JP7260449B2 - 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
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Description
HUDによれば、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、地図、走行速度、および、車両の状態など、様々な情報を得ることができるため、各種の情報を得ながら、より安全に運転を行うことが期待できる。
これに対応して、HUDでは、通常、プロジェクターからs偏光の投映像を投映して、s偏光の投映像をブリュースター角に近い角度でウインドシールドガラスに入射して、反射させることにより、投映像を表示する。
路上の水たまり等の反射光によるギラツキなど、運転者が眩しいと感じるギラツキとなる光は、多くの場合、s偏光である。そのため、偏光サングラスは、通常、s偏光を遮光するように作られている。
ところが、上述のように、HUDの投映光は、多くがs偏光である。そのため、通常のHUDでは、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くなってしまう。
特許文献1および特許文献2には、このハーフミラーフィルムが、HUDに用いられることが記載されている。
ここで、特許文献1および特許文献2に記載されるハーフミラーフィルムは、p偏光を反射するものである。そのため、このハーフミラーフィルムと、p偏光の投映像を投映するプロジェクターを用いるHUDによれば、s偏光を遮光する偏光サングラスをかけた場合でも、投映像を観察できる。
ところが、p偏光など、円偏光を反射するハーフミラーフィルムを有するウインドシールドフィルムを用いた場合、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ハーフミラーフィルムを通過する際に、偏光が変化して円偏光の成分が混在してしまう。円偏光は、s偏光の成分とp偏光の成分とを有する。
上述のように、偏光サングラスはs偏光を遮光するので、p偏光の成分は、ギラツキは、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遮光する偏光サングラスの機能が損なわれ、運転の妨げになってしまう可能性が有る。
[1] 少なくとも1層の選択反射層と、少なくとも1層の偏光変換層とを有し
偏光変換層は、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の螺旋配向構造を固定した層であり、
螺旋配向構造のピッチ数をx、偏光変換層の膜厚をy(μm)とした際に、
(i)0.1≦x≦1.0
(ii)0.5≦y≦3.0
を満たす、投映像表示用部材。
[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(μm)が、
(iii)0.25≦x≦1.0
(iv)0.5≦y≦1.0
を満たす、[1]に記載の投映像表示用部材。
[3] 選択反射層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層である、[1]または[2]に記載の投映像表示用部材。
[4] 透明基材を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の投映像表示用部材。
[5] 透明基材と、偏光変換層と、選択反射層とが、この順番で積層される、[4]に記載の投映像表示用部材。
[6] ウインドシールドガラス本体の車内側の表面に、[1]~[5]のいずれかに記載の投映像表示用部材を貼着した、ウインドシールドガラス。
[7] 投映像表示用部材は、選択反射層が偏光変換層よりもウインドシールドガラス本体側に位置する、[6]に記載のウインドシールドガラス。
[8] [6]または[7]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に、s偏光を主体とする投映光を投映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。
本明細書において、「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。
本発明の投映像表示用部材は、画像(投映像)を担持する投映光を反射し、投映光の反射光で、投映光が担持する画像を投映像として表示する、ハーフミラー(ハーフミラーフィルム)である。
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透過率を有することにより可視光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透過率を実現することができる。
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透過率を実現することができる。
なお、法線方向とは、シート状物(フィルム、板状物、層)の主面に対して直交する方向で有る。主面とは、シート状物の最大面である。
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。
図1に示すように、投映像表示用部材10は、透明基材12と、偏光変換層16と、選択反射層14とを有する。
図示例の投映像表示用部材10は、好ましい態様として、透明基材12側を投映光の入射が側とする。従って、HUDの投映光は、透明基材12および偏光変換層16を透過して、選択反射層14によって反射される。
一方、外部から侵入した外光は、選択反射層14、偏光変換層16および透明基材12の順に、投映像表示用部材10を透過する。
投映像表示用部材10において、透明基材12は、偏光変換層16および選択反射層14を支持するためのものである。
透明基材12は、可視光透過率が、80%以上である。透明基材12の可視光透過率は、85%以上が好ましく、87%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
また、透明基材12は、面内レタデーションReが低い方が好ましい。透明基材12の面内レタデーションReは、10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましく、2nm以下がさらに好ましい。
透明基材12の厚さは、10~200μmが好ましく、20~150μmがより好ましく、40~100μmさらに好ましい。
透明基材12の厚さを10μm以上とすることにより、透明基材12が偏光変換層16および選択反射層14の保護層として機能する、投映像表示用部材10の剛性および強度を向上できる等の点で好ましい。
