(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、車両用のバックミラーに映像表示装置を組み合わせて映像を表示する技術が知られている。例えば、特許文献1においては、モニタの前面(視認側面)にハーフミラーを配置して構成される映像表示ミラーが開示されている。この映像表示ミラーでは、ハーフミラーによる反射像により後方の視認が可能となり、一方、モニタに映像を表示した際にはその映像がハーフミラーを通して視認可能となる。
【0003】
このような映像表示ミラーにおいては、車両後方からの光量が多い場合などには、反射像が、モニタに表示された画像の視認性を阻害するという問題がある。引用文献1においては、視認者(乗員)が後方を視認する際とモニタ画像を視認する際とで、ハーフミラーの角度を異なる角度にすることで、反射像の影響を低減するという技術が提案されている。このような技術によれば、モニタ画像を視認する際、ハーフミラーによる反射像がモニタ画像の視認性を阻害しないような像となるように、具体的には、反射により天井が写るようにハーフミラーの角度を調整して、反射像の影響が低減され得る。
【0004】
しかしながら、ハーフミラーによる反射像をモニタ画像の視認性を阻害しないような像とすることが困難な場合、例えば、パノラミックルーフ、サンルーフ等の光を透過する天井を備える車両またはオープンカーに適用する場合、引用文献1の映像表示ミラーでは、反射像の影響を低減することができない。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【0011】
A.車両用映像表示ミラーの全体構成
図1は、本発明の1つの実施形態による映像表示ミラーの概略断面図である。車両用映像表示ミラー100は、視認側から順に、第1の偏光板110と、第1の液晶セル120と、ハーフミラー130と、映像表示装置140とを備える。好ましくは、ハーフミラー130と映像表示装置140とは、これらが平行となるように配置される。本実施形態の車両用映像表示ミラー130は、例えば、車両のバックミラー(ルームミラー)として用いられ得る。ハーフミラー130は、光反射機能と光透過機能とを備える。車両用映像表示ミラー100は、ハーフミラー130の光反射機能により、車両の乗員(より具体的には、運転者)による車両の周囲(例えば、後方)の確認を可能とする。また、車両用映像表示ミラー100においては、ハーフミラー130の光透過機能により、映像表示装置140に表示された映像を視認することが可能となる。映像表示装置140は、例えば、車両の周囲(例えば、後方)を写す外部カメラによる映像を表示する。このようにすれば、車両内に障害物(例えば、同乗者、荷物等)があり、ハーフミラーの反射像では車両の周囲を十分に確認できない場合などでも、映像表示装置に外部カメラによる映像を表示して、車両の安全を確保することができる。なお、図示していないが、本発明の車両用映像表示ミラーは、任意の適切なその他の部材をさらに備え得る。
【0012】
上記第1の液晶セルは、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光方向を維持する状態と、入射した直線偏光を円偏光に変換する状態とが切り替わる。1つの実施形態においては、第1の液晶セルは、電圧無印加時において、入射した直線偏光の偏光方向を維持し、電圧印加時において、入射した直線偏光を円偏光に変換する。詳細は後述する。なお、直線偏光の偏光方向を維持するとは、実質的に偏光方向を維持する場合も包含し、偏光方向の変化が±10°(好ましくは±5°)である場合も包含する。
【0013】
図2は、本発明の1つの実施形態による作用を説明する概略図である。
図2(a)は、映像表示装置140の映像が表示されておらず、ハーフミラー130による反射像が視認に供される状態を示す。この状態においては、視認側から入射し第1の偏光板110を透過して生成された直線偏光(偏光方向が第1の偏光板の吸収軸Aに直交する偏光)は、第1の液晶セル120において、その偏光方向が維持される。そのため、ハーフミラー130で反射した光は、再度、第1の偏光板110を透過することができ、車両の乗員は、ハーフミラーによる反射像を視認することができる。
