JPWO2021049295A1 - 画像表示システム及びヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層（２）及び少なくとも１つの透明樹脂基材（３）を含む光学積層体（１）と、前記光学積層体（１）にＳ偏光を出射する表示画像投影手段（１０１）と、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部、又は入射した光の偏光方向を９０°変換し、Ｓ偏光を遮断するＳ偏光制御部を有する偏光制御部（１０，１０’）と、を備え、前記光学積層体（１）で反射したＳ偏光が前記偏光制御部（１０，１０’）に入射される画像表示システム（１００）に関する。

Description

本発明は、外部からの入射光に対する防眩効果を確保しつつ、鮮明な表示画像の視認を実現できる画像表示システム及びそれを備えるヘッドアップディスプレイシステムに関する。

自動車、航空機等の運転者に情報を表示する方法として、ナビゲーションシステムやヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」ともいう）システム等が用いられている。ＨＵＤは液晶表示体（以下、「ＬＣＤ」ともいう）等の画像投影手段から投射された画像を、例えば自動車のフロントガラス等に投影するシステムである。

画像表示手段から出射した出射光は、反射鏡にて反射し、さらにフロントガラスで反射した後、観察者へ到達する。観察者はフロントガラスに投影された画像を見ているが、画像はフロントガラスよりも遠方の画像位置にあるように見える。この方法では、運転者はフロントガラスの前方を注視した状態でほとんど視線を動かすことなく、様々な情報を入手することができるため、視線を移さなければならなかった従来のカーナビゲーションに比べ安全である。

ＨＵＤには、表示情報を実際にフロントガラスから見える景色に重ねて投影されるため、視界を遮ることなく、明るく見やすい画像が表示されることが望ましい。そのためには、前景が十分に見える透過性と、ＨＵＤによる表示画像が十分に見える反射性とを兼ね備える必要がある。しかしながら、表示光はフロントガラスの室内側と室外側の２つの表面で反射されるため、反射像が二重像となり、表示情報が見づらいという問題があった。

この問題に対して、偏光方向を９０°変えることができる旋光子を自動車用フロントガラスに用いることにより、反射像が二重像になるという問題を改善できることが知られている。例えば、特許文献１には、フィルム状の旋光子を内部に具備する自動車用フロントガラスにＳ偏光の表示光をブリュースター角で入射した場合には、車内側のフロントガラスの表面でＳ偏光の一部を反射させ、当該表面を透過したＳ偏光を旋光子によりＰ偏光に変換し、さらに車外側のフロントガラスの表面でＰ偏光の全てを車外に出射して二重像の発生を防ぐことが開示されている。また、特許文献１には、自動車用フロントガラスにＰ偏光の表示光をブリュースター角で入射した場合には、車内側のフロントガラスの表面ではＰ偏光を反射させず、当該表面を透過したＰ偏光を旋光子によりＳ偏光に変換し、かつ、車外側のフロントガラスの表面でＳ偏光のほぼ全てを反射させ、再度旋光子によりＳ偏光をＰ偏光に変換させて二重像の発生を防ぐことが開示されている。

路面等からの反射光による眩しさの低減のために、サングラスを用いる場合がある。一般に、路面での反射光は偏光になる性質があるため、これらの反射光に対しては偏光サングラスの使用が有効である。しかしながら、偏光サングラスは、その防眩機能から、一般的にＳ偏光成分をカットするように構成されている。そのため、視認者が偏光サングラスを着用した場合には、表示光の主成分がＳ偏光であると、偏光サングラスに表示光が透過する際に、その表示光の輝度（表示輝度）が大きく低下する。よって、視認者が偏光サングラスを着用するか否かによって虚像の見え方が大きく変わってしまうことから、視認者に違和感を与えることが懸念される。

特許文献２には、コレステリック液晶層が２枚の１／４波長板で挟持されるように積層された光制御フィルムを備える機能性ガラスを自動車用フロントガラスに用いた場合、偏光サングラスを着用しても高い視認性が得られることが開示されている。具体的には、このような機能性ガラスにＰ偏光の表示光をブリュースター角で入射させた後、透過光を車内側の１／４波長板で円偏光に変換し、さらに円偏光をコレステリック液晶層で反射させ、一方で、コレステリック液晶層で反射しなかった透過光を車外側の１／４波長板で再度Ｐ偏光に変換して車外に出射して二重像の発生を防ぐことが開示されている。しかしながら、この方法ではＰ偏光から円偏光への変換を要するため、その変換効率によっては輝度が十分ではない場合がある。そのため、より鮮明な表示画像の視認性が求められる。

特許文献３には、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の両方を含む光源光を用いて画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置において、フロントガラスに配置した位相差板のリタデーション値に応じて入射光が遮断される遮断軸を調整する偏光サングラスを用いることが開示されている。しかしながら、この方法によると、遮断軸を厳密にコントロールしなければ十分な防眩効果を得ることが困難であり、二重像の発生も懸念される。

一方、車体のフロントガラスには通常無機ガラスが用いられているが、近年、軽量化による燃費低減、周囲部品との一体形成性、デザイン性の観点から樹脂化が求められている。フロントガラスの樹脂化の際には中間膜を介した合わせガラスの構成ではなく、一枚の透明樹脂基材が主な構成部材となると予想される。この場合にも二重像の改善が要求されている上、変換効率の影響を受けた輝度の低下、省エネルギーについて更なる改善が要求されている。

