(57)【要約】【課題】  反射型投射表示装置に適用される色分解合成光学系で、ベース基盤に偏光ビームスプリッタを短時間で接着固定できると共に、接着後に接着部の位置ずれが発生しにくい色分解合成光学系を提供する。【解決手段】  白色光から３原色光に色分解を行う色分解光学系と、前記色分解光学系で色分解した３原色光の強度を各色対応用の反射型空間光変調素子で光変調して、この光変調された変調光の色合成を行う色合成光学系とがベース基板上に接着剤を介して固定された色分解合成光学系において、前記接着剤として紫外線硬化接着剤に熱硬化性材料を所定の割合で混合した接着剤を用いた色分解合成光学系とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光から３原色光に色分解を行う色分解光学系と、前記色分解光学系で色分解した３原色光の強度を各色光対応用の反射型空間光変調素子で光変調して、これらの光変調された変調光の色合成を行う色合成光学系とがベース基板上に接着剤を介して固定された色分解合成光学系において、
前記接着剤は、紫外線硬化接着剤に熱硬化性材料を所定の割合で混合したものであることを特徴とする色分解合成光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型投射表示装置に適用される色分解合成光学系に係り、特に、偏光ビームスプリッタを高精度にベース基盤に固定することが可能な色分解合成光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型投射表示装置は、直方体の形状をしたガラス製プリズムからなる複数の偏光ビームスプリッタで構成された色分解合成光学系により、入射した白色光を一旦Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）に分解し、分解したＲＧＢ各光線を液晶等による空間光変調素子に照射し、光変調されたＲＧＢ各光線の反射光を再び合成してスクリーンに投射することで拡大した映像を表示するようになっている。
【０００３】
一般に、反射型投射表示装置に適用される偏光ビームスプリッタは、装置内のベース基盤に加熱硬化又は室温硬化のエポキシ系接着剤、あるいはメタクリアアクリレートやウレタンアクリレート、エポキシアクリレート系の紫外線硬化接着剤により接着固定されているが、この偏光ビームスプリッタは極めて高精度に固定させる必要があり、更に接着後に温度変化や湿度の影響、あるいは輸送等による振動などで固定した位置のずれが起きてはならないものである。
【０００４】
偏光ビームスプリッタの位置固定の精度については、例えば、使用する空間光変調素子の画素ピッチが１０ミクロン程度とすると、偏光ビームスプリッタは３乃至５ミクロンの位置変化によって投射画面上のＲＧＢ各光線に目視で認識できるずれが現れてしまう程である。こうしたことから、反射型投射表示装置における偏光ビームスプリッタの位置精度を確保するのは容易でなく、従来、多くの改良技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７７８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、反射型投射表示装置の使用時に温度変化で偏光ビームスプリッタの位置が変動しないよう固定する改良技術であるため、ベース基盤に偏光ビームスプリッタを固定する段階での位置精度を確保することはできないものである。
【０００６】
すなわち、反射型投射表示装置内のベース基盤に偏光ビームスプリッタを固定するのに用いる従来の接着剤においては、加熱硬化又は室温硬化の接着剤は硬化までにかなり多くの時間がかかり、その間、長時間に渡り所定の位置に偏光ビームスプリッタを固定させておかねばならず、精度維持が困難であるばかりか生産性が極めて低下する問題を有していた。
【０００７】
また、偏光ビームスプリッタに使用するガラス製プリズムは、偏光面が無用に回転しないように多くの鉛成分を含有させているが、このため、偏光ビームスプリッタは光弾性乗定数の低い材料になっており紫外線の透過率が著しく低いものである。
【０００８】
その結果、紫外線硬化性の接着剤を用いた場合では、硬化するまで非常に強い強度で長時間紫外線を照射し続けなければならないが、しかし、それでも接着剤に到達する紫外線の絶対量が小さいため全域にわたり均一に完全硬化することは難しい状態であった。
【０００９】
そのため、接着剤の未硬化部分が後に染み出し、アウトガスの発生など他の光学部品に悪影響を及ぼすことがあった。さらに、紫外線硬化性の接着剤のなかでもアクリレートやメタアクリレート、変性アクリレート樹脂を用いると、接着後の長時間の高温高湿下において著しい位置ずれや接着面の剥離が起きる問題を有していた。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、反射型投射表示装置に適用される色分解合成光学系に係り、特に、ベース基盤に接着固定される偏光ビームスプリッタの接着手段の改良により、短時間で接着固定できると共に、接着後に接着部の位置ずれが発生しにくい色分解合成光学系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】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決する手段として以下に記載の構成からなる。すなわち、
