JP3601791B2 - サファイヤ板、偏光板付きサファイヤ板及び液晶プロジェクタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高輝度化を図るサファイヤ板、偏光板付きサファイヤ板及び液晶プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のサファイヤ板を図面に基づいて説明する。図１７は、従来のサファイヤ板のインゴットと成長軸の関係を示した模式図である。ベルヌーイ法またはチョコラルスキー法により製造されたサファイヤインゴット１０は、成長軸１２の方向（図１７では左の方向に）に成長する。サファイヤ板１３は、成長軸と直角になる方向１７に、一定の厚さとなるようにサファイヤインゴット１０を切断する。このときのサファイヤ１３の切断面は、通常Ａ面［１１−２０］と呼ばれている。
【０００３】
このように製造されたサファイヤ板１３に偏光板を貼り付けて、偏光板付きサファイヤ板となる。従来の偏光板付きサファイヤ板は、サファイヤ板１３のＣ軸方向又はＣ軸方向投影線方向と偏光板の偏光透過軸のなす角度が±２度以内になるように、サファイヤ板１３と偏光板を貼り合わせる。
【０００４】
また、従来の液晶プロジェクタは、この偏光板付きサファイヤ板を使用していた。液晶プロジェクタ用光学系に用いられるサファイヤ板は通常光変調用液晶モジュールの前後に偏光板を貼り付けた状態で配置される。Ａ面液晶プロジェクタ用サファイヤ板には通常片面に無反射コート、もう片面に偏光板が張られ光変調用液晶モジュールの前後に配置される。（特開平１１−３３７９１９参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサファイヤ板は、透過面はＣ軸の影響を受けてしまう。そのため、Ｃ軸の方向を透過面に対して正しくあわせなければならないという問題点があった。また、サファイヤ板に偏光板を貼る際に、サファイヤ板のＣ軸の方向を確認しながら、正確な位置に偏光板を貼らなければならない。ところが、サファイヤ板のＣ軸は肉眼では見えないので、サファイヤ板のＣ軸を確認していたのでは、作業効率を損なうという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、Ｃ軸と偏光軸とのなす角度に影響されることなく使えるサファイヤ板、偏光板付きサファイヤ板及び液晶プロジェクタ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、光を透過するための透過面と、単結晶における結晶軸のひとつであるＣ軸と、を有し、前記透過面と前記Ｃ軸とのなす角度が±１０度以下であるサファイヤ板である。
【０００８】
透過面とＣ軸とのなす角度を±１０度以下とすることにより、サファイヤ板が透過光に対してＣ軸の影響を受けづらくなる。なお、結晶には純アルミナ単結晶を使用するのが好ましい。
【０００９】
次に、本発明は、光を偏光する偏光板と、サファイヤ板と、を有し、前記偏光板から光を入射した場合に、前記偏光板を透過した透過光の光軸が前記サファイヤ板のＣ軸に対して７０度より大きくかつ９０度以下となるように、前記偏光板に対して前記サファイヤ板を配置した偏光板付きサファイヤ板である。
【００１０】
偏光板を透過した透過光の光軸がサファイヤ板のＣ軸に対して７０度より大きくかつ９０度以下となるように、偏光板をサファイヤ板に貼り付けることにより、偏光板により偏光した光がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けづらくなる。
【００１１】
次に、本発明は、前記サファイヤ板が光を透過するための透過面と、アルミナ単結晶における結晶軸のひとつであるＣ軸と、を有し、前記透過面と前記Ｃ軸とのなす角度が±１０度以下であるサファイヤ板である偏光板付きサファイヤ板である。
【００１２】
サファイヤ板が透過面とＣ軸とのなす角度が±１０度以下であることで、透過光がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けなくなる。
【００１３】
次に、本発明は、光を偏光する偏光板と、透過面とＣ軸とのなす角度が±１０度以下であるサファイヤ板と、を有し、前記サファイヤ板の少なくとも１つの外形に対し、前記偏光板の１つの偏光軸とがなす角度が±５度以内の偏光板付きサファイヤ板である。
【００１４】
サファイヤ板の外形を基準とすることで、偏光板の貼り付けが容易になる。
次に、本発明は、光を偏光する偏光板と、サファイヤ板と、を有し、前記サファイヤ板のＣ軸又は前記Ｃ軸の前記サファイヤ板上への投影線と前記偏光板の偏光透過軸のなす角度のうち狭角が、２度より大きくかつ５度以下であるか、８５度以上かつ８８度より小さい偏光板付きサファイヤ板である。言い換えると、サファイヤ板のＣ軸又は前記Ｃ軸の前記サファイヤ板上への投影線と前記偏光板の偏光透過軸のなす角度が、２度より大きく５度以下か、８５度以上８８度より小さいか、９２度より大きく９５度以下か、１７５度以上１７８度より小さいか、１８２度より大きく１８５度以下か、２６５度以上２６８度より小さいか、２７２度より大きく２７５度以下か、３５５度以上３５８度より小さいか、あるいはこれらの角度に３６０度の整数倍の角度を加えた角度のいずれか１の範囲内にある偏光板付きサファイヤ板である。なおサファイヤ板は、透過面とＣ軸とのなす角度がア１０度以下であってもよい。
【００１５】
そして、本発明は光源と、像を表示し、前記光源からの光を透過する液晶パネルと、前記液晶パネルの少なくとも前あるいは後のいずれか一方に配置し、前記光源からの光を偏光するこれらの偏光板付きサファイヤ板と、を有する液晶プロジェクタ装置である。
【００１６】
サファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けづらくなる偏光板付きサファイヤ板を使用することにより、高輝度で製造容易の液晶プロジェクタ装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
＜実施の態様１＞
図１は、サファイヤ板とＣ軸との関係を示すものである。サファイヤ板１５は、入射光８０を透過する２つの光透過面が互いに平行となるように、サファイヤインゴットから切り出す。ここでは、光透過面２０が入射側の面である場合について説明する。サファイヤ板１５のＣ軸は、光透過面２０を基準にした場合、この基準から入射光側をプラス、サファイヤ板側をマイナスと仮定する。サファイヤ板１５のＣ軸はプラス側に１０度、あるいはマイナス側に１０度以内の角度の範囲内７５に設ける。光透過面２０が透過側の光透過面を基準にしても同様である。
【００１９】
このように、Ｃ軸が光透過面２０に対してプラスマイナス１０度以下に設けると、入射光８０サファイヤ板１５を透過する際に、サファイヤ板１５の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けることがなくなる。
【００２０】
＜実施の態様２＞
図２は、倒れ角と光透過面の関係を示した図である。なお、図２は偏光板３０をサファイヤ板１５に貼り付ける前の状態を表している。
【００２１】
入射光８０を偏光板３０に入射すると、偏光板３０の透過軸により一定の方向に変更された偏光光８１が透過される。透過された偏光光８１は、サファイヤ板１５に入射される。このとき、サファイヤ板１５のＣ軸７０と偏光光８１との角度のうち、小さいほうの角度を「倒れ角」と定義する。そして、この倒れ角２５を７０度より大きく、かつ９０度以下の角度になるように偏光板３０をサファイヤ板１５に貼り付ける。ここで、使用するサファイヤ板１５は、実施の態様１で用いたサファイヤ板を使用してもよい。
【００２２】
