JP2006292947A - 放熱用水晶板、偏光板、及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶プロジェクタの光学系等において液晶パネルに添設されて使用される放熱用の水晶板の面積を増大させることなく放熱効率を大幅に高めることができる放熱用水晶板、偏光板、及び光学機器を提供する。
【解決手段】 偏光板１０面に添設される放熱用の水晶板１において、偏光板の有効光学領域外１０Ｂに相当する水晶板２の外周縁に沿って金属膜５を配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶プロジェクタにおいて使用される偏光板の発熱を効率的に放熱するために偏光板に添設される放熱用水晶板、この放熱用水晶板を備えた偏光板、及びこの偏光板を備えた光学機器の改良に関する。

液晶プロジェクタでは光源から出射された光を、液晶ライトバルブ等を用いて画像情報に応じて変調し、変調された光をスクリーン上に投影するための構成を備えている。液晶ライトパネルは、液晶パネルの入射面、或いは出射面側に偏光板を貼り付けた構成を備え、偏光板により光源からの光を偏光光に変換して光の利用効率を高めている。偏光板は偏光軸方向の光成分以外の光を遮断する際に発熱するが、発熱によって偏光板に歪みや劣化が生じやすく、偏光板の光学特性が劣化する原因となる。
このような不具合を解消するため、従来は光学特性を有しない透明なガラス板を偏光板に貼り付けていたが、放熱効率が十分でないため、最近では熱伝導率の高いサファイヤ基板を偏光板に貼り付けることにより放熱効率を高めていた。
しかし、サファイヤ基板は製造が容易でなく製造コストが高いという不具合を有するため、特開２００２−１４４１９公報において、サファイヤよりも安価であり、しかもガラスよりも熱伝導率が高い水晶板を使用することが提案されている。
図７（ａ）及び（ｂ）は従来の放熱用水晶板の構成を示す正面図、及び側面図であり、この水晶板は、外周縁に沿って記した破線の内側が有効光学範囲であり、その外側は非有効範囲であり、光学軸は底辺に対して９０度の角度を有している。また、その片面には反射防止膜（ＡＲコート）が形成されている。
しかし、放熱用水晶板の放熱効果は水晶材料自体の熱伝導率のみに依存して決定されるので、板厚を維持しつつ放熱効果を高めるためには水晶板の面積を増大させるしかなく、液晶プロジェクタを構成する各種光学部品小型化、高集積化、高出力化に対応しつつ放熱効率を高めるには限界があった。
特開２００２−１４４１９公報

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、液晶プロジェクタの光学系等において液晶パネルに添設されて使用される偏光板からの発熱を放熱するための水晶板の面積を増大させることなく放熱効率を大幅に高めることができる放熱用水晶板、偏光板、及び光学機器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、偏光板面に添設される放熱用の水晶板において、前記偏光板の有効光学領域外に相当する水晶板の外周縁に沿って金属膜を配置したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記金属膜は、前記水晶板の少なくとも一方の主面の外周縁に沿って形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１、又は２において、前記金属膜は、前記水晶板の外周面の少なくとも一部に沿って形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明に係る偏光板は、請求項１、２又は３に記載の放熱用水晶板を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明に係る光学機器は、請求項４に記載の前記偏光板を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、液晶パネルに添設されて使用される偏光板面に添設されて偏光板からの発熱を放熱するための水晶板において、偏光板の有効光学領域外に相当する水晶板の外周縁に沿って金属膜を配置したので、放熱用水晶板の面積を増大させることなく放熱効率を大幅に高めることができる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る放熱用水晶板と偏光板との位置関係を示す分解斜視図、放熱用水晶板の構成を示す要部斜視図、及びＡ−Ａ断面図である。この放熱用水晶板１は、例えば液晶プロジェクタにおいて液晶パネルの入射面、或いは出射面側に配置される偏光板１０の放熱効率を高めるために偏光板１０の一方の面、或いは両面に添設される放熱手段であり、偏光板１０の有効光学領域外１０ｂに相当する水晶板２の外周縁に沿って金属膜５を配置した構成が特徴的である。
即ち、この例では放熱用水晶板１は矩形の偏光板１０の片面側に接着等により密着して添設されており、破線で示した境界線の内側が有効光学領域であり、偏光板１０の有効光学領域と放熱用水晶板１の有効光学領域が一致するように、金属膜５は偏光板１０の有効光学領域外１０ｂに沿って形成されている。
図１（ｂ）（ｃ）に示すようにこの例では金属膜５は水晶板２の外周縁の両主面の外周縁に沿って形成されている。具体的は水晶板２の外周面（側面）２ａを除いた両主面の外周縁に沿って帯状に金属膜５は成膜されている。この例では、水晶板２の四隅部の欠けを防止するために四隅部には面取り部が形成されているが、面取り部はなくてもよい。
なお、実際には水晶板２の両主面のうちの少なくとも一方には反射防止膜（ＡＲ膜）を形成する。
次に、図２（ａ）乃至（ｄ）は金属膜５の形成パターンの他例を示す断面図である。まず、図２（ａ）の例では金属膜５は水晶板２の一方の主面の外周縁に沿った箇所と水晶板の外周面２ａ全体に連続して形成されている。
図２（ｂ）の金属膜５は水晶板２の一方の主面の外周縁に沿った箇所と水晶板の外周面２ａの一部（本例では外周面の幅の半分）に連続して形成されている。
図２（ｃ）の金属膜５は、水晶板２の両主面の外周縁に沿った箇所と水晶板の外周面２ａ全体に連続して形成されている。
図２（ｄ）の金属膜５は、水晶板２の外周面２ａの全体に連続して形成されている。
なお、上記各実施形態の金属膜５は水晶板の外周面２ａの長手方向（周方向）全長に亘って連続形成してもよいし、部分的に金属膜が存在しない箇所があってもよい。

