JP2005326434A - 反射ミラー及びそれを用いた背面投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】背面投射型映像表示装置の光路反射ミラーにおいて、当該ミラー反射面の平均表面粗さによって生じる散乱光が、解像度性能，コントラスト性能の低下の要因となる。本発明は、平均表面粗さを小さくして解像度性能，コントラスト性能の低下を抑制した反射ミラーを提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、映像発生源からの映像光を拡大投射する投射レンズと、該投射レンズからの映像光を反射してスクリーンの背面に導くための反射ミラーとを備えた背面投射型映像表示装置において、前記反射ミラーの基材(1)上に、金属反射面として銀反射面(2)を形成し、かつその上に透明樹脂の保護膜(3)を形成するとするとともに、該銀反射膜の平均表面粗さを１．８ｎｍ以下としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射レンズによって拡大投射された映像光をスクリーンの背面に導くための反射ミラー、及びそれを用いた背面投射型映像表示装置に関する。

背面投射型映像表示装置においては、セットのコンパクト化のために、ＣＲＴ、液晶パネル等の映像発生願からの映像光を反射して光路を変更し、透過型スクリーンの背面に導く反射ミラーが用いられている。この反射ミラーの金属反射膜として、従来、アルミニウム（Ａｌ）が用いられていたが、下記特許文献１〜３に示すように、反射率の波長依存性が少ない銀（Ａｇ）を用いるものも提案されている。

下記特許文献１は、ガラス基材上に、銀の反射膜を、スプレー装置を用いて銀鏡反応により形成することを開示している。また、引用文献２及び３は、アクリルなどの樹脂で形成された基材上に、蒸着による銀薄膜層を形成することを開示している。

特開2003-255467号公報 特開平9-189803号公報 特開平9-311207号公報

上記特許文献１〜３は、いずれも基材上に金属反射膜として銀反射面を形成することを開示するが、当該銀反射面の表面粗さについては何ら考慮されていない。ここで、「表面粗さ」とは、銀反射面上に形成される微小な凹凸であり、基材上に反射膜を成膜する際に析出される金属の結晶に起因して形成されるものである。この表面粗さの大きさは、通常、この凹凸の高さの所定面積における平均である「平均表面粗さ」として表される。よって、以下では「表面粗さ」を「平均表面粗さ」と呼ぶこととする。銀反射面上の平均表面粗さは、透過型スクリーン上に表示された映像のコントラストに影響を与える。

平均表面粗さが少ない(すなわち銀反射面の平面度が高い)場合、反射ミラーの入射光はその大部分が正反射をするので、反射ミラーに入射した映像発生源からの光学像は、透過型スクリーン上に好適に結像される。しかしながら、銀反射膜の平均表面粗さが大きい(すなわち銀反射面の平面度が低い)場合は、その凹凸により散乱反射される入射光の割合が増加することとなる。この散乱反射された光の大部分は、透過型スクリーン上に結像されないため、背面投射型映像表示装置の解像度性能，コントラスト性能を低下させる。従って、背面投射型映像表示装置の解像度性能、コントラスト性能を向上させるためには、上記反射ミラーの銀反射膜の表面粗さをなるべく小さくして上記散乱反射の増加を抑えることが重要となる。

また、上記特許文献２及び３のように、基材上に銀反射膜を形成する際、銀反射膜を基材上に蒸着する構成も提案されている。しかしながら、背面投射型映像表示装置に用いられる反射ミラーはサイズが大きく、例えば画面サイズが５０インチの場合、光路折り返しミラーの最大幅は約１ｍとなる。このような大きな基材に反射膜の成膜を行う成膜装置（例えばスパッタ装置）は、大型かつ高額である。更に、真空蒸着や真空スパッタ等での成膜は高真空状態にするのに時間を要し作業効率が低いので、反射ミラー価格も非常に高価となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、背面投射型映像表示装置の解像度性能、コントラスト性能の低下を抑制するのに好適な反射ミラー、及びそれを用いた背面投射型映像表示装置を提供することにある。また、本発明は、そのような反射ミラーを安価で製造することを可能にすることを別の目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、投射レンズからの映像光を反射して透過型スクリーンの背面に導く反射ミラーとして、基材上に銀反射膜を形成したものを用いるとともに、その銀反射膜の平均表面粗さを１．８ｎｍ以下としたことを特徴とするものである。すなわち、本発明は、銀反射膜の所定面積における平均表面粗さを１．８ｎｍ以下として上記散乱反射を好適に抑制するものである。この平均表面粗さは、上記反射ミラーの銀反射面の中央部、四隅部、及び該四隅部の中間に位置する４つの中間部の、少なくとも９箇所の所定領域各々で測定された値である。すなわち、これら９箇所における算術平均粗さの平均値が１．８ｎｍ以下であれば、反射ミラー全面の平均表面粗さが１．８ｎｍ以下であると見なすことができる。