倒れ角２５を７０度より大きく、かつ９０度以下とすることで、サファイヤ板１５を透過する偏光光８１がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けずにすむ。測定方法と測定結果は後述する。
【００２３】
＜実施の態様３＞
実施の態様１で説明したサファイヤ板１５に偏光板３０を貼る際に、サファイヤ板１５の外形に対して、偏光軸をプラスマイナス２度以内とする。偏光板をサファイヤ板に貼り付ける際に、基準がＣ軸でなくサファイヤ板外形となるので、製造しやすくなる。
【００２４】
従来、偏光板３０を貼る際にサファイヤ板のＣ軸を確認する方法として、２枚の偏光板の偏光透過軸を直角に交差させ前記偏光板３０の間にサファイヤ板１５を置いて一方の偏光板の外側から光を当てて偏光光の強度を見てサファイヤ板１５のＣ軸方向を見分ける光学式手法が取られて来た。従来の光学的手法では、Ｃ軸のプラスマイナスを示す方向及びＣ軸に対して平行なのか直角なのかも判明出来なかった。また、測定制度もプラスマイナス１度程度でしかなかった。従って、偏光板の貼り付け精度を考慮すると、前記偏光板３０の偏光透過軸とサファイヤ板１５のＣ軸との角度差はプラスマイナス２度程度であった。
【００２５】
本発明では、サファイヤ板１５の結晶軸方向の測定にＸ線結晶方位測定器を用いてサファイヤ板の外形の正確な結晶方位を数分単位で求める事ができ、その求められた外形の結晶方位を基にサファイヤ板１５の加工が行えるので、サファイヤ板１５の外形の結晶方位を正確に加工できる。つまり、本発明により、サファイヤ板はその外形でＣ軸を代行することができる。
【００２６】
＜実施の態様４＞
図３は本発明に係る液晶プロジェクタ装置、特に光学エンジン部分を示す模式図である。
【００２７】
光源１００から発せられた光３００は、第１のダイクロリックミラー１１０により、反射された光（青色）３３０と透過した光３１０に分かれる。第１のダイクロリックミラー１１０を透過した光３１０は、第２のダイクロリックミラー１２０により、反射された光（緑色）３６０と透過した光（赤色）３７０に分かれる。第１のダイクロリックミラー１１０により反射された光３３０は、反射鏡１４０によって進路を変更され、光３４０となり偏光板付きサファイヤ板１６０に入射される。
【００２８】
偏光板付きサファイヤ板１６０は、サファイヤ板１６２の入射側の光透過面に無反射コート１６１を施す。一方、サファイヤ板１６２の透過側の光透過面に偏光板１６３を貼り付ける。このとき、偏光板１６３は、サファイヤ板１６２のＣ軸と偏光板１６３の偏光軸とのなす角度、すなわち倒れ角が７０度よりも大きく９０度以下にする。
【００２９】
光３４０は偏光板付きサファイヤ板１６０を透過すると、偏光板１６３の偏光軸で偏光した光となる。偏光板１６３で偏光された光３４０は、青変調用液晶モジュール１７０を透過して、偏光板付きサファイヤ板１８０に入射される。偏光板付きサファイヤ板１８０は、サファイヤ板１８２の入射側の光透過面に偏光板１８３を貼り付ける。一方、サファイヤ板１８２の透過側の光透過面に無反射コートを施す。このとき、偏光板１８３は、サファイヤ板１８２のＣ軸と偏光板１８３の偏光軸とのなす角度、すなわち倒れ角が７０度よりも大きく９０度以下にする。偏光板付きサファイヤ板１８０を透過した光３４０は、クロスプリズム２５０により、光軸が直角に曲げられ、光３５０となる。
【００３０】
第２のダイクロリックミラー１２０により反射された光３６０は、偏光板付きサファイヤ板１９０に入射される。偏光板付きサファイヤ板１９０を透過して光３６０は、緑変調用液晶モジュール２００を透過し、偏光板付きサファイヤ板２１０に入射される。偏光板付きサファイヤ板ガラス２１０を透過した光３６０はクロスプリズム２５０を透過する。このとき、緑変調用液晶モジュール２００の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１９０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１６０と同様である。また、緑変調用液晶モジュール２００の透過側に配置した偏光板付きサファイヤ板２１０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１８０と同様である。
【００３１】
第２のダイクロリックミラー１２０を透過した光３７０は、第３のダイクロリックミラー１３０により反射されて、光３８０となる。光３８０は、反射板１５０により反射されて、進路が変更された光３９０となる、偏光板付きサファイヤ板２２０に入射される。偏光板付きサファイヤ板２２０を透過した光３９０は、赤変調用液晶モジュール２３０を透過して、偏光板付きサファイヤ板２４０に入射される。偏光板付きサファイヤ板２４０を透過した光３９０は、クロスプリズム２５０により直角に曲がられて光４００となる。
【００３２】
このとき、赤変調用液晶モジュール２３０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板２２０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１６０と同様である。また、赤変調用液晶モジュール２３０の透過側に配置した偏光板付きサファイヤ板２４０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１８０と同様である。そして、クロスプリズム２５０を透過した３つの光３５０、３６０、４００は同一方向に進む。なお、偏光板付きサファイヤ板１６０、１８０、１９０、２１０、２２０、２４０は実施の態様３で説明した偏光板付きサファイヤ板であってもよい。また、偏光板付きサファイヤ板１６０、１８０、１９０、２１０、２２０、２４０は、実施の態様１で説明したサファイヤ板であってもよい。
【００３３】
＜成長軸とＣ軸との関係＞
本発明における成長軸とＣ軸との関係について説明する。図４は、本発明の加工工程を示したものである。
【００３４】
実施に際し、液晶プロジェクタに用いられるサファイヤ板の一般的な性能を調査し、特に光学的な特性においてサファイヤ板単体の透過率が９１％以上と得た。従って、この値を基準にサファイヤ板の結晶方位や原料製法の違いに因って許される可変範囲を実験によって検証し、その範囲を求めた。
【００３５】
本発明は成長軸１２とＣ軸がなす角度が９０度、８５度、８０度、７０度となるチョコラルスキー法サファイヤインゴット１０を４種類用意し、順にサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤとする（工程１００）。チョコラルスキー法サファイヤインゴット１０上に、Ｃ面となす角度がサンプルＡは９０度、サンプルＢは８５度、サンプルＣは８０度、サンプルＤは７０度をなす成長軸１２に平行な基準面をインゴット毎に加工し（工程１１０）、成長軸１２に対して垂直な面で切断する（工程１２０）。４種類のサファイヤ切断板１３を基準となるエッジを一辺とする長方形の板を切り出し（工程１２０）、サファイヤ板１５の４面上下計８面の面取りする（工程１３０）。４面上下計８面の面取りを行ったサファイヤ板１５を上面と下面を同時に研磨する方法（両面同時研磨法）で両面を鏡面状態に仕上げ、両面鏡面サファイヤ板１５を作成する（工程１４０）。サファイヤ板１５の加工寸法及び加工精度を図５に示す。本実施例では加工寸法は縦が２３．５ｍｍ、横が２０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍである。また、４隅に０．１ｍｍで面取りを施す。研磨されたサファイヤは、平行度が５μｍ以内であり、平坦度も５μｍ以内の精度を有する。
【００３６】
