CN101883745A - 透明多晶尖晶石衬底、制造所述衬底的方法以及使用所述衬底的光学制品 - Google Patents

透明多晶尖晶石衬底、制造所述衬底的方法以及使用所述衬底的光学制品 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，在厚度1mm和波长450nm的条件下测量的在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下。所述透明多晶尖晶石衬底即使在用作光学制品时，也不会出现图像模糊或明暗变化。本发明还提供一种制造所述透明多晶尖晶石衬底的方法，所述方法包括：提供尖晶石粉末的步骤；将所述尖晶石粉末成形以制造尖晶石成形体的步骤；对所述尖晶石成形体进行烧结以制造尖晶石烧结体的步骤；以及对所述尖晶石烧结体进行HIP以制造尖晶石多晶体的步骤。本发明还提供了具有所述透明多晶尖晶石衬底的背投电视接收机和具有所述透明多晶尖晶石衬底的液晶投影仪。

Description

透明多晶尖晶石衬底、制造所述衬底的方法以及使用所述衬底的光学制品
技术领域
本发明涉及透明多晶尖晶石衬底及其制造方法，特别地，本发明涉及用于液晶投影仪和背投电视接收机的透明衬底及用于光学用途的其它透明多晶尖晶石衬底，以及其制造方法。本发明还涉及使用所述透明多晶尖晶石衬底的液晶投影仪和背投电视接收机。
背景技术
在过去几年中，液晶投影仪和背投电视接收机已经可商购获得。在这些产品中，将液晶屏幕的正面和背面制成透明的，充当液晶面板的一面暴露在光下，且通过透镜等来调节透过的光。用于保护这些种类的液晶投影仪等的液晶屏幕的透明衬底，不但需要保护液晶屏幕免受尘土或空气影响，而且需要提供热保护以免受相邻光源影响，从而释放因升温带来的热，同时伴有因源自光源的光而在液晶屏幕内产生的吸热现象等。
在专利文献1～3以及其它地方公开了透明多晶尖晶石衬底，作为具有优异透光特性的透明衬底。所述透明多晶尖晶石衬底具有优异的透过性，吸收源自前述光源的少量光引发的热，并能够释放和分散液晶的升温的热，因此适用作液晶投影仪等中的透明衬底。
专利文献1：特公平6-72045号公报
专利文献2：特开2006-273679号公报
专利文献3：特表平4-502748号公报
发明内容
技术问题
然而，当使用这些透明多晶尖晶石衬底制造液晶投影仪和其它光学制品时，有时会发生图像模糊和明暗变化，并且在获得具有稳定特性的产品时会遇到问题。
因此，本发明旨在提供一种透明多晶尖晶石衬底，其中在将所述衬底用作光学制品时不会发生图像模糊和明暗变化。本发明还旨在提供一种制造这种透明多晶尖晶石衬底的方法。本发明进一步旨在提供使用这种透明多晶尖晶石衬底的液晶投影仪和背投电视接收机。
解决问题的手段
本发明人对使用前述常规透明多晶尖晶石衬底的液晶投影仪中图像模糊和明暗变化的原因进行了详细研究。结果，他们发现，尽管常规看法是尖晶石材料(MgO·nAl2O3；n＝1～3)因其立方晶体结构而不具有晶体学方面的偏光性能，但实际上发生了少量散射。
本发明人对产生轻微偏光性能的原因进行了研究，结果发现，常规透明多晶尖晶石衬底的制造方法以及密度不均匀等产生了具有非常小空隙的微观组织，这种微观组织引起了所产生的前述少量散射。
根据前述研究结果，为了精确地确定散射特性的变化，本发明人进行了进一步研究。他们发现，通过使用作为衬底的烧结体或尖晶石成形体在正交尼科耳***(crossed Nicol system)中的透过率作为指数，能够精确地确定散射特性的变化。此外，发现了在能够提供透明多晶尖晶石衬底的正交尼科耳***中的特定透过率，本发明人研究出本发明，所述透明多晶尖晶石衬底在用作光学制品时不会产生图像模糊或明暗变化。
下面将详细描述本发明的各个方面。
本发明的第一方面为透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，在1mm厚度和450nm波长下在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下。
在确定上述正交尼科耳***中的透过率时，首先将检测器附近偏光板的透过轴设置成与光源附近的偏光板呈90°(即正交)，从光源发射预定波长的光，计算透过率，并且其值假定为空白值，如图1(a)中所示。随后，将待测量的试样***在两个偏光板之间，如图1(b)中所示，以相同方式发射光，并将所述试样值与空白值之差定义为正交尼科耳***中的透过率。
