(57)【要約】  優れた耐久性と視認性を兼ね備えるとともに、低コストで提供可能な表示部材及びヘッドアップディスプレイ装置を提供する。表示部材は樹脂によって形成された基材と、基材上に設けられたハードコート層とを有し、基材の面にはハードコート層に覆われるようにして複数の円錐状突起部が形成されており、円錐状突起部における基材からの高さｄと、円錐状突起部の底面における半径ｒが、それぞれ７００ｎｍ以下の寸法となっており、円錐状突起部の密集度は７０〜９２％である。
2016158550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面を備えたヘッドアップディスプレイ装置用の表示部材であって、前記投影面へ表示光が出射されたとき、前記表示光が前記投影面で反射することによって、前記表示光が表す像を虚像として観察可能とすると共に、前記表示部材を透過した実像を観察可能とする表示部材において、
前記表示部材は樹脂によって形成された基材と、前記基材上に設けられたハードコート層とを有し、
前記基材の面には前記ハードコート層に覆われるようにして複数の円錐状突起部が形成されており、前記円錐状突起部における前記基材の面からの高さｄと、前記円錐状突起部が設けられた前記基材の面に最も近い位置で前記基材の面に沿って前記円錐状突起部を切断することによって得られる断面（以下、底面という）における半径ｒが、それぞれ７００ｎｍ以下の寸法となっており、前記基材の単位面積に対する、前記円錐状突起部の底面の合計面積は７０〜９２％であることを特徴とする表示部材。
【請求項２】
前記円錐状突起部の任意の高さ位置において、前記底面に平行に前記円錐状突起部を切断することによって得られる断面の半径ｒ１に対し、前記任意の高さ位置から高さ０．１ｄだけ上昇した位置において、前記底面に平行に前記円錐状突起部を切断することによって得られる断面の半径ｒ２は、０．７ｒ１〜０．９ｒ１である請求項１に記載の表示部材。
【請求項３】
互いに隣接する３つの前記円錐状突起部における前記底面の中心を直線で結ぶと正三角形になる請求項１又は２に記載の表示部材。
【請求項４】
投影面を備えたヘッドアップディスプレイ装置用の表示部材であって、前記投影面へ表示光が出射されたとき、前記表示光が前記投影面で反射することによって、前記表示光が表す像を虚像として観察可能とすると共に、前記表示部材を透過した実像を観察可能とする表示部材において、
前記表示部材は樹脂によって形成された基材と、前記基材上に設けられたハードコート層とを有し、
前記基材の面には前記ハードコート層に覆われるようにして周期形状が形成されており、前記周期形状は、前記基材から延在する垂直面と、前記垂直面に対して傾いた斜面とからなる溝を前記基材の面に沿って複数本平行に延在させた形状であって、前記垂直面の前記基材からの高さｈと、前記斜面の幅ｗは、それぞれ７００ｎｍ以下の寸法となっていることを特徴とする表示部材。
【請求項５】
前記ハードコート層は、湿式塗布法により形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の表示部材。
【請求項６】
前記基材に用いられる樹脂がポリカーボネート系、ＰＭＭＡ系、ＣＯＣ、ＣＯＰ系である請求項１〜５のいずれかに記載の表示部材。
【請求項７】
前記ハードコート層を形成する材料が、アクリル系、シリコーン系の透明樹脂硬化物である請求項１〜６のいずれかに記載の表示部材。
【請求項８】
前記ハードコート層の厚さｔが、１〜１０μｍである請求項１〜７のいずれかに記載の表示部材。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の表示部材と、前記表示部材に対して表示光を出射する描画ユニットとを有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記ヘッドアップディスプレイ装置は自動車に搭載され、ドライバーが観察可能な位置に配置される請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記ヘッドアップディスプレイ装置は自動車のダッシュボードに設置される請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車での使用を主たる用途とするヘッドアップディスプレイ装置、より詳細には、半透明の表示部材（コンバイナ）を介して、コンバイナを透過する光により視認される車両前方風景と、コンバイナを反射する光により提供される画像や情報をドライバーの視野において重ねて視認させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置、及びそれに用いる表示部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライバーの視野に直接情報を映し出す手段として、ヘッドアップディスプレイ装置が知られている。これは、例えば、自動車の運転中、車両内で計器類の速度などの情報を直接、ドライバーの前方に虚像として映し出すため、視線及び焦点を変化させることなく運転でき、事故防止につながる機能を有しているものである。【０００３】
近年、ドライバーの負荷を軽減させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置について、一段と普及が促進されるものと期待が高まっている。【０００４】
