JP4928564B2 - 可視光用ガラス偏光子 - Google Patents

Description

本発明は可視光領域の光に対し工業的に利用可能な偏光特性を有するガラス偏光子に関するものである。特に、投射型液晶表示装置用の偏光子として利用可能な優れた耐熱性および耐光性を有する可視光用ガラス偏光子に関するものである。

近年、大型画面を表示する映像表示装置として投射型液晶表示装置が広く利用されている。リア投射型液晶表示装置は大型テレビとして、フロント投射型液晶表示装置はパソコンデータのプレゼンテーションに主に使用される。投射型液晶表示装置は投射光学系を利用して小さな液晶素子上の画像を大画面に拡大投影する構成を持つ。技術的に詳細な説明は、例えば非特許文献１（大画面ディスプレイ）に見られる。

代表的な投射型液晶表示装置の構成図を図１に示す。光源４の光は光学部品５〜１６により青（Ｂ）、緑（Ｇ）および赤（Ｒ）の成分に分離され、それぞれに対応する液晶素子２Ｂ、２Ｇおよび２Ｒに導かれる。各液晶表示素子２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂは入射側に入射側偏光子１Ｒ、１Ｇおよび１Ｂを、出射側に出射側偏光子３Ｒ、３Ｇおよび３Ｂを備えている。赤、緑および青に対応する、入射側偏光子および出射側偏光子から成る一組の偏光子は、液晶素子を通過した所定の偏光方向の光を選択的に通過させる機能を持つ。この機能により液晶素子２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂを通過した三原色の光は、光強度変調された画像信号となる。これら３原色光は、更に合成プリズム１７で光合成され、更に拡大投射レンズ系１８を通してスクリーン１９に投影される。

偏光素子に要求される偏光特性は、希望の偏光面をもつ光信号を透過させ、それと直交する偏光面を持つ不要光信号を阻止する性質を持つ事である。すなわち、希望する偏光面を持つ光に対し大きな透過率を有し、これと直交する偏光面を持つ光に対しては、小さな透過率を持つ事が望ましい特性である。

これらの透過率の比は消光比と呼ばれ、当業者により偏光素子の性能を表現する性能指数として広く利用されている。この指標を利用すると、投射型液晶表示装置に適用する偏光素子に要求される性能は、光信号に対し大きな透過率と大きな消光比を持つ事であると表現される。工業的に利用可能な偏光子は、使用する波長の光に対し７０％以上の透過率と１０：１望ましくは３０００：１の消光比を持つことが好ましいと言われている（特許文献１）。

投射型液晶表示装置に対する社会的な要求は、より大きく且つ鮮明な画像を、より小型の装置で実現する事である。この要求を実現するために、より大きな光量の光源の適用およびより面積の小さな液晶素子の利用が最近の技術トレンドとなっている。その結果、液晶素子のみならず、その前後に置かれる偏光子には高いエネルギー密度の光が導入される。不要光を吸収する機能を有する偏光子に対しては、特に高い耐熱性と耐光性を持つ事が要求されるようになってきている。

偏光子にはその原理に従い、偏光面に依存し選択的に光を吸収する二色性偏光子および非二色性偏光子（Brewster型偏光子など）が存在する（特許文献２参照）。二色性偏光子は、素子が薄型であり且つ不要光を吸収する特別の装置を必要としないために、特に小型化が要求される投射型液晶表示装置に望ましい素子である。

現在、可視光領域に於いて実用的な光学性能を実現している二色性偏光素子は有機材料からなる偏光フィルムのみである。しかし、有機樹脂製の偏光子は耐熱性が低いと言う決定的な欠点を有している（特許文献１参照）。

この欠点を除くために、有機樹脂製の偏光フィルムは熱伝導率の高いサファイア基板に貼り合せて使用されている（特許文献３）。しかし、熱伝導率に優れたサファイアと張り合わせた偏光子も近年の高輝度化の技術的要求即ち、最も輝度が高い緑領域での偏光素子による光吸収・発熱による偏光子機能の劣化を起こさないという要求を満たす事が出来ず、有機樹脂フィルムを熱から保護するために投射型液晶表示装置では冷却用ファンを含む冷却装置が設置されている。冷却装置は、小型化という社会的なニーズに反するのみならず、騒音という別な問題も生み出すことになっている。

