JP6833450B2

JP6833450B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP6833450B2
Application number: JP2016210645A
Authority: JP
Inventors: 奈央北道; 大杉山
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2036-10-27
Also published as: JP2018072507A

Description

本発明は、映像（虚像）を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

現在、車両のフロントガラス、または、コンバイナと呼ばれる半透過板（以下、総称して、「映写板」と称する）に、映像を表示する映像表示装置として、車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、車両のダッシュボードに配設され、映像光をフロントガラスに投影し、運転情報を虚像として表示する映像表示装置である。運転者は、虚像を、フロントガラスを通した風景と同時に視認することができるため、フロントガラスの範囲外に設置される従来の液晶ディスプレイ等の表示装置と比較して、視線の移動が少ないという利点を有している。

このようなヘッドアップディスプレイ装置においては、映像光とは逆向きに入りこんだ外光が、映像光を出射する液晶表示素子等の表示素子に照射される場合がある。このように表示素子に外光が照射されると、熱や赤外線などによって、表示素子の劣化や性能低下が生じる恐れがあり、表示素子への外光の照射を抑えることが望ましい。

表示素子への外光の照射を抑制するための構成としては、外光が表示素子へと導かれる光路に反射型偏光板を配置し、外光の一部を反射型偏光板によって反射させる構成（例えば、特許文献１）が提案されている。

特許第４１１４１９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、外光の集光を防ぐことができない。

近年、車両用ヘッドアップディスプレイ装置の小型化に加え、表示画角の拡大が求められている。このため、表示素子を出光した映像光を拡大できる反射板として凹面鏡を用いる傾向にある。このような構成では、凹面鏡を反射して表示素子に入りこむ外光は広角化し、表示素子近傍で集光してしまう。

このように、車両用ヘッドアップディスプレイ装置内において、表示素子の方向に進行する外光は広角化しているため、反射型偏光板だけでは十分な遮光効果を得られず、反射型偏光板を透過した外光が表示素子近傍で集光することで、表示素子の劣化や故障を招いてしまう問題が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、虚像の映像品位を低下させることなく、外光に起因する表示素子の劣化や機能低下を抑制できる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。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、表示素子から出射された映像光を透過させる偏光板と、映像光を反射して外部に広角にて出光させる反射器との間に、前記反射器を反射して入射する外光の入射角度を所定範囲に制限する入射角度制限体を設けた。これにより、虚像の映像品位を低下させることなく、表示素子への外光の照射を十分に抑制し、表示素子の温度上昇を効果的に抑制できるヘッドアップディスプレイ装置を見出すに至った。即ち本発明は、以下の通りである。

本発明は、光源と、映像光を出射する表示素子と、前記映像光を透過する偏光板と、前記映像光を反射して外部に広角にて出光させる反射器と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記偏光板と前記反射器との間に設けられ、前記反射器から入射する外光の入射角度を所定範囲に制限する入射角度制限体と、を有し、前記偏光板は反射型偏光板であり、前記反射型偏光板は、前記入射角度制限体に対し、傾斜して配置されていることを特徴とする。

本発明は、光源と、映像光を出射する表示素子と、前記映像光を透過する偏光板と、前記映像光を反射して外部に広角にて出光させる反射器と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記偏光板と前記反射器との間に設けられ、前記反射器から入射する外光の入射角度を所定範囲に制限する入射角度制限体と、を有し、前記入射角度制限体は、面内の所定方向に延在する遮光部を有し、前記遮光部の延在方向は、前記表示素子の画素の配列方向に対して非平行であることを特徴とする。

また、本発明では、前記反射型偏光板が、ワイヤグリッド偏光板であることが好ましい。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、虚像の映像品位を低下させることなく、表示素子への外光の照射を十分に抑制し、表示素子の劣化や機能低下を効果的に抑制できる。

本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置が発する映像光が視認されるまでの光路の一例を示す概念図である。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図であり、映像光Ｌ１の光路を説明するための図である。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図であり、外光Ｌ２の光路を説明するための図である。図２及び図３とは別の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図であり、外光Ｌ３の光路を説明するための図である。本実施の形態の入射角度制限体と、表示素子の画素配列との関係を示す平面模式図である。ワイヤグリッド偏光板の部分断面模式図である。

