JP2003107242A

JP2003107242A - Ｕｖカットフィルタ

Info

Publication number: JP2003107242A
Application number: JP2001301939A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Yano; 邦彦矢野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】超高圧水銀灯の輝度特性に合った透過率特性
を確実に備えることができるＵＶカットフィルタを提供
する。【解決手段】光透過性基板１１に特定の半値波長と４
３０〜４５０ｎｍの波長範囲で７０〜９０％の平均透過
率の段差部を有する段差部付紫外線反射膜１２を設け
る。光透過性基板１１の一面側に特定の半値波長の紫外
線反射膜１４、他面側に４３０〜４５０ｎｍの波長範囲
で７０〜９０％の平均透過率、４６０〜５２０ｎｍの波
長範囲で９０％以上の透過率を有する青色調整膜１５を
設ける。半値波長が４１５〜４３０ｎｍの吸収特性を有
する紫外線吸収性光透過性基板１１ｂの一面側に青色調
整膜１５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＵＶカットフィル
タに関し、特に、投射型表示装置で光源からの紫外線を
カットするために用いられるＵＶカットフィルタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタは年々高輝度化と小型
化が進み、光源に強い紫外線を発生する高出力の超高圧
水銀灯が使われるようになってきた。光学系も小さくな
っているため、光学系を通過する光のエネルギー密度が
高くなってきた。そのため、主に紫外線、さらに可視光
でも短い波長の光により、内部の光学系に用いられてい
る液晶パネルや偏光板、位相差板など有機物を使用した
部品に劣化が生じ、短時間で表示品質が落ちてしまう問
題が大きくなってきている。また、液晶パネルがこのよ
うな光を吸収し、発熱して高温になり、その結果、投射
画面にムラが発生するという問題がある。

【０００３】そのため、液晶プロジェクタでは、光源か
ら発生する紫外線、さらに可視光でも短い波長の光から
液晶パネルその他の部品を保護するため、光源と液晶パ
ネルとの間の光路にＵＶカットフィルタを配置してい
る。

【０００４】ＵＶカットフィルタとしては、紫外線を吸
収するＵＶ吸収ガラス又はガラス基板に紫外線を反射す
る紫外線反射膜を設けたＵＶ反射ガラスが用いられてい
る。

【０００５】ＵＶカットフィルタの機能は、４００ｎｍ
以下の波長の紫外線と紫外線に近い可視光の一部をほぼ
完全に遮り、これらの光線による部品の劣化を防止し、
製品の寿命を長くすることにある。これに加えて、青色
が過剰な超高圧水銀灯の青色の一部をカットし、色のバ
ランスを改善することも要求されている。

【０００６】そのため、超高圧水銀灯のＵＶをカットす
るＵＶカットフィルタは、超高圧水銀灯の輝度特性に合
わせた透過率特性を備える必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＵＶカットフィルタは、超高圧水銀灯の輝度特性に合っ
た透過率特性を備えているとは言い難かった。図５に、
超高圧水銀灯の輝度特性を示す。

【０００８】実線ので示す超高圧水銀灯の輝度特性と
しては、青の光が過剰気味で、青の波長範囲にある４０
５ｎｍ近辺のピークの光をほぼカットするだけではまだ
青の光が強いため、更に４４０ｎｍ近辺のピークの光も
１０〜３０％程度カットする必要がある。

【０００９】図５に、紫外線吸収ガラスの透過率特性の
一例をの破線で示す。また、後述する比較例で成膜し
た３３膜構成の紫外線反射膜を設けた紫外線反射ガラス
の透過率特性の一例をの一点鎖線で示す。

【００１０】紫外線吸収ガラスの透過率特性は、４０５
ｎｍ近辺のピークはほぼ完全にカットできるが、４４０
ｎｍ近辺ではなだらかで透過率が９０％を超えており、
４４０ｎｍ付近のピークの光を１０〜３０％程度カット
することは困難である。

【００１１】一方、紫外線反射ガラスは、立ち上がりが
急峻である。紫外線反射膜で、４４０ｎｍ近辺のピーク
の透過率を調節するためには、立ち上がりの半値波長
（そのフィルターの最大透過率の半分の透過率を示す波
長）を４３０ｎｍ付近に設定する必要がある。に示す
透過率特性は、半値波長が４３３ｎｍである。

【００１２】しかし、紫外線反射膜は、誘電体の多層膜
で構成され、例えば３３層もの多層膜で構成される。ま
た、立ち上がりの波長を高精度にするために各層の膜厚
制御を高精度に行わなければならない。例えば各層の膜
厚が１％ずれると、立ち上がりの波長が５ｎｍずれると
いわれている。通常の製造条件では、高精度なものでも
半値波長の精度は±４ｎｍである。従って、半値波長が
正確に４３０ｎｍ付近の紫外線反射膜を製造することは
極めて困難であり、わずかの製造上のバラツキによる半
値波長の違いで、４４０ｎｍ付近のピークの透過率が大
きく変化してしまうという問題がある。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、超高圧水銀灯の輝度特性に合った透過率特性を確実
に備えることができるＵＶカットフィルタを提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意検討を重ねた結果、まず、紫外線反射
膜に４３０〜４５０ｎｍの波長範囲で平均透過率が７０
〜９０％の段差部を設けることが可能であることを知見
した。このような段差部を設けることにより、半値波長
は４０５ｎｍ付近のピークをカットできる４１５〜４３
０ｎｍにすればよいためそれほど精度が要求されず、容
易にこのような紫外線反射膜を製造することができ、し
かも、段差部で４４０ｎｍ付近のピークの透過率を制御
性良く調整できる。

【００１５】また、半値波長が４１５〜４３０ｎｍの紫
外線反射膜と、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で７
０〜９０％の平均透過率を有し、４３０〜５２０ｎｍの
波長範囲で９０％以上の透過率を有する青色調整膜とを
組み合わせることが有効であることを知見した。この組
み合わせにより、４０５ｎｍ近辺のピークまでの紫外線
と可視光領域の反射は紫外線反射膜が担い、４４０ｎｍ
付近のピークの反射は青色調整膜が担うことになる。こ
れによって、紫外線反射膜の半値波長の精度はそれほど
要求されないため、製造が容易になり、４４０ｎｍ付近
のピークの透過率は青色調整膜で制御性良く調整でき
る。

