JP3398654B2

JP3398654B2 - 液晶プロジェクタ装置とその製造方法

Info

Publication number: JP3398654B2
Application number: JP2000255913A
Authority: JP
Inventors: 修服部; 正杉山; 昭一佐藤; るり子中村; 金良佐々木
Original assignee: セイコーインスツルメンツ株式会社
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2003-04-21
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: JP2002072161A

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶等を用いて光
変調を行う光変調装置や変調された光を合成して投写表
示をする液晶プロジェクタ装置に関するものであり、特
に、高輝度化と小型化を図る為に光学系内部で発生する
熱を効率よく外部に逃がす技術分野に属する。

【従来の技術】サファイヤは波長１６０nmの紫外線から
波長６μｍの赤外線までと広い電磁波の通過帯域を持
ち、且つ熱伝導率も４２．０(W/m・k)と石英ガラスの
１．２(W/m・k)に対して高く、その為に光を通して熱を
遮蔽する素材として知られていた。また、ビッカ−ス高
度がＨｖ２２００以上であり、石英ガラスのＨｖ９００
に対して２倍以上と硬い。更にヤング率も４．７ｘ１０
⁻⁵Ｍｐａと石英ガラスの７．２ｘ１０^-4Ｍｐａの約２
０分の１であることから曲げに対しても強い。近年、サ
ファイヤの高光透過性と高熱伝導性が注目されており、
従来の液晶プロジェクタ装置においては、偏光板にサフ
ァイヤ板を貼ったものを用いて、液晶プロジェクタ装置
内で偏光板によって、一部の光が遮蔽され発生する熱を
逃がしていた。

【発明が解決しようとする課題】液晶プロジェクタ装置
では、偏光板が一部の光を遮る事で、光エネルギーが変
化することにより発生した熱をサファイヤ板から支持台
へ、更に筐体へと迅速に逃がす必要がある。この為にサ
ファイヤ板と支持台との間にの熱伝導率を高めて、液晶
周辺の温度を低く保たなければならない。しかし、従来
の液晶プロジェクタ装置ではサファイヤ板とその支持台
の接合は、アクリル系の紫外線凝固型接着剤等の有機接
着剤を使用していた。有機接着剤はサファイヤ結晶と比
べて放熱性が悪いので、サファイヤ板を伝わって来た熱
を充分外部に逃がす事が難しという問題があった。この
問題に対して接着性の無いゲル状物質を用いて熱を逃が
す試みもされているが、民生品用としての信頼性の点で
まだ未知数である。従って、化学的や物理的に安定で且
つ高熱伝導率を持つ物質を用いての放熱構造が望まれ
る。また、過去にモリブデン・マンガンによるメタライ
ズ法が提唱されていた。しかし、温度条件を加味した加
工手法や加工条件が示されておらず、提唱された手法で
は、具現化することもできていない。

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶プロジ
ェクタ装置は、偏光板に貼り付けて前記偏光板に加える
熱を放熱するサファイヤ板と、前記サファイヤ板を融着
して前記サファイヤ板を固定するサファイヤ板支持台
と、を有する液晶プロジェクタ装置である。サファイヤ
板を融着してサファイヤ板支持台に固定することにより
サファイヤ板とサファイヤ板支持台と熱伝導性を高める
ことができ、サファイヤ板からサファイヤ板支持台へ素
早く伝熱することができる。本発明に係る液晶プロジェ
クタ装置は、前記サファイヤ板を融着する融着部分に
は、接合台座金属が蒸着されている液晶プロジェクタ装
置である。接合台座金属が融着部分に蒸着されているこ
とにより、融着する温度を自由に制御することができ、
液晶プロジェクタ装置の使用環境に合わせて、融着する
ことができる。本発明に係る液晶プロジェクタ装置は、
前記サファイヤ板の前記融着部分が擦りガラス状である
液晶プロジェクタ装置である。融着部分を擦りガラス状
にすることで放熱効果を高めることができる。また、接
合台座金属の蒸着強度を高めることができる。本発明に
係る液晶プロジェクタ装置の製造方法は、サファイヤ板
を擦りガラス状に加工するためにドライホーニングする
加工と、前記擦りガラス状に加工された接合台座金属を
蒸着したサファイヤ板をサファイヤ板支持台に融着する
融着工程と、からなる液晶プロジェクタ装置の製造方法
である。これにより、擦りガラス状にすることで、接合
台座金属を強固に蒸着させることができ、さらに、サフ
ァイヤ板とサファイヤ板支持台間の放熱効果を高めるこ
とができる。