透明基材12の厚さを200μm以下とすることにより、投映像表示用部材10が不要に厚くなることを防止できる、等の点で好ましい。
一例として、TAC(トリアセチルセルロース)、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、PC(ポリカーボネート)、および、PET(ポリエチレンテレフタレート)等が例示される。
なお、透明基材12に変えて、ガラス板を偏光変換層16の表面に設けてもよい。
例えば、本発明の投映像表示用部材は、仮支持体に後述する偏光変換層16および選択反射層14を形成して投映像表示用部材を作製した後、ウインドシールド本体に投映像表示用部材を貼着して、その後、仮支持体を剥離したものでもよい。
偏光変換層16は、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の螺旋配向構造を固定した層であり、螺旋配向構造のピッチ数をx、偏光変換層の膜厚をy(単位はμm)とした際に、
(i)0.1≦x≦1.0
(ii)0.5≦y≦3.0
を満たすものである。
透明基材12に関しては、後に詳述する。
選択反射層14は、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14は、特定の波長域の選択的に反射する層である。
図示例において、選択反射層14は、所定の波長域の光を選択的に反射し、それ以外の光を透過する。
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のが好ましい。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(旋光方向)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、反射する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14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。
図に示す投映像表示用部材10の選択反射層14は、好ましい一例として、赤色光の波長域に選択反射中心波長を有する赤色反射コレステリック液晶層14R、緑色光の波長域に選択反射中心波長を有する緑色反射コレステリック液晶層14G、および、青色光の波長域に選択反射中心波長を有する青色反射コレステリック液晶層14Bの、3層の選択反射層を有する。
すなわち、本発明において、投映像表示用部材の選択反射層14は、赤色反射コレステリック液晶層14Rおよび緑色反射コレステリック液晶層14Gのみを有する、または、赤色反射コレステリック液晶層14Rおよび青色反射コレステリック液晶層14Bのみを有する、または、緑色反射コレステリック液晶層14Gおよび青色反射コレステリック液晶層14Bのみを有する、2色の投映像に対応するものでもよい。または、選択反射層14は、赤色反射コレステリック液晶層14R、緑色反射コレステリック液晶層14G、および、青色反射コレステリック液晶層14Bのうちの、1層のみを有する、モノクロの投映光に対応するものでもよい。
すなわち、本発明の投映像表示用部材は、基本的に、HUDのプロジェクターが投映する投映光がフルカラー画像である場合には、選択反射層14も青色光、緑色光および赤色光を、全て反射するように構成される。HUDのプロジェクターが投映する投映光が2色画像である場合には、選択反射層14も同じ色の2色を反射するように構成される。HUDのプロジェクターが投映する投映光がモノクロ画像である場合には、選択反射層14も同じ色を反射するように構成される。
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てなる層を意味する。
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。
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。
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、ピッチP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。
また、コレステリック液晶層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM(Scanning Electron Microscope))で観察すると、コレステリック液晶相に由来して、厚さ方向に明線(明部)と暗線(暗部)とを交互に有する縞模様が観察される。
コレステリック液晶層のピッチPは、明線間の距離の2倍となる。言い替えれば、コレステリック液晶層のピッチPは、厚さ方向の明線3本および暗線2本分の長さ、すなわち、厚さ方向の暗線3本および明線2本分の長さに等しい。なお、この長さは、厚さ方向の上下の明線または暗線の中心間距離である。
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。
なお、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は、螺旋のセンスは、すなわち反射する円偏光の旋光方向は、全て同じであるのが好ましい。
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。
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。
また、コレステリック液晶層の厚さの総計は、1.0~30μmが好ましく、2.0~30μmがより好ましく、2.5~25μmがさらに好ましく、3.0~20μmが特に好ましい。
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、配向膜、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。
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、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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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)、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。
