JP7255501B2 - 合わせガラス - Google Patents

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Description

本発明は、合わせガラスに関する。
近年、車両のフロントガラスに画像を反射させて運転者の視界に所定の情報を表示するヘッドアップディスプレイ(以下、HUDとも言う。)の導入が進んでいる。フロントガラスにHUD像を投影した場合、投影したHUD像がフロントガラスの車内側の面と車外側の面で反射するため、反射二重像が問題となる。そこで、例えば、中間膜やガラスに厚さの偏差(楔角)を設け、反射二重像を改善した合わせガラスが検討されている。
又、HUD像と背景とのコントラスト比を向上させることが求められており、この要求を達成するための様々な技術が検討されている。一例として、フロントガラスに調光素子層を封入し、調光素子層を可視光透過率が低い状態にし、調光素子層にHUD像を投影する技術が挙げられる。この技術では、調光素子層によりHUD像を反射させることで、HUD像と背景とのコントラスト比を向上させることができる。
特開2011-183916号公報
しかしながら、調光素子層を可視光透過率が低い状態にしてHUD像を投影した場合、投影したHUD像がフロントガラスの車内側の面と調光素子層の車内側の面で反射するため、反射二重像が見えてしまう。特に、HUD像と背景とのコントラスト比が向上し、更に反射二重像の色味が主像と異なっていることで、従来よりも反射二重像が目立つため、反射二重像を低減するための、より厳密な対策が必要である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、背景とのコントラスト比が高く、かつ反射二重像を視認しにくいHUD像を得ることを目的とする。
本合わせガラスは、車外側ガラス板と車内側ガラス板との間に中間膜が狭持されてなる合わせガラスであって、車内からの投影像を反射して情報を表示する表示領域を備え、前記表示領域の少なくとも一部に、前記中間膜に封入された調光素子層が配置され、前記調光素子層の車内側の面と前記車内側ガラス板の車内側の面との間に、前記合わせガラスを車両に取り付けたときの垂直方向の上端側の厚さが下端側よりも厚い断面視楔状の領域を備え、前記断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく0.8mrad以下であり、前記中間膜を形成する材料は、熱可塑性樹脂であり、前記中間膜の厚さは、合計の厚さで最薄部で0.5mm以上であり、前記中間膜は、前記調光素子層よりも車内側に位置する第1中間膜と、前記調光素子層よりも車外側に位置する第2中間膜と、を含み、前記調光素子層は、前記第1中間膜と前記第2中間膜に挟持され、前記断面視楔状の領域の少なくとも一部は、前記第1中間膜により形成され、前記調光素子層は、懸濁粒子デバイス、高分子分散型液晶、高分子ネットワーク液晶、ゲストホスト液晶、フォトクロミック、エレクトロクロミック、エレクトロキネティックから選択される何れか一つ以上であることを要件とする。
開示の技術によれば、背景とのコントラスト比が高く、かつ反射二重像を視認しにくいHUD像を得ることができる。
車両用のフロントガラスを例示する図である。 図1に示すフロントガラス20をXZ方向に切ってY方向から視た部分断面図である。 比較例及び実施例について説明する図である。 図1と同様の形状のフロントガラス20AをXZ方向に切ってY方向から視た部分断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。なお、ここでは、車両用のフロントガラスを例にして説明するが、これには限定されず、本実施の形態に係る合わせガラスは、車両用のフロントガラス以外にも適用可能である。又、図では本発明の内容を理解しやすいように、大きさや形状を一部誇張している。
図1は、車両用のフロントガラスを例示する図であり、フロントガラスを車室内から車室外に視認した様子を模式的に示した図である。
図1(a)に示すように、フロントガラス20は、HUDで使用するHUD表示領域Rと、HUDで使用しないHUD表示外領域R(透視領域)とを備えている。HUD表示領域Rは、HUDを構成する鏡を回転させ、JIS R3212のV1点から見た際に、HUDを構成する鏡からの光がフロントガラス20に照射される範囲とする。又、本明細書において、透視領域とは可視光透過率Tvが70%以上である領域を指す。
HUD表示領域Rは、例えば、フロントガラス20の下方に位置しており、HUD表示外領域Rはフロントガラス20のHUD表示領域Rの周囲に位置している。図1(a)の例では、HUD表示領域R及びその近傍領域には調光素子層250が設けられている。
HUD表示領域は、例えば、図1(b)に示すHUD表示領域R11とHUD表示領域R12のように、Z方向の複数個所に分けて配置されてもよい。図1(b)の例では、HUD表示領域R11及びその近傍領域には調光素子層250が設けられているが、HUD表示領域R12及びその近傍領域には調光素子層250は設けられていない。このように、調光素子層250はHUD表示領域の少なくとも一部に設けることができる。なお、HUD表示領域は、Y方向の複数個所に分けて配置されてもよい(図示せず)。
フロントガラス20の周縁部に暗色の遮蔽層29が存在することが好ましい。遮蔽層29は、黒セラミック層であってもよい。黒セラミック層は黒セラ印刷用インクをガラス面に塗布し、これを焼き付けることにより形成できる。フロントガラス20の周縁部に黒色不透明な遮蔽層29が存在することにより、フロントガラス20の周縁部を保持するウレタン等の樹脂が紫外線により劣化することを抑制できる。
図2(a)は、図1(a)に示すフロントガラス20をXZ方向に切ってY方向から視た部分断面図である。図2(b)は、図1(b)に示すフロントガラス20をXZ方向に切ってY方向から視た部分断面図である。
図2(a)及び図2(b)に示すように、フロントガラス20は、車内側ガラス板であるガラス板210と、車外側ガラス板であるガラス板220と、中間膜230と、調光素子層250とを備えた車両用の合わせガラスである。フロントガラス20において、ガラス板210とガラス板220とは、中間膜230を挟持した状態で固着されている。
