JP2008233733A - 透明基板およびそれを用いた電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の漏れが少なく反射率の高い、耐久性の良好な遮光部を備えた防塵ガラスおよびそれを備えた電気光学装置を提供すること。
【解決手段】反射率の高い銀を反射層１２に用いている。銀は、層形成の際にピンホールが生じにくい。また、反射層１２の表面を保護層１４で覆っているので、銀が雰囲気中の酸素と結合して酸化銀となって反射率が低下するのを防ぐことができる。したがって、光の漏れが少なく反射率の高い、耐久性の良好な遮光膜２０を備えた透明基板１０を得ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、投射型表示装置に使用される防塵機能を有した透明基板およびそれを用いた電気光学装置に関する。

投射型表示装置などには、透過型液晶パネルを備えた電気光学装置が使用されている。投射型表示装置では、光源から光が出射され、透過型液晶パネルを透過した光が投射レンズによってスクリーン等に投射される。ここで、透過型液晶パネルの光入射面の傷や光入射面に付着した塵等は、スクリーンに映し出される画像に悪影響を及ぼし画像の品質を低下させる。このような傷や塵等の画像への影響を抑制するために、透過型液晶パネルの光入射面に透明基板を貼り、透過型液晶パネルと塵等との距離を離すことで常にデフォーカス状態として、スクリーン等に投射された画像において傷や塵等に起因した影が映し出されないようにしている。また、透過型液晶パネルの画像表示領域外に入射する光を防止し、所謂、迷光を減少させて画質を向上させるために、透明基板は外周縁に遮光膜を備えている。

図８（ａ）は、透明基板１と透過型液晶パネルである液晶ライトバルブ３とを備えた電気光学装置を示す部分断面図であって、透明基板１と液晶ライトバルブ３とはアクリル系紫外線硬化型接着剤５を用いて接着されている。図中矢印は、入射光２００、出射光３００および液晶ライトバルブ３からの戻り光４００を示している。
図８（ａ）に示すように、透明基板１の遮光膜２が、基板であるガラス基板１１の液晶ライトバルブ３側の面に設けられた構造配置と、遮光膜２の構造として、外部からの入射光２００を反射する反射膜２ａと液晶ライトバルブ３側からの戻り光４００を吸収する吸収層２ｂとを積層してなる２層の遮光膜２の構造が知られている。尚、反射膜２ａには、光源に向かって光を反射し、光を再利用する役目もある。

特許第３７９９８２９号公報（２２頁、図１４）

従来、２層構造による遮光膜２は、反射膜２ａとしてのクロム膜と、吸収層２ｂとしての酸化クロム膜との積層により構成されている。ここで、遮光膜２の光学作用について説明する。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した電気光学装置において円Ｃで囲んだ領域の拡大図である。ガラス基板１１とクロム膜２ａとの界面２ｃでは入射光２００を反射し、アクリル系紫外線硬化型接着剤５と酸化クロム膜２ｂとの界面２ｄでは液晶ライトバルブ３からの戻り光４００の反射を抑えて酸化クロム膜２ｂは戻り光４００を吸収する。このように遮光膜２は、入射光２００を効率良く反射して透過率を低く抑え、かつ液晶ライトバルブ３からの戻り光４００の反射を抑制する機能が求められている。
しかしながら、クロム膜は光を吸収し易いので反射率が低くなる問題があった（クロム膜の反射率：４０〜５０％程度）。

また、図９（ａ）に示すように、クロム膜を蒸着装置等の成膜手段を用いて成膜する場合、成膜されたクロム膜はピンホール７ａが形成されやすいので、入射光２００がクロム膜２ａに入射すると、入射光２００はピンホール７ａを通過してしまうことによって、ガラス基板１１とクロム膜２ａとの界面２ｃで光の漏れが発生してしまう。したがって、遮光膜２の透明基板１側からの入射光の反射特性が低下するという問題があった。
そこで、本願発明者等は、図９（ｂ）に示すように、光の漏れを防止するためにクロム膜２ａを多層構造とすることによって、クロム膜２ａ１，２ａ２，２ａ３の各層で形成されるピンホール７ａ’を分断することで遮光膜２ａを貫通したピンホールが生じることを防止する構造も検討したが、この構造では複数回、クロム膜を成膜する必要があり製造工程が増加してしまうという問題があった。