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。
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。
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。
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。
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。
支持体、配向膜、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。
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。
投映像表示用部材10は、選択反射層として、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板が挙げられる。このような偏光板は、コレステリック液晶層と同様に高い可視光透過率を有し、HUD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。
直線偏光反射層の厚さは、2.0~50μmが好ましく、8.0~30μmがより好ましい。
図示例の投映像表示用部材10において、透明基材12と選択反射層14との間には、偏光変換層16が設けられる。
偏光変換層16は、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の螺旋配向構造を固定した層であり、螺旋配向構造のピッチ数をx、偏光変換層の膜厚をy(μm)とした際に、
(i)0.1≦x≦1.0
(ii)0.5≦y≦3.0
を満たすものである。なお、螺旋配向構造における螺旋1ピッチ、および、ピッチPは、上述したコレステリック液晶層と同様である。
本発明の投映像表示用部材10は、コレステリック液晶層等の選択反射層14および偏光変換層16を有することにより、HUDにおける投映光がs偏光であっても、偏光サングラスを着用しての投映像の観察を可能にし、かつ、偏光サングラスによるギラツキとなる光の遮光も可能にしている。
これに対応して、HUDでは、通常、プロジェクターからs偏光の投映像を投映して、s偏光の投映像をブリュースター角に近い角度で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で反射させることにより、投映像を表示する。
路上の水たまり等の反射光によるギラツキなど、運転者が眩しいと感じるギラツキとなる光は、多くの場合、s偏光である。そのため、偏光サングラスは、通常、s偏光を遮光するように作られている。
ところが、上述のように、HUDの投映光は、多くがs偏光である。そのため、通常のHUDでは、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くなってしまう。
上述のように、コレステリック液晶層は、特定の波長域の特定の旋光方向の円方向を選択的に反射する。しかしながら、s偏光が入射した場合であっても、選択反射波長域の光であれば、s偏光を反射する。
ここで、s偏光がコレステリック液晶層に入射して、反射される場合には、反射光は、右または左の円偏光になる。すなわち、投映像表示用部材10に入射したs偏光の投映光は、円偏光の投映光として反射される。
円偏光は、s偏光の成分とp偏光の成分とを含む。偏光サングラスを着用した状態でも、円偏光となった投映光のうち、p偏光の成分は、偏光サングラスを透過する。
従って、本発明の投映像表示用部材10を、例えばウインドシールドガラスに貼着することにより、s偏光の投映光を投映するHUDにおいて、偏光サングラスを着用した状態でも、投映像を観察することが可能になる。
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となる光は、s偏光であるが、s偏光がコレステリック液晶層等の円偏光反射層を透過すると、透過光は、円偏光に変換される。
円偏光は、s偏光の成分とp偏光の成分とを含む。従って、円偏光となったギラツキの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、s偏光が主成分であるギラツキとなる光をカットする偏光サングラスの機能が損なわれ、運転の支障となってしまう。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、円偏光反射層を利用してp偏光を反射するハーフミラーフィルムを用いるHUDは、偏光サングラス適性が低い。
偏光変換層16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)および(ii)を満たす。
このような偏光変換層16は、偏光変換層16の螺旋構造のピッチPが、選択反射中心波長が赤外域であるコレステリック液晶層のピッチPに対応する長さとなり、赤外線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。
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°螺旋軸方向(通常、厚さ方向)の長さである。
偏光変換層16に入射した楕円偏光は、偏光変換層16が有する旋光性および複屈折性によって、再度、s偏光に変換されて、透明基材12を透過して、投映像表示用部材10を透過する。
すなわち、偏光変換層16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偏光のまま投映像表示用部材10を透過するので、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、コレステリック液晶層のような選択的な反射層で投映光を反射するHUDにおいて、偏光サングラス適性を改善できる。
ここで、関係式(i)および(ii)を満たす偏光変換層16は、入射したs偏光を、直線偏光に近い楕円偏光に変換する。上述のように、コレステリック液晶層は、円偏光を反射するものであるが、直線偏光に近い楕円偏光が入射した場合には、ほぼ円偏光を反射する。この円偏光が、再度、偏光変換層16を透過すると、円偏光に近い楕円偏光となる。
従って、偏光変換層16を介しても、選択反射層14に入射したs偏光の投映光は、ほぼ円偏光の投映光として反射されるので、投映光にはp偏光の成分が半分近く含まれており、上述のように、偏光サングラスを装着しても、投映像を観察できる。
関係式(i)は、『0.1≦x≦1.0』である。
