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JP2016122041A - Head-up display device - Google Patents

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JP2016122041A
JP2016122041A JP2014260278A JP2014260278A JP2016122041A JP 2016122041 A JP2016122041 A JP 2016122041A JP 2014260278 A JP2014260278 A JP 2014260278A JP 2014260278 A JP2014260278 A JP 2014260278A JP 2016122041 A JP2016122041 A JP 2016122041A
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Japan
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light
polarization
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liquid crystal
head
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JP2014260278A
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Japanese (ja)
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圭祐 松江
Keisuke Matsue
圭祐 松江
大 杉山
Masaru Sugiyama
大 杉山
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Asahi Kasei Corp
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Asahi Kasei E Materials Corp
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Abstract

【課題】不要な迷光の発生や映像品位の低下を招くことなく、偏光サングラスを用いた観察者が虚像を視認できるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】液晶表示素子14から透明反射部材11へと至る表示光の光路中に、透過反射部材40と、一方の偏光を反射して他方の偏光を透過する反射型偏光分離性を有した偏光光学部材41と、が配置され、表示光の光路に対して、透過反射部材は垂直、および、偏光光学部材の偏光分離層は傾斜して配置され、透明反射部材が表示する映像の偏光方向が水平以外である。【選択図】図2Provided is a head-up display device in which an observer using polarized sunglasses can visually recognize a virtual image without causing unnecessary stray light and deterioration of video quality. SOLUTION: In a light path of display light from a liquid crystal display element 14 to a transparent reflection member 11, a transmission / reflection member 40 and a reflection type polarization separation property that reflects one polarized light and transmits the other polarized light. A polarizing optical member 41, the transmission / reflection member is perpendicular to the optical path of the display light, and the polarization separation layer of the polarizing optical member is inclined, and the polarization direction of the image displayed by the transparent reflection member Is other than horizontal. [Selection] Figure 2

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。   The present invention relates to a head-up display device that displays an image (virtual image).

これまでに、車両のフロントガラス等に映像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載されたヘッドアップディスプレイ装置では、液晶表示パネルが発する表示光を透過させて赤外線を反射させる透過反射部材の後面に偏光部材が貼着されていて、透過反射部材は液晶表示パネルと平行ではない状態で液晶表示パネルの前側(表示光が進む方向)に離間して配置されている。そしてヘッドアップディスプレイ装置は、透明反射部材(フロントガラスやコンバイナ)を備えており、透明反射部材によって反射された表示光を映像(虚像)として表示する。   So far, various head-up display devices that display an image on a windshield or the like of a vehicle have been proposed (for example, Patent Document 1). In the head-up display device described in Patent Document 1, a polarizing member is attached to the rear surface of a transmissive reflecting member that transmits display light emitted from the liquid crystal display panel and reflects infrared rays, and the transmissive reflecting member is a liquid crystal display panel. Are spaced apart from the front side of the liquid crystal display panel (the direction in which the display light travels) in a state that is not parallel to the liquid crystal display panel. The head-up display device includes a transparent reflecting member (a windshield or a combiner), and displays the display light reflected by the transparent reflecting member as an image (virtual image).

液晶表示パネルを用いるヘッドアップディスプレイ装置は、太陽光(外光)が装置内部まで入光することが多く、液晶表示パネルも暴露される。液晶表示パネルの前面には、一般的に、偏光分離性を示す物質を含んだポリビニルアルコール(PVA)の両面にトリアセチルセルロース(TAC)からなる保護層を有した吸収型偏光板が用いられる。しかしながら、太陽光により、前面の吸収型偏光板が溶融してしまうといった課題があった。この課題を解決するため、特許文献1では、前述の透過反射部材を配置している。   In a head-up display device using a liquid crystal display panel, sunlight (external light) often enters the device, and the liquid crystal display panel is also exposed. In general, an absorption polarizing plate having protective layers made of triacetyl cellulose (TAC) on both sides of polyvinyl alcohol (PVA) containing a substance exhibiting polarization separation is used on the front surface of the liquid crystal display panel. However, there is a problem that the front-side absorption polarizing plate is melted by sunlight. In order to solve this problem, in Patent Document 1, the above-described transmissive reflecting member is arranged.

特許第4788882号公報Japanese Patent No. 4788882

ところで、前記透過反射部材は、可視光を透過し、発熱因子となる赤外光を反射させるよう、誘電体を積層して作製されるが、入光方向や入光角度によって変化する偏光依存性がある。したがって、車両運転者の偏光サングラス着用を想定して、透明反射部材によって反射される表示光の偏光方向を水平以外に設定する場合、映像品位の低下を避けるためには、透過反射部材を表示光の偏光方向と平行、あるいは、直交方向に一軸回転とする必要があった。このように透過反射部材を用いた場合、設計上の制限により不要な迷光の発生といった、映像品位に係る更なる課題が発生する問題があった。   By the way, the transmission / reflection member is formed by laminating dielectrics so as to transmit visible light and reflect infrared light which is a heat generation factor. However, the polarization dependency varies depending on the incident direction and the incident angle. There is. Therefore, when the polarization direction of the display light reflected by the transparent reflecting member is set to other than horizontal, assuming that the vehicle driver wears polarized sunglasses, in order to avoid deterioration of the image quality, the transmitting / reflecting member is set to display light. It was necessary to rotate the uniaxially in the direction parallel to or perpendicular to the polarization direction. When the transmission / reflection member is used as described above, there is a problem that a further problem relating to the image quality such as generation of unnecessary stray light occurs due to a design limitation.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、不要な迷光の発生や映像品位の低下を招くことなく、偏光サングラスを用いた観察者が虚像を視認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。   The present invention has been made in view of the above points, and provides a head-up display device that allows an observer using polarized sunglasses to visually recognize a virtual image without causing unnecessary stray light and lowering image quality. With the goal.

本発明者らは、鋭意検討の結果、反射型偏光分離性を有した偏光光学部材を用い、映像の偏光方向、及び、表示光の光路に対する透過反射部材及び偏光光学部材の偏光分離層の配置方向を適正化することで、不要な迷光の発生や映像品位の低下を招くことなく、偏光サングラスを用いた観察者が虚像を視認できるヘッドアップディスプレイ装置を提供できることを見出した。すなわち、本発明は、以下の通りである。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have used a polarizing optical member having a reflective polarization separation property, and arranged the polarization direction of the image and the transmission / reflection member and the polarization separation layer of the polarizing optical member with respect to the optical path of the display light. It has been found that by optimizing the direction, it is possible to provide a head-up display device in which an observer using polarized sunglasses can visually recognize a virtual image without causing generation of unnecessary stray light and deterioration of image quality. That is, the present invention is as follows.

