JP2009031781A - 光学部材の設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 投射型表示装置には、さらなる高強度の光源を使用する要望が高い。このような高強度の光源から照射される光を従来の光学部材に照射すると、該光学部材は高温化してしまい、光学部材をさらに低温化することが求められていた。
【解決手段】光学部材と、前記光学部材が固定された透明基板と、前記透明基板を支持する支持体と、前記透明基板及び前記支持体の間隙に保持された液状の熱伝導材料と、を備えることを特徴とする光学部材の設置構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型表示装置に好適な光学部材の設置構造等に関する。

低価格な大画面表示機器として、従来のブラウン管型や直視型液晶表示装置に代わり、投射型表示装置が急速に普及しつつある。投射型表示装置とは、光源からの光を小型表示素子に導き、この素子が光の強度変調により作成した像を投射レンズによって拡大してスクリーン上に投射することで大画面表示を実現する装置である。小型表示素子としては、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子、マイクロミラーアレイ素子などが一般的に用いられている。投射型表示装置は、観察者の方からスクリーンに投射されるフロントプロジェクターが、観察者に対してスクリーンの裏側から投射されるリアプロジェクターが用いられている。

投射型表示装置では、カラーフィルター、偏光板、位相差板、液晶表示素子等の光学部材が用いられ、表示画面の高コントラスト化やムラの低減などを考慮して光学系が精密に構成されている。代表的な液晶表示素子を用いた投射型表示装置の構成では、光源からの光を三原色に分離し、各原色の光学系では使用する偏光板に特定波長の偏光を吸収させたり透過させたりすることにより、像を表示している。

投射型表示装置は近年高輝度化が進み、それに伴って高強度の光源が用いられることにより、光路に配置された光学部材はその強力な光を吸収し、また、近傍に配置されるランプ等発熱体の影響を受け高温状態となる。このような光学部材の高温化に伴い、光学部材の劣化が急速に進行する状況が生じており、光学部材の耐久性が投射型表示装置の寿命を決定するほどの重要な要素となってきた。特に、ガラスなどの透明基板と吸収型偏光子とを含む光学部材は光の吸収量が多く、特に高温となる。
この問題を解決するために、低温化することができる光学部材として、ガラスの代わりにサファイアを透明基板として含む光学部材が報告されている（特許文献１参照）。

特開２０００−３１４８０９号公報

投射型表示装置には、さらなる高強度の光源を使用する要望が高い。このような高強度の光源から照射される光を前記公報記載の光学部材に照射すると、該光学部材は高温化してしまい、光学部材をさらに低温化することが求められていた。

このような状況下、本発明者らは鋭意検討した結果、光学部材を低温化させることのできる光学部材の設置構造を見出し、本発明に至った。
すなわち本発明は、以下の［１］〜［１１］記載の発明である。
［１］ 光学部材と、前記光学部材が接合された透明基板と、前記透明基板を支持する支持体と、前記透明基板及び前記支持体の間隙に保持された２０℃における粘度が１５０×１０^-3Ｐａ・ｓ以下の液状の熱伝導材料と、を備えることを特徴とする光学部材の設置構造。
［２］ 前記光学部材が吸収型偏光子であることを特徴とする［１］記載の光学部材の設置構造。
［３］ 前記透明基板を一対有し、前記吸収型偏光子が前記一対の透明基板間に挟まれ、前記吸収型偏光子の前記透明基板と対向しない端面が樹脂で覆われていることを特徴とする［２］記載の設置構造。
［４］ 前記吸収型偏光子がＰＶＡ系樹脂を含む偏光子であることを特徴とする［２］又は［３］記載の設置構造。
［５］ 少なくとも１枚の透明基板が、熱伝導率として５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を有する透明基板であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか記載の光学部材の設置構造。
［６］ 前記透明基板が、サファイア、又は、結晶性を有する石英からなる透明基板であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか記載の光学部材の設置構造。
［７］ 前記液状の熱伝導物質が、１０℃〜２００℃の温度範囲で液状であり、且つ２０℃１気圧における蒸気圧として１．５×１０^-2Ｐａ以下を有する物質であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか記載の光学部材の設置構造。
［８］ 前記液状の熱伝導物質が、鎖式飽和炭化水素、フッ素系オイル、シリコーン系オイル及びイオン性液体からなる群から選ばれる少なくとも１種の物質であることを特徴とする［１］〜［７］のいずれか記載の光学部材の設置構造
［９］ 前記支持体が、アルミニウム、マグネシウム、チタン及び銅からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分として含有する支持体あることを特徴とする［１］〜［８］のいずれか記載の光学部材の設置構造。
［１０］ 前記支持体が、さらに、放熱のための表面積拡大構造、液冷式熱交換器及びセラミックからなる放熱面からなる群から選ばれる少なくとも１種の冷却機構を有することを特徴とする［１］〜［９］のいずれか記載の光学部材の設置構造。
［１１］ ［１］〜［１０］のいずれか記載の光学部材の設置構造を有することを特徴とする投射型表示装置。