特開平６−４０２７１号公報 国際公開第２０１６／０５６６１７号 特開２０１５−２２５２３６号公報

本発明は、外部からの入射光に対する防眩効果を確保しつつ、鮮明な表示画像の視認を実現できる画像表示システム及びこれを用いたヘッドアップディスプレイシステムを提供するものである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、Ｓ偏光を表示媒体で反射させて表示画像を視認する画像表示システムにおいて、入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層を有する光学積層体を表示媒体として使用し、さらに、所定の偏光制御機能を有する偏光制御部を設けることにより、二重像の発生を抑制しつつ、外部から入射される路面での反射光等が視認者への到達することを遮断し、十分な防眩効果及び鮮明な表示画像の視認を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、以下１）〜１３）に関するものである。
１）
（Ａ）（ａ−１）入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層、及び（ａ−２）少なくとも１つの透明樹脂基材を含む光学積層体と、
（Ｂ）前記光学積層体にＳ偏光を出射する表示画像投影手段と、
（Ｃ）（ｃ−１）Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部、又は（ｃ−２）入射した光の偏光方向を９０°変換し、Ｓ偏光を遮断するＳ偏光制御部を有する偏光制御部と、を備え、
前記光学積層体で反射したＳ偏光が前記偏光制御部に入射されるヘッドアップディスプレイ用画像表示システム。
２）
前記光学層が１／２波長板である、上記１）に記載の画像表示システム。
３）
前記光学積層体が、さらに（ａ−３）少なくとも１つのガラス板を有する、上記１）又は２）に記載の画像表示システム。
４）
前記偏光制御部がＳ偏光制御部を有する、上記１）乃至３）のいずれか一つに記載の画像表示システム。
５）
前記Ｓ偏光制御部が、（ｃ−２ａ）入射した光の偏光方向を９０°変換させる位相差フィルムを有する、上記４）に記載の画像表示システム。
６）
前記Ｓ偏光制御部が、（ｃ−２ａ）入射した光の偏光方向を９０°変換させる位相差フィルムと（ｃ−２ｂ）Ｓ偏光を遮断する偏光フィルムとを有する、上記４）に記載の画像表示システム。
７）
前記位相差フィルムが１／２波長板である、上記６）に記載の画像表示システム。
８）
前記Ｓ偏光制御部が、前記位相差フィルムと前記偏光フィルムとの積層体である、上記６）又は７）に記載の画像表示システム。
９）
前記位相差フィルムと前記偏光フィルムが、観察者を基準として外側からこの順序で配置されている、上記６）乃至８）のいずれか一つに記載の画像表示システム。
１０）
前記偏光制御部がアイウェアに備えられている、上記１）乃至９）のいずれか一つに記載の画像表示システム。
１１）
前記偏光制御部が自動車内バイザーに備えられている、上記１）乃至９）のいずれか一つに記載の画像表示システム。
１２）
前記位相差フィルムが自動車内バイザーに備えられ、前記偏光フィルムがアイウェアに備えられている、上記６）又は７）に記載の画像表示システム。
１３）
前記光学層が、ブリュースター角に傾斜した状態で入射するＳ偏光の偏光軸と前記光学層の遅相軸との角度が４５°±３°の範囲内である位置関係で配置されている、上記１）乃至１２）のいずれか一つに記載の画像表示システム。
１４）
上記１）乃至１３）のいずれか一つに記載の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステム。

本発明によれば、外部からの入射光に対する防眩効果を確保しつつ、鮮明な表示画像の視認を実現できる画像表示システム及びこれを用いたヘッドアップディスプレイシステムを提供することができる。

本発明の画像表示システムが有する光学積層体の一実施形態を示す概略図である。 本発明の画像表示システムが有する偏光制御部の一実施形態を示す概略図である。 本発明の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステムの第１の実施形態を示す概略模式図である。 図３のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、路面からの反射光が光学積層体に入射される場合の光の経路を示す概略模式図である。 本発明の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステムの第２の実施形態を示す概略模式図である。 図５のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、路面からの反射光が光学積層体に入射される場合の光の経路を示す概略模式図である。 本発明の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステムの第３の実施形態を示す概略模式図である。 図７のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、路面からの反射光が光学積層体に入射される場合の光の経路を示す概略模式図である。

以下、本発明に従う実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、下記の実施形態は、本発明のいくつかの代表的な実施形態を例示したにすぎず、本発明の範囲において、種々の変更を加えることができる。また、図面は説明を明確にするために実際の態様に比べて幅、大きさ、厚み、形状等について模式的に表しているが、これもあくまで一例である。さらには、図面は本発明の効果を説明する上で不要な部分は適宜省略しているが、その省略したことについては本発明の範囲を限定するものではない。

