JP7177176B2 - 投映像表示用部材、ウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents

投映像表示用部材、ウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステム Download PDF

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Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイシステムのコンバイナとして使用できる投映像表示用部材、ならびに、この投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステムに関する。特に、波長選択的に光を反射する選択反射層を有する投映像表示用部材、ならびに、この投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステムに関する。
現在、車両等のウインドシールドガラスに画像を投映し、運転者等に、地図、走行速度、および、車両の状態等の様々な情報を提供する、ヘッドアップディスプレイまたはヘッドアップディスプレイシステムと呼ばれるものが知られている。
ヘッドアップディスプレイシステムでは、ウインドシールドガラスに投映された、上述の様々な情報を含む画像の虚像が、運転者等に観察される。虚像の結像位置は、ウインドシールドガラスより車外前方側に位置する。虚像の結像位置は、通常、ウインドシールドガラスより1000mm以上、前方側であり、ウインドシールドガラスよりも外界側に位置する。これにより、運転者は、前方の外界を見ながら、視線を大きく動かすことなく、上述の様々な情報を得ることができる。そのため、ヘッドアップディスプレイシステムを用いた場合、様々な情報を得ながら、より安全に運転を行うことが期待されている。
ヘッドアップディスプレイシステムは、ウインドシールドガラスに、ハーフミラーフィルムを利用して投映像表示用部材を形成することにより、構成できる。ヘッドアップディスプレイシステムに利用可能なハーフミラーフィルムが、種々、提案されている。
特許文献1には、400nm以上500nm未満の中心反射波長をもち、中心反射波長での通常光に対する反射率が5%以上25%以下である光反射層PRL-1と、500nm以上600nm未満の中心反射波長をもち、中心反射波長での通常光に対する反射率が5%以上25%以下である光反射層PRL-2と、600nm以上700nm未満の中心反射波長をもち中心反射波長での通常光に対する反射率が5%以上25%以下である光反射層PRL-3のうち、1つ以上の光反射層を含み、かつ互いに異なる中心反射波長をもつ少なくとも2つ以上の光反射層が積層され、積層される少なくとも2つ以上の光反射層は、いずれも同じ向きの偏光を反射する、光反射フィルムが記載されている。
特許文献2には、平面形状で400nm以上500nm未満の中心反射波長をもち、中心反射波長での通常光に対する反射率が5%以上25%以下である光反射層PRL-1と、平面形状で500nm以上600nm未満の中心反射波長をもち、中心反射波長での通常光に対する反射率が5%以上25%以下である光反射層PRL-2と、平面形状で600nm以上700nm未満の中心反射波長をもち中心反射波長での通常光に対する反射率が5%以上25%以下である光反射層PRL-3のうち、1つ以上の光反射層を含み、かつ互いに異なる中心反射波長をもつ少なくとも2つ以上の光反射層が積層され、積層される少なくとも2つ以上の光反射層は、いずれも同じ向きの偏光を反射する特性を有し、かついずれも無負荷状態で曲面形状を保持してなり、かつ厚さが50μm以上500μm以下である曲面形状の光反射フィルムが記載されている。
特許文献1および特許文献2に記載される光反射フィルムは、いずれも、各光反射層が、特定の偏光に変換された画像表示手段から出射した光に対して高い反射率を有する。特許文献1および特許文献2には、この光反射フィルムが、ヘッドアップディスプレイシステムに用いられることが記載されている。
国際公開第2016/056617号 特開2017-187685号公報
特許文献1および特許文献2に記載される光反射フィルムは、例えば、ウインドシールドガラスに組み込まれて、ヘッドアップディスプレイシステムを構成する。ヘッドアップディスプレイシステムを構成するウインドシールドガラス(コンバイナ)には、可視光透過率が高いことに加え、運転者が偏光サングラスをかけた場合にも、画像を視認できることが要求されている。
運転で支障となる、ボンネットおよび路面の水たまり等による反射光は、主にs偏光である。これに対応して、偏光サングラスはs偏光を遮光する機能を持つ。そのため、偏光サングラスをかけることにより、運転で支障となる、対向車のボンネットや水たまりによる反射光のギラツキが見えなくなる。
ここで、特許文献1および特許文献2に記載される光反射フィルムは、p偏光で投映像を表示するために、p偏光を反射するものである。そのため、s偏光を遮光する偏光サングラスをかけた場合でも、ヘッドアップディスプレイシステムの画像を視認することができる。
しかしながら、ウインドシールドガラスの車外側から侵入したs偏光は、ウインドシールドガラス中の光反射フィルムを通過する際に、光の偏光が変化して、p偏光の成分が混在してしまう。上述のように、偏光サングラスはs偏光を遮光するので、このp偏光の成分は、偏光サングラスを透過してしまう。そのため、p偏光で投映像を表示するヘッドアップディスプレイシステムでは、s偏光が主成分である上述の反射光のギラツキをカットする偏光サングラスの機能が損なわれ、運転の支障となる問題がある。
本発明の目的は、高い可視光透過率を有すると共に、表示画像の二重像の抑制、および、外光反射入射光の偏光サングラス適性に優れた投映像表示用部材、この投映像表示用部材を用いるウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステムを提供することにある。
[1] 少なくとも1層の位相差層、少なくとも1層の選択反射層、および、少なくとも1層の偏光変換層を、この順に有する投映像表示用部材であって、偏光変換層が、液晶化合物の螺旋配向構造を固定化した層であって、螺旋配向構造のピッチ数xおよび偏光変換層の膜厚y(単位μm)が下記関係式の全てを満足する、投映像表示用部材。
(i)0.3≦x≦7.0
(ii)0.5≦y≦6.0
(iii)y≦0.7x+3.2
(iv)y≧0.7x-1.4
[2] 螺旋配向構造のピッチ数xおよび偏光変換層の膜厚y(単位μm)が、下記関係式の全てを満足する、[1]に記載の投映像表示用部材。
(v)0.3≦x≦1.2
(vi)1.0≦y≦3.0
(vii)y≧1.875x
[3] 選択反射層が、入射角5°の入射光に対して、波長500~700nmに少なくとも一つの反射率ピーク、および波長700~900nmに少なくとも一つの反射率ピークを有する、[1]または[2]に記載の投映像表示用部材。
[4] 位相差層は、波長550nmにおける正面位相差が100~450nmである、[1]~[3]のいずれかに記載の投映像表示用部材。
[5] 第1のガラス板および第2のガラス板の間に、[1]~[4]のいずれかに記載の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラス。
[6] [5]に記載のウインドシールドガラスと、ウインドシールドガラスの投映像表示用部材の位相差層側からp偏光の投映画像光を照射するプロジェクターと、を有するヘッドアップディスプレイシステム。
本発明は、投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスを提供するものである。
本発明のウインドシールドガラスは、第1のガラス板と第2のガラス板との間に、投映像表示用部材が配置されることが好ましい。
本発明のウインドシールドガラスでは、第1のガラス板と投映像表示用部材との間、および投映像表示用部材と第2のガラス板との間の、少なくとも一方に、中間膜が設けられることが好ましい。
本発明は、投映像表示用部材を有するヘッドアップディスプレイシステムを提供するものである。
本発明のヘッドアップディスプレイシステムは、投映像表示用部材が第1のガラス板と第2のガラス板との間に配置されるウインドシールドガラスと、ウインドシールドガラスに、p偏光の投映光を照射するプロジェクターとを有するヘッドアップディスプレイシステムを提供するものである。
ウインドシールドガラスは、第1のガラス板と投映像表示用部材との間、および、投映像表示用部材と第2のガラス板との間の、少なくとも一方に、中間膜が設けられることが好ましい。
本発明によれば、高い可視光透過率を有すると共に、二重像を抑制し、かつ、偏光サングラス適性も良好な投映像表示用部材、ウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステムを提供することができる。
図1は、本発明の実施形態の投映像表示用部材の一例を示す模式図である。 図2は、遅相軸を説明するための模式図である。 図3は、本発明の実施形態の投映像表示用部材を有するヘッドアップディスプレイの一例を示す模式図である。 図4は、本発明の実施形態の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスの一例を示す模式図である。
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の投映像表示用部材、ウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステムを詳細に説明する。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
なお、以下において数値範囲を示す「~」とは両側に記載された数値を含む。例えば、ε1が数値α1~数値β1とは、ε1の範囲は数値α1と数値β1を含む範囲であり、数学記号で示せばα1≦ε1≦β1である。
「具体的な数値で表された角度」、「平行」、「垂直」および「直交」等の角度は、特に記載がなければ、該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。
また、「同一」とは該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、「全面」等も該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。
円偏光につき「選択的」というときは、光の右円偏光成分および左円偏光成分のいずれかの光量が、他方の円偏光成分よりも多いことを意味する。具体的には「選択的」というとき、光の円偏光度は、0.3以上が好ましく、0.6以上がより好ましく、0.8以上がさらに好ましい。光の円偏光度は、実質的に1.0が特に好ましい。ここで、円偏光度とは、光の右円偏光成分の強度をIR、左円偏光成分の強度をILとしたとき、|IR-IL|/(IR+IL)で表される値である。
円偏光につき「センス」というときは、右円偏光であるか、または左円偏光であるかを意味する。円偏光のセンスは、光が手前に向かって進んでくるように眺めた場合に電場ベクトルの先端が時間の増加に従って時計回りに回る場合が右円偏光であり、反時計回りに回る場合が左円偏光であるとして定義される。
コレステリック液晶の螺旋のねじれ方向について「センス」との用語を用いることもある。コレステリック液晶の螺旋のねじれ方向(センス)が右の場合は右円偏光を反射し、左円偏光を透過し、センスが左の場合は左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。
「光」という場合、特に断らない限り、可視光かつ自然光(非偏光)の光を意味する。可視光は電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、通常、380~780nmの波長域の光を示す。非可視光は、380nm未満の波長領域または780nmを超える波長領域の光である。
また、これに制限されるものではないが、可視光のうち、420~490nmの波長領域の光は青色(B)光であり、495~570nmの波長領域の光は緑色(G)光であり、620~750nmの波長領域の光は赤色(R)光である。
「可視光線透過率」はJIS(日本工業規格) R 3212:2015(自動車用安全ガラス試験方法)において定められたA光源可視光線透過率とする。すなわち、A光源を用い分光光度計にて、波長380~780nmの範囲の各波長の透過率を測定し、CIE(国際照明委員会)の明順応標準比視感度の波長分布および波長間隔から得られる重価係数を各波長での透過率に乗じて加重平均することによって求められる透過率である。
単に「反射光」または「透過光」というときは、散乱光および回折光を含む意味で用いられる。
なお、光の各波長の偏光状態は、円偏光板を装着した分光放射輝度計またはスペクトルメータを用いて測定することができる。この場合、右円偏光板を通して測定した光の強度がIR、左円偏光板を通して測定した光の強度がILに相当する。また、照度計または光スペクトルメータに円偏光板を取り付けても測定することができる。右円偏光透過板をつけ、右円偏光量を測定、左円偏光透過板をつけ、左円偏光量を測定することにより、比率を測定できる。
p偏光は光の入射面に平行な方向に振動する偏光を意味する。入射面は反射面に垂直で入射光線と反射光線とを含む面を意味する。p偏光は電場ベクトルの振動面が入射面に平行である。反射面とは、例えば、ヘッドアップディスプレイの場合には、ウインドシールドガラス表面等である。
正面位相差は、Axometrics社製のAxoScanを用いて測定した値である。測定波長は特に言及のないときは、波長550nmとする。正面位相差はKOBRA 21ADHまたはWR(王子計測機器社製)において可視光波長域内の波長の光をフィルム法線方向に入射させて測定した値を用いることもできる。測定波長の選択にあたっては、波長選択フィルターをマニュアルで交換するか、または測定値をプログラム等で変換して測定することができる。
「投映像(projection image)」は、前方等の周囲の風景ではない、使用するプロジェクターからの光の投射に基づく映像を意味する。投映像は、観察者から見てウインドシールドガラスの投映像表示用部材の先に浮かび上がって見える虚像として観測される。
「画像(screen image)」はプロジェクターの描画デバイスに表示される像または、描画デバイスにより中間像スクリーン等に描画される像を意味する。虚像に対して、画像は実像である。
画像および投映像は、いずれも単色の像であっても、2色以上の多色の像であっても、フルカラーの像であってもよい。
<<投映像表示用部材>>
投映像表示用部材とは、画像が担持された投映光を反射し、投映光の反射光で、投映光に担持された画像を、投映像として表示することができるハーフミラーを意味する。
投映像表示用部材は可視光透過性を有する。具体的には、投映像表示用部材の可視光線透過率は、80%以上が好ましく、82%以上がより好ましく、84%以上がさらに好ましい。このような高い可視光線透過率を有することにより可視光線透過率が低いガラスと組み合わせて合わせガラスとしたときであっても、車両のウインドシールドガラスの規格を満たす可視光線透過率を実現することができる。
投映像表示用部材は、視感度の高い波長域において実質的な反射を示さないことが好ましい。
具体的には、法線方向からの光に対して、通常の合わせガラスと、投映像表示用部材を組み込んだ合わせガラスとを比較したときに、波長550nm近辺で実質的に同等な反射を示すことが好ましい。特に、490~620nmの可視光波長域において、実質的に同等な反射を示すのが好ましい。
「実質的に同等な反射」とは、例えば、日本分光社製の分光光度計「V-670」等の分光光度計で法線方向から測定した対象の波長における自然光(無偏光)の反射率の差が、10%以下であることを意味する。上述の波長域において、反射率の差は、5%以下が好ましく、3%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましく、1%以下が特に好ましい。
視感度の高い波長域において実質的に同等な反射を示すことによって、可視光線透過率が低いガラスと組み合わせて合わせガラスとしたときであっても、車両のウインドシールドガラスの規格を満たす可視光線透過率を実現することができる。
投映像表示用部材は、薄膜のフィルム状およびシート状等であればよい。投映像表示用部材は、ウインドシールドガラスに使用される前は、薄膜のフィルムとしてロール状等になっていてもよい。
投映像表示用部材は、少なくとも投映されている光の一部に対して、ハーフミラーとしての機能を有しているものであればよい。従って、投映像表示用部材は、例えば、可視光域全域の光に対してハーフミラーとして機能していることを必要とするものではない。
また、投映像表示用部材は、全ての入射角の光に対して上述のハーフミラーとしての機能を有していてもよいが、少なくとも一部の入射角の光に対して、上述のハーフミラーとしての機能を有していればよい。
投映像表示用部材は、選択反射層を有するものである。投映像表示用部材は、選択反射層に加え、位相差層および偏光変換層を有する構成であれば、これ以外に、支持体、配向層、および、接着層等を含む構成でもよい。
以下、投映像表示用部材について、より具体的に説明する。
図1は本発明の実施形態の投映像表示用部材の一例を示す模式図である。
図1に示すように、投映像表示用部材10は、例えば、支持体15上に、位相差層14と、選択反射層12と、偏光変換層11とが、この順で積層されている。投映像表示用部材10は、少なくとも位相差層14、選択反射層12および偏光変換層11を有する構成であればよい。従って、支持体15は有さなくてもよい。
<選択反射層>
選択反射層12は、上述のように波長選択的に光を反射する層である。具体的には、選択反射層12は、特定の波長域の光を選択的に反射する層である。
