JPWO2019009252A1 - ハーフミラー - Google Patents
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Abstract
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。
例えば、特許文献1には、HUDに対応するウインドシールド(ウインドシールドガラス)として、第二のガラス板、中間層、および第一のガラス板を、この順で有し、中間層がハーフミラーフィルムを含み、ハーフミラーフィルムが、コレステリック液晶層を含む、ウインドシールドが記載されている。
しかしながら、HUDのハーフミラーを、ウインドシールドの下方のみに設けた場合には、ハーフミラーと、ハーフミラーを有さない部分との境界が目立ち、目障りであり、場合によっては、運転の妨げになる。
しかしながら、ハーフミラーをウインドシールドの全面に設けた場合には、車内に入った外光およびダッシュボードで反射された光等が、ウインドシールド(ハーフミラー)に入射して光が反射されて、光がチラついて見える、いわゆるギラツキが生じてしまう。
[1] ウインドシールド用のハーフミラーであって、
可視光を反射しない非反射領域、コレステリック液晶層からなる可視光を選択的に反射する反射領域、および、非反射領域と反射領域との間の、可視光を反射しない非反射部とコレステリック液晶層からなる可視光を選択的に反射する反射部とが混在する混在領域、を含む反射層を有し、
混在領域は、非反射領域から反射領域に向かって、反射部の面積が漸増することを特徴とするハーフミラー。
[2] 反射層の非反射領域が、コレステリック液晶層からなり、紫外線または赤外線を反射する、[1]に記載のハーフミラー。
[3] 反射層が、非反射領域と混在領域との間、および、混在領域と反射領域との間に、接合面を有さない、[1]または[2]に記載のハーフミラー。
[4] 反射層の反射領域が、赤色光を選択的に反射する赤色光反射層、反射領域が緑色光を選択的に反射する緑色光反射層、および、反射領域が青色光を選択的に反射する青色光反射層の、少なくとも1層を有する、[1]〜[3]のいずれかに記載のハーフミラー。
[5] 赤色光反射層、緑色光反射層および青色光反射層のうちの、2層を有する、[4]に記載のハーフミラー。
[6] 反射層の反射領域が、赤色光、緑色光および青色光の少なくとも2つの光を選択的に反射する、[1]〜[3]のいずれかに記載のハーフミラー。
[7] λ/2板を有する、[1]〜[6]のいずれかに記載のハーフミラー。
角度等は、特に記載がなければ、一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。
本発明において、「(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。
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、620〜700nmの波長領域の光は赤色(R)光である。
さらに、本発明において、紫外線(紫外光)とは、380nm未満で200nm以上の波長領域の光であり、赤外線(赤外光)とは780nmを超え、1mm以下の波長領域の光であり、中でも、近赤外領域とは、780nmを超え、2000nm以下の波長領域の光である。
図1に示すウインドシールド10は、車両用のウインドシールドであって、外面側ガラス12と、内面側ガラス14と、中間膜16と、本発明のハーフミラー20とで構成される。ハーフミラー20は、反射層24と、λ/2板26とで構成される。
本発明のハーフミラー20を利用するウインドシールド10は、HUDにおいて、画像を投影されるスクリーン(画像表示面)として利用される。
図示例において、外面側ガラス12および内面側ガラス14は、共に平板状であるが、一部に曲面を有してもよく、あるいは、曲面状であってもよい。
中間膜16は、ウインドシールドに用いられる公知の中間膜である。従って、中間膜16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、ポリウレタン等の、合わせガラスの中間膜に用いられる公知の材料で形成すればよい。また、中間膜16の厚さも、公知のウインドシールドの中間膜と同様に設定すればよい。
なお、本発明のハーフミラーを用いるウインドシールドは、中間膜16に変えて、接着剤によって、ハーフミラー20と外面側ガラス12との接着、および、ハーフミラー20と内面側ガラス14との接着の少なくとも一方を行ってもよい。
ハーフミラー20は、本発明のウインドシールド用のハーフミラーであって、反射層24とλ/2板26とを有する。なお、λ/2板26は、好ましい態様として設けられるものであり、必ずしも、本発明のハーフミラーにおける必須の構成要件ではない。
図2においては、図中上方が、ウインドシールド10の上側であり、すなわち、ルーフ(屋根)側である。従って、図2においては、図中上下方向が車両の上下方向であり、図中横方向が、車両の車幅方向となる。以下、車両の上下方向を単に『上下方向』、車両の幅方向を単に『幅方向』とも言う。
赤外線反射領域30は、ウインドシールド10の面方向の全面で赤外線を選択的に反射する領域である。赤外線を選択的に反射するとは、赤外線を反射して、それ以外の光を透過することを意味する。すなわち、図示例の反射層24において、赤外線反射領域は、可視光を反射しない非反射領域に相当する。
以下の説明では、ウインドシールド10の面方向を、単に『面方向』とも言う。
