特開 2021-113968 偏光素子、偏光素子の製造方法及びヘッドアップディスプレイ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-113968(P2021-113968A)

(43)【公開日】2021年8月5日

(54)【発明の名称】偏光素子、偏光素子の製造方法及びヘッドアップディスプレイ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20210709BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20210709BHJP

   G09F 9/00 20060101ALI20210709BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20210709BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/30

   G02F1/13 505

   G09F9/00 313

   G09F9/00 359

   B60K35/00 A

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2020-109985(P2020-109985)

(22)【出願日】2020年6月25日

(31)【優先権主張番号】特願2019-121708(P2019-121708)

(32)【優先日】2019年6月28日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2020-9067(P2020-9067)

(32)【優先日】2020年1月23日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100195556

【弁理士】

【氏名又は名称】柿沼 公二

(74)【代理人】

【識別番号】100165951

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 憲悟

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 浩司

(72)【発明者】

【氏名】花島 直樹

(72)【発明者】

【氏名】渋谷 和幸

【テーマコード（参考）】

2H088

2H149

3D344

5G435

【Ｆターム（参考）】

2H088EA12

2H088EA23

2H088HA18

2H088HA21

2H149AA01

2H149AB13

2H149AB26

2H149BA04

2H149BA23

2H149BB28

2H149FA08Z

2H149FA41W

2H149FA41Z

2H149FC05

2H149FD46

2H149FD47

2H149FD48

3D344AA08

3D344AA11

3D344AC25

5G435AA02

5G435AA12

5G435AA17

5G435BB12

5G435FF03

5G435FF05

5G435FF14

5G435LL17

(57)【要約】

【課題】
良好な偏光特性を有するとともに、放熱性及び製造時のコストに優れた偏光素子を提供する。
【解決手段】
上記課題を解決するべく、本発明の偏光素子１は、透明な無機材料からなる基板１０と、透明材料からなり、前記基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から格子状に突出した突起部２２を有する、グリッド構造体２０と、前記突起部２２上に形成された、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜３０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明な無機材料からなる基板と、
透明材料からなり、前記基板の表面に沿って設けられたべース部及び該ベース部から格子状に突出した突起部を有する、グリッド構造体と、
前記突起部上に形成された、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜と、
を備えることを特徴とする、偏光素子。

【請求項2】

前記ベース部の厚さが、1nm以上であることを特徴とする、請求項１に記載の偏光素子。

【請求項3】

前記突起部を前記偏光素子の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面で見たときの形状が、矩形、台形、多角形又は楕円形であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の偏光素子。

【請求項4】

前記光学機能膜は、前記突起部の少なくとも先端に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項5】

前記光学機能膜は、前記ベース部上には形成されていないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項6】

前記光学機能膜は、前記突起部の先端及び前記突起部の側面の一部に形成されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の偏光素子。

【請求項7】

前記突起部の側面の一部に形成された光学機能膜は、前記突起部の高さの10％以上を覆う範囲に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の偏光素子。

【請求項8】

前記基板を構成する無機材料は、前記グリッド構造体を構成する材料とは異なるものであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項9】

少なくとも前記光学機能膜の表面を覆うように形成された保護膜を、さらに備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項10】

前記保護膜は、撥水性コーティング又は撥油性コーティングを含むことを特徴とする、請求項９に記載の偏光素子。

【請求項11】

前記光学機能膜が、前記吸収膜と前記反射膜とを少なくとも有する多層膜からなることを特徴とする、請求項１〜１０に記載の偏光素子。

【請求項12】

前記光学機能膜が、前記反射膜と前記吸収膜との間に、誘電体膜をさらに有することを特徴とする、請求項１１に記載の偏光素子。

【請求項13】

無機材料からなる基板上に、透明材料からなるグリッド構造体材料を形成する工程と、
前記グリッド構造体材料にナノインプリントを施すことによって、基板の表面に沿って設けられたべース部及び該ベース部から格子状に突出した突起部を有するグリッド構造体を、形成する工程と、
前記突起部上に、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする、偏光素子の製造方法。

【請求項14】

前記光学機能膜を形成する工程は、スパッタリング又は蒸着法によって、前記突起部に対して複数の方向から交互に成膜を行うことを特徴とする、請求項１３に記載の偏光素子の製造方法。

【請求項15】

請求項１〜１４のいずれか１項に記載の偏光素子を含むことを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項16】

前記偏光素子の周囲に、放熱部材が設けられていることを特徴とする、請求項１５に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】

【技術分野】

【0001】

本発明は、良好な偏光特性を有するとともに、放熱性及び製造時のコストに優れた、偏光素子及び偏光素子の製造方法、並びに、偏光特性及び耐熱性に優れたヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、車両のフロントガラスや、コンバイナ等の半透過板（ 以下、総称して「表示面」という。） に、映像を表示する、車両用ヘッドアップディスプレイ装置が多く開発されている。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がある。

【0003】

ただし、上述したヘッドアップディスプレイ装置については、表示画像を下方からフロントガラス面（上方）へ向けて出射するものであるため、表示画像の出射方向と逆向きに太陽光が入り込み、表示素子へ入射することがあった。ヘッドアップディスプレイ装置では、小型化の要求や表示画像の拡大を目的として、表示画像を反射、拡大するための反射器が設けられていることが多く、このような場合には、ヘッドアップディスプレイに入射した太陽光が表示素子近傍で集光することになり、熱によって表示素子の劣化や故障を引き起こすおそれがあった。

【0004】

そのため、表示素子への太陽光の入射を防ぐことを目的として、ヘッドアップディスプレイ中に、反射型偏光素子を設ける技術が開発されている。例えば、特許文献１には、反射器と表示素子との間に、反射型偏光素子（ワイヤグリッド偏光板）を設けたヘッドアップディスプレイが開示されている。

【0005】

ここで、上述使用なヘッドアップディスプレイに設けられる偏光素子としては、例えば、複屈折性樹脂の偏光素子からなる偏光素子や、透明基板上に複数の導電体（金属細線）が平行に延在したワイヤグリッド型偏光素子、コレステリック相液晶からなる偏光素子等が挙げられる。これらの中でも、偏光特性に優れるものとして、ワイヤグリッド型偏光素子が多く用いられている。ワイヤグリッド偏光素子では、金属等で構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドが形成されており、該ワイヤグリッドの配列ピッチを、入射光（例えば、可視光の波長）に比べて小さいピッチ（２分の１以下）とすることで、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射させ、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させることができる結果、単一偏光を作り出す偏光素子として使用でき、透過しない光を反射し再利用することができるため、光の有効利用の観点からも望ましい。

【0006】

このようなワイヤグリッド偏光素子として、例えば特許文献２には、格子状凸部を有する樹脂基材と、前記樹脂基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を備えたワイヤグリッド偏光板が開示されている。
また、特許文献３には、特定方向に延在する凹凸構造を表面上に有する樹脂等からなる基材と、前記凹凸構造の凸部の一方側面に偏在するように設けられた導電体とを有したワイヤグリッド偏光板であって、凹凸構造の延在方向に対する垂直方向の断面視において、隣接する２つの凸部の間隔であるピッチ及び凸部の高さについて、調整を行った、ワイヤグリッド偏光板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１８−７２５０７号公報

【特許文献2】特開２００８−８３６５７号公報

【特許文献3】特開２０１７−１７３８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

一般的に車内で使用する機器に求められる温度環境は−40〜105℃であるが、特に夏場の車内のダッシュボードに搭載されたヘッドアップディスプレイ等のように、高温環境下で使用されることを考えた場合、高い耐熱性および放熱性が必要となる。しかしながら、特許文献１〜３の技術では基本的に樹脂基材を用いたワイヤグリッド偏光素子であり、ワイヤグリッド偏光板自体が十分な耐熱性および放熱性を有していない。また、上記の樹脂基材を用いたワイヤグリット偏光素子は一般的にガラス基材へ両面テープを用い（OCA：Optically Clear Adhesive）貼合を行い使用するが、フィルム基材のうねりによる迷光の問題や熱により偏光フィルムが反ってしまう問題があり、さらなる改善の要求があった。

