JP2004083316A - 単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびに液晶プロジェクタ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光透過特性と高い育成効率の両立を実現する単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法を提供すること。
【解決手段】Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下である単結晶サファイア基板とすること。
【解決手段】Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下である単結晶サファイア基板とすること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびに液晶プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サファイアは、六方晶系の結晶構造を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。サファイアは、例えば、窒化ガリウムとの結晶構造の近似性を利用し、窒化ガリウム結晶の育成基板に用いられている。
【０００３】
単結晶サファイア基板を作製する方法の一つとして、ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ，Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ）法がある。ＥＦＧ法は、単結晶引き上げ法の一つであり、融液の入ったルツボ内にスリット（キャピラリ）を設けたダイ（型）を入れ、毛細管現象によりそのスリットを通して上昇した融液に種結晶をつけ、ダイ上面の形状に合った板状結晶を育成する方法である。
【０００４】
しかし、単結晶サファイアは、窒化ガリウム結晶の育成基板以外にも用いられている。その用途の一つに、液晶プロジェクタ装置内の光学基板が挙げられる。液晶プロジェクタ装置は、最近、パソコンの表示画面を投影するプレゼンテーションツールとしての用途に拡大し、装置の小型化、液晶表示の高精細化、光源の高輝度化が図られている。特に、装置の小型化と光源の高輝度化は、装置内の高温化を招き、従来から光学経路に用いられてきた汎用ガラスでは、熱伝導率が小さく放熱・冷却効果が十分でないという問題がある。
【０００５】
このため、熱伝導率が大きいサファイアが、液晶プロジェクタ装置内の光路上の光学基板として用いられている。液晶プロジェクタ装置内の光路上の光学基板にサファイアを用いる技術は、例えば、特開平１１ー２４９１２０号公報あるいは特開平１１−３３７９１９号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術には、解決されていない問題がある。偏光による光の透過損失を少なくするには、単結晶サファイア基板の光の透過面を（０００１）Ｃ面またはＣ面と直交するＡ面等に合わせる必要がある。例えば、光の透過面を（０００１）Ｃ面に合わせる場合には、ＥＦＧ法による単結晶引き上げの際に、Ｃ軸と直交するＡ軸方向に融液を引き上げ、正確に（０００１）Ｃ面を育成するのが好ましい。
【０００７】
一方、単結晶サファイアの作製の点からみれば、Ａ軸方向に融液を引き上げてＣ面を育成する効率は、Ｃ面以外の結晶面を育成する効率に比べて低い。なぜならば、Ｃ面を育成する際には、結晶欠陥が入りやすく、歩留りが悪くなるからである。
【０００８】
かかる問題に鑑みて、本発明は、光透過特性と高い育成効率の両立を実現できる単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびにその単結晶サファイア基板を光路上に配置した液晶プロジェクタ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下である単結晶サファイア基板としている。このため、単結晶サファイア中の結晶欠陥が少なくなり、その育成効率が向上する。また、光透過損失の許容範囲において、引き上げた単結晶からの基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度が大きくなる。このため、単結晶サファイア基板は、光学装置、特に液晶プロジェクタ装置内に配置する光学基板として適する。さらに、Ｃ面からの傾斜角度が大きいので、種結晶の面さえ適切な傾斜角度とすれば、切り出し後の単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析を行う必要はない。
【００１０】
また、別の本発明は、Ｃ面から３度以上９度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下である単結晶サファイア基板としている。このため、単結晶サファイアの育成効率の向上に加え、０．５ｍｍ以下の厚さを有する単結晶サファイア基板であっても、引き上げた単結晶からの基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度が大きくなる。このため、単結晶サファイア基板は、光学装置、特に液晶プロジェクタ装置内に配置する光学基板として適する。さらに、上述の発明と同様に、切り出し後の単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析を行う必要はない。
【００１１】
また、別の本発明は、Ｃ面から３度以上６度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく１．０ｍｍ以下である単結晶サファイア基板としている。このため、単結晶サファイアの育成効率の向上に加え、１．０ｍｍ以下の厚さを有する単結晶サファイア基板であっても、引き上げた単結晶からの基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度が大きくなる。このため、単結晶サファイア基板は、光学装置、特に液晶プロジェクタ装置内に配置される光学基板として適する。さらに、上述の発明と同様に、単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析を行う必要はない。
【００１２】
また、別の本発明は、サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸と直交する軸から３度以上１１度以下の範囲で傾斜させる単結晶サファイア基板の作製方法としている。このため、ＥＦＧ法またはＣＺ法等の単結晶引き上げ後に切り出す基板の厚さを０．３ｍｍ以下とする場合であっても、光透過損失の許容範囲における基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度を大きくとることができる。したがって、単結晶サファイア基板の作製が容易となり、同基板を備えた光学装置、特に液晶プロジェクタ装置の低コスト化をはかることができる。
【００１３】
また、別の本発明は、サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸と直交する軸から３度以上９度以下の範囲で傾斜させる単結晶サファイア基板の作製方法としている。このため、ＥＦＧ法またはＣＺ法等の単結晶引き上げ後に切り出す基板の厚さを０．５ｍｍ以下とする場合であっても、光透過損失の許容範囲における基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度を大きくとることができる。したがって、単結晶サファイア基板の作製が容易となり、同基板を備えた光学装置、特に液晶プロジェクタ装置の低コスト化をはかることができる。
