线栅偏振元件、线栅偏振元件的制造方法、投影显示装置以及车辆与流程

本发明涉及具有良好的偏振特性，不会造成散热性、制造时的成本的恶化，对于来自斜向的入射光以及范围广的入射角度的入射光的透射性优异的线栅偏振元件以及线栅偏振元件的制造方法、以及偏振特性及耐热性优异的投影显示装置以及具备该投影显示装置的车辆。

背景技术：

1、作为投影显示装置之一，近年来开发了许多在车辆的挡风玻璃、组合板等的半透过板(以下统称为“显示面”)上显示影像的车辆平视显示器装置。车辆平视显示器装置例如是一种影像显示装置，它被配设于车辆的仪表板，将影像光投射到挡风玻璃，并以驾驶信息作为虚像来进行显示。由于驾驶员可以同时看到虚像和透过挡风玻璃的风景，因此与挡风玻璃的范围外所设置的现有的液晶显示器等显示装置相比较，有驾驶员的视线的移动少的优点。

2、但是，由于上述的平视显示器装置是从下方向挡风玻璃面(上方)射出显示图像，因此有时阳光进入显示图像的射出方向的反向，入射到显示元件。在平视显示器装置中，以小型化的需求、显示图像的放大为目的，设置有用于反射、放大显示图像的反射器的情况较多。在这种情况下，入射至平视显示器装置的阳光在显示元件附近聚光，有可能因热而引起显示元件的劣化、故障。

3、因此，以防止阳光入射到显示元件为目的，开发了在平视显示器装置中设置反射型偏振元件的技术。例如，在专利文献1中公开了一种在反射器与显示元件之间设置反射型偏振元件(线栅偏振光板)的平视显示器装置。

4、在此，作为上述的平视显示器装置中所设置的偏振元件，例如可列举出由双折射性树脂构成的偏振元件、在透明基板上平行延伸着多个导电体(金属细线)的线栅型偏振元件、由胆甾相液晶构成的偏振元件等。其中大多使用偏振特性优异的线栅型偏振元件。在线栅型偏振元件中形成有由金属等构成的导电体线以特定的间距排列成格状的线栅。通过使该线栅的排列间距成为比入射光(例如可见光)的波长小的间距(例如二分之一以下)，从而能够几乎使相对于导电体线平行振动的电场矢量成分的光反射，几乎使相对于导电体线垂直的电场矢量成分的光透过。其结果，线栅型偏振元件可以作为产生单一偏振光的偏振元件来使用，可以反射未透过的光并进行再利用，因此从光的有效利用的观点出发也是期待的。此外，在此所称的偏振元件包括可作为将入射光分离成s偏振光和p偏振光的偏振分束器来使用的偏振元件。

5、作为这样的线栅型偏振元件，例如在专利文献2中公开了一种具备：具有格状凸部的树脂基材、以覆盖树脂基材的格状凸部的方式设置的介电质层和在介电质层上所设置的金属线的线栅偏振光板。

6、此外，在专利文献3中公开了一种具有由树脂等构成的在表面设置有沿特定方向延伸的凹凸结构的基材和以偏向于凹凸结构的凸部的一侧面的方式设置的导电体的线栅偏振光板。该线栅偏振光板中，在相对于凹凸结构的延伸方向垂直的方向的截面观察下，可调节相邻的两个凸部的间隔即间距以及凸部的高度。

7、而且，在专利文献4中公开了一种使用反射型液晶显示元件和反射型线栅偏振光板作为偏振分束器的投射型影像显示装置。使用该专利文献4所述的反射型液晶显示元件的投射型影像显示装置中，相对于来自光源的射出光的光轴，反射型线栅偏振光板以倾斜45°程度来配置。来自光源的射出光以相对于反射型线栅倾斜45°程度的入射角度来入光，从而分离成第一偏振光(反射光)和第二偏振光(透射光)。接下来，由反射型线栅偏振光板所反射的第一偏振光通过反射型液晶显示元件来调制及反射，而成为第二偏振光，该第二偏振光透过反射型线栅偏振光板而投影显示。

8、此外，在专利文献5中公开了一种使用反射型线栅偏振光板作为偏振分束器的车辆前照灯。专利文献5所述的车辆前照灯中，也是相对于来自光源的射出光的光轴，反射型线栅偏振光板以倾斜45°程度来配置。来自光源的射出光以反射型线栅倾斜45°程度的入射角度来入光，从而分离为第一偏振光(反射光)和第二偏振光(透射光)。

