(57)【要約】【課題】カラーフィルタの境界となる端部を精密に形成するためのマスク治具、およびカラーフィルタ形成のためのマスク操作を容易にできる成膜治具の提供、並びにこれらのマスク治具を使用したカラーホイールの製造方法の提供。【解決手段】、カラーホイール用の基板に接する面に開口辺縁部をもって開口する基板側開口部と、基板に接する面とは反対側の面に、基板側開口部よりも大きな面積を有し、かつ基板に接する面とは反対側から見ると基板側開口部を囲繞するように開口する空間側開口部と、空間側開口部から基板側開口部に向かって鋭角に傾斜するテーパ面部と、このテーパ面部の傾斜先端部に形成された内周面とを有するマスク治具、および基板を載置する基板載置治具と、複数の上記マスク治具とを備えた成膜治具、並びにこれらのマスク治具を使用したカラーホイールの製造方法。【選択図】図１
2008015411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーホイール用の基板にカラーフィルタを形成するための開口部を備えたマスク治具であって、
基板に接する面に開口辺縁部をもって開口する基板側開口部と、
基板に接する面とは反対側の面に、基板側開口部よりも大きな面積を有し、かつ基板に接する面とは反対側から見ると基板側開口部を囲繞するように開口する空間側開口部と、
空間側開口部から基板側開口部に向かって鋭角に傾斜するテーパ面部と、
このテーパ面部の傾斜先端部に形成された内周面と
を有するマスク治具。
【請求項２】
前記鋭角の角度が１０〜８０度である請求項１に記載のマスク治具。
【請求項３】
前記内周面の高さが０．３ｍｍ以下である請求項１または２に記載のマスク治具。
【請求項４】
複数のカラーフィルタを有するカラーホイールに用いられる基板を載置する基板載置治具と、
それぞれのカラーフィルタの位置に対応して互いに異なる位置にカラーフィルタ形成用の開口部を有する複数のマスク治具と
を備えた成膜治具。
【請求項５】
前記請求項４に記載のマスク治具が、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク治具である請求項４に記載の成膜治具。
【請求項６】
基板載置治具が、基板を支持する支持部と、その支持部の周囲に形成された凹部とを有する基板載置部を備える請求項４または５に記載の成膜治具。
【請求項７】
基板載置治具に基板を載置する工程と、
基板載置治具に載置された基板上に、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク治具であって、基板上に形成するカラーフィルタに対応するカラーフィルタ形成用の開口部を有するマスク治具を選んでこれを載置して、順次それぞれのカラーフィルタを形成する工程と
を含むカラーホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マスク治具、成膜治具およびカラーホイールの製造方法に関し、さらに詳しくは、明るく、シャープな分光特性を持つカラーホイールを製造するためのマスク治具、成膜治具およびこれらのマスク治具、成膜治具を使用したカラーホイールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタなどの投射型画像表示装置におけるカラー表示の方法としては、単板式といわれる、人間の視覚の残像現象を利用して、一つのライトバルブ素子を使用して分光した赤色（Ｒという。）光、緑色（Ｇという。）光、青色（Ｂという。）光の画素毎の光量を制御して時系列的に画像を生成する方法と、３板式といわれる、ライトバルブ素子を３つ使用して、それぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光から生成したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を合成する方法などが知られている。近年、たとえば強誘電性液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイスなど高速高性能のライトバルブ素子が実用化され、一つのライトバルブ素子にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を短時間で順次入射させ、Ｒ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を時系列的に生成し、これらを順次スクリーンに投射する時分割型の単板式画像表示方式が広く使用されるようになってきた。この方式によれば、比較的単純な光学系を用いているので、画像表示装置の小型化、軽量化が達成できるため、液晶プロジェクタなどの投射型画像表示装置を低コストで提供できる。カラーホイールは、このような画像表示装置において、白色光源から出射する光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光それぞれの波長帯域の光に順次分光する時分割型分光装置用のフィルタ素子として、好適に使用される。