以下、本発明の映像表示システムの一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１は、例えば、車両のダッシュボード２に設けられ、映像光（表示光）３をフロントガラス４に投影し、運転情報を虚像５として表示する映像表示装置である。運転者６は、虚像５を、フロントガラス４を通した風景と重畳させて視認することができる。

図２に示すように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置１は、光源２１と、映像光（偏光）を含む光を発する表示素子１４と、映像光を透過する偏光板５０と、映像光を反射する平面反射鏡１５と、平面反射鏡１５にて反射された映像光を反射して広角に外部へ出光させる凹面反射鏡３０と、を有する。偏光板としては、入射した光の成分のうち非透過光を吸収する吸収型や、反射する反射型を挙げることができる。吸収型としては、ヨウ素を用いたものを例示できる。反射型としては、例えば、複屈折性樹脂の積層体からなる偏光子や、ワイヤグリッド偏光板がある。また、直線偏光成分の光を反射ないし透過するのではなく、特定の円偏光成分の光を反射ないし透過するものとして、コレステリック相液晶からなる偏光板も挙げることができる。本実施の形態では、偏光板を反射型偏光板５０とし、平面反射鏡１５との間に、入射角度制限体６０を設けた。なお、本実施の形態では、平面反射鏡１５と、凹面反射鏡３０とで、「反射器」を構成する。また、上述したように、偏光板は反射型偏光板５０に限定されるものでなく、例えば、吸収型偏光板であってもよい。

図２に示す光源２１は、表示素子１４に対するバックライトユニットとして構成されている。なお、光源２１の周辺には、リフレクタが配置されており、光源２１からの光は、リフレクタにより、表示素子１４に向けて反射される。

図２に示すように、表示素子１４は、例えば、一対の透光性基板に液晶が封入された液晶セル１４ａと、前側偏光板（前側偏光部材）１４ｂと、後側偏光板（後側偏光部材）１４ｃから構成された液晶表示素子である。前側偏光板１４ｂは、液晶セル１４ａの入射角度制限体６０と対向する側の面に設けられる。一方、後側偏光板１４ｃは、液晶セル１４ａの光源２１と対向する側の面に設けられる。なお、前側偏光板１４ｂの偏光軸方向と、後側偏光板１４ｃの偏光軸方向は直交の関係にある。

図２に示すように、表示素子１４を出光した偏光である映像光Ｌ１は、反射型偏光板５０に入光する。反射型偏光板５０は、基材５０ａと、基材５０ａの表面に形成された偏光分離層５０ｂとを有する。反射型偏光板５０としては、外光である太陽光に含まれる近赤外域から可視域までの広範な波長域で偏光分離が可能であり、表示素子１４への外光の照射を抑制するという観点から、ワイヤグリッド偏光板を好適に用いることができる。以下、一例として、ワイヤグリッド偏光板を説明する。なお、反射型偏光板５０は、図示しない支持体により、ハウジング１７の内面に支持されている。

反射型偏光板５０は、表示素子１４の前側偏光板１４ｂの偏光軸方向と同一方向になるように調整される。これにより、表示素子１４からの映像光（偏光）Ｌ１は、適切に、反射型偏光板５０を透過する。

反射型偏光板５０を透過した映像光Ｌ１は、入射角度制限体６０に入光され、更に、入射角度制限体６０を透過して平面反射鏡１５に至る。なお、入射角度制限体６０は、図示しない支持体により、ハウジング１７の内面に支持されている。

本実施の形態では、図２に示すように、表示素子１４、反射型偏光板５０及び、入射角度制限体６０が一直線上に所定の間隔を空けて対向配置されている。

図２に示すように、平面反射鏡１５は、支持部材２７を介してハウジング１７内面に支持されている。平面反射鏡１５は、反射面２８を備え、映像光Ｌ１は、反射面２８にて反射させられる。なお、図２に示すように、平面反射鏡１５の裏面に位置する支持部材２７に、ヒートシンク（放熱部材）２９を設けることが好ましく、例えば、ヒートシンク２９は複数の放熱フィンによって形成することが好ましい。

