JP6575657B2 - 映像投影構造体、映像投影構造体の製造方法、映像投影方法及び自動車用窓 - Google Patents

映像投影構造体、映像投影構造体の製造方法、映像投影方法及び自動車用窓 Download PDF

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Description

本発明は、映像投影構造体、映像投影構造体の製造方法、映像投影方法及び自動車用窓に関する。
通常、映写機から投射された映像光を視認可能に表示するスクリーンは、映写機から投射された映像光を表示することを目的としており、観察者からみてスクリーンの反対側(背面側)を観察することができない。背面を観察可能なスクリーンとして、例えば透過型のスクリーンでは背面側から投射された映像光を観察者側(正面側)に透過することにより映像を表示するため背面側からの光を透過させることは可能である。しかしながら、このような透過型のスクリーンにおいては、光を透過させることは可能であるが、背面側の様子を観察することはできない場合がある。
背面を観察可能な反射型のスクリーンとしては、透明基材の表面に周期性のある凹凸を形成し、形成された凹凸の上に薄い金属膜を成膜し、更に金属膜の上に、透明な材料を充填し凹凸を埋めた構造のものが開示されている(例えば、特許文献1)。
特表2010−539525号公報
上記特許文献1において開示されている構成のスクリーンでは、表示させるべき映像光の表示や背面側の様子を観察する際に映像の明るさが不足するため、映像の視認性が劣る。
室内等に設けられた窓に映像等を投影することのできるものが求められている。即ち、映像を投影していない場合には、透明な窓として機能し、室内から外の景色を見ることができ、室内の投影装置より映像を投影している場合には、窓がスクリーンとして機能し、室内において映し出された映像を見ることのできる映像投影窓が求められている。しかし、上記特許文献1には、どのようにすれば、反射型のスクリーンにおいて、映像の視認性と背景の視認性の両立が図れるのかということは開示されていない。
本発明は、映像投影構造体窓を透過して見える背景の像の視認性を低下させることなく、投影された映像の視認性の高い映像投影窓構造体を提供する。また、本発明は、映像投影構造体を透過して見える背景の像の視認性を低下させることなく、投影された映像の視認性の高い映像投影構造体を精度良く、低コストで得ることができる映像投影構造体の製造方法を提供する。
本発明では、可視光における透過率が5%以上、90%以下であり、反射率が5%以上、70%以下であり、前方ヘイズが20以下である映像投影構造体であり、
表面に凹凸が形成されている第1の透明層と、
前記第1の透明層における凹凸が形成されている面に形成された反射膜と、
前記反射膜の上に形成された第2の透明層と、
を有し、
前記第1の透明層の表面に形成される凹凸のアスペクト比が0.5以下である、映像投影構造体が提供される。
また、本発明では、
透明基材の表面に、樹脂材料を塗布する工程と、
表面に凹凸が形成されている成形型を前記樹脂材料の上に、前記成形型の凹凸が形成されている面が前記樹脂材料の上となるように載置する工程と、
前記樹脂材料を硬化または固化させて、表面に凹凸を有する第1の透明層を形成する工程と、
前記第1の透明層より前記成形型を剥がす工程と、
前記第1の透明層における凹凸が形成されている面に反射膜を形成する工程と、
前記反射膜の上に樹脂材料を塗布し、前記樹脂材料を硬化または固化させることにより、第2の透明層を形成する工程と、
を有することを特徴とする、前述のような映像投影構造体の製造方法が提供される。
また、本発明では、前述のような映像投影構造体に、投影機からの映像を投影し、前記映像投影構造体において反射された映像を視認することを特徴とする映像投影方法が提供される。さらに、本発明では、前述のような映像投影構造体を含む自動車用窓が提供される。
本発明の映像投影構造体によれば、映像投影構造体を透過して見える背景の像の視認性を低下させることなく、投影された映像の視認性を高めることができる。また、本発明の映像投影構造体の製造方法によれば、映像投影構造体を透過して見える背景の像の視認性を低下させることなく、投影された映像の視認性の高い映像投影構造体を精度良く、低コストで得ることができる。
本実施の形態における映像投影窓の構造図 本実施の形態における映像投影窓の説明図 本実施の形態における映像投影窓の製造方法の工程図(1) 本実施の形態における映像投影窓の製造方法の工程図(2) 本実施の形態における映像投影窓の変形例1 本実施の形態における映像投影窓の変形例2 本実施の形態における映像投影窓の変形例3 本実施の形態における映像投影窓の変形例4 本実施の形態における映像投影窓の変形例5 本実施の形態における第1の透明層21の表面の形状を示す図 実施例23〜26における凹凸高さと発生頻度との相関図 実施例23〜26における周期と発生頻度との相関図 実施例23〜26における凹凸アスペクト比と発生頻度の相関図 実施例23〜26における凹凸傾斜角度と面内方向距離との相関図 本実施の形態の映像投影窓におけるXとYaveとの相関図 図15の要部拡大図(1) 図15の要部拡大図(2) 実施例23〜26における自己相関係数の説明図 45°入射の後方散乱光と45°入射の前方散乱光の測定方法の説明図 比較例5における第1の透明層の表面の形状を示す図 比較例6における第1の透明層の表面の形状を示す図 比較例5及び6におけるXとYaveとの相関図 図22の要部拡大図(1) 図22の要部拡大図(2)
発明を実施するための形態について、以下に説明する。なお、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第1の実施の形態〕
本発明における映像投影体は、透過率が5%以上、90%以下であり、反射率が5%以上、70%以下であり、前方ヘイズが20以下である。
可視光における透過率は、10%以上であってよく、30%以上であってよい。この範囲であると、外の景色の視認性がよい。また、スクリーンとしてのゲインを適切に保つために、可視光における透過率は80%以下であってよく、70%以下であってよく、60%以下であってよい。スクリーンとして機能させるためには、スクリーンゲインが高い方が良いため、反射率は9%以上であってよく、15%以上であってよく、30%以上であってよい。
前方ヘイズは、15以下であってよく、10以下であってよい。また、前方ヘイズは、スクリーン特性との両立という観点からは、0.2以上であってよく、0.5以上であってよく、0.8以上であってよい。前方ヘイズとは、透過光のうち、入射光から2.5°以上それた透過光を百分率で表したものである。
後方ヘイズは、5以上であってよい。また、後方ヘイズは、透明性という観点からは、90以下であってよく、80以下であってよい。後方ヘイズとは、反射光のうち、正反射光から2.5°以上それた反射光を百分率で表したものである。
映像投影構造体は、周囲に外光が存在する環境下で利用されることに適しており、映像投影構造体を見る観察者の視線が届く範囲に100ルクス以上の環境があっても、視認性良く、投影された映像と背景が見えることが好ましい。そのためには、前方ヘイズに対し、後方ヘイズが大きいことが好ましい。
映像投影構造体の表面に対し45°の角度より光を入射させた場合における、前方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度に対する、後方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度の比(Ib/If)は0.8以上であってよく、1より大きいことが好ましい。斜入射により映像投影構造体へ入射する外光をできる限り、観察者へ視認させないことが重要である。そのため、映像投影構造体へ入射する光のうち、投影光が入射しない側の光が観察者へ放出されにくいことが透明性に重要であることが分かったため、上記、パラメーターを適切に保つ必要がある。
また、透明感とスクリーンとしてのゲインを両立するパラメーターとしては、映像投影構造体の表面に対し45°の角度より光を入射させた場合における前方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度に対する、後方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度の比(Ib/If)を、前方ヘイズの値で除した値が0.1以上であるとよく、0.2以上であると好ましい。このパラメーターを測定する際の光源としては、可視光を放出する光源であればよい。具体的には、A光源、B光源、C光源、D光源、D65、もしくは、それらの可視光域を再現するものであってよい。
また、透明感とスクリーンとしてのゲインを両立するパラメーターとしては、映像投影構造体の表面に対し45°の角度より光を入射させた場合における「45°入射の後方散乱光の強度/45°入射の前方散乱光の強度×後方ヘイズ/前方ヘイズ」が5以上であるとよく、10以上であると好ましい。
映像投影窓は、上記の光学条件を満たせば、周囲に外光が存在する環境下でも映像視認性と背景視認性を両立させることができる。外光としては、直射日光が存在する場合、直射日光はないが晴天時の場合、室内における100ルクス以上の環境下の場合であっても利用可能である。
また、45°入射の後方散乱光/45°入射の前方散乱光の値が大きいことにより、映像を投影する側に対し、映像を投影しない側の環境が、明るいこと、もしくは、室外であることが好ましい。
本実施の形態における映像投影構造体である映像投影窓について、図1に基づき説明する。本実施の形態における映像投影窓100は、透明基材10と、前記透明基材10の上に形成された表面に凹凸が形成されている第1の透明層21と、前記第1の透明層における凹凸が形成されている面に形成された反射膜30と、前記反射膜30の上に形成された第2の透明層22と、を有する。反射膜30の上には、凹凸を埋め込むように、第2の透明層22が形成されている。