本発明は、表示光を発する液晶表示素子を有し、前記表示光を透明反射部材に投影して映像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置であって、前記液晶表示素子から透明反射部材へと至る表示光の光路中に、透過反射部材と、一方の偏光を反射して他方の偏光を透過する反射型偏光分離性を有した偏光光学部材と、が前記表示光を透過するように配置され、前記表示光の光路に対して、前記透過反射部材は垂直、および、前記偏光光学部材の偏光分離層は傾斜して配置され、前記透明反射部材が表示する映像の偏光方向が水平以外であることを特徴とする。   The present invention is a head-up display device that has a liquid crystal display element that emits display light and displays the image by projecting the display light onto a transparent reflecting member, and displays from the liquid crystal display element to the transparent reflecting member In the optical path of light, a transmission / reflection member and a polarizing optical member having a reflective polarization separation property of reflecting one polarized light and transmitting the other polarized light are arranged to transmit the display light, The transmission / reflection member is perpendicular to the optical path of the display light, and the polarization separation layer of the polarization optical member is inclined, and the polarization direction of the image displayed by the transparent reflection member is other than horizontal. Features.

本発明では、前記偏光光学部材が固有の偏光軸を有した反射型偏光板からなり、前記偏光光学部材の偏光分離層が表示光の偏光方向と平行、および、直交方向に多軸回転して配置されていることが好ましい。   In the present invention, the polarizing optical member is composed of a reflective polarizing plate having a specific polarization axis, and the polarization separation layer of the polarizing optical member is rotated in a multiaxial direction parallel to and orthogonal to the polarization direction of the display light. It is preferable that they are arranged.

また本発明では、前記偏光光学部材が平板状のガラス基板の一方の面に、150nm以下の間隔をもって所定の方向に延在する導電体からなるワイヤグリッド層を有していて、導電体間に樹脂が充填されていることが好ましい。   In the present invention, the polarizing optical member has a wire grid layer made of a conductor extending in a predetermined direction at an interval of 150 nm or less on one surface of a flat glass substrate. It is preferable that the resin is filled.

本発明によれば、偏光サングラスを着用した車両運転者が高品位の映像を視認でき、耐久性の高いヘッドアップディスプレイ装置を得ることできる。   According to the present invention, a vehicle driver wearing polarized sunglasses can view a high-quality image, and a highly durable head-up display device can be obtained.

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表示光が視認されるまでの光路の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the optical path until the display light which the head-up display apparatus of this Embodiment emits is visually recognized. 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る。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the head-up display apparatus which concerns on this Embodiment.

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。また、技術常識として「直線偏光」は、完全な直線偏光のみならず、わずかに楕円化した偏光も含むものである。本発明においては、楕円の長軸の長さに対する短軸の長さが0.3以下の楕円偏光は長軸方向を振動方向とする直線偏光であるとみなす。楕円の長軸の長さに対する短軸の長さが0.1以下の楕円偏光であることがより好ましい。同様に、複数の直線偏光が含まれる場合には、最も高強度の直線偏光を本発明の直線偏光とする。   Hereinafter, an embodiment of an image display system of the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary. Further, as a technical common sense, “linearly polarized light” includes not only perfect linearly polarized light but also slightly elliptical polarized light. In the present invention, elliptically polarized light having a minor axis length of 0.3 or less with respect to the major axis length of the ellipse is regarded as linearly polarized light having the major axis direction as the vibration direction. More preferably, it is elliptically polarized light having a minor axis length of 0.1 or less with respect to the major axis length of the ellipse. Similarly, when a plurality of linearly polarized lights are included, the highest intensity linearly polarized light is used as the linearly polarized light of the present invention.

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、表示光(映像光)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。   As shown in FIG. 1, the head-up display device 1 is provided on a dashboard 2 of a vehicle, for example, and projects a display light (video light) 3 onto a windshield 4 to display driving information as a virtual image 5. Device. The driver 6 can visually recognize the virtual image 5 superimposed on the scenery through the windshield 4.

図2に示すように、ダッシュボードに設けられたヘッドアップディスプレイ装置1は、少なくとも、表示光を発する液晶表示素子14と、透過反射部材40と、偏光光学部材41と、を有する。なお液晶表示素子14は、液晶表示パネル20、偏光板(図示しない)、バックライトユニット(光源21を含む)等で構成される。   As shown in FIG. 2, the head-up display device 1 provided on the dashboard includes at least a liquid crystal display element 14 that emits display light, a transmission / reflection member 40, and a polarization optical member 41. The liquid crystal display element 14 includes a liquid crystal display panel 20, a polarizing plate (not shown), a backlight unit (including the light source 21), and the like.

図2に示すように、液晶表示素子14から透明反射部材(映写板)11へと至る表示光の光路中に、透過反射部材40と、偏光光学部材41が配置されている。なお、透明反射部材としては、自動車のフロントガラス4以外にコンバイナを例示できる。   As shown in FIG. 2, a transmission / reflection member 40 and a polarizing optical member 41 are arranged in the optical path of display light from the liquid crystal display element 14 to the transparent reflection member (projection plate) 11. In addition, as a transparent reflection member, a combiner can be illustrated other than the windshield 4 of a motor vehicle.

図2に示すように、表示光の光路に対して、透過反射部材40は垂直に配置される。透過反射部材40は、可視光を透過し、発熱因子となる赤外光を反射させるよう、誘電体を積層して作製される。ここで透過反射部材40に対する光路は、液晶表示素子14から導かれた第一の表示光L1が反射器15にて反射されて非球面鏡16に到達するまでの第二の表示光L2と平行な光路である。このように透過反射部材40は、表示光の光路中に存在し、表示光を透過するよう配置される。また、表示光の光路に対して、偏光光学部材の偏光分離層は傾斜するよう配置されている。偏光光学部材41の偏光分離層に対する光路は、図2に示す第二の表示光L2と平行な光路である。   As shown in FIG. 2, the transmission / reflection member 40 is arranged perpendicular to the optical path of the display light. The transmission / reflection member 40 is manufactured by laminating dielectrics so as to transmit visible light and reflect infrared light that is a heat generation factor. Here, the optical path to the transmission / reflection member 40 is parallel to the second display light L2 until the first display light L1 guided from the liquid crystal display element 14 is reflected by the reflector 15 and reaches the aspherical mirror 16. It is an optical path. Thus, the transmission / reflection member 40 exists in the optical path of the display light, and is disposed so as to transmit the display light. Further, the polarization separation layer of the polarizing optical member is disposed so as to be inclined with respect to the optical path of the display light. The optical path to the polarization separation layer of the polarization optical member 41 is an optical path parallel to the second display light L2 shown in FIG.

偏光光学部材41は、一方の偏光を反射して他方の偏光を透過する反射型偏光分離性を有するため、太陽光を吸収して熱に変換し難く、高耐久性を発揮する。また、偏光光学部材41は、固有の偏光軸を有することが好ましく、これにより、入光方向や入光角度に伴う偏光依存性を小さくできる。   Since the polarizing optical member 41 has a reflective polarization separation property that reflects one polarized light and transmits the other polarized light, it is difficult to absorb sunlight and convert it into heat, and exhibits high durability. Moreover, it is preferable that the polarization optical member 41 has a specific polarization axis, and this can reduce the polarization dependency associated with the light incident direction and the light incident angle.

