(57)【要約】【課題】光学エンジンや液晶を用いた各種の表示装置用に、熱歪による偏光を原因とする鮮明度やコントラスト比の低下がなく、優れた映像を形成すること可能である透明セラミックス基板を提供する。【解決手段】立方晶を有する透明セラミックスからなる透明セラミックス部材層と、接着性樹脂からなり透明セラミックス部材層に対して光学的な補償機能を有する樹脂層とを有している透明セラミックス基板。透明セラミックス部材層と樹脂層は、相互に逆となる屈折率の温度依存性を有している。透明セラミックスは、スピネル、ＹＡＧまたはＭｇＯのいずれかである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶を有する透明セラミックスからなる透明セラミックス部材層と、
接着性樹脂からなり前記透明セラミックス部材層に対して光学的な補償機能を有する樹脂層と、
を有していることを特徴とする透明セラミックス基板。
【請求項２】
前記透明セラミックス部材層と前記樹脂層は、相互に逆となる屈折率の温度依存性を有していることを特徴とする請求項１に記載の透明セラミックス基板。
【請求項３】
前記透明セラミックスは、スピネル、ＹＡＧまたはＭｇＯのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の透明セラミックス基板。
【請求項４】
前記接着性樹脂は、透明ポリアミドであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の透明セラミックス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として光学エンジン等に用いられる透明セラミックス基板に関し、特に、光学的な補償機能を有する透明セラミックス基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明セラミックス基板、特にスピネル製基板は、直線透過率、偏向特性、熱放散、強度、化学的安定性等に優れ、さらに通常は複屈折率等の複雑な光学的特性がないため組立に際して方位を合せる必要がなく、安価であるため、液晶プロジェクターやリアプロジェクションテレビ受像機等の光学エンジン、液晶を用いた各種の表示素子等に用いられつつある（特許文献１）。
【０００３】
現在広く使用されている透明セラミックス基板を用いた光学エンジンの一例として液晶プロジェクターを挙げ、その要部を、図２を参照しつつ説明する。図２は、光学エンジンの要部の構成を概念的に示す図である。なお、以下の記載においては、「入射光側」とは光源側を、また「出射光側」とはプリズム側を指す。図２において、Ｒ、Ｇ、Ｂは各々光源（図示せず）から送られてきた赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の入射光である。また、１１０は入射光側の偏光フィルム（なお、機能として捉えて「偏光フィルター」とも言う）であり、１２１、１２２は出射光側の偏光フィルムであり、２１０は入射光側の透明セラミックス基板であり、２２１、２２２は出射光側の透明セラミックス基板であり、３００は液晶層であり、５００はプリズムである。
【０００４】
図２に示す光学エンジンでは、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれも、液晶層３００よりも光源側では透明セラミックス基板は１枚（２１０）であり、その反光源側に偏光フィルム１１０が貼り付けられている。また、液晶層３００よりもプリズム側では透明セラミックス基板は２枚（２２１、２２２）であり、それらの相対向する面側に偏光フィルム１２１、１２２が貼付けられている。
【０００５】
また、各透明セラミックス基板は、それに貼り付けられている偏光フィルムの機械的保護や支持のみならず、放熱を行う。このため、透明セラミックス基板としては、熱伝導性の高いサファイア、水晶、スピネル、ＹＡＧ等が用いられている。
【０００６】
次に、この光学エンジンの作動原理について、図３を参照しつつ説明する。図３の（１）は電圧を印加せず光を透過させる場合であり、（２）は電圧を印加して光を通過させない場合である。図３において、１１０は入射光側の偏光フィルターであり、１２０は出射光側の偏光フィルターであり、３００は液晶層であり、３０１は液晶分子であり、６１０は入射光側の透明電極であり、６２０は出射光側の透明電極であり、６９０は電極であり、６９１はスイッチであり、７００はスクリーンである。そして、入射光側の偏光フィルター１１０と出射光側の偏光フィルター１２０は、いわゆるクロスニコル状態（偏光する方向が９０度相違する）となっている。
