(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車外側と車内側ガラス板とが中間膜を介して接合されて構成された合わせガラスからなるウインドシールドガラスと、該ウインドシールドガラスへほぼブリュースター角で表示光を発する表示器と、前記表示器から発した表示光を直線偏光にする偏光手段とを備え、前記表示器から発せられる表示光が前記偏光手段によって変換されてなるｓ偏光を前記ウインドシールドガラスの車内側表面で反射させ、運転者の前方視界内に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記ウインドシールドガラスの前記車内側ガラス板の外側面には、厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下の延伸した樹脂フィルムからなる、ｓ偏光をｐ偏光に変換する１／２波長板が封入されており、
前記ウインドシールドガラスの前記車内側ガラス板の車内側面には、反射効率を上げる反射膜が設けられ、
前記反射膜は、前記１／２波長板によるｓ偏光からｐ偏光への変換効率が低い波長領域の反射率を、前記１／２波長板によるｓ偏光からｐ偏光への変換効率が高い波長領域の反射率に比べて高くすることにより、可視光全領域にわたって二重像輝度比を均一に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２】
二重像輝度比が０．１〜１．７％の範囲である、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記反射膜は、ＴｉＯ2 −ＳｉＯ2 を主成分とする反射膜である、請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記１／２波長板は、ｓ偏光が１／２波長板に入射する入射方向と１／２波長板の３次元的な屈折率の特性とによって決定される、ｓ偏光が１／２波長板中を進行するときの進相軸または遅相軸の方向と、ｓ偏光の振動方向とのなす角度が４５±５度になるように、ウインドシールド内に封入されている、請求項１、２または３記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記１／２波長板を設けた部分に該当するウインドシールドガラスの車内側表面に、前記１／２波長板に包含されるような面積・形状の前記反射膜が設けられている、請求項１、２、３または４記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記１／２波長板がポリビニルアルコール樹脂からなる、請求項１、２、３、４または５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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウインドシールドガラスの車外側空気界面で発生する像反射を抑制し、表示の視認性を向上させたヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両のウインドシールドガラスの車内側表面の反射を利用して各種の表示を行う装置において、表示像が二重に見えることを低減するために、ガラスの車内側表面に反射率を高めた無機の薄膜をコーティングしたものが提案されている。この方式では無処理の場合と比較して、裏面反射との輝度比を高くすることにより表示二重像は軽減できるが、自動車用安全ガラスの法規に定められている可視光線透過率を満たす範囲では、裏面反射像との輝度比を認知しにくい程度まで低減することは困難である。
【０００３】
また光軸をずらしたホログラム光学素子をウインドシールドガラス内部に封入したものは、表示像の二重像は完全に解消されるが、色収差等の対策のために光源側に特殊な工夫が必要であり、全体としてシステムが複雑になる欠点がある。
【０００４】
さらに１／２波長板を用いてブリュースター角で直線偏光を入射させることにより、表示二重像を解消する提案（特開平２−１４１７２０号公報参照）がなされているが、自動車用ウインドシールドガラスとしての安全性を確保するための具体的な材料・手法は開示されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術の上記課題を解決し、自動車、鉄道車両等のウインドシールドガラスを表示体として使用する場合に発生する二重像を、広い表示波長帯域で均一にかつ著しく軽減したヘッドアップディスプレイ装置を提供しようとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、車外側と車内側ガラス板とが中間膜を介して接合されて構成された合わせガラスからなるウインドシールドガラスと、該ウインドシールドガラスへほぼブリュースター角で表示光を発する表示器と、前記表示器から発した表示光を直線偏光にする偏光手段とを備え、前記表示器から発せられる表示光が前記偏光手段によって変換されてなるｓ偏光を前記ウインドシールドガラスの車内側表面で反射させ、運転者の前方視