また、上記別の目的を達成するために、本発明では、銀鏡反応を利用したスプレー法で成膜することで、上記平均表面粗さが１．８ｎｍ以下とされた銀反射膜を形成するようにした。

更に、銀反射面上に、透明樹脂で構成された保護膜を形成してもよく、また上記基材としてガラスを用いてもよい。また、本発明に係る背面投射型映像表示装置の映像発生源として、赤、青、緑の映像光を各々生成する３つの投射管を用いてもよく、光源からの光を映像信号に応じて強度変調することにより光学像を形成する画素選択型の表示素子を用いてもよい。

本発明によれば、背面投射型映像表示装置の解像度性能、コントラスト性能の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の位置実施形態に係る反射ミラーの断面図である。図１に示すように、平坦な表面を有する基材１と、基材の平坦な表面上に形成された反射膜２と、該反射膜の表面を覆い、反射膜の腐食を防止する保護膜３からなる。ここで、基材１はガラスを用い、反射膜２は、銀鏡反応を利用したスプレー法により基材上に成膜される。

尚、以下に記述する「表面粗さ」とは、銀反射面上に形成される微小な凹凸であり、基材上に反射膜を成膜する際に析出される金属の結晶に起因して形成されるものである。この結晶のサイズは、反射膜の成膜の際に用いる(薬液等の)化学材料の化学的条件や、温度、湿度等の周囲環境条件等によって変化する。また「平均表面粗さ」とは、所定の測定領域（例えば１５ｍｍ四方）における上記表面粗さの平均であり、算術平均粗さとも呼ぶ。算術平均粗さとは、例えば図８に示されるように、表面粗さ形状測定器から得られた粗さ曲線(c)から、その平均線の方向に基準長さlだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計して平均した値である。このようにして求められた算術平均粗さは、図８においてＲａとして表される。

背面投射型映像表示装置用の反射ミラーに必要な光学特性は、その反射率のみならず、スクリーン上に投射される映像の解像度性能、コントラスト性能があげられる。この解像度性能とコントラスト性能に影響を与えるのが、反射ミラーにおいて映像光が反射する際の光の散乱である。反射光の散乱が多くなると光が拡散してしまい、異なる点にある映像が互いにかぶってしまい、ぼやけるため背面投射型映像表示装置の解像度性能やコントラスト性能が低下する。

上記したように反射ミラーの性能を評価する場合、その解像度性能やコントラスト性能を評価する必要がある。しかしながら、反射ミラー単体ではそれらの項目を評価できない。従って、反射ミラーを背面投射型映像表示装置に搭載しないとそれらの評価が行えない。そこで解像度性能とコントラスト性能に影響を与える光の散乱を測定することで、反射ミラーの解像度性能とコントラスト性能の評価とすることにした。

次に光の散乱の測定方法を以下に示す。測定には分光光度計を使用する。光路反射ミラーに照射面積ａの光を入射させて、その反射光を積分球に入射させて測定する。このとき光路反射ミラーに散乱がまったくなければ積分球への入射光の面積もａとなるはずであるが、実際は光路反射ミラーにて散乱が起こるため、積分球への入射光の面積はａよりも大きくなってしまう。ここで光路上の積分球の前にスリットを配置し、スリット面積をａの１．５倍，２倍，３倍，４倍とし、積分球に入射する光量を測定する。スリットを配置した際に積分球への入射光量が低下する場合は、その低下分が散乱と考えられる。ここで、スリットを配置しない場合の積分球への入射光量（ミラーからの反射量）を１００％とし、スリットを配置した場合の積分球への入射光量の低下分を散乱量とする。また、測定に使用する光は波長５５０ｎｍとする。