反射型偏光分離性を有する偏光分離層が、入光した太陽光等を偏光分離して、光路を逆に進むように反射してしまう場合、車両運転者が視認可能な迷光となる。このような迷光を防止するために、偏光分離層を光路に対して傾斜させる。   When the polarized light separation layer having the reflective polarization separation property separates the incident sunlight and the like and reflects the light so as to travel in the reverse direction, it becomes stray light that can be visually recognized by the vehicle driver. In order to prevent such stray light, the polarization separation layer is inclined with respect to the optical path.

また、偏光サングラスを着用する車両の運転者6が虚像5を視認できるように、透明反射部材(フロントガラス4やコンバイナ等の映写板)11が表示する映像の偏光方向を水平以外とすることが効果的である。一方で、迷光防止の観点からは、偏光分離層で反射する光の方向に係る設計自由度は広くできることが好ましい。このとき偏光分離層が固有の偏光軸を有する場合、入光方向や入光角度に伴う偏光に依存されることがないため、光路に対する偏光分離層の傾斜方向や傾斜角度の設定範囲を広くできる。したがって、偏光光学部材41の偏光分離層が表示光の偏光方向と平行、および、直交方向に多軸回転するよう配置することができる。なお、本明細書において、「偏光軸」とは、偏光透過軸、あるいは、偏光反射軸を意味する。ここで、本明細書及び特許請求の範囲において、「偏光方向が水平以外」とは、電場の振動方向が水平面と平行な直線偏光を0°の振動方向を有する直線偏光とし、水平面と直交する直線偏光を90°の振動方向を有する直線偏光とした際に、1〜90°の振動方向を有する直線偏光を意味する。好ましくは、5〜90°、より好ましくは10〜90°、最も好ましくは20〜90°の振動方向を有する直線偏光をいう。   Further, the polarization direction of the image displayed on the transparent reflecting member (projection plate such as the windshield 4 or the combiner) 11 may be other than horizontal so that the driver 6 of the vehicle wearing the polarized sunglasses can visually recognize the virtual image 5. It is effective. On the other hand, from the viewpoint of preventing stray light, it is preferable that the degree of freedom in design related to the direction of light reflected by the polarization separation layer can be widened. In this case, when the polarization separation layer has a specific polarization axis, it is not dependent on the polarization according to the light incident direction or the light incident angle, so that the setting range of the tilt direction or tilt angle of the polarization separation layer with respect to the optical path can be widened. . Therefore, the polarization separation layer of the polarization optical member 41 can be arranged so as to rotate in a multiaxial direction parallel to and orthogonal to the polarization direction of the display light. In this specification, “polarization axis” means a polarization transmission axis or a polarization reflection axis. Here, in the present specification and claims, “the polarization direction is other than horizontal” means that the linearly polarized light whose vibration direction of the electric field is parallel to the horizontal plane is a linearly polarized light having a vibration direction of 0 ° and is orthogonal to the horizontal plane. When linearly polarized light is linearly polarized light having a vibration direction of 90 °, it means linearly polarized light having a vibration direction of 1 to 90 °. Preferably, it refers to linearly polarized light having a vibration direction of 5 to 90 °, more preferably 10 to 90 °, and most preferably 20 to 90 °.

ここで固有の偏光軸には、偏光透過軸と偏光反射軸がある。この2軸(多軸)で偏光光学部材41の偏光分離層を回転できると、偏光分離されて反射する光の方向を自由に制御できる。ここで「回転」について説明する。例えば、偏光光学部材の偏光分離層は所定の1平面上にあり、この平面上に偏光透過軸と偏光反射軸が存在するとする。このうち、まず、偏光透過軸を回転の中心として偏光光学部材を回転(傾斜)させた場合、1軸の回転(傾斜)をしたことになる。さらに、偏光反射軸を回転の中心として回転(傾斜)させると、2軸の回転(傾斜)となる。これにより、偏光透過軸や偏光反射軸に依存することなく、偏光分離層を全方位に傾斜でき、その結果、迷光の発生を防止する設計をし易くなる。一方、誘電体を積層したような偏光分離層は、固有の偏光軸を持たないため、どのように傾斜させても一部偏光軸を含んでしまい、不要に反射光が発生し、輝度低下といった不具合を生じさせる。   Here, the intrinsic polarization axis includes a polarization transmission axis and a polarization reflection axis. If the polarization separation layer of the polarization optical member 41 can be rotated by these two axes (multi-axis), the direction of light that is separated by polarization and reflected can be freely controlled. Here, “rotation” will be described. For example, it is assumed that the polarization separation layer of the polarization optical member is on a predetermined plane, and the polarization transmission axis and the polarization reflection axis exist on this plane. Of these, first, when the polarizing optical member is rotated (tilted) with the polarization transmission axis as the center of rotation, it is rotated (tilted) in one axis. Further, when the polarization reflection axis is rotated (inclined) about the center of rotation, the rotation (inclination) is biaxial. Accordingly, the polarization separation layer can be tilted in all directions without depending on the polarization transmission axis and the polarization reflection axis, and as a result, the design for preventing the generation of stray light is facilitated. On the other hand, since a polarization separation layer such as a dielectric layer does not have a specific polarization axis, it includes part of the polarization axis regardless of how it is tilted, and undesirably reflected light is generated, resulting in reduced brightness. Cause a defect.

偏光光学部材41としては、例えば、ワイヤグリッド型偏光子、相互に複屈折率が異なる複屈折性フィルムを積層した積層体フィルム等が挙げられる。中でも、偏光分離層が単層であるために入光角度変化時の偏光透過、および、偏光反射強度変化が小さく、可視光から赤外光までの広帯域の光を偏光分離可能なワイヤグリッド型偏光子が好ましい。   Examples of the polarizing optical member 41 include a wire grid polarizer and a laminate film in which birefringent films having different birefringence are laminated. In particular, since the polarization separation layer is a single layer, polarization transmission and polarization reflection intensity change when the incident light angle changes is small, and wire-grid polarization that can separate and split broadband light from visible light to infrared light A child is preferred.

ワイヤグリッド型偏光子としては、平板状のガラス基板の一方の面に、150nm以下の間隔をもって所定の方向に延在する導電体からなるワイヤグリッド層を有しているものが好ましい。また、前記導電体間に樹脂が充填されていることが好ましい。本実施の形態は、車両に用いられるヘッドアップディスプレイ装置1であり、高耐久な偏光光学部材を提供する観点から、偏光分離層としてのワイヤグリッド層の導電体(金属ワイヤ)間に樹脂を充填し、外力等による導電体の損傷を防ぐことが好ましい。一方で、金属ワイヤが空気(屈折率1.0)と接することなく、樹脂を充填される場合、前記樹脂の屈折率の影響を考慮して、金属ワイヤの周期を、対象とする光の波長の1/4以下とすることが好ましい。このため、可視光領域の光の利用を考慮する場合、金属ワイヤの周期を150nm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは金属ワイヤの周期を130nm以下とすることであり、最も好ましくは金属ワイヤの周期を100nm以下とすることである。   The wire grid polarizer preferably has a wire grid layer made of a conductor extending in a predetermined direction at intervals of 150 nm or less on one surface of a flat glass substrate. Moreover, it is preferable that resin is filled between the conductors. The present embodiment is a head-up display device 1 used in a vehicle, and from the viewpoint of providing a highly durable polarizing optical member, a resin is filled between conductors (metal wires) of a wire grid layer as a polarization separation layer. However, it is preferable to prevent the conductor from being damaged by an external force or the like. On the other hand, when the metal wire is filled with resin without being in contact with air (refractive index 1.0), considering the influence of the refractive index of the resin, the period of the metal wire is set as the wavelength of the target light. It is preferable to set it to 1/4 or less. Therefore, when considering the use of light in the visible light region, the period of the metal wire is preferably 150 nm or less, more preferably the period of the metal wire is 130 nm or less, and most preferably The period is 100 nm or less.

