板２１及び外側ガラス板２２のそれぞれとの屈折率差が０．１以下であることが好ましく、例えば、ＰＥＴ膜である。図６においては、前記補助膜５は、一つの補助ポリマー膜５１を備え、補助ポリマー膜５１が透明ナノ膜３に隣接し、補助透明ナノ膜５２が中間膜２３に隣接する。なお、補助透明ナノ膜５２と中間膜２３との間に透明ポリマー保護層が更に増設され、或いは、補助ポリマー膜５１が中間膜２３に隣接して設置され、且つ、補助透明ナノ膜５２と透明ナノ膜３との間に接着性を有するポリマー層が設置され、前記保護層および接着性ポリマー層の屈折率と前記内側ガラス板２１および外側ガラス板２２のそれぞれとの屈折率差が０．１以下であることが理解されるべきである。前記補助膜５は、前記Ｐ偏光１１の入射領域、つまり、ヘッドアップディスプレイシステムの投影表示領域に位置し、前記補助膜５の補助透明ナノ膜５２と二つの金属層または三つの金属層を備える前記透明ナノ膜３との間の距離が３５０μｍ以下である。前記補助透明ナノ膜５２は、構造が一つの金属層を有する透明ナノ膜３（例えば、一つの銀層を備えた透明ナノ膜）と同じであってもよいが、異なってもよいことが理解されるべきである。増設された前記補助膜５がＰ偏光を反射するが、はっきりと見える二重像現象が生じない。これは、前記補助透明ナノ膜５２と二つの金属層または三つの金属層を備える前記透明ナノ膜３との間の距離が非常に小さいため、これらの二つの膜で生じる反射像がほぼ重なり合うからである。一層良い表示効果を達成するために、前記補助膜５の補助透明ナノ膜５２と二つの金属層または三つの金属層を備える前記透明ナノ膜３との間の距離は、好ましく、１００μｍ以下、より好ましくは、５０μｍ以下である。また、図７に示すように、Ｂ２曲線は、補助膜５が増設された、二つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率スペクトル曲線を示し、Ｂ３曲線は、補助膜５が増設された、三つの銀層を備えた透明ナノ膜を備えるヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率スペクトル曲線を示す。比較して分かるように、補助膜５が増設されないＡ２またはＡ３曲線に比べて、Ｂ２またはＢ３に示された反射率は顕著に一層高いである。これは、補助膜５が増設されたヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率が一層高く、且つ、フルカラー高解像度投影表示を実現できることを意味する。
本発明の発想を一層詳しく説明し且つ説得力を一層持って支持するために、若干の実施例を挙げて詳しく説明する。
（実施例１〜３および比較例１）
福耀ガラス産業グループ株式会社により製造された、厚さが２．１ミリメートルであるソ-ダ石灰珪酸塩フロートガラス（ｓｏｄａ ｌｉｍｅ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｆｌｏａｔ ｇｌａｓｓ）を基板として、切断、エッジング、洗浄および乾燥などの工程を経て、マグネトロンスパッタリングラインで成膜する。誘電体層および銀層は、以下に示される構造のように基板に形成される。
実施例１：ガラス基板／Ｓｉ３Ｎ４ ３０ｎｍ／ＴｉＯ２ ５ｎｍ／ＺｎＯ ８ｎｍ／Ａｇ １１．９ｎｍ／ＮｉＣｒＯｘ ３ｎｍ／ＺｎＳｎＭｇＯｘ ３８ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４ ５ｎｍ；
実施例２：ガラス基板／Ｓｉ３Ｎ４ ２３ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ａｇ １０ｎｍ／ＮｉＣｒＯｘ ２ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４ ６３ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ａｇ １０ｎｍ／ＮｉＣｒＯｘ ２ｎｍ／ＺｎＯ ８ｎｍ／ＺｎＳｎＭｇＯｘ ３１ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４ ４ｎｍ；
実施例３：ガラス基板／Ｓｉ３Ｎ４ ２２ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ａｇ １０ｎｍ／Ｚｒ １ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４ ５８ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ａｇ １０ｎｍ／Ｚｒ １ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４ ６２ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ａｇ １０ｎｍ／Ｚｒ １ｎｍ／ＺｎＯ ９ｎｍ／ＺｎＳｎＭｇＯｘ ３０ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４ ４ｎｍ。