透明基材10は、ガラスまたは透明樹脂であってよい。透明基材10を構成するガラスとしては、ソーダライムガラス、無アルカリガラスが好ましい。耐久性を向上させるため、化学強化、ハードコーティング等が行われたものであってよい。透明基材10を構成する透明樹脂としては、ポリカーボネート、PETフィルム、PENフィルム、シクロオレフィンポリマーのフィルム、ポリエステルフィルム等が好ましい。透明基材10は、複屈折がないものであることが好ましい。
透明基材10の厚さは、基材としての耐久性が保たれる厚さのものを選択できる。透明基材10の厚さは、0.01mm以上であってよく、0.05mm以上であってよく、0.1mm以上であってよい。また、10mm以下であってよく、5mm以下であってよく、0.5mm以下であってよく、0.3mm以下であってよく、0.15mm以下であってよい。
第1の透明層21は、透明樹脂層であることが好ましい。透明樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の光硬化樹脂、熱硬化樹脂、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂が好ましい。窓としての機能が損なわれないよう、透明感を維持するため、透明樹脂のイエローインデックスが10以下であると好ましく、5以下がより好ましい。第1の透明層21の透過率は50%以上であると好ましく、75%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
第2の透明層22は、透明樹脂層であることが好ましい。透明樹脂としては、第1の透明層21におけるのと同様のものであってよい。第1の透明層21と同一の材料により構成されていても異なる材料により構成されていてもよいが、同一の材料により構成されていることが好ましい。第2の透明層22は、透明樹脂層であることが好ましい。第2の透明層22の透過率は50%以上であると好ましく、75%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
第1の透明層21と第2の透明層22において、凹凸部分以外の厚みは、0.5μm以上50μm以下であってよい。
反射膜30は、金属膜、誘電体の単層、多層膜、または、それらの組み合わせにより形成されており、反射膜30に入射した光の一部は透過し、他の一部は反射する。よって、反射膜30は、金属、金属酸化物、金属窒化物のうちのいずれかにより形成されていてもよい。反射膜30は、アルミニウム(Al)や銀(Ag)を含む金属材料により形成されていることが好ましい。反射膜30は、金属薄膜からなる、または、酸化物膜、金属薄膜膜、酸化物膜の順に積層された膜構成からなることが好ましい。金属薄膜の厚みは1nm〜100nm以下が好ましく、4nm〜25nm以下がより好ましい。
第1の透明層21と第2の透明層22は、それぞれの平均厚みの平板に同材料を加工した際に、前方ヘイズが20以下の材料によって構成されていることが好ましく、更には、15以下がより好ましい。また、可視光域の吸収は、第1の透明層21と第2の透明層22の消衰係数をk、k、凹凸形状のRaをA、可視光波長λとした場合に、exp(−2πA×|k−k|/λ)>0.25であると好ましい。凹凸の形状は、ランダムの凹凸、レンズアレイ、複数の形状のレンズを持ったレンズアレイ、ブレーズ型ホログラム、疑似ブレーズ型ホログラム等であってよい。特に、ランダムの凹凸であると、フィルムのモールドを利用できるため、大面積化が容易であり、好ましい。また、凹凸の形状のRaは、凹凸を挟んで存在する第1の透明層21と第2の透明層22の屈折率差がΔnの場合、RaΔn/映像光の波長<0.5であると好ましい。
本実施の形態における映像投影窓100において、隣り合う各層間の屈折率差は、0.2以内であると、各層界面での反射率が0.5%以内に抑えられるため好ましい。また、0.1以内であると、各層界面での反射率が0.1%程度となるためより好ましい。
また、第1の透明層21と第2の透明層22の屈折率差は、第1の透明層21の表面に形成される凹凸のラフネス値Raに対し、可視域の光の波長をλとし、それぞれの屈折率の差の絶対値をΔnとした場合、Δn×Ra/λの値が1以内であると好ましい。また、界面の反射や、透過する散乱光や、凹凸構造の自由度を考慮すると、第1の透明層21と第2の透明層22の屈折率の差は、0.1以内であると好ましく、0.05以内がより好ましく、0.02以内であるとさらに好ましい。また、第1の透明層21と第2の透明層22が有機樹脂により形成されている場合、各層の樹脂に含まれる2重結合および3重結合の体積比率の比が50%〜150%の範囲であると好ましい。また、第1の透明層21と第2の透明層22は、各層の材料の密度の比が80%〜120%の範囲であると好ましい。
本実施の形態における映像投影窓100は、反射型の映像投影窓であり、図2に示されるように、投影機110から映像投影窓100に映像を投影し、映像投影窓100において反射された映像を投影機110が設置されている側の観察者が見るためのものである。
次に、本実施の形態における映像投影窓の製造方法について、図3及び図4に基づき説明する。
最初に、図3(a)に示すように、表面に凹凸90aが形成されている成形型90を準備する。成形型90は、表面に凹凸が形成されている樹脂フィルムであってもよく、白色や黒色のフィルムで表面が艶消しのもの、光沢があるもの、離型フィルムであってもよく、表面に凹凸が形成されている金型であってもよい。表面の特性に関しては、同一の面内においての光沢度の変化が少ないことが好ましく、同一面内の異なる2か所の光沢度の比を取った場合、50%〜200%以内となることが好ましい。表面に凹凸が形成されているフィルムは、易接着処理がなされていないことが好ましい。表面に凹凸が形成されている金型、もしくは、フィルムは、例えば、凹凸が形成される材料の表面を切削、ドライエッチング、ウェットエッチング、サンドブラスト、押し出し成型による表面成型、微粒子等の混合部材を成型した際に生じる表面構造の利用、自己組織化材料の塗布等により凹凸を形成したものであってもよい。金型の素材は、Ni系材料、ステンレス、Cu系材料、石英、ガラス等であってもよい。また、形成された凹凸の表面には、離型処理がなされていてもよい。
次に、図3(b)に示すように、ガラス基板等の透明基材10を準備し、透明基材10の上に、第1の透明層21を形成するための樹脂材料であるUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)をダイコート、スピンコート、インクジェット塗布、スプレーコート等により塗布する。この後、透明基材10の上の塗布されているUV硬化性樹脂の上に成形型90を載置する。成形型90は、成形型90の凹凸90aが形成されている面が、UV硬化性樹脂の上になるように載置する。この後、UV硬化性樹脂に200〜10000mJのUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第1の透明層21を形成する。なお、第1の透明層21を熱硬化性樹脂により形成する場合は、熱硬化性樹脂の上に成形型90を載置したあと、加熱により熱硬化性樹脂を硬化させる。また、第1の透明層21を熱可塑性樹脂により形成する場合は、熱可塑性樹脂を加熱して成形型90を載置したあと、冷却して熱可塑性樹脂を固化させる。
次に、図3(c)に示すように、成形型90を第1の透明層21より剥がす。これにより、第1の透明層21の表面に形成されている凹凸21aの表面が露出する。
次に、図4(a)に示すように、第1の透明層21において、凹凸21aが形成されている面に反射膜30を形成する。反射膜30は、凹凸21aが形成されている面に、真空蒸着またはスパッタリングにより、Al膜を成膜することにより形成する。
また、反射膜30は、好ましくは1nm〜100nm以下、より好ましくは4nm〜25nmの厚みとなるように形成される。反射膜30は、好ましくは5%以上、より好ましくは15%以上、さらに好ましくは30%以上の反射率となるように形成される。また、反射膜30は、反射率が色によって急激に変化しないことが好ましい。RGBそれぞれの代表的な光の波長を630nm、530nm、465nmとしたとき、それぞれの反射率のLog(常用対数)の値の比が、0.5〜2の範囲内であると好ましい。
次に、図4(b)に示すように、反射膜30の上に、第2の透明層22を形成する。具体的には、第1の透明層21における凹凸21aの上に形成されている反射膜30の上に、第2の透明層22を形成するためのUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)をダイコートにより塗布する。この後、UV硬化性樹脂にUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第2の透明層22を形成する。尚、第2の透明層22は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂により形成してもよい。
また、第1の透明層21と第2の透明層22は、凹凸部分以外の厚みは、0.5μm以上であればよく、ロールツーロールプロセスにて作成することを考慮すると50μm以下であると好ましい。また、凹凸のRaの2倍以下であれば、樹脂の量を削減して低コスト化をはかりつつ、成型時の引け等を抑制するのに十分な厚みとなるため、好ましい。
映像投影窓100は、下記の構成を透明基材10上に形成したものであってもよい。ハーフミラーに散乱材料を積層したものであってもよい。体積ホログラムによって、反射、偏向、拡散されるものであってもよい。キノフォーム型ホログラム、その他凹凸表面やその表面に反射膜を形成した構成によって、偏向、反射、拡散されるものであってもよい。コレステリック液晶、高分子コレステリック液晶を利用したものであってもよい。コレステリック液晶は、凹凸表面上に配向、形成したものであってもよい。高分子コレステリック液晶の表面をエッチング等で凹凸をつけたものであってもよい。コレステリック液晶を水平配向と垂直配向の基材にて液晶層を形成したものであってもよい。コレステリック液晶に界面活性剤を添加したものを基材上に塗布して、塗布表面を垂直配光させたものであってもよく、また、塗布表面の配向性を落としたものであってもよい。