中間膜230は、複数層の中間膜から形成されている。図2(a)及び図2(b)の例では、中間膜230が中間膜231、232、及び233の3層の中間膜から形成されているが、4層以上の中間膜から形成されてもよい。
HUD表示領域の少なくとも一部に、中間膜230に封入された調光素子層250が配置されている。中間膜231の車内側の面はガラス板210に接しており、中間膜231の車外側の面の一部が調光素子層250の車内側の面を被覆している。中間膜233の車外側の面はガラス板220に接しており、中間膜233の車内側の面の一部が調光素子層250の車外側の面を被覆している。すなわち、中間膜230は、調光素子層250よりも車内側に位置する中間膜231と、調光素子層250よりも車外側に位置する中間膜233とを含み、調光素子層250は中間膜231と中間膜233に挟持されている。
中間膜232は、調光素子層250の周囲に例えば平面視で額縁状に配置され、調光素子層250と共に中間膜231と中間膜233に挟持されている。中間膜232の厚さは、調光素子層250の層厚と同程度であることが望ましい。このように、調光素子層250の周囲に中間膜232を配置することにより、合わせガラス作製時のエア残りや、その後の中間膜の発泡を抑制できる。又、中間膜232は、調光素子層250の厚さによっては使用しないことも可能である。調光素子層250の厚さは、0.1mm以上0.5mm以下が好ましく、0.15mm以上0.4mm以下がより好ましい。
調光素子層250としては、例えば、懸濁粒子デバイス(Suspended Particle Device:SPD)フィルムを用いることができる。SPDフィルムとしては、電圧の印加により配向可能な懸濁粒子を含有するポリマー層を、透明導電膜を内側にコートした2枚の電気絶縁性フィルムで挟み込むようにして構成された、一般的なSPDフィルムが使用可能である。このような、SPDフィルムは、電源スイッチをオンにして透明導電膜間に電圧を印加することにより、ポリマー層中の懸濁粒子が配向することで可視光透過率が高く、透明性が高い状態になる。電源スイッチがオフの状態では、ポリマー層中の懸濁粒子が配向することがなく可視光透過率が低く、透明性が低い状態となる。
SPDフィルムとしては、例えば、LCF-1103DHA(商品名、日立化成社製)、等の市販品を用いることができる。なお、このような市販品は、所定の大きさで供給されるため、所望の大きさに切断して使用する。なお、フロントガラス20に用いるSPDフィルムの厚さとしては、特に制限されないが、取り扱い性及び入手容易性の観点から0.2~0.4mmが好ましい。
SPDフィルムを用いることで、可視光透過率が高い状態と低い状態とを電気的に切り替えることができる。SPDフィルムの可視光透過率が低い状態で、SPDフィルムが存在するHUD表示領域にHUD像を投影することで、HUD像と背景とのコントラスト比を向上できる。
なお、調光素子層250として、SPDフィルムに代えて、高分子分散型液晶(PDLC)を用いた場合にも、HUD像と背景とのコントラスト比を向上できる。PDLCフィルムは、プレポリマー、ネマチック液晶、及びスペーサ材料を特定の比率で混合して作製し、その後2つの軟質透明導電性フィルムの間に配置できる。動作原理には、以下のものが含まれる。電界が印加されていない場合、液晶滴は、その配向子が自由に配向された状態でポリマー材料中にランダムに分布できる。このような場合、通常光に対する液晶の屈折率はポリマー材料のそれと一致せず、光に対して相対的に強い散乱効果を引き起こし、その結果PDLCフィルムの外観は半透明又は不透明の「乳白色」となる。電界下では、液晶滴は、その正の誘電率異方特性のため、その配向子を外部電界の方向に沿って配列させることができる。通常光に対する液晶の屈折率がポリマー材料のそれと一致する場合、光はPDLCフィルムを通過でき、したがってPDLCフィルムは透明の外観を有することになる。具体的には、PDLCフィルムに供給される電圧が高いほど、PDLCフィルムはより透明となる。
又、調光素子層250として、高分子ネットワーク液晶(PNLC)、ゲストホスト液晶、フォトクロミック、エレクトロクロミック、エレクトロキネティックの何れかを用いた場合にも、HUD像と背景とのコントラスト比を向上できる。
フロントガラス20には、調光素子層250への給電手段となる配線導体が設けられている。配線導体は、調光素子層250の電極と外部電源を接続するために、例えば、フロントガラス20の下辺周縁部の遮蔽層29に隠れるように配置される。
又、調光素子層250に印加する電圧を制御し、透明の状態で使用することもできる。透明の状態にすることで、HUD像のコントラストは低下するが、調光素子層の配置されたエリアを通しても容易に外景を視認できるようになるため、運転者にとっての視野が広くなるという利点がある。これは、例えば夜間やトンネル内等の、周囲の明るさが暗く、HUD像のコントラストが十分大きくなる時に特に有効である。運転者の快適性を更に向上させるために、外光の強度を感知するセンサーを設け、外光の強度に応じて調光素子層250に印加する電圧を自動で調整するという手段を取ることもできる。
フロントガラス20において、車両の内側となるガラス板210の一方の面であるフロントガラス20の内面21と、車両の外側となるガラス板220の一方の面であるフロントガラス20の外面22とは、平面であっても湾曲面であっても構わない。
本実施の形態では、フロントガラス20は、調光素子層250の車内側の面とガラス板210の車内側の面(内面21)との間に、フロントガラス20を車両に取り付けたときの垂直方向の上端側の厚さが下端側よりも厚い断面視楔状の領域を備えており、断面視楔状の領域の楔角はδである。
具体的には、本実施の形態では、調光素子層250よりも車内側に位置する中間膜231が断面視楔状に形成されており、ガラス板210及び220並びに中間膜232及び233の厚さは均一である。中間膜231の楔角がδiであり、ガラス板210及び220並びに中間膜232及び233の厚さは均一であるから、中間膜231の楔角δiは、フロントガラス20の内面21と外面22とのなす楔角δ(合わせガラス全体の楔角)と等しい。中間膜231の下端側から上端側に至る厚さの増加は、増加の割合が一定である単調増加であってもよく、増加の割合が部分的に変化してもよい。