図2(b)は、映像表示装置140に映像が表示されている状態を示す。この状態においては、第1の液晶セル120が、第1の偏光板110側から入射した直線偏光を円偏光に変換する。この状態においては、(i)視認側から入射した光が、第1の偏光板および第1の液晶セルを透過して、右回りまたは左周りの円偏光となり、(ii)該円偏光がハーフミラーに反射して、入射時とは逆回りの円偏光となり、(iii)該逆回りの円偏光は、第1の液晶セル120において、第1の偏光板110を透過し得ない直線偏光に変換される。その結果、ハーフミラーによる反射像が視認されがたくなる。一方、ハーフミラーを透過した映像表示装置からの光は、第1の液晶セルおよび第1の偏光板を透過することができるため、映像表示装置の映像は、視認に供される。このように、本発明の車両用映像表示ミラーによれば、ハーフミラーによる反射像の影響を低減して、映像表示装置に表示された映像の視認性を高めることができる。
【0014】
上記映像表示ミラーにおいて、隣接する部材(映像表示装置、ハーフミラー、第1の液晶セル、第1の偏光板、ならびに必要に応じて配置されるその他の部材)は、互いに接していてもよく、接していなくてもよい。好ましくは、各部材間には透明樹脂が充填され、両部材が密着している。このように密着させることにより、光の利用効率に優れ、かつ、映像表示の視認性に優れる車両用映像表示ミラーを得ることができる。層間充填には、任意の適切な樹脂フィルム、粘着剤等を用いることができる。粘着剤としては、透明性に優れる粘着剤が好ましく用いられる。例えば、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム系粘着剤等が挙げられる。
【0015】
B.第1の偏光板
上記第1の偏光板は、第1の偏光子を有し、必要に応じて、第1の偏光子の片側または両側に配置された保護層をさらに有する。偏光子は、代表的には吸収型偏光子である。
【0016】
上記偏光子の波長589nmの透過率(単体透過率ともいう)は、好ましくは41%以上であり、より好ましくは42%以上である。なお、単体透過率の理論的な上限は50%である。また、偏光度は、好ましくは99.5%〜100%であり、更に好ましくは99.9%〜100%である。
【0017】
上記偏光子としては、任意の適切な偏光子が用いられる。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらの中でも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く、特に好ましい。偏光子の厚みは、好ましくは、0.5μm〜80μmである。
【0018】
ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を吸着させて一軸延伸した偏光子は、代表的には、ポリビニルアルコールをヨウ素の水溶液に浸漬することによって染色し、元長の3倍〜7倍に延伸することで作製される。延伸は染色した後に行ってもよいし、染色しながら延伸してもよいし、延伸してから染色してもよい。延伸、染色以外にも、例えば、膨潤、架橋、調整、水洗、乾燥等の処理が施されて作製される。
【0019】
上記保護層としては、任意の適切なフィルムが用いられる。このようなフィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、(メタ)アクリル系、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。上記ポリマーフィルムは、例えば、前記樹脂組成物の押出成形物であり得る。
【0020】
1つの実施形態においては、上記第1の偏光板には、低反射処理が施されている。好ましくは、保護層の表面に、低反射処理が施される。低反射処理としては、例えば、フッ素系樹脂層、多層金属蒸着層、光干渉層、微細な凹凸形状(例えばモスアイ構造)を有する層等の層を形成する処理が挙げられる。
【0021】
C.第1の液晶セル
上記第1の液晶セルは、代表的には、電極を備える一対の基板と、当該基板間に挟持された表示媒体としての液晶層とを有する。
【0022】
上記液晶層(結果として第1の液晶セル)は、電圧印加時または電圧無印加時において、λ/4板として機能し得る。λ/4板として機能する際の液晶層の波長590nmにおける正面位相差R