続いて、平面反射鏡１５にて反射された映像光Ｌ１は、凹面反射鏡３０に至り、非球面鏡１６で反射させられる。

図２に示す非球面鏡１６は、所定の波長の光を反射できれば特に制限は無く、例えば、アルミニウム、銀、銅、白金、金、またはこれらの金属を主成分とする合金を使用した金属膜ミラー等を好適に用いることができる。図２に示すように、非球面鏡１６は、凹面状で形成されており、これにより、映像光Ｌ１を拡大して出光させることができる。

図２に示すように、非球面鏡１６は、角度調整部を介して支持されている。角度調整部は、ハウジング１７の内面に取り付けられた支持台３１と、この支持台３１に設けられたステッピングモータ３２と、このステッピングモータ３２の回転軸に取り付けられた歯車部３４と、この歯車部３４に噛合するとともに、軸部３５を介して非球面鏡１６に取り付けられた歯車部３６とを備えている。角度調整部３０では、ステッピングモータ３２を駆動することで、各歯車部３４，３６を回転して非球面鏡１６を回転方向に可動でき、映写板１１への映像光Ｌ１の投影方向が調整可能となっている。

図２に示すように、ハウジング１７は透光性の窓部１８を有し、映像光Ｌ１は、窓部１８を透過し、フロントガラス４等の映写板１１に至る。映像光Ｌ１は、映写板１１にて反射され、運転者（観察者）６は、映写板１１の方向に虚像５を観察することができる。なお、ハウジング１７内には遮光壁３８が設けられ、この遮光壁３８によって太陽光等の外光が入光して迷光となることを防止できる。また、ハウジング１７の外周面には、複数の放熱フィン３９が設けられている。ただし、遮光壁３８や放熱フィン３９を設けるか否かは任意である。

ところで、太陽光等の外光は、ヘッドアップディスプレイ装置１の内部に、凹面反射鏡３０、及び平面反射鏡１５の順に入射される。

図３は、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図であり、外光Ｌ２の光路を説明するための図である。図３に示すヘッドアップディスプレイ装置は、図２と同じであり、以下では、外光に関し、図３を用いて説明する。

ここで、外光に関し、図３に示す入射角度制限体６０が設けられていない比較例について考察する。

平面反射鏡１５から反射型偏光板５０に入射した外光のうち、反射型偏光板５０の透過軸に垂直な偏光成分は、反射型偏光板５０で遮光されるが、反射型偏光板５０の透過軸に平行な偏光成分は、反射型偏光板５０を透過し、表示素子１４に至る。

ここで、外光は、表示素子１４に対して鉛直に入光する入射成分のみならず、傾斜入光する入射成分もある。これは、図３に示すように、映像光Ｌ１を拡大させるための凹面反射鏡３０を配置しており、これにより、外光が広角化するためである。このとき、傾斜入射した外光の一部も、鉛直からの外光と同様に、反射型偏光板５０を透過する。このため、鉛直のみならず傾斜入射した外光も加味されて、表示素子１４に照射されることになり、集光による表示素子１４の劣化や性能低下が懸念される。

これに対して、本実施の形態では、図３に示すように、反射型偏光板５０と、平面反射鏡１５との間に、入射角度制限体６０が設けられている。

本実施の形態における入射角度制限体６０は、反射型偏光板５０からの映像光Ｌ１を透過でき、且つ、平面反射鏡１５から入射する外光Ｌ２の入射角度を所定範囲に制御することができる光学フィルタであり、このような機能を有する光学フィルタであれば、構造や材質等の制限は特に無い。

例えば、入射角度制限体６０は、透明性の高いポリマー樹脂内に、光を吸収、或いは、反射することのできる遮光部を、面内の所定の方向に延在するように並べた板状型や、面内に遮光部を柱状に分散させた棒状型の、ルーバーフィルムを挙げることができる。また、入射角度制限体６０は、樹脂表面に形成した微細構造によって所定範囲の入光角度の光を吸収、或いは、反射するライトコントロールフィルムなどを挙げることができる。

本実施の形態のように、入射角度制限体６０を配置することで、図２に示すように、凹面反射鏡３０及び平面反射鏡１５を反射して傾斜入射する広角の外光Ｌ２を、入射角度制限体６０にて減衰させることができる。

