(57)【要約】【課題】製造が容易で耐熱性に優れた偏光子を提供すること、この偏光子を容易に製造する方法を提供すること、この偏光子を備えた投射型液晶表示装置を提供すること。【解決手段】偏光子１を、透光性の基板２と、当該基板２上に規則的に配列された遮光性の針状磁性体３ａの集合からなるグリッド３と、基板２上に針状磁性体３ａを固定する透光性の被膜４とから構成する。基板２に対する針状磁性体３ａの規則配列は、針状磁性体３ａを含む原料液を基板２の片面に塗布した後、原料液が塗布された基板２に磁場又は電場を印加することにより行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の基板と、当該基板上に規則配列された遮光性の針状磁性体の集合からなるグリッドと、前記基板上に前記針状磁性体を固定する透光性の被膜とを備えたことを特徴とする偏光子。
【請求項２】
前記基板及び被膜が、耐熱性合成樹脂材料又はガラス材料からなることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項３】
前記針状磁性体は、幅又は直径が透過する光の波長の１／４乃至１／５であることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項４】
前記基板の前記針状磁性体が固定された面とは反対側の面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項５】
基板上に遮光性の針状磁性体を分散する工程と、当該針状磁性体が分散された前記基板に磁場を印加し、基板上に前記針状磁性体を規則配列させる工程と、当該規則配列された針状磁性体を前記基板の表面に固定する工程とを含むことを特徴とする偏光子の製造方法。
【請求項６】
前記基板上に遮光性の針状磁性体を分散する工程において、紫外線硬化樹脂又はゾルゲル法により製造されたガラス中に前記針状磁性体を分散された原料液を前記基板上に塗布することを特徴とする請求項５に記載の偏光子の製造方法。
【請求項７】
光源ランプと、前記光源ランプからの光を分離する偏光子と、前記偏光子により分離された光が透過する液晶パネルと、前記液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投射レンズとを備えた投射型液晶表示装置において、
前記偏光子として、透光性の基板と、当該基板上に規則配列された遮光性の針状磁性体と、前記基板上に前記針状磁性体を固定する透光性の被膜とを備えたものを用いたことを特徴とする投射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光子及びその製造方法並びに偏光子を備えた投射型液晶表示装置に係り、特に、偏光子の耐熱性の改善手段及び製造コストの低減手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スクリーン上に画像を拡大投影する装置として、従来のスライドプロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタに代わり、電子データを直接スクリーン上に投影する投射型液晶表示装置が普及しつつある。投射型液晶表示装置は、従来のスライドプロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタに比べて投影画像の照度が高く、明るい室内でも画像の投影が可能であることを特徴とするものであり、より高照度でより高精細な画像の投影を可能にするため、投射レンズの改良、高輝度ランプの改良、液晶パネルを均一に照明するためのインテグレータレンズの改良、及び偏光方向を揃えて光の利用効率を向上するための偏光変換光学系の改良等が現在も進められている。
【０００３】
投射型液晶表示装置には、高照度の投影画像を投射するために超高圧水銀ランプ等の高輝度ランプが用いられるので、レンズ類や偏光子などの光学素子には耐熱性に優れることが特に要求される。従来より、耐熱性に優れた偏光子として、図６に示すように、透光性の基板１０１上に線幅が１００ｎｍ程度の多数の金属細線１０２を１００ｎｍ程度の間隔で平行に配列してなるワイヤグリッド型偏光子が開発されている。
【０００４】
ワイヤグリッドを構成する金属細線１０２は、基板１０１上に真空蒸着法やスパッタ法にて形成されたアルミニウム等の金属層にエッチング処理を施し、線間に相当する部分の金属層を選択的に除去することにより形成される（例えば、特許文献１参照。）。また、金属細線１０２の間に形成される凹部に基板と同程度の屈折率を有する材料を充填する方法も従来より提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
グリッドが金属細線１０２からなるワイヤグリッド型偏光子は、高輝度ランプの光熱によってグリッドが劣化しないので、耐熱性に優れる。