【０００７】
図３の（１）に示す様に、スイッチ６９１を開にして入射光側の透明電極６１０と出射光側の透明電極６２０間に電圧を印加しない様にした場合、それらの間にある液晶層３００の液晶分子３０１は９０度ねじれて配向する。このため、上方から入射して入射光側の偏光フィルター１１０によりａ方向の直線偏光とされた光は、液晶層３００で９０度ねじられてａ方向に直交するｂ方向の直線偏光とされる。そして、下方にある出射光側の偏光フィルター１２０を通過して、スクリーン７００は明るくなる。
【０００８】
一方、図３の（２）に示す様に、スイッチ６９１を閉にして入射光側の透明電極６１０と出射光側の透明電極６２０間に電圧が印加される様にした場合、それらの間にある液晶層３００の液晶分子３０１は垂直（電圧の印加される）方向に配向する。このため、上方から入射して入射光側の偏光フィルター１１０によりａ方向の直線偏光とされた光は、液晶層３００ではねじられることなくａ方向の直線偏光のままである。このため光は下方にある出射光側の偏光フィルター１２０を通過せず、スクリーン７００は黒くなる。なお、光学エンジンによっては、電圧と光の通過の関係が逆（電圧を印加すれば、光が通過する）の関係となるものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２７３６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記において、入射光側および出射光側の偏光フィルターの各々は、それぞれ、透明セラミックス基板に貼り付けて用いられるが、図３の（２）の場合、即ち、スクリーンに黒画像を表示させる場合、各偏光フィルターおよび各明セラミックス基板の位置的関係によっては、スクリーン全面が黒一色とはならず、一部に光漏れを生じることがある。
【００１１】
これを図４に示す。図４において、１１０は入射光側の偏光フィルターであり、１２０は出射光側の偏光フィルターであり、２１０は入射光側の透明セラミックス基板であり、２２０は出射光側の透明セラミックス基板であり、３００は液晶層であり、７００はスクリーン（出射光面）であり、７０１は光漏れ箇所であり、矢印は入射光である。
【００１２】
図４の（１）においては、出射光側の透明セラミックス基板２２０の入射光側に偏光フィルター１２０が貼り付けられており、２枚の透明セラミックス基板２１０、２２０により２枚の偏光フィルター１１０、１２０が挟まれている。この場合には、スクリーン７００の全面が黒一色となる。
【００１３】
これに対して、図４の（２）においては、出射光側の透明セラミックス基板２２０の出射光側に偏光フィルター１２０が貼り付けられており、２枚の偏光フィルター１１０、１２０により出射光側の透明セラミックス基板２２０が挟まれている。この場合には、スクリーン７００の全面が黒一色とはならず、一部に光漏れ箇所７０１を生じる。
【００１４】
この光漏れは、出射光側の透明セラミックス基板２２０内に熱応力（あるいは熱歪）を原因とする複屈折率が生じ、さらに偏光性が生じることにより発生し、本来完全に通過すべき光の一部がカットされたり、逆に完全にカットされるはずの光の一部が通過したりする現象、いわゆる光漏れが生じ、画像の劣化、例えば映像の鮮明度やコントラスト比の低下の原因ともなる。
【００１５】
このため、光学エンジンや液晶を用いた各種の表示装置用に、熱歪による偏光を原因とする鮮明度やコントラスト比の低下がなく、優れた映像を形成することが可能であり、しかも低コストである透明セラミックス基板が開発されることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、立方晶を有するセラミックスに対して光学的な補償機能を有する樹脂を配置して、透明セラミックス基板の光学的特性を改善したものである。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、
立方晶を有する透明セラミックスからなる透明セラミックス部材層と、
接着性樹脂からなり前記透明セラミックス部材層に対して光学的な補償機能を有する樹脂層と、
を有していることを特徴とする透明セラミックス基板である。
【００１８】
本請求項の発明においては、基板が透明セラミックス部材層と、該透明セラミックス部材層に対して光学的な補償機能を有する樹脂層との２層構造であるため、本来の基板をなす透明セラミックス製薄板の内部に生じた熱歪等を原因とする偏光の発生等の光学的特性の低下を防止でき、ひいては鮮明度やコントラスト比の低下を抑えて、優れた映像を形成することが可能となる。
【００１９】
