反射镜及使用该反射镜的背面投影型图像显示装置

摘要

在背面投影型图像显示装置的光路反射镜中，由该反射镜的反射面的粗糙度所造成的散乱光成为分辨度性能与对比度性能下降的原因。本发明是在具有将来自该图像发生源的图像光进行放大投影的投影透镜，以及为了反射来自该投影透镜的图像光、并将其引导到所述屏幕的背面的反射镜的背面投影型图像显示装置中，在所述反射镜的基底材料(1)上形成的银反射面(2)作为金属反射面，且在其上形成透明树脂的保护膜(3)，同时该银反射膜的平均表面粗糙度为1.8nm以下。由此提供能够减小平均表面粗糙度，抑制分辨度性能与对比度性能下降的反射镜。

说明书

技术领域

本发明涉及为了将由投影透镜放大投影的图像光引到屏幕的背面的反射镜，以及使用该反射镜的背面投影型图像显示装置。

背景技术

在背面投影型图像显示装置中，为了设备的紧凑化，使用有将来自CRT、液晶面板等图像发生源的图像光反射，变更光路，引到透过型屏幕的背面的反射镜。作为该反射镜的金属反射膜，目前是使用铝(Al)，但在下面的3个专利文献中，也提出了使用反射率对波长的依存性小的银(Ag)。

下述日本特开2003-255467号公报给出了在玻璃基底材料上使用喷雾装置由银镜反应形成银的反射膜的技术。而且，日本专利特开平成9-189803号公报与日本专利特开平成9-311207号公报给出了在由丙烯等树脂形成的基底材料上由沉积法形成银薄膜层的方法。

在上述3个专利文献中，都是在基底材料上形成作为金属反射膜的银反射面，但均未考虑该银反射面的表面粗糙度。这里所谓“表面粗糙度”，是指在银反射面上形成的微小的凹凸，是因在基底材料上形成反射膜时析出的金属的晶体而形成的。通常，该表面粗糙度的大小，是以既定面积内该凹凸的高度的平均值“平均表面粗糙度”所表示。所以，以下也将“表面粗糙度”称为“平均表面粗糙度”。银反射面上的平均表面粗糙度会影响透过屏幕上所显示的图像的对比度。

在平均表面粗糙度小(即银反射面的平面度高)的情况下，由于反射镜的入射光线的大部分为正反射，入射到反射镜从图像发生源所发出的光学像能够在透过型屏幕上很好地成像。但是，在银反射膜的平均表面粗糙度大(即银反射面的平面度低)的情况下，由该凹凸所引起的漫反射的入射光的比例增大。由于该漫反射的光的大部分都不能在透过型屏幕上成像，所以背面投影型图像显示装置的分辨度性能与对比度性能下降。所以，为了提高背面投影型图像显示装置的分辨度性能与对比度性能，尽量减小上述反射镜的银反射膜的表面粗糙度，抑制上述漫反射的增加是非常重要的。

而且，如上述日本特开平成9-189803号公报与日本特开平成9-311207号公报，也提出了在基底材料上形成银反射膜时，在基底材料上沉积银反射膜的结构。但是，在背面投影型图像显示装置中所使用的反射镜的尺寸大，例如图像尺寸为50英寸的情况下，光路折返镜的最大宽度约为1m。在这样大的基底材料上形成反射膜的成膜装置(例如溅射装置)就会大型且高价。进而，由于真空沉积或真空溅射等的成膜需要在高真空状态下的时间，使工作效率下降，反射镜的价格也非常高。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出，其目的在于提供能够适合于抑制背面投影型图像显示装置的分辨度性能与对比度性能的下降的反射镜，以及使用该反射镜的背面投影型图像显示装置。而且，本发明的另一目的在于提供能够廉价地制造这样的反射镜的方法。