【特許文献１】特表２００３−５０２７０８号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、ワイヤグリッド型偏光子は、ワイヤグリッドの形成に際し、個々のの製品ごとにエッチング処理を行う必要があるので、大量生産に適さず、製品コストが高価になるという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたワイヤグリッド型偏光子のように、金属細線１０２の間に基板と同程度の屈折率を有する材料を充填したものは、高温において長時間使用すると、基板１０１と金属細線１０２と充填剤との熱膨張率差に起因する熱応力により、基板１０１から金属細線１０２が剥離されやすいという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、製造が容易で耐熱性に優れた偏光子を提供すること、耐熱性に優れた偏光子を容易に製造する方法を提供すること、及び製造が容易で耐熱性に優れた偏光子を備えた投射型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するため、偏光子については、透光性の基板と、当該基板上に規則配列された遮光性の針状磁性体の集合からなるグリッドと、前記基板上に前記針状磁性体を固定する透光性の被膜とを備えるという構成にした。
【００１０】
磁性体は、金属又は合金材料若しくはセラミクスからなり、それ自体が耐熱性に優れるので、これを用いてグリッドが形成された偏光子は、ワイヤグリッド型偏光子と同等又はそれ以上に耐熱性に優れる。また、針状の磁性体は、基板上に分散した状態で磁場を印加すると、磁場の向きに整列し所要のグリッドパターンを形成することができるので、エッチング処理によるグリッドパターンの形成に比べてグリッドパターンの形成を容易化することができ、偏光子の量産性を向上できると共にその製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記構成の偏光子において、前記基板及び被膜が、耐熱性合成樹脂材料又はガラス材料からなるという構成にした。
【００１２】
基板材料及び被膜材料として耐熱性合成樹脂材料又はガラス材料を用いると、グリッドの耐熱性が高いことと相俟って偏光子の耐熱性を一段と高めることができるので、高温下で長時間使用しても偏光子の性能低下を防止することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記構成の偏光子において、前記針状磁性体は、幅又は直径が透過する光の波長の１／４乃至１／５であるという構成にした。
【００１４】
針状磁性体の幅又は直径を透過する光の波長の１／４乃至１／５とし、かつ、基板上に配列される針状磁性体の幅方向の間隔を透過する光の波長の１／４乃至１／５にすると、偏光子の偏光効率を最大にすることができるので、高性能の偏光子を得ることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記構成の偏光子において、前記基板の前記針状磁性体が固定された面とは反対側の面に反射防止膜が形成されているという構成にした。
【００１６】
このようにすると、基板の針状磁性体が固定された面とは反対側の面における反射が防止されるので、入射光の偏光効率をより高めることができ、高性能の偏光子を得ることができる。
【００１７】
一方、本発明は、前記の課題を解決するため、偏光子の製造方法については、基板上に遮光性の針状磁性体を分散する工程と、当該針状磁性体が分散された前記基板に磁場を印加し、基板上に前記針状磁性体を規則配列させる工程と、当該規則配列された針状磁性体を前記基板の表面に固定する工程とを含むという構成にした。
【００１８】
基板上に任意の方向に動作できるように分散された針状の磁性体は、磁場を印加することによって印加された磁場の向きに整列させることができるので、印加する磁場又は電場の向きを調整することにより、基板上に針状の磁性体の集合からなる所望のグリッドパターンを形成することができる。したがって、エッチング処理によってグリッドパターンの形成に比べてグリッドパターンの形成を容易化することができ、偏光子の量産性の向上とその製造コストの低減を図ることができる。
【００１９】
また、本発明は、前記構成の偏光子の製造方法において、前記基板上に遮光性の針状磁性体を分散する工程は、紫外線硬化樹脂又はゾルゲル法により製造されたガラス中に前記針状磁性体を分散された原料液を前記基板上に塗布するという構成にした。
【００２０】
針状磁性体が分散された原料液を基板上に塗布すると、針状磁性体を単独で基板上に散布する場合に比べて基板上に針状磁性体を均一に分散させることができるので、所望のグリッドパターンの形成が容易になる。また、針状磁性体を紫外線硬化樹脂又はゾルゲル法により製造されたガラス中に分散すると、所望のグリッドパターンの形成後に紫外線硬化樹脂又はガラスを固化するだけで基板に対するグリッドパターンの固定を終了することができるので、偏光子の製造をより容易なものにすることができる。
【００２１】
さらに、本発明は、前記の課題を解決するため、投射型液晶表示装置については、光源ランプと、前記光源ランプからの光を分離する偏光子と、前記偏光子により分離された光が透過する液晶パネルと、前記液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投射レンズとを備えた投射型液晶表示装置において、前記偏光子として、透光性の基板と、当該基板上に規則配列された遮光性の針状磁性体と、前記基板上に前記針状磁性体を固定する透光性の被膜とを備えたものを用いるという構成にした。
