(57)【要約】比較的作製が容易であり、湾曲面に適用された場合にも光学性能を確保できる光機能層を備える光学素子の製造方法を提供する。光学フィルム部５２と光学形状を持った樹脂製の成形部材（本体部材）５１とを一体化させた光学素子の製造方法である。光学フィルム部５２は、少なくとも１つの有機層６３を含む複数層で形成された光機能層５２ｂを有しており、光学フィルム部５２が成形部材５１の形状に倣って三次元的に湾曲する際に生じる光学的変化を見込んで、光機能層５２ｂを構成する層の膜厚を所望の光学特性が得られる厚みよりも厚く成膜しており、光機能層５２ｂを成形部材５１と一体化することによって所望の光学特性を持たせる。
2018012541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学フィルムと光学形状を持った樹脂製の本体部材とを一体化させた光学素子の製造方法であって、
前記光学フィルムは、少なくとも１つの有機層を含む複数層で形成された光機能層を有しており、
前記光学フィルムが前記本体部材の形状に倣って三次元的に湾曲する際に生じる光学的変化を見込んで、前記光機能層を構成する層の膜厚を所望の光学特性が得られる厚みよりも厚く成膜しており、前記光機能層を前記本体部材と一体化することによって前記所望の光学特性を持たせる光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記光機能層は、屈折率１．９以上の無機層と屈折率１．３以上１．９以下の有機層とをそれぞれ少なくとも１層含む、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
屈折率１．９以上の前記無機層は、屈折率１．３以上１．９以下の前記有機層に隣接している、請求項２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記光機能層の総膜厚が５０ｎｍ以上３．５μｍ以下であり、前記有機層の膜厚が３０ｎｍ以上である、請求項２及び３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記有機層を形成するベース成分の材料として、ポリアクリル系及びポリウレタン系のいずれかの樹脂、又は、シリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、及び含フッ素ポリマーのいずれかを含む水溶性樹脂が用いられる、請求項２〜４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記光機能層は、複数の有機層のみを積層した構造を有する、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記有機層は、少なくとも１層が屈折率１．７以上である、請求項６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記光機能層の総膜厚が５０ｎｍ以上３．５μｍ以下であり、前記有機層の膜厚が３０ｎｍ以上である、請求項６及び７のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記有機層を形成するベース成分の材料として、ポリアクリル系及びポリウレタン系のいずれかの樹脂、又は、シリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、及び含フッ素ポリマーのいずれかを含む水溶性樹脂が用いられる、請求項６〜８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記光機能層の曲率半径が３００ｍｍ以上である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記光機能層の少なくとも一部における延伸量が２％以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記光機能層をインサート成形又はインモールド成形によって前記本体部材の所定面上に一体化させる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
成形型の型外又は型内で前記光学フィルムに対して転写面の形状に追従させるフォーミングを施し、前記光学フィルムをセットした成形型の成形空間内に樹脂を供給することによって前記本体部材を成形することにより、前記光機能層と前記本体部材とを一体化する、請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記光機能層は、ハーフミラー層である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
前記光機能層は、反射防止層である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
前記光学素子は、ヘッドアップディスプレイに組み込まれるコンバイナーである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１７】
光学形状を持った樹脂製の本体部材と、フィルム基材上に複数層で構成される光機能層を設けた光学フィルムとが一体化された光学素子であって、
前記光機能層は、無機層と有機層とを積層した構造、又は複数の有機層のみを積層した構造を有する光学素子。
【請求項１８】
光学形状を持った樹脂製の本体部材と、複数層で構成される光機能層と接着層で構成された層とが一体化された光学素子であって、
前記光機能層は、無機層と有機層とを積層した構造、又は複数の有機層のみを積層した構造を有する光学素子。
【請求項１９】
前記光機能層は、無機層と有機層とを積層した構造を有し、屈折率１．９以上の前記無機層と屈折率１．３以上１．９以下の前記有機層とをそれぞれ少なくとも１層含む、請求項１７及び１８のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２０】
屈折率１．９以上の前記無機層は、屈折率１．３以上１．９以下の前記有機層と隣接している、請求項１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記光機能層は、複数の有機層のみを積層した構造を有し、前記有機層は、少なくとも１層が屈折率１．７以上である、請求項１７及び１８のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記光機能層の曲率半径が３００ｍｍ以上である、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２３】
前記光機能層の総膜厚が５０ｎｍ以上３．５μｍ以下であり、前記有機層の膜厚が３０ｎｍ以上である、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２４】
前記有機層を形成するベース成分の材料として、ポリアクリル系及びポリウレタン系のいずれかの樹脂、又は、シリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、含フッ素ポリマーのいずれかを含む水溶性樹脂が用いられる、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２５】
前記光学フィルムが前記本体部材の形状に倣って三次元的に湾曲する際に生じる光学的変化を見込んで、前記光機能層を構成する層の膜厚を、湾曲前に所望の光学特性が得られる厚みよりも厚く成膜している、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２６】
前記光機能層は、ハーフミラー層及び反射防止層のいずれかである、請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２７】
ヘッドアップディスプレイに組み込まれるコンバイナーである、請求項１７〜２６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２８】
無機層と有機層とを積層した構造を有する光機能層を備え、
前記光機能層は、屈折率１．９以上の前記無機層と屈折率１．３以上１．９以下の前記有機層とをそれぞれ少なくとも１層含む光機能性フィルム。
【請求項２９】
