[发明专利]可见光用玻璃偏振器

说明书

技术领域

本发明涉及针对可见光区域的光具有可以工业上利用的偏振特性的玻璃偏振器。特别涉及可以用作投射型液晶显示装置用的偏振器的、具有优良的耐热性以及耐光性的可见光用玻璃偏振器。

背景技术

近年来，作为显示大型画面的影像显示装置，广泛利用投射型液晶显示装置。背投射型液晶显示装置主要被用作大型电视机，前投射型液晶显示装置主要被用作个人电脑数据的显示。投射型液晶显示装置具有利用投射光学系统将小的液晶元件上的图像放大投影到大画面上的结构。例如在非专利文献1(大画面显示器)中示出的技术性的详细说明。

图1示出代表性的投射型液晶显示装置的结构图。光源4的光由光学部件5～16分离成蓝(B)、绿(G)以及红(R)的成分，并被分别导入对应的液晶元件2B、2G以及2R。各液晶显示元件2R、2G以及2B在入射侧具备入射侧偏振器1R、1G以及1B，在射出侧具备射出侧偏振器3R、3G以及3B。与红、绿以及蓝对应的、由入射侧偏振器以及射出侧偏振器构成的一组偏振器具有使通过了液晶元件的规定的偏振方向的光选择性地通过的功能。根据该功能，通过了液晶元件2R、2G以及2B的三原色的光成为被光强度调制的图像信号。这些三原色光在合成棱镜17中被进一步进行光合成，进而通过放大投射透镜系统18投影到屏幕19上。

偏振元件中要求的偏振特性是指，具有使具有希望的偏振面的光信号透射，而阻止具有与其正交的偏振面的无用光信号的性质。即，是指具有针对具有希望的偏振面的光呈现大的透射率，而针对具有与其正交的偏振面的光呈现小的透射率的特性。

这些透射率之比被称为消光比，由本领域技术人员广泛用作表现偏振元件的性能的性能指标。如果利用该指标，则投射型液晶显示装置中应用的偏振元件所要求的性能就表现为对光信号具有大的透射率和大的消光比。工业上可以利用的偏振器优选针对所使用的波长的光具有大于等于70％的透射率和10∶1、更优选为3000∶1的消光比(专利文献1)。

社会上对投射型液晶显示装置的要求在于，通过更小型的装置来实现更大且更清晰的图像。为了实现该要求，应用更大光量的光源以及利用更小面积的液晶元件成为最近的技术趋势。其结果，不仅是液晶元件，而且对设置在其前后的偏振器也导入能量密度高的光。对于具有吸收无用光的功能的偏振器来说，特别要求具有高的耐热性和耐光性。

在偏振器中，按照其原理，有依赖于偏振面而选择性地吸收光的二向色性偏振器以及非二向色性偏振器(Brewster型偏振器等)(参照专利文献2)。二向色性偏振器由于元件薄且不需要吸收无用光的特别的装置，所以特别适用于要求小型化的投射型液晶显示装置。

当前，实现在可见光区域中实用的光学性能的二向色性偏振元件仅有包含有机材料的偏振膜。但是，有机树脂制的偏振器具有耐热性低这样的决定性缺点(参照专利文献1)。

为了克服该缺点，通过将有机树脂制的偏振膜粘贴在热传导率高的蓝宝石基板上来使用(专利文献3)。但是，与热传导率优良的蓝宝石粘在一起的偏振器也无法满足近年来的高亮度化的技术性要求、即无法满足防止由于亮度最高的绿区域中的偏振元件吸收光及发热而导致偏振功能劣化这样的要求，为了保护有机树脂膜免受热影响而在投射型液晶显示装置中设置包括冷却用风扇的冷却装置。冷却装置不仅违背小型化这样的社会性需求，而且还出现噪音这样的其他问题。

作为解决该技术课题的方法，提出了应用适用于光通信用的元件的偏振玻璃的想法(专利文献1)。但是，由于在光通信中使用的光波长是远红外区域而与可见光显著不同，所以无法直接将光通信用的玻璃偏振器的技术应用于控制可见光的光的投射型液晶显示装置。在专利文献1公开的发明中，未公开用于对玻璃偏振元件赋予针对可见光区域的光有效的特性的技术，所以仅利用该发明，难以实现使用玻璃偏振器的投射型液晶显示装置。

在这里，对偏振玻璃的技术背景进行简单说明。偏振玻璃的特征在于，在光学透明的玻璃基体中包括取向分散的拥有形状各向异性的金属微粒子，其中利用存在于金属微粒子表面上的表面等离子体(surface plasmon)的各向异性的共振吸收现象来实现偏振特性(参照专利文献4、非专利文献2)。

在图2中示出由专利文献4引用的金属微粒子的表面等离子体共振吸收特性。图2的图形A对应于利用球状的金属微粒子实现的表面等离子体共振吸收。另一方面，根据入射光的偏振面与具有形状各向异性的金属微粒子的相互关系，呈棒状延伸的拥有形状各向异性的金属微粒子的共振吸收呈现不同的特性。