JPWO2020017544A1 - 部分旋光子、ならびにこれを用いた部分旋光フィルム、中間膜積層体、機能性ガラスおよびヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 旋光性を発現する第1の領域と、法線方向に対して旋光性を発現しない第2の領域とを含む液晶層を少なくとも1層備え、
前記第1の領域と前記第2の領域とが同一の前記液晶層内に存在することを特徴とする部分旋光子。
[2] 前記液晶層が、重合性液晶モノマーまたは液晶ポリマーを含有する液晶層形成用組成物から形成される液晶配向層である[1]に記載の部分旋光子。
[3] 前記第1の領域が、1/2波長板またはねじれネマチック液晶層である[1]または[2]に記載の部分旋光子。
[4] 前記第1の領域が、入射光の偏光面に0.8π以上1.2π以下の位相差を与える[1]〜[3]のいずれかに記載の部分旋光子。
[5] プラスチックフィルムと、
前記プラスチックフィルム上に形成された[1]〜[4]のいずれかに記載の部分旋光子と、を備える部分旋光フィルム。
[6] [1]〜[4]のいずれかに記載の部分旋光子または[5]に記載の部分旋光フィルムと、
前記部分旋光子または前記部分旋光フィルムの片面または両面に配置された中間膜と、を備える中間膜積層体。
[7] [1]〜[4]のいずれかに記載の部分旋光子、[5]に記載の部分旋光フィルムまたは[6]に記載の中間膜積層体と、
前記部分旋光子、前記部分旋光フィルムまたは前記中間膜積層体の両面に設けられた2枚のガラス板と、を備える機能性ガラス。
[8] [1]〜[4]のいずれかに記載の部分旋光子、[5]に記載の部分旋光フィルム、[6]に記載の中間膜積層体または[7]に記載の機能性ガラスを備えるヘッドアップディスプレイ。
[9] 旋光性を発現する液晶層の一部の領域を法線方向に旋光性が発現しない程度の配向状態または等方性状態に変えることにより、旋光性を発現する第1の領域と法線方向に旋光性を発現しない第2の領域とを同一の液晶層内に形成する[1]〜[4]のいずれかに記載の部分旋光子の製造方法。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る部分旋光子7は、旋光性を発現する第1の領域8と、法線方向に対して旋光性を発現しない第2の領域9とを含む液晶層を少なくとも1層備える。部分旋光子7は、旋光性を発現する第1の領域8と、旋光性を発現しない第2の領域9とを含む液晶層それ自体であってもよい。ここで、「部分旋光子」とは、部分的に旋光性を示す領域を有する旋光子を意味する。また、「法線方向」とは、部分旋光子の表面に対して垂直方向を意味する。
部分旋光フィルムは、支持基板としてのプラスチックフィルムと、プラスチックフィルム上に形成された部分旋光子とを備え、上記のように作製した液晶層から支持基板を剥離せず、そのままの状態を維持することで作製できる。図2には、本発明の一実施形態に係る部分旋光フィルム17が示されている。部分旋光子7は、プラスチックフィルム16上に設けられている。支持基板としてのプラスチックフィルム16は、例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等のプラスチックフィルムであり、好ましくは、予めラビングあるいは延伸等の配向処理を施したプラスチックフィルムである。部分旋光フィルム17は、支持基板であるプラスチックフィルム16の位相差値ができるだけ小さく、かつ旋光性を発現する第1の領域の配向方向と同じ方向に一軸延伸されたプラスチックフィルムを備えていることが好ましい。また、部分旋光フィルム17をHUDに用いる場合、表示画像の視認性を保つため、支持基板であるプラスチックフィルム16は、可視光領域において透明であることが好ましく、具体的には、波長380以上780nm以下の可視光透過率が50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましい。
液晶層形成用組成物は、重合性液晶モノマーまたは液晶ポリマーと、光重合開始剤と、溶剤と、任意に各種助剤を含有する。このような液晶層形成用組成物は、重合性液晶モノマーまたは液晶ポリマー等の液晶成分を溶剤に溶解し、得られた溶液に、光重合開始剤、および任意に助剤を添加することにより作製することができる。液晶層形成用組成物は、さらにカイラル剤を含有していてもよい。また、重合性液晶モノマー分子内にキラリティーを持たせるか、カイラル剤を添加することによって、塗膜中に含まれる液晶をねじれネマチック液晶に変換することができる。液晶層形成用組成物には、重合性ネマチック液晶モノマーと反応可能な液晶性を有しない重合性化合物をさらに添加してもよい。液晶層形成用組成物に含まれる溶剤は、使用する液晶モノマー、カイラル剤等を溶解できれば、特に限定されるものではないが、シクロペンタノンが好ましい。