選択反射層12は、可視光波長域の一部において選択反射を示すことが好ましい。選択反射層12は、例えば、投映像を表示するための光を反射すればよい。
選択反射層12は、各波長域に応じた複数の選択反射層を有する構成でもよい。例えば、図1に示す選択反射層12は、好ましい態様として、波長500~700nmの光を波長選択的に反射する第1選択反射層12Gと、波長700~900nmの光を波長選択的に反射する第2選択反射層12Rとを有する。第1選択反射層12Gおよび第2選択反射層12Rは、偏光変換層11側から第1選択反射層12Gおよび第2選択反射層12Rの順で、支持体15上に積層されている。
選択反射層12は偏光反射層であることが好ましい。偏光反射層は、直線偏光、円偏光、または楕円偏光を反射する層である。
偏光反射層は、円偏光反射層または直線偏光反射層であることが好ましい。円偏光反射層は、選択的な反射波長域において、いずれか一方のセンスの円偏光を反射し、かつ他方を透過する層である。また、直線偏光反射層は、選択反射の中心波長において、1つの偏光方向の直線偏光を反射し、かつ上述の偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光を透過する層である。
偏光反射層は反射しない偏光を透過させることができる。従って、偏光反射層を用いることで、選択反射層12が反射を示す波長域においても、一部の光を透過させることができる。そのため、選択反射層12に偏光反射層を用いることにより、投映像表示用部材10を透過した光の色味を悪化させにくく、可視光線透過率も低下させにくくなるため、好ましい。
選択反射層12は、コレステリック液晶層を備えることが好ましく、2層以上のコレステリック液晶層を備える構成でもよい。すなわち、図示例においては、第1選択反射層12Gおよび第2選択反射層12Rが、共に、コレステリック液晶層であってもよい。後述するが、コレステリック液晶層とは、コレステリック液晶相を固定してなる層である。
本発明の投映像表示用部材10は、位相差層14を有する。
選択反射層12がコレステリック液晶層を備える場合、位相差層14をコレステリック液晶層と組み合わせて用いることにより、鮮明な投映像を表示することができる。位相差層14の正面位相差および遅相軸の方向の調整により、ヘッドアップディスプレイシステムに利用した際に、高い輝度を得ることができ、また、二重像も抑制することができる投映像表示用部材を提供することができる。
ここで、コレステリック液晶層は、斜め光に対して、選択的な反射の中心波長が短波側にシフトすることが知られている。上述の反射の中心波長が短波側にシフトすることは、ブルーシフトと呼ばれている。斜め光では光干渉において各層間の光路長差が小さくなることが原因で、コレステリック液晶層でブルーシフトがおこる。従って、斜め方向から観察した場合、ブルーシフトが生じる。
このため、選択反射層12をコレステリック液晶層で構成した場合、反射の中心波長が短波側にシフトする分を予め補正して、選択反射層の正面における反射中心波長を長波側にずらすことが望ましい。斜め光の中心波長は、斜め光が選択反射層を伝播するときの正面からの角度をθとしたとき、斜め光の中心波長=正面での中心波長×cosθであり、これを考慮して反射中心波長をずらす構成とすることができる。上述の選択反射層12は、ブルーシフトを考慮して波長範囲が設定されている。
[コレステリック液晶層(円偏光反射層)]
コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を固定した層を意味する。
コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている層であればよい。コレステリック液晶層は、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射および加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、また外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることがない状態に変化した層であればよい。なお、コレステリック液晶層においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、層中の液晶化合物は、もはや液晶性を示していなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
コレステリック液晶相は、右円偏光または左円偏光のいずれか一方のセンスの円偏光を選択的に反射させると共に、他方のセンスの円偏光を透過する円偏光選択反射を示すことが知られている。
円偏光選択反射性を示すコレステリック液晶相を固定した層を含むフィルムとして、重合性液晶化合物を含む組成物から形成されたフィルムは従来から数多く知られており、コレステリック液晶層については、それらの従来技術を参照することができる。
コレステリック液晶層による選択反射の中心波長λ(選択反射中心波長λ)は、コレステリック液晶相における螺旋構造(螺旋配向構造)のピッチPに依存し、コレステリック液晶層の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。螺旋構造のピッチPとは、すなわち、螺旋の周期である。この式からわかるように、n値および/またはP値を調整することにより、選択反射中心波長を調整することができる。
螺旋構造のピッチP(螺旋1ピッチ)とは、言い換えれば、螺旋の巻き数1回分の螺旋軸方向の長さである。すなわち、螺旋構造のピッチPとは、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクター(棒状液晶であれば長軸方向)が360°回転する螺旋軸方向の長さである。通常のコレステリック液晶層の螺旋軸方向は、コレステリック液晶層の厚さ方向と一致する。
コレステリック液晶層の選択反射中心波長および半値幅は、一例として、下記のように求めることができる。
分光光度計(日本分光社製、V-670)を用いて、法線方向からコレステリック液晶層の反射スペクトルを測定すると、選択反射帯域に透過率の低下ピークがみられる。このピークの極小透過率と低下前の透過率との中間(平均)の透過率となる2つの波長のうち、短波長側の波長の値をλl(nm)、長波長側の波長の値をλh(nm)とすると、選択反射中心波長λと半値幅Δλは下記式で表すことができる。
λ=(λl+λh)/2Δλ=(λh-λl
上述のように求められる選択反射中心波長は、コレステリック液晶層の法線方向から測定した円偏光反射スペクトルの反射ピークの重心位置にある波長と略一致する。
後述するヘッドアップディスプレイシステムにおいては、ウインドシールドガラスに対して斜めに光が入射するように用いることにより、投映光入射側のガラス板表面での反射率を低くすることができる。
このとき、投映像表示用部材10の選択反射層12を構成するコレステリック液晶層に対しても斜めに光が入射する。例えば、屈折率1の空気中で投映像表示用部材10の法線に対し45°~70°の角度で入射した光は、屈折率1.61程度のコレステリック液晶層を26°~36°程度の角度で透過する。この場合、反射波長は短波長側にシフトする。
選択反射中心波長が波長λであるコレステリック液晶層中で、コレステリック液晶層の法線方向に対して光線がθ2の角度で通過するときの選択反射中心波長を波長λdとするとき、波長λdは以下の式で表される。
λd=λ×cosθ2
なお、コレステリック液晶層の法線方向は、通常、コレステリック液晶層の螺旋軸方向と一致する。
そのため、θ2が26°~36°のとき650~780nmの範囲に選択反射の中心波長を有するコレステリック液晶層は、520~695nmの範囲で投映光を反射することができる。
このような波長範囲は視感度の高い波長域であるため投映像の輝度への寄与度が高く、結果として高い輝度の投映像を実現することができる。
コレステリック液晶相の螺旋ピッチは、重合性液晶化合物とともに用いるキラル剤の種類、および、その添加濃度に依存するため、これらを調整することによって所望のピッチを得ることができる。なお、螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版2007年出版、46頁、および「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 196頁に記載の方法を用いることができる。
また、投映像表示用部材において、コレステリック液晶層は、視認側から見て、選択反射の中心波長が短いものから順に配置されていることが好ましい。車載用のヘッドアップディスプレイであれば、視認側は、通常、車内側である。
各コレステリック液晶層としては、螺旋のセンスが右または左のいずれかであるコレステリック液晶層が用いられる。コレステリック液晶層が反射する円偏光のセンス(円偏光の旋回方向)は、螺旋のセンスに一致する。
選択反射中心波長が異なる複数層のコレステリック液晶層を有する場合、各コレステリック液晶層の螺旋のセンスは、全て同じであっても、異なるものが含まれていてもよい。しかしながら、複数のコレステリック液晶層は、螺旋のセンスが全て同じであることが好ましい。
また、投映像表示用部材10が選択反射層12として複数層のコレステリック液晶層を有する場合には、同一または重複する波長域で選択反射を示すコレステリック液晶層として、螺旋センスが異なるコレステリック液晶層を含まないことが好ましい。特定の波長域での透過率が例えば、50%未満に低下することを避けるためである。
選択反射を示す選択反射帯の半値幅Δλ(nm)は、液晶化合物の複屈折Δnと上述のピッチPに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、選択反射帯の幅の制御は、Δnを調整して行うことができる。Δnの調整は重合性液晶化合物の種類または混合比率を調整したり、配向固定時の温度を制御したりすることで行うことができる。
選択反射の中心波長が同一の1種のコレステリック液晶層の形成のために、ピッチPが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を複数積層してもよい。ピッチPが同じで、同じ螺旋のセンスのコレステリック液晶層を積層することによって、特定の波長で円偏光選択性を高くすることができる。
選択反射層12は、反射波長帯域が波長540~850nmの範囲内で、半値幅が150nm以上のコレステリック液晶層を有することが好ましい。コレステリック液晶層の半値幅を150nm以上とすることで、選択反射層12が広帯域の光を選択的に反射する選択反射層となる。その結果、投映像表示用部材10をヘッドアップディスプレイシステム等に利用した際に、画像の輝度を高くすることができる。
選択反射層12において、複数のコレステリック液晶層を積層する際には、別に作製したコレステリック液晶層を接着剤等を用いて積層すればよい。または、複数のコレステリック液晶層を積層する際には、後述する方法で形成された先のコレステリック液晶層の表面に、直接、重合性液晶化合物等を含む液晶組成物を塗布し、配向および固定の工程を繰り返してもよい。コレステリック液晶層を積層方法としては、後者の方法が好ましい。
先に形成されたコレステリック液晶層の表面に直接次のコレステリック液晶層を形成することにより、先に形成したコレステリック液晶層の空気界面側の液晶分子の配向方位と、その上に形成するコレステリック液晶層の下側の液晶分子の配向方位が一致し、コレステリック液晶層の積層体の偏光特性が良好となるからである。また、接着層の厚さムラに由来して生じ得る干渉ムラが観測されないからである。
コレステリック液晶層の厚さは、0.5~10μmが好ましく、1.0~8.0μmがより好ましく、1.5~6.0μmがさらに好ましい。
また、投映像表示用部材10が複数のコレステリック液晶層を有する場合には、コレステリック液晶層の厚さの総計は、2.0~30μmが好ましく、2.5~25μmがより好ましく、3.0~20μmがさらに好ましい。
投映像表示用部材10においては、コレステリック液晶層の厚さを低減することなく、可視光線透過率を高く維持することができる。
(コレステリック液晶層の作製方法)
以下、コレステリック液晶層の作製材料および作製方法について説明する。
上述のコレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、重合性液晶化合物とキラル剤(光学活性化合物)とを含む液晶組成物等が挙げられる。必要に応じて、さらに、界面活性剤および重合開始剤等と混合して溶剤等に溶解した上述の液晶組成物を、支持体、配向層、下層となるコレステリック液晶層等に塗布し、コレステリック配向熟成後、液晶組成物の硬化により固定化してコレステリック液晶層を形成することができる。
(重合性液晶化合物)
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であることが好ましい。
コレステリック液晶層を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、および、アジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは一分子中に1~6個、より好ましくは1~3個である。
重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、米国特許第5622648号明細書、米国特許第5770107号明細書、WO95/22586、WO95/24455、WO97/00600、WO98/23580、WO98/52905、特開平1-272551号公報、特開平6-16616号公報、特開平7-110469号公報、特開平11-80081号公報、および、特開2001-328973号公報等に記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量に対して、80~99.9質量%が好ましく、85~99.5質量%がより好ましく、90~99質量%が特に好ましい。液晶組成物の固形分質量とは、溶媒を除いた質量である。
可視光透過率を向上させるためには、第1選択反射層12Gは低Δnであってもよい。低Δnの第1選択反射層12Gは、低Δn重合性液晶化合物を用いて形成することができる。以下、低Δn重合性液晶化合物について具体的に説明する。
(低Δn重合性液晶化合物)
低Δn重合性液晶化合物を利用してコレステリック液晶相を形成し、これを固定したフィルムとすることにより、狭帯域選択反射層を得ることができる。低Δn重合性液晶化合物の例としては、WO2015/115390、WO2015/147243、WO2016/035873、特開2015-163596号公報、および、特開2016-53149号公報に記載の化合物が挙げられる。半値幅の小さい選択反射層を与える液晶組成物については、WO2016/047648の記載も参照できる。
液晶化合物は、WO2016/047648に記載の以下の式(I)で表される重合性化合物であることも好ましい。
Figure 0007177176000001
式(I)中、Aは、置換基を有していてもよいフェニレン基または置換基を有していてもよいトランス-1,4-シクロヘキシレン基を示し、Lは単結合、-CH2O-、-OCH2-、-(CH22OC(=O)-、-C(=O)O(CH22-、-C(=O)O-、-OC(=O)-、-OC(=O)O-、-CH=CH-C(=O)O-、および-OC(=O)-CH=CH-からなる群から選択される連結基を示し、mは3~12の整数を示し、Sp1およびSp2はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の-CH2-が-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-C(=O)-、-OC(=O)-、または-C(=O)O-で置換された基からなる群から選択される連結基を示し、Q1およびQ2はそれぞれ独立に、水素原子または以下の式Q-1~式Q-5で表される基からなる群から選択される重合性基を示し、ただしQ1およびQ2のいずれか一方は重合性基を示す。
Figure 0007177176000002
式(I)中の、フェニレン基は1,4-フェニレン基であることが好ましい。
フェニレン基およびトランス-1,4-シクロヘキシレン基について「置換基を有していてもよい」というときの置換基は、特に限定されず、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル基、アミド基、アミノ基、およびハロゲン原子ならびに、上述の置換基を2つ以上組み合わせて構成される基からなる群から選択される置換基が挙げられる。また、置換基の例としては、後述の-C(=O)-X3-Sp3-Q3で表される置換基が挙げられる。フェニレン基およびトランス-1,4-シクロヘキシレン基は、置換基を1~4個有していてもよい。2個以上の置換基を有するとき、2個以上の置換基は互いに同一であっても異なっていてもよい。
アルキル基は直鎖状および分岐鎖状のいずれでもよい。アルキル基の炭素数は1~30が好ましく、1~10がより好ましく、1~6がさらに好ましい。アルキル基の例としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1,1-ジメチルプロピル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、直鎖状または分岐鎖状のヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、またはドデシル基を挙げることができる。アルキル基に関する上述の説明はアルキル基を含むアルコキシ基においても同様である。また、アルキレン基というときのアルキレン基の具体例としては、上述のアルキル基の例それぞれにおいて、任意の水素原子を1つ除いて得られる2価の基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、およびヨウ素原子が挙げられる。