【００１４】
また、別の本発明は、サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸と直交する軸から３度以上６度以下の範囲で傾斜させる単結晶サファイア基板の作製方法としている。このため、ＥＦＧ法またはＣＺ法等の単結晶引き上げ後に切り出す基板の厚さを１．０ｍｍ以下とする場合であっても、光透過損失の許容範囲における基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度を大きくとることができる。したがって、単結晶サファイア基板の作製が容易となり、同基板を備えた光学装置、特に液晶プロジェクタ装置の低コスト化をはかることができる。
【００１５】
また、別の本発明は、Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下である単結晶サファイア基板、Ｃ面から３度以上９度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下である単結晶サファイア基板またはＣ面から３度以上６度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく１．０ｍｍ以下である単結晶サファイア基板を光路に配置した液晶プロジェクタ装置としている。このため、サファイア基板を用いることによる放熱性の向上に加えて、製造コストの軽減と、良好な光学特性という効果が得られる液晶プロジェクタ装置を提供可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、サファイアの結晶構造を示す図である。サファイアは、六方晶系の結晶構造を持った酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。六角柱１の縦方向の中心軸はＣ軸であり、Ｃ軸と垂直方向に伸びる軸はＡ軸である。Ｃ軸に垂直な面（図１において格子模様で示す面）２は、（０００１）Ｃ面であり、Ａ軸に垂直な面（図１において斜線で示す面）３は、（１１−２０）Ａ面である。
【００１８】
図２は、単結晶サファイア基板を作製する方法を示す図である。この方法は、ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ，Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ）法と呼ばれ、チョクラルスキー（ＣＺ）法と並び、代表的な単結晶引き上げ法の一つである。以下、簡単に、ＥＦＧ法を用いた単結晶引き上げ法につき述べる。
【００１９】
ルツボ４には、溶融状態のサファイア融液５が入っており、そこに、スリット（キャピラリ）６を設けたダイ（型）７が入っている。サファイア融液５は、細い矢印で示すように、毛細管現象によりスリット６を上昇する。その上昇したサファイア融液５に種結晶８を接触させ、その種結晶８を引き上げていく。この時、サファイア融液５に接触する種結晶８の融液接触面（図２において斑点模様で示す面）８ａを、Ａ軸から角度φだけ傾斜させた面としている。本発明の単結晶サファイア基板の作製方法では、角度φをＡ軸から３〜１１度の範囲の角度としている。
【００２０】
図３は、ＥＦＧ法により作製された単結晶サファイア基板９を示す図である。今、単結晶の引き上げ方向と単結晶サファイア基板９の上下方向とは平行であるものとする。図３で示す略正方形の面は、図２における太矢印Ｘから見た方向の面であり、図３で示す縦長の長方形の面は、略長方形の面を横から見た面である。図３では、図２において太矢印Ｘから見た方向の面（引き上げ方向の面と垂直な面）を、単結晶面と称する。種結晶８の融液接触面８ａをＡ軸から角度φだけ傾斜させて引き上げると、単結晶面の法線方向は、Ｃ軸から角度φだけ傾斜した方向となる。すなわち、単結晶面は、Ｃ面から角度φだけ傾斜した面となる。この結果、単結晶面をＣ面とするように単結晶サファイア基板を作製する場合と比べて、結晶欠陥が入りにくくなる。
【００２１】
ＥＦＧ法により作製された板から、図３に示す単結晶サファイア基板９を切り出す際に、同基板９の上下方向と単結晶の引き上げ方向とを完全に平行にすることは容易ではない。このため、図３に示すように、引き上げ方向と、単結晶サファイア基板９の上下方向とに、回転ズレ角度θが生じる。単結晶面が正確なＣ面の場合には、回転ズレ角度θが生じても、Ｃ軸を中心に単結晶サファイア基板９が回転するだけなので、回転ズレ角度θの大小は問題にならない。
【００２２】
しかし、単結晶面とＣ面との間の角度φが大きくなると、回転ズレ角度θを小さくしないと、単結晶サファイア基板９を光学基板として用いたときに、光透過損失が大きくなる。光透過損失は、単結晶サファイア基板９の厚みにも依存する。このため、単結晶サファイア基板９のＣ軸に対して傾斜する角度φと許容できる回転ズレ角度θとの関係を、複数種類の厚み毎に調べる必要がある。許容できる回転ズレ角度θが大きいほど、単結晶サファイア基板９は使用容易な基板ということになる。
【００２３】
なお、単結晶引き上げ方法は、ＥＦＧ法に限定されるものではなく、ＣＺ法等の他の単結晶引き上げ法としても良い。例えば、ＣＺ法において、種結晶を回転させながらサファイアの融液を引き上げる際に、種結晶の融液接触面をＣ軸から３度以上１１度の範囲で傾斜した面とすれば、引き上げ方向の面を光学装置内の光の透過方向にすることができる。また、種結晶の融液接触面をＣ軸と直交する軸から３度以上１１度の範囲で傾斜した面とすれば、引き上げ方向の面と直交する面を光学装置内の光の透過方向にすることができる。なお、角度φは、後述のように、３度以上９度以下、３度以上６度以下の範囲とすることもできる。
【００２４】
次に、図２に示す単結晶引き上げ方法によって作製した単結晶サファイア基板９の作製条件と同基板の特性評価について、２つの実施例で説明する。
【００２５】
【実施例１】
（１）単結晶サファイアの引き上げ
単結晶の引き上げ軸をＡ軸方向から０．０〜１２．０度の範囲で変化させて、ＥＦＧ法による単結晶サファイアの育成を行った。得られたサファイアは、幅４０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ、長さ２５０ｍｍの板状単結晶である。
（２）単結晶サファイア基板の作製
上記の板状単結晶は、３５ｍｍ×３０ｍｍの角形に切断され、両面研磨に供された。その後、０．３〜１．０ｍｍの範囲にある８種類の厚さ（ｔ）の研磨サンプルが準備された。
（３）単結晶サファイア基板の評価方法
Ｃ軸の軸方位は、Ｘ線回折法により測定された。また、光透過損失は、平行ニコルの間に各単結晶サファイア基板を入れて、軸方位のズレのない各サファイア基板の出射光と、軸方位を傾斜させた各サファイア基板の出射光とを比較して求められた。
【００２６】
また、光透過損失の値０．５０％は、液晶プロジェクタ装置内の光学基板として使用する際の許容損失を考慮して設定された。以後、実施例２における光透過損失の値０．２５％も同様である。光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度は、切り出した研磨サンプルを単結晶面内で回転させて、光透過損失が０．５０％を超えるときの限界角度で表した。欠陥評価は、多結晶化したりあるいは単結晶の育成後の冷却途中において、クラックが発生したサンプル数に基づいて行われた。１０回の育成に対して５回以上の異常が見られた場合には「×」、１０回の育成に対して２回から４回の異常が見られた場合には「△」、１０回の育成に対して１回の異常が見られた場合には「○」、１０回の育成に対して異常が見られなかった場合には「◎」という評価がつけられた。
【００２７】
（４）単結晶サファイア基板の評価結果
