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      透明多晶尖晶石襯底、制造所述襯底的方法以及使用所述襯底的光學(xué)制品的制作方法

      文檔序號(hào):1958047閱讀:211來源:國(guó)知局
      專利名稱:透明多晶尖晶石襯底、制造所述襯底的方法以及使用所述襯底的光學(xué)制品的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及透明多晶尖晶石襯底及其制造方法,特別地,本發(fā)明涉及用于液晶投 影儀和背投電視接收機(jī)的透明襯底及用于光學(xué)用途的其它透明多晶尖晶石襯底,以及其制 造方法。本發(fā)明還涉及使用所述透明多晶尖晶石襯底的液晶投影儀和背投電視接收機(jī)。
      背景技術(shù)
      在過去幾年中,液晶投影儀和背投電視接收機(jī)已經(jīng)可商購獲得。在這些產(chǎn)品中,將 液晶屏幕的正面和背面制成透明的,充當(dāng)液晶面板的一面暴露在光下,且通過透鏡等來調(diào) 節(jié)透過的光。用于保護(hù)這些種類的液晶投影儀等的液晶屏幕的透明襯底,不但需要保護(hù)液 晶屏幕免受塵土或空氣影響,而且需要提供熱保護(hù)以免受相鄰光源影響,從而釋放因升溫 帶來的熱,同時(shí)伴有因源自光源的光而在液晶屏幕內(nèi)產(chǎn)生的吸熱現(xiàn)象等。在專利文獻(xiàn)1 3以及其它地方公開了透明多晶尖晶石襯底,作為具有優(yōu)異透光 特性的透明襯底。所述透明多晶尖晶石襯底具有優(yōu)異的透過性,吸收源自前述光源的少量 光引發(fā)的熱,并能夠釋放和分散液晶的升溫的熱,因此適用作液晶投影儀等中的透明襯底。專利文獻(xiàn)1 特公平6-72045號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2006-273679號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特表平4-502748號(hào)公報(bào)

      發(fā)明內(nèi)容
      技術(shù)問題然而,當(dāng)使用這些透明多晶尖晶石襯底制造液晶投影儀和其它光學(xué)制品時(shí),有時(shí) 會(huì)發(fā)生圖像模糊和明暗變化,并且在獲得具有穩(wěn)定特性的產(chǎn)品時(shí)會(huì)遇到問題。因此,本發(fā)明旨在提供一種透明多晶尖晶石襯底,其中在將所述襯底用作光學(xué)制 品時(shí)不會(huì)發(fā)生圖像模糊和明暗變化。本發(fā)明還旨在提供一種制造這種透明多晶尖晶石襯底 的方法。本發(fā)明進(jìn)一步旨在提供使用這種透明多晶尖晶石襯底的液晶投影儀和背投電視接 收機(jī)。解決問題的手段本發(fā)明人對(duì)使用前述常規(guī)透明多晶尖晶石襯底的液晶投影儀中圖像模糊和明暗 變化的原因進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果,他們發(fā)現(xiàn),盡管常規(guī)看法是尖晶石材料(MgC^nAl2O3;!! =1 3)因其立方晶體結(jié)構(gòu)而不具有晶體學(xué)方面的偏光性能,但實(shí)際上發(fā)生了少量散射。本發(fā)明人對(duì)產(chǎn)生輕微偏光性能的原因進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),常規(guī)透明多晶尖晶 石襯底的制造方法以及密度不均勻等產(chǎn)生了具有非常小空隙的微觀組織,這種微觀組織引 起了所產(chǎn)生的前述少量散射。根據(jù)前述研究結(jié)果,為了精確地確定散射特性的變化,本發(fā)明人進(jìn)行了進(jìn)一步研 究。他們發(fā)現(xiàn),通過使用作為襯底的燒結(jié)體或尖晶石成形體在正交尼科耳系統(tǒng)(crossedNicol system)中的透過率作為指數(shù),能夠精確地確定散射特性的變化。此外,發(fā)現(xiàn)了在能 夠提供透明多晶尖晶石襯底的正交尼科耳系統(tǒng)中的特定透過率,本發(fā)明人研究出本發(fā)明, 所述透明多晶尖晶石襯底在用作光學(xué)制品時(shí)不會(huì)產(chǎn)生圖像模糊或明暗變化。下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)方面。本發(fā)明的第一方面為透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,在Imm厚度和450nm波長(zhǎng) 下在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率為0. 005%以下。