JP4117551B2 - カラーホイール、その製造方法、およびそれを備えた分光装置並びに画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時分割型の分光装置のフィルタ素子として好適なカラーホイール、その製造方法、およびそのカラーホイールを備えた分光装置並びに投射型の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投射型の画像表示装置における色合成の方式は、画素毎の光量を調節して画像を生成するライトバルブ素子を１つ使用し、画素ごとにＲ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光に分光する単板式、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用にライトバルブ素子を３つ使用して並列に生成したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を合成する３板式などの方式が一般的であった。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の高速スイッチング可能なライトバルブ素子が実用化されるにつれて、１つのライトバルブ素子にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を順次入射させ、そのライトバルブ素子を入射光の切り替えに同期させて駆動してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を時系列的に生成し、それらを順次スクリーン等に投射する時分割型の単板方式が広く使用されるようになってきている。この場合、画像の色合成はいわゆる残像効果により観察者の視覚系において実行されるものである。この方式は、装置の小型化、軽量化という単板式の特徴を比較的単純な光学系を用いて達成できるため、低コストで投射型の画像表示装置を実現する上で好適な方式である。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、Ｇ、Ｂそれぞれの波長帯域の光に順次分光するための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ものである。
【０００３】
このようなカラーホイールを備えた時分割型の分光装置の例を図１８に示す。図１８において、分光装置２００はカラーホイール１００と、ハブ１０５と、モータ１０６とを備えている。カラーホイール１００は、たとえば光学ガラスなどの光透過性材料からなる円盤状の基板１０１上にたとえばＲ光のみを透過させるフィルタ領域１０２、Ｇ光のみを透過させるフィルタ領域１０３、Ｂ光のみを透過させるフィルタ領域１０４が形成され、ハブ１０５を介してモータ１０６に同軸に固定されている。この分光装置２００は、モータ１０６の回転につれてカラーホイール１００が回転し、カラーホイール１００に入射する白色光Ｓの入射面に対するフィルタ領域がＲ領域１０２、Ｇ領域１０３、Ｂ領域１０４と順次切り替ることによって、入射白色光ＳをそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光するものである。
【０００４】
ここで、フィルタ領域１０２、１０３、１０４を形成するフィルタには、通常、高屈折率の材料（例えば、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＺｎＳ等）よりなる誘電体薄膜および低屈折率の材料（例えば、ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2等）よりなる誘電体薄膜を、たとえば蒸着法やスパッタリング法等によって交互に複数積層した誘電体多層膜による光干渉フィルタが用いられる。この光干渉フィルタは、染色法や顔料分散法等で形成されるカラーフィルタに対し、耐久性（耐熱、耐光、耐薬品）に優れ、透過率が高く、シャープな分光特性が得やすい等の特長を有するため、高強度の光束の適用に耐え、かつ表示品位の高い画像を得るために好適なものである。
【０００５】
このような誘電体多層膜を、その成膜領域を高精度に画定して形成するための方法として、いわゆるリフトオフ法を挙げることができる。リフトオフ法は、所定のフォトプロセスおよび必要な場合にはメッキプロセスを使用して、所望の成膜領域のみが露出されたレジスト膜または金属薄膜からなるマスクパターンを予め基板上に形成し、そのマスクパターンの上から所定の薄膜を全面に成膜し、その後、上記マスクパターンを溶解除去することによってマスクパターン上に形成された薄膜も除去（リフトオフ）して、上記所望の成膜領域に成膜された薄膜を得るものである。この方法によれば、通常は困難である誘電体多層膜のエッチングを実施することなく、フォトプロセスに特徴的な高精度でもって領域が画定された誘電体多層膜を形成することができる。
【０００６】
しかしながら、カラーホイールの製造工程に上記リフトオフ法を適用するには、次のような問題が存在する。第１の問題は、カラーホイールの場合には、通常は基板上に微細なパターニングが実施される半導体素子等の場合とは異なり、個々のリフトオフする領域が大面積を有する連続領域となることである。具体的には、図１８に示すカラーホイール１００においてフィルタ領域１０２を形成する場合、フィルタ領域１０３およびフィルタ領域１０４に相当する連続領域がリフトオフする領域となる。このような場合、マスクパターンを溶解除去する際には、そのマスクパターン表面上にも所定の誘電体多層膜が形成されているため、レジスト剥離液やエッチング液が作用する面として有効なのは、通常はμｍオーダーの膜厚を有してこの連続領域１０３、１０４の外形を構成する側壁部分のみであり、リフトオフする面積に対してこの作用面の面積が極端に小さなものとなる。このことは、レジスト剥離液やエッチング液がリフトオフする領域に浸透し、マスクパターンを完全に除去するために必要な時間が長くなることを意味し、さらにその間に一旦剥離した膜の基板への再付着といった現象も発生するなど、作業効率の低下および製品の品質低下の要因となる。また、マスクパターンをレジスト膜によって形成する場合には、成膜時の熱、プラズマ、もしくはイオン照射等によってレジスト膜が変性する結果、通常のレジスト剥離液による溶解除去がさらに困難になり、上述した長時間処理に加えて、高温条件下での処理、もしくは高圧スプレーや超音波処理等の物理的手段が必要となる場合もある。
【０００７】
第２の問題は、カラーホイールは、フィルタ領域を形成する基板全体がそのまま１つの素子を構成するものであり、外形を最小化して基板の面積を有効に利用するために、通常はその最外周部にまでフィルタ領域を形成する必要があることである。このことは、最終的には基板を切断して複数の素子を形成するものであるため、たとえば基板の外周部に素子を形成しない領域を設けることができ、成膜工程においてその領域を基板保持のために使用することが可能な半導体基板の場合（たとえば、特許文献１参照）とは異なり、上述した誘電体多層膜の成膜工程において、基板を成膜装置に保持することを困難にする。
【０００８】
このようなことから、従来カラーホイールの製造には、形成するフィルタ領域の画定手段として、たとえば金属性の薄板からなるマスク治具（以下、メタルマスクと記す）を使用する方法も多く使用されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−９０３９１号公報
【特許文献２】
特開２００３−５７４２４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カラーホイールにおけるフィルタ領域の形成では、各領域の形成に対して微細なパターニングは要求されないものの、各フィルタ領域間の境界部を通過した結果、色が確定せず画像生成用として使用できない光を低減させ、光の利用効率を高めるために、隣り合うフィルタ領域同士を高精度に突き合わせて形成する必要がある。この点に関して、メタルマスクを使用した領域の画定では、機械的な位置合わせ手段、およびその補助として使用される目視による位置合わせ手段によって実現可能な位置合わせ精度に限界があり、リフトオフ法のマスクパターン形成に使用されるフォトプロセスに匹敵する精度を実現することは困難である。
【００１１】