【0009】

また、特許文献３のワイヤグリッド偏光素子では、製造時に基材表面に格子状の凹凸形状を形成しているため、加工性や放熱性を加味した上での材料の選定が難しく、偏光特性と放熱性との両立を図ることが困難であるという問題もあった。

【0010】

さらに、従来のワイヤグリッド偏光素子については、その表面の凹凸形状が、一般的にフォトリソグラフィ技術やエッチング技術によって形成されることから、製造コストの高騰や大量生産に向かないという課題もあった。

【0011】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、良好な偏光特性を有するとともに、放熱性及び製造時のコストに優れた、偏光素子及び偏光素子の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、偏光特性及び耐熱性に優れた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。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、偏光素子の基板を透明な無機材料から構成するとともに、凹凸構造が形成されたグリッド構造体を、前記基板の表面に沿って設けられたべース部及び該ベース部から格子状に突出した突起部を有するように構成することで、優れた偏光特性を維持しつつ、放熱効果についても向上できることを見出した。さらに、上述したグリッド構造体は、ベース部及び突起部を有しており、これは、ナノインプリント等の技術によって形成可能であるため、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いる場合に比べて、製造コストを低減でき、大量生産も可能となることを見出した。

【0013】

本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）透明な無機材料からなる基板と、
透明材料からなり、前記基板の表面に沿って設けられたべース部及び該ベース部から格子状に突出した突起部を有する、グリッド構造体と、
前記突起部上に形成された、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜と、
を備えることを特徴とする、偏光素子。
（２）前記ベース部の厚さが、1nm以上であることを特徴とする、上記（１）に記載の偏光素子。
（３）前記突起部を前記偏光素子の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面で見たときの形状が、矩形、台形、多角形又は楕円形であることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の偏光素子。
（４）前記光学機能膜は、前記突起部の少なくとも先端に形成されていることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の偏光素子。
（５）前記光学機能膜は、前記ベース部上には形成されていないことを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏光素子。
（６）前記光学機能膜は、前記突起部の先端及び前記突起部の側面の一部に形成されていることを特徴とする、上記（４）又は（５）に記載の偏光素子。
（７）前記光学機能膜は、前記突起部の側面の一部に形成された光学機能膜は、前記突起部の高さの10％以上を覆う範囲に形成されていることを特徴とする、上記（６）に記載の偏光素子。
（８）前記基板を構成する無機材料は、前記グリッド構造体を構成する材料とは、異なるものであることを特徴とする、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の偏光素子。
（９）少なくとも前記光学機能膜の表面を覆うように形成された保護膜をさらに備えることを特徴とする、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の偏光素子。
（１０）前記保護膜は、撥水性コーティング又は撥油性コーティングを含むことを特徴とする、上記（９）に記載の偏光素子。
（１１）前記光学機能膜が、前記吸収膜と前記反射膜とを少なくとも有する多層膜からなることを特徴とする、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の偏光素子。
（１２）前記光学機能膜が、前記反射膜と前記吸収膜との間に、誘電体膜をさらに有することを特徴とする、上記（１１）に記載の偏光素子。
（１３）無機材料からなる基板上に、透明材料からなるグリッド構造体材料を形成する工程と、
前記グリッド構造体材料にナノインプリントを施すことによって、基板の表面に沿って設けられたべース部及び該ベース部から格子状に突出した突起部を有するグリッド構造体を、形成する工程と、
前記突起部上に、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする、偏光素子の製造方法。
（１４）前記光学機能膜を形成する工程は、スパッタリング又は蒸着法によって、前記突起部に対して複数の方向から交互に成膜を行うことを特徴とする、上記（１３）に記載の偏光素子の製造方法。
（１５）上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の偏光素子を含むことを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ装置。
（１６）前記偏光素子の周囲に、放熱部材が設けられていることを特徴とする、上記（１５）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、良好な偏光特性を有するとともに、放熱性及び製造時のコストに優れた、偏光素子及び偏光素子の製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、偏光特性及び耐熱性に優れたヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の偏光素子の一実施形態について示した図であり、（ａ）は、本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した上面図である。

【図2】本発明の偏光素子のグリッド構造体の突起部について、断面形状の例を模式的に示した図である。

【図3】本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した断面図である。

【図4】本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した断面図である。

【図5】本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した断面図である。

【図6】（ａ）は、本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、本発明の偏光素子の他の実施形態を模式的に示した断面図である。

【図7】本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した斜視図である。

【図8】本発明の偏光素子の一実施形態について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて拡大撮影した写真であり、（ａ）は、上面を観察した状態、（ｂ）は、断面を観察した状態、（ｃ）は、（ｂ）をさらに拡大して観察した状態、（ｄ）は、（ｃ）をさらに拡大して観察した状態を示す。

【図9】本発明の偏光素子の製造方法の一実施形態を説明するための図であり、（ａ）は、基板上にグリッド構造体材料を形成した状態、（ｂ）は、グリッド構造体材料にナノインプリントを施している状態、（ｃ）は、基板上にグリッド構造体が形成された状態、（ｄ）は、グリッド構造体の突起部上に光学機能膜が形成され、さらに、グリッド構造体及び前記光学機能膜の表面に保護膜が形成された状態を示す。

【図10】従来の偏光素子の製造方法の一例を説明するための図であり、（ａ）は、基板上に金属材料及び光学機能膜材料を形成した状態、（ｂ）は、光学機能膜材料上にレジストマスクを形成した状態、（ｃ）は、金属材料及び光学機能膜材料にエッチングを施した後の状態、（ｄ）は、レジストマスクを剥離させた後の状態、（ｅ）は、表面に保護膜が形成された状態を示す。

【図11】グリッド構造材料のナノインプリントに用いる金型を作製する工程の一例を示した図であり、（ａ）は、基板上に金属材料を形成した状態、（ｂ）は、金属材料上にレジストマスクを形成した状態、（ｃ）は、金属材料にエッチングを施した後の状態、（ｄ）は、レジストマスクを剥離させた後の状態、（ｅ）は、得られた金型の表面に離型コーティングが形成された状態を示す。

【図12】本発明のヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態を模式的に示した断面図である。

【図13】本発明のヘッドアップディスプレイ装置の他の実施形態を模式的に示した断面図である。

【図14】実施例２において、グリッド構造体の材料を変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図15】実施例２において、グリッド構造体のベース部の厚さを変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図16】実施例２において、グリッド構造体の突起部の高さを変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図17】実施例２において、突起部上に形成された吸収膜の厚さを変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図18】実施例２において、突起部上に形成された吸収膜の材料を変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図19】実施例２において、突起部上に形成された吸収膜の幅を変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図20】実施例において、突起部上に形成された吸収膜の形成状態を変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図21】実施例において、突起部上に形成された反射膜の厚さを変えた場合の光学特性を比較したグラフである。

【図22】（ａ）は、実施例において、突起部上に形成された光学機能膜における膜の組合せを変えた場合の光学特性を比較したグラフであり、（ｂ）は、（ａ）に示した光学特性のうち、ＣＲの結果のみをわかりやすく示したものである。

【図23】（ａ）は、実際に作製した本発明の偏光素子の断面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて拡大撮影した写真であり、（ｂ）は、（ａ）の一部をさらに拡大して示した写真である。

【図24】実施例において、高温試験投入前後の光学特性を比較したグラフである。

【図25】本発明の偏光素子のグリッド構造体のベース部における突起部間の凹部の形状について、断面形状の例を模式的に示した図である。

【図26】本発明の偏光素子の一実施形態を模式的に示した断面図である。

【図27】（ａ）は、実施例において、突起部の先端及び側面の一部に形成された反射膜の、突起部を覆う範囲（突起部の高さに対する光学機能膜に覆われた高さ範囲の割合）を変えた場合の光学特性を比較したグラフであり、（ｂ）は、実施例において、突起部の先端及び側面の一部に形成された反射膜の突起部を覆う高さ範囲を変えた場合のコントラストを比較したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の偏光素子の実施形態及び本発明のヘッドアップディスプレイの実施形態について、必要に応じて図面を用いながら具体的に説明する。なお、図１〜図１３の中で開示した各部材については、説明の便宜のため、実際とは異なる縮尺及び形状で模式的に表しているものもある。