ここで、ワイヤグリッド型偏光子の一例として、基材と、前記基材の表面に設けられた微細凹凸構造と、微細凹凸構造の少なくとも凸部に形成された金属ワイヤと、を有する構造(以下、ワイヤグリッド偏光板とする)を例示し、説明する。   Here, as an example of a wire grid polarizer, a structure having a base material, a fine concavo-convex structure provided on the surface of the base material, and a metal wire formed on at least a convex portion of the fine concavo-convex structure (hereinafter, referred to as a “wire concavo-convex structure”) And a wire grid polarizing plate).

ワイヤグリッド偏光板は微細凹凸構造として、基材の基準面の面内方向に連続して延在するように設けられた複数の凸部および複数の凹部を有する。   The wire grid polarizing plate has a plurality of convex portions and a plurality of concave portions provided as a fine concavo-convex structure so as to continuously extend in the in-plane direction of the reference surface of the substrate.

基材は、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。基材として樹脂基材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。   The substrate only needs to be substantially transparent in the target wavelength region, and a resin material is preferably used. By using a resin base material as the base material, there are merits such that a roll process is possible and the wire grid polarizing plate can have flexibility.

基材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。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。   Examples of the resin that can be used for the substrate include polymethyl methacrylate resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, cycloolefin resin (COP), cross-linked polyethylene resin, polyvinyl chloride resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, modified Amorphous thermoplastic resins such as polyphenylene ether resin, polyetherimide resin, polyether sulfone resin, polysulfone resin, polyether ketone resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polyethylene naphthalate resin, polyethylene resin, polypropylene resin, Crystalline thermoplastic resins such as polybutylene terephthalate resin, aromatic polyester resin, polyacetal resin, and polyamide resin, and ultraviolet rays such as acrylic, epoxy, and urethane ( Etc. V) curable resin or thermosetting resin. In addition, UV curable resins and thermosetting resins can be combined with the above thermoplastic resins and triacetate resins, or can be used alone to form a base material, and inorganic materials such as glass (for example, glass It is also possible to combine fillers). In order to cure the UV curable resin, it is possible to use a light source that emits UV light or a light source that emits an electron beam.

基材に設けられた微細凹凸構造の凸部に金属膜を選択的に設けることにより金属ワイヤを形成することができる。このとき、150nm以下の間隔(周期)をもって所定の方向に延在する金属ワイヤ(導電体)からなるワイヤグリッド層を有することが好ましい。一般に、ワイヤグリッド偏光板は、金属ワイヤの周期が小さくなるほど幅広い波長帯域で良好な偏光特性を示す。金属ワイヤが空気(屈折率1.0)と接し、接着性物質で被覆されない場合には、金属ワイヤの周期を、対象とする光の波長の1/3以下とすることで、実用的に十分な偏光特性を示すことになるが、金属ワイヤを接着性物質で被覆する場合、接着性物質の屈折率の影響を考慮して、金属ワイヤの周期を、対象とする光の波長の1/4以下とすることがさらに好ましい。このため、可視光領域の光の利用を考慮する場合、金属ワイヤの周期を上記したように、150nm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは金属ワイヤの周期を130nm以下とすることであり、最も好ましくは金属ワイヤの周期を100nm以下とすることである。なお、金属ワイヤの周期の下限は製造工程上50nmである。   A metal wire can be formed by selectively providing a metal film on the convex portion of the fine concavo-convex structure provided on the substrate. At this time, it is preferable to have a wire grid layer made of a metal wire (conductor) extending in a predetermined direction with an interval (period) of 150 nm or less. In general, the wire grid polarizing plate shows better polarization characteristics in a wider wavelength band as the period of the metal wire becomes smaller. When the metal wire is in contact with air (refractive index 1.0) and is not covered with an adhesive substance, it is practically sufficient to set the period of the metal wire to 1/3 or less of the wavelength of the target light. In the case where the metal wire is coated with an adhesive substance, the period of the metal wire is set to 1/4 of the wavelength of the target light in consideration of the influence of the refractive index of the adhesive substance. More preferably, it is as follows. Therefore, when considering the use of light in the visible light region, the period of the metal wire is preferably 150 nm or less as described above, and more preferably the period of the metal wire is 130 nm or less. Preferably, the period of the metal wire is 100 nm or less. In addition, the minimum of the period of a metal wire is 50 nm on a manufacturing process.

基材表面に形成する微細凹凸構造の断面形状としては、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状などが挙げられる。ここで、正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部を持つことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であればよく、例えば、凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。透過率の観点から微細凹凸構造の断面形状は矩形又は正弦波状であることが好ましい。   Examples of the cross-sectional shape of the fine concavo-convex structure formed on the substrate surface include a trapezoidal shape, a rectangular shape, a rectangular shape, a prism shape, and a sine wave shape such as a semicircular shape. Here, the sinusoidal shape means having a curved portion formed by repetition of a concave portion and a convex portion. In addition, the curved part should just be a curved curve, for example, the shape with a constriction in a convex part is also included in a sine wave form. From the viewpoint of transmittance, the cross-sectional shape of the fine concavo-convex structure is preferably rectangular or sinusoidal.

また、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂被膜と、ガラスなどの無機基材(例えば、ガラスフィラー)、又は熱可塑性樹脂やトリアセテート樹脂等の樹脂基材とを組み合わせて基材を構成してもよい。この場合、無機基材又は樹脂基材上に形成された樹脂被膜の表面に所定の周期を有する微細凹凸構造を形成することもできる。鏡面性に優れた平滑性の高い表面が得られるという観点から、樹脂被膜の膜厚は、0.005μm以上3μm以下とすることが好ましい。   In addition, a base material is configured by combining a resin film such as an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin and an inorganic base material such as glass (for example, a glass filler) or a resin base material such as a thermoplastic resin or a triacetate resin. May be. In this case, a fine concavo-convex structure having a predetermined cycle can be formed on the surface of the resin coating formed on the inorganic substrate or the resin substrate. From the viewpoint of obtaining a highly smooth surface with excellent specularity, the film thickness of the resin film is preferably 0.005 μm or more and 3 μm or less.

