JPWO2007069644A1 - スピネル製透明基板、光学エンジン用透明基板およびそれらを使用したリアプロジェクションテレビ受像機と液晶を利用した画像プロジェクター - Google Patents

Abstract

高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の板からなることを特徴とし、光等の透過性がよく、熱伝導性がよく、かつ作業性の良い、リアプロジェクションテレビや液晶を利用した画像プロジェクターの光学エンジン用の、特にその光学エンジンの原画像形成パネルの保護用等の透明基板及び、それを有するリアプロジェクションテレビ受像機。該高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板はその表面にコーティング層が形成されたものを用いると良く、さらに、該コーティング層は複層とするのが好ましい。コーティングの材料は、金属弗化物、金属酸化物、亜鉛化合物から選択される２種以上とするのが良く、該コーティングにより、光透過性が向上し、かつ環境安定性も向上する。

Description

本発明は、スピネル製透明基板、光学エンジン用透明基板およびそれらを使用したリアプロジェクションテレビ受像機または液晶を利用した画像プロジェクターに関し、特に高熱伝導性透明立方晶多結晶体の透明基板を使用した光学エンジン用透明基板および透明基板用の反射防止膜を形成したスピネル製透明基板とそれらを使用したリアプロジェクションテレビ受像機または液晶を利用した画像プロジェクターに関する。

近年、画質が良好な上に安価、軽量であるため、光学エンジンに透過型、反射型等の光学オン、オフ要素を使用したリアプロジェクションテレビ受像機（以下、「テレビ受像機」は、「テレビ」と略記する）の開発が盛んに行われており、またユーザに普及しつつある。
リアプロジェクションテレビとは、光学エンジンで作成された画像光（画像を形成することとなる画素に対応した細い光の束）を拡大しつつミラーに投射し、さらにミラーで反射された画像光をフレネルレンズを透過させて歪を修正し、その後スクリーンに投射することにより、ユーザが目で鑑賞する画像を映し出す方式のテレビである。

光学エンジンとは、電気信号からなる映像信号に対応する画像光を形成し、さらにミラーの方向に投射する装置であり、光源、光源形状整列光学系、色分解合成光学系（ダイクロイックミラー等）、偏向レンズ、原色光（赤、青、緑）毎のディジタル表示素子、クロスプリズム、投射レンズ等からなる。
また、ディジタル表示素子における各原色の画像光の形成は、画素を形成するべく基板上に配列された小さな部屋内で、その内部に充たされた液晶層等の光学オン、オフ要素が映像信号に対応して透過光をオン、オフしたり（いわゆるＬＣＤタイプ）、反射光をオン、オフしたり（いわゆるＬＣＯＳタイプ）することによりなされる（以下、光学エンジンに使用されている、光学オン、オフ要素を有し、映像信号に対応して光をオン、オフして画像光を作る平面状の部分を「原画像形成パネル」と記す）。

なお、近年は画素毎にミラーとカラーフィルター等を有し、映像信号に対応して反射光をオン、オフする型（いわゆるＤＬＰタイプ）のものも開発されている。
ただし、リアプロジェクションテレビ、光学エンジン、各種の光学素子、その他光学オン、オフ要素や原画像形成パネルは周知技術である。このため、これらについての一般的な説明は省略する。

通常の表示装置、例えば液晶表示装置は、表面を汚れや外気から保護する目的で、使用する際に何らかの保護層を有する。パソコンの表示装置等に用いる場合は、透明プラスチックでもその効果は十分にある。また、携帯電話等の画面保護の場合は、強度を要求されるため、ガラス等を用いる場合がある。

リアプロジェクションテレビの光学エンジンは、前記ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、ＤＬＰの何れのタイプであっても、小さなディジタル表示素子で形成された画像を大きなスクリーンに明るく映し出す必要がある。このため、リアプロジェクションテレビの光学エンジンの原画像形成パネルの光学オン、オフ要素はパソコン等の表示装置と異なり、光源の強度、内部を通過することとなる光量がはるかに大きくなる。

そのため、ガラスに比較して熱伝導性がはるかに大きい物質、例えば単結晶サファイア（特許文献１の段落００１４、００１６、００４３−００４８）やＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）（特許文献２）等を使用することが提案されている。
単結晶サファイアを用いる場合には、石英ガラスに比べて熱伝導率が２０〜３０倍大きく、強度も大きく、また非常に硬いため、透明基板を薄くすることができる。但し、サファイアは赤外線領域の電磁波の吸収率が高いため発熱性があり、屈折率異方性が比較的大きく、硬度が高過ぎて加工が困難であり、高価であるという欠点がある。
特開２０００−２８４７００号公報、 特開２００５−７０７３４号公報