【０００３】
通常、カラーホイールは円盤形で４または８分割された扇形のフィルタ領域を備えている。フィルタ領域には、カラーフィルタが形成され、光源からの白色光を入射して、それぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光、白色（Ｗという。）光を透過光または反射光として出射する。このような複数のフィルタ領域に複数の色のカラーフィルタを形成したカラーホイールは、従来、各色ごとにフィルタ領域に相当する形状のカラーフィルタを製造しておき、これらの各色のカラーフィルタを繋ぎ合わせたり、基板上に張り合わせたりして製造していた。それぞれのカラーフィルタは、染色法や顔料分散法等で形成したり、ガラスなどの透光性の薄板上に光干渉フィルタを成膜して成形したりして製造する。光干渉フィルタの成膜方法としては、高屈折率の素材、例えばＴａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＺｎＳなどよりなる誘電体薄膜と低屈折率の素材、例えばＳｉＯ2、ＭｇＦ2などよりなる誘電体薄膜とを、交互に数層から数十層積層した誘電体多層膜が用いられる。通常、光干渉フィルタを用いるほうが染色法や顔料分散法に較べ、カラーホイールの分光特性、耐熱性、耐光性、耐薬品性に優れているといわれている。それぞれの光干渉フィルタを成膜して、フィルタ領域の形状に成形して製造する方法としては、例えば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれの光干渉フィルタを成膜したガラス板を所望の角度の扇形に切り出し、それらを固定部材で繋ぎ合わせて円盤状のカラーホイールを作成する。あるいは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれのフィルタを成膜したガラス薄板を所望の角度の扇形に切り出し、それらを円盤状の基板上に張り合わせてカラーホイールを作製する。しかしながら、このようなカラーホイールには、次のような問題があった。（１）カラーホイールの加工工程が複雑であることと、その回転中心が偏心していると、高速回転時にバランスを崩して破壊するおそれがあり、バランスの調整に非常な熟練を要した。（２）それぞれのカラーフィルタの境界部に重なりによる段差やすきまが生じ、回転時に騒音が発生したり、破壊したりすることがあった。（３）カラーフィルタの境界部の照明を利用しようとしても、その部分のすきまや重なり、あるいは破断面の非平滑性等から散乱光を生じ、カラーフィルタの境界部においては有効に光を利用できない。
【０００４】
そこで、最近は新しいカラーホイールの製造方法が開発されている。このカラーホイールの製造方法は、ガラスなどの透光性の一枚の基板上の各フィルタ領域に各色のカラーフィルタに対応する光干渉フィルタを成膜する方法である。一般に、この製造方法による場合は、カラーホイールの機械的強度が高く、高速回転してもカラーホイールが破壊することがない。また、カラーフィルタ間に継ぎ目や隙間がないので、使用時に風切り音のような騒音が発生することがない。例えば、このようなカラーフィルタを形成するため、カラーホイール用の基板上に、所定のフィルタ領域を画定する開口部を備えた金属製の板からなるマスク治具を載置し、基板とマスク治具とを適切な固定治具によって保持し、例えば蒸着装置やスパッタリング装置等の成膜装置によって、上述した誘電体多層膜を積層する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、マスク治具を基板上に載置して特定のフィルタ領域を形成し蒸着法などによってカラーフィルタを形成した後、同一のマスク治具を所定の角度だけ回転させて次のフィルタ領域を形成して次の色のカラーフィルタを形成することができる。これを繰り返せば、ひとつのマスク治具でそれぞれのフィルタ領域に複数のカラーフィルタを形成することができるとされている。
【０００５】
この他にも以下のようなカラーホイールまたはその製造方法が提案されている。特許文献２には、各カラーフィルタを固定部材で繋ぎ合わせて作成した円盤状のカラーホイールの支持部材を工夫することにより照明効率の低下を抑え、破損に対する耐性を増したカラーホイールが開示されている。さらに、特許文献３には、カラーホイールの回転中心軸を高精度に決定するカラーホイールの製造方法が開示されている。特許文献３には、透光性のガラス基板上にカラーフィルタの薄膜を蒸着する際に、各カラーフィルタのパターンの回転中心の偏心を抑えるための蒸着工程におけるマスク治具が開示されている。特許文献４には、一枚ものの基板の表裏に光干渉フィルタの膜を被覆したカラーホイールが開示されている。特許文献５には、カラーホイールの製造工程における製造コスト低減のための好適なカラーフィルタの表裏識別手段が開示されている。特許文献６には、カラーホイールの明るさの向上のために、カラーフィルタ同士の境界に白色フィルタを設けたカラーフィルタが開示されている。
