JPWO2021039394A1 - 光学フィルム、光学積層体、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)
(A)光学機能層と(B)ブロック層とを備える光学フィルムであって、
前記(B)ブロック層が、(B−1)熱可塑性樹脂と(B−2)紫外線硬化性樹脂とを含む樹脂組成物の硬化物を有する光学フィルム。
2)
前記(B−1)熱可塑性樹脂が、ポリビニルアセタール樹脂である上記1)に記載の光学フィルム。
3)
前記(B−1)熱可塑性樹脂が、分子量10,000以上60,000以下の熱可塑性樹脂である上記1)又は2)に記載の光学フィルム。
4)
前記(B−1)熱可塑性樹脂が、ポリビニルアセトアセタール樹脂である上記1)乃至3)のいずれか一つに記載の光学フィルム。
5)
前記(B−1)熱可塑性樹脂のブロック層中の含有量が、1質量%以上80質量%以下である上記1)乃至4)のいずれか一つに記載の光学フィルム。
6)
前記(B−2)紫外線硬化性樹脂が、(メタ)アクリロイル基を有する樹脂である上記1)乃至5)のいずれか一つに記載の光学フィルム。
7)
前記(メタ)アクリロイル基を有する樹脂がエポキシ(メタ)アクリレート樹脂である上記6)に記載の光学フィルム。
8)
前記(B)ブロック層のガラス転移温度が80℃以上300℃以下である上記1)乃至7)のいずれか一つに記載の光学フィルム。
9)
前記(A)光学機能層が、以下(A−1)〜(A−4)のいずれかである上記1)乃至8)のいずれか1つに記載の光学フィルム。
(A−1)1/2波長板、
(A−2)1/4波長板、
(A−3)1/2波長板と円偏光反射層の積層体、および
(A−4)1/4波長板と円偏光反射層の積層体
10)
前記1/2波長板または1/4波長板が、偏光軸を変換させる作用を有する層として重合性液晶層を含む上記9)に記載の光学フィルム。
11)
更に(C)支持基板を備える上記1)乃至10)のいずれか1つに記載の光学フィルム。
12)
上記1)乃至11)のいずれか1つに記載の光学フィルムに中間膜が積層された光学積層体。
13)
上記12)に記載の光学積層体とガラス板とを備える機能性ガラス。
14)
上記1)乃至11)のいずれか1つに記載の光学フィルム、上記12)に記載の光学積層体、又は上記13)に記載の機能性ガラスと、画像表示を示す表示光を出射する画像表示手段とを備えるヘッドアップディスプレイシステム。
本発明に使用される光学機能層は、入射光の偏光軸を変換する機能を有する層であれば特に限定されるものではなく、所望の偏向光を得るために適宜設計できる。例えば1/2波長板又は1/4波長板のような位相差素子、当該位相差素子の複数の積層体、又は、位相差素子と円偏光反射層との積層体を挙げることができる。具体的には(A−1)1/2波長板、(A−2)1/4波長板、(A−3)1/2波長板と円偏光反射層の積層体、又は(A−4)1/4波長板と円偏光反射層の積層体を例示することができるが、例えば光学フィルムを上記HUDシステムに使用する場合には、1/2波長板を使用するのが好ましい。
本発明の光学フィルムにおいて、ブロック層は、(B−1)熱可塑性樹脂と(B−2)紫外線硬化性樹脂とを含む樹脂組成物(以下、「ブロック層形成用樹脂組成物」ともいう)の硬化物(硬化膜)を有する。光学フィルムに熱可塑性樹脂を含有するブロック層が設けられることにより、(A)光学機能層として設けられる位相差素子を劣化因子から保護することができる。また、このようなブロック層を有する光学フィルムは、耐久性、主には耐熱性試験後の色相変化(ΔE)に優れており、当該光学フィルムを用いて合わせガラスとしたときの外観および密着性にも優れている。そのため、高い可視光透過率を維持しながら、高温雰囲気下において耐久性、特に耐熱性が高く、長期間に亘って位相差素子の位相差値の変化を抑制できる光学フィルムを提供することができる。なお、ブロック層は単層であってもよく、2以上が積層していてもよい。
(B−1)熱可塑性樹脂は、特に限定されるものではなく、加熱により成形できる程度の熱可塑性が得られる樹脂であればよい。