【0017】

＜偏光素子＞
まず、本発明の偏光素子の一実施形態について説明する。
本発明の偏光素子は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明な無機材料からなる基板１０と、透明材料からなり、前記基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から格子状に突出した突起部２２を有する、グリッド構造体２０と、前記突起部２２上に形成された、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜３０と、を備える偏光素子１である。

【0018】

偏光素子１の基板１０を熱伝導性の高い無機材料から構成するとともに、凹凸構造が形成されたグリッド構造体２０を、前記基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から格子状に突出した突起部２２を有することで、無機材料の基板１０と薄厚のベース部２１を有するグリッド構造体２０から構成することができ、熱抵抗値で有利な効果が得られる結果、優れた偏光特性を実現しつつ、放熱効果についても向上させることができる。また、上述したように、グリッド構造体２０は、ベース部２１及び突起部２２を有しており、これらは、ナノインプリント等の技術によって形成することができるものであるため、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いる場合に比べて、製造にかかるコストや煩雑さを低減できる。
一方、従来のフィルムタイプの有機偏光板については、有機材料を多く用い、基板（ベースフィルム）や両面テープ（OCA：Optically Clear Adhesive）、グリッド構造体の厚さが大きくなることから、本発明の偏光素子に比べて放熱性や耐熱性が劣ると考えられる。

【0019】

以下、本発明の偏光素子の一実施形態の構成部材について説明する。
（基板）
本発明の偏光素子１は、図１（ａ）に示すように、基板１０を備える。
前記基板１０は、透明な無機材料からなる。無機材料を基板１０として用いることで、基板１０の熱伝導性が高くなるため、偏光素子１の放熱性の向上を図ることができる。
なお、本明細書において「透明」とは、使用帯域（可視光及び赤外光の帯域）に属する波長の光の透過率が高いことを意味し、例えば、当該光の透過率が70％以上であることを意味する。前記偏光素子１は、使用帯域の光に対して透明な材料を用いているため、偏光素子１の偏光特性や、光の透過性等に悪影響を与えることがない。

【0020】

前記基板１０の材料としては、例えば、各種ガラス、石英、水晶、サファイア等が挙げられる。これらの中でも、前記基板１０の材料として、熱伝導率が1.0W／m・K以上であるものが好ましく、8.0W／m・K以上であるものがより好ましい。より優れた放熱性が得られるためである。

【0021】

また、前記基板１０の形状については、特に限定されず、偏光素子１に要求される性能等に応じて適宜選択することができる。例えば、板状や曲面を有するように構成することができる。また、偏光素子１の偏光特性に影響を与えない点からは、前記基板１０の表面を平坦面とすることができる。
さらに、前記基板１０の厚さＴＳについても、特に限定はされず、例えば0.3〜10.0mmの範囲とすることができる。

【0022】

（グリッド構造体）
本発明の偏光素子の実施形態１では、図１（ａ）に示すように、前記基板１０上に、透明材料からなり、前記基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から格子状に突出した突起部２２を有するグリッド構造体２０をさらに備える。
前記グリッド構造体２０は、表面に形成された格子状の突起部２２上に、後述する光学機能膜３０が設けられることによって、所望の偏光特性を得ることができる。

【0023】

前記グリッド構造体２０の突起部２２が形成された面から入射した光は、後述する光学機能膜３０が吸収性能を有する場合には、該光学機能膜３０を通過する際に、一部が吸収されて減衰する。また、前記光学機能膜３０が反射性能を有する場合には、該光学機能膜３０を通過する際に、前記入射光は一部が反射される。前記光学機能膜３０を透過した光のうち突起部２２の長手方向（吸収軸方向又は反射軸方向）に直交する方向（透過軸方向）に電界成分をもつ光は、高い透過率で偏光素子１を透過する。一方、前記光学機能膜３０を透過した光のうち突起部２２の長手方向に平行な方向（吸収軸方向又は反射軸方向）に電界成分をもつ光は、その大部分が光学機能膜３０で反射及び又は吸収される。そのため、本発明の偏光素子の実施形態１では、後述する光学機能膜３０が形成された前記グリッド構造体２０を備えることで、単一偏光を作り出すことができる。なお、この偏光効果は、前記基板１０の裏面側からの入射した光に対しても同様の効果が得られる。

【0024】

前記グリッド構造体２０は、図１（ａ）に示すように、ベース部２１を有する。前記ベース部２１は、前記基板１０の表面に沿って設けられた、前記突起部２２を支持するための部分である。前記グリッド構造体２０の凹凸形状（突起部２２）をナノインプリント等によって形成した場合に必然的に形成される。また、前記グリッド構造体２０中にベース部２１が形成されていることによって、前記突起部２２が前記基板１０上に直に形成される場合に比べて、突起部２２の強度を高くできるため、前記グリッド構造体２０の耐久性を高めることができ、さらに、前記ベース部２１が面全体で前記基板１０と密着しているため、前記グリッド構造体２０の耐剥離性を高めることができる。

【0025】

なお、前記ベース部２１の厚さＴＢについては、特に限定はされないが、前記突起部２２をより確実に支持できる点や、インプリント成形が行いやすい点から、1nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましい。また、良好な放熱性を確保する点からは、前記ベース部２１の厚さＴＢは、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。

【0026】

さらに、前記グリッド構造体２０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記ベース部２１から突出した突起部２２を有する。前記突起部２２は、図１（ｂ）に示すように、本発明の偏光素子１の吸収軸方向又は反射軸方向を長手方向として延在しており、突起部２２が複数存在することで格子形状となっている。

【0027】

ここで、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、偏光素子１の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面で観察した際の前記突起部２２の形成間隔Ｐが、使用帯域の光の波長よりも短いことを要する。上述した偏光作用を得るためである。より具体的には、前記突起部２２の形成間隔Ｐは、前記突起部２２の製造容易性と偏光特性との両立の観点から、50〜 300nmであることが好ましく、100〜200nmであることがより好ましく、100〜150nmであることが特に好ましい。

【0028】

また、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、偏光素子１の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面で観察した際の前記突起部２２の幅Ｗは、特に限定はされないが、製造容易性と偏光特性との両立の観点から、20〜150nm程度であることが好ましく、30〜100nm程度であることがより好ましい。
なお、前記突起部２２の幅Ｗについては、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。本発明では、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて偏光素子１の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面を観察し、任意の４箇所の突起部２２について高さＨの中心位置における幅を測定し、その算術平均値を突起部２２の幅Ｗとすることができる。

【0029】

また、図１（ａ）に示すように、偏光素子１の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面で観察した際の前記突起部２２の高さＨは、特に限定はされないが、製造容易性と偏光特性との両立の観点から、50〜300nm程度であることが好ましく、100〜250nm程度であることがより好ましい。
なお、前記突起部２２の高さＨについては、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。本発明では、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて偏光素子１の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面を観察し、任意の４箇所における突起部２２の幅Ｗの中心位置における高さを測定し、その算術平均値を突起部２２の高さＨとすることができる。

【0030】

前記グリッド構造体２０の突起部２２の形状については、偏光特性を得るため、前記ベース部２１から格子状に突出すること以外は、特に限定はされない。
偏光素子１の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面を観察した際の形状として、例えば、図２に示すように、矩形、台形、三角形、釣鐘型等を有することができる。これらの形状を有することで、前記突起部２２上に光学機能膜３０を形成しやすく、偏光素子１に偏光特性を付与できるとともに、これらの形状はナノインプリントによっても形成可能であるため、製造容易性の点でも有利である。また、前記ベース部２１の格子状に突出する突起部２２間に形成された凹部の形状についても矩形、図２５に示すように、台形、三角形、釣鐘型等を有することができる。これらの形状は、ナノインプリント形成時の離型性など生産性考慮して適宜最適な形状を選択することができる。