本発明の画像表示システムは、（Ａ）（ａ−１）入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層、及び（ａ−２）少なくとも１つの透明樹脂基材を含む光学積層体と、（Ｂ）光学積層体にＳ偏光を出射する表示画像投影手段と、（Ｃ）（ｃ−１）Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部、又は（ｃ−２）入射した光の偏光方向を９０°変換し、Ｓ偏光を遮断するＳ偏光制御部を有する偏光制御部と、を備える。光学積層体で反射したＳ偏光が偏光制御部に入射され、偏光制御部を透過したＳ偏光又はＰ偏光を介して、観察者は光学積層体に表示された画像を視認できる。そのため、光学積層体の観察者側で反射された虚像を視認することになる。一方、光学積層体を透過したＳ偏光は、光学層によってＰ偏光へと変換され、Ｐ偏光は光学積層体の外側を透過する。その結果、二重像の発生を大幅に抑制することができる。また、光学積層体の外側（観察側の反対側）から入射される路面での反射光等の外部からの光には、Ｓ偏光成分が多いため、光学層によってＰ偏光へと変換されるが、偏光制御部によって観察者への反射光の到達が遮断される。その結果、十分な防眩効果及び鮮明な表示画像の視認を実現できる。

ここで、光学積層体の観察者側とは、観察者（視認者）に近い光学積層体の一方の表面、すなわち、表示画像投影手段からのＳ偏光（以下、「表示光」ともいう）が到達する側であり、光学積層体の外側とは、観察者（視認者）から遠い光学積層体の他方の表面、すなわち、表示画像投影手段からのＳ偏光が到達せず、外部からの光が到達する側を意味する。また、後述する観察者（視認者）を基準として外側とは、偏光制御部に光学積層体からの偏光が入射する側を意味する。

（Ａ）光学積層体
本発明の画像表示システムに使用される光学積層体は、光学層と、少なくとも１つの透明樹脂基材とを備える。光学積層体は、更に少なくとも１つのガラス板を備えていてもよい。図１には、本発明の画像表示システムが有する光学積層体の一実施形態が示されており、光学積層体１は、光学層２と、光学層２の両面に配置された透明樹脂基材３とを有しており、透明樹脂基材３の両面には更にガラス板４が設けられている。光学積層体１は、例えば、光学層２の両面に各透明樹脂基材３を設け、ガラス板４で挟み高温・高圧にて圧着し、作製することができる。

（ａ−１）光学層
光学層は、入射した光の偏光方向を９０°変換させる機能、すなわち、Ｐ偏光をＳ偏光に、又はＳ偏光をＰ偏光に変換する機能を有する。このような機能を有する光学層として、旋光子、例えば位相差値が所望の波長の１／２である１／２波長板単体、複数の位相差板の積層体、例えば２枚の１／４波長板の積層体等が挙げられる。これらのうち、光学層は１／２波長板であることが好ましい。

（１／２波長板）
１／２波長板は、Ｐ偏光をＳ偏光に、又はＳ偏光をＰ偏光に変換する、すなわち偏光軸を変換する機能を持つ位相差素子であり、例えば、ポリカーボネート又はシクロオレフィンポリマーで作製されたフィルムを位相差が波長の１／２となるように一軸延伸したり、水平配向する重合性液晶を位相差が波長の１／２となるような厚さで配向させたりすることによって得ることができる。一般に、水平配向する重合性液晶を使用した１／２波長板は、偏光軸を変換させる作用を有する層としての重合性液晶層と、当該重合性液晶層を形成する塗布液が塗布される支持基板とから構成されている。このような１／２波長板の厚みの上限値は、液晶の配向性の観点から１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。一方、１／２波長板の厚みの下限値は、液晶の重合性の観点から０．３μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。光が１／２波長板の表面に対して斜めの位置から入射する場合、光の入射角によって位相差が変化する場合がある。このような場合、より厳密に位相差を適合させるため、例えば、位相差素子の屈折率を調整した位相差素子を用いることにより、入射角に伴う位相差の変化を抑制することができる。例えば、位相差素子の面内での遅相軸方向の屈折率をｎｘ、位相差素子の面内でｎｘと直交する方向の屈折率をｎｙ、位相差素子厚さ方向の屈折率をｎｚとするとき、下記式（１）で示される係数Ｎｚが、好ましくは０．３以上１．０以下、より好ましくは０．５以上０．８以下となるように制御する。

このような１／２波長板を使用した画像表示装置において、Ｓ偏光をＰ偏光に効率的に変換するために、光学積層体の表面に垂直な軸から４５°以上６５°以下に傾斜した位置から入射するＳ偏光の偏光軸と、１／２波長板の遅相軸とのなす角度θを、３５°以上４７°以下に制御することが好ましい。１／２波長板に入射するＳ偏光の入射角を４５°以上６５°以下の範囲にすることにより、Ｐ偏光の反射率を理論的に２％以下に抑制することができ、二重像の発生を抑制できる。すなわち、入射したＳ偏光は光学積層体の表面で反射し、このＳ偏光が観察者に到達する。透過したＳ偏光は１／２波長板によりＰ偏光に変換し、変換されたＰ偏光は入射側と反対側の光学積層体の空気との界面で反射されず、通過する。このように、光学積層体に入射するＳ偏光の入射角を制御することにより、二重像の発生を抑制することができる。また、角度θが３５°未満又は４７°よりも大きい場合、光学積層体に入射したＳ偏光をＰ偏光に変換する偏光軸変換性能が低く、その結果、ディスプレイ上の表示画像も暗くなってしまい、アイウェアを使用する場合にはその防眩効果を損なうおそれがある。そのため、この角度θを適切に制御することにより、１／２波長板は良好な偏光軸変換性能を示し、その結果、表示画像はより鮮明に視認できるようになる。