ここに、透明セラミックス部材層を構成する透明セラミックスについて「立方晶」としているのは、複屈折率等の複雑な光学的特性がないため組立に際して方位を合せる必要がないことを考慮したものである。
【００２０】
なお、樹脂層の厚さについては、透明セラミックス部材層に対する接着性樹脂の光学的な補償機能の程度と透明セラミックス基板の厚さ等を考慮して最適な値が選定される。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、
前記透明セラミックス部材層と前記樹脂層は、相互に逆となる屈折率の温度依存性を有していることを特徴とする請求項１に記載の透明セラミックス基板である。
【００２２】
本請求項の発明においては、透明セラミックス部材層と樹脂層の屈折率の温度依存性が相互に逆であるため、本来の基板をなす透明セラミックス製薄板の内部に生じた熱歪を原因とする屈折率の変動、さらには偏光の発生が樹脂層により補償されるため、コントラスト比の低下がなく、優れた映像を形成することが可能となる。
【００２３】
ここに、「屈折率の温度依存性」とは、熱歪により場所により屈折率が相違したり複屈折率を発生したりする現象と温度との関係を指す。これらの現象が透明セラミックス基板内を通過する光の偏光性に影響を及ぼすことは既に述べた通りである。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、
前記透明セラミックスは、スピネル、ＹＡＧまたはＭｇＯのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の透明セラミックス基板である。
【００２５】
本請求項の発明に係る透明セラミックス基板は、偏光フィルターを機械的に支持し、保護し、放熱を図るという役を担う本来の基板を構成する材料としてスピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ２Ｏ３：ｎ＝１．０５０〜１．２００）、ＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）またはＭｇＯの何れかを使用することが好ましい。これらはいずれも熱伝導率が良好であるため放熱性に優れており、基板内の温度が均一に保持され易く、熱歪が生じ難い。また、透明性も高く、熱歪が生じていない通常の状態では複屈折率等の複雑な特性がないため組立に際して方位を合せる必要がなく、さらに安価である。このため、現在広く用いられている水晶と比較した場合、半分程度の厚さでより優れた映像が得られる透明セラミックス基板が得られる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、
前記接着性樹脂は、透明ポリアミドであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の透明セラミックス基板である。
【００２７】
偏光フィルターを透明セラミックス基板に接着するために一般的に接着性樹脂からなる接着剤を用いるが、この接着剤として透明ポリアミドを使用することが好ましい。透明ポリアミドは透明セラミックスとは相互に逆となる光学的性質の温度依存性を有しているだけでなく接着性に優れ、低コストでもある。このため、優れた透明セラミックス基板を安価に提供することができる。
【００２８】
なお、本発明は、透明セラミックスに限らず、白板ガラス等にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、光学エンジンや液晶を用いた各種の表示装置用に、熱歪による偏光を原因とする鮮明度やコントラスト比の低下がなく、優れた映像を形成することが可能な透明セラミックス基板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の透明セラミックス基板の要部の構成と作用発揮の様子を概念的に示す図である。
【図２】光学エンジンの要部の構成を概念的に示す図である。
【図３】光学エンジンの作動原理を示す図である。
【図４】基板と偏光フィルターの位置的関係により、黒画像の表示が変化する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。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い。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００３２】