図５に本発明の光路反射ミラーと、比較のために従来の増反射コート付アルミニウムミラーの散乱量５１〜５３を示す。図５に示される散乱量５１は、従来の増反射コート付アルミニウムミラーの散乱量を示す。散乱量５２は、増反射コート付アルミニウムミラーと同等のコントラスト性能を有する光路反射ミラーの散乱量であり、当該反射ミラーを背面投射型映像表示装置へ搭載した場合の散乱量を示すものである。また散乱量５３は、増反射コート付アルミニウムミラーに対しコントラスト性能を５％低下させた光路反射ミラーの散乱量であり、当該反射ミラーを背面投射型映像表示装置へ搭載した場合の散乱量を示すものである。

図５から、コントラスト性能の低い反射ミラーの方が、散乱量が多くなっていることが確認できる。また背面投射型映像表示装置に搭載した際に、コントラスト性能が同等の増反射コート付アルミニウムミラー５１と光路反射ミラー５２の間にも散乱量の差が確認できる。言い換えれば、この散乱量測定方法を用いることで実際に背面投射型映像表示装置に光路反射ミラーを搭載しコントラストを測定する方法よりも詳細な光学特性の測定が可能であると考えられる。

背面投射型映像表示装置に搭載時に、同じコントラストにも関わらず散乱が異なる理由を確認するために、各々のミラーの平均表面粗さを測定した。表１にそれぞれの反射ミラーの表面粗さを示す。

図５と表１から、平均表面粗さが大きいと散乱量が多くなり、それに伴いコントラストが低下することがわかる。すなわち、従来の増反射コート付きアルミニウムミラーと同等のコントラスト性能を得るためには反射膜２の平均表面粗さを１．８μｍ以下とする必要があることが理解される。本発明者等は、このような光路反射ミラーのコントラスト性能についての測定、実験及び検討の結果、良好な解像度性能及びコントラスト性能を得るためには、ミラーの表面粗さを１．８μｍ以下とする必要があること見出したものである。

ここで、平均表面粗さの測定方法について説明する。本実施形態では、表面粗さ形状測定機として、たとえば(株)ミツトヨ製サーフテストSV-3000を使用した。測定条件は、基準長：0.08mm、区間数:5、λc:0.08mm、フィルタ種別:Gaussian、評価長さ:0.4mmと設定した。この様な条件で、反射ミラーを上記測定器の触針にて一定方向もしくは複数方向になぞることで凸凹測定を行った。図９に示されるように、本実施形態では、反射ミラー１２の測定個所３０は、上記反射ミラーの銀反射面の中央部、四隅部、及び該四隅部の中間に位置する４つの中間部の、少なくとも９箇所とした。この９箇所のそれぞれに、測定領域として１５ｍｍ四方の面積を有する領域を割り振り、それぞれの測定領域において上記したように平均表面粗さを測定した。この９箇所における平均粗さの平均値が、１．８ｎｍ以下であれば、反射ミラー全面の平均表面粗さがほぼ１．８ｎｍ以下であると見なされる。

次に、このような平均表面粗さが小さい反射面を持つ光路反射ミラーの製造方法を説明する。図２は工程図である。まず、最初に反射膜塗布工程（ａ）について説明する。

最初に基材１の表面をアルカリ洗剤で充分に洗浄する（ステップＳ１）。これは塗装面の脱脂と基材切り出し時のカレットの除去を目的とする。

続いて、イオン交換水または蒸留水を用いて基材１の表面を洗浄しアルカリ洗剤を除去する純水洗浄を行う（ステップＳ２）。洗浄用の純水は電気伝導率１μＳ／ｃｍ以下が好ましく、純水洗浄工程の後は基材１の表面に付着している水滴をエアブローにて吹き飛ばす。