この技術課題を解決する方法として、光通信用の素子に適用されている偏光ガラスを適用するアイディアが提案されている（特許文献１）。しかし、光通信用で使用する光波長は遠赤外領域であり可視光とは著しく異なるので、光通信用のガラス偏光子の技術が直ちに、可視光の光を制御する投射型液晶表示装置に直ちに適用出来るものではない。特許文献１に開示されている発明には、ガラス偏光素子に可視光領域の光に対して有効な特性を付与するための技術は開示されていないため、この発明を利用するだけでは、ガラス偏光子を使用した投射型液晶表示装置を実現することは困難である。

ここで、偏光ガラスの技術背景について簡単に説明する。偏光ガラスは光学的に透明なガラス基体中に配向分散した形状異方性を有する金属微粒子を含む事を特徴とするガラスであって、金属微粒子表面上に存在する表面プラズモンの異方的な共鳴吸収現象を利用し偏光特性を実現するものである（特許文献４、非特許文献２参照）。

特許文献４より引用した金属微粒子の表面プラズモン共鳴吸収特性を図２として引用する。図２のグラフＡは球状の金属微粒子による表面プラズモン共鳴吸収に対応する。一方、棒状に延伸された形状異方性を有する金属微粒子の共鳴吸収は、入射光の偏光面と形状異方性を有する金属微粒子の相互関係により異なる特性を示す。

偏光面が金属微粒子の長手方向に平行な場合、Ｂで示す特性を示す。特性Ａに比較し、共鳴吸収の波長はより長い波長に移動している事が判る。この共鳴吸収波長は金属微粒子の長径と短径の比に依存し、この比が大きいほど共鳴吸収波長はより大きくなる事が知られている（非特許文献２参照）。一方、長手方向に直交する偏光面を持つ光に対しては特性Ｃで表す性質を示す。

図２から、このガラスが、６００ｎｍ付近の光に対し偏光特性を示す事が理解される。即ち、金属粒子の長手方向に平行な偏光面を持つ光は強い吸収により小さな透過率を持つ。なお、この金属粒子の長手方向に平行な偏光面を持つ光に対する透過率を以下Ｔ‖％と表現する。一方、金属粒子の長手方向に直交する偏光面を持つ光に対しては吸収が小さく、従ってより大きな透過率を示す。なお、金属粒子の長手方向に直交する偏光面を持つ光に対する透過率を以下Ｔ⊥％と表現する。このようなメカニズムで、偏光特性が実現する。なお、図２に開示されている特性は、投射型液晶表示装置に必要な特性即ち、５００ｎｍ〜６００ｎｍで平行吸収曲線Ｂと垂直吸収曲線Ｃとの間での比、つまり消光比が充分大きいことと、平行吸収率の値が充分大きいこととを実現していない。

偏光ガラスおよび偏光ガラスを利用したガラス偏光子に関しては多くの技術が提案されている。これらの技術の多くは赤外線領域の光に対して適用可能なガラス偏光子に関わる（特許文献５および特許文献６等）ものであり、本発明の目的とする投射型液晶表示装置に利用する可視光領域の光に適用可能な技術は開示されていない。

可視光領域の光に対し適用可能なガラス偏光子に関する発明は少ない。特許文献７は形状異方性を有する銅微粒子の特性を利用して可視光領域の光に対し有効な偏光素子を提供する技術である（開示されている特性を図３に引用）。しかし、図３に見られるように、特に６００ｎｍ以下の波長に対して大きな消光比を実現する事が出来ない即ち、延伸軸に垂直な透過率曲線Ｃ、Ｅに対する平行透過率曲線それぞれＤ、Ｆの値の比（消光比）が小さく、また透過率Ｃの値が僅か１０〜６０％でしかないことは、実用的な特性を有していないと結論される。

特許文献８は、可視光領域の波長に対し二色性の吸収を実現する技術を開示するが、本発明が目的とする投射型液晶表示装置に適用可能な特性即ち、高い透過率および高い消光比を実現するという具体的かつ定量的な記載がないため偏光子として実現可能とは言えない。特許文献９についても特許文献８と同様に、可視光領域に於いて有効な消光比を得るための技術を提案するが、高い透過率を実現する技術は開示されていない。