混在領域32は、赤外線を選択的に反射する赤外線反射部32bと、可視光を選択的に反射する可視光反射部32aとが、面方向に混在する領域である。可視光を選択的に反射するとは、所定の波長域の可視光を反射して、それ以外の光を透過することを意味する。前述のように、赤外線を選択的に反射する赤外線反射部32bは、可視光を反射しない。すなわち、混在領域32の赤外線反射部32bは、混在領域において可視光を反射しない本発明における非反射部に相当する。また、混在領域32の可視光反射部32aは、混在領域32において可視光を選択的に反射する反射部を構成する。混在領域32においては、可視光反射部32aの合計の面積が本発明における反射部の面積となる。
可視光反射領域34は、面方向の全面で可視光を選択的に反射する領域である。可視光反射領域34は、本発明における反射領域である。ウインドシールド10を用いるHUDでは、可視光反射領域34に画像を表示(投影)する。
図2では、可視光を選択的に反射する反射領域および反射部にはハッチを付して示し、赤外線を選択的に反射する領域および反射部は白抜きで示す。
また、可視光反射領域が、可視光を反射しない部分を有する場合には、可視光を選択的に反射する部分と、可視光以外の光を選択的に反射する部分との面積比は、面方向の全域で均一であるのが好ましい。さらに、可視光反射領域が、可視光を反射しない部分を有する場合には、可視光を反射しない部分は、面方向に均等に分散されるのが好ましい。
以上の点に関しては、赤外線反射領域30(非反射領域)も同様である。
すなわち、この反射層24を用いるHUDは、ウインドシールド10に緑色のモノクロ画像を表示する。
周知のように、コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示す波長選択反射性を有する。
ここで、混在領域32は、赤外線反射領域30から可視光反射領域34からに向かって、すなわち、上から下に向かって、緑色光を選択的に反射する可視光反射部32aの合計面積すなわち本発明の混在領域における反射部の面積が漸増し、赤外線を選択的に反射する赤外線反射部32b(本発明における非反射部)の面積が漸減する。図示例において、混在領域32では、同じサイズの円形の可視光反射部32aを、複数、配列して反射部を構成する。図示例の混在領域32においては、幅方向における可視光反射部32aの数、すなわち、幅方向における可視光反射部32aの合計面積が、上から下に向かって、漸増ずる。なお、以下の説明では、便宜的に、可視光反射部32aの合計面積を、単に『可視光反射部32aの面積』とも言う。
本発明のハーフミラー20は、このような赤外線反射領域30および混在領域32を有する反射層24を有することにより、HUDにおいてスクリーンとなるウインドシールドにおいて、境界が目立たず、かつ、ギラツキも抑制することができる。
しかしながら、ハーフミラーをウインドシールドにおける画像の投影領域のみに設けると、ハーフミラーと、ハーフミラーを有さない領域との境界が目立ってしまい、目障りになってしまう。
ハーフミラーをウインドシールドの全面に設ければ、ハーフミラーと、ハーフミラーを有さない領域との境界が目立つという問題は解決される。しかしながら、ハーフミラーをウインドシールドの全面に設けた場合には、車内に入った外光およびダッシュボードで反射された光等が、ウインドシールド(ハーフミラー)に入射して反射されるため、いわゆるギラツキが生じてしまう。
赤外線を選択的に反射する赤外線反射領域30では、可視光は透過するので、可視光がハーフミラー20によって反射される事に起因するギラツキを大幅に抑制できる。また、赤外線反射領域30とスクリーンとなる可視光反射領域34との間には、ウインドシールドの下方に向かって、可視光を反射する可視光反射部32aの面積が漸増する混在領域32を有するので、赤外線反射領域30と可視光反射領域34との境界も目立たない。
従って、実際には、図11に概念的に示すように、円形の可視光反射部32aの上下方向の中央を超えた位置から下方では、ウインドシールド10の上方から下方に向かって、可視光を反射する可視光反射部32aの面積が減少する領域も存在する。
しかしながら、本発明においては、混在領域32が、このような可視光を反射する可視光反射部32aの面積が減少する領域を含んでも、図11に示すように、ウインドシールド10の上方から下方に向かって、全体的に見て面積が漸増していれば、混在領域32において可視光を選択的に反射する反射部の面積(図示例においては、可視光反射部32aの合計面積)が漸増していると見なす。
コレステリック液晶相の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のピッチP(=螺旋の周期)に依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。コレステリック液晶相のピッチは、重合性液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調節することによって所望のピッチを得ることができる。
また、選択反射を示す選択反射帯域(円偏光反射帯域)の半値幅Δλ(nm)は、コレステリック液晶相の屈折率異方性Δnと螺旋のピッチPとに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、選択反射帯域の幅の制御は、コレステリック液晶相の屈折率異方性Δnを調節して行うことができる。屈折率異方性Δnは、反射層24を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
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。