【0031】

また、前記グリッド構造体２０を構成する材料については、透明材料であれば特に限定はされず、公知の有機材料及び無機材料を用いることができる。
例えば、透明性を確保でき、製造容易性に優れる点からは、各種の熱硬化性樹脂、各種の紫外線硬化性樹脂、ガラス（スピン・オン・ガラス：ＳＯＧ）等を、前記グリッド構造体２０の材料として用いることが好ましい。

【0032】

さらに、前記グリッド構造体２０を構成する材料については、前記基板１０と同じ材料とすることもできるし、異なる材料を用いることもできる。ただし、製造容易性の点や製造コストの点からは、前記グリッド構造体を構成する材料は、異なるものであることが好ましい。加えて、前記グリッド構造体２０と前記基板１０の材料が異なる場合、両者の屈折率が異なることになるため、偏光素子１全体の屈折率の調整が容易となる。

【0033】

なお、前記グリッド構造体２０を形成する方法については、上述したベース部２１及び突起部２２を形成できる方法であれば特に限定はされない。例えば、フォトリソグラフィや、インプリントによる凹凸形成方法を用いることができる。
これらの中でも、短時間且つ容易に凹凸パターンを形成でき、さらに、前記ベース２１を確実に形成できる点からは、インプリントによって、前記グリッド構造体２０のベース部２１及び突起部２２を形成することが好ましい。

【0034】

前記ナノインプリントによって、前記グリッド構造体２０のベース部２１及び突起部２２を形成する場合、例えば、前記基板１０上に、前記グリッド構造体２０を形成するための材料（グリッド構造体材料）を塗布した後、凹凸が形成された金型を前記グリッド構造体材料に押し当て、その状態で紫外線の照射や熱の付与を行い、前記グリッド構造体材料を硬化させることができる。これによって、前記ベース部２１及び前記突起部２２を有するグリッド構造体２０を形成できる。

【0035】

（光学機能膜）
本発明の偏光素子の実施形態１では、図１（ａ）に示すように、前記グリッド構造体２０の突起部２２上に形成された、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜３０をさらに備える。
前記多層膜３０は、入射光の一部を、吸収及び／又は反射することによって、偏光素子１に所望の偏光特性を付与することができる。

【0036】

前記光学機能膜３０を構成する反射膜については、図１（ａ）に示すように、前記グリッド構造体２０の突起部２２上に形成されることで、偏光素子１に入射した光のうち前記突起部２２の長手方向に平行な方向（反射軸方向）に電界成分をもつ光を反射することができる。

【0037】

前記反射膜を構成する材料は、使用帯域の光に対して反射性を有する材料であれば特に限定はされない。例えば、Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等の元素単体や、これら元素の１種以上を含む合金等が挙げられる。

【0038】

前記光学機能膜３０を構成する吸収膜については、図１（ａ）に示すように、前記グリッド構造体２０の突起部２２上に形成されることで、偏光素子１に入射した光のうち前記突起部２２の長手方向に平行な方向（吸収軸方向）に電界成分をもつ光を吸収することができる。吸収された光は、熱に変換され、上述した基板１０を通して放熱される。

【0039】

前記吸収膜を構成する材料は、使用帯域の光を吸収することができる材料であれば特に限定はされない。例えば、誘電材料及び非誘電材料を含むものが挙げられる。

【0040】

前記誘電材料としては、例えば、Si、Al、Be、Bi、Ti、Ta、B等の元素の酸化物；Si、B等の元素の窒化物；Mg、Ca等の元素のフッ化物；Si、Ge、炭素、氷晶石等が挙げられる。これらの誘電材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上の誘電材料を併用する場合、２種以上の誘電材料を混合して用いてもよく、膜厚方向で異なる誘電材料を用いてもよい。

【0041】

前記非誘電材料としては、例えば、Fe、Ta、Si、Ti、Mg、W、Mo、及びAlからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（ただし、Si単体を除く）又は合金が挙げられる。合金としては、FeSi合金、TaSi合金等が挙げられる。FeSi合金のFe含有率は、反射率及び透過率の観点から、50atm％以下であることが好ましく、10atm％以下であることがより好ましい。TaSi合金のTa含有率は、反射率及び透過率の観点から、40atm％以下であることが好ましい。これらの非誘電材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上の非誘電材料を併用する場合、２種以上の非誘電材料を混合して用いてもよく、膜厚方向で異なる非誘電材料を用いてもよい。

【0042】

これらの中でも、誘電材料がSi及びSi酸化物（例えば、シリカ）の少なくとも一方を含み、非誘電材料が金属を含むことが好ましい。金属としては、例えば、Fe、Ta、W、Mo、及びAlからなる群より選択される少なくとも１種の金属の単体又は該金属の合金が挙げられる。Si及びSi酸化物の少なくとも一方と金属とを組み合わせてサーメット化することで、前記吸収膜の耐熱性がより向上する傾向にある。

【0043】

また、前記吸収膜中の非誘電材料の含有率は、膜厚方向に変化させることもできる。このような変化により、偏光素子１の光学特性が向上する傾向にある。また、非誘電材料の含有率の変化態様を調整することにより、吸収軸反射率Ｒｓの最小点における波長を調整することができる。

【0044】

また、前記光学機能膜３０を構成する多層膜は、少なくとも上述した反射膜及び吸収膜のいずれも含む膜である。前記光学機能膜３０として多層膜を用いることで、前記反射膜による光の反射、及び、前記吸収膜による光の吸収の両方の作用があり、より優れた偏光特性を得ることが可能である。

【0045】

前記多層膜は、前記反射膜と前記吸収膜との２層構造とすることもでき、さらに、前記反射膜と前記吸収膜との間に、誘電体膜をさらに有する３層構造とすることもできる。
前記誘電体膜を有する場合、前記誘電体膜は、入射した光に対して前記吸収膜を透過し、前記反射膜で反射した当該偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成されることが好ましい。具体的な膜厚は、偏光の位相を調整し、干渉効果を高めることが可能な1〜500nmの範囲で適宜設定される。

【0046】

また、前記誘電体膜の材料は、SiO₂、Al₂O₃、MgF₂などの一般的な材料を用いることができる。また、誘電体膜の屈折率は、1.0より大きく2.5以下とすることが好ましい。なお、前記吸収膜の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、誘電膜の材料により偏光特性を制御してもよい。

【0047】

なお、前記光学機能膜３０は、図３に示すように、前記突起部２２の少なくとも先端に形成されていることが好ましい。
前記光学機能膜３０が、前記突起部２２の先端に形成されることによって、上述した光の反射作用及び光の吸収作用をより確実に発揮でき、偏光素子１全体の偏光性能をより高めることができるためである。

【0048】

また、前記光学機能膜３０は、図３に示すように、前記ベース部２１上には形成されていないことが好ましい。前記ベース部２１上に前記光学機能膜３０が形成された場合、光の透過を阻害するため、偏光素子１の偏光特性の低下を招くおそれがあるためである。

【0049】

ここで、前記光学機能膜３０を、前記グリッド構造体２０のベース部２１上には形成されず、前記突起部２２の先端に形成するには、図３に示すように、前記光学機能膜３０を前記グリッド構造体２０の突起部２２に対して斜めの方向からスパッタリングや蒸着を行うことが好ましい。これによって、前記光学機能膜３０を前記突起部２２の先端にのみ形成することができる。なお、前記光学機能膜３０を形成するためのスパッタリングや蒸着の角度θについては、具体的には、前記基板１０の表面に対して5〜70°程度とする。