ヘッドアップディスプレイ装置の一タイプとして、車両のダッシュボードに専用のコンバイナを設置したものがある。かかるタイプのヘッドアップディスプレイ装置は、フロントガラスに直接投影するタイプのものに比べ、光学系の設計が特定の車種に限定されないという点で汎用性が高いため、搭載される車種が広がるにつれて採用されるケースが相対的に多くなることが期待されている。【０００５】
また、このようなヘッドアップディスプレイ装置は、一般的な自動車での使用に留まらず、これに準じる用途として、特殊な作業用車両や航空機などにおいても同様の装置構成により操作者を支援することができ、ヘッドアップディスプレイ技術の広く速やかな普及を支えるうえで主要な位置を占めているといえる。【０００６】
ここで、コンバイナの基板を形成する基材として透明なプラスチック板を使用する場合、ガラス板を使用する場合に比べて、製造コスト・耐衝撃性等に優れる一方で、表面硬度が低いという短所もある。このようなプラスチック板の短所を補うために、たとえば表面硬さを確保すべく、プラスチック板にハードコート膜を塗工するなどの技術が既に開発されている。【０００７】
しかるに、ハードコート膜がミクロンオーダーの厚みで塗工されたコンバイナの表面において、大気とハードコート膜の界面反射と、ハードコート膜と基材の界面反射とで形成された干渉光が生じ、ハードコート膜のわずかな厚みの差異が干渉光のスペクトルに大きく影響を与えることから、特にコンバイナ端部など厚みをコントロールするのが困難な部位において虹状に色を帯びた干渉縞（虹ムラという）が観察されるという課題がある。これは、コンバイナの外観品質を損なうばかりでなく、視認させるべき映像の画質を低下させる恐れがある。【０００８】
また、ハードコート材料の絶対厚みがミクロンオーダーという光学的には極めて厚い膜として供されるために、このときの反射率スペクトルは、波長数十ナノメートル程度の間隔で周期的に波打った形状で観察されることが多い。このため、光学的特性が厳に定められる用途においてはハードコート膜の塗工が忌避されることもある。【０００９】
このような問題に対し、たとえば特許文献１〜４において、ハードコート膜と基材の界面における、両材料の実質的な屈折率差を小さくする手段を用い、この虹ムラを緩和するための技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−９４８０１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０５５６３号公報
【特許文献３】特開２０００−１１１７０６号公報
【特許文献４】特開平８−１９７６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の技術では、ハードコート層の成膜に高度な気相成膜装置を要し、また気相成膜による手法ではコンバイナに必要な表面硬さと環境信頼性を得ることが困難であるという問題を有する。又、特許文献２の技術では、形成された混合層の厚みが不十分であり硬度が不十分であるほか、実質的に基材表面がランダムに荒らされた状態となり、ヘイズ（曇り）が生ずるという問題を有する。【００１２】
更に、特許文献３の技術では、界面の屈折率差をスムーズに変化させることが難しく、また使用できる基材とハードコート材料において、現実的に使用できる組み合わせの制限が存在し使いにくいという問題がある。又、特許文献４の技術では、与えられた粗面の形状や細かな寸法の制御が困難であることから、ヘイズ（曇り）が生ずるという問題がある。【００１３】
本発明は、優れた耐久性と視認性を兼ね備えるとともに、低コストで提供可能な表示部材及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した表示部材は、投影面を備えたヘッドアップディスプレイ装置用の表示部材であって、前記投影面へ表示光が出射されたとき、前記表示光が前記投影面で反射することによって、前記表示光が表す像を虚像として観察可能とすると共に、前記表示部材を透過した実像を観察可能とする表示部材において、
前記表示部材は樹脂によって形成された基材と、前記基材上に設けられたハードコート層とを有し、
前記基材の面には前記ハードコート層に覆われるようにして複数の円錐状突起部が形成されており、前記円錐状突起部における前記基材の面からの高さｄと、前記円錐状突起部が設けられた前記基材の面に最も近い位置で前記基材の面に沿って前記円錐状突起部を切断することによって得られる断面（以下、底面という）における半径ｒが、それぞれ７００ｎｍ以下の寸法となっており、前記基材の単位面積に対する、前記円錐状突起部の底面の合計面積は７０〜９２％であることを特徴とする。【００１５】
本発明を説明する前に、基材にハードコート層を形成した際に生じる問題点について説明する。図１は、基材ＳＴ上にハードコート層ＨＣを形成した表示部材の断面を示す模式図である。例えば比較的簡素な工法である湿式塗布法等により、基材ＳＴ上にハードコート層ＨＣを形成した場合、ハードコート層ＨＣの厚みが不均一になりやすい。この膜厚さに応じ、図１に示すように光束Ｌが点Ｐ１と点Ｐ２に平行に入射した場合において、点Ｐ１からハードコート層ＨＣ内に入射して基材ＳＴの界面から反射して点Ｐ３から出射する出射光Ｌ１の光路長が、点Ｐ２からハードコート層ＨＣ内に入射して基材ＳＴの界面から反射して点Ｐ３から出射する出射光Ｌ２の光路長と異なるという現象が生じる。かかる場合、点Ｐ３で反射する光束Ｌの反射光と出射光Ｌ１とで生じる干渉光Ｉ１と、点Ｐ４で反射する光束Ｌの反射光と出射光Ｌ２とで生じる干渉光Ｉ２とで色成分が異なり、これにより虹ムラが発生するという問題がある。これに対し、ＣＶＤなど気相成膜による手法を用いれば、ハードコート層の厚さをサブミクロンオーダーで均一にできるが、十分な耐傷性をＣＶＤに代表される気相成膜で得ることは困難であるばかりか、ハードコート層のクラックや膜剥がれが生じやすくなる。また、真空成膜プロセスは設備の導入コスト、ランニングコストともに高価であり、製品製造コストが高くなってしまう。【００１６】
