JP6631673B2 - 車載表示装置 - Google Patents
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Description
このような車載表示装置においても、表示パネル保護の観点からフィルムやガラス等の透明な保護部材が使用されるが、近年では質感の観点から、フィルムではなくガラスの保護部材(カバーガラス)の使用が望まれている。さらに、ガラスのなかでも、合わせガラスは、厚くなりがちでデザイン上の問題が生じやすく、また、コストも高いことから、強化ガラスの使用が求められている。
式(I)・・・P≦0.0302t1 2+0.0039t1+0.0478
(ただし、式(I)中、P=E1/(E1t1 2+…+Entn 2)、E1:カバーガラスのヤング率(単位:GPa)、t1:カバーガラスの厚さ(単位:mm)、En:第n層のヤング率(単位:GPa)、tn:第n層の厚さ(単位:mm)、nは2以上の整数、である。)
図1は、粘着層付きカバーガラスを示す模式的断面図である。本実施形態では、車載表示装置を製造する方法として、粘着層付きカバーガラスを製造して、それを表示パネルに貼合する形態を一例として示すが、車載表示装置の製造方法はそれに限らない。例えば、OCA(Optically Clear Adhesive)フィルム等を介して、カバーガラスと表示パネルを貼合しても構わない。
図1に示す粘着層付きカバーガラス10は、透明なカバーガラス12と、粘着層14と、保護フィルム16と、遮光部20とを有する。
粘着層14は、カバーガラス12上に設けられる。カバーガラス12において粘着層14が設けられる領域のことを配置領域12aという。カバーガラス12には周縁部12bに遮光部20が形成されており、カバーガラス12の第1主面12cには粘着層14が形成されている。
遮光部20は、後述する表示パネルの表示面(表示領域)以外の、表示パネルに接続されている配線部材等をカバーガラス12の第2主面12d側から視認できないように隠蔽するものである。もっとも、表示パネルの配線部材等が表示パネルを観察する側からは視認できない構造である場合等においては、遮光部20を必ずしも設ける必要はない。
カバーガラス12は、車載表示装置の表示面(表示領域)を保護するものであり、通常
は、平面状、あるいは曲面を有する形状の板状体(ガラス板)である。
カバーガラス12の板厚は、0.5〜2.5mmである。板厚が0.5mm未満であると、カバーガラス12自体の強度が不十分となり粘着層付きカバーガラス10の耐衝撃性が低下するおそれがある。また、板厚が2.5mm超であると、厚くなりすぎてしまい、設計上の観点から車載表示装置用途には不向きとなる。
なお、カバーガラス12の大きさの一例としては、例えば、矩形の場合、長手方向:100〜800mm、短手方向:40〜300mmが挙げられる。
カバーガラス12には、例えば、アルミノシリケートガラスにイオン交換強化処理を施した化学強化ガラス(例えば旭硝子社製「ドラゴントレイル(登録商標)」)が好適に用いられる。
なお、カバーガラス12を構成するガラス材料としては、例えば、モル%表示で、SiO2を50〜80%、Al2O3を1〜20%、Na2Oを6〜20%、K2Oを0〜11%、MgOを0〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有するガラス材料が挙げられる。
化学強化されたカバーガラス12の表面には、その両面に圧縮応力層が形成されており、その表面圧縮応力層の厚さは10μm以上であり、好ましくは15μm以上、より好ましくは25μm以上、さらに好ましくは30μm以上である。また、表面圧縮応力層における表面圧縮応力は、650MPa以上であることが好ましく、750MPa以上であることがより好ましい。
カバーガラス12に化学強化処理を施す方法は、典型的には、カバーガラス12を、KNO3溶融塩に浸漬し、イオン交換処理した後、室温付近まで冷却する方法が挙げられる。KNO3溶融塩の温度や浸漬時間などの処理条件は、表面圧縮応力及び表面圧縮応力層の厚さが所望の値となるように設定すればよい。
粘着層14は、カバーガラス12を車載表示装置に貼合する際に、カバーガラス12を車載表示装置に接着するためのものである。粘着層14はカバーガラス12と同じく透明であり、カバーガラス12と粘着層14との屈折率差は小さいことが好ましい。