9、上述的专利文献4所述的投射型影像显示装置以及专利文献5所述的车辆前照灯等，相对于来自光源的射出光，反射型线栅偏振光板以倾斜45°程度来配置的情况下，入射光相对于反射型线栅偏振光板，不仅以45°这个单一的入射角度来入射，还以45°±15°程度的范围的入射角度来入射。

10、此外，在专利文献6中公开了一种在基板上突出形成有整体由银或铝构成的多个栅格的线栅偏振分束器。

11、此外，在专利文献7中公开了一种具有光透过性基板、基底层和金属细线的线栅型偏振光子。在该专利文献7的线栅型偏振光子中，光透过性基板在表面，以彼此平行且规定的间距形成有多个凸条。基底层由至少凸条的顶部存在的金属氧化物构成，金属细线由在基底层的表面上且至少凸条的顶部存在的金属层构成。

12、现有技术文献

13、专利文献

14、专利文献1：日本特开2018-72507号公报

15、专利文献2：日本特开2008-83657号公报

16、专利文献3：日本特开2017-173832号公报

17、专利文献4：日本特开2004-184889号公报

18、专利文献5：日本特开2019-50134号公报

19、专利文献6：日本特表2003-508813号公报

20、专利文献7：国际公开第2010/005059号

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、此外，一般在车辆中使用的设备所要求的温度环境为-40～105℃，特别是在考虑如夏天车内的仪表板所搭载的平视显示器等那样在高温环境下使用的情况下，需要高耐热性以及散热性。这一点上，专利文献1～3所述的线栅偏振光板中，在耐热性以及散热性方面有进一步改善的需求。此外，为了用专利文献5所述的车辆前照灯照亮夜路，车辆前照灯的高亮度化是有必要的。因此，对于专利文献5所述的线栅偏振光板，要求对来自光源的热的高的耐热性以及散热性。

3、而且，现有的线栅偏振元件，由于其表面的凹凸形状一般通过光刻技术、蚀刻技术来形成，因此也存在制造成本升高、不适合量产的课题。

4、而且，在平视显示器装置等的投影显示装置中，使用反射型线栅偏振元件作为偏振分束器而分离成第一偏振光(s偏振光)和第二偏振光(p偏振光)的情况下，要求第一偏振光的反射率以及第二偏振光的透射率双方都高。在此，在使用第一偏振光(s偏振光)的反射轴反射率(rs)与第二偏振光(p偏振光)的透射轴透射率(tp)的乘积(tp×rs)作为偏振分离特性的指标的情况下，优选为该tp×rs的值高的一方。但是，偏振分束器中的偏振光的处理根据应用偏振分束器的投影显示装置的种类而不同，有时第一偏振光(s偏振光)成为透射光，第二偏振光(p偏振光)成为反射光。

5、此外，相对于偏振分束器的入射光的入射角度不仅是45°这个单一的角度，而且在以45°为中心的45°±15°程度的范围内扩展，范围宽的入射角度的光被入射到偏振分束器。因此，还要求偏振分束器不依赖于从倾斜方向入射的入射光(以下称作斜入射光)的入射角度，对于斜入射光仍能够发挥良好的偏振分离特性。

6、然而，在现有的反射型线栅偏振元件的结构的情况下，随着斜入射光的入射角度增大，导致第二偏振光(p偏振光)的透射轴透射率(tp)下降，存在相对于斜入射光的偏振分离特性下降这个问题。例如，考虑到如专利文献6所述那样由导电体构成栅格的凸部整体的情况下，如专利文献3所述那样设置偏向于线栅的凸部的一侧面整体的导电体(反射膜)的情况。在这些情况下，随着斜入射光的入射角度增大，第二偏振光(p偏振光)的透射轴透射率(tp)下降，导致上述tp×rs下降。因此，光的利用效率恶化，亮度不均等的画质下降成为问题。因此，在专利文献3、6等所述的现有的反射型线栅偏振元件的构造中，相对于入射角度大且范围广的斜入射光的偏振分离特性有改善的余地。

7、此外，在专利文献7中记载了由金属层(反射膜)包覆的凸条的侧面的包覆率优选为50％以上70％以上、尤其优选为100％。而且，在专利文献7中记载了当包覆该凸条的侧面的金属层的面积扩大时，能够实现相对于从线栅型偏振光子的背面侧入射的光而更低的s偏振光反射率，能够有效地反射从表面侧入射的s偏振光，来发挥线栅型偏振光子高的偏振分离能。