このような熱可塑性樹脂として、例えば、ポリビニルアセタール樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、超低密度ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン酢酸ビニルコポリマー、アイオノマー樹脂、エチレンビニルアルコール共重合樹脂、エチレンアクリル酸エチル共重合体、アクリロニトリル・スチレン樹脂、アクリロニトリル・塩素化ポリスチレン・スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル・アクリルゴム・スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル・EPDM・スチレン共重合樹脂、シリコーンゴム・アクリロニトリル・スチレン共重合樹脂、セルロース・アセテート・ブチレート樹脂、酢酸セルロース樹脂、メタクリル樹脂、エチレン・メチルメタクリレートコポリマー樹脂、エチレン・エチルアクリレート樹脂、塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリ4フッ化エチレン樹脂、4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合樹脂、4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂、ポリ3フッ化塩化エチレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ナイロン4,6、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,10、ナイロン6,12、ナイロン12、ナイロン6T、ナイロン9T、芳香族ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、非晶性コポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン樹脂、ポリフロロアルコキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、生分解樹脂、バイオマス樹脂等を例示することができる。熱可塑性樹脂は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
(B)ブロック層は、(B−2)紫外線硬化性樹脂を有する。紫外線硬化性樹脂とは、例えば、ビニル基、ビニルエーテル基、アリル基、マレイミド基、(メタ)アクリロイル基等を有する樹脂が挙げられる。そのなかでも、反応性および汎用性の観点から、紫外線硬化性樹脂は(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、例えば(メタ)アクリレート化合物が好ましい。紫外線硬化性樹脂は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
本発明の光学フィルムにおいて、(A)光学機能層の一方の面のみに(B)ブロック層が設けられる場合、光学機能層の他方の面は、フィルム状の(C)支持基板であることが好ましい。このような支持基板は、表示画像の視認性を保つために、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380〜780nmの非偏光透過率が50%以上であればよく、70%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。ここで、非偏光透過率とは、光の振動に規則性がない光の透過率、すなわち自然光の透過率を意味する。また、支持基板は、着色されていてもよいが、着色されていないか、着色が少ないことが好ましい。さらに、支持基板の屈折率は1.2〜2.0であることが好ましく、1.4〜1.8であることがより好ましい。支持基板の厚さは、用途に応じて適宜選択すればよく、好ましくは5μm〜1000μmであり、より好ましくは10μm〜250μmであり、特に好ましくは15μm〜150μmである。
次に、本発明の光学フィルムを作製する方法の一例を説明する。このような方法としては、例えば、光学機能層を構成する位相差素子を作製するための材料として重合性基を有するネマチック液晶モノマーを溶剤に溶解させ、次いで光重合開始剤を添加する。このような溶剤は、使用する液晶モノマーを溶解できれば、特に限定されるものではないが、例えば、シクロペンタノン、トルエン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられ、シクロペンタノンおよびトルエン等が好ましい。その後、この溶液を支持基板として用いられるTACフィルム等のプラスチック基板上に厚みができるだけ均一になるように塗布し、加熱により溶剤を除去させながら、プラスチック基板上で液晶となって配向するような温度条件で一定時間放置させる。このとき、プラスチック基板表面を塗布前に所望とする配向方向にラビング処理、あるいは偏光照射により光配向性を発揮する光配向材料をプラスチック基板表面に成膜し偏光照射する等の配向処理をしておくことで、液晶の配向をより均一にすることができる。これにより、1/2波長板、1/4波長板、円偏光反射層等の位相差素子の遅相軸を所望とする角度に制御し、かつ、位相差素子のヘイズ値を低減することが可能となる。次いでこの配向状態を保持したまま、高圧水銀灯等でネマチック液晶モノマーに紫外線を照射し、液晶の配向を固定化させることにより、所望とする遅相軸を有する位相差素子を得ることができる。