次に、本実施の形態における映像投影構造体の他の実施形態について説明する。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図5に示されるように、2枚の透明基材を用いた構造のものである。具体的には、図1に示される第2の透明層22の上に、透明基材11を張り合わせた構造のものである。透明基材11は、透明基材10と同じ材料により形成されていても異なる材料により形成されていてもよい。透明基材11は、透明基材10において上述した好適な素材、好適な厚さで形成されていることが好ましい。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図6に示されるように、透明フィルム40の上に、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されており、透明フィルム40側に透明基材10を張り合わせ、第2の透明層22側に透明基材11を張り合わせた構造のものである。この構造の映像投影膜は、ガラス等により形成されている透明基材10の上に直接形成することなく、透明フィルム40の上に第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22を形成することができる。このため、ロールツーロール等の低コストな製造方法により映像投影構造体を製造することができる。この図6では、透明フィルム40と透明基材10を便宜上別のものとして表示しているが、透明フィルム40は透明基材10の一態様としてとらえることができる。また、第1の透明層21については、透明フィルム40と同一であり一体の素材であってもよい。すなわち、透明フィルム40の表面をサンドブラスト処理等により粗面化して凹凸を付与することもできる。
透明フィルム40は、透明樹脂フィルム、または、薄いガラスフィルムであってよい。透明フィルム40については、ロールツーロールプロセスを適用できる厚みであることが好ましく、0.01mm〜0.5mmが好ましく、0.05mm〜0.3mmがより好ましく、0.15mm以下がさらに好ましい。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図7に示されるように、透明フィルム40の上に、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されている映像投影構造体である。この映像投影構造体は、透明フィルム40の上に、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成され、薄い構造としているため、粘着剤を用いた貼り付けや、変形させることが可能であり、曲面を有する映像投影窓等を形成する部材として利用することに向いている。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図8に示されるように、合わせガラスにした構造の映像投影窓である。具体的には、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されており、第1の透明層21側に、接着層51により第1の透明フィルム41と第1のガラス基板61とが接着されたものが張り合わされており、第2の透明層22側に、接着層52により第2の透明フィルム42と第2のガラス基板62とが接着されたものが張り合わされている。なお、第2の透明フィルム42を設けることなく、第2の透明層22に接着層52により第2のガラス基板62が接着されているものであってもよい。本変形例においては、接着層51及び52は、例えば、EVA(Ethylene-vinyl acetate)樹脂またはPVB(Poly vinyl butyral)樹脂、アクリル系粘着剤やその他粘着剤、UV硬化樹脂等により形成されている。
なお、接着層51及び52は、第1のガラス基板61を第1の透明フィルム41に、第2のガラス基板62を第2の透明フィルム42に、接着するためのものであり、例えば、熱可塑性樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなるものである。接着層51及び52の厚さは必ずしも限定されるものではないものの、例えば、0.01〜1.5mmが好ましく、0.05〜0.5mmがより好ましい。
接着層51及び52に用いられる熱可塑性樹脂としては、従来からこの種の用途に用いられている熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、可塑化ポリビニルアセタール系樹脂、可塑化ポリ塩化ビニル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、可塑化飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、可塑化ポリウレタン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体系樹脂等が挙げられる。
本実施の他の実施の形態における映像投影窓は、図9に示されるように、図8に示される映像投影窓において、用いられるガラス基板を1枚にしたものである。具体的には、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されているものの、第1の透明層21側に、接着層51により第1の透明フィルム41と第1のガラス基板61とが接着されたものが張り合わされており、第2の透明層22に、第2の透明フィルム42が張り合わされている。なお、第2の透明フィルム42が設けられていない構造のものであってもよい。
本実施の形態における映像投影構造体においては、光の回折により色むらが生じることや、映像投影窓を透過して見える像のエッジ部分が分光により虹色に見えてしまい視認性が損なわれることを防ぐことができ、かつ、反射型のスクリーンとして用いることができる。すなわち、映像投影窓を見る方向や場所、入射する光の向きによって窓の色目が変わるような現象を抑制し、また、透過した背景がスプリットを防ぐ。そのため、背景の視認性や、背景や投影像の色再現性に優れ、視線を邪魔しない窓としての性質を備えることができる。
〔第2の実施の形態〕
本実施の形態における映像投影構造体である映像投影窓について、図1に基づき説明する。本実施の形態における映像投影窓100は、透明基材10と、前記透明基材10の上に形成された表面にランダムな凹凸が形成されている第1の透明層21と、前記第1の透明層におけるランダムな凹凸が形成されている面に形成された反射膜30と、前記反射膜30の上に形成された第2の透明層22と、を有する。反射膜30の上には、ランダムな凹凸を埋め込むように、第2の透明層22が形成されている。
透明基材10は、ガラスまたは透明樹脂であってよい。透明基材10を構成するガラスとしては、ソーダライムガラス、無アルカリガラスが好ましい。耐久性を向上させるため、化学強化、ハードコーティング等が行われたものであってよい。透明基材10を構成する透明樹脂としては、ポリカーボネート、PETフィルム、PENフィルム、シクロオレフィンポリマーのフィルム、ポリエステルフィルム等が好ましい。透明基材10は、複屈折がないものであることが好ましい。複屈折率が小さいフィルムとしては、例えばシクロオレフィンポリマーフィルムやPENフィルム等が挙げられる。
透明基材10の厚さは、基材としての耐久性が保たれる厚さのものを選択できる。例えば、透明基材10の厚さは、0.01mm以上であってよく、0.05mm以上であってよく、0.1mm以上であってよい。また、10mm以下であってよく、5mm以下であってよく、0.5mm以下であってよく、0.3mm以下であってよく、0.15mm以下であってよい。
第1の透明層21は、透明樹脂層であることが好ましい。透明樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の光硬化樹脂、熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂が好ましい。窓としての機能が損なわれないよう、透明感を維持するため、透明樹脂のイエローインデックスが10以下であると好ましく、5以下がより好ましい。第1の透明層21の透過率は50%以上であると好ましく、75%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。ここで、可視光における透過率とは、d線(589nm)で測定した透過率を指す。
第2の透明層22は、透明樹脂層であることが好ましい。透明樹脂としては、第1の透明層21におけるのと同様のものであってよい。第1の透明層21と同一の材料により構成されていても異なる材料により構成されていてもよいが、同一の材料により構成されていることが好ましい。第2の透明層22は、透明樹脂層であることが好ましい。第2の透明層22の透過率は50%以上であると好ましく、75%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
第1の透明層21と第2の透明層22において、凹凸部分以外の厚みは、0.5μm以上50μm以下であってよい。
反射膜30は、金属膜、誘電体の単層、多層膜、または、それらの組み合わせにより形成されており、反射膜30に入射した光の一部は透過し、他の一部は反射する。よって、反射膜30は、金属、金属酸化物、金属窒化物からなる群から選択される一以上により形成されていてもよい。反射膜30は、アルミニウム(Al)や銀(Ag)を含む金属材料により形成されていることが好ましい。反射膜30は、金属薄膜からなる、または、酸化物膜、金属薄膜膜、酸化物膜の順に積層された膜構成からなることが好ましい。金属薄膜の厚みは1nm〜100nm以下が好ましく、4nm〜25nm以下がより好ましい。この範囲であると、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値である(算術平均粗さ)Raによる機能を妨げずに活かすことができる。