【０００６】
しかしながら、従来のカラーホイールの製造方法では、各フィルタ領域からなるパターンの境界における精度が十分ではなかった。カラーフィルタを繋ぎ合わせたり、張り合わせたりしたカラーホイールはもとより、一枚の基板上にそれぞれの光干渉フィルタを形成したカラーホイールにおいても、光干渉フィルタの境界部では正確な色の光線を出射できなかった。比較的精度よく製造できる一枚の基板上にそれぞれの光干渉フィルタを形成したカラーホイールにおいても、光干渉フィルタ用の薄膜は、基板上にＴａ2Ｏ5やＳｉＯ2などの薄膜として数十層積層されている。そして、Ｔａ2Ｏ5やＳｉＯ2などの薄膜は、境界部であるその端部において積層された層の数が揃っていないで、中心部における層の数より少なくなっている。あるいは端部において積層された実際の薄膜の厚さが要求される光学薄膜の膜厚より薄くなっていることがある。このため、端部においては、十分にシャープな色を出射するカラーフィルタとはならなくなる。また、光干渉フィルタの端部において正確に数十層のＴａ2Ｏ5やＳｉＯ2層が積層されていないと、光干渉フィルタの境界部を正確に特定することもできなくなる。このため、顕微鏡等で光干渉フィルタの境界部を特定して、そこを基準にマスク治具をセットして、次の色の光干渉フィルタを形成しようとしても、形成した光干渉フィルタの境界部が不明確であれば、マスク治具をセットする基準の位置が正確に定まらないことになる。このような光干渉フィルタからなるカラーフィルタの境界部では、色ぼけの領域が発生し、このカラーフィルタの形成されたカラーホイールからはシャープな色の分光装置を作ることは困難である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−５７４２４号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６６７８号公報
【特許文献３】特開２００５−６２３１９号公報
【特許文献４】特開２００２−３４１１３３号公報
【特許文献５】特開２００４−１０１８２７号公報
【特許文献６】特開２０００−３２９９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明においては、上述のような問題点を解決できるカラーホイールを製造するため、カラーフィルタの境界となる端部を精密に形成するためのマスク治具の提供を課題としている。また、カラーフィルタ形成のためのマスク操作を容易にできる成膜治具の提供、およびこれらのマスク治具を使用して、上述のような問題点を解決できるカラーホイールの製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、
カラーホイール用の基板にカラーフィルタを形成するための開口部を備えたマスク治具であって、
基板に接する面に開口辺縁部をもって開口する基板側開口部と、
基板に接する面とは反対側の面に、基板側開口部よりも大きな面積を有し、かつ基板に接する面とは反対側から見ると基板側開口部を囲繞するように開口する空間側開口部と、
空間側開口部から基板側開口部に向かって鋭角に傾斜するテーパ面部と、
このテーパ面部の傾斜先端部に形成された内周面と
を有するマスク治具であり、
請求項２は、
前記鋭角の角度が１０〜８０度である請求項１に記載のマスク治具であり、
請求項３は、
前記内周面の高さが０．３ｍｍ以下である請求項１または２に記載のマスク治具であり、
請求項４は、
複数のカラーフィルタを有するカラーホイールに用いられる基板を載置する基板載置治具と、
それぞれのカラーフィルタの位置に対応して互いに異なる位置にカラーフィルタ形成用の開口部を有する複数のマスク治具と
を備えた成膜治具であり、
請求項５は、
前記請求項４に記載のマスク治具が、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク治具である請求項４に記載の成膜治具であり、
請求項６は、
基板載置治具が、基板を支持する支持部と、その支持部の周囲に形成された凹部とを有する基板載置部を備える請求項４または５に記載の成膜治具であり、
請求項７は、
基板載置治具に基板を載置する工程と、
基板載置治具に載置された基板上に、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク治具であって、基板上に形成するカラーフィルタに対応するカラーフィルタ形成用の開口部を有するマスク治具を選んでこれを載置して、順次それぞれのカラーフィルタを形成する工程と