【００１６】更に、半値波長が４１５〜４３０ｎｍの吸
収特性を有する紫外線吸収ガラスと、上記青色調整膜と
を組み合わせることが有効であることを知見した。この
組み合わせにより、紫外線吸収ガラスの吸収特性を青色
調整膜で補い、４０５ｎｍ近辺のピークまでの紫外線と
可視光領域の吸収は紫外線吸収ガラスが担い、４４０ｎ
ｍ付近のピークの透過率は青色調整膜で制御性良く調整
できる。

【００１７】また、紫外線反射膜を構成する誘電体多層
膜における繰り返し交互層の高屈折率層と低屈折率層の
光学的膜厚の比を、従来の１．０から、一方を厚く、他
方を薄く偏らせることによって、成膜装置における膜厚
のモニタ基板を用いる光学式膜厚計での膜厚測定が高精
度になり、高精度に膜厚を制御できると共に、得られる
紫外線反射膜の立ち上がり特性が良好になる。

【００１８】従って、請求項１記載の発明は、光透過性
基板の一面側に半値波長が４１５〜４３０ｎｍ、４３０
〜４５０ｎｍの波長範囲で７０〜９０％の平均透過率、
４６０〜５２０ｎｍの波長範囲で９０％以上の透過率を
有する段差部付紫外線反射膜が設けられていることを特
徴とするＵＶカットフィルタを提供する。

【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載のＵ
Ｖカットフィルタにおいて、前記段差部付紫外線反射膜
が、誘電体多層膜で構成され、前記誘電体多層膜が、高
屈折率層と低屈折率層とが交互にそれぞれ同じ光学的膜
厚で繰り返し積層された繰り返し交互層を有し、かつ、
前記高屈折率層の光学的膜厚をＨ、前記低屈折率層の光
学的膜厚をＬとした場合に、前記繰り返し交互層におけ
るＨ／Ｌ又はＬ／Ｈの比が１．２〜２．０の範囲である
ことを特徴とするＵＶカットフィルタを提供する。

【００２０】請求項３記載の発明は、光透過性基板の一
面側に半値波長が４１５〜４３０ｎｍの紫外線反射膜が
設けられ、前記光透過性基板の他面側に４３０〜４５０
ｎｍの波長範囲で７０〜９０％の平均透過率、４６０〜
５２０ｎｍの波長範囲で９０％以上の透過率を有する青
色調整膜が設けられていることを特徴とするＵＶカット
フィルタを提供する。

【００２１】請求項４記載の発明は、請求項３記載のＵ
Ｖカットフィルタにおいて、前記紫外線反射膜が、誘電
体多層膜で構成され、前記誘電体多層膜が、高屈折率層
と低屈折率層とが交互にそれぞれ同じ光学的膜厚で繰り
返し積層された繰り返し交互層を有し、かつ、前記高屈
折率層の光学的膜厚をＨ、前記低屈折率層の光学的膜厚
をＬとした場合に、前記繰り返し交互層におけるＨ／Ｌ
又はＬ／Ｈの比が１．２〜２．０の範囲であることを特
徴とするＵＶカットフィルタを提供する。

【００２２】請求項５記載の発明は、半値波長が４１５
〜４３０ｎｍの吸収特性を有する紫外線吸収性光透過性
基板の一面側に、４３０〜４５０ｎｍの波長範囲で７０
〜９０％の平均透過率、４６０〜５２０ｎｍの波長範囲
で９０％以上の透過率を有する青色調整膜が設けられて
いることを特徴とするＵＶカットフィルタを提供する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＵＶカットフィル
タの実施の形態について説明するが、本発明は、以下の
実施の形態に制限されるものではない。

【００２４】本発明のＵＶカットフィルタは、例えば液
晶プロジェクタ、リアプロジェクション、テレビジョ
ン、投射型ディスプレー等の投射型表示装置に用いられ
る。図１に液晶プロジェクタの概略構成を示す。

【００２５】この液晶プロジェクタ１００は、光源１０
１の光を青緑反射ダイクロイックミラー１１１、緑反射
ダイクロイックミラー１１２によって赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ
の三原色に分光し、赤色は第１液晶パネル１２１、緑色
は第２液晶パネル１２２、青色は偏光板ユニット１３１
を介して第３液晶パネル１２３に通す。これらの液晶パ
ネル１２１，１２２，１２３は、ライトバルブと呼ば
れ、それぞれ同じ画像が表示される。液晶パネル１２
１，１２２，１２３を通って変調されたそれぞれの光を
ダイクロイックプリズム１４０でカラー画像に合成し、
拡大投射光学部としての投射レンズ１５０で投射するも
のである。

【００２６】光源１０１としては、近年、極めて高輝度
の超高圧水銀灯が多く用いられる。超高圧水銀灯は、紫
外線源としても用いられ、図５に示したように、紫外線
成分（波長が４００ｎｍ以下）を非常に多く含む。

【００２７】第１液晶パネル１２１と第２液晶パネル１
２２には、ダイクロイックミラー１１１，１１２を透過
した光が入射し、紫外線成分は青色Ｂに含まれて反射さ
れて存在しないため、紫外線に対する対策は特に必要が
ない。光源１０１から出射された紫外線は、主に第３液
晶パネル１２３に入射する。

【００２８】通常の液晶プロジェクタでは、青色を変調
する第３液晶パネル１２３の前方に配置されている偏光
板ユニット１３１の前の光路に、これらを紫外線から防
ぐために、ＵＶカットフィルタ１０が配置されている。
ＵＶカットフィルタ１０が配置される位置は図１に示す
ものに限らず、光源１０１から第３液晶パネル１２３ま
での光路のいずれの位置でも良い。また、独立した部品
としてではなく、例えば光路に配置されているレンズに
ＵＶカットフィルタの機能を付加するようにしても良
い。