粘着層14としては、例えば、液状の硬化性樹脂組成物を硬化してなる透明樹脂からなる層が挙げられる。硬化性樹脂組成物としては、例えば、光硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物などが挙げられ、なかでも、硬化性化合物および光重合開始剤を含む光硬化性樹脂組成物が好ましい。硬化性樹脂組成物としては、例えば、特許文献1に記載の層状部形成用光硬化性樹脂組成物が好適に挙げられる。
なお、粘着層14は、先述したようにカバーガラス12上に別途フィルム状に硬化されたOCA等を貼合しても構わない。
粘着層付きカバーガラス10の製造方法について説明する。以下では、液状の樹脂組成物をカバーガラス12上に塗布し、それを硬化する場合の形態について説明する。
まず、カバーガラス12の周縁部12bに、遮光部20を枠状に形成する。そして、カバーガラス12の第1主面12c全面に遮光部20を覆って、硬化性樹脂組成物を、例えば、ダイコータ、ロールコータ等の方法を用いて塗布し、硬化性樹脂組成物膜(図示せず)を形成する。硬化性樹脂組成物膜は、後述するように切断されて粘着層14になる。
次に、得られた積層体において、粘着層14の側面14bとなる位置を切断線に設定し、レーザー光線を用いて、切断線で積層体を切断する。これにより、粘着層14の第1主面14aに保護フィルム16が設けられた粘着層付きカバーガラス10が得られる。
なお、予め硬化した粘着層フィルムを透明面材10上に貼合する場合や、樹脂組成物を精度良く塗布できる場合は切断工程を省略しても構わない。
次に、本実施形態の車載表示装置100を説明する。
図2は、車載表示装置100を示す模式的断面図である。
図2に示すように、車載表示装置100は、凹状の筐体106を有する。筐体106の底板である筐体底部材107上には、バックライトユニット102が載置され、バックライトユニット102上に、表示パネル104が載置されている。このようにして、バックライトユニット102と表示パネル104とが筐体106に収納されている。筐体106には開口部108が形成されており、開口部108側に表示パネル104が配置される。表示パネル104の開口部108に対応する領域を表示面104aとする。なお、バックライト102と表示パネル104とを主構成部材として表示パネルモジュール100aを構成する。
表示パネル端からカバーガラス端までの非表示エリアが広い場合には、このCG裏面段差部300を覆うように筺体底部材107を下部に貼合することが好ましい。
なお、筐体底部材107の例えば下面側には、さらに、別の板状部材が一枚以上貼合されていてもよい。前記板状部材に関しても、最背面から垂直に見て、このCG裏面段差部300を全て覆うように下部に貼合することが好ましい。これも、後述のヘッドインパクト試験において優れた耐衝撃性を示すためである。前記板状部材の大きさは、カバーガラス12と同じ、もしくはそれ以上の大きさであることがより好ましい。
粘着層付きカバーガラス10は、保護フィルム16を剥離した後、筐体106の開口部108を埋めるようにして、粘着層14を液晶パネル104の表示面104aに貼合する。これにより、車載表示装置100の表示面104aから筐体106の端面106aに至るまでカバーガラス12で覆われる。このカバーガラス12が、車載表示装置100の表示面104aの保護部材として機能する。
なお、実際には、カバーガラス(第1層)と表示パネル(第2層)との間に粘着層が存在する。粘着層の取り扱いについては、後述する。
上記した車載表示装置は、カバーガラスを第1層の部材とし(すなわち、表示面側の表層の第1層の部材とし)、当該第1層の次の層から1種類、あるいは複数の種類の部材が、積層状となるように順に載置され、積層された構成を有するが、ここにおいて積層とは、各構成部材が、順次、その順に集合された形態、または順次その順に組立てられた形態の構成を示すものであり、各構成部材が、接合されて積層されている必要はなく、また、一部または全体において間隔をおいて積層されていてもよく、また、一部において囲まれる、あるいは重なり合っている構造であってもよく、様々なバリエーションの積層構成の形態を含むものである。