屈折率１．９以上の前記無機層は、屈折率１．３以上１．９以下の前記有機層と隣接している、請求項２８に記載の光機能性フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバイナーその他の光学素子の製造方法、光学素子、及び光機能性フィルムに関し、特にハーフミラーその他の光学フィルムを付加した光学素子の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用表示装置であるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、運転に必要な情報をドライバーの前方のコンバイナーと呼ばれる投影素子又は光学素子に表示させるものであり、大きな視線移動を伴わずに補助情報を認識できることから、自動車への普及が広がっている。一般的なコンバイナーの製造方法としては、コンバイナー基材を射出成形等によって成形した後に、塗布機によるハードコート処理や蒸着機による反射機能膜等の成膜が行われているが、光学性能以外にも耐候性、耐摩耗性、防汚性等の多くの性能が求められるため成膜工程が多くなる。成膜方法としては、バッチ式が一般的であり、かかるバッチ式では一度に処理できる数が製品サイズによるため、特にコンバイナーのような比較的大きな光学製品では製造コストが高くなり、コンバイナーの大型化に伴い、コストを抑えることが難しくなってくる。【０００３】
コンバイナー等の光学素子用ではないが、主に加飾や表面保護を目的としてあらかじめ作製したフィルム（以下転写用フィルムとも呼ぶ）を金型内に配置し、射出成形と同時に樹脂成形品の表面にフィルムを付与するインサート成形法やフィルムの機能膜を転写させるインモールド成形法が公知となっている（特許文献１）。この種のインサート成形法やインモールド成形法をコンバイナーその他の光学素子に適用することにより、射出成形後の成膜のバッチ処理が不要となり、光学素子の製造コストを大幅に下げることが期待される。【０００４】
しかしながら、光学素子用のハーフミラーや反射防止膜といった光機能膜は、これを基材と一体化するに当たって、曲面に沿って転写用フィルムを延伸させると光機能膜が薄くなるため、転写用フィルム単独では設計値どおりに成膜してあっても、所望の光学特性が得られない（具体的には反射特性の短波長シフトが生じる）という問題がある。【０００５】
なお、光学部品向けの偏光板として、レンズの形状に追従させるため、偏光フィルムの一方の面にトリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣフィルム）を配置するとともに他方の面にポリカーボネートフィルム（ＰＣフィルム）を配置したものが公知となっている（特許文献２）。この方法では、偏光フィルムであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の一方の面に接着剤を挟んでＴＡＣフィルムを配置するとともに他方の面に接着剤を挟んでＰＣフィルムを配置し、熱圧着によりこれらの層を一体化するとともに所望の形状に曲げて偏光板とし、この偏光板を金型にインサートして一体成形する。この方法では、偏光フィルムの面内厚さに多少のムラが形成されるが、偏光フィルムの場合、面内厚さに多少のムラがあっても性能に影響はない。一方、ハーフミラー等の光機能膜では、下地の光学形状に倣う三次元的な延伸によって面内厚さに差が出ると分光特性が変化してしまうため、先行例のような通常のインサート成形では光学性能を確保することが非常に難しくなる。【０００６】
なお、ハーフミラーその他の光機能膜は、一般に無機材料の多層で構成されるが、このような無機系の多層膜は、インサート成形やインモールド成形に際して１％程度であっても延伸させることは容易でない。【０００７】
その他、家電筐体等に意匠を付与するための加飾シートとして、樹脂成形品の形状に追従させるため、基材層と金属薄膜層との間にプライマー層を設けたものが公知となっている（特許文献３）。このような加飾シートの製造方法では、基材層の上にプライマー層と金属薄膜層とが順に積層されその他の層も必要に応じて積層され、このようにして得られた加飾シートは、加飾成形時に１５０％以上（２．５倍以上）延伸しても剥がれや浮きが生じず、複雑な表面形状に追従できる成形性を備えたものとできるとある。しかしながら、この特許文献３は、金属調の外観を形成する加飾シートに関するものであり、光学素子に関連する光機能膜やその性能確保については言及していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２３２６５９号公報
【特許文献２】特開２００７−２９３０３０号公報
【特許文献３】特開２０１４−２０８４３２号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、比較的作製が容易であり、湾曲面に適用された場合にも光学性能を確保できる光機能層を備える光学素子の製造方法、光学素子、及び光学機能フィルムを提供することを目的とする。
【００１０】
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光学素子の製造方法は、光学フィルムと光学形状を持った樹脂製の本体部材とを一体化させた光学素子の製造方法であって、光学フィルムは、少なくとも１つの有機層を含む複数層で形成された光機能層を有しており、光学フィルムが本体部材の形状に倣って三次元的に湾曲する際に生じる光学的変化を見込んで、光機能層を構成する層の膜厚を所望の光学特性が得られる厚みよりも厚く成膜しており、光機能層を本体部材と一体化することによって所望の光学特性を持たせる。
【００１１】
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第１の光学素子は、光学形状を持った樹脂製の本体部材と、フィルム基材上に複数層で構成される光機能層を設けた光学フィルムとが一体化された光学素子であって、光機能層は、無機層と有機層とを積層した構造、又は複数の有機層のみを積層した構造を有する。
【００１２】
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第２の光学素子は、光学形状を持った樹脂製の本体部材と、複数層で構成される光機能層と接着層で構成された層（被覆層）とが一体化された光学素子であって、光機能層は、無機層と有機層とを積層した構造、又は複数の有機層のみを積層した構造を有する。
【００１３】
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光機能性フィルムは、無機層と有機層とを積層した構造を有する光機能層を備え、光機能層は、屈折率１．９以上の無機層と屈折率１．３以上１．９以下の有機層とをそれぞれ少なくとも１層含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａは、第１実施形態の製造方法によって得られる光学素子であるコンバイナーを示す斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すコンバイナーを組み込んだヘッドアップディスプレイ装置を説明する概念図である。
【図２】図１Ａに示すコンバイナーにおける表面付近の断面構造を説明する概念図である。
【図３】図３Ａ及び３Ｂは、無機層等の延伸を説明する概念図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｃは、図１Ａに示すコンバイナーの製造方法を概念的に説明する断面図である。
【図５】図５Ａ〜５Ｃは、図１Ａに示すコンバイナーの製造方法を概念的に説明する断面図である。
【図６】図６Ａ及び６Ｂは、図２に示すコンバイナー又はハーフミラー層の変形例を説明する断面図である。
【図７】ハーフミラー層等の延伸の光学的影響を説明する図である。
【図８】図８Ａ及び８Ｂは、ハーフミラー層の具体的構成例に対応する光学特性を説明する図である。
【図９】図９Ａは、図２に示すコンバイナー又は光機能層の変形例を説明する断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示すハーフミラー層の具体的構成例に対応する光学特性を説明する図である。