【００２９】本発明のＵＶカットフィルタの第１発明を
第１実施形態として図２を参照しながら説明する。

【００３０】図２（ａ）に示す第１実施形態のＵＶカッ
トフィルタ１０ａは、光透過性基板１１の一面側に段差
部付紫外線反射膜１２が設けられ、光透過性基板１１の
他面側に反射防止膜１３が設けられている構造を有す
る。また、図２（ｂ）に示す第１実施形態のＵＶカット
フィルタ１０ｂは、光透過性基板１１の一面側に段差部
付紫外線反射膜１２が設けられ、光透過性基板１１の他
方の面には膜が設けられていない構造を有する。

【００３１】光透過性基板１１としては、可視光線を透
過する材質のものであれば良く、通常は無機ガラスが用
いられ、例えばソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、
鉛ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、ネオセラ
ム、コーニング社の７９７１チタン珪酸ガラス、サファ
イアガラスなどが用いられる。

【００３２】光透過性基板１１の形状は、通常は薄板状
であるが、例えば投射型表示装置に用いられる光学レン
ズを本発明のＵＶカットフィルタの基板として用いるこ
とができる。

【００３３】一般に、紫外線反射膜及び後述する青色調
整膜等は、光透過性基板上に高屈折率層と低屈折率層と
を交互に積層した誘電体多層膜で構成されている。高屈
折率層の材料として、ＴｉＯ₂（ｎ＝２．４）、Ｔａ₂Ｏ
₅（ｎ＝２．１）、Ｎｂ₂Ｏ₅（ｎ＝２．２）などが用い
られ、低屈折率層の材料として、ＳｉＯ₂（ｎ＝１．４
６）あるいはＭｇＦ₂（ｎ＝１．３８）が使われる。屈
折率は、波長によって異なり、上記屈折率ｎは５００ｎ
ｍの値である。

【００３４】紫外線反射膜は、高屈折率層と低屈折率層
とが交互にそれぞれ同じ光学的膜厚で繰り返し積層され
た繰り返し交互層を有する。膜厚の基本的な設計では、
繰り返し交互層として、（０．５Ｈ、１Ｌ、０．５Ｈ）
^Sのように表される。ここで、カットしたい波長の中心
近くの波長を設計波長λとして、高屈折率層（Ｈ）の膜
厚を光学的膜厚ｎｄ＝１／４λの値を１Ｈとして表記
し、低屈折率層（Ｌ）を同様に１Ｌとする。Ｓはスタッ
ク数と呼ばれる繰り返しの回数で、括弧内の構成を周期
的に繰り返すことを表している。実際に積層される層数
は２Ｓ＋１層となり、Ｓの値を大きくすると吸収−透過
へ変化する立ち上がり特性（急峻さ）を急にすることが
できる。Ｓの値としては３から２０程度の範囲から選定
される。この繰り返し交互層によって、カットされる特
定の波長が決定される。

【００３５】透過帯域の透過率を高くし、リップルと呼
ばれる光透過率の凹凸をフラットな特性にするために
は、繰り返し交互層の基板近くと、媒質近くの数層ずつ
の膜厚を変化させて最適設計を行う。そのため、基板｜
０．５ＬＨ・・・ＨＬ（ＨＬ） ^sＨＬ・・・Ｈ、０．５
Ｌのように表記される。また、高屈折率層にＴｉＯ₂な
どを使う場合、最外層を高屈折率層で終わらせるより
も、より耐環境特性にすぐれたＳｉＯ₂を最外層に追加
して設計を行うことが多い。基板に接する層もＴｉＯ₂
が基板と反応して特性が劣化することがあるので、化学
的に安定なＳｉＯ₂を第１層に追加することもある。こ
のような多層膜カットフィルタの設計は市販のソフトウ
エアを用いて理論的に行うことができる（参考文献：Ｏ
ＰＴＲＯＮＩＣＳ誌１９９９Ｎｏ．５ｐ．１７５
−１９０）。

【００３６】このようなソフトウエアを用いることによ
って、半値波長が４１５〜４３０ｎｍ、段差部の波長範
囲として４３０〜４５０ｎｍで７０〜９０％の平均透過
率、好ましくは８０〜９０％の平均透過率、４６０〜５
２０ｎｍの波長範囲で９０％以上、好ましくは９５％以
上の透過率を有する段差部付紫外線反射膜を設計するこ
とが可能である。

【００３７】このような設計で、後述する実施例１で実
際にＢＫ７（ｎ＝１．５２の白板ガラス）上に成膜され
た段差部付紫外線反射膜の透過率特性を図２（ｃ）の実
線で示す。破線は超高圧水銀灯の輝度特性である。

【００３８】このの透過率特性を有する段差部付紫外
線反射膜はＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂交互の３７層膜フィルタで
ある。半値波長が４２５ｎｍで、波長範囲４２８〜４５
０ｎｍの範囲（段差部）の平均の透過率は約８５％であ
る。４６０〜５２０ｎｍの波長範囲で、９５％以上の高
透過率となっている。

【００３９】このような段差部付紫外線反射膜は、半値
波長が４１５〜４３０ｎｍの範囲で良く、半値波長の許
容範囲が広いため、製造が容易である。半値波長が４１
５ｎｍより低いと、超高圧水銀灯の４０５ｎｍ近辺のピ
ークを十分にカットすることができず、部品の劣化を防
止することが困難になる。一方、４３０ｎｍより高くす
ると、製造上の半値波長のバラツキで４４０ｎｍ付近の
ピークの透過率に影響を及ぼし、段差部を設けた意味が
なくなってしまう。

【００４０】また、段差部の波長範囲を４３０〜４５０
ｎｍとするのは、超高圧水銀灯の４４０ｎｍ付近のピー
クの透過率を調整して青色を抑制し、色のバランスを調
整するためである。段差部での平均透過率を７０〜９０
％、好ましくは８０〜９０％とするのは、色のバランス
上から透過率をこの範囲とする必要があるからである。
更に、４６０〜５２０ｎｍの波長範囲で９０％以上、好
ましくは９５％以上の透過率を有する必要があるのは、
光源の輝度を落とさずに投射光を明るくする必要がある
からである。