次に、図３、図４及び図５は本発明の放熱用水晶板の製造手順を示す説明図であり、図３は水晶原石から切り出したランバードを水晶板に切断する工程を示し、図４は金属膜を形成する工程を示す。
まず、図３（ａ）は水晶原石２０を示し、この水晶原石２０中のＹ軸方向有効長に相当する部分のみを切断することにより（ｂ）に示した直方体状のランバード２１を得る。（ｃ）ではこのランバード２１の外周面にＹ方向に沿った目印用の溝２１ａを形成する。次いで、（ｄ）ではランバード２１をＸ軸、Ｚ軸と平行な切断面Ｌに沿って所定のＹ軸方向ピッチにて等間隔に切断することにより、（ｅ）に示した水晶板２個片を得る。
この水晶板２は、ラップ工程による機械的粗面加工、ポリッシュ工程による鏡面加工を経てから、両主面にＡＲ膜が形成される。
図４、図５は水晶板の非光学領域の任意の位置に対して金属膜を蒸着により形成するために使用する蒸着治具の構成例を示す図である。図４（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は蒸着治具を構成する各層の説明図、及び蒸着治具の構成説明図であり、図５（ａ）は図４（ｃ）のＡ−Ａ断面図、図５（ｂ）は図４（ｃ）のＢ−Ｂ断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の要部拡大図である。
この蒸着治具３０は、水晶板２を保持した状態で蒸着炉内で蒸着物質を水晶板の外周縁に沿った任意の範囲にのみ成膜させるためのマスクとして機能する。
蒸着治具３０は、図４（ａ）に示すように最下層３１、中間層３２、及び最上層３３の３枚のシート状枠体から構成されており、図４（ｂ）は最下層３１の上に、中間層３２、最上層３３を順次積層することにより蒸着治具３０を組み立てた状態を示す平面図である。
最下層３１は、枠体３１ａと、中央部に突出したマスク部３１ｂとから成り、このマスク部３１ｂは水晶板２の有効光学領域を遮蔽するマスクとして機能する。中間層３２は、最下層３１の枠体３１ａと整合する形状を有した枠体３２ａと、枠体３２ａの内周縁の所定位置（この例では各四辺の中央部）から中心部へ向けて突出した小突起３２ｂとから構成され、小突起３２ｂは水晶板２の外周縁に接してこれを支持する。最上層３３は、最下層３１及び中間層３２の各枠体３１ａ、３２ａと整合する形状を有した枠体３３ａから構成される。

図４（ｃ）は（ｂ）に示した治具の上面側から枠体中央部に水晶板２を載置した状態を示し、（ｄ）は（ｃ）を裏面側から見た図である。
図５（ａ）は蒸着治具３０の中間層３２に設けた小突起３２ｂ上に水晶板２を支持した状態を断面で示しており、最下層３１に設けたマスク部３１ｂは水晶板２の下面に対して非接触状態で対向している。また、各小突起３２ｂとマスク部３１ｂの外周縁との間には隙間Ｓが形成されている。
図５（ｂ）（ｃ）は蒸着炉内において、蒸着治具３０によって支持された水晶板２に対して金属物質を付着させて金属膜を生成する状態を示しており、太い矢印４０方向から飛翔してきた蒸着物質は隙間Ｓ内から水晶板２に向けて進行し、細い矢印４０ａ、４０ｂに示すような直線経路、及び回り込み経路を経て夫々水晶板の一方の主面と外周面に付着する。
なお、上記実施形態に示した蒸着治具は、図２（ｂ）に示した一例に係る金属膜を形成するための構成例であり、図１、図２（ａ）（ｃ）（ｄ）に夫々示した金属膜を得るための治具の構成は夫々の金属膜形成範囲の違いに応じて異ならせればよい。