【図１０】図１０Ａ及び１０Ｂは、第２実施形態の製造方法によって得られる光学素子であるコンバイナーにおける表面付近の断面構造を説明する概念図である。
【図１１】図１１Ａ及び１１Ｂは、図１０Ｂ等に示すコンバイナーの製造方法を概念的に説明する断面図である。
【図１２】図１２Ａ及び１２Ｂは、図１０Ｂ等に示すコンバイナーの製造方法を概念的に説明する断面図である。
【図１３】図１３Ａ及び１３Ｂは、図１０Ｂ等に示すコンバイナーの変形例の断面構造を説明する断面図である。
【図１４】第３実施形態の製造方法によって得られる光学素子であって反射防止膜を備えるコンバイナーの断面構造を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態に係る光学素子の製造方法、並びに、これによって得られる光学素子及びこれに用いられる光機能性フィルムについて説明する。
【００１６】
図１Ａに示すように、本実施形態の製造方法によって製造された光学素子としてのコンバイナー２０は、矩形の湾曲した板状部材であるスクリーン部２０ａと、スクリーン部２０ａの一辺の中央から延びる棒状の支持部２０ｂとを備える。スクリーン部２０ａは、観察者側（つまり、ドライバー側）に配置される第１の光学面２１と、反観察者側に配置される第２の光学面２２とを有する。第１の光学面２１は、例えば曲率半径が３００ｍｍ以上の凹の曲面である。第１の光学面２１は、具体的には非球面又は自由曲面となっているので、ここでの曲率半径とは、第１の光学面２１の各所に球面を当てはめて最も曲率が大きくなる箇所を基準とする。第２の光学面２２は、例えば曲率半径が３００ｍｍ以上の凸の曲面であり、具体的には非球面又は自由曲面となっている。第１の光学面２１は、後に詳述するが、光透過性を有する樹脂製の成形部材の表面上に例えば２０〜３０％の反射率を有するハーフミラー層を設けたものとなっている。これにより、コンバイナー２０は、反射光と透過光とを併用するタイプのものとなる。
【００１７】
図１Ｂは、図１Ａに示すコンバイナー（光学素子）２０を組み込んだヘッドアップディスプレイ装置１００の概念的な側面図である。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば車両内のダッシュボード周辺に組み付けられるものであり、描画ユニット１０とコンバイナー２０とを備える。描画ユニット１０は、運転関連情報を含む各種画像に対応する表示光ＨＬをコンバイナー２０に向けて射出する。コンバイナー２０で反射された表示光ＨＬは、ドライバー席に着座したドライバーの眼の存在が予定される付近に設定された不図示のアイボックスに導かれる。ドライバーは、コンバイナー（光学素子）２０で反射された表示光ＨＬをコンバイナー２０又は車体の前方にある虚像に対応する表示光ＫＬとして観察することができる。一方、ドライバーは、表示光ＫＬに重ねてコンバイナー２０を透過した外界光ＧＬ（つまり前方景色等の実像）を重畳して観察することができる。なお、詳細な説明を省略するが、描画ユニット１０中には、描画デバイス、ミラー、駆動制御装置等が組み込まれている。
【００１８】
図２を参照して、コンバイナー（光学素子）２０の第１の光学面２１側における断面構造について説明する。コンバイナー２０のスクリーン部２０ａは、可視光に対して高い光透過性を有する本体部材である成形部材５１と、可視光を部分的に反射する半透過性を有する光学フィルム部５２と、これらの間に介在する接着層５３とで構成される。成形部材５１は、スクリーン部２０ａの外観的な輪郭を与えており、光学フィルム部５２は、第１の光学面２１として機能し、表示光ＨＬを部分的に反射する際に表示光ＨＬに対して収束又は発散する作用を与える（図１Ｂ参照）。接着層５３は、光学フィルム部５２を成形部材５１に密着するように接合させて両者を一体化させる役割を有する。光学フィルム部５２は、接着層５３と一体化した表層加工用フィルム５５として製造され、成形部材５１の成形時に成形部材５１の三次元的な光学形状を持った表面５１ｓにフィルム型の加飾技術等を用いて接合される。
【００１９】
成形部材（本体部材）５１は、射出成形等によって形成されるものであり、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の各種樹脂で形成される。また、成形部材５１は、無機微粒子等を混入させたハイブリッド材料であってもよい。
【００２０】
光学フィルム部５２又は光学フィルムは、基材（フィルム基材）５２ａ上に光機能層５２ｂを形成したものである。基材５２ａは、成形部材（本体部材）５１と同様に、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＣＯＰ等の各種樹脂で形成される。光機能層５２ｂは、干渉作用を利用したハーフミラー層であり、低屈折率層６１と高屈折率層６２とを交互に積層した構造を有し、可視域で所定以上の反射率を示す反射特性を有するものとなっている。低屈折率層６１のうち表面側の少なくとも１層以上は、有機層６３であり、１．３以上１．９以下の屈折率を有する。高屈折率層６２のうち表面側の少なくとも１層以上は、非金属の無機層６４が好ましく、例えば１．９以上の屈折率を有する。つまり、無機層６４が高屈折率側を受け持ち、有機層６３が低屈折率側を受け持つ。ここで無機層６４とは、Ａｌ、Ａｇ等の金属のみの組成で構成されている層を除く。この場合、無機層６４によって比較的高い屈折率といった所望の光学特性を実現しやすくなるとともに、有機層６３によって柔軟性を確保することが容易になる。これにより、光学フィルム部５２を湾曲させて光学素子であるコンバイナー２０に組み込んでも、光機能層５２ｂの光学性能を確保しつつクラックの発生を抑制することができる。また、屈折率１．９以上の無機層６４が、屈折率１．３以上１．９以下の有機層６３に隣接することにより、屈折率の高低差がある複数層を隣接させた干渉膜とできる。無機層６４については、クラック防止の観点で２層以上連続しないようにしている。光機能層５２ｂの最上層又は最表層としては、低屈折率層６１である有機層６３が配置されている。
【００２１】
基材５２ａの厚みについては、特に制限がないが、５０〜３００μｍ程度である。光機能層（ハーフミラー層）５２ｂの厚みは、全体で５０ｎｍ〜３．５μｍ程度である。光機能層５２ｂの総膜厚が５０ｎｍ以上３．５μｍ以下であれば、取り扱いや特性の維持が比較的容易である。低屈折率層６１や高屈折率層６２の厚みは、光学設計によって定まる面もあるが、特に有機層６３又は低屈折率層６１については、３０ｎｍ以上とする。有機層６３の膜厚が薄すぎると作製や調整が容易で無く無機層６４のクラックを抑制することが困難になるので、有機層６３の膜厚を３０ｎｍ以上とすることが望ましい。無機層６４又は高屈折率層６２についても、３０ｎｍ以上とする。
【００２２】
低屈折率層６１は、光透過性を有する有機層６３で形成されている。有機層６３を構成する有機系バインダーの材料又はベース成分として、例えばポリアクリル系及びポリウレタン系のような溶媒系樹脂（有機溶媒を用いて溶かしてある樹脂）を用いることができ、或いはシリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、又は含フッ素ポリマーのような水溶性樹脂を用いることができる。有機層６３の材料として、上記のような柔軟性の高い樹脂を用いることで、成膜が容易になり、クラックの抑制効果を高めることができる。低屈折率層６１の有機層６３は、例えば溶剤や水に溶かした材料を基材５２ａ上又は無機層６４上に塗布することによって形成される。
【００２３】
低屈折率層６１又は有機層６３は、ベース成分に屈折率調整用微粒子を分散させたものとすることができる。屈折率調整用微粒子には、金属酸化物粒子を用いることができ、金属酸化物粒子として例えば酸化ケイ素（二酸化ケイ素）を用いる。具体的な例としては、合成非晶質シリカ、コロイダルシリカ、酸化亜鉛、アルミナ、コロイダルアルミナ等が挙げられる。これらのうち、コロイダルシリカゾル、特に酸性のコロイダルシリカゾルを用いることがより好ましく、有機溶媒に分散させたコロイダルシリカを用いることが特に好ましい。
【００２４】
低屈折率層６１に含まれる酸化ケイ素粒子は、その平均粒径（個数平均；直径）が３〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