本発明の光学積層体は、上述した光学フィルムに中間膜が積層されている。中間膜は、熱可塑性樹脂の樹脂フィルムであることが好ましく、ポリビニルブチラールのフィルムであることが特に好ましい。中間膜は1枚であっても、複数枚であってもよいが、2枚の中間膜によって光学フィルムが挟持された構造を有する光学積層体が好ましい。
中間膜としては、熱可塑性樹脂を用いることができ、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ことが好ましい。このような車載用中間膜としては、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)、エチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂(EVA)、またはシクロオレフィンポリマー(COP)が挙げられる。これらの樹脂で作製された中間膜は、合わせガラス用中間膜として汎用的であるために好ましい。また、中間膜の厚さは、後述するHUDシステムに光学積層体を適用する際、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。
本発明の機能性ガラスは、上述の光学積層体とガラス板とを備える。ガラス板は1枚であっても、複数枚であってもよいが、2枚のガラス板によって光学積層体が挟持された構造を有する機能性ガラスが好ましい。このような機能性ガラスは、HUDシステムにおける表示媒体として好適に用いられる。
本発明の光学フィルムは、当該光学フィルムを用いて合わせガラスとしたときの密着性および外観にも優れるため、ヘッドアップディスプレイシステムの使用に好適である。図1に本発明のHUDシステムの一実施形態を示す。図1に示されるHUDシステムは、表示画像を示す表示光をP偏光にして出射する表示器2と、表示器2から出射された表示光を反射する反射鏡3と、表示器2から出射されたP偏光またはS偏光が入射される本発明の機能性ガラス4とを備えている。表示器2から出射されたP偏光またはS偏光を反射鏡3で反射させ、この反射された表示光をフロントガラスとして機能する本発明の機能性ガラス4に照射することにより、観察者1に光路5を介してP偏光またはS偏光が到達し、虚像として表示画像6を視認できる。なお、図1に示されるHUDシステムにおいて、表示器2から出射された表示光は、反射鏡3を介して機能性ガラス4に入射しているが、表示器2から直接機能性ガラス4に入射していてもよい。
表示器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P偏光または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、液晶表示装置(LCD)、有機ELディスプレイ(OELD)等が挙げられる。表示器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、表示器2が有機ELディスプレイである場合、例えば、図2に示すように、表示器2は、光源2AとP偏光またはS偏光を出射可能な偏光板2Bとから構成されていてもよい。また、HUDシステム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、表示器2からP偏光または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、表示器2に使用される光源も特に限定されるものではなく、レーザー光源やLED光源等を使用することができる。また、光学機能層を構成する位相差素子の中心反射波長を、上記の光源の発光スペクトルに対応するように設定することで、より効果的に表示画像を鮮明することができる。
本発明のHUDシステムは、必要に応じて反射鏡を備えていてもよい。反射鏡は、表示器からの表示光を光学積層体に向けて反射することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、平面鏡、凹面鏡などから構成される。反射鏡として凹面鏡を用いた場合、凹面鏡は、表示器からの表示光を所定の拡大率で拡大することも可能である。
<塗布液(液晶組成物)の調製>
表1に示す組成を有する塗布液Aを調製した。
表2に示す組成を有する紫外線硬化樹脂組成物(ブロック層形成用樹脂組成物)の塗布液Bを調製した。
調製した塗布液Aを用い、下記の手順にてそれぞれ光学フィルムを作製した。また、支持基板としてのプラスチック基板は、特開2002−90743号公報の実施例1に記載された方法で予めラビング処理されたTACフィルム(厚さ80μm)を使用した。