部分旋光子7には必要に応じてブロック層を設けることも可能である。ブロック層は、部分旋光子7の片面または両面に設けられる層であり、樹脂組成物から形成される塗膜を乾燥または硬化させることにより得られる硬化膜である。プラスチックフィルムを備える部分旋光フィルムにブロック層を設ける場合は、プラスチックフィルムを有する部分旋光フィルムの面とは反対側の面にブロック層を設けることが好ましい。部分旋光子7は、車載用中間膜と接した状態で、高温環境下、例えば自動車のフロントガラスの使用環境下等に置かれることにより、旋光性を発現する第1の領域8の位相差値が低下することがある。これは、車載用中間膜に含まれる可塑剤等の影響によるものと考えられる。ブロック層は、部分旋光子7と車載用中間膜との間に配置されることが好適である。ブロック層を用いることにより、車載用中間膜等の劣化原因となり得る層と部分旋光子7とが直接接触することが防止され、その結果、部分旋光子7の位相差値の低下を抑制することができる。
中間膜積層体は、部分旋光子または部分旋光フィルムと、部分旋光子または部分旋光フィルムの片面または両面に配置された中間膜とを備える。中間膜積層体は、部分旋光子または部分旋光フィルムを、1枚の中間膜で片側、または2枚の中間膜によって両側をラミネートすることで得ることができる。図3には、本発明の一実施形態に係る中間膜積層体12が示されている。中間膜積層体12は、部分旋光子7が2枚の中間膜11でラミネートされている。中間膜11としては、一般的に用いられている車載用中間膜を用いることができる。中間膜11は、例えば、ポリビニルブチラール系樹脂(PVB)、ポリビニルアルコール樹脂(PVA)またはエチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂(EVA)である。このような中間膜は、合わせガラス用中間膜として汎用的に使用される。
機能性ガラスは、部分旋光子または部分旋光フィルムまたは中間膜積層体と、部分旋光子または部分旋光フィルムまたは中間膜積層体の両面に設けられた2枚のガラス板とを備える。図4に示されるように、本発明の一実施形態に係る機能性ガラス14は、中間膜積層体12が2枚のガラス板13で挟持されている。機能性ガラス14は、中間膜積層体12の両面に2枚のガラス板を高温・高圧にて圧着することにより得ることができる。ガラス板は、機能性ガラスを建築用窓、自動車用の合わせガラスとして利用してもガラス越しの景色が十分に視認可能な透明性を有していれば特に限定されない。また、ガラス板の厚み、形状等も、表示光の反射に影響を与えない範囲であれば、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計することができる。自動車用フロントガラスとして機能性ガラスを使用する場合は、機能性ガラスの可視光透過率が70%以上となるように反射率を調整することが好ましい。ガラス板に代えて、透明で光学異方性の無いプラスチック板を用いることもできる。
ヘッドアップディスプレイは、部分旋光子、部分旋光フィルム、中間膜積層体、または機能性ガラスを備える。ヘッドアップディスプレイは、表示画像を示す表示光を出射する画像表示手段を光源としてさらに備えることが好ましい。ヘッドアップディスプレイは、画像表示手段からの表示光が、S偏光の偏光状態で、機能性ガラスに適切な角度で入射するように構成されていることが好ましい。
機能性ガラス4としては、上述した機能性ガラスを用いることができる。機能性ガラス4における部分旋光子の第1の領域が1/2波長板として機能する場合は、機能性ガラス4は、入射するS偏光の入射角に応じて、部分旋光子7の旋光性を発現する第1の領域の遅相軸とのなす角θが以下の範囲になるように配置されることが好ましい。
画像表示手段2は、最終的に機能性ガラス4に到達するまでに、所望とするS偏光を出射することができれば、特に限定されるものではないが、例えば、液晶プロジェクターのような液晶表示装置(LCD)、有機ELディスプレイ(OLED)等が挙げられる。画像表示手段2が液晶表示装置である場合、出射光は通常直線偏光となっているため、そのまま用いることができる。一方、画像表示手段2が有機ELディスプレイである場合、出射口の近くに偏光板を配置することにより出射光を直線偏光とすることができる。また、ヘッドアップディスプレイを自動車に使用する場合、液晶表示装置、有機ELディスプレイは、例えばダッシュボードのような光出射口に偏光板、1/2波長板等の光学部材を配置して、画像表示手段2からS偏光が出射できるように調整することも可能である。また、画像表示手段2に使用される光源も特に限定されるものではなく、レーザー光源、LED光源等を使用することができる。
偏光板15は、画像表示手段2から出射された表示光をS偏光に変換する機能を有していれば特に限定されない。また、偏光板15は、画像表示手段2から出射された表示光が機能性ガラス4に至るまでの経路であれば任意の位置に配置されていてもよく、画像表示手段2と反射鏡3の間に配置されていてもよい。画像表示手段2から出射される表示光がS偏光である場合は、偏光板15は使用しなくてもよい。
<部分旋光子の作製>
表1に示す組成を有する液晶組成物である塗布液(A)を調製した。
(2)得られた塗膜を、50℃にて2分間加熱して溶剤を除去するとともに、液晶相とした。
(3)次いで、ホットプレートを用い、フィルムの四辺の端部から約2cmの位置までの外周部を140℃に加熱した。