このため、リアプロジェクションテレビの光学エンジンに用いられる透明基板、特に光学エンジンの原画像形成パネルを保護する透明基板には、単に原画像を形成する光学オン、オフ要素部の表示部の表面の汚れや外気からの保護だけでなく、近接する光源からの熱保護と、光学オン、オフ要素が該光源からの光を吸収し、熱が発生するが、その熱を放散して光学オン、オフ要素の温度が上昇することを抑制するという目的が加わってくる。そして、透明基板自身も昇温するため、耐熱性を必要とする。
さらに、基板が本来透過すべき光や光と同時に光源から照射される赤外線（以下、発熱に関係する場合、原則として「光等」と記す）を吸収して発熱することがないこと、即ち基板材料が高度の透光性、非発熱性を有していることが必要とされる。

さらに、明るい画面に対するユーザの要望は、近年ますます厳しくなってきている。
このため、リアプロジェクションテレビの光学エンジン用の透明基板、特に光学エンジンの原画像を形成する光学オン、オフ要素部の表示部の表面に用いる保護用の透明基板として、耐熱性と光透過性が良好であり、さらに液晶の温度上昇を抑えるため熱伝導率が高い等の性質が一層優れた透明基板の開発が望まれていた。

また、単結晶サファイアの様な複屈折等の複雑な特性がなく、結晶軸の方位を合わせる必要がないため組立が容易であり、さらに安価な透明基板の開発が望まれていた。

さらに、かかる透明基板を光学エンジンに採用しているため光源の輝度を上げることが可能であり、その結果画面が大きく、明るく、しかも一層安価なリアプロジェクションテレビの開発が望まれていた。

次に、リアプロジェクションテレビ用に限定されず、液晶を利用した画像プロジェクターの原画像を形成するパネルの光学オン、オフ要素部の表面に用いる保護用の基板用にも、少しでも明瞭で綺麗な画像を表示する面からのみならず、本来透過すべき光等を吸収して発熱することをできるだけ少なくする面からも、現在以上に高度の透光性、非発熱性を有する基板とすることが望まれていた。

またこれらのため手段として、かかる透明基板用に新しい材料そのものを開発することに併せて、現在用いられている透明基板用の材料に工夫を凝らして一層優れた透明基板を提供することも望まれていた。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、リアプロジェクションテレビの光学エンジン用の、特にその原画像形成パネルの光学オン、オフ要素部の表面を保護するための透明基板用の、高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板である。
また、液晶を利用した画像プロジェクターの光学エンジン用、特にその原画像形成パネルの光学オン、オフ要素部の表面を保護するための透明基板用の、高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板である。
ここで用いる高熱伝導性透明立方晶多結晶体は、可視光線や赤外線を良く通す性質を有するものであり、具体的には波長４００〜８００ｎｍ（０．４〜０．８μｍ）の光線透過率が、液晶層や半導体や画素の隔壁を含めた透明基板としては少なくとも５０パーセント以上、前記透明基板の純粋な透明性の板材としては７０％以上、好ましくは８５％以上のものである。また、熱伝導性にも優れており、具体的には熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである。

なおここに、「透明基板」とは、例えば原画像形成パネルに用いられる場合には、単に光学オン、オフ要素部を、外力等の機械的作用、空気や紫外線の進入等の化学的作用から保護をする膜だけでなく、その基板面上に画素の配列に対応してＴＦＴや液晶室や画素用のミラーが形成されている原画像形成パネルの基盤となる基板、光学オン、オフ要素部側に透明性有機導電膜層が形成されかつその境界壁（いわゆる窓）を形成する膜を兼ねた基板等をも含む概念である。
また、必ずしも板状でなく、凹レンズや凸レンズの保護用基板として用いたりする場合には、それらのレンズの形状に合わせた曲面状であっても良い。さらに、曲面状に製造して、各種のレンズの役割を担わせるようにされていても良い。

前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体の板製の基板には、表面に反射防止（ＡＲ、Ａｎｔｉ―Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）のためのコーティング層が形成されていると良く、特に該高熱伝導性透明立方晶多結晶体より屈折率の低い材料でコーティングされていると、光の透過性が良くなり、その分光の吸収による発熱が減少し、また画像が明るく見易いリアプロジェクションテレビとなる。
前記コーティング層は、単層または複層とし、金属弗化物と金属酸化物から選ばれる層を１種または２種以上組合わせた層とすると、高熱伝導性透明立方晶多結晶体の板製の基板との密着性も良く、かつ環境安定性に優れたリアプロジェクションテレビ用透明基板となる。