在確定上述正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率時(shí),首先將檢測(cè)器附近偏光板的透過軸設(shè) 置成與光源附近的偏光板呈90° (即正交),從光源發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)的光,計(jì)算透過率,并且 其值假定為空白值,如圖1(a)中所示。隨后,將待測(cè)量的試樣插入在兩個(gè)偏光板之間,如圖 1(b)中所示,以相同方式發(fā)射光,并將所述試樣值與空白值之差定義為正交尼科耳系統(tǒng)中 的透過率。為了獲得能夠用于投影儀中的適當(dāng)正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率,本發(fā)明人具體地 進(jìn)行了研究。結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在Imm厚度和450rm波長(zhǎng)下,在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率能夠達(dá) 到0. 005%以下。具體地,由于在本發(fā)明的第一方面中,在Imm厚度和450rm波長(zhǎng)下,在正交尼科耳 系統(tǒng)中的透過率為0. 005%以下,因此可以提供一種透明多晶尖晶石襯底,所述襯底在用作 光學(xué)制品時(shí)基本不會(huì)發(fā)生圖像模糊或明暗變化。還可以提供一種透明襯底,所述襯底具有優(yōu)異的透過性和比可偏光藍(lán)寶石更好的 偏光性能。本發(fā)明的第二方面為如第一方面所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在于密度為 3. 58g/cm3 以上。由于在第二方面的發(fā)明中密度為3. 58g/cm3以上,因此在Imm厚度和450nm波長(zhǎng) 下,在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率為0. 005%以下。具體地,透明多晶尖晶石襯底的密度3. 58g/cm3與99. 5以上的理論密度比(相對(duì) 于真實(shí)密度3. 6的百分比)相對(duì)應(yīng)。在第二方面的發(fā)明中,由于將理論密度比設(shè)定為高于常規(guī)產(chǎn)品中99. 3%的理論密 度比,因此非常小的空隙極少而達(dá)到基本上不存在于透明多晶尖晶石襯底中的程度,且所 存在的空隙極小,由于此原因,對(duì)散射特性基本無影響。因此,可以提供一種良好的透明多 晶尖晶石襯底而無散射。高理論密度比還能夠提高透過率,使得可以在第二方面的發(fā)明中提供一種透明多 晶尖晶石襯底,所述襯底具有優(yōu)異的透過性且不會(huì)發(fā)生圖像模糊或明暗變化。本發(fā)明的第三方面為如第一或第二方面所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在 于,在Imm厚度下在450nm波長(zhǎng)下的透過率為82%以上。由于在第三方面的發(fā)明中,在Imm厚度下在450nm波長(zhǎng)下的透過率為82 %以上,因 此可以提供具有優(yōu)異透過性的前述透明多晶尖晶石襯底。本發(fā)明的第四方面為如第一至第三方面任一項(xiàng)所述的透明多晶尖晶石襯底,其 特征在于,至少一側(cè)具有抗反射涂層,且在Imm厚度下,在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率為 0. 005% 以下。由于在第四方面的發(fā)明中,與設(shè)置至一側(cè)的抗反射涂層一體化的所述透明多晶尖晶石襯底在Imm厚度下在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率為0. 005%以下,因此可以提供一種 具有更好直線透過性的透明多晶尖晶石襯底。優(yōu)選將MgF2、YF3、LaF3、CeF3、BaF2或另一種金屬氟化物用于所述抗反射涂層。具 有Si02、Ti02、A1203、Y2O3> Ta2O5, ZrO2和其它金屬氧化物的多層也是可以的。能夠?qū)⑽锢須庀嗟矸e法用作提供抗反射涂層的手段;具體實(shí)例包括濺射法、離子 鍍法和真空淀積法。請(qǐng)發(fā)明的第五方面為如第四方面所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,在Imm 厚度下,在450nm波長(zhǎng)下的透過率為91 %以上。由于在第五方面的發(fā)明中,在Imm厚度下,在450nm波長(zhǎng)下的透過率為91 %以上, 所以可以提供具有優(yōu)異散射特性以及優(yōu)異透過性的上述透明多晶尖晶石襯底。在第五方面的發(fā)明中,透明多晶尖晶石襯底目標(biāo)為如第四方面所述的透明多晶尖 晶石襯底,并提供了抗反射涂層,使得可以獲得比在第一至第三方面中提供的透明多晶尖 晶石襯底的透過率更高的透過率。