このように、フロントガラス20の調光素子層250が封入された部分において、調光素子層250よりも車内側に位置する部分を断面視楔状に形成することにより、調光素子層250の可視光透過率が低い状態で、調光素子層250が存在するHUD表示領域にHUD像を投影する場合に、HUD像と背景とのコントラスト比を向上できると共に、反射二重像を低減できる。
上記の楔角δは、フロントガラス20を車両に取り付けたときの垂直方向に5mm毎に測定したフロントガラス20の厚さから、ある点の前後30mmの範囲に存在する13個のデータから最小二乗法で求めたフロントガラス20の厚さの平均変化率とする。以降、ガラス板及び中間膜の楔角も上記のように定められる。なお、フロントガラス20の下端側から上端側に至る厚さの増加は、増加の割合が一定である単調増加であってもよく、増加の割合が部分的に変化してもよい。
HUD表示領域の、中間膜230に調光素子層250が封入されている領域において、楔角δiは、0mradよりも大きく0.8mrad以下であることが好ましい。楔角δiを0mradよりも大きくすることで、反射二重像を抑制した上で透視二重像を十分に低減できる。これは、楔角0mradでは外面22と内面21が平行であるため、透視二重像が発生するが、楔角0mradよりも大きくすることで透視二重像が主像に近くなるため上記効果が得られる。又、楔角δiを0.8mrad以下とすることで、主像と反射二重像の距離を小さくして主像と反射二重像とをほぼ重ならせ、反射二重像の色を見えなくすることで、HUD像の色味を実際に近いものに制御できる。楔角δiは、0mradよりも大きく0.6mrad以下であることがより好ましく、0mradよりも大きく0.4mrad以下であることが更に好ましい。上記範囲であれば、HUD像の色味を更に実際に近いものに制御できるからである。又、楔角δiが0.6mrad以下、又は0.4mrad以下であると、HUD像の結像距離が長い場合でも上記効果を得やすい。楔角δiは0.05mrad以上であってもよく、0.1mrad以上であってもよい。
HUD表示領域の、中間膜230に調光素子層250が封入されている領域において、フロントガラス20の垂直方向の曲率は半径4000mm以上であることが好ましく、半径5000mm以上であることがより好ましい。又、調光素子層250が配置された領域において、フロントガラス20の水平方向の曲率は半径1000mm以上であることが好ましく、半径1200mm以上であることがより好ましい。垂直方向及び水平方向の曲率が上記の範囲内であれば、調光素子層250に投影したHUD像の視点移動時の像の傾きや拡縮といった歪みを低減できる。
HUD表示領域の、中間膜230に調光素子層250が封入されていない領域において、ガラス板210の車内側の面(内面21)とガラス板220の車外側の面(外面22)との間に、フロントガラス20を車両に取り付けたときの垂直方向の上端側の厚さが下端側よりも厚い断面視楔状の領域を備えていることが好ましい。これにより調光素子層250が封入されていない領域にHUD像を投影する場合に、主像と反射二重像の距離が小さくなり主像の視認性を向上する。
但し、この領域では調光素子層250によるコントラスト比の向上がなされていないため、楔角δiの設定は、中間膜230に調光素子層250が封入されている領域ほど厳格でなくても良い。中間膜230に調光素子層250が封入されていない領域において、楔角δiは、0mradよりも大きく1.0mrad以下であることが好ましい。楔角δiがこの範囲であれば、主像の視認性を十分に向上できる。又、楔角δは、0mradよりも大きく1.0mrad以下であることが好ましく、0.2mrad以上0.9mrad以下であることがより好ましく、0.2mrad以上0.8mrad以下であることが更に好ましい。
なお、図2の例では中間膜231が断面視楔状に形成されているが、中間膜231とガラス板210の一方又は両方が断面視楔状に形成されていればよい。すなわち、中間膜231のみを楔角δiの断面視楔状に形成してもよいし、ガラス板210のみを楔角δiの断面視楔状に形成してもよい。或いは、中間膜231及びガラス板210を断面視楔状に形成し、中間膜231の楔角とガラス板210の楔角との合計を楔角δiとしてもよい。更に、HUD表示領域の、中間膜230に調光素子層250が封入されていない領域においては、中間膜232を断面視楔状に形成してもよいし、調光素子層250が封入されていない領域もしくは調光素子層250が封入されている領域で中間膜233を断面視楔状に形成してもよい。
ガラス板210を楔状に形成する場合には、フロート法によって製造する場合では、製造条件を工夫することで得られる。すなわち溶融金属上を進行するガラスリボンの幅方向の両端部に配置された複数のロールの周速度を調整することで、幅方向のガラス断面を凹形状や凸形状、或いはテーパー形状とし、任意の板厚変化を持つ箇所を切り出せばよい。ガラス板210の下端側から上端側に至る板厚の増加は、増加の割合が一定である単調増加であってもよく、増加の割合が部分的に変化してもよい。
ガラス板210及び220としては、例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケート、有機ガラス等を用いることができる。ガラスがソーダライムガラスの場合は、HUDの反射二重像が視認しにくくなる点、また乗員の遮熱性の点から、ガラス板210及び220何れかが組成分中の全鉄量がFe換算で0.4質量%以上のグリーンガラスであることが好ましい。
フロントガラス20の外側に位置するガラス板220の板厚は、最薄部が1.8mm以上3mm以下であることが好ましい。ガラス板220の板厚が1.8mm以上であると、耐飛び石性能等の強度が十分であり、3mm以下であると、合わせガラスの質量が大きくなり過ぎず、車両の燃費の点で好ましい。ガラス板220の板厚は、最薄部が1.8mm以上2.8mm以下がより好ましく、1.8mm以上2.6mm以下が更に好ましい。