ＣＯＤＩＸＸ社は、銀イオンをガラス表面から拡散させることによって導入し、熱処理によって銀微粒子を析出させた後、延伸加工することによりこの銀微粒子に形状異方性を付与する製造技術を利用し、可視光領域で有効な偏光ガラスを販売している（非特許文献３）。しかし、イオン拡散工程は一般に不安定であり、またガラスの厚さ方向に銀イオンの濃度分布ができるので、生成される銀粒子の寸法に不均一性が生ずる傾向がある。その結果、偏光子の特性ばらつきが生じるという弱点を持つ。さらに、延伸する粒子が固体の金属銀粒子であるため液滴状態で延伸されるハロゲン化銀粒子よりも大きな延伸張力でないと延伸できないので延伸時にガラスが破断しやすいという問題がある。

工業的に広く使用されている通信用赤外光ガラス偏光子は、これと異なる製造方法を利用している。即ち、特許文献４および特許文献５に示されているように、ハロンゲン化銀を一旦析出させ、その後ハロゲン化銀を還元する事により銀微粒子を生成する製造方法を採用している。しかしながら、この製造方法で作製された偏光子は可視域で使用できる実用性能を示さない（特許文献５）。例えば、特許文献５の図１（本明細書では図４として引用）及び明細書の段落「００２２」で次のように述べている。「・・４００ｎｍ−７００ｎｍの全領域に亘り効果的な光偏光子を製造するには、ハロゲン化銀ガラスは不満足なものとなっている。」

以上述べたように、工業的に広く適用可能な安定な製造技術に基づき、投射型液晶表示装置に適用可能な可視光対応のガラス偏光子は存在しない。

特開２００４−７７８５０号公報 特表２００２−５１９７４３号公報 特開２０００−２０６５０７号公報 米国特許４，４７９，８１９号公報 特許１６１８４７７号公報 特許第２７４０６０１号公報 特許第２８８５６５５号公報 特表２００４−５２３８０４号公報 特公平２−４０６１９号公報 特許第２６２８０１４号公報 特許第３５４９１９８号公報 西田信夫、大画面ディスプレイ（シリーズ先端ディスプレイ技術７）、共立出版、東京、２００２年発行 Ｓ．ＬｉｎｋおよびＭ．Ａ．Ｅｌ−Ｓａｙｅｄ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０３（１９９９）８４１０〜８４２６ページ 鈴木巧一、工業材料Vol.52,No.12、102〜107ページ

本発明は、投射型液晶表示装置などに適用可能な、ハロゲン化銀含有ガラスを出発材料として、可視光領域（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）の光に対し優れた透過率および消光比を有するガラス偏光子を実現する技術を提供することを目的とするものである。

本発明のガラス偏光素子はガラス中に配向分散した形状異方性を有する金属微粒子の表面プラズモン共鳴を利用する。同一の原理を利用しながら、図４に示された先行技術は投射型液晶表示装置に適用可能な偏光子の持つべき性能を実現していない。その原因を、図２を利用して説明する。

図２の曲線Ｃは、形状異方性を有する金属微粒子の長手方向に直交する偏光面を持つ光に対する表面プラズモン共鳴吸収が約３８０ｎｍ付近に存在する事を示している。同時に、この図２の曲線Ｃは、その影響が５００ｎｍから６００ｎｍに及んでいることも示している。この影響は通過すべき偏光面を持つ光をより高い透過率で透過する効果をもたらすことを示す。と同時に、長手方向に平行な偏光面を持つ光に対しての吸収を曲線Ｂが示すことから６００ｎｍ付近では偏光面の違いで吸収率即ち透過率に大きな差異を生ずることを示す。

赤外線領域の光線に適用する偏光子の場合、透過させる光はこの共鳴吸収の波長から遠く離れた波長なので、上記の影響は無視可能なレベルに小さく、実用上の問題にならない。これに対して、可視光の偏光素子を実現する場合、上記の影響は無視出来ないレベルとなる。従って、緑領域可視光に適用するガラス偏光子を実現するには、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域の光吸収を極小化する新たな技術手段が必要になる。単純な技術手段として、金属粒子の濃度を減らすことにより、この吸収を抑制し、通過光に対する透過率を向上させることは可能になるが、そのような技術手段を採用した場合、抑制すべき偏光面を持つ光を抑制する事が困難になる。結果的に必要な消光比を実現出来ない事になる。