ここで、「反射器から入射する外光Ｌ２の入射角度を所定範囲に制限する」とは、反射器から反射され、入射角度制限体６０に入射する外光Ｌ２のうち、所定の入射角度より絶対値が小さい角度で入射角度制限体６０に入射する外光のみを通し、所定の入射角度より絶対値が大きい角度で入射角度制限体６０に入射する外光は通さないことを意味する。ここで、図３に示す外光Ｌ２は、後述する図４に示す広角の外光Ｌ３と、鉛直方向の外光Ｌ４とを足し合わせた外光イメージである。図３に示すように、広角の外光Ｌ３は、入射角度制限体６０を透過しないため、外光Ｌ２は減衰する。なお、図３においては、図面上、外光Ｌ２と、外光Ｌ３とを明確にするため、外光Ｌ３を点線で示した。

入射角度制限体６０に鉛直に入射する光の入射角度を０度とすると、入射角度制限体６０に傾斜入射する光の入射角度の絶対値は０度より大きくなる。このため、入射角度制限体６０に対して傾斜入光する外光Ｌ２のうち、広角の外光Ｌ３は、入射角度制限体６０にて遮光され、表示素子１４近傍で集光することを適切に抑制することができる。

一方、図２に示すように、表示素子１４からの映像光Ｌ１の入射角度の絶対値は０度に近しいために入射角度制限体６０を透過できる。

入射角度制限体６０に鉛直に入射する光の入射角度を０度、入射角度制限体６０に傾斜入射する光の入射角度の絶対値が０度よりも大きくなる場合において、入射角度制限体６０は絶対値が４５度以下の入射角度を有する光のみを通すことが好ましく、３０度以下の入射角度を有する光のみを通すことがより好ましく、２０度以下の入射角度を有する光のみを通すことが更に好ましく、１５度以下の入射角度を有する光のみを通すことが特に好ましい。

以上により、入射角度制限体６０では、表示素子１４を出光し、光の進行方向が鉛直方向に揃っている映像光（偏光）Ｌ１を適切に透過できるとともに、傾斜入射する外光Ｌ２のうち所定角度以上の広角の外光Ｌ３を適切に遮光することができる。これにより、虚像の映像品位を低下させることなく、表示素子１４への外光Ｌ２の照射を十分に抑制し、表示素子１４の温度上昇を効果的に抑制できる。

図４は、図２及び図３とは別の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す断面模式図であり、外光Ｌ３の光路を説明するための図である。図４では、図２、図３と異なって、反射型偏光板５０が、入射角度制限体６０に対して斜めに配置される。すなわち、表示素子１４、反射型偏光板５０及び、入射角度制限体６０は、一直線上に間隔を空けて対向配置されており、このうち、表示素子１４と入射角度制限体６０は、互いに平行に配列されているが、反射型偏光板５０は、表示素子１４及び入射角度制限体６０に対して斜めに傾いている。なお、厳密に言えば、入射角度制限体６０の出射角度制御層に対し、反射型偏光板５０の偏光分離層５０ｂを傾斜して配置する。これにより、反射型偏光板５０の偏光分離層５０ｂの鉛直方向と、入射角度制限体６０の主たる出射角度は同一にならない。図４に示すように、入射角度制限体６０に対して所定以上の入射角度で入射した外光Ｌ３は、入射角度制限体６０にて遮光される。一方、図４に示すように、表示素子１４に対して鉛直方向に入射される外光Ｌ４は、入射角度制限体６０を透過するが、その外光Ｌ４のうち、反射型偏光板５０の透過軸に垂直な偏光を反射し、その反射光を、入射角度制限体６０で遮光させることができる。これに対し、特許文献１に示す配置では、反射型偏光板により反射された外光が映像光Ｌ１と重畳してしまい、運転者６が視認する虚像の映像品位を低下させる原因となる。また、赤道直下等地域ではヘッドアップディスプレイ装置へ大光量の外光入射が懸念される。入射角度制限体６０を透過する外光Ｌ４のうち、反射型偏光板５０で反射される成分を、遮光機能を有する入射角度制限体６０へ反射させることができるため、予期せぬ外光Ｌ４の反射に伴う装置の劣化や故障を防ぐことができる。

本実施の形態では、図４に示す構成により、図２、図３に示す構成に比べて、表示素子１４に入射される外光をより適切に遮光することができ、より効果的に、虚像の映像品位を低下させることなく、外光に起因する表示素子１４の劣化や機能低下を抑制することができる。