フロントガラス20の内側に位置するガラス板210の板厚は、0.3mm以上2.3mm以下であることが好ましい。ガラス板210の板厚が0.3mm以上であることによりハンドリング性がよく、2.3mm以下であることによりフロントガラス20の質量が大きくなり過ぎない。
ガラス板210の板厚を0.3mm以上2.3mm以下とすることで、ガラス品質(例えば、残留応力)を維持できる。ガラス板210の板厚を0.3mm以上2.3mm以下とすることは、曲がりの深いガラスにおけるガラス品質(例えば、残留応力)の維持に特に有効である。ガラス板210の板厚は、0.5mm以上2.1mm以下がより好ましく、0.7mm以上1.9mm以下が更に好ましい。
フロントガラス20が湾曲形状である場合、ガラス板210及び220は、フロート法による成形の後、中間膜230による接着前に、曲げ成形される。曲げ成形は、ガラスを加熱により軟化させて行われる。曲げ成形時のガラスの加熱温度は、大凡550℃~700℃である。
図2の説明に戻り、ガラス板210とガラス板220とを接着する中間膜230(中間膜231、232、及び233)としては熱可塑性樹脂がよく、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の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。又、特許第6065221号に記載されている変性ブロック共重合体水素化物を含有する樹脂組成物も好適に使用できる。
これらの中でも、透明性、耐候性、強度、接着力、耐貫通性、衝撃エネルギー吸収性、耐湿性、遮熱性、及び遮音性等の諸性能のバランスに優れることから、可塑化ポリビニルアセタール系樹脂が好適に用いられる。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。上記可塑化ポリビニルアセタール系樹脂における「可塑化」とは、可塑剤の添加により可塑化されていることを意味する。その他の可塑化樹脂についても同様である。
但し、調光素子層の種類によっては特定の可塑剤により劣化することがあり、その場合には、その可塑剤を実質的に含有していない樹脂を用いることが好ましい。可塑剤を含有していない樹脂としては、例えば、エチレン-酢酸ビニル共重合体系樹脂等が挙げられる。
上記ポリビニルアセタール系樹脂としては、ポリビニルアルコール(以下、必要に応じて「PVA」と言うこともある)とホルムアルデヒドとを反応させて得られるポリビニルホルマール樹脂、PVAとアセトアルデヒドとを反応させて得られる狭義のポリビニルアセタール系樹脂、PVAとn-ブチルアルデヒドとを反応させて得られるポリビニルブチラール樹脂(以下、必要に応じて「PVB」と言うこともある)等が挙げられ、特に、透明性、耐候性、強度、接着力、耐貫通性、衝撃エネルギー吸収性、耐湿性、遮熱性、及び遮音性等の諸性能のバランスに優れることから、PVBが好適なものとして挙げられる。なお、これらのポリビニルアセタール系樹脂は、単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。但し、中間膜230を形成する材料は、熱可塑性樹脂には限定されない。
中間膜230の厚さは、合計の厚さで最薄部で0.5mm以上であることが好ましい。中間膜230の厚さが0.5mm以上であるとフロントガラスとして必要な耐貫通性が十分となる。又、中間膜230の厚さは、合計の厚さで最厚部で3mm以下であることが好ましい。中間膜230の厚さの最大値が3mm以下であると、合わせガラスの質量が大きくなり過ぎない。中間膜230の厚さの最大値は2.8mm以下がより好ましく、2.6mm以下が更に好ましい。
なお、中間膜230は、中間膜231、中間膜232、中間膜233の何れか1つ以上が3層以上の層を有していてもよい。例えば、中間膜を3層から構成し、真ん中の層の硬度を可塑剤の調整等により両側の層の硬度よりも低くすることにより、合わせガラスの遮音性を向上できる。この場合、両側の層の硬度は同じでもよいし、異なってもよい。
通常、HUDの光源は車室内下方に位置し、そこから合わせガラスに向かって投影される。投影像はガラス板210及び220の裏面と表面で反射されるため、二重像が発生しないように両反射像を重ね合わせるためには、ガラス板の板厚は投影方向に対して平行に変化することが必要である。ガラス板210及び220がフロートガラスの場合には、ガラス板製造時の流れ方向に平行に筋目を有する。ガラス板220が筋目と直交する方向に板厚が変化している場合、情報が投影されるガラスとして用いられるためには、筋目方向が投影方向と直交、すなわち筋目が車室内観察者(運転者)の視線と水平方向となり、透視歪により視認性が悪化する方向で使用しなければならない。
視認性を改善するために、ガラス板210、ガラス板220、中間膜230を用いて作製された合わせガラスは、ガラス板210の筋目とガラス板220の筋目とが直交するように配置されることが好ましい。この配置によりガラス板210単独では悪化した歪が、筋目が直交するガラス板220、並びにガラス板210とガラス板220を接着する中間膜230の存在によって緩和される。
中間膜231、232、及び233を作製するには、例えば、各中間膜となる上記の樹脂材料を適宜選択し、押出機を用い、加熱溶融状態で押し出し成形する。押出機の押出速度等の押出条件は均一となるように設定する。その後、押し出し成形された樹脂膜を、フロントガラス20のデザインに合わせて、上辺及び下辺に曲率を持たせるために、例えば必要に応じ伸展することで、中間膜231、232、及び233が完成する。
合わせガラスを作製するには、ガラス板210とガラス板220との間に中間膜231、調光素子層250及び中間膜232、中間膜233を挟んで積層体とする。中間膜232は、調光素子層250の周囲に配置する。例えば、この積層体をゴム袋の中に入れ、-65~-100kPaの真空中で温度約70~110℃で接着する。