発明者らは、この問題を研究した結果、銀粒子の寸法を小さくする事によって、５００ｎｍ付近の透過率を向上させることが可能になることを発見した。即ち、４０ｎｍ以下の粒径を有するハロゲン化銀から作成した銀粒子を使用することにより、金属微粒子の長手方向に垂直な偏光面を持つ光に対する透過率Ｔ⊥％を大きくする事が可能になることを見出した。

更に、小さな粒径のハロゲン化銀の利用は、偏光子が阻止する光、すなわち形状異方性を持つ金属微粒子の長手方向に平行な偏光面を持つ光の透過率Ｔ‖％を５００ｎｍ付近まで小さな値に抑圧するという、別な効果を生み出した。その結果、粒径の小さなハロゲン化銀を利用することにより、透過させるべき光の透過率Ｔ⊥％を５００ｎｍ付近で大きくすることが実現出来るだけではなく、同時に、消光比を大きく保つことが可能になった。

本発明はハロゲン化銀を分散析出したガラス材料を出発材料とする点で従来の技術を基礎とするが、可視光領域の光に対し有効な機能を実現するために、幾つかの技術を追加する必要がある。

従来の１．３〜１．５μｍの近赤外域で用いられている光通信用のハロゲン化銀を用いた偏光ガラスの技術では、塩化銀と臭化銀の混晶でかつ粒径が５０ｎｍ以上の粒子を延伸して偏光ガラスが作製されてきた。このため、本発明による可視域用偏光ガラスに関する技術は全く開示されていない。

本発明では銀粒子の粒子サイズだけでなく、析出ハロゲン化銀粒子の組成についても精査し、臭素を含まない塩化銀単独の粒子の方が透過させるべき光の５００ｎｍ付近の透過率Ｔ⊥％を高めかつ消光比を大きくすることができることを見出した。

投射型液晶表示装置では、光源に水銀ランプが使用されており、また可視光光源は、多くの場合紫外光の成分をも含む。ハロゲン化銀の微粒子を析出させたガラスは、紫外光をガラスに照射すると可視域から近赤外域に渡る吸収帯が生じてガラスが着色し、紫外光を遮断すると照射前の状態に戻る特性を有し、フォトクロミックガラスの名で広く知られている。

図２の形状異方性を持つ金属微粒子の長手方向に平行な偏光面を持つ光の透過スペクトル（Ｔ‖スペクトル）では５００〜７００ｎｍの波長域はよく吸収するが、３００〜４００ｎｍ波長域に表面プラズモン共鳴吸収の反転モードによる透過ピークがみられる。この帯域光が丁度ハロゲン化銀の感光波長に対応しているため、偏光ガラスの内部に還元されずに残っているハロゲン化銀が感光して可視域の透過率を低下させてしまう。したがって、本発明の可視域用偏光ガラスとしてはフォトクロミズムが発現しない材料を選択することが好ましい。

フォトクロミズムを示さない偏光ガラスに関する先行技術としては、ＣｕＯを殆ど含有しないか母ガラス組成を限定（モル比で（Ｒ_２Ｏ-Ａｌ_２Ｏ_３）: Ｂ_２Ｏ_３ ＜０．２５)した技術（特許文献９）、実質的にＣｕＯを含まずかつガラス中の銀を酸化状態に保つために有効な量のＣｅＯ_２を加える技術（特許文献１０）および実質的にＣｕＯを含まず、Ｋ_２Ｏを多く含みかつＢａＯを加えてガラスの塩基性を強めた組成に限定して銀の金属銀への還元を防止した技術（特許文献１１）がある。

本発明では、ガラス溶融におけるガラス原料としてアルカリ酸化物の０．５〜５ｗｔ％を硝酸塩で加える事によって、ガラス中に銀がイオンとして溶解し、ノンフォトクロミックなガラスを得る事ができた。すなわち、従来技術で銀の酸化剤として用いられるＣｕＯやＣｅＯ_２を加えず、且つ、母ガラスの組成を限定することなく、ノンフォトクロミックなガラスを得る事ができた。