白色光から３原色光に色分解を行う色分解光学系と、前記色分解光学系で色分解した３原色光の強度を各色光対応用の反射型空間光変調素子で光変調して、これらの光変調された変調光の色合成を行う色合成光学系とがベース基板上に接着剤を介して固定された色分解合成光学系において、
前記接着剤は、紫外線硬化接着剤に熱硬化性材料を所定の割合で混合したものであることを特徴とする色分解合成光学系を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、白色光からＲＧＢ３原色光に色分解を行う色分解光学系と、色分解した３原色光の強度を各色対応用の反射型空間光変調素子で光変調した後に再び色合成を行う色合成光学系とがベース基板上に接着剤を介して固定される色分解合成光学系において、上記接着剤として、紫外線硬化接着剤に熱硬化性材料を所定の割合で混合した格別な構成であるので、接着剤を硬化するにあたり、紫外線と赤外線を含む光線を照射することにより、まず紫外線で硬化が始まり、紫外線では硬化しきれない未硬化部分を赤外線による加熱で硬化することが可能となり、短時間に接着強度の信頼性に優れた色分解合成光学系を作成することが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施形態に係る色分解合成光学系について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施例に係る反射型投射表示装置の構成と光路を示す平面図、図２は本発明の実施例に係るベース基盤材を裏面から見た図、図３は本発明の実施例に係るベース基盤材上の接着個所を裏面から示した図、図４は本発明の実施例に係るベース基盤材上に偏光ビームスプリッタを配置した平面図、図５は接着後の偏光ビームスプリッタの位置精度を測定したデータ図、図６は接着後の偏光ビームスプリッタの位置精度を測定する方法を説明する図である。
【００１４】
まず、図１を用い本発明の実施例に係る反射型投射表示装置の構成と光路を説明する。
図１において、符号２，３，４，５は反射型投射表示装置の色分解合成光学系を構成する４個の偏光ビームスプリッタである。
【００１５】
偏光ビームスプリッタ２，３，４，５は同図に示すように、夫々の偏光分離面２１，３１，４１，５１が上面から見たときに略Ｘ字状に交差するように配置してあり、各偏光分離面は、入来した光線がＰ波Ｓ波の違いにより透過若しくは直角方向に反射する働きがある。
【００１６】
この配置で、偏光ビームスプリッタ２は外部のランプ等からの照射光が入射する光入射偏光ビームスプリッタであり、その対角に配置された偏光ビームスプリッタ５が外部に映像を投射する光出射側偏光ビームスプリッタである。
【００１７】
一方、色分解合成光学系には反射型空間光変調素子６１，６２，６３が夫々図に示す位置に配置されている。この反射型空間光変調素子は、各偏光ビームスプリッタの働きにより白色光から分解された三原色光のＲ（赤）Ｂ（青）Ｇ（赤）の一つが照射され、その反射光の強度が入力画像情報に対応した光変調を受けるようにするものである。
【００１８】
光変調されたＲＧＢの各光線は再び偏光ビームスプリッタにより合成され出射側偏光ビームスプリッタ５から外部に投射される。
次に、図２、図３、図４を用いベース基盤上に各偏光ビームスプリッタを接着固定する構成を説明する。
【００１９】
図２において、１は前記各偏光ビームスプリッタを接着固定させるベース基盤であり、周囲の材質はセラミックまたはプラスチックからなっている。中央のＡの部分１５は偏光ビームスプリッタを接着固定する個所で、この個所の材質は偏光ビームスプリッタのガラス材とほぼ同じ熱膨張係数を持ったガラス材を用いるが、偏光ビームスプリッタのように鉛成分を含有する必要はない。
【００２０】
この部分を透明なガラス材とすることで、接着剤を硬化させるときにベース基盤の裏面から硬化用の光線を照射できる。したがって、硬化用の光線は偏光ビームスプリッタを介さずに照射できる利点がある。
【００２１】
図２の６，７，８はこのベース基盤を光学装置ハウジング（図示せず）に固定されるためのねじ穴である。例えばベース基盤材をすべてガラス材で構成すると、この固定用のねじ穴が作りにくく弱いものになる。
【００２２】
図３において、破線で示した９，１０，１１，１２の４個所はベース基盤材上で偏光ビームスプリッタを接着固定する接着剤の塗布個所を示したものである。
接着法は、あらかじめ所定量（約０．０２ｇ）の接着剤を図３に示すベース基盤の所定位置９，１０，１１，１２に塗布しておき、その上に各偏光ビームスプリッタを押し付けることで接着剤を所定の塗布厚みまで広げていく。
【００２３】
なお、本発明の実施例で用いる接着剤は、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化性接着剤に熱硬化性材料を所定の割合、例えば、３重量パーセントを混合したエポキシ接着剤である。
【００２４】
すなわち、本実施例に用いられる接着剤としては、紫外線により硬化するエポキシ接着剤で、主剤はグリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂環族エポキサイドなど、これに光開始剤さらに熱触媒を含んでおり、紫外線で硬化した後でも、加熱することで酸が発生し、カチオン重合によって、未硬化部の硬化が促進されるものである。更に改質剤として、可塑剤、フィラーなどの充填材、流動調節成分が混合されていてもよい。