【００４１】図２（ａ）に示したＵＶカットフィルタ１
０ａに設けられている反射防止膜１３は、光透過性基板
１１の表面での反射を抑制し、可視光線の透過率を向上
させる機能を有する。

【００４２】反射防止膜１３は、無機被膜、有機被膜の
単層または多層で構成される。無機被膜の材質として
は、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＴｉＯ、Ｔ
ｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＣｅＯ₂、Ｍ
ｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＭｇＦ ₂、ＷＯ₃等の無機物が
挙げられ、これらを単独でまたは２種以上を併用して用
いることができる。また、多層膜構成とした場合は、高
屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した構成となる。
多層膜構成とした場合、最外層は耐環境特性にすぐれた
ＳｉＯ₂とすることが好ましい。

【００４３】無機被膜の成膜方法は、例えば真空蒸着
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶ
Ｄ法、飽和溶液中での化学反応により析出させる方法等
を採用することができる。有機被膜は、真空蒸着法の
他、スピンコート法、ディップコート法などの塗装方法
で成膜することができる。

【００４４】反射防止膜も上述した多層膜カットフィル
タの設計と同様の市販のソフトウエアを用いて理論的に
設計を行うことができる。

【００４５】段差部付紫外線反射膜１２と反射防止膜１
３を設けた図２（ａ）に示したＵＶカットフィルタ１０
ａは、反射防止膜１３が設けられているため、独立した
ＵＶカットフィルタとして用いることができる。

【００４６】また、ＵＶカットフィルタ１０ａ、１０ｂ
は、紫外線を殆ど吸収せず、発熱しないため、例えば液
晶パネルに用いられている防塵ガラスとしても用いるこ
とができる。防塵ガラスは、液晶パネルの液晶表示部の
外面にゴミが付着すると付着したゴミが拡大投影表示さ
れてしまうことを防止するため、ゴミを液晶表示面から
離間させてアウトフォーカスとすることによって、ゴミ
の付着を目立たなくする機能を有する。防塵ガラスは、
液晶基板面に接着される場合と、離間して配置される場
合がある。

【００４７】液晶基板面に接着される防塵ガラスは、厚
みが１．１ｍｍ程度と厚くなっている。防塵ガラスに用
いられている光透過性基板は、液晶表示装置に用いられ
ているガラスと同じ材質の石英ガラスやネオセラムのよ
うなガラスが用いられる。防塵ガラスは、屈折率が用い
られている石英ガラスやネオセラムと同じに調整された
シリコン系接着剤やアクリル系接着剤などの透明接着剤
で液晶表示装置の基板に気泡が発生しないように接着さ
れる。図２（ｂ）に示したＵＶカットフィルタ１０ｂ
は、膜を設けていない方の面を液晶表示装置に貼り付け
る面とすることができるため、液晶基板面に接着される
防塵ガラスとして用いることができる。

【００４８】一方、図２（ａ）に示したＵＶカットフィ
ルタ１０ａは、液晶基板面から離間して配置される防塵
ガラスとして用いることができる。

【００４９】このように段差部付紫外線反射膜１２を設
けたＵＶカットフィルタ１０ａ、１０ｂは、超高圧水銀
灯の４０５ｎｍ近辺のピークより短波長の紫外線や可視
光線を半値波長の設定で反射し、４４０ｎｍ付近のピー
クは段差部で透過率を調節することができる。そのた
め、紫外線による部品の劣化を防止できると共に、超高
圧水銀灯の過剰な青色を確実に減色して色のバランスを
調整することができる。

【００５０】次に、本発明のＵＶカットフィルタの第２
発明を第２実施形態として図３を参照しながら説明す
る。

【００５１】この第２実施形態のＵＶカットフィルタ１
０ｃは、図３（ａ）に示すように、光透過性基板１１の
一面側に紫外線反射膜１４が設けられ、光透過性基板１
１の他面側に青色の反射膜として青色調整膜１５が設け
られている構造を有する。

【００５２】このＵＶカットフィルタ１０ｃにおける紫
外線反射膜１４は、半値波長が４１５〜４３０ｎｍの反
射特性を有し、半値波長より短い波長の紫外線と可視光
線を反射する機能を有する。半値波長が４１５ｎｍより
低いと、超高圧水銀灯の４０５ｎｍ近辺のピークを十分
にカットすることができず、部品の劣化を防止すること
が困難になる。半値波長を４３０ｎｍより高くすると、
製造上の半値波長のバラツキで４４０ｎｍ付近のピーク
の透過率に影響を及ぼし、青色調整膜を設けた意味がな
くなってしまう。この紫外線反射膜１４は、半値波長が
４１５〜４３０ｎｍの範囲と許容範囲が広いため、製造
が容易である。

【００５３】また、青色調整膜１５は、超高圧水銀灯の
４４０ｎｍ付近のピークの透過率を調整する機能を有
し、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で７０〜９０
％、好ましくは８０〜９０％の平均透過率を有し、４６
０〜５２０ｎｍの波長範囲で９０％以上、好ましくは９
５％以上の透過率特性を有する必要がある。４３０ｎｍ
〜４５０ｎｍの波長範囲での平均透過率を７０〜９０
％、好ましくは８０〜９０％とするのは、色のバランス
上から超高圧水銀灯の４４０ｎｍ付近のピークの透過率
をこの範囲とする必要があるからである。また、４６０
〜５２０ｎｍの波長範囲で９０％以上、好ましくは９５
％以上の透過率を有する必要があるのは、光源の輝度を
落とさずに投射光を明るくする必要があるからである。

【００５４】青色調整膜１５は、光透過性基板１１上に
高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体多層
膜で構成されている。但し、積層数は紫外線反射膜より
かなり少なく、繰り返し交互層もない。青色調整膜１５
も、上述した多層膜カットフィルタの設計を行うことが
できる市販のソフトウエアを用いて設計することができ
る。