界内に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記ウインドシールドガラスの車内側ガラス板の外側面には、厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下の延伸した樹脂フィルムからなる、ｓ偏光をｐ偏光に変換する１／２波長板が封入され、前記ウインドシールドガラスの車内側ガラス板の車内側面には、反射効率を上げる反射膜が設けられ、前記反射膜は、前記１／２波長板によるｓ偏光からｐ偏光への変換効率が低い波長領域の反射率を、前記１／２波長板によるｓ偏光からｐ偏光への変換効率が高い波長領域の反射率に比べて高くすることにより、可視光全領域にわたって二重像輝度比を均一にすることを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ装置、を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明における車両用ウインドシールドガラスの一例を示す模式的断面図である。
車内側ガラス板１の車内側表面には、反射膜２が設けられている。車外側ガラス板７と車内側ガラス板１とは、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）からなる中間膜６を介して接合されており、全体として合わせガラスを構成している。
中間膜６と車内側ガラス板１との間には、イソシアネート系接着層３、５を介して１／２波長板４が封入されて、結果として合わせガラス内部に１／２波長板が封入されている。
【０００８】
上記例では、ウインドシールドガラスが合わせガラスから構成されているが、単板ガラス等と、透明の樹脂層との積層体の構成をウインドシールドガラスとしてもよい。この場合、１／２波長板はガラス板と透明の樹脂層との間に封入されることになる。
【０００９】
本発明における１／２波長板としては、延伸したＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂が合わせガラスへの封入という観点から適切であり、ウインドシールドガラスに貼り付ける場合は５０μｍ以下の厚さ、あらゆる車両で法規上要求される光学品質を満足させる必要性からは３０μｍ以下の厚さであることが望ましい。一方１／２波長板としての基本的な性能を満足させるうえで、極端に薄い厚さのフィルムは性能の維持が困難であり、またフィルムとしての取り扱いがきわめて困難になることから、最低でも１０μｍ以上の厚さであることが望ましい。
【００１０】
１／２波長板の位相遅延波長（リタデーション値）としては、表示に使用される領域に対して有効な効果を発揮させるために、２１０〜３４０ｎｍの範囲が使用でき、視感度と表示器の出力の観点から、可視光全領域の表示波長帯域において平均的なｓ偏光からｐ偏光への変換効率が得られるように、２５０〜３００ｎｍの範囲が特に望ましい。
【００１１】
この１／２波長板は、例えばＰＶＡ樹脂から溶液キャスト法、押出し法、カレンダ法等によって得られた光学用ＰＶＡフィルムを一軸延伸して得ることができる。一軸延伸の方法には、周遠の異なる２対またはそれ以上のロール間をフィルムを通過させる方法、テンター法による横一軸延伸法、圧延法等が採用できる。
【００１２】
１／２波長板のリタデーション値は、２１０〜３４０ｎｍの範囲が好ましい。このような所望のリタデーション値を得るためには、延伸倍率、延伸速度、延伸槽内温度、槽内滞在時間等を適宜所定の値に設定、制御することで達成される。
【００１３】
また、上記のように本発明における１／２波長板は、厚さを１０μｍ以上５０μｍ以下にすることが、車両用途のウインドシールドガラスに封入するうえで好ましい。このような厚さの１／２波長板でリタデーション値の範囲を２１０〜３４０ｎｍにするためには、フィルムの配向度を上げることが求められる。具体的には、若干の２軸延伸を併用する、圧延法を採用する、等によって、上記の所望の厚さとリタデーション値とを有する１／２波長板を得ることができる。上記のように薄い厚さのフィルムの品位を維持するためには、フィルム巻き取り時に支持用のフィルム（基材）に１／２波長板を積層することが好ましい。
【００１４】
１／２波長板は、外的要因からの保護の点に鑑みて、ウインドシールドガラスを構成するガラス板と中間膜の界面、または、２枚の中間膜の間に設けられるのが好ましい。
【００１５】
１／２波長板としてのＰＶＡフィルムをガラスおよび／または中間膜に接着し、合わせガラスに要求される高い接着性を確保するためには、イソシアネート系の接着剤が最適であり、厚さとしては封入後の総厚をできるだけ小さくし、かつ必要な接着性を確保する観点から、１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。イソシアネート系接着剤は、合わせガラスの製造工程における熱処理によって、必要な接着力を発現させることができ、ガラスおよびＰＶＡフィルムの有する透明性を損ねないように、ウェブ状態でＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の平滑性の良好な基材上にコーティングされ、フィルム状態でＰＶＡフィルムとラミネートすることにより使用できる。