【0050】

このように、透明材料からなる前記グリッド構造体２０を形成した後で、前記光学機能膜３０をスパッタリングや蒸着法にて形成することにより、成膜条件や材料、膜厚について、容易に変更することができる。また、前記光学機能膜３０が多層膜の場合にも容易に対応することができるため、金属や半導体、誘電体を組み合わせることで干渉効果を利用した膜設計が可能となり、従来技術のように、前記光学機能膜３０を形成する際、エッチングできる材料構成などを考慮する必要がない。それにより、前記グリッド構造体２０に平行な偏光波の吸収率（減衰量）を調整することや、前記グリッド構造体２０に垂直な偏光波の透過率（透過量）を調整することも容易になる。加えて、前記グリッド構造体２０を形成した後で、前記光学機能膜３０を成膜することで真空Ｄｒｙエッチング装置等の設備も必要なく、複雑なプロセスやエッチング材料に合わせたガスや除害装置などの安全装置などを揃える必要もないので、設備投資や保守などのランニングコストが削減でき、コストメリットも得ることができる。

【0051】

前記光学機能膜３０の形成された状態については、例えば図３に示すように、前記光学機能膜３０が前記グリッド構造体２０の突起部２２の先端のみに形成された状態とすることができる。
また、図４に示すように、前記光学機能膜３０を前記グリッド構造体２０の突起部２２に対して斜めの方向からスパッタリングによって形成した場合には、前記突起部２２の先端のうち、スパッタリングの照射源側に、前記光学機能膜３０が多くはみ出しが形成状態となる。
さらに、図５に示すように、前記光学機能膜３０が前記グリッド構造体２０の突起部２２の先端だけでなく、側面の一部を覆うようにはみ出した形成状態とすることもできる。

【0052】

前記光学機能膜３０については、より優れたコントラストが得られる観点から、図５や、図２６に示すように、前記グリッド構造体２０の突起部２２の先端及び側面の一部に形成されることが好ましい。前記光学機能膜３０が前記突起部２２の先端だけでなく、側面についても覆うことによって、偏光素子の吸収性能及び／又は反射性能が高まる結果、より優れたコントラストが得られる。
また、前記光学機能膜３０の形成条件としては、例えば図２６に示すように、前記グリッド構造体２０の突起部２２に対して複数の方向から交互にスパッタリング又は蒸着法を行うことによって、前記光学機能膜３０を前記グリッド構造体２０の突起部２２の先端及び側面の一部に形成することができる。

【0053】

なお、前記光学機能膜３０は、前記突起部２２の先端及び側面に形成される場合、前記グリッド構造体２０のベース部２１には形成されないことが好ましい。優れた透過性を維持するためである。また、前記光学機能膜３０は、図４に示すように、前記偏光素子の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面で見たときに前記突起部２２の片側面のみに形成されてもよいが、入射光の方向に依存することなくより優れた偏光特性が得られる観点から、前記突起部２２の両側面を覆うように形成されることが好ましい。

【0054】

さらに、前記突起部２２の側面の一部に形成された前記光学機能膜３０は、図２６に示すように、前記突起部２２の高さＨの10％以上を覆う範囲に形成されている（ＨＸ：光学機能膜が突起部を覆う高さ範囲÷Ｈ：突起部の高さ×100％≧10％である）ことがより好ましい。前記光学機能膜３０が前記突起部の高さＨの10％以上を覆うことで、さらに優れたコントラストを実現できるためである。

【0055】

なお、前記光学機能膜３０の厚さについては特に限定はされず、前記グリッド構造体２０の形状や、前記光学機能膜３０に要求される性能等に応じて適宜変更できる。
例えば、前記光学機能膜３０が、吸収膜の場合には、5〜100nmとすることができる。また、前記光学機能膜３０が、反射膜の場合には、5〜200nmとすることができる。さらに、前記光学機能膜３０が、多層膜の場合には、10〜400nmとすることができる。

【0056】

（その他の部材）
本発明の偏光素子の実施形態１では、上述した、基板１０、グリッド構造体２０及び光学機能膜３０以外の部材を、さらに備えることもできる。

【0057】

例えば、本発明の偏光素子の実施形態１では、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、少なくとも前記光学機能膜３０の表面を覆うように形成された保護膜４０を、さらに備えることが好ましい。
前記保護膜４０を形成することで、偏光素子の耐疵付き性や防汚性、防水性をより高めることができる。

【0058】

また、前記保護膜４０については、さらに、撥水性コーティング又は撥油性コーティングを含むことがより好ましい。偏光素子の防汚性及び防水性をより高めることができるためである。

【0059】

前記保護膜４０を構成する材料については、偏光素子の耐疵付き性や防汚性、防水性を高めることができるものであれば、特に限定はされない。
例えば、誘電材料からなる膜が挙げられ、より具体的には、無機酸化物、シラン系撥水材料等が挙げられる。前記無機酸化物としては、Si酸化物、Hf酸化物等が挙げられ、シラン系撥水材料は、パーフルオロデシルトリエトキシシラン（ＦＤＴＳ）等のフッ素系シラン化合物を含有するものであってもよく、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等の非フッ素系シラン化合物を含有するものであってもよい。
これらの材料の中でも、前記無機酸化物及び前記フッ素系撥水材料の少なくとも一方を含むことがより好ましい。前記保護膜４０が、前記無機酸化物を含むことで、偏光素子の耐疵付き性をより高めることができ、前記フッ素系撥水材料を含むことで、偏光素子の防汚性及び防水性をより高めることができる。

【0060】

なお、前記保護膜４０については、少なくとも前記光学機能膜３０の表面を覆うように形成されればよく、図６（ａ）に示すように、前記グリッド構造体２０及び前記光学機能膜３０の表面を覆うように形成されることがより好ましい。また、図６（ｂ）に示すように、前記偏光素子１全体を覆うように形成されることもできる。

【0061】

さらに、本発明の偏光素子の実施形態１では、図７に示すように、前記基板１０を覆うように、放熱部材５０が設けられていることが好ましい。前記基板１０からの熱をより効率的に解放することができるからである。
ここで、前記放熱部材５０については、放熱効果が高い部材であれば特に限定はされない。例えば、放熱器、ヒートシンク、ヒートスプレッダ、ダイパッド、ヒートパイプ、金属カバー、筐体等が挙げられる。

【0062】

ここで、図８は、実際に作製した本発明の偏光素子について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて拡大撮影した写真である。
図８（ａ）から、前記基板１０上に、格子状の突起部２２を有するグリッド構造体２０が形成されていることがわかる。また、図８（ｂ）及び（ｃ）から、前記グリッド構造体２０には、前記基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から突出した突起部２２が形成されていることがわかる。さらに、図８（ｄ）から、前記突起部２２の先端に吸収膜からなる光学機能膜３０が形成されていることがわかる。

【0063】

＜偏光素子の製造方法＞
次に、本発明の偏光素子の製造方法について説明する。
本発明の偏光素子の製造方法は、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、無機材料からなる基板１０上に、透明材料からなるグリッド構造体材料２３を形成する（図９（ａ））工程と、
前記グリッド構造体材料２３にナノインプリントを施すことによって（図９（ｂ））、基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から格子状に突出した突起部２２を有するグリッド構造体２０を、形成する（図９（ｃ））工程と、
前記突起部２２上に、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜３０を形成する（図９（ｄ））工程と、を備えることを特徴とする。
上述した工程を経ることによって、コストの高騰や製造の煩雑さを招くことなく、偏光特性及び放熱性に優れた偏光素子１を製造できる。