【００５５】後述する実施例２で実際にＢＫ７上に成膜
された紫外線反射膜１４の透過率特性を図３（ｂ）の破
線で、青色調整膜１５の透過率特性を図３（ｂ）の一
点鎖線で示す。これらを併せたＵＶカットフィルタ１
０ｃの透過率特性を実線ので示す。破線は超高圧水
銀灯の輝度特性である。

【００５６】図３に示した反射特性を備える紫外線反射
膜１４は、ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂交互の３３層膜で、半値波
長は４２５ｎｍである。また、青色調整膜１５は、Ｔｉ
Ｏ₂−ＳｉＯ₂の９層膜であり、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍ
の波長範囲での平均透過率は約８５％であり、４６０〜
５２０ｎｍの波長範囲で９６％以上の透過率を有する。

【００５７】紫外線反射膜１４の半値波長が４２５ｎｍ
であるため、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲では、
青色調整膜１５の透過率が支配的になり、ＵＶカットフ
ィルタ１０ｃの４３０〜４５０ｎｍの波長範囲での透過
率はほぼ青色調整膜１５の透過率に近くなっている。

【００５８】このような紫外線反射膜１４と青色調整膜
１５を組み合わせたＵＶカットフィルタ１０ｃは、超高
圧水銀灯の４０５ｎｍ近辺のピークより短波長の紫外線
や可視光線を紫外線反射膜１４で反射し、４４０ｎｍ付
近のピークはほぼ青色調整膜１４の反射で透過率を調節
することができる。そのため、紫外線による部品の劣化
を防止できると共に、超高圧水銀灯の過剰な青色を確実
に調節して色のバランスを調整することができる。

【００５９】次に、本発明のＵＶカットフィルタの第３
発明を第３実施形態として図４を参照しながら説明す
る。

【００６０】この第３実施形態のＵＶカットフィルタ１
０ｄは、図４（ａ）に示すように、紫外線吸収ガラス１
１ｂの一面側に前述した青色調整膜１５が設けられ、他
面側に反射防止膜１３が設けられている構造を有する。

【００６１】紫外線吸収ガラス１１ｂは、超高圧水銀灯
の４４０ｎｍ付近のピークの透過度を調整するには不十
分な性能を有するため、青色調整膜１５は、紫外線吸収
ガラス１１ｂの性能を補完し、超高圧水銀灯の４４０ｎ
ｍ付近のピークの透過量を調節する機能を有する。

【００６２】紫外線吸収ガラス１１ｂは、超高圧水銀灯
の４０５ｎｍ近辺のピークより短波長の紫外線や可視光
線を吸収する機能を有するため、半値波長が４１５〜４
３０ｎｍの範囲である必要がある。青色調整膜の透過率
特性は上述したとおりである。

【００６３】後述する実施例３で、厚さ１．１ｍｍの紫
外線吸収ガラス１１ｂの一面側にＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂の９
層膜の青色調整膜１５を設け、他面側に反射防止膜１３
を設けたＵＶカットフィルタ１０ｄを作製した。紫外線
吸収ガラス１１ｂの吸収特性を図４（ｂ）の破線で示
し、青色調整膜１５の反射特性を図４（ｂ）の一点鎖線
で示す。紫外線吸収ガラスと青色調整膜を併せたＵＶ
カットフィルタ１０ｄの透過率特性を実線ので示す。
細い破線は超高圧水銀灯の輝度特性を示す。

【００６４】図４（ｂ）のＵＶカットフィルタ１０ｄの
４４０ｎｍ付近では青色調整膜の透過率の影響が大き
く、段差が生じている。４４０ｎｍでの透過率は約７５
％である。

【００６５】このように紫外線吸収ガラス１１ｂと青色
調整膜１５とを組み合わせたＵＶカットフィルタ１０ｄ
は、超高圧水銀灯の４０５ｎｍ近辺のピークより短波長
の紫外線や可視光線を紫外線吸収ガラス１１ｂで吸収
し、４４０ｎｍ付近のピークはほぼ青色調整膜１５で透
過率を調節することができる。そのため、部品の劣化を
防止できると共に、超高圧水銀灯の過剰な青色を確実に
調節して色のバランスを調整することができる。

【００６６】次に、上述した段差部付紫外線反射膜、紫
外線反射膜、青色調整膜、多層構造の反射防止膜の成膜
方法について説明する。これらの膜は高屈折率層と低屈
折率層とが交互に成膜されている構造を有する。高屈折
率層と低屈折率層とを交互に光透過性基板上に成膜する
には、物理的成膜法が一般的であり、通常の真空蒸着法
でも可能であるが、膜の屈折率の安定した制御が可能
で、保管・仕様環境変化による分光特性の経時変化が少
ない膜を作製できるイオンアシスト蒸着やイオンプレー
ティング法、スパッタ法が望ましい。真空蒸着法は、高
真空中で薄膜材料を加熱蒸発させ、この蒸発粒子を基板
上に堆積させて薄膜を形成する方法である。イオンプレ
ーティング法は、蒸着粒子をイオン化し、電界により加
速して基板に付着させる方法であり、ＡＰＳ（Advanced
Plasma Source）、ＥＢＥＰ（Electron Beam Excited
Plasma）法、ＲＦ（Radio Frequency）直接基板印加法
（成膜室内に高周波ガスプラズマを発生させた状態で反
応性の真空蒸着を行う方法）などの方式がある。スパッ
タ法は、電界により加速したイオンを薄膜材料に衝突さ
せて薄膜材料を叩き出すスパッタリングにより薄膜材料
を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に堆積させる薄膜形成方
法である。成膜される層の屈折率等の光学定数は、成膜
方法、成膜条件等で異なってくるので、製造前に成膜さ
れる層の光学定数を正確に測定する必要がある。