为了达到上述目的，本发明的特征在于，使用在基底材料上形成银反射膜，作为将来自该投影透镜的图像光进行反射、并将其引到屏幕背面的反射镜，同时该银反射膜的平均表面粗糙度为1.8nm以下。就是说，本发明是使银反射膜的既定面积内的平均粗糙度为1.8nm以下，适合于抑制上述漫反射的装置。所谓该平均表面粗糙度，是指在上述反射镜的银反射面的中央部、四角部、以及位于该四角部的中央部的4个中间部的至少9处的各既定区域测定的平均值。就是说，如果该9处的算术平均粗糙度的平均值为1.8nm以下，则可以认为反射镜的整个面的平均粗糙度为1.8nm以下。

而且，为了达到上述另一目的，在本发明中，通过利用银镜反应的喷雾法而成膜，能够形成使上述平均粗糙度为1.8nm以下的银反射膜。

进而，银反射面上还可以不形成由透明树脂所构成的保护膜，而且还可以使用玻璃作为上述基底材料。而且，作为本发明中背面投影型图像显示装置的图像发生源，可以使用分别生成红、蓝、绿的图像光的3个投射管，还可以使用通过对应于图像信号而改变来自光源的光的强度从而形成光学像的图像选择型的显示元件。

根据本发明，能够抑制背面投影型图像显示装置的分辨度性能与对比度性能的下降。

附图说明

图1是本发明的实施方式中反射镜的结构图。

图2是表示本发明的实施方式中反射镜的制造工序的流程图。

图3是银反射膜的密接力与反射率的膜厚特性图。

图4是银反射膜的晶粒尺寸与反射率特性图。

图5是各反射镜的散乱特性图。

图6是搭载有本发明的反射镜的背面投影型图像显示装置的主视图与侧视图。

图7是搭载有本发明的反射镜的另一背面投影型图像显示装置的主视图与侧视图。

图8是用于说明平均表面粗糙度的图。

图9是表示本发明的实施方式中光路反射镜的平均表面粗糙度的测定场所的图。

具体实施方式

下面使用附图详细说明本发明的实施方式。图1是本发明的实施方式的反射镜的截面图。如图1所示，由具有平坦表面的基底材料1、在基底材料的平坦表面上形成的反射膜2、以及覆盖该反射膜的表面防止反射膜的腐蚀的保护膜3所构成。这里，基底材料1使用玻璃，反射膜2是由利用银镜反应的喷雾法在基底材料上成膜。

还有，以下所述的所谓“表面粗糙度”，是指在银反射面上形成的微小的凹凸，是由在基底材料上形成反射膜时所析出的金属晶体所形成的。该晶体的尺寸，随反射膜形成时所使用的(药液等)化学材料的化学条件及温度、湿度等周围环境条件而变化。而且，所谓“平均表面粗糙度”，是指在既定的区域(例如15mm见方)内上述表面粗糙度的平均值，也称为算术平均粗糙度。所谓算术平均粗糙度，例如如图8所示，是从由表面粗糙度形状测定仪所得到的粗糙度曲线(c)，在该平均线的方向上仅取出一个基准长度，将从该取出的部分的平均线到测定曲线的偏差的绝对值进行求和平均所得到的值。这样所求得的算术平均粗糙度，由图8中的Ra所表示。

背面投影型图像显示装置的反射镜中所必要的光学特性，不仅有该反射率，还可以列举出投影到屏幕上的图像的分辨度性能与对比度性能。影响该分辨度性能与对比度性能的是反射镜中图像光反射时的光的散乱。反射光的散乱多时光发生扩散，由于不同点的图像的光发生重叠、模糊，所以投影到屏幕上的图像的分辨度性能与对比度性能下降。

在评价上述反射镜的性能的情况下，必须评价该分辨度性能与对比度性能。但是，对于反射镜单体，不能进行这些项目的评价。所以，如果不把反射镜安装到背面投影型图像显示装置，就不能进行这些评价。因此这里通过测定影响分辨度性能与对比度性能的光散乱，进行评价该反射镜的分辨度性能与对比度性能。