(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。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、液晶相を固定して、TACフィルム上に重合性液晶層を積層した1/2波長板を作製した。
(3)1/2波長板の重合性液晶層側に、乾燥後にそれぞれ得られるブロック層の厚さが3.0μmになるように、ブロック層形成用樹脂組成物である塗布液Bを、室温で、ワイヤーバーを用いて塗布した。
(4)得られた塗膜を、80℃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、1/2波長板の重合性液晶層側にブロック層を積層させた。こうして、1/2波長板の一方の面にブロック層を有し、1/2波長板の一方の面が支持基板(TACフィルム)である光学フィルムを作製した。得られた光学フィルムをパラレルに配置した偏光板の間に置き、島津製作所製「紫外・可視・近赤外分光光度計UV−3600」により偏光変換されるときの透過率を測定し、更には透過率が最小となる波長、すなわち偏光変換(性能)が最大となる波長を測定した。測定した結果、光学フィルムの偏光変換(性能)が最大となる波長は545nmであった。
厚さが0.38mmであり、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ポリビニルブチラール樹脂製の透明な中間膜を2枚用い、作製した光学フィルムをポリビニルブチラールフィルムの中間膜の間に配置した。次いで、光学フィルムと2枚の中間膜とをラミネーターにて加圧圧着することにより、光学積層体を作製した。
1枚の厚さが2mmのガラス板2枚の間に、作製した光学積層体を配置し、次いで、下記方法にて、加圧・加熱することにより、機能性ガラスを作製した。
実施例2〜8、比較例1〜3に係る光学フィルム、光学積層体および機能性ガラスは、表2における(B−1)熱可塑性樹脂を、表3に示す熱可塑性樹脂に変更した以外は、実施例1と同様にして製造した。なお、比較例1はブロック層を有さず、また比較例2、3はブロック層中に熱可塑性樹脂を有さない構成である。比較例3の機能性ガラスについて、実施例1と同様にして全光線透過率を測定したところ88.5%であった。
光学フィルムから機能性ガラスを作製したときの偏光変換における最小波長を測定し、その差をオートクレーブ加工による波長シフト量S1(nm)として算出した。結果は表3に示すとおりであった。なお、オートクレーブ加工による波長シフト量S1(nm)は以下により求めた値である。
実施例及び比較例で得られた機能性ガラスを120℃の高温雰囲気下に1200時間投入し、投入前後の波長シフトを測定した。結果は表3に示すとおりであった。なお、位相差値の変化の程度を示す耐久試験による波長シフト量S2(nm)は以下により求めた値である。
C領域において50mm×50mmの寸法で実施例1〜8、比較例1〜3に係る光学フィルム測定用試験片を切り出し、分光測色計コニカミノルタ社製CM−3600Aを用い、フィルム平面の法線と入射光が一致するように試験片をセットし、試験片上の任意の箇所の色度a*、色度b*、明度L*を、測定径Φ8mmのターゲットマスク条件下で、透過光にて測定した。その後測定箇所の中心から20mm以上あけるように試験片を移動させて同様の測定を4回繰り返し、5回の平均値からC領域の色度a*、色度b*、明度L*をそれぞれ、a*C、b*C、L*C、とした。同様の測定をE領域についても実施し、5回の平均値からE領域の色度a*、色度b*、明度L*をそれぞれa*E、b*E、L*E、とし、色相変化ΔEはC領域とE領域の色度a*、色度b*、明度L*の組み合わせで式(V)〜(VIII)を用いて算出した。得られた色相変化ΔEの結果は表3に示すとおりであった。なお、色相変化試験は、耐熱促進試験機を用い、100℃−dryの条件下で1200時間行った。
Δa*=a*C−a*E・・・(VI)
Δb*=b*C−b*E・・・(VII)
ΔE=((ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2)1/2・・・(VIII)
機能性ガラスをヘイズメーターで測定し、評価した。結果は表3に示すとおりであった。
密着性はパンメル試験により評価した。具体的には、機能性ガラスを−18℃±0.6℃の温度で16時間冷凍機に投入したのち、機能性ガラスの中央部(縦150mm×横150mmの部分)を0.45kgのヘッドを有するハンマーで打って、ガラスの粒径が6mm以下になるまで粉砕した。ガラスが部分剥離した後のブロック層の露出度をパンメル値で判定した。求めたパンメル値より下記の基準で評価し、「△」以上を合格とした。結果は表3に示すとおりであった。
