(57)【要約】 【課題】  使用する蒸着材料の種類を少なくした耐熱性の高い反射膜を生成する。【解決手段】  光源装置１のランプ部２における管球部３には反射膜１０が高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層により形成されるが、低屈折率膜には二酸化ケイ素を用いる。高屈折率膜には酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の蒸着材料と低屈折率膜として使用される二酸化ケイ素との混合膜を用いる。真空蒸着法による場合は、低屈折率膜を蒸着するときには蒸発源５１からの二酸化ケイ素のみを蒸着し、高屈折率膜を蒸着するときには蒸発源５１からの二酸化ケイ素と蒸発源５３からの酸化ニオブとを同時に蒸発させて、真空中で混合させて管球部３に形成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化ケイ素を低屈折率膜とし、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化ジルコニウムの何れか１種類と二酸化ケイ素との混合材料を高屈折率膜とし、前記低屈折率膜と前記高屈折率膜とが交互に積層された多層膜からなる反射膜を有することを特徴とする反射体。
【請求項２】
前記反射膜を構成する前記高屈折率膜に含まれる前記二酸化ケイ素膜の混合率は１０％乃至５０％であることを特徴とする請求項１記載の反射体。
【請求項３】
ランプと、このランプから射出された光を集光するリフレクタとを具備する光源装置であって、集光率を高めるために前記ランプには反射膜が形成され、
前記反射膜は、二酸化ケイ素を低屈折率膜とし、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化ジルコニウムの何れか１種類と二酸化ケイ素との混合材料を高屈折率膜とし、前記低屈折率膜と前記高屈折率膜とが交互に積層された多層膜からなることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項３記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光の変調を行なう液晶表示素子と、スクリーン上に映像を投射する光投射装置と、を有することを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項５】
基板上に、二酸化ケイ素を低屈折率膜とし、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化ジルコニウムの何れか１種類と二酸化ケイ素との混合材料を高屈折率膜とし、前記低屈折率膜と前記高屈折率膜とが交互に積層された多層膜からなる反射膜を成膜する反射膜の成膜方法であって、
前記低屈折率膜の蒸発源から前記基板に前記低屈折率膜を成膜する低屈折率膜成膜工程と、前記高屈折率膜の蒸発源と前記低屈折率膜の蒸発源とから、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜とを同時に前記基板に成膜する高屈折率膜成膜工程とを有し、
前記低屈折率膜蒸着工程と前記高屈折率膜蒸着工程とを交互に繰り返して行うことにより、前記反射膜を基板上に成膜することを特徴とする反射膜の成膜方法。
【請求項６】
前記反射膜の成膜方法は、真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法により行なわれることを特徴とする請求項５記載の反射膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性の高い反射膜を有する反射体、当該反射膜が形成されている光源装置、当該光源装置を適用した液晶プロジェクタ及び反射膜の成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三板式の液晶プロジェクタは、光源から射出した光が集光レンズに入射し、集光レンズから射出した光は２枚のダイクロイックミラー（色分解を行うダイクロイックミラー）によって白色光が青色光、緑色光、赤色光の３つの色の光に分離が行なわれる。各色に分離された光は、夫々液晶表示素子により光変調が行なわれ、その後２枚のダイクロイックミラー（色合成を行うダイクロイックミラー）により合成されて投射レンズに入射し、投射レンズから映像がスクリーンに投影される。かかる液晶プロジェクタが特許文献１に開示されている。
【０００３】