接着，以下表示光的散乱的测定方法。测定使用分光光度计。光路反射镜中入射照射面积a的光，将该反射光入射到积分球，进行测定。此时如果光路反射镜中几乎没有散乱，则入射到积分球的入射光的面积也应该为a，但实际上由于光路反射镜中发生散乱，所以入射到积分球的入射光的面积比a大。这里在光路的积分球的前面配置狭长切口，使狭长切口的面积为a的1.5倍、2倍、3倍、4倍，测定入射到积分球的光量。在配置了狭长切口时入射到积分球的光量下降的情况下，认为该降低的部分为散乱。这里，以未配置狭长切口时入射到积分球的光量(来自反射镜的反射量)为100％，配置狭长切口时入射到积分球的光量的降低量为散乱量。而且，测定中所使用的光的波长为550nm。

图5是表示本发明的光路反射镜，与用于比较而现有的带加强反射涂层的铝反射镜的散乱量51～53。图5中所示的散乱量51，是表示带有现有的加强反射涂层的铝反射镜的散乱量。散乱量52是表示具有与带加强反射涂层的铝反射镜同等对比度特性的光路反射镜的散乱量，是表示将该反射镜安装到背面投影型图像显示装置的情况下的散乱量。而且，散乱量53是对于带加强反射涂层的铝反射镜对比度下降5％的光路反射镜的散乱量，是表示将该反射镜安装到背面投影型图像显示装置的情况下的散乱量。

从图5可以确认对比度低的反射镜的散乱量增多。而且，在装载于背面投影型图像显示装置时，确认在对比度同等的带加强反射涂层的铝反射镜51与光路反射镜52之间存在有散乱量的差。换言之，可以认为使用该散乱量的测定方法，与实际上在背面投影型图像显示装置中装载光路反射镜测定对比度的方法相比，能够测定更详细的光学特性。

由于在装载于背面投影型图像显示装置时，为了确认即使是相同的对比度散乱也不同的理由，测定了各个反射镜的平均表面粗糙度。表1表示各个反射镜的表面粗糙度。

表1

  折返反射镜的种类  表面粗糙度  (1)现有的带加强反射涂层的铝反射镜  1.4nm  (2)本发明的光路折返反射镜，与(1)的对比  度相同  1.8nm  (3)本发明的光路折返反射镜，相比于(1)而  对比度下降5％  2.1nm

从图5与表1可知，平均粗糙度大时散乱量增多，与此相伴对比度下降。就是说，容易理解为了得到与现有带加强反射涂层的铝反射镜同等的对比度性能，必须使反射膜2的平均表面粗糙度为1.8nm以下。本发明者等发现对于这样的光路反射镜的对比度的测定，为了得到实验及研究的结果、良好的分辨率性能与对比度性能，必须使反射镜的表面粗糙度为1.8nm以下。

这里，对平均表面粗糙度的测定方法进行说明。在本实施方式中，作为表面粗糙度形状测定仪，例如使用株式会社ミツトヨ制造的サ一フテスト(serf tester)SV-3000。测定条件设定为：基准长0.08mm，区间数5，λc：0.08mm，滤光器种类：Gaussian，评价长度0.4mm。在这样的条件下，使上述测定仪的触针在反射镜的一定方向或多个方向放置而进行凹凸的测定。如图9所示，在本实施方式中，反射镜12的测定场所30，是所述反射镜的银反射面的中央部、四角部、及位于该四角部的中间的四个中间部的至少9个地方。在9个场所的各个中，作为测定区域划分出具有15mm见方的面积的区域，在各自的测定区域测定上述平均表面粗糙度。如果这9处的平均粗糙度的平均值在1.8nm以下则可以认为反射镜的整面的平均粗糙度的平均值大体在1.8nm以下。