上記課題に鑑みて、本発明は、リフトオフ法を使用して容易にフィルタ領域を形成可能なカラーホイールの製造方法を提供し、かつそのカラーホイールを使用した時分割型の分光装置並びに画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールの製造方法であって、前記基板に、所定の前記フィルタ領域を定めるようにフォトプロセスによりパターニングされたマスクパターンを形成する工程と、前記所定のフィルタ領域の範囲を含む、該範囲よりも僅かに大きな範囲を露出させるように形成された開口部を備え、前記マスクパターンの、前記開口部から露出しない部分を保護するマスク治具を、前記マスクパターン上に配置する工程と、前記マスク治具が配置された前記基板に、所定のフィルタを形成する工程と、前記所定のフィルタが形成された前記基板から、前記マスク治具を取り外す工程と、前記マスク治具が取り外された前記基板から、一部に前記所定のフィルタが形成された前記マスクパターンを除去する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２によれば、請求項１に記載のカラーホイールの製造方法において、前記マスクパターンを形成する工程は、前記基板にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、前記レジスト膜に前記所定のフィルタ領域部分が露出されたネガパターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３によれば、請求項１に記載のカラーホイールの製造方法において、前記マスクパターンを形成する工程は、前記基板に導電性薄膜を成膜するステップと、前記導電性薄膜上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、前記レジスト膜に、前記所定のフィルタ領域部分が被覆されたポジパターンを形成するステップと、前記基板に、前記導電性薄膜を電極とする電気メッキによりメッキ層を形成するステップと、前記レジスト膜を除去するステップと、前記所定のフィルタ領域部分の前記導電性薄膜を除去するステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４によれば、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカラーホイールの製造方法において、前記フィルタを形成する工程は、誘電体多層膜を成膜するステップを含み、前記基板は、前記マスク治具を前記誘電体多層膜の成膜装置に固定することによって前記マスク治具と共に前記成膜装置内に保持されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールであって、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法によって製造されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置であって、前記カラーホイールが請求項５に記載のカラーホイールであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置を備えた画像表示装置であって、前記カラーホイールは請求項５に記載のカラーホイールであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態であるカラーホイールを示す平面図である。このカラーホイール１０は、たとえばガラスもしくは樹脂材料などの光透過性の材料からなる円盤状の基板１にフィルタ領域２、３、４を、後述する本発明に係る製造方法により形成してなるものである。ここで、フィルタ領域２はＲ光のみを透過させるＲ透過フィルタ、フィルタ領域３はＧ光のみを透過させるＧ透過フィルタ、フィルタ領域４はＢ光のみを透過させるＢ透過フィルタとし、すべてのフィルタ領域２、３、４は、蒸着法やスパッタリング法などによって成膜された誘電体多層膜からなる公知の光干渉フィルタとする。上記基板１を形成する光透過性の材料としては、たとえばホウケイ酸ガラス等の光学ガラス材料、または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学プラスチック材料が好適である。なお、以下の説明において、カラーホイール上に形成される各フィルタ領域は所望の波長帯域の光のみを透過させて入射光を濾波するものとするが、本発明は、所望の波長帯域の光のみを反射させて入射光を濾波するように形成されたフィルタ領域を備えるカラーホイールを含むものである。
【００２０】
次に、図２〜図７を参照して、図１に示す本実施形態におけるカラーホイール１０の製造工程を説明する。ここで、図２〜図７は、所定のフィルタ領域としてＲ透過フィルタ領域２を形成する場合を例として各工程を示す図であり、左側に平面図、右側にそのＡ−Ａ'断面図を示す。本実施形態では、図２に示すように、まず基板１上にネガ型またはポジ型のフォトレジストをたとえばスピンコート法により全面に塗布してレジスト膜１１を形成する。次に、露光、現像等のフォトレジストの仕様に応じた一連の適切なフォトプロセスを実施して上記レジスト膜１１をパターニングし、図３に示すような、フィルタ領域２に対応する成膜領域１２が露出し、その他の領域が被覆されたネガパターンとして本実施形態におけるマスクパターン１１ａを形成する。次に、図４に示すように、本発明に係るマスク治具であるメタルマスク２０を基板１上に配置する。このメタルマスク２０は、成膜領域１２に対応する位置に、その範囲より僅かに大きく形成された開口部２２を有するものである。また、本実施形態において、メタルマスク２０の形状は、基板１の外周から突出する外周部２３を有するように形成され、たとえばネジやその他の任意の適切なロック機構によって、この外周部２３を図示しない成膜装置の基板保持機構に固着することにより、メタルマスク２０と共に基板１がこの成膜装置内に保持されるものである。
【００２１】
次に、図５に示すように、蒸着もしくはスパッタリング等によって所定の誘電体多層膜を成膜し、基板１上にＲ透過フィルタ２、２ａを形成する。その後、図６に示すように、メタルマスク２０を取り外し、次いで、Ｒ透過フィルタ２、２ａが形成された基板１をたとえば有機アルカリや有機溶剤の混合溶液からなるレジスト剥離液に接触させることによってマスクパターン１１ａを溶解除去する。この際、マスクパターン１１ａ上に形成されたフィルタ２ａはリフトオフされて、図７に示す所定のフィルタ領域２を得る。以上の工程を他のフィルタ領域３、４についても繰り返すことによって、カラーホイール１０を得ることができる。
【００２２】
本実施形態では、図５に示したように、従来のリフトオフ法とは異なり、誘電体多層膜の成膜時に基板１上にメタルマスク２０を配置するため、所定のフィルタが形成されるのは開口部２２の範囲内に留まり、成膜領域１２との境界部を除くマスクパターン１１ａの大部分の領域上には形成されない（なお、図５においてメタルマスク２０上に堆積する誘電体多層膜の図示は省略する）。そのため、図６に示す状態から図７に示す状態へと至るマスクパターン１１ａを除去する工程において、レジスト剥離液は、マスクパターン１１ａの側壁部だけでなく、メタルマスク２０によって保護されていた未成膜領域の表面全体から浸透し、レジストの溶解除去が実施されるものである。また、誘電体多層膜の成膜時に、メタルマスク２０によって高温の蒸着物質、プラズマ、またはイオンの照射等からも保護される結果、レジスト膜からなるマスクパターン１１ａ中に剥離困難な変性層が形成される可能性も軽減される。
【００２３】
ここで、マスクパターン１１aの膜厚は、フィルタ領域２をなす誘電体多層膜と、マスクパターン１１ａ上に形成される誘電体多層膜２ａが互いに分離して形成され得る程度に厚く、かつ蒸着源からの粒子の入射を制限することよって成膜領域１２の周縁部における均一な成膜を著しく阻害しない程度に薄いことが望ましく、たとえば通常は１〜４μｍであるフィルタ領域２の膜厚の２〜１０倍程度に設定されるものである。この膜厚は、たとえばスピンコート法によるレジストの塗布の場合には、使用するレジストの粘度、塗布の際の回転速度、塗布の回数等を調整することによって制御することができる。
【００２４】
次に、図８〜図１５を参照して、本発明に係る第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法を説明する。ここで、本実施形態における製造方法が適用されるカラーホイールは図１に示すカラーホイール１０と同一のものであるとし、以下の説明において図１および図２〜図７と同様の部分には同一の符号を付す。また、本実施形態においても、所定のフィルタ領域としてＲ透過フィルタ領域２を形成する場合を例として使用し、図８〜図１５の各図の左側に各工程に対応する平面図、右側にそのＡ−Ａ'断面図を示す。
【００２５】