(4)フィルムの外周部を140℃に加熱したままの状態で上部から高圧水銀灯(ハリソン東芝ライティング社製)を120Wの出力で5〜10秒間UV照射し、液晶相を固定して、TACフィルム上に、部分的に1/2波長板として機能する液晶層を備える部分旋光子を形成し、部分旋光フィルムを作製した。
表2に示す組成を有するブロック層形成用組成物である塗布液(B)を調製した。
(2)得られた塗膜を、40℃にて1分間加熱して溶剤を除去し、次いで、高圧水銀ランプ(ハリソン東芝ライティング社製)を120W出力、5〜10秒間UV照射し、樹脂を硬化してブロック層を有する部分旋光子を作製した。
可塑剤としてトリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエートを含有した厚さが0.38mmの透明なポリビニルブチラール中間膜を2枚用いた。ブロック層を有する部分旋光子を2枚のポリビニルブチラール中間膜の間に配置し、次いで、ラミネーターにて加圧圧着することにより、中間膜積層体を作製した。
厚さが2mm、10cm角の透明なガラス板上に、上記で作製した中間膜積層体を重ね、さらに同じ透明なガラス板をもう一枚重ねた。次にガラス板のエッジ部からはみ出した中間膜積層体の余分な部分を剃刀により切断・除去した。これをゴムバッグで包み、90℃に加熱したオートクレーブ中で10分間脱気し、予備接着した。これを室温まで冷却後、ゴムバッグから取り出し、再度、オートクレーブ中で135℃、12kg/cm2の高圧下で30分間加熱・加圧し、中間膜積層体を挿入した機能性ガラスを作製した。
図5に示すような配置でヘッドアップディスプレイを作製した。画像表示手段2としては市販の液晶プロジェクターを使用した。画像表示手段2から出射される表示光が、S偏光として機能性ガラス4に向かって出射されるように偏光板15(SHC−13U、ポラテクノ社製)を設置した。反射鏡3は市販の鏡を用いた。機能性ガラス4を、出射されるS偏光に対して、部分旋光子の遅相軸が40°となるように配置した。次に、画像表示手段2から偏光板15を介して出射されたS偏光の入射角が、ガラスのブリュースター角(約56°)になるように機能性ガラス4の位置を調整した。
上記部分旋光子の作製において、(3)の工程で外周部を加熱しない以外は実施例1と同様の手順で旋光子(1/2波長板)を作製した。得られた旋光子(1/2波長板)を6cm角にカットし、実施例1と同様の操作により2枚の中間膜の間に配置して中間膜積層体を作製し、次いで、得られた中間膜積層体が2枚のガラス板の間の中央部に挿入された合わせガラスを作製した。
2 画像表示手段
3 反射鏡
4 機能性ガラス
5 光路
6 虚像
7 部分旋光子
8 第1の領域
9 第2の領域
10 境界線
11 中間膜
12 中間膜積層体
13 ガラス板
14 機能性ガラス
15 偏光板
16 プラスチックフィルム
17 部分旋光フィルム
20 ヘッドアップディスプレイ
Claims (9)
- 旋光性を発現する第1の領域と、法線方向に対して旋光性を発現しない第2の領域とを含む液晶層を少なくとも1層備え、
前記第1の領域と前記第2の領域とが同一の前記液晶層内に存在することを特徴とする部分旋光子。 - 前記液晶層が、重合性液晶モノマーまたは液晶ポリマーを含有する液晶層形成用組成物から形成される液晶配向層である請求項1に記載の部分旋光子。
- 前記第1の領域が、1/2波長板またはねじれネマチック液晶層である請求項1または2に記載の部分旋光子。
- 前記第1の領域が、入射光の偏光面に0.8π以上1.2π以下の位相差を与える請求項1〜3のいずれか1項に記載の部分旋光子。
- プラスチックフィルムと、
前記プラスチックフィルム上に形成された請求項1〜4のいずれか1項に記載の部分旋光子と、
を備える部分旋光フィルム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の部分旋光子または請求項5に記載の部分旋光フィルムと、
前記部分旋光子または前記部分旋光フィルムの片面または両面に配置された中間膜と、
を備える中間膜積層体。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の部分旋光子、請求項5に記載の部分旋光フィルム、または請求項6に記載の中間膜積層体と、
前記部分旋光子、前記部分旋光フィルムまたは前記中間膜積層体の両面に設けられた2枚のガラス板と、
を備える機能性ガラス。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の部分旋光子、請求項5に記載の部分旋光フィルム、請求項6に記載の中間膜積層体、または請求項7に記載の機能性ガラスを備えるヘッドアップディスプレイ。
- 旋光性を発現する液晶層の一部の領域を法線方向に旋光性が発現しない程度の配向状態または等方性状態に変えることにより、旋光性を発現する第1の領域と法線方向に旋光性を発現しない第2の領域とを同一の液晶層内に形成する請求項1〜4のいずれか1項に記載の部分旋光子の製造方法。
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