シクロアルキル基の炭素数は、3~20が好ましく、5以上がより好ましく、また、10以下が好ましく、8以下がより好ましく、6以下がさらに好ましい。シクロアルキル基の例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基を挙げることができる。
フェニレン基およびトランス-1,4-シクロヘキシレン基が有していてもよい置換基としては特に、アルキル基、およびアルコキシ基、-C(=O)-X3-Sp3-Q3からなる群から選択される置換基が好ましい。ここで、X3は単結合、-O-、-S-、もしくは-N(Sp4-Q4)-を示すか、または、Q3およびSp3と共に環構造を形成している窒素原子を示す。Sp3、Sp4はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の-CH2-が-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-C(=O)-、-OC(=O)-、または-C(=O)O-で置換された基からなる群から選択される連結基を示す。
3およびQ4はそれぞれ独立に、水素原子、シクロアルキル基、シクロアルキル基において1つもしくは2つ以上の-CH2-が-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-C(=O)-、-OC(=O)-、もしくは-C(=O)O-で置換された基、または式Q-1~式Q-5で表される基からなる群から選択されるいずれかの重合性基を示す。
シクロアルキル基において1つまたは2つ以上の-CH2-が-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-C(=O)-、-OC(=O)-、または-C(=O)O-で置換された基として、具体的には、テトラヒドロフラニル基、ピロリジニル基、イミダゾリジニル基、ピラゾリジニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、および、モルホルニル基等が挙げられる。置換位置は特に限定されない。これらのうち、テトラヒドロフラニル基が好ましく、特に2-テトラヒドロフラニル基が好ましい。
式(I)において、Lは単結合、-CH2O-、-OCH2-、-(CH22OC(=O)-、-C(=O)O(CH22-、-C(=O)O-、-OC(=O)-、-OC(=O)O-、-CH=CH-C(=O)O-、および、-OC(=O)-CH=CH-からなる群から選択される連結基を示す。Lは-C(=O)O-または-OC(=O)-であることが好ましい。m-1個のLは互いに同一でも異なっていてもよい。
Sp1、Sp2はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の-CH2-が-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-C(=O)-、-OC(=O)-、または-C(=O)O-で置換された基からなる群から選択される連結基を示す。Sp1およびSp2はそれぞれ独立に、両末端にそれぞれ-O-、-OC(=O)-、および-C(=O)O-からなる群から選択される連結基が結合した炭素数1から10の直鎖のアルキレン基、-OC(=O)-、-C(=O)O-、-O-、および炭素数1から10の直鎖のアルキレン基からなる群から選択される基を1または2以上組み合わせて構成される連結基であることが好ましく、両方の末端に-O-がそれぞれ結合した炭素数1から10の直鎖のアルキレン基であることが好ましい。
1およびQ2はそれぞれ独立に、水素原子、もしくは上述の式Q-1~式Q-5で表される基からなる群から選択される重合性基を示し、ただしQ1およびQ2のいずれか一方は重合性基を示す。
重合性基としては、アクリロイル基(式Q-1)またはメタクリロイル基(式Q-2)が好ましい。
式(I)中、mは、3~12の整数を示す。mは、3~9の整数が好ましく、3~7の整数がより好ましく、3~5の整数がさらに好ましい。
式(I)で表される重合性化合物は、Aとして置換基を有していてもよいフェニレン基を少なくとも1つおよび置換基を有していてもよいトランス-1,4-シクロヘキシレン基を少なくとも1つ含むことが好ましい。式(I)で表される重合性化合物は、Aとして、置換基を有していてもよいトランス-1,4-シクロヘキシレン基を1~4個含むことが好ましく、1~3個含むことがより好ましく、2または3個含むことがさらに好ましい。また、式(I)で表される重合性化合物は、Aとして、置換基を有していてもよいフェニレン基を1個以上含むことが好ましく、1~4個含むことがより好ましく、1~3個含むことがさらに好ましく、2個または3個含むことが特に好ましい。
式(I)において、Aで表されるトランス-1,4-シクロヘキシレン基の数をmで割った数をmcとしたとき、0.1<mc<0.9が好ましく、0.3<mc<0.8がより好ましく、0.5<mc<0.7がさらに好ましい。液晶組成物が0.5<mc<0.7である式(I)で表される重合性化合物とともに、0.1<mc<0.3である式(I)で表される重合性化合物を含むことも好ましい。
式(I)で表される重合性化合物の例として具体的には、WO2016/047648の段落0051~0058に記載の化合物のほか、特開2013-112631号公報、特開2010-70543号公報、特許4725516号、WO2015/115390、WO2015/147243、WO2016/035873、特開2015-163596号公報、および、特開2016-53149号公報に記載の化合物等を挙げることができる。
(キラル剤:光学活性化合物)
キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル化合物は、化合物によって誘起する螺旋のセンスまたは螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物を用いることができる。キラル剤の例としては、液晶デバイスハンドブック(第3章4-3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989)、特開2003-287623号、特開2002-302487号、特開2002-80478号、特開2002-80851号、特開2010-181852号、および、特開2014-034581号等の各公報に記載の化合物が挙げられる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物も、キラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。
キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
キラル剤としては、イソソルビド誘導体、イソマンニド誘導体、および、ビナフチル誘導体等を好ましく用いることができる。イソソルビド誘導体としては、BASF社製のLC756等の市販品を用いてもよい。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、重合性液晶化合物量の0.01~200モル%が好ましく、1~30モル%がより好ましい。なお、液晶組成物中におけるキラル剤の含有量は、組成物中の全固形分に対するキラル剤の濃度(質量%)を意図する。
(重合開始剤)
液晶組成物は、重合開始剤を含有していることが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、米国特許第2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、米国特許第2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63-40799号公報、特公平5-29234号公報、特開平10-95788号公報、特開平10-29997号公報、特開2001-233842号公報、特開2000-80068号公報、特開2006-342166号公報、特開2013-114249号公報、特開2014-137466号公報、特許4223071号公報、特開2010-262028号公報、特表2014-500852号公報記載)、オキシム化合物(特開2000-66385号公報、特許第4454067号公報記載)、および、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。例えば、特開2012-208494号公報の段落0500~0547の記載も参酌できる。
重合開始剤としては、アシルフォスフィンオキシド化合物またはオキシム化合物を用いることも好ましい。
アシルフォスフィンオキシド化合物としては、例えば、市販品のBASFジャパン(株)製のIRGACURE810(化合物名:ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド)を用いることができる。オキシム化合物としては、IRGACURE OXE01(BASF社製)、IRGACURE OXE02(BASF社製)、TR-PBG-304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカアークルズNCI-831、アデカアークルズNCI-930(ADEKA社製)、および、アデカアークルズNCI-831(ADEKA社製)等の市販品を用いることができる。
重合開始剤は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1~20質量%が好ましく、0.5~5質量%がより好ましい。
(架橋剤)
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。架橋剤としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アジリジニル)プロピオネート]、4,4-ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物等が挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、3~20質量%が好ましく、5~15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量を3質量%以上とすることにより、架橋密度向上の効果を得ることができ、架橋剤の含有量を20質量%以下とすることにより、コレステリック液晶層の安定性の低下を防止できる。
なお、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
(配向制御剤)
液晶組成物中には、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶層とするために寄与する配向制御剤を添加してもよい。配向制御剤の例としては、特開2007-272185号公報の段落[0018]~[0043]等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、特開2012-203237号公報の段落[0031]~[0034]等に記載の式(I)~(IV)で表される化合物、および、特開2013-113913号公報に記載の化合物等が挙げられる。
なお、配向制御剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
液晶組成物中における、配向制御剤の添加量は、重合性液晶化合物の全質量に対して0.01~10質量%が好ましく、0.01~5質量%がより好ましく、0.02~1質量%が特に好ましい。
(その他の添加剤)
その他、液晶組成物は、塗膜の表面張力を調整し厚さを均一にするための界面活性剤、および重合性モノマー等の種々の添加剤から選ばれる少なくとも1種を含有していてもよい。また、液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学性能を低下させない範囲で添加することができる。
コレステリック液晶層は、重合性液晶化合物および重合開始剤、更に必要に応じて添加されるキラル剤、界面活性剤等を溶媒に溶解させた液晶組成物を、支持体、位相差層、配向層、または、先に作製されたコレステリック液晶層等の上に塗布し、乾燥させて塗膜を得、この塗膜に活性光線を照射してコレステリック液晶性組成物を重合し、コレステリック規則性が固定化されたコレステリック液晶層を形成することができる。
なお、複数のコレステリック液晶層からなる積層膜は、コレステリック液晶層の上述の製造工程を繰り返し行うことにより形成することができる。
(溶媒)
液晶組成物の調製に使用する溶媒には、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒には、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が特に好ましい。
(塗布、配向、重合)
支持体、配向層、下層となるコレステリック液晶層等への液晶組成物の塗布方法には、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。塗布方法としては、例えば、ワイヤーバーコーティング法、カーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法、および、スライドコーティング法等が挙げられる。また、別途支持体上に塗設した液晶組成物を転写することによっても実施できる。
塗布した液晶組成物を加熱することにより、液晶分子を配向させる。加熱温度は、200℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。この配向処理により、重合性液晶化合物が、フィルム面に対して実質的に垂直な方向に螺旋軸を有するようにねじれ配向している光学薄膜が得られる。
配向させた液晶化合物をさらに重合させることにより、液晶組成物を硬化することができる。重合は、熱重合、光照射を利用する光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2~50J/cm2が好ましく、100~1,500mJ/cm2がより好ましい。
光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射紫外線波長は350~430nmが好ましい。重合反応率は安定性の観点から、高いほうが好ましく70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を赤外線吸収スペクトルの測定により、決定することができる。
[直線偏光反射層]
選択反射層としては、上述の選択反射層と同じ反射率特性を有する構成であれば直線偏光反射層を用いてもよい。直線偏光反射層としては、例えば、屈折率異方性の異なる薄膜を積層した偏光子が挙げられる。このような偏光子は、コレステリック液晶層と同様に高い可視光線透過率であり、ヘッドアップディスプレイシステムにおける使用時に斜めから入射する投映光を視感度の高い波長において反射することができる。
屈折率異方性の異なる薄膜を積層した偏光子としては、例えば、特表平9-506837号公報等に記載されたものを用いることができる。具体的には、屈折率関係を得るために選ばれた条件下で加工すると、広く様々な材料を用いて、偏光子を形成できる。一般に、第一の材料の一つが、選ばれた方向において、第二の材料とは異なる屈折率を有することが必要である。この屈折率の違いは、フィルムの形成中、またはフィルムの形成後の延伸、押出成形、或いはコーティングを含む様々な方法で達成できる。更に、2つの材料が同時押出することができるように、類似のレオロジー特性を有することが好ましい。レオロジー特性としては、例えば、溶融粘度が例示される。
屈折率異方性の異なる薄膜を積層した偏光子としては、市販品を用いることができる。市販品としては、反射型偏光板と仮支持体との積層体となっているものを用いてもよい。市販品としては、例えば、DBEF(登録商標)(3M社製)、および、APF(高度偏光フィルム(Advanced Polarizing Film(3M社製))として販売されている市販の光学フィルム等が挙げられる。
反射型偏光板の厚さは好ましくは2.0~50μmの範囲、より好ましくは8.0~30μmの範囲であればよい。
<位相差層>
投映像表示用部材10は、図1に示すように位相差層14を有する。例えば、位相差層14は第1選択反射層12Gの裏面に配置される。
位相差層は、正面位相差としてλ/4を与えるもので構成されることが好ましく、正面位相差として3λ/4を与えるもので構成してもよい。
位相差層14と上述の選択反射層12(コレステリック液晶層)とを組み合わせて用いることにより、鮮明な投映像を表示することができる。位相差層14の正面位相差と、遅相軸の角度とにより、直線偏光を円偏光に変えるλ/4位相差層として作用する構成とすることができる。この場合、p偏光を円偏光に変えて、投映光を効率よく選択反射層12で反射させて、画像を表示できる。
位相差層14と上述の選択反射層12とを組み合わせて作製した投映像表示用部材は、より高い輝度が得られ、かつ二重像も抑制できる。投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステムにおいても、より高い輝度が得られ、かつ、二重像も抑制できる。
位相差層14の正面位相差は、可視光波長域の1/4の長さ、または1/2であればよい。特に、選択反射層12の選択反射中心波長、または、ヘッドアップディスプレイシステムのプロジェクター(イメージャー)の発光波長の中心波長の1/4または1/2の長さ等であればよい。選択反射層12が、複数のコレステリック液晶層を有する場合には、位相差層14の正面位相差は、いずれかのコレステリック液晶の択反射中心波長の1/4または1/2の長さ等であればよい。
位相差層14は、例えば、波長550nmにおける正面位相差が100~450nmの範囲であるのが好ましく、120~200nmあるいは300~400nmの範囲であることがより好ましい。