一方、図２に、縦軸に反射率をとり、横軸に波長をとって、図１の干渉光Ｉ１，Ｉ２の反射率特性を示しているが、この図２に示す通り、点線で示す干渉光Ｉ１の反射率特性と、実線で示す干渉光Ｉ２の反射率特性は、それぞれ波長変化に応じて周期的に増減する特性を持ち、しかも干渉光Ｉ１，Ｉ２の反射率特性のピーク波長が、相互にずれるという問題がある。本来的には、干渉光Ｉ１，Ｉ２の反射率特性は相互に一致し、且つ波長に応じて一定であることが望ましい。【００１７】
本発明者らは鋭意研究の結果、ハードコート層ＨＣと基材ＳＴとの界面において、所定寸法の円錐状突起部を複数個形成することで、図１，２に示す課題を解決できることを見出した。より具体的には、円錐状突起部の高さｄと底面の半径ｒとが、それぞれ可視光の波長未満（サブ波長という）であった場合、反射防止効果を持つことから、ハードコート層ＨＣに入射した可視光は、基材ＳＴ上に形成された円錐状突起部で反射することなく基材ＳＴ内に進入するので、ハードコート層ＨＣの表面から出射する光は反射光のみとなり、干渉光が生じることはないのである。尚、可視光とは４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を持つ光をいう。【００１８】
一方、円錐状突起部の高さｄと底面の半径ｒとが、それぞれ可視光波長帯のスケールに対しやや小さい寸法からなる場合、すなわち具体的には２００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下であった場合、円錐状突起部にて屈折率変化を調整でき、それにより虹ムラ等を抑制できる。この効果について、図面を参照して説明する。まず、図３（ａ）は、基材の屈折率を１．６とし、ハードコート層の屈折率を１．５５とした場合における、本発明者らがシミュレーションで求めた反射率特性を示すグラフである。図３（ａ）によれば、反射率が最大３．９％から５．５％の間で増減している。【００１９】
これに対し、図３（ｂ）では、同じ基材とハードコート層との間に屈折率１．５９、１．５６３、１．５６１の中間層を３層設けた場合のシミュレーションで求めた反射率特性を示すグラフである。この例では、屈折率が階段状に変化しており、反射率が最大４．２％から５．３％の間で増減し，明らかに振れ幅が減少している。しかしながら、基材とハードコート層との間に中間層を多数形成することは、コストの増大を招き好ましくない。【００２０】
一方、図３（ｃ）では、例えば同じ基材とハードコート層との間に理想円錐を設けて屈折率を連続的に変化させた場合のシミュレーションで求めた反射率特性を示すグラフであり、この例では、反射率が最大４．６％から４．７５％の間で増減し、図３（ｂ）の特性と比較しても振れ幅が相当に減少している。ここでいう理想円錐とは、円錐の側面に含まれる線分であって、円錐の頂点と底面の円周に含まれる任意の点を結んだ線分が、直線となるものを指す。このとき、理想円錐を底面に平行に投影した投影像は正しく二等辺三角形をなす。【００２１】
以上のシミュレーションによれば、基材とハードコート層との間における屈折率変化を連続的にすることで、反射率特性を向上させることができることがわかる。そこで、本発明においては、複数の円錐状突起部を設けて屈折率を調整することとしているのである。但し、円錐状突起部の寸法が大きくなりすぎると、光の散乱や迷光を発生させる原因となるので、その高さｄや底面の半径ｒを７００ｎｍ以下としている。もちろん、複数の円錐状突起部が理想円錐であることが好ましい。【００２２】
このように、寸法（ｄ、ｒ）が計算された前記円錐状突起部が形成する界面は、その深さ方向に対する実効屈折率が極めて緩やかな連続変化をするために、当該界面における反射をみなしゼロとすることができる。これにより、前記ハードコート層の表面から出射する光に干渉が生じることを抑制でき、すなわち虹ムラを抑制できるのである。加えて、前記円錐状突起部は７００ｎｍ以下で、ほぼ等しい寸法に統一されているため、従来技術の粗し面とは異なり、前記表示部材を例えば車載用ヘッドマウントディスプレイ装置に用いた際に視認性低下を引き起こすとされるヘイズ等を発生させることがない。更に、前記円錐状突起部を覆うように前記ハードコート層を形成することで食いつきが良くなるから、真夏の車両内など比較的高い環境温度帯に曝されても前記ハードコート層の剥離等を抑制でき、高い耐久性、信頼性を得ることができる。尚、このような効果は、前記基材の単位面積に対する、前記円錐状突起部の底面の合計面積（以下、密集度という）を７０〜９２％とすること、好ましくは７５〜９２％とすることで、十分に確保できる。底面の合計面積が９２％である時は、残りの８％が基材の面に相当し、これを基準に高さｄ等を求めることができる。同様に底面の合計面積が７５％である時は、残りの２５％が基材の面に相当する。尚、前記円錐状突起部の高さｄは１５０ｎｍ〜３００ｎｍであれば、より好ましく、前記円錐状突起部の底面の半径ｒは１００ｎｍ〜４００ｎｍであれば、より好ましい。【００２３】