反射層24は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層でも、左円偏光を反射するコレステリック液晶層でもよい。あるいは、反射層24が、右円偏光を反射するコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するコレステリック液晶層とを積層したものでもよい。
コレステリック液晶相の旋回の方向は、反射層24を形成する液晶化合物の種類、および/または、添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
反射する光の波長領域すなわち遮断する光の波長領域を広くするには、選択反射中心波長λをずらした層を順次積層することで実現できる。また、ピッチグラジエント法と呼ばれる層内の螺旋ピッチを段階的に変化させる方法で、波長範囲を広げる技術も知られており、具体的には、Nature 378、467−469(1995)、特開平6−281814号公報、および、特許4990426号公報等に記載の方法などが挙げられる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、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構造であればよく、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、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、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ない状態に変化した構造であればよい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、液晶化合物は、液晶性を示さなくてもよい。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、液晶性を失っていてもよい。
コレステリック液晶層の形成に用いる液晶化合物を含む液晶組成物は、さらに界面活性剤を含むのが好ましい。また、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらにキラル剤、重合開始剤および配向剤等を含んでいてもよい。
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のが好ましい。
コレステリック液晶相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。
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。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向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。
すなわち、右円偏光を反射する反射層24を形成する際には、右捩れを誘起するキラル剤を用い、左円偏光を反射する反射層24を形成する際には、左捩れを誘起するキラル剤を用いればよい。
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また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、同種の基であるのが好ましい。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のが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、液晶組成物は重合開始剤を含有しているのが好ましい。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のが好ましい。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、同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号および同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号公報および米国特許第4239850号明細書記載)、ならびに、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。
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%であるのが好ましく、0.5〜12質量%であるのがさらに好ましい。
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、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などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いるのができ、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種を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、液晶組成物の固形分質量に対して、3〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