サファイヤ板の上下の両面を同時に研磨することで、研磨面の平行度及び平坦度が５μｍ以内に押さえられる為に、研磨面つまり光透過面に歪みが少なくなる。歪が少なくなるため、歪みに因る光透過面の結晶方位の狂いが少ない鏡面に仕上ることができる。従って、光透過面２０に対してサファイヤインゴット１０の成長軸となす角度はほぼ直角となる。ここで、光透過面２０に対して入射光が垂直に入射した場合の入射光方向とＣ軸のなす角度を、倒れ角２５と定義する。サファイヤ板の片側全面に、フッ化マクネシウムの単層膜で無反射コート２７を施す（工程１５０）。４種の無反射コート付きサファイヤ板１６について分光光度計を用いて透過率を測定する（工程１６０）。測定条件を図６に示す。波長が７００ｎｍから４００ｎｍの範囲で測定する。この範囲の波長を、入射角度１２度で入射する。このとき、バンドパスは５ｎｍ／ｓｅｒｖｏで、スピードは１分間当たり１２０ｎｍとする。無反射コート付きサファイヤ板１６の透過率は、光透過面２０に対して９０度の角度で、測定用入射光を無反射コート付きサファイヤ板１６に当てて、サファイヤ板１５と無反射コート２７を通過した透過光強度を測定し、入射光強度の比から透過率を求めた。
【００３７】
図７は、その結果を平均した倒れ角別透過率変化としてまとめたものである。
【００３８】
測定値のばらつきは最大で０．７％ほどあり、誤差としては大きい。しかし、倒れ角が８０度以上であれば透過率に若干の違いがあってもお互いに近似しており、また透過率９１％を超えた値になっている。最大測定値ばらつき０．７％を考慮に入れて、倒れ角が７０度になると透過率が格段に下がる。但し、倒れ角８５度と９０度のサファイヤインゴット１０は同じメーカの製品であるが、倒れ角７０度と８０度のサファイヤインゴット１０に付いては、異なる２社のメーカの製品であるため、結晶性等の違いにより全く同じ条件ではないが、光透過率９１％以上のサファイヤ板１５の条件は倒れ角が８０度以上となる。 入射光が光透過面２０に対して垂直に入射する場合、倒れ角が１００度でも８０度と同じ条件となるので入射光とＣ軸のなす角度が９０度±１０度以内、従って、入射面とＣ軸のなす角度が±１０度以内が好ましいとの結果を得た。
【００３９】
次に、上記で説明したのと同様に、成長軸１２とＣ軸がなす角度が９０度、８５度、８０度、７０度となるチョコラルスキー法サファイヤインゴット１０を４種類用意し、順にサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤとする（工程１０）。チョコラルスキー法サファイヤインゴット１０上にＣ面となす角度がサンプルＡは９０度、サンプルＢは８５度、サンプルＣは８０度、サンプルＤは７０度をなす成長軸１２に平行な基準面をインゴット毎に加工し（工程１１０）、成長軸１２に対して垂直な面で切断する（工程１２０）。４種類のサファイヤ切断板を基準となるエッジを一辺とする長方形の板を切り出し、サファイヤ板１５の４面上下計８面の面取りする（工程１３０）。面取りしたサファイヤ板１５を両面同時研磨法で両面を鏡面状態に仕上げ、光透過面２０が両面鏡面状のサファイヤ板１５を作成する（工程１４０）。
【００４０】
更に、市販のＥＦＧ法サファイヤ材１１を用意する（工程２１０）。ＥＦＧ法サファイヤ材は、サンプルＡ面を光透過面２０とする材料を２枚の平行な偏光板の間で回転させ、透過光が最大になった角度で偏光板３０の偏光軸３５と平行な線分をサファイヤ板１５上に印を付けて、その線分と平行に切り出したサファイヤ切断材を用意する（工程２２０）。サファイヤ板１５の４面上下計８面の面取りする（工程２３０）。４面上下計８面の面取りを行ったサファイヤ板１５を、上下面を同時に研磨する方法（両面同時研磨法）で両面を鏡面状態に仕上げ、両面鏡面サファイヤ板１５を作成する（工程２４０）。サファイヤ板１５の加工寸法及び加工精度は、上記の例と同じ精度を得た（図５参照）。更にサファイヤ板１５の片側全面に、フッ化マクネシウムの単層膜で無反射コート２７を上記の例と同条件で施す（工程２５０）。
【００４１】
次に、偏光板３０の偏光軸が平行になる様に置いた２枚の偏光板３０の後ろから白色光を当て、２枚の偏光板３０の間にサファイヤ板１５を入れ回転させながら透過光強度を測定し、その値を偏光板３０とサファイヤ板のＣ軸の投影方向が０度となる位置の透過光強度と比較した（工程２６０）。
【００４２】
図８は、偏光軸とＣ軸角度による減衰量測定実験装置の模式図である。減衰量測定実験装置は、光源５０とその光源の光度を測る光度計６０を一直線上に配置する。光源５０と光度計６０の間に、２枚の偏光板３０、３１を置く。このとき、偏光板３０の偏光軸３５と他方の偏光板３１の偏光軸３６とを９０度に交差させる。さらに、サファイヤ板１５を２枚の偏光板３０、３１の間におく。
【００４３】
光源５０から出た光３７は、偏光板３１の偏光軸３６を通過することで、一定の方向に偏光される。その偏光された光３７はサファイヤ板１５を通過し、偏光板３０の偏光軸３５を通って、光度計６０に到達する。サファイヤ板１５のＣ軸７０は、光源５０と光度計６０を結んだ軸を回転中心として回転させる。Ｃ軸７０と偏光板３０、３１の偏光軸３５、３６とがなす角度により、光度計６０の値が変わることで、Ｃ軸７０を測定する。
【００４４】
図９は、偏光板とサファイヤ板のＣ軸の投影方向が０度となる位置の透過強度を１００とした時の光強度を回転角度毎に示したものである。この加工方法では簡易測定装置を用いた為に、迷光や外部からの入射光により測定精度が影響を受けた。そのため倒れ角９０度、８５度、８０度では顕著な差が出なかったので、倒れ角９０度と７０度の場合を記述した。またＥＧＦ法で加工したＥＧＦ材の場合についても、測定を行った。
【００４５】
図９が示す結果において、無反射コート付きサファイヤ板の透過率が概ね９３％以下で有ることを考慮に入れると、透過率９１％以上を保持する為には回転角が±１０度以内に収める必要がある。
【００４６】
従って、サファイヤの物理的指標としてサファイヤ板１５の外形の一部がＣ軸に対して±５度以内になるように加工することで、その外形の一部をガイドにサファイヤ板１５に偏光板３０を貼ることが出来る。このように貼り付けると、２枚の偏光板がそれぞれサファイヤ板１５に対して±５度ずれたとしても、全体では±１０度以内に収めることができる。外形の一部とは例えばサファイヤ板のエッジ４０やＣ軸７０の方向を示す切欠き４５等が考えられる。この関係を図１０に示す。
【００４７】
図１０は、サファイヤ板の外形とＣ軸との関係を示す図である。図１０Ａは外形形状を基準とした図であり、図１０Ｂは切り欠きを基準とした場合である。図１０Ａにおいて、サファイヤ板１５は四角形をしている。Ｃ軸７０は外形を構成する４辺の内の１つの辺と平行に設ける。また、図１０Ｂにおいては、サファイヤ板１５の外形の一部に面取り４５を施す。Ｃ軸７０はこの面取り４５と平行に設ける。回転角±５度以内の場合、実験に使用したサファイヤ板１５は、全ての回転角に対して偏光透過光量の変化に同じ傾向が見られた。
【００４８】
更に、倒れ角９０度のサファイヤ板１５に対して、角度を大きくして透過光量比を測定した（工程２７０）。その結果を図１１に示す。図１１の結果から、倒れ角９０度のサファイヤ板１５は、Ｃ軸と偏光軸とのなす角度を４５度、６０度及び９０度にしたとき、いずれの場合でも、透過光量比が９０％以上であった。また、倒れ角９０度のＥＦＧ法のサファイヤ板１５に対して、角度を大きくして透過光量を赤、緑、青に対応する６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの３波長について分光光度計を用いて測定した（工程２７０）。その結果を図１４乃至１６に示す。
【００４９】
図１４乃至１６は、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度での相対透過光量を示した図である。Ｃ軸と入射側の偏光透過軸のなす角度を０度、９０度、１８０度及び２７０度を基準の角度とし、この基準の角度に対して、左回りをプラス方向、右回りをマイナス方向と仮定する。図８の装置を用いたが、２枚の偏光板の偏光透過軸は交差させた。また、透過率は何も入れない状態を基準として、２枚の偏光板の中にサファイヤ板を入れて、Ｃ軸と偏光透過軸の角度を変化させたときの値と比較した相対透過率として表した。測定範囲は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角を基準角度からプラス方向に２０度、また基準角度からマイナス方向に２０度とした。