図５は、本実施の形態の入射角度制限体と、表示素子の画素配列との関係を示す平面模式図である。図５では、例えば、入射角度制限体６０として、板状型のルーバーフィルム（以下、ルーバーフィルム６０と称する）を用いる。

図５に示すように、板状型のルーバーフィルム６０は、出射角度制御層であるルーバー層６１を有する。ルーバー層６１は、ルーバー部（遮光部）６１ａと光透過部６１ｂとが交互に配置されていて、ルーバー部６１ａでは光を吸収、又は、抑制する。このため、ルーバーフィルム６０に対して広角に入射する光は、ルーバー層６１を透過できない。なお、出射角度は、ルーバーフィルム６０の厚みや、ルーバー部６１ａと光透過部６１ｂの幅や、ルーバー部６１ａの厚み方向に対する角度により調整することができる。ルーバーフィルム６０の光透過部６１ｂを構成する材料としては、例えば、可視光透過率が高い樹脂が好適に用いられる。このような材料の一例としては、セルロースアセテートブチレートやトリアセチルセルロース等のセルロース系樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、シリコン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が挙げられる。

一方、ルーバー部６１ａを構成する材料としては、例えば、光透過部６１ｂを構成する材料に、遮光性物質を含有させた材料が挙げられる。遮光性物質としては、例えば、カーボンブラック等の暗色顔料、暗色染料、金属、金属酸化物等が挙げられる。

図５に示すように、板状型のルーバーフィルム６０のルーバー部（遮光部）６１ａの延在方向と、表示素子１４の画素１４ｄの配列方向とが非平行とされている。図５に示すように、複数の画素１４ｄは、面内にて互いに直交するＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に配列されている。したがって、ルーバー部６１ａの延在方向が、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向となるように、ルーバーフィルム６０が配置されている。

これにより、表示素子１４の画素１４ｄの配列方向と、ルーバーフィルム６０のルーバー部（遮光部）６１ａの延在方向とが狭間隔であっても、干渉を抑制でき、表示映像を高品位に維持することができる。ここで、「狭間隔」とは、表示素子１４の画素１４ｄ間のピッチ及び、ルーバーフィルム６０のルーバー部（遮光部）６１ａのピッチを指す。いずれもピッチは非常に小さく（数十μｍ〜数百μｍ程度）、このため、表示素子１４とルーバーフィルム６０とを接近させるとムラが生じ、光の干渉が生じやすいが、本実施の形態のように、表示素子１４の画素１４ｄの配列方向と、ルーバーフィルム６０のルーバー部（遮光部）６１ａの延在方向とを斜めに配置することで、上記した干渉を抑制することができる。表示素子１４の画素１４ｄの配列方向とルーバーフィルム６０のルーバー部（遮光部）６１ａの延在方向がなす角度は、０度又は９０度以外であれば特に限定は無いが、５度〜８５度であることが好ましく、１５度〜７５度であることがより好ましく、３０度〜６０度であることが更に好ましく、４０度〜５０度であることが更に好ましく、特に好ましくは４５度である。また、ヘッドアップディスプレイ装置１では、外光が入光されても、干渉によって、表示素子１４を反射する反射光の角度が変化してしまい、運転者が視認する虚像上に映り込むことを防止できる。

本実施の形態では、上述したように、反射型偏光板５０としてワイヤグリッド偏光板を用いることが好ましい。図６は、ワイヤグリッド偏光板の部分断面模式図である。

図６に示すように、ワイヤグリッド偏光子は、基材５０ａと、基材５０ａの表面に設けられた偏光分離層５０ｂと、を有して構成されている。

図６に示すように、基材５０ａの表面には、複数の格子状凸部２３が設けられている。図６に示すように、各格子状凸部２３の表面の少なくとも一部に誘電体層２６を介して金属細線（金属ワイヤ）２７が形成されている。誘電体層２６は形成されていなくてもよい。かかる場合、金属細線２７が直接、格子状凸部２３の表面に形成される。