【００６７】物理的成膜法では、真空チャンバ内の下方
に２種類の蒸着源を配置し、それぞれの蒸着源から薄膜
材料を蒸発させ、真空チャンバの上方に配置されている
蒸着ドームに取り付けられている光透過性基板に蒸発し
た薄膜材料を堆積させる。蒸着ドームは、通常成膜中に
回転できる構造となっている。蒸着源と蒸着ドームとの
間には、膜厚分布を補正する補正板が設置されている。
また、蒸着ドームの中央にはモニタ基板が配置され、成
膜中にモニタ基板に堆積した薄膜の厚さを連続的に光学
的に読み取り、膜厚の制御を行うことができる光学式膜
厚計が設けられている。

【００６８】モニタ基板における光量変化は、光学的膜
厚が測定波長λの１／４の整数倍となる毎に周期的に増
加・減少を繰り返してピークを示す。そのため、ピーク
を基準に成膜量を決定することで、実際の光学膜厚を正
確に制御できる。反射防止膜や青色調整膜のように少な
い層構成で、設計波長が５００〜５５０ｎｍの多層膜の
成膜は比較的容易である。

【００６９】ところが、紫外線反射膜の場合、短い波長
を設計波長に選ぶ必要があり、各層の膜厚が極めて薄く
なってくるため、膜厚制御が困難になる。また、紫外線
領域では、基板や膜の屈折率等の光学定数の変動が大き
いため、測定精度が不安定になるという問題がある。更
に、光学式膜厚計を用いた成膜装置では、光量変化ピー
ク付近は光量変化が平坦になるため、光量変化ピークの
判定が困難であり、制御精度が著しく劣化する問題が発
生する。立ち上がり特性を急峻にしようとすると、繰り
返し数Ｓが例えば１５層以上というように成膜回数を極
めて多くしなければならず、益々成膜が困難になる。し
かも立ち上がりの波長を高精度にするために各層の膜厚
制御を高精度に行わなければならない。例えば各層の膜
厚が１％ずれると、立ち上がりの波長が５ｎｍずれると
いわれている。

【００７０】従って、立ち上がり特性が急峻で、その立
ち上がり波長を高精度に制御しなければならない紫外線
反射膜は、製造が極めて困難であることが知られてい
る。

【００７１】このような紫外線反射膜における成膜時の
膜厚制御の困難性を繰り返し交互層の膜厚のバランスと
補正板の大きさを工夫することにより、高精度の膜厚制
御が可能であり、大量生産が可能である。

【００７２】即ち、高屈折率層の光学的膜厚をＨ、低屈
折率層の光学的膜厚をＬとした場合に、通常の設計では
繰り返し交互層の光学的膜厚の比率Ｈ／Ｌを１．０とす
る。Ｈ／Ｌを１．０とすることは、モニタ基板の反射率
がλ／４の整数倍となるピークのときに正確に成膜を停
止する必要がある。この場合、光学式膜厚計の光量変化
ピーク付近は光量変化が平坦になるため、光量変化ピー
クの判定が困難である。

【００７３】これに対し、繰り返し交互層のＨ／Ｌ又は
Ｌ／Ｈの比を１．２〜２．０、好ましくは１．３〜１．
５の範囲とすることにより、高屈折率層と低屈折率層の
一方を厚く、他方を薄くして厚みを偏らせる。この場
合、偏りが大きすぎると、フィルターとしての特性に悪
影響を与えるおそれがある。

【００７４】これにより、一方の厚い方の膜を成膜する
際には光学式膜厚計の光量変化のピークを過ぎた時点で
成膜を停止することになるため、成膜の停止時期が明確
になり、膜厚制御が容易になる。また、薄くした他方の
膜厚制御は、厚くした膜の上に成膜するので、通常通り
ピークのときに成膜を停止することになるため、薄くし
た不都合は生じない。とりわけ、高屈折率層の方を厚く
することにより、幾何学的膜厚が薄く、膜厚制御が困難
な高屈折率層を膜厚精度良く成膜することが可能とな
る。

【００７５】また、補正板の幅を通常より広くし、補正
板で遮蔽される飛来粒子の割合を多くすることが好まし
い。即ち、蒸着ドーム上の光透過性基板に堆積される膜
の膜厚／モニタ基板に堆積される膜の膜厚の比をツーリ
ング係数とすると、このツーリング係数を０．６〜０．
８５の範囲とすることが好ましい。ツーリング係数が低
すぎると、光透過性基板に付着する粒子量が少なくなり
すぎるため、生産性の点で好ましくない。通常の成膜装
置における通常のツーリング係数は、概ね０．９〜１．
１の範囲である。

【００７６】これにより、モニタ基板の方に光透過性基
板よりも厚く膜が堆積され、正確に膜厚を測定すること
が可能となり、紫外線領域で屈折率等の光学定数が不安
定になる問題を解決することができる。また、モニタ基
板の光量変化のピークが光透過性基板の成膜のピークに
先行し、光量変化のピークが過ぎた時点で成膜を停止す
ることが可能となるため、成膜の停止時点が明確にな
り、膜厚制御が容易になる。その結果、膜厚精度を向上
させることができる。

【００７７】これらの繰り返し交互層の膜厚バランスの
改良と補正板の幅を広くしてツーリング係数を低くする
改良を組み合わせることによって、低屈折率層の成膜時
に、光学式膜厚計の光量変化のピークを過ぎた時点で成
膜を停止することが可能となる効果も加わり、膜厚制御
がより容易になる。

【００７８】

【実施例】＜実施例１＞図２（ａ）に示したような光透
過性基板１１の一面に段差部付紫外線反射膜１２を設
け、光透過性基板１１の他面側に反射防止膜１３を設け
たＵＶカットフィルタ１０ａを製作した。

【００７９】成膜方法はＲＦイオンプレーティング装置
（昭和真空（株）製）を用いた。単色式光学モニタ方式
の光学式膜厚計を用いた。通常より幅の広い補正板を用
い、ツーリング係数を０．８とした。光透過性基板１１
として、ＢＫ７（ｎ＝１．５２の白板ガラス）を用い
た。段差部付紫外線反射膜１２としてＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂
交互の３７層膜フィルターを成膜した。その膜構成を次
に示す。なお、以下では、設計波長をλとして、光学膜
厚の０．２５λを単位１と表して、高屈折率層（ＴｉＯ
₂）をＨ，低屈折率層（ＳｉＯ₂）をＬで膜構成を表して
いる。