螺旋構造のピッチ数xが0.1未満では、十分な旋光性および複屈折性が得られず、円偏光を十分にs偏光に変換できない等の不都合を生じる。
また、螺旋構造のピッチ数xが1.0を超えると、旋光性および複屈折性が過剰で、円偏光を適正にs偏光に変換できない等の不都合を生じる。
偏光変換層16の厚さyが0.5μm未満では、膜厚が薄すぎて、十分な旋光性および複屈折性が得られず、円偏光を十分にs偏光に変換できない等の不都合を生じる。
偏光変換層16の厚さyが3.0μmを超えると、旋光性および複屈折性が過剰で、円偏光を適正にs偏光に変換できない等の不都合を生じる。
なお、偏光変換層16の厚さyは、『0.5≦y≦2.0』が好ましく『0.5≦y≦1.6』がより好ましい。
(iii)0.25≦x≦1.0
(iv)0.5≦y≦1.0
を満たすのが好ましい。
偏光変換層16が、関係式(iii)および(iv)を満たすことにより、より好適に円偏光をs偏光に変換できる。
ただし、偏光変換層16を形成する際には、偏光変換層16における螺旋構造のピッチ数xおよび膜厚yが、関係式(i)および(ii)を満たすように、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。
例えば、透明基材12と、偏光変換層16と、選択反射層14とが、この順番に配置され、外光が、偏光変換層16を透過した後に、選択反射層14を透過する構成でもよい。この場合には、外光であるs偏光は、まず、偏光変換層16で旋光されて楕円偏光化され、その後、選択反射層14を透過して、s偏光に変換される。
しかしながら、この構成では、s偏光は、偏光変換層16の後に選択反射層14(コレステリック液晶層)を透過する。そのため、選択反射層14を透過した光の一部は、選択反射層14で円偏光に変換され、透過光に、円偏光の成分が混ざってしまう。上述のように、円偏光は偏光サングラスで遮光できないp偏光の成分を含む。その結果、この構成では、ギラツキの一部に、偏光サングラスで遮光できない成分を含んでしまう。
そのため、本発明の投映層表示用部材は、図1に示されるように、透明基材12と、選択反射層14と、偏光変換層16とを、この順番で配置して、外光が、選択反射層14を透過した後に、偏光変換層16を透過する構成とするのが好ましい。
本発明の投映像表示用部材10は、選択反射層14(コレステリック液晶層)および/または偏光変換層16を形成する際に、液晶組成物が塗布される下層として、配向膜を有してもよい。
配向膜は、ポリマーなどの有機化合物(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などの樹脂)からなる層のラビング処理、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)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、磁場の付与または光照射により、配向機能が生じる配向膜を用いてもよい。
中でも、配向膜となるポリマー層に、ラビング処理を行った配向膜は、好ましく例示される。ラビング処理は、公知の方法が利用可能であり、一例として、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。
配向膜を設けずに、後述する樹脂層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。すなわち、樹脂層を配向膜として作用させてもよい。
配向膜の厚さには制限はないが、0.01~5.0μmが好ましく、0.05~2.0μmがより好ましい。
なお、仮支持体を用いて選択反射層等を有する投映像表示用部材を作製する場合は、配向層は仮支持体と共に剥離してもよい。すなわち、配向膜は、投映像表示用部材の作製時のみに存在し、投映像表示用部材が完成した時点では、投映像表示用部材を構成する層とはならなくてもよい。
一例として、樹脂フィルム等の透明基材12の表面に配向膜となる膜を形成し、ラビング処理等を行って配向膜を形成する。次いで、配向膜に偏光変換層16を形成し、偏光変換層16の表面にコレステリック液晶層等の選択反射層14を形成することで、投映像表示用部材10を作製する。
一般的に、液晶層を積層した場合における液晶化合物の配向は、下層の液晶層の配向状態を踏襲する。
本発明の投映像表示用部材は、必用に応じて、投映光の入射面となる層の表面に、耐擦傷性を向上するためのハードコート層を有してもよい。すなわち、図1に示す投映像表示用部材10であれば、透明基材12の表面に、ハードコート層を設けてもよい。
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。
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、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。
ハードコート層は、樹脂層の表面に、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号明細書参照)、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。
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)。
(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
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線を照射し、その後、50mJ/cm2以上の高照射量の紫外線を照射し、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。
本発明のウインドシールドガラスは、本発明の投映像表示用部材を有する、車両等に用いられるウインドシールドガラスである。本発明のウインドシールドガラスは、本発明の投映像表示用部材を有する以外は、基本的に、公知のウインドシールドガラス(風防ガラス)である。
本発明のウインドシールドガラスは、車および電車等の車両、航空機、船舶、二輪車、ならびに、遊具等の乗り物一般に風防ガラスとして用いられる。
なお、以下の説明において、車外および車内とは、航空機であれば機外および機内を、船舶であれば船外および船内、それぞれを示す。HUDにおいて、投映光は、車内側からウインドシールドガラスに向けて投映される。
図2に示すウインドシールドガラス20は、中間膜26を第1ガラス板24aと第2ガラス板24bとで挟持したウインドシールドガラス本体の第1ガラス板24aの表面に、貼着層28によって、上述した本発明の投映像表示用部材10を貼着したものである。