更に、例えば100~150℃、圧力0.6~1.3MPaの条件で加熱加圧する圧着処理を行うことで、より耐久性の優れた合わせガラスを得ることができる。但し、場合によっては工程の簡略化、並びに合わせガラス中に封入する材料の特性を考慮して、この加熱加圧工程を使用しない場合もある。
なお、ガラス板210とガラス板220との間に、中間膜230及び調光素子層250の他に、赤外線反射、紫外線遮蔽、発光、発電、調光、可視光反射、散乱、加飾、吸収、発熱、アンテナ等の機能を持つフィルムやデバイスを有していてもよい。又、フロントガラス20の車内側面に上記機能を持つフィルムやデバイスを有していてもよい。ガラス板210もしくはガラス板220にコーティングが施されていてもよい。
[実施例、比較例、参考例]
図3に示すように、ガラス板210及び220を準備(サイズ:300mm×300mm×板厚2mm、板厚は均一)し、中間膜230を挟んで比較例1~4、参考例1~3、並びに実施例1~6の合わせガラスを作製した。なお、ここでは、一例として、調光素子層250としてSPDフィルムを用いた。グリーンガラスとしてはAGC社製 通称VFLを用いた。クリアガラスとしてはAGC社製 通称FLを用いた。中間膜としては東ソーニッケミ社製 商品名メルセンG7060を用いた。SPDフィルムとしては日立化成社製 商品名LCF-1103DHA(厚さ0.35mm)を用いた。
比較例1の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しておらず、中間膜230にSPDフィルムは封入されていない。比較例2の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しているが(楔角0.3mrad)、中間膜230にSPDフィルムは封入されていない。比較例3の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有していないが、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。比較例4の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しており(楔角1.0mrad)、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。
実施例1の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しており(楔角0.8mrad)、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。実施例2の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しており(楔角0.6mrad)、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。実施例3の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しており(楔角0.4mrad)、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。実施例4の合わせガラスは、車内側及び車外側のガラス板にクリアガラスを用い、断面視楔状の領域を有しており(楔角0.4mrad)、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。
実施例5及び6の合わせガラスは、実施例1の合わせガラスと同様に、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しており(楔角0.8mrad)、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。但し、実施例5及び6では、可視光透過率Tvが像のコントラスト等に与える影響を確認するために、SPDフィルムに印加する電圧を実施例1とは異なる値とし、実施例1よりも可視光透過率Tvを上げている。
参考例1~3の合わせガラスは、実施例1の合わせガラスと同様に、車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用い、断面視楔状の領域を有しており(楔角0.8mrad)、中間膜230にSPDフィルムが封入されている。但し、参考例1~3では、可視光透過率Tvが像のコントラスト等に与える影響を確認するために、SPDフィルムに印加する電圧を実施例5及び6とは異なる値とし、実施例5及び6よりも可視光透過率Tvを更に上げている。
なお、比較例2及び4、参考例1~3、並びに実施例1~6において、断面視楔状の領域は、何れもSPDフィルムの車内側の面と車内側ガラス板の車内側の面との間に設けた。
比較例1~4、参考例1~3、並びに実施例1~6において、HUD像を投影するプロジェクターからの光を合わせガラスに下方から入射角60度で入射し、所定波長(436nm、546nm、700nm)における反射率の差、反射二重像の色、主像と反射二重像の距離、像のコントラスト比、JIS R 3106:1998に準拠した可視光透過率Tvを評価し、図3にまとめた。SPDフィルムが封入された合わせガラスでは、SPDフィルムを可視光透過率が低い状態にして評価を行った。所定波長(436nm、546nm、700nm)は、CIEが定めるRGB表色系の赤緑青に対応する波長であり、これらに対応する反射率の差が大きいと反射像の色味変化が大きく視認される。
なお、比較例1及び2における各評価は、HUD表示領域にHUD像を投影し、目視で視認性に対する不快感を感じるか否かにより行い、不快感を感じない場合を『◎』、不快感を感じる場合を『×』とした。又、比較例3及び4、参考例1~3、並びに実施例1~6における各評価は、調光素子層250の可視光透過率が低い状態で、調光素子層250が存在するHUD表示領域にHUD像を投影し、目視で視認性に対する不快感を感じるか否かにより行い、反射二重像の色、主像と反射二重像の距離について不快感を感じない場合を『〇』、不快感を感じる場合を『×』とし、像のコントラスト比について不快感を感じない場合を「◎」、やや不快感を感じるが問題がないレベルを「○」、不快感を感じる場合を「×」とした。