本発明者らは、上記構成を有する車載表示装置が下記式(I)を満たすときに、カバーガラスの耐衝撃性が優れることを見出した。
式(I)・・・P≦0.0302t1 2+0.0039t1+0.0478
P=E1/(E1t1 2+…+Entn 2)
E1:カバーガラスのヤング率(単位:GPa)
t1:カバーガラスの厚さ(単位:mm)
En:第n層のヤング率(単位:GPa)
tn:第n層の厚さ(単位:mm)
である。なお、上式において、nは2以上の整数である。
P=E1/(E1t1 2+E2t2 2+E3t3 2+E4t4 2)
E1:カバーガラスのヤング率(単位:GPa)
t1:カバーガラスの厚さ(単位:mm)
E2:表示パネルのヤング率(単位:GPa)
t2:表示パネルの厚さ(単位:mm)
E3:バックライトユニットのヤング率(単位:GPa)
t3:バックライトユニットの厚さ(単位:mm)
E4:筐体底部材のヤング率(単位:GPa)
t4:筐体底部材の厚さ(単位:mm)
である。
なお、バックライトユニットは、板厚の厚いガラス板、ポリカーボネート板やアクリル樹脂などからなる導光板と、反射型偏光フィルム、輝度向上フィルムなどの数種の薄い機能フィルムが積層された構成とされるが、上記導光板がバックライトユニットの剛性を支配するため、導光板のヤング率をバックライトユニットのヤング率として計算する。
表示パネルのヤング率(E2)は、60〜80GPaが好ましく、70〜80GPaがより好ましい。
バックライトユニットのヤング率(E3)は、1〜5GPaが好ましく、2〜5GPaがより好ましい。
筐体底部材のヤング率(E4)は、40〜250GPaが好ましく、150〜250GPaがより好ましい。なお、表示パネル、バックライトユニットおよび筐体は、複数の材料が複合されて構成された複合材であっても構わない。その場合、複合材全体のヤング率が上記数値範囲に収まることが好ましい。
各部材のヤング率は、引張試験(JIS K7161・JIS K7113)により測定する。
表示パネルの厚さ(t2)は、1.0〜2.0mmが好ましく、1.1〜1.3mmがより好ましい。
バックライトユニットの厚さ(t3)は、3.5〜4.5mmが好ましく、3.8〜4.2mmがより好ましい。
筐体底部材の厚さ(t4)は、0.5〜4mmが好ましく、1〜4mmがより好ましい。
各部材の厚さは、図2中、上下方向の長さである。
ここで、粘着層のヤング率(E1.5)および厚さ(t1.5)を考慮した場合、上記Pは、以下のように表される。
P=E1/(E1t1 2+E1.5t1.5 2+E2t2 2+E3t3 2+E4t4 2)
しかしながら、粘着層のヤング率(E1.5)はその他の層のヤング率と比較して十分に小さいうえに、その厚さ(t1.5)は例えば5〜400μmである。このため、上記P中の「E1.5t1.5 2」の値は、その他の「E1t1 2」〜「E4t4 2」の値と比べて、無視できるほど小さい。
したがって、積層構造(第1層〜第n層)中に粘着層が存在する場合であっても、本実施形態においては、式(I)を考える際に、粘着層は存在しないものとみなしてよいものとする。換言すれば、「E1.5t1.5 2」の値が0(ゼロ)であるとしてP値を求めてもよいものとする。
まず、異種材料が曲げの中立軸に平行な形で層状に配置されたはり(組み合わせばり)が曲げを受けた場合における曲率(各層すべて同じ)および各層に生じる応力について、理論計算式である式(1)〜(3)を考える(Ai:i層の断面積、Ei:i層のヤング率、Ii:i層の断面2次モーメント、n:層数)。
式(6)から、断面2次モーメントはカバーガラス厚さの3乗に相関があることが分かるが、式(4)より、第1層の裏面位置(y)、つまり、厚さを掛けるので、カバーガラスが割れる/割れないを判定するパラメータとして、式(4)および(6)から、下記式で表されるP値が導かれる。
P=E1/(E1t1 2+E2t2 2+E3t3 2+E4t4 2)
なお、液晶パネル以外の表示パネルの場合、たとえば、有機ELパネル、PDPの場合には、バックライトユニットを除いた構成で計算される。
このような車載表示装置としては、例えば、ダッシュボード上に立設されたオンダッシュタイプのカーナビゲーション装置、車両のダッシュボードに埋め込まれたインダッシュタイプのカーナビゲーション装置などが挙げられ、さらに、カーナビゲーション装置以外の装置(例えば、インストルメントパネル)であってもよい。
