(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導度の大きいサファイア透明体を用いることなく放熱性を向上させた液晶表示素子及び同素子を用いた液晶プロジェクタ装置を提供する。【解決手段】液晶表示素子に光を照射して画像を投影する液晶プロジェクタ装置において、液晶表示素子３ａは、液晶１０を挟んで対向させた駆動基板１１と対向基板１２とに貼着した防塵基板１３，１４のうち、少なくとも一方の防塵基板に水晶を用いるとともに、この水晶の少なくとも一方の表面に反射防止膜１９，２０を形成する。さらに、水晶で構成した防塵基板１３，１４は、水晶のＣ軸と平行の透光面を有するようにする。また、特に入射側の防塵基板を少なくとも一方の表面に反射防止膜を設けた水晶で構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶を挟んで対向させた駆動基板と対向基板とに防塵基板を貼着した液晶表示素子において、
少なくとも一方の前記防塵基板に水晶を用いるとともに、この水晶の少なくとも一方の表面に反射防止膜を形成したことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記水晶で構成した前記防塵基板は、前記水晶のＣ軸と平行の透光面を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記水晶で構成した前記防塵基板は、少なくとも入射側の防塵基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記水晶で構成した前記防塵基板は、前記水晶のＣ軸方向またはＣ軸投影方向と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内として前記駆動基板及び／または前記対向基板に貼着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記水晶で構成した前記防塵基板は、前記水晶のＣ軸と直行する軸と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内として前記駆動基板及び／または前記対向基板に貼着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記水晶で構成した前記防塵基板は、前記水晶のＣ面と透過すべき偏光の透過方向に垂直な面との成す角度が±２°以内として前記駆動基板及び／または前記対向基板に貼着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
液晶表示素子に光を照射して画像を投影する液晶プロジェクタ装置において、
前記液晶表示素子は、液晶を挟んで対向させた駆動基板と対向基板とに貼着した防塵基板うち、少なくとも一方の前記防塵基板に水晶を用いるとともに、この水晶の少なくとも一方の表面に反射防止膜を形成したことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子及び同素子を用いた液晶プロジェクタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子に所要の画像を表示させ、この液晶表示素子の一方から光を照射することによって画像を投影する液晶プロジェクタ装置が知られている。
【０００３】
このような液晶プロジェクタ装置では、昨今、画質向上の要求にともなって光源にメタルハライドランプやキセノンランプ等の高出力のランプが使用されており、光の照射にともなって液晶表示素子が加熱して特性低下が生じることを抑制するために、液晶表示素子を冷却する冷却手段が設けられている。
【０００４】
このような冷却手段の一つとして、冷却ファンにより熱を帯びた空気を排気したり、あるいは液晶表示素子に冷却風を送気したりして冷却する方法があるが、光源のランプの高出力化にともなって冷却ファンだけの冷却能力では不十分となっていた。
【０００５】
そこで、液晶表示素子の入射側及び／または出射側に貼着している防塵基板に、熱伝導度の大きい放熱ガラスを用いることにより放熱性を向上させることが行われており、特に、放熱ガラスとして酸化物透明体であるサファイア透明体を用いた場合には、このサファイア透明体の熱伝導度が４２Ｗ／ｍ・Ｋと極めて大きいことから、十分な冷却が可能となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第２３０９１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、サファイア透明体を用いた場合には、サファイア透明体の硬度が高く、光学研磨及び切断等の加工が難しいために、サファイア透明体が一般的な放熱ガラスと比較して高価であるために製造コストが高騰し、液晶表示素子及び同素子を用いた液晶プロジェクタ装置を低価格で提供することが極めて困難となっていた。