【００１６】
さらに１／２波長板として最良の効果を発揮させるため、１／２波長板は、ｓ偏光が１／２波長板に入射する入射方向と１／２波長板の３次元的な屈折率の特性とによって決定される、ｓ偏光が１／２波長板中を進行するときの進相軸または遅相軸の方向と、ｓ偏光の振動方向とのなす角度が４５±５度になるように、ウインドシールドに配されることが好ましい。なお、以下このような角度設定を、単に「フィルム延伸軸の配設角度が４５±５度である」という。
【００１７】
具体的には、３次元的な屈折率とは直交するフィルム面方向の屈折率ｎx 、ｎy 、フィルム面に垂直な方向の屈折率ｎz の３つの屈折率であって、これら３次元的な屈折率によって定義される屈折率楕円体を、屈折率楕円体の中心を含む表示器から発した表示光の進行方向（表示光の入射方向）に垂直な平面で切断したときにできる楕円体の長軸方向と、入射光の偏光方向とが４５±５度になるように設けられることが好ましい。
【００１８】
本発明においては、１／２波長板を設けた部分に該当するウインドシールドガラスの表面に、反射効率を上げる反射膜を設けるのが好ましい。１／２波長板の位相遅延波長（リタデーション値）はフィルムの合わせガラス内部への封入工程を経て初期値から若干変化したり、面内で分布が発生することから、反射膜は、１／２波長板に全て包含されるような面積・形状とすることが望ましい。ウインドシールドガラスが合わせガラスである場合、上記の反射膜は、車外側ガラス板の内側面、車内側ガラスの外側または内側面等に設けられるが、反射効率と反射像の見栄えの点に鑑みると、車内側ガラス板の車内側面に設けられることが好ましい。
【００１９】
反射膜は、１／２波長板によるｓ偏光からｐ偏光への変換効率が低い波長帯域について、反射率が高く、可視光全領域にわたって平均的な二重像輝度比となるようにされていることが望ましい。
【００２０】
ガラスの車内側表面に設ける反射膜は、通常ガラスに対して高い屈折率を有する誘電体薄膜を数十〜数百ｎｍの厚さで均一にコーティングすることによって得られる。従来表示用として用いられているＴｉＯ2 等を主成分とする薄膜は高硬度ではあるが、一般に反射率を確保するために厚膜化すると耐擦傷性が劣化する。耐擦傷性を改善するには、膜表面を平滑にしかつガラス基板との付着力を上げる必要があり、一般にＳｉＯ2 等のガラス成分の添加が有効であるが、このような組成の変更によって膜の屈折率が低下し、最大反射率を大きくすることが困難となる。
【００２１】
本発明における反射膜は、１／２波長板によって表示の二重像はかなり軽減されているため、裏面反射の損失を補う程度の比較的低い反射率でも充分な効果が期待され、より耐擦傷性に優れた中程度の屈折率の材料や、同じ膜材料での薄膜化が可能である。また、反射率を法規で定められた透過率の制約のなかで最大限まで引き上げる必要がないため、車外から反射を目立ちにくくした良好な外観を得ることができる。
【００２２】
本発明において、１／２波長板は入射光の偏光方向を９０度回転することができるので、例えば入射光としてｓ偏光を用いた場合は、裏面反射光となる１／２波長板を透過する光はｐ偏光成分となり、裏面での反射率はブリュースター角５７度付近を中心に車内側表面反射率との差を大きくすることができ、その結果二重像が軽減される。
【００２３】
ウインドシールドガラスの車内側表面に高屈折率の反射膜を設けることにより、ブリュースター角を無処理ガラス（屈折率１．５２）に対して若干大きくできる効果と、反射率増加による裏面反射輝度の減衰効果によって、乗用車で一般的な入射角６０度以上の場合の二重像軽減と、片面のみの反射では不足する輝度不足の改善、設計遅延波長からのずれが大きい波長に対する二重像軽減効果の改善および広い波長帯域における二重像輝度の平均化を同時に図れる。なお、表示が単色またはあまり波長的な分布が大きくない場合で、表示器の光量が充分な場合は、当然ながら反射膜を除外することもできる。
【００２４】
【実施例】
［例１］
図１に示す構成のウインドシールドガラスを以下の方法で作製した。
酸化セリウム研磨、水洗後、充分に乾燥した厚さ２ｍｍの透明なソーダライムフロートガラス板（車内側ガラス板１）を準備し、これにＴｉＯ2 −ＳｉＯ2 を主成分とする３０ｎｍ厚の反射膜２（屈折率１．９２）をコーティングした。
【００２５】
このガラスの非反射膜側に、厚さ２５μｍのＰＥＴ基材上に形成した厚さ約１μｍのイソシアネート系接着層３をラミネータにより貼り付け、加熱してＰＥＴフィルムのみをガラス板から剥離した後、位相遅延波長２７０ｎｍ、厚さ２５μｍの一軸延伸ＰＶＡフィルム（１／２波長板４）を、フィルム延伸軸の配設角度が４５度になるように貼り合わせた。この上にさらに接着層３と同じイソシアネート系接着層５を貼り合わせた後、上記反射膜面を外側として、３０ｍｉｌ厚のＰＶＢ膜６（中間膜）を介して、２ｍｍ厚ブロンズガラス（車外側ガラス板７）と積層し、合わせガラスを作製した。
【００２６】
