JPH04233501A - 投射型表示装置の波長フィルタ及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば投射型表示装置で
使用される波長フィルタ及びその製造装置に関する。液
晶を使用した投射型表示装置では、色分離、合成のため
にダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等の
波長フィルタが使用されている。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような波長フィルタは、ガラ
ス基板に誘電体層からなる光学機能膜を設けた構成とな
っている。光学機能膜の誘電体層は複数の誘電体を何層
にも繰り返し積層してなり、誘電体の種類や層数の選択
により光のある波長成分を選択的に透過、あるいは反射
させる。例えば、図６は３種類の光学機能膜の光透過特
性を示す図であり、第１の光学機能膜の特性はＢで示さ
れ、これは白色光のうちの青色の波長成分を反射させ、
青色の波長成分以外の波長成分を透過させるものである
。また、第２の光学機能膜の特性はＧで示され、さらに
第３の光学機能膜の特性はＲで示され、これらはそれぞ
れ緑色、及び赤色の波長成分を反射させ、残りの波長成
分を透過させるものである。このように、誘電体の種類
や層数の選択により光のある波長成分を選択的に透過、
あるいは反射させることのできる波長フィルタが得られ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような波長フィル
タの光学機能膜は、複数の誘電体層を繰り返し設けたも
のであり、全体としてガラス基板上に平坦に形成される
。従来、このような波長フィルタを使用する装置、特に
は液晶を使用した投射型表示装置においては、入射光が
波長フィルタの中心部に所定の角度、例えば４５°で入
射するときに図６のような特性を発揮するように設計さ
れていた。そして、入射光が平行光であれば、入射光が
波長フィルタの全面に所定の角度４５°で入射し、望ま
しい結果を得ることができる。

【０００４】しかし、入射光が平行光でない場合、例え
ば発散性光や集光性光の場合には、入射光の波長フィル
タに対する入射角度が、波長フィルタの中心部と周辺部
とで異なっている。例えば、図１（Ｂ）は入射光が集光
性の光の場合を示し、入射角度が波長フィルタの中心部
では４５°であるが、例えば周辺部のＰ点ではα（α＞
４５）、反対のＱ点ではβ（β＜４５）となる。

【０００５】上記したような波長フィルタの光学機能膜
の反射−透過特性は、図５に示すような入射角依存性を
有することが分かった。そのため、波長フィルタの周辺
部が入射角度が所定の角度４５°となっていないと、波
長フィルタの周辺部の透過−反射特性が波長フィルタの
中心部の透過−反射特性から波長シフトし、投射型表示
装置の色分解、合成においてスクリーン上の色ムラや、
色純度の低下による表示品質の低下を招くこととなって
いた。

【０００６】本発明の目的は波長フィルタの透過−反射
特性が入射光が非平行光の場合にも波長フィルタの中心
部と周辺部とで変わらないようにした波長フィルタを得
ることを目的とし、さらにそのような波長フィルタを使
用する投射型表示装置及び波長フィルタの製造装置を提
供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の波長フィルタは
、基板に複数の誘電体層からなる光学機能膜を設けた波
長フィルタであって、該光学機能膜の膜厚、該光学機能
膜に入射させるべき入射光と反射光の両波面法線を含む
平面と該光学機能膜との交線に沿った特定方向に傾斜さ
せたことを特徴とするものである。

【０００８】このような波長フィルタは、色分離、合成
のために投射型表示装置に備えられることができる。ま
た、波長フィルタの製造装置は、光学機能膜となるべき
誘電体を高温で収容した蒸着源と、基板を該蒸着源に対
して傾斜して支持する支持手段とからなるものである。