図４は、厚さの異なる単結晶サファイア基板を複数用意し、Ｃ軸に対して傾斜する角度φ（実施例１では、単に、「角度φ」という）と、光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。また、表１は、図４に示す結果の一部と欠陥評価とを示す図である。
【００２８】
【表１】
【００２９】
図４に示すように、単結晶サファイア基板９の厚みが増すほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。また、角度φが大きくなるほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。許容回転ズレ角度θは、図４中の点線で示すように、単結晶サファイア基板９の切り出しや、同基板の光学装置へのセッティングの誤差を考慮し、３度としている。許容回転ズレ角度θが３度より小さくなると、実質的に使用が困難になる。図４の結果によれば、角度φが大きい単結晶サファイア基板９を使用する場合には、厚みを薄くしなければ、光透過損失の許容範囲で使用できないことがわかる。
【００３０】
また、表１に示すように、角度φが３度より小さいと、欠陥評価は、「△」または「×」となる。したがって、単結晶サファイア基板９を作製する効率（＝歩留り）の点では、角度φは、３度以上とすべきである。また、より好ましくは、欠陥評価が「◎」となるような角度φ、すなわち、５度以上とすべきである。一方、光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度θの点では、厚さ０．３ｍｍという極薄の単結晶サファイア基板９を使用した場合には、その角度φを、１１．０度以内にすれば良い。また、厚さが０．５ｍｍになると、角度φを９．０度以内に、厚さが１．０ｍｍになると角度φを６．０度以内にすれば良い。すなわち、表１の太線で囲まれた範囲が、作製効率と光学特性との両立がとれた範囲となる。
【００３１】
ただし、表１は、３種類の厚さの単結晶サファイア基板９の評価を示したものであるため、太線で囲まれた領域自体の大きさおよび形状は、本発明の保護範囲を律するものではない。もっと多くの厚さを有する単結晶サファイア基板９を用意すれば、太線で囲まれた領域の下部は、３段ではなく、もっと多くの段を有することになる。ここで重要な点は、角度φが、欠陥評価の制限から３度を下限とし、実質的に光学基板として使用される厚さの限界において、光透過損失の許容制限から１１．０度を上限としていることである。
【００３２】
このように、光学基板が使用される厚みの範囲（０．３〜１．０ｍｍ）で、作製効率と光学特性の両立をはかるためには、角度φを、３．０度以上１１．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上９．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上６．０度以内とする必要がある。なお、サファイア基板と偏光板とのセッティングに際してプラスマイナス１度のズレが生じることを考慮すれば、角度φが３．０度以上と十分大きいため、切り出し後の単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析をしなくても、種結晶８の融液接触面８ａの面方位のみを正確に測定しさえすれば良い。このように、角度φを大きくすると、Ｘ線使用者の被爆管理が不要となるというメリットもある。
【００３３】
次に、光透過損失を、実施例１で設定した０．５０％から０．２５％に変更した条件下で評価した結果について、説明する。
【００３４】
【実施例２】
単結晶サファイアの引き上げ条件と、単結晶サファイア基板９の作製条件は、実施例１と同一なので、その説明を省略する。
（１）単結晶サファイア基板の評価方法
Ｃ軸の軸方位、光透過損失の測定、欠陥評価については、実施例１と共通する。光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θは、切り出した研磨サンプルを単結晶面内で回転させて、光透過損失が０．２５％を超えるときの限界角度で表した。
【００３５】
（２）単結晶サファイア基板の評価結果
図５は、厚さの異なる単結晶サファイア基板９を複数用意し、Ｃ軸に対して傾斜する角度φ（以下、実施例２では、単に「角度φ」という）と、光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。また、表２は、図５に示す結果の一部および欠陥評価を示す図である。
【００３６】
【表２】
【００３７】
図５に示すように、単結晶サファイア基板９の厚みが増すほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。また、角度φが大きくなるほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。許容回転ズレ角度θは、図５中の点線で示すように、図４で説明した角度と同じ角度（３度）としている。
【００３８】
表２に示すように、角度φが３度より小さいと、欠陥評価は、「△」または「×」となるので、実施例１と同様、角度φは３度以上とすべきである。また、より好ましくは、欠陥評価が「◎」となるような角度φ、すなわち、５度以上とすべきである。一方、光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θの点では、厚さ０．３ｍｍという極薄の単結晶サファイア基板９を使用した場合には、角度φを９．０度以内にすれば良い。厚さが０．５ｍｍになると、角度φを７．０度以内に、また、厚さが１．０ｍｍになると、角度φを５．０度以内にすれば良い。すなわち、表２の太線で囲まれた範囲が、作製効率と光学特性との両立がとれた範囲となる。
【００３９】
ただし、表２は、３種類の厚さの単結晶サファイア基板９の評価を示したものであるため、太線で囲まれた領域自体の大きさおよび形状は、本発明の保護範囲を律するものではない。もっと多くの厚さを有する単結晶サファイア基板９を用意すれば、太線で囲まれた領域の下部は、３段ではなく、もっと多くの段を有することになる。ここで重要な点は、角度φは、欠陥評価の制限から３度を下限とし、実質的に光学基板として使用される厚さの限界において、実施例１の条件より厳しい光透過損失の許容制限から９．０度を上限としていることである。
【００４０】
このように、光学基板が使用される厚みの範囲（０．３〜１．０ｍｍ）で、作製効率と光学特性の両立をはかるためには、角度φを、３．０度以上９．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上７．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上５．０度以内とする必要がある。なお、Ｘ線を用いた分析の要否についても、実施例１と同様のメリットがある。
【００４１】
次に、本発明の単結晶サファイア基板を使用した液晶プロジェクタ装置について、説明する。
【００４２】
図６は、単一液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。この液晶プロジェクタ装置は、メタルハイドライドランプ等の光源１１と、半球状の反射鏡１２と、紫外線カット用のフィルタ１３と、集光レンズ１４と、入射側偏光板ユニット１５と、液晶パネル１６と、出射側偏光板ユニット１７と、投影レンズ１８とを備えている。入射側偏光板ユニット１５および出射側偏光板ユニット１７は、それぞれ高分子材料で構成された偏光板とその偏光板を保持する保持板とから構成される。
【００４３】