１／２波長板が重合性液晶層を含む場合、重合性液晶層を構成する液晶組成物が支持基板上に塗布される。このような支持基板は、１／２波長板がＨＵＤに使用される際、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３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光線透過率が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。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以上２．０以下であることが好ましく、１．４以上１．８以下であることがより好ましい。支持基板の厚みは、用途に応じて適宜選択すればよく、好ましくは５μｍ以上１０００μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以上２５０μｍ以下であり、特に好ましくは１５μｍ以上１５０μｍ以下である。

支持基板は、単層であっても２層以上の積層体であってもよい。支持基板の材料の例としては、例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、アクリル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が挙げられる。これらのなかでも、複屈折性の少ないトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリオレフィン及びアクリルなどが好ましい。

次に、上記の重合性基を有するネマチック液晶モノマーを用いて、１／２波長板を作製する方法を説明する。このような方法としては、例えば、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、シクロペンタノン及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ＰＥＴフィルム又は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、支持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、又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波長板の遅相軸を所望とする角度に制御し、かつ、１／２波長板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１／２波長板を得ることができる。

光学層として使用される１／２波長板の主な役割は、表面で反射されず透過したＳ偏光をＰ偏光に変換することである。これにより、光学積層体の外側に配置する透明基材からの反射を低減し、二重像の発生を抑制することが可能である。また、路面での反射光等の外部からの光をＰ偏光に変換することでもある。１／２波長板の波長分散性は特に制限はないが、ヘッドアップディスプレイ用途に適することが好ましく、特に、可視光領域の広い波長範囲で正確に偏光変換させるために１／２波長板は逆波長分散性を有することが望ましい。一般に高分子は複屈折の絶対値が短波長側で大きくなる正常分散をとるが、可視光の各波長の複屈折Δnの値を制御することによって長波長側で複屈折が大きくなるような液晶化合物であれば逆波長分散性が得られる。また、液晶化合物の波長分散特性に応じた適切な位相差値を有する複数の位相差板を、適切な遅相軸の組合せで積層させることによっても逆波長分散性が得られる。なお、Ｓ偏光をＰ偏光に効率的に変化するためには、光学層としての１／２波長板が、ブリュースター角に傾斜した状態で入射するＳ偏光の偏光軸と１／２波長板の遅相軸との角度が４５°±３°の範囲内である位置関係で配置されていることが好ましく、当該角度は、４５°±２°の範囲内であることがより好ましく４５°±１°の範囲内であることが更に好ましい。

（ａ−２）透明樹脂基材
光学積層体は、少なくとも１つの透明樹脂基材を有し、好ましくは２枚の透明樹脂基材を有する。この場合、光学層が２枚の透明樹脂基材で挟持されていることが好ましい。２枚の透明樹脂基材は互いに同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。透明樹脂基材は特に制限はないが、ヘッドアップディスプレイ用途に適することが好ましく、この場合、可視光透過率、ヘイズ値については一定の制約がある。例えば、可視光透過率は７０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、８０％以上であることが更に好ましく、８５％以上であることが特に好ましく、９０％以上であることが最も好ましい。また、ヘイズ値は２％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましく、０．５％以下であることが更に好ましい。また、透明樹脂基材は光学異方性を有していないことが好ましい。

透明樹脂基材の厚さは０．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。透明樹脂基材の厚さの上限は２０ｍｍであることがより好ましく、１５ｍｍであることが更に好ましい。また、透明樹脂基材の厚さの下限は０．６ｍｍであることがより好ましく、０．７ｍｍであることが更に好ましい。透明樹脂基材としては、例えば、環状ポリオレフィン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等などが挙げられる。これらのうち、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリビニルブチラールが好ましい。透明樹脂基材は、１種単独であっても２層以上の積層体であってもよい。

特に、ポリカーボネート樹脂は透明性に優れるとともに、衝撃吸収性が高く衝突時の安全性が向上し、さらに、耐衝撃性に優れ軽衝突においては破損しにくいため好ましい。ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等には、本発明の特性が損なわれない範囲で、主成分の樹脂以外の熱可塑性樹脂を配合して樹脂組成物として用いることができる。なお、光学積層体が後述するガラス板を更に備え、ガラス板によって光学積層体層を支持又は挟持する場合には、透明樹脂基材はポリビニルブチラールであることが好ましい。なお、光学積層体の片面に（ａ−３）ガラス板を配置する場合を支持、両面に配置する場合を挟持として表現する。

（ａ−３）ガラス板
光学積層体層は更にガラス板を有していてもよく、ガラス板で支持又は挟持された機能性ガラスとして使用してもよい。ガラス板は、例えば、機能性ガラスをフロントガラスとして利用しても、前方の景色が十分に視認可能な透明性があれば特に限定されるものではない。また、ガラス板の屈折率は１．２以上２．０以下であることが好ましく、１．４以上１．８以下であることがより好ましい。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。また、これらガラス板には反射面に多層膜からなる増反射膜、遮熱機能をも兼ねる金属薄膜等が設けられていてもよい。これらの膜は入射する偏光の反射率を向上させることができるが、自動車用フロントガラスとして、機能性ガラスを用いる場合は、機能性ガラスの可視光線透過率が７０％以上となるように反射率を調整することが好ましい。なお、ガラス板には、例えばウインドシールドの様な曲面形状のガラスも含まれる。