を含むカラーホイールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のマスク治具により形成したカラーフィルタは、その端部の境界面で精密に他の色のカラーフィルタと分離されており、境界付近においても正確に所望の色の光線を出射できる。そのため、このカラーフィルタを形成したカラーホイールは、カラーフィルタの境界部分で色ぼけがなく、シャープな色の光線を出射できる。さらに、カラーフィルタの境界部分での出射する光線の無駄がなく出射光の利用効率が高くなる。このため、このカラーホイールを使用した画像表示装置はシャープで明るい画像を形成しやすい。
【００１１】
また、この発明に係る成膜治具を用いてカラーホイールを製造する際、マスク治具のカラーホイール基板上へのセッティングが正確に、且つ容易にできるため、基板上へのカラーフィルタの形成において、カラーフィルタの端部で容易に、精密に他の色のカラーフィルタとの境界を形成することができる。
【００１２】
さらに、この発明に係る製造方法を用いてカラーホイールを製造すれば、境界部分で色ぼけがなく、シャープな色の光線を出射できるカラーホイールが得られ、このカラーホイールから出射する光線の利用効率が高くなる。このため、このカラーホイールを使用した画像表示装置はシャープで明るい画像を形成しやすい。また、この発明の製造方法により製造したカラーホイールは、基板上に薄膜を形成しただけの簡単な構造であるので、高速回転においても騒音や偏心による破損のおそれはほとんどない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明においては、カラーホイール上に形成される各カラーフィルタは、不要な入射光を濾波して、所望の波長帯域の入射光のみを透過させ利用するものとして説明しているが、この発明において製造されるカラーホイールには、所望の波長帯域の入射光のみを反射させて利用し、その他の不要な入射光を濾波するように形成されたカラーフィルタを備えた反射光を利用するカラーホイールをも含んでいる。
【００１４】
この発明のマスク治具はカラーホイール用の基板上のフィルタ領域にカラーフィルタを形成するためのマスク治具である。この発明に係るカラーフィルタは、蒸着法やスパッタリング法などによって基板上に成膜された誘電体多層膜である光干渉フィルタからなっており、基板と同じ中心軸を持つ扇形のフィルタ領域に形成されている。通常、カラーフィルタは基板上に複数形成されており、例えば４個のフィルタ領域にそれぞれ赤色光のみを透過させる赤色透過用のカラーフィルタ、緑色光のみを透過させる緑色透過用のカラーフィルタ、青色光のみを透過させる青色透過用のカラーフィルタとして形成されている。なお、全ての色の光を透過させるフィルタ領域は光干渉フィルタは形成されていないが、このフィルタ領域を便宜上白色透過用のカラーフィルタとして扱う。
【００１５】
この発明に係るマスク治具においては、上記の各色のカラーフィルタに対応してそれぞれ専用のマスク治具が用意されることが多い。それぞれのマスク治具の光干渉フィルタ形成時のマスク用の開口部は、基板に接する面に開口辺縁部をもって開口する基板側開口部と、基板に接する面とは反対側の面に、基板側開口部よりも大きな面積を有し、かつ基板に接する面とは反対側から見ると基板側開口部を囲繞するように開口する空間側開口部と、空間側開口部から基板側開口部に向かって鋭角に傾斜するテーパ面部と、このテーパ面部の傾斜先端部に形成された内周面とを有する。
【００１６】
図１〜図３を参照にしながらこのマスク治具の開口部の構造について説明する。図１、図２に示すように、このマスク治具１の扇形の開口部６は、カラーフィルタ形成時にマスク治具１のカラーホイール用の基板に接する側である基板側開口部９よりも、基板に接する側とは反対側の空間側開口部１１のほうが面積が大きく、且つこの開口部６をマスク治具１の空間側２１’の面の上方から見たときに、すなわち図１で表した平面図上では紙面の真上から見たときに、基板側開口部９が空間側開口部１１の内側に見える状態になるように囲まれている。そして、開口部６の断面には空間側開口部１１から基板側開口部９に向かって鋭角に傾斜するテーパ面部１０が形成されている。図１の平面図のＡ−Ａ’線における断面図である図２で示せば、開口部６の断面であるテーパ面部１０を表わす線と、マスク治具の基板側２１を表す直線とのなす角度が鋭角になっている。図２におけるテーパ面部Ｂの拡大図を図３Ｂに示した。図３Ｂに示すようにテーパ面部１０は空間側２１'の開口開始部１３’から、テーパ面部１０の先端である傾斜先端部１２に向かうにつれて開口部６側に突き出しているように傾斜している。この傾斜角、言い換えればマスク治具の基板側２１とテーパ面部１０とのなす角度θは鋭角であり、さらに、その角度θは１０〜８０度であることが好ましく、１０〜４５度が特に好ましい。このようにすることにより、カラーフィルタ境界部における光干渉フィルタ用の個々の薄膜の形成むらや厚さの変動を防ぐことができる。特に、スパッタリングによる薄膜形成においては、角度θは１０〜４５度が好ましい。