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、透明セラミックス基板の基板本体にはスピネルを、接着性樹脂層には透明ポリアミドを用いた出射光側の透明セラミックス基板に関する。
【００３３】
本発明の実施の形態に係る透明セラミックス基板を、図１を参照しつつ説明する。図１の（１）は本実施の形態に係る透明セラミックス基板を出射光側の透明セラミックス基板として用いた場合における断面形状を示し、図１の（２）は前記透明セラミックス基板に光が入射した際の接着性樹脂層が作用を発揮する様子を概念的に示す。
【００３４】
また、図１において、２２０ｃはスピネルを材料とする出射光側の透明セラミックス基板であり、２２０ｓは透明セラミックス基板２２０ｃの基板本体としてのスピネル製板材であり、２２６は透明セラミックス基板２２０ｃの出射光側に形成された接着性樹脂層であり、１２０は出射光側に設けられた偏光フィルムである。また、２２５はスピネル製板材２２０ｓの内部に生じた熱歪を原因とする光学的性質、例えば偏光性の変化の程度を示す表示であり、２２７は接着性樹脂層の内部に生じた熱歪を原因とする光学的性質、例えば偏光性の変化の程度を示す表示であり、いずれも濃いほど変化が大きいことを示す。
【００３５】
以下、本実施の形態の透明セラミックス基板２２０ｃの製造について説明する。
透明セラミックス基板２２０ｃの基板本体をなすスピネルの板材２２０ｓは、純度９９．９％以上のスピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ２Ｏ３：ｎ＝１．０５）粉末を１９６ＭＰａの圧力で１次成形し、１９６ＭＰａでＣＩＰ（冷間等方圧プレス）により２次成形してスピネル成形体とし、このスピネル成形体をグラファイト製の容器に入れて１５００℃で真空焼結してスピネル焼結体とし、さらにこのスピネル焼結体を１７５０℃、２００ＭＰａのＨＩＰ（熱間等方圧プレス）で立方晶を有する多結晶スピネル結晶体とし、この多結晶スピネル結晶体を切削、研磨して製作した。
【００３６】
なお、前記接着性樹脂層との境界面における反射防止のために、透明セラミックス基板の出射光側には、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴａＯ５、ＺｎＳ等からなる反射防止層が介在されていることが好ましい。
【００３７】
また、透明セラミックス基板の入射光側にも、入射光の反射を防止するために、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴａＯ５、ＺｎＳ等からなる反射防止層が少なくとも１層形成されていることが好ましい。
【００３８】
次に、接着性樹脂層としては、厚さ５０μｍの透明ポリアミドを貼り付けた。なお、この厚さは、接着性樹脂とスピネルとの偏光性の温度依存性の相違を考慮したものである。
【００３９】
偏光フィルムとしては、両側に保護層としてＴＡＣ（トリアセチルセルロース）製フィルム層が形成され、中央にはヨウ素で染色したＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製フィルム層がある３層構造の樹脂膜を、一軸延伸加工してＰＶＡフィルム層に偏光特性（複屈折性）を持たせた厚さ５０μｍの樹脂膜を用いた。この偏光フィルムを、接着性樹脂層を設けた多結晶スピネル結晶体に貼り付けて透明セラミックス基板を作製した。
【００４０】
このようにして作製した透明セラミックス基板においては、スピネルの板材２２０ｓに比較して接着性樹脂の剛性は非常に小さく、しかも接着性樹脂層２２６はスピネルの板材２２０ｓに比較して十分に薄い。また接着性樹脂の反スピネルの板材側には偏光フィルムがある。このため、接着性樹脂層２２６はスピネルの板材２２０ｓに追随して膨張、収縮をなし、さらに同じ温度分布となる。
【００４１】
この結果、この透明セラミックス基板２２０ｃを図４の（２）に示す様な条件で使用した場合には、図１の（２）に示す様に、透明セラミックス基板２２０ｃにおいては、スピネルの板材２２０ｓの内部に生じた温度分布、さらにはそれを原因とする熱膨張や熱歪による光学的性質の変化および変化の分布と、接着性樹脂層２２６の内部に生じたスピネルの板材２２０ｓの熱膨張に伴って生じた歪を原因とする光学的性質の変化および変化の分布とは、相互に逆の位置に同じ密度で発生する。
【００４２】
この結果、透明セラミックス基板２２０ｃ全体では、スピネルの板材２２０ｓの熱歪と接着性樹脂層２２６の歪を原因とする光学的性質の変化および変化の分布は相互に補償しあうこととなる。即ち、透明セラミックス基板２２０ｃ全体では、中心部と周辺部等の場所における光学的性質の変化の分布は生じないこととなる。このため、この透明セラミックス基板を出射光側に用い、さらにこの透明セラミックス基板の出射光側に偏光フィルムを設けた光学エンジンでも、光漏れがなく、鮮明度やコントラスト比の優れた映像を形成することが可能となる。