本発明の光学部材の設置構造は、高強度の光源による光が光学部材に照射されても、該光学部材を低温化させることができる。また、本発明の投射型表示装置は高強度の光源を使用することができることから高輝度の表示を実現することができる。

本発明の光学部材の設置構造は、光学部材と、前記光学部材が接合された透明基板と、前記透明基板を支持する支持体と、前記透明基板及び前記支持体の間隙に保持された液状の熱伝導材料と、を備える光学部材の設置構造である。

本発明において、透明基板と支持体との接触部の間隙に液状の熱伝導材料を保持させることにより、熱が透明基板からに速やかに支持体へと流出し、光学部材の大幅な低温化が可能となる。これは支持体と透明基板とのそれぞれの表面同士の接触が、ミクロ的には点接触であり、熱伝導は大きく抑制されているところに液状の熱伝導物質を接触部の間隙に保持させることでミクロ的な接触面積が増大し、熱の移動が大きく改善され、光学部材の冷却が促進される。

以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。ただし、同一又は同一相当要素には同一の符号を付す。

本発明の実施の一態様を図１に示す。光学部材１１は透明基板１２に接合され、さらに透明基板１２は支持体１３に密接して配置される。光学部材１１と透明基板１２との接合は、通常、後述するように接着剤又は粘着剤としての機能を有する層を介して貼合される。この際、光学部材１１と透明基板１２との接合面は光路となることから、空気などが入らないように密接に接合される。
透明基板１２はその周囲の面を支持体に密接した形で固定されている。言い換えると、図１では支持体１３が透明基板１２の一部例えば端部を把持している。この状態で透明基板１２と支持体１３の面同士が密接した間隙に、後述する液状の熱伝導材料１４が保持される。

接触部の間隙とは、支持体１３が、透明基板１２を支持すべく透明基板１２に対して接触して支持するための力を及ぼすことのできる部分における、支持体１３と透明基板１２との間にに形成される微小な空間のことである。透明基板１２の表面と支持体１３の表面とは微視的には、それぞれ凹凸が存在し、支持体１３と透明基板との間にはミクロ空間が存在する。

ここで、支持体１３は透明基板１２を把持できるような構造を有することが好ましい。支持体１３は、例えば、図１に示すように、透明基板１２を固定できるように溝部１８が形成されている。その溝部１８内に、透明基板１２の光の透過方向と直交する側の端部１２ｃが収容され、支持体１３が透明基板の上面１２ａ及び下面１２ｂの端部と、透明基板１２の端面１２ｄとに対して、液状の熱伝導材料１４を介しつつ接触することにより、透明基板１２が支持されている。但し、支持体１３が、透明基板１２と液状の熱伝導材料を介して接触する場所は、面１２ａ、１２ｂ、１２ｃのいずれでもよい。なお、支持体１３は後述する図１０のように複数の部材に分割されていてもよい。なお、この場合、少なくとも一箇所の支持体１３と透明基板１２との間に熱伝導材料が保持されればよい。

ここで、光学部材１１は図２に示すように、２枚の透明基板１２１、１２２で挟み込まれた構造のものを用いてもよい。この場合も図１と同様に透明基板１２１、１２２はその周囲の面を支持体１３に密接した形で固定され、両方の面の密接した間隙に液状の熱伝導材料１４が挿入され保持される。図２で示すように２枚の透明基板１２１、１２２で光学部材１１が挟み込まれた構造では、熱が両側の透明基板を通して流出するため、図１の場合に比べて光学部材１１をより低温化することができる。光学部材１１の両面１１ａ、１１ｂを２枚の透明基板１２１．１２２で挟み込んだ構成では、光学部材１１の空気と接する部分、すなわち光学部材１１の端面部１１ｄは樹脂１２３により封止されている構成が好ましい。この封止構成により空気中の水分や液状の熱伝導材料の光学部材への浸入を防止でき、光学部材の耐久性が向上する。透明基板１２１と透明基板１２２とは同一の材料からなるものであってもよいし、異なる材料からなるものであってもよい。封止に用いる樹脂（封止材）１２３としては、ＵＶ硬化樹脂、２液系硬化樹脂、熱硬化樹脂等が加工上好ましい。また、樹脂の種別としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、あるいは、前記樹脂に無機フィラーを添加したもの等を好ましく用いることができる。

図１、図２における光学部材１１としては偏光子、位相差板、カラーフィルター、液晶材料、液晶セル等が例示される。

光学部材１１として用いることが出来る偏光子は大きく分類すると吸収型偏光子、反射型偏光子、拡散型偏光子がある。吸収型偏光子としては、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系樹脂を１軸延伸したフィルムにヨウ素、あるいは二色性染料など、二色性色素を吸着させたＰＶＡ系樹脂からなる偏光子フィルム、あるいは、これに少なくとも一枚の保護フィルムを接着した偏光板がある。さらには、金属微粒子が分散したガラスを延伸して得られるもの等が例示できる。反射型偏光子としては、金属細線を配列させてなるワイヤグリッド偏光子、誘電体薄膜を積層してなるフォトニック結晶偏光子、あるいは誘電体多層膜偏光子がある。これらは、透明基板の上に直接形成されるか、または透明フィルム上に形成され、偏光子として供される。また、フィルム状で提供される反射型偏光子としては、特定の条件を満たす位相差を有するフィルムを積層してなる偏光子（3M Companyより商品名DBEFとして販売されているもの等）が例示できる。散乱型偏光子としてはバインダー中に特定の条件を満たす液晶分子を配向・分散させてなる偏光子等がある。