【００１７】
さらに、図３Ｂにおける鋭角部分Ｂ’を拡大した図が図３Ｂ’である。図３Ｂ’に示すように、このテーパ面部１０の傾斜先端部１２には内周面１０’が形成されている。この内周面１０’は、テーパ面部１０の先端の欠損部であり、その高さを０．３ｍｍ以下、さらに０．１〜０．０１ｍｍとすることが好ましい。この内周面１０’の高さは、低いほうが誘電体薄膜である光干渉フィルタを形成する上では蒸着物質が均一に形成され易い。しかし、マスク治具１の製作上、内周面１０’の高さを小さくしすぎると基板側開口部９の形状の精度が保てなくなるおそれがある。基板側開口部９の形状の精度を保って内周面１０’の高さを０．０１ｍｍ以下に製作するためには、非常に高度な製作技術が必要となり経済的ではない。通常、内周面１０’は、基板側開口部９の形状を精密に加工するために開口部６におけるテーパ面１０の鋭角部分の先端を切り欠いて形成する。そのため、内周面１０’はマスク治具１の板面に対してほぼ垂直になっている。なお、内周面１０’は、テーパ面１０と逆側に傾斜していると、光干渉フィルタを形成する上では好ましくない。
【００１８】
この発明においては、一般に、上記の各カラーフィルタに対応してそれぞれ専用のマスク治具が用意されることが多いが、カラーホイール上のフィルタ領域は、それぞれのカラーフィルタに対応して扇形の角度の大きさが異なっているからである。例えば、赤色透過用のカラーフィルタは８５度、緑色透過用のカラーフィルタは９０度、青色透過用のカラーフィルタは１００度、白色透過用のカラーフィルタは７５度というようになっている。このため、それぞれのカラーフィルタ用のマスク治具は、それぞれ８５度、９０度、１００度の扇形の開口部を備えている必要がある。なお、白色透過用のカラーフィルタのフィルタ領域は光干渉フィルタは形成されないが、光源の有効利用のため反射防止膜を形成するためのマスク治具を備えていることが好ましい。
【００１９】
図１、図４、図５にそれぞれの色のカラーフィルタに対応するマスク治具の例を示した。例えば、図１は赤色透過用のカラーフィルタ製造用のマスク治具、図４は緑色透過用のカラーフィルタ製造用のマスク治具、図５は青色透過用のカラーフィルタ製造用のマスク治具を表わす。図１、図４、図５に示すように、このマスク治具１，２，３はそれぞれ異なった位置に、異なった角度の扇形の開口部６，７，８を持つ薄い板状をしている。それぞれの開口部６，７，８は上述のような構造をしている。そして、通常はカラーホイール用の基板をのせる載置治具との位置決めをし易いように、それぞれ位置決め治具１４，１５，１６，１７，１８，１９を備えている。位置決め治具１４，１５，１６，１７，１８，１９は位置決めができれば、どのようなものでもよいが、この場合は、丸孔および横長孔を例示している。これは、後述する載置治具に備えた位置決め治具が、この丸孔および横長孔にぴったりはまる円柱であることと対応している。なお、形成すべきカラーフィルタのフィルタ領域のうち、扇形の形状が同じものがある場合は、マスク治具に位置決め治具を複数組備えておき、位置決め治具の組合せを選択することにより、複数のフィルタ領域にひとつのマスク治具でカラーフィルタを形成することもできる。また、白色透過用のカラーフィルタ製造用のマスク治具も作ることが望ましく、この白色透過用のカラーフィルタ製造用のマスク治具にも丸孔および横長孔等の位置決め治具を設置する。
【００２０】
次にこの発明の成膜治具について説明する。この発明の成膜治具は、複数のカラーフィルタを有するカラーホイールに用いられる基板を載置する基板載置治具と、それぞれのカラーフィルタの位置に対応して互いに異なる位置にカラーフィルタ形成用の開口部を有する複数のマスク治具とを備えている。この成膜治具は、カラーホイール用の基板にカラーフィルタを形成するために使用する治具である。この成膜治具は、基板載置治具と、それぞれのカラーフィルタの形成に使用するための複数、通常は３種以上のマスク治具とを備えている。上述のように、カラーフィルタの各フィルタ領域はそれぞれ扇形の角度の大きさが異なっている場合が多く、ひとつのマスク治具を基板上で回転して複数のフィルタ領域にカラーフィルタを形成することは難しい。そこで、基板載置治具上に基板を固定して載置しておき、カラーフィルタ毎に準備しておいたマスク治具を取り替えながら、それぞれのフィルタ領域にカラーフィルタを形成していく。ここで使用するマスク治具は、精密な境界を持つカラーフィルタを形成する上から、上述の構造の開口部を備えたマスク治具であることが好ましい。
【００２１】
