(57)【要約】【課題】本発明は、プロジェクタ装置に用いる光学部品に関し、熱伝導率を高め、且つ、面積を大きくした光学部品を提供する。【解決手段】プロジェクタ装置の放熱板や波長板等の光学部品を水晶基板で形成し、前記水晶基板の主表面と結晶のＸＹ平面とのなす角度θ（ｄｅｇ）を０＜θ＜４５とする。【選択図】図４
2004258221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板の主表面に樹脂製の光学フィルムを貼り付けた構造の光学部品であって、前記水晶基板の主表面と結晶のＸＹ平面とのなす角度θ（ｄｅｇ）が０＜θ＜４５であることを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記光学フィルムは偏光フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
波長板を水晶基板で構成した光学部品であって、前記水晶基板の主表面と結晶のＸＹ平面とのなす角度θ（ｄｅｇ）が０＜θ＜４５であることを特徴とする光学部品。
【請求項４】
請求項１または３のいずれか一項に記載の光学部品を有する液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プロジェクタ装置に用いる光学部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、カラー液晶プロジェクタ装置（以下、プロジェクタ装置と称す）は、企業用から一般家庭用まで幅広く用途が広がっている。それに伴って、プロジェクタ市場においては映像の高輝度化の要求が高まってきている。近年、プロジェクタ装置の光学系部品には小型化、低価格化の要求に応えるべく偏光フィルムなどの樹脂系材料を多く採用しているが、フィルム単体では平面を維持できないため、ガラス基板に偏光フィルムを貼り付けることでフィルムの平面を維持するのが一般的である。しかしながら、映像の高輝度化の要求に応えるべく光源の光量を増大させると光量だけでなく熱量も大きくなり、偏光フィルムを構成する樹脂材料が変質するなどの劣化が起こるため、むやみ光量を増大することができなかった。
【０００３】そこで、特開２０００−３１４８０９号公報及び特開２０００−２０６５０７号公報では、ガラス基板の代わりにサファイア基板の表面に偏光フィルムを貼り付けた構造が提案されている。サファイアは、室温（２５℃）条件下において熱伝導率がガラス基板の１（Ｗ／ｍ・Ｋ）に対し４１（Ｗ／ｍ・Ｋ）と格段に高いため、光源の光量を上げてもサファイアが放熱板として機能するため偏光フィルムの劣化を抑えることが可能である。
【０００４】ところが、サファイア基板はガラス基板と比較してコストが約１０倍程度高価になることから一部の高級なプロジェクタ装置には使用されているものの、近年普及率が増加している安価な家庭用プロジェクタ装置においては高価なサファイア基板は使えないため光量の向上が課題となっていた。
【０００５】これに対して特開２００２−０１４４１９号公報においては、サファイア基板には及ばないもののガラス基板より１０数倍熱伝導率の優れた水晶基板を放熱板として用いたプロジェクタ装置が提案されている。水晶基板を用いた場合、サファイア基板の１／５〜１／３倍程度の価格で放熱板を実現することが可能である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】サファイア基板より安価になるとは言え、水晶基板はガラス基板と比較して２〜３倍の価格となるため、一般家庭用のプロジェクタ装置に使用する上では更なるコストダウンが要求される。一方で、スクリーンに投影した映像を高輝度にするだけでなく高鮮明にするという課題があり、その手法として光学系を大口径とするという手段が用いられる。光学系を大口径とするためには、光学系部品にも大面積化が要求されることになる。従って、放熱板に用いる水晶基板の大面積化も必要となっている。
【０００７】しかしながら、水晶基板の原料となる人工水晶の結晶体の育成には時間がかかり、工業用に最も利用されている人工水晶結晶体の結晶軸（Ｚ軸）方向の厚みが２０〜２５ｍｍ程度の結晶を得るためには２ヶ月程の育成期間を要する。近年、プロジェクタ用の光学部品として求められている放熱板用基板の寸法は一辺が３０〜４０ｍｍ程度のものであり、これに対応すべく大きな人工水晶結晶体を作ろうとすると４〜６ヶ月もの時間を要し材料コストが数倍にはね上がってしまうため、サファイア基板との比較においてコスト的なメリットが少なくなってしまうという問題が生じる。