カバーガラスとして、アルミノシリケートガラスに化学強化処理を施した強化ガラス(旭硝子社製商品名「ドラゴントレイル」、圧縮応力層の厚さ:38μm、圧縮応力層における表面圧縮応力:774MPa)を準備した。
カバーガラスの第1主面に、OCA(日栄化工社製「MHM−FWD」)を積層し粘着層付きカバーガラスを作製した。
まず、剛体模型を衝突させる試験(「ヘッドインパクト試験」ともいう)を行なうため、試験体200を作製した。図4〜図6に基づいて試験体200を説明する。
試験体200は、オンダッシュタイプの車載表示装置100を想定している。
車載表示装置100は、薄板である筐体底部材107を有し、筐体底部材107の周縁部上には、内部にリブが付いた筐体枠109が4つ配置されている。筐体底部材107と4つの筐体枠109とによって、中央領域に矩形の凹部を有する筐体106が形成され、この凹部には、バックライトユニット102と表示パネル104とを主構成部材とした表示パネルモジュール100aが配置されている。
バックライトユニット102の上面側の端部は、表示パネル104の下面側の端部と両面テープ207などによって接着されている。このため、表示パネル104とバックライトユニット102との間には、両面テープ207などの厚さ分だけ、エアギャップが存在している。このエアギャップによる間隔は、バックライトユニット102から表示パネルまで0.5〜1.5mmとしている。なお、一般的にはエアギャップを1.5mmとしているが、状況によって1.5mmである必要は無く、エアギャップが無くても良い。このエアギャップは、両面テープ207などの接着部材の厚さで制御し、状況に応じて使用しないこともある。表示パネル104の上面は、周囲に配置された筐体枠109の上面よりも低位置であり、凹部となっている。この凹部を埋めるようにして、粘着層付きカバーガラス10の粘着層14が、表示パネル104の上面に貼合されている。カバーガラス12と表示パネル104の境界部がCG裏面段差部300となる。カバーガラス12の側端面の外側であって、かつ筐体枠109の上面には、筐体端枠110が配置されている。
このような車載表示装置100は、1つの筐体枠109内の空隙に配置されたボルト211によって、平板である支持板215と一体化した中実の固定リブ213に固定されている。
なお、実際の車載表示装置において、最背面から垂直に見てCG裏面段差部300をすべて覆うように筺体底部材107を下部に貼合することが好ましい。また、図5に示すようにCG裏面段差部300から車載表示装置100の外周までの距離をL2とし、L1をL2/2とすると、筺体底部材107は、図5(a)に示すように表示パネル104の断面視寸法より一端がL1以上大きい寸法のものを用いて(すなわち筺体底部材107の1辺は、表示パネル104の1辺より2L1以上大きい)、CG裏面段差部300すべてを覆うことが好ましい。これは、ヘッドインパクト試験の際にCG裏面段差部300における引張応力を低減する効果が期待できるためである。さらに表示パネル104の断面視寸法より一端がL1以上L2以下だけ大きい寸法のものを用いて、CG裏面段差部300すべてを覆うことがさらに好ましい。また図5(b)に示すように表示パネル104の断面視寸法より一端がL2だけ大きい寸法のものを用いて(すなわち車載表示装置100を垂直からみた平面視の大きさと等しい)、CG裏面段差部300すべてを覆うことがさらに好ましい。これは、ヘッドインパクト試験の際にCG裏面段差部300における引張応力を低減する効果が最も期待できるためである。
また、実際の車載表示装置においても、CG裏面段差部300において、筺体底部材107を下部に貼合するとともに、筺体枠109に対して数か所においてリブを設けたリブ構造を採用することにより、剛性を向上しておくことが好ましい。これは、筺体枠109において、表示パネルデザイン上、樹脂材を用いることが多く、樹脂ゆえに剛性が劣る場合があるが、上記リブ構造を採用することにより、ヘッドインパクト試験において優れた耐衝撃性を得ることができるためである。なお、筺体106は、筺体枠109と筺体底部材107、筺体端枠110とがそれぞれ分離した構造でもよく、全て一体化した成形品であってもよく、一部が一体化した構造でも良く、特に限定されない。