低屈折率層６１については、ロール・ツー・ロール方式のコーティング又は塗布によって、連続成膜が可能になる。ここで、ロール・ツー・ロール方式とは、ロール状に巻いたシート状の基材を送り出して表面に目的物質を成膜し、この基材を再びロールに巻き取る手法である。
【００２６】
高屈折率層６２は、光透過性を有する無機層６４で形成されている。無機層６４は、光透過性を有する金属酸化物等の非金属の無機材料で形成され、好ましくは屈折率が１．９以上のものを用いる。具体的には、無機層６４は、例えばチタン系化合物、酸化アルミニウム等の光透過性を有する無機材料で形成される。無機層６４は、無機材料をスパッター成膜、真空蒸着、化学気相堆積法等によって低屈折率層６１上に堆積することによって形成される。この際、ロール・ツー・ロール方式の成膜も可能である。
【００２７】
図２において有機層６３とは明示されていない下側又は成形部材５１側の低屈折率層６１は、有機系の高屈折率層６２や基材５２ａに隣接する場合、例えばＳｉＯ２系化合物等の無機材料とすることもできる。同様に無機層６４と明示されていない下側の高屈折率層６２は、無機材料に限らず、アクリル系、ポリウレタン系等の有機系材料とすることもできる。
【００２８】
接着層５３は、本体部材の素材に適した感熱性あるいは感圧性の樹脂を適宜使用する。たとえば、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が使用可能である。接着層５３の成膜方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の成膜方法がある。なお、接着層５３は、光学フィルム部５２と本体部材としての成形部材５１との材質が異なっていること等に起因して、両者の接着性が十分確保できない場合に両者を確実に一体化するのに有用である。しかしながら、光学フィルム部５２と成形部材５１とが同じ材料（例えば、どちらもＰＣ製）である場合等、後述するように光学フィルム部５２をセットした成形型に溶融樹脂ＭＲを注入して成形部材５１を成形することで両者間に十分な接着性が確保できる場合は、必ずしも接着層５３を設ける必要はない。
【００２９】
図１に戻って、第１の光学面２１は上記のように曲率半径が例えば３００ｍｍの凹面となっている。つまり、光学フィルム部５２等からなる表層加工用フィルム５５は、第１の光学面２１又は成形部材５１の表面５１ｓの湾曲形状に適合するように変形させる必要があり、曲率半径が例えば３００ｍｍの湾曲面となる。つまり、光機能層５２ｂの曲率半径が３００ｍｍ以上となり、光機能層５２ｂの曲率が極端に大きくならないので、過度の延伸によって光機能層５２ｂの光学性能が劣化したり光機能層５２ｂが破損したりすることを防止できる。光学フィルム部５２が多層膜型の光機能層５２ｂを備え、光機能層５２ｂが１つ以上の無機層６４を含む場合、第１の光学面２１に適合するように変形する際に、曲率半径に応じた延伸が生じる。光機能層５２ｂの延伸量は、最も少ない箇所でも２％以上となっている。干渉型の光機能層５２ｂの場合、延伸量が２％以上となることで、光学特性がずれ、光学特性に波長シフトが生じやすくなるので、湾曲によって生じる光学的変化を見込んで光機能層５２ｂを作製する意義が大きくなる。コンバイナー２０の一般的な設計では、第１の光学面２１が１０ｃｍ×１０ｃｍ以上であり、第１の光学面２１が平均で７％程度の延伸を生じさせるものと想定される。例えば第１の光学面２１の中央部Ａ１では、光学フィルム部５２又は表層加工用フィルム５５が最小である４％の延伸率を示し、第１の光学面２１の隅部Ａ２では、光学フィルム部５２又は表層加工用フィルム５５が最大である１０％の延伸率を示す。つまり、光学フィルム部５２は、±３％程度の延伸のバラツキを有するものとなる。よって、光学フィルム部５２を構成する多層膜の膜厚の設計も平均で７％程度の延伸を前提として行われ、±３％程度の延伸のバラツキを許容するものとする。上記のような光学フィルム部５２の延伸に伴って、光機能層５２ｂを構成する低屈折率層６１及び高屈折率層６２の厚みは変化するが、密度変化が殆ど生じないので各層６１，６２の屈折率については殆ど変化しない。さらに、低屈折率層６１及び高屈折率層６２の材料や添加物の調整によって複屈折の発生も最小限に抑えることができる。つまり、光学フィルム部５２の延伸によって反射率等の波長依存性といった分光特性の面内分布が生じるが、画質影響を与えない程度に抑えることができる。
【００３０】
しかしながら、光学フィルム部５２を延伸した場合、特に無機層６４の延伸に際してクラックが生じないような工夫が必要となる。すなわち、低屈折率層６１及び高屈折率層６２が樹脂系の材料層であれば、延伸によってクラックが生じるおそれはなないが、低屈折率層６１又は高屈折率層６２が一般に延性のない無機材料層であれば、延伸によってクラックが生じる可能性が高まる。
【００３１】
図３Ａ及び３Ｂを参照して、無機層６４の延伸について考える。無機層６４が有機層６３に隣接して成膜されているものとする。無機層６４の成膜方法にもよるが、無機層６４は微結晶の集合体として形成され、微結晶のサイズは均一であることが望ましいが、結晶の成長過程は下地との表面張力の関係によって変化するため、下地の有機層６３の表面張力の方が小さい場合には、有機層６３に近い領域（紙面下側）では粒径が比較的小さく、有機層６３から遠い領域（紙面上側）では粒径が比較的大きくなっていると考えられる。ただし、無機層６４の厚みがあまり大きくなければ、有機層６３から遠い領域でも、殆ど層状の層が形成されない状態とできる。有機層６３の表面６３ａの表面粗さを高める等、さらに濡れ性を低くする表面処理を予め行っておけば、その効果は大きくなり、より細かい結晶粒界が形成される。このような状態で図３Ａに示す状態から図３Ｂに示す状態に無機層６４及び有機層６３の延伸を行うと、無機層６４は、有機層６３の延伸に追従して均一又は一様に延伸される。この際、無機層６４の一部の微結晶が隙間に嵌り込むように紙面上下方向の位置を変化させるので、無機層６４を上下方向に横切るようなクラックが形成されることを防止できる。なお、図３Ａでは、無機層６４の紙面上側に何も記載されていないが、無機層６４の紙面上側にも有機層６３が形成される場合が多く、このような有機層６３が存在しても、無機層６４は延伸に伴ってクラックが生じにくい状態に維持され、むしろクラック抑制効果が高まると考えられる。
【００３２】
さらに、上記のように光学フィルム部５２を湾曲させて延伸した場合、光機能層５２ｂを構成する低屈折率層６１の厚みと高屈折率層６２の厚みとが減少するように変化する。したがって、光機能層５２ｂの光学特性つまり干渉型の反射率を所期の目標通りに作製するためには、設計値より厚くした光機能層５２ｂを予め準備する必要がある。具体的には、光学フィルム部５２を湾曲させる際、すなわち光学フィルム部５２を湾曲させつつコンバイナー（光学素子）２０に組み込む際の光機能層５２ｂの延伸に伴う膜厚の変化（光学的変化）を見込んで、低屈折率層６１の厚みと高屈折率層６２の厚みとを相殺分又は補償分だけ設計値より厚く設定した光学フィルム部５２を予め準備しておく必要がある。ここで、光機能層５２ｂの低屈折率層６１や高屈折率層６２を設計値より厚くする補償用の膜厚増加量について説明する。低屈折率層６１や高屈折率層６２のうち要部の延伸率の平均値がαであり、各層６１，６２の目標とする厚みがｄｎ（ｎは自然数の層番号）であるとした場合に、各層６１，６２の体積が変化しなければ、延伸前の各層６１，６２の膜厚ｄ０は、ｄｎ×（１＋α）で与えられる。つまり、各層６１，６２の膜厚増加量は、ｄｎ×αである。以上では各層６１，６２の屈折率が変化しないとしたが、各層６１，６２の屈折率の変化を推定して各層６１，６２の厚増加量をより精密に決定することもできる。
【００３３】
以下、図４及び図５を参照しつつ、図１Ａに示すコンバイナー２０の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、コンバイナー２０をインサート成形を用いて作製する。インサート成形は、成形部材５１の成形中に光学フィルム部５２を貼り付けるので工程を簡潔化してコストを下げることができる。説明の都合上、図４及び図５では、図１Ａに示すコンバイナー２０の第２の光学面２２側に光学フィルム部５２を貼り付ける例を示しているが、第１の光学面２１側に光学フィルム部５２を貼り付ける場合にも同様の方法を用いる。
【００３４】