位相差層14には、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。位相差層14としては、例えば、延伸されたポリカーボネートフィルム、延伸されたノルボルネン系ポリマーフィルム、炭酸ストロンチウムのような複屈折を有する無機粒子を含有して配向させた透明フィルム、支持体上に無機誘電体を斜め蒸着した薄膜、重合性液晶化合物を一軸配向させて配向固定したフィルム、および、液晶化合物を一軸配向させて配向固定したフィルム等が挙げられる。
中でも、重合性液晶化合物を一軸配向させて配向固定したフィルムは、位相差層14として、好適に例示される。
このような位相差層14は、一例として、仮支持体、または配向層表面に、重合性液晶化合物を含む液晶組成物を塗布し、そこで液晶組成物中の重合性液晶化合物を液晶状態においてネマチック配向に形成後、硬化によって固定化して、形成することができる。
この場合の位相差層14の形成は、液晶組成物中にキラル剤を添加しない以外は、上述のコレステリック液晶層の形成と同様に行うことができる。ただし、液晶組成物の塗布後のネマチック配向の際、加熱温度は50~120℃が好ましく、60~100℃がより好ましい。
位相差層14は、高分子液晶化合物を含む組成物を、仮支持体、または配向層等の表面に塗布して液晶状態においてネマチック配向に形成後、冷却することによって当該配向を固定化して得られる層であってもよい。
位相差層14の厚さには、制限はないが、0.2~300μmが好ましく、0.5~150μmがより好ましく、1.0~80μmがさらに好ましい。液晶組成物から形成される位相差層14の厚さは、特に限定はされないが、0.2~10μmが好ましく、0.5~5.0μmがより好ましく、0.7~2.0μmがさらに好ましい。
位相差層14は、例えば、図2に示すように、位相差層14の任意の方向の軸Hに対して、例えば、角度α傾けて遅相軸Saが設定される。遅相軸Saの方向は、例えば、位相差層14の下層となる配向膜のラビング処理により設定できる。
位相差層14の遅相軸Saの方向は、投映像表示用部材10をヘッドアップディスプレイシステム20(図3参照)に用いた場合における、投映像表示のための投映光の入射方向、および、選択反射層12を構成するコレステリック液晶層の螺旋のセンスに応じて決定することが好ましい。
以下の説明では、ヘッドアップディスプレイシステム(ヘッドアップディスプレイ)を、『HUD』ともいう。なお、『HUD』とは、『Head up Display』の略である。
一例として、HUD20では、図2に示す軸Hを、使用時の上下方向Yと一致して、位相差層14の遅相軸Saの方向が設定される。使用時における上下方向Yとは、例えば、HUD20を構成するウインドシールドガラスの車外側表面における、鉛直方向(天地方向)に対応する方向である(図3参照)。
例えば、HUD20の使用時における投映像表示用部材10の方向が定まるときであって、投映光が、投映像表示用部材10(ウインドシールドガラス)の下方、かつ、選択反射層12(コレステリック液晶層)に対して位相差層14側から入射する場合については、正面位相差に応じて以下のような範囲で遅相軸Saの方向を定めることができる。
例えば、正面位相差が50~180nmの位相差層14を用いる場合、投映像表示用部材10の上下方向Y(軸H)に対し、位相差層14の遅相軸Saが成す角度αが+120°~+175°または-120°~-175°の範囲にあることが好ましい。
さらに、位相差層14は、以下の構成が好ましい。
正面位相差が250~450nmの位相差層14を用いる場合、投映像表示用部材10の上下方向Yに対し、位相差層14の遅相軸Saが成す角度αが+35°~+70°または-35°~-70°の範囲にあることが好ましい。
正面位相差が50~180nmの位相差層14を用いる場合、投映像表示用部材10の上下方向Yに対し、位相差層14の遅相軸Saが成す角度αが+125°~+160°または-125°~-160°の範囲にあることが好ましい。
なお、位相差層14の遅相軸Saについて、軸H(上下方向Y)に対する角度αには、上述のように+および-が定義されている。この+および-は、視認位置を固定したときの時計回り方向(+)と反時計回り方向(-)を意味する。
好ましい方向は、投映像表示用部材10の選択反射層12を構成するコレステリック液晶層の螺旋のセンスに依存する。例えば、投映像表示用部材に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが右である場合、遅相軸の方向は、コレステリック液晶層に対して位相差層側から見て時計回りに30°~85°または120°~175°であればよい。投映像表示用部材に含まれる全てのコレステリック液晶層の螺旋のセンスが左である場合、遅相軸の方向は、コレステリック液晶層に対して位相差層側から見て反時計回りに30°~85°または120°~175°であればよい。
後述するが、本発明の投映像表示用部材10を用いるHUD20では、プロジェクター22がp偏光の投映光を出射し、投映像表示用部材10が、p偏光を反射することで、画像を表示する。
具体的には、投映像表示用部材10では、まず、位相差層14が、入射したp偏光の投映光を円偏光に変換する。次いで、選択反射層12(コレステリック液晶層)が、この円偏光を選択的に反射して、位相差層14に再入射する。さらに、位相差層14が、円偏光をp偏光に変換する。投映像表示用部材10は、これにより、入射したp偏光の投映光を、p偏光のまま反射する。
従って、位相差層14は、選択反射層12(コレステリック液晶層)が選択的に反射する円偏光のセンスに応じて、入射したp偏光を、選択反射層12が反射する旋回方向の円偏光に変換するように、遅相軸Saの方向が設定される。すなわち、選択反射層12が、右円偏光を選択的に反射する場合には、位相差層14は、入射したp偏光を右円偏光にするように、遅相軸Saの方向が設定される。逆に、選択反射層12が、左円偏光を選択的に反射する場合には、位相差層14は、入射したp偏光を左円偏光にするように、遅相軸Saの方向を、逆に傾けて設定される。
<偏光変換層>
HUDにおいて、本発明の投映像表示用部材10は、視認側すなわち投映光の入射側から、位相差層14、選択反射層12、および、偏光変換層11が、この順になるように設けられる。
偏光変換層11は、液晶化合物の螺旋構造(螺旋配向構造)を固定化した層であって、螺旋構造のピッチ数x、および、偏光変換層の膜厚y[μm]が、下記の関係式(i)~(iv)の全てを満足するものである。
(i)0.3≦x≦7.0
(ii)0.5≦y≦6.0
(iii)y≦0.7x+3.2
(iv)y≧0.7x-1.4
なお、液晶化合物の螺旋構造の1ピッチは、上述したコレステリック液晶層(選択反射層12)と同様に、液晶化合物の螺旋の巻き数1回分である。すなわち、螺旋配向される液晶化合物のダイレクター(棒状液晶であれば長軸方向)が、360°回転した状態をピッチ数1とする。
投映像表示用部材10が、位相差層14および選択反射層12に加え、偏光変換層11を有することによって、HUDの偏光サングラス適性を改善し、さらに二重像を抑制することができ、特にp偏光を入射させて投映像を形成する場合の二重像を良好に抑制することができる。
偏光変換層11を設けることにより偏光サングラス適性が改善することができる理由は、偏光変換層11がコレステリック液晶相のような螺旋構造を有しており、赤外域の反射ピーク波長よりも短波長である可視光に対して旋光性と複屈折性を示すため、可視域の偏光を制御できるためである。特に、ウインドシールドガラスの外側から入射したs偏光は、位相差層14で偏光が大きく変わるため、偏光変換層11で光学補償できるように偏光変換層11のピッチ数と膜厚を制御することで、偏光サングラス適性が改善できる。
偏光変換層11を設けることにより二重像をさらに抑制することができる理由は、選択反射層12(コレステリック液晶層)の選択反射帯域にない波長の光が、選択反射層12で偏光変換してウインドシールドガラスの裏面で反射されることに基づく二重像を抑制できるためと推定される。
以下、詳細に説明する。
後述するが、本発明の投映像表示用部材10(本発明のウインドシールドガラス)を用いる本発明のHUDでは、投映光としてp偏光をウインドシールドガラスに入射して、ウインドシールドガラスに組み込まれた投映像表示用部材10がp偏光を反射することにより、投映像を表示する。具体的には、投映像表示用部材10では、位相差層14がp偏光を所定の旋回方向の円偏光に変換し、この円偏光を選択反射層12が反射し、位相差層14がp偏光に再変換することで、入射したp偏光を反射する。
p偏光をガラスに対して斜めに入射すると、ガラスによる反射は非常に少なくなる。本発明のHUDは、p偏光を投映して、投映像表示用部材10によってp偏光を反射することにより、ウインドシールドガラスの内面および外面で反射する光に起因する二重像を解消できる。従って、ウインドシールドガラスをクサビ型にする必要も無い。なお、ウインドシールドガラスの内面とは、車両等の車内側表面であり、通常、HUDにおける投映光の入射面である。他方、ウインドシールドガラスの外面とは、車両等の車外側表面であり、通常、HUDにおける投映光の入射面とは逆側の面である。
加えて、この方式の投映像表示用部材10は、入射したp偏光を無駄なく高い反射率で反射できるので、HUDによる投映像の輝度も向上できる。
一方、水たまりの反射光、対向車のウインドシールドガラスの反射光、および、ボンネットの反射光など、車両等においてウインドシールドガラスの外部から侵入する、いわゆるギラツキ成分は、多くがs偏光である。そのため、偏光サングラスは、s偏光成分を遮光するようになっている。
従って、通常のs偏光の投映光を投映するHUDでは、使用者が偏光サングラスを着用した場合には、投映像を観察できない。
これに対して、本発明の投映像表示用部材10を用いるHUDは、投映像がp偏光であるので、通常のs偏光を投映するHUDとは異なり、運転者が偏光サングラスを使用した場合でも、HUDの投映像を適正に観察できる。
ここで、コレステリック層を用いる反射層など、所定の円偏光を選択的に反射する反射層に、非反射成分の偏光が入射して透過すると、偏光状態が変化する。
上述のように、ウインドシールドガラスの外部から侵入するギラツキ成分は、s偏光である。従って、p偏光に対応する円偏光を選択的に反射する反射層を透過したs偏光は、理想的には、s偏光に対応する旋回方向の円偏光になる。この円偏光は、次いで、位相差層によって、再度、S偏光に変換される。そのため、ウインドシールドガラスの外部から侵入するギラツキ成分であるs偏光は、偏光サングラスを用いることで、遮光できる。
ところが、外部からウインドシールドガラスに入射するs偏光は、ウインドシールドガラスの反射層(反射フィルム、ハーフミラー)に法線方向から入射する成分のみではなく、様々な角度でウインドシールドガラスに入射する。そのため、特許文献1および特許文献2に示されるような、従来の位相差層および円偏光反射層によってp偏光を投映するHUDでは、外部から侵入して、反射層を透過したs偏光は、円偏光ではなく、楕円偏光になってしまう。
このような楕円偏光が位相差層を透過すると、透過光には、s偏光のみならず、p偏光の成分も混在してしまう。p偏光は、偏光サングラスで遮光できないので、偏光サングラスを透過してしまう。
そのため、従来のp偏光を投映するHUDでは、s偏光が主成分である上述の反射光のギラツキをカットする偏光サングラスの機能が損なわれ、運転の支障となる。すなわち、特許文献1および特許文献2に示されるような、従来のp偏光を投映する、位相差層および円偏光反射層を用いるハーフミラーフィルムを利用するHUDは、偏光サングラス適性が低い。
これに対して、本発明の投映像表示用部材は、選択反射層12の位相差層14とは逆側の面に、偏光変換層11を有する。すなわち、ウインドシールドガラスの外部から入射した、ギラツキとなるs偏光が主成分である反射光は、最初に偏光変換層11を透過する。
偏光変換層11は、液晶化合物の螺旋構造を固定化した層で、螺旋構造のピッチ数xおよび偏光変換層の膜厚y[μm]が、上述の関係式(i)~(iv)を満たす。
このような偏光変換層11は、液晶化合物が、関係式(i)~(iv)を満たす螺旋構造を有することにより、可視光に対して旋光性および複屈折性を示す。特に、偏光変換層11の螺旋構造のピッチPを、選択反射中心波長が長波長の赤外域であるコレステリック液晶層のピッチPに対応する長さとすることにより、短波長である可視光に対して、高い旋光性と複屈折性を示す。
なお、上述のように、螺旋構造のピッチPとは、螺旋1ピッチの長さであり、液晶化合物が360°回転する螺旋軸方向の長さである。螺旋軸方向とは、通常、偏光変換層の厚さ方向ある。
上述のように、外部から入射するギラツキとなる反射光は、主にs偏光である。従って、偏光変換層11に入射したs偏光は、偏光変換層11が有する旋光性および複屈折性によって、s偏光に応じた旋回方向の楕円偏光に変換される。偏光変換層11を透過した楕円偏光は、次いで、選択反射層12に入射する。s偏光から変換された楕円偏光は、旋回方向が選択反射層12による反射成分ではないので、選択反射層12を透過して、s偏光に対応する旋回方向の円偏光に変換される。この円偏光は、次いで、位相差層14を透過することにより、s偏光に変換され、ウインドシールドガラスを透過する。
すなわち、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、ウインドシールドガラスの外部から侵入した、ギラツキとなるs偏光は、s偏光のまま透過するので、偏光サングラスによって遮光できる。従って、本発明によれば、p偏光を投映するHUDにおいて、偏光サングラス適性を改善できる。
また、投映光の中には、p偏光ではないs偏光の成分が混ざっている場合も有る。この成分は、選択反射層12を透過して、ウインドシールドガラスの外面(裏面)で反射されるため、二重像の原因となってしまう。
これに対して、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、選択反射層12を透過したs偏光の成分を、旋光性および複屈折性を有する偏光変換層11がp偏光の成分に変換する。
上述したように、p偏光は、ガラスに斜めに入射すると反射率が非常に低い。そのため、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、投映光の中にs偏光成分が混ざっていても、選択反射層12を透過したs偏光のウインドシールドガラスの外面による反射を抑制できる。従って、偏光変換層11を有する本発明の投映像表示用部材10によれば、選択反射層12を透過して、ウインドシールドガラスの外面(裏面)で反射される光に起因する二重像も低減できる。
上述のように、本発明の投映像表示用部材10において、偏光変換層11は、螺旋構造のピッチ数xおよび偏光変換層の膜厚yが、関係式(i)~(iv)を全て満たす。
関係式(i)は、『0.3≦x≦7.0』である。
螺旋構造のピッチ数xが0.3未満では、十分な旋回性および複屈折性が得られない等の不都合を生じる。
また、螺旋構造のピッチ数xが7.0を超えると、旋回性および複屈折性が過剰で、所望の楕円偏光が得られない等の不都合を生じる。
関係式(ii)は、『0.5≦y≦6.0』である。
偏光変換層11の厚さyが0.5μm未満では、膜厚が薄すぎて、十分な旋回性・複屈折性が得られない等の不都合を生じる。
偏光変換層11の厚さyが6.0μmを超えると、旋回性・複屈折性が過剰で、所望の楕円偏光が得られない、配向不良が起こりやすく製造にとって好ましくない等の不都合を生じる。
関係式(iii)は、『y≦0.7x+3.2』である。
偏光変換層11の厚さy[μm]が0.7x+3.2を超えると、複屈折性が過剰で、旋回性とのバランスが悪い等の不都合を生じる。
さらに、関係式(iv)は、『y≧0.7x-1.4』である。
偏光変換層11の厚さy[μm]が0.7x-1.4未満では、可視光域に偏光変換層ができ、十分な旋回性が得られない、反射率や色味等のほかの光学性能に影響を与える等の不都合を生じる。
本発明の投映像表示用部材10において、偏光変換層11のピッチ数xは、0.4~3.0が好ましく、膜厚yは、0.8~4.0μmが好ましい。
偏光変換層11は、特に、関係式(i)~(iv)に加え、下記の関係式(v)~(vii)を全て満たすのが好ましい。
(v)0.3≦x≦1.2
(vi)1.0≦y≦3.0
(vii)y≧1.875x
すなわち、偏光変換層11は、螺旋構造のピッチPが長く、かつ、ピッチ数xが少ないのが好ましい。
具体的には、偏光変換層11は、螺旋のピッチPが、選択反射中心波長が長波長の赤外域であるコレステリック液晶層のピッチPと同等で、かつ、ピッチ数xが少ないのが好ましい。より具体的には、偏光変換層11は、螺旋のピッチPが、選択反射中心波長が3000~8000nmであるコレステリック液晶層のピッチPと同等で、かつ、ピッチ数xが少ないのが好ましい。
このような偏光変換層11は、ピッチPが対応する選択反射中心波長が、可視光よりも遥かに長波長であるため、上述した可視光に対する旋光性と複屈折性を、より好適に発現する。
従って、偏光変換層11が、関係式(v)~(vii)を全て満たすことにより、本発明の投映像表示用部材10を用いるHUDの偏光サングラス適性および二重像の抑制効果を、より向上できる。
後に実施例でも示すが、このような偏光変換層11は、基本的に、上述したコレステリック液晶層と同様に形成できる。
ただし、偏光変換層11を形成する際には、偏光変換層11における螺旋構造のピッチ数xおよび膜厚y[μm]が、関係式(i)~(iv)を全て満たすように、より好ましくは、関係式(v)~(vii)を全て満たすように、使用する液晶化合物、使用するキラル剤、キラル剤の添加量、および、膜厚等を調節する必要がある。
<他の層>
本発明の投映像表示用部材10は、上述した選択反射層12、位相差層14および偏光変換層11に加え、必要に応じて、他の層を含んでいてもよい。
他の層は、いずれも可視光領域で透明であることが好ましい。