0は、90nm〜190nmであり、好ましくは100nm〜180nmであり、さらに好ましくは110nm〜170nmである。なお、本明細書において正面位相差R
0は、23℃下において、面内の屈折率が最大になる方向(すなわち、遅相軸方向)の屈折率をnxとし、面内で遅相軸と直交する方向(すなわち、進相軸方向)の屈折率をnyとし、液晶層の厚みをd(nm)としたとき、R
0=(nx−ny)×dによって求められる。λ/4板として機能する際の液晶層は、nx>nyの関係を有する限り、任意の適切な屈折率楕円体を示す。
【0023】
上記第1の偏光板が備える偏光子の吸収軸と、λ/4板として機能する際の液晶層の遅相軸との角度は、好ましくは+40°〜+50°または−40°〜−50°であり、より好ましくは+43°〜+47°または−43°〜−47°であり、さらに好ましくは+45°または−45°である。λ/4板として機能し得る液晶層と、第1の偏光板とをこのような関係で配置することにより、第1の液晶セルにおいて、入射した直線偏光を円偏光に変換することができる。
【0024】
1つの実施形態においては、液晶層は、電界が存在しない状態でホメオトロピック配列に配向させた液晶分子を含む。電界が存在しない状態でホメオトロピック配列に配向させた液晶分子を用いる駆動モードとしては、例えば、バーティカル・アライメント(VA)モードが挙げられる。
【0025】
図3は、VAモードにおける液晶分子の配向状態を説明する概略断面図である。
図3(a)に示すように、VAモードにおける液晶分子は、電圧無印加時には、液晶分子は基板121、121’面に略垂直(法線方向)に配向する。ここで、「略垂直」とは、液晶分子の配向ベクトルが法線方向に対して傾いている場合、すなわち、液晶分子がチルト角を有する場合も包含する。当該チルト角(法線からの角度)は、好ましくは10°以下、さらに好ましくは5°以下、特に好ましくは1°以下である。このような略垂直配向は、例えば、垂直配向膜を形成した基板間に負の誘電率異方性を有するネマチック液晶を配することにより実現され得る。このような状態で一方の基板の面から光を入射させると、第1の偏光板を通過して液晶層122に入射した直線偏光は、略垂直配向している液晶分子の長軸の方向に沿って進む。液晶分子の長軸方向には実質的に複屈折が生じないため入射光は偏光方向を変えずに進む。電極間に電圧が印加されると、液晶分子の長軸が基板面に平行に配向する。この状態の液晶分子は、第1の偏光板を通過して液晶層122に入射した直線偏光に対して複屈折性を示し、上記のように位相差を発現する。
【0026】
上記液晶層の形態は、上記VAモードに限定されず、供給される電圧に応じて、λ/4板として機能し得る状態と正面位相差を実質的に発現しない(偏光方向を維持する)状態とを切り替え得る液晶層であれば、任意の適切な液晶層が用いられ得る。また、電圧印加時にλ/4板として機能し得る液晶層のみならず、電圧無印加時にλ/4板として機能し得、かつ、電圧印加時には位相差を実質的に発現しない液晶層を用いてもよい。
【0027】
D.ハーフミラー
上記ハーフミラーとしては、入射光の一部を透過し、かつ一部を反射し得る限り、任意の適切なミラーが用いられ得る。例えば、透明基材と該透明基材上に形成された金属薄膜とを備えるハーフミラー、透明基材と該透明基材上に形成された誘電体多層膜とを備えるハーフミラー等が挙げられる。本発明の効果を効率よく得る観点から、ハーフミラーは、偏光機能を有さないことが好ましい。
【0028】
上記透明基材を構成する材料としては、任意の適切な材料が用いられ得る。該材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、エポキシ樹脂等の透明樹脂材料;ガラス;等が挙げられる。透明基材の厚みは、例えば、20μm〜5000μmである。上記透明基材は、位相差を有さないことが好ましい。
【0029】
上記金属薄膜を構成する材料としては、光反射率の高い金属が用いられ得、例えば、アルミニウム、銀、錫等が挙げられる。金属薄膜は、例えば、メッキ、蒸着等により、形成することができる。金属薄膜の厚みは、例えば、2nm〜80nmであり、好ましくは3nm〜50nmである。