まず、図４Ａに示すように、光学フィルム部５２と接着層５３とを一体化した光機能性フィルムである表層加工用フィルム５５を準備し、この表層加工用フィルム５５を転写型８１上にセットする。転写型８１は、クランプ部８１ｈを有しており、表層加工用フィルム（光機能性フィルム）５５を転写型８１に対して解除可能に固定することができる。なお、図示の例では、表層加工用フィルム５５を個別に分離して供給しているが、表層加工用フィルム５５をロール状にして連続的に供給することもできる。
【００３５】
次に、図４Ｂに示すように、表層加工用フィルム５５を転写型８１の転写面８１ａに密着するように変形させるフォーミングを行う。表層加工用フィルム５５と転写面８１ａとの間にある空気を真空排気部８１ｃを利用して型外に排気することで、表層加工用フィルム５５を転写面８１ａに密着させることができる。この際、表層加工用フィルム５５を加熱することで、表層加工用フィルム５５の変形が容易になる。その後、表層加工用フィルム５５を冷却すれば、転写面８１ａの形状が安定した状態で表層加工用フィルム５５に転写される。これらの操作によって、光学フィルム部５２が三次元的に湾曲され、光学フィルム部５２は延伸されることになる。
【００３６】
図４Ｃに示すように、フォーミング後の表層加工用フィルム５５を転写型８１から外し、表層加工用フィルム５５の周囲をカットするトリミングを行う。表層加工用フィルム５５を転写型８１から外す際には、転写型８１に設けたクランプ部８１ｈを解除状態に戻す。表層加工用フィルム５５をトリミングする際には、カッター８２を利用して表層加工用フィルム５５の必要領域のみを切り抜いて余剰箇所を廃棄する。
【００３７】
図５Ａに示すように、トリミング後の表層加工用フィルム５５をチャック装置８５を利用して固定側の第１成形型８３にセットする。つまり、第１成形型８３の転写面８３ａの適所に表層加工用フィルム５５を固定する。表層加工用フィルム５５の形状は、転写面８３ａと略一致するが、真空排気部８３ｃを利用して表層加工用フィルム５５と転写面８３ａとの間にある空気を型外に排気することで、表層加工用フィルム５５を転写面８３ａに密着させることができ、後の射出成形を精密に行うことができる。
【００３８】
次に、図５Ｂに示すように、固定側の第１成形型８３に対して可動側の第２成形型８４を近接させる型閉じを行うとともに、両成形型８３，８４を所定圧で締め付ける型締めを行う。そして、両成形型８３，８４の転写面８３ａ，８４ａ間に形成された型空間ＳＰ中に溶融樹脂ＭＲを供給し冷却することで、型空間ＳＰに対応する形状を有する成形部材５１が形成される。
【００３９】
最後に、図５Ｃに示すように、可動側の第２成形型８４を固定側の第１成形型８３から離間させる型開きを行って、成形部材５１を第２成形型８４から外す。成形部材５１を第２成形型８４から外す際には、第２成形型８４に設けた突き出しピン８４ｅを利用する。この際、成形部材５１の表面５１ｓには、表層加工用フィルム５５が融着等によって密着固定された状態となっている。つまり、成形部材５１と表層加工用フィルム５５とを一体化したコンバイナー２０が得られる。ここで、成形部材５１と光学フィルム部５２とは、接着層５３を介して一体化されている。こうして、予め、光学フィルム部５２が成形部材５１の形状に倣って三次元的に湾曲する際に生じる光学的変化を見込んで、光機能層を構成する層の膜厚を所望の光学特性が得られる厚みよりも厚く成膜した光学フィルム部５２を用いて、この光学フィルム部５２を三次元的に湾曲して延伸し、成形部材５１と一体化することで、所望の光学特性を持つ光学素子を得ることができる。
【００４０】
図６Ａは、図２等に示すコンバイナー２０の変形例を説明する断面図である。この場合、スクリーン部２０ａは、光学フィルム部５２において、光学フィルムを構成する光機能層５２ｂと基材（フィルム基材）５２ａとの間にハードコート層５２ｃを設けている。つまり、表層加工用フィルム（光機能性フィルム）５５は、ハードコート層５２ｃも含む。これにより、外界に曝されるスクリーン部２０ａに解像度劣化の原因となる傷等が発生することを抑制できる。ハードコート層５２ｃは、アクリル系、ポリウレタン系、シリコーン系等の有機系材料で形成される。ハードコート層５２ｃの厚みは、具体的には１〜２０μｍとされている。ハードコート層５２ｃは、例えば組成物を準備し、塗布し、光照射や熱により硬化させることによって形成される。
【００４１】
図６Ｂは、図６Ａに示すスクリーン部２０ａの変形例を説明する断面図である。この場合、スクリーン部２０ａは、光学フィルム部５２において、光学フィルムを構成する光機能層５２ｂ上に防汚層５２ｄを設けている。つまり、表層加工用フィルム（光機能性フィルム）５５は、防汚層５２ｄも含む。これにより、スクリーン部２０ａの防汚性や耐擦傷性を向上させることができる。防汚層５２ｄは、フッ素系材料等の有機系材料で形成される。具体的には、防汚層５２ｄの材料は、ベース成分に対して防汚剤を添加したものである。防汚層５２ｄの厚みは、具体的には１〜２００ｎｍとされている。防汚層５２ｄも、その組成物を準備することでハードコート層５２ｃと同様の手法によって形成することができる。
【００４２】
図７は、光学フィルム部５２等からなる表層加工用フィルム（光機能性フィルム）５５の延伸を考慮した光学設計を説明するチャートである。太い線Ｌ１はインサート成形前の反射率特性又は光学特性を示し、細い線Ｌ２はインサート成形後の反射率特性又は光学特性を示す。
【００４３】
以下の表１は、図７に示す特性を有する光学フィルム部５２のインサート成形前（太線）に対応する諸元を示している。表中で「Layer」は基材５２ａからの層の番号であり、「Material」は、各層の材料を示し、「Thickness」は、各層の厚み（ｎｍ）を示す。ここで、主波長は５３０ｎｍであるとしている。各層の材料において、「HC」は、屈折率１．５５のアクリル化合物、ウレタン系化合物、又はシリコーン系化合物によって形成されたハードコート層５２ｃであることを意味する。「H」は、屈折率１．９０以上の無機層（具体的にはＴｉ２Ｏ５）であることを意味する。「L」は、アクリル化合物又はウレタン系化合物によって形成された有機層又はＳｉＯ２系化合物によって形成された無機層であることを意味する。
〔表１〕
Layer   Material        Thickness
1       HC              4362.30
2       H                 14.25
3       L                 61.7
4       H                 18.73
5       L                123.79
6       H                 69.33
7       L                  2.61
【００４４】
以下の表２は、図７に示す特性を有する光学フィルム部５２のインサート成形後（細線）に対応する諸元を示している。
〔表２〕
Layer   Material        Thickness
1       HC              4076.92
2       H                 13.32
3       L                 57.66
4       H                 17.5
5       L                115.69
6       H                 64.79
7       L                  2.44
【００４５】
表１と表２とを比較すると、各層の膜厚が０．９３倍（７％減少）になっている点が異なる。結果的に、短波長側の遮断波長に関して５０ｎｍ程度のズレが生じるが、インサート成形後（細線）の光学フィルム部５２は、インサート成形前（太線）の光学フィルム部５２と略同様の反射特性を有することが分かる。このことから、光学フィルム部５２又は光機能層５２ｂの延伸量を見込んで、光機能層５２ｂ等を構成する各層６１，６２，５２ｃ，５２ｄ等の膜厚が設計値、すなわち、成形部材５１の形状に倣って光学フィルム部５２を三次元的に湾曲させることによって光学フィルム部５２が延伸される前に所望の光学特性が得られる厚みより適宜厚くなるようにしておけばよいことが分かる。ここで、既に説明したように、光学フィルム部５２のうち要部の延伸率の平均値がαであり、各層６１，６２，５２ｃ，５２ｄの目標とする厚みがｄｎ（ｎは自然数の層番号）であるとした場合に、各層６１，６２，５２ｃ，５２ｄの体積が変化しなければ、延伸前の各層６１，６２，５２ｃ，５２ｄの膜厚ｄ０は、ｄｎ×（１＋α）で与えられる。つまり、各層６１，６２，５２ｃ，５２ｄについての補償用の膜厚増加量は、ｄｎ×αと想定される。