【０００９】

【作用】上記構成においては、使用すべき入射光と波長
フィルタとの空間的状態を考慮してフィルタ特性に場所
的分布をもたせ、入射光が非平行光の場合であっても、
結果的に波長フィルタの透過−反射特性が場所的に均一
になるようにする。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の実施例を示し、（Ａ）は本発
明の波長フィルタ１０を示す断面図であり、（Ｂ）はこ
の波長フィルタ１０がこの波長フィルタ１０を使用すべ
き装置（例えば、投射型表示装置）で波長フィルタ１０
に入射すべき入射光Ｉとその反射光Ｒの両波面法線を含
む平面内にあるところを示す図である。なお、Ｔは透過
光を示す。

【００１１】図１（Ａ）に示されるように、波長フィル
タ１０は、透明なガラス基板１２に複数の誘電体層１４
からなる光学機能膜１６を設けたものであり、この光学
機能膜１６は入射光Ｉの一部を反射光Ｒとして反射させ
、残りの一部を透過光Ｔとして透過させる。反射光Ｒと
透過光Ｔとの割合によりフィルタ特性が定まり、例えば
図６に示されるような種々の特性が得られる。本発明に
おいては、光学機能膜１６の膜厚が周辺部の点Ｐから中
心部を経て他の周辺部の点Ｑの方向に次第に厚くなるよ
うに傾斜させてある。

【００１２】図１（Ｂ）においては、入射光Ｉの例とし
て集光性の光（光束）が示されている。この波長フィル
タ１０を使用すべき装置では、集光性の入射光Ｉの光軸
部分が波長フィルタ１０の中心部に４５°の入射角度で
入射するように設計されている。集光性の入射光Ｉの光
軸部分から離れた部分は波長フィルタ１０の周辺部の例
えばＰ点やＱ点に入射する。Ｐ点は入射光Ｉが波長フィ
ルタ１０に先に当たる部分であり、入射角度αは（α＞
４５）になる。また、Ｑ点は入射光Ｉが波長フィルタ１
０に後で当たる部分であり、入射角度βは（β＜４５）
になる。

【００１３】また、図１（Ｂ）においては、入射光が発
散性の光の場合を二点鎖線で示してあり、同様なＰ点で
の入射角度α、及びＱ点での入射角度βは、（α＜４５
＜β）になる。図１（Ａ）のＰ点及びＱ点は図１（Ｂ）
の集光性の光の場合のＰ点及びＱ点と対応して示してあ
る。この波長フィルタ１０の光学機能膜１６の膜厚は、
上記したように点Ｐから中心部を経て点Ｑの方向に次第
に厚くなるように傾斜させてある。すなわち、点Ｐでは
入射角度αは（α＞４５）であり、この場合には波長フ
ィルタ１０の光学機能膜１６の点Ｐでの膜厚は光学機能
膜１６の中心部での膜厚よりも薄い。逆に、点Ｑではβ
は（β＜４５）であり、この場合には波長フィルタ１０
の光学機能膜１６の点Ｑでの膜厚は光学機能膜１６の中
心部での膜厚よりも厚い。

【００１４】入射角度の大小関係と光学機能膜１６の膜
厚との関係は発散性の光の場合にも適用でき、一般に、
入射光Ｉの光軸部分の入射角度をθとし、その他の部位
での入射角度を（θ＋Δθ）とすると、Δθが正のとこ
ろで膜厚を薄くし、Δθが負のところで膜厚を厚くする
。 光学機能膜１６を構成する複数の誘電体層１４は、例え
ば二酸化チタン、二酸化シリコン、酸化ジルコニウム、
フッ化マグネシウム等の透明誘電体材料の中、例えば二
種類の材料を交互に積層して得られる。

【００１５】好ましくは、誘電体層１４の各構成層の膜
厚が上記したような方向性をもって傾斜するようにされ
る。このような誘電体層１４の各構成層の膜厚の変化に
よって、入射光が各構成層の種々の位置に種々の入射角
度で入射するときに、ある構成層を透過するときの光路
長がその構成層の全領域で均一化されるようになり、そ
の構成層とその次の構成層との界面に於ける反射率（透
過率）の変動が小さくなり、全構成層については透過ス
ペクトルと反射スペクトルが場所的に均一な特性を示す
ようになる。