金属ワイヤは、微細凹凸構造の少なくとも凸部に形成される。この場合、凸部の少なくとも側面に部分的に金属を被着させることにより所定の方向に連続して延在する金属ワイヤを設けることができる。   The metal wire is formed on at least the convex portion of the fine concavo-convex structure. In this case, a metal wire extending continuously in a predetermined direction can be provided by depositing a metal partially on at least the side surface of the convex portion.

金属ワイヤは、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、アルミニウムもしくは銀を用いて金属ワイヤを形成することにより、可視域での吸収損失を小さくすることができる。   The metal wire can be formed using a conductive material such as aluminum, silver, copper, platinum, gold, or an alloy containing each of these metals as a main component. In particular, the absorption loss in the visible region can be reduced by forming a metal wire using aluminum or silver.

金属ワイヤの周期(ピッチP)については、上記の通りであるが、金属ワイヤが連続して延在する方向に垂直な方向における断面視において、金属ワイヤのデューティ比(金属ワイヤの幅と金属ワイヤのない部分の幅の合計に対する、金属ワイヤの幅の比)は0.2以上0.8以下であることが好ましい。また、金属ワイヤのアスペクト比(金属ワイヤの幅に対する、金属ワイヤの高さの比)は0.5以上2.0以下であることが好ましい。これにより、全光透過率を向上することができる。なお、金属ワイヤの幅は、金属ワイヤの高さ方向の中点における幅とする。   The period (pitch P) of the metal wire is as described above. In the cross-sectional view in the direction perpendicular to the direction in which the metal wire continuously extends, the duty ratio of the metal wire (the width of the metal wire and the metal wire) The ratio of the width of the metal wire to the sum of the widths of the portions having no gap is preferably 0.2 or more and 0.8 or less. The aspect ratio of the metal wire (ratio of the height of the metal wire to the width of the metal wire) is preferably 0.5 or more and 2.0 or less. Thereby, the total light transmittance can be improved. The width of the metal wire is the width at the midpoint in the height direction of the metal wire.

金属ワイヤの形成方法に特に制限は無い。例えば、電子線リソグラフィ法又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形成する方法などが挙げられる。金属ワイヤは非常に薄く形成する必要があるため、生産性の観点からは、斜め蒸着法を用いることが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the formation method of a metal wire. For example, a method of forming by mask patterning by electron beam lithography or interference exposure and dry etching, a method of forming by oblique deposition, and the like can be mentioned. Since it is necessary to form the metal wire very thinly, it is preferable to use an oblique vapor deposition method from the viewpoint of productivity.

また、光学特性の観点から、金属ワイヤの不要な部分はエッチングにより除去しても良い。エッチング方法は、基材や後述する誘電体層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が、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。ただし、金属ワイヤは非常に薄く形成されるため上記のエッチング除去は必須ではない。   Further, from the viewpoint of optical characteristics, unnecessary portions of the metal wire may be removed by etching. The etching method is not particularly limited as long as the metal part can be selectively removed without adversely affecting the substrate and the dielectric layer described later, but a method of immersing in an alkaline aqueous solution is preferable from the viewpoint of productivity. . However, since the metal wire is formed very thin, the above etching removal is not essential.

基材を構成する材料と金属ワイヤとの密着性向上のために、両者の間に両者と密着性の高い誘電体材料を介在させても良い。基材と金属ワイヤの密着性が高いと、基材からの金属ワイヤの剥離を防ぎ、偏光度の低下を抑えることができる。   In order to improve the adhesion between the material constituting the substrate and the metal wire, a dielectric material having a high adhesion between them may be interposed therebetween. When the adhesion between the base material and the metal wire is high, peeling of the metal wire from the base material can be prevented, and a decrease in the degree of polarization can be suppressed.

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、透過偏光性能を得ようとする波長領域において実質的に透明であることが好ましい。   Examples of dielectrics that can be suitably used include silicon (Si) oxides, nitrides, halides, carbides, or composites thereof (dielectrics in which other elements, simple substances, or compounds are mixed in the dielectric alone). Body), aluminum (Al), chromium (Cr), yttrium (Y), zirconia (Zr), tantalum (Ta), titanium (Ti), barium (Ba), indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), magnesium (Mg), calcium (Ca), cerium (Ce), copper (Cu) and other metal oxides, nitrides, halides, carbides alone or a composite thereof can be used. The dielectric material is preferably substantially transparent in a wavelength region where transmission polarization performance is to be obtained.

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。   There are no particular limitations on the method of laminating the dielectric material, and physical vapor deposition methods such as vacuum vapor deposition, sputtering, and ion plating can be suitably used.

本実施の形態は、例えば、車両に用いられるヘッドアップディスプレイ装置1であり、高耐久な偏光光学部材を提供する観点から、偏光分離層としてのワイヤグリッド層の金属ワイヤ(導電体)間に樹脂を充填し、外力等による導電体の損傷を防ぐことが好ましい。なお、偏光分離層は、金属ワイヤ(導電体)を備える層である。   The present embodiment is, for example, a head-up display device 1 used in a vehicle, and from the viewpoint of providing a highly durable polarization optical member, a resin between metal wires (conductors) of a wire grid layer as a polarization separation layer is used. It is preferable to prevent the conductor from being damaged by external force or the like. The polarization separation layer is a layer including a metal wire (conductor).

導電体間に充填する樹脂としては、特に制限は無いが、目的とする波長領域において実質的に透明であることが好ましい。例えば、樹脂としては、UVの照射により硬化するUV硬化型樹脂や、加熱処理によって硬化する熱硬化型樹脂、粘着剤をシート状にした粘着シートを、用いることができる。その他、硬化処理前は粘着シートと同様の性状を示すが、硬化処理によって架橋密度が変化し、硬化する粘接着シートといった接着性物質を用いることもできる。また、酸成分を極力含まず、また、劣化によって酸成分を発生させ難い材料を用いることが好ましい。酸成分が極力含まれていない材料を用いることにより、導電体の劣化が生じる可能性を小さくすることができる。なお、導電体間に樹脂を充填するとは、実質的に充填されていればよく、空気等の存在を否定するものではない。   The resin filled between the conductors is not particularly limited, but is preferably substantially transparent in the target wavelength region. For example, as the resin, it is possible to use a UV curable resin that is cured by UV irradiation, a thermosetting resin that is cured by heat treatment, or a pressure sensitive adhesive sheet in the form of a pressure sensitive adhesive. In addition, although the same properties as the pressure-sensitive adhesive sheet are exhibited before the curing treatment, an adhesive substance such as an adhesive sheet that is cured by changing the crosslinking density by the curing treatment can also be used. In addition, it is preferable to use a material that does not contain an acid component as much as possible and hardly generates an acid component due to deterioration. By using a material that does not contain an acid component as much as possible, the possibility of deterioration of the conductor can be reduced. It should be noted that filling the resin between the conductors is sufficient if it is substantially filled, and does not deny the presence of air or the like.