高熱伝導性透明立方晶多結晶体は、特に透明ＺｎＳ、スピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３；ｎ＝１〜３）、ＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ、ＡＬＯＮ（５ＡｌＮ・９Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｙ_２Ｏ_３及びダイヤモンドからなる群から選ぶと良い。これらに共通して必須である要件は、立方晶であり、多結晶体である。そして前記したように、透明基板の波長４００〜８００ｎｍの光透過率が、５０％以上あり、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである。このため、リアプロジェクションテレビの光学エンジン用の透明基板の材料として優れている。

特に、高熱伝導性透明立方晶多結晶体がスピネルの場合には、コーティング層を２層以上とし、４００〜８００ｎｍ全域の透過率を上昇させることにより、リアプロジェクションテレビや液晶を利用した画像プロジェクター用の透明基板として優れたものとなる。

また、前記の材料製の透明基板を使用したリアプロジェクションテレビや液晶を利用した画像プロジェクターは、光学エンジンの透明基板での、特に光学エンジンの原画像形成パネルの窓の部分等の透明基板による光等の吸収が少なく、ひいては発熱が少なく、画像も明るくなる。

以下、各請求項の発明を、簡単に説明する。

請求項１に記載の発明は、
高熱伝導性透明立方晶多結晶体の板からなることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、光学エンジン用透明基板は、耐熱性と光透過性が良好であり、さらに熱伝導率が高い高熱伝導性透明立方晶多結晶体の板からなるため、優れたリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板となる。
また、多結晶であるため、結晶軸の方位を気にせず組立てることができる。

請求項２に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
表面にコーティング層が形成されていることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、表面にコーティング層が形成されているため、境界面における光の反射が防止されるので、光の透過率が向上し、その分光の吸収による発熱が減少し、また画面が明るくなる。

請求項３に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
前記コーティング層は、単層または複層であり、金属弗化物と金属酸化物から選ばれる層を１種または２種以上組合わせたものであることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、表面に金属弗化物と金属酸化物から選ばれる層を１種または２種以上組合わせたコーティング層が形成されているため、請求項２の発明の効果が一層発揮される。

請求項４に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、透明ＺｎＳ、スピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３；ｎ＝１〜３）、ＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ、ＡＬＯＮ（５ＡｌＮ・９Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｙ_２Ｏ_３及びダイヤモンドからなる群から選ばれていることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、透明ＺｎＳ、スピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３；ｎ＝１〜３）、ＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ、ＡＬＯＮ（５ＡｌＮ・９Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｙ_２Ｏ_３及びダイヤモンドからなる群から選ばれているため、耐熱性と光透過性が良好であり、さらに熱伝導率が高く、ひいては優れたリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板となる。

請求項５に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、スピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３；ｎ＝１〜３）であることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、スピネル製の透明基板であるため、優れたリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板となる。
なお、スピネルは、分子式をＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３と表示したときに、ｎは１．０５〜１．３０であり、１．０７〜１．１２５が好ましく、１．０８〜１．０９であるのが特に好ましい。

請求項６に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、ＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）であることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、ＹＡＧ製の透明基板であるため、優れたリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板となる。

請求項７に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、ＭｇＯであることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、ＭｇＯ製の透明基板であるため、優れたリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板となる。

請求項８に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、ＺｎＳであることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、ＺｎＳ製の透明基板であるため、優れたリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板となる。

請求項９に記載の発明は、前記のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板であって、
前記リアプロジェクションテレビの光学エンジン用透明基板は、光学オン、オフ要素を使用したタイプの基板であることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板である。

本請求項の発明においては、光学オン、オフ要素を使用したタイプの基板であるため、前記各請求項の発明の効果が最も発揮できる。

請求項１０に記載の発明は、
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビの光学エンジン用透明基板を有していることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機である。

本請求項の発明においては、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビの光学エンジン用透明基板を有しているため、画像が明るく、優れたリアプロジェクションテレビ受像機となる。

請求項１１に記載の発明は、
少なくとも一方の面にコーティング層が形成されているスピネル製透明基板であって、前記コーティング層は反射防止のために、
前記スピネルの表面に形成された、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３の何れかからなる第１のコーティング層と、
前記第１のコーティング層の表面に形成された、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３（但し、前記第１のコーティング層がＬａＦ_３でない場合に限る）の何れかからなる第２のコーティング層を有することを特徴とするスピネル製透明基板である。

本請求項の発明においては、スピネル製薄板の少なくとも一方の面に、特に光源側の面に２層のコーティング層を有する反射防止用のコーティング層が形成されているため、広い範囲にわたって光の透過性が高くなり、このためリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板や、液晶を利用した画像プロジェクター用の透明基板として優れたものとなる。

