背面反射镜和使用它的背面投影型映像显示装置 【技术领域】
本发明涉及一种利用投影与映像信号对应的光学图像的投影装置，从屏幕背侧投影光学图像的背面投影型映像显示装置，和使用它的背面发射镜。该背面反射镜将投影映像光向屏幕方向改变光路。本发明的背面反射镜，利用金属薄膜形成其反射面，在该金属薄膜的表面外涂覆保护的无色透明树脂。
背景技术
将在从背面侧向屏幕上投影的背面投影型映像显示装置中使用的投影映像光，向屏幕方向进行改变光路的反射镜(下面，将该反射镜称为背面反射镜)，已经知道例如特开2001-235798号公报中所公开的反射镜。即，在玻璃基层材料上通过作为真空成膜过程的真空蒸镀或者真空溅射等形成铝(Al)反射膜，在其上利用透明无机材料通过真空蒸镀来形成膜厚0.2～0.3μm的增反射膜，该玻璃反射镜的平滑性、耐环境性和可信赖性等方面性能优异。
但是，背面投影型映像显示装置中使用的背面反射镜尺寸大，进行反射膜的成膜的成膜装置(例如溅射装置)成本高，限于能制造的厂商。另外，由于利用真空蒸镀或者真空溅射等来成膜的作业效率低，所以背面反射镜的价格也高。
另一方面，近些年来，能够将制造成本便宜的例如形成反射层的膜使用在金属框架张开地背面反射镜中。该膜状的背面反射镜已经知道例如特开平9-311207号公报的图2中所记载的内容。这是在树脂形成的膜(PET)上蒸镀金属薄膜(Ag)，在其表面上外涂覆无色透明的树脂的反射镜。与玻璃基层材料的情况相同，使用蒸镀在薄膜上形成Ag反射膜，但由于通过使用卷状的薄膜边卷取边利用成膜装置来进行成膜，所以具有低成本的优点。
作为反射膜的成膜方法，除了上述真空成膜法(真空蒸镀法，真空溅射法)之外，还知道例如特开2001-295059号公报中公开的喷雾法(spray)。这是对被电镀物进行喷雾含有金属盐的溶液和含有还原剂的溶液来进行镀敷的方法。如果使用这种方法，由于不需要高价的真空成膜装置(设备)，所以具有成本低的优点。
如上所述，由真空成膜法来形成反射膜成本高。这里，作为反射膜的成膜法，如果使用上述的喷雾法或者无电解镀敷法，能够低成本成膜，但是作为在反射膜上设置的保护膜的外涂层，利用真空蒸镀来形成透明无机材料成本高。这里，考虑利用上述特开平9-311207号公报中所公开的透明树脂来涂覆的方式。
但是，在该公报中所公开的背面反射镜上，为了防止在PET薄膜上形成的反射膜的Ag膜的氧化和硫化，将外涂层的膜厚设为3μm。
通常，外涂层是涂覆将树脂稀释在溶剂中的溶液，蒸发溶剂来固化。例如，在树脂是10％，溶剂是90％的稀释液(将其称为10％的稀释液)的情况下，在涂覆30μm后，如果蒸发溶剂来固化，最终的外涂层的膜厚为约3μm。这里，如果稀释在溶剂中的树脂不均匀混合，由此导致的蒸发速度不均匀，固化后的外涂层的膜厚在这种情况下有偏差(称为面内偏差)。如果膜厚的面内偏差为产生例如10％，面内偏差是0.3μm。
因此，如果与一般的玻璃反射镜的表面镜比较，外涂覆树脂的反射镜面内偏差大，表面平滑性差，所以具有对比度性能和分辨率性能差的问题。
为了解决该问题，可以变薄外涂层的膜厚，减少面内偏差。例如，如果面内偏差发生10％，在外涂层的膜厚是1μm的情况下，面内偏差是0.1μm，对于膜厚是3μm的情况，可将面内偏差减少到1/3。因此，面内偏差和膜厚成比例，如果减少膜厚，面内偏差也减少，提高了表面平滑性。
但是，考虑到在变薄外涂层的膜厚的情况下，反射膜(Ag)的氧化和硫化等的耐环境性降低的问题。
另外，在外涂层的膜厚是例如3μm之下的薄的情况下，由外涂层产生干涉。图2表示在外涂层中使用树脂的情况下背面反射镜的反射率的特性。在图2中，虚线表示的反射率特性30是没有外涂层的情况下的特性，实线表示的反射率特性39是具有外涂层的情况下的特性。通过由外涂层导致的干涉，象图2的反射率特性39那样，反射率特性出现波动形状(下面，称为波纹)。因此，向屏幕投影的投影图像的映像光中，该波纹的波谷(a)的波长区域的光量降低，所以引起色偏移或亮度性能变差。
【发明内容】
本发明是鉴于上述问题做出的，其目的在于，提供一种能够抑制色偏移和亮度性能变差、并低价化的背面反射镜，和使用它的背面投影型映像显示装置。