成膜が完了した後、このガラスは、相手基板としての、福耀ガラス産業グループ株式会社により製造された、厚さが２．１ミリメートルであるもう一つのソ-ダ石灰珪酸塩フロートガラスと共に、自動車ガラス高温成型プロセスで成型される。そして、これらのガラスは、厚さが０．７６ミリメートルである無色ＰＶＢ膜を間に挟み、高圧オートクレーブ内に高圧で合わせられる。他のプロセス、例えば、アクセサリの装着を経た後、透明ナノ膜を備える合わせガラスが仕上げられる。
比較例１は、めっき層がない普通のフラット合わせガラスであり、構造は、二つの２．１ミリメートルのフロートガラスの間に一つの０．７６ミリメートルの無色ＰＶＢ膜が挟まれたものである。成膜以外、他のプロセスは上記と同じである。
実施例１〜３および比較例１のヘッドアップディスプレイシステムの投影光源は、ＬＥＤバックライト付きの、Ｐ偏光を発光できるＴＦＴ‐ＬＣＤ投影機であり、複数の反射ミラーを備え、投影機の位置および出射光の入射方向は、観察者が見る表示画像が最もはっきりするように調節される。比較例１のガラスで結像する場合、結像輝度を向上させるために、投影機とガラスとの間に、偏光方向をｓ偏光方向に変えるための樹脂製の１／２波長板が添付される。実施例１〜３においては、相変わらず、Ｐ偏光が入射する。実施例１〜３および比較例１のヘッドアップディスプレイシステムにおいては、投影光源から発光された偏光はブリュースター角θＢである５７度で入射する。他の設定パラメーターおよび表示画像品質は、表１に示される。
表１から分かるように、実施例１〜３のヘッドアップディスプレイシステムは、二重像を防止することができ、且つ、画像をはっきりと表示することができる。さらに、Ｐ偏光は、入射角が５７度（ブリュースター角θＢ）から離れてもよく、例えば、実施例１においては、Ｐ偏光の入射角が６８度に増加してもよいが、画像が依然としてはっきりしており、ゴースト画像が肉眼で見えない。実施例２および実施例３においては、Ｐ偏光の入射角が６２度に設定されてもよいが、画像が依然としてはっきりしており、ゴースト画像が肉眼で見えない。
（実施例４〜６）
福耀ガラス産業グループ株式会社により製造された、厚さが２．１ミリメートルであるソ-ダ石灰珪酸塩フロートガラスは、基板として、切断、エッジング、洗浄および乾燥などの工程を経て、相手基板としての、福耀ガラス産業グループ株式会社により製造された、厚さが２．１ミリメートルであるもう一つのソ-ダ石灰珪酸塩フロートガラスと共に、自動車ガラス高温成型プロセスで成型される。合わせられる前に、一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備える高透明ポリエステル（ＰＥＴ）膜は、成型されたフロント風防ガラスの少なくとも一部に設置される。実施例４においては、図３Ａまたは図３Ｂに示すように、一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備える高透明ポリエステル（ＰＥＴ）膜は、内側ガラス板２１と中間膜２３との間、または、外側ガラス板２２と中間膜２３との間に設置される。実施例５においては、図３Ｃに示すように、一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備える高透明ポリエステル（ＰＥＴ）膜は、内側ガラス板２１における中間膜２３から離れた方の表面２１１、即ち、第一表面２１１に設置される。実施例６においては、図３Ｄに示すように、一つの銀層を備えた透明ナノ膜を備える高透明ポリエステル（ＰＥＴ）膜は、二つの中間膜２３の間に設置される。そして、高透明ポリエステル（ＰＥＴ）膜が設置された上記ガラスは、それぞれ、後のプロセス、例えば、合わせ、アクセサリの装着を経て、合わせガラスが仕上げられる。
実施例４〜６のＰ偏光光源は、ＬＥＤバックライト付きの、Ｐ偏光を発光できるＴＦＴ‐ＬＣＤ投影機である。実施例４〜６のヘッドアップディスプレイシステムにおいては、投影光源から発光されたＰ偏光はブリュースター角θＢである５７度で入射する。透明ナノ膜の種類および位置と、Ｐ偏光の色と、結果としての表示画像品質は、表２に示される。
表２から分かるように、実施例４〜６のヘッドアップディスプレイシステムは、二重像を防止することができ、且つ、画像をはっきりと表示することができる。
（実施例７〜８）
実施例７および８は、それぞれ、実施例２および３とほぼ同様であるが、図６に示すように、前記Ｐ偏光の入射領域、つまり、ヘッドアップディスプレイシステムの投影表示領域に補助膜５が増設されるという点で、相違している。前記補助膜５は、一つの厚さが５０μｍであるＰＥＴ膜と該ＰＥＴ膜に形成された補助透明ナノ膜５２とを備える。
実施例７における補助膜５の補助透明ナノ膜５２の構造：ＰＥＴ膜／ＺｎＳｎＯｘ ２７ｎｍ／ＺｎＯ ７ｎｍ／Ａｇ １０ｎｍ／Ｔｉ １ｎｍ／ＺｎＯ ８ｎｍ／ＺｎＳｎＯｘ ２１ｎｍ；
実施例８における補助膜５の補助透明ナノ膜５２の構造：ＰＥＴ膜／ＺｎＳｎＯｘ ２６ｎｍ／ＺｎＯ １０ｎｍ／Ａｇ １０ｎｍ／Ｔｉ １ｎｍ／ＺｎＯ ９ｎｍ／ＺｎＳｎＯｘ ３９ｎｍ。
実施例７〜８のヘッドアップディスプレイシステムにおいては、投影光源から発光されたＰ偏光はブリュースター角θＢである５７度で入射し、且つ、Ｐ偏光はフルカラー表示である。自然光が垂直入射角と６０度の角とのそれぞれで入射する場合の関連技術パラメーターは、表３に示される。また、図７は、実施例７〜８のヘッドアップディスプレイシステムのＰ偏光反射率スペクトルを示す。