ところで、近年の液晶プロジェクタは、大画面化及び高画質化の傾向にあり、それに伴い光源の高出力化が要求されるようになっている。その一方、液晶プロジェクタ全体の形状のコンパクト化の要求も高まっている。従って、光源の高出力化とコンパクト化との２つの要求を充足するために、光源から射出される光の利用効率が低下することを抑制し、利用効率をできる限り向上させる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、光の利用効率を向上させるために、発光体であるランプから射出される光を集光するためのリフレクタを設けて光源を構成している。リフレクタは光の利用効率を向上させるために設けられるものであるが、なおランプから射出された光の一部が損失されることがある。これを抑制するために、ランプの管球部の一部にリフレクタに向けて反射する反射膜を形成している。
【０００５】
ところで、発光体であるランプは、使用時には極めて高い温度になる。特に、上述したように、光源は高出力化が要求されていることから、ランプの温度は極めて高いものとなる（例えば、１０００℃近傍）。ランプの温度が高くなれば、当然ランプに形成されている反射膜も加熱後となるが、反射膜の温度が極度に高くなると、反射膜が結晶化し、表面に凹凸が発生する。その結果、入射光に対して光の散乱が生じ、反射膜の反射特性が劣化するという問題が招来する。そこで、反射膜が高温にさらされたときに、反射膜の反射特性の劣化を抑制することを目的とするものが特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平６−２８９３９４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、反射膜は、基板上に低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層して形成される。特許文献２では、反射膜の反射特性の劣化を抑制するために、低屈折率膜として石英ガラス膜若しくはフッ素または硼素を含む石英ガラス膜を用い、高屈折率膜として酸化ビスマス又は酸化ニオブ、若しくはその両方を含む酸化タンタル膜を用いている。従って、特許文献２では、少なくとも３種類以上の蒸着材料を必要とする。つまり、低屈折率膜の蒸着材料としては少なくとも石英ガラスを必要とし、高屈折率膜の蒸着材料としては酸化ビスマス又は酸化ニオブの何れか１つと酸化タンタルとの２種類の蒸着材料を必要とする。このため、合計３種類以上の蒸着材料が必要となる。
【０００７】
ところで、基板上に蒸着材料を蒸着させる方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の種々の方法がある。真空蒸着法では、坩堝に充填された蒸着材料を加熱するための加熱手段（電子銃等）を必要とする。イオンプレーティング法では蒸発源を発した蒸着材料をイオン化させるための電極を必要とし、スパッタリング法ではプラズマを作成するための電極を必要とする。このため、蒸着材料の種類が増えると、それに応じて蒸着機構が複雑化且つ大型化することになる。また、基板に蒸着する蒸着材料の種類が増えると、当然それに応じた数の蒸着材料を用意する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、使用する蒸着材料の種類を少なくした耐熱性の高い反射膜を有する反射体、当該反射膜が形成された光源装置、当該光源装置を適用した液晶プロジェクタ及び上記反射膜を成膜する反射膜の成膜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】
【０００９】
本発明の反射体は、二酸化ケイ素を低屈折率膜とし、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化ジルコニウムの何れか１種類と二酸化ケイ素との混合材料を高屈折率膜とし、前記低屈折率膜と前記高屈折率膜とが交互に積層された多層膜からなる反射膜を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光源装置は、ランプと、このランプから射出された光を集光するリフレクタとを具備する光源装置であって、集光率を高めるために前記ランプには反射膜が形成され、前記反射膜は、二酸化ケイ素を低屈折率膜とし、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化ジルコニウムの何れか１種類と二酸化ケイ素との混合材料を高屈折率膜とし、前記低屈折率膜と前記高屈折率膜とが交互に積層された多層膜からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の液晶プロジェクタは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出された光の変調を行なう液晶表示素子と、スクリーン上に映像を投射する光投射装置と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の反射膜の成膜方法は、基板上に、二酸化ケイ素を低屈折率膜とし、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