【０００７】
そこで、本発明者は、サファイア透明体を用いることなく放熱性を向上させるように研究開発を行い、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液晶表示素子では、液晶を挟んで対向させた駆動基板と対向基板とに防塵基板を貼着した液晶表示素子において、少なくとも一方の防塵基板に水晶を用いるとともに、この水晶の少なくとも一方の表面に反射防止膜を形成した。
【０００９】
また、水晶で構成した防塵基板は、水晶のＣ軸と平行の透光面を有することにも特徴を有し、少なくとも入射側の防塵基板を、少なくとも一方の表面に反射防止膜を形成した水晶で構成した防塵基板としていることにも特徴を有するものである。
【００１０】
さらに、水晶で構成した前記防塵基板は、水晶のＣ軸方向またはＣ軸投影方向と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内として、または、水晶のＣ軸と直行する軸と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内として、または、水晶のＣ面と透過すべき偏光の透過方向に垂直な面との成す角度が±２°以内として駆動基板及び／または対向基板に貼着したことにも特徴を有するものである。
【００１１】
また、本発明の液晶プロジェクタ装置では、液晶表示素子に光を照射して画像を投影する液晶プロジェクタ装置において、液晶表示素子は、液晶を挟んで対向させた駆動基板と対向基板とに貼着した防塵基板うち、少なくとも一方の防塵基板に水晶を用いるとともに、この水晶の少なくとも一方の表面に反射防止膜を形成した。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、液晶を挟んで対向させた駆動基板と対向基板とに防塵基板を貼着した液晶表示素子において、少なくとも一方の防塵基板に水晶を用いるとともに、この水晶の少なくとも一方の表面に反射防止膜を形成したことによって、放熱性の高い防塵基板を低コストで形成することができるので、サファイア透明体を用いた場合よりも液晶表示素子の製造コストを低減させることができる。しかも、所要の冷却効果を得ることができるので、液晶表示素子の長寿命化を図ることができる。さらに、反射防止膜を形成していることによって、照射された光の反射による損失を低減させて可視光領域以上の直線透過率を高めることができるとともに、水晶で構成した防塵基板の熱膨張の均質化を図ることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、水晶で構成した防塵基板が水晶のＣ軸と平行の透光面を有することによって、水晶の伝熱性を効率よく利用することができ、液晶表示素子の冷却効率を向上させることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、水晶で構成した防塵基板を少なくとも入射側の防塵基板として用いたことによって、液晶表示素子において最も高温となる領域の放熱性を向上させて液晶表示素子を冷却することができ、液晶表示素子を効率よく冷却することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、水晶で構成した防塵基板を、水晶のＣ軸方向またはＣ軸投影方向と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内として駆動基板及び／また記対向基板に貼着したことによって、水晶の複屈折による偏光特性への悪影響の生起を抑止できる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、水晶のＣ軸と直行する軸と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内として駆動基板及び／または対向基板に貼着したことによって、水晶の複屈折による偏光特性への悪影響の生起を抑止できる。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、水晶のＣ面と透過すべき偏光の透過方向に垂直な面との成す角度が±２°以内として駆動基板及び／または対向基板に貼着したことによって、水晶の複屈折による偏光特性への悪影響の生起を抑止できる。
【００１８】