そこで、本願発明者等は、反射膜２ａの反射率を高めるために、クロムのかわりに銀を用いることを検討した。しかし、図１０に示すように、反射膜２ａに銀を用いた場合、反射膜２ａの反射率を９０％以上に向上させることは可能となったが、銀は空気中の酸素と反応しやすく、銀が酸化して酸化銀となって反射率が低下してしまい、耐久性も低下してしまうという問題が新たに生じた。
また、更に、吸収層２ｂに着目すると、アクリル系紫外線硬化型接着剤５と酸化クロム膜２ｂとの界面２ｄでは、反射光４００ａの反射を抑えて酸化クロム膜２ｂで戻り光４００を吸収するよう構成しているが、戻り光４００の波長帯域によっては、戻り光４００を吸収しきれず界面２ｄで反射光４００ａを反射してしまい迷光となってしまうという問題があった。
さらに、前述の如き透明基板１の遮光膜２を構成する反射膜２ａでの反射率の低下と吸収層２ｂで生じる迷光とに起因した透明基板１での透過光量の損失を補うため、投射型表示装置の光源（ランプ）のパワーを上げることによって生じる当該光源の過剰な温度上昇、並びに投射型表示装置内の温度上昇によって当該投射型表示装置に搭載された多数の光学部品の過剰な温度上昇により、各光学部品の寿命の短命化という問題があった。
本発明的は、前述の如き様々な問題に鑑みてなされたものであって、光の漏れが少なく反射率の高い、耐久性の良好な遮光部を備え、かつ電気光学装置内の過剰な温度上昇を抑制することが可能な透明基板およびそれを備えた電気光学装置を提供することを目的とする。

本発明の透明基板は、外周縁に遮光膜を設けた透明基板であって、前記遮光膜は、前記透明基板上から銀を含む第１の層と、当該第１の層上に炭素粒子を含む第２の層とを積層して形成し、前記第１の層の表面は保護層で覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、反射率の高い銀を第１の層に用いることで、光の再利用率を高まる。また銀は、層形成の際にピンホールが生じにくいため、ピンホールからの光の漏れも減少する。また、第１の層の表面を保護層で覆っているので、銀が雰囲気中の酸素と結合して酸化銀となって反射率が低下するのを防げる。したがって、光の漏れが少なく反射率の高い、耐久性の良好な遮光膜を備えた透明基板が得られる。

本発明では、前記保護層は、二酸化ケイ素を含むのが好ましい。
この発明では、二酸化ケイ素をスパッタやイオンプレーティング等の工法で成膜すれば、より緻密な膜が形成できるため、銀と空気の遮断がより確実に行われ耐久性を向上させることが出来るため好ましい。

本発明では、前記透明基板の屈折率Ｎ１と前記保護層の屈折率Ｎ２との関係が、
０≦｜Ｎ１−Ｎ２｜／Ｎ２≦０．０５
を満足するのが好ましい。
この発明では、保護層の屈折率に対する透明基板の屈折率と保護層の屈折率との差の割合が、５％以下であるので、透明基板と保護層との界面での反射が抑えられる。

本発明では、前記保護層は、炭素粒子を含む層であるのが好ましい。
この発明では、炭素粒子が光を吸収し保護層での反射が抑制される。

本発明の電気光学装置は、表示パネルと、当該表示パネルに対向する面の外周縁に遮光膜を設けた透明基板とを備え、前記遮光膜は、前記透明基板上から銀を含む第１の層と、当該第１の層上に炭素粒子を含む第２の層とを形成し、前記第１の層の表面は保護層で覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、表示パネルに入射する光が、可視光領域で反射率が９０％以上と高い銀を含む第１の層によって反射されるので、反射された光の再利用が効率よく行える。また、第１層の表面を保護層で覆っているので、銀が雰囲気中の酸素と結合して酸化銀となって反射率が低下するのを防げ、反射された光の再利用が長期間効率よく行える電気光学装置が得られる。
さらに、電気光学装置内の過剰な温度上昇を防ぎ、発光管やその他の光学部品の黒化や失透、或いは破壊することを抑制した長寿命化を可能とする環境配慮型の光源装置を得ることができる。

本発明では、前記保護層は、二酸化ケイ素を含むのが好ましい。
この発明では、前述の効果を有する電気光学装置が得られる。

本発明では、前記透明基板の屈折率Ｎ１と前記保護層の屈折率Ｎ２との関係が、
０≦｜Ｎ１−Ｎ２｜／Ｎ２≦０．０５
を満足するのが好ましい。
この発明では、前述の効果を有する電気光学装置が得られる。