【００４３】
次いで、出射側の透明セラミックス基板として、本第１の実施の形態の透明セラミックス基板と、光学的な補償機能を行う接着性樹脂層を有していない他は第１の実施の形態と同じである比較例の透明セラミックス基板と、現在の透明水晶製基板とを用いた場合の色漏れの有無や映像の良好性を評価した。
【００４４】
この結果、第１の実施の形態の透明セラミックス基板の方が明らかに優れた基板であることを確認した。これは、本第１の実施の形態の透明セラミックス基板２２０ｃは、現在の透明水晶製基板に比較して透明セラミックス基板内の場所による温度差が少ない。また、比較例の透明セラミックス基板と異なり、偏光フィルターを接着するための接着性樹脂層２２６がスピネルの板材２２０ｓと相互に逆となる屈折率の温度依存性を有しているため、スピネルの板材２２０ｓ内で温度分布、あるいは熱膨張や熱歪で生じた屈折率の異常に対して光学的な補償機能を行う。このため、本第１の実施の形態の透明セラミックス基板は、比較例の透明セラミックス基板や透明水晶製基板に比較して、光漏れがはるかに少なく、コントラスト比はずっと良好であり、優れた映像を形成することができたと考えられる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、透明セラミックス基板の基板本体にＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）を用いた透明セラミックス基板に関し、接着性樹脂層等他の構成は第１の実施の形態と同じである。従って、ＹＡＧ製の基板本体の製造についてのみ簡単に説明する。ただし、接着性樹脂層の厚さは、スピネルとＹＡＧの物性の相違を考慮して調整（変更）してある。
【００４６】
純度９９．９９％以上のＹＡＧ粉末を１５００ｋｇ／ｃｍ２で予備成形し、できた成形体をアルミナ製容器に入れて、真空下１５００℃で焼結してＹＡＧ多結晶体を得た。この多結晶体を板材に加工して透明セラミックス基板の基板本体を製造した。この基板本体を用いて前記第１の実施の形態の透明セラミックス基板と同様な構造の透明セラミックス基板を製造した。この場合においても、優れた映像が得られた。
【００４７】
（第３の実施の形態）  
本実施の形態は、透明セラミックス基板の基板本体にＭｇＯを用いた透明セラミックス基板に関し、接着性樹脂層等他の構成は基本的には前記第１の実施の形態、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態の透明セラミックス基板においても、前記第１の実施の形態、第２の実施の形態と同じく優れた映像が得られた。
【符号の説明】
【００４８】
１１０                      入射光側の偏光フィルム（偏光フィルター）
１２０、１２１、１２２      出射光側の偏光フィルム（偏光フィルター）
２１０                      入射光側の透明セラミックス基板
２２０、２２１、２２２      出射光側の透明セラミックス基板
２２０ｃ                    出射光側の透明セラミックス基板
２２０ｓ                    スピネル製板材
２２５                      スピネルの板材に生じた光学的性質を示す表示
２２６                      接着性樹脂層
２２７                      接着性樹脂層に生じた光学的性質を示す表示
３００                      液晶層
３０１                      液晶分子
５００                      プリズム
６１０                      入射光側の透明電極
６２０                      出射光側の透明電極
６９０                      電極
６９１                      スイッチ
７００                      スクリーン
７０１                      光漏れ箇所
【図１】
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【図２】
2010164819.tif 000004
【図３】
2010164819.tif 000005
【図４】
2010164819.tif 000006