(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が可能である透明基板を提供する。【解決手段】光学的に偏光性を持たない透明板材と、その周辺部を保持する構造体とで形成されており、透明板材は、透明板材の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料よりなる枠を用いて、透明板材の周囲から応力を加える圧縮手段による圧縮応力或いは引張手段による引張応力を有している透明基板。透明板材は、立方晶を有する透明セラミックスからなる板材であり、透明セラミックスは、スピネル、ＹＡＧまたはＭｇＯである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に偏光性を持たない透明板材と、その周辺部を保持する構造体とで形成されており、前記透明板材は、前記透明板材の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料よりなる枠を用いて、前記透明板材の周囲から応力を加える圧縮手段による圧縮応力或いは引張手段による引張応力を有していることを特徴とする透明基板。
【請求項２】
前記透明板材は、立方晶を有する透明セラミックスからなる板材であることを特徴とする請求項１に記載の透明基板。
【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２に記載の透明基板。
【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基板に関し、加熱時の偏光性の発生を防止した透明基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明基板の内、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、液晶プロッ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基板を用いた光学エンジンの一例として、透明セラミックス基板を用いた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、１１１、１１２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、１２０、１２１、１２２は出射光側の偏光フィルムであり、２１０、２１１、２１２は入射光側の透明セラミックス基板であり、２２０、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、４００は光学補償板であり、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毎に偏光フィルム１１０、１１１、１１２、１２０、１２１、１２２の枚数が相違している。即ち、偏光フィルムの枚数は、Ｒでは入射光側、出射光側とも１枚（１１０と１２０）であり、Ｇでは入射光側は１枚（１１０）、出射光側は２枚（１２１、１２２）であり、Ｂでは入射光側、出射光側とも２枚（１１１、１１２と１２１、１２２）である。また、出射光側の２枚の偏光フィルム（１２１、１２２）は、Ｂでは１枚の透明セラミックス基板（２２０）の両面に貼り付けられているが、Ｇでは各々が別個の透明セラミックス基板（２２１、２２２）に相互に対向して貼付けられている。
【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、厚さ０．７〜１．０ｍｍ程度の水晶や、０．５〜０．７ｍｍ程度のサファイアや、その他厚さ０．５〜０．７ｍｍ程度の光学ガラス等が用いられている。また、温度条件が厳しい場合には、スピネル等の透明セラミックスも採用されつつある。
【０００６】
次に、この光学エンジンの作動原理例について、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、偏光する方向が９０度相違するようになっている場合もある。
【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。
【特許文献１】特開２００６−２７３６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
出射光側の透明セラミックス基板に１枚の偏光フィルムを貼り付ける際、図４に示す様に、透明セラミックス基板の入射光側と、出射光側のいずれか一方の側に貼り付けることとなる。図４において、（１）は入射光側に偏光フィルムを貼り付けた場合であり、（２）は出射光側に偏光フィルムを貼り付けた場合である。また、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。
【００１０】
電圧が印加された際、図４の（１）においては、先に述べたように、液晶層３００を通過した光が偏光フィルター１２０で遮断されるため、スクリーン７００は全面が黒いが、図４の（２）では一部に光漏れ箇所７０１が生じている。
【００１１】
この光漏れは出射光側の透明セラミックス基板２２０内の温度ムラに起因している。即ち、偏光されて一方向になった光が温度差のついた状態の出射光側の透明セラミックス基板２２０に入射した場合、散乱し、次の偏光フィルムで光を遮断することが困難となる。図４の（１）の配置の場合は、液晶中で偏光した光は出射光側の偏光フィルム１２０により制御できるが、（２）の状態では出射光側の透明セラミックス基板２２０中を透過した光は上記温度差が発生している部分で散乱されて、出射光側の偏光フィルム１２０を通過するため、光漏れが生じることとなる。
【００１２】
ここで、温度変化が生じた場合の透明セラミックス基板の温度状況について図５に示す。図５は、出射光側の透明セラミックス基板２２０ｃ内の温度分布を概念的に示す図であり、横方向はａ軸方向、縦方向はｂ軸方向であり、透明セラミックス基板２２０ｃの中心Ｏに立てた上方向の軸が温度Ｔを示す。図５に示すように、透明セラミックス基板２２０ｃの温度分布は、Ｏで示す中心が最も高く、周辺が最も低く、さらに等温度線はほぼ楕円状である。そして、例えば、２８ｍｍ×２２ｍｍ×０．５ｍｍｔの基板における中心Ｏと、長辺と短辺から各々５ｍｍの位置にある箇所Ｐの温度差は、透明セラミックス基板２２０ｃの材質や板厚、その他色彩や光のエネルギー密度等にもよるが、５〜１０℃程生じる。
【００１３】
このため、温度分布を原因として透明セラミックス基板２２０ｃ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となる。その結果、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。
【００１４】
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】
【００１５】
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、光学的に偏光性を持たない透明板材に対して、温度上昇により生じる熱歪を打消す圧縮応力或いは引張応力を作用させることにより偏光性が生じることを防止して、透明基板の光学的特性を改善させたものである。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１６】
請求項１に記載の発明は、
光学的に偏光性を持たない透明板材と、その周辺部を保持する構造体とで形成されており、前記透明板材は、前記透明板材の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料よりなる枠を用いて、前記透明板材の周囲から応力を加える圧縮手段による圧縮応力或いは引張手段による引張応力を有していることを特徴とする透明基板である。
【００１７】
本請求項の発明においては、透明セラミックスや光学ガラス等の光学的に偏光性を持たない透明板材の周囲から圧縮手段による圧縮応力や引張手段による引張応力を加えているため、透明基板に発生した温度分布の不均一に基づく熱歪が透明板材の周囲からの応力で打消され、薄板の透明板材内部に生じた熱歪等を原因とする偏光の発生等光学的特性の低下が防止され、ひいては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となる。
【００１８】