【００５０】
図１４は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を０度としたときの図である。図１５は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を９０度としたときの図である。図１６は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を１８０度としたときの図である。なお、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を２７０度の場合は、図１４乃至１６と同様であるため、省略した。
【００５１】
基準の角度が０度のとき（図１４）、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度がプラスマイナス５度変化しても、相対透過率はマイナス３％を超えず、実用上問題となることはない。赤色光を除けば、プラスマイナス１０度変化しても、問題とはならない。基準の角度が９０度のとき（図１５）、相対透過率がマイナス３％以内であることを満足するのは、光透過軸のなす角度がマイナス１０度からプラス５度の範囲である。そして、基準の角度が１８０度のとき（図１６）、マイナス１０度からプラス５度の範囲である。３つの波長の全てが実用上問題とならない、相対透過率がマイナス３％以内であることを満足するには、基準の角度に対して、プラスマイナス５度以内であればよい。もちろん、これらの角度に対して、３６０度の整数倍の角度を加えても、同様な結果を得ることができる。 更にサファイヤ板１５を３６０度回転させ、目視で透過光量の変化を見た（工程２８０）。その結果、偏光板の偏光透過軸上で偏光板の下から上に向かうベクトルを想定し、このベクトルとＣ軸が成す角度と透過光量の関係は９０度の倍数で最大となり、９０度の倍数に４５度を足した角度で最小となった。更にこのベクトルとＣ軸が成す角度が９０度、１８０度、２７０度を中心として各角度毎に−２０度から＋２０度の範囲で分光光度計を使って透過光強度を測定すると、偏光透過光の光量は前記のベクトルとＣ軸が成す角度が０度、９０度、１８０度、２７０度に於いて−５度から＋５度の範囲で同一の透過光量が得られた。
【００５２】
図１２は、サファイヤ板と液晶モジュールとの位置関係を示した図である。ここで、光軸５５は、図面の右から左に向かう方向と仮定する。
【００５３】
液晶モジュール９０の入射側と透過側に偏光板付きサファイヤ板をそれぞれ配置する。透過側の偏光板付きサファイヤ板は光軸５５の方向に対して、入射面に無反射コート２７を施す。また、透過面には偏光板３０を貼り付ける。
【００５４】
一方、透過側の偏光板付きサファイヤ板は光軸５５の方向に対して、入射面に偏光板３０を貼り付ける。また、透過面には無反射コート２７を施す。
【００５５】
図１３は、倒れ角による透過率と波長の関係を示した図である。この図において、縦軸に透過率、横軸に波長をとり、倒れ角が７０度、８０度、８５度及び９０度のときの透過率と波長の関係を表す。倒れ角が７０度（グラフ４００）のとき、約７００ｎｍから約３８０ｎｍまで波長を変化させると、透過率は約８５％から約８８％の間で変動する。倒れ角が８０度（グラフ４１０）のとき、透過率は約９２％から約８８％間で変動する。倒れ角が８５度（グラフ４２０）のとき、透過率は約９２％から約９０％間で変動する。倒れ角が９０度のとき、透過率は約９３％から約９０％間で変動する。また、倒れ角が８０度（グラフ４１０）、８５度（グラフ４２０）及び９０度（グラフ４３０）の場合、約４５０ｎｍあたりから透過率は下がる傾向にある。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５７】
本発明は、透過面とＣ軸とのなす角度を±１０度以下とすることにより、サファイヤ板が透過光に対してＣ軸の影響を受けづらくなる。
【００５８】
また、本発明は、偏光板を透過した透過光の光軸がサファイヤ板のＣ軸に対して７０度より大きくかつ９０度以下となるように、偏光板をサファイヤ板に貼り付けることにより、偏光板により偏光した光がＣ軸の影響を受けることがなくなる。
【００５９】
また、本発明は、サファイヤ板が透過面とＣ軸とのなす角度が±１０度以下であることで、透過光がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けなくなる。また、サファイヤ板の外形を基準とすることで、偏光板の貼り付けが容易になる。
【００６０】
そして、本発明は、サファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響の影響を受けづらくなる偏光板付きサファイヤ板を使用することにより、高輝度で製造容易の液晶プロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサファイヤ板の側面図である。
【図２】入射光とＣ軸との関係を示す模式図である。
【図３】液晶プロジェクタ装置の模式図である。
【図４】加工工程を表した工程図である。
【図５】サファイヤ板の加工寸法と加工精度を表した図である。
【図６】分光光度計の測定条件を表した図である。
【図７】倒れ角に対する透過率の変化を示した図である。
【図８】偏光軸とＣ軸角度による減衰量測定実験装置の模式図である。
【図９】透過光の強度比を示した図である。
【図１０】外形とＣ軸との関係を示した図である。
【図１１】偏光軸との角度を大きくした場合における透過光量比を表した図である。
【図１２】サファイヤ板と液晶モジュールとの位置関係を示した図である。
【図１３】倒れ角に対する透過率と波長の関係を示したグラフである。
【図１４】Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を０度を基準の角度としたとき、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度における相対透過光量を示した図である。
【図１５】Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を９０度を基準の角度としたとき、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度における相対透過光量を示した図である。
【図１６】Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を１８０度を基準の角度としたとき、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度における相対透過光量を示した図である。
【図１７】従来のサファイヤ板である。
【符号の説明】
１０ チョコラルスキー法サファイヤインゴット
１１ ＥＦＧ法サファイヤ板
１２ 成長軸
１３ サファイヤ切断板
１５ サファイヤ板
１６ 無反射コート付きサファイヤ板
２０ 光透過面
２５ 倒れ角
２７ 無反射コート
３０ 偏光板
３５ 偏光軸
３７ 偏光透過軸
４０ サファイヤ板のエッジ
４５ Ｃ軸方向を示す切欠き
【発明の属する技術分野】