続いて、反射膜２を形成させる前処理として、基材１の表面に、触媒を含有する前処理活性剤１を塗布し（ステップＳ３）、触媒を基材１の表面に担持させる。基材１上に担持された触媒は銀の反応析出の始動核となり、反射膜２を析出させ易くするために用いる増感剤となる。ここで触媒には塩酸を含有する塩化第２スズと塩化鉄の水溶液を使用する。この前処理活性剤１はｐＨ２以下に調整するのが好ましい。続いて、イオン交換水または蒸留水を用いて基材１の表面を洗浄し（ステップＳ４）、基材１の表面に担持しなかった前記活性剤１を除去する。その後、基材１の表面に銀含有の水溶液（活性剤２）を塗布し（ステップＳ５）、基材１上に始動核となる銀を析出させる。ここで活性剤２として硝酸銀水溶液を使用する。

これら前処理工程が施された後で、基材１上に反射膜２を積層する銀膜塗布工程（ステップＳ６）を行う。その方法は前処理が施された基材１表面にアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤水溶液を同時に塗布し、銀鏡反応により基材１上の始動核を中心に銀が析出され積層し反射膜２を形成する。アンモニア性硝酸銀水溶液はｐＨ１０〜１３好ましくはｐＨ１１〜１２に調整する。前記還元剤水溶液には硫酸ヒドラジン水溶液が好適に使用される。また、前記還元剤水溶液はｐＨ８〜１２が好ましく、この還元剤のｐＨは反射膜２の結晶サイズに大きく影響を及ぼす。この還元剤のｐＨについての詳細は後述する。

続いて、イオン交換水または蒸留水を用いて基材１の表面を洗浄し（ステップＳ７）、基材１の表面に残存している銀鏡反応後のアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤水溶液を除去した後、エアブローにて反射膜２表面に付着している水滴を吹き飛ばす。その後、基材１の反射膜２を乾燥させる乾燥工程を行う（ステップＳ８）。乾燥条件は、例えば７０度の温度で２０分である。

次に保護膜作製工程（ｂ）に移る。保護膜作製工程（ｂ）とは銀反射膜層２の上に保護膜層３を積層させる工程である。乾燥させた反射膜２の表面をエアブローで吹き、反射膜２の表面付着物を吹き飛ばす異物除去工程（ステップ９）を行う。ここで表面に付着物が残存すると保護膜層が十分積層されず背面投射型映像表示装置用ミラーの耐腐食性が低下する。続いて保護膜剤を反射膜２に塗布して保護膜３を積層する保護膜塗布工程（ステップ１０）を行う。この保護膜剤には、例えば、シリコンアクリル樹脂，シリコンウレタン樹脂など無色透明の保護膜剤が好適に使用される。

最後に反射膜２の上に塗布された保護膜剤を乾燥させる乾燥工程（ステップ１１）を行い、保護膜３を形成させる。例えば前記保護膜剤としてシリコンアクリル樹脂を用いた場合の乾燥条件は８０℃３０分である。

以下、金属反射膜に銀を用いた反射ミラーの反射膜２の詳細説明を行う。図３に反射膜２の膜厚に対する反射率と、一般的に用いられる膜付着力テストであるテープ試験（ＪＩＳ Ｈ ８５０４）を行った際の反射膜の残存率を示す。ここで、反射膜２にナイフ等で１ｍｍピッチの縦１０×横１０の１００マスの切れ目を入れ、ＪＩＳ Ｚ １５２２で規定されたセロハン粘着テープを貼り付け、急速にかつ強く引き剥がし、反射膜２が剥がれずに残ったマスの比率を残存率と定義する。図３において３１は反射膜２の反射率、３２はテープ試験後の反射膜２の残存率である。すなわち、残存率が大きいほど反射膜２の基材１への密着力が強いと言える。なお反射率測定では波長５５０ｎｍの緑光を用いている。図３から明らかなように、テープ試験後の残存率は膜厚１５０ｎｍ近傍から低下し、約２００ｎｍで半減する。また、反射率は膜厚の増加に比例して増加するが膜厚が１００ｎｍ以上で飽和し、３００ｎｍ以上になると減少する。これらのことから、金属薄膜の膜厚としては１００ｎｍから２００ｎｍの間の膜厚が適切である。特に１５０ｎｍ近傍が望ましい。