本發(fā)明的第六方面為制造第一至第五方面中任一項(xiàng)的透明多晶尖晶石襯底的方 法,所述制造多晶尖晶石襯底的方法的特征在于包括準(zhǔn)備尖晶石粉末的步驟;將所述尖晶石粉末成形并制造尖晶石成形體的步驟;對(duì)所述尖晶石成形體進(jìn)行燒結(jié)并制造尖晶石燒結(jié)體的步驟;以及對(duì)所述尖晶石燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓(HIP)并制造尖晶石多晶體的步驟。在本發(fā)明的第六方面中,通過提供對(duì)所述尖晶石成形體進(jìn)行燒結(jié)并制造尖晶石燒 結(jié)體的步驟和對(duì)所述尖晶石燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓(HIP)并制造尖晶石多晶體的步驟,能夠 得到高密度尖晶石多晶體。優(yōu)選在真空下進(jìn)行燒結(jié)。在真空下的燒結(jié)使得可以降低因除去了孔和微觀雜質(zhì)的 存在而造成的晶格中的不均勻性和應(yīng)變,并能夠抑制非常小空隙的產(chǎn)生。使用熱等靜壓使得可以更進(jìn)一步降低非常小空隙的尺寸。結(jié)果,可以獲得高密度 尖晶石多晶體。對(duì)得到的尖晶石多晶體進(jìn)一步進(jìn)行通常與光學(xué)制品相關(guān)的鏡面加工和其它類型 的表面加工,由此可以最終獲得在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率低即直線透過特性優(yōu)異的透 明多晶尖晶石襯底。對(duì)尖晶石成形體進(jìn)行燒結(jié)的優(yōu)選條件為例如,約1 200Pa的真空度以及約 1500 1750°C的溫度。例如,用于HIP步驟的優(yōu)選條件為如下條件氣氛為氬氣、氧氣、氮?dú)獾?;溫度為約 1800 19000C ;且壓力為約5 200MPa。未對(duì)上述各種步驟的條件進(jìn)行特殊限制,只要設(shè)定所述條件使得最終滿足第一至 第五方面。根據(jù)需要,可以向上述步驟添加其它步驟,這取決于透明多晶尖晶石襯底的特性寸。本發(fā)明的第七方面為第一至第五方面中任一項(xiàng)的透明多晶尖晶石襯底,其特征在 于適用于液晶投影儀或背投電視接收機(jī)。
      在第七方面的發(fā)明中,將第一至第五方面中任一項(xiàng)的透明多晶尖晶石襯底應(yīng)用于 液晶投影儀或背投電視接收機(jī)的偏光板等,使得可以提供優(yōu)異的液晶投影儀或背投電視接 收機(jī)。本發(fā)明的第八方面為具有第一至第五方面中任一項(xiàng)的透明多晶尖晶石襯底的液 晶投影儀或背投電視接收機(jī)。根據(jù)第八方面的發(fā)明,可以提供具有第一至第五方面中任一項(xiàng)的透明多晶尖晶石 襯底的液晶投影儀或背投電視接收機(jī),其中基本不會(huì)發(fā)生圖像模糊或明暗變化。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明,可以提供一種透明多晶尖晶石襯底,在將所述襯底用作光學(xué)制品時(shí), 不會(huì)發(fā)生圖像模糊或明暗變化。使用這種透明多晶尖晶石襯底,還可以提供基本不會(huì)發(fā)生圖像模糊或明暗變化的 液晶投影儀和背投電視接收機(jī)。


      圖1為顯示在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率的圖;以及圖2為示意性顯示液晶投影儀結(jié)構(gòu)的圖。附圖標(biāo)記說明50光源
      51反射鏡
      53紅外線聚焦透鏡
      54紫外線截止濾光片
      60偏光(polarization conversion integrator)
      61復(fù)眼透鏡(fly eye lens)
      62狹縫
      63透鏡
      70分色鏡
      71鏡
      80液晶面板
      81偏光板
      82防塵窗
      83半波板
      84正交二向棱鏡
      90投影透鏡系統(tǒng)
      具體實(shí)施例方式下面根據(jù)下文中所示的實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)地描述。本 發(fā)明不限于下述實(shí)施方案。在本發(fā)明的等同和等價(jià)范圍內(nèi),可以向下述實(shí)施方案添加多種 修改。a.準(zhǔn)備并成形尖晶石粉末以制造尖晶石成形體的步驟