光源１１からの光は、反射鏡１２により反射されて、フィルタ１３で紫外線をカットされ、集光レンズ１４を通って、入射側偏光板ユニット１５に入射する。入射側偏光板ユニット１５の偏光板は、入射した光の内で一方向に振動する波長成分のみを通過させる。こうして入射側偏光板ユニット１５を通過した光は、液晶パネル１６を通過し、出射側偏光板ユニット１７に入る。出射側偏光板ユニット１７の偏光板も、入射した光の内で一方向に振動する波長成分のみを通過させる。出射側偏光板ユニット１７を通過した光は、投影レンズ１８により拡大されて、外部のスクリーンに画像が映される。
【００４４】
先に作製された単結晶サファイア基板９は、入射側偏光板ユニット１５を構成する保持板、出射側偏光板ユニット１６を構成する保持板、液晶パネル１６を構成するガラス板、その他の光路上にある光学基板として用いられる。この結果、サファイアの持つ高熱伝導率特性に起因して、液晶プロジェクタ装置の放熱性が高まる。特に、最近では、光源１１の高輝度化の要請により、液晶プロジェクタ装置内の蓄熱が問題視され、青板ガラス、ホウ珪酸ガラス等の汎用ガラスでは対応不能になってきている。単結晶サファイア基板９の使用によって、従来の蓄熱問題が解決する。
【００４５】
さらに、液晶プロジェクタ装置内に配置される単結晶サファイア基板９を、光透過面がＣ面より３〜１１度の範囲で傾斜した面とするように作製した基板とすることで、単結晶サファイア基板９における複屈折による影響を軽減できる。また、単結晶サファイア基板９の作製効率の向上にもつながる。すなわち、サファイア育成時に結晶欠陥が入りにくく、かつ単結晶サファイア基板９の切り出し時に起きるズレによる光透過損失も生じにくい。
【００４６】
図７は、３枚の液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。
【００４７】
この液晶プロジェクタ装置は、図７に示すように、光源２１と、半球面の反射鏡２２と、偏光変換プリズム２３と、全反射ミラー２４と、ダイクロイックミラー２５，２６，２７と、全反射ミラー２８，２９と、紫外線カットフィルタ兼偏光板３０と、ダイクロイックフィルタ兼偏光板３１，３２と、液晶パネル３３，３４，３５と、合成プリズム３６と、投射レンズ３７とを備えている。
【００４８】
ダイクロイックミラー２５は、入射光の青色成分のみを反射し、その他成分を透過するミラーである。ダイクロイックミラー２６は、入射光の緑色成分のみを反射し、その他成分を透過するミラーである。ダイクロイックミラー２７は、入射光の赤色成分のみを反射し、赤外線を透過するミラーである。
【００４９】
光源２１からの光は、反射鏡２２で反射され、偏光変換プリズム２３にて偏光される。偏光変換プリズム２３を通った偏光は、全反射ミラー２４にて反射される。ダイクロイックミラー２５に入射した光の内、青色成分の光のみがダイクロイックミラー２５で反射し、他の成分の光は、ダイクロイックミラー２５を透過する。ダイクロイックミラー２５を透過した光の内、緑色成分の光のみは、ダイクロイックミラー２６にて反射し、他の成分の光は、ダイクロイックミラー２６を透過する。ダイクロイックミラー２６を透過した光の内、赤色成分の光のみは、ダイクロイックミラー２７にて反射し、赤外線は、ダイクロイックミラー２７を透過する。
【００５０】
青色成分の光は全反射ミラー２８で反射され、紫外線カットフィルタ兼偏光板３０を通る。緑色成分の光はダイクロイックフィルタ兼偏光板３１を通る。赤色成分の光は全反射ミラー２９で反射され、ダイクロイックフィルタ兼偏光板３２を通る。紫外線カットフィルタ兼偏光板３０、ダイクロイックフィルタ兼偏光板３１およびダイクロイックフィルタ兼偏光板３２を通ったＢ、ＧおよびＲの各成分の光は、各液晶パネル３３，３４，３５を通る。その後、各液晶パネル３３，３４，３５を通った光は、合成プリズム３６にて合成され、投射レンズ３７により拡大されて、外部のスクリーンに画像が映される。
【００５１】
先に作製された単結晶サファイア基板９は、３枚の液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置内の光路上に配置される光学基板に用いられる。この結果、サファイアの持つ高熱伝導率特性に起因して、液晶プロジェクタ装置の放熱性が高まる。また、液晶プロジェクタ装置内に配置される単結晶サファイア基板９を、光透過面がＣ面より３〜１１度の範囲で傾斜した面とするように作製した基板とすることで、単結晶サファイア基板９における複屈折による影響を軽減できる。また、単結晶サファイア基板９の作製効率の向上にもつながる。すなわち、サファイア育成時に欠陥が入りにくく、かつ単結晶サファイア基板９の切り出し時に起きるズレによる透過損失も生じにくい。
【００５２】
このように、図６および図７に基づいて説明した液晶プロジェクタ装置は、単結晶サファイア基板９の作製コストの低減に伴う装置のコストダウンと、光透過損失の低減との両立を図る目的で提供可能である。
【００５３】
以上のように、本発明の単結晶サファイア基板９およびその作製方法の好適な実施の形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変形を施した実施の形態を採用することができる。例えば、ダイ７のスリット６の形状を変え、単結晶サファイアの断面形状を長方形以外の形状としても良い。また、欠陥評価は、単結晶の育成後の冷却途中におけるクラックの発生のみ、あるいは多結晶化におけるクラックの発生のみの評価であっても良い。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、光透過特性と高い育成効率の両立を実現する単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびに液晶プロジェクタ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サファイアの結晶構造を示す図である。
【図２】本発明の単結晶サファイア基板を作製する方法の一例（ＥＦＧ法）を示す図である。
【図３】図２に示すＥＦＧ法により作製された単結晶サファイア基板を示す図である。
【図４】本発明の実施例１において、厚さの異なる単結晶サファイア基板を複数用意し、角度φと、光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。
【図５】本発明の実施例２において、厚さの異なる単結晶サファイア基板を複数用意し、角度φと、光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。
【図６】本発明の単結晶サファイア基板を配置する、単一液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明の単結晶サファイア基板を配置する、３枚の液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
８ 種結晶
８ａ 融液接触面
９ 単結晶サファイア基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびに液晶プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サファイアは、六方晶系の結晶構造を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。サファイアは、例えば、窒化ガリウムとの結晶構造の近似性を利用し、窒化ガリウム結晶の育成基板に用いられている。
【０００３】
単結晶サファイア基板を作製する方法の一つとして、ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ，Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ）法がある。ＥＦＧ法は、単結晶引き上げ法の一つであり、融液の入ったルツボ内にスリット（キャピラリ）を設けたダイ（型）を入れ、毛細管現象によりそのスリットを通して上昇した融液に種結晶をつけ、ダイ上面の形状に合った板状結晶を育成する方法である。