光学部材１１が吸収型偏光子であり、延伸したＰＶＡ系樹脂に二色性色素を吸着させてなる吸収型偏光子を含む場合には、加工性や耐久性の問題からトリアセチルセルロース系樹脂等からなる保護フィルムを偏光子に貼合し偏光板として使用する場合が多い。この場合、吸収型偏光子及び保護フィルム等を含む偏光板が光学部材１１となる。
保護フィルムとしては、富士フィルムから商品名フジタックとして、又はコダック社から市販されているトリアセチルセルロースフィルム、日本ゼオンから商品名ゼオノア又はＪＳＲから商品名アートンとして市販されているポリシクロオレフィンフィルムなどが挙げられる。

偏光子の片面に透明基板１２が接合された図１に示す構成では、偏光子表面に保護フィルムが付与されている構成が好ましく、図３に示すようにＰＶＡ系樹脂からなる偏光子１１３の両面に接着剤または粘着剤としての機能を有する層１１２、１１４を介して保護フィルム１１１及び保護フィルム１１５が貼合された形態、または図４に示すように偏光子１１３の片面のみに保護フィルム１１１が貼合されている形態が適用できる。図３の場合には、保護フィルム１１１、１１５、接着剤又は粘着剤としての機能を有する層１１２、１１４及び偏光子１１３が光学部材１１を構成する。図４の場合は偏光子１１３が接着剤を介して透明基板１２に接合されており、発生した熱が効率よく透明基板に伝導するため、より好ましい。図４の場合には、保護フィルム１１１、接着剤又は粘着剤としての機能を有する層１１２、１１４及び偏光子１１３が光学部材１１を構成する。図３に示す構成の場合、保護フィルム１１１、１１５は同一の材料であってもよいし、異なっていてもよい。また、図３に示す構成でも図４に示す構成でも、保護フィルム１１１、１１５の表面には、反射防止処理や防汚処理等が施されていてもよい。図３では保護フィルム１１５と透明基板１２との間に接着剤又は粘着剤としての機能を有する層１１７が介在し、光学部材１１が透明基板１２に好適に貼合される。

光学部材１１が吸着型偏光子などの偏光子のみから構成されており、該光学部材（偏光子）１１の両面に透明基板１２１、１２２が接合された図２に示す構成は、ＰＶＡ系樹脂を含む偏光子を用いる場合に特に有効である。例えば図５に示すようにＰＶＡ系樹脂を含む偏光子１１３が接着剤又は粘着剤としての機能を有する層１１２、１１４を介して直接、透明基板１２１、１２２に貼合されている形態が例示できる。この形態ではコーティングによる樹脂層を偏光子の表面に形成させ、保護フィルムに準じる保護層を付与する場合でも有効であり、例えば図６に示すようにＰＶＡ系樹脂を含む偏光子１１３の少なくとも片面に、接着剤又は粘着剤としての機能を有する層１１２と樹脂層１１６を含むものが例示できる。ＰＶＡ系樹脂を含む偏光子１１３は８０℃を超える高温下では強い収縮力を生じるが、このように保護層を付加することにより、偏光子の機械的な耐久性を向上させることができるようになる。
よって、機械的な耐久性の面からは図５より図６に示す構成が好ましい。

光学部材１１が位相差板の場合、位相差板を構成する材料としては、環状シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン系樹脂等を１軸延伸、あるいは２軸延伸して得られる樹脂フィルムが挙げられる。延伸される環状シクロオレフィン系樹脂としては、日本ゼオン株式会社から商品名「ゼオノア」として販売されているもの、あるいは、ＪＳＲ株式会社から商品名「アートン」として販売されているものが例示される。ポリカーボネート樹脂としては、帝人化成株式会社等、数社からフィルム形態で販売されている。また、これ以外にも配向した液晶を含むコーティング層をフィルム上に形成したものが例示できる。代表例としては、富士フイルム株式会社より商品名「ＷＶフィルム」として販売されているものがある。また、耐久性に優れた位相差板として、有機修飾粘土複合体を含むコーティング層を設けたフィルムが例示できる。さらに、機能を高度化させるため前記のフィルムの中から複数の種類の位相差を有するフィルムを組み合わせたもの等も用いられる。

光学部材１１がカラーフィルターである場合、バインダー中に特定の波長範囲の光を吸収する染料、顔料、あるいは金属微粒子を分散させもの、金属薄膜からなるもの等があり、いずれも、特定の波長領域に属する光の透過率が他に比べて高くなる性質を有する。
カラーフィルターが提供される形態としては、１色種のフィルターからなるカラーフィルター、あるいは、ブラックマトリクスで区切られた領域に３色種、もしくはそれ以上の色種のフィルターを規則的に配置してなるカラーフィルター、あるいは、円盤に複数色のフィルターを配置してなるカラーホイール等がある。これらのカラーフィルターは透明基板上に直接形成されるか、もしくは透明フィルム上に形成されて供されるか、あるいは、バインダーが板状もしくはフィルム状に形成されて供される。