表３および図７から分かるように、実施例７〜８のヘッドアップディスプレイシステムは、二重像を防止することができ、且つ、フルカラー画像をはっきりと表示することができる。且つ、補助膜の、一つの銀層を備えた透明ナノ膜の構造および厚さを最適化することにより、補助膜が設置された領域および補助膜がない領域には、色がほぼ一致する。また、補助膜がない領域に比べて、補助膜が設置された領域は、可視光透過率（ＴＬ％）が僅かに低減されるが、Ｐ偏光反射率が（ＲＬ％）が二倍に増加するため、投影画像が一層はっきりする。
上記に挙げられた本発明の実施例のそれぞれにおいては、ヘッドアップディスプレイシステムの構造が開示されたが、具体的な成膜プロセスおよびパラメーターと、合わせガラス製品の具体的な製造プロセスおよびパラメーターとが開示されない。しかしながら、開示されない内容は、当業者にとって周知のものであるため、特許請求の範囲に影響を及ぼさないことが理解されるべきである。
上記内容は、本発明に係るヘッドアップディスプレイシステムを具体的に開示すると共に、若干の実施例を挙げて説明する。しかしながら、本発明は、上記開示された実施形態および対応した実施例に限定されるものではないため、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において行われる改良、修正および変更等は、特許請求の範囲に属するものである。

Claims (10)

  1. 投影光源および合わせガラスを備え、前記合わせガラスが、内側ガラス板と、外側ガラス板と、内側ガラス板と外側ガラス板との間に挟まれた中間膜と、を備えるヘッドアップディスプレイシステムであって、
    透明ナノ膜を更に備え、前記透明ナノ膜が少なくとも二つの誘電体層及び少なくとも一つの金属層を備え、それぞれの金属層が二つの誘電体層の間に位置し、
    前記内側ガラス板及び前記外側ガラス板のそれぞれは前記中間膜との屈折率差が０．１以下であり、
    前記投影光源がＰ偏光を発生するためのものであり、
    前記Ｐ偏光は、前記内側ガラス板における前記中間膜から離れた方の表面に入射し、入射角が４２〜７２度であり、
    前記透明ナノ膜が、入射した前記Ｐ偏光の一部を反射できることを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。
  2. 前記金属層が銀層または銀を含む合金層であることを特徴する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  3. 前記Ｐ偏光は、入射角が５５〜７０度であることを特徴する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  4. 前記内側ガラス板及び前記外側ガラス板のそれぞれは前記中間膜との屈折率差が０．０５以下であることを特徴する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  5. 前記透明ナノ膜が、前記内側ガラス板における前記中間膜に接触した表面または前記外側ガラス板における前記中間膜に接触した表面に設置されることを特徴する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  6. 前記透明ナノ膜がポリマー膜に設置され、前記ポリマー膜と前記内側ガラス板及び前記外側ガラス板のそれぞれとの屈折率差が０．１以下であり、前記透明ナノ膜が設置されたポリマー膜は前記内側ガラス板と前記外側ガラス板との間に位置し、或いは、前記内側ガラス板における前記中間膜から離れた方の表面に位置することを特徴する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  7. 前記投影光源が発生するＰ偏光の色が、赤色、緑色および青色から少なくとも一つ選択されることを特徴する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  8. 前記透明ナノ膜が二つの金属層を備える場合、前記投影光源が発生するＰ偏光の色が、緑色および青色から少なくとも一つ選択されることを特徴する請求項７に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  9. 前記透明ナノ膜が二つの金属層または三つの金属層を備える場合、補助膜が更に増設され、前記補助膜が少なくとも一つの補助ポリマー膜と、該補助ポリマー膜に設置され且つ金属層を備える補助透明ナノ膜とを備え、前記補助膜が前記Ｐ偏光の入射領域に位置し、前記補助膜の補助透明ナノ膜と二つの金属層または三つの金属層を備える前記透明ナノ膜との間の距離が３５０μｍ以下であることを特徴する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
  10. 前記補助膜の補助透明ナノ膜と二つの金属層または三つの金属層を備える前記透明ナノ膜との間の距離が１００μｍ以下であることを特徴する請求項９に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
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