化ジルコニウムの何れか１種類と二酸化ケイ素との混合材料を高屈折率膜とし、前記低屈折率膜と前記高屈折率膜とが交互に積層された多層膜からなる反射膜を成膜する反射膜の成膜方法であって、前記低屈折率膜の蒸発源から前記基板に前記低屈折率膜を成膜する低屈折率膜成膜工程と、前記高屈折率膜の蒸発源と前記低屈折率膜の蒸発源とから、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜とを同時に前記基板に成膜する高屈折率膜成膜工程とを有し、前記低屈折率膜蒸着工程と前記高屈折率膜蒸着工程とを交互に繰り返して行うことにより、前記反射膜を基板上に成膜することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、使用する蒸着材料の数を少なくした耐熱性の高い反射膜を有する反射体を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は三板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。図１に示されるように、三板式の液晶プロジェクタは、色分解ダイクロイックミラー３１Ａ、３１Ｂと、色合成ダイクロイックミラー３２Ａ、３２Ｂと、液晶表示素子３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂと、反射ミラー３４、３５と、投射レンズ３６と、投影スクリーン３７とを有して構成される。光源装置１から射出された白色光は、色分解ダイクロイックミラー３１Ａにより赤色光とその他の色の光に色分解され、赤色光以外の光の成分は色分解ダイクロイックミラー３１Ｂにより青色光と緑色光とに色分解される。
【００１５】
色分解ダイクロイックミラー３１Ａ及び３１Ｂにより色分解された光のうち、赤色光及び緑色光は反射ミラー３５により反射して光路を変える。そして、色分解された赤色光、緑色光及び青色光は、夫々液晶表示素子３３Ｒ、３３Ｇ及び３３Ｂにより光変調がされる。色合成ダイクロイックミラー３２Ａでは、光変調がされた赤色光と青色光とが合成され、色合成ダイクロイックミラー３２Ｂでは、赤色光及び青色光の合成光と光変調がされた緑色光とが合成される。その後、合成された光は投射レンズ３６により投影スクリーン３７に投影される。勿論、図１に示した液晶プロジェクタに限らず、本発明は任意の液晶プロジェクタに適用することができる。
【００１６】
液晶プロジェクタに用いられる光源装置１を図２に示す。図２において、光源装置１は、透光性のガラス管からなるランプ部２とリフレクタ４とを有して構成される。ランプ部２の一部は発光体である管球部３であり、管球部３の内部には図示しない発光物質と電極とが設けられている。リフレクタ４は管球部３から射出された光を反射して集光させるための部材である。リフレクタ４は管球部３からの光を集光させるために半楕円形状をしており、リフレクタ４において反射した光は１箇所に集光されるようになっている。管球部３には集光率を向上させるために、反射膜１０が形成されている。つまり、管球部３から射出された光のうち一部はリフレクタ４で反射・集光されないため、当該光をリフレクタ４に向けて反射させるために反射膜１０が形成される（図２では、リフレクタ４と対向するように形成されている）。ランプ部２とリフレクタ４との基端側は口金５により固定して取り付けられている。
【００１７】
ここで、反射膜１０は高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層によって形成される。高屈折率膜に用いられる蒸着材料としては、主に酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等があり、低屈折率膜に用いられる蒸着材料としては、主に二酸化ケイ素がある。上記の蒸着材料のうち、低屈折率膜として用いられる二酸化ケイ素は耐熱性に優れているが、高屈折率膜として用いられる蒸着材料は極めて高い温度に加熱されると、膜の内部に結晶化が発生するという性質を有している。つまり、高屈折率膜が高温に曝されると、膜の内部が規則的な柱状の配列となり、表面に凹凸が生じることになる。
【００１８】
上述したように、管球部３には反射膜１０が形成されているが、発光時にはガラス管である管球部３は極めて高い温度となる。特に、光源装置１が高出力であるときは、管球部３に形成されている反射膜１０は極度の加熱後となる。従って、反射膜１０が加熱後となる結果、反射膜１０を構成する高屈折率膜の表面が結晶化し、高屈折率膜に入射した光が上記の凹凸により散乱するため、反射率が低下する。従って、光の利用効率が低下する。
【００１９】