光学部材１１が液晶材料である場合、エステル系、ジオキサン系、ビフェニル系の有機材料、及びその混合物が例示できる。液晶材料には、液晶状態を取り、電場の印加によって配向状態を変化させることができるもの、あるいは、前記の配向後、光重合等によって配向状態が固定化されたもの等がある。配向状態が固定化されない場合には、図２のように、液晶材料は二枚の透明基板１２１、１２２によって封止され、後述の液晶セルとして提供される。一方、光重合等によって配向状態が固定化されたものは、トリアセチルセルロースフィルムあるいは環状シクロオレフィン系樹脂フィルム等の上に膜状に形成されて供される。

液晶セルは、前記液晶材料を液体の状態のまま光路に保持するために用いられるものであり、セルを形成する透明材料には、ＩＴＯに代表される透明導電膜が挙げられる、また、液晶配向膜、またはＴＦＴ、または透明導電膜が組み合わされて形成されていてもよい。これらは液晶材料に電場をかけ、配向状態を制御するために重要な要素である。

透明基板１２、１２１、１２２は、例えば、投射型表示装置等の場合、可視光を透過する材料である必要がある。具体的には、ＢＫ７等の光学ガラス、パイレックス（登録商標）、ソーダガラス、無アルカリガラス、石英、サファイア等の材料が挙げられる。透明基板には反射防止や色分離、偏光分離を目的とする誘電体膜、あるいは金属膜、もしくは両者の組み合わせから構成されるコート層が形成されていてもよい。さらにこれら最表面には汚れ防止を目的とするフッ素を含む薄膜層が付与されていてもよい。

光学部材１１からの熱移動は図１では透明基板１２、図２では透明基板１２１、１２２を通して行われる。図１の構成では透明基板１２が、光学部材１１の片面のみに接合されている。図２の構成では光学部材１１の両面に接合されているため、偏光子等の両面からの熱移動が促進されるため、より低温化でき好ましい。このことから図１における透明基板１２、及び図２における透明基板１２１、１２２の少なくとも一方はとしては熱伝導度が高い材料が好ましい。具体的には、少なくとも１枚の透明基板が、熱伝導率として５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を有する透明基板であることが好ましい。透明基板１２の材料においては自由電子がないため熱移動はほとんどがフォノンにより行われる。したがって、フォノン散乱が少ない結晶性基板が高い熱伝導度を実現し得る。結晶性の石英の熱伝導率は約８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、結晶性のサファイアの熱伝導率は約２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、非結晶性のガラスの約１Ｗ／（ｍ・Ｋ）に比べ、優れた熱伝導性を有している。このことから図１における透明基板１２、及び図２における透明基板１２１、１２２の少なくとも一方は高熱伝導材料として結晶性を有する石英、または、サファイアが好ましい。さらに図２におけるもう一方の透明基板は、熱伝導性と基板コストの観点から、結晶性を有する石英または酸化ケイ素を主成分とする非晶質ガラス透明基板が好ましい。

透明基板１２、１２１、１２２に光学部材１１を接合する方法としては、各種の粘着剤、接着剤を適宜用いることが出来る。

これら、粘着剤、接着剤（例えば、接着剤又は粘着剤としての機能を有する層１１２、１１７、１１４（図３〜図６参照））は適用される透明基板１２、１２１、１２２に比べて熱伝導率が低いため、付与される層の厚みは薄い方が良く、好ましくは３０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以下である。
接着剤としては、例えば、紫外線硬化型エポキシ接着剤、ポリビニルアルコール含有接着剤などが挙げられ、粘着剤としては、例えば、アクリル樹脂含有粘着剤、シリコーン樹脂含有粘着剤などが挙げられる。

このように透明基板１２、１２１、１２２に接合された光学部材１１は図１及び図２に示されるように支持体１３に対し、接触して配置される。支持体１３とは光学部材を光路上に固定して設置するためのものである。
この支持体１３を構成する材料としては、光学部材１１から発生する熱を周囲に放散し易い材料であることが好ましく、通常、金属が用いらる。その金属としては、熱伝導、あるいは加工性の観点からアルミニウム又はマグネシウム又はチタン又は銅を主成分とする材料からなることが好ましい。アルミニウムは熱伝導率が２３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、安価であることから好ましい。アルミニウムを主成分とする材料としては、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、ニッケル等を含む合金が各種知られており、日本工業規格において、アルミ合金として各種規定がある。アルミ合金では1000番台が熱伝導性の観点からは好ましいが、加工性面からは3000番台も好ましく用いることができる。また、マグネシウムは熱伝導率が１５６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、成型が容易で製造し易い上リサイクルが可能であり、環境負荷軽減の点からも好ましい。チタンは熱伝導率が２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるが、熱膨張係数が小さく、高温になっても寸法精度を維持することが出来る。また、表面に汚れが付着しにくい、錆の発生が無いなど清浄な環境を必要とする光学系を構成する素材として適する。銅は熱伝導度が４０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）と優れた熱伝導性を有する。銅を主成分とする材料としては、真鍮（銅・亜鉛合金）、洋銀（銅・亜鉛・ニッケル合金）、白銅（銅・ニッケル合金）、赤銅（銅・金合金）等が挙げられる。これら金属製支持体もしくは放熱器では、表面に黒化処理がなされていることが、光学系における迷光低減のため好ましい。また、透明基板との接触面には、液状の熱伝導材料１４との親和性を向上させる処理が為されていてもよい。