【００２５】
ここで、塗布する接着剤の厚みを管理するためには、各偏光ビームスプリッタに一定圧力を一定時間かけておいて硬化させることで一定の接着剤の膜厚を得ることができる。また、接着剤を塗布しない個所に所定の厚みのスペーサを挟むことでも膜厚を管理するができる。一例として、接着剤の厚みを３０ミクロン以下で厚みの分布が±１０％以内に管理できれば良好である。
【００２６】
また、更に接着剤の厚みむらをなくすためには、偏光ビームスプリッタの側面を底面に垂直な面を持つ真空チャックに固定させてそのままベース面に降ろしていく方法がある。このようにしてできた接着剤層は良好に均一な膜厚が得られる。
【００２７】
次に、本実施例に係る接着剤の硬化手段について図３を参照して説明する。
前記したように、接着固定にあたり、ガラス材１５上の４個所に接着剤を所定量塗布し、その上に各偏光ビームスプリッタを所定の圧力で、位置を固定した状態で押し付けて設置する。
【００２８】
次いで、この状態でガラス材１５の裏面から多量の紫外線と赤外線を含むランプ光を接着剤に向けて照射する。
まず照射した紫外線で接着剤の硬化が始まる。３分乃至５分で紫外線による硬化はほぼ停止する。しかしながら、更に光線を照射しつづけることで、次第に赤外線による発熱が高まり、接着剤部分は高温となる。その結果、紫外線照射による未硬化部分の硬化が熱硬化性成分の働きで促進され、強固で信頼性の有る接着が行えるようになる。
【００２９】
なお、このとき赤外線で効率よく発熱するように、色分解合成光学系全体を密閉箱に入れて作業すると良い。この赤外線による硬化は約摂氏１００度で６０分程度行う。
こうして接着された偏光ビームスプリッタは、従来の問題点を解決し、接着後すぐに硬化が始まるので位置の固定が容易であり、その後も更に硬化が進み以降の温度変化や湿度の影響を受けることなく、又、機械的な振動によるずれの発生もなく強固にベース基盤に固定される。
【００３０】
この点について、図５を用いて本実施例のおける偏光ビームスプリッタの接着固定された位置精度の信頼性と接着剤の膜厚および膜厚むらの状態を説明する。
図５は、本発明の実施例による接着固定のサンプル件数を６例（１〜６）、従来の接着固定のサンプル件数を２例（７、８）について、接着固定後に２つの試験条件を与えて偏光ビームスプリッタの位置の変位量を測定したものである。
【００３１】
なお、試験条件は、「ヒートサイクル」は摂氏７０度から−１５度を１度／分の温度勾配で昇温、降温を１サイクルとしてこれを１０サイクル行うもの、「高温高湿」は摂氏６０度９０％で２４０時間放置後である。
【００３２】
また、図６は偏光ビームスプリッタの位置変位量の測定方法である。測定は偏光ビームスプリッタ正面のａ〜ｄ付近の４点について、基準となるベース基盤の反射面ｅに対するＺ軸方向のずれを測定し平均をとったものである。
【００３３】
また、接着強度は、位置変位量を測定しない残りの偏光ビームスプリッタで行った。
図５に示すテスト結果から、位置の変位量は１〜６のサンプルが７，８に比して極めて良好であり、また、接着強度については、初期とヒートサイクル後はほぼ同等ながら、高温高湿後は７，８の劣化が著しいことが分る。また、接着剤塗布の厚みや厚みむらによる位置の変位量や接着強度への影響はほとんどないといえる。
【００３４】
このように、本発明の実施例に係る接着剤を用いて接着固定を行った偏光ビームスプリッタは、温度変化や高湿条件下でも位置精度や接着強度の信頼性に優れたものであるといえる。
【００３５】
以上詳述したように、本発明に係る色分解合成光学系は、ベース基板上に接着剤を介して固定される過程において、上記接着剤として紫外線硬化接着剤に熱硬化性材料を所定の割合で混合したものであるから、接着剤を硬化するにあたり、紫外線と赤外線を含む光線を照射することにより、まず紫外線で硬化が始まり、紫外線では硬化しきれない未硬化部分を赤外線による加熱で硬化することが可能となり、短時間に接着強度の信頼性に優れた色分解合成光学系を作成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係る反射型投射表示装置の構成と光路を示す平面図である。
【図２】本発明の実施例に係るベース基盤材を裏面から見た図である。
【図３】本発明の実施例に係るベース基盤材上の接着個所を裏面から示した図である。
【図４】本発明の実施例に係るベース基盤材上に偏光ビームスプリッタを配置した平面図である。
【図５】接着後の偏光ビームスプリッタの位置精度を測定したデータ図である。
【図６】接着後の偏光ビームスプリッタの位置精度を測定する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ベース基盤
２，３，４，５…偏光ビームスプリッタ
６，７，８…ねじ穴
９，１０，１１，１２…接着剤の塗布個所
１５…ガラス材（ベース基盤の接着個所）
２１，３１，４１，５１…偏光分離面
６１，６２，６３…反射型空間光変調素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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