本発明は、以上の問題を解決したものであって、高輝度、高鮮明にすべく大口径にしたプロジェクタ装置に対応した大面積の放熱板の基板を水晶にて安価に実現すると共に、従前のサイズについても放熱板のコストダウンを図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】上記目的を達成するために本発明に係る弾性表面波フィルタの請求項１記載の発明は、水晶基板の主表面に樹脂製の光学フィルムを貼り付けた構造の光学部品であって、前記水晶基板の主表面と結晶のＸＹ平面とのなす角度θ（ｄｅｇ）が０＜θ＜４５であることを特徴とする光学部品である。請求項２記載の発明は、前記光学フィルムは偏光フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の光学部品である。請求項３記載の発明は、波長板を水晶基板で構成した光学部品であって、前記水晶基板の主表面と結晶のＸＹ平面とのなす角度θ（ｄｅｇ）が０＜θ＜４５であることを特徴とする光学部品である。請求項４記載の発明は、請求項１または３のいずれか一項に記載の光学部品を有する液晶プロジェクタである。
【発明の実施の形態】
【０００９】以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るプロジェクタ装置の構成を示したものである。光源１から出射された光は偏光発生素子２、波長板１２を通過して集光レンズ３で均一に集光、出射される。そして、ビームスプリッタプレート４（以下、ＢＭＰと称す）によって光を分解する。ＢＭＰは、プレートの斜面に多層膜を形成し光を透過光と反射光の２つに分離させる働きをもっている。ＢＭＰ４においては、赤色光（Ｒ）を透過させると共に、青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）を反射させ、ＢＭＰ５においては青色光（Ｂ）を透過させると共に、緑色光（Ｇ）を反射させる。光分離後、赤色光（Ｒ）及び青色光（Ｂ）は、反射ミラー６で反射され、入射側偏光フィルム８を通過し、透過型液晶９に入射する。そして、透過型液晶９から出射された赤色光（Ｒ）及び青色光（Ｂ）は、出射側偏光フィルム１０、波長板１２を透過後、合成プリズム１１に入射する。また、緑色光（Ｇ）は、入射側偏光フィルム８、透過型液晶９、出射側偏光フィルム１０を透過した後、合成プリズム１１に入射される。各色が合成プリズム１１に入射後、光が合成されスクリーン２０に画像が投影される。
【００１０】本実施形態では、入射側偏光フィルム８及び出射側偏光フィルム１０を貼り付けるための放熱板７として水晶基板を用いている。該水晶基板は、オートクレーブと呼ばれる育成炉で製造される人工水晶結晶体から作られる。図２は人工水晶結晶体の構造を示したものである。水晶は安定なＳｉＯ２単結晶からなる三方晶系であり、Ｒ面、ｒ面、ｍ面などの結晶面に囲まれて結晶が形成されていることは周知である。結晶構造は図示のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸であらわされ、Ｚ軸は結晶軸と呼ばれている。水晶基板として使うには人工水晶結晶体をある一定の角度で切断する必要がある。水晶基板の主表面とＸＹ平面とのなす角度をθとするとき、θ＝９０°即ち結晶軸に平行な主平面を有する水晶基板においては熱伝導率が最大となり、θ＝０°即ちＸＹ平面を主表面とする水晶基板は熱伝導率が最小となることが知られている。従って、水晶基板を光学部品の放熱板として用いる場合、結晶軸と平行な方向に切断して水晶基板を形成することが常識となっていた。
【００１１】ところが、図３に示すように結晶軸に対し平行な方向に切断した水晶基板は面積が大きくとれないため大口径な光学系部品に対応できない。この問題を解決すべく、人工水晶の育成期間を長くすることにより結晶軸方向の厚みを大きくして基板の面積を大きくする方法がある。しかしながら、工業用にもっとも利用されている放熱板の寸法である２０〜２５ｍｍにおいては２ヶ月程度で育成するが、大口径プロジェクタ装置用の放熱板とするべく３０〜４０ｍｍまで結晶軸方向を育成させようとすると４〜６ヶ月もかかってしまい製造コストが高くなってしまう。
【００１２】そこで、本願発明者は人工水晶結晶体を切断する際に、図４に示すように切断角θを９０°より小さくすることで従来の水晶結晶サイズから大面積な水晶基板が得られるのではないかと考えた。
【００１３】具体的には、従来の結晶軸方向の厚さ２０〜２５ｍｍの人工水晶の結晶体において、切断角θ（ｄｅｇ）を０＜θ＜４５の範囲にすることで、結晶軸方向の厚みが２０ｍｍ程度の人工水晶の結晶体であっても、３０〜４０ｍｍの大面積な水晶基板が多数枚得られる。従って、人工水晶結晶体の育成期間を増加させずに大面積な水晶基板が製造できるのでコストダウンに大きく寄与する。