液状の熱伝導材料１４を透明基板１２、１２１、１２２と支持体１３との接触部の間隙に保持するには、使用する液状の熱伝導材料を接触部の間隙に微量滴下すればよい。また、該接触部に液状の熱伝導材料を塗布してから透明基板１２、１２１、１２２と支持体１３とを接触させてもよいが、液状の熱伝導材料を接触面間部の間隙に微量滴下する方法が簡便かつ確実に液状の熱伝導材料を保持できるので好ましい。接触部の間隙に滴下された液は毛管現象により接触面全体に速やかに行き渡り、一旦導入された後はその間隙に安定的に保持され、光学部材の安定した低温化効果を示す。なお、間隙に液状の熱伝導性材料を保持させた状態では、支持体１３は透明基板１２、１２１、１２２と必ずしも直接接触している必要はなく、液状の熱伝導材料を介在させた状態で接触させてもよい。
液状の熱伝導材料の導入に際しては、さらに支持体１３及び透明基板１２、１２１、１２２を加熱することで、使用する液体を低粘度化させて導入してもよい。粘度が低い状態で導入した方が、速やかに接触面全体に行き渡ることから好ましい。このような導入方法から液体の粘度は、通常、１５０×１０^-3Ｐａ・ｓ以下であり、好ましくは５０×１０^-3Ｐａ・ｓ以下であり、更に好ましくは１×１０^-3Ｐａ・ｓ以下である。また、接触面間に液状の熱伝導材料が安定的に存在するためには液状の熱伝導材料の蒸気圧としては、１．５×１０^-2Ｐａ以下、好ましくは１．０×１０^-5Ｐａ以下を有していることが好ましい。

以上の特性を満たす液状の熱伝導材料としては、例えば流動パラフィンや石油ワックスを代表とする非揮発性の鎖式飽和炭化水素、またはその混合物、フッ素系オイル、シリコーン系オイル、イオン性液体等が例示できる。鎖式飽和炭化水素の混合物である流動パラフィンは、一般に試薬として各種が販売されている。シリコーン系オイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、もしくはこれらに各種添加剤を加えたものを用いることが出来る。またフッ素系オイルは蒸気圧が特に低く、化学的にも極めて安定であるため特に好ましく、ダイキン工業株式会社から商品名デムナムとして販売されているもの等が例示できる。イオン性液体も蒸気圧や化学的安定性の面から好ましく、イミダゾリウム、ピリジニウムなどのアンモニウム系の陽イオンと、フッ化物イオンやトリフラートなどのフッ素を含む陰イオンからなるものが多く知られている。

支持体１３は、さらに、放熱のための表面積拡大構造、液冷式熱交換器及びセラミックからなる放熱面などの冷却機構を有することが推奨される。表面積拡大構造としては、図７、図８に示すようなヒートシンクを例示することができる。図７及び図８のヒートシンク１６は、表面に複数の突起を有する表面積拡大構造を有している。図７のヒートシンク１６は、基板１６ａに板状の突起１６ｂが複数並んで設けられており、突起１６ｂ間には溝１６ｃが形成されている。このような突起１６ｂと溝１６ｃとにより、ヒートシンク１６は、空気との接触面積を増加させることができる。また、図８のヒートシンク１６は、基板１６ａ上に棒状の複数の突起１６ｄが縦横に配列させて設けられている。空気との接触面積は、図７に示すヒートシンク１６よりも増大するため、図８に示すヒートシンク１６の放熱効率はさらに高くなる。
これらのヒートシンク１６の材質は、上述した支持体１３の材質と同様の材質を用いることができる。
冷却機構であるヒートシンク１６は図９に示すように支持体１３の側面に付加されてもよいし、図１０に示すように、光学部材１１と透明基板１２、１２１、１２２を含む積層体１５に直接付加されていてもよい。すなわち、図９では、透明基板を支持する支持体１３は、その外側に別体の冷却機構としてヒートシンク１６を備えている。また、図１０では、透明基板を支持する支持体１３と冷却機構としてのヒートシンク１６とが一体に成形されている。図１０に示す構造は、支持体１３とヒートシンク１６とが同一部材として形成されているため、支持体１３の側面にヒートシンク１６を付加的に設ける場合に比べ、放熱の効率が高い。
ヒートシンク１６の付加により光学部材１１から支持体１３を介して外気への熱移動効率を向上させることができる。
また、支持体１３の側面に、液冷式熱交換器が付加されていてもよい。液冷式熱交換器としては、図１１に示すような機構を例示することができる。この液冷式熱交換器は、支持体１３の側面に、冷却液１７１の流れる液体流路１７を支持体１３と接触するように設けられたものである。この設置構造１と同種のものは、コンピュータ分野において小型のものが開発、製造されている。このような液冷式熱交換器は支持体１３内に一体に設けてもよい。
表面積拡大構造に代わり、若しくは併用する形でセラミックからなる放熱面を支持体１３に設置してもよい。また、表面積拡大構造と液冷式熱交換器とセラミックからなる放熱面とを２つ以上組み合わせてもよい。
セラミックからなる放熱面としては、例えば、放熱塗料を有するシール「セラックα」（沖電気工業株式会社）などが例示できる。
なお、本発明の光学部材の設置構造が投射型表示装置に組み込まれている場合、支持体１３が、該装置の筐体部に直接接触していることも光学部品冷却方法として効果がある。これにより、ランプからの発熱により高温化している場所においても、光学部材１１の温度を装置外の気温に近づけ、光学部材が高温になることを防ぐことができる。