次に、本実施の形態における映像投影窓において、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸について説明する。凹凸形状の各場所での高さ、各深さはランダムである。ここで言うランダムとは、各凸状体の位置の座標が乱数乃至は乱数に近い不規則性の高い値になって分布していることを意味する。ただし、形状に有る程度の相似性等の類似性があってもよい。
ランダムな凹凸においては、通常のスクリーンとは、異なる思想で設計する必要がある。通常の白色のスクリーンにおいては、内部で散乱することが前提でその表面形状が決められている。しかし、本発明においては、凹凸の形状のみで反射、散乱させることで、実用的に充分な視野角を持つスクリーンとして機能させる必要がある。また、同時に、背景の像をクリアに視認できる透明性と両立させる必要があり、そのためには、以下のように凹凸の形状を定めるとよい。
図10には、後述する実施例における第1の透明層21の表面の形状を示す。第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値Raは、0.01μm≦Ra≦20μmであることが好ましく、0.1μm≦Ra≦10μmであるとより好ましく、0.1μm≦Ra<3μmであるとさらに好ましい。これにより、投影像の視野角が広く、正反射光を直接見ずに視認でき、凹凸による粒状感を抑えられる。なお、ラフネス値Raは方向によって異なっていてもよい。第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は、3μmより小さくすることにより、本発明の部材を通して背景をみるときに、本構造が邪魔にならずより好ましい。また、ラフネスRaが10μm<Ra≦20μmであると、ランダムな凹凸の1周期の周波数が1μm以下の構造を少なくしても、大きな散乱角を得ることができるため、低ヘーズで広視野角を得る場合に好ましい。
また、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のPVの最大値は50μm以下であるとよく、25μm以下であると好ましい。この範囲であるとランダムの形状を肉眼で見えなくできるため好ましい。ここで、PVとは、1つの凹凸の左右の谷底と、それぞれの谷底から第1の透明層21の主面に対し垂直にのばした線が、該凹凸の頂点を第1の透明層21の面に対して平行にのばした線が交わる点との距離を2で割り平均をとった値である。
第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸の高さは、1周期分のPVとして計測した場合、メジアン値が0.01μm以上であると好ましく、0.02μm以上であるとより好ましい。また、メジアン値が100μm以下であると好ましく、50μm以下であるとより好ましい。
また、ランダムな凹凸は、凹凸の高さ(PV)、凹凸の周期(任意の1個の凸の頂点から隣の凸の頂点までの距離)、およびアスペクト比は一定の範囲にあることが好ましい。
図11に、後述する実施例における凹凸高さと発生頻度との関係を示す。図11に示される凹凸の高さと発生頻度の度数分布において、ピークとなる高さの度数、もしくは、メジアン値の半値となる度数を持つ凹凸の高さの値が、ピークとなる高さ、もしくは、メジアン値となる高さから離れていることが虹ムラを抑制することができるため好ましく、少なくとも、その片方が、ピーク値の80%以下、もしくは、120%以上の範囲にあると好ましく、50%以下、もしくは、200%以上であるとより好ましい。
第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸の幅の度数分布のピークとなる幅は、1μm以上が好ましい。光の波長より長くなるため、反射光を散乱する効果が高くなるからである。また、50μm以下が好ましく、20μm以下であることがより好ましい。パターンを目視にて視認できないためである。
図12に、後述する実施例における周期と発生頻度との関係を示す。第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸の周期の度数分布においてピークとなる周期の度数の半値となる度数を持つ値は、ピーク値の80%以下、120%以上の範囲にあると好ましく、50%以下、200%以上であるとより好ましい。虹ムラを抑制することができるからである。
図13に、後述する実施例における凹凸アスペクト比と発生頻度の関係、図14に、後述する実施例における凹凸傾斜角度と面内方向距離との関係を示す。図13、図14に基づくならば、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のアスペクト比は、度数分布のピークから求めた場合、0.5以下とすることができ、凹凸の傾斜角度の大半が45°以内となるため、前方へ反射光が放出される量が減ることで、ヘイズを減少させることができ、好ましい。
上記の高さ、周期を決定する際には、凹凸の実測値に対して行う高周波成分の除去処理を、除去処理前後のRaの変化率が10%以下の範囲、好ましくは5%以下の範囲にて行うと、スクリーン特性や虹ムラ、背景のスプリットを議論することに不要なノイズを除去できるためよい。
本実施の形態における、ランダムな凹凸は一定のうねりを有することが好ましい。実施例におけるランダムな凹凸を周波数分解することにより凹凸のプロファイルの分布を示したのが、以下のcである。cにおいてNは正の整数であり、ωは周波数であり、nは0〜N−1の整数であり、λは入射光の波長であり、iは虚数単位である。
また、第1の透明層21においてランダムな凹凸が形成されている面のある点を原点としたときに、面内方向、即ち、第1の透明層21の主面に対し平行な面上の座標をxとする。nは0〜N−1の整数である。この場合、x=0(mm)、x=xN(mm)となり、x=(xN/N)×n(mm)となる。また、第1の透明層21の主面に対し垂直方向における凹凸の高さをz(x)とし、垂直方向における凹凸の高さの最低値を0μmとする。
本実施の形態においては、c、ω、Y、X、Yaveを数1〜数5に示される式により表されるものとした場合、Xが20以上の場合に、数6に示される式を満たしていることが好ましく、Xが5以上の場合に、数6に示される式を満たしていることがより好ましい。なお、kは、その逆数とxNをかけ合わせた値が凹凸の面内方向の幅となる値である。
後述する実施例における映像投影窓において、XとYaveとの関係を図15〜図17に示す。なお、図16、図17は、図15の要部となる一部を拡大した図である。
Figure 0006575657
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Xは視野角に相関ある値であり、単位はmm−1である。Yは光の強度に相関のある値である。XとYがともに大きいと、視野角が広いスクリーンとなるものと考えられる。また、視野角の最大値の目安は、波長や入射角度によって異なり、青色光でXの値が2000程度、赤色でX値が1500程度であるとき、スクリーンによって散乱される光が入射光に対して90°に散乱される光となるため、上記程度までの範囲を考えるとよい。スクリーンへの投影角が急峻な場合は、この倍程度までを考えればよい。考える範囲は、スクリーンへの投影角に合わせて考えるとよい。また、考慮しなければならないXの値の倍以上のXのYaveが計算できるだけのxの取得間隔と取得数を設定するとよい。
よって、YaveがXの変化に対して急激に小さくなると散乱角度が小さいため、視野角が小さくなり、スクリーンとして不適である。また、X及びYを大きくした場合には、散乱角度は充分であるが、ヘイズが大きくなりやすく、窓材としては不適となる場合がある。
また、Xの変化率が6の場合(例えば、Xをn+1からn+7まで変化させた場合、nはNの半分以下の任意の数)、数5に示す式より算出されるYaveの変化率より、可視光では、約0.2°程度の角度分解能相当を示すと試算される。よって、この角度で急激に光の光量が変化すると分光現象として、虹ムラを認識できてしまう場合が多い。目安としては、LogYaveはXが1変化するのに対して値が2以上変化しないことが好ましく、1以内だとより好ましい。また、LogYaveはXが1変化するのに対して値が1以内においても、Xが20変化する間に、LogYaveの変化の合計が2以内で有ると好ましく、1以内であるとより好ましい。
また、均一にランダム性が維持されていることが好ましく、ある一定距離、測定座標がシフトしても、同一のXのときのYaveの値の計算結果の比が100以内に収まることが好ましく、10以内だとより好ましい。測定座標のシフト量は、投影される映像の1画素と同程度かそれ以内であるとよく、1000μm以内の適当な値としても上記に入ることが好ましい。また、測定方向を逆方向に測定したとしても、同一のXのときのYaveの値の計算結果の比が100以内に収まることが好ましく、10以内だとさらに好ましい。また、測定方向を変えて測定したとしても、同一のXのときのYaveの値の計算結果の比が100以内に収まることが好ましく、10以内だとさらに好ましい。
図18に、後述する実施例23〜26における自己相関係数を示す。図18は、横軸を次数hとして1周期分記載している。また、自己相関係数rは、zを平均値として、数7に示される式にて計算される。
Figure 0006575657
尚、zは測定範囲の高さの平均値である。
自己相関係数において、次数hを0から正、もしくは、負に変化させた際に一度極値を取った後、自己相関係数が±0.7以内であると、虹ムラ抑制に効果があり好ましく、±0.5以内であると充分なランダム性を維持できており、より虹ムラ抑制に効果があり好ましい。