      在98Mpa的壓力下對(duì)純度為99. 9%以上的尖晶石粉末(平均粒徑0. 2 μ m)進(jìn)行 壓制,其后,在196MPa下進(jìn)行冷等靜壓(CIP),從而產(chǎn)生尺寸為50mm(直徑)X IOmm的尖晶 石成形體。b.在真空中燒結(jié)所述尖晶石成形體并制造尖晶石燒結(jié)體的步驟在1670°C的溫度下,將得到的尖晶石成形體在真空中保持兩小時(shí),從而制造尖晶 石燒結(jié)體。c.對(duì)尖晶石燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓并制造尖晶石多晶體的步驟在表1中所示的溫度下,將得到的尖晶石燒結(jié)體在氬氣氣氛下保持兩小時(shí),進(jìn)行 熱等靜壓(HIP),并形成多晶體,從而制造尖晶石多晶體試樣1 4號(hào)。在所有情況下,壓力 為 200MPa。使用阿基米德法測(cè)量得到的試樣的密度。將測(cè)量結(jié)果總結(jié)于表1中。d.制造透明的多晶尖晶石襯底對(duì)得到的試樣進(jìn)行鏡面加工至1. Omm的厚度,隨后向各個(gè)試樣的一側(cè)施加厚度為 0. 1 μ m的MgF2以提供抗反射涂層,并使用所述試樣來制造透明多晶尖晶石襯底。e.測(cè)量[襯底的]透過率和在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率在450nm波長(zhǎng)下測(cè)量得到的透明多晶尖晶石襯底的透過率。使用由株式會(huì)社日立 高新技術(shù)(日立“行”口夕一*社)制造的分光光度計(jì)(UV 4100)進(jìn)行測(cè)量。接下來,使用相同的分光光度計(jì)在450nm波長(zhǎng)下測(cè)量在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過 率。將[襯底的]透過率和在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率的測(cè)量結(jié)果總結(jié)于表1中。表 1 表1中的1號(hào)和2號(hào)為比較例,其中在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率超過0. 005%, 3號(hào)和4號(hào)為基于本發(fā)明的實(shí)施例。如表1中所示,1號(hào) 4號(hào)透明多晶尖晶石襯底都顯示了 91%以上的透過率,這表 明這些為高度透明的多晶尖晶石襯底。能夠看出,密度為3. 58g/cm3以上的透明多晶尖晶石襯底(3號(hào)和4號(hào))顯示了比 密度低于3. 58g/cm3的透明多晶尖晶石襯底(1號(hào)和2號(hào))低得多的在正交尼科耳系統(tǒng)中 的透過率。
      從上述能夠看出,通過增大密度,能夠獲得透過性優(yōu)異且在正交尼科耳系統(tǒng)中的 透過率低的非常好的透明多晶尖晶石襯底。應(yīng)當(dāng)注意,表1中4號(hào)的透過率和在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率比3號(hào)差,所述3 號(hào)的密度低于4號(hào)。推測(cè)原因如下所述。具體地,隨著密度(理論密度比)增加,空隙變得更小且對(duì)偏光性能的不利影響變 得不明顯。然而,據(jù)推測(cè)密度(理論密度比)進(jìn)一步增大導(dǎo)致如下狀態(tài),微觀空隙移動(dòng)得彼 此緊鄰并最終合并在一起,從而變成一個(gè)尺寸比合并之前更大的空隙,這對(duì)[襯底的]透過 率和在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率產(chǎn)生不利影響。(并入到液晶投影儀中并進(jìn)行評(píng)價(jià))將3號(hào)和4號(hào)透明多晶尖晶石襯底并入到圖2中示意性顯示其結(jié)構(gòu)的液晶投影儀 中,并進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖2中的附圖標(biāo)記50表示金屬鹵化物燈、氙燈、超高性能(UHP)燈或其它高強(qiáng)度 燈,51為反射鏡,53為紅外線聚焦透鏡,54為紫外線截止濾光片,60為偏光變換集成器,61 為復(fù)眼透鏡,62為狹縫,63為透鏡,70為根據(jù)光的波長(zhǎng)而使其透過和反射的分色鏡,71為 鏡,80為液晶面板,81為偏光板,82為防塵窗,83為半波板,84為正交二向棱鏡,90為投影 儀透鏡系統(tǒng)。源自光源50的光被反射鏡51反射并被紅外線聚焦透鏡53聚焦。不需要的紫外 線被紫外線截止濾光片54截止,兩個(gè)復(fù)眼透鏡61將亮度不均勻性平坦化,并經(jīng)過狹縫62 將光導(dǎo)向偏光變換集成器60,所述偏光變換集成器60具有偏光光束分光器和半波板。隨 后,光穿過透鏡63并被兩個(gè)分色鏡70分解成三原色,紅色、綠色和藍(lán)色。分解的三原色各 自通過鏡71等;并被單獨(dú)地導(dǎo)向光學(xué)開關(guān),所述光學(xué)開關(guān)具有偏光板81、液晶面板80、防塵 窗82和偏光板81 ;再通過半波板83 ;并被正交二向棱鏡84組合在一起。