本発明では、前記保護層は、炭素粒子を含む層であるのが好ましい。
この発明では、前述の効果を有する電気光学装置が得られる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に基づいて説明する。
なお、各実施形態の図面において、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。

（第１実施形態）
図１は、実施形態にかかる電気光学装置１００の平面図である。図２（ａ）は、図１に示した電気光学装置１００におけるＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、（ａ）の電気光学装置１００の一部を円Ｂで囲んだ部分の拡大図である。図３は、電気光学装置１００の分解斜視図である。
図１および図２において、電気光学装置１００は、液晶装置６０とケース１１０とフック１３０とフレキシブルプリント配線基板１２０とを備えている。
図２（ａ）に示すように、液晶装置６０の外周縁部は、ケース１１０とフック１３０とによって挟持されている。そして、液晶装置６０とケース１１０との間には、充填材１９が充填されている。
また、液晶装置６０には、フレキシブルプリント配線基板１２０が接続され、ケース１１０から引き出されている。
図２（ａ）において、入射光２００は、紙面に対して上方向から電気光学装置１００に入射し、下方向に出射光３００となって出射する。図３では、入射光２００は、紙面に対して下方向から液晶装置６０に入射し、上方向に出射光３００となって出射するように描かれている。
図２（ａ）および図３では、入射角が０°のように描かれているが、実際には少し斜めから入射する。例えば、入射角は０°〜１５°の間である。

図２（ａ）および図３において、液晶装置６０は、表示パネルとしての透過型液晶パネル１５０と透過型液晶パネル１５０の光入射側に設けられた防塵機能を有した透明基板１０と透過型液晶パネル１５０の光出射面に設けられた防塵機能を有した透明基板７０とを備えている。
透過型液晶パネル１５０は、パネル基板９０と対向基板８０とを備えている。対向基板８０はパネル基板９０よりも小さく、パネル基板９０の周辺部分は、対向基板８０の外周縁よりはみ出た状態で貼り合わされている。

図２（ｂ）において、透明基板１０は、ガラス基板１１と遮光膜２０とを備えている。遮光膜２０は、ガラス基板１１の外周縁に形成され、第１の層である反射層１２と第２の層である樹脂層１３とを備えている。透明基板１０と対向基板８０とは、固定手段としての接着剤８１によって貼り合わされている。
なお、接着剤８１の屈折率を、ガラス基板１１の屈折率及び透過型液晶パネル１５０の対向基板８０の屈折率に近づけることにより、接着剤８１との界面での反射を抑えることができる。接着剤８１は、シリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いればよい。
また、接着剤８１の屈折率Ｎａを、樹脂層１３の屈折率Ｎｒに近づけることにより、樹脂層１３と接着剤８１との界面での反射を抑えることができる。具体的には、樹脂層１３の屈折率Ｎｒと接着剤８１の屈折率Ｎａとの関係が、
０≦｜Ｎｒ−Ｎａ｜／Ｎｒ≦０．０５
を満足するのが好ましい。

ガラス基板１１としては、例えば、石英、無アルカリガラス、水晶、サファイア、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃：ＬＴ）等を用いることができる。

以下に、透明基板１０について、図面に基づいて詳しく説明する。
図４に、透明基板１０を示した。図４（ａ）は、透明基板１０の平面図、同図（ｂ）は、そのＢ−Ｂにおける断面図、同図（ｃ）は、透明基板１０の外周縁に形成した遮光膜領域を詳しく説明した図である。
反射層１２はガラス基板１１の縁を除いた光出射面６の外周縁表面に形成されている。図４（ａ）に示すように、反射層１２を光入射側から見た形状は、画像表示領域８を囲む矩形環状である。
保護層１４は、ガラス基板１１上の全面に形成され、ガラス基板１１に形成された反射層１２を覆っている。保護層１４は、ガラス基板１１の縁まで形成され、反射層１２を覆っている。したがって、反射層１２のガラス基板１１と接する面以外の表面は、保護層１４によって覆われている。

樹脂層１３はガラス基板１１の外縁から反射層１２の画像表示領域８側の縁の位置よりも内側まで形成されている。図４（ａ）に示すように平面視した状態で、樹脂層１３の形状は矩形環状で、反射層１２より大きい。
図４（ｂ）に示すように、透明基板１０の光入射面７に入射した入射光２００の大部分はガラス基板１１の画像表示領域８を透過して、透過型液晶パネル１５０の内部に入射する。入射光２００の一部は反射層１２で反射する。