また、他の層はいずれも低複屈折性であることが好ましい。低複屈折性とは、本発明のウインドシールドガラスの投映像表示用部材10が反射を示す波長域において、正面位相差が10nm以下であることを意味する。この正面位相差は5nm以下であることが好ましい。さらに、他の層は、いずれも、選択反射層12を構成するコレステリック液晶層の平均屈折率(面内平均屈折率)との屈折率の差が小さいことが好ましい。
他の層としては支持体15、配向層、および、接着層等が挙げられる。
(支持体)
図1に示す投映像表示用部材10は、支持体15を有する。投映像表示用部材10において、支持体15は、位相差層14、選択反射層12および偏光変換層11を支持するものである。
支持体15は、位相差層を形成する際の基板として使用することができ、あるいは位相差層を兼用して、選択反射層12(コレステリック液晶層)を形成する際の基板として使用することもできる。
選択反射層12または位相差層14の形成のために用いられる支持体15は、選択反射層12の形成後に剥離される、仮支持体であってもよい。従って、完成した投映像表示用部材およびウインドシールドガラスには、支持体15は含まれていなくてもよい。
なお、仮支持体として剥離するのではなく、完成した投映像表示用部材またはウインドシールドガラスが支持体15を含む場合には、支持体15は、可視光領域で透明であることが好ましい。また、支持体15を、位相差層14を形成する際の基板として使用する場合は、低複屈折性であることが好ましい。
支持体15の材料には制限はない。支持体15としてはポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、および、シリコーン等のプラスチックフィルムが挙げられる。仮支持体としては、上述のプラスチックフィルムのほか、ガラスを用いてもよい。
支持体の厚さは、5.0~1000μm程度であればよく、10~250μmが好ましく、15~90μmがより好ましい。
(配向層)
投映像表示用部材10は、選択反射層12(コレステリック液晶層)および/または位相差層14の形成の際に、液晶組成物が塗布される下層として、液晶化合物を配向するための配向層を含んでいてもよい。
配向層は、ポリマー等の有機化合物(ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドおよび変性ポリアミド等の樹脂)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、ならびに、ラングミュア・ブロジェット法(LB膜)を用いた有機化合物(例えば、ω-トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチル等)の累積等の手段で、設けることができる。さらに、電場の付与、磁場の付与、および、光照射等により、配向機能が生じる層を、配向層として用いてもよい。
例えば、ポリマーからなる配向層は、ラビング処理を行ったうえで、ラビング処理面に液晶組成物を塗布することが好ましい。ラビング処理は、ポリマー層の表面を、紙、布で一定方向に、擦ることにより実施することができる。
配向層を設けずに支持体表面、または支持体をラビング処理した表面に、液晶組成物を塗布してもよい。
仮支持体を用いて液晶層を形成する場合は、配向層は仮支持体とともに剥離されて投映像表示用部材を構成する層とはならなくてもよい。
配向層の厚さは、0.01~5.0μmが好ましく、0.05~2.0μmがより好ましい。
(接着層)
投映像表示用部材10は、必要に応じて、層同士の密着力を向上するために、接着層を有してもよい。
図示例の投映像表示用部材10において、接着層を設ける場合には、第1選択反射層12Gと第2選択反射層12Rとの間、選択反射層12と位相差層14との間、選択反射層12と偏光変換層11との間、および、支持体15と位相差層14との間の、1以上に、接着層を設ければよい。
接着層は、接着剤を用いて形成すればよい。
接着剤としては硬化方式の観点からホットメルトタイプ、熱硬化タイプ、光硬化タイプ、反応硬化タイプ、および、硬化の不要な感圧接着タイプがあり、それぞれ素材としてアクリレート系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、エポキシ系、エポキシアクリレート系、ポリオレフィン系、変性オレフィン系、ポリプロピレン系、エチレンビニルアルコール系、塩化ビニル系、クロロプレンゴム系、シアノアクリレート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスチレン系、および、ポリビニルブチラール系等の化合物を使用することができる。作業性、生産性の観点から、硬化方式として光硬化タイプが好ましく、光学的な透明性、耐熱性の観点から、素材はアクリレート系、ウレタンアクリレート系、および、エポキシアクリレート系等を使用することが好ましい。
接着層は、高透明性接着剤転写テープ(OCAテープ)等の粘着剤を用いて形成されたものであってもよい。高透明性接着剤転写テープとしては、画像表示装置用の市販品、特に画像表示装置の画像表示部表面用の市販品を用いればよい。市販品の例としては、パナック社製の粘着シート(PD-S1等)、日栄化工社製のMHMシリーズの粘着シート等が挙げられる。
接着層の厚さには制限はない。接着剤を用いて形成された接着層の厚さは、0.5~10μmが好ましく、1.0~5.0μmがより好ましい。また、高透明性接着剤転写テープ(粘着剤)を用いて形成された接着層の厚さは、10~50μmが好ましく、15~30μmがより好ましい。投映像表示用部材の色ムラ等を軽減するため均一な厚さで設けられることが好ましい。
(ハードコート層)
本発明の投映像表示用部材は、必要に応じて、支持体上および/または偏光変換層の上に、耐擦傷性を向上するために、ハードコート層を有してもよい。
[ハードコート形成用組成物]
ハードコート層は、ハードコート層形成用組成物を用いて形成するのが好ましい。
ハードコート層形成用組成物は、分子内に3個以上のエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物を含むのが好ましい。
エチレン性不飽和二重結合基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、および、アリル基等の重合性官能基が挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基、および、-C(O)OCH=CH2が好ましく、特に好ましくは(メタ)アクリロイル基である。エチレン性不飽和二重結合基を有する事によって、高い硬度を維持する事ができ、耐湿熱性も付与する事ができる。さらに、分子内に3個以上のエチレン性不飽和二重結合基を有する事によって、より高い硬度を発現できる。
分子内に3個以上のエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物としては、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル、ビニルベンゼンおよびその誘導体、ビニルスルホン、ならびに、(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。中でも硬度の観点から、3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物が好ましく、本業界で広範に用いられる高硬度の硬化物を形成するアクリレート系化合物が挙げられる。このような化合物としては、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルが例示される。多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルとしては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性リン酸トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,2,3-クロヘキサンテトラメタクリレート、ポリウレタンポリアクリレート、ポリエステルポリアクリレート、および、カプロラクトン変性トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート等が挙げられる。
3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能アクリレート系化合物類の具体化合物としては、日本化薬社製のKAYARAD DPHA、同DPHA-2C、同PET-30、同TMPTA、同TPA-320、同TPA-330、同RP-1040、同T-1420、同D-310、同DPCA-20、同DPCA-30、同DPCA-60、同GPO-303、大阪有機化学工業社製のV#400、および、V#36095D等のポリオールと(メタ)アクリル酸のエステル化物を挙げることができる。また、紫光UV-1400B、同UV-1700B、同UV-6300B、同UV-7550B、同UV-7600B、同UV-7605B、同UV-7610B、同UV-7620EA、同UV-7630B、同UV-7640B、同UV-6630B、同UV-7000B、同UV-7510B、同UV-7461TE、同UV-3000B、同UV-3200B、同UV-3210EA、同UV-3310EA、同UV-3310B、同UV-3500BA、同UV-3520TL、同UV-3700B、同UV-6100B、同UV-6640B、同UV-2000B、同UV-2010B、同UV-2250EAおよび同UV-2750B(以上、日本合成化学社製)、UL-503LN(共栄社化学社製)、ユニディック17-806、同17-813、同V-4030および同V-4000BA(以上、大日本インキ化学工業社製)、EB-1290K、EB-220、EB-5129、EB-1830およびEB-4358(以上、ダイセルUCB社製)、ハイコープAU-2010および同AU-2020(以上、トクシキ社製)、アロニックスM-1960(東亜合成社製)、アートレジンUN-3320HA,UN-3320HC,UN-3320HS、UN-904およびHDP-4Tなどの3官能以上のウレタンアクリレート化合物、アロニックスM-8100,M-8030およびM-9050(以上、東亞合成社製)、ならびに、KBM-8307(ダイセルサイテック社製)の3官能以上のポリエステル化合物なども好適に使用することができる。
また、分子内に3個以上のエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物は単一の化合物から構成しても良いし、複数の化合物を組み合わせて用いる事もできる。
[ハードコート層の形成方法]
ハードコート層は、支持体および/または偏光変換層上に、上述したハードコート層形成用組成物を塗布して、乾燥、硬化させることで形成できる。
<ハードコート層の塗布方式>
ハードコート層は以下の塗布方法により形成することができるが、この方法に制限されない。ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スライドコート法、エクストルージョンコート法(ダイコート法)(特開2003-164788号公報参照)、および、マイクログラビアコート法等の公知の方法が用いられ、その中でもマイクログラビアコート法、ダイコート法が好ましい。
<ハードコート層の乾燥、硬化条件>
本発明において、ハードコート層など塗布により層形成する場合の、乾燥、硬化方法に関して、好ましい例を以下に述べる。
本発明では、電離放射線による照射と、照射の前、照射と同時または照射後の熱処理とを組み合わせることにより、硬化することが有効である。
以下に、いくつかの製造工程のパターンを示すが、これらに制限はされない(以下の例において、「-」は熱処理を行っていないことを示す)。
照射前 → 照射と同時 → 照射後
(1)熱処理 → 電離放射線硬化 → -
(2)熱処理 → 電離放射線硬化 → 熱処理
(3) - → 電離放射線硬化 → 熱処理
その他、電離放射線硬化時に同時に熱処理を行う工程も好ましい。
本発明において、ハードコート層を形成する場合には、上述のとおり、電離放射線による照射と組み合わせて熱処理を行うことが好ましい。熱処理は、ハードコートフィルムの支持体、ハードコート層を含めた構成層を損なうものでなければ特に制限はないが、好ましくは25~150℃、より好ましくは30~80℃である。
熱処理に要する時間は、使用成分の分子量、その他成分との相互作用、粘度などにより異なるが、15秒~1時間が好ましく、20秒~30分がより好ましく、30秒~5分がさらに好ましい。
電離放射線の種類については、特に制限はなく、X線、電子線、紫外線、可視光、および、赤外線などが挙げられるが、紫外線が広く用いられる。
例えば、塗膜が紫外線硬化性であれば、紫外線ランプによって10~1000mJ/cm2の照射量の紫外線を照射して各層を硬化するのが好ましい。照射の際には、上述のエネルギーの紫外線を一度に当ててもよいし、分割して照射することもできる。特に塗膜の面内での性能ばらつきを少なくでき、さらに、カールを良化させるという観点からは、2回以上に分割して紫外線を照射するのが好ましく、初期に150mJ/cm2以下の低照射量の紫外光を照射し、その後、50mJ/cm2以上の高照射量の紫外光を照射し、かつ初期よりも後期の方で高い照射量の紫外線を当てるのが好ましい。
以下、本発明の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラス、および、HUDについて説明する。
<ウインドシールドガラス>
本発明の投映像表示用部材を用いて、投映像表示機能を有するウインドシールドガラスを提供することができる。
ウインドシールドガラスは、車および電車等の車両、飛行機、船舶、二輪車、ならびに、遊具等の乗り物一般の窓ガラスおよび風防ガラスを意味する。ウインドシールドガラスは、乗り物の進行方向の前方にあるフロントガラスおよび風防ガラス等として利用することが好ましい。
ウインドシールドガラスの可視光線透過率には制限はないが、高い方が好ましい。ウインドシールドガラスの可視光線透過率は、70%以上が好ましく、70%超がより好ましく、75%以上がさらに好ましく、80%以上が特に好ましい。
上述の可視光線透過率は、ウインドシールドガラスのいずれの位置においても満たされていることが好ましく、特に投映像表示用部材が存在する位置において、上述の可視光線透過率を満たされていることが好ましい。本発明の投映像表示用部材は、上述のように、視感度の高い波長域において可視光線透過率が高いため、ウインドシールドガラスに一般的に用いられるガラスのいずれを用いた場合においても、上述の可視光線透過率を満たす構成とすることができる。
ウインドシールドガラスの形状には制限はなく、ウインドシールドガラスが配置される対象に応じて適宜決定されるものである。ウインドシールドガラスは、例えば、平面状でもよく、凹面または凸面等の曲面を有する3次元形状でもよい。適用される乗り物用に成形されたウインドシールドガラスでは、通常使用時に上となる方向、観察者側、運転者側、および車内側等の視認側となる面が特定できる。
ウインドシールドガラスは、投映像表示用部材において、厚さが均一であってもよく、厚さが不均一であってもよい。例えば、特表2011-505330号公報に記載の車両用ガラスのように楔形の断面形状を有し、投映像表示用部材の厚さが不均一であってもよいが、投映像表示用部材において、厚さが均一であることが好ましい。
[投映像表示用部材]
本発明の投映像表示用部材は、ウインドシールドガラスの投映像表示部位(投映像反射部位)に設けられていればよい。
本発明の投映像表示用部材をウインドシールドガラスのガラス板の外面に設ける、または、後述のように合わせガラスの構成のウインドシールドガラスのガラスの間に設けることにより、ウインドシールドガラスを用いたHUDを構成できる。
本発明の投映像表示用部材をウインドシールドガラスのガラス板の外面に設ける場合、投映像表示用部材は、車両等の内部(投映像の入射側)に設けられても、外部に設けられてもよいが、内部に設けられていることが好ましい。
なお、本発明の投映像表示用部材は、耐擦傷性がガラス板に比較して低い。そのため、ウインドシールドガラスが、合わせガラス構造である場合には、投映像表示用部材を保護するために、投映像表示用部材は、合わせガラスを構成する2枚のガラスの間に設けることがより好ましい。
上述のように、投映像表示用部材は、投映像を反射することで投映像を表示するための部材である。従って、投映像表示用部材は、プロジェクター等から投映された投映像を視認可能に表示することができる位置に設ければよい。
すなわち、本発明の投映像表示用部材はHUDのコンバイナとして機能する。HUDにおいて、コンバイナは、プロジェクターから投映された画像を視認可能に表示することができるとともに、投映像の入射面側からコンバイナを観察したときに、風景などの投映光の入射面とは逆の面側にある情報を同時に観察することができる光学部材を意味する。すなわち、コンバイナは、外界光と投映像の光とを重ねあわせて表示する、光路コンバイナとしての機能を有する。
投映像表示用部材はウインドシールドガラスの全面に設けてもよく、または、ウインドシールドガラスの面方向の一部に設けてもよいが、一部であることが好ましい。
投映像表示用部材をウインドシールドガラスの一部に設ける場合、投映像表示用部材はウインドシールドガラスのいずれの位置に設けてもよいが、HUDとしての使用時に、運転者等の観察者から視認しやすい位置に虚像が示されるように設けられるのが好ましい。例えば、HUDが搭載される乗り物における運転席の位置と、プロジェクターを設置する位置との関係から、ウインドシールドガラスにおいて投映像表示用部材を設ける位置を決定すればよい。
投映像表示用部材は、曲面を有していない平面状であってもよいが、曲面を有していてもよい。また、投映像表示用部材は、全体として凹型または凸型の形状を有し、投映像を拡大または縮小して表示するようになっていてもよい。
[合わせガラス]
ウインドシールドガラスは、合わせガラスの構成を有していてもよい。本発明のウインドシールドガラスは、合わせガラスであり、第1のガラス板と第2のガラス板との間に、上述した本発明の投映像表示用部材を有する。