なお、偏光分離層５０ｂは、格子状凸部２３及び、金属細線２７を含めた部分を指す。

金属細線２７は、概略等間隔に整列していることが好ましい。図６に示すように、基材５０ａの表面に複数の格子状凸部２３を作製して微細凹凸構造を形成することにより、金属細線２７と基材５０ａとの接触面積が拡大し、物理的な外力に対する耐久性が向上する。これにより、金属細線２７上への保護フィルムの使用が可能となり、ワイヤグリッド偏光板の取り扱いが容易となる。以下、好適に用いることが可能な微細凹凸構造を有した場合のワイヤグリッド偏光板を説明する。

基材５０ａには、目的とする波長領域において実質的に透明であればよく、樹脂材料を用いることが好ましい。基材５０ａとして樹脂基板を用いることにより、ロールプロセスが可能になる、ワイヤグリッド偏光板にフレキシブル性を持たすことができる、等のメリットがある。基材５０ａに用いることができる樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などが挙げられる。この他、トリアセテート樹脂（ＴＡＣ）等があり、具体的には、富士フィルム社製のＴＤ８０ＵＬやＺＲＤ６０ＳＬ、コニカミノルタ社製のＫＣ６ＵＡ等を好適に用いることができる。また、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と上記熱可塑性樹脂や、トリアセテート樹脂とを組み合わせたり、単独で用いて基材を構成させたりすることができる他、ガラス等の無機材料（例えば、ガラスフィラー）を組み合わせることも可能である。なお、前記ＵＶ硬化性樹脂を硬化させるために、ＵＶ光や、添加された紫外線吸収剤での吸収を考慮した４０５ｎｍ程度の可視光を発する光源を使用したり、電子線を発する光源を利用したりすることも可能である。

基材５０ａの表面に形成された格子状凸部２３を有する微細凹凸構造は、微細凹凸構造の延在方向に対して垂直な断面において、矩形形状であることが好ましい。矩形形状とは、凹部と凸部の繰り返しからなり、それは、台形形状、矩形形状、方形形状を含む。また、断面視における微細凹凸構造の輪郭を関数と見なした場合の変曲点前後が、放物線のようになだらかに曲率が変化する曲線部を有することもでき、凸部にくびれがある形状も含むことができる。

微細凹凸構造の周期（格子状凸部２３間のピッチ）は、特に限定されないが、偏光分離特性を発揮できる周期にすることが好ましい。一般に、ワイヤグリッド偏光板は、金属細線２７の周期が小さくなるほど、広帯域で良好な偏光分離特性を示す。金属細線２７が空気（屈折率１．０）と接する場合には、金属細線２７の周期を対象とする光の波長の１／３から１／４以下とすることで、実用的に十分な偏光分離特性を示すことになる。このため、可視光領域の光の利用を考慮する場合、金属細線２７の周期を１５０ｎｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは１３０ｎｍ以下とすることであり、最も好ましくは１００ｎｍ以下とすることである。

金属細線２７は、微細凹凸構造の格子状凸部２３の一方側面に形成される。これにより、所定の方向に連続して延在する金属細線２７を作製できる。金属細線２７は、アルミニウム、銀、銅、白金、金またはこれらの各金属を主成分とする合金などの導電材料を用いて形成することができる。特に、アルミニウムは、可視域での吸収損失を小さくできるため、好ましい。金属細線２７の作製方法に、制限は無い。例えば、電子線リソグラフィ法、または、干渉露光法によるマスクパターニングとドライエッチングとを用いて形成する方法や、斜め蒸着法によって作製する方法などを挙げることができる。生産性の観点からは、斜め蒸着法が好ましい。

また、光学特性の観点から、金属細線２７の不要な部分をエッチングにより除去してもよい。エッチング方法は、基材５０ａや、誘電体層２６に悪影響を及ぼさず、金属部分が選択的に除去できる方法であれば、特に限定は無い。生産性の観点から、アルカリ性の水溶液に浸漬させる方法が好ましいものの、金属細線２７は非常に薄く作製されるため、上述のエッチングは必須ではない。

基材５０ａを構成する材料と金属細線２７との密着性向上のため、両者の間に、両者と密着性の高い誘電体層２６を介在させることができる。これにより、基材５０ａと金属細線２７の密着性を高めることで、金属細線２７の剥離を防ぐことができる。好適に用いることができる誘電体としては、例えば、珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はその複合物（誘電体単体に他の元素、単体又は化合物が混じった誘電体）や、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニア（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はそれらの複合物を用いることができる。誘電体材料は、透過偏光性能を対象の波長領域において実質的に透明であることが好ましい。誘電体材料の積層方法には特に限定は無く、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。