【００４６】
以上では、膜厚基準で考えたが、波長基準で考えることもできる。すなわち、主波長又は目標波長がλｓである場合に、（１＋α）λｓを目指して光学フィルム部５２の膜厚構成を決定すれば、延伸を伴う成形後の光学フィルム部５２の反射率を所期の目標値とすることができる。
【００４７】
図８Ａ及び８Ｂは、光学フィルム部５２の膜構成を変えた場合の反射率特性を示す。
【００４８】
図８Ａは、図７の細線Ｌ２に対応する６層タイプの光機能層５２ｂを備える光学フィルム部５２の反射特性を示し、この光学フィルム部５２は、表２に示す成形後又は延伸後の状態に相当し、光機能層５２ｂの全膜厚は２７１ｎｍとなっている。また、図８Ｂは、３層タイプの光機能層５２ｂを備える光学フィルム部５２の反射特性を示し、以下の表３は、成形後又は延伸後における膜厚等の諸元を示している。この場合、光機能層５２ｂの全膜厚は１１９ｎｍとなっている。なお、表３において、「H2」は、屈折率１．９０以上のＴｉ２Ｏ５系化合物層（具体的には、９０％以上のＴｉ２Ｏ５、１０％未満のＴｉＯ及び／又はＴｉ２Ｏ３を含有する混合物）であることを意味する。
〔表３〕
Layer   Material        Thickness
1       HC              4076.92
2       L                 49.3
3       H2                66.73
4       L                  2.88
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る光学素子の製造方法やこれによって得たコンバイナー（光学素子）２０によれば、光学フィルム部（光学フィルム）５２が成形部材（本体部材）５１とは予め別体で準備されるので、光学フィルム部５２や光機能層５２ｂの作製が比較的容易である。さらに、上記製造方法では、光学フィルム部５２を成形部材５１の形状に倣って三次元的に湾曲させることによって生じる光学的変化（具体的には膜厚の減少に伴う光学性能の変化）を見込んで光機能層５２ｂを作製する。そのため、光学フィルム部５２と成形部材５１との一体化によって完成したコンバイナー（光学素子）２０における光機能層５２ｂは、膜厚誤差の小さい光機能層となり、所期の光学性能を発揮するものとなる。なお、光学フィルム部５２内において延伸量の分布がある場合、そのような延伸量の分布を見込んで厚く成膜しておくことが望ましい。
【００５０】
また、本実施形態に係るコンバイナー（光学素子）２０によれば、光機能層５２ｂが無機層６４と屈折率１．３以上１．９以下の有機層６３とを積層した構造を有するので、無機層６４によって比較的高い屈折率といった所望の光学特性を実現しやすくなるとともに、有機層６３によって柔軟性を確保することが容易になる。これにより、光学性能を確保しつつクラックの発生を抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態に係る表層加工用フィルム（光機能性フィルム）５５は、光機能層５２ｂが無機層６４と有機層６３とを積層した構造を有するので、屈折率の自由度が大きな多層膜とすることができ、成膜を最終形状から独立して行うことができるので、最終形状に依存しない光学特性を実現することができる。ここで、無機層６４が高屈折率側を受け持ち、有機層６３が低屈折率側を受け持つことで、屈折率差の大きな干渉性の多層膜を実現できる。このような表層加工用フィルム（光機能性フィルム）５５は、別体で準備した成形部材（本体部材）５１の形状の曲率があまり大きくなければ、成形部材（本体部材）５１の形状に倣って三次元的に湾曲させることができ、接着用の層を介して成形部材（本体部材）５１に接着することができる。
【００５２】
図９Ａは、図２等に示すコンバイナー２０の変形例を示す断面図である。光学フィルム部（光学フィルム）５２において、干渉作用を利用したハーフミラー層である光機能層５２ｂは、低屈折率層６１と高屈折率層１６２とを交互に積層した構造を有する。この場合、低屈折率層６１は、例えば１．３以上１．７以下の屈折率を有する有機層６３で形成されている。また、高屈折率層１６２は、例えば１．７以上の屈折率を有する有機層６３で形成されている。高屈折率層１６２は、材料の選択により低屈折率層６１よりも高屈折率に設定されている。同様に、低屈折率層６１は、材料の選択により高屈折率層１６２よりも低屈折率に設定されている。低屈折率層６１と高屈折率層１６２とをともに有機系材料で形成することにより、延伸量を大きくすることができる。この場合も、光学フィルム部５２又は光機能層５２ｂの延伸量を見込んで、光機能層５２ｂ等を構成する各層６１，１６２等の膜厚が設計値より適宜厚くなるようにしておけばよい。光機能層５２ｂが、複数の有機層６３のみを積層した構造を有することにより、高い屈折率を持つ有機材料がないため、光学設計的に有機層６３を多数重ねた膜構成が必要となるが、光学フィルム部５２を光学素子であるコンバイナー２０に組み込む際に湾曲させやすくなる。
【００５３】
高屈折率層１６２及び低屈折率層６１をともに有機層６３で構成する場合、有機層６３を構成する有機系バインダーの材料又はベース成分として、例えばポリアクリル系及びポリウレタン系のような溶媒系樹脂を用いることができ、或いはシリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、含フッ素ポリマーのような水溶性樹脂を用いることができる。低屈折率層６１及び高屈折率層１６２を構成する有機層６３は、例えば溶剤や水に溶かした材料を基材５２ａ上又は無機層６４上に塗布することによって形成される。
【００５４】
高屈折率層１６２を構成する有機層６３は、屈折率を相対的に高くするために、上記ベース成分に酸化ジルコニウム粒子その他の屈折率調整用微粒子を分散させたものとすることができる。屈折率調整用微粒子には、酸化ジルコニウム粒子以外にも、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、アルミナ、コロイダルアルミナ、酸化ニオブ、酸化ユーロピウム等の金属酸化物粒子（高屈折率金属酸化物微粒子）を含有させていてもよい。なお、高屈折率金属酸化物微粒子は、屈折率を調整するために、１種を用いても２種以上を併用してもよい。高屈折率金属酸化物微粒子の大きさは、特に制限されないが、体積平均粒径（一次粒子だけでなく二次粒子がある場合これを含めたもの）が１〜１００ｎｍであると好ましく、３〜５０ｎｍであるとより好ましい。一次平均粒径が１〜１００ｎｍであると好ましく、３〜５０ｎｍであるとより好ましい。また、高屈折率層１６２における上記高屈折率金属酸化物微粒子の含有量としては、特に制限されないが、酸化ジルコニウム粒子の含有量と高屈折率金属酸化物微粒子の含有量との和が、高屈折率層１６２の全固形分に対して、１５〜９５質量％となるように調整されると好ましく、２０〜８０質量％であるとより好ましく、３０〜８０質量％であるとさらにより好ましい。
【００５５】
なお、高屈折率層１６２に用いられる金属酸化物粒子の総量（酸化ジルコニウム粒子と上記酸化ジルコニウム以外の高屈折率金属酸化物微粒子との合計量）に対して、酸化ジルコニウム粒子の含有量は８０〜１００質量％であることが好ましく、９０〜１００質量％であることが好ましく、１００質量％であることがさらに好ましい。また、上記高屈折率層１６２の酸化ジルコニウム粒子等は、複数存在する高屈折率層１６２の少なくとも１層に含まれていればよい。
【００５６】