【００１６】上記したような波長フィルタ１０は、ガラ
ス基板１２に誘電体材料を蒸着することによって製造さ
れる。この蒸着工程において、ガラス基板１２を蒸着源
に対して傾斜して支持することによって膜厚の傾斜した
光学機能膜１６を得ることができる。例えば、光学機能
膜１６のＡ端での入射角度が３５°、中央Ｃで４５°、
他方のＢ端で５５°となるような装置で使用される波長
フィルタ１０を得るためには、誘電体材料として二酸化
チタン（屈折率２．２）と二酸化シリコン（屈折率１．
４５）を使用する場合、Ａ端の各構成層の膜厚をＣ点の
膜厚の３％増とし、Ｂ端の各構成層の膜厚をＣ点の膜厚
の３％減とし、膜厚を場合の関数として直線的に変化さ
せるとよい。これを実現するためには、Ａ端と蒸着源と
の距離をＣ点と蒸着源との距離の１．５減とし、Ｂ端と
蒸着源との距離をＣ点と蒸着源との距離の１．５増とな
るように、ガラス基板１２を蒸着源に対して傾斜して支
持する。

【００１７】図４は波長フィルタ１０の蒸着による製造
装置を示す図である。蒸着源３０，３２はボートと呼ば
れ、タングステンの容器に上記した各誘電体材料をかな
りの高温で保持したものである。ガラス基板１２は半径
ｒの円形の支持フレーム３４に支持されるようになって
おり、蒸着源３０，３２はこの支持フレーム３４の円の
中心部に配置される。二個の蒸着源３０，３２はガラス
基板１２との距離に比較して十分に小さな領域に併置し
てあり、順に使用できる。実施例においては、複数のガ
ラス基板１２が支持フレーム３４に支持されるようにな
っており、支持フレーム３４回転可能に構成されている
。

【００１８】各蒸着源３０，３２の大きさは支持フレー
ム３４の半径ｒに対しては点蒸着源とみなせるほど小さ
く、各蒸着源３０，３２で蒸発した各誘電体材料は各蒸
着源３０，３２から放射状に浮上し、ガラス基板１２に
一様に付着する。 各ガラス基板１２はその中心部Ｃが支持フレーム３４の
構成円の半径ｒ上にあり、膜厚を厚くすべきＡ端がｒよ
りも小さいｒ１　上にある。また、膜厚を厚くすべきＢ
端はｒよりも大きいｒ２　上にある。このような配置に
より、膜厚の変化した光学機能膜１６を有する波長フィ
ルタ１０が得られる。

【００１９】図２は上記波長フィルタ１０に相当するダ
イクロイックミラー１０１，１０２　を使用した投射型
表示装置を示す図である。ダイクロイックミラー１０１
　は緑色波長成分を反射させ、ダイクロイックミラー１
０２　は青色波長成分を反射させ、その他の波長成分を
透過させる。他に、赤反射ダイクロイックミラー４１と
、青反射ダイクロイックミラー４２と、ミラー４３，４
４とがあり、さらに、光源４０と、コンデンサレンズを
設置した液晶パネル４５，４６，４７と、投射レンズ４
８とがある。

【００２０】光源４０は白色の平行光をダイクロイック
ミラー４１に向かって供給し、そこで赤色波長成分のみ
が反射される。この赤色波長成分はミラー４４で反射さ
れて液晶パネル４５に向かい、液晶パネル４５にを与え
られた画像信号相当の光が液晶パネル４５を透過する。 この光は液晶パネル４５に設置されたコンデンサレンズ
により絞られながらさらにダイクロイックミラー１０１
，１０２　を透過して投射レンズ４８に向かう。ダイク
ロイックミラー４１を透過した赤色波長成分以外の光の
うち、青色波長成分は、ダイクロイックミラー４２でが
反射され、同様に液晶パネル４６で変調された後、ダイ
クロイックミラー１０２　で反射され、ダイクロイック
ミラー１０１　を透過して投射レンズ４８に向かう。さ
らに、ダイクロイックミラー４２を透過した緑色波長成
分は同様に液晶パネル４７で変調された後、ミラー４３
及びダイクロイックミラー１０１　で反射されて投射レ
ンズ４８に向かう。投射レンズ４８を通った光はスクリ
ーン等に結像する。このように、ダイクロイックミラー
１０１，１０２，４１，４２　は色分離、合成のための
波長フィルタとして作用する。