本実施の形態における透過反射部材は、所定の波長の光を透過でき、不要な波長の光を反射する機能を有するよう、誘電体等の薄膜を単層積層あるいは多層積層することで作製することができる。透過反射部材の材料としては、ITO、TiO、ZnO、ZnS、SnO、Al、Al合金、Ag、Ag合金からなる群より選ばれるものを挙げることができるが、これに制限されない。 The transmission / reflection member in the present embodiment is manufactured by laminating thin films such as dielectrics in a single layer or in multiple layers so that light having a predetermined wavelength can be transmitted and has a function of reflecting light having an unnecessary wavelength. Can do. Examples of the material of the transmission / reflection member include, but are not limited to, a material selected from the group consisting of ITO, TiO 2 , ZnO, ZnS, SnO 2 , Al, Al alloy, Ag, and Ag alloy.

本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置1によれば、反射型偏光分離性を有した偏光光学部材を用い、映像の偏光方向、及び、表示光の光路に対する透過反射部材、及び、偏光光学部材の偏光分離層の配置方向を適正化することで、不要な迷光の発生や映像品位の低下を招くことなく、偏光サングラスを用いた観察者が適切に虚像を視認できる。   According to the head-up display device 1 of the present embodiment, a polarizing optical member having reflective polarization separation is used, and the polarization direction of the image and the transmission / reflection member with respect to the optical path of the display light, and the polarizing optical member By optimizing the arrangement direction of the polarization separation layer, an observer using polarized sunglasses can visually recognize a virtual image appropriately without causing generation of unnecessary stray light and deterioration of image quality.

ヘッドアップディスプレイ装置1は、液晶表示素子14と偏光光学部材、及び透過反射部材以外に、平面鏡や湾曲した非球面鏡等を光路中に備えることが可能である。また、LED等からなる光源を冷却するためにヒートシンクを設けることが可能である。   The head-up display device 1 can include a plane mirror, a curved aspherical mirror, and the like in the optical path in addition to the liquid crystal display element 14, the polarizing optical member, and the transmission / reflection member. In addition, a heat sink can be provided to cool a light source composed of an LED or the like.

図2を用いて、本実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ装置1及びそれ用いた映像表示システム10のより具体的な構造について説明する。   A more specific structure of the head-up display device 1 and the video display system 10 using the head-up display device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

ヘッドアップディスプレイ装置1は、映像表示器として液晶表示素子14、反射器15、透過反射部材40、偏光光学部材41、及び、非球面鏡16等をハウジング17内に収容し、表示光(表示光)Lを取り出すための透光性の窓部18をハウジング17に設けたものである。   The head-up display device 1 accommodates a liquid crystal display element 14, a reflector 15, a transmission / reflection member 40, a polarizing optical member 41, an aspherical mirror 16, and the like as a video display in a housing 17, and displays light (display light). A transparent window portion 18 for taking out L is provided in the housing 17.

表示光Lは、液晶表示素子14から出光されて反射器15に入光するまでを第一の表示光L1、反射器15で反射されてから透明反射部材(映写板)11に入光するまでを第二の表示光、透明反射部材11で反射されてから偏光サングラス44に入光するまでを第三の表示光L4とする。とくに、反射器15と透明反射部材11との間に非球面鏡16を有する場合には、反射器15で反射されてから非球面鏡16に入光するまでを第二の表示光L2、非球面鏡16で反射されてから透明反射部材11に入光するまでを第二の表示光L3とする。   The display light L is emitted from the liquid crystal display element 14 and enters the reflector 15 until it is reflected by the first display light L1 and the reflector 15 and then enters the transparent reflecting member (projection plate) 11. Is the second display light L4 from the time it is reflected by the transparent reflecting member 11 until it enters the polarized sunglasses 44. In particular, when the aspherical mirror 16 is provided between the reflector 15 and the transparent reflecting member 11, the second display light L <b> 2 and the aspherical mirror 16 until the light enters the aspherical mirror 16 after being reflected by the reflector 15. The second display light L <b> 3 is from the time when the light is reflected to the time when the light enters the transparent reflecting member 11.

液晶表示素子14は、直線偏光の第一の表示光L1を出光する。液晶表示素子14は、液晶表示パネル20と、光源21と、光源21を内部に収容しつつ液晶表示パネル20を保持する保持体22とを有する。   The liquid crystal display element 14 emits linearly polarized first display light L1. The liquid crystal display element 14 includes a liquid crystal display panel 20, a light source 21, and a holding body 22 that holds the liquid crystal display panel 20 while accommodating the light source 21 therein.

液晶表示パネル20は、透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セル24と、液晶表示パネル20の出光側、すなわち、液晶セル24の光源21と反対側に貼着された第1の直線偏光板25と、液晶セル24の光源21側に貼着された第2の直線偏光板26とを備えている。   The liquid crystal display panel 20 is affixed to a liquid crystal cell 24 in which liquid crystal is sealed in a pair of translucent substrates on which a transparent electrode film is formed, and a light output side of the liquid crystal display panel 20, that is, a side opposite to the light source 21 of the liquid crystal cell 24. The first linearly polarizing plate 25 is attached, and the second linearly polarizing plate 26 is attached to the light source 21 side of the liquid crystal cell 24.

第1の直線偏光板25は、固有の偏光軸を有することが好ましく、この偏光軸に沿って液晶セル24で変調された光源光を偏光分離するように設けられている。   The first linearly polarizing plate 25 preferably has a specific polarization axis, and is provided so as to polarization separate the light source light modulated by the liquid crystal cell 24 along this polarization axis.

液晶セル24に入光する光源光の偏光状態をそろえるために、固有の偏光軸を有する第2の直線偏光板26を設けてもよい。第2の直線偏光板26は、反射型偏光板であることが好ましい。光源光をリサイクルできるため高輝度化が可能となるばかりでなく、非球面鏡16で集光した外光が第2の直線偏光板26に入光した際の熱の発生を防止できる。なお、第2の直線偏光板26は、液晶表示素子14の液晶セル24に貼着せずに、液晶セル24に対して傾斜配置としたり、湾曲形状としたりすることができるが、傾斜配置、あるいは、湾曲形状とする場合には、偏光軸方向に傾斜、あるいは、湾曲させることが好ましい。これにより、前記外光等の多重反射による映像品位低下を防止できるばかりでなく、光源光の吸収によって発生した熱の放熱ができる。   In order to align the polarization state of the light source light entering the liquid crystal cell 24, a second linearly polarizing plate 26 having a specific polarization axis may be provided. The second linear polarizing plate 26 is preferably a reflective polarizing plate. Since the light source light can be recycled, not only high brightness can be achieved, but also the generation of heat when external light collected by the aspherical mirror 16 enters the second linearly polarizing plate 26 can be prevented. The second linearly polarizing plate 26 can be inclined with respect to the liquid crystal cell 24 without being attached to the liquid crystal cell 24 of the liquid crystal display element 14, or can be in a curved shape. In the case of a curved shape, it is preferable to incline or curve in the polarization axis direction. Thereby, not only the image quality deterioration due to the multiple reflection of the external light but also the heat generated by the absorption of the light source light can be radiated.