請求項７記載の発明によれば、液晶表示素子に光を照射して画像を投影する液晶プロジェクタ装置において、液晶表示素子は、液晶を挟んで対向させた駆動基板と対向基板とに貼着した防塵基板うち、少なくとも一方の防塵基板に水晶を用いるとともに、この水晶に反射防止膜を形成したことによって、放熱性の高い防塵基板を低コストで形成することができるので、液晶表示素子の製造コストを低減させて液晶プロジェクタ装置の製造コストを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の液晶表示素子及び同素子を用いた液晶プロジェクタ装置では、液晶を挟んで対向させた駆動基板と対向基板とに防塵基板を貼着した液晶表示素子において、少なくとも一方の防塵基板に水晶を用いているものである。
【００２０】
このように、防塵基板にサファイア透明体よりも安価な水晶を用いることによって、液晶表示素子及び液晶プロジェクタの製造コストを低減させることができる。
【００２１】
特に、水晶には、少なくとも一方の表面に屈折率の異なる薄膜、たとえばSiO2膜、TiO2膜、ZrO2膜、MgF2膜等を適宜積層して形成した反射防止膜を設けている。
【００２２】
このように反射防止膜を設けた場合には、照射された光の反射による損失を低減させて可視光領域以上の直線透過率を高めることができるとともに、水晶で構成した防塵基板の熱膨張の均質化を図ることができ、防塵基板の熱膨張にともなう液晶ギャップ変動による画質劣化を抑止できる。
【００２３】
さらに、水晶で構成した防塵基板が水晶のＣ軸と平行の透光面を有するように構成した場合には、水晶の熱伝導率がＣ軸と平行な方向に優れていることにより、透光面に沿った速やかな熱拡散を生起して液晶表示素子を効率よく冷却することができる。
【００２４】
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。
【００２５】
図１は、本実施形態の液晶プロジェクタ装置の概略説明図である。液晶プロジェクタ装置には、光源となるメタルハライドランプやキセノンランプ等の高出力のランプ１と、このランプ１から照射された光をグリーン(Green)光、レッド(Red)光、ブルー(Blue)光に分離するダイクロイックミラー２と、このダイクロイックミラー２で分離された各光の透光・遮光を制御して所要の画像を形成する画像形成部３と、この画像形成部３でそれぞれ形成された画像を合成するダイクロイックプリズム４と、このダイクロイックプリズム４で合成された画像を拡大投射する投射レンズ５とを設け、これらを所要のケーシング内に収容して液晶プロジェクタ装置を構成している。
【００２６】
図１中、６はランプから照射された光の単位面積あたりの光量を均一化するフライアイレンズ、７はフライアイレンズで均一化された光の偏光をそろえるＰＳ分離合成板である。また、８は所要の光をそれぞれ屈折させるミラーである。
【００２７】
さらに、図示していないが、液晶プロジェクタ装置のケーシング内には、ケーシング内の熱を帯びた空気を排気する冷却ファン、またはケーシング内に外気を吸引してケーシング内部を冷却する冷却ファンを設けている。
【００２８】
画像形成部３は、液晶表示素子3aと、この液晶表示素子3aの入射側に設けた入射側偏光板3bと、液晶表示素子3aの出射側に設けた出射側偏光板3cとで構成しており、液晶表示素子3aは、図示していない制御部から入力された制御信号に基づいて液晶による偏光状態を変化させることにより透光・遮光を制御している。
【００２９】
図２は、液晶表示素子3aの断面模式図であり、液晶表示素子3aは、液晶10を挟んで対向させた駆動基板11と対向基板12と、駆動基板11に透明接着剤を介して貼着した駆動基板側防塵基板13と、対向基板12に透明接着剤を介して貼着した対向基板側防塵基板14と、このように駆動基板側防塵基板13、駆動基板11、対向基板12、対向基板側防塵基板14を重合させた重合体を収容する金属製の支持フレーム15とで構成している。
【００３０】
石英ガラス材で構成した駆動基板11には、図示しない所要の回路、画素電極及び液晶配向膜を形成し、必要に応じて液晶配向膜の液晶配向処理を行っている。
【００３１】
また、石英ガラス材や透明結晶化ガラス（日本電気硝子製ネオセラム（登録商標）等）材等で構成した対向基板12には、図示しない共通電極層及び液晶配向膜を形成し、必要に応じて液晶配向膜の液晶配向処理を行っている。
【００３２】
そして、駆動基板11と対向基板12とを所定の間隔で重ね合わせてシールすることにより空セルを形成し、この空セルに液晶を注入して封止した後に、必要に応じて液晶を所要の配向状態とする配向液晶配向熱処理を行って液晶パネルを形成している。
【００３３】
この液晶パネルの駆動基板11にはレキシブル基板で構成した配線基板16を接続して、この配線基板16を介して図示しない制御部から出力された制御信号を駆動基板11に入力し、この制御信号に基づいて駆動基板11に設けた画素電極と、対向基板12に設けた共通電極層との間に所要の電位を印加して、駆動基板11と対向基板12との間に封入した液晶10の液晶分子を駆動させている。