なお、反射防止用のコーティング層は、２層以上とし、４００〜８００ｎｍ全域の透過率を向上させることが望ましい。
ここに、「透明基板」とは、前記の基板に限定されず、多少凹凸湾曲していたり、レンズ状であったりしていても良い。
また、厚さは、用途にもよるが、０．５〜１．１ｍｍ程度が好ましい。

また、コーティング層の材料には、不可避的に他の物質が混入している場合を含む。
また、「第２のコーティング層からなる」とは、何か他の目的で反射防止に無関係なコーティング層が形成されている場合を含む。

請求項１２に記載の発明は、
少なくとも一方の面にコーティング層が形成されているスピネル製透明基板であって、前記コーティング層は反射防止のために、
前記スピネルの表面に形成された、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３の何れかからなる第１のコーティング層と、
前記第１のコーティング層の表面に形成されたＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ_２、ＬａＦ_３の何れかからなり、さらに前記第１のコーティング層と異なる材質である第２のコーティング層と、
前記第２のコーティング層の表面に形成されたＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３の何れかからなり、さらに前記第２のコーティング層と異なる材質である第３の層と、
前記第３のコーティング層の表面に形成されたＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３の何れかからなり、さらに前記第３のコーティング層と異なる材質である第４のコーティング層を有することを特徴とするスピネル製透明基板である。

本請求項の発明においては、スピネル製薄板の少なくとも一方の面に、特に光源側の面に反射防止のためのコーティング層として、４層を有するコーティング層が形成されているため、２層のコーティング層の場合よりもさらに広い範囲にわたって光の透過性が高くなり、このためリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板や、液晶を利用した画像プロジェクター用の透明基板として優れたものとなる。

コーティング層としては、例えば第１のコーティング層を厚さ７０ｎｍのＨｆＯ_２とし、第２のコーティング層を厚さ９５ｎｍのＴｉＯ_２とし、第３のコーティング層を厚さ４０ｎｍのＨｆＯ_２とし、第４のコーティング層を厚さ７５ｎｍのＭｇＦ_２等することが挙げられる。

請求項１３に記載の発明は、前記のスピネル製透明基板であって、
前記スピネル製薄板は、スピネルの分子式をＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３と表示したときに、ｎは１．０８以上１．０９以下であることを特徴とするスピネル製透明基板である。

本請求項の発明においては、スピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３）のｎが、１．０８以上１．０９以下であるため、光透過性、耐熱性、熱伝導率等に優れる。

請求項１４に記載の発明は、前記のスピネル製透明基板であって、
前記スピネル製透明基板がリアプロジェクションテレビ受像機用または液晶を利用した画像プロジェクター用であることを特徴とするスピネル製透明基板である。

本請求項の発明においては、前期請求項１１ないし請求項１３の何れかに記載のスピネル製透明基板をリアプロジェクションテレビ受像機または液晶を利用した画像プロジェクターに適用することにより、優れたリアプロジェクションテレビ受像機または液晶を利用した画像プロジェクターを提供することが可能となる。

請求項１５に記載の発明は、
請求項１１ないし請求項１３の何れかに記載のスピネル製透明基板を有していることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機または液晶を利用した画像プロジェクターである。

本請求項の発明においては、請求項１１ないし請求項１３の何れかに記載のスピネル製透明基板を有している、特に光学エンジンに使用しているため、画像が明るく、優れた性能のリアプロジェクションテレビ受像機または液晶を利用した画像プロジェクターとなる。

本発明になるリアプロジェクションテレビの光学エンジン用の高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板は、多結晶であるため、組み立てる際に、特に光学エンジンの原画像形成パネルに組み立てる際に、結晶軸の方位を気にせず組み立てることができる。
また、光等の透過性がよいため光等の吸収による発熱も少なく、熱伝導性も良好であるため、液晶等からなる光学オン、オフ要素の発熱を良好に放散し、過度の温度上昇を防止できる。
これらの特性により、リアプロジェクションテレビや液晶を利用した画像プロジェクターの光学エンジン用の透明基板として極めて有用となる。

また、かかる透明基板を光学エンジンに採用しているため光源の輝度を上げることが可能であり、その結果画面が大きく、明るく、しかも一層安価なリアプロジェクションテレビを提供できる。