接着，对具有这样的平均表面粗糙度小的反射面的光路反射镜的制造方法加以说明。图2是工序图。首先，最初对反射膜涂敷工序(a)加以说明。

最初是由碱洗涤剂对基底材料1进行充分清洗(步骤S1)。这是以对涂装面脱脂与去除基底材料切开时的碎玻璃为目的。

接着，是进行使用离子交换水或蒸馏水对基底材料1的表面的清洗，进行去除碱洗涤剂的纯水清洗(步骤S2)。优选使用的纯水的电导率为1μS/cm以下，在纯水清洗工序之后由空气吹风机将基底材料1所黏附的水滴吹干。

接着，作为形成反射膜2的前处理，在基底材料1的表面涂敷含有催化剂的前处理活性剂1(步骤S3)，使催化剂存在于基底材料1的表面。基底材料1上存在的催化剂成为银的反应析出的晶种(始动晶核)，是为了容易析出反射膜2而使用的激活剂。这里在催化剂中使用含盐酸的氯化锡和氯化铁的水溶液。优选将该前处理活性剂1的pH值调整为2以下。接着，使用离子交换水或蒸馏水对基底材料1清洗(步骤S4)，去除基底材料1上未起作用的活性剂1。其后，在基底材料1的表面涂敷含银的水溶液(活性剂2)(步骤S5)，在基底材料1上析出成为始动晶核的银。这里作为活性剂2是使用硝酸银水溶液。

在这些前处理工序实施之后，进行在基底材料1上层叠热反射膜2的银膜涂敷工序(步骤S6)。该方法是在实施了前处理工序的基底材料1的表面上同时涂敷氨性硝酸银水溶液与还原剂水溶液，由银镜反应以基底材料1上的始动核为中心析出银、叠层、形成反射膜2。优选将氨性硝酸银水溶液的pH值调整为10～13，更优选为11～12。在所述还原剂水溶液中可以使用硫酸肼水溶液。而且，优选该还原剂水溶液的pH值为8～12，该还原剂的pH值对反射膜的晶粒尺寸有很大的影响。关于该还原剂水溶液的pH值后面有详细说明。

接着，使用离子交换水或蒸馏水对基底材料1的表面清洗(步骤S7)，去除基底材料1的表面所残存的银镜反应后的氨性硝酸银水溶液与还原剂水溶液，之后，由空气吹风机将反射膜2所黏附的水滴吹干。之后，进行干燥基底材料1的反射膜2的干燥工序(步骤S8)。干燥条件为70℃、20分钟。

接着移动到保护膜制作工序(b)。所谓保护膜制作工序(b)是在银反射膜层2上叠层保护膜层3的工序。进行由空气吹风机吹干燥的反射膜2的表面，吹散反射膜2的表面黏附物的异物去除工序(步骤S9)。这里表面黏附物残存时，保护膜层不能充分叠层，背面投影型图像显示装置用反射镜的耐腐蚀性下降。接着进行在反射膜2上涂敷保护膜剂，叠层保护膜3的保护膜涂敷工序(步骤S10)。在该保护膜剂中，例如优选使用硅丙烯酸类树脂、硅聚氨酯树脂等无色透明的保护膜剂。

最后实施干燥反射膜2上涂敷的保护膜剂的干燥工序(步骤S11)，形成保护膜3。例如在使用硅丙烯酸类树脂作为所述保护膜剂的情况下，干燥条件为80℃、30分钟。

以下，对在金属反射膜中使用银的反射镜的反射膜2进行详细说明。图3是对于反射膜2的膜厚的反射率，与进行经常使用的作为膜黏附力试验的带试验(JIS H8504)时的反射膜的残存率。这里，由刀等在反射膜2上切出1mm的节距的纵10×横10的100片的片段，贴附JIS Z 1522所规定的玻璃纸，急速强力剥离，反射膜2未剥离残存的片的比率定义为残存率。在图3中，31是反射膜2的反射率，32是带试验后的反射膜2的残存率。就是说，可以认为残存率越大，反射膜2对于基底材料1的黏附力越强。还有，反射率测定中使用波长为550nm的绿色光。从图3可知，带试验后的残存率从膜厚150nm附近开始下降，在大约200nm处减半。而且，反射率随膜厚的增加而成比例地增加，但在100nm以上达到饱和，在300nm以上时反而减少。由这些可知，作为金属薄膜的厚度在100nm与200nm之间比较合适，特别优选在150nm附近。