図４に反射膜２の結晶サイズと反射率の関係を示す。なお反射膜２の膜厚は１５０ｎｍで作製し、反射率測定では波長５５０ｎｍの光を用いる。図４より反射膜２の結晶サイズは小さくなるにつれ、反射率が向上するのがわかる。結晶サイズ５０ｎｍで銀の最大反射率となる。このことより反射膜２の結晶サイズは１００ｎｍ以下、特に５０ｎｍ以下が望ましい。

また、反射膜２の結晶サイズは反射膜２の成膜速度によって決まることがわかっている。反射膜を速く成膜したほうが、反射膜２の結晶サイズは小さくなる。反射膜２の生成速度は、還元剤のｐＨ、及び液温によって制御できる。

還元剤は低温だと反応が弱く銀が析出しにくく、高温だと銀の析出速度が速すぎて反射膜２に曇りを生じる。高い反射率が得られる液温は２５℃±５℃であり、この範囲ではほとんど反応速度に変化が見られない。

それに対し還元剤のｐＨは銀の反応速度に比例しており、銀の析出を好適に制御することができる。ｐＨが大きいと反応速度が速くなるが、大きすぎると曇りが生じて反射率が低下してしまう。逆にｐＨが低いと反応速度は遅く、十分な膜厚を確保できずに高反射率を得ることができない。還元剤のｐＨは８〜１２が最適であり、望ましくはｐＨ９〜１１で好適に銀を析出することができる。他の水溶液も管理はｐＨで行うと銀の析出を制御しやすくなる。以上のように、各溶液のｐＨを管理することにより、平均表面粗さが１．８ｎｍ以下の反射膜２を作成することができる。

次に、上記した本発明の光路反射ミラーを搭載した背面投射型映像表示装置について説明する。図６は背面投射型映像表示装置の正面図と側面図である。図に示すように、映像発生源として、赤、緑、青の各映像光用投射管を用いた装置を示している。筐体１２内には、赤色映像光投射用の投射管１４、緑色映像光投射用の投射管１５、青色映像光投射用の投射管１４、光路反射ミラー１１が収納される。また筐体１２の前部には、透過型のスクリーン１３が固定配置される。上記各投射管１４〜１６の各々から放出された赤色映像光、緑色映像光及び青色映像光は、各投射管１４〜１６の前方に配置された投射レンズにより拡大投射され、反射ミラー１１に入射される。反射ミラー１１は、投射レンズからの拡大された映像光を反射することにより光路を変更し、上記スクリーン１３の背面に導く。これにより、スクリーン１３の前面に映像が形成される。

図７は上記した本発明の反射ミラー１１’を搭載した別の背面投射型映像表示装置の正面図と側面図である。図７は、映像発生源として、図示しないランプ（光源）と、このランプからの光を映像信号に応じて光強度変調して光学象を形成する液晶パネルなどの表示素子とを含む例を示すものである。また図７の例では、表示素子上の光学像を図示しない投射レンズによりスクリーン１３’に拡大投影するような光学ユニット１７が搭載されている。

以上述べたように、本発明によれば、銀反射膜の平均表面粗さを１．８ｎｍと小さくしているので、背面投射型映像表示装置の解像度性能、コントラスト性能の低下を抑制、もしくは解像度性能、コントラスト性能を向上させることができる。また、本発明によれば、反射ミラーの銀反射膜を、銀鏡反応を利用したスプレー法で成膜できるので安価に製造できる。そして、銀析出の反応速度を管理することにより、即ち、還元剤水溶液のｐＨおよび液温を制御することにより反射膜の結晶サイズを小さくし、結果として表面粗さを１．８ｎｍ以下とすることができる。よって、光路反射ミラーの反射面での散乱反射を抑える事ができ、解像度性能，コントラスト性能を確保することができる。

本発明の実施形態に係る反射ミラーの構成図 本発明の実施形態に係る反射ミラーの製造工程を示すフロー図 銀反射膜の密着力と反射率の膜厚特性図 銀反射膜の結晶サイズと反射率特性図 各反射ミラーの散乱特性図 本発明の反射ミラーを搭載した背面投射型映像表示装置の正面図、側面図 本発明の反射ミラーを搭載した別の背面投射型映像表示装置の正面図、側面図 平均表面粗さを説明するための図 本実施形態における光路反射ミラーの平均表面粗さの測定個所を示す図