液晶プロジェクターの構造を概念的に示す図である。 本発明になる、リアプロジェクションテレビの光学エンジンの原画像形成パネル用の透明基板の可視光領域における光透過性のグラフである。 本発明になる、第２の実施例の透明基板およびこの透明基板にコーティング層を１層形成した場合の可視光領域における光透過性のグラフである。 本発明になる、反射防止用のコーティング層が２層形成されている第５の実施例の透明基板の要部を示す図である。 本発明になる、反射防止用のコーティング層を２層形成した第５の実施例の透明基板の、可視光領域における光透過性のグラフである。 本発明になる、反射防止用のコーティング層が４層形成されている第６の実施例の透明基板の要部を示す図である。 本発明になる、反射防止用のコーティング層を４層形成した第６の実施例の透明基板の、可視光領域における光透過性のグラフである。

符号の説明

１０ スピネル製薄板
２０ Ｙ_２Ｏ_３製コーティング層
２５ Ｙ_２Ｏ_３層コーティング層
３０ ＺｎＳ層コーティング層
４０ ＭｇＦ_２層コーティング層
５０ 光源
５１ 反射鏡
５３ 赤外集光レンズ
５４ 紫外カットフィルター
６０ 偏光変換インテグレータ
６１ フライアイレンズ
６２ スリット
６３ レンズ
７０ ダイクロイックミラー
７１ ミラー
８０ 液晶パネル
８１ 偏光板
８２ 防塵窓
８３ １／２波長板
８４ クロスダイクロイックプリズム
９０ 投射レンズ系

以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一及び均等の範囲内において、以下の実施の形態に種々の変更を加えることが可能である。
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、透明基板の材料に関する。

最初に、本実施の形態の透明基板を使用している液晶プロジェクターについて、図１を参照しつつ説明する。図１は、液晶プロジェクターの構造を概念的に示す図である。図１において、５０はメタルハライドランプ、キセノンランプ、ＵＨＰ等の高輝度ランプの光源であり、５１は反射鏡であり、５３は赤外集光レンズであり、５４は紫外カットフィルターであり、６０は偏光変換インテグレータであり、６１はフライアイレンズであり、６２はスリットであり、６３はレンズであり、７０は光の波長に応じて透過、反射を行なうダイクロイックミラーであり、７１はミラーであり、８０は液晶パネルであり、８１は偏光板であり、８２は防塵窓であり、８３は１／２波長板であり、８４はクロスダイクロイックプリズムであり、９０は投射レンズ系である。

光源５０からの光は、反射鏡５１により反射され、赤外集光レンズ５３により集光され、紫外カットフィルター５４により不必要な紫外線をカットされ、２枚のフライアイレンズ６１で輝度むらが平坦化され、スリット６２を経てＰＢＳと１／２波長板からなる偏光変換インテグレータ６０に導かれる。その後、レンズ６３を経て、２個のダイクロイックミラー７０によりＲ、Ｇ、Ｂの３原色に分解され、分解された３原色は各々ミラー７１等を経て、個別に偏光板８１、液晶パネル８０、防塵窓８２、偏光板８１を有する光スイッチに導かれ、さらに１／２波長板８３を通過してクロスダイクロイックプリズム８４で合成される。合成された光は、投射レンズ系９０に導かれて拡大投影され、前方のスクリーンに画像が映し出される。

そして、この液晶プロジェクターの紫外カットフィルター５４、フライアイレンズ６１、レンズ６３、ダイクロイックミラー７０、偏光変換インテグレータ６０と偏光板８１における偏光体の保持板、液晶パネル８０を構成する透明基板や防塵窓８２の少なくとも１種がスピネル基板で構成されている。このため、熱伝導性が高いスピネル基板で効率よく放熱が成される。

図２に本発明になるリアプロジェクションテレビの光学エンジン用の高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板であるＺｎＳ基板及びスピネル基板の可視光領域における光透過率のグラフを示す。可視光と呼ばれる０．４μｍ〜１μｍの領域において、非常に光透過性が良いことを示している。特にスピネル基板の場合には、短波長領域（０．４μｍ以下）でも光透過性が良い。

また、リアプロジェクションテレビの光学エンジン用の光源は、可視光線を発すると同時に、赤外線領域の波長を有する目に見えない光をも合わせて発している。これらの赤外線は熱線とも呼ばれ、物質に吸収され易く、発熱の基となる。この領域においても、本発明になる高熱伝導性透明立方晶多結晶体の基板は、透過性に優れているため、光源から照射される光等が吸収され難く、昇温しにくい。透明基板の温度上昇が少なければ、原画像形成パネルに構成される、１つまたは２つの透明基板（各、ＬＣＯＳタイプとＤＬＰタイプ、ＬＣＤタイプ）によって挟まれる光学オン、オフ要素部分（透明導電体からなる画素電極、配線、配向膜などが形成された透明の素子基板とその対向基板、および両基板に挟まれた光学オン、オフ要素）の光等の吸収による発熱を吸熱し、光学オン、オフ要素部分の過度の温度上昇を防止することができる。さらに、リアプロジェクションテレビの光学エンジン用の高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板の一例であるＺｎＳの熱伝導率は約２１Ｗ／ｍＫであり、石英ガラスよりもずっと大きく、前記吸熱を素早く外部に放熱できるため、この面からも過度の温度上昇を防止することができる。