光源21としては、特に制限は無く、白色発光する発光ダイオード等を単数または複数用いることができる。なお、光源21の周囲に光を反射する反射板を設けて光利用率を向上させることや、光源21と液晶表示素子14の間に拡散板やプリズムシート等を設けて液晶表示素子14面内の照度の均一性を向上させることができる。   The light source 21 is not particularly limited, and one or more light emitting diodes that emit white light can be used. It should be noted that a reflector that reflects light is provided around the light source 21 to improve the light utilization rate, or a diffuser plate, a prism sheet, or the like is provided between the light source 21 and the liquid crystal display element 14 so as to be within the surface of the liquid crystal display element 14. The uniformity of the illuminance can be improved.

保持体22は、第一の表示光L1を回転中心軸とする回転方向に液晶表示素子14の設置方向を調整する機構を有することができる。この設置方向を調整することによって、第1の直線偏光板25の偏光軸の向きを変えて表示光L1の偏光状態を調整することができる。なお、保持体22が液晶表示素子14を回転駆動する駆動手段等を備え、かかる駆動を制御することで表示光L1の偏光状態を調整可能としてもよい。   The holding body 22 can have a mechanism for adjusting the installation direction of the liquid crystal display element 14 in the rotation direction with the first display light L1 as the rotation center axis. By adjusting the installation direction, the polarization state of the display light L1 can be adjusted by changing the direction of the polarization axis of the first linear polarizing plate 25. Note that the holding body 22 may include a driving unit that rotationally drives the liquid crystal display element 14, and the polarization state of the display light L1 may be adjusted by controlling the driving.

反射器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。反射器15は、反射面28を備え、この反射面28に対して液晶表示素子14から出光する第一の表示光L1が傾斜入光するように映像表示素子14と反射器15とが配置されている。また、反射器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、前記ヒートシンク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。   The reflector 15 is supported on the inner surface of the housing 17 via a support member 27. The reflector 15 includes a reflecting surface 28, and the image display element 14 and the reflector 15 are arranged so that the first display light L 1 emitted from the liquid crystal display element 14 is incident on the reflecting surface 28 with an inclination. ing. Moreover, it is preferable to provide the heat sink (heat radiating member) 29 in the support member 27 located in the back surface of the reflector 15, for example, it is preferable that the said heat sink 29 is formed with a some heat radiating fin.

偏光光学部材41は、一方の偏光を反射して他方の偏光を透過する反射型偏光分離性を有していて、固有の偏光軸を有することが好ましい。また、迷光を防止するために、偏光分離層が光路に対して傾斜するよう配置することが好ましく、透明反射部材11が表示する映像の偏光方向が水平以外となるように配置することが好ましい。光学特性や形状に制限は無く、反射型偏光板や、前記反射型偏光板を平板状のガラス基板等に貼着したもの、形状を湾曲状としたもの等を好適に用いることができる。   The polarizing optical member 41 preferably has a reflective polarization separation property that reflects one polarized light and transmits the other polarized light, and preferably has a specific polarization axis. In order to prevent stray light, the polarization separation layer is preferably disposed so as to be inclined with respect to the optical path, and is preferably disposed so that the polarization direction of the image displayed by the transparent reflecting member 11 is other than horizontal. There are no restrictions on the optical characteristics and shape, and a reflective polarizing plate, a material obtained by sticking the reflective polarizing plate to a flat glass substrate, a curved shape, or the like can be suitably used.

透過反射部材40は、前述の通り、可視光を透過し、発熱因子となる赤外光を反射させるよう、誘電体を積層して作製される。しかし、このような透過反射部材40は、入光方向や入光角度によって変化する偏光依存性を有するため、表示光が正面入光するように配置されることが好ましい。なお、前記透過反射部材40を反射する光は赤外光のため、表示光の光路内に留まったとしても、視認されないため、迷光とはならない。したがって映像品位の低下を招くことがない。   As described above, the transmission / reflection member 40 is manufactured by laminating dielectrics so as to transmit visible light and reflect infrared light serving as a heat generation factor. However, such a transmission / reflection member 40 has a polarization dependency that varies depending on the light incident direction and the light incident angle, and thus is preferably arranged so that the display light is incident on the front surface. In addition, since the light which reflects the said permeation | transmission reflection member 40 is infrared light, even if it remains in the optical path of display light, since it is not visually recognized, it does not become stray light. Therefore, the video quality is not deteriorated.

一方、特許文献1では、透過反射部材を表示光の光路に対して斜めに傾けているが、かかる場合、透過反射部材を表示光の偏光方向と平行に調整する等、設計上の制限により不要な迷光が発生しやすかった。これに対して本実施の形態では、透過反射部材40を表示光の光路に対して垂直に配置すればよいので、設計上の制限がなく、不要な迷光の発生を効果的に抑制することができる。   On the other hand, in Patent Document 1, the transmission / reflection member is inclined with respect to the optical path of the display light. However, in such a case, the transmission / reflection member is not necessary due to design restrictions such as adjusting the transmission / reflection member parallel to the polarization direction of the display light. It was easy to generate stray light. On the other hand, in the present embodiment, since the transmissive reflection member 40 may be arranged perpendicular to the optical path of the display light, there is no design limitation, and generation of unnecessary stray light can be effectively suppressed. it can.

なお本実施の形態では図2に示す透過反射部材40と偏光光学部材41とを逆配置することも可能である。   In this embodiment, it is also possible to reversely arrange the transmission / reflection member 40 and the polarization optical member 41 shown in FIG.

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。また、形状にも制限は無く、平板状のものを用いることも可能だが、表示光の拡大のために、凹面状や凸面状といった湾曲形状とすることが好ましい。非球面鏡16は、必要に応じて用いられる光学部材であり、偏光光学部材41から出光される第二の表示光L2を透明反射部材(映写板)11に直接投影可能であれば省略してもよい。   The aspherical mirror 16 is not particularly limited as long as it can reflect light of a predetermined wavelength. For example, a metal film mirror using aluminum, silver, copper, platinum, gold, or an alloy containing these metals as a main component is preferably used. Can be used. Further, the shape is not limited, and a flat plate shape can be used. However, in order to enlarge display light, it is preferable to have a curved shape such as a concave shape or a convex shape. The aspherical mirror 16 is an optical member used as necessary, and may be omitted if the second display light L2 emitted from the polarizing optical member 41 can be directly projected onto the transparent reflecting member (projection plate) 11. Good.

非球面鏡16は、角度調整部30を介して支持されている。角度調整部30は、ハウジング17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、フロントガラス4への第二の表示光L3の投影方向が調整可能となっている。   The aspherical mirror 16 is supported via the angle adjustment unit 30. The angle adjustment unit 30 includes a support base 31 attached to the inner surface of the housing 17, a stepping motor 32 provided on the support base 31, a gear part 34 attached to the rotation shaft of the stepping motor 32, and the gear part. 34 and a gear portion 36 attached to the aspherical mirror 16 via a shaft portion 35. In the angle adjustment unit 30, by driving the stepping motor 32, the gear units 34 and 36 can be rotated to move the aspherical mirror 16 in the rotation direction, and the projection direction of the second display light L 3 on the windshield 4 can be changed. It is adjustable.