そこで、反射膜１０を構成する高屈折率膜を、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の蒸着材料のみではなく、かかる蒸着材料と二酸化ケイ素（低屈折率膜として用いられる蒸着材料）とを混合したものとして使用する。例えば、上記の蒸着材料のうち酸化ニオブを選択した場合、反射膜１０は酸化ニオブと二酸化ケイ素との混合材料を高屈折率膜とし、二酸化ケイ素のみを低屈折率膜とし、かかる高屈折率膜と低屈折率膜とを交互積層して多層膜とする。高屈折率膜を上記の高屈折率の蒸着材料と低屈折率の蒸着材料である二酸化ケイ素との混合膜とすることで、低屈折率の蒸着材料が高屈折率の蒸着材料の結晶化の成長を抑制するため（高屈折率の蒸着材料が規則正しい配列状態となることを防止するため）、高屈折率膜が加熱後になったとしても結晶化を防止することができる。
【００２０】
ここで、高屈折率膜を高屈折率の蒸着材料（酸化ニオブ）と低屈折率の蒸着材料（二酸化ケイ素）との混合膜とすると、酸化ニオブのみの膜よりも屈折率は低下する。従って、反射膜１０の反射特性は劣化する。勿論、反射膜１０の層数を増やせば反射率を向上させることができるが、層数を増やすことは、時間的、コスト的に問題がある。このため、高屈折率膜に混合させる二酸化ケイ素の割合を高くすることは好ましくない。一方で、低屈折率の蒸着材料の割合を低くすると、高屈折率の蒸着材料の結晶化を防止することが難しくなる。そこで、高屈折率膜に混合する二酸化ケイ素の割合は１０％乃至５０％であることが望ましい。但し、本発明はかかる範囲に限定されるものではない。
【００２１】
以上の反射膜１０を管球部３に形成する方法は種々のものがあるが、図３（ａ）及び（ｂ）には真空蒸着法により反射膜１０を形成する方法を示している。ここでは、高屈折率の蒸着材料として酸化ニオブを、低屈折率の蒸着材料として二酸化ケイ素を用いているものについて例示している。勿論、高屈折率の蒸着材料は酸化ニオブではなく、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム等であってもよい。また、反射膜１０を形成する方法は、真空蒸着法でなくとも、スパッタリング法やイオンプレーティング法等であってもよい。
【００２２】
図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、反射膜１０を管球部３に形成するための真空蒸着装置５０は、真空状態が保持されたチャンバであり、２つの蒸発源５１、５３及び２つの電子銃５２、５４を有して構成される。上述したように、反射膜１０を構成する低屈折率膜は二酸化ケイ素であり、高屈折率膜は酸化ニオブと二酸化ケイ素との混合膜である。従って、反射膜１０に使用される蒸着材料は２種類であるため、真空蒸着装置５０の内部に設けられる蒸発源は２つあれば足りる。ここでは、蒸発源５１には二酸化ケイ素が、蒸発源５３には酸化ニオブが充填されているものとして説明する。蒸発源５１、５３に充填された蒸着材料は夫々電子銃５２、５４により加熱されて蒸発する。このとき、蒸発源５３に酸化ニオブではなく、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の蒸着材料が充填されていれば、これらを蒸着材料として使用することができる。
【００２３】
真空蒸着装置５０の上部には、回転可能なドーム６０が取り付けられており、ドーム６０には複数の管球部３が配置されている。ドーム６０に配置されている管球部３には、真空蒸着装置５０の下部に設けられている蒸発源５１、５３から蒸発した蒸着材料が蒸着することになる。管球部３には低屈折率膜と高屈折率膜との交互積層によって反射膜１０を形成することになるが、低屈折率膜は二酸化ケイ素のみからなる膜であり、高屈折率膜は酸化ニオブと二酸化ケイ素との混合膜である。従って、低屈折率膜と高屈折率膜とでは、蒸着方法が異なることになる。
【００２４】
低屈折率膜を管球部３に蒸着するときは、二酸化ケイ素のみを蒸着させるため、図３（ａ）に示されるように、蒸発源５１の蒸着材料のみを蒸発させる。一方、高屈折率膜を管球部３に蒸着するときは、酸化ニオブと二酸化ケイ素との２つの蒸着材料を混合させて蒸着させるため、図３（ｂ）に示されるように、蒸発源５１と蒸発源５３との２つの蒸発源の蒸着材料を同時に蒸発させる。蒸発源５１から蒸発した二酸化ケイ素と蒸発源５３から蒸発した酸化ニオブとが真空中で混合し、２つの蒸着材料が混合した状態で管球部３に蒸着されることになる。以上の低屈折率膜を蒸着する工程と高屈折率膜を蒸着する工程とを交互に繰り返して行なうことにより、管球部３に反射膜１０が形成される。
【００２５】
ここで、２つの蒸発源の蒸着材料を同時に蒸発させて混合膜を蒸着させているが、例えば、予め二酸化ケイ素と酸化ニオブとが混合された蒸着材料を用いて、この蒸着材料を蒸発させて使用してもよい。但し、この場合、予め二酸化ケイ素と酸化ニオブとが混合された蒸着材料を生成する必要があるため、上述したように、２つの蒸発源を同時に蒸発させる方が、工程が単純化される。
【００２６】