本実施形態では、図８に示すように、まず基板１上にたとえばクロム（Ｃｒ）薄膜からなる導電性薄膜３１を蒸着法等により成膜し、その後、この導電性薄膜３１上にネガ型またはポジ型のフォトレジストをたとえばスピンコート法により全面に塗布してレジスト膜３２を形成する。次に、露光、現像等のフォトレジストの仕様に応じた一連の適切なフォトプロセスを実施して上記レジスト膜３２をパターニングし、図９に示すような、フィルタ領域２に対応する領域を被覆し、その他の領域を露出させたポジパターン３２ａを形成する。次に、図１０に示すように、たとえば硫酸銅電解メッキ処理によって、導電性薄膜３１が露出した領域３３上に銅（Ｃｕ）メッキ層３４を析出させる。次に、たとえば有機アルカリや有機溶剤の混合溶液からなるレジスト剥離液によって上記ポジパターン３２ａを溶解除去し、次いで、露出したクロム薄膜をたとえば硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分とするエッチング液によってウエットエッチングする。以上の工程によって、図１１に示すような、成膜領域１２が露出し、その他の領域が銅メッキ層３４で被覆されたネガパターンとして、本実施形態におけるマスクパターン４１ａを形成する。なお、上記エッチング液が銅メッキ層３４に対する侵食作用を有する場合でも、通常はクロム薄膜３１の膜厚よりも銅メッキ層３４の膜厚の方が十分厚く、クロム薄膜３１の溶解除去が先に終了するため、上述したクロム薄膜３１のエッチングにおいて上記銅メッキ被膜３４はマスクとして機能するものである。
【００２６】
次に、図１２に示すように、本発明に係るマスク治具であるメタルマスク２０を基板１上に配置する。このメタルマスク２０は、成膜領域１２に対応する位置に、その範囲より僅かに大きく形成された開口部２２を有するものである。また、本実施形態において、メタルマスク２０の形状は、基板１の外周から突出する外周部２３を有するように形成され、たとえばネジやその他の任意の適切なロック機構によって、この外周部２３を図示しない成膜装置の基板保持機構に固着することにより、メタルマスク２０と共に基板１がこの成膜装置内に保持されるものである。次に、図１３に示すように、蒸着もしくはスパッタリング等によって所定の誘電体多層膜を成膜し、Ｒ透過フィルタ２、２ａを形成する。その後、図１４に示すように、メタルマスク２０を取り外し、次いで、Ｒ透過フィルタ２、２ａが形成された基板１を、たとえば塩化第二鉄水溶液等のエッチング液に接触させることによってマスクパターン４１ａを溶解除去する。この際、このマスクパターン４１ａ上に形成されたフィルタ２ａがリフトオフされて、図１５に示す所定のフィルタ領域２を得る。以上の工程を他のフィルタ領域３、４についても繰り返すことによって、カラーホイール１０を得ることができる。
【００２７】
本実施形態でも、図１３に示したように、従来のリフトオフ法とは異なり、誘電体多層膜の成膜時に基板１上にメタルマスク２０を配置するため、所定のフィルタが形成されるのは開口部２０の範囲内に留まり、成膜領域１２との境界部分を除くマスクパターン４１ａの大部分の領域上には形成されない（なお、図１３においてメタルマスク２０上に堆積する誘電体多層膜の図示は省略する）。そのため、図１４に示す状態から図１５に示す状態へと至るマスクパターン４１ａを除去する工程において、エッチング液は、マスクパターン４１ａの側壁部だけでなく、メタルマスク２０によって保護されていた上記未成膜領域の表面全体から浸透し、銅メッキ層およびクロム薄膜の溶解除去が実施されるものである。
【００２８】
ここで、マスクパターン４１aの膜厚は、フィルタ領域２をなす誘電体多層膜と、マスクパターン４１ａ上に形成される誘電体多層膜２ａが互いに分離して形成され得る程度に厚く、かつ蒸着源からの粒子の入射を制限することよって成膜領域１２の周縁部における均一な成膜を著しく阻害しない程度に薄いことが望ましく、たとえば通常は１〜４μｍであるフィルタ領域２の膜厚の２〜１０倍程度に設定されるものである。この膜厚は、メッキ液の組成や温度、メッキ電流密度、メッキ時間などの通常のメッキ条件を調整することによって制御することができる。なお、本実施形態では、電極として使用する導電性薄膜をクロム薄膜とし、マスクパターンを形成するメッキ層として銅皮膜を析出させるものとしたが、本発明に係るメッキ処理はこの態様に限定されるものではなく、メッキ処理およびエッチング処理が可能な任意の金属もしくは金属化合物から、処理条件等を勘案の上所望の組み合わせを選択することができる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態として本発明に係る分光装置を説明する。図１６（ａ）は本発明に係る分光装置の一実施形態を示す正面図、図１６（ｂ）は同様に側面図である。本実施形態において分光装置６０は、本発明に係るカラーホイール６１と、カラーホイール６１を回転させるモータ６３と、カラーホイール６１をモータ６３に取り付けるためのハブ６２を備えてなり、カラーホイール６１は、その内周部がたとえば接着剤等によってハブ６２に固着され、ハブ６２とモータ６３も接着剤もしくはねじ等の機械的手段によって固着されている。カラーホイール６１は、上述した実施形態に記載された製造方法によってフィルタ領域が形成されたカラーホイールであって、各フィルタ領域間は領域の画定に使用されたマスクパターンの精度、たとえばフォトプロセスに特徴的な数μｍ程度の精度でもって位置合わせされているものである。なお、カラーホイール６１は、ハブ６２を介さずにモータ６３と共通のシャフト等を使用してモータ６３に固着するものであってもよい。
【００３０】
次に、本発明の第４の実施形態として本発明に係る画像表示装置を説明する。図１７は本発明に係る画像表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１７（ａ）には３種類の異なるフィルタ領域を有する３色カラーホイールを使用した分光装置と１つのライトバルブ素子を備えた画像表示装置の例を示し、図１７（ｂ）には２種類の異なるフィルタ領域を有する２色カラーホイールを使用した分光装置と２つのライトバルブ素子を備えた画像表示装置の例を示す。図１７（ａ）において画像表示装置７０は、たとえばメタルハライドランプ等からなる白色光源７１と、３色カラーホイールを有する分光装置７２と、たと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７３と、投射レンズ系７４とを備えている。白色光源７１から出射された白色光は、３色カラーホイールを有する分光装置７２によってたとえばＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光されてライトバルブ素子７３に入射し、ライトバルブ素子７３は各入射光を変調してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を順次生成し、生成された各画像は投射レンズ系７４によって順次投射されてフルカラー画像が合成される。ここで、分光装置７２は、たとえば上述した第３の実施形態に記載された本発明に係る分光装置であり、第１および第２の実施形態に記載されたような製造方法によって製造されたカラーホイールを有して入射光の分光を実行するものである。
【００３１】
図１７（ｂ）において画像表示装置８０は、たとえばメタルハライドランプ等からなる白色光源８１と、２色カラーホイールを有する分光装置８２と、ミラー８３と、全反射プリズム８４と、ダイクロイックプリズム８５と、たと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８６、８７と、投射レンズ系８８とを備えている。白色光源８１から出射された白色光は、２色カラーホイールを有する分光装置７２によって、たとえばＹ（黄色）光およびＭ（マゼンタ）光に順次分光され、ミラー８３および全反射プリズム８４によって光路が変更されてダイクロイックプリズム８５に入射する。ダイクロイックプリズム８５は、たとえばＲ光のみを透過させ、その他の波長帯域の光を反射する特性を有するものであり、入射したＹ光はＲ光およびＧ光に分光されてそれぞれライトバルブ素子８６およびライトバルブ素子８７に入射し、同様にＭ光はＲ光およびＢ光に分光されてそれぞれライトバルブ素子８６およびライトバルブ素子８７に入射する。ライトバルブ素子８６は入射Ｒ光を変調してＲ画像を生成し、またライトバルブ素子８７は入射Ｇ光および入射Ｂ光を変調してそれぞれＧ画像、Ｂ画像を生成する。生成されたＲ画像およびＧ画像、Ｒ画像およびＢ画像は、再びダイクロイックプリズム８５に入射してそれぞれＹ画像およびＭ画像に順次合成され、合成されたＹ画像およびＭ画像は全反射プリズム８４を透過した後投射レンズ系８８によって順次投射されてフルカラー画像が合成される。ここで、分光装置８２は、たとえば上述した第３の実施形態に記載された本発明に係る分光装置であり、第１および第２の実施形態に記載されたような製造方法によって製造された２色カラーホイールを有して入射光の分光を実行するものである。