液晶組成物は、保存性の向上を目的として、重合禁止剤を含有してもよい。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、フェノチアジン、ベンゾキノン、ヒンダードアミン(HALS)、および、これらの誘導体等が挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
重合禁止剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、0〜10質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、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が、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンおよびシクロペンタノン等のケトン類、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、ならびに、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種を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好ましい。上述の単官能重合性モノマーなどの上述の成分が溶媒として機能していてもよい。
あるいは、マスク等を用いてコレステリック液晶相を固定化するための強い紫外線をパターニングして照射することで部分的に硬化させた後に、未露光部または全面に弱い紫外線を照射することで光異性化基を異性化し、その後、コレステリック液晶相を固定化するための紫外線の照射を行ってもよい。
これにより、連続する1層の中に、可視光反射領域34、混在領域32および赤外線反射領域30を有する反射層24を形成できる。この点に関しては、後に詳述する。
反射層24において、可視光反射領域34の上下方向の長さには、制限はない。すなわち、可視光反射領域34の上下方向の長さは、HUDで設定する画像表示領域に応じて、画像表示領域を包含する長さを、適宜、設定すればよい。
また、混在領域32の上下方向の長さ、すなわち、赤外線反射領域30と可視光反射領域34との距離にも、制限はない。すなわち、混在領域32の上下方向の長さは、ウインドシールド10の上下方向のサイズ等に応じて、可視光反射領域34と赤外線反射領域30との境界が目立たなくなる長さを、適宜、設定すればよい。具体的には、混在領域32の上下方向の長さは、10〜200mmが好ましく、50〜100mmがより好ましい。
さらに、混在領域32における可視光反射部32aの漸増の程度にも、制限は無く、混在領域32の上下方向の長さにおいて、赤外線反射領域30と可視光反射領域34との境界が目立たなくなるように、適宜、設定すればよい。なお、混在領域32における可視光反射部32aの漸増は、線形的でも非線形的でもよい。
一例として、混在領域32は、赤外線反射領域30の下端で可視光反射部32aが無く、可視光反射領域34の上端位置で、幅方向の全面が可視光反射部32aとなるように、赤外線反射領域30から可視光反射領域34に向かって、幅方向における可視光反射部32aの面積(幅方向の数)が漸増するのが好ましい。なお、前述のように、可視光反射領域が、可視光を選択的に反射しない部分を有する場合には、全面は、可視光反射領域における可視光反射部の面積率に置き換える。
次いで、調製した液晶組成物を反射層24の形成面に塗布する。図示例においては、λ/2板26に、調製した液晶組成物を塗布する。なお、液晶組成物の塗布は、ワイヤーバー塗布等の公知の方法で行えばよい。
ここで、液晶組成物は、一例として、緑色光を選択的に反射するコレステリック液晶層、すなわち、緑色光の波長領域に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層を形成するように、調製する。
また、感光性のキラル剤は、一例として、紫外線を照射すると、照射量に応じて、誘起するコレステリック液晶相の螺旋構造のピッチが長くなるものを用いる。すなわち、この液晶組成物は、紫外線を照射すると、照射量に応じて、形成するコレステリック液晶層の選択的な反射波長が長くなる(選択反射中心波長が長くなる)。
具体的には、図2に示す反射層24に対応して、可視光反射領域34および混在領域32の可視光反射部32aに対応する部分は紫外線を遮光し、それ以外の部分は紫外線を透過するマスクを用いて、液晶組成物に紫外線を照射する。すなわち、図2に示す反射層24に対応して、反射層24のハッチを掛けた部分に対応する位置は紫外線を遮光して、それ以外の領域は紫外線が素抜けするようなマスクパターンを有するマスクを用いて、液晶組成物に紫外線を照射する。
従って、液晶組成物が形成するコレステリック液晶層の選択的な反射波長が、赤外線を反射するコレステリック液晶層となる量の紫外線を照射することにより、液晶組成物は、紫外線を照射された領域は、赤外線を選択的に反射するコレステリック液晶層となり、マスクの遮光部によって遮光された領域は、緑色光を選択的に反射するコレステリック液晶層となる。
これにより、紫外線を照射された液晶組成物で形成される反射層24は、図2に示されるような、赤外線反射領域30、混在領域32、および、可視光反射領域34を有する反射層24を形成できる。
あるいは、液晶組成物を加熱することにより、液晶組成物をコレステリック液晶相の状態とし、さらに、必要に応じて液晶組成物に紫外線を照射して硬化することにより、反射層24を形成する。
なお、反射層24の厚さには、制限は無く、選択的に反射する可視光の波長、および、目的とする可視光の反射率等に応じて、適宜、設定すればよい。