また、耐湿熱性、および、防汚性の観点から、金属細線２７が作製された表面に被膜層を設けることが好ましい。前記被膜層により、ワイヤグリッド偏光板の金属細線２７への直接的な水分子による酸化劣化に対する耐性が向上し、ヘッドアップディスプレイ装置が設置される車内空間においても持続的な耐湿熱性を発揮できる。被膜層の材料や形成方法は、導電体の耐湿熱性を向上させるものであれば特に限定されないが、特開２０１４−８５５１６に記載の材料や作製方法を挙げることができる。被膜層の材料は特に限定されないが、ケイ素、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素及びダイヤモンドライクカーボンなどの無機材料や酸化チタンやインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の金属酸化物、パーフルオロエーテル基やパーフルオロアルキル基等を含有したフッ素系有機分子等のフッ素含有組成物などが挙げられる。また、被膜層の積層前後での透過率の低下を防ぐため、少なくとも対象とする波長域において実質的に吸収のない材料であることが好ましい。被膜層の形成方法は特に限定されないが、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の乾式法、蒸気拡散法や液滴下法や液浸漬法等の湿式法などを好適に用いることができる。乾式法では特に、薄く、且つ、均一な成膜が可能な方法であり、物質衝突によって物理的な密着性を高め易く、且つ、凹凸構造の形状に追従し易い真空蒸着法およびスパッタリング法が好ましい。反応性の材料を用いた場合、金属細線２７への積層後、反応を促進させる所定の温度および湿度においてエイジングしてもよい。被膜層は、金属細線２７表面だけではなく、金属細線２７と凹凸構造を有する基材５０ａ表面を同時に被覆することが好ましい。被膜層の層構成は、単一組成からなる単層構成や、複数層からなる多層構成、または、複数組成が混合された層から構成されていても構わない。特に、被膜層と金属細線２７の密着性の観点から、被膜層は無機材料、および、金属酸化物材料の少なくとも一方を含む第１被膜層と、少なくとも前記第１被膜層の表面を被膜する、フッ素含有組成からなる第２被膜層を有することが好ましい。上述した構成においては、第１被膜層の厚さは、被覆前後での透過率や偏光性性能の低下を防ぐため１５ｎｍ以下の厚さが好ましく、成膜後の曲げによるクラックの発生を防止するため、１０ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２被膜層は、第１被膜層に安定に固定化させるため、分子構造の末端に反応基を有することが好ましい。第２被膜層の厚みは、５ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは３ｎｍ以下である。

このようなワイヤグリッド偏光板は、固有の偏光軸（偏光透過軸、偏光反射軸）を有する。固有の偏光軸とは、偏光分離をする層（偏光分離層５０ｂ）が固有の軸方向を有し、前記固有の軸方向に対して電場の振動方向が平行あるいは直交する光の成分をそれぞれ反射あるいは透過するものを意味する。固有の偏光軸を有する反射型偏光板５０は、入光する光の入光方向、および、入光角度に依存せず、所定の偏光軸方向の光を出光させることができるため、本発明のヘッドアップディスプレイ装置１に設置する際の設計自由度を低下させない。