次に、図６（ａ）及び（ｂ）は水晶板に対してアルミニウムの金属膜を成膜する前の状態と、成膜後の状態を示す図である。水晶板２は縦横の各辺の長さがＬである正方形であり、金属膜５の幅はＸとする。この場合において、熱伝導率を放熱効果そのものと仮定すると、金属膜５の幅Ｘと、水晶板の一辺の長さＬとの関係を、Ｘ＝Ｌ／１０とした場合、図６（ｂ）に示した本発明の放熱用水晶板は、（ａ）に示した水晶板に比べて約３．２倍の放熱効果を有していることが判明した。換言すれば、（ａ）に示した水晶板と（ｂ）に示した放熱用水晶板の各放熱効果を同等に設定するとすれば、本発明の放熱用水晶板の面積は、（ａ）の水晶板よりも約７０％小型化できることとなる。
これを詳述すると、図６（ａ）の水晶板２の表面積は、Ｌ²である。一方、図６（ｂ）の放熱用水晶板１の水晶板部分の表面積は、Ｌ²であり、金属膜５の表面積は２ＬＸ＋２Ｘ（Ｌ−Ｘ）＝４Ｘ（Ｌ−Ｘ）である。そして、図６（ｂ）の放熱用水晶板１の各部の合計面積は４Ｘ（Ｌ−Ｘ）＋Ｌ²である。

ここで金属膜５がアルミニウムから成る場合を考えると、水晶の熱伝導率は０．１４Ｗ／ｍ・Ｃであり、アルミニウムの熱伝導率は、０．８６Ｗ／ｍ・Ｃである。
ここでは基板厚み・膜厚は一定とし、表面積のみで考え、表面積に熱伝導率をかければ、図６（ａ）と（ｂ）の比較は可能である。
図６（ｂ）の放熱用水晶板１の放熱効果の指数は、０．８６×｛４Ｘ（Ｌ−Ｘ）＋０．１４Ｌ²｝、図６（ａ）の水晶板２の放熱効果の指数は、０．１４Ｌ²である。
したがって、本発明の放熱用水晶板１は、水晶板２単体の場合よりも、

倍の放熱効果が見込める。
また、水晶板の外周縁に金属膜５を配置することにより、金属膜がダンパーとして機能し、個片同士がぶつかり合った場合に端面に欠損が発生する確率が大幅に低減する。
本発明の放熱用水晶板は各種光学機器、例えば液晶プロジェクタに使用される偏光板に添設されて使用されることにより、同じ面積の放熱用水晶板でありながら大幅に放熱効果を高めることができるので、偏光板の小型化に追従して小型化しつつその放熱効果を高めることができる。また、この偏光板を適用可能な光学機器は、液晶プロジェクタに限らず液晶ライトバルブ等を用いる光学機器一般に適用することができる。

（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る放熱用水晶板と偏光板との位置関係を示す分解斜視図、放熱用水晶板の構成を示す要部斜視図、及びＡ−Ａ断面図。 （ａ）乃至（ｄ）は金属膜５の形成パターンの他例を示す断面図。 （ａ）は水晶原石を示す図、（ｂ）はランバードの構成図、（ｃ）はランバードの外周面にＹ方向に沿った目印用の溝を形成した状態を示す図、（ｄ）はランバードをＸ軸、Ｚ軸と平行な切断面Ｌに沿って所定のＹ軸方向ピッチにて等間隔に切断する手順を示す図、（ｅ）は水晶板個片を示す図。 （ａ）乃至（ｄ）は蒸着治具を構成する各層の説明図、及び蒸着治具の構成説明図。 （ａ）は蒸着治具の中間層に設けた小突起上に水晶板を支持した状態を示す断面図、（ｂ）（ｃ）は蒸着炉内において蒸着治具によって支持された水晶板に対して金属物質を付着させて金属膜を生成する状態を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は水晶板に対してアルミニウムの金属膜を成膜する前の状態と、成膜後の状態を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は従来の放熱用水晶板の構成説明図。

符号の説明

１ 放熱用水晶板、２ 水晶板、２ａ 外周面（側面）、５ 金属膜、１０ 偏光板、１０ａ 有効光学領域、１０ｂ 有効光学領域外、２０ 水晶原石、２１ ランバード、３０ 蒸着治具、３１ 最下層、３２ 中間層、３３ 最上層。

Claims (5)

1. 偏光板面に添設される放熱用の水晶板において、
   前記偏光板の有効光学領域外に相当する水晶板の外周縁に沿って金属膜を配置したことを特徴とする放熱用水晶板。
2. 前記金属膜は、前記水晶板の少なくとも一方の主面の外周縁に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱用水晶板。
3. 前記金属膜は、前記水晶板の外周面の少なくとも一部に沿って形成されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の放熱用水晶板。
4. 請求項１、２又は３に記載の放熱用水晶板を備えたことを特徴とする偏光板。
5. 請求項４に記載の前記偏光板を備えたことを特徴とする光学機器。

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