すなわち、この反射層24は、光の反射特性が異なる3つの領域を有するが、赤外線反射領域30と混在領域32との間、および、混在領域32と可視光反射領域34との間に接合面を有さない、1枚の膜である。言い換えれば、この反射層24は、3つの光学的に異なる領域を有するが、各領域の境界に、物理的な界面を有さない1枚の膜である。
この場合には、紫外線を照射すると励起する螺旋構造のピッチが短くなる感光性のキラル剤を利用する。このようなキラル剤を含有する、紫外線の照射量に応じて、形成するコレステリック液晶層の選択的な反射波長が短くなり、かつ、赤外線を選択的に反射するコレステリック液晶層を形成する液晶組成物を調製する。この液晶組成物を反射層の形成面に塗布して、塗膜を形成する。
その上で、上述の例とは逆に、赤外線反射領域30および混在領域32における赤外線反射部32bは紫外線を遮光して、それ以外の領域は紫外線を透過するマスクを用いて、液晶組成物に紫外線を照射する。これにより、紫外線の照射部は、選択反射の波長領域を短波長化して可視光を選択的に反射するコレステリック液晶層とし、紫外線の非照射部は、赤外線を選択的に反射するコレステリック液晶層として、同様の、赤外線反射領域30、混在領域32、および、可視光反射領域34を有する反射層24を形成してもよい。
ウインドシールド10を用いるHUDでは、プロジェクターからの投影光は、P波(P偏光)をブリュースター角で内面側ガラス14に入射して、内面側ガラス14および外面側ガラス12では投影光を反射しないようにするのが好ましい。一方で、前述のように、反射層24は、円偏光を反射するコレステリック層である。
この際においては、λ/2板26は、正面(法線方向)から見た場合はλ/2板として作用するが、投影光の入射方向(ブリュースター角)から見た場合には、直線偏光を円偏光に変えるλ/4板として作用する。
従って、λ/2板26を有することにより、P波を円偏光に変えて、投影光を効率よく反射層24で反射して、画像を表示できる。
λ/2板26は、公知のλ/2板(1/2波長板)、すなわちλ/2板の正面レタデーション(Re)を有するAプレートが、各種、利用可能である。
一例として、図3に概念的に示すように、幅方向に設ける、可視光を選択的に反射する領域の数は均一にして、可視光を選択的に反射する領域の面積を、赤外線反射領域30から可視光反射領域34に向かって、漸次、大きくすることにより、赤外線反射領域30から可視光反射領域34に向かって、可視光を反射する領域の面積が漸増する混在領域32としてもよい。
例えば、可視光を反射しない非反射領域として、紫外線を選択的に反射する紫外線反射領域を有する反射層も、利用可能である。この構成によれば、外部から車内に侵入する紫外線を低減できる等の点で好ましい。
あるいは、可視光を反射しない非反射領域は、可視光のみならず、赤外線および紫外線も反射しない領域(無反射領域)であってもよい。このような非反射領域は、例えば、反射層となるコレステリック液晶層において、非反射領域におけるコレステリック液晶相の螺旋のピッチを、反射層(コレステリック液晶層)の膜厚よりも大きくすることで、形成できる。
すなわち、本発明のハーフミラーは、反射層の可視光反射領域が赤色光を選択的に反射する、赤色のモノクロ表示を行うHUDに対応するものであってもよい。あるいは、本発明のハーフミラーは、反射層の可視光反射領域が青色光を選択的に反射する、青色のモノクロ表示を行うHUDに対応するものであってもよい。
なお、以上の例においても、混在領域において可視光を選択的に反射する反射部の選択的な反射光は、可視光反射領域と同じ色の光である。
さらに、本発明のハーフミラーは、反射層として、可視光反射領域が赤色光を選択的に反射する赤色光反射層、および、可視光反射領域が青色光を選択的に反射する青色光反射層を有し、赤色光反射層と青色光反射層とを積層した、フルカラー画像の表示を行うHUDに対応するハーフミラーであってもよい。このハーフミラーにおいては、両反射層の選択反射帯域(半値幅)を広くすることで、フルカラー画像の表示に対応できる。
あるいは、本発明のハーフミラーは、反射層として、可視光反射領域が赤色光を選択的に反射する赤色光反射層、可視光反射領域が緑色光を選択的に反射する緑色光反射層および、可視光反射領域が青色光を選択的に反射する青色光反射層を有し、赤色光反射層、緑色光反射層および青色光反射層を積層した、フルカラー画像の表示を行うHUDに対応するハーフミラーであってもよい。
このような構成とすることにより、混在領域において、無駄な色のチラつきが生じることを抑制できる。
このようなハーフミラーは、一例として、各色の反射層の形成において、同じマスクパターンを有するマスクを用いて前述の紫外線の照射を行って各色の反射層を形成し、混在領域において反射部を位置合わせして、各色の反射層を積層することで、作製できる。
図5に示す反射層40も、前述の反射層24と同様、上方から、赤外線反射領域42、混在領域46、および、可視光反射領域48を有して構成される。
赤外線反射領域42は、前述の図2に示す反射層24の赤外線反射領域と同様に、全面的に赤外線を選択的に反射する。
円形の可視光反射部50は、図6に概念的に示すように、3つの同心円で形成される3つの領域に分割されている。可視光反射部50において、最も大きな円と2番目に大きな円との間に形成される最も外側の同心円帯の領域は、赤色光を選択的に反射するコレステリック液晶層で形成される赤色光反射部50Rである。可視光反射部50において、2番目に大きな円と最も小さい円との間に形成される中間の同心円帯の領域は、緑色光を選択的に反射するコレステリック液晶層で形成される緑色光反射部50Gである。さらに、最も小さい円で形成される最も内側の円形の領域は、青色光を選択的に反射するコレステリック液晶層で形成される青色光反射部50Bである。