【００２２】
透光性の基板と、当該基板上に規則配列された遮光性の針状磁性体と、前記基板上に前記針状磁性体を固定する透光性の被膜とからなる偏光子は、耐熱性に優れるので、この偏光子を備えると、投射型液晶表示装置の耐久性を向上でき、さらにはより高輝度の光源ランプの搭載が可能になって投影画像の照度を高めることができる。また、前記構成の偏光子は、安価に製造することができるので、この偏光子を備えることにより、投射型液晶表示装置の製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の偏光子は、グリッドを基板上に規則配列された遮光性の針状磁性体の集合から構成したので、ワイヤグリッド型偏光子と同等又はそれ以上の耐熱性を有すると共に、基板上に分散された針状の磁性体に磁場を印加するだけで所望のグリッドパターンを形成することができるので、エッチング処理によるグリッドパターンの形成に比べてグリッドパターンの形成を容易化することができ、偏光子の量産性を向上することができて、その製造コストを低減することができる。
【００２４】
本発明の偏光子の製造方法は、基板上に遮光性の針状磁性体を分散した後に、当該針状磁性体が分散された基板に磁場を印加することにより基板上に針状磁性体を規則配列させるので、エッチング処理によってグリッドパターンの形成に比べてグリッドパターンの形成を容易化することができ、偏光子の量産性の向上とその製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
本発明の投射型液晶表示装置は、透光性の基板と、当該基板上に規則配列された遮光性の針状磁性体と、前記基板上に前記針状磁性体を固定する透光性の被膜とからなる安価にして耐熱性に優れた偏光子を備えるので、投射型液晶表示装置の製造コストを低減できるばかりでなく、投射型液晶表示装置の耐久性を向上でき、さらにはより高輝度の光源ランプの搭載が可能になって投影画像の照度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、本発明に係る偏光子の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る偏光子の平面図、図２は実施形態例に係る偏光子の側面図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、本例の偏光子１は、透光性の基板２と、当該基板２上に規則配列された遮光性の針状磁性体３ａの集合からなるグリッド３と、基板２上に針状磁性体３ａを固定する透光性の被膜４と、基板２の針状磁性体３ａが固定された面とは反対側の面に形成された反射防止膜５とからなる。
【００２８】
基板２は、透光性の硬質材料をもって形成される。透光性で所要の硬質を有する材料としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、フェノール樹脂、ノルボンネン系非晶質ポリオレフィン樹脂等の合成樹脂材料や、青板ガラス、白板ガラス、サファイアガラス等のガラス材料を挙げることができる。前記樹脂材料の中では、高い耐熱性を有し、かつ光の透過性にも優れているので、ポリカーボネート樹脂が基板材料として特に好ましい。また、ポリイミド樹脂及びノルボンネン系非晶質ポリオレフィン樹脂も高い耐熱性を有することから、基板材料として好適である。
【００２９】
基板２の厚さは、必要に応じて任意に設定できるが、通常は０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは０．７ｍｍ〜１．１ｍｍである。また、基板２の平面形状及び平面サイズも必要に応じて任意に設定することができ、一辺が１０ｍｍ〜１００ｍｍの長方形又は正方形若しくは径が５ｍｍ〜１００ｍｍの円形又は楕円形に形成することができる。
【００３０】
グリッド３は、図１及び図２に示すように、針状磁性体３ａを基板２の縦方向及び横方向に縞状に配列してなる。針状磁性体３ａは、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金又は磁性セラミクスなどの磁性材料からなり、高い偏光効率を得るため、幅又は直径が透過する光の波長の１／４乃至１／５の針状に形成されている。また、隣接して配置される針状磁性体列の間に形成される光透過部３ｂの幅も、高い偏光効率を得るため、透過する光の波長の１／４乃至１／５に形成される。
【００３１】
被膜４は、グリッド３を基板２に固定するためのものであって、透光性の耐熱性合成樹脂材料又はガラス材料をもって形成される。当該被膜４を形成するための合成樹脂材料としては紫外線硬化樹脂を挙げることができ、またガラス材料としてはゾルゲル法により製造されたガラスを挙げることができる。
【００３２】