以上説明したように、本発明によれば、５００ｎｍ〜６００ｎｍにおける波長領域において透過率が７５％以上で消光比が２５ｄＢ以上のガラス偏光子を提供することができる。このような性能を有し、且つ耐熱性及び耐光性（特に耐紫外線性）に優れたガラス偏光子を適用した投射型液晶表示装置は、よりエネルギーの大きな光源の利用を可能とし、その結果、小型でより明るい表示装置が実現する事が可能になる。更に、従来の樹脂製偏光フィルムは熱や光による性能の劣化が見られたが、耐熱性、耐光性に優れる偏光ガラスの利用により、投射型液晶表示装置の画質は高い状態で維持可能となる。

図１は、液晶プロジェクターの光学エンジン概念図（特許文献１）である。 図２は、延伸配向銀粒子および無配向銀粒子の吸収スペクトル（特許文献４）を示すグラフである。 図３は、銅粒子の延伸による可視光偏光した光の透過率曲線（特許文献７）を示すグラフである。 図４は、銀粒子の延伸による可視光偏光した光透過率曲線（特許文献７）を示すグラフである。 図５は、実施例１の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。 図６は、実施例２の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。 図７は、実施例３の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。 図８は、実施例４の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。 図９は、実施例５の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。 図１０は、実施例６の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。 図１１は、比較例１の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。 図１２は、比較例２の４８０nm〜６２０ｎｍ波長範囲での光透過率および消光比曲線を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明を実施するための製造技術は、公知の赤外線用偏光ガラスを製造する技術を基に、ハロゲン化銀の析出粒子を微細化させる技術およびフォトクロミズムの実現を防止する技術を追加する事により実現される。

まず、所定の組成のガラスバッチを準備する。この時、下記の事項に注意して組成及び原料を選定する。可視光領域で使用する偏光子に適用するガラスは、光照射により透過率が劣化する、いわゆるフォトクロミック特性を持たないガラスを選定する必要がある。このためには、ガラス原料は酸化銅の不純物混入を厳密に避けるなどの工夫が必要になる。また、ハロゲン化銀の導入量組成は最終的に透過率と消光比を両立可能な値に選択する。

所定の組成のガラスバッチを溶解し、型に注ぎ入れることにより板状のガラスを作製する。次に、熱処理により母ガラス中にハロゲン化金属粒子を析出させる。析出条件は一般に熱処理温度が低いほど、熱処理時間が短いほど粒径は小さくなる。熱処理条件はガラスの種類・組成に依存して最適化される。

平均粒子径４０ｎｍ以下のハロゲン化金属粒子が分散された母ガラスは、所定の加工を経て、板状のプリフォームとなり延伸工程に移される。

延伸工程では、還元後の金属粒子が適切なアスペクト比を有するようになるように、ガラスの粘度（直接的には加熱温度）、延伸張力（ガラスを延伸する力＝ガラスにかける荷重）を調整して、プリフォームを延伸する。

延伸されたガラスは、延伸されたハロゲン化銀粒子の一部または全部を銀粒子とするために還元処理される。還元処理の時間および温度および雰囲気は、表面付近に存在する、還元された金属粒子層の深さを決定するので、最終特性を実現するよう注意深く決定されなくてはならない。その後、反射防止膜を成膜して、本発明の偏光素子が完成する。

以下、本発明について、実施例及び比較例を用いて更に具体的に説明する。表１に実施例及び比較例を示した。なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。

まず、重量％でＳｉＯ_２；５８．０１％、Ｂ_２Ｏ_３；１８．３％、Ａｌ_２Ｏ_３；９．５％、Ｌｉ_２Ｏ；１．９％、Ｎａ_２Ｏ；２．０％、Ｋ_２Ｏ；９．６％、Ａｇ；０.３２％、Ｃｌ；０.３７％となるように、ＳｉＯ_２、Ｈ_３ＢＯ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３、ＮａＮＯ_３、（Ｎａ_２ＣＯ_３）、Ｋ_２ＣＯ_３、ＮａＣｌ、ＡｇＣｌを原料として調合して原料バッチを準備した。このとき２重量％のＮａ_２Ｏを硝酸塩原料であるＮａＮＯ_３（硝酸ナトリウム）から配合した。この原料バッチを３００ｃｃ容量の白金坩堝にて、１４３０℃で４時間溶融した後、金型に流し込みローラーでプレスしてほぼ２５０×６０×２.５ｍｍ厚の板状ガラスを得た。