ウインドシールドガラスは、第1のガラス板と第2のガラス板との間に投映像表示用部材が配置される構成でもよい。しかしながら、ウインドシールドガラスは、第1のガラス板と投映像表示用部材との間、および、投映像表示用部材と第2のガラス板との間の、少なくとも一方に中間膜が設けられる構成であるのが好ましい。
ウインドシールドガラスにおいて、一例として、第1のガラス板は、HUDにおける映像の視認側とは逆側(車外側)に配置され、第2のガラス板は視認側(車内側)に配置される。なお、本発明のウインドシールドガラスにおいて、第1のガラス板および第2のガラス板における第1および第2には、技術的な意味は無く、2枚のガラス板を区別するために便宜的に設けたものである。従って、第1のガラス板が車内側で、第2のガラス板が車外側であってもよい。
第1のガラス板および第2のガラス板の等のガラス板には、ウインドシールドガラスに一般的に用いられるガラス板を使用することができる。例えば、遮熱性の高いグリーンガラス等の、可視光線透過率が73%および76%等の80%以下となるガラス板を使用してもよい。このように可視光線透過率が低いガラス板を使用したときであっても、本発明の投映像表示用部材を使用することにより、投映像表示用部材においても70%以上の可視光線透過率を有するウインドシールドガラスを作製することができる。
ガラス板の厚さは、特に制限はないが、0.5~5.0mm程度であればよく、1.0~3.0mmが好ましく、2.0~2.3mmがより好ましい。第1のガラス板および第2のガラス板の材料または厚さは、同一であっても異なっていてもよい。
合わせガラスの構成を有するウインドシールドガラスは、公知の合わせガラス作製方法を用いて製造することができる。
一般的には、合わせガラス用の中間膜を2枚のガラス板に挟んだ後、加熱処理と加圧処理とを数回繰り返し、最後にオートクレーブ等を利用して加圧条件下での加熱処理を行う方法により製造することができる。加圧処理としては、ゴムローラーを用いた処理等が例示される。ゴムローラーによって、加熱処理と加圧処理とを行ってもよい。
投映像表示用部材と中間膜とを有する合わせガラスの構成を有するウインドシールドガラスは、一例として、投映像表示用部材をガラス板表面に形成した後、上述した合わせガラスの作製方法で作製してもよく、あるいは、上述の投映像表示用部材を含む合わせガラス用の中間膜を用いて、上述した合わせガラスの作製方法で作製してもよい。
投映像表示用部材をガラス板表面に形成する場合、投映像表示用部材を設けるガラス板は、第1のガラス板でも第2のガラス板でもよい。この際において、投映像表示用部材は、例えば、ガラス板に接着剤で貼合される。
(中間膜)
中間膜(中間膜シート、中間層)としては、合わせガラスにおいて中間膜として用いられる、公知のいずれの中間膜も利用可能である。例えば、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレン-酢酸ビニル共重合体、および、塩素含有樹脂からなる群から選ばれる樹脂を含む樹脂膜を用いることができる。上述の樹脂は、中間膜の主成分であることが好ましい。なお、主成分であるとは、中間膜の50質量%以上を占める成分のことをいう。
上述の樹脂のうち、ポリビニルブチラールおよびエチレン-酢酸ビニル共重合体が好ましく、ポリビニルブチラールがより好ましい。樹脂は、合成樹脂であることが好ましい。
ポリビニルブチラールは、ポリビニルアルコールをブチルアルデヒドによりアセタール化して得ることができる。上述のポリビニルブチラールのアセタール化度の好ましい下限は40%、好ましい上限は85%であり、より好ましい下限は60%、より好ましい上限は75%である。
ポリビニルアルコールは、通常、ポリ酢酸ビニルを鹸化することにより得られ、鹸化度80~99.8モル%のポリビニルアルコールが一般的に用いられる。
また、上述のポリビニルアルコールの重合度の好ましい下限は200、好ましい上限は3000である。ポリビニルアルコールの重合度が200以上であると、得られる合わせガラスの耐貫通性が低下しにくく、3000以下であると、樹脂膜の成形性がよく、しかも樹脂膜の剛性が大きくなり過ぎず、加工性が良好である。より好ましい下限は500、より好ましい上限は2000である。
(投映像表示用部材を含む中間膜)
投映像表示用部材を含む合わせガラス用の中間膜は、投映像表示用部材を上述の中間膜の表面に貼合して形成することができる。または、投映像表示用部材を2枚の上述の中間膜に挟んで形成することもできる。2枚の中間膜は同一であってもよく異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
投映像表示用部材と中間膜との貼合には、公知の貼合方法を用いることができるが、ラミネート処理を用いることが好ましい。ラミネート処理は、積層体と中間膜とが加工後に剥離してしまわないように、ある程度の加熱および加圧条件下にて実施することが好ましい。
ラミネートを安定的に行なうために、中間膜の接着する側の膜面温度は、50~130℃が好ましく、70~100℃がより好ましい。
ラミネート時には加圧することが好ましい。加圧条件には制限はないが、2.0kg/cm2未満(196kPa未満)が好ましく、0.5~1.8kg/cm2(49~176kPa)がより好ましく、0.5~1.5kg/cm2(49~147kPa)がさらに好ましい。
また、投映像表示用部材が支持体を有する場合には、ラミネートと同時に、または、ラミネートの直後、または、ラミネートの直前に、支持体を剥離してもよい。すなわち、ラミネート後に得られる中間膜に貼着された投映像表示用部材は、支持体がなくてもよい。
投映像表示用部材を含む中間膜の製造方法の一例は、
(1)第1の中間膜の表面に投映像表示用部材を貼合して第1の積層体を得る第1の工程、および、
(2)第1の積層体中の投映像表示用部材の第1の中間膜が貼合されている面とは反対の面に、第2の中間膜を貼合する第2の工程、を含む。
例えば、第1の工程において、支持体と第1の中間膜とを対面しないで、投映像表示用部材と第1の中間膜とを貼合する。次いで、投映像表示用部材から支持体を剥離する。さらに、第2の工程において、第2の中間膜を、支持体を剥離した面に貼合する。これにより、支持体を有さない投映像表示用部材を含む中間膜を製造することができる。また、この投映像表示用部材を含む中間膜を用いることで、投映像表示用部材が支持体を有さない合わせガラスを容易に作製することができる。
破損等なく、安定的に支持体を剥離するためには、投映像表示用部材から支持体を剥離する際の支持体の温度は、40℃以上が好ましく、40~60℃がより好ましい。
[選択反射層に対して視認側にある層]
一般的に、投映像表示用部材において、投映光を反射する層からの反射光に基づく像と、投映像表示用部材の光入射側から見て手前の面または裏側面からの反射光に基づく像とが重なることによって、二重像または多重像が生じる問題がある。
ウインドシールドガラスにおいて、選択反射層を透過する光は、選択反射層が反射する円偏光と逆のセンスの円偏光となっており、裏側面からの反射光は、選択反射層より裏側面側にある層が低複屈折性である場合は、通常、選択反射層で反射される偏光が大部分となるため顕著な二重像を生じさせにくい。
投映光として偏光を利用することにより、投映光の大部分を選択反射層で反射するように構成できる。
一方で、ウインドシールドガラスにおける投映光の入射面による反射光は、顕著な二重像を生じさせ得る。特に選択反射層の厚さ方向の中心から、ウインドシールドガラスの投映光の入射面までの距離が一定値以上であると二重像が顕著になり得る。具体的には、本発明のウインドシールドガラスの構造において、選択反射層より位相差層側にある層の厚さの総計、すなわち、選択反射層の視認側の面から、ウインドシールドガラスの投映光入射面までの距離が0.5mm以上となると二重像が顕著になり得、1mm以上でより顕著となり得、1.5mm以上でさらに顕著となり得、2.0mm以上で特に顕著になり得る。なお、この選択反射層より位相差層側にある層の厚さの総計は、選択反射層の厚さを含まない。
選択反射層より視認側にある層としては、位相差層の他、支持体、中間膜、および、第2のガラス板等が挙げられる。
しかしながら、p偏光を選択的に反射する投映像表示用部材を用い、p偏光による投映像の表示を行うことにより、ウインドシールドガラスの選択反射層より視認側にある層の厚さの総計が上述の場合でも、顕著な二重像が生じることなく投映像を視認させることができる。
<HUD(ヘッドアップディスプレイシステム)>
ウインドシールドガラスはHUDの構成部材として用いることができる。HUDはプロジェクターを含むことが好ましい。
[プロジェクター]
「プロジェクター」は「光または画像を投映する装置」であり、「描画した画像を投射する装置」を含み、表示する画像を担持する投映光を出射するものである。本発明のHUDにおいて、プロジェクターは、p偏光の投映光を出射する。
HUDにおいて、プロジェクターは、ウインドシールドガラス中の投映像表示用部材に対して、表示する画像を担持するp偏光の投映光を斜めの入射角度で入射できるように配置されていればよい。
HUDにおいて、プロジェクターは、描画デバイスを含み、小型の中間像スクリーンに描画された画像(実像)をコンバイナにより虚像として反射表示するものが好ましい。
プロジェクターは、p偏光の投映光を出射できれば、HUDに用いられる公知のプロジェクターを利用できる。また、プロジェクターは、虚像の結像距離、すなわち、虚像の結像位置が可変であるものであるのが好ましい。
プロジェクターにおける虚像の結像距離の変更方法としては、例えば、画像の生成面(スクリーン)を移動する方法(特開2017-21302号公報参照)、光路長の異なる複数の光路を切り換えて使用する方法(WO2015/190157号参照)、ミラーの挿入および/または移動によって光路長を変更する方法、結像レンズとして組レンズを用いて焦点距離を変更する方法、プロジェクター22の移動による方法、虚像の結像距離が異なる複数台のプロジェクターを切り換えて使用する方法、および、可変焦点レンズを用いる方法(WO2010/116912号参照)等が挙げられる。
なお、プロジェクターは、連続的に虚像の結像距離が変更可能なものでも、2点あるいは3点以上の複数点で、虚像の結像距離を切り換え可能なものでもよい。
ここで、プロジェクターによる投映光の虚像のうち、少なくとも2つの虚像は、結像距離が、1m以上、異なるのが好ましい。従って、プロジェクターが、連続的に虚像の結像距離が変更可能なものである場合には、虚像の結像距離を1m以上、変更可能であるのが好ましい。このようなプロジェクターを用いることにより、一般道における通常速度での走行と、高速道路での高速走行とのように運転者の視線の距離が大きく異なる場合にも好適に対応できる等の点で好ましい。
(描画デバイス)
描画デバイスは、それ自体が画像を表示するデバイスであってもよく、画像を描画できる光を発するデバイスであってもよい。
描画デバイスでは、光源からの光が、光変調器、レーザー輝度変調手段、または描画のための光偏向手段等の描画方式で調整されていればよい。描画デバイスは、光源を含み、さらに、描画方式に応じて光変調器、レーザー輝度変調手段、または描画のための光偏向手段等を含むデバイスを意味する。
(光源)
光源には制限はなく、LED(発光ダイオード)、有機発光ダイオード(OLED)、放電管、および、レーザー光源等、プロジェクター、描画デバイスおよびディスプレイ等で用いられる公知の光源が利用可能である。
これらのうち、LEDおよび放電管は、直線偏光を出射する描画デバイスの光源に適していることから好ましく、特にLEDが好ましい。LEDは発光波長が可視光領域において連続的でないため、後述するように特定波長域で選択反射を示すコレステリック液晶層が用いられているコンバイナとの組み合わせに適しているためである。
(描画方式)
描画方式は、使用する光源等に応じて選択することができ、特に限定されない。
描画方式の例としては、蛍光表示管、液晶を利用するLCD(Liquid Crystal Display)方式およびLCOS(Liquid Crystal on Silicon)方式、DLP(登録商標)(Digital Light Processing)方式、ならびに、レーザーを利用する走査方式等が挙げられる。描画方式は、光源と一体となった蛍光表示管を用いた方式であってもよい。描画方式としてはLCD方式が好ましい。
LCD方式およびLCOS方式では、各色の光が光変調器で変調、合波され、投射レンズから光が出射する。
DLP方式は、DMD(Digital Micromirror Device)を用いた表示システムであり、画素数分のマイクロミラーを配置して描画され投射レンズから光が出射する。
走査方式は光線をスクリーン上で走査させ、目の残像を利用して造影する方式であり、例えば、特開平7-270711号公報、および、特開2013-228674号公報が参照できる。レーザーを利用する走査方式では、輝度変調された、例えば、赤色光、緑色光および青色光の各色のレーザー光が合波光学系または集光レンズ等で1本の光線に束ねられ、光線が光偏向手段により走査されて後述する中間像スクリーンに描画されていればよい。
走査方式において、例えば、赤色光、緑色光および青色光の各色のレーザー光の輝度変調は光源の強度変化として直接行ってもよく、外部変調器により行ってもよい。光偏向手段としては、ガルバノミラー、ガルバノミラーとポリゴンミラーの組み合わせ、および、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等が挙げられ、このうちMEMSが好ましい。走査方法としては、ランダムスキャン方式、および、ラスタースキャン方式等が挙げられるが、ラスタースキャン方式が好ましい。ラスタースキャン方式において、レーザー光を、例えば、水平方向は共振周波数で、垂直方向はのこぎり波で駆動することができる。走査方式は投射レンズが不要であるため、装置の小型化が容易である。
描画デバイスからの出射光は、直線偏光であっても自然光(非偏光)であってもよい。
描画方式がLCD方式またはLCOS方式である描画デバイスおよびレーザー光源を用いた描画デバイスは、本質的には出射光が直線偏光となる。出射光が直線偏光である描画デバイスであって出射光が複数の波長(色)の光を含むものである場合は、複数の光の偏光の偏光方向(透過軸方向)は同一であることが好ましい。市販の描画デバイスとしては、出射光の赤、緑および青の光の波長域での偏光方向が均一ではないデバイスも知られている(特開2000-221449号公報参照)。具体的には、緑色光の偏光方向が赤色光の偏光方向および青色光の偏光方向と直交している例が知られている。
なお、本発明のHUDにおいては、プロジェクターが出射する投影光は、p偏光であるのは、上述したとおりである。
(中間像スクリーン)
上述のように、描画デバイスは中間像スクリーンを使用するものであってもよい。「中間像スクリーン」は、画像が描画されるスクリーンである。すなわち、描画デバイスを出射した光がまだ画像として視認できるものではない場合等において、この光によって描画デバイスは中間像スクリーンに視認可能な画像を形成する。中間像スクリーンにおいて描画された画像は中間像スクリーンを透過する光によりコンバイナに投映されていてもよく、中間像スクリーンを反射してコンバイナに投映されていてもよい。
中間像スクリーンの例としては、散乱膜、マイクロレンズアレイ、および、リアプロジェクション用のスクリーン等が挙げられる。中間像スクリーンとしてプラスチック材料を用いる場合等において、中間像スクリーンが複屈折性を有すると、中間像スクリーンに入射した偏光の偏光面および光強度が乱され、コンバイナ(投映像表示用部材)において、色ムラ等が生じやすくなるが、所定の位相差を有する位相差膜を用いることにより、この色ムラの問題を低減できる。
中間像スクリーンとしては、入射光線を広げて透過させる機能を有するものが好ましい。投映像拡大表示が可能となるからである。このような中間像スクリーンとしては、例えば、マイクロレンズアレイで構成されるスクリーンが挙げられる。HUDで用いられるマイクロアレイレンズについては、例えば、特開2012-226303号公報、特開2010-145745号公報、および、特表2007-523369号公報に記載がある。
プロジェクターは描画デバイスで形成された投映光の光路を調整する反射鏡等を含んでいてもよい。
ウインドシールドガラスを投映像表示用部材として用いたHUDについては、特開平2-141720号公報、特開平10-96874号公報、特開2003-98470号公報、米国特許第5013134号明細書、および、特表2006-512622号公報等を参照することができる。
ウインドシールドガラスは、特に、発光波長が可視光領域において連続的でないレーザー、LED、OLED(有機発光ダイオード)等を光源に用いたプロジェクターと組み合わせて用いるHUDに有用である。各発光波長に合わせて、コレステリック液晶層の選択反射の中心波長を調整できるからである。また、LCD(液晶表示装置)等の表示光が偏光しているディスプレイの投映に用いることもできる。
[投映光(入射光)]
入射光は、投映像表示用部材の法線に対し45°~70°の斜め入射角度で入射させることが好ましい。屈折率1.51程度のガラスと屈折率1の空気との界面のブリュースター角は約56°であり、上述の角度の範囲でp偏光を入射させることにより、投映像表示のための入射光の選択反射層に対して視認側のウインドシールドガラスの表面からの反射光が少なく、二重像の影響が小さい画像表示が可能である。
上述の角度は50°~65°であることも好ましい。このとき、投映像の観察を投映光の入射側において、選択反射層の法線に対し、入射光とは反対側で45°~70°、好ましくは50°~65°の角度で行うことができる構成であればよい。
入射光は、ウインドシールドガラスの上下左右等、いずれの方向から入射してもよく、視認方向と対応させて、決定すればよい。例えば、使用時の下方向から上述のような斜め入射角度で入射する構成が好ましい。