反射防止膜５は、基板２の針状磁性体３ａが固定された面とは反対側の面における光の反射を防止し、入射光の偏光効率をより高めるものであり、金属、金属酸化物又は金属フッ化物等からなる反射防止膜材料を定法にしたがって基板表面に被着することにより形成される。金属反射防止膜材料としては、銀などを挙げることができる。また、金属酸化物反射防止膜材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムなどを挙げることができる。さらに、金属フッ化物反射防止膜材料としては、フッ化マグネシウムなどを挙げることができる。この反射防止膜５は、単層であっても多層であっても良い。
【００３３】
本例の偏光子１は、グリッド３を基板２上に規則配列された遮光性の針状磁性体３ａの集合から構成したので、ワイヤグリッド型偏光子と同等又はそれ以上の耐熱性を有すると共に、基板２上に分散された針状の磁性体３ａに磁場を印加するだけで所望のグリッドパターンを形成することができるので、エッチング処理によるグリッドパターンの形成に比べてグリッドパターンの形成を容易化することができ、量産性及び低コスト性に優れる。
【００３４】
次に、実施形態例に係る偏光子の製造方法を図３及び図４に基づいて説明する。図３は実施形態例に係る偏光子の製造手順を示すフロー図、図４は針状磁性体の規則配列方法を示す説明図である。
【００３５】
図３に示すように、本例の偏光子製造方法は、偏光子１の構成材料である基板２、針状磁性体３ａ、被膜材料（例えば、紫外線硬化樹脂又はゾルゲル法により製造されたガラス）及び反射防止膜材料（例えば、金属、金属酸化物又は金属フッ化物）を調製する工程（手順Ｓ１）と、基板２の片面に反射防止膜５を形成する工程（手順Ｓ２）と、被膜材料中に針状磁性体３ａを分散して原料液を調製する工程（手順Ｓ３）と、調製された原料液を基板２の反射防止膜５が形成されていない面に均一に塗布する工程（手順Ｓ４）と、原料液が塗布された基板２に磁場を印加し、基板２上に針状磁性体３ａを規則配列させる工程（手順Ｓ５）と、被膜材料を固化し規則配列された針状磁性体３ａを基板２の表面に固定する工程（手順Ｓ６）とを含んで構成される。
【００３６】
調製された原料液を基板２上に均一に塗布する手段としては、スピン塗布やスプレー塗布を用いることができる。また、被膜材料の固化は、紫外線の照射や加熱など、被膜材料の種類に応じた適宜の方法で行われる。
【００３７】
針状磁性体３ａは、図４に示すように、原料液が均一に塗布された基板２の対向する辺に沿って電磁石又は永久磁石Ａ，Ｂを配置し、ＡＢ方向に磁場を印加することによって規則配列される。
【００３８】
反射防止膜５の形成は、基板２の針状磁性体３ａ及び被膜４が形成された面とは反対側の面に反射防止膜材料をスパッタリングすることによって行われる。
【００３９】
本例の偏光子１の製造方法は、基板２上に遮光性の針状磁性体３ａを分散した後に、当該針状磁性体３ａが分散された基板２に磁場を印加することにより基板２上に針状磁性体３ａを規則配列させ、所要のグリッドパターンを形成するので、エッチング処理によってグリッドパターンの形成に比べてグリッドパターンの形成を容易化することができ、偏光子１の量産性の向上とその製造コストの低減を図ることができる。
【００４０】
次に、本発明に係る投射型液晶表示装置の実施形態例を図５に基づいて説明する。図５は実施形態例に係る投射型液晶表示装置の光学回路図である。
【００４１】
図５に示すように、本例の投射型液晶表示装置は、３板式液晶プロジェクタであって、白色光１０ａを発光する白色光源１１と、インテグレータレンズ１２，１３と、白色光１０ａをＳ偏光及びＰ偏光に分離する偏光子１と、白色光１０ａを波長が異なる３つの光１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに分離するダイクロイックミラー１４，１５と、これら３つの光１０ｂ，１０ｃ，１０ｄをそれぞれ個別に透過する３つの液晶パネル１６，１７，１８と、液晶パネル１６，１７，１８を透過した３つの光１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを合成するダイクロイックプリズム１９と、投射レンズ２０と、光学部品としてのミラー２１，２２，２３，２４と、リレーレンズ２５，２６とから構成されている。前記白色光源１１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの高輝度ランプ１１ａと、高輝度ランプ１１ａからの光を集光する楕円鏡１１ｂとからなる。また、前記偏光子１は、図１及び図２に図示したものであって、これらの図から明らかなように、透光性の基板２と、当該基板２上に規則的に配列された遮光性の針状磁性体３ａの集合からなるグリッド３と、基板２上に針状磁性体３ａを固定する透光性の被膜４と、基板２の針状磁性体３ａが固定された面とは反対側の面に形成された反射防止膜５とからなる。
【００４２】