ここで、「円錐状」とは、理想的な円錐や円錐台の他、更には円錐や円錐台の少なくとも一部の形状を若干修正した（肉盗みしたり、肉盛りした）形状も含む。円錐状突起部の形状としては、底面から先端に向かうにつれて、底面に平行な断面が一様かつ連続的に減少することが好ましい。また、底面の形状は楕円形状などであってもよく、その場合には底面の直径の最大値の二分の一を半径として扱う。又、円錐状突起部の底面が完全な円形でない場合、最小二乗法等で円形に近似して半径ｒを求めるものとする。【００２４】
上記表示部材において、前記円錐状突起部の任意の高さ位置において、前記底面に平行に前記円錐状突起部を切断することによって得られる断面の半径ｒ１に対し、前記任意の高さ位置から高さ０．１ｄだけ上昇した位置において、前記底面に平行に前記円錐状突起部を切断することによって得られる断面の半径ｒ２は、０．７ｒ１〜０．９ｒ１であることが好ましい。【００２５】
前記円錐状突起部が底面から先端に向かい高さ０．１ｄだけ上昇するにつれて、ｒ２＝０．７ｒ１〜０．９ｒ１を満たすように断面が減少する場合、前記基材と前記ハードコート層との界面の反射を軽減する効果が極めて高いので好ましい。尚、かかる減少率は一様であると更に好ましい。尚、ｒ２＝０．７ｒ１〜０．９ｒ１を満たせば、底面から先端までどのようなルートをたどっても良い。【００２６】
また、互いに隣接する３つの前記円錐状突起部における前記底面の中心を直線で結ぶと正三角形になることが好ましい。【００２７】
このように前記円錐状突起部を配置することで、前記底面が存在する前記基材の面において前記底面が最密に充填され、界面の反射を軽減する効果が極めて高くなるので好ましい。ここでいう正三角形は、純粋な正三角形であることが最も好ましいが、三辺の長さが三辺の長さの平均値の±１０％の範囲内に収まる三角形であれば正三角形として扱うものとする。【００２８】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した別の表示部材は、投影面を備えたヘッドアップディスプレイ装置用の表示部材であって、前記投影面へ表示光が出射されたとき、前記表示光が前記投影面で反射することによって、前記表示光が表す像を虚像として観察可能とすると共に、前記表示部材を透過した実像を観察可能とする表示部材において、
前記表示部材は樹脂によって形成された基材と、前記基材上に設けられたハードコート層とを有し、
前記基材の面には前記ハードコート層に覆われるようにして周期形状が形成されており、前記周期形状は、前記基材から延在する垂直面と、前記垂直面に対して傾いた斜面とからなる溝を前記基材の面に沿って複数本平行に延在させた形状であって、前記垂直面の前記基材からの高さｈと、前記斜面の幅ｗは、それぞれ７００ｎｍ以下の寸法となっていることを特徴とする。【００２９】
上述したように、寸法（ｈ、ｗ）が計算された前記周期形状が形成する界面は、その深さ方向に対する実効屈折率が極めて緩やかな連続変化をするために、入射光の電磁波成分のうち前記溝に対し垂直な成分について当該界面における反射をみなしゼロとすることができる。これにより、前記ハードコート層の表面から出射する光に干渉が生じることを実効的に抑制でき、すなわち虹ムラを抑制できるのである。加えて、前記溝の断面寸法は７００ｎｍ以下で、ほぼ等しい寸法に統一されているため、従来技術の粗し面とは異なり、前記表示部材を例えば車載用ヘッドマウントディスプレイ装置に用いた際に視認性低下を引き起こすとされるヘイズ等を発生させることがない。更に、前記周期形状を覆うように前記ハードコート層を形成することで食いつきが良くなるから、真夏の車両内など比較的高い環境温度域に曝されても前記ハードコート層の剥離等を抑制でき、高い耐久性、信頼性を得ることができる。【００３０】
上記各表示部材において、前記ハードコート層は、湿式塗布法により形成されていることが好ましい。【００３１】
前記ハードコート層を湿式塗布法により形成した場合、一般的には層厚さを均一に確保することが困難であるので、本発明は特に効果がある。湿式塗布法としては、浸漬法、スプレー法、スピン法などがある。【００３２】
また、前記基材に用いられる樹脂がポリカーボネート系、ＰＭＭＡ系、ＣＯＣ、ＣＯＰ系であることが好ましい。【００３３】
ＰＭＭＡ系の樹脂は、基材としての硬度や、透明性に優れており好ましい。又、ＣＯＣ、ＣＯＰ系の樹脂は、複屈折が極めて小さく、同様に光学特性に優れており好ましい。特に、ポリカーボネート系の樹脂は、優れた光学特性に加え、耐衝撃性が高く、車載用途における飛散防止効果が期待でき、安全性の観点で最も好ましい。【００３４】
また、前記ハードコート層を形成する材料が、アクリル系、シリコーン系の透明樹脂硬化物であることが好ましい。【００３５】
前記ハードコート層を形成する材料が、これらの透明樹脂硬化物であると、塗工仕上がり性と光学特性の観点で好ましく、特に、ＵＶ硬化型アクリル系ポリマーであると、液剤レベリング特性が良好であることから、塗工後外観品質に優れた表面を形成することができ、より好ましい。【００３６】
また、前記ハードコート層の厚さｔが、１〜１０μｍであることが好ましい。【００３７】
前記ハードコート層の厚さｔが１μｍ以上であると、優れた表面硬さを得られるため好ましい。一方、前記ハードコート層の厚さｔが１０μｍ以下であると、クラックや剥がれを抑制できる。更に厚さｔは、より好ましくは２〜５μｍである。尚、ハードコート層の厚さとは、前記基材の面に前記円錐状突起部が形成されていた場合、前記円錐状突起部の先端から、前記基材とは反対側のハードコート層の面までの距離をいい、前記基材の面に前記周期形状が形成されていた場合、前記垂直面の先端から、前記基材とは反対側のハードコート層の面までの距離をいうものとする。【００３８】