【0064】

一方、従来のワイヤグリッド偏光素子の製造方法では、図１０（ａ）〜（ｅ）に示すように、凸グリット形状を作製するために、ガラス等の無機材料からなる基板１０に、アルミニウム等の金属膜８０をスパッタや蒸着などを使用し成膜し、金属膜８０上に積層する形で使用帯域の光を吸収する材料等からなる光学機能膜材料層３１をスパッタや蒸着などで成膜する（図１０（ａ））。その後、フォトリソグラフィ技術を用い、レジストマスク７０をパターニングする（図１０（ｂ））。その後、真空ドライエッチング装置等によって、光学機能膜材料層３１及び金属膜８０にエッチングを施すことで、金属膜８０と光学機能膜３０とからなる凸形状を形成する（図１０（ｃ））。例えばこの時に、レジストマスク７０と光学機能膜材料層３１／金属膜８０とのエッチング選択比が取れない場合には、光学機能膜材料層３１の上にSiO₂等の酸化膜をスパッタなどでさらに成膜し、この上にフォトリソグラフィ技術によってレジストマスク７０を形成する。その後、レジストマスク７０を剥離させた後（図１０（ｄ））、保護膜４０としてSiO₂膜等をCVD等によって成膜し、必要に合わせ撥水・撥油コート処理も行う。
なお、図１０（ａ）〜（ｅ）では基本的な構成の吸収型ワイヤグリッド偏光素子を作製するプロセスを示したが、金属膜と吸収膜の間にSiO₂等の誘電膜を介したり、吸収層が多層膜である場合を考えると、さらに複雑なプロセスを要する。そのため、図１０（ａ）〜（ｅ）に示すようなプロセスで作製される従来のワイヤグリッド偏光素子は、製造に係る費用や時間が大きくなり、高額になることが推測できる。また、偏光素子の量産をする場合は、光の波長よりも小さい凸形状を形成するための、精度の良い高額なエッチング装置やフォトリソグラフィ装置を、生産量に合わせ複数台準備することが必要となり、設備投資もより高額になることが予測される。

【0065】

なお、本発明の偏光素子の製造方法に用いられる、無機材料からなる基板１０については、上述した本発明の偏光素子の中で説明した基板１０と、同様のものを用いることができる。

【0066】

また、本発明の偏光素子の製造方法において、前記基板１０上に形成されるグリッド構造体材料２３については、上述した本発明の偏光素子の中で説明したグリッド構造体２０の中で用いられる材料と同様のものを用いることができる。

【0067】

さらに、前記グリッド構造体材料２３の膜厚については、ナノインプリントによって形成されるグリッド構造体２０のベース部２１及び突起部２２の寸法に応じて適宜調整することができる。

【0068】

本発明の偏光素子の製造方法においては、前記グリッド構造体材料２３にナノインプリントを施される（図９（ｂ））が、ナノインプリントの条件については、特に限定はされない。
例えば、図９（ｂ）に示すように、レプリカ原盤（本型原盤でも良い）を用い、ナノインプリントを行いつつ、前記グリッド構造体材料２３に、ＵＶ照射や、加熱等を行うことにより、インプリントされた状態で硬化させた後、レプリカ原盤を離型することで、ベース部２１及び突起部２２が形成されたグリット構造体２０を転写成形することができる。

【0069】

なお、前記ナノインプリントに用いる原盤については、例えば図１１（ａ）〜（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって作製することができる。
まず、原盤用基材６１上に、原盤用金属膜６２を成膜した後（図１１（ａ））、レジストマスク７０を形成し（図１１（ｂ））、原盤用金属膜６２にエッチングを施す（図１１（ｃ））。エッチング後、レジストマスク７０を剥離することによって、原盤用基材６１及び原盤用凸部６３を備えた原盤６０が得られる（図１１（ｄ））。
また、前記原盤６０は、必要に応じて、離型膜コート６４をさらに備えても良い（図１１（ｅ））。前記離型膜コート６４を備えることで、前記グリッド構造体材料２３にナノインプリントを施した後（図９（ｂ））、離型をより容易に行うことができる。

【0070】

さらに、本発明の偏光素子の製造方法において、前記突起部２２上に形成される光学機能膜３０の態様については、上述した本発明の偏光素子の中で説明した光学機能膜３０と同様の条件とすることができる。

【0071】

なお、本発明の偏光素子の製造方法は、図９（ｄ）に示すように、必要に応じて、前記グリッド構造体２０及び前記光学機能膜３０の表面を覆うように形成された保護膜４０を、さらに形成することができる。
前記保護膜の態様については、上述した本発明の偏光素子の中で説明した保護膜４０と同様の条件とすることができる。

【0072】

＜ヘッドアップディスプレイ装置＞
次に、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態について説明する。
本発明のヘッドアップディスプレイ装置の実施形態１００は、図１２に示すように、上述した本発明の偏光素子１を備える。
ヘッドアップディスプレイ装置１００が、本発明の偏光素子１を備えることによって、偏光特性及び耐熱性を向上させることができる。従来の偏光素子を組み込んだヘッドアップディスプレイでは、放熱性に劣るため、長期間の使用や、今後の高輝度化・拡大表示に対応することを考えると、耐熱性が十分でないと考えられる。

【0073】

また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の実施形態１００では、前記偏光素子１の配設位置については、特に限定はされない。例えば、図１２に示すように、光源２と、表示画像を出射する表示素子３と、前記表示画像を表示面５へ反射させる反射器４と、を備え、前記偏光素子１を、前記表示素子３と前記反射器４との間に設けることができる。
本発明の偏光素子１を、前記表示素子３の前に置いたプレ偏光板として用いることによって、表示素子３から出射した表示画像を透過させつつ、太陽光が表示素子３へ入射するのを抑制できるため、ヘッドアップディスプレイの耐熱性及び耐久性をより高めることができる。

【0074】

本発明のヘッドアップディスプレイ装置の実施形態１００では、図１２に示すように、表示素子３は、例えば使用帯域の光に対し透明な一対の基板に液晶が封止された透過型の液晶パネルであり、この前後に図示していない偏光素子が貼り合わせたものである。この貼り合わせた前後の偏光素子の偏光軸は直行の関係にある。この表示素子３の後方（表示画像の出射方向とは逆側）にＬＥＤ等の光源２を配置し、表示素子３を照明することで表示画像を出射することができる。
前記表示素子３の前面側（表示画像の出射方向の前方）に配置された偏光素子１は、表示素子３の前側に貼られた偏光素子と偏光軸が同一方向になる様に配置され、表示素子３から出射される表示画像を透過する。偏光素子１を透過した表示画像は、表示素子３に対し約45°の角度で配置されたミラー（反射器４）で反射され、フロントガラス面（表示面５）に出射されることで表示画像が運転者（人）に虚像として視認される。これらのヘッドアップディスプレイ装置を構成する各部材は、ハウジング内に収納される。

【0075】

さらに、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の実施形態１００は、図１３に示すように、前記偏光素子１の周囲に、放熱部材５０が設けられていることが好ましい。前記偏光素子１の熱をより効率的に解放し、装置の耐熱性をより向上できるからである。
ここで、前記放熱部材５０については、上述した本発明の偏光素子１の中で説明した放熱部材５０と同様のものである。

【0076】

なお、図１２及び１３に示したヘッドアップディスプレイ装置１００の構成は、最低限且つ基本的な構成であり、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を構成する各部材は、は、図１２及び１３に限定されるものではなく、要求される性能等に応じて、適宜他の部材を備えることができる。

【0077】

加えて、本発明のヘッドアップディスプレイ装置では、上述したように、前記偏光素子１の配設位置については、特に限定はされず、ヘッドアップディスプレイ装置の構成や、要求される性能に応じて、適宜選択することができる。
例えば、図示はしていないが、前記偏光素子１を、前記表示素子３と前記光源２との間に設けることができる。
また、図示はしていないが、前記偏光素子１を、前記反射器４の中に組み込むこともできる。
さらに、ヘッドアップディスプレイ装置内に設けられたカバー部６を、前記偏光素子１から構成することもできる。