基板載置治具と複数のマスク治具とは、それぞれ上述したような位置決め治具を備えており、基板載置治具に基板を載置して、その上にマスク治具を配置する際に、マスク治具と基板載置治具、すなわち基板との相対位置を正確に確定できるようになっている。例えば、マスク治具に上述のような丸孔と横長孔の組合せの位置決め治具を備えていれば、図６、図７に示すような基板載置治具４の対応する位置に丸棒を垂直に配置した位置決め治具２０，２０’を備えていることが好ましい。そして、これらの位置決め治具の加工精度は１０μｍ程度でぴったり嵌るようにすることが好ましい。このように、マスク治具と基板載置治具、すなわち基板との相対位置を精密に位置決めできることが、基板上のフィルタ領域にカラーフィルタを正確に形成する効果をもたらす。基板上にカラーフィルタを正確に形成することができれば、カラーフィルタ同士の境界での重なりや隙間がなくなり、カラーフィルタの境界面で精密に色が変化するカラーホイールを製造することができる。このようなカラーホイールは、画像表示装置に用いた場合、画像の色ぼけがなく、光の利用効率の高い、明るい画像を得ることができる。
【００２２】
この発明に係る基板載置治具は、基板を支持する支持部と、その支持部の周囲に形成された深さ１ｍｍ以上の凹部とを有する基板載置部を備えていることが好ましい。図６〜図９に示すように、基板載置治具４は金属製等の平板上に基板載置部５を備えている。この基板載置部５上に基板を載置した後、その上にマスク治具を載せて基板上のフィルタ領域にカラーフィルタ形成用の蒸着装置等で誘電体薄膜を形成する。その際、基板は基板載置治具４の基板載置部５上で自然には移動しないように載置されている。そして、上述のように、例えばマスク治具１は、基板載置治具４に備えた位置決め治具２０，２０’およびマスク治具１に備えた位置決め治具１４，１５によって精度よく基板載置治具４上、すなわち基板上の所定の位置に配置される。これにより、基板の所定のフィルタ領域に精度よくマスク治具１の開口部６が重なる。このような状態で蒸着操作を行えば、カラーフィルタは所定のフィルタ領域に正確に形成される。
【００２３】
この発明に係る基板載置治具４は、図８およびそのＤ部の拡大図である図９に示すように、基板を支持する支持部５’と、その支持部５’の周囲に形成された深さ１ｍｍ以上の凹部とを有する基板載置部５を備えることが好ましい。この深さ１ｍｍ以上の凹部は、基板載置部５に載置されている基板にカラーフィルタを形成した後、基板載置治具４に載置したまま基板を洗浄する工程において、基板の裏側、すなわち基板載置治具４側の洗浄・乾燥操作を容易にするものである。カラーフィルタを形成した後の基板は水やアルコール等の有機溶媒で洗浄されるが、基板載置治具４の基板載置部５に載置したまま洗浄すると、基板の裏側には洗浄液が行きわたり難く洗浄が不十分になり易い。そこで、基板の中央部付近に基板を支持する支持部５’を設け、基板のフィルタ領域の裏側にあたる支持部５’の周囲に深さ１ｍｍ以上の凹部を設け、基板の裏側に洗浄液が行きわたり易くすることが好ましい。深さは，図９に示すように支持部５’を基準にした深さＥである。このようにすれば、基板を基板載置治具４の基板載置部５に載置した際に、基板と基板載置部５における凹部との間に１ｍｍ以上の間隙ができ、基板の洗浄の際、洗浄液が行きわたり易く洗浄が効果的に行われる。さらに、この洗浄液を乾燥する場合にも、基板と基板載置部５の凹部との間に１ｍｍ以上の間隙があると、非常に効率的に基板の乾燥ができる。
【００２４】
この発明のマスク治具および基板載置治具は、どのような素材で製造してもよいが、アルミニウム、鋼、銅、マグネシウムおよびこれらの金属の合金を素材として製造することが好ましい。その中でも、軽量性、加工性からアルミニウムおよびアルミニウム合金が好適である。経済性を重視する場合は、鋼などの鉄系素材を使用してもよい。例えば、５〜１０ｍｍ厚のアルミニウムの平板からカラーフィルタを形成するためのカラーホイール用の基板より大きな正方形に切り出して、図６、図７に示すような支持部５’を含む基板載置部５を形成する。なお、基板載置部５の直径は基板の直径より大きいことが好ましい。さらに、このアルミニウムの平板に、位置決め治具２０，２０’としてアルミニウム、鋼、銅、マグネシウムおよびこれらの金属の合金等を素材として製造した円柱を設置する。このようにして、図６に示したなような基板載置治具４が製造できる。アルミニウムの平板の加工は切削法、電鋳法、エッチング法、レーザー加工法等によればよい。マスク治具１〜３の製造方法も基板載置治具４と同様であるが、開口部６，７，８の形成には、十分な寸法精度が要求される。例えば、開口部６のテーパ面部１０における傾斜先端部１２の内周面１０’の高さは０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。また、位置決め治具１４，１５としての丸孔および横長穴と開口部６との相対位置を正確に配置する必要がある。このため、マスク治具の加工には切削法、電鋳法、エッチング法、レーザー加工法等が好ましい。