为了解决上述问题，利用本发明，提供一种背面反射镜，用于利用分别投影与映像信号对应的光学图像的投影装置，来从背面侧向屏幕上投影的背面投影型映像显示装置中，将从该投影装置投影的映像光向着该屏幕方向进行光路变更，该背面反射镜由下列部分构成：玻璃基层材料；在该玻璃基层材料上形成反射面的银或者银合金的反射膜；在该反射膜上由透明树脂形成的外涂层膜。
通过这样，能够通过涂覆形成作为背面反射镜的外涂层的透明树脂膜，能够降低成本。此外，通过将银或者银合金作为反射膜材料，能够利用喷雾法和无电解镀敷法形成反射膜，所以能够进一步降低成本。
另外，通过将外涂层膜的膜厚设为1μm之下，提高表面平滑性，能够提高对比度性能、分辨率性能。
另外，通过设定外涂层的膜厚，使得由外涂层膜导致的反射率特性的波纹形状的任何一个波峰的波长，与从所述光学单元的所述光源照射的光的绿色明线的波长大致一致，可抑制色偏移或亮度变差。
【附图说明】
图1是本发明的实施形式的背面反射镜的构成图。
图2是在外涂层中使用树脂的情况下的背面反射镜的反射率特性图。
图3是表示使用投射式阴极射线管的背面投影型映像显示装置的构成的截面图。
图4是图3所示的背面投影型映像显示装置的正视图。
图5是红色用映像投射式阴极射线管的发光能量分布图。
图6是绿色用映像投射式阴极射线管的发光能量分布图。
图7是蓝色用映像投射式阴极射线管的发光能量分布图。
图8是相对光谱发光效率图。
图9是表示背面反射镜的反射率特性和各投射式阴极射线管的发光能量分布之关系的图。
图10是使用光学单元和背面投影型映像显示装置的截面图。
图11是图10所示的背面投影型映像显示装置的正视图。
图12是光源的发光能量分布图。
图13是表示背面反射镜的反射率特性和光源的发光能量分布之关系的图。
图14是表示外涂层膜厚和对比度值的关系的图。
【具体实施方式】
下面，利用附图来说明本发明的实施形式。本发明的特征在于，用于背面投影型映像显示装置中的背面反射镜，在设置于基层材料上的反射膜上，形成作为保护膜的无色透明的树脂的单层外涂层。此外，将该外涂层的膜厚形成为得到与通常的玻璃反射镜大致相同的对比度性能、分辨率性能的1μm之下的薄膜。此外，其特征在于，上述外涂层的膜厚形成为这样的厚度：使得由薄膜化导致的干涉而产生波纹的波峰的波长与从投影装置投影的投影映像光或者内置于投影装置中的光源的绿色明线波长大致相等。
图1是表示本发明实施形式的背面反射镜的构成的截面图，图2是表示其背面反射镜的反射率特性的图。
首先说明背面反射镜的构成。在图1中，1是基层材料，2是反射膜，3是外涂层，覆盖反射膜2的表面，作为用于防止该反射膜2的腐蚀(氧化)、污染、损伤等的保护膜。这里基层材料1使用玻璃，但是作为基层材料不限于玻璃，只要其表面的面精度好就可以。反射膜2是反射率优异的银薄膜，形成大致约100～200nm的膜厚。银的反射率是如果在60nm之上，在可视光的范围中能够得到高反射率。这是利用例如上述特开2001-295059号公报中公开的喷雾法通过银镜反应低成本地形成的。银反射膜也可以利用无电解镀敷法来形成。喷雾法或无电解镀敷法与真空成膜过程不同，不需要高价的设备，所以具有能够低成本制造的优点。另外，作为保护膜的外涂层3由无色透明的树脂构成。作为外涂层材料能举出丙烯酸酯树脂，较佳的使用容易涂覆的折射率约为1.5的双液性丙烯酸酯聚氨酯树脂。
在背面反射镜上，由于外涂层3仅是树脂的单层，所以由膜厚产生干涉。由外涂层3导致的干涉如图2的实线的反射率特性39所示，反射率特性产生波纹。另外，上述波纹依赖于外涂层的膜厚和折射率，波纹形状(反射率特性)能够通过模拟求出。
作为该模拟用的软件具有例如Optical Thin Film Software“FILM*STAR”(美国FTG Software Associates公司)。
对于波纹，如果膜厚变大，波纹周期变小，同时振幅也变小，如果达到一定膜厚之上，波纹振幅明显达到测定极限之下。由试验可理解，折射率为1.5的丙烯酸酯聚氨酯树脂的情况下，如果膜厚为3μm之上，波纹不明显。
但是，外涂层是树脂的情况下，外涂层的膜厚与表面的面精度成比例，如果膜厚变厚，面精度变差，对比度性能、分辨率性能降低。