図3に示すように、比較例1の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有していないため、主像と反射二重像の距離が大きく、反射二重像が目立った。又、比較例1の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されていないため、反射二重像の色と主像の色は同じであるが、像のコントラストが悪かった。
比較例2の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有しているため、主像と反射二重像の距離が小さく、反射二重像は目立たなかった。又、比較例2の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されていないため、反射二重像の色と主像の色は同じであるが、像のコントラストが悪かった。
比較例3の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有していないため、主像と反射二重像の距離が大きく、反射二重像が目立った。又、比較例3の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されているため、像のコントラストは良好であったが反射二重像の色が青っぽく目立って視認性が悪かった。
比較例4の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有しているが、主像と反射二重像の距離が大きく、反射二重像が目立った。これは、楔角が大きい(1.0mrad)ために主像と反射二重像の距離を十分に制御できていないためと考えられる。又、比較例4の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されているため、像のコントラストは良好であったが反射二重像の色が青っぽく目立って視認性が悪かった。
これに対して、実施例1の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有しているため、主像と反射二重像の距離が小さく、反射二重像は目立たなかった。比較例4のように楔角が1.0mradでは主像と反射二重像の距離を十分に制御できないが、楔角が0.8mradでは主像と反射二重像の距離を十分に制御できることが確認された。又、実施例1の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されているため、像のコントラストは良好であった。反射二重像の距離が小さく、主像と反射二重像とがほぼ重なっているため、反射二重像の色は見えず、主像の視認性は良好であった。
実施例2の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有しているため、主像と反射二重像の距離が小さく、反射二重像は目立たなかった。楔角が0.6mradでは主像と反射二重像の距離を十分に制御できることが確認された。又、実施例2の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されているため、像のコントラストは良好であった。反射二重像の距離が小さく、主像と反射二重像とがほぼ重なっているため、反射二重像の色は見えず、主像の視認性は良好であった。
実施例3の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有しているため、主像と反射二重像の距離が小さく、反射二重像は目立たなかった。楔角が0.4mradでは主像と反射二重像の距離を十分に制御できることが確認された。又、実施例3の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されているため、像のコントラストは良好であった。反射二重像の距離が小さく、主像と反射二重像とがほぼ重なっているため、反射二重像の色は見えず、主像の視認性は良好であった。
実施例4の合わせガラスは、断面視楔状の領域を有しているため、主像と反射二重像の距離が小さく、反射二重像は目立たなかった。楔角が0.4mradでは主像と反射二重像の距離を十分に制御できることが確認された。又、実施例4の合わせガラスは、中間膜230にSPDフィルムが封入されているため、像のコントラストは良好であった。反射二重像の距離が小さく、主像と反射二重像とがほぼ重なっているため、反射二重像の色は見えず、主像の視認性は良好であった。実施例3との相違点は車内側及び車外側のガラス板にクリアガラスを用いた点であるが、所定波長における反射率の差が変化するものの、全体としては車内側及び車外側のガラス板にグリーンガラスを用いた場合と有意差はないといえる。
なお、実施例1~6において、SPDフィルムが可視光透過率が低い状態において、波長436nm、546nm、及び700nmの入射光に対する反射率の最大値と最小値の差は、何れも1.7%以上であった。1.7%以上の場合、反射二重像の色味が主像に対して大きく変化して反射二重像が目立ってしまうため、本発明のようにSPDフィルムの車内側の面と車内側ガラス板の車内側の面との間に0mradよりも大きく0.8mrad以下に楔角を設けた際の効果が大きい。
更に、実施例5、6は、実施例1の構成においてSPDフィルムに印加する電圧を変化させ、可視光透過率をわずかに変えた場合の例であるが、可視光透過率が2.8%、及び4.5%の時も像のコントラストは良好な結果となることが分かった。0.5%の実施例1と比べると、わずかにコントラストが落ちる結果であった。一方、参考例3に示すように、可視光透過率を25%にまで上げると、コントラストが大きく低下し、視認性に対し大きく不快感を感じる結果となった。このことから、像のコントラストは、楔角に加えて、調光素子層の透過率にも影響されることが分かった。よって調光素子層250の可視光透過率は、像のコントラストの観点から、好ましくは20%以下、より好ましくは5%以下、更に好ましくは1%以下である。
