(57)【要約】【課題】主に大きな張力での延伸工程に起因する引張応力による割れを防止又は低減可能なガラス偏光素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るガラス偏光素子の製造方法は、銀イオンおよび塩素イオンを含有するガラスを溶解する溶融工程と；前記溶融ガラス内部に塩化銀を均一に析出させてプリフォームを形成する塩化銀析出工程と；前記プリフォーム両面をRa２０〜１００ｎｍの表面粗さに加工する表面処理工程と；前記表面処理されたプリフォームを加熱し、前記塩化銀粒子を一軸方向に伸張させてガラスシートを形成する延伸工程と；前記ガラスシート中の伸張された塩化銀を還元する還元工程と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2011059592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス偏光素子の製造方法において、
銀イオンおよび塩素イオンを含有するガラスを溶解する溶融工程と；
前記溶融ガラス内部に塩化銀を析出させてプリフォームを形成する塩化銀析出工程と；
前記プリフォーム両面をRa２０〜１００ｎｍの表面粗さに加工する表面処理工程と；
前記表面処理されたプリフォームを加熱し、前記塩化銀粒子を一軸方向に伸張させてガラスシートを形成する延伸工程と；
前記ガラスシート中の伸張された塩化銀を還元する還元工程と、を備えることを特徴とするガラス偏光素子の製造方法。
【請求項２】
前記表面処理工程において、前記プリフォーム両面を#200番〜#2000番の研削材によって研削することを特徴とする請求項１に記載のガラス偏光素子の製造方法。
【請求項３】
前記塩化銀析出工程において、前記溶融ガラスを成形加工し、軟化点より少なくとも20℃低い温度で加熱し、塩化銀を均一に析出させてプリフォームを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス偏光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のガラス偏光素子を使用した投写型液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載のガラス偏光素子を使用した光電センサ。
【請求項６】
請求項１に記載のガラス偏光素子を使用してなるアイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス偏光素子及びその製造方法に関する。特に、可視光から近赤外領域の光に対し工業的に利用可能な偏光特性を有するガラス偏光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス偏光素子は所定の偏光面を有する光を選択的に通過させる機能を有するため、各種光学系で広く使用されている。例えば、光通信用デバイスおよび投写型液晶ディスプレイを含む液晶ディスプレイに使用される。
【０００３】
ところで、近年、大型画面を表示する映像表示装置として投射型液晶表示装置が広く利用されている。リア型投射型液晶表示装置は大型テレビとして、フロント型液晶表示装置はパソコンデータのプレゼンテーションに主に使用される。投射型液晶表示装置は投射光学系を利用して小さな液晶素子上の画像を大画面に拡大投影する構成を持つ。技術的に詳細な説明は、例えば非特許文献１に示されている。
【非特許文献１】西田  信夫, 大画面ディスプレイ（シリーズ先端ディスプレイ技術7）, 共立出版, 東京, 2002年発行
【０００４】
図１は、代表的な投射型液晶表示装置の構成を示す。光源４の光は光学部品５〜１６により青（Ｂ）、緑（Ｇ）および赤（Ｒ）の成分に分離され、それぞれに対応する液晶素子２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂに導かれる。各液晶表示素子２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂは入射側に入射側偏光素子１Ｒ、１Ｇおよび１Ｂを、出射側に出射側偏光素子３Ｒ、３Ｇおよび３Ｂを備えている。赤、緑および青に対応する、入射側偏光素子および出射側偏光素子から成る一組の偏光素子は、液晶素子を通過した所定の偏光方向の光を選択的に通過させる機能を持つ。この機能により液晶素子２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂを通過した三原色の光は、光強度変調された画像信号となる。これら３原色光は、更に合成プリズム１７で光合成され、更に拡大投射レンズ系１８を通してスクリーン１９に投影される。