なお、試験体200においては、表示パネル104としてソーダライムガラスを代用し、バックライトユニット102としてポリカーボネート板を代用した。
また、筐体底部材107としては、アルミ板(ヤング率:68.6GPa)または鉄板(ヤング率:206GPa)を使用した。
なお、上記した通常のTFT液晶パネルからなる表示パネルの場合、その構成は、基本的に、偏光板/ガラス基板(たとえば0.55mmの板厚)/液晶層/ガラス基板(たとえば0.55mmの板厚)/偏光板の積層構成となっているが、偏光板及び液晶層は剛性が低いため、上記液晶パネルのガラス板が剛性を支配する。従って、液晶パネルを構成するガラス基板のヤング率を代用して計算した。
また、試験体200において、その他の各部は以下のようにした。
・粘着層14…厚さ:175μm、縦:120mm、横:173mm、貯蔵せん断弾性率:8kPa
・両面テープ207…住友スリーエム社製「スコッチPBT−10」、テープ幅:5mm、テープ厚:0.5mm
・筐体枠109…材質:ABS、板厚:1m
・筐体端枠110…材質:ABS、板厚:2mm、幅:5mm
・ボルト211…材質:鉄
・固定リブ213…材質:鉄、サイズ:19mm×100mm×50mm
・支持板215…材質:鉄、板厚:9mm、縦:250mm、横:350mm
次に、試験体200の支持板215を水平面に設置し、車載表示装置100と支持板215との間に衝撃吸収クッション(ケー・シー・シー商会社製「CF45」、厚さ:25.4mm)を2段挟み込んだ後、カバーガラス12の第2主面12dの衝突位置P(図6参照)に、図示しない球状の剛体模型(材質:鉄、直径:165mm、質量:19.6kg)を、衝突時のエネルギーが152.5Jになるように、衝突速度3.9m/sで794mmの高さから落下させて衝突させた。
すなわち、試験体200を用いたヘッドインパクト試験では、衝突時のエネルギーが「基準」と同等になるようにした。
なお、2014年8月22日に出願された日本特許出願2014−169322号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
12 カバーガラス
12a 配置領域
12b 周縁部
12c カバーガラスの第1主面
12d カバーガラスの第2主面
14 粘着層
14a 粘着層の第1主面
14b 粘着層の側面
16 保護フィルム
16a 保護フィルムの第1主面
20 遮光部
100 車載表示装置
100a 表示パネルモジュール
102 バックライトユニット
104 表示パネル
104a 表示面
106 筐体
106a 筐体の端面
107 筐体底部材
108 開口部
109 筐体枠
110 筐体端枠
200 試験体
207 両面テープ
211 ボルト
213 固定リブ
215 支持板
300 CG裏面段差部
P 衝突位置
Claims (22)
- 表層のカバーガラスを第1層として、第n層までの部材が積層されて構成された車載表示装置であって、
前記表示装置は、開口部を有する筐体、カバーガラス、表示パネル、筐体底部材を含み、該開口部において、カバーガラス、表示パネル、筺体底部材の順で積層され、
前記第1層から第n層までの部材に、前記カバーガラス、前記表示パネル、前記筺体底部材を含み、
前記カバーガラスは、板厚が0.5〜2.5mmであり、かつ、表面圧縮応力層の厚さが10μm以上である強化ガラスであり、
前記カバーガラスは、ヤング率が60〜80GPaであり、
前記表示パネルは、ヤング率が60〜80GPaであり、
前記筺体底部材は、ヤング率が40〜250GPaであり、
前記車載表示装置は、下記式(I)を満たし、前記筐体、および表示パネルの少なくとも一方が複合材で構成されており、該複合材が第n層までの部材の1つの部材を構成する車載表示装置。
式(I) …… P≦0.0302t1 2+0.0039t1+0.0478
(ただし、式(I)中、
P=E1/(E1t1 2+…+Entn 2)
E1:カバーガラスのヤング率(単位:GPa)
t1:カバーガラスの厚さ(単位:mm)
En:第n層の部材のヤング率(単位:GPa)
tn:第n層の厚さ(単位:mm)