【実施例】

【0078】

次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

【0079】

＜実施例１＞
図６（ｂ）に示されるような、ガラスからなる基板１０と、紫外線硬化性樹脂（アクリル系樹脂）からなり、前記基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から格子状に突出した突起部２２を有する、グリッド構造体２０と、前記突起部２２上に形成された、光を吸収するGeの吸収膜からなる光学機能膜３０と、SiO₂からなる保護膜４０と、を備えた偏光素子１のモデルを作製した。
そして、作製した偏光素子１のモデルについて、以下に示す（１）〜（９）のように、グリッド構造体２０や光学機能膜３０の条件を変更し、波長430〜680nmの光に対する光学特性（透過軸透過率：Ｔｐ、吸収軸透過率：Ｔｓ、透過軸反射率：Ｒｐ、吸収軸反射率：Ｒｓ、コントラスト：ＣＲ）の評価を行った。
なお、作製したモデルの光学特性については、RCWA（Rigorous Coupled Wave Analysis）法による電磁界シミュレーションによって検証した。シミュレーションには、Grating Solver Development社のグレーティングシミュレータGsolverを用いた。

【0080】

（１）グリッド構造体の材料の種類
偏光素子１のモデルについて、グリッド構造体２０の材料を、SOGからなるSiO₂を用いた場合と、紫外線硬化性樹脂であるポリメタクリル酸メチル樹脂（PMMA）を用いた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図１４に示す。

【0081】

図１４の結果から、グリッド構造体２０をSiO₂で形成した場合も、PMMAで形成した場合も、同等の特性が得られることが確認できた。この結果から、使用帯域の光に対し透明な材料でグリッド構造体２０を形成することで、無機材料でも有機材料でも同等の特性が得られるため、求められる特性や信頼性および量産性を考慮し適宜材料を選択することが可能となることがわかる。

【0082】

（２）グリッド構造体のベース部の厚み
偏光素子１のモデルについて、グリッド構造体２０のベース部２１の厚さＴＢを変えた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図１５に示す。

【0083】

図１５の結果から、ベース部２１の厚みＴＢを、0nm〜30000nmまで一定間隔で変化させたが、ベース部２１の厚さを変えても偏光特性に与える影響は少ないことが確認できた。ただし、ベース部２１の厚さが30000nm（30μm）を超えると、Ｔｐ、Ｔｓの特性が変化することがわかった。この結果から、密着性を含めた信頼性にあわせてベース部２１の厚みをある程度の範囲で適宜調整可能であること、また、量産プロセスでのベース層の管理などシビアな工程管理を行う必要がなく、コストメリットが得られることがわかる。

【0084】

（３）グリッド構造体の突起部の高さ
偏光素子１のモデルについて、グリッド構造体２０の突起部２２のベース部２１から突出した高さＨを変えた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図１６に示す。

【0085】

図１６の結果から、突起部２２の高さを20nm〜400nmまで、ある間隔で変化させたが、偏光特性に与える影響は殆どないことが確認できた。この結果から、使用帯域の光に対し透明な材料で突起部２２を形成することで、突起部２２の高さＨの管理などシビアな工程管理を行う必要がなく、量産性を考慮した場合突起部２２の高さＨは、低い方が作製しやすく、歩留まりや信頼性などを考慮した場合にもメリットが大きいことがわかる。

【0086】

（４）吸収膜の厚さ
偏光素子１のモデルについて、光学機能膜３０としての吸収膜の厚さ（突起部２２に付着した吸収膜のうち、もっとも厚い部分の膜厚）を変えた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図１７に示す。

【0087】

図１７の結果から、吸収膜の厚みを10nm〜50nmまで、ある間隔で変化させると、偏光特性に変化があることを確認した。そのため、使用帯域の光に対し透明な材料でグリッド構造体２０を形成した後に、吸収膜を成膜し、この吸収膜の厚みを制御することによって、光学特性、特に、Ｒｓ及びＴｓを制御することができ、顧客のニーズに合わせた偏光特性に吸収膜の厚みのみの制御で最適化が可能であることがわかる。

【0088】

（５）吸収膜の材料の種類
偏光素子１のモデルについて、光学機能膜３０としての吸収膜の材料を、Geを用いた場合と、FeSiを用いた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図１８に示す。

【0089】

図１８の結果から、吸収膜の材料の種類を変更することで、偏光特性が変化することを確認した。そのため、使用帯域の光に対し透明な材料でグリッド構造体２０を形成した後に、吸収膜を成膜し、この吸収膜の種類を変えることで、光学特性、特に、Ｒｓ及びＴｓを制御することができ、顧客のニーズに合わせた偏光特性に吸収膜の材料の選定で最適化が可能であることがわかる。また、金属や半導体、誘電体を組み合わせた多層構造にすることで、干渉効果を利用することが可能であり、さらなる偏光特性の最適化が可能であることが推測できる。

【0090】

（６）吸収膜の幅
偏光素子１のモデルについて、グリッド構造体２０の各突起部２１上に形成された光学機能膜３０の入射光の透過軸に平行な幅（つまり、グリッド構造の長手方向と直交する方向の幅）を変えた場合の、光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図１９に示す。

【0091】

図１９の結果から、吸収膜の幅を変更することで、偏光特性が変化することを確認された。そのため、使用帯域の光に対し透明な材料でグリッド構造体２０を形成した後に、吸収膜を成膜し、この吸収膜の成膜幅を変えることで、光学特性、特に、Ｒｓ、Ｒｐ及びＴｐを制御することができ、顧客のニーズに合わせた偏光特性に吸収膜の材料の選定で最適化が可能であることがわかる。

【0092】

（７）吸収膜の形成状態
偏光素子１のモデルについて、図３に示すような吸収膜が突起部２２の先端のみ形成された場合、図４に示すような吸収膜が突起部２２の先端の片側に厚く形成された場合、図５に示すような吸収膜が突起部２２の先端の両側に厚く形成された場合と、形成状態を変えた際の、光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図２０に示す。

【0093】

図２０の結果から、グリッド構造体２０の各突起部２１への吸収膜の付き方が変わることで、偏光特性が変化することが確認された。そのため、斜め方向のスパッタリングの角度θを変えたり、両側からのスパッタリングを行うことによって、光学特性、特に、Ｒs、Ｔｓを制御することができ、顧客のニーズの偏光特性に合わせた最適化が可能であることがわかる。

【0094】

そして、図１７〜２０の結果から、使用帯域の光に対し透明な材料でグリッド構造体２０を形成し、その上に吸収膜を成膜することで、吸収膜の成膜方法（材料、厚み、成膜幅、突起部先端への形成状態など）を制御することで、顧客ニーズに合わせた偏光特性を調整できることがわかる。また同様に、反射膜や多層膜を成膜・制御することで所望の偏光特性を得られることがわかる。

【0095】

（８）反射膜の厚さ
偏光素子１のモデルについて、光学機能膜３０としての反射膜の厚さ（突起部２２に付着した反射膜のうち、もっとも厚い部分の膜厚）を変えた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図２１に示す。

【0096】

図２１の結果から、反射膜の厚みを30nm〜100nmまで、ある間隔で変化させると、偏光特性に変化があることが確認された。そのため、使用帯域の光に対し透明な材料でグリッド構造体２０を形成した後に、反射膜を成膜し、この反射膜の厚みを制御することによって、光学特性、特に、Ｒｓ及びＴｓを制御することができ、顧客のニーズに合わせた偏光特性に反射膜の厚みのみの制御で最適化が可能であることがわかる。

【0097】

（９）反射膜が突起部を覆う高さ範囲
偏光素子１のモデルについて、光学機能膜３０として突起部２２の先端及び側面に形成された反射膜の、突起部２２を覆う範囲（突起部の高さＨに対する光学機能膜に覆われた高さ範囲ＨＸの割合（％））を変えた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし、比較した。比較結果のうち、Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓについては、図２７（ａ）に示し、コントラストについては、図２７（ｂ）に示す。
図２７の結果から、反射膜が突起部２２の突起部側面を覆う比率（ＨＸ／Ｈ）が大きくなると、光学特性を良好に維持しつつ、コントラスト特性を向上することができることがわかった。図２７（ｂ）では、反射膜が突起部２２の突起部側面を覆う比率が、60％、76％、92％と大きくなることで、CR特性がより向上している。そのため、使用帯域の光に対し透明な材料でグリッド構造体２０を形成した後に、光学機能膜３０を成膜し、この光学機能膜３０のグリット構造体２０の突起部２２の側面での成膜範囲を制御することによって、光学特性、特に、コントラストを制御することが可能となり、顧客のニーズに合わせた偏光特性を実現できることがわかる。
（ベース部２１には形成されない、ベース部２１に光学機能膜30の一部でも形成されるとTp特性が悪化してしまう。）