また、ワイヤグリッド偏光板の基材５０ａを樹脂材料とした場合には、平板状のガラス基板等へ貼合加工をすることができ、設計に応じて、様々な形状の反射型偏光板５０を作製することが可能である。平板状のガラス基板にワイヤグリッド偏光板を貼合加工する方法としては、例えば、ワイヤグリッド偏光板の金属細線２７を有する面に保護フィルムを貼着し、金属細線２７を有しない基材５０ａが露出する面に粘着加工を施した後、平板状のガラス基板へ貼合加工を行い、最後に保護フィルムを剥離する方法等を挙げることができる。上述した貼合方法において、基材である樹脂材料の内部残留応力を低減させ、且つ、上述した被膜層のエイジングの観点から、熱処理を加えることが好ましい。用いる材料次第だが、１００℃から１４０℃程度の環境に、３０分から２時間程度置くことで、ヘッドアップディスプレイ装置１に組み込み後の耐環境特性が向上できる。保護フィルムとしては、弱粘着性のシリコン系粘着層を有したものやアクリル系粘着層を有したもの、ウレタン系粘着層を有したもの等を挙げることができ、具体的には、きもと社製のＰｒｏｓａｖｅＳＱ（登録商標）（５０ＳＱ、５０ＳＱＤ）、ＰｒｏｓａｖｅＲＣ（登録商標）（２５ＴＨＳ）、ＰｒｏｓａｖｅＥＰ（登録商標）（７５ＬＳ、７５ＭＳ）等を挙げることができる。特に、前記被膜層を有したワイヤグリッド偏光板においては、密着性と前記被膜層への汚染性の観点から、アクリル系粘着層を有した保護フィルムを用いることが好ましい。また、粘着加工前に、ワイヤグリッド偏光板の導電体を有しない基材が露出する面に、コロナ処理等表面処理を施すことは、粘着強度の向上に効果がある。基材がＣＯＰである場合には、金属細線２７が、基材５０ａの微細凹凸構造から脱離することを防止するため、放電電極長、基材フィルム搬送速度、及び、放電電力から算出される放電量を１０〜１２０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ^２相当となるように処理条件を調整することが好ましい。また、金属細線２７の脱離の防止の観点から、コロナ処理装置が有する電極と誘電体の間に、更に十分な厚みを有する平板状の樹脂板を挿入し、ワイヤグリッド偏光板の基材５０ａが露出する面に表面処理を施すことも有効である。粘着加工に用いる粘着材料としては、その両面を剥離紙で覆った両面テープを用いることができる。目的とする波長の光を透過できる透明性を有した材料であれば問題無く使用でき、例えば、日東電工製ＣＳ９８６１ＵＳ、ＣＳ９８６２ＵＡ、ＨＪ−９１５０Ｗやリンテック製ＭＯ−Ｔ０１５、ＭＯ−３００５、ＭＯ−３００６、ＭＯ−３０１４、積水化学社製５４０５Ｘ−７５等を好適に使用できる。貼着対象となるガラス基板としては、目的とする波長の光を透過できる透明性を有した材料であれば問題無く使用できるものの、アルカリ性成分含有量の少ないものが好ましい。ソーダライムガラス等のアルカリ性成分含有量を多く含むガラス基板を用いた場合、結露と乾燥を繰り返すことによってアルカリ性成分が溶出し、ガラス基板表面を汚染したり、ワイヤグリッド偏光板を構成する金属ワイヤを腐食してしまったりする可能性が生じる。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、車両用、またはその他の用途のヘッドアップディスプレイシステムとして、好適に使用できる。

Ｌ１映像光
Ｌ２、Ｌ３外光
１ヘッドアップディスプレイ装置
４フロントガラス
５虚像
６運転者
１１映写板
１４表示素子
１５平面反射鏡
１６非球面鏡
１７ハウジング
１８窓部
２１光源
２７金属配線
３０凹面反射鏡
５０反射型偏光板
５０ａ基材
５０ｂ偏光分離層
６０入射角度制限体（ルーバーフィルム）
６１ａルーバー部（遮光部）
６１ｂ光透過部

Claims

光源と、映像光を出射する表示素子と、前記映像光を透過する偏光板と、前記映像光を反射して外部に広角にて出光させる反射器と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記偏光板と前記反射器との間に設けられ、前記反射器から入射する外光の入射角度を所定範囲に制限する入射角度制限体と、を有し、
前記偏光板は反射型偏光板であり、前記反射型偏光板は、前記入射角度制限体に対し、傾斜して配置されていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記入射角度制限体は、面内の所定方向に延在する遮光部を有し、前記遮光部の延在方向は、前記表示素子の画素の配列方向に対して非平行であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
光源と、映像光を出射する表示素子と、前記映像光を透過する偏光板と、前記映像光を反射して外部に広角にて出光させる反射器と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記偏光板と前記反射器との間に設けられ、前記反射器から入射する外光の入射角度を所定範囲に制限する入射角度制限体と、を有し、
前記入射角度制限体は、面内の所定方向に延在する遮光部を有し、前記遮光部の延在方向は、前記表示素子の画素の配列方向に対して非平行であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記反射型偏光板が、ワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。