また、本ヘッドアップディスプレイ装置は、上述の記載の表示部材と、前記表示部材に対して表示光を出射する描画ユニットとを有することを特徴とする。【００３９】
上記ヘッドアップディスプレイ装置において、自動車に搭載され、ドライバーが観察可能な位置に配置されることが好ましい。【００４０】
また、自動車のダッシュボードに設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、虹ムラを抑制でき、優れた外観品質と視認性とを持ち、例え車両内に設置され厳しい環境に長期間曝されても微細な亀裂やコートの剥離が発生しにくいという信頼性と、夜間の対向車の前照灯などの光源が入射した際にも、ヘイズに起因するフレアを発生せず、シャープな画像表示が可能なヘイズの少ない高透明性を、低いコストで達成し得る表示部材及びヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】基材ＳＴ上にハードコート層ＨＣを形成した表示部材の断面を示す模式図である。
【図２】縦軸に反射率をとり、横軸に波長をとって、図１の干渉光Ｉ１，Ｉ２の反射率特性を示す図である。
【図３】シミュレーションで求めた反射率特性を示すグラフである。
【図４】本実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置を、車体ＶＨに搭載した状態を示す図である。
【図５】描画ユニット１００の構成を示す図である。
【図６】コンバイナ２００の断面を模式的に示す図である。
【図７】図６の矢印VIIで示す部位を拡大して示す図である。
【図８】基材の表面を拡大して示す斜視図である。
【図９】変形例にかかる基材２０２の表面を円錐状突起部の上方より見下ろした図である。
【図１０】別な実施形態にかかるコンバイナの図７と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図４は、本実施形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置を、車体ＶＨに搭載した状態を示す図である。車体ＶＨのダッシュボードＤＢ内には、描画ユニット１００が配置されており、ダッシュボードＤＢ上に固定配置された表示部材としてのコンバイナ２００に表示光を投影するようになっている。かかる表示光はドライバーＤＲの瞳に導かれ、虚像（表示像）を表示するようになっている。一方、ドライバーＤＲは虚像に重ねて、コンバイナを透過した風景等の実像を観察することができる。コンバイナ２００は、折りたたみ式でダッシュボード内に収納可能となっていても良い。描画ユニット１００とコンバイナ２００とでヘッドアップディスプレイ装置を構成する。
【００４４】
図５は、描画ユニット１００の概略構成を示す図である。描画ユニット１００は、液晶表示パネル１１１を備えた描画デバイス１１０と、凹面鏡１２０と、ハウジング１３０とから主に構成されている。描画デバイスの構成は、例えば特開２０１２−２０３１７６号公報に詳細が記載されている。
【００４５】
液晶表示パネル１１１は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶層を封入した液晶セルの前後両面に偏光板を貼着してなるものであり、描画デバイス１１０内の不図示の光源から液晶表示パネル１１１面へ導かれた光線は、液晶表示パネル１１１を透過して表示光Ｌとなり、投射光学系を構成する凹面鏡（又は平面ミラー）１２０に照射され、ここで反射した後コンバイナ２００に向かうようになっている。コンバイナ２００は、厚さ２〜３ｍｍ(１０ｍｍ以下であると好ましい)の板状に形成されている。コンバイナ２００の投影面（ドライバー側）は、虚像を形成するために曲率半径が１００ｍｍ以上の凹状のトーリック面(自由曲面又は球面でも良い)であり、裏面（車両前方側）はそれに類似した球面又は非球面である。
【００４６】
図６は、コンバイナ２００の断面を模式的に示す図である。図７は、図６の矢印VIIで示す部位を拡大して示す模式図である。図８は、基材の表面を拡大して示す斜視図である。コンバイナ２００は、屈折率ｎｃである樹脂製の板状である基材２０１の少なくとも投影面側の面２０１ｐに、図７、８に示すような円錐状突起部２０１ａを複数個，一体的に形成しており、これを覆うようにしてハードコート層２０２を形成してなる。屈折率ｎｃとは異なる屈折率ｎｓであるハードコート層２０２は、隣接する円錐状突起部２０１ａの間に隙間なく充填されると好ましい。
【００４７】
各円錐状突起部２０１ａは、共通の形状を有しており、図８において、円錐状突起部２０１ａにおける基材２０１の面２０１ｐからの高さｄと、基材２０１に最も近い位置で基材２０１の面２０１ｐに沿って円錐状突起部２０１ａを切断することによって得られる断面（図８で点線で示す底面２０１ｂ）における半径ｒが、それぞれ７００ｎｍ以下の寸法となっている。又、図７を参照して、円錐状突起部２０１ａの任意の高さ位置において、底面２０１ｂに平行に円錐状突起部２０１ａを切断することによって得られる断面の半径ｒ１に対し、任意の高さ位置から高さ０．１ｄだけ上昇した位置において、底面２０１ｂに平行に円錐状突起部２０１ａを切断することによって得られる断面の半径ｒ２は、０．７ｒ１〜０．９ｒ１である。
【００４８】
更に、基材２０１の単位面積（例えば図８に示す基材２０１の面２０１ｐの面積）に対する、円錐状突起部２０１ａの底面２０１ｂの合計面積は７０％以上、９２％以下である。又、図７において、コンバイナ２００は、大気側より、ハードコート層２０２のみの領域Ａ、ハードコート層２０２と円錐状突起２０１ａが混在する領域Ｂ，基材２０１のみの領域Ｃからなり、領域Ａの厚さ、すなわちハードコート層２０１における円錐状突起部２０１ａの先端から基材２０１と反対側の面までの厚さｔが、１〜１０μｍである。領域Ｂでは，全体として屈折率が滑らかに変化するとみなせる。