【発明の実施の形態】本発明は両面鏡面に加工されたサ
ファイヤ板の周辺にドライホーニング法を用いて周辺を
磨りガラス状に加工する工程と、磨りガラス状になった
部分にクロム、ニッケル、金の順番で接合用台座金属を
付着せる工程と、接合用台座金属が付着した部分に高熱
伝導性物質で作られて支持台を低融点金属で融着する工
程と、支持台を融着したサファイヤ板表面に偏光板を貼
る工程と、偏光板を貼ったサファイヤ部品を液晶プロジ
ェクタに組み込む工程からなる。

【実施例】実施例について図面を参照して説明する。図
１は、本発明に係る液晶プロジェクタ装置に係る加工工
程を表したものである。この発明に於いて、先ずは両面
を鏡面状態に研磨したサファイヤ板１０を用意する（行
程１００）。サファイヤ板の辺の長さは使用する液晶の
大きさに因って異なるが、０．７インチ、０．９イン
チ、１．３インチ、１．８インチの４種類に大別され
る。サファイヤ板の厚みは光透過率からみれば薄いほう
が高輝度化が計れるが、物理的強度を考慮して０．９イ
ンチ以下は０．５mm、１．３インチ以上は０．７mmを一
般的に使用する。また、サファイヤ板表面の結晶方位は
光透過率を考慮してＡ面［１１−２０］が使われるが、
Ｃ軸の方向をサファイヤ板の各エッジに対して４５度と
して、その方位精度は±１度が一般的である。更に光変
調した像を拡大投写したときに合成像に歪みが生じるの
を防ぐ為にサファイヤ板の加工精度は平面度及び平行度
共に５μｍ以下とするのが好ましい。用意されたサファ
イヤ板の全面に保護膜用塗料１１を塗布する（工程１０
１）。保護膜用塗料１１は次工程で行われるサファイヤ
板の接着の際、サファイヤ板を傷から守る保護膜とな
り、同時に露光する工程での裏面反射光が迷光となって
目的以外の場所を露光する事を防ぐ目的がある。このた
め、保護用塗料１１の色は黒が好ましい。次に、保護用
塗料１１を全面に塗布したサファイヤ板１０を加工用治
具板１２に固定用接着剤１８を用いて貼る（工程１０
２）。この状態を図２に示す。図２は加工用治具板１２
の構造を示し図である。裏蓋１７は、加工用治具板１２
にねじなどで固定する。裏蓋１７は蒸着機内で真空引き
がされた時に保護膜用塗料１１や固定用接着剤１８から
出るアウトガスを押さえる目的を持つからである。固定
用接着剤１８は、後工程（工程１０９）にてサファイヤ
板１０を加工治具板１２から剥がすことから、常温で作
業できるように、常温で有機系溶剤に溶ける接着剤が好
ましい。加工用治具板１２は図２に示す様に、接着剤を
剥がす際に有機溶剤が染み込み易いくするために、裏面
が穴加工される。なお、サファイヤ板１０とリソグラフ
ィー用マスク１４または蒸着用マスクとの位置出し用に
浅い穴が彫り込まれた形状が好ましい。次に、サファイ
ヤ板１０が接着された加工用金属板１２上面全面に、フ
ィルム状のフォトレジスト１３を塗り（工程１０３）、
磨りガラス状にする部分を穴明け加工したリソグラフィ
ー用マスク１４を用いて露光し（工程１０４）、露光さ
れたフォトレジストを洗い流す（工程１０５）。図３は
露光状態を示す状態図である。ここで使用するフィルム
状のフォトレジストは、厚みは５０μm 〜１００μmが
好ましい。これは、次工程のドライホーニングは物理的
エッチングであることから、通常のフォトレジストで使
用される数μmでは、ドライホーニング中にフォトレジ
ストが削れてしまうからである。また、ドライホーニン
グに使用する粒子は、その粒子密度にばらつきがある為
に、フォトレジストはホーニングに耐えられるある程度
の厚みが必要となる。一方、あまり厚すぎると、フォト
レジストを剥がすのに時間を要してしまうことになる。
次に露光工程を終了したサファイヤ板上をドライホーニ
ング加工する（工程１０６）。ドライホーニング用メデ
ィア及び条件を表１に示す。