8、然而，在如专利文献7所述那样包覆线栅的凸条的侧面的金属层的面积广的情况下，斜入射光的入射角度大时，尤其是45～60°时，第二偏振光(p偏振光)的透射轴透射率(tp)大幅度地下降，导致上述tp×rs也大幅度地下降。因此，光的利用效率恶化，亮度不均等的画质下降成为问题。因此，即使专利文献7所述的线栅型偏振光子的构造，相对于入射角度大且范围广的斜入射光的偏振分离特性仍有改善的余地。

9、如上所述，相对于入射角度大且范围广的斜入射光，具有优异的偏振分离特性是期待的，但现有的反射型线栅偏振元件中，相对于范围广的入射角度、尤其是45°以上的大的入射角度的光，无法确保足够的透射性，相对于斜入射光的透射性和偏振分离特性进一步的改良是期待的。

10、因此，本发明是鉴于所涉及的事实情况而完成的，其目的在于提供散热性优异并且相对于范围广的入射角度的斜入射光的透射性以及偏振分离特性优异的线栅偏振元件、该偏振元件的制造方法以及具备该偏振元件的投影显示装置以及车辆。

11、用于解决课题的技术方案

12、本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，其结果为，发现了以下的见解。首先，线栅偏振元件的基板由透明的无机材料形成并且设置在该基板上的栅格结构体由透明的有机材料一体形成。由此，能够使线栅偏振元件成为由有机材料和无机材料构成的混合型的结构。其结果为，能够大幅度地改善线栅偏振元件的散热性。

13、而且，作为上述栅格结构体，使用沿基板的表面所设置的基体部与从该基体部突出的多个凸条部一体形成的栅格结构体。由此，该栅格结构体可通过纳米压印等技术形成，因此与使用光刻技术、蚀刻技术的情况相比，能够降低栅格结构体的制造成本，也可以量产。

14、而且，在栅格结构体的凸条部上设置反射光的反射膜、或者吸收光的吸收膜等的功能膜时，适当地调节由该功能膜包覆的凸条部的包覆范围和包覆形态。即，将凸条部的前端以及单侧或两侧的侧面的上部侧以由功能膜包住的方式进行包覆，另一方面，将凸条部的侧面的下部侧、基体部的表面未由功能膜包覆而开放。而且，功能膜带有圆弧，并以朝凸条部的宽度方向膨出那样的形状来包裹凸条部的前端以及侧面的上部侧。而且，调节凸条部和功能膜的形状以及大小，使得凸条部与包裹该凸条部的功能膜合起来的栅格的最大宽度(w max)成为凸条部的底部的宽度(w b)以上。而且优选为，将功能膜包覆凸条部的侧面的范围限定为该侧面的上部侧的特定范围(例如凸条部的高度(h)的25％以上80％以下的范围)。

15、由此，即使在入射角度大且范围广的斜入射光入射到线栅偏振元件的情况下，也能够抑制线栅偏振元件中的第二偏振光(p偏振光)的透射率(tp)依赖于入射角度而下降。因此，能够将线栅偏振元件中的第一偏振光(s偏振光)的反射轴反射率(rs)与第二偏振光(p偏振光)的透射轴透射率(tp)的乘积(tp×rs)维持在较高的值。由此，在将线栅偏振元件例如作为偏振分束器来使用的情况下，相对于入射角度大且范围广的斜入射光，也能够获得足够的透射性以及偏振分离特性。

16、本发明人基于上述的见解而想到以下的发明。

17、为了解决上述课题，根据本发明的某一观点，提供一种线栅偏振元件，其具备：

18、由无机材料构成的基板；

19、由有机材料构成并且设置在所述基板上的基体部与从所述基体部突出的多个凸条部一体形成的栅格结构体；以及

20、由金属材料构成并且包覆所述凸条部的一部分的功能膜，

21、所述基体部的厚度(tb)为0.15mm以下，

22、所述凸条部具有随着远离所述基体部而宽度变窄的头细形状，

23、所述功能膜包裹所述凸条部的前端以及至少一侧面的上部侧，且未包覆所述凸条部的两侧面的下部侧以及所述基体部，

24、当由所述功能膜包覆的所述凸条部的侧面的包覆率(rc)为所述凸条部的侧面之中由所述功能膜包覆的部分的高度(hx)与所述凸条部的高度(h)的比例时，所述包覆率(rc)为30％以上70％以下。