【００８０】基板側から１Ｌ、０．６３Ｈ、０．６７
Ｌ、１．４７Ｈ、０．５９Ｌ、（１．１６Ｈ、０．８３
Ｌ）⁵、１．０８Ｈ、（０．９１Ｌ、１．０３Ｈ）²、
０．８８Ｌ、（１．２６Ｈ、０．７７Ｌ）⁵、０．８８
Ｈ、１．１４Ｌ、１．０４Ｈ、０．６７Ｌ、１．０４
Ｈ、１．９Ｌ（設計波長：３７０ｎｍ）とした。この段
差部付紫外線反射膜１２の透過率特性を図２の実線に
示した。

【００８１】段差部付紫外線反射膜の半値波長は４２５
ｎｍ、波長範囲４２８〜４５０ｎｍの範囲（段差部）の
平均の透過率は約８５％である。４６０〜５２０ｎｍの
波長範囲で、９７％以上の高透過率となっている。

【００８２】また、反射防止膜としては、通常の４層構
成のものを成膜した。膜構成は、基板側から０．２３
Ｈ、０．４Ｌ、２．１７Ｈ、１Ｌ（設計波長：５５０ｎ
ｍ）である。

【００８３】＜実施例２＞図３（ａ）に示したような光
透過性基板１１の一面側に紫外線反射膜１４を設け、光
透過性基板１１の他面側に青色調整膜１５を設けたＵＶ
カットフィルタ１０ｃを製作した。

【００８４】成膜方法はＲＦイオンプレーティング装置
（昭和真空（株）製）を用いた。単色式光学モニタ方式
の光学式膜厚計を用いた。通常より幅の広い補正板を用
い、ツーリング係数を０．８とした。光透過性基板１１
として、ＢＫ７を用いた。紫外線反射膜１４としてＴｉ
Ｏ₂−ＳｉＯ₂交互の３３層膜ＵＶカットフィルタを成膜
した。その膜構成を次に示す。

【００８５】基板側から１Ｌ、０．３６Ｈ、１．２１
Ｌ、０．７４Ｈ、０．９７Ｌ、１．０８Ｈ、０．８７
Ｌ、１．０８Ｈ、（０．８８Ｌ、１．１５Ｈ）⁸、０．
８８Ｌ、１．１２Ｈ、０．９Ｌ、１．０１Ｈ、１．０２
Ｌ、１．０３Ｈ、０．７１Ｌ、１．０９Ｈ、１．７５Ｌ
（設計波長：３６５ｎｍ）とした。半値波長は４２５ｎ
ｍである。この紫外線反射膜の透過率特性を図３（ｂ）
のに示した。

【００８６】また、青色調整膜１５として、ＴｉＯ
₂（Ｈ）−ＳｉＯ₂（Ｌ）の９層膜のものを成膜した。膜
構成を次に示す。

【００８７】基板側より１．２２Ｌ、０．２５Ｈ、０．
５７Ｌ、２．６８Ｈ、０．３１Ｌ、２．４２Ｈ、２．０
５Ｌ、２．１９Ｈ、１．２Ｌ（設計波長：５００ｎｍ）
とした。この青色調整膜の透過率特性を図３（ｂ）の
に示した。

【００８８】この青色調整膜の４３０ｎｍでの透過率は
８７．３％、４４０ｎｍでの透過率は８４．３％、４５
０ｎｍでの透過率は８９．３％、４３０〜４５０ｎｍで
の平均透過率は８５．８％であった。

【００８９】また、紫外線反射膜と青色調整膜を併せた
ＵＶカットフィルタ１０ｃの透過率特性を図３（ｂ）の
実線で示す。

【００９０】＜実施例３＞図４（ａ）に示した、光透過
性基板として厚さが１．１ｍｍの紫外線吸収ガラス１１
ｂを用い、その一面側に実施例２と同じ青色調整膜１５
を成膜し、他面側に実施例１と同じ反射防止膜１３を成
膜したＵＶカットフィルタ１０ｄを作製した。

【００９１】紫外線吸収ガラスの透過率特性を図４
（ｂ）の破線に示した。また、青色調整膜の透過率特
性を同図の一点鎖線に示した。これらの紫外線吸収ガ
ラスと青色調整膜を併せたＵＶカットフィルタ１０ｄの
透過率特性を同図の実線に示した。＜比較例＞光透過性基板の一面に紫外線反射膜を設け、
光透過性基板の他面側に反射防止膜を設けたＵＶカット
フィルタを製作した。

【００９２】成膜方法はＲＦイオンプレーティング装置
（昭和真空（株）製）を用いた。単色式光学モニタ方式
の光学式膜厚計を用いた。通常より幅の広い補正板を用
い、ツーリング係数を０．８とした。光透過性基板とし
て、ＢＫ７を用いた。紫外線反射膜としてＴｉＯ₂−Ｓ
ｉＯ₂交互の３３層膜フィルターを成膜した。その膜構
成を次に示す。

【００９３】基板側より、１Ｌ、０．３６Ｈ、１．２１
Ｌ、０．７４Ｈ、０．９７Ｌ、１．０８Ｈ、０．８７
Ｌ、１．０８Ｈ、（０．８８Ｌ、１．１５Ｈ）⁸、０．
８８Ｌ、１．１２Ｈ、０．９Ｌ、１．０１Ｈ、１．０２
Ｌ、１．０３Ｈ、０．７１Ｌ、１．０９Ｈ、１．７５Ｌ
（設計波長：３７１ｎｍ）とした。半値波長は４３３ｎ
ｍである。紫外線反射膜の透過率特性を図５の一点鎖線
で示した。