【表１】図４はドライホーニング装置内での状態とサファイヤ板
１０の周辺が加工される様子を示す。サファイヤ板１０
の側面側部分には、あらかじめ保護膜塗料１１を塗布し
ておく。これは、メディアが、加工治具板１２に塗布さ
れたフィルム状のフォトレジスト１３に当たって跳ね返
って来ることで、サファイヤ板１０の側面の保護膜塗料
１１が剥がれた状態になり、保護膜塗料１１が剥がれた
部分はサファイヤが露出する。メデイアはサファイヤの
理出した部分に当たり、メディアが当たった部分のサフ
ァイヤ板１０は磨りガラス状にエッチングされる。ドラ
イホーニング終了後、圧搾空気で表面のメディアを飛ば
し、剥離剤を用いフォトレジストを剥離し、更にアルコ
ール中で超音波洗浄を５分行い、冷風乾燥する（工程１
０７）。洗浄用アルコールは、早く乾燥し、かつ、乾燥
後にしみなどを残しにくいもの、例えばＩＰＡかエタノ
ールなどが好ましい。次にホーニング加工を終えたサフ
ァイヤ板１１に、蒸着用マスク１５を固定した後、蒸着
機１６に入れ、クロム、ニッケル、金の順番に接合用台
座金属１９を蒸着していく（工程１０８）。表２は接合
用台座金属の蒸着条件を示す。