この板状ガラスを熱処理して塩化銀の粒子を析出させた。塩化銀粒子の粒径は表１に示す熱処理温度及び熱処理時間によって制御した。電子顕微鏡により塩化銀粒子の平均粒子径を測定した結果を表１に併せて示してある。

得られたガラスプリフォームを延伸炉内に垂直にセットし、プリフォームの送り速度と引取り速度とをバランスさせてプリフォームを定速で下方へ送りながら加熱・延伸を行った。延伸時のガラスの粘度、延伸張力（ガラスにかかる単位面積当たりの荷重）を表１に示した。延伸張力は主としてガラス加熱温度によって制御した。（これらの速度設定値も表１に示してある。）

延伸されたガラステープを約５０ｍｍ長に切断し両面を研磨した後、これを還元炉で水素ガスを約１.５リットル／分の割合でフローさせながら表１に示す還元条件（温度、時間）で熱処理した。

次に成膜工程であるが、洗浄・乾燥後、蒸着チャンバー内に複数枚の試料をセットし、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の交互４層膜（反射防止膜）をスパッター法あるいは真空蒸着法により試料両面に成膜し反射防止効果をもたせた。

こうして作製した偏光ガラスの偏光特性を表１に併せて示した。また、実施例１〜６と比較例１〜２の５００ｎｍ〜６００ｎｍ（実際には４８０ｎｍ〜６２０ｎｍ）の波長領域における金属銀粒子の長手方向と直交する偏光面を持つ光の透過率スペクトル（Ｔ⊥％）と該波長域における消光比のデータを図５〜１０および図１１及び１２に示した。

消光比は、分光光度計を用いて測定した透過スペクトルにおける５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域における金属銀粒子の長手方向と直交する偏光面を持つ光の平均透過率Ｔ⊥％と金属銀粒子の長手方向と偏光面が平行な光の平均透過率Ｔ‖％から次式により算出した。なお、表１には、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域における最小の消光比を示した。
消光比（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ₁₀（Ｔ⊥％／Ｔ‖％）

表１から明らかなように、ガラス組成が同じであれば、熱処理温度が低いほど析出する塩化銀の平均粒子径が小さくなっている。そして、その平均粒子径が４０ｎｍ以下の条件（実施例１〜６）で、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域において、金属銀粒子の長手方向と直交する偏光面を持つ光の平均透過率（Ｔ⊥％_{５００〜６００ｎｍ}）が７５％以上であり、かつ該波長域における最小消光比が２５ｄＢ以上である偏光特性が得られた。

平均粒子径が４０ｎｍを越える比較例１、２の場合には、表１に示したように比較的低い延伸張力でさえＴ⊥透過スペクトルと消光比が共に長波長側にシフトするために延伸条件や還元条件を変えても、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域において、７５％以上の平均透過率（Ｔ⊥％_{５００〜６００ｎｍ}）と２５ｄＢ以上の最小消光比を同時には得ることができなかった。

［比較例３］
ガラス組成におけるＣｌ：０．３７重量％の内の０．１％、０．２％を等モル量のＢｒ：０．２３％および０．４５％で置換したガラスを溶解し、ハロゲン化銀粒子の平均粒径が実施例１と同じ１８ｎｍになるように熱処理したガラスプリフォームを実施例１と同じ方法、条件で偏光ガラスを作製して偏光特性を比較した。その結果、金属銀粒子の長軸および短軸方向と直交する偏光面の光の両スペクトルともにＢｒ量の増加に伴って全体的に長波長へシフトし、５００〜６００nmにおける平均透過率および最小消光比はＣｌのみの実施例１の８２％、２５ｄＢから各々、７６％、２５ｄＢ、６８％、８ｄＢと平均透過率、最小消光比ともに低下した。