ハウジング17の窓部18は透光性を有し、窓部18を第二の表示光L3が透過し、透明反射部材11によって反射されて第三の表示光L4となる。運転者(観察者)6は第三の表示光L4によって透明反射部材11を見ることで虚像5を観察することができる。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。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。   The window portion 18 of the housing 17 has translucency, and the second display light L3 is transmitted through the window portion 18 and is reflected by the transparent reflecting member 11 to become the third display light L4. The driver (observer) 6 can observe the virtual image 5 by viewing the transparent reflecting member 11 with the third display light L4. A light shielding wall 38 is provided in the housing 17, and the light shielding wall 38 can prevent external light such as sunlight from entering and becoming stray light. A plurality of heat radiating fins 39 are provided on the outer peripheral surface of the housing 17.

次に、ハウジング17内の表示光Lの光路について説明する。光源21からの光(光源光)は、液晶表示素子14の第2の直線偏光板26に入光し、偏光分離され、所定方向に振動する直線偏光が主として偏光透過する。第2の直線偏光板26を透過した光源光は、液晶セル24で変調された後、第1の直線偏光板25で偏光分離され、第一の表示光L1となる。第一の表示光L1は、反射器15の反射面28に入光して、反射面28で反射された第二の表示光L2となる。第二の表示光L2は、非球面鏡16に入光してから反射されて第二の表示光L3となる。第二の表示光L3は、前記窓部18を透過して透明反射部材11で反射して第三の表示光L4となり、運転者6が透明反射部材11を見ることで虚像5として視認することができる。   Next, the optical path of the display light L in the housing 17 will be described. Light (light source light) from the light source 21 enters the second linearly polarizing plate 26 of the liquid crystal display element 14, is polarized and separated, and linearly polarized light that vibrates in a predetermined direction is mainly polarized and transmitted. The light source light transmitted through the second linearly polarizing plate 26 is modulated by the liquid crystal cell 24 and then polarized and separated by the first linearly polarizing plate 25 to become the first display light L1. The first display light L1 enters the reflection surface 28 of the reflector 15 and becomes the second display light L2 reflected by the reflection surface 28. The second display light L2 is incident on the aspherical mirror 16 and then reflected to become the second display light L3. The second display light L3 is transmitted through the window 18 and reflected by the transparent reflecting member 11 to become the third display light L4. The driver 6 views the transparent reflecting member 11 and visually recognizes it as a virtual image 5. Can do.

前記第一の表示光L1は、反射器15の反射面28に傾斜入光し、偏光反射されて第二の表示光L2となる。ここで、「傾斜入光」とは、前記反射面28の垂直方向以外からの入射を意味するが、反射面28の垂線P1に対する第一の表示光L1の角度θ1が10〜80°となる方向からが好ましく、20〜70°の方向からの入射がより好ましい。本実施の形態の構造では、角度θ1が45°付近とするとよい。「偏光反射」とは、反射器15で偏光分離された第一の表示光L1のうち、反射する偏光(本実施の形態では第二の表示光L2)を意味し、偏光分離されて透過することを偏光透過という。   The first display light L1 is incident on the reflecting surface 28 of the reflector 15 in an inclined manner, and is polarized and reflected to become the second display light L2. Here, “tilted incident light” means incidence from a direction other than the vertical direction of the reflecting surface 28, but the angle θ1 of the first display light L1 with respect to the perpendicular P1 of the reflecting surface 28 is 10 to 80 °. The direction is preferable, and incidence from a direction of 20 to 70 ° is more preferable. In the structure of the present embodiment, the angle θ1 is preferably about 45 °. “Polarized reflection” means polarized light (second display light L2 in the present embodiment) that is reflected from the first display light L1 that has been polarized and separated by the reflector 15, and is transmitted after being polarized and separated. This is called polarized light transmission.

本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさ、形状、材質、数量等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. Further, in the above-described embodiment, the size, shape, material, quantity, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. is there. In addition, the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the object of the present invention.

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。   The head-up display device of the present invention can be suitably used as a head-up display system for vehicles or for other uses.

1 ヘッドアップディスプレイ装置
3 L(L1〜L4) 表示光
4 フロントガラス
5 虚像
6 運転者
10 映像表示システム
11 透明反射部材
14 液晶表示素子
15 反射器
16 非球面鏡
20 液晶表示パネル
21 光源
40 透過反射部材
41 偏光光学部材
44 偏光サングラス


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head-up display apparatus 3 L (L1-L4) Display light 4 Windshield 5 Virtual image 6 Driver 10 Image | video display system 11 Transparent reflective member 14 Liquid crystal display element 15 Reflector 16 Aspherical mirror 20 Liquid crystal display panel 21 Light source 40 Transflective member 41 Polarizing optical member 44 Polarized sunglasses


Claims (3)

表示光を発する液晶表示素子を有し、前記表示光を透明反射部材に投影して映像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記液晶表示素子から透明反射部材へと至る表示光の光路中に、透過反射部材と、一方の偏光を反射して他方の偏光を透過する反射型偏光分離性を有した偏光光学部材と、が前記表示光を透過するように配置され、
前記表示光の光路に対して、前記透過反射部材は垂直、および、前記偏光光学部材の偏光分離層は傾斜して配置され、
前記透明反射部材が表示する映像の偏光方向が水平以外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。
A head-up display device having a liquid crystal display element that emits display light, and displaying the image by projecting the display light onto a transparent reflecting member,
In the optical path of the display light from the liquid crystal display element to the transparent reflecting member, a transmission reflecting member and a polarizing optical member having a reflective polarization separation property of reflecting one polarized light and transmitting the other polarized light Arranged to transmit the display light,
The transmission / reflection member is perpendicular to the optical path of the display light, and the polarization separation layer of the polarizing optical member is inclined,
A head-up display device, wherein a polarization direction of an image displayed by the transparent reflecting member is other than horizontal.
前記偏光光学部材が固有の偏光軸を有した反射型偏光板からなり、
前記偏光光学部材の偏光分離層が表示光の偏光方向と平行、および、直交方向に多軸回転して配置されてい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。
The polarizing optical member comprises a reflective polarizing plate having a specific polarization axis,
2. The head-up display device according to claim 1, wherein the polarization separation layer of the polarization optical member is arranged to be rotated in a multiaxial manner in a direction parallel to and orthogonal to the polarization direction of the display light.
前記偏光光学部材が平板状のガラス基板の一方の面に、150nm以下の間隔をもって所定の方向に延在する導電体からなるワイヤグリッド層を有していて、導電体間に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
The polarizing optical member has a wire grid layer made of a conductor extending in a predetermined direction at an interval of 150 nm or less on one surface of a flat glass substrate, and a resin is filled between the conductors. The head-up display device according to claim 2, wherein:
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