本発明の光学部材の設置構造は、例えば、投射型液晶表示装置（プロジェクター）に用いられる。その詳細を図１２に示す光学系を例に説明する。本発明の光学部材の設置構造は図１２のＰ１４２，Ｐ１４３として例示されている。
高圧水銀ランプＰ１１１を光源とする光線束は、まずは第１のレンズアレイＰ１１２、第２のレンズアレイＰ１１３、偏光変換素子Ｐ１１４、重畳レンズＰ１１５により光線束断面での輝度の均一化と偏光化が行われる。

具体的には光源Ｐ１１１から出射された光線束は、微小なレンズＰ１１２ａがマトリクス状に配置された第１のレンズアレイＰ１１２によって多数の微小な光線束に分割される。第２のレンズアレイＰ１１３及び重畳レンズＰ１１５は、分割された光線束のそれぞれが、照明対象である３つのＬＣＤパネル（液晶ディスプレイパネル）Ｐ１４０Ｒ，Ｐ１４０Ｇ，Ｐ１４０Ｂの全体を照射するように備えられており、このため、各ＬＣＤパネル入射側表面は全体がほぼ均一な照度となる。

偏光変換素子Ｐ１１４は、通常、偏光ビームスプリッタアレイにより構成され、第２のレンズアレイＰ１１３と重畳レンズＰ１１５との間に配置される。これにより光源からのランダム偏光をあらかじめ特定の偏光方向を有する偏光光に変換し、後述する入射側偏光板での光量損失を低減して、画面の輝度を向上させる役割を果たしている。

輝度の均一化と偏光化された光は反射ミラーＰ１２２を経由してＲＧＢの３原色に分離するためのダイクロイックミラーＰ１２１，Ｐ１２３，Ｐ１３２により順次、レッドチャンネルＲ、グリーンチャンネルＧ、ブルーチャンネルＢに分離され、レッドチャンネルＲ及びブルーチャンネルＢはミラーＰ１３４によりそれぞれ反射され、それぞれのチャンエネルの光がそれぞれのレンズＰ１３５を通してＬＣＤパネルＰ１４０Ｒ，Ｐ１４０Ｇ，Ｐ１４０Ｂに入射する。

ＬＣＤパネルＰ１４０Ｒ，Ｐ１４０Ｇ，Ｐ１４０Ｂについて、その入射側及び出射側にそれぞれ本発明の設置構造を有する偏光板（入射側）Ｐ１４２及び偏光板（出射側）Ｐ１４３が配置されている。

ＲＧＢそれぞれの光路にＬＣＤパネルを挟んで、入射側と出射側に配置される２枚の偏光板について説明する。各光路に配置される偏光板（入射側）Ｐ１４２及び偏光板（出射側）Ｐ１４３は、その吸収軸を互いに直交とした構成で配置され、各光路に配置される各ＬＣＤパネルＰ１４０Ｒ，Ｐ１４０Ｇ，Ｐ１４０Ｂで画像信号により各画素ごとに制御された偏光状態を光量に変換する機能を果たしている。

本発明の設置構造を有する偏光板は、低温化に優れるので、どの光路においても耐久性の優れた偏光板として有効であるが、中でもブルーチャンネル、グリーンチャンネルでは特に有効である。これは偏光板以外の光学部材も同様である。

ＬＣＤパネルＰ１４０Ｒ，Ｐ１４０Ｇ，Ｐ１４０Ｂの画像データに応じて、画素毎に異なる透過率で入射光を透過させることによって作成された光学像は、クロスダイクロイックプリズムＰ１５０により合成され、投写レンズＰ１７０によって、スクリーンＰ１８０に拡大投写される。

すなわち、本発明にかかわる光学部材１１の設置構造１では、光学部材１１の種類や用途によって異なるが、例えば、光が透明基板１２及び光学部材１１を透過するように、光学部材１１を光路上に設置できる。例えば、偏光板のように透明基板及び光学部材に対して、光が垂直に透過するように光学部材を光路に配置させてもよいし、例えば、ビームスプリッターのように、光路に対して光学部材を斜めに配置させてもよい。