低屈折率層６１を構成する有機層６３は、屈折率を相対的には低くするために、上記ベース成分に屈折率調整用微粒子を分散させたものとすることができる。屈折率調整用微粒子としては、酸化ケイ素（二酸化ケイ素）その他の金属酸化物粒子を用いる。具体的な例としては、合成非晶質シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられる。これらのうち、コロイダルシリカゾル、特に酸性のコロイダルシリカゾルを用いることがより好ましく、有機溶媒に分散させたコロイダルシリカを用いることが特に好ましい。また、屈折率をより低減させるために、低屈折率層の金属酸化物粒子として、粒子の内部に空孔を有する中空微粒子を用いてもよく、特に酸化ケイ素（二酸化ケイ素）の中空微粒子が好ましい。また、酸化亜鉛、アルミナ、コロイダルアルミナ等の酸化ケイ素以外の公知の金属酸化物粒子（無機酸化物粒子）も使用することができる。屈折率を調整するために、低屈折率層に含まれる金属酸化物粒子としては、１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。低屈折率層に含まれる無機酸化物粒子が酸化ケイ素粒子である場合において、酸化ケイ素粒子は、その体積平均粒径（個数平均；直径）が３〜１００ｎｍであることが好ましい。一次粒子の状態で分散された一次粒子の平均粒径（塗布前の分散液状態での粒径）は、３〜５０ｎｍであることが好ましく、３〜４０ｎｍであることがさらに好ましく、３〜２０ｎｍであることが特に好ましく、４〜１０ｎｍであることが最も好ましい。また、一次粒子の軟凝集体である二次粒子の平均粒径としては、３０ｎｍ以下であることが、ヘイズが少なく可視光透過性に優れる観点で好ましい。
【００５７】
高屈折率層１６２及び低屈折率層６１ともに有機層６３とする場合、有機系バインダーの材料又はベース成分として、上記のようにシリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、含フッ素ポリマー等の水溶性樹脂を用いることが好ましい。高屈折率層６２および低屈折率層６１で用いられる水溶性樹脂としては、特に制限されないが、（１）ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類等の合成水溶性樹脂、（２）ゼラチン、増粘多糖類等の天然水溶性樹脂等が挙げられる。これらの中でも、酸素透過性が低いという観点から、ポリビニルアルコール類を用いると好ましい。また、高屈折率層１６２および低屈折率層６１は、エマルジョン樹脂を含んでもよい。ポリビニルアルコール類には、ポリ酢酸ビニルを加水分解して得られる通常のポリビニルアルコールの他に、カチオン変性したカチオン変性ポリビニルアルコール、カルボキシル基のようなアニオン性基を有するアニオン変性ポリビニルアルコール、ノニオン性基を有するノニオン変性ポリビニルアルコール、シリル基を有するシリル変性ポリビニルアルコール等の変性ポリビニルアルコールも含まれる。ポリ酢酸ビニルを加水分解して得られるポリビニルアルコールは、平均重合度が２００以上のものが好ましく用いられ、さらに、１，０００以上のものが好ましく、平均重合度が１，５００〜５，０００のものがより好ましく、２，０００〜５，０００のものが特に好ましく用いられる。ポリビニルアルコールの重合度が２００以上であると塗布膜のひび割れがなく、５，０００以下であると塗布液が安定するからである。なお、塗布液が安定するとは塗布液が経時的に安定することを意味する。また、ケン化度は、７０〜１００モル％のものが好ましく、８０〜９９．５モル％のものが水への溶解性の点でより好ましい。
【００５８】
上記のような有機層６３、特に多層の有機層６３を形成する際には、ロール・ツー・ロール方式のコーティング又は塗布によって、連続成膜が可能になり、コスト削減を達成できる。塗布する方式としては、スプレー方式、ディップ方式等を用いることができる。
【００５９】
図９Ｂは、図９Ａに対応するものであって１０層タイプの光機能層５２ｂを備える光学フィルム部５２の反射特性を示し、以下の表４は、成形後又は延伸後における膜厚等の諸元を示している。この場合、光機能層５２ｂの全膜厚は７３０ｎｍとなっている。なお、表４において、「H3」は、屈折率１．８の有機層（具体的には酸化ジルコニウム粒子、ｐＨ調整用クエン酸、塗布助剤の両性界面活性剤、及び水溶性樹脂であるポリビニルアルコールからなり、全固形分に対する酸化ジルコニウム粒子の含有比率５０ｖｏｌ％となる塗工液で形成したもの）であることを意味する。
〔表４〕
Layer   Material        Thickness
1       HC              4362.3
2       H3                67.21
3       L                 48.6
4       H3                50.27
5       L                 86.54
6       H3                73.63
7       L                 91.8
8       H3                76.17
9       L                 95.03
10      H3                77.79
11      L                 63.32
【００６０】
以上のように、本実施形態に係るコンバイナー（光学素子）２０によれば、光機能層５２ｂが無機層６４と有機層６３とを積層した構造又は複数の有機層６３のみを積層した構造を有するので、光学フィルム部５２を成形部材５１の形状に倣って三次元的に湾曲させることができ、光学フィルム部５２を成形部材５１とは別体で準備することができ、光学フィルム部５２や光機能層５２ｂの作製が比較的容易である。具体的には、コンバイナー２０は、基材（フィルム基材）５２ａがコンバイナー２０側に残るインサート成形によって作製することができる。インサート成形の場合は、成形部材５１と基材５２ａとが一体となるため、基材５２ａのもつ表面硬度やガス透過性等の特徴を素子に付加することができる。なお、上記コンバイナー２０の作製では、光学フィルム部５２を成形部材５１の形状に倣って三次元的に組み込む際の湾曲させることによって生じる光学的変化（具体的には膜厚の減少に伴う光学性能の変化）を見込んで光機能層５２ｂを作製できるので、これらの一体化によって完成したコンバイナー２０における光機能層５２ｂは、膜厚誤差の小さい光機能層、つまり所期の光学性能を発揮するものとなる。つまり、ハーフミラー等の光機能層５２ｂで反射された表示光ＨＬを高い画質で観察することができる。
【００６１】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る光学素子及びその製造方法について説明する。なお、第２実施形態に係る光学素子等は、第１実施形態の光学素子等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。
【００６２】
図１０Ａにおいて、本実施形態の光学素子であるコンバイナー２０のスクリーン部２０ａは、製造工程の途中段階にあり、接着層５３上に、光学フィルム部５２としての光機能層５２ｂと、成形後に除去される離型層５６と、成形後に除去される基材（フィルム基材）５２ａとを積層した状態となっている。これらのうち、接着層５３と光機能層５２ｂとは、成形部材５１を覆う複合的な層（被覆層）であり、後述するように基材（フィルム基材）５２ａの剥離後も成形部材５１と一体化されて成形部材５１側に残る。
【００６３】
接着層５３と、光機能層５２ｂと、離型層５６と、基材５２ａとは、光機能性フィルムとしての表層加工用フィルム５５となっており、成形時に成形型内に吸着された状態で支持される。スクリーン部２０ａの完成後は、離型層５６と基材５２ａとからなる剥離シート５７が除去され、成形部材５１上に接着層５３を介して光機能層５２ｂが残る（図１０Ｂ参照）。光機能層５２ｂを構成する各層６１，６２は、基材５２ａ側から見た場合、第１実施形態の場合とは逆の配列（逆の成膜順）となっているが、成形部材５１側から見た場合、第１実施形態と同様の配列となっている。なお、光機能層５２ｂにおいて、高屈折率層６２は、第１実施形の場合と同様に有機層６３で形成することもできる。
【００６４】
以下、図１１及び図１２を参照して、図１０に示すコンバイナー２０の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、コンバイナー２０をインモールド成形を用いて作製する。インモールド成形は、成形部材５１の成形中に光学フィルム部５２を貼り付けるので工程を簡潔化してコストを下げることができる。
【００６５】