【００３２】
なお、上述した画像表示装置７０および画像表示装置８０において、ライトバルブ素子７３およびライトバルブ素子８６、８７はすべて反射型のものとしたが、本発明に係る画像表示装置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７３またはライトバルブ素子８６、８７のいずれかもしくは両方を、たと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としてもよい。また、本発明に係る画像表示装置において、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に図示されていない任意の光学系および制御系を追加できることは当業者にとって自明のことである。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るカラーホイールの製造方法によれば、基板上に形成されたフィルタ領域を定めるマスクパターン上に、さらにマスク治具を配置してフィルタを形成するため、後にリフトオフする領域上にフィルタが形成されることを防ぎ、さらにはフィルタ形成時の熱、プラズマ、イオン照射等からもマスクパターンが防護され、リフトオフ工程におけるマスクパターンの除去を容易かつ速やかに実施することが可能となる。また、フィルタ領域の範囲は、基板上に形成されたマスクパターンによって画定されるため、フィルタ形成工程におけるマスク治具の位置合わせに依存することなく、高精度に位置合わせされたフィルタ領域を形成することが可能となる。
【００３４】
特に、請求項２に記載のカラーホイールの製造方法によれば、フォトレジストを使用してマスクパターンを形成するため、高精度なフォトプロセスによってフィルタ領域を画定することが可能となる。
【００３５】
さらに、請求項３に記載のカラーホイールの製造方法によれば、フォトプロセスによるフィルタ領域の画定後、金属皮膜からなるメッキ層を使用してマスクパターンを形成するため、高精度にフィルタ領域を画定することが可能となると共に、フィルタの形成時に基板の加熱あるいは高真空状態が必要な場合でも、耐熱性および脱ガス特性の点で優れたマスクパターンを形成することが可能となる。
【００３６】
さらに、請求項４に記載のカラーホイールの製造方法によれば、各フィルタ領域は誘電体多層膜からなる光干渉フィルタによって形成されるため、耐久性（耐熱、耐光、耐薬品）に優れ、透過率が高く、シャープな分光特性を有するカラーホイールを得ることが可能となる。その際、基板はマスク治具を成膜装置に固定することによって保持されるため、基板の最外周部に及ぶ成膜が必要な場合であっても、基板自体を保持するための特別な保持機構を使用することなく、容易に成膜装置に固定することが可能となる。
【００３７】
また、請求項５に記載のカラーホイールによれば、フィルタ領域は基板上に高精度に形成されたマスクパターンによって画定され、各フィルタ領域間の境界部分はマスクパターンの精度に応じて最小化されているため、境界部分に入射した結果、色が確定せずに捨てられる光を低減させることが可能となる。
【００３８】
また、請求項６に記載の分光装置によれば、使用されるカラーホイール上の各フィルタ領域が高精度に位置合わせされて形成されているため、分光装置に入射する白色光を高効率に利用することが可能となる。また、カラーホイールの最外周部まで成膜されていることから、小径のカラーホイールを使用することができ、ひいてはより小型で低消費電力の分光装置を実現することが可能となる。
【００３９】
また、請求項７に記載の画像表示装置によれば、入射白色光を高効率に利用可能な分光装置を備えているため、表示品位の高い画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールを示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、レジスト膜を形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、ネガパターンを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を配置する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、フィルタを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を取り外す工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスクパターンを除去する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、導電性薄膜およびレジスト膜を形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、ポジパターンを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、メッキ層を形成する工程を示す図であり、（ａ）は表面より見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、レジスト膜を除去する工程を示す図であり、（ａ）は表面より見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図、（ｃ）は裏面より見た平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を配置する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、フィルタを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を取り外す工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスクパターンを除去する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態における分光装置を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態における画像表示装置の概略を示す構成図であり、（ａ）は３色カラーホイールを使用した例を示し、（ｂ）は２色カラーホイールを使用した例を示すものである。
【図１８】カラーホイールを使用した従来の分光装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ Ｒ透過フィルタ領域
２ａ Ｒ透過フィルタ
３ Ｇ透過フィルタ領域
４ Ｂ透過フィルタ領域
１０ カラーホイール
１１ レジスト膜
１１ａ マスクパターン
１２ 成膜領域
２０ メタルマスク
２２ 開口部
２３ 外周部
３１ 導電性薄膜
３２ レジスト膜
３２ａ ポジパターン
３４ メッキ層
４１ａ マスクパターン
６０ 分光装置
７０ 画像表示装置
８０ 画像表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、時分割型の分光装置のフィルタ素子として好適なカラーホイール、その製造方法、およびそのカラーホイールを備えた分光装置並びに投射型の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投射型の画像表示装置における色合成の方式は、画素毎の光量を調節して画像を生成するライトバルブ素子を１つ使用し、画素ごとにＲ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光に分光する単板式、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用にライトバルブ素子を３つ使用して並列に生成したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を合成する３板式などの方式が一般的であった。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の高速スイッチング可能なライトバルブ素子が実用化されるにつれて、１つのライトバルブ素子にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を順次入射させ、そのライトバルブ素子を入射光の切り替えに同期させて駆動してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を時系列的に生成し、それらを順次スクリーン等に投射する時分割型の単板方式が広く使用されるようになってきている。この場合、画像の色合成はいわゆる残像効果により観察者の視覚系において実行されるものである。この方式は、装置の小型化、軽量化という単板式の特徴を比較的単純な光学系を用いて達成できるため、低コストで投射型の画像表示装置を実現する上で好適な方式である。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、Ｇ、Ｂそれぞれの波長帯域の光に順次分光するための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ものである。