この発明は、高輝度化を図るサファイヤ板、偏光板付きサファイヤ板及び液晶プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のサファイヤ板を図面に基づいて説明する。図１７は、従来のサファイヤ板のインゴットと成長軸の関係を示した模式図である。ベルヌーイ法またはチョコラルスキー法により製造されたサファイヤインゴット１０は、成長軸１２の方向（図１７では左の方向に）に成長する。サファイヤ板１３は、成長軸と直角になる方向１７に、一定の厚さとなるようにサファイヤインゴット１０を切断する。このときのサファイヤ１３の切断面は、通常Ａ面［１１−２０］と呼ばれている。
【０００３】
このように製造されたサファイヤ板１３に偏光板を貼り付けて、偏光板付きサファイヤ板となる。従来の偏光板付きサファイヤ板は、サファイヤ板１３のＣ軸方向又はＣ軸方向投影線方向と偏光板の偏光透過軸のなす角度が±２度以内になるように、サファイヤ板１３と偏光板を貼り合わせる。
【０００４】
また、従来の液晶プロジェクタは、この偏光板付きサファイヤ板を使用していた。液晶プロジェクタ用光学系に用いられるサファイヤ板は通常光変調用液晶モジュールの前後に偏光板を貼り付けた状態で配置される。Ａ面液晶プロジェクタ用サファイヤ板には通常片面に無反射コート、もう片面に偏光板が張られ光変調用液晶モジュールの前後に配置される。（特開平１１−３３７９１９参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサファイヤ板は、透過面はＣ軸の影響を受けてしまう。そのため、Ｃ軸の方向を透過面に対して正しくあわせなければならないという問題点があった。また、サファイヤ板に偏光板を貼る際に、サファイヤ板のＣ軸の方向を確認しながら、正確な位置に偏光板を貼らなければならない。ところが、サファイヤ板のＣ軸は肉眼では見えないので、サファイヤ板のＣ軸を確認していたのでは、作業効率を損なうという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、Ｃ軸と偏光軸とのなす角度に影響されることなく使えるサファイヤ板、偏光板付きサファイヤ板及び液晶プロジェクタ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、光を透過するための透過面と、単結晶における結晶軸のひとつであるＣ軸と、を有し、前記透過面と前記Ｃ軸とのなす角度が±１０度以下であるサファイヤ板である。
【０００８】
透過面とＣ軸とのなす角度を±１０度以下とすることにより、サファイヤ板が透過光に対してＣ軸の影響を受けづらくなる。なお、結晶には純アルミナ単結晶を使用するのが好ましい。
【０００９】
次に、本発明は、光を偏光する偏光板と、サファイヤ板と、を有し、前記偏光板から光を入射した場合に、前記偏光板を透過した透過光の光軸が前記サファイヤ板のＣ軸に対して７０度より大きくかつ９０度以下となるように、前記偏光板に対して前記サファイヤ板を配置した偏光板付きサファイヤ板である。
【００１０】
偏光板を透過した透過光の光軸がサファイヤ板のＣ軸に対して７０度より大きくかつ９０度以下となるように、偏光板をサファイヤ板に貼り付けることにより、偏光板により偏光した光がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けづらくなる。
【００１１】
次に、本発明は、前記サファイヤ板が光を透過するための透過面と、アルミナ単結晶における結晶軸のひとつであるＣ軸と、を有し、前記透過面と前記Ｃ軸とのなす角度が±１０度以下であるサファイヤ板である偏光板付きサファイヤ板である。
【００１２】
サファイヤ板が透過面とＣ軸とのなす角度が±１０度以下であることで、透過光がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けなくなる。
【００１３】
次に、本発明は、光を偏光する偏光板と、透過面とＣ軸とのなす角度が±１０度以下であるサファイヤ板と、を有し、前記サファイヤ板の少なくとも１つの外形に対し、前記偏光板の１つの偏光軸とがなす角度が±５度以内の偏光板付きサファイヤ板である。
【００１４】
サファイヤ板の外形を基準とすることで、偏光板の貼り付けが容易になる。
次に、本発明は、光を偏光する偏光板と、サファイヤ板と、を有し、前記サファイヤ板のＣ軸又は前記Ｃ軸の前記サファイヤ板上への投影線と前記偏光板の偏光透過軸のなす角度のうち狭角が、２度より大きくかつ５度以下であるか、８５度以上かつ８８度より小さい偏光板付きサファイヤ板である。言い換えると、サファイヤ板のＣ軸又は前記Ｃ軸の前記サファイヤ板上への投影線と前記偏光板の偏光透過軸のなす角度が、２度より大きく５度以下か、８５度以上８８度より小さいか、９２度より大きく９５度以下か、１７５度以上１７８度より小さいか、１８２度より大きく１８５度以下か、２６５度以上２６８度より小さいか、２７２度より大きく２７５度以下か、３５５度以上３５８度より小さいか、あるいはこれらの角度に３６０度の整数倍の角度を加えた角度のいずれか１の範囲内にある偏光板付きサファイヤ板である。なおサファイヤ板は、透過面とＣ軸とのなす角度がア１０度以下であってもよい。
【００１５】
そして、本発明は光源と、像を表示し、前記光源からの光を透過する液晶パネルと、前記液晶パネルの少なくとも前あるいは後のいずれか一方に配置し、前記光源からの光を偏光するこれらの偏光板付きサファイヤ板と、を有する液晶プロジェクタ装置である。
【００１６】
サファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けづらくなる偏光板付きサファイヤ板を使用することにより、高輝度で製造容易の液晶プロジェクタ装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
＜実施の態様１＞
図１は、サファイヤ板とＣ軸との関係を示すものである。サファイヤ板１５は、入射光８０を透過する２つの光透過面が互いに平行となるように、サファイヤインゴットから切り出す。ここでは、光透過面２０が入射側の面である場合について説明する。サファイヤ板１５のＣ軸は、光透過面２０を基準にした場合、この基準から入射光側をプラス、サファイヤ板側をマイナスと仮定する。サファイヤ板１５のＣ軸はプラス側に１０度、あるいはマイナス側に１０度以内の角度の範囲内７５に設ける。光透過面２０が透過側の光透過面を基準にしても同様である。
【００１９】
このように、Ｃ軸が光透過面２０に対してプラスマイナス１０度以下に設けると、入射光８０サファイヤ板１５を透過する際に、サファイヤ板１５の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けることがなくなる。
【００２０】
＜実施の態様２＞
図２は、倒れ角と光透過面の関係を示した図である。なお、図２は偏光板３０をサファイヤ板１５に貼り付ける前の状態を表している。
【００２１】
入射光８０を偏光板３０に入射すると、偏光板３０の透過軸により一定の方向に変更された偏光光８１が透過される。透過された偏光光８１は、サファイヤ板１５に入射される。このとき、サファイヤ板１５のＣ軸７０と偏光光８１との角度のうち、小さいほうの角度を「倒れ角」と定義する。そして、この倒れ角２５を７０度より大きく、かつ９０度以下の角度になるように偏光板３０をサファイヤ板１５に貼り付ける。ここで、使用するサファイヤ板１５は、実施の態様１で用いたサファイヤ板を使用してもよい。
【００２２】
倒れ角２５を７０度より大きく、かつ９０度以下とすることで、サファイヤ板１５を透過する偏光光８１がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けずにすむ。測定方法と測定結果は後述する。
【００２３】
＜実施の態様３＞
実施の態様１で説明したサファイヤ板１５に偏光板３０を貼る際に、サファイヤ板１５の外形に対して、偏光軸をプラスマイナス２度以内とする。偏光板をサファイヤ板に貼り付ける際に、基準がＣ軸でなくサファイヤ板外形となるので、製造しやすくなる。
【００２４】