为了使对比度性能、分辨率性能与通常的玻璃反射镜相同，需要提高外涂层的面精度。而且，由与一般的玻璃反射镜进行比较研究的结果，如果膜厚是1μm之下，可得到与玻璃反射镜相等的对比度性能、分辨率性能。
图14是表示外涂层膜厚和对比度值的关系的图。在图14中，对比度值表示将玻璃反射镜设为0，相对玻璃反射镜的对比度的差。
如图14所示，可理解，外涂层的膜厚与对比度值的降低成比例。在将对比度值不同的2台背面投影型视频装置并列对比的情况下，对比度值是2之下的差不能通过目视来判断出。这里，将对比度值2作为目标标准。由此，为了得到和玻璃反射镜相同的对比度，外涂层的膜厚必须是1μm之下。
但是，在膜厚是1μm之下的情况下，对于图2的实线所示的反射率特性存在变大的波纹。由于该波纹的波谷(a)部分的波长区域相对于没有外涂层(虚线)反射率降低，所以在该部分亮度特性变差。即，反射率的理想状态是没有外涂层的虚线特性的反射镜，有最亮的性能。
下面，作为本发明的特征，描述随着外涂层的薄膜化的波纹的波峰之波长与从投影装置投影的投影映像光的绿色明线波长的关系。
图3、图4是将上述背面反射镜装载在背面投影型映像显示装置中的实施形式。图3是从侧面看使用作为投影装置的投射式阴极射线管的背面投影型映像显示装置的构成之截面图，图4是从正面看的构成图。在图3和图4中，21是红色映像投影用投射式阴极射线管，22是绿色映像投影用投射式阴极射线管，23是蓝色映像投影用投射式阴极射线管，12是利用上述图1所示的银来形成反射面的背面反射镜，14是外壳。在背面投影型映像显示装置中，将从各投射式阴极射线管21、22、23来的投影映像光投影到背面反射镜12，利用该背面反射镜12反射该投影映像光，使光路改变到屏幕13方向，从背面侧向屏幕13映出投影图像。
下面说明在上述背面投影型映像显示装置中使用的3色投射式阴极射线管21、22、23的照射光。图5是红色用映像投射式阴极射线管、图6是绿色用映像投射式阴极射线管、图7是蓝色用映像投射式阴极射线管的出射光的波长特性。这些表示了将最大值设为100％的相对能量。从图5所示的红色用映像投射式阴极射线管21照射的光在610nm是峰值，基本上占有了其峰值附近的能量(将其称为明线)。另外从绿色用映像投射式阴极射线管22照射的光，在图6所示的543nm具有明线。与此相对，从蓝色用映像投射式阴极射线管23照射的光为如图7所示的以450nm作为峰值的不平缓的波峰。
另外，人们即使看能量一定的光，由波长也感到亮度的差异。将其称为发光效率。图8所示的相对光谱发光效率曲线由国际照明委员会(CIE)定义。由此可理解，人眼对550nm附近(绿色)的光能量敏感度最高。即，对543nm附近的绿色光的亮度是敏感的。与此相对，对500nm之下(蓝色)的光能量不敏感，对于蓝色即使降低一些亮度也基本感觉不到。对于610nm附近(红色)，为0.5～0.6，与绿色相比，敏感度稍微降低。
因此，在图2的反射率特性中，如果使得绿色的543nm之明线与波纹的波峰(b)相一致，亮度的降低最少。
图9中，各投射式阴极射线管的出射光的波长特性，与在外涂层中使用折射率1.5的丙烯酸酯聚氨酯树脂、使外涂层的膜厚可变的情况下的反射率特性重合。在图9中，31是膜厚为0.417μm时的反射率特性，32是膜厚为0.397μm时的反射率特性，33是膜厚为0.437μm时的反射率特性。在反射率特性31的情况下，由外涂层导致的亮度的降低量是0.7％。另外，在面内偏差产生10％的情况下，面内偏差是0.042μm，与外涂层的膜厚是3μm的情况相比，将面内偏差减少到1/7。
这里，通过控制外涂层树脂的稀释率、涂覆压力、涂覆时间等，将膜厚的偏差形成在±0.02μm之下。在膜厚是0.02μm偏差的情况下，由图9的反射率特性32、33表明，此时的亮度的最大降低量是1％。因此，通过将绿色用映像投射式阴极射线管22的明线543nm与波纹的波峰的波长相一致来选择膜厚，可将由外涂层导致的亮度性能的降低控制在1％之内。
在上述实施形式中，表示了折射率是1.5的树脂的情况，在设外涂层树脂的折射率是n的情况下，如果膜厚是下述公式1那样，就将绿色用映像投射式阴极射线管22的明线543nm与波纹的波峰之波长大致一致。