【0030】
上記誘電体多層膜は、ミラーとしての機能を有するように、所定の厚さの高屈折率材料と低屈折率材料とが積層されている。好ましくは、高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積層されており、低屈折材料から高屈折材料に入射する際に発生する光の干渉を利用して、ハーフミラーとしての機能が発現する。誘電体多層膜を含むハーフミラーは、光の吸収が少ない点で好ましい。
【0031】
上記高屈折材料の屈折率は、好ましくは2.0より高く、より好ましくは2.0より高く3.0以下である。高屈折材料の具体例としては、例えば、ZnS−SiO
2、TiO
2、ZrO
2、Ta
2O
3等が挙げられる。上記低屈折材料の屈折率は、好ましくは1.2〜2.0であり、より好ましくは1.4〜1.9である。低屈折材料の具体例としては、例えば、SiO
2、Al
2O
3、MgF等が挙げられる。
【0032】
上記ハーフミラーの可視光反射率は、好ましくは20%〜80%であり、より好ましくは30%〜70%であり、さらに好ましくは40%〜60%である。また、上記ハーフミラーの可視光透過率は、好ましくは20%〜80%であり、より好ましくは30%〜70%であり、さらに好ましくは40%〜60%である。可視光反射率、可視光透過率およびこれらの比(後述)は、金属薄膜または誘電体多層膜の厚みを制御することにより、調整することができる。
【0033】
上記ハーフミラーの可視光反射率と可視光透過率との比(反射率:透過率)は、好ましくは2:8〜8:2であり、より好ましくは3:7〜7:3であり、さらに好ましくは4:6〜6:4である。可視光反射率と可視光透過率との比は、映像表示装置の輝度等に応じて、適切に調整され得る。
【0034】
E.映像表示装置
上記映像表示装置としては、任意の適切なものが使用され得る。例えば、液晶表示装置、有機EL表示装置、プラズマ表示装置等が挙げられる。以下、液晶表示装置を代表例として説明する。1つの実施形態において、液晶表示装置は、
図1に示すように、第2の液晶セル141と、該第2の液晶セル141の視認側に配置された第2の偏光板142と、該液晶セル141の背面側に配置された第3の偏光板143とを含む液晶パネルを備える映像表示装置が用いられる。なお、図示していないが、映像表示装置は、必要に応じて、任意の適切な他の部材(例えば、バックライトユニット等)を備え得る。この実施形態において、第2の偏光板と第3の偏光板とは、それぞれの偏光子の吸収軸が実質的に直交または平行となるようにして映像を視認可能に配置され得る。
【0035】
E−1.第2の液晶セル
第2の液晶セルは、一対の基板と、当該基板間に挟持された表示媒体としての液晶層とを有する。一般的な構成においては、一方の基板に、カラーフィルター及びブラックマトリクスが設けられており、他方の基板に、液晶の電気光学特性を制御するスイッチング素子と、このスイッチング素子にゲート信号を与える走査線及びソース信号を与える信号線と、画素電極及び対向電極とが設けられている。上記基板の間隔(セルギャップ)は、スペーサー等によって制御できる。上記基板の液晶層と接する側には、例えば、ポリイミドからなる配向膜等を設けることができる。
【0036】
1つの実施形態においては、第2の液晶セルが有する液晶層は、電界が存在しない状態でホモジニアス配列に配向させた液晶分子を含む。このような液晶層(結果として、液晶セル)は、代表的には、nx>ny=nzの3次元屈折率を示す。なお、本明細書において、ny=nzとは、nyとnzが完全に同一である場合だけでなく、nyとnzとが実質的に同一である場合も包含する。このような3次元屈折率を示す液晶層を用いる駆動モードの代表例としては、インプレーンスイッチング(IPS)モード、フリンジフィールドスイッチング(FFS)モード等が挙げられる。なお、上記のIPSモードは、V字型電極又はジグザグ電極等を採用した、スーパー・インプレーンスイッチング(S−IPS)モードや、アドバンスド・スーパー・インプレーンスイッチング(AS−IPS)モードを包含する。また、上記のFFSモードは、V字型電極又はジグザグ電極等を採用した、アドバンスド・フリンジフィールドスイッチング(A−FFS)モードや、ウルトラ・フリンジフィールドスイッチング(U−FFS)モードを包含する。