本発明の光学部材の設置構造は、従来よりも光学部材を低温化することができる。その結果、光学部材の劣化が抑制され、該光学部材を用いてなる投射型表示装置の寿命を伸ばすことができる。

以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
光学部材１１として１軸延伸したＰＶＡ系樹脂に青領域で優れた二色性を示す黄色染料を吸着させて作製した青チャンネル用吸収型偏光子を用いた実施例を以下に示す。

まず、ＰＶＡ系樹脂からなる偏光子を作製するため、平均重合度約２，４００、ケン化度９９．９モル％以上で厚さ７５μｍのポリビニルアルコールフィルムを、乾式で約５倍に一軸延伸し、さらに延伸のための張力をかけた状態で、６０℃の純水に１分間浸漬した後、黄色二色性染料／水の重量比が０．０５／１００の水溶液に７４℃で６０秒間浸漬した。その後、ホウ酸／水の重量比が８．５／１００の水溶液に７２℃で３００秒間浸漬した。引き続き、上記の処理が施されたポリビニルアルコールフィルムを２６℃の純水で２０秒間洗浄した後に乾燥して、ＰＶＡに二色性染料が吸着配向された偏光子を得た。

さらに、ＰＶＡ系樹脂からなる偏光子の保護フィルムとして、偏光子の両面に８０μｍ厚みのトリアセチルセルロースフィルムを接着剤により貼合し、本発明における光学部材１１とした。なお、完成した光学部材１１の特性は、波長４４０ｎｍにおける単体透過率４２．８％、偏光度９９．９９０％であった。その後、さらに２５μｍ厚のアクリル系粘着剤で、厚さおよそ０．５ｍｍであるサファイアからなる透明基板１２に貼合し、図３に示すような積層体を作製した。
さらにこれを金属面と透明基板１２を密接して配置できるアルミ合金からなる支持体により支持した上で、流動パラフィン（和光純薬工業株式会社製試薬 品番28-04375）を毛細管現象により支持体１３と透明基板１２と間に導入して、図９に示した本発明の設置構造を完成させた。

＜評価＞
得られた設置構造を、図１３に示すような高圧水銀ランプから発せられた波長400ｎｍから500ｎｍの範囲にある青色光をバンドパスフィルターによって取り出す照射・集光光学系５の光路となるサンプルホルダー２６に設置した。ここで、照射・集光光学系５は、高圧水銀ランプ２０からの光を、ＵＶ／ＩＲカットフィルター２１、一対のフライアイレンズ２２、偏光ビームスプルッタアレイ２３、レンズ２５を透過させて白色光２７を得、さらに、ダイクロックミラーで４００〜５００ｎｍの青色光２９を取り出すとともに、赤色光及び緑色光２８を除去し、さらに、この青白光２９を、複数のレンズ２５で集光し、サンプルホルダー２６に与えるものである。このとき、パワーメーター（OPHIR社製Orion TH）で測定したところ、サンプルホルダー２６に到達する光強度は２．２Ｗであった。透明基板１２の表面温度を放射温度計（OPTEX社製BA-06TA）で測定したところ、６２．８℃であった。なお、測定時の室温は２２℃であった。

〔実施例２〕
透明基板を結晶性石英とした以外、実施例１と同様にして光学部材の設置構造を作製した。この光学部材の設置構造を実施例１と同様にして評価したところ、透明基板１２の表面温度は１０４．０℃であった。

〔実施例３〕
ＰＶＡ系樹脂を含む偏光子１１３に保護フィルムを接着することなく、図５に示す構成として透明基板１２２として厚さ約０．５ｍｍの結晶性の石英基板、透明基板１２１として厚さ約０．５ｍｍのソーダガラスを用いた積層体を形成した。このとき、接着剤・粘着剤層１１４の厚みは約５０μｍ、接着剤・粘着剤層１１２の厚みは５μｍであった。このように形成された積層体を図９に示す構成に組み込み、実施例１と同様にして評価したところ、透明基板１２２の表面温度は７９．９℃であった。

〔実施例４〕
ＰＶＡ系樹脂からなる偏光子に保護フィルムを接着することなく、図５に示す構成として透明基板１２２として厚さ約０．５ｍｍの結晶性の石英基板、透明基板１２１として厚さ約０．５ｍｍのソーダガラスを用いた積層体を形成した。このとき、接着剤・粘着剤層１１４の厚みは約５μｍ、接着剤・粘着剤層１１２の厚みは５μｍであった。このように形成された積層体を図９に示す構成に組み込み、実施例１と同様にして評価したところ、透明基板１２２の表面温度は７２．８℃であった。

〔実施例５〕
図６に示す構成として透明基板１２２として厚さ約０．５ｍｍの結晶性の石英基板、透明基板１２１として厚さ約０．５ｍｍのソーダガラスを用いた積層体を形成した。このとき、接着剤・粘着剤層１１４の厚みは約５μｍ、樹脂層１１６の厚みは約５μｍ、接着剤・粘着剤層１１２の厚みは５μｍであった。このように形成された積層体を図９に示す構成に組み込み、実施例１と同様にして評価したところ、透明基板１２２の表面温度は７６．４℃であった。