【００２１】これらのダイクロイックミラー１０１，１
０２，４１，４２　のうち、ダイクロイックミラー４１
，４２への入射光は平行光であるが、ダイクロイックミ
ラー１０１，１０２　への入射光は液晶パネル４６，４
７に設置されたコンデンサレンズにより絞られた集光性
の光である。従って、これらのダイクロイックミラー１
０１，１０２　が上記したように膜厚が傾斜した光学機
能膜１６を有する波長フィルタ１０に相当するものであ
る。

【００２２】図３は上記波長フィルタ１０に相当するダ
イクロイックプリズム１０３　を使用した投射型表示装
置を示す図である。ダイクロイックプリズム１０３　は
緑色波長成分を透過させ、その他の波長成分を反射させ
る。その他の構成は反射波長が変わっているだけて図２
と同様であり、光源４０と、青反射ダイクロイックミラ
ー４１と、緑反射ダイクロイックミラー４２と、ミラー
４３，４４と、コンデンサレンズを設置した液晶パネル
４５，４６，４７と、投射レンズ４８とからなる。それ
ぞれ色分解された光波長成分が、液晶パネル４５，４６
，４７で変調された後、ダイクロイックプリズム１０３
　で合成されて投射レンズ４８に向かうものである。投
射レンズ４８を通った光はスクリーン等に結像する。こ
の場合、ダイクロイックプリズム１０３　が膜厚が傾斜
した光学機能膜１６を有する波長フィルタ１０に相当す
るものである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
波長フィルタの光学機能膜の膜厚が、該光学機能膜に入
射させるべき入射光と反射光の両波面法線を含む平面と
該光学機能膜との交線に沿った特定方向に傾斜している
ので、入射光が非平行光の場合に波長フィルタの透過−
反射特性が波長フィルタの中心部と周辺部とで変わらな
いようになり、波長フィルタの波長シフトを低減し、例
えば投射型表示装置の色分解、合成においてスクリーン
上で色ムラのない、純度の高い色を再現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図であり、（Ａ）は波長
フィルタの断面図、（Ｂ）は波長フィルタと入射光と反
射光との関係を示す図である。

【図２】波長フィルタを使用した投射型表示装置の一例
を示す図である。

【図３】波長フィルタを使用した投射型表示装置の他の
例を示す図である。

【図４】本発明の波長フィルタの製造装置を示す図であ
る。

【図５】波長フィルタの入射角依存性を示す特性図であ
る。

【図６】波長フィルタの透過−反射特性を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１０…波長フィルタ １２…基板 １４…誘電体層 １６…光学機能膜 ３０，３２…蒸着源 ３４…支持手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板（１２）に複数の誘電体層（１４
   ）からなる光学機能膜（１６）を設けた波長フィルタで
   あって、該光学機能膜の膜厚を、該光学機能膜に入射さ
   せるべき入射光（Ｉ）と反射光（Ｒ）の両波面法線を含
   む平面と該光学機能膜との交線に沿った特定方向に傾斜
   させたことを特徴とする波長フィルタ。
2. 【請求項２】　　色分離、合成のために請求項１に記載
   の波長フィルタを備えた投射型表示装置。
3. 【請求項３】　　基板に誘電体層からなる光学機能膜を
   備えた波長フィルタの製造装置であって、光学機能膜と
   なるべき誘電体を高温で収容した蒸着源（３０，３２）
   と、基板を該蒸着源に対して傾斜して支持する支持手段
   （３４）とからなる波長フィルタの製造装置。