【０００４】
しかし、単結晶サファイアは、窒化ガリウム結晶の育成基板以外にも用いられている。その用途の一つに、液晶プロジェクタ装置内の光学基板が挙げられる。液晶プロジェクタ装置は、最近、パソコンの表示画面を投影するプレゼンテーションツールとしての用途に拡大し、装置の小型化、液晶表示の高精細化、光源の高輝度化が図られている。特に、装置の小型化と光源の高輝度化は、装置内の高温化を招き、従来から光学経路に用いられてきた汎用ガラスでは、熱伝導率が小さく放熱・冷却効果が十分でないという問題がある。
【０００５】
このため、熱伝導率が大きいサファイアが、液晶プロジェクタ装置内の光路上の光学基板として用いられている。液晶プロジェクタ装置内の光路上の光学基板にサファイアを用いる技術は、例えば、特開平１１ー２４９１２０号公報あるいは特開平１１−３３７９１９号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術には、解決されていない問題がある。偏光による光の透過損失を少なくするには、単結晶サファイア基板の光の透過面を（０００１）Ｃ面またはＣ面と直交するＡ面等に合わせる必要がある。例えば、光の透過面を（０００１）Ｃ面に合わせる場合には、ＥＦＧ法による単結晶引き上げの際に、Ｃ軸と直交するＡ軸方向に融液を引き上げ、正確に（０００１）Ｃ面を育成するのが好ましい。
【０００７】
一方、単結晶サファイアの作製の点からみれば、Ａ軸方向に融液を引き上げてＣ面を育成する効率は、Ｃ面以外の結晶面を育成する効率に比べて低い。なぜならば、Ｃ面を育成する際には、結晶欠陥が入りやすく、歩留りが悪くなるからである。
【０００８】
かかる問題に鑑みて、本発明は、光透過特性と高い育成効率の両立を実現できる単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびにその単結晶サファイア基板を光路上に配置した液晶プロジェクタ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下である単結晶サファイア基板としている。このため、単結晶サファイア中の結晶欠陥が少なくなり、その育成効率が向上する。また、光透過損失の許容範囲において、引き上げた単結晶からの基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度が大きくなる。このため、単結晶サファイア基板は、光学装置、特に液晶プロジェクタ装置内に配置する光学基板として適する。さらに、Ｃ面からの傾斜角度が大きいので、種結晶の面さえ適切な傾斜角度とすれば、切り出し後の単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析を行う必要はない。
【００１０】
また、別の本発明は、Ｃ面から３度以上９度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下である単結晶サファイア基板としている。このため、単結晶サファイアの育成効率の向上に加え、０．５ｍｍ以下の厚さを有する単結晶サファイア基板であっても、引き上げた単結晶からの基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度が大きくなる。このため、単結晶サファイア基板は、光学装置、特に液晶プロジェクタ装置内に配置する光学基板として適する。さらに、上述の発明と同様に、切り出し後の単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析を行う必要はない。
【００１１】
また、別の本発明は、Ｃ面から３度以上６度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつその基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく１．０ｍｍ以下である単結晶サファイア基板としている。このため、単結晶サファイアの育成効率の向上に加え、１．０ｍｍ以下の厚さを有する単結晶サファイア基板であっても、引き上げた単結晶からの基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度が大きくなる。このため、単結晶サファイア基板は、光学装置、特に液晶プロジェクタ装置内に配置される光学基板として適する。さらに、上述の発明と同様に、単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析を行う必要はない。
【００１２】
また、別の本発明は、サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸と直交する軸から３度以上１１度以下の範囲で傾斜させる単結晶サファイア基板の作製方法としている。このため、ＥＦＧ法またはＣＺ法等の単結晶引き上げ後に切り出す基板の厚さを０．３ｍｍ以下とする場合であっても、光透過損失の許容範囲における基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度を大きくとることができる。したがって、単結晶サファイア基板の作製が容易となり、同基板を備えた光学装置、特に液晶プロジェクタ装置の低コスト化をはかることができる。
【００１３】
また、別の本発明は、サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸と直交する軸から３度以上９度以下の範囲で傾斜させる単結晶サファイア基板の作製方法としている。このため、ＥＦＧ法またはＣＺ法等の単結晶引き上げ後に切り出す基板の厚さを０．５ｍｍ以下とする場合であっても、光透過損失の許容範囲における基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度を大きくとることができる。したがって、単結晶サファイア基板の作製が容易となり、同基板を備えた光学装置、特に液晶プロジェクタ装置の低コスト化をはかることができる。
【００１４】
また、別の本発明は、サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸と直交する軸から３度以上６度以下の範囲で傾斜させる単結晶サファイア基板の作製方法としている。このため、ＥＦＧ法またはＣＺ法等の単結晶引き上げ後に切り出す基板の厚さを１．０ｍｍ以下とする場合であっても、光透過損失の許容範囲における基板の切り出しあるいは光学装置への基板のセッティングの際に生じる回転の許容ズレ角度を大きくとることができる。したがって、単結晶サファイア基板の作製が容易となり、同基板を備えた光学装置、特に液晶プロジェクタ装置の低コスト化をはかることができる。
【００１５】
また、別の本発明は、Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下である単結晶サファイア基板、Ｃ面から３度以上９度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下である単結晶サファイア基板またはＣ面から３度以上６度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく１．０ｍｍ以下である単結晶サファイア基板を光路に配置した液晶プロジェクタ装置としている。このため、サファイア基板を用いることによる放熱性の向上に加えて、製造コストの軽減と、良好な光学特性という効果が得られる液晶プロジェクタ装置を提供可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、サファイアの結晶構造を示す図である。サファイアは、六方晶系の結晶構造を持った酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。六角柱１の縦方向の中心軸はＣ軸であり、Ｃ軸と垂直方向に伸びる軸はＡ軸である。Ｃ軸に垂直な面（図１において格子模様で示す面）２は、（０００１）Ｃ面であり、Ａ軸に垂直な面（図１において斜線で示す面）３は、（１１−２０）Ａ面である。