光学積層体層にガラス板に貼り合わせる方法としては、例えば、透明樹脂基材として熱可塑性樹脂を使用し、光学層を２枚の熱可塑性樹脂に挟持し、更に２枚のガラスで挟持し、高温・高圧にて圧着する方法が好ましい。この場合、熱可塑性樹脂は、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系樹脂（ＰＶＡ）又はエチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂（ＥＶＡ）が好ましく、ＰＶＢがより好ましい。２枚の透明樹脂基材の厚み、硬さは、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ＵＶカット、遮熱、遮音や調光等の機能を適宜設計することができる。また、２枚の透明樹脂基材の厚み、硬さは、互いに同じであっても異なっていてもよいが、異なっていることが好ましい。

こうして得られた機能性ガラスは、普通自動車、小型自動車、軽自動車などともに、大型特殊自動車、小型特殊自動車のフロントガラス、サイドガラス、リアガラス、ルーフガラスとして使用できる。更に、機能性ガラスは、鉄道車両、船舶、航空機の窓としても、また、建材用及び産業用の窓材としても使用できる。機能性ガラスの使用の形態については、ＵＶカット機能、遮熱機能、遮音機能及び調光機能の少なくとも１つの機能を有する部材と、積層又は貼合して用いることができる。

（Ｂ）表示画像投影手段
本発明の画像表示システムは、Ｓ偏光を出射する表示画像投影手段を備える画像表示システムに使用される表示画像投影手段は、光学積層体の表面に対する入射角がブリュースター角近傍の角度になるようにＳ偏光の表示光を出射する。ここで、ブリュースター角近傍の角度とは、光学積層体の表面に対するＳ偏光のブリュースター角をαとしたとき、光学積層体に入射するＳ偏光の入射角が、α−１０°以上α＋１０°以下の範囲であることを意味する。表示画像投影手段からのＳ偏光がブリュースター角近傍の角度で光学積層体に入射すると、多くのＳ偏光は反射し、観察者に到達するため、観察者は虚像を視認することができる。一方、光学積層体の表面で反射できずに光学積層体を透過したＳ偏光は、光学層でＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は光学積層体を透過する。その結果、光学積層体の外側からの反射が防止され、二重像の発生を抑制することができる。なお、表示画像投影手段に到達する光がＳ偏光であれば、表示画像投射手段から出射される光はＰ偏光であってもよい。この場合、出射されたＰ偏光をＳ偏光へ変換する必要があるため、例えば、光学積層体にＰ偏光が到達する前に１／２波長板を備えることが好ましい。

（Ｃ）偏光制御部
本発明の画像表示システムは、（ｃ−１）Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部、又は（ｃ−２）入射した光の偏光方向を９０°変換し、Ｓ偏光を遮断するＳ偏光制御部を有する偏光制御部を備える。Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部として、例えば、レンズ自体がＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するように偏光フィルターの吸収軸を垂直にしてレンズを作製した偏光サングラス、又は、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するように偏光フィルターの吸収軸を垂直にした偏光フィルム等が挙げられる。

Ｓ偏光制御部は、（ｃ−２ａ）入射した光の偏光方向を９０°変換させる、すなわち、Ｐ偏光をＳ偏光又はＳ偏光をＰ偏光に変換させる位相差フィルムを有することが好ましい。このような位相差フィルムとしては、例えば、１／２波長板が挙げられる。また、Ｓ偏光制御部は、位相差フィルムの他に、Ｓ偏光を遮断する偏光フィルム又はＳ偏光を遮断する偏光サングラスを有することが好ましい。Ｓ偏光を遮断する偏光フィルムとしては、例えば、吸収軸が路面からの反射光、すなわち、偏光フィルムに入射するＳ偏光の偏光軸に対して水平である偏光フィルムが挙げられる。また、Ｓ偏光を遮断する偏光サングラスとして、例えば、偏光フィルターの吸収軸が偏光フィルターに入射するＳ偏光の偏光軸に対して水平である偏光サングラスが挙げられる。これらのうち、Ｓ偏光制御部は、（ｃ−２ａ）入射した光の偏光方向を９０°変換させる位相差フィルムと（ｃ−２ｂ）Ｓ偏光を遮断する偏光フィルムとを有することが好ましい。特に、位相差フィルムと偏光フィルムとを併用する場合、Ｓ偏光制御部は、位相差フィルムとＳ偏光を遮断する偏光フィルムとの積層体であってもよく、これらは別々に配置されていてもよいが、位相差フィルムと偏光フィルムは、観察者を基準として外側からこの順序で配置されていることが好ましい。