【０００３】
このようなカラーホイールを備えた時分割型の分光装置の例を図１８に示す。図１８において、分光装置２００はカラーホイール１００と、ハブ１０５と、モータ１０６とを備えている。カラーホイール１００は、たとえば光学ガラスなどの光透過性材料からなる円盤状の基板１０１上にたとえばＲ光のみを透過させるフィルタ領域１０２、Ｇ光のみを透過させるフィルタ領域１０３、Ｂ光のみを透過させるフィルタ領域１０４が形成され、ハブ１０５を介してモータ１０６に同軸に固定されている。この分光装置２００は、モータ１０６の回転につれてカラーホイール１００が回転し、カラーホイール１００に入射する白色光Ｓの入射面に対するフィルタ領域がＲ領域１０２、Ｇ領域１０３、Ｂ領域１０４と順次切り替ることによって、入射白色光ＳをそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光するものである。
【０００４】
ここで、フィルタ領域１０２、１０３、１０４を形成するフィルタには、通常、高屈折率の材料（例えば、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＺｎＳ等）よりなる誘電体薄膜および低屈折率の材料（例えば、ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2等）よりなる誘電体薄膜を、たとえば蒸着法やスパッタリング法等によって交互に複数積層した誘電体多層膜による光干渉フィルタが用いられる。この光干渉フィルタは、染色法や顔料分散法等で形成されるカラーフィルタに対し、耐久性（耐熱、耐光、耐薬品）に優れ、透過率が高く、シャープな分光特性が得やすい等の特長を有するため、高強度の光束の適用に耐え、かつ表示品位の高い画像を得るために好適なものである。
【０００５】
このような誘電体多層膜を、その成膜領域を高精度に画定して形成するための方法として、いわゆるリフトオフ法を挙げることができる。リフトオフ法は、所定のフォトプロセスおよび必要な場合にはメッキプロセスを使用して、所望の成膜領域のみが露出されたレジスト膜または金属薄膜からなるマスクパターンを予め基板上に形成し、そのマスクパターンの上から所定の薄膜を全面に成膜し、その後、上記マスクパターンを溶解除去することによってマスクパターン上に形成された薄膜も除去（リフトオフ）して、上記所望の成膜領域に成膜された薄膜を得るものである。この方法によれば、通常は困難である誘電体多層膜のエッチングを実施することなく、フォトプロセスに特徴的な高精度でもって領域が画定された誘電体多層膜を形成することができる。
【０００６】
しかしながら、カラーホイールの製造工程に上記リフトオフ法を適用するには、次のような問題が存在する。第１の問題は、カラーホイールの場合には、通常は基板上に微細なパターニングが実施される半導体素子等の場合とは異なり、個々のリフトオフする領域が大面積を有する連続領域となることである。具体的には、図１８に示すカラーホイール１００においてフィルタ領域１０２を形成する場合、フィルタ領域１０３およびフィルタ領域１０４に相当する連続領域がリフトオフする領域となる。このような場合、マスクパターンを溶解除去する際には、そのマスクパターン表面上にも所定の誘電体多層膜が形成されているため、レジスト剥離液やエッチング液が作用する面として有効なのは、通常はμｍオーダーの膜厚を有してこの連続領域１０３、１０４の外形を構成する側壁部分のみであり、リフトオフする面積に対してこの作用面の面積が極端に小さなものとなる。このことは、レジスト剥離液やエッチング液がリフトオフする領域に浸透し、マスクパターンを完全に除去するために必要な時間が長くなることを意味し、さらにその間に一旦剥離した膜の基板への再付着といった現象も発生するなど、作業効率の低下および製品の品質低下の要因となる。また、マスクパターンをレジスト膜によって形成する場合には、成膜時の熱、プラズマ、もしくはイオン照射等によってレジスト膜が変性する結果、通常のレジスト剥離液による溶解除去がさらに困難になり、上述した長時間処理に加えて、高温条件下での処理、もしくは高圧スプレーや超音波処理等の物理的手段が必要となる場合もある。
【０００７】
第２の問題は、カラーホイールは、フィルタ領域を形成する基板全体がそのまま１つの素子を構成するものであり、外形を最小化して基板の面積を有効に利用するために、通常はその最外周部にまでフィルタ領域を形成する必要があることである。このことは、最終的には基板を切断して複数の素子を形成するものであるため、たとえば基板の外周部に素子を形成しない領域を設けることができ、成膜工程においてその領域を基板保持のために使用することが可能な半導体基板の場合（たとえば、特許文献１参照）とは異なり、上述した誘電体多層膜の成膜工程において、基板を成膜装置に保持することを困難にする。
【０００８】
このようなことから、従来カラーホイールの製造には、形成するフィルタ領域の画定手段として、たとえば金属性の薄板からなるマスク治具（以下、メタルマスクと記す）を使用する方法も多く使用されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−９０３９１号公報
【特許文献２】
特開２００３−５７４２４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カラーホイールにおけるフィルタ領域の形成では、各領域の形成に対して微細なパターニングは要求されないものの、各フィルタ領域間の境界部を通過した結果、色が確定せず画像生成用として使用できない光を低減させ、光の利用効率を高めるために、隣り合うフィルタ領域同士を高精度に突き合わせて形成する必要がある。この点に関して、メタルマスクを使用した領域の画定では、機械的な位置合わせ手段、およびその補助として使用される目視による位置合わせ手段によって実現可能な位置合わせ精度に限界があり、リフトオフ法のマスクパターン形成に使用されるフォトプロセスに匹敵する精度を実現することは困難である。
【００１１】
上記課題に鑑みて、本発明は、リフトオフ法を使用して容易にフィルタ領域を形成可能なカラーホイールの製造方法を提供し、かつそのカラーホイールを使用した時分割型の分光装置並びに画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールの製造方法であって、前記基板に、所定の前記フィルタ領域を定めるようにフォトプロセスによりパターニングされたマスクパターンを形成する工程と、前記所定のフィルタ領域の範囲を含む、該範囲よりも僅かに大きな範囲を露出させるように形成された開口部を備え、前記マスクパターンの、前記開口部から露出しない部分を保護するマスク治具を、前記マスクパターン上に配置する工程と、前記マスク治具が配置された前記基板に、所定のフィルタを形成する工程と、前記所定のフィルタが形成された前記基板から、前記マスク治具を取り外す工程と、前記マスク治具が取り外された前記基板から、一部に前記所定のフィルタが形成された前記マスクパターンを除去する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２によれば、請求項１に記載のカラーホイールの製造方法において、前記マスクパターンを形成する工程は、前記基板にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、前記レジスト膜に前記所定のフィルタ領域部分が露出されたネガパターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３によれば、請求項１に記載のカラーホイールの製造方法において、前記マスクパターンを形成する工程は、前記基板に導電性薄膜を成膜するステップと、前記導電性薄膜上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、前記レジスト膜に、前記所定のフィルタ領域部分が被覆されたポジパターンを形成するステップと、前記基板に、前記導電性薄膜を電極とする電気メッキによりメッキ層を形成するステップと、前記レジスト膜を除去するステップと、前記所定のフィルタ領域部分の前記導電性薄膜を除去するステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４によれば、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカラーホイールの製造方法において、前記フィルタを形成する工程は、誘電体多層膜を成膜するステップを含み、前記基板は、前記マスク治具を前記誘電体多層膜の成膜装置に固定することによって前記マスク治具と共に前記成膜装置内に保持されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールであって、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法によって製造されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置であって、前記カラーホイールが請求項５に記載のカラーホイールであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置を備えた画像表示装置であって、前記カラーホイールは請求項５に記載のカラーホイールであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態であるカラーホイールを示す平面図である。