このように、車外側ガラス板と車内側ガラス板との間に中間膜が狭持されてなる合わせガラスにおいて、HUD表示領域の少なくとも一部に、中間膜に封入されたSPDフィルムを配置し、SPDフィルムの車内側の面と車内側ガラス板の車内側の面との間に楔角が0mradよりも大きく0.8mrad以下である断面視楔状の領域を備えることで、背景とのコントラスト比が高く、かつ反射二重像を視認しにくいHUD像を得ることができる。
〈第1の実施の形態の変形例1〉
第1の実施の形態の変形例1では、調光素子層250より車外側にも断面視楔状の領域を設ける例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図4(a)は、図1(a)と同様の形状のフロントガラス20AをXZ方向に切ってY方向から視た部分断面図である。図4(b)は、図1(b)と同様の形状のフロントガラス20AをXZ方向に切ってY方向から視た部分断面図である。
図4(a)及び図4(b)に示すフロントガラス20Aは、フロントガラス20Aを車両に取り付けたときに、フロントガラス20Aの下端側から上端側に至るに従って厚さが増加する断面視楔状に形成されており、楔角がδである。フロントガラス20Aは、調光素子層250よりも車内側及び車外側が何れも断面視楔状に形成されている点がフロントガラス20(図2等参照)と相違する。
具体的には、本実施の形態では、調光素子層250よりも車内側に位置する中間膜231が断面視楔状に形成されており、かつ、調光素子層250よりも車外側に位置する中間膜233Aが断面視楔状に形成されている。ガラス板210及び220並びに中間膜232の厚さは均一である。中間膜231の楔角がδiであり、中間膜233Aの楔角がδjであり、ガラス板210及び220並びに中間膜232の厚さは均一であるから、中間膜231の楔角δiと中間膜233Aの楔角δjとの合計は、フロントガラス20の内面21と外面22とのなす楔角δ(合わせガラス全体の楔角)と等しい。
なお、図4の例では中間膜233Aが断面視楔状に形成されているが、中間膜233Aとガラス板220の一方又は両方が断面視楔状に形成されていればよい。すなわち、中間膜233Aのみを楔角δjの断面視楔状に形成してもよいし、ガラス板220のみを楔角δjの断面視楔状に形成してもよい。或いは、中間膜233A及びガラス板220を断面視楔状に形成し、中間膜233Aの楔角とガラス板220の楔角との合計を楔角δjとしてもよい。
HUD表示領域の、中間膜230に調光素子層250が封入されている領域において、楔角δiは、0mradよりも大きく0.8mrad以下であることが好ましい。楔角δiを0mradよりも大きくすることで、反射二重像を抑制した上で透視二重像を十分に低減できる。又、楔角δiを0.8mrad以下とすることで、主像と反射二重像の距離を小さくして主像と反射二重像とをほぼ重ならせ、反射二重像の色を見えなくすることで、HUD像の色味を実際に近いものに制御できる。楔角δiは、0mradよりも大きく0.6mrad以下であることがより好ましく、0mradよりも大きく0.4mrad以下であることが更に好ましい。HUD像の色味を更に実際に近いものに制御できるからである。
HUD表示領域の、中間膜230に調光素子層250が封入されている領域において、楔角δjは、0mradよりも大きく0.8mrad以下であることが好ましい。楔角δjを0mradよりも大きくすることで、反射二重像を抑制した上で透視二重像を十分に低減できる。これは、楔角0mradでは外面22と内面21が平行であるため、透視二重像が発生するが、楔角0mradよりも大きくすることで透視二重像が主像に近くなるため上記効果が得られる。又、楔角δjを0.8mrad以下とすることで、調光素子層250を可視光透過率が高い状態とした場合に、フロントガラスの車内側の面で反射する主像とフロントガラスの車外側の面で反射する反射二重像の距離を小さくして主像と反射二重像とをほぼ重ならせ、反射二重像の色を見えなくすることで、HUD像の色味を実際に近いものに制御できる。このとき、調光素子層250の車内側の面で反射される反射二重像(実質的に像が三重に見える)も存在する場合があるが、これについては楔角δiを0mradよりも大きく0.8mrad以下とすることで主像と重ねることができる。
楔角δjは、0mradよりも大きく0.6mrad以下であることがより好ましく、0mradよりも大きく0.4mrad以下であることが更に好ましい。上記範囲内とすることにより、調光素子層250を可視光透過率が高い状態とした場合に、反射二重像視認しにくくし、HUD像の色味を更に実際に近いものに制御できるからである。又、楔角δiが0.6mrad以下、又は0.4mrad以下であると、HUD像の結像距離が長い場合でも上記効果を得やすい。楔角δiは0.05mrad以上であってもよく、0.1mrad以上であってもよい。
このように、調光素子層250よりも車外側に位置する中間膜233Aを断面視楔状に形成することで、調光素子層250を可視光透過率が高い状態とし、調光素子層250が存在するHUD表示領域にHUD像を投影した場合に、反射二重像を視認しにくいHUD像を得ることができる。この場合、中間膜232を断面視楔状にしてもよい。
すなわち、調光素子層250を可視光透過率が高い状態とした場合でも、フロントガラス20Aの車内側の面(内面21)と調光素子層の車内側の面で反射する光が存在するため反射二重像が生じるが、断面視楔状の中間膜231により、主像と反射二重像との距離を小さくできる。又、フロントガラス20Aの車内側の面(内面21)と車外側の面(外面22)で反射する光が存在するため反射二重像が生じるが、断面視楔状の中間膜233Aにより、主像と反射二重像との距離を小さくできる。その結果、反射二重像を視認しにくいHUD像を得ることができる。
又、調光素子層250を可視光透過率が低い状態とした場合は、第1の実施の形態と同様に、HUD像と背景とのコントラスト比を向上できる。このとき、フロントガラス20Aの車内側の面(内面21)と調光素子層の車内側の面で反射する光が存在するため反射二重像が生じるが、断面視楔状の中間膜231により、主像と反射二重像との距離を小さくできる。その結果、背景とのコントラスト比が高く、かつ反射二重像を視認しにくいHUD像を得ることができる。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