【００３４】
図２中、17は駆動基板側防塵基板13を駆動基板11に貼着した際に硬化した透明接着剤からなる第１接着層であり、18は対向基板側防塵基板14を対向基板12に貼着した際に硬化した透明接着剤からなる第２接着層である。
【００３５】
駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14には、平板状に形成した水晶を用いている。
【００３６】
特に、本実施形態では、駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14には、水晶のＣ軸と平行にカットすることによりＣ軸と平行の透光面を有する水晶製平板を用いている。
【００３７】
水晶は、Ｃ軸と平行な方向の熱伝導度が約１２Ｗ／ｍ・℃であって、Ｃ軸と直交する方向の熱伝導度が約６．８Ｗ／ｍ・℃であるために、Ｃ軸と平行にカットすることによって放熱性の高い平板を形成することができ、この水晶製平板を用いることによって液晶表示素子3aの冷却効率を向上させることができる。
【００３８】
さらに、水晶で構成した駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14の少なくとも一方の表面には、SiO2膜、TiO2膜、ZrO2膜、MgF2膜等の屈折率の異なる薄膜を1/4波長厚（0.1〜0.3μm）の厚みとして積層することにより反射防止膜19,20を形成している。この反射防止膜の反射率は、波長４５０〜６３０ｎｍの範囲において０．１８％以下が好ましい。
【００３９】
反射防止膜19,20を形成したことによって、液晶表示素子3aに照射された光の反射による損失を低減させて可視光領域以上の直線透過率を高めることができるとともに、水晶で構成した駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14の熱膨張の均質化を図ることができる。
【００４０】
熱膨張係数に基づいて水晶とサファイアの冷却効果をシミュレーションしたところ、反射防止膜を設けない水晶は、サファイアと比較して冷却効果が約２５％低下したが、反射防止膜を設けた水晶では、サファイアと比較して冷却効果が約９％低下するにとどめることができており、反射防止膜を設けた水晶はサファイアの約９０％の冷却能力を有していることが確認できた。
【００４１】
このように反射防止膜の有無によって冷却能力が異なる理由としては、反射防止膜によって水晶の可視光領域以上の直線透過率がサファイアよりも２〜３％高まることによって、熱蓄積が低減したことに起因していると思われる。
【００４２】
上記した駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14を、駆動基板11及び対向基板12にそれぞれ貼着する場合には、水晶が複屈折を有していることによって、水晶のＣ軸方向またはＣ軸投影方向と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内、好ましくは±１°以内となるようにして貼着している。
【００４３】
あるいは、Ｃ軸と直行する軸と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内、好ましくは±１°以内としてもよく、水晶をＣ軸と直交する方向にカットしてＣ軸と直交する透光面を有する水晶製平板を駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14として用いた場合には、Ｃ面と透過すべき偏光の透過方向に垂直な面との成す角度が±２°以内、好ましくは±１°以内として貼着してもよい。
【００４４】
このように駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14を透過する光の偏光状態に合わせて駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14を駆動基板11及び対向基板12にそれぞれ貼着することによって、水晶の複屈折の影響が生じることを抑制できる。
【００４５】
さらに、駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14を駆動基板11及び対向基板12にそれぞれ貼着する際に使用する透明接着剤には、ショアＡ硬度が３０以下、好ましくは１８〜２５のものを使用し、第１接着層17及び第２接着層18の厚みが５〜５０μｍ、好ましくは５〜２０μｍとなるようにしている。
【００４６】
したがって、比較的熱膨張係数の大きい水晶からなる駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14を駆動基板11及び対向基板12にそれぞれ貼着しても液晶ギャップのニュートンリング変動を抑制することができる。