まず、図４（ｃ）において、ガラス基板１１と反射層１２との界面である光出射面６での入射光２００の反射特性について検討する。図６（ａ）は、反射層１２の材料を銀とした場合、反射層１２の膜厚ｔａと透過特性（透過率及び反射率）との関係についてシミュレーションした結果のグラフである。反射層１２の材料を銀とした場合、ｔａを８０ｎｍ以上とすると透過率を略０％とすることできるのがわかる。ここで、スパッタ装置や蒸着装置等の成膜手段の成膜バラツキを考慮して、反射層１２の透過率を０％とするためには、図６（ｂ）に示すように、反射層１２の設計膜厚を１９０ｎｍ程度とすることが好ましい。尚、反射層１２は、真空蒸着法、スパッタ法等で形成後、よく知られたフォトリソグラフィ技法とエッチング技法とによって、矩形環状の形状に形成ことができる。
次に、前述の如く保護層１４を反射層１２の表面全体を覆うと共にガラス基板１１上の全面に形成する。

次に、図４（ｃ）において、透過型液晶パネル１５０からの戻り光４００の樹脂層１３での反射防止特性について検討する。樹脂層１３は、炭素粒子を含んでおり、例えば、富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ（株）製ＣＫ−７８００Ｌ等を用いることができる。透過型液晶パネル１５０から反射した戻り光４００が樹脂層１３へ入射すると、樹脂層１３内の分散された炭素粒子によって吸収される。

図７は、樹脂層１３へ入射した戻り光４００が樹脂層１３を透過して反射層１２で反射し樹脂層１３の表面１６から出射する透過特性（戻り光４００の樹脂層１３での反射率）と樹脂層１３の厚みｔｂとの関係ついてシミュレーションした結果のグラフである。
ｔｂを５００ｎｍ以上とすると、戻り光４００の反射率を１％未満とすることができるのがわかる。更に、戻り光４００の反射率を０．０５％程度（戻り光４００を樹脂層１３でほぼすべて吸収させる）とするためには、ｔｂを１０００ｎｍ以上にするのが好ましく、製造バラツキを考慮して１０００ｎｍ〜１５００ｎｍとするのが好ましい。
樹脂層１３は、スピンコート法により塗布した後、フォトリソグラフィ技法によって、矩形環状の形状にすることができる。また、スクリーン印刷によって、直接矩形環状の形状を形成してもよい。

ガラス基板１１の屈折率Ｎ１と保護層１４の屈折率Ｎ２において、これらの屈折率を近づけることにより、ガラス基板１１と保護層１４との界面での反射を抑えることができる。
ここで、効果的に反射を抑えるには、屈折率の差｜Ｎ１−Ｎ２｜が、保護層１４の屈折率Ｎ２に対して、０〜５％程度である、即ち
０≦｜Ｎ１−Ｎ２｜／Ｎ２≦０．０５
の関係を満足することが好ましい。例えば、保護層１４が二酸化ケイ素の層とした場合、二酸化ケイ素の層の屈折率は１．４６であるので、屈折率が１．４０〜１．５２であるガラス基板１１を用いることが好ましい。

以下、本実施形態の効果を記載する。
（１）反射率の高い銀を反射層１２に用いている。銀は、層形成の際にピンホールが生じにくい。また、反射層１２の表面を保護層１４で覆っているので、銀が雰囲気中の酸素と結合して酸化銀となって反射率が低下するのを防ぐことができる。したがって、光の漏れが少なく反射率の高い、耐久性の良好な遮光膜２０を備えた透明基板１０を得ることができる。

（２）二酸化ケイ素の屈折率１．４６に対して、ガラス基板１１の屈折率が１．４０〜１．５２で、屈折率差が二酸化ケイ素の屈折率に対して５％以下であるので、ガラス基板１１と二酸化ケイ素を含む保護層１４との界面での反射を抑えることができる。

（３）透過型液晶パネル１５０に入射する光が、可視光領域で反射率が９０％以上と高い銀を含む反射層１２によって反射されるので、反射された光の再利用を効率よく行うことができる。また、反射層１２の表面を保護層１４で覆っているので、銀が雰囲気中の酸素と結合して酸化銀となって反射率が低下するのを防ぐことができ、反射された光の再利用が長期間効率よく行える電気光学装置１００を得ることができる。
さらに、電気光学装置内の過剰な温度上昇を防ぎ、発光管やその他の光学部品の黒化や失透、或いは破壊することを抑制した長寿命化を可能とする環境配慮型の光源装置を得ることができる。