この合わせガラスに対して、表示波長４８０ｎｍ、５４５ｎｍ、６３０ｎｍの単色ｓ偏光を入射角度５５度および６０度にて入射させ、表面反射光輝度と裏面反射光輝度を輝度計にて計測し、二重像輝度比（裏面反射光輝度／車内側表面反射光輝度：％）を算出した。ここで、二重像輝度比とは、ガラスの車内側表面の反射率と裏面反射との輝度比であり、前記二重像輝度比の値を小さくすることにより表示二重像は軽減できる。１．７％以下とほとんど二重像を認識できないレベルであり、３％以下でわずかに二重像が気になるレベルである。その結果を表１に示す。
【００２７】
【００２８】
［例２］
一軸延伸ＰＶＡフィルムのフィルム延伸軸の配設角度が４０度となるように貼り合わせた以外は、例１と同様に合わせガラスを作製した。例１と同様にして二重像輝度比を測定した結果を表１に示す。
【００２９】
［例３］
１／２波長板を合わせガラスに封入しないこと以外は、例１の合わせガラスと同様にして、同じ構成の合わせガラスを作製した。例１と同様にして二重像輝度比を測定した結果を表１に示す。
【００３０】
［例４］
例１の車内側ガラス板に反射膜コーティングをせず、１／２波長板を合わせガラスに封入しないこと以外は、例１の合わせガラスと同様にして、同じ構成の合わせガラスを作製した。例１と同様にして二重像輝度比を測定した結果を表１に示す。
【００３１】
［例５］
充分に乾燥した厚さ２ｍｍの透明ガラス板表面に、６３ｎｍ厚のＴｉＯ2 −ＳｉＯ2 を主成分とする反射膜（屈折率１．９３）をコーティングし、この反射膜面を外側として、３０ｍｉｌ厚のＰＶＢ膜（中間膜）を介して２ｍｍ厚ブロンズガラスと積層し、合わせガラスとした。この合わせガラスは、その反射効率を例１、例３の反射膜による反射効率よりも大きくした例に相当する。すなわち、反射効率を上げて、二重像を目立たなくすることを意図したものである。例１と同様にして二重像輝度比を測定した結果を表１に示す。
【００３２】
［例６］
例１の一軸延伸ＰＶＡフィルムのフィルム延伸軸の配設角度が３５度となるように貼り合わせた以外は、例４と同様に合わせガラスを作製した。例１と同様にして二重像輝度比を測定した結果を表１に示す。
【００３３】
表１に示すように、例１と例３とを対比すると、例３の合わせガラスが二重像輝度比で２２〜３５％の値を示したのに対し、例１の合わせガラスでは０．１〜１．７％とほとんど二重像を認識できないレベルであった。
【００３４】
なお、これらの合わせガラスについてＪＩＳ−Ｒ３２１１に準拠した耐衝撃試験と光学品質評価を実施したところ、通常の合わせガラスと同等の接着輝度と許容範囲の透視歪であることが確認された。
【００３５】
また、表１に示すように、例４の合わせガラスが約４５〜６５％の二重像輝度比であったのに対し、例２の合わせガラスでは二重像輝度比が０．３〜３％であり、設計波長からのずれが大きい表示波長ではわずかに二重像が気になるレベルであったが、設計波長に近い波長ではほとんど二重像が認識されないレベルであった。
【００３６】
さらに、例１の合わせガラスにおいては、各表示色による二重像の輝度は平均化され、表示輝度も、反射膜を施さないガラスに対して、５０〜５５％改善された。これらのサンプルは、ＪＩＳ  Ａ光源による垂直反射率で１３．０％の値を示し、反射があまり目立たず良好な外観を示した。
【００３７】
これに対し、例５の合わせガラスは、表１に示すように、その二重像輝度比は、１１〜１４％であり、まだ二重像が認識できるレベルであった。反射膜側の垂直反射率（ランダム光）は１８．１％であり、外観上反射がやや目立つものであった。
【００３８】
また、例６の合わせガラスは、表１に示すように、その二重像輝度比は、１１〜１６％程度であり、例５の反射効率を上げることによって二重像を目立たなくする手段と、ほぼ同等の二重像の認識レベルにすることができた。ただし、充分な入射偏光面の回転が達成されず、まだ二重像が認識できるレベルであった。
【００３９】
【表１】
0004076246.tif 000002
【００４０】
【発明の効果】
本発明においては、ウインドシールドガラスの内部に設けられた１／２波長板により裏面反射光を減衰させ、またウインドシールドガラスを構成する内板ガラスの車内側表面に設けられた高屈折率の反射膜により、不足する輝度の補償と１／２波長板の機能が低下する波長での特性劣化を補うことができる。
すなわち、本発明によれば、従来コーティングだけでは解決困難な表示二重像の大幅な軽減と同時に、外観を犠牲にしない程度での表示輝度の改善を図れる。
【００４１】
また、１／２波長板の厚さを１０μｍ〜３０μｍとし、イソシアネート系接着剤で貼り合わせることにより、自動車用フロントガラスとして法規で定められた諸性能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における車両用ウインドシールドガラスの一例を示す模式的断面図
【符号の説明】
１：車内側ガラス板
２：反射膜
３：イソシアネート系接着層
４：１／２波長板
５：イソシアネート系接着層
６：中間膜
７：車外側ガラス板
【図１】
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