である。ここにおいて、nは3以上の整数である。) - 前記筐体底部材の厚さは0.5〜4mmである、請求項1に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスから前記第n層までの部材にバックライトユニットを含み、前記バックライトユニットは、導光板を有する、請求項1または2に記載の車載表示装置。
- 前記バックライトユニットが複合材で構成されており、該複合材が第n層までの部材の1つの部材を構成する、請求項3に記載の車載表示装置。
- 前記導光板はガラスからできている、請求項3または4に記載の車載表示装置。
- 前記導光板の厚さは、10mm以下である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記導光板の厚さは、1mm以上である、請求項3〜6のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記導光板を形成する材料のヤング率は、1GPa以上である、請求項3〜7のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記導光板を形成する材料の線膨張係数は、800×10−7/℃以下である、請求項3〜8のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記導光板を形成する材料は、光路長50mmの条件で、波長400〜700nmの範囲における内部透過率の最小値が80%以上であり、内部透過率の最大値と最小値の差が15%以下である、請求項3〜9のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスから前記第n層までの部材に、表示パネル、バックライトユニット、筺体底部材を含み、前記筺体底部材上に前記バックライトユニットが載置され、前記バックライトユニット上に前記表示パネルが載置されている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスの表面圧縮応力が650MPa以上である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスは、板厚が0.5〜2.5mmであり、表面圧縮応力層の厚さが10μm以上であり、650MPa以上の表面圧縮応力を有する化学強化ガラスである、請求項1〜12のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスは、前記筐体の開口部および端面まで覆うサイズである、請求項1から13のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記筐体の開口部において、前記表示パネルの表示面から前記筐体の端面まで段差を有している、請求項1から14のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスは遮光部を有する、請求項1〜15のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記遮光部は前記カバーガラスの周縁部に形成されている、請求項16に記載の車載表示装置。
- 前記遮光部は枠状である、請求項16または17に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスはアルミノシリケートガラスである、請求項1〜18のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスは、モル%表示で、SiO2を50〜80%、Al2O3を1〜20%、Na2Oを6〜20%、K2Oを0〜11%、MgOを0〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有する、請求項1〜19のいずれか1項に記載の車載表示装置。
- 前記カバーガラスから前記第n層までの部材に表示パネルを含み、
前記表示パネルが、液晶パネル、有機ELパネル、PDPまたは電子インク型パネルである、請求項1〜20のいずれか1項に記載の車載表示装置。 - 請求項1〜21のいずれか1項に記載の車載表示装置を備えた車両。
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