【００１８】
図２は、単結晶サファイア基板を作製する方法を示す図である。この方法は、ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ，Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ）法と呼ばれ、チョクラルスキー（ＣＺ）法と並び、代表的な単結晶引き上げ法の一つである。以下、簡単に、ＥＦＧ法を用いた単結晶引き上げ法につき述べる。
【００１９】
ルツボ４には、溶融状態のサファイア融液５が入っており、そこに、スリット（キャピラリ）６を設けたダイ（型）７が入っている。サファイア融液５は、細い矢印で示すように、毛細管現象によりスリット６を上昇する。その上昇したサファイア融液５に種結晶８を接触させ、その種結晶８を引き上げていく。この時、サファイア融液５に接触する種結晶８の融液接触面（図２において斑点模様で示す面）８ａを、Ａ軸から角度φだけ傾斜させた面としている。本発明の単結晶サファイア基板の作製方法では、角度φをＡ軸から３〜１１度の範囲の角度としている。
【００２０】
図３は、ＥＦＧ法により作製された単結晶サファイア基板９を示す図である。今、単結晶の引き上げ方向と単結晶サファイア基板９の上下方向とは平行であるものとする。図３で示す略正方形の面は、図２における太矢印Ｘから見た方向の面であり、図３で示す縦長の長方形の面は、略長方形の面を横から見た面である。図３では、図２において太矢印Ｘから見た方向の面（引き上げ方向の面と垂直な面）を、単結晶面と称する。種結晶８の融液接触面８ａをＡ軸から角度φだけ傾斜させて引き上げると、単結晶面の法線方向は、Ｃ軸から角度φだけ傾斜した方向となる。すなわち、単結晶面は、Ｃ面から角度φだけ傾斜した面となる。この結果、単結晶面をＣ面とするように単結晶サファイア基板を作製する場合と比べて、結晶欠陥が入りにくくなる。
【００２１】
ＥＦＧ法により作製された板から、図３に示す単結晶サファイア基板９を切り出す際に、同基板９の上下方向と単結晶の引き上げ方向とを完全に平行にすることは容易ではない。このため、図３に示すように、引き上げ方向と、単結晶サファイア基板９の上下方向とに、回転ズレ角度θが生じる。単結晶面が正確なＣ面の場合には、回転ズレ角度θが生じても、Ｃ軸を中心に単結晶サファイア基板９が回転するだけなので、回転ズレ角度θの大小は問題にならない。
【００２２】
しかし、単結晶面とＣ面との間の角度φが大きくなると、回転ズレ角度θを小さくしないと、単結晶サファイア基板９を光学基板として用いたときに、光透過損失が大きくなる。光透過損失は、単結晶サファイア基板９の厚みにも依存する。このため、単結晶サファイア基板９のＣ軸に対して傾斜する角度φと許容できる回転ズレ角度θとの関係を、複数種類の厚み毎に調べる必要がある。許容できる回転ズレ角度θが大きいほど、単結晶サファイア基板９は使用容易な基板ということになる。
【００２３】
なお、単結晶引き上げ方法は、ＥＦＧ法に限定されるものではなく、ＣＺ法等の他の単結晶引き上げ法としても良い。例えば、ＣＺ法において、種結晶を回転させながらサファイアの融液を引き上げる際に、種結晶の融液接触面をＣ軸から３度以上１１度の範囲で傾斜した面とすれば、引き上げ方向の面を光学装置内の光の透過方向にすることができる。また、種結晶の融液接触面をＣ軸と直交する軸から３度以上１１度の範囲で傾斜した面とすれば、引き上げ方向の面と直交する面を光学装置内の光の透過方向にすることができる。なお、角度φは、後述のように、３度以上９度以下、３度以上６度以下の範囲とすることもできる。
【００２４】
次に、図２に示す単結晶引き上げ方法によって作製した単結晶サファイア基板９の作製条件と同基板の特性評価について、２つの実施例で説明する。
【００２５】
【実施例１】
（１）単結晶サファイアの引き上げ
単結晶の引き上げ軸をＡ軸方向から０．０〜１２．０度の範囲で変化させて、ＥＦＧ法による単結晶サファイアの育成を行った。得られたサファイアは、幅４０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ、長さ２５０ｍｍの板状単結晶である。
（２）単結晶サファイア基板の作製
上記の板状単結晶は、３５ｍｍ×３０ｍｍの角形に切断され、両面研磨に供された。その後、０．３〜１．０ｍｍの範囲にある８種類の厚さ（ｔ）の研磨サンプルが準備された。
（３）単結晶サファイア基板の評価方法
Ｃ軸の軸方位は、Ｘ線回折法により測定された。また、光透過損失は、平行ニコルの間に各単結晶サファイア基板を入れて、軸方位のズレのない各サファイア基板の出射光と、軸方位を傾斜させた各サファイア基板の出射光とを比較して求められた。
【００２６】
また、光透過損失の値０．５０％は、液晶プロジェクタ装置内の光学基板として使用する際の許容損失を考慮して設定された。以後、実施例２における光透過損失の値０．２５％も同様である。光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度は、切り出した研磨サンプルを単結晶面内で回転させて、光透過損失が０．５０％を超えるときの限界角度で表した。欠陥評価は、多結晶化したりあるいは単結晶の育成後の冷却途中において、クラックが発生したサンプル数に基づいて行われた。１０回の育成に対して５回以上の異常が見られた場合には「×」、１０回の育成に対して２回から４回の異常が見られた場合には「△」、１０回の育成に対して１回の異常が見られた場合には「○」、１０回の育成に対して異常が見られなかった場合には「◎」という評価がつけられた。
【００２７】
（４）単結晶サファイア基板の評価結果
図４は、厚さの異なる単結晶サファイア基板を複数用意し、Ｃ軸に対して傾斜する角度φ（実施例１では、単に、「角度φ」という）と、光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。また、表１は、図４に示す結果の一部と欠陥評価とを示す図である。
【００２８】
【表１】
図４に示すように、単結晶サファイア基板９の厚みが増すほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。また、角度φが大きくなるほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。許容回転ズレ角度θは、図４中の点線で示すように、単結晶サファイア基板９の切り出しや、同基板の光学装置へのセッティングの誤差を考慮し、３度としている。許容回転ズレ角度θが３度より小さくなると、実質的に使用が困難になる。図４の結果によれば、角度φが大きい単結晶サファイア基板９を使用する場合には、厚みを薄くしなければ、光透過損失の許容範囲で使用できないことがわかる。
【００３０】
また、表１に示すように、角度φが３度より小さいと、欠陥評価は、「△」または「×」となる。したがって、単結晶サファイア基板９を作製する効率（＝歩留り）の点では、角度φは、３度以上とすべきである。また、より好ましくは、欠陥評価が「◎」となるような角度φ、すなわち、５度以上とすべきである。一方、光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度θの点では、厚さ０．３ｍｍという極薄の単結晶サファイア基板９を使用した場合には、その角度φを、１１．０度以内にすれば良い。また、厚さが０．５ｍｍになると、角度φを９．０度以内に、厚さが１．０ｍｍになると角度φを６．０度以内にすれば良い。すなわち、表１の太線で囲まれた範囲が、作製効率と光学特性との両立がとれた範囲となる。