【表２】なお、熱伝導率の単位はＣａｌ・Ｃｍ^-1・Ｓ^-1・ｄｅｇ
^-1である。金はニッケル表面が酸化され、表面に酸化皮
膜が出来ると、酸化皮膜が熱伝導率を下げ、低融点金属
２０との融合を妨害するので、ニッケルの酸化防止膜と
して付着させる。このため、金は極力薄く付けるほうが
良い。薄く付けると、製造費を低減することもできる。
工程１０６に於いて、サファイヤ板１０の側面の保護用
塗料１１が剥がれているために、蒸着金属の回り込みに
よりサファイヤ板１０の側面一部に接合用台座金属１９
が蒸着される。図５（ａ）はサファイヤ板１０と蒸着用
マスク１５の位置関係を示し、図５（ｂ）は接合用台座
金属３種を蒸着し終わった状態を示す状態図である。リ
ソグラフィー用マスク１４と蒸着用マスク１５は兼用可
能である。なお、工程１０１から工程１０７を用いず、
蒸着用マスク１５をサファイヤ板１０に直接被せてドラ
イホーニング加工を行った場合は磨りガラス加工を行わ
ない場所にまでメディアが回り込み、また蒸着用マスク
１５がエッチングされて形状が変わり、蒸着用マスク１
５として用をなさなくなることがある。次に蒸着用マス
ク１５と裏蓋１７を外して、接着剤剥離用有機溶剤の中
にいれ、接着剤、続いて保護用塗料１１を剥がす（工程
１０９）。接着剤剥離用有機溶剤にはアセトンを使用す
る。図６は加工用治具から外された状態のサファイヤ板
１０を示す。接合用台座金属１９は、リソグラフィー用
マスク１４で露光したサファイヤ板１０の上面と、加工
治具板１２から露出していたサファイヤ板１０の側面に
も付着する。サファイヤ板の裏面反射を押さえ、裏面反
射による迷光を防ぐ目的でサファイヤ板１０の一面に無
反射コーティングを行う（工程１１０）。無反射コーテ
ィングはシングルレイヤーコートとマルチレイヤーコー
トに大別される。液晶プロジェクタ装置２２では光の三
原色（赤、青、緑）を原色ごとに光変調を行い、光変調
後に変調光合成が行われるので波長帯域に合わせたシン
グルレイヤーコートで充分であるが、無反射コートは透
明で判定が付きにくい為、誤用を防ぐ目的でマルチレイ
ヤーコートが一般的に使用される。また、コートのレー
ヤー数は３層、反射率は１．５％以下が一般的である。
次にサファイヤ板１０との接合部分以外を黒地に艶消し
た支持台２１にサファイヤ板を低融点金属２０で融着す
る（工程１１１）。支持台２１の材質には熱伝導率の高
い金属、例えば、純銅か銅の合金が好ましい。液晶プロ
ジェクタ装置２２の使用条件を最高外気温度が摂氏４０
度、一般的なＴＦＴ液晶の動作保証温度上限を摂氏７０
度とすると、支持台２１の材質が純銅か銅合金の場合、
低融点金属２０は半田が好ましい。一般的に錫含有率５
０％の半田の溶融温度は摂氏１５０度であり、摂氏７０
度以下であれば溶融によるサファイヤ板の脱落や半田自
体の劣化で起こる不具合は防止できる。これを図７
（ａ）で説明すると、サファイヤ板支持台２１には、２
段付きの貫通穴をあける。貫通穴の１つの外形は、サフ
ァイヤ板１０の外形に合わせ、もう一方の外形は、サフ
ァイヤ板１０の上面に接合用台座金属１９を付着する部
分のうちの内周を外形とする。そして、サファイヤ板１
０の上面と側面に付着している接合用台座金属１９が、
工程１１１により融着することで、サファイヤ板の支持
台２１とサファイヤ板１０が固定される。次に支持台２
１に融着されたサファイヤ板の上に偏光板２３を貼る
（工程１１２）。この状態を図７（ａ）に示す。このと
き、偏光板２３の偏波面とサファイヤ板１０のＣ軸が同
じ向きで、通過光量が最大になるように貼る。次にサフ
ァイヤ板の支持台２１を外部の放熱板２４または放熱構
造を持つ筐体を取り付ける（工程１１３）。この状態を
図７（ｂ）に示す。放熱板２４は放熱性の良い材料、例
えばアルミダイキャスト製を使用する。また、一般的に
広い放熱表面積を得る為、多くの突起を持たせるのが良
い。放熱板２４の形状は、放熱性を有していれば、これ
らの材料や形状でなくても良い。放熱構造を持つ筐体と
は、一般的に筐体全体に熱伝導性の高い素材を用い、放
熱面積を得る為の工夫を筐体全体に施した筐体を言う。
図８は、液晶２６を用いた光変調光学系を示す構造図
で、液晶プロジェクタ装置２２内での偏光板２３と光変
調用液晶２６の位置関係を示している。光源から発せら
れた光は光の３原色に分光された後、入射側の偏光板２
３を通過する時に特定の偏波面を持つ光のみ通過してそ
の他の光は熱へとエネルギー変換される。この熱は、サ
ファイヤ板１０からサファイヤ板の支持台２１に伝わっ
て、放熱板２４から放熱される。つまり、偏波面の揃っ
た光が液晶２６に到達する。液晶２６によって光変調さ
れた光は出射側の偏光板２３を通って、光変調された時
に発生した偏波面の異なる光を遮蔽して、偏波面の揃っ
た変調光が出射される。出射側の偏光板２３で遮蔽され
た光も熱となり、サファイヤ板１０からサファイヤ板の
支持台を伝わって、放熱板２４より放熱される。図８で
示す光学系は光の３原色に対応し、同一構造を３系統持
つ。偏光板２３で発生した熱が効率よく放熱板２４に伝
わる工夫がされている。また、クーリングファンによる
強制空冷は空気の流れで放熱する冷却方法であるが、こ
の時、本発明を併用すると小型のクーリングファンです
むことになる。従って、強制空冷に起因する騒音を押さ
えることが可能となる。