従来、偏光板３０を貼る際にサファイヤ板のＣ軸を確認する方法として、２枚の偏光板の偏光透過軸を直角に交差させ前記偏光板３０の間にサファイヤ板１５を置いて一方の偏光板の外側から光を当てて偏光光の強度を見てサファイヤ板１５のＣ軸方向を見分ける光学式手法が取られて来た。従来の光学的手法では、Ｃ軸のプラスマイナスを示す方向及びＣ軸に対して平行なのか直角なのかも判明出来なかった。また、測定制度もプラスマイナス１度程度でしかなかった。従って、偏光板の貼り付け精度を考慮すると、前記偏光板３０の偏光透過軸とサファイヤ板１５のＣ軸との角度差はプラスマイナス２度程度であった。
【００２５】
本発明では、サファイヤ板１５の結晶軸方向の測定にＸ線結晶方位測定器を用いてサファイヤ板の外形の正確な結晶方位を数分単位で求める事ができ、その求められた外形の結晶方位を基にサファイヤ板１５の加工が行えるので、サファイヤ板１５の外形の結晶方位を正確に加工できる。つまり、本発明により、サファイヤ板はその外形でＣ軸を代行することができる。
【００２６】
＜実施の態様４＞
図３は本発明に係る液晶プロジェクタ装置、特に光学エンジン部分を示す模式図である。
【００２７】
光源１００から発せられた光３００は、第１のダイクロリックミラー１１０により、反射された光（青色）３３０と透過した光３１０に分かれる。第１のダイクロリックミラー１１０を透過した光３１０は、第２のダイクロリックミラー１２０により、反射された光（緑色）３６０と透過した光（赤色）３７０に分かれる。第１のダイクロリックミラー１１０により反射された光３３０は、反射鏡１４０によって進路を変更され、光３４０となり偏光板付きサファイヤ板１６０に入射される。
【００２８】
偏光板付きサファイヤ板１６０は、サファイヤ板１６２の入射側の光透過面に無反射コート１６１を施す。一方、サファイヤ板１６２の透過側の光透過面に偏光板１６３を貼り付ける。このとき、偏光板１６３は、サファイヤ板１６２のＣ軸と偏光板１６３の偏光軸とのなす角度、すなわち倒れ角が７０度よりも大きく９０度以下にする。
【００２９】
光３４０は偏光板付きサファイヤ板１６０を透過すると、偏光板１６３の偏光軸で偏光した光となる。偏光板１６３で偏光された光３４０は、青変調用液晶モジュール１７０を透過して、偏光板付きサファイヤ板１８０に入射される。偏光板付きサファイヤ板１８０は、サファイヤ板１８２の入射側の光透過面に偏光板１８３を貼り付ける。一方、サファイヤ板１８２の透過側の光透過面に無反射コートを施す。このとき、偏光板１８３は、サファイヤ板１８２のＣ軸と偏光板１８３の偏光軸とのなす角度、すなわち倒れ角が７０度よりも大きく９０度以下にする。偏光板付きサファイヤ板１８０を透過した光３４０は、クロスプリズム２５０により、光軸が直角に曲げられ、光３５０となる。
【００３０】
第２のダイクロリックミラー１２０により反射された光３６０は、偏光板付きサファイヤ板１９０に入射される。偏光板付きサファイヤ板１９０を透過して光３６０は、緑変調用液晶モジュール２００を透過し、偏光板付きサファイヤ板２１０に入射される。偏光板付きサファイヤ板ガラス２１０を透過した光３６０はクロスプリズム２５０を透過する。このとき、緑変調用液晶モジュール２００の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１９０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１６０と同様である。また、緑変調用液晶モジュール２００の透過側に配置した偏光板付きサファイヤ板２１０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１８０と同様である。
【００３１】
第２のダイクロリックミラー１２０を透過した光３７０は、第３のダイクロリックミラー１３０により反射されて、光３８０となる。光３８０は、反射板１５０により反射されて、進路が変更された光３９０となる、偏光板付きサファイヤ板２２０に入射される。偏光板付きサファイヤ板２２０を透過した光３９０は、赤変調用液晶モジュール２３０を透過して、偏光板付きサファイヤ板２４０に入射される。偏光板付きサファイヤ板２４０を透過した光３９０は、クロスプリズム２５０により直角に曲がられて光４００となる。
【００３２】
このとき、赤変調用液晶モジュール２３０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板２２０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１６０と同様である。また、赤変調用液晶モジュール２３０の透過側に配置した偏光板付きサファイヤ板２４０は、青変調用液晶モジュール１７０の入射側に配置した偏光板付きサファイヤ板１８０と同様である。そして、クロスプリズム２５０を透過した３つの光３５０、３６０、４００は同一方向に進む。なお、偏光板付きサファイヤ板１６０、１８０、１９０、２１０、２２０、２４０は実施の態様３で説明した偏光板付きサファイヤ板であってもよい。また、偏光板付きサファイヤ板１６０、１８０、１９０、２１０、２２０、２４０は、実施の態様１で説明したサファイヤ板であってもよい。
【００３３】
＜成長軸とＣ軸との関係＞
本発明における成長軸とＣ軸との関係について説明する。図４は、本発明の加工工程を示したものである。
【００３４】
実施に際し、液晶プロジェクタに用いられるサファイヤ板の一般的な性能を調査し、特に光学的な特性においてサファイヤ板単体の透過率が９１％以上と得た。従って、この値を基準にサファイヤ板の結晶方位や原料製法の違いに因って許される可変範囲を実験によって検証し、その範囲を求めた。
【００３５】
本発明は成長軸１２とＣ軸がなす角度が９０度、８５度、８０度、７０度となるチョコラルスキー法サファイヤインゴット１０を４種類用意し、順にサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤとする（工程１００）。チョコラルスキー法サファイヤインゴット１０上に、Ｃ面となす角度がサンプルＡは９０度、サンプルＢは８５度、サンプルＣは８０度、サンプルＤは７０度をなす成長軸１２に平行な基準面をインゴット毎に加工し（工程１１０）、成長軸１２に対して垂直な面で切断する（工程１２０）。４種類のサファイヤ切断板１３を基準となるエッジを一辺とする長方形の板を切り出し（工程１２０）、サファイヤ板１５の４面上下計８面の面取りする（工程１３０）。４面上下計８面の面取りを行ったサファイヤ板１５を上面と下面を同時に研磨する方法（両面同時研磨法）で両面を鏡面状態に仕上げ、両面鏡面サファイヤ板１５を作成する（工程１４０）。サファイヤ板１５の加工寸法及び加工精度を図５に示す。本実施例では加工寸法は縦が２３．５ｍｍ、横が２０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍである。また、４隅に０．１ｍｍで面取りを施す。研磨されたサファイヤは、平行度が５μｍ以内であり、平坦度も５μｍ以内の精度を有する。
【００３６】
サファイヤ板の上下の両面を同時に研磨することで、研磨面の平行度及び平坦度が５μｍ以内に押さえられる為に、研磨面つまり光透過面に歪みが少なくなる。歪が少なくなるため、歪みに因る光透過面の結晶方位の狂いが少ない鏡面に仕上ることができる。従って、光透過面２０に対してサファイヤインゴット１０の成長軸となす角度はほぼ直角となる。ここで、光透過面２０に対して入射光が垂直に入射した場合の入射光方向とＣ軸のなす角度を、倒れ角２５と定義する。サファイヤ板の片側全面に、フッ化マクネシウムの単層膜で無反射コート２７を施す（工程１５０）。４種の無反射コート付きサファイヤ板１６について分光光度計を用いて透過率を測定する（工程１６０）。測定条件を図６に示す。波長が７００ｎｍから４００ｎｍの範囲で測定する。この範囲の波長を、入射角度１２度で入射する。このとき、バンドパスは５ｎｍ／ｓｅｒｖｏで、スピードは１分間当たり１２０ｎｍとする。無反射コート付きサファイヤ板１６の透過率は、光透過面２０に対して９０度の角度で、測定用入射光を無反射コート付きサファイヤ板１６に当てて、サファイヤ板１５と無反射コート２７を通過した透過光強度を測定し、入射光強度の比から透過率を求めた。