本実施の形態における映像投影窓100において、隣り合う各層間の屈折率差は、0.2以内であると、各層界面での反射率が0.5%以内に抑えられるため好ましい。また、0.1以内であると、各層界面での反射率が0.1%程度となるためより好ましい。
また、第1の透明層21と第2の透明層22の屈折率差は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値Raに対し、可視域の光の波長をλとし、それぞれの屈折率の差の絶対値をΔnとした場合、Δn×Ra/λの値が1以内であると好ましい。また、界面の反射や、透過する散乱光や、ランダムな凹凸構造の自由度を考慮すると、第1の透明層21と第2の透明層22の屈折率の差は、0.1以内であると好ましく、よ0.05以内がより好ましく、0.02以内であるとさらに好ましい。また、第1の透明層21と第2の透明層22が有機樹脂により形成されている場合、各層の樹脂に含まれる2重結合および3重結合の体積比率の比が50%〜150%の範囲であると好ましい。また、第1の透明層21と第2の透明層22は、各層の材料の密度の比が80%〜120%の範囲であると好ましい。
本実施の形態における映像投影構造体は、可視光における透過率は5%以上、90%以下であり、反射率は5%以上、70%以下であることが好ましい。可視光における透過率は、10%以上がより好ましく、30%以上がさらに好ましい。この範囲であると、外の景色の視認性がよい。また、スクリーンとしてのゲインを適切に保つために、可視光における透過率は80%以下がより好ましく、70%以下がさらに好ましい。また、可視光における透過率が5%以上、50%以下の範囲であると、背景が日中の外の風景である場合に視認性がよい。スクリーンとして機能させるためには、スクリーンゲインが高い方が良いため、反射率は15%以上がより好ましく、30%以上がさらに好ましい。
本実施の形態における映像投影構造体は、可視光における透過率は5%以上、90%以下であり、反射率は5%以上、70%以下であり、ヘイズが20以下であってもよい。
次に、本実施の形態における映像投影構造体の製造方法について、図3及び図4に基づき説明する。
最初に、図3(a)に示すように、表面にランダムな凹凸90aが形成されている成形型90を準備する。ランダムの凹凸の形成には、フィルムのモールドを利用できるため、大面積化が容易である。成形型90は、表面にランダムな凹凸が形成されている樹脂フィルムであってもよく、白色や黒色のフィルムで表面が艶消しのもの、光沢があるもの、離型フィルムであってもよく、表面にランダムな凹凸が形成されている金型であってもよい。表面の特性に関しては、同一の面内においての光沢度の変化が少ないことが好ましく、面内の異なる場所にて測定された光沢度のその比を取った場合、50%〜200%以内となることが好ましい。表面にランダムな凹凸が形成されているフィルムは、易接着処理がなされていないことが好ましい。表面にランダムな凹凸が形成されている金型またはフィルムは、例えば、凹凸が形成される材料の表面を切削、ドライエッチング、ウェットエッチング、サンドブラスト、押し出し成型による表面成型、微粒子等の混合部材を成型した際に生じる表面構造の利用、自己組織化材料の塗布等によりランダムな凹凸を形成したものであってもよい。金型の素材は、Ni系材料、ステンレス、Cu系材料、石英、ガラス等であってもよい。また、形成されたランダムな凹凸の表面には、離型処理がなされていてもよい。
次に、図3(b)に示すように、ガラス基板等の透明基材10を準備し、透明基材10の上に、第1の透明層21を形成するための樹脂材料であるUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)をダイコート、スピンコート、インクジェット塗布、スプレーコート等により塗布する。この後、透明基材10の上の塗布されているUV硬化性樹脂の上に成形型90を載置する。なお、第1の透明層21は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂により形成してもよい。成形型90は、成形型90のランダムな凹凸90aが形成されている面が、UV硬化性樹脂の上になるように載置する。この後、UV硬化性樹脂に200〜10000mJのUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第1の透明層21を形成する。なお、第1の透明層21を熱硬化性樹脂により形成する場合は、熱硬化性樹脂の上に成形型90を載置したあと、加熱により熱硬化性樹脂を硬化させる。また、第1の透明層21を熱可塑性樹脂により形成する場合は、熱可塑性樹脂を加熱して成形型90を載置したあと、冷却して熱可塑性樹脂を固化させる。
次に、図3(c)に示すように、成形型90を第1の透明層21より剥がす。これにより、第1の透明層21の表面に形成されているランダムな凹凸21aの表面が露出する。
次に、図4(a)に示すように、第1の透明層21において、ランダムな凹凸21aが形成されている面に反射膜30を形成する。反射膜30は、ランダムな凹凸21aが形成されている面に、真空蒸着またはスパッタリングにより、Al膜を成膜することにより形成する。
また、反射膜30は、好ましくは1nm〜100nm、より好ましくは4nm〜25nmの厚みとなるように形成される。反射膜30は、好ましくは5%以上、より好ましくは15%以上、さらに好ましくは30%以上の反射率となるように形成される。また、反射膜30は、反射率が色によって急激に変化しないことが好ましい。RGBそれぞれの代表的な光の波長を630nm、530nm、465nmとしたとき、それぞれの反射率のLog(常用対数)の値の比が、0.5〜2の範囲内であると好ましい。
なお、表面にランダムな凹凸が形成されている第1の透明層の形成方法は、上記に限られない。表面にランダムな凹凸を持つ部材を型として、UV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いるインプリント法やキャスト法を利用してよい。また、透明基材(フィルム、シート)そのものの表面に、切削、ドライエッチング、ウェットエッチング、サンドブラスト、押し出し成型によりランダムな凹凸を形成してもよい。透明基材に自己組織化材料を塗布する方法を利用してよい。
次に、図4(b)に示すように、反射膜30の上に、第2の透明層22を形成する。具体的には、第1の透明層21におけるランダムな凹凸21aの上に形成されている反射膜30の上に、第2の透明層22を形成するための樹脂材料であるUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)をダイコートにより塗布する。この後、UV硬化性樹脂にUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第2の透明層22を形成する。なお、第2の透明層22は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂により形成してもよい。
また、第1の透明層21と第2の透明層22は、凹凸部分以外の厚みは、0.5μm以上であればよく、ロールツーロールプロセスにて作成することを考慮すると50μm以下であると好ましい。また、凹凸のRaの2倍以下であれば、樹脂の量を削減して低コスト化をはかりつつ、成型時の引け等を抑制するのに十分な厚みとなるため、好ましい。
次に、本実施の形態における映像投影構造体の他の実施形態について説明する。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図5に示されるように、2枚の透明基材を用いた構造のものである。具体的には、図1に示される第2の透明層22の上に、透明基材11を貼り合わせた構造のものである。透明基材11は、透明基材10と同じ材料により形成されていても異なる材料により形成されていてもよい。透明基材11は、透明基材10において上述した好適な素材、好適な厚さで形成されていることが好ましい。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図6に示されるように、透明フィルム40の上に、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されており、透明フィルム40側に透明基材10を貼り合わせ、第2の透明層22側に透明基材11を貼り合わせた構造のものである。この構造の映像投影膜は、ガラス等により形成されている透明基材10の上に直接形成することなく、透明フィルム40の上に第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22を形成することができる。このため、ロールツーロール等の低コストな製造方法により映像投影構造体を製造することができる。この図6では、透明フィルム40と透明基材10を便宜上別のものとして表示しているが、透明フィルム40は透明基材10の一態様としてとらえることができる。また、第1の透明層21については、透明フィルム40と同一であり一体の素材であってもよい。すなわち、透明フィルム40の表面をサンドブラスト処理等により粗面化して凹凸を付与することもできる。
透明フィルム40は、透明樹脂フィルム、または、薄いガラスフィルムであってよい。透明フィルム40については、ロールツーロールプロセスを適用できる厚みであることが好ましく、0.01mm〜0.5mmが好ましく、0.05mm〜0.3mmがより好ましく、0.15mm以下がさらに好ましい。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図7に示されるように、透明フィルム40の上に、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されている映像投影構造体である。この映像投影構造体は、透明フィルム40の上に、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成され、薄い構造としているため、粘着剤を用いた貼り付けや、変形させることが可能であり、曲面を有する映像投影窓等を形成する部材として利用することに向いている。