即ち、透明板材が加熱により熱膨張或いは熱収縮した際に、透明板材の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料よりなる枠が透明板材の周囲から圧縮手段による圧縮応力や引張手段による引張応力を加える様に作用するため、透明板材内部の温度分布を原因とする熱歪が打ち消され、熱歪により透明基板に偏光性が生じることが防止される。例えば、枠が熱膨張係数が小さいインバー製の場合、透明基板の周囲から圧縮応力を加える様に作用する。さらに、金属製の枠は透明板材の周囲から熱伝導による放熱を行うため、透明板材内部の温度分布そのものも小さくなり、この面からも透明基板に偏光性が生じることを防止する。その結果、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となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、
前記透明板材は、立方晶を有する透明セラミックスからなる板材であることを特徴とする請求項１に記載の透明基板である。
【００２０】
立方晶を有する透明セラミックスは、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好ましい。なお、単結晶あるいは多結晶であることを問わない。
【００２１】
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２に記載の透明基板である。
【００２２】
本請求項の発明に係る透明板材は、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・Ａｌ２Ｏ３）、ＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）またはＭｇＯのいず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、透明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。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基板が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
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基板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明をその最良の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。なお、以下の実施の形態においては、透明板材として透明セラミックス板材を用いている。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、透明セラミックス板材にスピネルを、圧縮手段として熱膨張率が極めて小さいインバー製の枠を用いた出射光側の透明セラミックス基板に関する。
【００２６】
本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に本実施の形態に係る透明セラミックス基板の要部の光が入射する方向に直交する面（水平面）を示す。図１において、２２０ｃは出射光側のスピネルを材料とする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の基板本体をなすスピネルを用いた透明セラミックス板材であり、２６０は透明セラミックス板材２２０ｓの４つの辺に形成されたインバー製枠からなる圧縮手段であり、２６１は長辺側の枠辺であり、２６２は短辺側の枠辺である。
【００２７】
そして、透明セラミックス板材２２０ｓの温度が上昇して熱膨張が発生したとき、インバー製枠に応力が加わり、逆に透明セラミックス板材２２０ｓには圧縮応力が作用する。この結果、透明セラミックス板材２２０ｓの内部に不均一な熱歪が発生することが防止され、ひいては偏光性の発揮が抑制される。なお、本実施の形態においては、長辺側の枠辺２６１の幅ｔ１を短辺側の枠辺２６２の幅ｔ２よりも大きくしている。これにより、長辺側が撓み難くなり、熱膨張の悪影響を小さくすることができる。
【００２８】
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・Ａｌ２Ｏ３）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。
【００２９】
なお、偏光フィルム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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
次いで、出射側の透明セラミックス基板として、本実施の形態に係る透明セラミックス基板２２０ｃと、圧縮手段を有していない他は本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。
【００３３】
この結果、本実施の形態に係る透明セラミックス基板２２０ｃの方が優れた基板であることを確認した。これは、本実施の形態に係る透明セラミックス基板２２０ｃは、比較例の透明セラミックス基板と異なり、圧縮手段を有しているため、スピネルの板材２２０ｓ内で温度分布の不均一で生じた熱歪が透明セラミックス板材の周囲からの応力で打ち消される。このため、本実施の形態に係る透明セラミックス基板は、比較例の透明セラッミク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、コントラスト比は十分良好であり、優れた映像を形成することができたと考えられる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、透明セラミックス板材にＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）を用いた透明セラミックス基板に関し、透明セラミックス板材以外の構成は第１の実施の形態と同じである。従って、ＹＡＧ製の板材の製造についてのみ簡単に説明する。
【００３５】
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。この多結晶体を透明板材に加工して透明セラミックス板材を製造した。この透明板材を用いて前記第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。
【００３６】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、透明セラミックス板材にＭｇＯを用いた透明セラミックス基板に関し、透明セラミックス板材以外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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る透明セラミックス基板の要部の構成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】出射光側の基板に偏光フィルムを貼り付けた際の、偏光フィルムの貼り付け状況を示す図である。
【図５】出射光側の基板の温度分布を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１０、１１１、１１２      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、２１１、２１２      入射光側の透明セラミックス基板
２１０ｃ                    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                    透明セラミックス板材
２６０                      圧縮手段
２６１                      長辺側の枠辺
２６２                      短辺側の枠辺
３００                      液晶層
３０１                      液晶分子
４００                      光学補償板
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
【図１】
2010145809.tif 000003
【図２】
2010145809.tif 000004
【図５】
2010145809.tif 000005
【図３】
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【図４】
2010145809.tif 000007