【００３７】
図７は、その結果を平均した倒れ角別透過率変化としてまとめたものである。
【００３８】
測定値のばらつきは最大で０．７％ほどあり、誤差としては大きい。しかし、倒れ角が８０度以上であれば透過率に若干の違いがあってもお互いに近似しており、また透過率９１％を超えた値になっている。最大測定値ばらつき０．７％を考慮に入れて、倒れ角が７０度になると透過率が格段に下がる。但し、倒れ角８５度と９０度のサファイヤインゴット１０は同じメーカの製品であるが、倒れ角７０度と８０度のサファイヤインゴット１０に付いては、異なる２社のメーカの製品であるため、結晶性等の違いにより全く同じ条件ではないが、光透過率９１％以上のサファイヤ板１５の条件は倒れ角が８０度以上となる。 入射光が光透過面２０に対して垂直に入射する場合、倒れ角が１００度でも８０度と同じ条件となるので入射光とＣ軸のなす角度が９０度±１０度以内、従って、入射面とＣ軸のなす角度が±１０度以内が好ましいとの結果を得た。
【００３９】
次に、上記で説明したのと同様に、成長軸１２とＣ軸がなす角度が９０度、８５度、８０度、７０度となるチョコラルスキー法サファイヤインゴット１０を４種類用意し、順にサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤとする（工程１０）。チョコラルスキー法サファイヤインゴット１０上にＣ面となす角度がサンプルＡは９０度、サンプルＢは８５度、サンプルＣは８０度、サンプルＤは７０度をなす成長軸１２に平行な基準面をインゴット毎に加工し（工程１１０）、成長軸１２に対して垂直な面で切断する（工程１２０）。４種類のサファイヤ切断板を基準となるエッジを一辺とする長方形の板を切り出し、サファイヤ板１５の４面上下計８面の面取りする（工程１３０）。面取りしたサファイヤ板１５を両面同時研磨法で両面を鏡面状態に仕上げ、光透過面２０が両面鏡面状のサファイヤ板１５を作成する（工程１４０）。
【００４０】
更に、市販のＥＦＧ法サファイヤ材１１を用意する（工程２１０）。ＥＦＧ法サファイヤ材は、サンプルＡ面を光透過面２０とする材料を２枚の平行な偏光板の間で回転させ、透過光が最大になった角度で偏光板３０の偏光軸３５と平行な線分をサファイヤ板１５上に印を付けて、その線分と平行に切り出したサファイヤ切断材を用意する（工程２２０）。サファイヤ板１５の４面上下計８面の面取りする（工程２３０）。４面上下計８面の面取りを行ったサファイヤ板１５を、上下面を同時に研磨する方法（両面同時研磨法）で両面を鏡面状態に仕上げ、両面鏡面サファイヤ板１５を作成する（工程２４０）。サファイヤ板１５の加工寸法及び加工精度は、上記の例と同じ精度を得た（図５参照）。更にサファイヤ板１５の片側全面に、フッ化マクネシウムの単層膜で無反射コート２７を上記の例と同条件で施す（工程２５０）。
【００４１】
次に、偏光板３０の偏光軸が平行になる様に置いた２枚の偏光板３０の後ろから白色光を当て、２枚の偏光板３０の間にサファイヤ板１５を入れ回転させながら透過光強度を測定し、その値を偏光板３０とサファイヤ板のＣ軸の投影方向が０度となる位置の透過光強度と比較した（工程２６０）。
【００４２】
図８は、偏光軸とＣ軸角度による減衰量測定実験装置の模式図である。減衰量測定実験装置は、光源５０とその光源の光度を測る光度計６０を一直線上に配置する。光源５０と光度計６０の間に、２枚の偏光板３０、３１を置く。このとき、偏光板３０の偏光軸３５と他方の偏光板３１の偏光軸３６とを９０度に交差させる。さらに、サファイヤ板１５を２枚の偏光板３０、３１の間におく。
【００４３】
光源５０から出た光３７は、偏光板３１の偏光軸３６を通過することで、一定の方向に偏光される。その偏光された光３７はサファイヤ板１５を通過し、偏光板３０の偏光軸３５を通って、光度計６０に到達する。サファイヤ板１５のＣ軸７０は、光源５０と光度計６０を結んだ軸を回転中心として回転させる。Ｃ軸７０と偏光板３０、３１の偏光軸３５、３６とがなす角度により、光度計６０の値が変わることで、Ｃ軸７０を測定する。
【００４４】
図９は、偏光板とサファイヤ板のＣ軸の投影方向が０度となる位置の透過強度を１００とした時の光強度を回転角度毎に示したものである。この加工方法では簡易測定装置を用いた為に、迷光や外部からの入射光により測定精度が影響を受けた。そのため倒れ角９０度、８５度、８０度では顕著な差が出なかったので、倒れ角９０度と７０度の場合を記述した。またＥＧＦ法で加工したＥＧＦ材の場合についても、測定を行った。
【００４５】
図９が示す結果において、無反射コート付きサファイヤ板の透過率が概ね９３％以下で有ることを考慮に入れると、透過率９１％以上を保持する為には回転角が±１０度以内に収める必要がある。
【００４６】
従って、サファイヤの物理的指標としてサファイヤ板１５の外形の一部がＣ軸に対して±５度以内になるように加工することで、その外形の一部をガイドにサファイヤ板１５に偏光板３０を貼ることが出来る。このように貼り付けると、２枚の偏光板がそれぞれサファイヤ板１５に対して±５度ずれたとしても、全体では±１０度以内に収めることができる。外形の一部とは例えばサファイヤ板のエッジ４０やＣ軸７０の方向を示す切欠き４５等が考えられる。この関係を図１０に示す。
【００４７】
図１０は、サファイヤ板の外形とＣ軸との関係を示す図である。図１０Ａは外形形状を基準とした図であり、図１０Ｂは切り欠きを基準とした場合である。図１０Ａにおいて、サファイヤ板１５は四角形をしている。Ｃ軸７０は外形を構成する４辺の内の１つの辺と平行に設ける。また、図１０Ｂにおいては、サファイヤ板１５の外形の一部に面取り４５を施す。Ｃ軸７０はこの面取り４５と平行に設ける。回転角±５度以内の場合、実験に使用したサファイヤ板１５は、全ての回転角に対して偏光透過光量の変化に同じ傾向が見られた。
【００４８】
更に、倒れ角９０度のサファイヤ板１５に対して、角度を大きくして透過光量比を測定した（工程２７０）。その結果を図１１に示す。図１１の結果から、倒れ角９０度のサファイヤ板１５は、Ｃ軸と偏光軸とのなす角度を４５度、６０度及び９０度にしたとき、いずれの場合でも、透過光量比が９０％以上であった。また、倒れ角９０度のＥＦＧ法のサファイヤ板１５に対して、角度を大きくして透過光量を赤、緑、青に対応する６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの３波長について分光光度計を用いて測定した（工程２７０）。その結果を図１４乃至１６に示す。
【００４９】
図１４乃至１６は、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度での相対透過光量を示した図である。Ｃ軸と入射側の偏光透過軸のなす角度を０度、９０度、１８０度及び２７０度を基準の角度とし、この基準の角度に対して、左回りをプラス方向、右回りをマイナス方向と仮定する。図８の装置を用いたが、２枚の偏光板の偏光透過軸は交差させた。また、透過率は何も入れない状態を基準として、２枚の偏光板の中にサファイヤ板を入れて、Ｃ軸と偏光透過軸の角度を変化させたときの値と比較した相対透過率として表した。測定範囲は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角を基準角度からプラス方向に２０度、また基準角度からマイナス方向に２０度とした。
【００５０】