なお、本発明のウインドシールドガラス20において、投映像表示用部材10は、ウインドシールドガラス20の全面に設けても良く、一部に設けてもよい。
ここで、投映像表示用部材10において、選択反射層14と偏光変換層16とは、選択反射層14が第1ガラス板24a側(ウインドシールド本体側)であっても、偏光変換層16が第1ガラス板24a側であってもよい。しかしながら、上述した理由によって、選択反射層14を第1ガラス板24a側として、入射した外光が、選択反射層14を透過した後に、偏光変換層16を透過するようにするのが好ましい。
すなわち、図1に示すように、透明基材12、偏光変換層16および選択反射層14を、この順番で有する投映像表示用部材10であれば、選択反射層14を第1ガラス板24aに向けて、投映像表示用部材10を第1ガラス板24a(ウインドシールド本体)に貼着するのが好ましい。
第1ガラス板24aおよび第2ガラス板24bの形状も、装着される車両等に応じた各種の形状が利用可能である。従って、第1ガラス板24aおよび第2ガラス板24bの形状は、曲面状でも、平面状でも、曲面と平面とが混在した形状でもよい。
第1ガラス板24aおよび第2ガラス板24bの厚さ、0.5~5.0mmが好ましく、1.0~3.0mmがより好ましく、2.0~2.3mmがさらに好ましい。
なお、第1ガラス板24aおよび第2ガラス板24bの材料および/または厚さは、同じでも、異なってもよい。
中間膜26としては、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、塩素含有樹脂等の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、物を形成する成分の内の50質量%以上を占める成分のことをいう。
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。
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。
貼着層28は、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状(ゴム状)の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。
貼着層28の厚さには、制限はない。貼着層28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、OCAを用いて形成された貼着層28の厚さは、10μm~50μmであってもよく、15μm~30μmが好ましい。
図3に、本発明のHUDの一例を概念的に示す。
図3に示すHUD30は、上述した本発明のウインドシールドガラス20と、プロジェクター32とを有する。
なお、公知のHUDと同様、図示例のHUDでも、運転者Oは、ウインドシールドガラス20に投映された画像の虚像を観察している。
すなわち、本発明の投映像表示用部材を利用するHUDは、例えば、いわゆるコンバイナーに投映像を投映するHUD(コンバイナーHUD)等、各種の部材に投映像を投映する公知のHUDが、各種、利用可能である。なお、この際には、コンバイナーが、本発明の投映像表示用部材を有する。
LCD50および投映レンズ52は、共に、HUD用のプロジェクターで用いられる公知の物である。画像形成部34は、LCD50が表示した画像を、投映レンズ52によって中間像スクリーン36に投映する。
プロジェクター32では、中間像スクリーン36によって実像化し、この実像をミラー38および凹面ミラー40によって所定の光路に反射する。この反射光は、上述のように、ダッシュボード42に設けられた透過窓46を透過して、ウインドシールドガラス20に投映され、運転者Oによって観察される(一点鎖線参照)。
従って、LCD50が、s偏光の投映光を表示するものでは無い場合には、例えば、LCD50から凹面ミラー40に至る投映光の光路の途中に、LCD50からの投映光をs偏光にする偏光板を設ける。
または、プロジェクター32の外部、すなわち、凹面ミラー40からウインドシールドガラス20に至る投映光の光路の途中に、LCD50からの投映光をs偏光にする偏光板を設けてもよい。この際においては、この偏光板も、プロジェクター32を構成する光学素子と見なす。
以上の点に関しては、後述する各種の画像形成手段を用いる場合も同様である。
一般に、第1の材料の一つが、選ばれた方向において、第2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。さらに、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(例えば、溶融粘度)を有することが好ましい。
屈折率異方性の異なる薄膜を積層した偏光板は、市販品を用いてもよい。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(3M社製)、および、APF(高度偏光フィルム(Advanced Polarizing Film(3M社製))等が挙げられる。
また、偏光板は、ヨウ素化合物を含む吸収型偏光板、および、ワイヤーグリッドなどの反射型偏光板等の一般的な直線偏光板も利用可能である。
一例として、蛍光表示管、液晶を利用するLCOS(Liquid Crystal on Silicon)、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)ディスプレイ、ならびに、DMD(Digital Micromirror Device)を用いるDLP(Digital Light Processing)等、HUDのプロジェクター(イメージャー)で利用されている公知の画像形成手段が、各種、利用可能である。これらの画像形成手段では、LCD50と同様、投映レンズによって、投映像が中間像スクリーン36に投映される。
なお、投映する画像に応じた光ビームの変調は、光源を直接変調しても、外部の光変調器を用いて行ってもよい。
光源としては、LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード、有機発光ダイオード(OLED(Organic Light Emitting Diode)を含む)、放電管、および、レーザー光源等が例示される。
二次元的な光偏向器としては、ガルバノミラー(ガルバノメーターミラー)、ガルバノミラーとポリゴンミラーとの組み合わせ、および、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems、微小電子機械システム)等が例示される。中でも、MEMSは、好適に利用される。走査方法には制限はなく、ランダムスキャンおよびラスタースキャン等の公知の光ビームの走査方法が利用可能である。中でも、ラスタースキャンは好適に例示される。