【００３１】
ただし、表１は、３種類の厚さの単結晶サファイア基板９の評価を示したものであるため、太線で囲まれた領域自体の大きさおよび形状は、本発明の保護範囲を律するものではない。もっと多くの厚さを有する単結晶サファイア基板９を用意すれば、太線で囲まれた領域の下部は、３段ではなく、もっと多くの段を有することになる。ここで重要な点は、角度φが、欠陥評価の制限から３度を下限とし、実質的に光学基板として使用される厚さの限界において、光透過損失の許容制限から１１．０度を上限としていることである。
【００３２】
このように、光学基板が使用される厚みの範囲（０．３〜１．０ｍｍ）で、作製効率と光学特性の両立をはかるためには、角度φを、３．０度以上１１．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上９．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上６．０度以内とする必要がある。なお、サファイア基板と偏光板とのセッティングに際してプラスマイナス１度のズレが生じることを考慮すれば、角度φが３．０度以上と十分大きいため、切り出し後の単結晶サファイア基板のＸ線を用いた分析をしなくても、種結晶８の融液接触面８ａの面方位のみを正確に測定しさえすれば良い。このように、角度φを大きくすると、Ｘ線使用者の被爆管理が不要となるというメリットもある。
【００３３】
次に、光透過損失を、実施例１で設定した０．５０％から０．２５％に変更した条件下で評価した結果について、説明する。
【００３４】
【実施例２】
単結晶サファイアの引き上げ条件と、単結晶サファイア基板９の作製条件は、実施例１と同一なので、その説明を省略する。
（１）単結晶サファイア基板の評価方法
Ｃ軸の軸方位、光透過損失の測定、欠陥評価については、実施例１と共通する。光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θは、切り出した研磨サンプルを単結晶面内で回転させて、光透過損失が０．２５％を超えるときの限界角度で表した。
【００３５】
（２）単結晶サファイア基板の評価結果
図５は、厚さの異なる単結晶サファイア基板９を複数用意し、Ｃ軸に対して傾斜する角度φ（以下、実施例２では、単に「角度φ」という）と、光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。また、表２は、図５に示す結果の一部および欠陥評価を示す図である。
【００３６】
【表２】
図５に示すように、単結晶サファイア基板９の厚みが増すほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。また、角度φが大きくなるほど、許容回転ズレ角度θは小さくなる。許容回転ズレ角度θは、図５中の点線で示すように、図４で説明した角度と同じ角度（３度）としている。
【００３８】
表２に示すように、角度φが３度より小さいと、欠陥評価は、「△」または「×」となるので、実施例１と同様、角度φは３度以上とすべきである。また、より好ましくは、欠陥評価が「◎」となるような角度φ、すなわち、５度以上とすべきである。一方、光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θの点では、厚さ０．３ｍｍという極薄の単結晶サファイア基板９を使用した場合には、角度φを９．０度以内にすれば良い。厚さが０．５ｍｍになると、角度φを７．０度以内に、また、厚さが１．０ｍｍになると、角度φを５．０度以内にすれば良い。すなわち、表２の太線で囲まれた範囲が、作製効率と光学特性との両立がとれた範囲となる。
【００３９】
ただし、表２は、３種類の厚さの単結晶サファイア基板９の評価を示したものであるため、太線で囲まれた領域自体の大きさおよび形状は、本発明の保護範囲を律するものではない。もっと多くの厚さを有する単結晶サファイア基板９を用意すれば、太線で囲まれた領域の下部は、３段ではなく、もっと多くの段を有することになる。ここで重要な点は、角度φは、欠陥評価の制限から３度を下限とし、実質的に光学基板として使用される厚さの限界において、実施例１の条件より厳しい光透過損失の許容制限から９．０度を上限としていることである。
【００４０】
このように、光学基板が使用される厚みの範囲（０．３〜１．０ｍｍ）で、作製効率と光学特性の両立をはかるためには、角度φを、３．０度以上９．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上７．０度以内、さらに好ましくは、３．０度以上５．０度以内とする必要がある。なお、Ｘ線を用いた分析の要否についても、実施例１と同様のメリットがある。
【００４１】
次に、本発明の単結晶サファイア基板を使用した液晶プロジェクタ装置について、説明する。
【００４２】
図６は、単一液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。この液晶プロジェクタ装置は、メタルハイドライドランプ等の光源１１と、半球状の反射鏡１２と、紫外線カット用のフィルタ１３と、集光レンズ１４と、入射側偏光板ユニット１５と、液晶パネル１６と、出射側偏光板ユニット１７と、投影レンズ１８とを備えている。入射側偏光板ユニット１５および出射側偏光板ユニット１７は、それぞれ高分子材料で構成された偏光板とその偏光板を保持する保持板とから構成される。
【００４３】
光源１１からの光は、反射鏡１２により反射されて、フィルタ１３で紫外線をカットされ、集光レンズ１４を通って、入射側偏光板ユニット１５に入射する。入射側偏光板ユニット１５の偏光板は、入射した光の内で一方向に振動する波長成分のみを通過させる。こうして入射側偏光板ユニット１５を通過した光は、液晶パネル１６を通過し、出射側偏光板ユニット１７に入る。出射側偏光板ユニット１７の偏光板も、入射した光の内で一方向に振動する波長成分のみを通過させる。出射側偏光板ユニット１７を通過した光は、投影レンズ１８により拡大されて、外部のスクリーンに画像が映される。
【００４４】
先に作製された単結晶サファイア基板９は、入射側偏光板ユニット１５を構成する保持板、出射側偏光板ユニット１６を構成する保持板、液晶パネル１６を構成するガラス板、その他の光路上にある光学基板として用いられる。この結果、サファイアの持つ高熱伝導率特性に起因して、液晶プロジェクタ装置の放熱性が高まる。特に、最近では、光源１１の高輝度化の要請により、液晶プロジェクタ装置内の蓄熱が問題視され、青板ガラス、ホウ珪酸ガラス等の汎用ガラスでは対応不能になってきている。単結晶サファイア基板９の使用によって、従来の蓄熱問題が解決する。
【００４５】
さらに、液晶プロジェクタ装置内に配置される単結晶サファイア基板９を、光透過面がＣ面より３〜１１度の範囲で傾斜した面とするように作製した基板とすることで、単結晶サファイア基板９における複屈折による影響を軽減できる。また、単結晶サファイア基板９の作製効率の向上にもつながる。すなわち、サファイア育成時に結晶欠陥が入りにくく、かつ単結晶サファイア基板９の切り出し時に起きるズレによる光透過損失も生じにくい。
【００４６】
図７は、３枚の液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。
【００４７】
この液晶プロジェクタ装置は、図７に示すように、光源２１と、半球面の反射鏡２２と、偏光変換プリズム２３と、全反射ミラー２４と、ダイクロイックミラー２５，２６，２７と、全反射ミラー２８，２９と、紫外線カットフィルタ兼偏光板３０と、ダイクロイックフィルタ兼偏光板３１，３２と、液晶パネル３３，３４，３５と、合成プリズム３６と、投射レンズ３７とを備えている。
【００４８】