符号の説明

１…基材、２…反射膜、３…保護膜、１１，１１’…反射ミラー、１２，１２’ …筐体、１３，１３’ …スクリーン、１４…赤色映像光投射用の投射管、１５…緑色映像光投射用の投射管、１６…青色映像光投射用の投射管、１７…光学ユニット。

Claims (14)

1. スクリーンと、映像発生源と、該映像発生源からの映像光を拡大投射する投射レンズと、該投射レンズからの映像光を反射して前記スクリーンの背面に導くための反射ミラーとを備えた背面投射型映像表示装置において、
   前記反射ミラーは、その反射面に銀反射膜が形成され、該銀反射膜の平均表面粗さが、１．８ｎｍ以下であることを特徴とする背面投射型映像表示装置。
2. スクリーンと、映像発生源と、該映像発生源からの映像光を拡大投射する投射レンズと、該投射レンズからの映像光を反射して前記スクリーンの背面に導くための反射ミラーとを備えた背面投射型映像表示装置において、
   前記反射ミラーは、基材と、該基材上に形成された銀反射膜と、該銀反射膜状に形成された透明樹脂層とを有し、該銀反射膜の平均表面粗さが、１．８ｎｍ以下であることを特徴とする背面投射型映像表示装置。
3. 前記基材はガラス基材であり、前記銀反射膜が、該ガラス基材上にメッキ処理により形成されることを特徴とする請求項２に記載の背面投射型映像表示装置。
4. 前記銀反射面の表面粗さは、前記反射ミラーの銀反射面おける所定領域内の算術平均粗さで表されることを特徴とする請求項２に記載の背面投射型映像表示装置。
5. 前記所定領域は、前記反射ミラーの銀反射面の、中央部、四隅部、及び該四隅部の中間に位置する４つの中間部の、少なくとも９個所であることを特徴とする請求項５に記載の背面投射型映像表示装置。
6. 前記映像発生源は、赤色の映像光を生成する赤色投射管と、青色の映像光を生成する青色投射管と、緑色の映像光を生成する緑色投射管とを有することを特徴とする請求項２に記載の背面投射型映像表示装置。
7. 前記映像発生源は、光源からの光を映像信号に応じて強度変調して光学像を形成する画素選択型の表示素子とを有することを特徴とする請求項２に記載の背面投射型映像表示装置。
8. 映像発生源からの映像光を、投射レンズにより拡大して透過型スクリーンの背面に投射して該透過型クリーン上に映像を表示する背面投射型映像表示装置に用いられ、前記投射レンズからの映像光を反射することにより光路を変更して前記透過型スクリーンに導くための反射ミラーにおいて、
   基材と、該基材上に形成された銀反射膜と、該銀反射膜状に形成された透明樹脂壮層とを有し、該銀反射膜の平均表面粗さが、１．８ｎｍ以下であることを特徴とする反射ミラー。
9. 前記銀反射膜の結晶サイズが１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の反射ミラー。
10. 前記基材はガラス基材であり、前記銀反射膜が、該ガラス基材上にメッキ処理により形成されることを特徴とする請求項８に記載の反射ミラー。
11. 前記銀反射面の表面粗さは、前記反射ミラーの銀反射面おける所定領域内の算術平均粗さで表されることを特徴とする請求項８に記載の反射ミラー。
12. 前記所定領域は、前記反射ミラーの銀反射面の、中央部、四隅部、及び該四隅部の中間に位置する４つの中間部の、少なくとも９個所であることを特徴とする請求項８に記載の反射ミラー。
13. 前記映像発生源からの映像光として、投射管から放出される赤、青、緑の３原色の映像光であることを特徴とする請求項８に記載の反射ミラー。
14. 前記映像発生源からの映像光として、画素選択型の表示素子によって、映像信号に応じて強度変調された光源からの光であることを特徴とする請求項８に記載の背面投射型映像表示装置。
    

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