このカラーホイール１０は、たとえばガラスもしくは樹脂材料などの光透過性の材料からなる円盤状の基板１にフィルタ領域２、３、４を、後述する本発明に係る製造方法により形成してなるものである。ここで、フィルタ領域２はＲ光のみを透過させるＲ透過フィルタ、フィルタ領域３はＧ光のみを透過させるＧ透過フィルタ、フィルタ領域４はＢ光のみを透過させるＢ透過フィルタとし、すべてのフィルタ領域２、３、４は、蒸着法やスパッタリング法などによって成膜された誘電体多層膜からなる公知の光干渉フィルタとする。上記基板１を形成する光透過性の材料としては、たとえばホウケイ酸ガラス等の光学ガラス材料、または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学プラスチック材料が好適である。なお、以下の説明において、カラーホイール上に形成される各フィルタ領域は所望の波長帯域の光のみを透過させて入射光を濾波するものとするが、本発明は、所望の波長帯域の光のみを反射させて入射光を濾波するように形成されたフィルタ領域を備えるカラーホイールを含むものである。
【００２０】
次に、図２〜図７を参照して、図１に示す本実施形態におけるカラーホイール１０の製造工程を説明する。ここで、図２〜図７は、所定のフィルタ領域としてＲ透過フィルタ領域２を形成する場合を例として各工程を示す図であり、左側に平面図、右側にそのＡ−Ａ'断面図を示す。本実施形態では、図２に示すように、まず基板１上にネガ型またはポジ型のフォトレジストをたとえばスピンコート法により全面に塗布してレジスト膜１１を形成する。次に、露光、現像等のフォトレジストの仕様に応じた一連の適切なフォトプロセスを実施して上記レジスト膜１１をパターニングし、図３に示すような、フィルタ領域２に対応する成膜領域１２が露出し、その他の領域が被覆されたネガパターンとして本実施形態におけるマスクパターン１１ａを形成する。次に、図４に示すように、本発明に係るマスク治具であるメタルマスク２０を基板１上に配置する。このメタルマスク２０は、成膜領域１２に対応する位置に、その範囲より僅かに大きく形成された開口部２２を有するものである。また、本実施形態において、メタルマスク２０の形状は、基板１の外周から突出する外周部２３を有するように形成され、たとえばネジやその他の任意の適切なロック機構によって、この外周部２３を図示しない成膜装置の基板保持機構に固着することにより、メタルマスク２０と共に基板１がこの成膜装置内に保持されるものである。
【００２１】
次に、図５に示すように、蒸着もしくはスパッタリング等によって所定の誘電体多層膜を成膜し、基板１上にＲ透過フィルタ２、２ａを形成する。その後、図６に示すように、メタルマスク２０を取り外し、次いで、Ｒ透過フィルタ２、２ａが形成された基板１をたとえば有機アルカリや有機溶剤の混合溶液からなるレジスト剥離液に接触させることによってマスクパターン１１ａを溶解除去する。この際、マスクパターン１１ａ上に形成されたフィルタ２ａはリフトオフされて、図７に示す所定のフィルタ領域２を得る。以上の工程を他のフィルタ領域３、４についても繰り返すことによって、カラーホイール１０を得ることができる。
【００２２】
本実施形態では、図５に示したように、従来のリフトオフ法とは異なり、誘電体多層膜の成膜時に基板１上にメタルマスク２０を配置するため、所定のフィルタが形成されるのは開口部２２の範囲内に留まり、成膜領域１２との境界部を除くマスクパターン１１ａの大部分の領域上には形成されない（なお、図５においてメタルマスク２０上に堆積する誘電体多層膜の図示は省略する）。そのため、図６に示す状態から図７に示す状態へと至るマスクパターン１１ａを除去する工程において、レジスト剥離液は、マスクパターン１１ａの側壁部だけでなく、メタルマスク２０によって保護されていた未成膜領域の表面全体から浸透し、レジストの溶解除去が実施されるものである。また、誘電体多層膜の成膜時に、メタルマスク２０によって高温の蒸着物質、プラズマ、またはイオンの照射等からも保護される結果、レジスト膜からなるマスクパターン１１ａ中に剥離困難な変性層が形成される可能性も軽減される。
【００２３】
ここで、マスクパターン１１aの膜厚は、フィルタ領域２をなす誘電体多層膜と、マスクパターン１１ａ上に形成される誘電体多層膜２ａが互いに分離して形成され得る程度に厚く、かつ蒸着源からの粒子の入射を制限することよって成膜領域１２の周縁部における均一な成膜を著しく阻害しない程度に薄いことが望ましく、たとえば通常は１〜４μｍであるフィルタ領域２の膜厚の２〜１０倍程度に設定されるものである。この膜厚は、たとえばスピンコート法によるレジストの塗布の場合には、使用するレジストの粘度、塗布の際の回転速度、塗布の回数等を調整することによって制御することができる。
【００２４】
次に、図８〜図１５を参照して、本発明に係る第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法を説明する。ここで、本実施形態における製造方法が適用されるカラーホイールは図１に示すカラーホイール１０と同一のものであるとし、以下の説明において図１および図２〜図７と同様の部分には同一の符号を付す。また、本実施形態においても、所定のフィルタ領域としてＲ透過フィルタ領域２を形成する場合を例として使用し、図８〜図１５の各図の左側に各工程に対応する平面図、右側にそのＡ−Ａ'断面図を示す。
【００２５】
本実施形態では、図８に示すように、まず基板１上にたとえばクロム（Ｃｒ）薄膜からなる導電性薄膜３１を蒸着法等により成膜し、その後、この導電性薄膜３１上にネガ型またはポジ型のフォトレジストをたとえばスピンコート法により全面に塗布してレジスト膜３２を形成する。次に、露光、現像等のフォトレジストの仕様に応じた一連の適切なフォトプロセスを実施して上記レジスト膜３２をパターニングし、図９に示すような、フィルタ領域２に対応する領域を被覆し、その他の領域を露出させたポジパターン３２ａを形成する。次に、図１０に示すように、たとえば硫酸銅電解メッキ処理によって、導電性薄膜３１が露出した領域３３上に銅（Ｃｕ）メッキ層３４を析出させる。次に、たとえば有機アルカリや有機溶剤の混合溶液からなるレジスト剥離液によって上記ポジパターン３２ａを溶解除去し、次いで、露出したクロム薄膜をたとえば硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分とするエッチング液によってウエットエッチングする。以上の工程によって、図１１に示すような、成膜領域１２が露出し、その他の領域が銅メッキ層３４で被覆されたネガパターンとして、本実施形態におけるマスクパターン４１ａを形成する。なお、上記エッチング液が銅メッキ層３４に対する侵食作用を有する場合でも、通常はクロム薄膜３１の膜厚よりも銅メッキ層３４の膜厚の方が十分厚く、クロム薄膜３１の溶解除去が先に終了するため、上述したクロム薄膜３１のエッチングにおいて上記銅メッキ被膜３４はマスクとして機能するものである。
【００２６】