【０００５】
偏光素子に要求される偏光特性は、希望の偏光面をもつ光信号を透過させ、それと直交する偏光面を持つ不要光信号を阻止する性質を持つ事である。すなわち、希望する偏光面を持つ光に対し大きな透過率を有し、これと直交する偏光面を持つ光に対しては、小さな透過率を持つ事が望ましい。
【０００６】
これらの透過率の比は消光比と呼ばれ、当業者により偏光素子の性能を表現する性能指数として広く利用されている。この指標を利用すると、投射型液晶表示装置に適用する偏光素子に要求される性能は、光信号に対し大きな透過率と大きな消光比を持つ事であると表現される。投射型液晶表示装置の場合、偏光素子に要求される性能は、使用する波長の光に於いて75％以上の透過率と400：1以上の消光比を持つことが望ましいと言われている（特許文献１）。もちろん、偏光素子に要求される透過率および消光比の値は偏光素子を適用する装置に依存して決められる。
【特許文献１】特開２００４−７７８５０号公報
【０００７】
偏光ガラスにおいて可視光領域の透過率を向上させようとした場合、小さな粒子径を持つ塩化銀粒子を高い荷重で延伸する必要性がある。これは、粒子径が小さくなるほどガラスを延伸した際に粒子に応力が作用しにくいことに起因しており、目的のアスペクト比を有する銀微粒子を作製するために粒子径が小さいものほど高い荷重を必要とする。
【０００８】
ところで、塩化銀粒子の粒子径が増大するほど散乱効果が大きくなり短波長域における透過率の低下を招く。このため、大きな粒子径を持つガラスを延伸して製造された偏光ガラスは、可視光領域において75%以上の透過率を実現することが困難となる。また、粒子径の大きなガラスを大きな張力で延伸し、透過率を向上させようとした場合は、直交透過率が最も低くなる波長領域が長波長側へ移動するため、可視光領域で満足の行く偏光特性を実現することが困難となる。
【０００９】
上述したように、偏光ガラスにおいて可視光領域の透過率を向上させようとした場合、小さな粒子径を持つ塩化銀粒子を使用する必要がある。ここで、目的のアスペクト比を有する銀微粒子を作製するためには、粒子径が小さいものほど大きな張力を必要とする。これは、粒子径が小さくなるほどガラスを延伸した際に粒子に応力が作用しにくいことに起因しているためである。
【００１０】
発明者らは、可視光領域、特に緑色光領域において75%以上の透過率を実現するためには塩化銀の粒径を50nm以下にすることが必要であることを明らかにした（特許文献２）。
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００８／０７２３６８
【００１１】
また、センサやアイソレータに使用される偏光素子は、40dBの消光比を必要とし、透過率もARコートを施さない状態で90%以上が要求される。さらにできる限り複屈折の影響を排除するために、非還元領域に存在するハロゲン化銀粒子の大きさをできる限り小さくする必要がある。
【００１２】
しかし、この程度まで粒径が小さくなると必要とする延伸張力は500Kgf/cm2を超え、延伸中に破断する確率が上昇する。延伸中の破断は、コストの増大の要因となる。
【００１３】
更に、500Kgf/cm2を超える応力で延伸した際には、延伸後、ガラスシートの幅方向に大きな引張応力が残存しており、割れの原因となっていた。
【００１４】
特許文献３には、延伸後アニール処理を行うことにより割れを防止する方法が開示されている。しかしながら、アニール処理は、歪を緩和させさらに歪点以下の温度まで徐々に冷却する必要がある。また、歪を緩和させるためには徐冷点まで加熱することが一般的であり、ガラス転移温度以下でアニール処理を施す場合には長い時間を必要とする。徐冷点まで加熱した際には、短時間においても延伸されたハロゲン化銀粒子の再球状化が進行し、所定のアスペクト比を有する銀微粒子を得ることが困難となる。
【特許文献３】特開２００５−１５７４０２号公報
【００１５】
また、アスペクト比を大きくするために早いローラー引張速度で延伸した際には、延伸工程において、延伸によりプリフォームの幅が２倍以上縮小されるためガラスシートの幅方向に引張応力が形成される。この引張応力によりガラスシートが左右に引っ張られ、中心部から裂けるように割れが発生する。これを解決するためには、引張応力を緩和させるか、引張応力と同程度の圧縮応力を形成させる必要がある。