【００１４】ここで、人工水晶結晶体の切断角と水晶基板の熱伝導率の関係について検討を行った。図５は室温（２５℃）条件下における人工水晶結晶体の切断角と水晶基板の熱伝導率の関係を示したものであり、横軸を人工水晶結晶体のＸＹ平面と水晶基板の主表面とのなす切断角θ（ｄｅｇ）を表しており、縦軸はその角度で切断した時の水晶基板の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を表している。同図より人工水晶結晶体の切断角がθ＝０°即ち結晶軸と垂直な方向に切断した時の水晶基板の熱伝導率は約６．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、切断角を大きくするにつれて熱伝導率は徐々に高くなり、切断角θ＝９０°即ち結晶軸と平行な方向に切断した時の水晶基板の熱伝導率は約１０．７（Ｗ／ｍ・Ｋ）と最大値をとる。従来のガラス基板の熱伝導率は１（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるから、どの切断角においても熱伝導率は水晶基板の方が数倍優れていることが分かる。
【００１５】以上のことから、人工水晶結晶体の切断角θ（ｄｅｇ）を０＜θ＜４５の範囲にすることで従来の水晶結晶サイズにおいても大面積な水晶基板が低コストで製造でき、また、結晶軸に対し平行な方向に切断した時よりも熱伝導率は多少劣るものの、ガラス基板より数倍高い熱伝導率が得られるので光量をあげて熱量が増加しても効率よく熱を放出することができる。また、大きな水晶基板に光学フィルムを貼り付けた後、小分けに分割することで従前より用いられている小口径の光学部品を所謂バッチ処理にて製造可能となることから小サイズの光学部品のコスト低減をも実現できる。
【００１６】これまで、０＜θ＜４５の切断角θ（ｄｅｇ）を有する水晶基板を放熱板として使用する場合についてのみ説明してきたが、他の実施例として波長板にこの水晶基板を適用した例について説明する。位相をずらすことで光の偏光状態を変化させる働きをもつ波長板は、発散もしくは収束光において位相差にばらつきがあると、光の中央と端の部分で光量にばらつきが生じる可能性があるため、入射角度依存性の高い波長板が要求されている。そこで、切断角θ（ｄｅｇ）を０＜θ＜４５とした水晶基板を用いた波長板の入射角度依存性について検討を行った。１／２λ波長板１３における光の発散方向を図６（ａ）に示すような角度で表し、各発散方向における入射角度依存性を図６（ｂ）に示している。いずれの発散方向においても位相差は入射角度が変化しても１８０°からほとんど変わらないことから入射角度依存性が非常に優れていることが分かる。従って、切断角θ（ｄｅｇ）を０＜θ＜４５とした水晶基板を波長板として用いれば、大面積で入射角度依存性の優れた波長板を実現でき、且つ、高い量産効果が得られるので低コストで部品を提供できる。
【００１７】また、光学系レンズ、ビームスプリッタプレート、透過系液晶などの光学系部品においても本発明の水晶基板を適用できることはいうまでもない。
【発明の効果】
【００１８】以上、説明したように本発明によればプロジェクタ装置の光学系部品において、水晶基板を用いることにより放熱効果が向上し、また、基板面積が大きく得られるよう人工水晶結晶体の切断角度を調整したので、小サイズの人工水晶結晶体においても大面積な水晶基板が多数枚得られるので低コストな光学部品を提供でき、高輝度、高鮮明なプロジェクタ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロジェクタ装置の構造を示した図である。
【図２】人工水晶の結晶構造の斜視図である。
【図３】人工水晶を切断角θ＝９０°で切断した時の図であり、（ａ）に斜視図、（ｂ）に断面図を示す。
【図４】人工水晶を切断角θで切断した時の図であり、（ａ）に斜視図、（ｂ）に断面図を示す。
【図５】人工水晶結晶体の切断角と水晶基板の熱伝導率の関係を示したグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例に係る１／２波長板において、（ａ）は光の発散方向を角度で表した図であり、（ｂ）は発散方向における入射角度依存性の関係を示した図である。
【符号の説明】
１…光源
２…偏光発生素子
３…集光レンズ
４、５…ビームスプリッタプレート
６…反射ミラー
７…放熱板
８…入射側偏光フィルム
９…透過型液晶
１０…出射側偏光フィルム
１１…合成プリズム
１２…波長板
１３…１／２波長板
２０…スクリーン
【図１】
2004258221.tif 000003
【図２】
2004258221.tif 000004
【図３】
2004258221.tif 000005
【図４】
2004258221.tif 000006
【図５】
2004258221.tif 000007
【図６】
2004258221.tif 000008