図２は、本発明の画像表示システムが有する偏光制御部の一実施形態を示す概略図である。偏光制御部１０は、位相差フィルム１０Ｂと、Ｓ偏光を遮断する偏光フィルム１０Ａとを備えるＳ偏光制御部である。図２において、位相差フィルム１０Ｂは、観察者を基準として偏光フィルム１０Ａよりも外側に配置されている。そのため、位相差フィルム１０Ｂにより偏光制御部１０に入射する偏光の偏光方向が９０°変換される。変換された偏光がＳ偏光である場合、偏光フィルム１０ＡによりＳ偏光は遮断され、変換された偏光がＰ偏光である場合、Ｐ偏光は偏光フィルム１０Ａを透過して観察者に到達する。なお、図２に示す偏光制御部１０では、位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとは、それぞれ離間して配置されているが、偏光制御部１０は位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとの積層体であってもよい。以下詳細に述べるが、位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとがそれぞれ離間して配置されている例としては、例えば、バイザーに位相差フィルム１０Ｂを配置し、偏光フィルム１０Ａを備えるアイウェアを使用する場合、一般的な偏光サングラスに対して位相差フィルム１０Ｂをクリップで取り付ける方法（クリップオンタイプ）等が挙げられる。また、偏光制御部１０が位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとの積層体である場合とは、例えば、位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａを、粘着剤又は接着剤を介して貼合した複合フィルムをアイウェアに使用する態様を例示することができる。

Ｓ偏光制御部が、位相差フィルムとしての１／２波長板と、吸収軸が偏光フィルムに入射するＳ偏光の偏光軸に対して水平な偏光フィルムとの組合せである場合、表示画像を視認する方法として、これらを重ねた又は貼り合わせた複合フィルムを自動車内バイザー又はアイウェアに装着し、複合フィルムを介して、表示画像を視認する方法が挙げられる。また、位相差フィルムとしての１／２波長板を自動車内バイザーに装着し、偏光フィルムをアイウェアに装着して、自動車内バイザーに設けられた１／２波長板を介してアイウェアで表示画像を視認する方法が挙げられる。画像表示システムを備えるＨＵＤにこれら方法を利用する場合、自動車内バイザーに装着する位相差フィルムのサイズをヘッドアップディスプレイの画像の表示範囲に合わせることが好ましい。これにより、偏光フィルターの吸収軸が水平である一般的な偏光サングラスで表示画像の視認性を考慮して設計されているセンターコンソール部のカーナビゲーションシステム、メーター、クラスター、電子ミラー等の他の車載ディスプレイの視認性への影響を低減することができる。

Ｓ偏光制御部が、位相差フィルムとしての１／２波長板と、偏光フィルターの吸収軸が偏光フィルターに入射するＳ偏光の偏光軸に対して水平である偏光サングラスとの組合せである場合、偏光サングラスに１／２波長板を設ける方法としては、例えば、１／２波長板を有するサングラスをオーバーグラスとして一般的な偏光サングラスの上から装着する方法、一般的な偏光サングラスの上にクリップで取り付ける方法（クリップオンタイプ）等が挙げられる。オーバーグラスの装着、クリップオンタイプは表示画像の視認時とそれ以外の平常時で偏光の遮断の切替えが容易となり平常時には通常の防眩効果が得られるため好ましい。特に、クリップオンタイプの場合、クリップを開閉式にすることで偏光の遮断の切替えがより容易となる。また、一般的な偏光サングラスの表面に粘着剤又は接着剤を介して、１／２波長板を含むフィルムを貼り合わせる方法も利用できる。粘着剤及び接着剤に特に制限はないが、１／２波長板を着脱できるようにする場合は、リワーク性に優れた粘着剤が好ましく、例えば、透明性にも優れたシリコーン粘着剤、アクリル系粘着剤等が好ましい。他の方法として、偏光サングラスのレンズ構成において偏光フィルターの光の入射側に予め１／２波長板が挿入されたレンズを成型加工する方法も挙げられる。

１／２波長板に偏光フィルターの吸収軸が偏光フィルターに入射するＳ偏光の偏光軸に対して水平である一般的な偏光サングラスの光の入射側に設ける方式において、Ｓ偏光をＰ偏光に、又はＰ偏光をＳ偏光に効率的に変換するために、直線偏光の偏光軸と、１／２波長板の遅相軸とのなす角度θを、３５°以上４７°以下に制御することが好ましい。角度θが３５°未満又は４７°よりも大きい場合、１／２波長板に入射したＳ偏光をＰ偏光に変換する偏光軸変換性能が低く、その結果、ディスプレイ上の表示画像も暗くなってしまい、アイウェアを使用する場合にはその防眩効果を損なうおそれがある。そのため、この角度θを適切に制御することにより、１／２波長板は良好な偏光軸変換性能を示し、その結果、表示画像をより鮮明に視認できるようになる。また、１／２波長板の波長分散性はアイウェア用途に適するものであれば特に制限はないが、可視光領域の広い波長範囲で正確に偏光変換させるためには逆波長分散性を有することが望ましい。

＜第１の実施形態＞
図３は本発明の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステムの一実施形態を示す概略模式図である。図３で示されるように、本実施形態のＨＵＤシステム（画像表示システム）１００は、表示画像を示す表示光としてＳ偏光を出射する表示画像投影手段１０１と、表示画像投影手段１０１から出射されたＳ偏光が入射される光学積層体１と、Ｐ偏光制御部として偏光制御部１０’とを備えている。表示画像投影手段１０１から出射したＳ偏光を反射鏡１０２で反射させ、この反射された表示光が光学積層体１に到達する。光学積層体１は、図１に示されるように、光学層２と、その両側に透明樹脂基材３、更にその両外側にガラス板４とを有している。