所述復(fù)合光被導(dǎo) 向投影透鏡系統(tǒng)90并以放大的形式投影,從而在前方屏幕上顯示圖像。在紫外線截止濾光片54、復(fù)眼透鏡61、透鏡63、分色鏡70、在偏光變換集成器60 和偏光板81中的偏光體的保持板、構(gòu)成液晶面板80的透明襯底以及上述液晶投影儀的防 塵窗82中,使用了所述透明多晶尖晶石襯底。根據(jù)評(píng)價(jià),可以確認(rèn)所述透明多晶尖晶石襯 底適用于光學(xué)制品中而不會(huì)發(fā)生圖像模糊或明暗變化。因而,根據(jù)本發(fā)明能夠提供一種透明多晶尖晶石襯底,所述襯底在用于光學(xué)制品 時(shí)不會(huì)發(fā)生圖像模糊或明暗變化。例如,本發(fā)明的透明多晶尖晶石襯底能夠適用于將透明 襯底用于液晶投影儀中的部件(圖2實(shí)施例中的偏光板81、防塵窗82等)以及各種其它元 件。
      權(quán)利要求
      一種透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,在1mm厚度和450nm波長(zhǎng)下在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率為0.005%以下。
      2.如權(quán)利要求1所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,密度為3.58g/cm3以上。
      3.如權(quán)利要求1或2所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,在Imm厚度下,在450nm 波長(zhǎng)下的透過率為82%以上。
      4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,至少一側(cè)具有 抗反射涂層,且在Imm厚度下在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率為0. 005%以下。
      5.如權(quán)利要求4所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,在Imm厚度下,在450nm波 長(zhǎng)下的透過率為91%以上。
      6.一種制造權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)的透明多晶尖晶石襯底的方法,所述制造透明多 晶尖晶石襯底的方法的特征在于包括準(zhǔn)備尖晶石粉末的步驟;將所述尖晶石粉末成形并制造尖晶石成形體的步驟;對(duì)所述尖晶石成形體進(jìn)行燒結(jié)并制造尖晶石燒結(jié)體的步驟;以及對(duì)所述尖晶石燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓(HIP)并制造尖晶石多晶體的步驟。
      7.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,用于液晶投影 儀或背投電視接收機(jī)。
      8.一種液晶投影儀或背投電視接收機(jī),其特征在于,具有權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)的透 明多晶尖晶石襯底。
      全文摘要
      本發(fā)明公開一種透明多晶尖晶石襯底,其特征在于,在厚度1mm和波長(zhǎng)450nm的條件下測(cè)量的在正交尼科耳系統(tǒng)中的透過率為0.005%以下。所述透明多晶尖晶石襯底即使在用作光學(xué)制品時(shí),也不會(huì)出現(xiàn)圖像模糊或明暗變化。本發(fā)明還提供一種制造所述透明多晶尖晶石襯底的方法,所述方法包括提供尖晶石粉末的步驟;將所述尖晶石粉末成形以制造尖晶石成形體的步驟;對(duì)所述尖晶石成形體進(jìn)行燒結(jié)以制造尖晶石燒結(jié)體的步驟;以及對(duì)所述尖晶石燒結(jié)體進(jìn)行HIP以制造尖晶石多晶體的步驟。本發(fā)明還提供了具有所述透明多晶尖晶石襯底的背投電視接收機(jī)和具有所述透明多晶尖晶石襯底的液晶投影儀。
      文檔編號(hào)C04B35/443GK101883745SQ200880117858
      公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
      發(fā)明者中山茂, 吉村雅司, 吉金丈典, 藤井明人 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社
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