可視光反射領域48において、円形の可視光反射部50の間隙は、赤外線を選択的に反射する
まず、前述の反射層24と同様に、青色光を選択的に反射するコレステリック液晶層となる液晶組成物を、反射層40の形成面、例えばλ/2板26の表面に塗布する。
次いで、液晶組成物に、可視光反射部50に対応する部分に、例えば黒インクで形成した円形状のパターンが形成され、それ以外の領域は紫外線が素抜けするマスクパターンを有するマスクを用いて、紫外線を照射する。
ここで、円形状のパターンは、可視光反射部50と同様に3つの同心で形成された3つの領域を有し、最も外側の同心円帯の領域は、紫外線を多く透過し、最も小さい円形の領域は紫外線を遮光し、真ん中の同心円帯の領域における紫外線の透過量は、最も外側の同心円帯の領域と最も小さい円形の領域との間となる、マスクパターンを有する。
従って、可視光反射部50に対応して、このようなマスクパターンを有するマスクを介して紫外線を照射することにより、赤色光を選択的に反射するコレステリック液晶層で形成される赤色光反射部50R、緑色光を選択的に反射するコレステリック液晶層で形成される緑色光反射部50G、および、青色光を選択的に反射するコレステリック液晶層で形成される青色光反射部50Bを有する可視光反射部50を形成できる。
また、可視光反射部50の間の部分、および、可視光反射部50が形成されない領域は、紫外線が素抜けするので、赤外線を選択的に反射するコレステリック液晶層となる。
これにより、可視光を選択的に反射する可視光反射部50が均一に配列された可視光反射領域48、上方に向かって可視光を選択的に反射する可視光反射部50の数すなわち可視光を選択的に反射する部分の面積が漸減する混在領域46、および、赤外線を選択的に反射する赤外線反射領域42を有する反射層40を形成できる。
また、図6および図7に示す反射部は、円形であるが、これ以外にも正方形、長方形、および、六角形などの多角形の反射部も利用可能である。このような反射部によれば、反射部の二次元的な配列によって、反射部間の隙間を無くして、全面で可視光を選択的に反射する可視光反射領域を形成できる。この点に関しては、可視光反射部32a等も同様である。
すなわち、本発明のハーフミラーは、可視光を選択的に反射する円形等の反射部を配列した構成でも、可視光反射領域および混在領域を形成する反射部が、例えば、赤色光および緑色光の2色を選択的に反射するものでもよく、赤色光および青色光の2色を選択的に反射するものであってもよい。
例えば、図8の左側に概念的に示すように、可視光反射領域34を、ウインドシールドの下方の幅方向の端部に部分的に形成し、可視光反射領域34と赤外線反射領域30との間に、混在領域32を設けた構成でもよい。あるいは、図8の右側に概念的に示すように、赤外線反射領域30によって面方向に内包されるように可視光反射領域34を形成し、可視光反射領域34を囲むように、混在領域32を設けた構成でもよい。
(液晶組成物1の調製)
以下に示す各成分を混合し、液晶組成物1を調製した。
・液晶化合物1(下記構造): 100質量部
・キラル剤1(下記構造): 9.8質量部
・水平配向剤1(下記構造): 0.02質量部
・水平配向剤2(下記構造): 0.05質量部
・光ラジカル開始剤1(下記構造): 4質量部
・重合禁止剤1(下記構造): 1質量部
・メチルエチルケトン(MEK): 160質量部
下記の成分を混合し、下記組成のλ/2板形成用塗布液を調製した。
・液晶化合物1 80質量部
・液晶化合物2(下記構造) 20質量部
・水平配向剤2 0.1質量部
・水平配向剤1 0.007質量部
・重合開始剤(BASF社製、IRGACURE OXE01) 1.0質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が30質量%となる量
(λ/2板(位相差層)の形成)
仮支持体として、縦1200mm×横1400mmで、厚さ100μmのPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4100)を用意した。
仮支持体の片面に、縦方向を基準(0°)に逆時計回り方向に60°の方向になるように、レーヨン布によってラビング処理(圧力:0.1kgf(0.98N)、回転数:1000rpm、搬送速度:10m/min、回数:1往復)を施した。
λ/2板形成用塗布液を乾燥した後、仮支持体を30℃のホットプレート上に置き、出力60mW/cm2の無電極ランプ(フュージョンUVシステムズ社製、Dバルブ)によって紫外線を6秒間照射することによって、液晶相を固定して、厚さ2μmのλ/2板(位相差層)を形成した。
このようにして形成したλ/2板の表面に、調製した液晶組成物1をワイヤーバーによって塗布した。
次いで、赤外線反射領域、混在領域および可視光反射領域に応じた、黒色の遮光部(黒色マスク)によるマスクパターンを有するマスクを介して、酸素雰囲気下、室温で、一定時間、紫外線を照射した。
上から700〜800mmまでの100mmの領域において、直径2mmの円形の遮光部を、上方から下方に向かって、遮光部が無い状態から、幅方向における遮光部の数が漸増して、幅方向の全面が遮光部となるように、有し、
さらに、上から800mmの位置から最下部(1200mm)までは、全面が遮光部となる、マスクパターンを有するマスクを用いた(図2参照)。
紫外線照射の光源は、フナコシ社製のUVトランスイルミネーターLM−26型を用いた。この光源が照射する紫外線の中心波長は365nmである。
また、紫外線の照射時間(上述の一定時間)は、遮光部を有さない領域における紫外線の照射量が40mJ/cm2となる時間とした。また、遮光部の黒色の濃度は、この一定時間で、遮光部を介して照射される紫外線の量が4mJ/cm2となる濃度に調節した。