【0098】

（１０）光学機能膜の種類
偏光素子１のモデルについて、光学機能膜３０としての吸収膜、反射膜、誘電体膜の組合せを変えた場合の、波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。比較結果を、図２２（ａ）に示す。なお、図２２（ａ）において、「Ge」は、光学機能膜３０がGeの吸収膜からなることを示し、「Al100」は、光学機能膜３０が100nmの膜厚を有するAlの反射膜からなることを示し、「Ge／Al」は、光学機能膜３０がGeの吸収膜と100nmの膜厚を有するAlの反射膜との積層体であることを示し、「Ge／SiO₂_10／Al50」は、光学機能膜３０が、Geの吸収膜と、10nmの膜厚を有するSiO₂からなる誘電体膜と、50nmの膜厚を有するAlの反射膜と、の積層体であることを示す。また、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）に示した光学特性のうち、ＣＲの結果のみを示したものである。

【0099】

図２２（ａ）の結果から、光学機能膜の種類を吸収膜（Ge）や反射膜（Al）に目的に合わせ選択・成膜することでＲｓを制御することが可能であり、吸収型偏光素子、反射型偏光素子を作りわけることが可能となることがわかる。また、反射膜（Al）と吸収膜（Ge）を積層させることで吸収膜単体よりもさらにＲｓを低減した吸収型偏光素子を提供することがかのうとなることがわかる。
さらに、図２２（ａ）及び（ｂ）の結果から、反射膜（Al）／誘電体膜（SiO₂）／吸収膜（Ge）の組合せでは、反射膜と吸収膜の2層構造と同等の偏光特性を維持しつつ、図２２（ｂ）の結果からコントラスを向上することが可能であることがわかる。
この様に、顧客のニーズに合わせた偏光特性に光学機能膜の構成で最適化が可能となる。

【0100】

＜実施例２＞
図６（ｂ）に示されるような、ガラスからなる基板１０と、紫外線硬化性樹脂（アクリル系樹脂）からなり、前記基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から格子状に突出した突起部２２を有する、グリッド構造体２０と、前記突起部２２上に形成された、光を吸収するGeの吸収膜からなる光学機能膜３０と、Al₂O₃からなる保護膜４０と、を備えた偏光素子１のサンプルを実際に作製した。
作製した偏光素子１のサンプルについて、以下の（１）及び（２）の試験を行った。

【0101】

（１）作製したサンプルのグリッド構造体の観察
ここで、図２３（ａ）及び（ｂ）は、実際に作製した本発明の偏光素子の断面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて拡大撮影した写真である。
図２３（ａ）及び（ｂ）の写真から、グリッド構造体２０には、基板１０の表面に沿って設けられたべース部２１及び該ベース部２１から突出した突起部２２が形成されていることがわかる。また、図２３（ｂ）から、前記突起部２２の先端に吸収膜からなる光学機能膜３０が形成されていることがわかる。さらに、べース部２１及び該ベース部２１から突出した突起部２２、前記突起部２２の先端に吸収膜からなる光学機能膜３０、これら全体を覆う形で保護膜４０が形成されていることもわかる。なお、この保護膜４０は今回ALD（Atomic Layer Deposition）成膜法を用いて形成したものであり、材料としてAl₂O₃を用い、厚み8nmで成膜している。

【0102】

（２）作製したサンプルの耐熱性
作製した偏光素子１のサンプルについて、高温試験を実施した。高温試験は、150℃で800時間放置するという条件で実施した。
図２４に、高温試験投入前の波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値と、高温試験（150℃、800時間投入後）の波長430〜680nmに対する光学特性（Ｔｐ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｒｓ、ＣＲ）の平均値をプロットし比較した。

【0103】

図２４の結果から、本発明の偏光素子は、150℃の高温環境下に800時間放置された場合においても、偏光特性が大きく変化しないことが確認された。そのため、車載で使用する機器に求められる温度環境でも安心して使用することができ、顧客のニーズに合わせた偏光素子を提供できることがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0104】

本発明によれば、良好な偏光特性を有するとともに、放熱性及び製造時のコストに優れた、偏光素子及び偏光素子の製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、偏光特性及び耐熱性に優れたヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0105】

１ 偏光素子
２ 光源
３ 表示素子
４ 反射器
５ 表示面
６ カバー部
１０ 基板
２０ グリッド構造体
２１ ベース部
２２ 突起部
２３ グリッド構造体材料
３０ 光学機能膜
３１ 光学機能膜材料層
４０ 保護膜
５０ 放熱部材
６０ 原盤
６１ 原盤用基材
６２ 原盤用金属膜
６３ 原盤用凸部
６４ 離型膜コート
７０ レジストマスク
８０ 金属膜
１００ ヘッドアップディスプレイ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【手続補正書】

【提出日】2021年5月12日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明な無機材料からなる基板と、
透明材料からなり、前記基板の表面に沿って設けられたべース部及び該ベース部から格子状に突出した突起部を有する、グリッド構造体と、
前記突起部上に形成された、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜と、
を備える偏光素子であって、
前記光学機能膜は、前記突起部の先端及び側部の一部に形成され、且つ、前記突起部の高さの60％以上を覆っており、
前記偏光素子のコントラスト特性が、3029以上であることを特徴とする、偏光素子。

【請求項2】

前記ベース部の厚さが、1nm以上であることを特徴とする、請求項１に記載の偏光素子。

【請求項3】

前記突起部を前記偏光素子の吸収軸方向又は反射軸方向に直交する断面で見たときの形状が、矩形、台形、多角形又は楕円形であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の偏光素子。

【請求項4】

前記光学機能膜は、前記ベース部上には形成されていないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項5】

前記基板を構成する無機材料は、前記グリッド構造体を構成する材料とは異なるものであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項6】

少なくとも前記光学機能膜の表面を覆うように形成された保護膜を、さらに備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項7】

前記保護膜は、撥水性コーティング又は撥油性コーティングを含むことを特徴とする、請求項６に記載の偏光素子。

【請求項8】

前記光学機能膜が、前記吸収膜と前記反射膜とを少なくとも有する多層膜からなることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の偏光素子。

【請求項9】

前記光学機能膜が、前記反射膜と前記吸収膜との間に、誘電体膜をさらに有することを特徴とする、請求項８に記載の偏光素子。

【請求項10】

無機材料からなる基板上に、透明材料からなるグリッド構造体材料を形成する工程と、
前記グリッド構造体材料にナノインプリントを施すことによって、基板の表面に沿って設けられたべース部及び該ベース部から格子状に突出した突起部を有するグリッド構造体を、形成する工程と、
前記突起部上に、光を吸収する吸収膜、光を反射する反射膜、又は、該吸収膜と該反射膜とを少なくとも有する多層膜からなる光学機能膜を形成する工程と、を備える偏光素子の製造方法であって、
前記光学機能膜を、前記突起部の先端及び側部の一部に、前記突起部の高さの60％以上を覆うように形成し、
得られた偏光素子のコントラスト特性が、3029以上であることを特徴とする、偏光素子の製造方法。

【請求項11】

前記光学機能膜を形成する工程は、スパッタリング又は蒸着法によって、前記突起部に対して複数の方向から交互に成膜を行うことを特徴とする、請求項１０に記載の偏光素子の製造方法。

【請求項12】

請求項１〜９のいずれか１項に記載の偏光素子を含むことを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項13】

前記偏光素子の周囲に、放熱部材が設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図27】