为了获得能够用于投影仪中的适当正交尼科耳***中的透过率，本发明人具体地进行了研究。结果，发现在1mm厚度和450nn波长下，在正交尼科耳***中的透过率能够达到0.005％以下。
具体地，由于在本发明的第一方面中，在1mm厚度和450nn波长下，在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下，因此可以提供一种透明多晶尖晶石衬底，所述衬底在用作光学制品时基本不会发生图像模糊或明暗变化。
还可以提供一种透明衬底，所述衬底具有优异的透过性和比可偏光蓝宝石更好的偏光性能。
本发明的第二方面为如第一方面所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于密度为3.58g/cm3以上。
由于在第二方面的发明中密度为3.58g/cm3以上，因此在1mm厚度和450nm波长下，在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下。
具体地，透明多晶尖晶石衬底的密度3.58g/cm3与99.5以上的理论密度比(相对于真实密度3.6的百分比)相对应。
在第二方面的发明中，由于将理论密度比设定为高于常规产品中99.3％的理论密度比，因此非常小的空隙极少而达到基本上不存在于透明多晶尖晶石衬底中的程度，且所存在的空隙极小，由于此原因，对散射特性基本无影响。因此，可以提供一种良好的透明多晶尖晶石衬底而无散射。
高理论密度比还能够提高透过率，使得可以在第二方面的发明中提供一种透明多晶尖晶石衬底，所述衬底具有优异的透过性且不会发生图像模糊或明暗变化。
本发明的第三方面为如第一或第二方面所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，在1mm厚度下在450nm波长下的透过率为82％以上。
由于在第三方面的发明中，在1mm厚度下在450nm波长下的透过率为82％以上，因此可以提供具有优异透过性的前述透明多晶尖晶石衬底。
本发明的第四方面为如第一至第三方面任一项所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，至少一侧具有抗反射涂层，且在1mm厚度下，在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下。
由于在第四方面的发明中，与设置至一侧的抗反射涂层一体化的所述透明多晶尖晶石衬底在1mm厚度下在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下，因此可以提供一种具有更好直线透过性的透明多晶尖晶石衬底。
优选将MgF2、YF3、LaF3、CeF3、BaF2或另一种金属氟化物用于所述抗反射涂层。具有SiO2、TiO2、Al2O3、Y2O3、Ta2O5、ZrO2和其它金属氧化物的多层也是可以的。
能够将物理气相淀积法用作提供抗反射涂层的手段；具体实例包括溅射法、离子镀法和真空淀积法。
请发明的第五方面为如第四方面所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，在1mm厚度下，在450nm波长下的透过率为91％以上。
由于在第五方面的发明中，在1mm厚度下，在450nm波长下的透过率为91％以上，所以可以提供具有优异散射特性以及优异透过性的上述透明多晶尖晶石衬底。
在第五方面的发明中，透明多晶尖晶石衬底目标为如第四方面所述的透明多晶尖晶石衬底，并提供了抗反射涂层，使得可以获得比在第一至第三方面中提供的透明多晶尖晶石衬底的透过率更高的透过率。
本发明的第六方面为制造第一至第五方面中任一项的透明多晶尖晶石衬底的方法，所述制造多晶尖晶石衬底的方法的特征在于包括：
准备尖晶石粉末的步骤；
将所述尖晶石粉末成形并制造尖晶石成形体的步骤；
对所述尖晶石成形体进行烧结并制造尖晶石烧结体的步骤；以及
对所述尖晶石烧结体进行热等静压(HIP)并制造尖晶石多晶体的步骤。
在本发明的第六方面中，通过提供对所述尖晶石成形体进行烧结并制造尖晶石烧结体的步骤和对所述尖晶石烧结体进行热等静压(HIP)并制造尖晶石多晶体的步骤，能够得到高密度尖晶石多晶体。
优选在真空下进行烧结。在真空下的烧结使得可以降低因除去了孔和微观杂质的存在而造成的晶格中的不均匀性和应变，并能够抑制非常小空隙的产生。
使用热等静压使得可以更进一步降低非常小空隙的尺寸。结果，可以获得高密度尖晶石多晶体。