また、ウインドシールドガラスの投映像表示用部材中の位相差層の遅相軸は、入射するp偏光の振動方向に対し、位相差層の正面位相差に応じて、30°~85°または120°~175°の角度をなしていることが好ましい。入射するp偏光の振動方向とは、すなわち、入射光の入射面である。
上述のように、本発明のHUDにおける投映像表示の際の投映光は、入射面に平行な方向に振動するp偏光である。
プロジェクターの出射光が直線偏光ではない場合は、直線偏光フィルム(偏光子)をプロジェクターの出射光側に設けることによりp偏光としていてもよく、プロジェクターからウインドシールドガラスまでの光路中において、直線偏光フィルム等を用いる公知の方法でp偏光としてもよい。この際には、直線偏光ではない投映光をp偏光にする部材も、本発明のHUDにおけるプロジェクターを構成するものと見なす。
上述のように、出射光の赤、緑、青の光の波長域での偏光方向が均一ではないプロジェクターについては、波長選択的に偏光方向を調整し、全ての色の波長域でp偏光として入射させることが好ましい。
上述したように、HUD(プロジェクター)は、虚像結像位置を可変とする投映システムであってもよい。虚像結像位置を可変とすることにより、運転者はより快適に利便性高く虚像を視認することができる。
虚像結像位置は、車両の運転者から虚像を視認できる位置であり、例えば、通常運転者から見てウインドシールドガラスの先、1000mm以上離れた位置である。
ここで、上述の特表2011-505330号公報に記載のようにガラスが投映像表示用部材において不均一(楔形)であると、虚像結像位置を変化させたときに、その楔形の角度も変更する必要が生じる。そのため、例えば、特開2017-15902号公報に記載のように、部分的に楔形の角度を変えて投映位置を変えることによって擬似的に虚像結像位置変化に対応する等の必要が生じる。
しかしながら、本発明のウインドシールドガラスを用い、かつ上述のようにp偏光を利用する本発明のHUDでは、楔形のガラスの利用は不要であり、投映像表示用部材においてガラスの厚さを均一とすることができるため、上述の虚像結像位置を可変とする投映システムを好適に採用することができる。
次に、HUDについて、図3および図4を参照してより具体的に説明する。
図3は、本発明の実施形態の投映像表示用部材を有するヘッドアップディスプレイの一例を示す模式図であり、図4は本発明の実施形態の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラスの一例を示す模式図である。
HUD20は、プロジェクター22と、ウインドシールドガラス24とを有し、例えば、乗用車等の車両に用いられる。なお、HUD20の各構成要素については、既に説明した通りである。
HUD20において、ウインドシールドガラス24は、図4に概念的に示すように、第1のガラス板である第1ガラス板28と、第2のガラス板である第2ガラス板30と、投映像表示用部材10Aと、中間膜36と、接着剤層38とを有する。
投映像表示用部材10Aは、図1に示す投映像表示用部材10から支持体15を剥離したものであり、偏光変換層11と選択反射層12と位相差層14とを有する。HUD20では、ウインドシールドガラス24の上下方向Yと、図2に示す位相差層14の軸Hとを一致させて配置されている。なお、本発明のウインドシールドガラス(HUD)においては、投映像表示用部材が支持体15を有してもよい。
ウインドシールドガラス24の上下方向Yは、ウインドシールドガラス24が配置された車両等の天地方向に対応する方向であり、地面側を下側とし、反対側を上側として規定される方向である。なお、ウインドシールドガラス24は、車両等に配置された場合、構造、またはデザインの都合、傾斜して配置されることがあるが、この場合、上下方向Yは、ウインドシールドガラス24の表面25に沿った方向になる。表面25とは、車両の外面側である。
プロジェクター22は上述の通りである。プロジェクター22は、表示する画像が担持された、p偏光の投映光を出射できるものであれば、HUDに用いられる公知のプロジェクターが利用可能である。また、プロジェクター22は、好ましくは、虚像の結像距離、すなわち、虚像の結像位置が可変なものである。
HUD20において、プロジェクター22は、p偏光の投映光をウインドシールドガラス24(第2ガラス板30)に照射する。プロジェクター22がウインドシールドガラス24に照射する投映光をp偏光とすることにより、ウインドシールドガラス24の第2ガラス板30および第1ガラス板28による投映光の反射を大幅に低減して、二重像が観察される等の不都合を抑制できる。
好ましくは、プロジェクター22は、p偏光の投映光をブリュースター角でウインドシールドに照射する。これにより、第2ガラス板30および第1ガラス板28での投映光の反射をなくして、より鮮明な画像の表示が可能になる。
ウインドシールドガラス24は、いわゆる合わせガラスであって、第1ガラス板28と第2ガラス板30との間に、中間膜36と、投映像表示用部材10Aと、接着剤層38とを有する。
上述したように、投映像表示用部材10Aは、偏光変換層11と選択反射層12と位相差層14とを積層して構成されたものであり、位相差層14が第2ガラス板30側すなわち投映光の入射側となる。第2ガラス板30の表面30aから、プロジェクター22が出射した投映光が入射される。投映像表示用部材10Aは、p偏光を反射するものであり、上述したように、p偏光を反射するように、図2に示す位相差層14の軸Hすなわち上下方向Yに対する遅相軸Saの角度および向きと、選択反射層12が反射する円偏光のセンスが設定される。
選択反射層12は、好ましくはコレステリック液晶層であって、所定の波長域の所定の円偏光を選択的に反射して、それ以外の光を透過する。上述のように、選択反射層12は、好ましい態様として、波長495~570nmの光(緑色光)を波長選択的に反射する第1選択反射層12Gと、波長620~750nmの光(赤色光)を波長選択的に反射する第2選択反射層12Rとを有してもよい。
投映像表示用部材10は、中間膜36によって第1ガラス板28に貼着され、接着剤層38によって第2ガラス板30に貼着されて、第1ガラス板28と第2ガラス板30との間に挟持される。
本発明において、ウインドシールドガラス24の第1ガラス板28と第2ガラス板30とは、基本的に平行に設けられる。すなわち、本発明のウインドシールドガラス24の断面はクサビ型ではない。
第1ガラス板28および第2ガラス板30は、いずれも車両等のウインドシールドに利用される公知のガラス(ガラス板)である。従って、形成材料、厚さ、および形状等は、公知のウインドシールドに用いられるガラスと同様でよい。図4に示す第1ガラス板28および第2ガラス板30は、いずれも平板状であるが、これに限定されるものではなく、一部が曲面でもよいし、全面が曲面でもよい。
中間膜36は、事故が起きた際にガラスが車内に突き抜け、かつ、飛散することを防止するものであり、さらに投映像表示用部材10Aと第1ガラス板28とを接着するものである。中間膜36には、合わせガラスのウインドシールドに用いられる公知の中間膜(中間層)を用いることができる。中間膜36の形成材料としては、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレン-酢酸ビニル共重合体、塩素含有樹脂、およびポリウレタン等が例示される。
また、中間膜36の厚さにも、制限はなく、形成材料等に応じた厚さを、公知のウインドシールドガラスの中間膜と同様に設定すればよい。
接着剤層38は、例えば塗布型の接着剤からなる層である。投映像表示用部材10Aは、接着剤層38により第2ガラス板30に貼着される。なお、本発明のウインドシールドガラスにおいては、接着剤層38に変えて、中間膜36によって、投映像表示用部材10Aを第2ガラス板30に貼着してもよい。また、第1ガラス板28と投映像表示用部材10Aとを貼着する中間膜36に対して、投映像表示用部材10Aが小さい場合には、中間膜36によって、投映像表示用部材10Aを第2ガラス板30に貼着してもよい。
接着剤層38には、制限はなく、ウインドシールドガラス24として必要な透明性を確保でき、かつ、必用な貼着力で投映像表示用部材10とガラスとを貼着可能なものであれば、公知の各種の塗布型の接着剤からなるものが利用可能である。接着剤層38は、PVBなどの中間膜36と同じものを用いてもよい。これ以外に、接着剤層38には、アクリレート系接着剤等を用いることもできる。また、接着剤層38には、以下に示すように、上述の接着層と同じものを用いてもよい。
接着剤層38は、上述の接着層と同様に接着剤から形成されるものであってもよい。
接着剤としては硬化方式の観点からホットメルトタイプ、熱硬化タイプ、光硬化タイプ、反応硬化タイプ、および、硬化の不要な感圧接着タイプがある。また、接着剤は、いずれのタイプでも、それぞれ素材としてアクリレート系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、エポキシ系、エポキシアクリレート系、ポリオレフィン系、変性オレフィン系、ポリプロピレン系、エチレンビニルアルコール系、塩化ビニル系、クロロプレンゴム系、シアノアクリレート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスチレン系、および、ポリビニルブチラール系等の化合物を使用することができる。
作業性、生産性の観点から、硬化方式として光硬化タイプが好ましく、光学的な透明性、耐熱性の観点から、素材はアクリレート系、ウレタンアクリレート系、および、エポキシアクリレート系等を使用することが好ましい。
接着剤層38は、高透明性接着剤転写テープ(OCAテープ)を用いて形成されたものであってもよい。高透明性接着剤転写テープとしては、画像表示装置用の市販品、特に画像表示装置の画像表示部表面用の市販品を用いればよい。市販品の例としては、パナック株式会社製の粘着シート(PD-S1等)、日栄化工株式会社のMHMシリーズの粘着シート等が挙げられる。
接着剤層38の厚さにも、制限はない。従って、接着剤層38の形成材料に応じて、十分な貼着力が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
ここで、接着剤層38が厚すぎると、平面性を十分に保って、投映像表示用部材10を第1ガラス板28または第2ガラス板30に貼着できない場合がある。この点を考慮すると、接着剤層38の厚さは、0.1~800μmが好ましく、0.5~400μmがより好ましい。
なお、ウインドシールドガラス24は、投映像表示用部材10と第2ガラス板30との間に接着剤層38を設け、投映像表示用部材10と第1ガラス板28とを中間膜36で貼着しているが、これに制限はされない。すなわち、投映像表示用部材10と第1ガラス板28との間に接着剤層を設け、投映像表示用部材10と第2ガラス板30とを中間膜を設ける構成でもよい。
また、ウインドシールドガラス24が中間膜36を有さない構成であり、投映像表示用部材10と第1ガラス板28との貼着、および投映像表示用部材10と第2ガラス板30との貼着に、接着剤層38を用いた構成でもよい。
投映像表示用部材10は、選択反射層12と位相差層14とを積層したものである。位相差層14を有する投映像表示用部材10Aは、位相差層14を第2ガラス板30側、すなわち投映光の入射側に向けて設けられる。
HUD20では、ウインドシールドガラス24は、第1ガラス板28と第2ガラス板30との間に投映像表示用部材10Aを有し、接着剤層38によって投映像表示用部材10A(位相差層14)を第2ガラス板30に貼着し、中間膜36によって投映像表示用部材10A(偏光変換層11)を第1ガラス板28に貼着する構成を有する。
図3に示すように、HUD20では、画像の観察者すなわち運転者Dは、プロジェクター22が投映して、ウインドシールドガラス24が反射した、プロジェクター22による投映像の虚像を観察している。
一般的なHUDでは、プロジェクターの投映像は、ウインドシールドのガラスによって反射され、その反射光を観察する。ここで、一般的なウインドシールドは、合わせガラスであり、内面側と外面側との2枚のガラスを有する。そのため、HUDでは、2枚のガラスの反射光によって、運転者に二重像が観察されるという問題がある。
これに対応するために、通常のHUDでは、内面側ガラスの反射と外面側ガラスの反射とが重なるように、ウインドシールド(中間膜)の断面形状をクサビ型にして、二重像が見えないようにしている。
ところが、前述のように、クサビ型のウインドシールドでは、例えば、視線が近い通常走行と視線が遠くなる高速走行とにおける運転者の視線の違いに対応するために、虚像の結像距離を変更すると、ウインドシールドのクサビの角度が合わなくなり、運転者が観察する画像が二重像になってしまう。
これに対し、本発明のHUD20は、プロジェクター22がp偏光を投映して、ウインドシールドガラス24が、第1ガラス板28と第2ガラス板30との間に、p偏光を反射する投映像表示用部材10Aを有し、運転者Dが、投映像表示用部材10Aによる反射光を観察する。このような構成では、プロジェクター22の投映光の反射は、基本的に、投映像表示用部材10での反射が支配的になるため、基本的に、二重像が生じない。
そのため、ウインドシールドガラス24に本発明の投映像表示用部材10Aを用いるHUD20では、ウインドシールドガラス24(中間膜36)の断面形状をクサビ型にする必要がなく、従って、虚像の結像距離を変更しても、二重像が生じることがない。
本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の投映像表示用部材、ウインドシールドガラスおよびヘッドアップディスプレイシステム(HUD)について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、および、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例1~15および比較例4~8は、以下に説明する方法により作製されたものである。比較例1、2は偏光変換層がないこと、比較例3は位相差層と偏光変換層がないこと以外は他の実施例、比較例と同様に作製されたものである。
<塗布液の調製>
(コレステリック液晶層形成用塗布液1、2)
選択反射中心波長が590nmであるコレステリック液晶層を形成するコレステリック液晶層形成用塗布液1、および、選択反射中心波長が720nmであるコレステリック液晶層を形成するコレステリック液晶層形成用塗布液2に関して、下記の成分を混合し、下記組成のコレステリック液晶層形成用塗布液を調製した。
・混合物1 100質量部
・フッ素系水平配向剤1(配向制御剤1) 0.05質量部
・フッ素系水平配向剤2(配向制御剤2) 0.02質量部
・右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
目標の反射波長に合わせて調整
・重合開始剤IRGACURE OXE01(BASF社製)
1.0質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が20質量%となる量
Figure 0007177176000003
Figure 0007177176000004
Figure 0007177176000005
上述の塗布液組成の右旋回性キラル剤LC756の処方量を調整して、コレステリック液晶層形成用塗布液1およびコレステリック液晶層形成用塗布液2を調製した。
コレステリック液晶層形成用塗布液1、および、コレステリック液晶層形成用塗布液2を用いて、以下に示すハーフミラー作製時と同様に仮支持体上に膜厚3μmの単一層のコレステリック液晶層を作製し、可視域光の反射特性を確認した。
その結果、作製されたコレステリック液晶層は全て右円偏光反射層であり、選択反射中心波長(中心波長)は、コレステリック液晶層形成用塗布液1によるコレステリック液晶層が波長590nm、コレステリック液晶層形成用塗布液2によるコレステリック液晶層が波長720nmであった。
(位相差層形成用塗布液)
下記の成分を混合し、下記組成の位相差層形成用塗布液を調製した。
・混合物1 100質量部
・フッ素系水平配向剤1(配向制御剤1) 0.05質量部
・フッ素系水平配向剤2(配向制御剤2) 0.01質量部
・重合開始剤IRGACURE OXE01(BASF社製)
1.0質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が20質量%となる量
(偏光変換層形成用塗布液)
下記の成分を混合し、下記組成の偏光変換層形成用塗布液を調製した。
・混合物1 100質量部
・フッ素系水平配向剤1(配向制御剤1) 0.05質量部
・フッ素系水平配向剤2(配向制御剤2) 0.02質量部
・右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
目標のピッチ数と膜厚に合う反射波長に合わせて調整
・重合開始剤IRGACURE OXE01(BASF社製)
1.0質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が20質量%となる量
上述の塗布液組成の右旋回性キラル剤LC756の処方量を調整して、コレステリック液晶層とした場合に、所望の選択反射中心波長λとなるように、偏光変換層形成用塗布液を調製した。選択反射中心波長λは、仮支持体上に、膜厚3μmの単一層のコレステリック液晶層を作製してFTIR(パーキンエルマー社製、Spectrum Two)の測定により決定した。
螺旋構造の膜厚dは『螺旋構造のピッチP×ピッチ数』で表せる。上述のように、螺旋構造のピッチPとは、螺旋構造における1ピッチの長さであり、螺旋配向された液晶化合物が360°回転するのが1ピッチである。また、コレステリック液用層では、選択反射中心波長λは『1ピッチの長さP×面内の平均屈折率n』と一致する(λ=P×n)。従って、ピッチPは『選択反射中心波長λ/面内の平均屈折率n』となる(P=λ/n)。
このことから、コレステリック液晶層とした場合に、選択反射中心波長λが所望の波長となるように、偏光変換層形成用塗布液を調製した。後述する偏光変換層の形成では、この偏光変換層形成用塗布液を、所望の膜厚となるよう塗工し、偏光変換層を形成してピッチ数を決定した。