【００４７】
しかも、上記したように、駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14にはそれぞれ反射防止膜19,20を形成していることによって、駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14の熱膨張を均質化できることによっても液晶ギャップのニュートンリング変動を抑制することができる。
【００４８】
なお、透明接着剤には、紫外線照射硬化型接着剤、低温硬化併用の紫外線照射硬化型接着剤、可視光照射硬化型接着剤、低温硬化併用の可視光照射硬化型接着剤、低温硬化型接着剤等のいずれを用いてもよい。
【００４９】
上記したように、水晶には少なくとも一方の表面に反射防止膜を設けることにより、この水晶の熱膨張を均質化させることが可能であり、しかも、サファイアのヤング率は470ＧＰａと比較的大きい値であるのに対し、水晶のヤング率は90ＧＰａとサファイアと比較して極めて小さいことによって、水晶からなる防塵基板を貼着した対向基板あるいは駆動基板へのストレスが分散・低減し、信頼性評価において水晶の液晶ギャップのニュートンリング変動が表１に示すようにサファイアの半分以下に低減できることが判明した。表１は、反射防止膜付きサファイアと反射防止膜付き水晶とで、温度サイクル評価、高温高湿保存評価、高温保存評価を行ってニュートンリング変動を比較した結果を示したものである。
【００５０】
【表１】
2005189487.tif 000003
このように、水晶の液晶ギャップのニュートンリング変動をサファイアの半分以下に低減できることによって画質劣化を低減できるので、高輝度、高品質、高信頼性の液晶プロジェクタ装置が実現できる。
【００５１】
このように反射防止膜、低ショアＡ硬度透明接着剤及び水晶の低ヤング率のそれぞれの効果、さらにはそれらの相乗効果により、高輝度、高画質、高信頼性の液晶プロジェクタ装置を実現することができる。
【００５２】
上記したように、駆動基板側防塵基板13、駆動基板11、対向基板12、対向基板側防塵基板14を重合させた重合体を支持フレーム15に収容する場合には、高熱伝導性モールド樹脂21を用いて重合体を支持フレーム15装着し、収容している。
【００５３】
したがって、駆動基板側防塵基板13及び対向基板側防塵基板14の熱は、冷却ファンで生起した空気流動によって放熱されるとともに、高熱伝導性モールド樹脂21を介して金属製の支持フレーム15に伝えられ、支持フレーム15によって放熱されることにより速やかに冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。
【００５４】
上記した実施形態では、駆動基板側防塵基板13と対向基板側防塵基板14の両方に、少なくとも一方の表面に反射防止膜を設けた水晶製平板を用いているが、液晶表示素子3aにおいて最も高温となる入射側の防塵基板、すなわち対向基板側防塵基板14だけに少なくとも一方の表面に反射防止膜を設けた水晶製平板を用い、駆動基板側防塵基板13には少なくとも一方の表面に反射防止膜を設けた石英ガラス板を用いることによって製造コストの低減を図ってもよい。
【００５５】
すなわち、一般に駆動基板は石英ガラス材を用いて構成されることが多く、熱膨張係数の差による熱ストレスの低減の観点から、駆動基板に貼り合せる防塵基板として、少なくとも一方の表面に反射防止膜を設けた石英ガラスとすることも可能である。
【００５６】
さらに、少なくとも入射側の防塵基板に少なくとも一方の表面に反射防止膜を設けた水晶製平板を用いることによって、大きな製造コスト増をまねくことなく液晶表示素子3aにおいて最も高温となる領域の放熱性を向上させて液晶表示素子3aを冷却することができ、液晶表示素子3aを効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】液晶プロジェクタ装置の概略説明図である。
【図２】液晶表示素子の断面模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ランプ
２  ダイクロイックミラー
３  画像形成部
3a  液晶表示素子
3b  入射側偏光板
3c  出射側偏光板
４  ダイクロイックプリズム
５  投射レンズ
６  フライアイレンズ
７  ＰＳ分離合成板
８  ミラー
10  液晶
11  駆動基板
12  対向基板
13  駆動基板側防塵基板
14  対向基板側防塵基板
15  支持フレーム
16  配線基板
17  第１接着層
18  第２接着層
19  反射防止膜
20  反射防止膜
21  高熱伝導性モールド樹脂
【図１】
2005189487.tif 000004
【図２】
2005189487.tif 000005