中間像スクリーン36には、制限はなく、HUDのプロジェクターにおいて、投映像を実像化する公知の中間像スクリーンが、各種、利用可能である。
このような中間像スクリーンとしては、一例として、マイクロレンズアレイで構成される中間像スクリーンが例示される。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号公報等に記載がある。
一方、凹面ミラー40は、投映光を拡大投映する、HUDのプロジェクターに用いられる、公知の凹面ミラー(凹面鏡)である。
例えば、プロジェクター32は、ミラー38および凹面ミラー40の一方のみを有するものでもよく、あるいは、ミラー38および/または凹面ミラー40に加え、または変えて、自由曲面ミラー等の他の光反射素子を、1以上、有してもよい。
すなわち、本発明のHUDを構成するプロジェクターは、各種の光反射素子を用いた構成が利用可能である。
投映像表示用部材10に入射したs偏光の投映光は、透明基材12および偏光変換層16を透過して、偏光変換層16によって反射される。ここで、s偏光の投映光は、選択反射層14によって反射される際に、円偏光に変換される。選択反射層14によって反射された円偏光の投映光は、偏光変換層16および透明基材12を透過して、反射光として出射され、投映像として運転者Oに観察される。
この投映光は円偏光であり、p偏光の成分を含む。従って、運転者Oがs偏光を遮光する偏光サングラスを着用している場合でも、好適に投映像を観察できる。
投映像表示用部材10に入射したギラツキとなるs偏光は、まず、選択反射層14によって円偏光に変換される。円偏光に変換されたギラツキとなる光は、次いで、偏光変換層16に入射して、透過する。この際に、円偏光に変換されたギラツキとなる光は、偏光変換層16の旋光性および複屈折性によって、s偏光に戻されて、偏光変換層16を透過して、車内に侵入する。従って、車内に侵入した外光のうち、ギラツキとなる光は主にs偏光であり、偏光サングラスによって遮光され、運転を阻害しない。
(コレステリック液晶層形成用組成物1および2)
下記の成分を混合して、選択反射中心波長が580nm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組成物1と、選択反射中心波長が700nm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組成物2を調製した。
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コレステリック液晶層形成用組成物1および2
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・混合物1 100質量部
・配向制御剤1(フッ素系水平配向剤1) 0.05質量部
・配向制御剤2(フッ素系水平配向剤2) 0.02質量部
・右旋光性キラル剤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
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コレステリック液晶層形成用組成物1および2を用いて、後述する選択反射層の作製と同様に支持体上に厚さ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、作製したコレステリック液晶層は、全て右円偏光反射層であり、選択反射中心波長は、コレステリック液晶層形成用組成物1が580nm、コレステリック液晶層形成用組成物2が700nmであった。
下記の成分を混合し、下記組成の偏光変換層形成用組成物を調製した。
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偏光変換層形成用組成物
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・混合物1 100質量部
・配向制御剤1 0.05質量部
・配向制御剤2 0.02質量部
・右旋光性キラル剤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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
なお、反射波長とは、偏光変換層形成用組成物を用いてコレステリック液晶層を形成した際における、選択反射中心波長である。
なお、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ピッチの長さである。また、コレステリック液晶層では、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)。これを利用して、膜厚とピッチ数を特定し、選択反射中心波長λ(反射波長λ)を決定した。
ピッチ数は、仮支持体上に所望の膜厚の単一層のコレステリック液晶層を作製し、AxoScan(アクソメトリクス社製)の測定値をフィッティングして得られたツイスト角(ピッチ数×360°)から求めた。
この点に関しては、他の例の偏光変換層も同様である。
表1に、本例も含め、調整した偏光変換層形成用組成物の目標となる偏光変換層のピッチ数、膜厚、λの組み合わせを示す。
<<投映像表示用部材の作製>>
<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得られた40μmのセルロースアシレートフィルム(TAC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℃に昇温した後に、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1を作製した。
セルロースアシレートフィルム1の面内レタデーションReをAxoScanで測定したところ、1nmであった。
アルカリ溶液
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・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(C16H33O(CH2CH2O)10H) 1.0質量部
・プロピレングリコール 14.9質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
鹸化処理したセルロースアシレートフィルム1(樹脂層)の鹸化処理面に、下記に示す組成の配向膜形成用組成物を、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。