〔比較例１〕
流動パラフィンを導入しなかった以外、実施例１と同様にして評価したところ、透明基板１２の表面温度は６５．０℃であった。
〔比較例２〕
流動パラフィンを導入しなかった以外、実施例２と同様にして評価したところ、透明基板１２の表面温度は１１２．２℃であった。
〔比較例３〕
流動パラフィンを導入しなかった以外、実施例３と同様にして評価したところ、透明基板１２２の表面温度は８３．０℃であった。
〔比較例４〕
流動パラフィンを導入しなかった以外、実施例４と同様にして評価したところ、透明基板１２２の表面温度は７５．７℃であった。
〔比較例５〕
流動パラフィンを導入しなかった以外、実施例５と同様にして評価したところ、透明基板１２２の表面温度は８０．７℃であった。

以上の結果をまとめて表１に示した。

本発明の光学部材の設置構造は、高強度の光源による光が該構造に照射されても、該構造を低温化させることができる。また、本発明の投射型表示装置は高強度の光源を使用することができることから高輝度の表示を実現することができる。

本発明の構成の一例を説明する図である。 本発明の構成の他の一例を説明する図である。 本発明の透明基板と偏光子からなる積層体の一例を説明する図である。 本発明の透明基板と偏光子からなる積層体の他の一例を説明する図である。 本発明の透明基板と偏光子からなる積層体の他の一例を説明する図である。 本発明の透明基板と偏光子からなる積層体の他の一例を説明する図である。 本発明に適用されるヒートシンク形態の一例を説明する図である。 本発明に適用されるヒートシンク形態の他の一例を説明する図である。 本発明の実施形態の一例を説明する図である。 本発明の実施形態の他の一例を説明する図である。 本発明の実施形態の他の一例を説明する図である。 本発明のプロジェクターへの適用の一例を説明する図である。 本発明の実施例における評価方法を説明する図である。

符号の説明

（１１）光学部材
（１１１）保護フィルム
（１１２）接着剤または粘着剤層
（１１３）ＰＶＡ系樹脂からなる偏光子
（１１４）接着剤または粘着剤層
（１１５）保護フィルム
（１１６）樹脂層
（１１７）接着剤又は粘着剤層
（１２）透明基板
（１２１）透明基板
（１２２）透明基板
（１２３）封止材
（１３）支持体
（１４）液状の熱伝導材料
（１５）光学部材と透明基板を含む積層体
（１６）ヒートシンク
（１７）液体流路
（１８）支持体の溝部
（１７１）冷却液
（２０）高圧水銀ランプ
（２１）ＵＶ／ＩＲカットフィルター
（２２）フライアイレンズ
（２３）偏光ビームスプリッタアレイ
（２４）ダイクロイックミラー
（２５）レンズ
（２６）サンプルホルダ−
（２７）白色光
（２８）赤色、緑色光
（２９）青色光

Claims (11)

1. 光学部材と、前記光学部材が接合された透明基板と、前記透明基板を支持する支持体と、前記透明基板及び前記支持体の間隙に保持された液状の熱伝導材料と、を備えることを特徴とする光学部材の設置構造。
2. 前記光学部材が吸収型偏光子であることを特徴とする請求項１記載の光学部材の設置構造。
3. 前記透明基板を一対有し、前記吸収型偏光子が前記一対の透明基板間に挟まれ、前記吸収型偏光子の前記透明基板と対向しない端面が樹脂で覆われていることを特徴とする請求項２記載の設置構造。
4. 前記吸収型偏光子がＰＶＡ系樹脂を含む偏光子であることを特徴とする請求項２又は３記載の設置構造。
5. 少なくとも１枚の透明基板が、熱伝導率として５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を有する透明基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の光学部材の設置構造。
6. 前記透明基板が、サファイア、又は、結晶性を有する石英からなる透明基板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の光学部材の設置構造。
7. 前記液状の熱伝導物質が、２０℃における粘度として１５０×１０^-3Ｐａ・ｓ以下を有しており、１０℃〜２００℃の温度範囲で液状であり、且つ２０℃１気圧における蒸気圧として１．５×１０^-2Ｐａ以下を有する物質であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の光学部材の設置構造。
8. 前記液状の熱伝導物質が、鎖式飽和炭化水素、フッ素系オイル、シリコーン系オイル及びイオン性液体からなる群から選ばれる少なくとも１種の物質であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の光学部材の設置構造。
9. 前記支持体が、アルミニウム、マグネシウム、チタン及び銅からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を主成分として含有する支持体あることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の光学部材の設置構造。
10. 前記支持体が、さらに、放熱のための表面積拡大構造、液冷式熱交換器及びセラミックからなる放熱面からなる群から選ばれる少なくとも１種の冷却機構を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載の光学部材の設置構造。
11. 請求項１〜１０のいずれか記載の光学部材の設置構造を有することを特徴とする投射型表示装置。

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