对得到的尖晶石多晶体进一步进行通常与光学制品相关的镜面加工和其它类型的表面加工，由此可以最终获得在正交尼科耳***中的透过率低即直线透过特性优异的透明多晶尖晶石衬底。
对尖晶石成形体进行烧结的优选条件为例如，约1～200Pa的真空度以及约1500～1750℃的温度。
例如，用于HIP步骤的优选条件为如下条件：气氛为氩气、氧气、氮气等；温度为约1800～1900℃；且压力为约5～200MPa。
未对上述各种步骤的条件进行特殊限制，只要设定所述条件使得最终满足第一至第五方面。
根据需要，可以向上述步骤添加其它步骤，这取决于透明多晶尖晶石衬底的特性等。
本发明的第七方面为第一至第五方面中任一项的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于适用于液晶投影仪或背投电视接收机。
在第七方面的发明中，将第一至第五方面中任一项的透明多晶尖晶石衬底应用于液晶投影仪或背投电视接收机的偏光板等，使得可以提供优异的液晶投影仪或背投电视接收机。
本发明的第八方面为具有第一至第五方面中任一项的透明多晶尖晶石衬底的液晶投影仪或背投电视接收机。
根据第八方面的发明，可以提供具有第一至第五方面中任一项的透明多晶尖晶石衬底的液晶投影仪或背投电视接收机，其中基本不会发生图像模糊或明暗变化。
发明效果
根据本发明，可以提供一种透明多晶尖晶石衬底，在将所述衬底用作光学制品时，不会发生图像模糊或明暗变化。
使用这种透明多晶尖晶石衬底，还可以提供基本不会发生图像模糊或明暗变化的液晶投影仪和背投电视接收机。
附图说明
图1为显示在正交尼科耳***中的透过率的图；以及
图2为示意性显示液晶投影仪结构的图。
附图标记说明
50    光源
51    反射镜
53    红外线聚焦透镜
54    紫外线截止滤光片
60    偏光变换集成器(polarization conversion integrator)
61    复眼透镜(fly eye lens)
62    狭缝
63    透镜
70    分色镜
71    镜
80    液晶面板
81    偏光板
82    防尘窗
83    半波板
84    正交二向棱镜
90    投影透镜***
具体实施方式
下面根据下文中所示的实施例，对本发明的优选实施方案进行更详细地描述。本发明不限于下述实施方案。在本发明的等同和等价范围内，可以向下述实施方案添加多种修改。
a.准备并成形尖晶石粉末以制造尖晶石成形体的步骤
在98Mpa的压力下对纯度为99.9％以上的尖晶石粉末(平均粒径：0.2μm)进行压制，其后，在196MPa下进行冷等静压(CIP)，从而产生尺寸为50mm(直径)×10mm的尖晶石成形体。
b.在真空中烧结所述尖晶石成形体并制造尖晶石烧结体的步骤
在1670℃的温度下，将得到的尖晶石成形体在真空中保持两小时，从而制造尖晶石烧结体。
c.对尖晶石烧结体进行热等静压并制造尖晶石多晶体的步骤
在表1中所示的温度下，将得到的尖晶石烧结体在氩气气氛下保持两小时，进行热等静压(HIP)，并形成多晶体，从而制造尖晶石多晶体试样1～4号。在所有情况下，压力为200MPa。
使用阿基米德法测量得到的试样的密度。将测量结果总结于表1中。
d.制造透明的多晶尖晶石衬底
对得到的试样进行镜面加工至1.0mm的厚度，随后向各个试样的一侧施加厚度为0.1μm的MgF2以提供抗反射涂层，并使用所述试样来制造透明多晶尖晶石衬底。
e.测量[衬底的]透过率和在正交尼科耳***中的透过率
在450nm波长下测量得到的透明多晶尖晶石衬底的透过率。使用由株式会社日立高新技术(日立ハイテクノロジ一ズ社)制造的分光光度计(UV 4100)进行测量。
接下来，使用相同的分光光度计在450nm波长下测量在正交尼科耳***中的透过率。
将[衬底的]透过率和在正交尼科耳***中的透过率的测量结果总结于表1中。
表1
试样   HIP温度(℃)   密度(g/cm3)   透过率(％)   在正交尼科耳***中的透过率(％)
  1号   1700   3.575   91.5   0.010
  2号   1750   3.578   92.0   0.008
  3号   1800   3.580   91.8   0.001
  4号   1850   3.582   91.5   0.002
表1中的1号和2号为比较例，其中在正交尼科耳***中的透过率超过0.005％，3号和4号为基于本发明的实施例。
如表1中所示，1号～4号透明多晶尖晶石衬底都显示了91％以上的透过率，这表明这些为高度透明的多晶尖晶石衬底。