【００２５】
上述のマスク治具および基板載置治具を用いた、カラーホイールの製造方法について説明する。カラーホイールの基板は、例えばホウケイ酸ガラス等の光透過性の無機材料、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン等の光透過性の光学プラスチック材料を使用すればよい。上記材料からできた平板を所望の大きさの円盤状に切り出せば基板となる。この基板を上述の基板載置治具の基板載置部に載せ、例えば赤色カラーフィルタ用の第一のマスク治具をその上に配置する。その際、基板載置治具の位置決め治具とマスク治具の位置決め治具とにより、マスク治具と基板載置治具との相対位置を正確に決定する。これにより、マスク治具の開口部からは基板載置治具上に載置された基板における赤色カラーフィルタ用のフィルタ領域のみが露出している。このように基板載置治具とマスク治具とにより挟まれた基板を、例えば図１０に示すような電子照射で蒸発源２６を加熱する真空蒸着装置２２の基板支持具２９に基板の外部への露出面がるつぼ２５のほうに向くようにしてセットし、チャンバ２３内を減圧にしておき、るつぼ２５中の蒸発源２６に電子照射装置２７から電子を照射して蒸着物質を加熱して蒸発させて、マスク治具の開口部から外部に露出している基板のフィルタ領域に蒸着物質を蒸着させて光干渉フィルタの薄膜を形成する。蒸着物質としては、高屈折率の素材、例えばＴａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＺｎＳなどよりなる誘電体物質と低屈折率の素材、例えばＳｉＯ2、ＭｇＦ2などよりなる誘電体物質とがあり、これらを、交互に数層から数十層積層して光干渉フィルタを形成する。なお、光干渉フィルタの各誘電体薄膜の厚さは、高屈折率の素材と低屈折率の素材との組合せ、および目的とするカラーフィルタの透過光の波長によって決まる。通常は、個々の誘電体薄膜の厚さは、数１０ｎｍとすることが多い。
【００２６】
基板上にひとつのカラーフィルタが形成されたら、真空蒸着装置２２からカラーホイールを成膜治具ごと取り出して、基板載置治具からマスク治具を取り外す。そして、この基板載置治具の基板載置部に載ったままの基板上に、基板載置治具と基板との相対位置を移動させないようにして、第二のマスク治具、例えば緑色カラーフィルタ用のマスク治具を配置する。その際、第一のマスク治具の配置と同じように、基板載置治具の位置決め治具とマスク治具の位置決め治具とにより、第二のマスク治具と基板載置治具との相対位置を正確に決定する。これにより、マスク治具の開口部からは基板載置治具上に載置された基板における緑色カラーフィルタ用のフィルタ領域のみが露出していることになる。この成膜治具に挟まれた基板に、上述と同様にして真空蒸着装置２２中で光干渉フィルタを形成する。光干渉フィルタの色を変化させるには、蒸着物質を変化させるか、誘電体薄膜の厚さを変化させるか、すればよい。通常は、同じ蒸着物質を用いて、所望の波長の光線を透過するように誘電体薄膜の厚さを変化させる。これにより、緑色カラーフィルタが形成される。
【００２７】
緑色カラーフィルタと同様にして、青色カラーフィルタも形成することができる。青色カラーフィルタを形成すれば、白色カラーフィルタを含めて４色のカラーフィルタが形成されたことになるが、白色カラーフィルタ部分には青色カラーフィルタの形成と同様にして反射防止膜を形成することが望ましい。通常は、赤色、緑色、青色、白色の４色のカラーフィルタが形成されたカラーホイールが使用されるので、カラーフィルタ形成はこれで終了である。さらに、他の色のカラーフィルタを形成する場合は、上述の操作を繰り返せばよい。カラーフィルタ形成が終わった基板は、マスク治具を取り外して基板載置治具に載置されたまま、アルコールや水などの洗浄溶液で洗浄することが好ましい。この場合、基板の表側であるカラーフィルタが形成されている面は、露出しているので容易に洗浄、乾燥ができる。しかし、基板の裏側であるカラーフィルタが形成されていない面は、露出していないので容易に洗浄、乾燥ができない場合がある。そこで、この発明における好ましい載置治具、すなわち基板を支持する支持部と、その支持部の周囲に形成された深さ１ｍｍ以上の凹部とを有する基板載置部を備える載置治具を使用すると、基板の表側だけでなく裏側も用意に洗浄乾燥ができる。基板載置部における凹部の深さを１ｍｍ以上とするのは、凹部の深さがこれより浅いと洗浄溶液が十分に洗浄効果を発揮しなかったり、洗浄溶液の乾燥が困難となったりするからである。しかし、凹部の深さを１０ｍｍ以上とすると基板の基板載置部での安定性が劣ることがあるので好ましくない。このようにして、洗浄・乾燥が終わればカラーホイールが完成する。
【００２８】