表1に、調製した偏光変換層形成用塗布液の目標となる偏光変換層のピッチ数、膜厚、および、選択反射中心波長λ(中心波長λ)の組み合わせを示す。
Figure 0007177176000006
<セルロースアシレートフィルムの鹸化>
国際公開第2014/112575号の実施例20と同一の作製方法で、厚さ40μmセルロースアシレートフィルムを作製した。
作製したセルロースアシレートフィルムを、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度を40℃に昇温した。その後、フィルムの片面に下記に示す組成のアルカリ溶液を、バーコーターを用いて塗布量14mL/m2で塗布し、110℃に加熱したスチーム式遠赤外ヒーター(ノリタケカンパニーリミテド社製)の下に、10秒間滞留させた。
次いで、同じくバーコーターを用いて、純水を3mL/m2塗布した。
次いで、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りとを、3回繰り返した後に、70℃の乾燥ゾーンに5秒間滞留させて乾燥し、鹸化処理したセルロースアシレートフィルムを作製した。
鹸化処理したセルロースアシレートフィルムの面内位相差をAxoScanで測定したところ、1nmであった。
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アルカリ溶液の組成
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・水酸化カリウム 4.7質量部
・水 15.7質量部
・イソプロパノール 64.8質量部
・界面活性剤(C1633O(CH2CH2O)10H) 1.0質量部
・プロピレングリコール 14.9質量部
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<配向膜の形成>
鹸化処理したセルロースアシレートフィルム(透明支持体)の鹸化処理面に、下記に示す組成の配向膜形成用塗布液を、ワイヤーバーコーターで24mL/m2塗布し、100℃の温風で120秒乾燥した。
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配向膜形成用塗布液の組成
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・下記に示す変性ポリビニルアルコール 28質量部
・クエン酸エステル(AS3、三共化学社製) 1.2質量部
・光開始剤(イルガキュア2959、BASF社製) 0.84質量部
・グルタルアルデヒド 2.8質量部
・水 699質量部
・メタノール 226質量部
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(変性ポリビニルアルコール)
Figure 0007177176000007
<投映像表示用部材の作製>
配向膜を形成したセルロースアシレートフィルムを、支持体として用いた。
支持体の片面に、支持体の長辺方向を基準に時計回りに45°回転させた方向(図2参照)にラビング処理(レーヨン布、圧力:0.1kgf(0.98N)、回転数:1000rpm(revolutions per minute)、搬送速度:10m/min、回数:1往復)を施した。
支持体上の配向膜のラビングした表面に、位相差層形成用塗布液をワイヤーバーを用いて塗布した後、乾燥させた。
次いで、50℃のホットプレート上に置き、酸素濃度1000ppm以下の環境で、フュージョンUVシステムズ社製の無電極ランプ「Dバルブ」(60mW/cm2)によって6秒間、紫外線を照射し、液晶相を固定した。これによりして、所望の正面位相差、すなわち、所望のレタデーションとなるように厚さを整除した位相差層を得た。
作製した位相差層のレタデーションをAxoScanで測定したところ、127nmであった(実施例1)。
得られた位相差層の表面に、コレステリック液晶層形成用塗布液1を、乾燥後の乾膜の厚さが0.65μmになるようにワイヤーバーを用いて室温にて塗布して塗布層を得た。
塗布層を室温で30秒間乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱した。その後、酸素濃度1000ppm以下の環境で、60℃でフュージョン社製のDバルブ(90mW/cmのランプ)によって、出力60%で6~12秒間、紫外線を照射し、コレステリック液晶相を固定して、厚さ0.65μmのコレステリック液晶層を得た。このコレステリック液晶層が第1の選択反射層(第1選択反射層(G反射層))に相当する。
次に、得られたコレステリック液晶層の表面にさらに、コレステリック液晶層形成用塗布液2を用いて同様の工程を繰り返し、厚さ0.8μmのコレステリック液晶層形成用塗布液2の層を積層した。このコレステリック液晶層が、第2の選択反射層(第2選択反射層(R反射層))に相当する。
このようにして位相差層と、2層のコレステリック液晶層を備える選択反射層とを含む機能層を備える仮支持体付ハーフミラーを得た。仮支持体付ハーフミラーの反射スペクトルを分光光度計(日本分光社製、V-670)で測定したところ、波長590nmと波長720nmに選択反射中心波長(中心波長)を有する反射スペクトルが得られた。
次に、得られたコレステリック液晶層の表面に、さらに表1に示した偏光変換層形成用塗布液を、各々、表1に示す目標の膜厚となるように塗布して、偏光変換層を形成した。
なお、偏光変換層の形成は、上述したコレステリック液晶層の形成と同様に行った。
これにより、表2に示す、実施例1~15および比較例4~8の支持体付の投映像表示用部材を作製した。
なお、実施例2~15に関しては、位相差層の膜厚を実施例1から変更することで、位相差層の正面位相差を142nmとした。また、比較例2も、同様にして、位相差層の正面位相差を70nmとした。
また、比較例1~3については、偏光変換層を形成せずに、同様に、投映像表示用部材を作製した。さらに、比較例3については、位相差層も形成しなかった。
得られた長尺状な投映像表示用部材の各水準について短辺(縦)250mm×長辺(横)280mmのサイズに切断し、シート状の投映像表示用部材を得た。
<合わせガラスの作製>
縦300mm×横300mm、厚さ2mmのガラス板(セントラル硝子社製、FL2、可視光線透過率90%)を用意した。
このガラス板の上に、同じサイズにカッティングした積水化学社製の厚さ0.38mmの中間膜としてPVBフィルムを設置した。中間膜の上に、シート状の投映像表示用部材を、位相差層側を上面にして設置した。
投映像表示用部材の上に、縦300mm×横300mm、厚さ2mmのガラス板(セントラル硝子社製、FL2、可視光線透過率90%)を設置した。
この積層体を90℃、10kPa(0.1気圧)下で一時間保持した後に、オートクレーブ(栗原製作所製)にて115℃、1.3MPa(13気圧)で20分間加熱して気泡を除去し、合わせガラスを得た。
[実施例16]
<シリカ粒子分散液の調製>
無機微粒子としてAEROSIL RX300(日本アエロジル社製)を、固形分濃度が5質量%になるように、MiBK(メチルイソブチルケトン)へ添加し、マグネチックスターラーで30分攪拌した。その後、超音波分散機(エスエムテー社製、Ultrasonic Homogenizer UH-600S)で10分間、超音波分散し、シリカ粒子分散液を作製した。
得られた分散液から一部を平均二次粒子径測定用に採取し、Microtrac MT3000(マイクロトラックベル社製)を用いて、分散液中のシリカ粒子の平均二次粒子径を測定した。その結果、シリカ粒子の平均二次粒子径は190nmであった。
<ハードコート層塗布液の調製>
下記の組成となるように、各成分を混合し、固形分濃度が約51質量%となるハードコート層塗布液を作製した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
ハードコート層塗布液の組成
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・ジペンタエリスリトールポリアクリレート(6官能)
:A-9550W(新中村化学工業社製) 44.8質量部
・イルカギュア184:アルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製)
4質量部
・3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート
:サイクロマーM100(ダイセル社製、分子量196)22.5質量部
・化合物1 0.80質量部
・高分子界面活性剤(大日本化学工業社製、B1176)0.05質量部
・MEK-AC-2140Z(平均粒径10~20nm、
球形シリカ微粒子(日産化学工業社製) 8.08質量部
・Tinuvin928
:ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(BASF社製)1.15質量部
・シリカ粒子分散液 (MiBK溶液 濃度5%) 13質量部
溶媒は、MEK:MiBK:酢酸メチル=32:38:30となるように
調整した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
化合物1:
上記、化合物1は特許第4841935号公報実施例1記載の方法で合成した。
Figure 0007177176000008
<ハードコート層の形成>
実施例12の投映像表示用部材における厚さ40μmセルロースアシレートフィルムの反射層を形成していない面に、調製したハードコート層塗布液を使用し、ハードコート層を作製した。
具体的には、バーを用いて搬送速度10m/分の条件でハードコート層塗布液を塗布し、60℃で150秒乾燥の後、さらに窒素パージ下酸素濃度約0.1体積%で160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、照度400mW/cm2、照射量500mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させてハードコート層を形成した。
これにより、支持体の表面にハードコート層を有する以外は、実施例12と同様の投映像表示用部材を作製した。
<ハードコート層の膜厚>
ハードコート層の膜厚は、接触式の膜厚計を用いて測定した。
具体的には、まず、ハードコート層を有する実施例16の投映像表示用部材の膜厚を接触式の膜厚計を用いて測定し、また、同様に、実施例12の投映像表示用部材の膜厚を測定した。次いで、ハードコート層を有する実施例16の投影像表示用部材の膜厚から、ハードコート層の無い実施例12の投映像表示用部材の膜厚を引いて、ハードコート層の膜厚を算出した。ハードコート層の膜厚は、6.0μmであった。
<楔形ガラスに内貼りした部材の作製>
実施例16については、投映像表示用部材を楔形ガラスの表面に貼合した合わせガラスを作製した。楔形ガラスは以下の様に作製した。
ポリビニルブチラールフィルム(積水化学社製、エスレックフィルム 厚さ15mil(0.38mm))につき、特開平2‐279437号公報の実施例2に記載のように、ローラーを使用して厚さ分布をつけた。上記のように厚さ分布をつけた2枚のポリビニルブチラールフィルムで楔形形状となるようにし、さらに、これをガラス板(セントラル硝子社製、FL2、300×300mm、厚さ2mm)2枚で挟んで、表示した画像が二重にならないようにガラス前面と後面の角度を合わせた。
これを90℃、10kPa(0.1気圧)下で一時間保持した後に、オートクレーブ(栗原製作所製)にて115℃、1.3MPa(13気圧)で20分間加熱して気泡を除去し、楔形ガラスを得た。
作製した楔形ガラスの表面に、UV硬化型接着剤(DIC社製、UV硬化型接着剤Exp.U12034-6)を用いて投映像表示用部材を接着した。このとき、位相差層側が投映光の入射側になり、位相差層の方位角0°度の方向と楔形ガラスの垂直方向が一致する様に接着した。
[可視光線透過率の評価]
可視光線透過率として、JIS R 3212:2015(自動車用安全ガラス試験方法)において定められたA光源可視光線透過率を求めた。可視光線透過率の評価は、下記評価基準にて評価した。可視光線透過率の結果を下記表2に示す。
可視光線透過率の評価基準
A 83%以上
B 80%以上~83%未満
C 80%未満
[輝度の評価]
位相差層側のガラス面から合わせガラスの法線方向に対し65°の方向からp偏光を入射し、その正反射光の反射率スペクトルを分光光度計(日本分光株式会社製、V-670)で測定した。本例において、正反射光は、入射面内で法線方向に対して入射方向と反対側の、法線方向に対し65°の方向の光である。
このとき、投映像表示用部材の長辺方向と分光光度計の入射するp偏光の透過軸とを平行にした。従って、位相差層の透過軸は、p偏光に対して45°である。
JIS R3106に従って、380~780nmでの10nm毎の波長において、反射率に視感度に応じた係数、および、一般的な液晶表示装置の発光スペクトルをそれぞれ乗じて投映像反射率を計算し、輝度として評価した。輝度の評価は、下記評価基準にて評価した。輝度の評価結果を下記表2に示す。
輝度の評価基準
A 35%以上
B 25%以上~35%未満
C 25%未満
[二重像の評価]
合わせガラスの偏光変換層側のガラス面側に黒PET(吸収材料)を貼付し、輝度の評価と同様に、65°の方向からp偏光を入射し、その正反射光の反射率スペクトルを分光光度計(日本分光株式会社製、V-670)で測定した。
二重像は、合わせガラスの裏面の反射と輝度の比率として、『[(輝度-黒PET貼付した輝度)/輝度]×100』として評価した。二重像の評価結果を下記表2に示す。
二重像の評価基準
A 4%未満
B 4%以上~7%未満
C 7%以上
[偏光サングラス適性の評価]
合わせガラスの偏光変換層側のガラス面から合わせガラスの法線方向に対し65°方向からs偏光を入射し、合わせガラスの入射面の反対面側から透過光のp偏光を分光光度計(日本分光株式会社製、V-670)で透過率スペクトルを測定した。
このとき分光光度計の受光部に直線偏光板を配置して、投映像表示用部材の長辺方向と分光光度計の入射するp偏光の透過軸とを平行にした。従って、位相差層の透過軸は、p偏光に対して45°である。
JIS R3106に従って、380~780nmでの10nm毎の波長において、視感度に応じた係数およびD65光源の発光スペクトルをそれぞれ乗じて可視光線透過率を計算し、偏光サングラス適性として評価した。偏光サングラス適性の評価は、下記評価基準にて評価した。偏光サングラス適性の評価結果を下記表2に示す。
偏光サングラス適性の評価基準
A+ 2%未満
A 2%以上3%未満
B 3%以上5%未満
C 5%以上
Figure 0007177176000009
表2に示すように、実施例1~16は、比較例1~8に比して、輝度、二重像、偏光サングラス適性について良好な結果が得られており、可視光線透過率、輝度、二重像の抑制効果、偏光サングラス適性の鼎立を図ることができた。特に、偏光変換層が式(i)~式(iv)のみならず、式(v)~式(vii)を全て満たす実施例1~4および実施例11~16は、より優れた二重像の抑制効果および偏光サングラス適性を有する。
比較例1~3は、偏光変換層がなく、位相差層のリタデーションを下げることにより偏光サングラス適性を改善できたが、輝度と二重像の評価結果が悪かった。
比較例4~8は、偏光変換層の膜厚およびピッチ数が適切でなく、二重像と偏光サングラス適性の評価結果が悪かった。
車載用のヘッドアップディスプレシステム(HUD)等に、好適に利用可能である。
10,10A投映像表示用部材
11 偏光変換層
12 選択反射層
12G 第1選択反射層
12R 第2選択反射層
14 位相差層
15 支持体
20 ヘッドアップディスプレイシステム(HUD)
22 プロジェクター
24 ウインドシールドガラス
25、30a 表面
28 第1ガラス板
30 第2ガラス板
36 中間膜
38 接着剤層
D 運転者
H 軸
Sa 遅相軸
Y 上下方向

Claims (8)

  1. 少なくとも1層の位相差層、少なくとも1層の選択反射層、ならびに、可視光に対して旋光性および複屈折性を示す、少なくとも1層の偏光変換層を、この順に有する投映像表示用部材であって、前記偏光変換層が、液晶化合物の螺旋配向構造を固定化した層であって、前記螺旋配向構造のピッチ数xおよび前記偏光変換層の膜厚y(単位μm)が下記関係式の全てを満足する、投映像表示用部材。
    (iii)y≦0.7x+3.2
    (v)0.3≦x≦1.2
    (vi)1.0≦y≦3.0
    (vii)y≧1.875x
  2. 前記選択反射層が、入射角5°の入射光に対して、波長500~700nmに少なくとも一つの反射率ピーク、および波長700~900nmに少なくとも一つの反射率ピークを有する、請求項に記載の投映像表示用部材。
  3. 前記位相差層は、波長550nmにおける正面位相差が100~450nmである、請求項1または2に記載の投映像表示用部材。
  4. 前記選択反射層を2層以上有する、請求項1~のいずれか1項に記載の投映像表示用部材。
  5. 前記位相差層は、波長550nmにおける正面位相差が120~200nmまたは300~400nmである、請求項1~のいずれか1項に記載の投映像表示用部材。
  6. 前記位相差層が、重合性液晶化合物を一軸配向させて配向固定したフィルムである、請求項1~のいずれか1項に記載の投映像表示用部材。
  7. 第1のガラス板および第2のガラス板の間に、請求項1~のいずれか1項に記載の投映像表示用部材を有するウインドシールドガラス。
  8. 請求項に記載のウインドシールドガラスと、前記ウインドシールドガラスの前記投映像表示用部材の前記位相差層側からp偏光の投映光を照射するプロジェクターと、を有するヘッドアップディスプレイシステム。
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