配向膜形成用組成物の組成
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
配向膜を形成したセルロースアシレートフィルム1の配向膜の表面に、配向膜面から見て、セルロースアシレートフィルム1の長手方向を基準に時計回りに45°回転させた方向にラビング処理(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。
その後、塗膜を乾燥させて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)を用いて6秒間、紫外線を照射し、液晶相を固定して、偏光変換層を得た。
形成した偏光変換層の表面に、コレステリック液晶層形成用組成物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。塗布層を室温にて30秒間乾燥させた後、85℃の雰囲気で2分間加熱し、その後、酸素濃度1000ppm以下の環境にて60℃でフュージョンUVシステムズ社製のDバルブ(90mW/cmのランプ)にて出力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。
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組成物2を用いて同様の工程を繰り返し、厚さ0.71μmのコレステリック液晶層を得た。
投映像表示用部材の反射スペクトルを、分光光度計(日本分光株式会社製、V-670)で測定した。その結果、波長580nm、および、波長700nmに選択反射中心波長を有する反射スペクトルが得られた。また、選択反射中心波長における反射率は、波長580nm(緑色光)が15%、700nm(赤色光)が25%であった。
まず、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))に対して、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。
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、ガラスの前面と後面との角度を合わせた。
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。
この楔形ガラスの車内側の表面に、OCA(日栄化工社製、MHM-UVC15)によって、作製した投映像表示用部材を貼着した。
なお、貼着は、選択反射層を楔形ガラス側に向け、ウインドシールドガラスの上下方向に対して45°回転した方向と、配向膜のラビング方向とが一致するようにして、行った。
これにより、
(楔形)ガラス/OCA/コレステリック液晶層/偏光変換層/TAC(セルロースアシレートフィルム1)
の層構成を有するウインドシールドガラスを作製した。
投映像表示用部材の作製において、偏光変換層と選択反射層の形成順を逆にし、さらに、偏光変換層のピッチ数、膜厚および選択反射中心波長λを変更した以外は、実施例1と同様にして、投映像表示用部材を作製した。
この投映像表示用部材を、偏光変換層を楔形ガラス側に向け、実施例1と同様に貼着して、ウインドシールドガラスを作製した。
作製したウインドシールドガラスの層構成は、以下のとおりである。
ガラス/OCA/偏光変換層/コレステリック液晶層/TAC
偏光変換層のピッチ数、膜厚および選択反射中心波長λを変更した以外は、実施例1と同様にして、投映像表示用部材を作製した。
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。
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形成用組成物を作製した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
ハードコート層形成用組成物の組成
――――――――――――――――――――――――――――――――――
・ジペンタエリスリトールポリアクリレート
:A-9550W(新中村化学工業社製)(6官能) 44.8質量部
・イルガキュア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。
作製した投映像表示用部材のセルロースアシレートフィルムの表面に、調製したハードコート層形成用組成物を使用し、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形成用組成物を塗布し、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。ハードコート層を有する投映像表示用部材を作製した。
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、作製した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た。次いで、ハードコート層を形成した後の投映像表示用部材の膜厚を同様に測定した。ハードコート層を有する投映像表示用部材の膜厚から、ハードコート層の無い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。
作製したウインドシールドガラスの層構成は、以下のとおりである。
ガラス/OCA/コレステリック液晶層/偏光変換層/TAC/ハードコート層
偏光変換層のピッチ数、膜厚および選択反射中心波長λを変更した以外は、実施例1と同様にして、投映像表示用部材を作製した。
この投映像表示用部材を用いて、実施例1と同様にして、ウインドシールドガラスを作製した。
作製したウインドシールドガラスの層構成は、以下のとおりである。
ガラス/OCA/コレステリック液晶層/偏光変換層/TAC
偏光変換層を形成しない以外は、実施例1と同様にして、投映像表示用部材を作製した。
この投映像表示用部材を用いて、実施例1と同様にして、ウインドシールドガラスを作製した。
作製したウインドシールドガラスの層構成は、以下のとおりである。
ガラス/OCA/コレステリック液晶層/TAC
偏光変換層のピッチ数、膜厚および選択反射中心波長λを変更した以外は、実施例1と同様にして、投映像表示用部材を作製した。
この投映像表示用部材を用いて、実施例1と同様にして、ウインドシールドガラスを作製した。
作製したウインドシールドガラスの層構成は、以下のとおりである。
ガラス/OCA/コレステリック液晶層/偏光変換層/TAC
(位相差層形成用組成物)
下記の成分を混合し、下記組成の位相差層形成用組成物を調製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