【００４９】
尚、図では示していないが、ハードコート層２０２の表面に、画像投影に用いる為のハーフミラー膜等を蒸着などにより形成することは可能である。
【００５０】
図９は、変形例にかかる基材２０２の表面を円錐状突起部の上方より見下ろした図である。本変形例では、隣接する円錐状突起部２０１ａの底面同士を接するようにしており、いわゆる最密充填で円錐状突起部２０１ａを配置している。このときの基材２０１の単位面積に対する、円錐状突起部２０１ａの底面２０１ｂの合計面積は９２％になる。互いに隣接する３つの円錐状突起部２０１ａにおける底面２０１ｂの中心Ｏを直線で結ぶと、図９に示すように正三角形になる。図８に示す例でも同様として良い。
【００５１】
図１０は、別な実施形態にかかるコンバイナの図７と同様の断面図である。本実施形態では、基材２０１の表面には、基材２０１から離れる方向に延在する垂直面２０１ｃと、垂直面２０１ｃに対して傾いた斜面２０１ｄとからなる複数の三角形状断面の溝が、紙面垂直方向に沿って互いに平行に延在するように形成されており、その上をハードコート層２０２が覆っている。複数の溝が周期形状を構成する。垂直面２０１ｃの基材２０１からの高さｈと、斜面２０２ｄの幅ｗは、それぞれ７００ｎｍ以下の寸法となっている。それ以外の構成は、ハードコート層２０２の厚さｔを含めて、上述した実施形態と同様である。
【００５２】
次に、コンバイナ２００の主要な製造工程を説明する。
（１）成形型の加工
まず、基材を転写形成するための成形型を加工する。成形型に、基材の光学面と円錐状突起部の転写形成する為の転写面を形成する。ここで、円錐状突起部の転写面は微細形状加工が必要になる。かかる微細形状加工としては、電子ビームによる微細加工、バルブメタルの陽極酸化法によるポーラスアレイの利用などの直接的加工のほか、ナノインプリント技術を用いた間接的加工など、多くのアプローチが存在し、これら手法を適宜選択することができる。本発明の効果は、加工方法の如何にはよらない。
【００５３】
（２）成形加工
ここでは、一般的な射出成形を用いて基材を樹脂成形する。ただし、円錐状突起部の微細構造を十分に精度良く転写させるために、成形型を高い温度に保持し流動性を高めると同時に、樹脂条件成形時の脱気が行われると好ましい。また、成形品のヒケを踏まえて円錐状突起部の転写面の深さを大きめにとると好ましい。
【００５４】
（３）加圧含侵塗布（ハードコート塗工）
成形した基材の円錐状突起部の凹凸間に、十分ハードコート液が浸透するよう、二段階での塗布が好ましく用いられる。粘度を低くするために希釈度の高いハードコート液を用い、減圧脱気と加圧塗布を行った後に、再度通常の塗布を実施する。二段階目の積層塗布は、ディップ法、スピンコート法などを用いる。その後、液を乾燥させて硬化させることで、ハードコート層を得る。
【００５５】
（実施例）
以下、実施例について説明する。まず、ＳＴＡＶＡＸ材に無電解ニッケルメッキを施し、光学面の転写面形状加工を行った後、Ｃｒ薄膜を３０ｎｍ、金属アルミニウム薄膜を１０００ｎｍにわたりマグネトロンスパッタリング法で成膜し、シュウ酸・硫酸の硫酸１５０ｇ／Ｌ：シュウ酸１０ｇ／Ｌの濃度に調整された混合液を用いた多段陽極酸化法により、円錐状ポア（空孔）が正三角格子に配列した射出成形用鋳型を得た。円錐状ポアを得るための工程は樹脂種類や成形条件や形状の転写性を踏まえて調整されるが、ここでは成形後の円錐形状がｄ＝３００ｎｍ、ｒ＝２００ｎｍとなる条件とし、実効ポア深さ１００ｎｍごとにポアワイド工程を挿入し、これを３回反復した。
【００５６】
更に、得られた成形型を用いて、三菱エンジニアリングプラスチックス社製のポリカーボネート樹脂「ユーピロンS-3000」（商品名）を上述のように射出成形して、基材を模したテストピース（３００ｍｍ×３００ｍｍの平板）を成形した。この射出成形によって、高さｄ、底面の半径ｒ，密集度を変更した円錐状突起部を形成した複数のテストピースを準備した。成形時に転写される円錐状突起部の形状と配置は、日立ハイテク社製の電界放射電子顕微鏡Ｓ−８００（商品名）により観察した。
【００５７】
その後、テストピースにハードコート塗工を行った。具体的には、テストピースに対し、内製塗布装置を用いて、ハードコート塗料を表面の凹凸部分に十分浸透し、さらに所定の厚みが確保されるよう浸漬塗布させた後、ドライオーブンで乾燥させ、ポストキュアを行った。次いで、たけでん社製のＵＶ照射機「グランデージECS-401X」（商品名）を用いによりＵＶキュアを実施した。以上により、ハードコート層の材料と厚さｔが異なるテストピース（実施例及び比較例）が得られた。
【００５８】
以下、実施例のテストピースと、比較例のテストピースの仕様について説明する。
実施例１：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝２５０ｎｍ、高さｄ＝２５０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝２．５μｍ
実施例２：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝４００ｎｍ、高さｄ＝３００ｎｍ、密集度＝８８％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝５．０μｍ