しかしながら、応力を緩和させるためにはアニール処理が必要であり、前記と同様な問題が生じてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、延伸工程に起因する割れを防止又は低減可能なガラス偏光素子及びその製造方法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】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係るガラス偏光素子の製造方法は、銀イオンおよび塩素イオンを含有するガラスを溶解する溶融工程と；前記溶融ガラス内部に塩化銀を析出させてプリフォームを形成する塩化銀析出工程と；前記プリフォーム両面をRa（算術平均粗さ）２０〜１００ｎｍの表面粗さに加工する表面処理工程と；前記表面処理されたプリフォームを加熱し、前記塩化銀粒子を一軸方向に伸張させてガラスシートを形成する延伸工程と；前記ガラスシート中の伸張された塩化銀を還元する還元工程と、を備える。
【００１８】
前記表面処理工程は、前記プリフォーム両面を#200番〜#2000番の研削材によって研削することによって達成することができる。
【００１９】
発明者らは、誠意研究・実験の結果、延伸プリフォームの両面を粗くすることにより、低い荷重で塩化銀粒子を伸張できることを見出した。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように、本発明においては、粗面を持つプリフォームを使用することにより、ローラーとの摩擦が増大しより低い荷重で延伸を行うことが可能となり、延伸中の破断が格段に低減した。また、低荷重での延伸が可能になることにより、ガラスシートの幅方向に発生する引張り応力を低減させることができ、延伸後の割れを防止することも可能となった。さらに、鏡面研磨されたプリフォームを延伸する際に見られた、延伸中のすべりを起こすことが無くなり、均一なテープ幅の延伸を実現することができた。
【００２１】
製造工程においても、プリフォームの鏡面研磨の工程が削減されることによりコストダウンに成功したものである。プリフォームの表面を粗くすることにより、より小さな荷重においても塩化銀粒子に応力を伝えることが可能となり、優れた透過率および消光比を実現することができる。さらに、摩擦力が増大することにより、延伸ローラーの締付圧を弱めることも可能となった。ローラーの締付圧は、延伸を実現するために、またすべりを防止するために重要なファクターであるが、締付圧が大きすぎるとガラスに形成される応力歪みが影響して破断の可能性を上昇させていた。また、延伸中の摩擦力が増大することにより、延伸中のガラスシートのすべりが低減し、鏡面研磨プリフォームと比較して安定した幅の延伸ガラスシート得ることができる。
【００２２】
プリフォームの表面に対して研削を行わず、塩化銀粒子を析出させただけの面では厚さの均一な面が得られず、厚さの薄い部分には大きな応力が発生し破断の発生確率を増大させてしまう。本発明においては、延伸プリフォームの研削を行い、その後鏡面研磨を施さないことにより問題点の克服に至った。
【００２３】
その結果、可視光から近赤外領域において優れた透過率および消光比を有する偏光ガラスを安定的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明が適用可能な一般的な投射型液晶表示装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例を用いて詳細に説明する。
【００２６】
本発明を実施するための製造技術は、公知の赤外線用偏光ガラスを製造する技術を基に、プリフォーム製造工程を工夫することにより行われる。
【００２７】
まず、所定の組成のガラスバッチを準備する。この時、下記の事項に注意して組成及び原料を選定する。可視光領域で使用する偏光素子に適用するガラスは、光照射により透過率が劣化する、いわゆるフォトクロミック特性を持たないガラスを選定する必要がある。このためには、ガラス原料は酸化銅の不純物混入を厳密に避けるなどの工夫が必要になる。また、銀およびハロゲンの添加量は最終的に透過率と消光比を両立可能な量に選択する。
【００２８】
次に、上記のガラスバッチを溶解し、型に注ぎ入れることにより板状のガラスを作製する。次に、本発明の製造技術では、熱処理によりハロゲン化銀を析出させる。この時、熱処理温度は軟化点より少なくとも20℃低い温度好ましくは30℃低い温度、可視光用偏光素子においては好ましくは40℃以上低い温度で行う。
【００２９】
次に、塩化銀粒子を析出させたプリフォームの両面を、Ra２０〜１００ｎｍの表面粗さになるように研削加工を施す。Ra100nmの表面粗さとするためには、通常は粗さ#600番程度の研削材を使用することができる。ただし、研削後の熱処理を高温で行う場合には、粗さ#200番程度の研削材を使用することができる。
【００３０】