本実施の他の実施の形態における映像投影構造体は、図8に示されるように、合わせガラスにした構造の映像投影窓である。具体的には、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されており、第1の透明層21側に、接着層51により第1の透明フィルム41と第1のガラス基板61とが接着されたものが貼り合わされており、第2の透明層22側に、接着層52により第2の透明フィルム42と第2のガラス基板62とが接着されたものが貼り合わされている。なお、第2の透明フィルム42を設けることなく、第2の透明層22に接着層52により第2のガラス基板62が接着されているものであってもよい。本変形例においては、接着層51及び52は、例えば、EVA(Ethylene-vinyl acetate)樹脂またはPVB(Poly vinyl butyral)樹脂、アクリル系粘着剤やその他粘着剤、UV硬化樹脂等により形成されている。
なお、接着層51及び52は、第1のガラス基板61を第1の透明フィルム41に、第2のガラス基板62を第2の透明フィルム42に、接着するためのものであり、例えば、熱可塑性樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなるものである。接着層51及び52の厚さは必ずしも限定されるものではないものの、例えば、0.01〜1.5mmが好ましく、0.05〜0.5mmがより好ましい。
接着層51及び52に用いられる熱可塑性樹脂としては、従来からこの種の用途に用いられている熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、可塑化ポリビニルアセタール系樹脂、可塑化ポリ塩化ビニル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、可塑化飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、可塑化ポリウレタン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体系樹脂等が挙げられる。
本実施の他の実施の形態における映像投影窓は、図9に示されるように、図8に示される映像投影窓において、用いられるガラス基板を1枚にしたものである。具体的には、第1の透明層21、反射膜30、第2の透明層22が形成されているものの、第1の透明層21側に、接着層51により第1の透明フィルム41と第1のガラス基板61とが接着されたものが貼り合わされており、第2の透明層22に、第2の透明フィルム42が貼り合わされている。なお、第2の透明フィルム42が設けられていない構造のものであってもよい。
本実施の形態における映像投影構造体においては、光の回折により色むらが生じることや、映像投影窓を透過して見える像のエッジ部分が分光により虹色に見えてしまい視認性が損なわれることを防ぐことができ、かつ、反射型のスクリーンとして用いることができる。すなわち、映像投影窓を見る方向や場所、入射する光の向きによって窓の色目が変わるような現象を抑制し、また、透過した背景がスプリットを防ぐ。そのため、背景の視認性や、背景や投影像の色再現性に優れ、視線を邪魔しない窓としての性質を備えることができる。
即ち、映像を投影していない場合には、透明な窓として機能し、室内から外の景色を見ることができ、室内の投影装置より映像を投影している場合には、窓がスクリーンとして機能し、室内において映し出された映像を見ることのできる映像投影窓として機能できる。
本実施の形態における映像投影構造体である映像投影窓100は、反射型の映像投影構造体であり、図2に示されるように、投影機110から映像投影窓100に映像を投影し、映像投影窓100において反射された映像を投影機110が設置されている側の観察者が見るためのものである。
次に、第1及び第2の実施の形態における映像投影構造体の用途について説明する。
建物等の構造物における窓等として、以下の用途が挙げられる。
・商品等のショーケース;美術品、動物等の展示ケース;建物、ショールームへの表示
・居住空間のインテリアやCM、教育用の映像の表示
・ビル内部から投影する方式による広告の表示
・カーディーラーでの情報や広告等の表示
・ビルの三角小窓や歯目殺しの窓への広告や映画、外装の意匠性の変更、特に、窓上部への表示
・スーパーマーケット、リテイルや公共の建物のガラスドアとして用いて広告表示、情報通知、イベント等の用途
・温室用(グリーンハウス)等での構造材として生育情報等の表示
・壁紙のパターンを変えられるガラスウォールとしての用途
・スタジアム・スタジオの背面ボード
・ホテルなどのバスルームのパーテーション
・適当な映像、光を投影、非投影して、スイッチング可能なプライバシースクリーンとしての用途。特に、会議室、病院、銀行、レストラン、公共施設において、光を非投影時に、クリアに向こうが見えるため、プライバシーフィルターを未使用時に警備の際のセキュリティを向上させることができる。
・空港、駅、病院、学校における、文字、標識、画像、動画の表示
・寺社、仏閣、神社、教会等の宗教施設における、地域や観光の情報の表示
・商業施設における空間演出
・プロジェクションマッピング
・スタジアムにおける、文字、標識、画像、動画の表示
・キッチンでの情報や個人向けの映像投影用途
・ホワイトボードとして、書き込みや表示が可能な部材として学校やミーティングルームで用いる。また、ユーザーインターフェースと共に用いる。
・断熱ガラスのペアガラスに用いて、スーパーやコンビニの冷蔵庫のドア。
テーブルトップ、ケーシング等における用途として、以下の用途が挙げられる。
・レストランのテーブルトップ
・ホテル、銀行、すし屋等のカウンター
・机(デスクトップ)、キッチンカウンター
・卓上のパーテーション
・デパート地下のショーケース
・ブティックのショーケース・更衣室
・キッチン、リビング等の壁
・自動販売機
・パチンコ屋のパーテーション・パチンコ台の前面ガラス。パチンコをしているときは、透明なので普通にそのまま打てる。台が空いて座っている人がいないときは、前面のガラス前面にお店の宣伝に用いる。
また、本発明の透明スクリーンの背後に別の表示装置を配置すると、奥行きのある映像が表示できたり、異なる動きをする映像を重ねて表示させることができる。
また、車両における用途として、以下の用途が挙げられる。
鉄道車両においては、
・運転席の背面の窓ガラス(地下運転時の車内照明の映り込み防止)
・鉄道用側窓ガラスへの情報表示
・広告中吊り
・新幹線のパーテーション部分
・リニアモーターカーの窓ガラス
・電車用の窓へスクリーン機能を付与する。特に、日没後等に利用すると視認性が上がり良い。
自動車等においては、
・フロントガラスのシェード部分への表示
・自動車用フロントガラスへの情報表示
・タクシー・リムジンの車内パーテーションへの情報、映像表示バスの車内広告(ドライバーの背面)
・自動車用サンバイザー
・ミニバン、SUVにおいて、車内パーテーションとしてTVやDVDの映像の表示
・側面のドアを開けたときにドアガラスに『注意!』等が表示される使い方。
・リアガラスに搭載し、バックライト・HMSL、後方への情報表示、バス等の行き先表示
・メーター周囲
・ドアガラス用スクリーン
反射光、透過光の拡散機能を利用するものとして、防眩ガラス、防眩ミラーが挙げられる。また、その他、特殊用途として、信号機カバーガラス(種々の信号表示の統合)等が挙げられる。また、自動車、電車等において、ヘッドアップディスプレイおよび透明スクリーンの両方に利用できる。
以下、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。第1の実施の形態における実施例1〜22について、比較例1〜4と比較しつつ説明する。
〔実施例1〜22〕
(実施例1)
最初に、成形型90として、表面にランダムな凹凸が形成されているサンドブラストフィルムを使用した。成形型90の表面に形成されているランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は約0.16μmであった。
次に、図3(b)に示すように、厚さ0.1mmのPETフィルムを準備し、PETフィルムの上に、第1の透明層21を形成するためのUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)であるオグソールEA−F5003をダイコートにより塗布した。この後、PETフィルムの上の塗布されているUV硬化性樹脂の上に成形型90を載置した。成形型90は、成形型90のランダムな凹凸90aが形成されている面が、UV硬化性樹脂の上になるように載置した。この後、UV硬化性樹脂に1000mJのUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第1の透明層21を形成した。
次に、図3(c)に示すように、成形型90を第1の透明層21より剥がした。これにより、第1の透明層21の表面に形成されているランダムな凹凸21aの表面が露出した。
次に、図4(a)に示すように、第1の透明層21において、ランダムな凹凸21aが形成されている面に反射膜30を形成した。反射膜30は、ランダムな凹凸21aが形成されている面に、真空蒸着により、Al膜を4nm成膜することにより形成した。
次に、図4(b)に示すように、反射膜30の上に、第2の透明層22を形成するためのUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)であるオグソールEA−F5003をダイコートにより塗布した。この後、UV硬化性樹脂に1000mJのUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第2の透明層22を形成した。これにより、映像投影構造体を作製した。