実施例３：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝１００ｎｍ、高さｄ＝１５０ｎｍ、密集度＝７５％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝２．０μｍ
実施例４：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝４４０ｎｍ、高さｄ＝２５０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝２．５μｍ
実施例５：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝９０ｎｍ、高さｄ＝２５０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝２．５μｍ
実施例６：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝２５０ｎｍ、高さｄ＝３５０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝２．５μｍ
実施例７：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝２５０ｎｍ、高さｄ＝１４０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝２．５μｍ
実施例８：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝２５０ｎｍ、高さｄ＝２５０ｎｍ、密集度＝７０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝２．５μｍ
実施例９：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝２５０ｎｍ、高さｄ＝２５０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝シリコーン、厚さｔ＝２．５μｍ
実施例１０：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝２５０ｎｍ、高さｄ＝２５０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝６．０μｍ
実施例１１：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝２５０ｎｍ、高さｄ＝２５０ｎｍ、密集度＝８０％、ハードコート層の材料＝ＵＶ硬化アクリル、厚さｔ＝１．８μｍ
実施例１２：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝４４０ｎｍ、高さｄ＝１４０ｎｍ、密集度＝７０％、ハードコート層の材料＝熱硬化アクリル、厚さｔ＝１．８μｍ
比較例１：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝８００ｎｍ、高さｄ＝１４０ｎｍ、密集度＝７０％、ハードコート層の材料＝熱硬化アクリル、厚さｔ＝１．８μｍ
比較例２：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝４４０ｎｍ、高さｄ＝８００ｎｍ、密集度＝７０％、ハードコート層の材料＝熱硬化アクリル、厚さｔ＝１．８μｍ
比較例３：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝４４０ｎｍ、高さｄ＝１４０ｎｍ、密集度＝５０％、ハードコート層の材料＝熱硬化アクリル、厚さｔ＝１．８μｍ
比較例４：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝４４０ｎｍ、高さｄ＝１４０ｎｍ、密集度＝７０％、ハードコート層の材料＝熱硬化アクリル、厚さｔ＝１１．０μｍ
比較例５：円錐状突起部の底面の半径ｒ＝４４０ｎｍ、高さｄ＝１４０ｎｍ、密集度＝７０％、ハードコート層の材料＝熱硬化アクリル、厚さｔ＝０．５μｍ
比較例６：特開平8-94801号公報に記載の製法にて形成し、基材に有機シラン化合物のCVD成膜を行って、屈折率傾斜させたもの
比較例７：特開2003-205563号公報に記載の製法にて形成し、基材とハードコート層を溶解面で接着し、界面を混合層としたもの
比較例８：特開2000-111706号公報に記載の製法にて形成し、界面の屈折率を階段状に変化させ、層間反射を軽減させたもの
比較例９：特開平8-197670号公報に記載の製法にて形成し、基材をブラスト、エンボス、ビーズなどで粗面化したもの
【００５９】
（評価項目とその方法）
ａ）鉛筆硬度
JIS K5600-5-4規格に基づき、内製鉛筆硬度試験器を用いて表面硬さを測定した。尚、主たる評価は表面硬さだが、表面傷のみならず円錐部分の内部破壊も判定基準に入れることとした。評価基準は、○→２Ｈ以上、△→Ｈ又はＦ，×→ＨＢ以下とした。
ｂ）塗布後外観
「平滑塗布性（レベリング隆起）」、および「干渉色ムラ」を目視にて官能評価し、ランク付けした。具体的には、ヘッドマウントディスプレイ装置の使用形態を想定し、50cmの観察距離から、反射光を目視観察した。評価基準は、○→レベリング隆起と干渉色ムラが、目視判別不能、△→レベリング隆起、干渉色ムラのいずれか一方が目視判別できる、×→レベリング隆起、干渉色ムラの両方を目視判別可能とした。
ｃ）分光反射率の平坦性