ダイクロイックミラー２５は、入射光の青色成分のみを反射し、その他成分を透過するミラーである。ダイクロイックミラー２６は、入射光の緑色成分のみを反射し、その他成分を透過するミラーである。ダイクロイックミラー２７は、入射光の赤色成分のみを反射し、赤外線を透過するミラーである。
【００４９】
光源２１からの光は、反射鏡２２で反射され、偏光変換プリズム２３にて偏光される。偏光変換プリズム２３を通った偏光は、全反射ミラー２４にて反射される。ダイクロイックミラー２５に入射した光の内、青色成分の光のみがダイクロイックミラー２５で反射し、他の成分の光は、ダイクロイックミラー２５を透過する。ダイクロイックミラー２５を透過した光の内、緑色成分の光のみは、ダイクロイックミラー２６にて反射し、他の成分の光は、ダイクロイックミラー２６を透過する。ダイクロイックミラー２６を透過した光の内、赤色成分の光のみは、ダイクロイックミラー２７にて反射し、赤外線は、ダイクロイックミラー２７を透過する。
【００５０】
青色成分の光は全反射ミラー２８で反射され、紫外線カットフィルタ兼偏光板３０を通る。緑色成分の光はダイクロイックフィルタ兼偏光板３１を通る。赤色成分の光は全反射ミラー２９で反射され、ダイクロイックフィルタ兼偏光板３２を通る。紫外線カットフィルタ兼偏光板３０、ダイクロイックフィルタ兼偏光板３１およびダイクロイックフィルタ兼偏光板３２を通ったＢ、ＧおよびＲの各成分の光は、各液晶パネル３３，３４，３５を通る。その後、各液晶パネル３３，３４，３５を通った光は、合成プリズム３６にて合成され、投射レンズ３７により拡大されて、外部のスクリーンに画像が映される。
【００５１】
先に作製された単結晶サファイア基板９は、３枚の液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置内の光路上に配置される光学基板に用いられる。この結果、サファイアの持つ高熱伝導率特性に起因して、液晶プロジェクタ装置の放熱性が高まる。また、液晶プロジェクタ装置内に配置される単結晶サファイア基板９を、光透過面がＣ面より３〜１１度の範囲で傾斜した面とするように作製した基板とすることで、単結晶サファイア基板９における複屈折による影響を軽減できる。また、単結晶サファイア基板９の作製効率の向上にもつながる。すなわち、サファイア育成時に欠陥が入りにくく、かつ単結晶サファイア基板９の切り出し時に起きるズレによる透過損失も生じにくい。
【００５２】
このように、図６および図７に基づいて説明した液晶プロジェクタ装置は、単結晶サファイア基板９の作製コストの低減に伴う装置のコストダウンと、光透過損失の低減との両立を図る目的で提供可能である。
【００５３】
以上のように、本発明の単結晶サファイア基板９およびその作製方法の好適な実施の形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変形を施した実施の形態を採用することができる。例えば、ダイ７のスリット６の形状を変え、単結晶サファイアの断面形状を長方形以外の形状としても良い。また、欠陥評価は、単結晶の育成後の冷却途中におけるクラックの発生のみ、あるいは多結晶化におけるクラックの発生のみの評価であっても良い。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、光透過特性と高い育成効率の両立を実現する単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびに液晶プロジェクタ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サファイアの結晶構造を示す図である。
【図２】本発明の単結晶サファイア基板を作製する方法の一例（ＥＦＧ法）を示す図である。
【図３】図２に示すＥＦＧ法により作製された単結晶サファイア基板を示す図である。
【図４】本発明の実施例１において、厚さの異なる単結晶サファイア基板を複数用意し、角度φと、光透過損失０．５０％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。
【図５】本発明の実施例２において、厚さの異なる単結晶サファイア基板を複数用意し、角度φと、光透過損失０．２５％に対する許容回転ズレ角度θとの関係をプロットした図である。
【図６】本発明の単結晶サファイア基板を配置する、単一液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明の単結晶サファイア基板を配置する、３枚の液晶パネルを備えた液晶プロジェクタ装置の内部構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
８ 種結晶
８ａ 融液接触面
９ 単結晶サファイア基板
Claims (7)
- Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ上記基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下であることを特徴とする単結晶サファイア基板。
- Ｃ面から３度以上９度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ上記基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下であることを特徴とする単結晶サファイア基板。
- Ｃ面から３度以上６度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ上記基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく１．０ｍｍ以下であることを特徴とする単結晶サファイア基板。
- サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、
上記種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸あるいはＣ軸と直交する軸から３度以上１１度以下の範囲で傾斜させていることを特徴とする単結晶サファイア基板の作製方法。 - サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、
上記種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸あるいはＣ軸と直交する軸から３度以上９度以下の範囲で傾斜させていることを特徴とする単結晶サファイア基板の作製方法。 - サファイアの融液に種結晶を接触させて引き上げる単結晶引き上げ工程を含む単結晶サファイア基板の作製方法であって、
上記種結晶の融液接触面を、サファイアのＣ軸あるいはＣ軸と直交する軸から３度以上６度以下の範囲で傾斜させていることを特徴とする単結晶サファイア基板の作製方法。 - Ｃ面から３度以上１１度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ上記基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．３ｍｍ以下である単結晶サファイア基板、Ｃ面から３度以上９度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ上記基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下である単結晶サファイア基板またはＣ面から３度以上６度以下の範囲で傾斜した基板面を持ち、かつ上記基板面と直角方向の厚さが０．０ｍｍより大きく１．０ｍｍ以下である単結晶サファイア基板を光路に配置したことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
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