図１４は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を０度としたときの図である。図１５は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を９０度としたときの図である。図１６は、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を１８０度としたときの図である。なお、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を２７０度の場合は、図１４乃至１６と同様であるため、省略した。
【００５１】
基準の角度が０度のとき（図１４）、Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度がプラスマイナス５度変化しても、相対透過率はマイナス３％を超えず、実用上問題となることはない。赤色光を除けば、プラスマイナス１０度変化しても、問題とはならない。基準の角度が９０度のとき（図１５）、相対透過率がマイナス３％以内であることを満足するのは、光透過軸のなす角度がマイナス１０度からプラス５度の範囲である。そして、基準の角度が１８０度のとき（図１６）、マイナス１０度からプラス５度の範囲である。３つの波長の全てが実用上問題とならない、相対透過率がマイナス３％以内であることを満足するには、基準の角度に対して、プラスマイナス５度以内であればよい。もちろん、これらの角度に対して、３６０度の整数倍の角度を加えても、同様な結果を得ることができる。 更にサファイヤ板１５を３６０度回転させ、目視で透過光量の変化を見た（工程２８０）。その結果、偏光板の偏光透過軸上で偏光板の下から上に向かうベクトルを想定し、このベクトルとＣ軸が成す角度と透過光量の関係は９０度の倍数で最大となり、９０度の倍数に４５度を足した角度で最小となった。更にこのベクトルとＣ軸が成す角度が９０度、１８０度、２７０度を中心として各角度毎に−２０度から＋２０度の範囲で分光光度計を使って透過光強度を測定すると、偏光透過光の光量は前記のベクトルとＣ軸が成す角度が０度、９０度、１８０度、２７０度に於いて−５度から＋５度の範囲で同一の透過光量が得られた。
【００５２】
図１２は、サファイヤ板と液晶モジュールとの位置関係を示した図である。ここで、光軸５５は、図面の右から左に向かう方向と仮定する。
【００５３】
液晶モジュール９０の入射側と透過側に偏光板付きサファイヤ板をそれぞれ配置する。透過側の偏光板付きサファイヤ板は光軸５５の方向に対して、入射面に無反射コート２７を施す。また、透過面には偏光板３０を貼り付ける。
【００５４】
一方、透過側の偏光板付きサファイヤ板は光軸５５の方向に対して、入射面に偏光板３０を貼り付ける。また、透過面には無反射コート２７を施す。
【００５５】
図１３は、倒れ角による透過率と波長の関係を示した図である。この図において、縦軸に透過率、横軸に波長をとり、倒れ角が７０度、８０度、８５度及び９０度のときの透過率と波長の関係を表す。倒れ角が７０度（グラフ４００）のとき、約７００ｎｍから約３８０ｎｍまで波長を変化させると、透過率は約８５％から約８８％の間で変動する。倒れ角が８０度（グラフ４１０）のとき、透過率は約９２％から約８８％間で変動する。倒れ角が８５度（グラフ４２０）のとき、透過率は約９２％から約９０％間で変動する。倒れ角が９０度のとき、透過率は約９３％から約９０％間で変動する。また、倒れ角が８０度（グラフ４１０）、８５度（グラフ４２０）及び９０度（グラフ４３０）の場合、約４５０ｎｍあたりから透過率は下がる傾向にある。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５７】
本発明は、透過面とＣ軸とのなす角度を±１０度以下とすることにより、サファイヤ板が透過光に対してＣ軸の影響を受けづらくなる。
【００５８】
また、本発明は、偏光板を透過した透過光の光軸がサファイヤ板のＣ軸に対して７０度より大きくかつ９０度以下となるように、偏光板をサファイヤ板に貼り付けることにより、偏光板により偏光した光がＣ軸の影響を受けることがなくなる。
【００５９】
また、本発明は、サファイヤ板が透過面とＣ軸とのなす角度が±１０度以下であることで、透過光がサファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響を受けなくなる。また、サファイヤ板の外形を基準とすることで、偏光板の貼り付けが容易になる。
【００６０】
そして、本発明は、サファイヤ板の結晶方位に起因する透過光減衰の影響の影響を受けづらくなる偏光板付きサファイヤ板を使用することにより、高輝度で製造容易の液晶プロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサファイヤ板の側面図である。
【図２】入射光とＣ軸との関係を示す模式図である。
【図３】液晶プロジェクタ装置の模式図である。
【図４】加工工程を表した工程図である。
【図５】サファイヤ板の加工寸法と加工精度を表した図である。
【図６】分光光度計の測定条件を表した図である。
【図７】倒れ角に対する透過率の変化を示した図である。
【図８】偏光軸とＣ軸角度による減衰量測定実験装置の模式図である。
【図９】透過光の強度比を示した図である。
【図１０】外形とＣ軸との関係を示した図である。
【図１１】偏光軸との角度を大きくした場合における透過光量比を表した図である。
【図１２】サファイヤ板と液晶モジュールとの位置関係を示した図である。
【図１３】倒れ角に対する透過率と波長の関係を示したグラフである。
【図１４】Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を０度を基準の角度としたとき、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度における相対透過光量を示した図である。
【図１５】Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を９０度を基準の角度としたとき、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度における相対透過光量を示した図である。
【図１６】Ｃ軸と偏光透過軸のなす角度を１８０度を基準の角度としたとき、各波長におけるＣ軸と偏光透過軸のなす角度における相対透過光量を示した図である。
【図１７】従来のサファイヤ板である。
【符号の説明】
１０ チョコラルスキー法サファイヤインゴット
１１ ＥＦＧ法サファイヤ板
１２ 成長軸
１３ サファイヤ切断板
１５ サファイヤ板
１６ 無反射コート付きサファイヤ板
２０ 光透過面
２５ 倒れ角
２７ 無反射コート
３０ 偏光板
３５ 偏光軸
３７ 偏光透過軸
４０ サファイヤ板のエッジ
４５ Ｃ軸方向を示す切欠き
Claims (2)
- 単結晶における結晶軸のひとつであるＣ軸を有し且つ入射光が透過する光透過面が互いに平行なサファイヤ板に偏光板を貼り付けた偏光板付きサファイヤ板において、
前記偏光板を透過した透過光の光軸と前記Ｃ軸とのなす角度が７０度よりも大きく、かつ９０度以下になるように前記偏光板は前記サファイヤ板に対して配置されていること、及び、
前記サファイヤ板のＣ軸又は前記Ｃ軸の前記サファイヤ板上への投影像と前記偏光板の偏光透過軸のなす角度のうち狭角が２度より大きく且つ５度以下であることを特徴とする偏光板付きサファイヤ板。 - 光源と、液晶パネルと、前記液晶パネルの少なくとも前あるいは後のいずれか一方に配置された偏光板付きサファイヤ板を少なくとも具備する液晶プロジェクタ装置において、
前記偏光板付きサファイヤ板は、請求項１に記載の偏光板付きサファイヤ板であることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
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