図３では、真空蒸着法によって反射膜１０を成膜するものについて説明したが、スパッタリング法による場合は、蒸発源５１及び５３、電子銃５２及び５４の代わりに、低屈折率膜のターゲット及び高屈折率膜のターゲットを用意し、当該ターゲットに電圧を印加して、基板上に成膜される。また、イオンプレーティング法による場合は、プラズマを作り出す装置の他に、真空蒸着法と同様蒸発源５１及び５３、電子銃５２及び５４を用意する。つまり、スパッタリング法による場合も、イオンプレーティング法による場合も、二酸化ケイ素と酸化ニオブとが充填された蒸発源を用意して、低屈折率膜を成膜するときには、二酸化ケイ素の蒸発源のみから基板上に成膜し、高屈折率膜を成膜するときには、酸化ニオブの蒸発源と二酸化ケイ素の蒸発源とから基板上に成膜を行なう。
【００２７】
次に、上述したように、反射膜１０の低屈折率膜として二酸化ケイ素を用い、高屈折率膜として酸化ニオブと二酸化ケイ素との混合膜を用いたときの反射特性について説明する。図４は、二酸化ケイ素の混合率が５０％の場合の反射膜１０の反射特性を示すグラフである。なお、図４において、加熱前の温度はほぼ室温と等しい温度であり、加熱後の温度は１０００℃程度である。図４に示されるように、可視光の波長領域である４００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲（液晶プロジェクタとして使用される波長領域）において、加熱前の反射膜１０の反射特性は９０％乃至１００％の範囲であり、高い反射特性が得られる。そして、加熱後の反射膜１０の反射特性も９０％乃至１００％の範囲であり、高い反射特性が得られる。つまり、加熱後においても、酸化ニオブに二酸化ケイ素が混合されているため、酸化ニオブの結晶化を防止することができ、反射膜１０が加熱されたとしても、反射特性は加熱前とほぼ変わらない。このときの反射膜１０の層数は６０層である。二酸化ケイ素の混合率が５０％のときに、以上のように、加熱後においても高い反射特性を得ることができるが、混合率が５０％でなくても、１０％〜５０％であれば、高い反射特性を得ることができる。
【００２８】
図５は、高屈折率膜として二酸化ケイ素を混合していない比較例（つまり、高屈折率膜は酸化ニオブのみ）の加熱前及び加熱後の反射特性を示すグラフである。図５に示されるように、加熱前の反射膜１０の反射特性はほぼ１００％に近いが、加熱後の反射特性は反射特性が著しく低下している。つまり、二酸化ケイ素が混合されていないため、加熱後になると酸化ニオブが結晶化し、表面に形成された凹凸形状により光が散乱する。その結果、反射特性が劣化している。なお、この場合の積層は４３層である。
【００２９】
以上説明したように、本発明の反射膜は、高屈折率膜として高屈折率の蒸着材料である酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン又は酸化ジルコニウム等の蒸着材料に、低屈折率の蒸着材料である二酸化ケイ素を混合させることにより、反射膜を構成する高屈折率膜の結晶化を防止することができる。これにより、液晶プロジェクタ等に使用される光源装置において集光率を向上させるためにランプに形成されている反射膜の反射特性は劣化することはない。
【００３０】
このとき、高屈折率膜として使用される酸化ニオブ等の蒸着材料に低屈折率膜として使用される二酸化ケイ素を使用することで、必要な蒸着材料を最低限の２種類にすることができる。このため、真空蒸着法及びイオンプレーティング法による場合は、真空蒸着装置の内部に設けられる蒸発源と電子銃の数も２つに抑制することができる。また、スパッタリング法による場合はプラズマを作成するための電極（カソード）を少なくすることができる。従って、装置が複雑化且つ大型化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】液晶プロジェクタの概略構成図である。
【図２】光源装置の概略構成図である。
【図３】真空蒸着装置の一例を示す図である。
【図４】二酸化ケイ素を５０％混合したときの反射特性を示すグラフである。
【図５】二酸化ケイ素を混合していない比較例の反射特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１    光源装置                ２    ランプ部
３    管球部                    ４    リフレクタ
１０    反射膜                    ５０    真空蒸着装置
５１、５３    蒸発源                ５２、５４    電子銃
【図１】
2007052305.tif 000003
【図２】
2007052305.tif 000004
【図３】
2007052305.tif 000005
【図４】
2007052305.tif 000006
【図５】
2007052305.tif 000007