【0037】
別の実施形態においては、第2の液晶セルが有する液晶層は、電界が存在しない状態でホメオトロピック配列に配向させた液晶分子を含む。このような液晶層(結果として、液晶セル)は、代表的には、nz>nx=nyの3次元屈折率を示す。電界が存在しない状態でホメオトロピック配列に配向させた液晶分子を用いる駆動モードとしては、例えば、バーティカル・アライメント(VA)モードが挙げられる。VAモードは、マルチドメインVA(MVA)モードを包含する。
【0038】
E−2.第2の偏光板、第3の偏光板
第2の偏光板および第3の偏光板としては、上記B項で説明したような偏光板が用いられる。すなわち、第2の偏光板は第2の偏光子を有し得、第3の偏光板は第3の偏光子を有し得る。
【0039】
F.その他の部材
F−1.第4の偏光子、第1のλ/4板
1つの実施形態においては、本発明の車両用映像表示ミラーは、背面側からハーフミラーを透過する光が円偏光となるように構成される。このような構成であれば、画像表示装置の画像表示時、すなわち、上記第1の液晶セルがλ/4板として機能する際、ハーフミラーを透過した上記円偏光が第1の液晶セルに入射して直線偏光に変換され、該直線偏光が上記第1の偏光板を透過し得るため、映像表示装置から出射した光の利用効率を高めることができる。本実施形態の構成としては、例えば、ハーフミラーと映像表示装置との間に、視認側から順に第1のλ/4板と第4の偏光子とをさらに配置する構成が挙げられる。このような構成は、直線偏光を出射しない映像表示装置(例えば、有機EL表示装置)を用いる場合に、好ましく採用される。また、ハーフミラーと映像表示装置との間に、第1のλ/4板を配置し、かつ、偏光子は配置しない構成であってもよい。このような構成は、直線偏光を出射する映像表示装置(例えば、液晶表示装置)を用いる場合に、好ましく採用される。
【0040】
第4の偏光子としては、上記B項で説明した偏光子が用いられ得る。
【0041】
上記λ/4板の波長590nmにおける正面位相差R
0は、90nm〜190nmであり、好ましくは100nm〜180nmであり、さらに好ましくは110nm〜170nmである。
【0042】
上記λ/4板を構成する材料は、本発明の効果が得られる限りにおいて、任意の適切な材料で形成され得る。代表例としては、高分子フィルムの延伸フィルムである。当該高分子フィルムを形成する樹脂としては、例えば、ポリカーボネート系樹脂、シクロオレフィン系樹脂等が挙げられる。λ/4板の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、高分子フィルムを、温度100〜250℃程度で1.1〜2.5倍程度延伸することによりλ/4板を得ることができる。高分子フィルムの延伸倍率および延伸温度を調整して、λ/4板の正面位相差および厚み方向の位相差を制御することができる。上記λ/4板の厚みおよび光透過率は、特にこれに限定されるものではないが、200μm以下程度であり、全光線透過率が80%以上であることが好ましい。
【0043】
上記第4の偏光子の吸収軸と、第1のλ/4板の遅相軸との角度は、好ましくは+40°〜+50°または−40°〜−50°であり、より好ましくは+43°〜+47°または−43°〜−47°であり、さらに好ましくは+45°または−45°である。
【0044】
F−2.第2のλ/4板
1つの実施形態においては、第2のλ/4板が、第1の偏光板の視認側に配置される。第2のλ/4板を配置すれば、偏光サングラスの使用者に対する視認性に優れる車両用映像表示ミラーを得ることができる。なお、第2のλ/4板は、第1の偏光板に接していてもよく、接していなくてもよい。また、第2のλ/4板と円偏光板とは粘着剤層を介して貼り合わされていてもよい。さらには、第2のλ/4板は、着脱自在に配置されていてもよい。第2のλ/4板としては、上記F−1項で説明したλ/4板が用いられ得る。上記第1の偏光板が備える第1の偏光子の吸収軸と、第2のλ/4板の遅相軸との角度は、好ましくは+40°〜+50°または−40°〜−50°であり、より好ましくは+43°〜+47°または−43°〜−47°であり、さらに好ましくは+45°または−45°である。