25、也可以是，所述基体部的厚度(tb)为0.09mm以下。

26、也可以是，所述基体部的厚度(tb)为0.045mm以下。

27、也可以是，所述基体部的厚度(tb)为0.02mm以下。

28、也可以是，包裹所述凸条部的所述功能膜的表面具有圆弧，并朝所述凸条部的宽度方向膨出，

29、包裹所述凸条部的所述功能膜的最大宽度(w max)为，从所述凸条部的底部起在所述凸条部的高度的20％上部的位置中未被所述功能膜包覆的部分的所述凸条部的宽度(wb)以上。

30、也可以是，由所述凸条部和所述功能膜构成的凸结构体整体的截面形状，在包裹所述凸条部的所述功能膜的下端部的正下方的位置为具有所述凸结构体整体的宽度方向的宽度变窄的缩颈部。

31、也可以是，相对于所述线栅偏振元件的入射角度为45°的入射光的透射轴透射率(tp)与反射轴反射率(rs)的乘积(tp×rs)为70％以上。

32、也可以是，所述凸条部的高度(h)为160nm以上。

33、也可以是，覆盖所述凸条部的前端的所述功能膜的厚度(dt)为5nm以上。

34、也可以是，覆盖所述凸条部的侧面的所述功能膜的厚度(ds)为10nm以上30nm以下。

35、也可以是，所述基体部的厚度(tb)为1nm以上。

36、所述线栅偏振元件的与反射轴向正交的截面中的所述凸条部的截面形状可以为随着远离所述基体部而宽度变窄的梯形、三角形、吊钟型或者椭圆形。

37、也可以是，还具备以至少覆盖所述功能膜的表面的方式形成的保护膜。

38、也可以是，所述保护膜为含有防水性涂层或者防油性涂层。

39、也可以是，所述功能膜还具有介电质膜。

40、也可以是，在θ为30°以上60°以下的情况下，

41、相对于所述线栅偏振元件的入射角度为+θ的入射光的透射轴透射率(tp(+))与入射角度为-θ的入射光的透射轴透射率(tp(-))之差为3％以内。

42、也可以是，所述功能膜为反射入射光的反射膜。

43、也可以是，所述线栅偏振元件为将斜入射光分离成第一偏振光和第二偏振光的偏振分束器。

44、为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种线栅偏振元件的制造方法，其包括：

45、在由无机材料构成的基板上形成由有机材料构成的栅格结构体材料的工序；

46、通过在所述栅格结构体材料上实施纳米压印而形成设置在所述基板上的基体部与从所述基体部突出的多个凸条部一体形成的栅格结构体的工序；以及

47、使用金属材料来形成包覆所述凸条部的一部分的功能膜的工序，

48、在形成所述栅格结构体的工序中，形成具有随着远离所述基体部而宽度变窄的头细形状的所述凸条部，并且以在所述基体部的厚度(tb)成为0.15mm以下的方式形成所述基体部，

49、在形成所述功能膜的工序中，以如下方式形成所述功能膜：

50、所述功能膜包裹所述凸条部的前端以及至少一侧面的上部侧、并且未包覆所述凸条部的两侧面的下部侧以及所述基体部，当由所述功能膜包覆的所述凸条部的侧面的包覆率(rc)为所述凸条部的侧面之中由所述功能膜包覆的部分的高度(hx)与所述凸条部的高度(h)的比例时，所述包覆率(rc)为30％以上70％以下。

51、也可以是，在形成所述功能膜的工序中，通过溅射或者蒸镀法从多个方向在所述凸条部上交替进行成膜。

52、为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种投影显示装置，其具备：

53、光源；

54、偏振分束器，其被配置成使来自所述光源的入射光以包含45°在内的规定范围的入射角度进行入射，并将所述入射光分离成第一偏振光和第二偏振光；

55、反射型液晶显示元件，其被配置成入射有由所述偏振分束器反射的所述第一偏振光或者透过所述偏振分束器的所述第二偏振光，并将所入射的所述第一偏振光或者所述第二偏振光反射并进行调制；以及

56、透镜，其被配置成使得由所述反射型液晶显示元件反射并调制的所述第一偏振光或者所述第二偏振光通过所述偏振分束器入射，

57、所述偏振分束器由所述线栅偏振元件构成。

58、也可以是，所述规定范围的入射角度为30°以上60°以下。

59、也可以是，在所述线栅偏振元件的周围设置散热部件。

60、为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种具备所述投影显示装置的车辆。

61、发明效果

62、根据本发明，能够提供散热性优异并且相对于范围广的入射角度的斜入射光具有优异的偏振分离特性的线栅偏振元件。