△:ハンマーで打った後に剥れはないが、手で剥がそうとすると剥がすことができる
×:ハンマーで打った後に剥れがある
機能性ガラスを透かして観察しときと光を反射させてみたときの光学歪みの有無を目視により評価した。像に歪みが観察されない場合を「○」、僅かに像に歪みが観察された場合を「△」、像に歪みが観察された場合を「×」とそれぞれ評価し、「△」以上を合格とした。結果は表3に示すとおりであった。
・BL−1:ポリビニルブチラール樹脂(積水化学工業社製、製品名「エスレックBL−1」)
・BM−S:ポリビニルブチラール樹脂(積水化学工業社製、製品名「エスレックBM−S」)
・BL−S:ポリビニルブチラール樹脂(積水化学工業社製、製品名「エスレックBL−S」)
・MD−1480:ポリエステル樹脂(東洋紡社製、製品名「バイロナールMD−1480」)
・MD−2000:ポリエステル樹脂(東洋紡社製、製品名「バイロナールMD−2000」
・UR−1700:ポリエステルウレタン樹脂(東洋紡社製、製品名「バイロンUR1700」)
・LIR−403:イソプレン樹脂(クラレ社製、製品名「クラプレンLIR−403」)
・PET30:ペンタエリスリトールトリアクリレート(日本化薬社製、製品名「KAYARAD PET30」)
・UX−4101:ウレタン樹脂(日本化薬社製、製品名「KAYARAD UX−4101」)
2:表示器
2A:光源
2B:偏光板
3:反射鏡
4:機能性ガラス
5:光路
6:表示画像
10:光学フィルム
101:光学機能層
102:ブロック層
20:光学積層体
201:中間膜
30:機能性ガラス
301:ガラス板
Claims (14)
- (A)光学機能層と(B)ブロック層とを備える光学フィルムであって、
前記(B)ブロック層が、(B−1)熱可塑性樹脂と(B−2)紫外線硬化性樹脂とを含む樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする光学フィルム。 - 前記(B−1)熱可塑性樹脂が、ポリビニルアセタール樹脂である請求項1に記載の光学フィルム。
- 前記(B−1)熱可塑性樹脂が、分子量10,000以上60,000以下の熱可塑性樹脂である請求項1又は2に記載の光学フィルム。
- 前記(B−1)熱可塑性樹脂が、ポリビニルアセトアセタール樹脂である請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学フィルム。
- 前記(B−1)熱可塑性樹脂のブロック層中の含有量が、1質量%以上80質量%以下である請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学フィルム。
- 前記(B−2)紫外線硬化性樹脂が、(メタ)アクリロイル基を有する樹脂である請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学フィルム。
- 前記(メタ)アクリロイル基を有する樹脂がエポキシ(メタ)アクリレート樹脂である請求項6に記載の光学フィルム。
- 前記(B)ブロック層のガラス転移温度が80℃以上300℃以下である請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学フィルム。
- 前期(A)光学機能層が、以下(A−1)〜(A−4)のいずれかである請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学フィルム。
(A−1)1/2波長板、
(A−2)1/4波長板、
(A−3)1/2波長板と円偏光反射層の積層体、および
(A−4)1/4波長板と円偏光反射層の積層体 - 前記1/2波長板または1/4波長板が、偏光軸を変換させる作用を有する層として重合性液晶層を含む請求項9に記載の光学フィルム。
- 更に(C)支持基板を有する請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光学フィルム。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学フィルムに中間膜が積層された光学積層体。
- 請求項12に記載の光学積層体とガラス板とを備える機能性ガラス。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学フィルム、請求項12に記載の光学積層体、または請求項13に記載の機能性ガラスと、画像表示を示す表示光を出射する画像表示手段とを備えるヘッドアップディスプレイシステム。
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