上述のようにして製造したカラーホイールの中心軸部に、カラーホイールを回転させるモータを取り付けて図１２に示すような分光装置３８とすることができる。分光装置３８に使用されるモータは、その種類について特に限定されるものではないが、たとえば軸回転型のスピンドルモータとし、中心軸部は、ロータマグネットが取り付けられたアウタロータに固着されて、ステータコイル内部に設けられた軸受部に回転自在に軸支されるものとすることができる。カラーホイールの各フィルタ領域のカラーフィルタは、その中心がカラーホイールの中心に一致するパターンとして形成され、中心軸部自体をモータの回転軸と合わせてあるため、各フィルタ領域のカラーフィルタの中心とカラーホイールの回転動作上の回転中心とが一致している。このカラーホイールは、カラーフィルタの形成に用いたメタルマスクの加工精度が優れているので、カラーフィルタの境界が非常にシャープになっており、分光装置に使用したときに、色の境界においてはっきりした分光ができる。
【００２９】
次に、上記分光装置を利用した画像表示装置３６について説明する。図１２はこの発明に係る画像表示装置３６の一実施形態を示す概略構成図である。この画像形成装置３６は、上述の製造方法で製作したカラーホイールを使用した分光装置３８を備える。図１２において画像表示装置３６は、たとえばメタルハライドランプ等からなる白色光源３９と、カラーホイール３７を有する分光装置３８と、例えば液晶ライトバルブ素子のような透過型のライトバルブ素子４０と、投射レンズ系４１とを備えている。白色光源３９から出射された白色光４２は、回転するカラーホイール３７によって、たとえば赤色光、緑色光、青色光に順次分光されてライトバルブ素子４０に入射し、ライトバルブ素子４０は各入射光４３を変調して赤色画像、緑色画像、青色画像を順次生成し、生成された各画像は投射レンズ系４１によってスクリーン等に順次投射されてフルカラー画像が合成される。なお、上述した画像表示装置３６において、ライトバルブ素子４０を反射型のものとして説明たが、この発明に係る画像表示装置３６はこの態様に限定されるものではなく、これらのライトバルブ素子４０を、液晶ライトバルブ素子のような透過型のライトバルブ素子ではなく、例えばデジタルマイクロミラーデバイスのような反射型のライトバルブ素子としてもよい。その場合は、反射光４６が使用される。また、画像表示装置に、図１２に図示されていない任意の適切な光学系および制御系を追加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、この発明に係るマスク治具の平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】図３は、図２のＢ部の拡大図である。図３ＢはＢ部を、また図３Ｂ’は図３ＢにおけるＢ’部の拡大図を示す。
【図４】図４は、この発明に係るマスク治具の平面図である。
【図５】図５は、この発明に係るマスク治具の平面図である。
【図６】図６は、この発明に係る基板載置治具の平面図である。
【図７】図７は、この発明に係る基板載置治具の正面図である。
【図８】図８は、図６のＣ−Ｃ’における断面図である。
【図９】図９は、図８のＤ部の拡大図である。
【図１０】図１０は、真空蒸着装置の模式図である。
【図１１】図１１は、カラーホイールの平面図である。
【図１２】図１２は、画像表示装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，２，３：マスク治具      ４：基板載置治具
５：基板載置部      ５’：支持部      ６，７，８：開口部      ９：基板側開口部
１０：テーパ面部      １０’：内周面      １１：空間側開口部
１２：傾斜先端部      １３：傾斜開始部      １３’：開口開始部
１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２０’：位置決め治具
２１：基板側２１’：空間側
２２：真空蒸着装置      ２３：チャンバ      ２４：排気部      ２５：るつぼ
２６：蒸発源      ２７：電子照射装置      ２８：基板    ２９：基板支持具
３０：カラーホイール    ３１：中心軸部      ３２，３３，３４，３５：フィルタ領域
３６：画像表示装置      ３７：カラーホイール      ３８：分光装置
３９：白色光源    ４０：ライトバルブ素子    ４１：投射レンズ系    ４２：白色光
４３：入射光      ４４：変調光      ４５：画像形成光      ４６：反射光
θ：基板側２１とテーパ面部１０とのなす角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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