このような構成のＨＵＤシステムにおいて、表示画像投影手段１０１から出射されたＳ偏光の入射光２０１を光学積層体１にブリュースター角近辺の入射角で入射させる。入射光２０１は、光学積層体１の観察者側の表面と空気の界面で反射し、反射光２０２を生じる。反射光２０２はＳ偏光のため、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部を有する偏光制御部１０’を使用してもＳ偏光はそのまま透過する。そのため、通過した反射光２０２は、表示画像として観察者に視認される。

また、反射光２０２として反射されず、光学積層体１に入射する入射光２０１は、光学積層体１中を伝搬し、光学層２によりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光２０１は、光学積層体１の外側に配置されたガラス板４と空気の界面をブリュースター角近辺で伝搬する。そのため、当該界面での反射光は実質的に０となり、Ｐ偏光に変換された入射光２０１は、透過光２０３として光学積層体１を透過する。

一方、図４は、図３のＨＵＤシステム（画像表示システム）１００において、路面からの反射光が光学積層体に入射される場合の光の経路を示す。路面からの反射光にはＳ偏光成分が多く含まれるため、光学積層体１の外側からＳ偏光が入射する。入射したＳ偏光は光学積層体１中を伝搬し、光学層２によりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光２０４が更に光学積層体１中を伝搬し、光学積層体１を透過すると、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部を有する偏光制御部１０’で入射光２０４は透過されず、偏光制御部１０’で遮断される。そのため、透過光は実質的に０となり、観察者に外部（車外）からの反射光が到達することを防止する。

＜第２の実施形態＞
図５は本発明の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステムの他の実施形態を示す概略模式図である。図５で示されるように、本実施形態のＨＵＤシステム（画像表示システム）１００は、表示画像を示す表示光としてＳ偏光を出射する表示画像投影手段１０１と、表示画像投影手段１０１から出射されたＳ偏光が入射する光学積層体１と、Ｓ偏光制御部として、入射した光の偏光方向を９０°変換させる位相差フィルム１０Ｂ及びＳ偏光を遮断する偏光フィルム１０Ａとを備えている。図５では、位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとはそれぞれ別々に配置されており、位相差フィルム１０Ｂは、観察者を基準として偏光フィルム１０Ａよりも外側、すなわち、光学積層体１からの偏光が入射する側に配置されている。図３と同様、表示画像投影手段１０１から出射したＳ偏光を反射鏡１０２で反射させ、この反射された表示光が光学積層体１に到達する。光学積層体１は、図１に示されるように、光学層２と、その両側に透明樹脂基材３、更にその両外側にガラス板４とを有している。

このような構成のＨＵＤシステムにおいて、図３と同様、表示画像投影手段１０１から出射されたＳ偏光の入射光２０１を光学積層体１にブリュースター角近辺の入射角で入射させる。入射光２０１は、光学積層体１の観察者側の表面と空気の界面で反射し、反射光２０２を生じる。反射光２０２はＳ偏光のため、反射光２０２は位相差フィルム１０ＢによりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された反射光２０２は、Ｓ偏光を遮断する偏光フィルム１０Ａを使用してもＰ偏光はそのまま透過する。そのため、通過した反射光２０２は、表示画像として観察者に視認される。

また、反射光２０２として反射されず、光学積層体１に入射する入射光２０１は、図３と同様、光学積層体１中を伝搬し、光学層２によりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光２０１は、光学積層体１の外側に配置されたガラス板４と空気の界面をブリュースター角近辺で伝搬する。そのため、当該界面での反射光は実質的に０となり、Ｐ偏光に変換された入射光２０１は、透過光２０３として光学積層体１を透過する。

一方、図６は、図５のＨＵＤシステム（画像表示システム）１００において、路面からの反射光が光学積層体に入射される場合の光の経路を示す。図４と同様、路面からの反射光にはＳ偏光成分が多く含まれるため、光学積層体１の外側からＳ偏光が入射する。入射したＳ偏光は光学積層体１中を伝搬し、光学層２によりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光２０４が更に光学積層体１中を伝搬し、光学積層体１を透過すると、透過光２０４はＰ偏光のため、位相差フィルム１０ＢによりＳ偏光に変換される。Ｓ偏光に変換された透過光２０４は、Ｓ偏光を遮断する偏光フィルム１０Ａで遮断される。そのため、透過光は実質的に０となり、観察者に外部（車外）からの反射光が到達することを防止する。

＜第３の実施形態＞
図７は本発明の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステムの一実施形態を示す概略模式図である。図７で示されるように、本実施形態のＨＵＤシステム（画像表示システム）１００は、表示画像を示す表示光としてＳ偏光を出射する表示画像投影手段１０１と、表示画像投影手段１０１から出射されたＳ偏光が入射される光学積層体１と、Ｓ偏光制御部として、位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとが直接積層された偏光制御部１０とを備えている。偏光制御部１０において、位相差フィルム１０Ｂは、観察者を基準として偏光フィルム１０Ａよりも外側、すなわち、光学積層体１からの偏光が入射する側に配置されている。表示画像投影手段１０１から出射したＳ偏光を反射鏡１０２で反射させ、この反射された表示光が光学積層体１に到達する。光学積層体１は、図１に示されるように、光学層２と、その両側に透明樹脂基材３、更にその両外側にガラス板４とを有している。