日立ハイテク製の分光光度計「U4100」（商品名）による全反射率測定により絶対値評価を行った。具体的には、波長帯域400nm-700nmにおいて反射率の最大値と最少値の差Δ%Rを求めた。評価基準は、○→Δ％Rが0.5%未満、△→Δ％Rが0.5%以上1.0%未満、×→Δ％Rが1.0%以上とした。
ｄ）ヘイズ
日本電色工業社製のヘーズメーター「NDH7000」（商品名）を用い、JIS K 7136規格に基づく測定を実施しヘイズ値を求めた。評価基準は、○→0.5％未満、△→0.5%以上、1.0%未満、×→1%以上とした。
ｅ）耐熱信頼性
自動車搭載環境を想定し、105℃のドライオーブンに1000時間留置し、外観観察によりハードコートのクラックや剥離の程度を、実体顕微鏡による外観観察で面内の不良発生部位の数を記録した。評価基準は、◎→表面クラック、内部クラック、コートハガレが無いこと、○→内部クラックがなく、外縁部を起点とする表面クラック、ハガレが発生、非外縁部における発生はないこと、△→内部クラック、非外縁部にクラック・剥がれが１〜4か所以下発生していること、×→内部クラック、非外縁部にクラック・剥がれが5か所以上発生していることとした。
ｆ）耐湿度信頼性
自動車信頼性試験を想定し、７０℃、９５％Ｒｈの恒温恒湿オーブンに1000時間留置し、外観観察によりハードコートのクラックや剥離の程度を、実体顕微鏡による外観観察で面内の不良発生部位の数を記録した。評価基準は、◎→表面クラック、内部クラック、コートハガレが無いこと、○→内部クラックがなく、外縁部を起点とする表面クラック、ハガレが発生、非外縁部における発生はないこと、△→内部クラック、非外縁部にクラック・剥がれが１〜4か所以下発生していること、×→内部クラック、非外縁部にクラック・剥がれが5か所以上発生していることとした。
【００６０】
表１に評価結果をまとめて示す。
【００６１】
【表１】
2016158550.tif 000003
【００６２】
（考察）
比較例１では、ｂ）塗布後外観、ｃ）分光反射率平坦性、ｄ）ヘイズの評価にて基準を満たしていなかった。これは円錐状突起部の底面半径ｒが大きすぎることが原因で内部破壊や光の散乱等が生じやすくなるからと解される。比較例２では、ｂ）塗布後外観、ｃ）分光反射率平坦性、ｅ）耐熱信頼性、ｆ）耐湿信頼性の評価にて基準を満たしていなかった。これは底面半径ｒが大きすぎることが原因で内部破壊や光の散乱等が生じやすくなるからと解される。比較例３では、ｂ）塗布後外観、ｃ）分光反射率平坦性、ｄ）ヘイズの評価にて基準を満たしていなかった。これは円錐状突起部の密集度が低すぎることが原因と解される。比較例４では、ｅ）耐熱信頼性の評価にて基準を満たしていなかった。これはハードコート層の厚さｔが厚すぎてクラックや剥がれが生じたことが原因と解される。比較例５では、ａ）鉛筆硬度の評価にて基準を満たしていなかった。これはハードコート層の厚さｔが薄すぎることが原因と解される。比較例６では、ａ）鉛筆硬度ｅ）耐熱信頼性、ｆ）耐湿信頼性の評価にて基準を満たしていなかった。比較例７では、ｃ）分光反射率平坦性、ｄ）ヘイズの評価にて基準を満たしていなかった。比較例８では、ｅ）耐熱信頼性、ｆ）耐湿信頼性の評価にて基準を満たしていなかった。比較例９では、ｄ）ヘイズの評価にて基準を満たしていなかった。これに対し、実施例１〜１２に関しては、評価項目ａ）〜ｆ）において概ね良好な評価を得た。これにより本発明の効果が確認された。
【００６３】
本発明は、本明細書に記載の実施形態や実施例に限定されるものではなく、他の実施形態・実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明の表示部材及びヘッドアップディスプレイ装置は、自動車に限らず、飛行機や重機にも用いることが出来、ドライバーの上方にあるサンバイザ付近に設置されて用いても、ウェラブル端末に用いてもよい。更に機能性フィルムは、基板の両側に形成されていても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１００            描画ユニット
１１１            液晶表示パネル
１２０            凹面鏡
１３０            ハウジング
２００            コンバイナ
２０１            基材
２０１ａ          円錐状突起部
２０１ｂ          底面
２０１ｃ          垂直面
２０１ｄ          斜面
ＤＢ              ダッシュボード
ＤＲ              ドライバー
ＧＴ              ゲート
ＶＨ              車体
【図１】
2016158550.tif 000004
【図２】
2016158550.tif 000005
【図３】
2016158550.tif 000006
【図４】
2016158550.tif 000007
【図５】
2016158550.tif 000008
【図６】
2016158550.tif 000009
【図７】
2016158550.tif 000010
【図８】
2016158550.tif 000011
【図９】
2016158550.tif 000012
【図１０】
2016158550.tif 000013
【国際調査報告】
2016158550.tif 000014
2016158550.tif 000015
2016158550.tif 000016
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