次に、図１２に示すように、本発明に係るマスク治具であるメタルマスク２０を基板１上に配置する。このメタルマスク２０は、成膜領域１２に対応する位置に、その範囲より僅かに大きく形成された開口部２２を有するものである。また、本実施形態において、メタルマスク２０の形状は、基板１の外周から突出する外周部２３を有するように形成され、たとえばネジやその他の任意の適切なロック機構によって、この外周部２３を図示しない成膜装置の基板保持機構に固着することにより、メタルマスク２０と共に基板１がこの成膜装置内に保持されるものである。次に、図１３に示すように、蒸着もしくはスパッタリング等によって所定の誘電体多層膜を成膜し、Ｒ透過フィルタ２、２ａを形成する。その後、図１４に示すように、メタルマスク２０を取り外し、次いで、Ｒ透過フィルタ２、２ａが形成された基板１を、たとえば塩化第二鉄水溶液等のエッチング液に接触させることによってマスクパターン４１ａを溶解除去する。この際、このマスクパターン４１ａ上に形成されたフィルタ２ａがリフトオフされて、図１５に示す所定のフィルタ領域２を得る。以上の工程を他のフィルタ領域３、４についても繰り返すことによって、カラーホイール１０を得ることができる。
【００２７】
本実施形態でも、図１３に示したように、従来のリフトオフ法とは異なり、誘電体多層膜の成膜時に基板１上にメタルマスク２０を配置するため、所定のフィルタが形成されるのは開口部２０の範囲内に留まり、成膜領域１２との境界部分を除くマスクパターン４１ａの大部分の領域上には形成されない（なお、図１３においてメタルマスク２０上に堆積する誘電体多層膜の図示は省略する）。そのため、図１４に示す状態から図１５に示す状態へと至るマスクパターン４１ａを除去する工程において、エッチング液は、マスクパターン４１ａの側壁部だけでなく、メタルマスク２０によって保護されていた上記未成膜領域の表面全体から浸透し、銅メッキ層およびクロム薄膜の溶解除去が実施されるものである。
【００２８】
ここで、マスクパターン４１aの膜厚は、フィルタ領域２をなす誘電体多層膜と、マスクパターン４１ａ上に形成される誘電体多層膜２ａが互いに分離して形成され得る程度に厚く、かつ蒸着源からの粒子の入射を制限することよって成膜領域１２の周縁部における均一な成膜を著しく阻害しない程度に薄いことが望ましく、たとえば通常は１〜４μｍであるフィルタ領域２の膜厚の２〜１０倍程度に設定されるものである。この膜厚は、メッキ液の組成や温度、メッキ電流密度、メッキ時間などの通常のメッキ条件を調整することによって制御することができる。なお、本実施形態では、電極として使用する導電性薄膜をクロム薄膜とし、マスクパターンを形成するメッキ層として銅皮膜を析出させるものとしたが、本発明に係るメッキ処理はこの態様に限定されるものではなく、メッキ処理およびエッチング処理が可能な任意の金属もしくは金属化合物から、処理条件等を勘案の上所望の組み合わせを選択することができる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態として本発明に係る分光装置を説明する。図１６（ａ）は本発明に係る分光装置の一実施形態を示す正面図、図１６（ｂ）は同様に側面図である。本実施形態において分光装置６０は、本発明に係るカラーホイール６１と、カラーホイール６１を回転させるモータ６３と、カラーホイール６１をモータ６３に取り付けるためのハブ６２を備えてなり、カラーホイール６１は、その内周部がたとえば接着剤等によってハブ６２に固着され、ハブ６２とモータ６３も接着剤もしくはねじ等の機械的手段によって固着されている。カラーホイール６１は、上述した実施形態に記載された製造方法によってフィルタ領域が形成されたカラーホイールであって、各フィルタ領域間は領域の画定に使用されたマスクパターンの精度、たとえばフォトプロセスに特徴的な数μｍ程度の精度でもって位置合わせされているものである。なお、カラーホイール６１は、ハブ６２を介さずにモータ６３と共通のシャフト等を使用してモータ６３に固着するものであってもよい。
【００３０】
次に、本発明の第４の実施形態として本発明に係る画像表示装置を説明する。図１７は本発明に係る画像表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１７（ａ）には３種類の異なるフィルタ領域を有する３色カラーホイールを使用した分光装置と１つのライトバルブ素子を備えた画像表示装置の例を示し、図１７（ｂ）には２種類の異なるフィルタ領域を有する２色カラーホイールを使用した分光装置と２つのライトバルブ素子を備えた画像表示装置の例を示す。図１７（ａ）において画像表示装置７０は、たとえばメタルハライドランプ等からなる白色光源７１と、３色カラーホイールを有する分光装置７２と、たと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７３と、投射レンズ系７４とを備えている。白色光源７１から出射された白色光は、３色カラーホイールを有する分光装置７２によってたとえばＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光されてライトバルブ素子７３に入射し、ライトバルブ素子７３は各入射光を変調してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を順次生成し、生成された各画像は投射レンズ系７４によって順次投射されてフルカラー画像が合成される。ここで、分光装置７２は、たとえば上述した第３の実施形態に記載された本発明に係る分光装置であり、第１および第２の実施形態に記載されたような製造方法によって製造されたカラーホイールを有して入射光の分光を実行するものである。
【００３１】
図１７（ｂ）において画像表示装置８０は、たとえばメタルハライドランプ等からなる白色光源８１と、２色カラーホイールを有する分光装置８２と、ミラー８３と、全反射プリズム８４と、ダイクロイックプリズム８５と、たと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８６、８７と、投射レンズ系８８とを備えている。白色光源８１から出射された白色光は、２色カラーホイールを有する分光装置７２によって、たとえばＹ（黄色）光およびＭ（マゼンタ）光に順次分光され、ミラー８３および全反射プリズム８４によって光路が変更されてダイクロイックプリズム８５に入射する。ダイクロイックプリズム８５は、たとえばＲ光のみを透過させ、その他の波長帯域の光を反射する特性を有するものであり、入射したＹ光はＲ光およびＧ光に分光されてそれぞれライトバルブ素子８６およびライトバルブ素子８７に入射し、同様にＭ光はＲ光およびＢ光に分光されてそれぞれライトバルブ素子８６およびライトバルブ素子８７に入射する。ライトバルブ素子８６は入射Ｒ光を変調してＲ画像を生成し、またライトバルブ素子８７は入射Ｇ光および入射Ｂ光を変調してそれぞれＧ画像、Ｂ画像を生成する。生成されたＲ画像およびＧ画像、Ｒ画像およびＢ画像は、再びダイクロイックプリズム８５に入射してそれぞれＹ画像およびＭ画像に順次合成され、合成されたＹ画像およびＭ画像は全反射プリズム８４を透過した後投射レンズ系８８によって順次投射されてフルカラー画像が合成される。ここで、分光装置８２は、たとえば上述した第３の実施形態に記載された本発明に係る分光装置であり、第１および第２の実施形態に記載されたような製造方法によって製造された２色カラーホイールを有して入射光の分光を実行するものである。
【００３２】
なお、上述した画像表示装置７０および画像表示装置８０において、ライトバルブ素子７３およびライトバルブ素子８６、８７はすべて反射型のものとしたが、本発明に係る画像表示装置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７３またはライトバルブ素子８６、８７のいずれかもしくは両方を、たと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としてもよい。また、本発明に係る画像表示装置において、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に図示されていない任意の光学系および制御系を追加できることは当業者にとって自明のことである。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るカラーホイールの製造方法によれば、基板上に形成されたフィルタ領域を定めるマスクパターン上に、さらにマスク治具を配置してフィルタを形成するため、後にリフトオフする領域上にフィルタが形成されることを防ぎ、さらにはフィルタ形成時の熱、プラズマ、イオン照射等からもマスクパターンが防護され、リフトオフ工程におけるマスクパターンの除去を容易かつ速やかに実施することが可能となる。また、フィルタ領域の範囲は、基板上に形成されたマスクパターンによって画定されるため、フィルタ形成工程におけるマスク治具の位置合わせに依存することなく、高精度に位置合わせされたフィルタ領域を形成することが可能となる。
【００３４】
特に、請求項２に記載のカラーホイールの製造方法によれば、フォトレジストを使用してマスクパターンを形成するため、高精度なフォトプロセスによってフィルタ領域を画定することが可能となる。