(実施例2〜22)
実施例1と同様の手法により、映像投影構造体を製造した。ただし、成形型および反射膜30のAlの膜厚を変更した。
成形型については、以下の様なものを用いた。実施例1、4、10、13、19、20、22は、成形型としてPETフィルムにチタニア等の微粒子を混合して作成された表面の形状が算術平均粗さRaが1.20μmのフィルムを用いた。実施例3、6、12、16は、上記と同種のPETフィルムのRaが0.05μmのものを用いた。実施例9、11は、上記と同種のPETフィルムのRaが0.09μmのものを用いた。実施例5、8は、上記と同種のPETフィルムのRaが0.10μmのものを用いた。実施例7、14は、上記と同種のPETフィルムのRaが0.20μmのものを用いた。また、実施例2、17、21は、PETフィルムの表面がサンドブラストによって、表面のRaが0.34μmとされたものを用いた。実施例18は、同種のフィルムの表面のRaが0.30μm、実施例15は、同種のフィルムの表面のRaが0.48μmのランダムな凹凸を表面に形成されたものを成形型として用いた。
また、実施例1〜2のAlの膜厚は4nm、実施例3〜5のAlの膜厚は6nm、実施例6〜15、17、18のAlの膜厚は8nm、実施例16、実施例19〜21のAlの膜厚は12nm、実施例22のAlの膜厚は20nmとした。
(比較例1)
厚さ3mmのソーダライムガラス基板を用意した。
(比較例2〜4)
散乱材料を用いたスクリーンを用意した。散乱材料は、チタニアの微粒子をポリマー材料に混合させたものを用いた。それを、比較例1のガラス基板上に塗布してスクリーンとした。その際に、微粒子の濃度と膜厚、表面の状態を変化させることによって特性を変化させた。
上記の実施例および比較例で得られた映像投影構造体について、表1に示した光学特性を測定、評価した。結果を表1に示す。
Figure 0006575657
なお、表1における「前方ヘイズ」とは、透過光のうち、入射光から2.5°以上それた透過光を百分率で表したものである。「後方ヘイズ」とは、反射光のうち、正反射光から2.5°以上それた反射光を百分率で表したものである。「45°入射の後方散乱」とは、図19(a)に示されるように、映像投影窓100の表面に対し45°の角度で光を入射させた際に、映像投影窓100において反射し後方かつ映像投影窓100の法線方向に散乱される散乱光の強度である。「45°入射の前方散乱」とは、図19(b)に示されるように、映像投影窓100の表面に対し45°の角度で光を入射させた際に、映像投影窓100を透過し前方かつ映像投影窓100の法線方向に散乱される散乱光の強度である。
また、表1に記載されている「背景視認性」とは、映像投影窓を透過して見える景色等の視認性を意味する。0:良好、1:手前が暗い、または、外光が小さい場合は良好、2:背景認識が可能なレベル、3:不可、として評価した。
また、表1に記載されている「映像視認性」とは、映像投影窓に投影機により映像を投影した際に、映像投影窓において反射されて見ることのできる映像の視認性を意味する。0:良好、1:周囲が暗い場合は良好、2:大まかな認識が可能なレベル、3:不可、として評価した。
次に、第2の実施の形態における実施例23〜30について説明する。尚、ランダムな凹凸のラフネス値(Ra)、およびPV値は、接触式表面形状測定器で測定した。
〔実施例23〜30〕
(実施例23)
最初に、成形型90として、表面にランダムな凹凸が形成されているサンドブラストフィルムを使用した。成形型90の表面に形成されているランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.48μm、PV値は3.1μmであった。
次に、図3(b)に示すように、厚さ0.1mmのPETフィルムを準備し、PETフィルムの上に、第1の透明層21を形成するためのUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)であるオグソールEA−F5003(大阪ガス社製、アクリルモノマー)をダイコートにより塗布した。この後、PETフィルムの上の塗布されているUV硬化性樹脂の上に成形型90を載置した。成形型90は、成形型90のランダムな凹凸90aが形成されている面が、UV硬化性樹脂の上になるように載置した。この後、UV硬化性樹脂に1000mJのUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第1の透明層21を形成した。
次に、図3(c)に示すように、成形型90を第1の透明層21より剥がした。これにより、第1の透明層21の表面に形成されているランダムな凹凸21aの表面が露出した。
次に、図4(a)に示すように、第1の透明層21において、ランダムな凹凸21aが形成されている面に反射膜30を形成した。反射膜30は、ランダムな凹凸21aが形成されている面に、真空蒸着により、Al膜を12nm成膜することにより形成した。
次に、図4(b)に示すように、反射膜30の上に、第2の透明層22を形成するためのUV硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)であるオグソールEA−F5003(大阪ガス社製、アクリルモノマー)をダイコートにより塗布した。この後、UV硬化性樹脂に1000mJのUV光(紫外光)を照射することにより、UV硬化性樹脂を硬化させ、第2の透明層22を形成した。この時点で作製されたものを「PETフィルム積層体」と以下で称する。
次に、厚さ2mmのソーダライムガラスを2枚用意し、透明基材10と透明基材11とした。さらに、30mil(0.762mm)の厚さのPVBフィルムを2枚用意し、透明基材10、PVBフィルム、PETフィルム積層体、PVBフィルム、透明基材11の順に積層し、これらを真空パックした。さらに、真空パックされた状態で、120℃にて1時間加熱することで、図6に示す映像投影窓を製造した。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)が0.48μmであり、PV値が3.1μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が42%、反射率が11%、ヘイズが8であった。また、周期性のないランダムな凹凸であるため、光の回折により色むらが生じることがなかった。そのため、映像投影窓を透過して見える像のエッジ部分が分光により虹色に見えることがなかった。また、映像投影窓の色目に関しても、見る方向や場所、入射する光の向きによって変わるような現象は、発生しなかった。さらに、透過した背景がスプリットもなかった。そのため、本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
(実施例24)
実施例23と同様の手法により、映像投影窓を製造した。ただし、本例では、成形型90として、表面にランダムな凹凸が形成されており、微粒子を内包する白色のPETフィルムを使用した。成形型90の表面に形成されているランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.3μm、PV値は1.2μmであった。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)が0.1μm、PV値は1.2μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が45%、反射率が13%、ヘイズが4であった。本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
(実施例25)
実施例23と同様の手法により、映像投影窓を製造した。ただし、本例では、表面にランダムな凹凸90aが形成されている成形型90として、実施例24とは別の、表面にランダムな凹凸が形成されており、微粒子を内包する白色のPETフィルムを使用した。成形型90の表面に形成されているランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.09μmであった。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)が0.09μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が45%、反射率が16%、ヘイズが3であった。本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
(実施例26)
実施例23と同様の手法により、映像投影窓を製造した。ただし、本例では、表面にランダムな凹凸90aが形成されている成形型90として、実施例24とは別の、表面にランダムな凹凸が形成されており、微粒子を内包する白色のPETフィルムを使用した。成形型90の表面に形成されているランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.05μmであった。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)が0.05μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が47%、反射率が14%、ヘイズが2であった。本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸の高さは、1周期分のPVとして計測した場合、メジアン値は、実施例23では0.1μm、実施例24では0.04μm、実施例25では0.04μm、実施例26では0.005μmであった。
図11に凹凸高さと発生頻度との関係を示す。図11に示される凹凸の高さと発生頻度の度数分布において、メジアンとなる高さの度数の大きい方の半値となる度数を持つ凹凸の高さの値が、実施例23では225%、実施例24では200%、実施例25では200%、実施例26では160%であった。