0.626/n±0.02[μm] …(公式1)
上述公式1是利用所述美国FTG Software Associates公司的Optical Thin Film Software”FILM*STAR”的模拟用软件导出的。另外，在上述实施形式中，将绿色用映像投射式阴极射线管22的明线543nm与波纹的波峰之波长相一致，但是与绿色相比红色的绝对量较低，在考虑白色平衡的情况下，也可以与红色用映像投射式阴极射线管23的明线610nm相一致。
此外，各色用投射式阴极射线管21、22、23的配置不由此决定，也可以从图4的左边开始配置红色用映像投射式阴极射线管23、绿色用映像投射式阴极射线管22、蓝色用映像投射式阴极射线管21。
下面，来说明将本发明的背面反射镜适用于背面投影型映像显示装置中的其它的实施形式。图10是背面投影型显示装置的构成截面图，图11是其正视图。该显示装置使用光学单元，其将来自光源(未图示)的光照射到液晶面板上，利用具有多个微小反射镜的DMD等显示元件(未图示)调制光强度，形成与映像信号(未图示)对应的光学图像，利用投影装置(未图示)将该光学图像放大来投影。而且，在图10、图11中，与图3、图4通用的部分赋予相同的符号，省略了其说明。
在图10，图11中，12’是作为本发明的反射镜的背面反射镜。作为背面反射镜12’，使用如上述图1所示那样的利用银膜来形成反射面的反射镜。在本实施形式中，在图3、图4所述的背面投影型映像显示装置中，代替射出映像光的投射式阴极射线管21、22、23，使用光绪单元11，其它方面不改变使用投射式阴极射线管的背面投影型映像显示装置。
对于上述光学单元11的光源(未图示)，通常使用高压水银灯。图12表示了该高压水银灯的光能量分布。如图12所示，绿色频带的明线是549nm。因此，可设定外涂层的膜厚，使得波纹的每个波峰之波长与该明线相一致。
图13是将在外涂层中使用折射率是1.5的丙烯酸酯聚氨酯树脂、涂层的膜厚可变的情况下的反射率特性与光学单元的光源(未图示)的波长特性重合的图。在图13中，34是膜厚是0.423μm时的反射率特性，35是膜厚是0.403μm时的反射率特性，36是膜厚是0.443μm时的反射率特性。与所述实施形式相同，在膜厚是±0.02μm偏差的情况下，该最大偏差情况下的亮度的降低是0.8％。
在上述实施形式中，表示了折射率是1.5的丙烯酸酯聚氨酯树脂的情况，但设外涂层树脂的折射率是n的情况下，如果膜厚是下述公式2那样，就将光源的绿色的明线549nm与波纹的波峰大致一致。
0.635/n±0.02[μm] …(公式2)
上述公式2是利用所述美国FTG Software Associates公司的Optical Thin Film Software“FILM*STAR”的模拟用软件导出的，与公式1同样。
另外，在上述实施形式中，如果将黄色成分(577nm附近的波峰)包含在绿色中，成为黄绿色，色纯度降低。另外，如果包含在红色中，成为橙色，色纯度降低。因此，由于黄色成分是为了确保色纯度的不必要的成分，也可以采用将波纹波谷的波长与577nm大致一致的方法。
下面说明耐环境可靠性。如果减少外涂层的膜厚，就担心由硫化或者氧化导致的反射膜的恶化。这里，将丙烯酸酯聚氨酯树脂作为外涂层，在上述实施形式的情况下，将外涂层膜厚形成0.2μm，形成小样品，作耐环境试验，进行下述文献记载的混合气体试验。试验条件是：H2S气体：1500ppb，NO2气体：3000ppb，温度：30度，相对湿度：70％RH，时间：96小时(4天)。这是个加速试验，这个条件根据“与亚洲环境对应的混合气体腐蚀试验方法的开发”第7回电子设备的可靠性论坛，1997年11月P83～P88，相当于亚洲区域5年(欧美的20年)。对于外涂层的膜厚是0.2μm的实验片，没有看见反射膜消失、反射率降低。
如上所述，按照本发明，作为背面反射镜的保护膜，使用单层且膜厚是1μm之下的透明树脂的外涂层。通过这样，使得对比度性能、分辨率性能与通常使用的玻璃反射镜的表面镜相同，没有耐环境可靠性的问题，抑制了色偏移和亮度性能的恶化，能够提供可降低成本的反射镜。因此，根据本发明，能够同时保持高画质和低价格。