まず、図１１Ａに示すように、光機能層５２ｂと離型層５６と基材（フィルム基材）５２ａとを一体化した表層加工用フィルム（光機能性フィルム）５５をロール状として固定側の第１成形型８３に供給する。図示を省略しているが、表層加工用フィルム５５は、未使用ロール５９ａから第１成形型８３に送り出す機構や第１成形型８３から剥離シート５７（図１２Ｂ参照）を使用済みロール５９ｂに巻き取る機構を有する。
【００６６】
次に、図１１Ｂに示すように、第１成形型８３に供給された表層加工用フィルム５５をクランプ装置８３ｈを利用して固定側の第１成形型８３に固定し、表層加工用フィルム５５と転写面８３ａとの間にある空気を真空排気部８３ｃを利用して型外に排気することで、表層加工用フィルム５５を転写面８３ａに密着させる。この際、表層加工用フィルム５５を加熱することで、表層加工用フィルム５５の変形が容易になる。
【００６７】
次に、図１２Ａに示すように、固定側の第１成形型８３に対して可動側の第２成形型８４を近接させる型閉じを行うとともに、両成形型８３，８４を所定圧で締め付ける型締めを行う。そして、両成形型８３，８４の転写面８３ａ，８４ａ間に形成された型空間ＳＰ中に溶融樹脂ＭＲを供給し冷却することで、型空間ＳＰに対応する形状を有する成形部材５１が形成される。
【００６８】
最後に、図１２Ｂに示すように、可動側の第２成形型８４を固定側の第１成形型８３から離間させる片開きを行って、成形部材５１を第２成形型８４から外す。成形部材５１を第２成形型８４から外す際には、第２成形型８４に設けた突き出しピン８４ｅを利用する。この際、成形部材５１の表面５１ｓには、表層加工用フィルム５５のうち光機能層５２ｂが接着層５３によって密着固定された状態となっている。つまり、成形部材５１と光機能層５２ｂとを一体化したコンバイナー２０が得られる。この際、表層加工用フィルム５５から光機能層５２ｂ等が剥離され、残った離型層５６及び基材５２ａからなる剥離シート５７が使用済みロール５９ｂに巻き取られる。
【００６９】
図１３Ａは、図１０Ａ等に示すコンバイナー２０又はその製造途中における半製品の変形例を説明する断面図である。この場合、スクリーン部２０ａにおいて、光機能層５２ｂと接着層５３との間にハードコート層５２ｃを設けている。つまり、光学フィルムとしての光機能層５２ｂと、その下地としてのハードコート層５２ｃとを組み合わせてなる複合層が、接着層５３を介して成形部材５１と一体化されている。これにより、外界に曝されるスクリーン部２０ａに解像度劣化の原因となる傷等が発生することを抑制できる。このハードコート層５２ｃは、図６Ａに示すものと同様のものである。なお、表側の剥離シート５７が最終的に除去されることでスクリーン部２０ａが完成する。
【００７０】
図１３Ｂは、図１３Ａに示すスクリーン部２０ａ又はその製造途中における半製品の変形例を説明する断面図である。この場合、スクリーン部２０ａにおいて、光学フィルムとしての光機能層５２ｂと、その上に設けられる防汚層５２ｄとを組み合わせてなる複合層が、接着層５３を介して成形部材５１と一体化されている。これにより、スクリーン部２０ａの防汚性や耐擦傷性を向上させることができる。この防汚層５２ｄは、図６Ｂに示すものと同様のものである。なお、表側の剥離シート５７が最終的に除去されることでスクリーン部２０ａが完成する。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係るコンバイナー（光学素子）によれば、光機能層５２ｂが無機層６４と有機層６３とを積層した構造（又は複数の有機層６３のみを積層した構造）を有するので、光学フィルム部５２を成形部材５１の形状に倣って三次元的に湾曲させることができ、光学フィルム部５２を成形部材５１とは別体で準備することができ、光学フィルム部５２や光機能層５２ｂの作製が比較的容易である。具体的には、コンバイナー２０は、基材（フィルム基材）５２ａが第１成形型８３側に残るインモールド成形によって作製することができる。インモールド成形の場合は、成形部材５１と基材５２ａとは一体化されないため、特に透過光学系において、基材５２ａを介することによる透過率減少や複屈折等の光学的なデメリットを除去することができる。なお、上記コンバイナー２０の作製では、光学フィルム部５２を成形部材５１の形状に倣って三次元的に組み込む際の湾曲させることによって生じる光学的変化（具体的には膜厚の減少に伴う光学性能の変化）を見込んで光機能層５２ｂを作製できるので、これらの一体化によって完成したコンバイナー２０における光機能層５２ｂは、膜厚誤差の小さい光機能層、つまり所期の光学性能を発揮するものとなる。つまり、ハーフミラー等の光機能層５２ｂで反射された表示光ＨＬを高い画質で観察することができる。
【００７２】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る光学素子及びその製造方法について説明する。なお、第３実施形態に係る光学素子等は、第１実施形態の光学素子等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。
【００７３】
図１４に示すように、本実施形態の光学素子であるコンバイナー２０のスクリーン部２０ａでは、成形部材５１の第１面５１ｉ側に接着層５３を介してハーフミラー型の光機能層５２ｂが形成され、成形部材５１の第２面５１ｊ側に接着層１５３を介して反射防止型の光機能層１５２ｂが形成されている。光機能層１５２ｂは、光機能層５２ｂと同様に低屈折率層６１と高屈折率層６２とを交互に積層した構造を有する干渉型の反射防止膜（反射防止層）である。これにより、成形部材５１の表面での反射による損失やゴーストを簡易に抑えることができる。ここで、低屈折率層６１のうち表面側の少なくとも１層以上は、有機層６３であり、１．３以上１．９以下の屈折率を有する。また、高屈折率層６２のうち表面側の少なくとも１層以上は、例えば非金属の無機層６４であり、例えば１．９以上の屈折率を有する。
【００７４】
図面では省略しているが、光機能層５２ｂ，１５２ｂを支持する基材５２ａ（図２参照）を設けることができ、ハードコート層５２ｃや防汚層５２ｄ（図６Ａ、６Ｂ等参照）を追加することもできる。
【００７５】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、光機能層５２ｂを備える表層加工用フィルム５５は、コンバイナー２０に限らず他の光学素子の表面の加飾やコーティングに用いることができる。この場合、成形部材５１の表面に反射防止型の光機能層１５２ｂ（図１４参照）のみを形成することもできる。
【００７６】
上記実施形態では、成形部材５１を射出成形によって形成したが、成形部材５１を射出成形以外の各種成形方法によって形成することもできる。すなわち、射出成形による一次加飾に限らず、ホットスタンプ法、真空・圧空を用いた三次元フォーミング等の成形後に加飾が行われる二次加飾を用いることができる。
【００７７】
光機能層５２ｂは、図面に例示されるものに限らず、少なくとも一層の有機層を含み複数層を含む様々な構成とできる。
【図１】
2018012541.tif 000003
【図２】
2018012541.tif 000004
【図３】
2018012541.tif 000005
【図４】
2018012541.tif 000006
【図５】
2018012541.tif 000007
【図６】
2018012541.tif 000008
【図７】
2018012541.tif 000009
【図８】
2018012541.tif 000010
【図９】
2018012541.tif 000011
【図１０】
2018012541.tif 000012
【図１１】
2018012541.tif 000013
【図１２】
2018012541.tif 000014
【図１３】
2018012541.tif 000015
【図１４】
2018012541.tif 000016
【国際調査報告】
2018012541.tif 000017
2018012541.tif 000018
2018012541.tif 000019
2018012541.tif 000020
2018012541.tif 000021
2018012541.tif 000022
2018012541.tif 000023
2018012541.tif 000024
2018012541.tif 000025
2018012541.tif 000026
2018012541.tif 000027
2018012541.tif 000028