位相差層形成用組成物
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・混合物1 100質量部
・配向制御剤1 0.05質量部
・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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
作製したλ/4層のレタデーションをAxoScanを用いて測定したところ、142nmであった。
この投映像表示用部材を用いて、実施例1と同様にして、ウインドシールドガラスを作製した。従って、λ/4層の遅相軸の方向は、楔型ガラスの上下方向に対して45°である。
作製したウインドシールドガラスの層構成は、以下のとおりである。
ガラス/OCA/コレステリック液晶層/λ/4層/TAC
楔形ガラスを、そのまま用いた。
[輝度の評価]
透明支持体(TAC)側から、ウインドシールドガラスの法線方向に対し65°の方向からs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。正反射光とは、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°の方向の反射光である。
このとき、分光光度計の受光部に直線偏光板を配置した。直線偏光板は、透過軸の方向を、分光光度計に入射するp偏光と平行にした。すなわち、この直線偏光板が、偏光サングラスとして作用する。
また、ウインドシールドガラス(楔型ガラス)の上下方向と、ウインドシールドガラスに入射するs偏光とを平行にした。
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。
B 投映像反射率3%以上10%未満
C 投映像反射率3%未満
A評価は、投映像が観察できるレベルである。
B評価は、投映像が観察できるが、晴天下では、見えないレベルである。
C評価は、投映像がほとんど観察できないレベルである。
ウインドシールドガラス(楔形ガラス)の投映像表示用部材とは逆のガラス側から、ウインドシールドガラスの法線方向に対し65°の方向からs偏光を入射し、投映像表示用部材を透過したp偏光を分光光度計(日本分光株式会社製、V-670)で測定した。
このとき、分光光度計の受光部に直線偏光板を配置した。直線偏光板は、透過軸の方向と、分光光度計に入射するp偏光の方向とを平行にした。すなわち、この直線偏光板が、偏光サングラスとして作用する。
また、ウインドシールドガラス(楔型ガラス)の上下方向と、ウインドシールドガラスに入射するs偏光とを平行にした。
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基準
A 2%未満
A- 2%以上3%未満
B 3%以上5%未満
C 5%以上
結果を下記の表に示す。
特に、実施例1と実施例2とに示されるように、外光が先に選択反射層を透過し、その後、偏光変換層を通過するようにすることで、より高い偏光サングラス適性が得られる。また、実施例1と実施例4とに示されるように、螺旋配向構造のピッチ数および偏光変換層の膜厚y(μm)が、(iii)0.25≦x≦1.0および(iv)0.5≦y≦1.0を満たすことにより、より高い偏光サングラス適性が得られる。
これに対して、偏光変換層を有さない比較例1および偏光変換層の膜厚が厚すぎる比較例2は、p偏光を透過してしまい、偏光サングラス適性が低く、HUDに利用した際に、運転に支障をきたすギラツキを偏光サングラスによって遮光できない。
また、偏光変換層に変えてλ/4層を有する比較例3は、偏光サングラスを装着した際における投映像の輝度が低く、また、偏光サングラス適性も低い。
さらに、通常の楔形ガラスである比較例4は、偏光サングラスを装着した際における投映像の輝度が、さらに低い。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
12 透明基材
14 選択反射層
14R 赤色反射コレステリック液晶層
14G 緑色反射コレステリック液晶層
14B 青色反射コレステリック液晶層
16 偏光変換層
20 ウインドシールドガラス
24a 第1ガラス板
24b 第2ガラス板
26 中間膜
28 貼着層
30 HUD
32 プロジェクター
34 画像形成部
36 中間像スクリーン
38 ミラー
40 凹面ミラー
42 ダッシュボード
46 透過窓
50 LCD(液晶ディスプレイ)
52 投映レンズ
O 運転者
Claims (8)
- 少なくとも1層の選択反射層と、1層の偏光変換層とを有し、
前記選択反射層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層であり、
前記偏光変換層は、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の螺旋配向構造を固定した層であり、
前記螺旋配向構造のピッチ数をx、前記偏光変換層の膜厚をy(μm)とした際に、
(i)0.1≦x≦1.0(ただし、x=1.0を含まない)
(ii)0.5≦y≦3.0
を満たす、投映像表示用部材。 - 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(μm)が、
(iii)0.25≦x≦1.0(ただし、x=1.0を含まない)
(iv)0.5≦y≦1.0
を満たす、請求項1に記載の投映像表示用部材。 - 前記選択反射層の厚さの総計が、1.0~30μmである、請求項1または2に記載の投映像表示用部材。
- 透明基材を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の投映像表示用部材。
- 前記透明基材と、前記偏光変換層と、前記選択反射層とが、この順番で積層される、請求項4に記載の投映像表示用部材。
- ウインドシールドガラス本体の車内側の表面に、請求項1~5のいずれか1項に記載の投映像表示用部材を貼着した、ウインドシールドガラス。
- 前記投映像表示用部材は、前記選択反射層が前記偏光変換層よりも前記ウインドシールドガラス本体側に位置する、請求項6に記載のウインドシールドガラス。
- 請求項6または7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投映像表示用部材に、s偏光を主体とする投映光を投映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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