能够看出，密度为3.58g/cm3以上的透明多晶尖晶石衬底(3号和4号)显示了比密度低于3.58g/cm3的透明多晶尖晶石衬底(1号和2号)低得多的在正交尼科耳***中的透过率。
从上述能够看出，通过增大密度，能够获得透过性优异且在正交尼科耳***中的透过率低的非常好的透明多晶尖晶石衬底。
应当注意，表1中4号的透过率和在正交尼科耳***中的透过率比3号差，所述3号的密度低于4号。推测原因如下所述。
具体地，随着密度(理论密度比)增加，空隙变得更小且对偏光性能的不利影响变得不明显。然而，据推测密度(理论密度比)进一步增大导致如下状态，微观空隙移动得彼此紧邻并最终合并在一起，从而变成一个尺寸比合并之前更大的空隙，这对[衬底的]透过率和在正交尼科耳***中的透过率产生不利影响。
(并入到液晶投影仪中并进行评价)
将3号和4号透明多晶尖晶石衬底并入到图2中示意性显示其结构的液晶投影仪中，并进行评价。
图2中的附图标记50表示金属卤化物灯、氙灯、超高性能(UHP)灯或其它高强度灯，51为反射镜，53为红外线聚焦透镜，54为紫外线截止滤光片，60为偏光变换集成器，61为复眼透镜，62为狭缝，63为透镜，70为根据光的波长而使其透过和反射的分色镜，71为镜，80为液晶面板，81为偏光板，82为防尘窗，83为半波板，84为正交二向棱镜，90为投影仪透镜***。
源自光源50的光被反射镜51反射并被红外线聚焦透镜53聚焦。不需要的紫外线被紫外线截止滤光片54截止，两个复眼透镜61将亮度不均匀性平坦化，并经过狭缝62将光导向偏光变换集成器60，所述偏光变换集成器60具有偏光光束分光器和半波板。随后，光穿过透镜63并被两个分色镜70分解成三原色，红色、绿色和蓝色。分解的三原色各自通过镜71等；并被单独地导向光学开关，所述光学开关具有偏光板81、液晶面板80、防尘窗82和偏光板81；再通过半波板83；并被正交二向棱镜84组合在一起。所述复合光被导向投影透镜***90并以放大的形式投影，从而在前方屏幕上显示图像。
在紫外线截止滤光片54、复眼透镜61、透镜63、分色镜70、在偏光变换集成器60和偏光板81中的偏光体的保持板、构成液晶面板80的透明衬底以及上述液晶投影仪的防尘窗82中，使用了所述透明多晶尖晶石衬底。根据评价，可以确认所述透明多晶尖晶石衬底适用于光学制品中而不会发生图像模糊或明暗变化。
因而，根据本发明能够提供一种透明多晶尖晶石衬底，所述衬底在用于光学制品时不会发生图像模糊或明暗变化。例如，本发明的透明多晶尖晶石衬底能够适用于将透明衬底用于液晶投影仪中的部件(图2实施例中的偏光板81、防尘窗82等)以及各种其它元件。

Claims (8)

1.一种透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，在1mm厚度和450nm波长下在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下。
2.如权利要求1所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，密度为3.58g/cm3以上。
3.如权利要求1或2所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，在1mm厚度下，在450nm波长下的透过率为82％以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，至少一侧具有抗反射涂层，且在1mm厚度下在正交尼科耳***中的透过率为0.005％以下。
5.如权利要求4所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，在1mm厚度下，在450nm波长下的透过率为91％以上。
6.一种制造权利要求1～5中任一项的透明多晶尖晶石衬底的方法，所述制造透明多晶尖晶石衬底的方法的特征在于包括：
准备尖晶石粉末的步骤；
将所述尖晶石粉末成形并制造尖晶石成形体的步骤；
对所述尖晶石成形体进行烧结并制造尖晶石烧结体的步骤；以及
对所述尖晶石烧结体进行热等静压(HIP)并制造尖晶石多晶体的步骤。
7.如权利要求1～5中任一项所述的透明多晶尖晶石衬底，其特征在于，用于液晶投影仪或背投电视接收机。
8.一种液晶投影仪或背投电视接收机，其特征在于，具有权利要求1～5中任一项的透明多晶尖晶石衬底。
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