白色光源１１から照射される白色光１０ａは、楕円鏡１１ｂで集光されるので明るさにむらがある。インテグレータレンズ１２，１３は、白色光１０ａの光束を分割・合成して明るさのむらを均一化する。インテグレータレンズ１２，１３を透過した白色光１０ａは、液晶パネル１６，１７，１８におけるロスを減少させるために偏光子１にて同じ方向の直線偏光に揃えられ、ミラー２１を介してダイクロイックミラー１４，１５に入射される。これにより、白色光１０ａは、青色光１０ｂ、緑色光１０ｃ及び赤色光１０ｄに分けられる。青色光１０ｂはリレーレンズ２５、ミラー２２、リレーレンズ２６及びミラー２３を介して液晶パネル１６に入射され、緑色光１０ｃはダイクロイックミラー１５より液晶パネル１７に入射され、赤色光１０ｄは、ミラー２４を介して液晶パネル１８に入射される。液晶パネル１６，１７，１８を透過した青色光１０ｂ、緑色光１０ｃ及び赤色光１０ｄは、ダイクロイックプリズム１９によって合成され、投射レンズ２０を介して図示しないスクリーンに投写される。
【００４３】
本例の投射型液晶表示装置は、透光性の基板２と、当該基板２上に規則配列された遮光性の針状磁性体３ａと、前記基板２上に前記針状磁性体３ａを固定する透光性の被膜４とからなる安価にして耐熱性に優れた偏光子１を備えるので、投射型液晶表示装置の製造コストを低減することができ、また、投射型液晶表示装置の耐久性を向上でき、さらには、より高輝度の光源ランプの搭載が可能になって投影画像の照度を高めることができる。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明に係る偏光子のより具体的な実施例を示し、その効果を明らかにする。
【００４５】
〈実施例１〉
厚さ１．０ｍｍのガラス基板の片面に、Ｔａ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜とを２層に積層した反射防止膜を形成した。
【００４６】
次に、前記ガラス基板の前記反射防止膜が形成されていない面に、以下の手順で針状磁性体を規則配列してなるグリッドを形成した。
【００４７】
即ち、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４にＨ２Ｏ及びＨＣｌのアルコール溶液を添加し、このアルコキシド−水−酸−アルコールの溶液を室温〜８０℃の環流下で攪拌して、アルコキシドの加水分解と重縮合とを行わせた。こうして得られた溶液はゾルとなる。このゾルに長さ１５０ｎｍ、幅１００ｎｍの針状磁性体を投入して攪拌し、前記ガラス基板の反射防止膜が形成されていない面に塗布した。塗布後、前記ガラス基板の対向する２辺の方向に５０００（Ｏｅ）の磁場を印加しつつ、前記ガラス基板を４００℃で加熱処理し、所要の偏光子１を得た。
【００４８】
このようにして得られた偏光子１を図５の３板式液晶プロジェクタに取り付け、白色光源１１を１０００時間投射する実験を行った。その結果、偏光子１の外観に何らの損傷も見られず、投影される画像についても何ら表示品質の低下が見られなかった。
【００４９】
〈実施例２〉
厚さ１．０ｍｍのガラス基板の片面に、Ｔａ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜とを２層に積層した反射防止膜を形成した。
【００５０】
次に、前記ガラス基板の前記反射防止膜が形成されていない面に、以下の手順で針状磁性体を規則配列してなるグリッドを形成した。
【００５１】
即ち、紫外線硬化樹脂ダイキュアクリアＳＤ−２４０７（大日本インキ科学工業株式会社製）に長さ１５０ｎｍ、幅１００ｎｍの針状磁性体を投入して攪拌し、これを前記ガラス基板の反射防止膜が形成されていない面に塗布した。塗布後、前記ガラス基板の対向する２辺の方向に５０００（Ｏｅ）の磁場を印加しつつ、前記紫外線硬化樹脂に波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、所要の偏光子１を得た。
【００５２】
このようにして得られた偏光子１を図５の３板式液晶プロジェクタに取り付け、白色光源１１を１０００時間投射する実験を行った。その結果、偏光子１の外観に何らの損傷も見られず、投影される画像についても何ら表示品質の低下が見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態例に係る偏光子の平面図である。
【図２】実施形態例に係る偏光子の側面図である。
【図３】実施形態例に係る偏光子の製造手順を示すフロー図である。
【図４】針状磁性体の規則配列方法を示す説明図である。
【図５】実施形態例に係る投射型液晶表示装置の光学回路図である。
【図６】従来例に係る偏光子の斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    偏光子
２    基板
３    グリッド
３ａ    針状磁性体
４    被膜
５    反射防止膜
１１    白色光源
１２，１３    インテグレータレンズ
１４，１５    ダイクロイックミラー
１６，１７，１８    液晶パネル
１９    ダイクロイックプリズム
２０    投射レンズ
２１，２２，２３，２４    ミラー
２５，２６    リレーレンズ
【図１】
2005316105.tif 000003
【図２】
2005316105.tif 000004
【図３】
2005316105.tif 000005
【図４】
2005316105.tif 000006
【図５】
2005316105.tif 000007
【図６】
2005316105.tif 000008