特に、画像を形成するために光源からの光をも偏光を利用して一部遮断するため、発熱量が大きく、温度上昇しやすい。温度上昇により、該液晶は配向特性を阻害されることになるため、冷却は必須である。従って、透明基板は放熱体としての特性を必要とし、熱伝導性が良くかつ光源からの光等の吸収による温度上昇が少ないものが選ばれる。
こうした用途に本発明のリアプロジェクションテレビの光学エンジン用の高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板は好適な基板である。

本発明に用いるリアプロジェクションテレビの光学エンジン用の高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板は、以下の手段により得られる。
高純度の原料を成形体とする。スピネル、ＹＡＧ、ＭｇＯ、ＡＬＯＮ等は粉末焼結法により得ることが出来る。ダイヤモンドは公知の高圧合成法又は、ＣＶＤ（化学気相堆積法）を利用すればよい。またＺｎＳは、Ｚｎ粉末とＨ_２Ｓを原料として、ＣＶＤ（化学気相堆積法）を用いるとよい。得られた焼結体は、ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）により、透明な多結晶体とする。

前記リアプロジェクションテレビの光学エンジン用の高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板は、そのままの状態でも使用できるが、光透過性の向上と、表面安定性を向上させるため、表面にコーティング処理を施すとよい。コーティングの材料としては、高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板となじみの良い材料であり、かつ透明性、硬さ、熱伝導において素材となる高熱伝導性透明立方晶多結晶体製の透明基板の特性を生かすもので有れば特定しない。そして、コーティング層は、単層でも使用できるが、好ましくは複層のコーティング層を形成するのがよい。

コーティング層を複層にする場合、金属酸化物、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＬａＯ_３等が、金属弗化物、例えば、ＭｇＦ_２、ＹＦ_３、ＬａＦ_３、ＣｅＦ_３、ＢａＦ_２等が、その他亜鉛化合物が好ましく使用できる。
また、これらの層は２層乃至２０層程度重ねたものでも使用できる。そして、前記コーティング層は、複層構成としても最大５０００ｎｍまでの厚みとするのがよい。
前記コーティング層の形成は、物理蒸着法（ＰＶＤ法）を用いるのが良く、公知のスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等で実施できる。特に、イオンアシスト、プラズマアシストを併用すると膜性能が向上する。
以下、透明基板の材料を主とする実施例を記載するが、本発明は実施例により限定されるものでもない。

本実施例は、ＺｎＳ多結晶体製透明基板の製造と、この透明基板に反射防止用のコーティング層を２層形成することに関する。
純度９９．９％以上のＺｎとＨ_２Ｓを、ＣＶＤ装置を用いて高純度のＺｎＳバルクとした。ＣＶＤにおける反応条件は、基板温度７００℃、坩堝温度７００℃、炉内圧力１０Ｔｏｒｒとし、アルゴンガス雰囲気中で反応させた。得られたＺｎＳバルクは、半透明の黄色を呈する。このバルクを熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）を用いて、温度１０００℃、圧力２０００ｋｇ／ｃｍ^２及びアルゴンガス雰囲気の条件で多結晶化した。得られたＺｎＳ多結晶体は、無色透明になった。このＺｎＳ多結晶体を厚み１ｍｍの板に加工し、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は７３％であった。

前記板状のＺｎＳ多結晶体の光透過率を向上させるために、低屈折率材にＭｇＦ_２、高屈折率材にＡｌ_２Ｏ_３を用いた反射防止コーティングを総厚０．３μｍ行い、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は９０％となった。この透明な板をリアプロジェクションテレビの光学エンジンの原画像形成パネルの窓材として組み込み、画像評価をしたところ、テレビジョンのスクリーンに映し出される映像は、光源の背後から見ることとなるにも関わらず、照度のムラが無く、石英ガラスを使用した場合と同等であり、良好と判断した。

本実施例は、スピネル多結晶体製透明基板の製造と、この透明基板に反射防止用のコーティング層を１層または２層形成することに関する。
純度９９．９％以上のスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）粉末を、圧力１５００ｋｇ／ｃｍ^２で予備成形し、出来た成形体をグラファイト製の容器に入れ、真空中で温度１５００℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ^２にし、加圧焼結した。得られたスピネル焼結体を、ＨＩＰを用いて、温度１６５０℃、圧力２０００ｋｇ／ｃｍ^２及びアルゴンガス雰囲気の条件で多結晶化した。得られたスピネル多結晶体は、無色透明であった。このスピネル多結晶体を厚み１ｍｍの板に加工し、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は８４％であった。