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載さるような効果を奏でる。サファイ
ヤ板を融着してサファイヤ板の支持台に固定することに
より、サファイヤ板とサファイヤ板の支持台と熱伝導性
を高めることができ、サファイヤ板からの熱をサファイ
ヤ板の支持台へ素速く伝熱することができる。また、量
産時の信頼性を高めることができる。接合台座金属が融
着部分に蒸着されていることにより、金属を使ってサフ
ァイヤ板を金属性のサファイヤ板の支持台に融着でき
る。接合台座金属を蒸着する部分を擦りガラス状にする
ことで放熱効果を高めることができる。また、接合部の
付着強度を高め、機械的に強度な構造にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶プロジェクタ装置の加工工程図である。

【図２】加工用治具板の構造図である。

【図３】露光状態を示す状態図である。

【図４】ドライホーニング加工例を示す模式図である。

【図５】蒸着加工状態を示す状態図であり、図５（ａ）
は蒸着用マスクと加工物との位置関係を示す状態図であ
り、図５（ｂ）は蒸着終了後に接合用台座金属の付着位
置を示す状態図である。

【図６】蒸着加工を終えた加工物の状態図であり、詳細
には、図６（ａ）は側面図であり、図６（ｂ）は正面図
である。

【図７】サファイヤ板の支持台にサファイヤ板を融着し
た状態を示す構造図であり、図７（ａ）は支持台とサフ
ァイヤ板の位置関係を示す拡大図であり、図７（ｂ）
は、放熱板を含めた構造図である。

【図８】光変調部分の構成図である。

【記号の説明】

１０サファイヤ板１１保護膜用塗料１２加工用治具板１３フィルム状のフォトレジスト１４リソグラフィー用マスク１５蒸着用マスク１６蒸着機１７加工用金属板の裏蓋１８固定用接着剤１９接合用台座金属２０低融点金属２１サファイヤ板の支持台２２液晶プロジェクタ装置２３偏光板２４放熱板２５無反射コーティング２６液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村るり子東京都江東区亀戸６丁目41番６号盛岡セイコー工業株式会社内 (72)発明者佐々木金良東京都江東区亀戸６丁目41番６号盛岡セイコー工業株式会社内 (56)参考文献特開平６−337292（ＪＰ，Ａ) 特開2000−314809（ＪＰ，Ａ) 特開2001−42424（ＪＰ，Ａ) 特開2001−215491（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 505 G02B 5/30 G02F 1/1335 510 G03B 21/00 G03B 21/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光板に貼り付けて前記偏光板に加わる
熱を放熱するサファイヤ結晶と、前記サファイヤ結晶を融着して前記サファイヤ板を固定
するサファイヤ結晶支持台と、を有する液晶プロジェクタ装置。
【請求項２】前記サファイヤ結晶と融着する融着部分
には、接合台座金属が蒸着されている請求項１記載の
液晶プロジェクタ装置。
【請求項３】前記サファイヤ板の前記融着部分が擦り
ガラス状である請求項１または請求項２記載の液晶プロ
ジェクタ装置。
【請求項４】サファイヤ結晶を擦りガラス状に加工す
るためにドライホーニングする工程と、前記擦りガラス状に加工された部分に接合台座金属を蒸
着する工程と、前記接合用台座金属を蒸着した前記サファイヤ結晶をサ
ファイヤ結晶支持台に融着する融着工程と、からなる液晶プロジェクタ装置の製造方法。