本国際出願は2018年2月7日に出願した日本国特許出願2018-020282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2018-020282号の全内容を本国際出願に援用する。
20、20A フロントガラス
21 内面
22 外面
29 遮蔽層
210、220 ガラス板
230、231、232、233、233A 中間膜
250 調光素子層
、R11、R12 HUD表示領域
HUD表示外領域
δ、δi、δj 楔角

Claims (17)

  1. 車外側ガラス板と車内側ガラス板との間に中間膜が狭持されてなる合わせガラスであって、
    車内からの投影像を反射して情報を表示する表示領域を備え、
    前記表示領域の少なくとも一部に、前記中間膜に封入された調光素子層が配置され、
    前記調光素子層の車内側の面と前記車内側ガラス板の車内側の面との間に、前記合わせガラスを車両に取り付けたときの垂直方向の上端側の厚さが下端側よりも厚い断面視楔状の領域を備え、
    前記断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく0.8mrad以下であり、
    前記中間膜を形成する材料は、熱可塑性樹脂であり、
    前記中間膜の厚さは、合計の厚さで最薄部で0.5mm以上であり、
    前記中間膜は、前記調光素子層よりも車内側に位置する第1中間膜と、前記調光素子層よりも車外側に位置する第2中間膜と、を含み、
    前記調光素子層は、前記第1中間膜と前記第2中間膜に挟持され、
    前記断面視楔状の領域の少なくとも一部は、前記第1中間膜により形成され
    前記調光素子層は、懸濁粒子デバイス、高分子分散型液晶、高分子ネットワーク液晶、ゲストホスト液晶、フォトクロミック、エレクトロクロミック、エレクトロキネティックから選択される何れか一つ以上である合わせガラス。
  2. 前記断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく0.6mrad以下である請求項1に記載の合わせガラス。
  3. 前記断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく0.4mrad以下である請求項2に記載の合わせガラス。
  4. 前記中間膜を形成する熱可塑性樹脂は、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から選択される何れか一つ以上である請求項1乃至3の何れか一項に記載の合わせガラス。
  5. 前記断面視楔状の領域の少なくとも一部は、車内側ガラス板により形成されている請求項1乃至4の何れか一項に記載の合わせガラス。
  6. 前記調光素子層の車外側の面と前記車外側ガラス板の車外側の面との間に、前記合わせガラスを車両に取り付けたときの垂直方向の上端側の厚さが下端側よりも厚い第2の断面視楔状の領域を備え、
    前記第2の断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく0.8mrad以下である請求項1乃至5の何れか一項に記載の合わせガラス。
  7. 前記第2の断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく0.6mrad以下である請求項6に記載の合わせガラス。
  8. 前記第2の断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく0.4mrad以下である請求項7に記載の合わせガラス。
  9. 前記中間膜は、前記調光素子層よりも車内側に位置する第1中間膜と、前記調光素子層よりも車外側に位置する第2中間膜と、を含み、
    前記調光素子層は、前記第1中間膜と前記第2中間膜に挟持され、
    前記第2の断面視楔状の領域の少なくとも一部は、前記第2中間膜により形成されている請求項6乃至8の何れか一項に記載の合わせガラス。
  10. 前記第2の断面視楔状の領域の少なくとも一部は、車外側ガラス板により形成されている請求項6乃至9の何れか一項に記載の合わせガラス。
  11. 前記表示領域の、前記中間膜に前記調光素子層が封入されていない領域において、
    前記車内側ガラス板の車内側の面と前記車外側ガラス板の車外側の面との間に、前記合わせガラスを車両に取り付けたときの垂直方向の上端側の厚さが下端側よりも厚い第3の断面視楔状の領域を備え、
    前記第3の断面視楔状の領域の楔角が0mradよりも大きく1.0mrad以下である請求項1乃至10の何れか一項に記載の合わせガラス。
  12. 下辺周縁部に遮蔽層を有し、車外側からの平面視で前記遮蔽層に隠れるように前記調光素子層への給電手段が配置されている請求項1乃至11の何れか一項に記載の合わせガラス。
  13. 前記調光素子層が配置された領域において、前記垂直方向の曲率が半径4000mm以上、水平方向の曲率が半径1000mm以上である請求項1乃至12の何れか一項に記載の合わせガラス。
  14. 前記調光素子層が配置された領域において、前記垂直方向の曲率が半径5000mm以上、前記水平方向の曲率が半径1200mm以上である請求項13に記載の合わせガラス。
  15. 前記調光素子層は、電圧の印加により可視光透過率が高い状態と可視光透過率が低い状態とが切り替わる層であり、
    前記可視光透過率が低い状態において、波長436nm、546nm、及び700nmの入射光に対する反射率の最大値と最小値の差が1.7%以上である請求項1乃至14の何れか一項に記載の合わせガラス。
  16. 前記調光素子層の可視光透過率が低い状態での可視光透過率が20%以下である請求項1乃至15の何れか一項に記載の合わせガラス。
  17. 前記調光素子層の可視光透過率が低い状態での可視光透過率が5%以下である請求項1乃至16の何れか一項に記載の合わせガラス。
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