このような構成のＨＵＤシステムにおいて、図３と同様、表示画像投影手段１０１から出射されたＳ偏光の入射光２０１を光学積層体１にブリュースター角近辺の入射角で入射させる。入射光２０１は、光学積層体１の観察者側の表面と空気の界面で反射し、反射光２０２を生じる。反射光２０２はＳ偏光のため、位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとの積層体である偏光制御部１０において、位相差フィルム１０ＢによりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された反射光２０２は、Ｓ偏光を遮断する偏光フィルム１０Ａを介してＰ偏光として透過する。そのため、通過した反射光２０２は、表示画像として観察者に視認される。

また、反射光２０２として反射されず、光学積層体１に入射する入射光２０１は、図３と同様、光学積層体１中を伝搬し、光学層２によりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光２０１は、光学積層体１の外側に配置されたガラス板４と空気の界面をブリュースター角近辺で伝搬する。そのため、当該界面での反射光は実質的に０となり、Ｐ偏光に変換された入射光２０１は、透過光２０３として光学積層体１を透過する。

一方、図８は、図７のＨＵＤシステム（画像表示システム）１００において、路面からの反射光が光学積層体に入射される場合の光の経路を示す。図４と同様、路面からの反射光にはＳ偏光成分が多く含まれるため、光学積層体１の外側からＳ偏光が入射する。入射したＳ偏光は光学積層体１中を伝搬し、光学層２によりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された入射光２０４が更に光学積層体１中を伝搬し、光学積層体１を透過すると、透過光２０４はＰ偏光のため、位相差フィルム１０Ｂと偏光フィルム１０Ａとの積層体である偏光制御部１０において、位相差フィルム１０ＢによりＳ偏光に変換される。Ｓ偏光に変換された透過光２０４は、Ｓ偏光を遮断する偏光フィルム１０Ａで遮断される。そのため、透過光は実質的に０となり、観察者に外部（車外）からの反射光が到達することを防止する。

本発明の画像表示システムは、Ｓ偏光を利用するタイプのヘッドアップディスプレイにおいても表示画像を違和感なく視認することができ、一方で外部からの光に対する防眩効果も十分確保できる。そのため、外部からの入射光に対する防眩効果を確保しつつ、鮮明な表示画像の視認を実現できる。このような画像表示システムは、ヘッドアップディスプレイシステムへの適用に有用である。また、光学積層体の層構成も複雑でないため、製造工程の簡略化にも寄与し得る。

１：光学積層体
２：光学層
３：透明樹脂基材
４：ガラス板
１０，１０’：偏光制御部
１０Ａ：偏光フィルム
１０Ｂ：位相差フィルム
１００：ヘッドアップディスプレイシステム、画像表示システム
１０１：表示画像投影手段
１０２：反射鏡
２０１：入射光
２０２：反射光
２０３，２０４：透過光

Claims (14)

1. （Ａ）（ａ−１）入射した光の偏光方向を９０°変換させる光学層、及び（ａ−２）少なくとも１つの透明樹脂基材を含む光学積層体と、
   （Ｂ）前記光学積層体にＳ偏光を出射する表示画像投影手段と、
   （Ｃ）（ｃ−１）Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を遮断するＰ偏光制御部、又は（ｃ−２）入射した光の偏光方向を９０°変換し、Ｓ偏光を遮断するＳ偏光制御部を有する偏光制御部と、を備え、
   前記光学積層体で反射したＳ偏光が前記偏光制御部に入射される画像表示システム。
2. 前記光学層が１／２波長板である、請求項１に記載の画像表示システム。
3. 前記光学積層体が、さらに（ａ−３）少なくとも１つのガラス板を有する、請求項１又は２に記載の画像表示システム。
4. 前記偏光制御部がＳ偏光制御部を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像表示システム。
5. 前記Ｓ偏光制御部が、（ｃ−２ａ）入射した光の偏光方向を９０°変換させる位相差フィルムを有する、請求項４に記載の画像表示システム。
6. 前記Ｓ偏光制御部が、（ｃ−２ａ）入射した光の偏光方向を９０°変換させる位相差フィルムと（ｃ−２ｂ）Ｓ偏光を遮断する偏光フィルムとを有する、請求項４に記載の画像表示システム。
7. 前記位相差フィルムが１／２波長板である、請求項６に記載の画像表示システム。
8. 前記Ｓ偏光制御部が、前記位相差フィルムと前記偏光フィルムとの積層体である、請求項６又は７に記載の画像表示システム。
9. 前記位相差フィルムと前記偏光フィルムが、観察者を基準として外側からこの順序で配置されている、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の画像表示システム。
10. 前記偏光制御部がアイウェアに備えられている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像表示システム。
11. 前記偏光制御部が自動車内バイザーに備えられている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像表示システム。
12. 前記位相差フィルムが自動車内バイザーに備えられ、前記偏光フィルムがアイウェアに備えられている、請求項６又は７に記載の画像表示システム。
13. 前記光学層が、ブリュースター角に傾斜した状態で入射するＳ偏光の偏光軸と前記光学層の遅相軸との角度が４５°±３°の範囲内である位置関係で配置されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の画像表示システム。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の画像表示システムを備えるヘッドアップディスプレイシステム。

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