（第２実施形態）
図５には、本実施形態の透明基板３０の断面図を示した。
透明基板３０が貼り付けられる液晶装置６０、透過型液晶パネル１５０および電気光学装置１００の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態では、透明基板３０の構成が異なる。
本実施形態では、反射層１２の保護層として、樹脂層１３を用いている。したがって、第１実施形態で示したガラス基板１１上の全面に形成された保護層１４は設けられていない。
保護層としての樹脂層１３は、第１実施形態と同様の材料で形成することができる。樹脂層１３は、反射層１２とガラス基板１１とが接する面を除いた表面を覆っている。

以下、本実施形態の効果を記載する。
（４）樹脂層１３が保護層を兼ねているので、遮光膜２０の構造を簡単にでき、透明基板３０の製造を容易にできる。

なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、平面視した状態で、反射層１２および樹脂層１３の形状は液晶装置６０の画像表示領域に合わせればよく、矩形環状以外の形状であってもよい。
また、透明基板１０の光入射面７には、反射防止膜を設けてもよい。反射防止膜を設けることによって、光入射面７での反射を低減でき光の利用効率が向上する。
さらに、電気光学装置内の過剰な温度上昇を防ぎ、発光管やその他の光学部品の黒化や失透、或いは破壊することを抑制した長寿命化を可能とする環境配慮型の光源装置を得ることができる。

また、透明基板１０の光入射面７には、反射防止膜を設けてもよい。反射防止膜を設けることによって、光入射面７での反射を低減でき光の利用効率が向上する。

また、本発明を実施するための最良の方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、使用する材料、形状、数量その他の詳細な事項において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。したがって、上記に開示した材料、形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの材料、形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の第１実施形態にかかる電気光学装置の平面図。 （ａ）は電気光学装置の図１におけるＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）はその部分拡大図。 電気光学装置の分解斜視図。 （ａ）は透明基板の平面図、同図（ｂ）はそのＢ−Ｂにおける断面図、同図（ｃ）は遮光膜領域を詳しく説明した図。 本発明の第２実施形態にかかる透明基板の断面図。 （ａ）及び（ｂ）は反射層の透過特性図。 樹脂層の透過特性図。 従来の電気光学装置の部分断面図。 従来の電気光学装置の遮光膜領域の拡大図。 銀とクロムの透過特性図。

符号の説明

１２…第１の層としての反射層、１３…第２の層としての樹脂層、１４…保護層、１０，３０…透明基板、２０…遮光膜、１００…電気光学装置、１５０…透過型液晶パネル。

Claims (8)

1. 外周縁に遮光膜を設けた透明基板であって、
   前記遮光膜は、前記透明基板上から銀を含む第１の層と、
   当該第１の層上に炭素粒子を含む第２の層とを積層して形成し、
   前記第１の層の表面は保護層で覆われている
   ことを特徴とする透明基板。
2. 請求項１に記載の透明基板において、
   前記保護層は、二酸化ケイ素を含む
   ことを特徴とする透明基板。
3. 請求項１または請求項２に記載の透明基板において、
   前記透明基板の屈折率Ｎ１と前記保護層の屈折率Ｎ２との関係が、
   ０≦｜Ｎ１−Ｎ２｜／Ｎ２≦０．０５
   を満足する
   ことを特徴とする透明基板。
4. 請求項１に記載の透明基板において、
   前記保護層は、炭素粒子を含む層である
   ことを特徴とする透明基板。
5. 表示パネルと、
   当該表示パネルに対向する面の外周縁に遮光膜を設けた透明基板とを備え、
   前記遮光膜は、前記透明基板上から銀を含む第１の層と、当該第１の層上に炭素粒子を含む第２の層とを形成し、
   前記第１の層の表面は保護層で覆われている
   ことを特徴とする電気光学装置。
6. 請求項５に記載の電気光学装置において、
   前記保護層は、二酸化ケイ素を含む
   ことを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の電気光学装置において、
   前記透明基板の屈折率Ｎ１と前記保護層の屈折率Ｎ２との関係が、
   ０≦｜Ｎ１−Ｎ２｜／Ｎ２≦０．０５
   を満足する
   ことを特徴とする電気光学装置。
8. 請求項５に記載の電気光学装置において、
   前記保護層は、炭素粒子を含む層である
   ことを特徴とする電気光学装置。

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