图4是表示反射膜2的晶粒尺寸与反射率的关系。还有，反射膜2的厚度为150nm，反射率的测定中使用波长为550nm的绿色光。由图4可知，随着反射膜2的晶粒尺寸的减小，反射率提高。在晶粒尺寸为50nm时，银的反射率最大。由此优选反射膜2的晶粒尺寸为100nm以下，特别优选为50nm以下。

而且，还可以知道，反射膜2的晶粒尺寸由反射膜2的生成速度所决定。反射膜的形成速度大时，反射膜2的晶粒尺寸减小。反射膜2的生成速度由还原剂的pH值及液体温度所决定。

还原剂的温度低时，反应弱，银难以析出，高温时银的析出速度过快，反射膜2上形成雾气蒙胧。能够得到高的反射率的液体温度为25±5℃，在该温度范围内几乎未发现反应速度的变化。

对于此，优选还原剂的pH值与银的反应速度成比例，能够控制银的析出。pH值大时反应速度加快，但过快时产生雾气蒙胧，使反射率下降。反之，pH值低时，反应速度迟缓，不能确保充分的膜厚，不能得到高的反射率。还原剂的Ph的合适值为8～12，优选为9～11，能够析出银。其它的水溶液的管理也由pH值进行时，能够容易地控制银的析出。通过以上各溶液的pH值的管理，能够制造平均表面粗糙度为1.8nm以下的反射膜2。

接着，对装载了上述本发明的光路反射镜的背面投影型图像显示装置加以说明。图6是装载了本发明的反射镜的背面投影型图像显示装置正面图与侧面图。如图所示，作为图像发生源，表示了使用红、绿、蓝的各图像光用投射管的装置。在筐体12内，设置有红色图像光投射用的投射管14、绿色图像光投射用的投射管15、蓝色图像光投射用的投射管14、以及光路反射镜11。而且，在筐体12前部，固定设置有透过型的屏幕13。从所述各投射管14～16所分别发出的红色图像光、绿色图像光、蓝色图像光，由配置于各投射管14～16前方的投射透镜所放大投射，入射到反射镜11。反射镜11通过对来自投射透镜的放大图像光进行反射而改变光路，导向所述屏幕13的背面，由此，在屏幕13的前面形成图像。

图7是装载了本发明的反射镜11′的另一背面投影型图像显示装置正面图与侧面图。图7是表示包含作为图像发生源的未图示的灯(光源)，与根据图像信号而对来自该灯的光进行光强度调制、形成光学像的液晶面板等显示元件的例子。而且，在图7的例中，装载有由未图示的投射透镜将显示元件上的光学像在屏幕13’上放大投影的光学单元17。

如上所述，根据本发明，由于能够使银反射膜的平均表面粗糙度小于1.8nm，所以能够抑制背面投影型图像显示装置中分辨率及对比度性能的下降，或者是能够提高分辨率性能及对比度性能。而且，根据本发明，由于能够由利用银镜反应的喷雾法形成反射镜的银反射膜，所以能够廉价制造。而且，通过管理银析出的反应速度，即控制还原剂溶液的pH值及液体温度，能够减小反射膜的晶粒尺寸。结果是能够使表面平均粗糙度为1.8nm以下。因此，能够抑制光路反射镜的反射面的散乱反射，确保分辨度性能与对比度性能。