次に、実施例１〜６及び比較例１、２で得られたガラス偏光子に、５００Ｗキセノンランプを４０ｃｍ離して１５分間照射し、照射によるガラスの色の変化を目視観察すると共に、照射前後の６５０ｎｍにおける透過率の変化を測定して、フォトクロミック特性の有無を判断した。その結果、実施例１〜６及び比較例１、２で得られたいずれの偏光子においても照射前後で何ら変化が観察されず、フォトクロミック特性を示さないことが確認された。これは本発明によるガラス偏光子が、紫外及び可視短波長の光照射を受けても偏光特性の劣化や透過率特性の低下を引き起こすことがないことを意味する。

［比較例４］
０.２重量％のＮａ_２Ｏが硝酸塩原料であるＮａＮＯ_３（硝酸ナトリウム）から導入され、その他硝酸塩原料は一切使用せずに調合された原料バッチを溶融して得られた前記同組成のガラスから同様の条件で作製されたガラス偏光子においては、キセノンランプの照射に伴って明らかにフォトクロミック特性が観察された。ガラス偏光子内部の還元されていない塩化銀粒子が感光して６５０ｎｍにおける透過率の低下が引き起こされたと考えられる。

以上説明したように、母ガラス中に析出・分散させる塩化銀の平均粒子径を、熱処理条件によって４０ｎｍ以下に制御することによって、５００ｎｍ〜６００ｎｍの緑色の波長領域において、良好な偏光特性、即ち７５％以上の平均透過率（Ｔ⊥％_{５００〜６００ｎｍ}）かつ２５ｄＢ以上の消光比を達成することができた。

また、ガラスの成分として銅の化合物を実質的に含有せず、かつガラス原料としてガラス酸化物組成の０.５〜５ｗｔ％に相当する分を硝酸塩で導入し溶融することによって、フォトクロミック特性を示さない、即ち紫外及び可視短波長の光照射を受けても偏光特性の劣化や透過率特性の低下を引き起こすことのない偏光子を得ることができた。

以上、本発明によれば、５００ｎｍ〜６００ｎｍにおける緑色の波長領域において、７５％以上の平均透過率（Ｔ⊥％_{５００〜６００ｎｍ}）かつ２５ｄＢ以上の消光比を有する優れた偏光子を提供することができる。これは性能上十分に液晶プロジェクター等の液晶表示装置に使用することができる。また、従来の偏光子が熱や紫外線に弱い樹脂製の偏光フィルムをサファイア、石英ガラスあるいはガラス基板に貼り付けて使用されていることを考えると、母ガラスが高い耐熱性及び耐熱衝撃性に優れた硼珪酸ガラスである本発明によるガラス偏光子で代替されることにより、プロジェクターの光学エンジンそのものの簡素化が可能となり例えば冷却用ファンの設置を含む冷却対策が軽減されるあるいは不要となるとも考えられる。さらに、本発明によるガラス偏光子はフォトクロミック特性を示さず、また他の性能もほとんど劣化しないため、液晶プロジェクターの画質が高いまま維持され、結果として液晶プロジェクター自体の寿命が延びることが期待される。

Claims (3)

1. 熱処理によって平均粒径が４０ｎｍ以下となるようにハロゲン化銀粒子を分散析出させた硼珪酸ガラスを加熱延伸した後、ガラス中に配向、伸長されたハロゲン化銀粒子の少なくとも一部を還元して金属銀粒子にして製造される偏光子であって、一軸配向して分散されている形状異方性を有する金属銀粒子の長手方向と直交する偏光面を持つ光の５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の平均透過率（Ｔ⊥％５００〜６００ｎｍ）が７５％以上であり、かつ該波長域における消光比が２５ｄＢ以上であることを特徴とする可視光用ガラス偏光子。
2. 熱処理によってガラス中に分散析出する前記ハロゲン化銀粒子が、塩化銀の粒子であることを特徴とする請求項１に記載の可視光用ガラス偏光子。
3. 前記硼珪酸ガラスが、ガラスの成分として銅の化合物を実質的に含有せず、かつガラス原料としてガラス酸化物組成の０.５〜５ｗｔ％に相当する分を硝酸塩で導入し溶融することによって得られる、フォトクロミック特性を示さないアルカリアルミノ硼珪酸ガラスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の可視光用ガラス偏光子。

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