その後、熱処理後の塗膜に対し、窒素雰囲気下(酸素濃度500ppm以下)、室温にて、一定時間紫外線を照射して塗膜を硬化することにより、膜厚2μmのコレステリック液晶層からなる反射層を形成した。
紫外線の光源は、HOYA CANDEO OPTRONICS社製のEXECURE3000−Wを用いた。この光源は高圧水銀灯であり、紫外線領域に輝線を持つ。
700〜800mmまでの領域は、選択反射中心波長が750nmのコレステリック液晶層と選択反射中心波長が530nmの直径2mmの円形のコレステリック液晶層とが混在し、かつ、選択反射中心波長が530nmの円形のコレステリック液晶層の面積が下方に向かって漸増する領域(混在領域)で、
800mm〜最下部(1200mm)までの領域は、全面が、選択反射中心波長が530nmのコレステリック液晶層(可視光反射領域)であった。
すなわち、この反射層は、可視光反射領域が緑色光を選択的に反射する、緑色光反射層である。
なお、本例において、円形のコレステリック液晶層の面積が漸増する領域(混在領域)とは、具体的には、マスクにおける円形の遮光部に対応して、下方に向かって、円形のコレステリック液晶層の幅方向の数、すなわち、幅方向における円形のコレステリック液晶層の合計面積が、漸増する領域である。この点に関しては、以下に示す例も同様である。
作製した緑色光反射層の上に、緑色光反射層と同様に液晶組成物1を塗布した。
次いで、緑色反射層と全く同じマスクパターンを有するマスクを介して、緑色光反射層と同様に紫外線を照射した。ただし、遮光部の黒色の濃度は、遮光部を有さない領域における紫外線照射量が40mJ/cm2となる一定時間の紫外線の照射で、紫外線の照射量が15mJ/cm2となる濃度に調節した。
これ以降は、緑色光反射層と同様にして、膜厚3μmのコレステリック液晶層からなる反射層を形成した。
700〜800mmまでの領域は、選択反射中心波長が750nmのコレステリック液晶層と、選択反射中心波長が650nmの直径2mmの円形のコレステリック液晶層とが混在し、かつ、選択反射中心波長が650nmの円形のコレステリック液晶層の面積(幅方向の数)が下方に向かって漸増する領域(混在領域)で、
800mm〜最下部(1200mm)までの領域は、選択反射中心波長が650nmのコレステリック液晶層(可視光反射領域)であった。
すなわち、この反射層は、可視光反射領域が赤色光を選択的に反射する、赤色光反射層である。
このようにして、λ/2板の上に、緑色光反射層および赤色光反射層の2層の反射層を設けたハーフミラーを作製した。
縦1200mm×横1400mm、厚さ2mmのガラス板に、中間膜としてOCAテープ(日栄化工社製、MHM−UVC15)を貼着した。『OCA』は『Optical Clear Adhesive』の略である。
次いで、この中間膜に、作製したハーフミラーを、反射層がガラス面側になるように、ローラを用いて貼着した。
次いで、λ/2板に貼着されている仮支持体を剥離した。その後、λ/2板に、中間膜として、縦1200mm×横1400mmに切断した、厚さが0.38mmのポリビニルブチラールフィルム(積水化学社製)を貼着した。さらに、ポリビニルブチラールフィルムの上に、縦1200mm×横1400mm、厚さ2mmのガラス板を貼着して、積層体を作製した。
なお、この積層体の作製においては、ハーフミラーのλ/2板のラビング方向が、OCAテープを貼着したガラス板側から見て、ガラス板の短辺方向を基準に逆時計回り方向に60°の方向になるようにし、かつ、ウインドシールドの最上部から下方に700mmまでの領域が赤外線反射領域となり、ウインドシールドの最下部から上方に400mmまでの領域が可視光反射領域となり、上部から700〜800mmの範囲は混在領域となるように、ハーフミラーを貼着した。
実施例1と同様の仮支持体に、実施例1と同じ緑色光反射層を形成して、ハーフミラーを作製した。
このハーフミラーを用いた以外は、実施例1と同様にウインドシールドを作製した。
実施例1と同様の仮支持体に、実施例1と同様にλ/2板を形成した。
このλ/2板に、実施例1の緑色光反射層と同様に液晶組成物1を塗布した。
次いで、実施例1と全く同じマスクパターンを有するマスクを介して、実施例1の緑色光反射層と同様に紫外線を照射した。ただし、遮光部の黒色濃度は、遮光部を有さない領域における紫外線照射量が40mJ/cm2となる一定時間の紫外線の照射で、紫外線の照射量が0J/cm2となる濃度に調節した。
これ以降は、実施例1の緑色光反射層と同様にして、膜厚2μmのコレステリック液晶層からなる反射層を形成した。
700〜800mmまでの領域は、選択反射中心波長が750nmのコレステリック液晶層と選択反射中心波長が450nmの直径2mmの円形のコレステリック液晶層とが混在し、かつ、選択反射中心波長が450nmの円形のコレステリック液晶層の面積(幅方向の数)が下方に向かって漸増する領域(混在領域)で、
800mm〜最下部(1200mm)までの領域は、全面が選択反射中心波長が450nmのコレステリック液晶層(可視光反射領域)であった。
すなわち、この反射層は、可視光反射領域が青色光を選択的に反射する、青色光反射層である。
このようにして、λ/2板の上に、青色光反射層および赤色光反射層の2層の反射層を設けたハーフミラーを作製した。
このハーフミラーを用いた以外は、実施例1と同様にウインドシールドを作製した。
縦1200mm×横1400mmで、ウインドシールドの最上部から下方に700mmまでの領域は遮光部を有さず、700mmから下の領域に、直径173μmの円形の黒色の遮光部を配列したマスクパターンを有するマスクを用意した。