【００３５】
さらに、請求項３に記載のカラーホイールの製造方法によれば、フォトプロセスによるフィルタ領域の画定後、金属皮膜からなるメッキ層を使用してマスクパターンを形成するため、高精度にフィルタ領域を画定することが可能となると共に、フィルタの形成時に基板の加熱あるいは高真空状態が必要な場合でも、耐熱性および脱ガス特性の点で優れたマスクパターンを形成することが可能となる。
【００３６】
さらに、請求項４に記載のカラーホイールの製造方法によれば、各フィルタ領域は誘電体多層膜からなる光干渉フィルタによって形成されるため、耐久性（耐熱、耐光、耐薬品）に優れ、透過率が高く、シャープな分光特性を有するカラーホイールを得ることが可能となる。その際、基板はマスク治具を成膜装置に固定することによって保持されるため、基板の最外周部に及ぶ成膜が必要な場合であっても、基板自体を保持するための特別な保持機構を使用することなく、容易に成膜装置に固定することが可能となる。
【００３７】
また、請求項５に記載のカラーホイールによれば、フィルタ領域は基板上に高精度に形成されたマスクパターンによって画定され、各フィルタ領域間の境界部分はマスクパターンの精度に応じて最小化されているため、境界部分に入射した結果、色が確定せずに捨てられる光を低減させることが可能となる。
【００３８】
また、請求項６に記載の分光装置によれば、使用されるカラーホイール上の各フィルタ領域が高精度に位置合わせされて形成されているため、分光装置に入射する白色光を高効率に利用することが可能となる。また、カラーホイールの最外周部まで成膜されていることから、小径のカラーホイールを使用することができ、ひいてはより小型で低消費電力の分光装置を実現することが可能となる。
【００３９】
また、請求項７に記載の画像表示装置によれば、入射白色光を高効率に利用可能な分光装置を備えているため、表示品位の高い画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールを示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、レジスト膜を形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、ネガパターンを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を配置する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、フィルタを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を取り外す工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスクパターンを除去する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、導電性薄膜およびレジスト膜を形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、ポジパターンを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、メッキ層を形成する工程を示す図であり、（ａ）は表面より見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、レジスト膜を除去する工程を示す図であり、（ａ）は表面より見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図、（ｃ）は裏面より見た平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を配置する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、フィルタを形成する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスク治具を取り外す工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、マスクパターンを除去する工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'における断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態における分光装置を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態における画像表示装置の概略を示す構成図であり、（ａ）は３色カラーホイールを使用した例を示し、（ｂ）は２色カラーホイールを使用した例を示すものである。
【図１８】カラーホイールを使用した従来の分光装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ Ｒ透過フィルタ領域
２ａ Ｒ透過フィルタ
３ Ｇ透過フィルタ領域
４ Ｂ透過フィルタ領域
１０ カラーホイール
１１ レジスト膜
１１ａ マスクパターン
１２ 成膜領域
２０ メタルマスク
２２ 開口部
２３ 外周部
３１ 導電性薄膜
３２ レジスト膜
３２ａ ポジパターン
３４ メッキ層
４１ａ マスクパターン
６０ 分光装置
７０ 画像表示装置
８０ 画像表示装置
Claims (7)
- 光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールの製造方法であって、
前記基板に、所定の前記フィルタ領域を定めるようにフォトプロセスによりパターニングされたマスクパターンを形成する工程と、
前記所定のフィルタ領域の範囲を含む、該範囲よりも僅かに大きな範囲を露出させるように形成された開口部を備え、前記マスクパターンの、前記開口部から露出しない部分を保護するマスク治具を、前記マスクパターン上に配置する工程と、
前記マスク治具が配置された前記基板に、所定のフィルタを形成する工程と、
前記所定のフィルタが形成された前記基板から、前記マスク治具を取り外す工程と、
前記マスク治具が取り外された前記基板から、一部に前記所定のフィルタが形成された前記マスクパターンを除去する工程とを備えていることを特徴とするカラーホイールの製造方法。 - 前記マスクパターンを形成する工程は、
前記基板にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、
前記レジスト膜に前記所定のフィルタ領域部分が露出されたネガパターンを形成するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーホイールの製造方法。 - 前記マスクパターンを形成する工程は、
前記基板に導電性薄膜を成膜するステップと、
前記導電性薄膜上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するステップと、
前記レジスト膜に、前記所定のフィルタ領域部分が被覆されたポジパターンを形成するステップと、
前記基板に、前記導電性薄膜を電極とする電気メッキによりメッキ層を形成するステップと、
前記レジスト膜を除去するステップと、
前記所定のフィルタ領域部分の前記導電性薄膜を除去するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーホイールの製造方法。 - 前記フィルタを形成する工程は、誘電体多層膜を成膜するステップを含み、
前記基板は、前記マスク治具を前記誘電体多層膜の成膜装置に固定することによって前記マスク治具と共に前記成膜装置内に保持されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカラーホイールの製造方法。 - 光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールであって、
前記フィルタ領域は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の製造方法によって形成されていることを特徴とするカラーホイール。 - 光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置であって、前記カラーホイールが請求項５に記載のカラーホイールであることを特徴とする分光装置。
- 光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置を備えた画像表示装置であって、前記カラーホイールは請求項５に記載のカラーホイールであることを特徴とする画像表示装置。
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