前記板状のスピネル多結晶体の光透過率を向上させるために、低屈折率材にＭｇＦ_２を用いた反射防止コーティングを膜厚５０ｎｍ〜１５０ｎｍ形成した。ＭｇＦ_２製コーティング層の成膜方法は、ＰＶＤ、抵抗加熱またはＥＢガンである。

次いで、この反射防止コーティング層を形成した板状のスピネル多結晶体に、板面に直交する方向から（垂直に）、空気中で無偏光の白色光を照射した際の分光透過率を、測定した。測定結果を、図３に示す。図３において、（１）は反射防止コーティングを形成する前のスピネル製基板の測定結果であり、（２）は形成後の基板の測定結果である、図３より、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率が９１％となっていることが判る。

また、低屈折率材にＭｇＦ_２、高屈折率材にＡｌ_２Ｏ_３を用いた反射防止コーティングを総厚３００ｎｍ行い、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は９３％となった。これらの板をリアプロジェクションテレビの光学エンジンの原画像形成パネルの窓材として組み込み、画像評価をしたところ、テレビジョンのスクリーンに映し出される映像は、光源の背後から見ることとなるにも関わらず、照度のムラが無く、石英ガラスを使用した場合と同等であり、良好と判断した。

本実施例は、ＹＡＧ多結晶体製透明基板の製造と、この透明基板に反射防止用のコーティング層を２層形成することに関する。
純度９９．９％以上のＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）粉末を、圧力１５００ｋｇ／ｃｍ^２で予備成形し、出来た成形体をアルミナ製の容器に入れ、真空中で温度１５００℃にし、焼結した。得られたＹＡＧ多結晶体は、無色透明であった。このＹＡＧ多結晶体を厚み１ｍｍの板に加工し、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は８３％であった。

前記板状のＹＡＧ多結晶体の光透過率を向上させるために、低屈折率材にＭｇＦ_２、高屈折率材にＡｌ_２Ｏ_３を用いた反射防止コーティングを総厚３００ｎｍ行い、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は９２％となった。この板をリアプロジェクションテレビの光学エンジンの原画像形成パネルの窓材として組み込み、画像評価をしたところ、テレビジョンのスクリーンに映し出される映像は、光源の背後から見ることとなるにも関わらず、照度のムラが無く、石英ガラスを使用した場合と同等であり、良好と判断した。

本実施例は、ＭｇＯ多結晶体製透明基板の製造と、この透明基板に反射防止用のコーティング層を２層形成することに関する。
純度９９．９％以上のＭｇＯ粉末を、圧力１５００ｋｇ／ｃｍ^２で予備成形し、出来た成形体をグラファイト製の容器に入れ、真空中で温度１５００℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ^２にし、加圧焼結した。得られたＭｇＯ焼結体を、ＨＩＰを用いて、温度１６５０℃、圧力２０００ｋｇ／ｃｍ^２及びアルゴンガス雰囲気の条件で多結晶化した。得られたＭｇＯ多結晶体は、無色透明であった。このＭｇＯ多結晶体を厚み１ｍｍの板に加工し、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は８４％であった。

前記板状のＭｇＯ多結晶体の光透過率を向上させるために、低屈折率材にＭｇＦ_２、高屈折率材にＡｌ_２Ｏ_３を用いた反射防止コーティングを総厚３００ｎｍ行い、分光透過率を測定したところ、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率は９３％となった。この板をリアプロジェクションテレビの光学エンジンの原画像形成パネルの窓材として組み込み、画像評価をしたところ、テレビジョンスクリーンに映し出される映像は、光源の背後から見ることとなるにも関わらず、照度のムラが無く、石英ガラスを使用した場合と同等であり、良好と判断した。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、透明基板は全てスピネル製であり、反射防止用のコーティング層を少なくとも２層形成することに関する。

本実施例５は、反射防止用のコーティング層を２層形成するものである。
第１のコーティング層は、高屈折率材（ｎ＝１．７〜１．８）のＹ_２Ｏ_３を厚さ１４０ｎｍ蒸着させて形成し、第２のコーティング層は、低屈折率材（ｎ＝１．４〜１．５）のＭｇＦ_２を厚さ９０ｎｍ蒸着させて形成する。図４に、これらの反射防止膜が積層されている様子を概念的に示す。本図４の１０はスピネル製薄板であり、２０はＹ_２Ｏ_３製の第１のコーティング層であり、４０はＭｇＦ_２製の第２のコーティング層である。なお、ＭｇＦ_２の成膜条件は、実施例２と同じである。また、Ｙ_２Ｏ_３の成膜方法は、ＰＶＤまたはＥＢガンである。
なお、スピネルの板厚さは、１ｍｍである。