具体的には、遮光部の黒色濃度は、遮光部を有さない領域における紫外線照射量が40mJ/cm2となる一定時間の紫外線の照射で、最も外側の同心円帯の領域を透過する紫外線の照射量が15mJ/cm2となり、中間の同心円帯の領域を透過する紫外線の照射量が4mJ/cm2となり、最も内側の円形の領域を透過する紫外線の照射量が0mJ/cm2となる濃度とした。
700〜800mmまでの100mmの領域において、円形の遮光部を、遮光部が無い状態から、最密充填となるように、上方から下方に向かって、遮光部の面積(幅方向の数)が漸増するように有し、
さらに、800mm〜最下部(1200mm)までは、円形の遮光部が最密充填で配列される、マスクパターンとした(図5参照)。なお、円形の遮光部を最密充填した領域における、遮光部の面積率は、78.5%であった。
このλ/2板に、実施例1の緑色光反射層と同様に液晶組成物1を塗布した。
次いで、先に用意したマスクを介して、実施例1と同様に、遮光部を有さない領域における紫外線の照射量が40mJ/cm2となる一定時間、紫外線を照射した。
その後、実施例1の緑色光反射層と同様にして、反射層を形成した。
700〜800mmまでの領域は、選択反射中心波長が750nmのコレステリック液晶層と、3つの同心円を有する円形のコレステリック液晶層とが混在し、かつ、円形のコレステリック液晶層の面積率(幅方向の数)が下方に向かって漸増する領域(混在領域)で、
800mm〜最下部(1200mm)までの領域は、3つの同心円を有する円形のコレステリック液晶層が最密充填された領域であった。円形のコレステリック液晶層が最密充填された領域における、円形のコレステリック液晶層の面積率は、78.5%であった。
3つの同心円を有する円形のコレステリック液晶層は、最も外側の同心円帯の領域は、選択反射中心波長が650nmのコレステリック液晶層(赤色光反射部)で、中間の同心円帯の領域は、選択反射中心波長が530nmのコレステリック液晶層(緑色光反射部)で、内側の円形の領域は選択反射中心波長が450nmのコレステリック液晶層(青色光反射部)であった。
このハーフミラーを用いた以外は、実施例1と同様にウインドシールドを作製した。
緑色光反射層および赤色光反射層の形成において、混在領域に対応する、直径2mmの遮光部が上方から下方に向けて漸増する領域を無くして、ウインドシールドの最上部から下方に700mmまでの領域は、全面で紫外線が素抜けし、700mm〜最下部までの領域が全面が遮光部であるマスクパターンを有するマスクを用いた以外は、実施例1と同様にハーフミラーを形成した。
このハーフミラーを用いた以外は、実施例1と同様にウインドシールドを作製した。
作製したウインドシールドについて、ギラツキ感と境界の視認性を評価した。
<ギラツキ感>
作製したウインドシールドを屋外において、鉛直方向から60°傾斜した状態で、800mm離れた位置からウインドシールドを目視した際に、ウインドの上部0〜500mmの領域におけるギラツキ感を官能評価した。
ギラツキ感が低いと感じられたものをOK、ギラツキ感が高いと感じられたものをNGと評価した。
800mm離れた位置からウインドシールドを目視して、下方の可視光を反射する領域と、上方の可視光を反射しない領域との境界を観察し、境界が目立たないものをOK、境界が目立つものをNGと評価した。
結果を下記の表に示す。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12 外面側ガラス
14 内面側ガラス
16 中間膜
20 ハーフミラー
24 反射層
26 λ/2板
30,42 赤外線反射領域
32,46 混在領域
32a,50,54 可視光反射部
32b,46b 赤外線反射部
34,48 可視光反射領域
50R,54R 赤色光反射部
50G,54G 緑色光反射部
50B,54B 青色光反射部
Claims (7)
- ウインドシールド用のハーフミラーであって、
可視光を反射しない非反射領域、コレステリック液晶層からなる可視光を選択的に反射する反射領域、および、前記非反射領域と前記反射領域との間の、可視光を反射しない非反射部とコレステリック液晶層からなる可視光を選択的に反射する反射部とが混在する混在領域、を含む反射層を有し、
前記混在領域は、前記非反射領域から前記反射領域に向かって、前記反射部の面積が漸増することを特徴とするハーフミラー。 - 前記反射層の前記非反射領域が、コレステリック液晶層からなり、紫外線または赤外線を反射する、請求項1に記載のハーフミラー。
- 前記反射層が、前記非反射領域と前記混在領域との間、および、前記混在領域と前記反射領域との間に、接合面を有さない、請求項1または2に記載のハーフミラー。
- 前記反射層の前記反射領域が、赤色光を選択的に反射する赤色光反射層、前記反射領域が緑色光を選択的に反射する緑色光反射層、および、前記反射領域が青色光を選択的に反射する青色光反射層の、少なくとも1層を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のハーフミラー。
- 前記赤色光反射層、前記緑色光反射層および前記青色光反射層のうちの、2層を有する、請求項4に記載のハーフミラー。
- 前記反射層の前記反射領域が、赤色光、緑色光および青色光の少なくとも2つの光を選択的に反射する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のハーフミラー。
- λ/2板を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のハーフミラー。
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