好ましくは、粗さ#200番〜#2000番の研削材によってプリフォームの両面の研削を行う。研削の粗さは延伸するローラー材質によって変化させる。ローラー材質にゴムを用いた際には、大きな摩擦力を実現させるために、粗い研削を行うことが良い。好ましくは、研削材として#200番〜#1000番を選ぶことにより大きな摩擦力を実現させることが可能となる。ローラー材質としてセラミックスのような硬い材質を用いる場合には、粗い研削を行うと研削の凹凸に大きな応力を発生させてしまう。そこで、このような場合には、研削材として#800番から#2000番を選択することが好ましい。
【００３１】
次に、上記のような研削面（粗面）を持つプリフォームを延伸する。延伸工程では、ハロゲン化銀粒子が適切なアスペクト比を有するように、ガラスの粘度を調整し目的の延伸荷重になるよう調整して、プリフォームを延伸してガラスシートを成形する。
【００３２】
その後、上記のように延伸されたガラスシートは、還元処理される。還元処理を行う時間は、目的とする消光比により異なるが、可視光用偏光素子においては粒子径が50nm以下と小さいため、厚み方向においてより深くのハロゲン化銀粒子まで還元させなければならない。一方、センサ、アイソレータ用偏光素子においては、可視光用偏光素子と比較すると粒子径が大きいため、より短い時間で還元することが可能である。
【００３３】
還元されたガラスシートは、必要に応じて反射防止膜を成膜して本発明の偏光素子が完成する。
【００３４】
(実施例1)
目的の組成比となるように調合された原料を10リットルの白金坩堝に入れ、1450℃の温度で攪拌をしながら溶融した。一定時間溶融後、融液を金型に流し出しガラスブロックを作製した。その後、成形加工し、軟化点より50℃低い温度で4時間熱処理を行い均一な塩化銀粒子を析出させた。塩化銀を析出させたガラスプリフォームの表裏両面を、#600番のアルミナ研削材で研削した。
【００３５】
研削したプリフォームを100Kgfの荷重で延伸を行った。延伸中の破断の発生確率は0%であった。（0回破断/30回延伸）延伸されたガラスシートは、440℃で20時間還元処理された。ガラスシートの幅は24から26mmと鏡面研磨したプリフォームと比較して小さなバラツキとなった。
【００３６】
ガラスシートは、目的の大きさに加工され、緑領域の反射率を低下させるためのARコートを施し、ガラス偏光子を得た。
【００３７】
図２に示すように、完成したガラス偏光素子の透過率を測定したところ、500〜600nmの平均透過率は83%であり、消光比は30dBであった。
【００３８】
(比較例1)
目的の組成比となるように調合された原料を10リットルの白金坩堝に入れ、1450℃の温度で攪拌をしながら溶融した。一定時間溶融後、融液を金型に流し出しガラスブロックを作製した。その後、成形加工し、軟化点より50℃低い温度で4時間熱処理を行い均一な塩化銀粒子を析出させた。塩化銀を析出させたガラスプリフォームは、両面を粒径2μmの酸化セリウムで鏡面研磨した。
【００３９】
次に鏡面研磨したガラスプリフォームを加熱し、120Kgfの荷重で延伸を行った。延伸中の破断確立は16%であった。（5回破断/30回延伸）延伸されたガラスシートは、440℃で20時間還元処理された。ガラスシートの幅は24から30mmと大きなバラツキとなった。
【００４０】
ガラスシートは、目的の大きさに加工され、緑領域の反射率を低下させるためのARコートを施した。
【００４１】
完成したガラス偏光素子の透過率を測定した結果、図２に示すように、500〜600nmの平均透過率は82%であり、消光比は30dBであった。
【００４２】
表面に研削処理を施したプリフォーム（実施例１）と鏡面研磨したプリフォーム（比較例１）は上記のように同等の透過率特性を示した。しかしながら、研削処理をしたプリフォームの方がより低荷重で延伸することが可能であった。
【００４３】
(比較例2)
目的の組成比となるように調合された原料を10リットルの白金坩堝に入れ、1450℃の温度で攪拌をしながら溶融した。一定時間溶融後、融液を金型に流し出しガラスブロックを作製した。その後、成形加工し、軟化点より50℃低い温度で4時間熱処理を行い均一な塩化銀粒子を析出させた。塩化銀を析出させたガラスプリフォームは、研削および鏡面研磨は施さなかった。
【００４４】
次に、ガラスプリフォームを加熱し、120Kgfの荷重で延伸を行った。延伸中の破断確立は100%であった。（10回破断/10回延伸）全てが破断してしまったため、偏光素子を得ることができなかった。
【００４５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想を逸脱しない範囲で種々の設計変更等が可能である。
【図１】
2011059592.tif 000003