次いで、この反射防止用のコーティングを施した板状のスピネル多結晶体の分光透過率を測定した。測定結果を、図５に示す。図５において、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率が９１．５％となっていることが判る。

本実施例６は、反射防止用のコーティング層を４層とするものである。
第１のコーティング層は、屈折率が中間（ｎ＝１．７〜１．８）のＹ_２Ｏ_３を厚さ５０ｎｍ蒸着させて形成し、第２のコーティング層は、屈折率が最も高い（ｎ＝２．０〜２．２）ＺｎＳを厚さ８５ｎｍ蒸着させて形成し、第３のコーティング層は、再度屈折率が中間（ｎ＝１．７〜１．８）のＹ_２Ｏ_３を厚さ４０ｎｍ蒸着させて形成し、第４のコーティング層は、屈折率が最も小さい（ｎ＝１．４〜１．５）ＭｇＦ_２を厚さ７５ｎｍ蒸着させて形成する。図６に、これら各層が積層されている様子を概念的に示す。本図６の１０はスピネル製薄板であり、２０はＹ_２Ｏ_３製の第１のコーティング層であり、３０はＺｎＳ製の第２コーティング層であり、２５はＹ_２Ｏ_３製の第３のコーティング層であり、４０はＭｇＦ_２製の第４のコーティング層である。なお、ＭｇＦ_２の成膜条件は、実施例２と同じである。また、ＺｎＳの成膜方法は、ＰＶＤまたは抵抗加熱である。

次いで、この反射防止用のコーティングを施した板状のスピネル多結晶体の分光透過率を測定した。測定結果を、図７に示す。図７において、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの平均透過率が９１．５％となっていることが判る。

Claims (15)

1. 高熱伝導性透明立方晶多結晶体の板からなることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
2. 表面にコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
3. 前記コーティング層は、単層または複層であり、金属弗化物と金属酸化物から選ばれる層を１種または２種以上組合わせたものであることを特徴とする請求項２に記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
4. 前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、透明ＺｎＳ、スピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３；ｎ＝１〜３）、ＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ、ＡＬＯＮ（５ＡｌＮ・９Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｙ_２Ｏ_３及びダイヤモンドからなる群から選ばれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
5. 前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、スピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３；ｎ＝１〜３）であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
6. 前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、ＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
7. 前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、ＭｇＯであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
8. 前記高熱伝導性透明立方晶多結晶体が、ＺｎＳであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
9. 前記リアプロジェクションテレビの光学エンジン用透明基板は、光学オン、オフ要素を使用したタイプの基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビ受像機の光学エンジン用透明基板。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のリアプロジェクションテレビの光学エンジン用透明基板を有していることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機。
11. 少なくとも一方の面にコーティング層が形成されているスピネル製透明基板であって、前記コーティング層は反射防止のために、
    前記スピネルの表面に形成された、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３の何れかからなる第１のコーティング層と、
    前記第１のコーティング層の表面に形成された、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３（但し、前記第１のコーティング層がＬａＦ_３でない場合に限るの何れかからなる第２のコーティング層を有することを特徴とするスピネル製透明基板。
12. 少なくとも一方の面にコーティング層が形成されているスピネル製透明基板であって、前記コーティング層は反射防止のために、
    前記スピネルの表面に形成された、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３の何れかからなる第１のコーティング層と、
    前記第１のコーティング層の表面に形成されたＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ_２、ＬａＦ_３の何れかからなり、さらに前記第１のコーティング層と異なる材質である第２のコーティング層と、
    前記第２のコーティング層の表面に形成されたＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３の何れかからなり、さらに前記第２のコーティング層と異なる材質である第３の層と、
    前記第３のコーティング層の表面に形成されたＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３の何れかからなり、さらに前記第３のコーティング層と異なる材質である第４のコーティング層を有することを特徴とするスピネル製透明基板。
13. 前記スピネル製透明基板、スピネルの分子式をＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３と表示したときに、ｎは１．０８以上１．０９以下であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のスピネル製透明基板。
14. 前記スピネル製透明基板がリアプロジェクションテレビ受像機用または液晶を利用した画像プロジェクター用であることを特徴とする請求項１１ないし請求項１３の何れかに記載のスピネル製透明基板。
15. 請求項１１ないし請求項１３の何れかに記載のスピネル製透明基板を有していることを特徴とするリアプロジェクションテレビ受像機または液晶を利用した画像プロジェクター。

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