【００９４】また、反射防止膜としては、通常の４層構
成のものを成膜した。膜構成は、基板側より、０．２３
Ｈ、０．４Ｌ、２．１７Ｈ、１Ｌ（設計波長：５５０ｎ
ｍ）である。

【００９５】紫外線反射膜の半値波長の製造上の精度は
±４ｎｍである。半値波長が４３３ｎｍでは、超高圧水
銀灯の４４０ｎｍ付近のピークの左側の線とほぼ一致し
ており、製造上の精度から、半値波長がわずかでも変化
すると、４４０ｎｍ付近のピークの光量が大きく変化
し、安定した光量が望めないことが認められる。

【００９６】

【発明の効果】本発明のＵＶカットフィルタは、段差部
付紫外線反射膜を用いたことにより、超高圧水銀灯の輝
度特性に合った透過率特性を備え、紫外線による部品の
劣化を防止できると共に、超高圧水銀灯の過剰な青色を
確実に減色して色のバランスを調整することができる。

【００９７】また、本発明のＵＶカットフィルタは、紫
外線反射膜と青色調整膜とを組み合わせたことにより、
超高圧水銀灯の輝度特性に合った透過率特性を備え、紫
外線による部品の劣化を防止できると共に、超高圧水銀
灯の過剰な青色を確実に減色して色のバランスを調整す
ることができる。

【００９８】更に、本発明のＵＶカットフィルタは、紫
外線吸収ガラスと青色調整膜とを組み合わせたことによ
り、超高圧水銀灯の輝度特性に合った透過率特性を備
え、紫外線による部品の劣化を防止できると共に、超高
圧水銀灯の過剰な青色を確実に減色して色のバランスを
調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＵＶカットフィルタを用いる液晶プロ
ジェクタの概略構成を示す構成図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の段差部付紫
外線反射膜を有するＵＶカットフィルタの断面構造を示
す断面図であり、（ｃ）はその透過率特性を示すグラフ
である。

【図３】（ａ）は本発明の紫外線反射膜と青色調整膜と
を組み合わせたＵＶカットフィルタの断面構造を示す断
面図であり、（ｂ）はその透過率特性を示すグラフであ
る。

【図４】（ａ）は本発明の紫外線吸収ガラスと青色調整
膜とを組み合わせたＵＶカットフィルタの断面構造を示
す断面図であり、（ｂ）はその透過率特性を示すグラフ
である。

【図５】超高圧水銀灯の輝度分布及び紫外線反射膜と紫
外線吸収ガラスの分光透過率を示すグラフである。

【符号の説明】

１００液晶プロジェクタ１０１光源１０ＵＶカットフィルタ１０ａ、１０ｂ第１実施形態のＵＶカットフィルタ１１光透過性基板１１ｂ紫外線吸収ガラス１２段差部付紫外線反射膜１３反射防止膜１４紫外線反射膜１５青色調整膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５００Ｇ０３Ｂ 21/14 ＺＧ０３Ｂ 21/14 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３０７ＡＧ０９Ｆ 9/00 ３０７Ｇ０２Ｂ 1/10 ＡＦターム(参考） 2H048 CA06 CA13 CA18 CA23 FA05 FA09 FA13 FA18 FA24 GA07 GA09 GA11 GA18 GA35 GA51 GA60 GA61 2H088 EA14 HA11 HA18 HA21 HA24 HA28 KA04 KA05 KA30 MA05 2H091 FA01Z FA08X FA08Z FA14Z FA26X FA26Z FA41Z FB06 KA01 KA10 LA16 LA20 2K009 AA03 BB02 CC02 CC06 CC42 DD03 DD04 5G435 AA04 AA06 BB17 DD04 GG16 KK07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性基板の一面側に半値波長が４１
５〜４３０ｎｍ、４３０〜４５０ｎｍの波長範囲で７０
〜９０％の平均透過率、４６０〜５２０ｎｍの波長範囲
で９０％以上の透過率を有する段差部付紫外線反射膜が
設けられていることを特徴とするＵＶカットフィルタ。
【請求項２】請求項１記載のＵＶカットフィルタにお
いて、前記段差部付紫外線反射膜が、誘電体多層膜で構成さ
れ、前記誘電体多層膜が、高屈折率層と低屈折率層とが
交互にそれぞれ同じ光学的膜厚で繰り返し積層された繰
り返し交互層を有し、かつ、前記高屈折率層の光学的膜厚をＨ、前記低屈折率
層の光学的膜厚をＬとした場合に、前記繰り返し交互層
におけるＨ／Ｌ又はＬ／Ｈの比が１．２〜２．０の範囲
であることを特徴とするＵＶカットフィルタ。
【請求項３】光透過性基板の一面側に半値波長が４１
５〜４３０ｎｍの紫外線反射膜が設けられ、前記光透過
性基板の他面側に４３０〜４５０ｎｍの波長範囲で７０
〜９０％の平均透過率、４６０〜５２０ｎｍの波長範囲
で９０％以上の透過率を有する青色調整膜が設けられて
いることを特徴とするＵＶカットフィルタ。
【請求項４】請求項３記載のＵＶカットフィルタにお
いて、前記紫外線反射膜が、誘電体多層膜で構成され、前記誘
電体多層膜が、高屈折率層と低屈折率層とが交互にそれ
ぞれ同じ光学的膜厚で繰り返し積層された繰り返し交互
層を有し、かつ、前記高屈折率層の光学的膜厚をＨ、前記低屈折率
層の光学的膜厚をＬとした場合に、前記繰り返し交互層
におけるＨ／Ｌ又はＬ／Ｈの比が１．２〜２．０の範囲
であることを特徴とするＵＶカットフィルタ。
【請求項５】半値波長が４１５〜４３０ｎｍの吸収特
性を有する紫外線吸収性光透過性基板の一面側に、４３
０〜４５０ｎｍの波長範囲で７０〜９０％の平均透過
率、４６０〜５２０ｎｍの波長範囲で９０％以上の透過
率を有する青色調整膜が設けられていることを特徴とす
るＵＶカットフィルタ。