第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸の幅の度数分布のピークとなる幅は、実施例23では3μm、実施例24では4μm、実施例25では3μm、実施例26では2μmであった。
図12に周期と発生頻度との関係を示す。第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸の周期の度数分布においてピークとなる周期の度数の半値となる度数を持つ値が、実施例23では小さい方は40%であり、大きい方は180%であった。実施例24では小さい方は25%であり、大きい方は125%であった。実施例25では小さい方は30%であり、大きい方は180%であった。実施例26では小さい方は50%であり、大きい方は135%であった。
図13に凹凸アスペクト比と発生頻度の関係、図14に凹凸傾斜角度と面内方向距離との関係を示す。第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のアスペクト比は、度数分布のピークから求めた場合、実施例23では0.04、実施例24では0.02、実施例25では0.02、実施例26では0.01であった。凹凸の傾斜角度のメジアン値は、実施例23では4°、実施例24では2°、実施例25では1.5°、実施例26では0.2°であった。また、凹凸の傾斜角度の80%範囲においては、実施例23では8°、実施例24では4.5°、実施例25では4.0°、実施例26では0.5°である。上記の高さ、周期を決定する際に、Raの変化率が0.5%以下の範囲にて、高周波成分の除去を行った。
実施例23〜26における映像投影窓において、XとYaveとの関係を図15〜図17に示す。
図18に実施例23〜26における自己相関係数を示す。図18は、横軸を次数hとして1周期分記載している。また、自己相関係数rは、zを平均値として、上述した数7に示される式にて計算した。実施例23〜26において、次数hを0から正、もしくは、負に変化させた際に一度極値を取った後、自己相関係数が±0.7以内であった。
(比較例5、6)
実施例との比較のため、第1の透明層21の表面の形状が図20に示すように半径が20μmのレンズアレイとなっているものを比較例5とし、第1の透明層21の表面の形状が図21に示すように疑似ブレーズ型ホログラムになっているものを比較例6とした。比較例5、6における映像投影窓において、XとYaveとの関係を図22〜図24に示す。なお、図23、図24は、図22の要部となる一部を拡大した図である。
(実施例27)
実施例23と同様の手法により、映像投影窓を製造した。ただし、本例では、反射膜30のAlの膜厚を4nmとした。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.48μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が75%、反射率が8%、ヘイズが3であった。本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
(実施例28)
実施例23と同様の手法により、映像投影窓を製造した。ただし、本例では、反射膜30のAlの膜厚を12nmとした。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.48μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が18%、反射率が30%、ヘイズが17であった。本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
(実施例29)
実施例26と同様の手法により、映像投影窓を製造した。ただし、本例では、反射膜30のAlの膜厚を4nmとした。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.05μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が85%、反射率が8%、ヘイズが0.6であった。本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
(実施例30)
実施例26と同様の手法により、映像投影窓を製造した。ただし、本例では、反射膜30のAlの膜厚を12nmとした。
製造された映像投影窓は、第1の透明層21の表面に形成されるランダムな凹凸のラフネス値(Ra)は0.05μmであった。映像投影窓は、d線における透過率が18%、反射率が51%、ヘイズが4であった。本映像投影窓を通して背景を見るとクリアに視認ができ、プロジェクターにて映像を照射すると高解像度の映像が視認できた。
尚、上記の実施例23〜30において、第1の透明層21の表面に形成された反射膜30のランダムな凹凸のラフネス値(Ra)、PV値、およびメジアン値は、第1の透明層21における値と同じ値であった。
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
本国際出願は、2014年6月2日に出願された日本国特許出願2014−113844号及び日本国特許出願2014−113842号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願2014−113844号及び日本国特許出願2014−113842号の全内容を本国際出願に援用する。
10 透明基材
11 透明基材
21 第1の透明層
21a 凹凸
22 第2の透明層
30 反射膜
40 透明フィルム
41 第1の透明フィルム
42 第2の透明フィルム
51 接着層
52 接着層
61 第1のガラス基板
62 第2のガラス基板
90 成形型
90a 凹凸
100 映像投影窓
110 投影機

Claims (13)

  1. 可視光における透過率が5%以上、90%以下であり、反射率が5%以上、70%以下であり、前方ヘイズが20以下である映像投影構造体であり、
    表面に凹凸が形成されている第1の透明層と、
    前記第1の透明層における凹凸が形成されている面に形成された反射膜と、
    前記反射膜の上に形成された第2の透明層と、
    を有し、
    前記第1の透明層の表面に形成される凹凸のアスペクト比が0.5以下であり、
    前記凹凸は、ランダムな凹凸であり、
    前記第1の透明層における前記ランダムな凹凸のラフネス値Raは、0.01μm≦Ra≦20μmであり、
    前記凹凸のPVの最大値は、PV≦50μmである、映像投影構造体。
  2. 前記映像投影構造体の表面に対し45°の角度より光を入射させた場合における、前方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度に対する、後方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度の比が0.8以上である、請求項1に記載の映像投影構造体。
  3. 後方ヘイズが5以上である、請求項1または2に記載の映像投影構造体。
  4. 前記映像投影構造体の表面に対し45°の角度より光を入射させた場合における、前方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度に対する、後方かつ映像投影窓の法線方向に散乱する光の強度の比を、前方ヘイズの値で除した値が0.1以上である、請求項1から3のいずれか一項に記載の映像投影構造体。
  5. 前記第1の透明層および第2の透明層は透明樹脂層である、請求項1〜のいずれか一項に記載の映像投影構造体。
  6. 前記反射膜におけるランダムな凹凸のラフネス値Raは、
    0.01μm≦Ra≦20μm
    凹凸のPVの最大値は、
    PV≦50μm
    である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の映像投影構造体。
  7. 前記反射膜がアルミニウムまたは銀を含み、厚みが1nm〜100nmである、請求項1からのいずれか一項に記載の映像投影構造体。
  8. 前記ランダムな凹凸の数7で表される自己相関係数rが、次数hを0から正もしくは負に変化させた際に一度極値を取った後、自己相関係数rが±0.7以内である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の映像投影構造体。
    Figure 0006575657
  9. 透明基材の表面に、樹脂材料を塗布する工程と、
    表面に凹凸が形成されている成形型を前記樹脂材料の上に、前記成形型の凹凸が形成されている面が前記樹脂材料の上となるように載置する工程と、
    前記樹脂材料を硬化または固化させて、表面に凹凸を有する第1の透明層を形成する工程と、
    前記第1の透明層より前記成形型を剥がす工程と、
    前記第1の透明層における凹凸が形成されている面に反射膜を形成する工程と、
    前記反射膜の上に樹脂材料を塗布し、前記樹脂材料を硬化または固化させることにより、第2の透明層を形成する工程と、
    を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の映像投影構造体の製造方法。
  10. 前記成形型は、表面にランダムな凹凸が形成されている樹脂フィルムである、請求項に記載の映像投影構造体の製造方法。
  11. 前記樹脂材料が、光硬化性樹脂である、請求項または10に記載の映像投影構造体の製造方法。
  12. 請求項1からのいずれか一項に記載の映像投影構造体に、投影機からの映像を投影し、前記映像投影構造体において反射された映像を視認することを特徴とする映像投影方法。
  13. 請求項1からのいずれか一項に記載の映像投影構造体を含む自動車用窓。
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